Giáo trình Thông tin vi ba vệ tinh - Chương 5: Trạm mặt đất và vệ tinh
70
CHƯƠNG 5
TRẠM MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH
5.1 Cấu hình chung của trạm mặt đất
5.1.1 Cấu hình và chức năng của trạm mặt đất
Trạm mặt đất bao gồm các khối chính: Anten, bộ HPA, bộ LNA, các bộ biến
đổi tần số phát thu, bộ điều chế và giải điều chế, thiết bị sóng mang đầu cuối và
thiết bị điều khiển và giám sát.
IF
DEM
MAE
MOD
LNA
D/C
Amp
Oscil
lator
Tracking
system
Feeder
System
Oscil
lator
IF
Amp
HPA
U/C
Hình 5.1 Sơ đồ khối của trạm mặt đất.
Trạm mặt đất gồm có 2 nhánh: Nhánh phát tín hiệu và nhánh thu tín hiệu.
Ở nhánh phát: Tín hiệu từ thiết bị truyền dẫn trên mặt đất (chẳng hạn từ bộ
ghép kênh..) được đưa đến bộ đa truy cập và qua bộ điều chế thành tín hiệu trung
tần. Sau đó được biến đổi thành tín hiệu cao tần nhờ bộ đổi tần lên U/C và được
đưa vào bộ khuếch đại công suất cao HPA để đủ công suất đưa ra anten bức xạ lên
vệ tinh.
Ở nhánh thu: anten trạm mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh, sau đó được máy thu
khuếch đại tạp âm thấp, qua bộ đổi tần xuống D/C để biến thành trung tần rồi được
giải điều chế và đưa đến thiết bị đa truy cập, qua thiết bị giải ghép kênh để đưa tín
hiệu vào các kênh thông tin riêng lẽ.
5.1.2 Các công nghệ quan trọng đối với trạm mặt đất
+Công nghệ anten: Yêu cầu có hệ số tăng ích, hiệu suất và biểu đồ bức xạ cao, búp
sóng phụ nhỏ, đặc tính phân cực tốt và đặc tính nhiễu thấp.
+Công nghệ máy phát công suất cao: yêu cầu có hệ số khuếch đại công suất cao,
băng tần máy phát đủ rộng và có khả năng chống nhiễu xuyên điều chế.
+Công nghệ máy thu nhiễu thấp: yêu cầu đặc tính nhiễu thấp và hệ số khuếch đại
lớn.
+Công nghệ điều khiển tiếng dội: yêu cầu triệt và nén tiếng dội, có hiệu quả
truyền dẫn cao và có khả năng điều khiển lỗi.
71
5.2 Công nghệ máy phát
5.2.1 Máy phát công suất cao
Trong thông tin vệ tinh, do đặt điểm cự li thông tin rất xa, tín hiệu bị hấp thụ
lớn nên yêu cầu máy phát của trạm vệ tinh mặt đất phải có công suất cao hàng trăm
đến hàng ngàn watt để đảm bảo cho công suất của tần số làm việc bù được tổn hao
trên đường truyền và đạt được cường độ trường đủ lớn ở máy thu vệ tinh
Máy phát công suất cao được quyết định bởi loại và số sóng mang, nói chung
được thực hiện một trong hai dạng sau:
* Các sóng mang được khuếch đại bằng một bộ HPA chung.
Kênh 1
IFA
MOD
U/C
U/C
C
O
M
B
I
Kênh 2
HPA
IFA
MOD
N
E
R
Kênh n
IFA
MOD
U/C
Hình 5.2 Các sóng mang được khuếch đại bằng một bộ HPA chung.
Yêu cầu bộ khuếch đại công suất mức cao phải có băng thông đủ rộng để
khuếch đại các sóng mang của tất cả các kênh. Đồng thời, công suất ra phải có độ
dự trữ đủ lớn để có thể bù được tổn hao do méo điều chế phát sinh trong quá trình
khuếch đại các kênh thông tin. Cấu hình này có kết cấu trạm đơn giản hơn vì chỉ
dùng 1 HPA cho tất cả các sóng mang, hiệu quả sử dụng kênh càng tăng khi số kênh
càng nhiều, thiết bị phối ghép (combiner) hoạt động ở chế độ dòng nhỏ nên hoạt
động ổn định hơn. Tuy nhiên, cấu hình này bị tác động bởi hiện tượng méo xuyên
điều chế vì máy phát khuếch đại đồng thời nhiều kênh. Ngoài ra, khi máy phát bị sự
cố thì tất cả các kênh đều bị ảnh hưởng.
*Mỗi sóng mang được khuếch đại bằng một bộ HPA riêng
Kênh 1
MOD
HPA
U/C
IF
C
O
M
B
I
Kênh 2
Kênh n
MOD
MOD
HPA
HPA
U/C
U/C
IF
IF
N
E
Hình 5.3 sónược ại bằnbộ Hg
R
Trong cấu hình này các bộ khuếch đại HPA không yêu cầu có băng thông
rộng bao trùm băng thông các kênh mà chỉ cần đủ rộng cho từng kênh, không bị
hiện tượng méo xuyên điều chế, khi một máy phát của một kênh bị sự cố thì không
ảnh hưởng đến hoạt động của các kênh khác. Tuy nhiên, vì sử dụng nhiều máy phát
công suất nên cấu hình phức tạp hơn đặc biệt là khi số kênh càng lớn, thiết bị phối
72
ghép (combiner) hoạt động ở chế độ dòng lớn nên hoạt động ít ổn định so với
sơ đồ trên.
