ỦY BAN NHÂN DÂN PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
-----------oOo----------

GIÁO TRÌNH
HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH SỐ

BIÊN SOẠN: TS. HỒ VĂN CỪU
ThS. NGUYỄN HUY HÙNG
ThS. NGUYỄN THỊ HẬU
ThS. TRỊNH HOÀI ÂN

NĂM 2016


ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
-----------oOo----------

GIÁO TRÌNH
HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH SỐ
Biên soạn theo quyết định giao nhiệm vụ số 2438, ký ngày 30/11/2015 của
Hiệu trƣởng trƣờng Đại học Sài Gòn, mã số: GT2015-02

BIÊN SOẠN: TS. HỒ VĂN CỪU
ThS. NCS. NGUYỄN HUY HÙNG
ThS. NGUYỄN THỊ HẬU
ThS. TRỊNH HOÀI ÂN

NĂM 2016

MỞ ĐẦU
1. GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC
Viễn thông là ngành công nghiệp thông tin rất quan trọng, có tốc độ phát triển rất nhanh.
Sự phát triển thể hiện ở những đặc điểm về mạng lưới cung cấp dịch vụ ngày càng mở rộng, số
lượng người dùng ngày càng tăng, chất lượng dịch vụ ngày càng tốt, băng thông rộng, công nghệ
sử dụng ngày càng hiện đại, số lượng doanh nghiệp tham gia thị trường cung cấp dịch vụ viễn
thông ngày càng tăng, giá thành dịch vụ ngày càng giảm.
Trong cấu trúc hệ thống mạng viễn thông luôn luôn có 3 phương thức truyền dẫn chính
trên các tuyến truyền dẫn tín hiệu băng rộng dung lượng cao là truyền dẫn cáp sợi quang, truyền
dẫn vi ba, truyền dẫn vệ tinh, trong đó hệ thống truyền dẫn vệ tinh có khả năng đáp ứng nhanh
chóng các yêu cầu phát triển của mạng lưới như thiết lập nhanh chóng các tuyến truyền dẫn vô
tuyến có cự ly xa, nhất là các tuyến thông tin vô tuyến vượt đại dương, vượt biển, vượt sông có
cự ly rộng, kết nối thông tin đến các vùng có địa hình khó khăn, các phương tiện giao thông cần
kết nối với mạng thông tin toàn cầu.
Hiện nay, trên thế giới hầu hết các nước đều phát triển hệ thống thông tin vệ tinh, các
nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Nga, Anh, Pháp, Đức và Trung Quốc đã phóng nhiều hệ
thống vệ tinh lên quỹ đạo để phát triển mạng viễn thông tòan cầu và phát triển các yêu cầu thông
tin quốc gia. Năm 2008, Việt Nam triển khai dự án phóng vệ tinh viễn thông Vinasat, để phát
triển nhanh mạng lưới viễn thông của mình, dự án vệ tinh viễn thông Việt Nam có ý nghĩa đặc
biệt quan trọng trong việc khẳng định chủ quyền của Việt Nam đối với vị trí quỹ đạo vệ tinh địa
tĩnh trên không gian. Mặt khác, khi Việt Nam có vệ tinh riêng sẽ góp phần hoàn thiện cơ sở hạ
tầng thông tin quốc gia theo hướng hiện đại, nâng cao độ an toàn cho mạng viễn thông, thúc đẩy
sự phát triển các dịch vụ viễn thông, công nghệ thông tin, thương mại, giải trí, góp phần phát
triển kinh tế xã hội cũng như các dịch vụ phục vụ mục đích chuyên dụng khác.
Vệ tinh viễn thông Vinasat còn có ý nghĩa to lớn hơn trong việc phủ sóng vệ tinh trên
toàn lãnh thổ Việt Nam, một số vùng lân cận và biển Đông, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát
triển viễn thông và các dịch vụ truyền thông đến các vùng sâu vùng xa, biên giới, hải đảo. Vệ
tinh viễn thông Vinasat 1,2 của Việt Nam được tổ chức viễn thông thế giới cho phép định vị tại
vị trí trên quỹ đạo cho vệ tinh tại kinh độ 1320 Đông, 131,80 Đông đây là vị trí quỹ đạo tối ưu

nhất.
Môn học thông tin vệ tinh số là học phần chuyên môn của chuyên ngành điện tử truyền
thông, mục tiêu của môn học là cung cấp cho người học hiểu được các vấn đề chính về sự hình
thành và phát triển về hệ thống thông tin vệ tinh, cấu trúc các hệ thống thông tin vệ tinh, mô hình
truyền sóng, để tiến hành các bước phân tích, thiết kế, tổ chức thi công lắp đặt, phát triển các mô
hình cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh, vận hành và bảo dưỡng hệ thống thông tin vệ tinh trong
thực tế.

I


2. NỘI DUNG MÔN HỌC
- Mở đầu. Giới thiệu môn học
- Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh
- Chương 2. Quỹ đạo vệ tinh
- Chương 3. Trạm vệ tinh mặt đất
- Chương 4. Bộ thu phát đáp vệ tinh Transponder
- Chương 5. Đường truyền sóng thông tin vệ tinh
- Chương 6. Mô hình cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh
3. KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ
Thông tin vệ tinh là môn học học có kiến thức tổng hợp về truyền sóng vô tuyến, quỹ đạo
chuyển động vệ tinh, thiết bị thu phát vô tuyến, đòi hỏi sinh viên có nền tảng về toán, vật lý, cấu
kiện điện tử, hệ thống viễn thông, truyền sóng, anten và máy tính.
4. YÊU CẦU MÔN HỌC
Người học cần phải tham dự đầy đủ các buổi giảng, thảo luận trên lớp học, nắm vững các
nội dung chính các chương trong giáo trình, thực hiện đầy đủ các nội dung ôn tập, nghiên cứu
thêm một số tài liệu tham khảo và hoàn thành báo cáo đồ án môn học.
5. CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC
Để học tốt môn này, người học cần ôn tập các kiến bài học, tham khảo thêm các tài liệu
khác, trả lời các câu hỏi, làm đầy đủ bài tập; đọc trước bài mới và tìm hiểu thêm các thông tin

liên quan đến hệ thống thông tin vệ tinh trên mạng lưới để cùng thảo luận với giảng viên. Đối với
mỗi chương, người học cần đọc trước mục tiêu và tóm tắt chương, sau đó đọc nội dung chương.
Kết thúc mỗi chương, người đọc trả lời câu hỏi ôn tập và làm các bài tập.
6. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
Môn học được đánh giá gồm:
 Điểm quá trình: gồm điểm chuyên cần hệ số (0.1), điểm kiểm tra giữa kỳ hệ số (0.2),
điểm đồ án môn học hệ số (0.2). Hình thức và nội dung do Giảng viên quyết định, phù hợp với
quy chế đào tạo và tình hình thực tế tại nơi tổ chức học tập.
 Điểm thi kết thúc học phần hệ số (0.5), hình thức thi tự luận trong 60 phút hoặc thi trắc
nghiệm trong 45 phút. Nội dung thi chủ yếu thuộc nội dung của 6 chương và có vận dụng một số
vấn đề mở liên quan đến lĩnh vực thông tin vệ tinh số.