5.2.3 Phân loại các bộ khuếch đại công suất cao
Tuỳ thuộc vào công suất ra của băng tần và máy phát mà sử dụng các loại
như: đèn sóng chạy(TWT), Klystron(KLY) và transistor hiệu ứng trường
So sánh các bộ khuếch đại công suất mức cao:
Tham số
Công suất ra
Kích thước
Băng tần
Loại Klystron
Lớn
Lớn
Vài chục MHz
Lớn
Loại TWT
Lớn
Trung bình
Vài trăm MHz
Trung bình
Giống Klystron
Loại FET
Nhỏ
Nhỏ
Vài trăm MHz
Nhỏ
Trọng lượng
Phương pháp làm
lạnh
Bằng không khí
khi công suất đến
vài Kw. Bằng nước
khi công suất
khoảng 10Kw.
Trung bình
Bằng không khí tự
nhiên
Điện áp cung cấp
Cao
Thấp
- Đèn sóng chạy(TWT) có băng tần rộng có thể phủ tất cả các băng tần phân
định cho truyền dẫn, điều đó có lợi cho việc sử dụng nhiều sóng mang hơn
- Klystron (KLY) có độ rộng băng tương đối hẹp, tần số có thể điều chỉnh đến
bất kỳ giá trị nào trong khoảng tần số phân định cho truyền dẫn với hệ số khuếch
đại thích hợp, thường có thể chọn từ 5 đến 10 kênh trong bộ điều hưởng
- Transistor hiệu ứng trường được sử dụng ở trạm có dung lượng thấp khi công
suất ra nhỏ, để có công suất cao thì mắc song song các tranzistor với nhau
5.2.4 Méo do xuyên điều chế
Ở vùng bão hoà của bộ khuếch đại công suất cao điện áp ra không tỷ lệ với
điện áp vào nên khi có nhiều sóng mang được khuếch đại đồng thời thì các tín hiệu
tạp âm ở tần số khác được phát sinh. Do đó, ở một số bộ khuếch đại công suất cao,
khi khuếch đại nhiều sóng mang đồng thời, điểm làm việc của bộ khuếch đại được
chọn sao cho mức đầu ra thấp hơn mức bảo hoà khoảng 6dB đến 10dB để triệt tiêu
các tín hiệu tạp âm, điểm đó gọi là điểm lùi.
Đối với các trạm mặt đất ta dùng phương pháp điều khiển công suất ra, tức
điều khiển đầu ra của trạm mặt đất sao cho có thể triệt được mọi nhiễu xuyên điều
chế.
+
Đặc tuyến trước bộ HPA Đặc tuyến phi tuyến HPA Đặc tuyến HPA sau khi bù
Hình 5.4 Đặc tuyến của HPA sử dụng phương pháp bù
73
Có một biện pháp khác để triệt nhiễu xuyên điều chế, gọi là tuyến tính
hoá. Trong trường hợp này người ta chèn vào tầng trước một mạch điện với đặc tính
bổ sung (bù) đặc tuyến không đường thẳng của bộ khuếch đại để cải thiện tuyến
tính toàn bộ.
5.2.5 Cấu hình dự phòng cho bộ khuếch công suất cao
Trong thông tin vệ tinh độ tin cậy cực kì quan trọng khi sử dung bộ khuếch đại
công suất cao, việc truyền dẫn bị ngưng lại .Vì vậy phải sử dụng bộ dự phòng
Cấu hình cơ bản nhất là cấu hình 1:1
HPA1
Bộ chuyển đổi
Nâng tần
Bộ chia
Công suất
Tải kết hợp
HPA2
Hình 5.5 Cấu hình dự phòng cho bộ khuếch đại công suất cao.
Tín hiệu từ ngõ ra của bộ nâng tần được chia đều bởi bộ chia công suất đưa
đến ngõ vào của HPA1, HPA2. Bộ chuyển đổi cho phép tín hiệu ngõ ra của HPA1
được phát đi, trong khi đó tín hiệu ở ngõ ra của HPA2 đổ ra tải kết hợp. Khi HPA1
bị hỏng, bộ chuyển đổi sẽ tự động chuyển đổi ngõ ra của HPA2 tới bộ tiếp sóng
anten
5.3 Công nghệ máy thu
5.3.1 Bộ khuếch đại nhiễu thấp LNA
Ở trạm vệ tinh mặt đất bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) đóng vai trò quan
trọng, vì tín hiệu nhận được tại đầu vào anten rất nhỏ do sóng bức xạ từ vệ tinh bị
hấp thụ rất lớn trên đường truyền vì cự ly truyền dẫn quá dài. Bộ khuếch đại tạp âm
thấp cũng cần phải có độ rộng băng tần phủ được khoảng tần số của băng tần vệ
tinh. Quy định của Intelsat về tiêu chuẩn các trạm vệ tinh mặt đất được quyết định
bởi hệ số phẩm chất của hệ thống (G/T).
-160dBm
60dB
Bộ khuếch đại LNA đặt càng gần mág tốt, để tối thiểu hoá tạp âm đưa
LNA
vào hệ thống, mặc khác phải điều chỉnh bnten đúng vào tâm anten
5.3.2 Hệ số tạp âm
-40dBm
-100dBm
60dB
Tạp âm sinh ra trong một máy thu thường được biểu thị bằng hệ số tạp âm F
(hoặc NF: Noise Figure)
74
Si / Ni
F
=
So / No
Si: là mức tín hiệu vào
So: là mức tín hiệu ra
Ni: là mức tạp âm đầu vào
No:là mức tạp âm đầu ra
So/No
Si/Ni
Máy thu
Trong thông tin vệ tinh khi làm việc với các tín hiệu yếu thì nhiệt tạp âm được
thay thế cho hệ số tạp âm (F)
5.3.3 Các loại khuếch đại nhiễu thấp
Có 3 loại khuếch đại tạp âm thấp: khuếch đại thông số, khuếch đại dùng
GaAsFET và HEMT.
5.3.3.1 Khuếch đại thông số
Khuếch đại thông số hoạt động như sau: Đặt tín hiệu kích thích lên diode biến
dung làm các thông số mạch điện của nó thay đổi, tạo ra một điện trở âm và khuếch
đại tín hiệu vào. Nghĩa là, sự biến đổi điện dung của điode biến dung do tín hiệu
kích thích được dùng để khuếch đại, việc giảm điện trở nội của diode biến dung
mắc nối tiếp với điện dung sẽ tạo ra các đặc tính tạp âm thấp.
5.3.4.2 Khuếch đại GaAs-FET
GaAs-FET là transistor hiệu ứng trường dùng loại bán dẫn hỗn hợp giữa Gali
và Arsenic, hoạt động ở tần số cao với các đặc tính băng tần rộng, hệ số khuếch đại
và độ tin cậy cao. Do đó chúng được chúng được sử dụng rộng rãi cho các bộ
khuếch đại tạp âm thấp. Trong thông tin vệ tinh các đặc tính tạp âm thấp cần được
cải thiện. Bộ khuếch đại GaAs-FET có một số ưu điểm so với khuếch đại thông số:
+ Không có mạch tạo tín hiệu kích
+ Băng tần rộng, độ tin cậy cao.
+ Dễ điều chỉnh, phù hợp với sản xuất hành loạt
+ Thuận lợi về bảo trì bảo dưỡng
5.3.4.3 HEMT (High Electron Mobility Transistor)
Transistor có độ linh hoạt điện tử cao.
HEMT hoạt động dựa trên hiệu ứng điện tử hai chiều với độ linh động điện tử
cao và phù hợp với khuếch đại tạp âm thấp, tín hiệu tần số cao.
Cơ cấu này sử dụng tiếp giáp pha trộn giữa GaAs và AlGaAs. Giữa dải dẫn
của AlGaAs có sự sai khác năng lượng, dải này kích thích loại n, còn GaAs không
được kích thích, Vì vậy hình thành lớp giàu điện tử trong AlGaAs gần bề mặt tiếp
giáp với GaAs. Nên khi đặt một điện trường song song với lớp giàu điện tử, các
điện tử chuyển động với độ linh hoạt cao vì chúng không chịu bất kì một sự tán xạ
nào do các “nguyên tử cho” vì chúng được phân không gian khỏi các “nguyên tử
cho” của vật liệu sinh ra chúng.
HEMT có đặc điểm nổi bật như đặc tính nhiễu thấp tốt hơn so với GaAs-FET
Hiệu ứng này đặc biệt tốt khi cơ cấu này được làm lạnh. Ngoài ra, nó băng tần rộng,
kích thước nhỏ, giá thành thấp, dễ bảo dưỡng và thuận lợi cho sản xuất hàng loạt
nên nó bắt đầu được sử dụng rộng rãi.
-Có hai phương pháp làm lạnh:
75
+Làm lạnh bằng khí Heli
+Làm lạnh nhiệt độ xuống – 400C
5.3.5 Cấu hình dự phòng cho bộ khuếch đại tạp âm thấp
-Cấu hình phổ biến nhất vẫn là cấu hình 1:1 được thể hiện ở hình vẽ. Trong đó
hai bộ khuếch đại tạp âm thấp được nối song song bởi hai bộ chuyển mạch dùng
ống dẫn sóng. Khi LNA hoạt động mà gặp sự cố thì bộ chuyển mạch sẽ tự động
chuyển đổi kích hoạt LNA dự phòng
LNA1
Từ bộ tiếp
Sóng anten
Tải kết hợp
Đến bộ hạ tần
LNA2
5.4 Bộ chuyển đổi nâng tần và hạ tần
5.4.1 Quá trình của bộ chuyển đổi nâng tần
u
Trộn
0
Lọc BW
e
Bộ chuyển đổi nâng tần nhận sóng mang trung tần IF từ bộ điều chế sóng
mang và chuyển đổi tần số trung tần IF thành tần số RF tuyến lên trong phổ tần
tuyến lên của vệ tinh bằng cách trộn tần số fo với tần số dao động nội fe .Bộ chuyển
đổi có thể thực hiện theo một hoặc hai quá trình.