II


MỤC LỤC
Chƣơng 1. Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh ................................................................. 1
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh ............................................................................... 1
1.2. Tóm tắt quá trình phát triển hệ thống thông tin vệ tinh......................................................... 2
1.2.1. Quá trình phát triển hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới. ........................................ 2
1.2.2. Sự phát triển mạng lưới thông tin vệ tinh của việt nam ................................................. 3
1.3. Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin vệ tinh ..................................................................... 5
1.4. Băng tần số vô tuyến sử dụng trong thông tin vệ tinh........................................................... 8
1.4.1. Bảng phân chia băng tần số vô tuyến sử dụng trong thông tin vệ tinh .......................... 8
1.4.2. Bảng phân chia vùng ứng dụng thông tin vệ tinh ........................................................ 10
1.5. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin vệ tinh .................................................................. 12
1.5.1. Ưu điểm ...................................................................................................................... 12
1.5.2. Nhược điểm................................................................................................................. 12
1.6. Tóm tắt ................................................................................................................................ 12
1.6.1. Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh ..................................................................... 12

1.6.2. Quá trình phát triển hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới ....................................... 13
1.6.3. Sự phát triển mạng lưới thông tin vệ tinh của việt nam ............................................... 13
1.6.4. Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh ....................................................................... 13
1.6.5. Bảng phân chia băng tần số vô tuyến sử dụng trong thông tin vệ tinh ........................ 14
1.6.6. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin vệ tinh............................................................ 14
1.7. Câu hỏi ôn tập ..................................................................................................................... 14
Chƣơng 2. Quỹ đạo vệ tinh...................................................................................................... 17
2.1. Phương trình Kepler ............................................................................................................ 17
2.1.1. Khái niệm về vị trí tọa độ vệ tinh ............................................................................... 17
2.1.2. Ngày mặt trời và ngày thiên văn ................................................................................ 17
2.1.3. Phương trình Kepler ................................................................................................... 18
2.2. Quỹ đạo vệ tinh ................................................................................................................... 23
2.2.1. Khái niệm về quỹ đạo vệ tinh ..................................................................................... 23
2.2.2. Một số thuật ngữ của vệ tinh trên quỹ đạo ................................................................. 23
III


2.2.3. Phân loại quỹ đạo vệ tinh ........................................................................................... 24
2.2.4. Đặc điểm của quỹ đạo địa tĩnh ................................................................................... 26
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động của vệ tinh ............................................. 33
2.3.1. Ảnh hưởng của áp suất bức xạ mặt trời, mặt trăng, và các ngôi sao khác ................. 33
2.3.2. Ảnh hưởng của tầng khí quyển trái đất ...................................................................... 33
2.4. Ưu nhược điểm của quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh ...................................................................... 33
2.4.1. Ưu điểm ...................................................................................................................... 33
2.4.2. Nhược điểm ................................................................................................................ 33
2.5. Quy trình phóng vệ tinh ...................................................................................................... 34
2.5.1. Giới thiệu .................................................................................................................... 34
2.5.2. Quy trình phóng vệ tinh dùng tên lửa đẩy 3 tầng ....................................................... 34
2.5.3. Vận tốc của vệ tinh trên quỹ đạo ................................................................................ 35
2.5.4. Góc nghiêng của quỹ đạo ban đầu .............................................................................. 35

2.5.5. Khảo sát quy trình tên lửa phóng vệ tinh ................................................................... 35
2.5.6. Quy trình phóng vệ tinh của công ty Sea-Launch ...................................................... 37
2.6. Tóm tắt ................................................................................................................................. 41
2.7. Câu hỏi ôn tập ...................................................................................................................... 43
Chƣơng 3. Trạm vệ tinh mặt đất ............................................................................................ 44
3.1. Giới thiệu............................................................................................................................. 44
3.2. Anten trạm mặt đất .............................................................................................................. 45
3.2.1. Cấu trúc anten parabol ................................................................................................ 45
3.2.2. Đặc tính anten ............................................................................................................. 46
3.2.3. Các loại anten parabol sử dụng trong thực tế ............................................................. 49
3.2.4. Hệ thống điều khiển bám vệ tinh tự động từng bước ................................................. 51
3.3. Trạm thu phát mặt đất ......................................................................................................... 52
3.3.1. Module thiết bị cao tần RF ......................................................................................... 53
3.3.2. Module thiết bị xử lý tín hiệu trộn tần ........................................................................ 53
3.3.3. Module thiết bị giao tiếp xử lý tín hiệu dữ liệu dịch vụ số của mạng mặt đất ........... 53
3.4. Nguyên lý cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của các khối thiết bị trong trạm thu phát mặt đất . 54
3.4.1. Bộ khuếch đại tín hiệu cao tần phát công suất HPA (High Power Amplifier) ........... 54
IV


3.4.2. Bộ khuếch đại tín hiệu tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) ............................. 56
3.4.3. Bộ ghép và chia kênh cao tần ..................................................................................... 61
3.4.4. Bộ chuyển đổi tần số (up/down converter)................................................................. 61
3.4.5. Khối điều chế số và giải điều chế số .......................................................................... 63
3.4.6. Mã hóa kênh và giải mã kênh kiểm soát lỗi ............................................................... 87
3.4.7. Ngẫu nhiên hóa và giải ngẫu nhiên hóa để bảo mật thông tin .................................... 89
3.4.8. Hệ thống ghép kênh số và phân kênh số .................................................................... 91
3.5. Nguồn cung cấp ................................................................................................................. 102
Chƣơng 4. Bộ thu phát đáp vệ tinh Transponder ................................................................... 104
4.1. Giới thiệu........................................................................................................................... 104