φ
Xét sóng mang IF có dạng cos( 0t + ) và sóng mang dao động nội có dạng:
cos( t), (
>
0). Kết quả quá trình trộn như sau:
e
e
φ
φ
φ
Cos( 0t + ) cos( e t) =1/2 [ cos((
-
0)t - ) + cos((
+
0 )t + ))]
e
e
Dùng bộ lọc để lấy tín hiệu băng tần cao:
Bây giờ xét hai quá trình:
+
e
0.
0.
u
Lọc
Lọc
e2
e1
Quá trình chuyển đổi thứ nhất cho kết quả:
φ
φ
φ
0 )t + ))]
Cos( 0t + ) cos( e1 t) =1/2[(cos((
-
0)t - ) + cos((
+
e1
e1
φ
Bộ lọc thứ nhất lọc lấy băng tần trên: cos((
Quá trình chuyển đổi thứ hai cho kết quả:
+
0 )t + ))
e1
76
e1
φ
φ
)
Cos(
+ cos((
+
)t + ) cos(
t) =1/2[(cos((
-
-
0)t -
0
e1
e2
e2
φ
+
+ 0 )t + ))]
e1
e2
u
φ
Bộ lọc thứ hai lọc lấy biên tần: cos((
+
+
0 )t + )) và vì vậy:
=
e1
e2
0
+
+
.Điều này có nghĩa là:
,
e2 chọn sao cho
+
=
-
e1
e2
0
e1
e1
e2
u
Trong quá trình chuyển đổi đơn. Muốn chuyển đổi
thành u .Chẳng hạn,
0
truyền đến bộ phát đáp khác thì yêu cầu thay đổi tần số dao động nội và thay đổi
trong bộ lọc. Điều này rất bất tiện trong các trạm mặt đất.
5.4.2 Quá trình chuyển đổi hạ tần
Bộ chuyển đổi hạ tần thu sóng mang RF đã được điều chế ở bộ khuếch đại tạp
âm thấp LNA và chuyển tần số vô tuyến
tinh sang tần số trung tần IF
của nó trong phổ tần tuyến xuống vệ
d
Quá trình chuyển đổi đơn ít được sử dụng, ta xét qúa trình chuyển kép:
ω
0
Lọc
Lọc
d
e1
e2
Xét quá trình thứ nhất:
φ
φ
φ
e2 )t + ))]
Cos( dt + ) cos( e2 t) =1/2[(cos((
-
e2)t + ) + cos((
+
d
d
φ
Bộ lọc thứ nhất chọn lấy băng tần thấp : cos((
-
e2)t + ) và quá trình
d
chuyển đổi thứ hai được thực hiện với sóng mang dao động nội e1 ta có:
φ
φ
cos(
+ cos((
-
e2 t)t + ) cos( e1 t) =1/2[(cos((
-
-
e2)t + )
d
d
e1
φ
-
+ d )t - ))].
e1
e2
Sóng mang trung tần IF ngõ ra hiển nhiên có băng tần thấp
e2
φ
cos((
-
-
e2)t + ) và vì thế:
=
-
-
tần số
chọn sao cho
d
e1
0
d
e1
e2
thoã mãn:
-
=
+
d
0
e1
e2
5.5 Hệ thống bám đuổi vệ tinh
5.5.1 Sự cần thiết của hệ thống điều khiển anten bám vệ tinh
Các vệ tinh địa tĩnh trong thực tế không như tên gọi là đứng yên. Khi vệ tinh ở
trên quỹ đạo nó bị tác động bởi các thiên thể khác như quả đất, mặt trăng mặt trời
và nhiều hành tinh khác thuộc hệ mặt trời, quả đất cũng không phải là tròn tuyệt
đối. Bởi vậy các vệ tinh luôn bị lôi kéo theo các hướng khác nhau gây ra sự trôi dạt
vệ tinh trên quỹ đạo của nó. Do đó, các trạm mặt đất cần có hệ thống điều khiển
bám đuổi vệ tinh sao cho tín hiệu thu được luôn đạt được giá trị tốt nhất.
5.5.2 Định hướng cho anten
Ba thông số quan trọng để xác định đúng toạ độ vệ tinh và hướng phân cực của
nó là góc ngẩng, góc phương vị và góc phân cực. Thiết bị liên quan đến ba thông số
này là anten parabol, phểu thu sóng.
5.5.2.1. Góc ngẩng (Elevation θe)
Góc ngẩng là góc tạo bởi đường thẳng nối vệ tinh với điểm thu và tiếp tuyến
với mặt đất tại điểm thu đó. Góc ngẩng tại xích đạo là góc lớn nhất và bằng 900,
càng lùi về hai cực góc ngẩng càng nhỏ.
θe
θe
77
Trong lắp đặt anten người ta dùng góc bù để dễ đo đạt. Góc bù là góc tạo bởi
bề mặt chảo khi có đường thẳng đi qua với mặt đất. Nó được gọi là góc nghiêng i:
góc nghiêng i = 900 - θe
5.5.2.2 Góc phương vị (Azimuth ϕa)
Góc phương vị là góc dẫn đường cho anten quay tìm vệ tinh trên quỹ đạo địa
tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây.
Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng về phương Bắc với
đường nối đến vệ tinh. Góc được xác định theo chiều kim đồng hồ.
Góc phương vị được tính theo công thức:
ϕa =1800+ kinh độ tây hoặc
ϕa =1800 - kinh độ đông
Góc phương vị ϕa được tính theo công thức:
tg
∆
Le
tgϕ
=
a
(
−
sin
φ )
φ
Với là vĩ độ của trạm mặt đất (độ).
∆
L
∆ L
e là hiệu kinh độ đông của vệ tinh với trạm mặt đất, e = Ls - Le .
Rõ ràng là ϕa phụ thuộc vào kinh độ, vừa kinh độ tại điểm thu và kinh độ vệ
tinh.
Ví dụ hai vệ tinh có toạ độ như hình vẽ:
Cực Bắc
Góc phương vị của vệ tinh 1
Góc phương vị của vệ tinh 2
300 E
450W
Vệ tinh 2 (45oW)
Vệ tinh1(300 E)
Góc phương vị của 2 vệ tinh được tính theo biểu thức đã trình bày ở trên:
Vệ tinh 1: ϕa1 =1800- kinh độ đông = 180o-30o =150o
Vệ tinh 2: ϕa2 =1800+ kinh độ tây = 180o + 45o =225o
78
B¶ng 2.5 Gãc ngÈng vµ gãc ph¬ng vÞ ë Hµ Néi vµ TP. Hå ChÝ Minh
Sai lệch Kinh tuyến
Gócc ngẩng θee
HNHN TPHCM HNHN TPHCM
Góc phương vị ϕaa
Tọa độ
HNHN
TPHCMC
Tên vệ tinh
M
CM
-9038
-6038
-3038
-1038
CM
Asiasatat1
1160EE -10060
1130EE -7016
1100EE -4016
630
640
64090
65020
620
73029
1530
1640
168050
1740
2060
2170
1400
1520
Palapapa BB
Chinasatat 2
Palapapa BB1 1080EE -2016
75033
75056
77023
71040
66082
160028
172090
227086
2380
Statsionarar 14 950EE
+10084 +11062
+15084 +16062
Statsionarar6
(Horizontnt 8)
Chinasatat 1
Statsionarar 13 800EE
Thaicomom 1 780EE
Intelsatat VIVI 630EE
Intelsatat VV 600EE
900EE
59040
870EE
+18034 +19012
+25084 +26062
+27034 +28012
+42084 +43062
+45084 +46062
+48084 +49062
57070
510
490
370
340
64035
56061
560
38048
360
222070
2320
234062
2480
2510
252050
241074
2480
249060
258092
2600
FF7
570EE
310
320
2610
Intelsatat
VAVA
5.5.2.3 Góc phân cực (Angle Of Polarization)
Khi đường trục của chảo Parabol hướng thẳng đến tâm búp sóng chính của
anten phát của vệ tinh thì mặt chảo gần như thu toàn bộ năng lượng của chùm sóng
chính trong mặt phẳng phân cực. Nếu anten nằm lệch tâm với chùm sóng chính của
tín hiệu vệ tinh, hiệu suất thu năng lượng giảm và còn gây tác hại như làm méo
dạng tín hiệu, tăng tạp nhiễu. Vì vậy cần phải hiệu chỉnh lại góc phân cực bằng đầu
dò phân cực ở đầu thu.
5.5.3 Hệ thống bám đuổi vệ tinh
5.5.3.2 Bám đuổi vệ tinh bằng xung đơn
Hệ thống này luôn xác định tâm búp sóng anten có hướng vào vệ tinh hay
không để điều khiển hướng của anten.
Khi tín hiệu đến trực tiếp ở phía trước bộ dẫn sóng thì hệ thống làm việc ở loại
sóng TE10. Nếu tín hiệu đến lệch khỏi tâm thì hệ thống làm việc ở loại sóng TE20.
Qua việc phát hiện các loại sóng công tác có thể giải quyết vấn đề điều chỉnh anten.
Pha của của tín hiệu tạo ra chỉ thị sự sai lệch trái hay phải.
Trục bức xạ cực đại
TE10
TE20
TE20
79
Ưu điểm của phương pháp bám đuổi vệ tinh bằng xung đơn là độ chính xác
cao, nhược điểm là thiết bị đánh dấu phải làm việc liên tục sẽ chóng hao mòn và
dẫn tới mau hỏng do phải liên tục cung cấp năng lượng.
5.5.3.3 Bám đuổi vệ tinh theo từng nấc
Hệ thống này điều chỉnh hướng sao cho mức tín hiệu thu là cực đại bằng cách
dịch chuyển nhẹ vị trí anten ở các khoảng thời gian nhất định.
*Sơ đồ khối của hệ thống bám từng nấc
Beam
Receiver
Beam D/C
LNA
Bộ chia
D/C
Bộ thu
Chuyển mạch
hạn chế
Điều khiển
anten (ACU)
Mô tơ Az
+ Chức năng các khối:
Mô tơ Ei
LNA: Bộ khuếcp thường là một phần của các mạch tín hiệu xử
lí thông tin.Nó có thể dùng cho hệ thống điều khiển bám đuổi vệ tinh.
Bộ chia: Lấy một phần tín hiệu đưa vào D/C
Bộ D/C: Chuyển tần số bức xạ RF thành tần số IF phù hợp để hệ thống sử
dụng.
Khối điều khiển anten ACU: làm nhiệm vụ tối ưu hoá mức tín hiệu ban đầu
thông qua quá trình điều khiển bám từng nấc, tạo ra các tín hiệu điều khiển lái cho
động cơ điều khiển góc phương vị và góc ngẩng.