4.2. Môi trường làm việc của vệ tinh ....................................................................................... 105
4.3. Hệ thống thu phát đáp tín hiệu .......................................................................................... 106
4.3.1. Cấu trúc bộ thu phát đáp trên kênh C ....................................................................... 106
4.3.2. Cấu trúc bộ thu phát đáp trên kênh Ku ..................................................................... 109
4.3.3. Đặc tính kỹ thuật của các khối trong bộ thu phát đáp trên vệ tinh ........................... 110
4.4. Hệ thống đo lường và điều khiển từ xa ............................................................................. 114
4.4.1. Hệ thống đo lường từ xa ........................................................................................... 114
4.4.2. Hệ thống điều khiển vệ tinh...................................................................................... 115
4.5. Năng lượng sử dụng trên vệ tinh ....................................................................................... 116
4.5.1. Nguồn cung cấp điện ................................................................................................ 116
4.5.2. Nguồn năng lượng cung cấp cho các động cơ điều khiển và dự phòng ................... 116
4.6. Tóm tắt ............................................................................................................................. 116
4.7. Câu hỏi ôn tập................................................................................................................... 118
Chƣơng 5. Đƣờng truyền sóng thông tin vệ tinh ................................................................. 119
5.1. Giới thiệu........................................................................................................................... 119
5.2. Phân tích các tham số đường sóng vệ tinh ........................................................................ 120
5.2.1. Đặc tính anten truyền sóng ....................................................................................... 120
5.2.2. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương............................................................. 122
5.2.3. Suy hao ..................................................................................................................... 122
5.2.4. Công suất nhiễu ........................................................................................................ 128
V


5.2.5. Tỷ số công suất tín hiệu trên nhiễu ........................................................................... 131
5.2.6. Tỷ số độ lợi trên nhiệt độ nhiễu tương đương .......................................................... 133
5.3. Phương trình truyền sóng trong thông tin vệ tinh ............................................................. 133
5.3.1. Phương trình đường truyền sóng hướng lên vệ tinh (up link) .................................. 133
5.3.2. Phương trình đường truyền sóng tuyến xuống trạm mặt đất (down link) ................ 138
5.3.3. Tỷ số C/N0 tổng cộng ............................................................................................... 142
5.4. Kết luận ............................................................................................................................. 145

5.5. Tóm tắt .............................................................................................................................. 145
5.6. Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................... 147
Chƣơng 6. Mô hình cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh ..................................................... 149
6.1. Giới thiệu........................................................................................................................... 149
6.2. Cấu trúc tổ chức hệ thống mạng lưới thông tin vệ tinh ..................................................... 149
6.2.1. Cấu trúc hệ thống mạng thông tin vệ tinh ................................................................ 149
6.2.2. Phương pháp đa truy nhập vô tuyến trong thông tin vệ tinh .................................... 150
6.3. Hệ thống thông tin vệ tinh Vinasat của Việt Nam ............................................................ 154
6.3.1. Hệ thống tin vệ tinh Vinasat Việt Nam .................................................................... 154
6.3.2. Tham số kỹ thuật của hệ thống vệ tinh Vinasat........................................................ 156
6.3.3. Hệ thống điều khiển vệ tinh...................................................................................... 159
6.4. Mô hình cung cấp cấp dịch vụ vệ tinh Vinasat của Việt Nam .......................................... 160
6.4.1. Dẫn nhập ................................................................................................................... 160
6.4.2. Mô hình cung cấp dịch vụ thoại, fax và kết nối internet .......................................... 161
6.4.3. Mô hình cung cấp các đường truyền số trong mạng thông tin di động .................... 163
6.4.4. Mô hình cung cấp các đường truyền số trong mạng thông tin truyền hình lưu động164
6.5. Tóm tắt .............................................................................................................................. 166
6.6. Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................... 168
Tài liệu tham khảo ................................................................................................................. 169

VI


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Mô hình mạng viễn thông quốc tế của Việt Nam [1998]

4

Hình 1.2. Mô hình cấu trúc hai phân đoạn của hệ thống thông tin vệ tinh


5

Hình 1.3. Kênh truyền vệ tinh để kết nối các khu vực trong mạng viễn thông

6

Hình 1.4. Kênh truyền vệ tinh kết nối mạng thông tin di động mặt đất

7

Hình 1.5. Kênh truyền vệ tinh kết nối với các phương tiện giao thông và các đảo

7

Hình 1.6. Mô hình kênh truyền vệ tinh kết nối với các thuê bao di động vệ tinh

8

Hình 1.7. Mô hình các kênh truyền vệ tinh kết nối với các vùng phủ sóng

8

Hình 1.8. Sự hấp thụ trung bình lớn nhất của các phần tử trong tần khí quyển theo tần số 9
Hình 1.9. Sự hấp thụ khí quyển do mưa và hơi nước theo tần số

10

Hình 2.1. Hình dạng quả đất được phân chia theo kinh độ và vĩ độ


16

Hình 2.2. Tọa độ vị trí trạm vệ tinh trên quỹ đạo

16

Hình 2.3. Quỹ đạo của mặt trời và trái đất

17

Hình 2.4. Quỹ đạo elip của vệ tinh

19

Hình 2.5. Diện tích quét của vệ tinh trong khoảng thời gian t1

19

Hình 2.6. Phương trình chuyển động của vệ tinh

19

Hình 2.7. Quỹ đạo chuyển động của vệ tinh

25

Hình 2.8. Quỹ đạo nghiêng

25


Hình 2.9. Quỹ đạo cực

25

Hình 2.10. Vệ tinh trên quỹ đạo xích đạo địa tĩnh

25

Hình 2.11. Vị trí và góc nhìn của vệ tinh trên trái đất

28

Hình 2.12. Tam giác chứa vệ tinh và vị trí trạm mặt đất

28

Hình 2.13. Tam diện cầu ABC

29

Hình 2.14. Tam giác cầu của vệ tinh xích đạo địa tĩnh

29

Hình 2.15. Tam giác cầu của vệ tinh không gian thuộc mặt phẳng xích đạo

30

Hình 2.16. Góc phủ của vệ tinh trên trái đất


32

Hình 2.17. Quá trình chuyển tiếp quỹ đạo của tên lửa phóng vệ tinh

34

Hình 2.18. Cấu trúc tầng 1 và 2 của tên lửa phóng vệ tinh Zenit

36

VII


Hình 2.19. Lưu đồ chuyển động của các sự kiện trong quỹ đạo bay

39

Hình 2.20. Ghép khối payload vào tên lửa Zenit

40

Hình 2.21. Hình dạng tàu phóng vệ tinh trên giàn phóng

40

Hình 3.1. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh thông tin

44

Hình 3.2. Sơ đồ các khối xử lý tín hiệu của một kênh truyền vệ tinh


45

Hình 3.3.a. Nguyên lý phản xạ sóng điện từ của anten parabol

46

Hình 3.3.b. Hình dạng anten parabol sử dụng trong thực tế mạng thông tin vệ tinh

46

Hình 3.4. Độ lợi anten định hướng

47

Hình 3.5. Băng thông sóng bức xạ của anten khi tỷ số sóng đứng VSWR = 2

49

Hình 3.6. Biểu đồ bức xạ từ anten parabol

50

Hình 3.7. Các cấu hình anten parabol trong thực tế

50

Hình 3.8. Sơ đồ khối hệ thống bám từng bước

52


Hình 3.9. Sơ đồ khối trạm mặt đất

52

Hình 3.10. Cấu tạo bộ khuếch đại HPA dùng đèn Klystron

55

Hình 3.11. Cấu tạo bộ khuếch đại HPA dùng đèn sóng chạy TWT

56

Hình 3.12. Cấu tạo bộ khuếch đại HPA bán dẫn

56

Hình 3.13. Cấu tạo bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA

56

Hình 3.14. Cấu trúc của bộ khuếch đại LNA dùng diod tham số

58

Hình 3.15. Sơ đồ bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA dùng GaAs FET

59

Hình 3.16. Nguyên lý chuyển đổi tần số đơn tầng


62

Hình 3.17. Nguyên lý trộn tần xuống hai lần

62

Hình 3.18. Sơ đồ khối mạch trộn tần kết hợp nâng tần và hạ tầng

63

Hình 3.19. Các dạng tín hiệu điều chế số

64

Hình 3.20. Mô hình hệ thống truyền dẫn tín hiệu điều chế pha số BPSK

67

Hình 3.21. Biểu đồ không gian tín hiệu đối với hệ thống BPSK nhất quán

68

Hình 3.22. Sơ đồ khối máy phát BPSK; máy thu BPSK

70

Hình 3.23. Biểu đồ không gian tín hiệu cho điều chế QPSK nhất quán

72


Hình 3.24. Biểu diễn dạng tín hiệu của quá trình hình thành sóng QPSK

73

Hình 3.25. Sơ đồ điều chế và giải điều chế QPSK

74

Hình 3.26. Các điểm tín hiệu PAM

78
VIII


Hình 3.27. Không gian tín hiệu và các biên giới quyết định

78

Hình 3.28. Chùm tín hiệu của khóa chuyển pha tám trạng thái 8-PSK

81

Hình 3.29. Bộ giải điều chế M-PSK nhất quán

82

Hình 3.30. Chùm tín hiệu của 16-QAM (M=16)

83


Hình 3.31. Các thành phần đồng pha (a) và pha vuông góc (b) của tín hiệu

84

Hình 3.32. Sơ đồ khối của hệ thống 16-QAM: a) Bộ điều chế; b) Bộ giải điều chế

85

Hình 3.33. Sơ đồ mạch điều chế số MQAM

86

Hình 3.34. Sơ đồ mạch giải điều chế số MQAM

86

Hình 3.35. Sơ đồ khối của máy phát sử dụng mã hóa kênh

86

Hình 3.36. Sơ đồ bộ lập mã khối tuyến tính (n,k)

88

Hình 3.37. Sơ đồ tổng quát của một bộ lập mã xoắn với tỷ lệ mã k/n

89

Hình 3.38. Sơ đồ bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên


90

Hình 3.39. Ngẫu nhiên hóa tự đồng bộ

90

Hình 3.40. Ngẫu nhiên hóa đồng bộ

91

Hình 3.41. Nguyên lý ghép kênh số cấp cao PDH

92

Hình 3.42. Cấu trúc khung thời gian E2

93

Hình 3.43. Cấu trúc khung thời gian E3

94

Hình 3.44. Cấu trúc khung thời gian E4

94

Hình 3.45. Hệ thống GKS cấp cao theo chuẩn Châu Âu

95


Hình 3.46. Hệ thống GKS cấp cao theo chuẩn Nhật Bản

96

Hình 3.47. Hệ thống GKS cấp cao theo chuẩn Châu Mỹ

96

Hình 3.48. Sơ đồ kiến trúc mạng truyền dẫn đồng bộ số SDH.

98

Hình 3.49. Nguyên lý ghép kênh số vào hệ thống SDH

99

Hình 3.50. Sơ đồ cấu trúc mạng truyền dẫn số SDH

99

Hình 3.51. Cấu trúc của khung thời gian STM-1

100

Hình 3.52. Sự truyền dẫn các byte trong khung STM-1

101

Hình 3.53. Cấu trúc khung STM-N


101

Hình 3.54. Cấu trúc hệ thống cấp nguồn điện tại trạm mặt đất

103

Hình 4.1. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh thông tin

105

Hình 4.2. Sơ đồ cấu trúc của bộ thu phát đáp vệ tinh trên băng tần C.

107

IX


Hình 4.3. Bảng phân chia các kênh tần số của bộ thu phát đáp vệ tinh băng tần C

108

Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc của bộ thu phát đáp vệ tinh trên băng tần Ku

109

Hình 4.5. Bảng phân chia các kênh tần số của bộ thu phát đáp vệ tinh băng tần Ku

110


Hình 4.6. Sơ đồ khối cơ bản của bộ thu phát đáp vệ tinh

110

Hình 4.7. Hệ thống đo từ xa

115

Hình 5.1. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh thông tin

120

Hình 5.2. Chiều cao vùng có mưa trong không gian tự do

126

Hình 5.3. Mô hình tương đương bộ khuếch đại có hệ số A

129

Hình 5.4. Mô hình máy thu đối với nhiệt độ nhiễu tạp âm

130

Hình 5.5. Mô tả các tham số trong bài toán thiết kế tuyến lên trong thông tin vệ tinh