Khối điều khiển môtơ: Nhận lệnh của ACU sẽ cung cấp công suất hiệu chỉnh
đến các môtơ định vị anten
Khối chuyển mạch hạn chế: Ngắt nguồn cung cấp cho các môtơ khi anten
chuyển đến các biên giới hạn để đề phòng nguy hiểm cho máy móc.
*Nguyên lý hoạt động:
Sau khi thu tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh anten được lệnh dịch chuyển góc ban
đầu so sánh với mức tín hiệu dẫn đường thu được trước và sau khi dịch chuyển,
hướng của lần dịch chuyển kế tiếp có thể được quyết định đó là: Nếu mức tín hiệu
80
dẫn đường tăng lên thì anten tiếp tục dịch chuyển theo hướng trước đó, còn
nếu mức tín hiệu dẫn đường giảm đi thì anten dịch chuyển theo hướng ngược lại và
quá trình này sẽ được lặp lại. ưu điểm của phương pháp này là các anten không
phải bám liên tục như hệ thống xung đơn.
5.5.3.4 Bám đuổi vệ tinh theo chương trình
Hệ thống này dựa trên số liệu lịch thiên học dự đoán các vị trí vệ tinh được
Intelsat cung cấp. Số liệu này được dưa vào phần mềm máy tính biến đổi dữ liệu
thành các giá trị thực cho trạm vệ tinh mặt đất đó để điều khiển bám vệ tinh đã cho
trước các số liệu thiên văn. Loại điều khiển bám theo chương trình không cần hệ
thống điều khiển bám và các thiết bị liên quan, giảm được giá thành trạm mặt đất,
được quan tâm hàng đầu nhất là các trạm mặt đất nhỏ.
5.5.3.5 Bám đuổi vệ tinh bằng nhân công
-Các anten của các trạm mặt đất nhỏ hơn có thể chỉ cần điều chỉnh hàng tuần,
hàng tháng vì búp sóng của anten rộng, điều chỉnh này có thể được thực hiện bằng
cách làm cho các chuyển mạch phù hợp với môtơ góc ngẩng và góc phương vị.
-Các hệ thống bám đuổi tự động thường có khả năng điều khiển bằng tay để cho
phép bảo dưỡng anten, điều khiển bằng nhân công cũng là phương pháp thêm vào
khi hỏng thiết bị. Có phương pháp điều khiển bám nhân công khác là biện pháp cơ
khí trực tiếp để quay anten
-Các anten nhỏ hơn có thể chỉ nới lỏng một cái chốt, sau đó điều chỉnh một số vít
thay đổi góc phương vị và góc tù.
-Các anten lớn hơn có thể yêu cầu một tay vặn được gắn trực tiếp ở bộ phận đuôi
của anten. Đối với anten lớn đây là trường hợp khẩn cấp khi có sự cố nguồn tổng
cung cấp cho các khối điều khiển.
5.6 Vệ tinh Việt namVINASAT
5.6.1 Tổng quan
Nền kinh tế của nước ta ngày càng phát triển, nhu cầu trao đổi, cập nhật
thông tin và giải trí ngày càng tăng. Hiện nay, ở nước ta có tất cả 6 trạm mặt đất
thông tin vệ tinh đang hoạt động đều thuê kênh vệ tinh của nước ngoài. Cùng với
nhu cầu ngày càng tăng thì yêu cầu đặt ra là Việt Nam cần có một vệ tinh thông tin
riêng của mình để phục vụ các nhu cầu thông tin trong nước và nhu cầu của các cơ
quan, tổ chức nước ngoài. Ngày 24/9/1998, Thủ tướng Chính phủ ra quyết định
868/QĐ-TTg về việc thông qua báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án “Phóng vệ
tinh viễn thông Việt Nam (VINASAT)”. Theo dự kiến, vệ tinh VINASAT sẽ được
phóng lên quỹ đạo ở vị trí 132°Đông vào đầu năm 2005 và muộn nhất là giữa năm
2005 sẽ đi vào hoạt động. Cũng theo dự kiến, VINASAT có khoảng từ 20 đến 30 bộ
phát đáp (mỗi bộ tương đương với 480 kênh thoại hoặc tương đương với một
chương trình truyền hình). Sau khi đi vào hoạt động, vệ tinh VINASAT sẽ tiết kiệm
được cho đất nước 10 triệu USD mỗi năm tiền thuê kênh vệ tinh của nước ngoài
như ASIASAT, THAICOM, MEASAT...thời gian qua.