134

Hình 5.6. Biểu đồ mức công suất của phương trình truyền sóng hướng lên


137

Hình 5.7. Mô hình đường truyền sóng hướng xuống trạm mặt đất

138

Hình 5.8. Biểu đồ mức công suất của phương trình truyền sóng hướng xuống

141

Hình 5.9. Mô hình truyền sóng của một kênh vệ tinh giữa hai trạm mặt đất A và B

142

Hình 6.1. Sơ đồ khối mạng lưới thông tin vệ tinh

150

Hình 6.2. Sơ đồ khối phương thức đa truy nhập theo tần số FDMA

151

Hình 6.3. Sơ đồ khối phương thức đa truy nhập theo tần số TDMA

152

Hình 6.4. Sơ đồ khối phương thức đa truy nhập theo tần số CDMA

154


Hình 6.5. Mô hình cấu trúc mạng viễn thông quốc tế của Việt Nam

155

Hình 6.6. Hình dạng vệ tinh Vinasat 1, 2 trên quỹ đạo địa tĩnh

156

Hình 6.7. Vùng phủ sóng của vệ tinh Vinasat 1,2

158

Hình 6.8. Các loại mô hình dịch vụ vệ tinh Vinasat

161

Hình 6.9. Mô hình cung cấp dịch vụ thoại, fax và kết nối internet

162

Hình 6.10. Mô hình cung cấp dịch vụ ISP

162

Hình 6.11. Mô hình cung cấp dịch vụ trung kế mạng di động số mặt đất 1 đường

163

Hình 6.12. Mô hình cung cấp dịch vụ trung kế mạng di động số mặt đất nhiều đường


163

Hình 6.13. Mô hình cung cấp dịch vụ truyền hình lưu động

164

Hình 6.14.Mô hình ứng dụng cho hội nghị truyền hình qua vệ tinh

165

Hình 6.15.Mô hình ứng dụng cho dịch vụ đào tạo từ xa qua truyền hình

165

Hình 6.16. Mô hình ứng dụng cho dịch vụ truyền hình thuê bao

166

X


Hình 6.17. Mô hình ứng dụng cho dịch vụ truyền hình vệ tinh đến các trung tâm
truyền hình cáp thuê bao mặt đất

166

Hình 6.18. Các loại mô hình dịch vụ vệ tinh Vinasat

167


XI


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Bảng phân chia băng tần số vô tuyến sử dụng trong thông tin vệ tinh

10

Bảng 1.2. Bảng phân chia khí quyển theo độ cao

11

Bảng 1.3. Bảng phân chia lĩnh vực ứng dụng thông tin vệ tinh theo độ cao khí quyển

11

Bảng 2.1. Bảng tổng hợp các thông số của các loại quỹ đạo tròn theo độ cao

27

Bảng 2.2. Bảng xác định giá trị của góc ngẩng A(Azimuth)

31

Bảng 2.3. Bảng tổng hợp tiến trình phóng vệ tinh từ căn cứ phóng

38

Bảng 2.4. Bảng mô tả kế hoạch thời gian phóng vệ tinh tại căn cứ phóng


40

Bảng 3.1. Tham số đặc tính kỹ thuật các bộ khuếch đại công suất HPA

54

Bảng 3.2. Bảng so sánh các tham số đặc tính của một số loại LNA

57

Bảng 3.3. Bảng tổng hợp các tham số phẩm chất vật liệu làm lạnh của bộ khuếch đại

60

Bảng 3.4. Bảng giá trị các vector tín hiệu điều chế pha số QPSK

71

Bảng 3.5. Các xác suất có điều kiện cho 4 mức phát khác nhau

79

Bảng 3.6. Nhóm tiêu chuẩn các đặc tính kỹ thuật theo tiêu chuẩn quốc tế ITU-T

97

Bảng 4.1. Bảng giá trị độ lợi và hệ số nhiễu cho các loại bộ khuếch đại LNA

111


Bảng 5.1. Bảng tổng hợp các thong số a,b theo tần số và dạng phân cực sóng để tính suy hao
trung bình do mưa
126
Bảng 5.2. Hệ số rp theo tỷ lệ thời gian mưa trung bình trong năm

128

Bảng 5.3. Độ cao vùng mưa

128

Bảng 6.1. Bảng liệt kê các thông số kỹ thuật cơ bản của vệ tinh Vinasat 1

156

Bảng 6.2. Bảng liệt kê các thông số kỹ thuật cơ bản của vệ tinh Vinasat 2

157

Bảng 6.3. Bảng tổng hợp mức công suất của các trạm mặt đất trong vùng phủ sóng vệ tinh
Vinasat1

159

XII


TỪ VIẾT TẮT
Ap


Apogee

Viễn điểm

ACU

Antenna Control Unit

Bộ điều khiển Antenna

AN

Ascending Node

Nút lên

AOR

Athlantic Ocean Region

Vùng Đại Tây Dương

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng

BB


Baseband

Băng tần gốc

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi bit

BPSK

Binary PSK

Điều pha số nhị phân

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

DBS

Direct Broadcast Satellite

Vệ tinh quảng bá trực tiếp

DEN


Descening Node

Điểm chiếu

DOMSAT

Domestic Satellite

Vệ tinh nội địa

DC

Downconverter

Bộ chuyển đổi hạ tần

DTH

Direct to Home

TV trực tiếp đến nhà

EIRP

Equivalent Isotropic Radiated Power

Công suất phát xạ đẳng hướng tương
đương


ES

Earth Station

Trạm mặt đất

FDMA

Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FDM

Frequency Division Multiplex

Ghép kênh theo tần số

FM

Frequency Modulation

Điều chế tần số

GCE

Ground Communication Equipment

Thiết bị thông tin mặt đất


GEO

Geostationary Earth Orbit

Quỹ đạo địa tĩnh

GSP

Global Positionning System

Hệ thống định vị toàn cầu

GSO

Geostationary Orbit

Quỹ đạo địa tĩnh

HEO

Highly Elliptical Orbit

Quỹ đạo elip cao

HPA

High Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất lớn


INMARSAT

International
Organisation

Maritime

INTELSAT

International

Telecommunications Tổ chức vệ tinh viễn thong quốc tế

Satellite

XIII

Tổ chức vệ tinh hàng hải quốc tế


Satellite Organization
IOR

Indian Ocean Region

Miền Ấn Độ Dương

LEO

Low Earth Orbit


Quỹ đạo vệ tinh tầm thấp

LNA

Low Noise Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ

MaA

Major axis

Trục chính

MiA

Minor axis

Trục phụ

MATV

Master Antennas TV

TV anten chủ

MEO

Medium Earth Orbit


Quỹ đạo vệ tinh tầm trung

NASA

National Aeronautic
Administration

NGSO

Non-Geostationary Satellite Orbit

Quỹ đạo vệ tinh không phải địa tĩnh

Pe

Perigee

Điểm Cực

POR

Pacific Ocean Region

Vùng Thái Bình Dương

PSK

Phase Shift Keying


Khóa chuyển pha

QPSK

Quadrature PSK

Điều pha cầu phương (vuông góc)

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến, tần số cao tần

RTT

Round Trip Time

Thời gian truyền vòng

SCPC

Single Channel per Carrier

Một kênh trên một sóng mang

SHF

Super High Frequency


Tần số siêu cao tần

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TT&C

Telemetry, Tracking and Command

Đo từ xa, bám và điều khiển

TWTA

Travelling Wave Tube Amplifier

Bộ khuyếch đại đèn sóng chạy

TVRO

TV Receiver Only

Máy chỉ thu TV vệ tinh

UC

Upconverter


Bộ chuyển đổi nâng tần

VHF

Very Hight Frequency

Tần số siêu cao

XPD

Cross Polar Discrimination

Phân biệt phân cực vuông góc

XPI

Cross Polar Isolation

Cách ly phân cực vuông góc

Space Cơ quan quản lý vũ trụ và hàng không
quốc gia

and

XIV


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
Hầu hết, trong mạng viễn thông của các nước trên thế giới đều thiết kế tổ chức theo

phương thức truyền dẫn chính trên các đường truyền dẫn tín hiệu để kết nối giữa các nút
mạng là truyền dẫn cáp sợi quang, truyền dẫn vi ba, truyền dẫn vệ tinh. Hệ thống truyền dẫn
vệ tinh bao gồm một vệ tinh hoặc nhiều vệ tinh liên kết với nhau trên quỹ đạo và các trạm thu
phát mặt đất. Thông tin vệ tinh có khả năng đáp ứng nhanh việc phát triển xây dựng các
tuyến truyền dẫn đến các vùng sâu, miền núi, hải đảo, tuyến truyền dẫn có cự ly xa, có khả
năng vượt biển, vượt đại dương, để hình thành mạng viễn thông liên kết toàn cầu.
Nội dung trong chương đề cập đến các vấn đề tổng quan về hệ thống thông tin vệ
tinh, lịch sử phát triển, ưu, nhược điểm, cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh và các băng tần số
ứng dụng trong thông tin vệ tinh.
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh
1.2. Tóm tắt quá trình phát triển của hệ thống thông tin vệ tinh
1.3. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh
1.4. Băng tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh.
1.5. Tóm tắt chương.
1.6. Bài tập.
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin vô tuyến trên băng tần số siêu cao tần, trong đó
cần có vệ tinh được phóng lên trên quỹ đạo không gian, vệ tinh có chức năng kết nối thông tin
với các trạm trên mặt đất đặt trong vùng nhìn thấy của vệ tinh. Một vệ tinh thông tin về cơ
bản là một thiết bị thông tin vô tuyến điện tử siêu cao tần, đa kênh được đặt trong quỹ đạo
không gian, có nhiệm vụ tiếp nhận các tín hiệu sóng vô tuyến mang thông tin từ trạm mặt đất
phát lên vệ tinh, tại vệ tinh tín hiệu được thu nhận, khuếch đại tạp âm thấp LNA, đổi tần và
khuếch đại công suất HPA truyền trở lại đến các trạm mặt đất theo cấu hình điểm- điểm hoặc
điểm - đa điểm trong vùng phủ sóng của vệ tinh.
Một vệ tinh trên quỹ đạo bao gồm nhiều bộ thu, phát đáp vô tuyến, mỗi bộ thu phát
đáp làm việc trên một cặp tần số khác nhau. Mạng lưới hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm
một vệ tinh hoặc nhiều vệ tinh trên quỹ đạo và nhiều trạm thu phát mặt đất.
Hệ thống vệ tinh xích đạo địa tĩnh toàn cầu là một hệ thống gồm 3 vệ tinh được phóng
lên trên quỹ đạo xích đạo địa tĩnh có độ cao khoảng 36.000km tính từ mặt đất, đặt cách nhau
120 độ, có khả năng chuyển tiếp thông tin từ một trạm trên mặt đất đến một hoặc tất cả các

trạm khác trên trái đất, trừ vùng cực Bắc và Nam của trái đất; tuy nhiên sau đó, tại hai vùng
cực cực Bắc và cực Nam, các kỹ sư đã tiếp tục thiết kế và xây dựng thêm các tháp anten viba
cao để tăng nguồn phủ sóng vệ tinh trên toàn địa cầu. Một nhược điểm của quỹ đạo địa tĩnh là
thời gian trễ giữa tín hiệu phát và thu tại trạm các trạm mặt đất lớn, xấp xĩ ¼ giây, làm giảm
chất lượng thông tin thoại trực tiếp.
1


Vùng bao phủ của vệ tinh là vùng làm việc của chùm tia bức xạ hay hấp thụ sóng điện
từ của anten vệ tinh, chùm bức xạ có dạng hình nón,với búp hướng anten là θ3dB(độ), diện tích
vùng phủ sóng trên mặt đất có dạng hình mặt cầu, các trạm thu phát mặt đất nằm trong vùng
phủ sóng của vệ tinh thì mới kết nối liên lạc được với nhau.
Đường truyền giữa trạm mặt đất và vệ tinh là đường truyền sóng vô tuyến, tín hiệu
truyền từ máy phát đến máy thu chịu tác động suy hao của vùng khí quyển, và các suy hao
khác do mưa, do sự biến động bất thường của tầng khí quyển, do sự lệch trục anten giữa máy
phát và máy thu. Mức suy hao trong không gian tự do tỉ lệ thuận với tần số, mức suy hao do
mưa tỉ lệ thuận với tần số và mật độ mưa, tổng mức suy hao trong tuyến thông tin vệ tinh có
giá trị lớn, cự ly thông tin rất dài nên nguồn công suất phát lớn, và cần bán kính anten lớn.
Hệ thống thông tin vệ tinh có ưu điểm nổi bậc là có khả năng đáp ứng nhanh việc phát
triển xây dựng các tuyến truyền dẫn đến các vùng sâu, miền núi, hải đảo, tuyến truyền dẫn có
cự ly xa, vượt biển, vượt đại dương, để hình thành mạng viễn thông kết nối toàn cầu, giá
thành rẻ, thời gian triển khai nhanh, chất lượng dịch vụ tốt.
1.2. TÓM TẮT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.2.1. Quá trình phát triển hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới.
Thông tin vệ tinh được phát triển bắt nguồn từ các kết quả nghiên cứu của Kepler, với
3 định luật cơ bản, định luật 1 khẳng định quỹ đạo của một hành tinh là đường elip với tâm là
mặt trời, định luật thứ 2 xác định được bán kính của vectơ nối giữa hành tinh và mặt trời quét
thành các mặt phẳng có diện tích bằng nhau trong khoảng thời gian bằng nhau, định luật thứ 3
cho phép xác định được quan hệ về bình phương chu kỳ quay của hành tinh tỷ lệ với lập
phương bán kính trục chính của quỹ đạo. Ba định luật này được ứng dụng để nghiên cứu về