5.6.2 Vị trí quỹ đạo và phối hợp tần số
Nước ta nằm trong khoảng kinh tuyến từ 103°Đông đến khoảng 110°Đông. Từ
đây ta thấy vị trí lý tưởng trên quỹ đạo địa tĩnh là nằm trong khoảng này. Khi đó, ở
bất kỳ một điểm nào trên lãnh thổ Việt Nam ta đều có thể nhìn thấy vệ tinh gần như
81
ở trên đỉnh đầu và khi đó đường truyền sóng sẽ là ngắn nhất, do đó suy hao là ít
nhất. Tuy nhiên, quỹ đạo địa tĩnh ở đây quá chật chội ví dụ như ở vị trí kinh tuyến
103°Đông đã có 13 vệ tinh đang làm thủ tục đăng ký hoặc đã được đăng ký. Ở kinh
tuyến 110°Đông cũng có 11 vệ tinh đã hoặc đang được đăng ký. Nói chung, hầu
như vị trí nào cũng đầy chật vệ tinh. Tuy nhiên, ta có thể chọn những vị trí ở xa hơn
về phía Đông hoặc phía Tây, chẳng hạn trong vùng kinh tuyến 65°Đông hoặc 145°
Đông, khi đó tuyến truyền sóng có dài hơn nhưng cũng không ảnh hưởng lớn đến
chất lượng thông tin. Vì vậy, việc chọn vị trí quỹ đạo thích hợp là rất quan trọng để
tránh can nhiễu do các vệ tinh bên cạnh và tránh làm nhiễu họ. Năm 2000, Việt
Nam đã đăng ký với ITU 7 vị trí quỹ đạo và quỹ đạo nằm ở vị trí 132°Đông đã
được chấp nhận.
Vị trí quỹ đạo và băng tần liên quan là tài nguyên thiên nhiên dùng chung
nhưng rất có hạn, các nước trên thế giới đã chiếm rất nhiều vị trí, còn Việt Nam là
nước đến sau, giờ mới đăng ký nên khó có thể tìm một vị trí thích hợp. Vị trí tìm
được phải bảo đảm không gây nhiễu cho các vệ tinh bên cạnh, theo quy định quốc
tế, phải thoả thuận với các nước có vệ tinh bên cạnh. Việc thoả thuận này gọi là
phối hợp tần số, nếu vệ tinh của ta có ảnh hưởng đến hệ thống các nước thì phải
thay đổi các tham số của vệ tinh VINASAT.
Với vệ tinh VINASAT thì ta phải thực hiện phối hợp tần số với khoảng 15
nước trên thế giới, đây là một công việc nặng nề đòi hỏi phải có những nỗ lực to lớn
do tính phức tạp của quá trình. Số liệu thu được mỗi lần đi phối hợp tần số với các
nước đối tác là rất nhiều, do vậy cần có các kỹ năng xử lý tốt, chuyên môn sâu rộng
để vừa đảm bảo quyền lợi quốc gia, vừa tránh được các bất lợi cho hệ thống vệ tinh
của Việt Nam sau này và cũng phải được các đối tác chấp nhận. Vấn đề cơ bản của
phối hợp tần số là tránh được can nhiễu giữa các hệ thống vệ tinh khi hoạt động,
nếu không phối hợp tốt sẽ ảnh hưởng lớn đến kế hoạch kinh doanh.
5.6.3 Kích cỡ vệ tinh và tần số công tác
5.6.3.1 Kích cỡ vệ tinh
Kích cỡ vệ tinh hay dung lượng vệ tinh phụ thuộc trực tiếp vào nhu cầu sử
dụng của quả vệ tinh đó. Phân loại vệ tinh theo khối lượng được chỉ ra ở bảng 5.1.
Bảng 5.1 Phân loại vệ tinh theo khối lượng
Khối lượng
> 9080 kg
Tên vệ tinh thông
dụng
Hube (kính viễn
vọng)
Tỉ lệ phóng trong
1994 - 1998
1%
Vệ tinh nặng -
Heavy
Vệ tinh lớn
4541 - 9080kg
2271 - 4540kg
909 - 2270kg
91 - 908kg
HS393, VOSTOK
8%
Large
Vệ tinh trên trung
bình Intermediate
Vệ tinh trung
bình - Medium
Vệ tinh nhỏ
Small
HS601, LM7000,
A2100, FS1300
HS376, LM4000,
SpaceBus2000
HS 333, LM700
SpaceBus L
22%
21%
37%
11%
Vệ tinh siêu nhỏ
0 - 90kg
McroStar, SSTL
82
Microsat
Dựa trên quan hệ giữa số bộ phát đáp và khối lượng vệ tinh thì VINASAT
thuộc loại vệ tinh trung bình. Qua xem xét kinh nghiệm của các nước trong khu vực
thì việc phóng vệ tinh VINASAT đầu tiên có dung lượng như vậy là phù hợp vì
trước mắt đối tượng của VINASAT sẽ là thị trường trong nước.
5.6.3.2 Tần số công tác
Có ý kiến cho rằng nếu quỹ đạo địa tĩnh quá chật chội thì có thể dùng dải tần
làm việc khác đi. Điều này đúng nhưng không phải lúc nào cũng thực hiện được và
có những hạn chế nhất định. Cũng như các vệ tinh thông tin khác, băng tần hoạt
động của VINASAT là băng C, Ku và băng X phục vụ cho các ứng dụng của chính
phủ. Các băng tần này đã được đăng ký với ITU và được đề cập tới khi thực hiện
phối hợp tần số với các hệ thống vệ tinh khác.
Ở điểm 103°Đông, phần lớn các vệ tinh đều dùng các dải tần thuộc băng
C(6/4GHz) và băng Ku(14/11GHz). Như vậy, khó mà tránh được trùng nhau trong
dải tần. Chỉ còn một cách là bố trí tần số của bộ phát đáp so le với tần số của các bộ
phát đáp của các vệ tinh bên cạnh. Nếu tần số sóng mang của hai bộ phát đáp dùng
cho truyền hình (can nhiễu khác nhau của hai vệ tinh khác nhau) mà khác nhau
10MHz thì tỉ số bảo vệ (protection ratio) là 31dB. Điều này có nghĩa là mật độ
thông lượng công suất cho phép ở bên vùng làm việc phải giảm đi 31dB. Nhưng
nếu số liệu số giữa các sóng mang nói trên là 30MHz thì tỉ số bảo vệ là 0dB, nghĩa
là công suất phát xạ có thể lớn lên được 31dB.
Cũng có thể giảm can nhiễu giữa các vệ tinh với nhau bằng cách sử dụng
những cách phân cực khác nhau. Khi hai tuyến thông tin (cùng lên hoặc cùng
xuống) có cách phân cực khác nhau thì độ can nhiễu có thể giảm đi bằng hệ số cách
ly phân cực. Chẳng hạn khi một tuyến có phân cực tròn trái LHC còn tuyến kia có
phân cực tròn phải RHC thì hệ số cách ly là 6dB. Còn nếu một bên là phân cực tròn
(trái hoặc phải) mà bên kia là phân cực đường thẳng thì hệ số này chỉ là 1,4dB. Dĩ
nhiên là khi phân cực giống nhau thì hệ số cách ly bằng 0dB. Vì lý do này mà cũng
cần phải biết được sự bố trí phân cực của các bộ phát đáp của các vệ tinh bên cạnh.
5.6.4 Kỹ thuật sử dụng
Có thể giảm nhiễu bằng cách dùng những kỹ thuật truy cập hiện đại như
CDMA. Phương pháp này dùng một chuỗi giả ngẫu nhiên để điều chế sóng mang,
nó trải tín hiệu trên một phổ tần số rộng. Với những ưu điểm đã được trình bày kỹ
trong chương 4, phương pháp đa truy cập này rất thích hợp cho VINASAT.
5.6.5 Các loại hình dịch vụ
Động lực kích thích sự phát triển của thông tin vệ tinh hiện nay là các ứng
dụng đối với Internet và việc phân phối các chương trình truyền hình giải trí. Tuy
nhiên, các dịch vụ của thông tin vệ tinh không dừng lại ở các ứng dụng này mà nó
còn có nhiều loại hình dịch vụ khác.
Bảng 5.2 thống kê các loại hình dịch vụ dự định sẽ sử dụng trong vệ tinh VINASAT
Cơ cấu sử dụng
theo dung lượng
Ghi chú
83
vệ tinh
» 35%
Thông tin điện thoại
Mạng số liệu
Mạng VSAT, trung kế vệ tinh(2M-
140Mbit/s)
Các khách hàng có nhu cầu truyền số
liệu lớn
» 10%
» 25%
» 15%
» 5%
Phát thanh, truyền hình
quảng bá
Truyền hình trực tiếp đến
nhà khách hàng DTH
Thông tin Chính phủ
Đài THVN, đài TNVN
Đài THVN, TCT BCVT VN
CP16
Đơn vị có mức độ sử dụng lớn nhất dung lượng vệ tinh là ngành phát thanh
truyền hình, tổng công ty bưu chính viễn thông Việt Nam sẽ chủ yếu sử dụng vệ
tinh này để tiếp tục xây dựng, nâng cấp hệ thống VSAT băng C hiện có để phát
triển viễn thông nông thôn và tại các vùng biển đảo, xây dựng mạng VISAT băng
Ku có kích thước anten nhỏ (70cm đến 90cm) để truyền số liệu sử dụng công nghệ
TDM/TDMA phục vụ cho các khách hàng truyền số liệu như các mạng ngân hàng.
Ví dụ như các điểm tiết kiệm bưu điện hàng ngày phải thực hiện các giao
dịch trên toàn quốc với số lượng tiền gởi rất lớn, đồng thời khách hàng cũng có nhu
cầu rút tiền ra với các thời gian và địa điểm khác nhau, nếu không có một hệ thống
thích hợp để cập nhật các biến động này một cách tự động và chuyển lượng tiền đó
sang ngân hành kịp thời tránh phát sinh lãi suất không mong muốn. Nếu có hệ thống
VSAT TDM/TDMA nối với một HUB tại trung tâm Hà Nội chẳng hạn và trung tâm
này có đường nối sang các ngân hàng thì việc cập nhật trở thành đơn giản. Về mặt
rút tiền gởi, hệ thống rút tiền tự động ATM sử dụng công nghệ nói trên sẽ cho phép
các khách hàng tự động rút tiền thông qua thẻ tiết kiệm được phát hành tại các điểm
giao dịch, đây là một ứng dụng khá hấp dẫn cho thông tin vệ tinh tại các nước đang
phát triển.
Ngoài ra, còn có các ứng dụng khác như Internet, Direct-to-PC, Direct-to-
Home, hội nghị truyền hình, đào tạo từ xa, các dịch vụ lưu động, chuyển tiếp
chương trình phát thanh và truyền hình... Hiện nay, kế hoạch dung lượng của
VINASAT là hai bộ phát đáp băng C và hai bộ phát đáp băng Ku và khoảng 1 đến 2
bộ dự phòng chiếm 3% dung lượng quả vệ tinh.
14 trang
42421
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thông tin vi ba vệ tinh - Chương 5: Trạm mặt đất và vệ tinh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thong_tin_vi_ba_ve_tinh_chuong_5_tram_mat_dat_va.pdf