quỹ đạo của vệ tinh và trái đất. Đồng thời, thông tin vệ tinh phát triển cũng dựa vào sự phát
triển của công nghệ thông tin vô tuyến điện tử và công nghệ tên lửa.
Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, thông tin vệ tinh bắt đầu giai đoạn thử nghiệm phát
triển, năm 1957, Liên Xô (Nga ) phóng vệ tinh nhân tạo Sputnik, để truyền thông tin đo
lường từ xa về kết quả nghiên cứu tầng khí quyển, vệ tinh hoạt động tốt trong 21 ngày.
Năm 1958, Mỹ phóng vệ tinh Score để quảng bá thông điệp chúc mừng Giáng sinh
của tổng thống Eisenhower; đó là vệ tinh tiếp âm, âm thanh được lưu lại trong các băng từ và
sau đó phát quảng bá xuống các trạm mặt đất trong vùng phủ sóng của vệ tinh trên quỹ đạo.
Năm 1960, Mỹ phóng vệ tinh phản xạ Echo-I, loại đơn giản, có hình dạng là một hình
cầu đường kính 100feet, tương đương 30 mét, để phát tín hiệu vô tuyến truyền hình ngược về
trái đất với chu kỳ 90 phút trên quỹ đạo thấp.
Cuối năm 1960, Mỹ tiếp tục phóng vệ tinh Courier, vệ tinh Courier có ý nghĩa đặc biệt
là nó thu được nội dung 1 bản tin được phát đi từ trạm mặt đất và sau đó phát trở lại bản tin
này về trái đất, các trạm vệ tinh mặt đất đã thu được tín hiệu này kết thúc thời kỳ thử nghiệm
về thông tin vệ tinh.
Giai đoạn triển khai thông tin vệ tinh bắt đầu từ năm 1962, Mỹ phóng vệ tinh thông
tin Telstar và Relay, để triển khai đường truyền tín hiệu thoại hai chiều, đường phát tín hiệu
và đường thu tín hiệu vô tuyến được làm việc song hành trên 2 tần số khác nhau.

2


Năm 1963, NASA, Mỹ, phóng vệ tinh Syncom lên quỹ đạo địa tĩnh trên không gian
có độ cao 36.000km, diện tích phủ sóng 42% bề mặt trái đất, để truyền tín hiệu thoại và hình
cho tất cả các nước trên toàn cầu.
Năm 1965, Liên Xô phát triển hệ thống vệ tinh địa tĩnh Molnya và thành lập tổ chức
quản lý hệ thống vệ tinh Sputnik. Hệ thống vệ tinh Sputnik đã cung cấp nhiều kênh dịch vụ
thông tin, thoại, truyền hình tương tự analog cho người dùng trong mạng viễn thông mặt đất
của các nước trong khối các nước xã hội chủ nghĩa, các nước châu Âu.
Năm 1965, Mỹ hình thành tổ chức quản lý hệ thống vệ tinh Intelsat để triển khai thông

tin thương mại toàn cầu. Intersat phát triển thành tổ chức quản lý hệ thống vệ tinh thương mại
toàn cầu, có 120 quốc gia tham gia với cam kết được cung cấp thông tin vệ tinh rộng khắp
trên toàn cầu. Trên thế giới có 2 tổ chức cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh toàn cầu là
Intersat (USA) và Sputnik (Nga).
Giai đoạn phát triển thông tin vệ tinh số, sau năm 2000, các nước trên thế giới đã
phóng hơn 200 vệ tinh thông tin các loại vào các quỹ đạo trên vũ trụ, đặc biệt trên quỹ đạo địa
tĩnh. Tổ chức Intersat, đã phóng 8 hệ thống vệ tinh khác nhau, mỗi hệ thống có từ 4 đến 5 vệ
tinh trên quỹ đạo địa tĩnh, phục vụ trong lĩnh vực thương mại, ngoài ra, còn rất nhiều hệ
thống vệ tinh được phóng lên quỹ đạo không gian phục vụ cho thông tin quân sự, nghiên cứu
không gian, định vị toàn cầu, điều khiển giao thông và thông tin di động vệ tinh. Intelsat hình
thành mạng lưới hệ thống các nhà cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh trên thị trường quốc tế
và nội địa của các nước trên thế giới. Công nghệ thông tin ngày nay đang chuyển sang công
nghệ số, dịch vụ thông tin ngày càng hiện đại, đa dạng và chất lượng tốt.
1.2.2. Sự phát triển mạng lƣới thông tin vệ tinh của Việt Nam
Năm 2008, Việt Nam phóng vệ tinh Vinasat I lên quỹ đạo địa tĩnh tại kinh độ đông
132 E, tuy nhiên Việt Nam đã tham gia tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế từ rất sớm, năm
1964, Việt Nam đã gia nhập tổ chức thông tin vệ tinh INTERSAT, năm 1971 Việt Nam gia
nhập tổ chức thông tin vệ tinh INTERSPUTNIK, năm 1980 Bưu điện Việt Nam xây dựng
trạm vệ tinh mặt đất HOA SEN-1 tại Hà Nội, năm 1985 xây dựng trạm vệ tinh mặt đất HOA
SEN-2 tại thành phố Hồ Chí Minh, năm 1988 xây dựng trạm VSAT-1(F2) tại thành phố Hồ
Chí Minh để liên lạc với quốc tế qua vệ tinh Intersat-604 ở vị trí 600E, năm 1989 xây dựng
trạm VSAT-2(D) tại Hà Nội, liên lạc qua vệ tinh Intersat-602 tại vị trí 620E và đến năm 1990,
tiếp tục xây dựng các trạm vệ tinh mặt đất mới theo công nghệ số tại Hà Nội, Đà Nẵng và
thành phố Hồ Chí Minh, để bảo đảm việc kết nối liên lạc với các nước trên thế giới và phát
triển nhanh các mô hình cung cấp dịch vụ băng thông rộng. Các trạm thu phát mặt đất tại
Thành phố Hồ Chí Minh đã chuyển đến Trung Tâm thông tin vệ tinh VTI khu vực II đặt tại
huyện Bến Cát tỉnh Bình Dương [12].
Mạng thông tin vệ tinh của Việt Nam liên kết với mạng viễn thông quốc tế thông qua
3 tổng đài cổng Gateway và 3 trạm vệ tinh mặt đất đặt tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành phố Hồ
Chí Minh, hệ thống viễn thông quốc tế được kết nối với mạng viễn thông mặt đất quốc gia

thông qua hệ thống truyền dẫn cáp quang, vi ba số và vệ tinh như hình 1.1. [12].
0

3


Hình 1.1. Mô hình mạng viễn thông quốc tế của Việt Nam [1998]
Năm 2008, vệ tinh đầu tiên VINASAT–1 đi vào hoạt động cung cấp các dịch vụ, thoại,
hình, số liệu, năm 2012, Việt Nam tiếp tục phóng VINASAT–2, hai vệ tinh này tạo thành một
hệ thống thông tin vệ tinh cho Việt Nam với tên gọi là VINASAT, hệ thống luôn sẵn sàng
cung cấp các dịch vụ có độ tin cậy cao, chất lượng tốt với công nghệ kỹ thuật tiên tiến để hiện
đại hóa ngành viễn thông Việt Nam [5].
Năm 2013, Việt Nam tiếp tục phóng vệ tinh VNREDSat-1A từ Trung tâm Vũ trụ
Guiana, trực thuộc Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), nằm ở vùng Guiana, thuộc nước Cộng
Hòa Pháp bằng tên lửa đẩy Vega. Vệ tinh VNREDSat - 1A là vệ tinh quan sát quang học
được sử dụng vào mục tiêu quan sát trái đất, theo dõi và phân tích tài nguyên, quản lý môi
trường, giám sát thiên tai trên toàn lãnh thổ Việt Nam và các vùng trên biển đông, giúp cảnh
báo sớm và kịp thời thông tin nhanh nhất đến người dân và các cơ quan giải quyết tình trạng
khẩn cấp về thảm họa thiên tai [5].
Hiện nay, tại Việt Nam còn có mạng cáp quang biển của quốc tế được nối vào Đà
Nẵng, Hải Phòng và Vũng Tàu cùng với mạng truyền dẫn cáp quang trên đất liền hình thành
mạng truyền dẫn kết nối thông tin với tất cả các vùng miền của Việt Nam, trong đó có 3 nút
kết nối mạng viễn thông quốc tế chính là Hà Nội, Đà Nẵng và Thành Phố Hồ Chí Minh đại
diện cho 3 miền của Việt Nam và có đồng thời hai phương án truyền dẫn đi quốc tế là vệ tinh
và cáp quang tạo nên kết nối thông tin quốc tế được bảo đảm liên tục [12].
4


1.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống truyền dẫn vô tuyến có thể chia thành hai phân

đoạn, phân đoạn liên lạc giữa các vệ tinh trong không gian với nhau và phân đoạn giữa vệ
tinh và các trạm mặt đất nằm trong vùng nhìn thấy của vệ tinh. Sơ đồ khối của hệ thống thông
tin vệ tinh được minh họa như hình 1.2. [1],[4],[6],[7].
Vệ tinh/Transponder/FDMA

Vệ tinh/Transponder/FDMA

Đƣờng liên lạc vệ tinh

Trạm mặt đất
E- station

Trạm mặt đất
E- station

Trạm mặt đất
E- station

Vệ tinh/Transponder/FDMA

Đƣờng liên lạc vệ tinh

Trạm điều khiển
TT&C

Trạm mặt đất
E- station
Trạm mặt đất
E- station


Hình 1.2. Mô hình cấu trúc hai phân đoạn của hệ thống thông tin vệ tinh
Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống có nhiều vệ tinh trên quỹ đạo, các đường truyền
dẫn vô tuyến giữa các vệ tinh trong không gian là để chuyển tiếp tín hiệu giữa các vệ tinh với
nhau. Trạm vệ tinh trong không gian được gọi là trạm thu phát đáp, đa kênh, mỗi đường kết
nối giữa trạm mặt đất với vệ tinh thông qua đường truyền dẫn vô tuyến được gọi là một kênh
truyền dẫn vệ tinh bao gồm hướng lên và hướng xuống.
Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm có hai phần, phần cấu trúc trên không
gian, gồm có một vệ tinh hoặc nhiều vệ tinh có kết nối liên lạc trực tiếp với nhau; mỗi vệ tinh
được đặt tại một vị trí trên quỹ đạo để bao phủ một vùng của trái đất. Phần cấu trúc trên mặt
đất bao gồm các trạm mặt đất; trạm vệ tinh mặt đất có nhiều loại, loại trạm cố định và trạm di
động, các trạm mặt đất có chức năng kết nối với hệ thống mạng viễn thông mặt đất tại mỗi
khu vực, để cung cấp dịch vụ thông tin đến mạng người dùng. Trong hệ thống thông tin vệ
tinh, luôn có trạm điều khiển mặt đất, để điều khiển mọi hoạt động của vệ tinh và điều khiển
thiết lập kênh kết nối đến mạng người dùng trên mặt đất.
Chức năng của trạm mặt đất là xử lý tín hiệu nhận được từ mạng người dùng gởi đến,
biến đổi tín hiệu băng tần gốc thành tín hiệu cao tần để phát lên vệ tinh theo đường truyền
sóng hướng lên, bộ thu phát đáp trên vệ tinh sẽ tiếp nhận tín hiệu cao tần gởi lên từ trạm mặt
đất, khuếch đại, đổi tần và phát trở lại xuống các trạm mặt đất đối diện trong mạng thông tin
vệ tinh, máy thu trạm mặt đất thu sóng tín hiệu cao tần từ vệ tinh chuyển về, khuếch đại, đổi

5


tần, tách sóng, khôi phục lại luồng tín hiệu băng tần gốc và truyền về mạng người dùng trên
mặt đất; thông tin vệ tinh là thông tin 2 chiều
Trong mỗi hệ thống thông tin vệ tinh còn có một trạm điều khiển chính TT&C
(Telemetry tracking and command) và các trạm điều khiển phụ NOC (National operation
control), trạm điều khiển đặt tại vị trí có khả năng liên lạc với vệ tinh tốt nhất, chức năng của
trạm được thiết kế để điều khiển toàn bộ hoạt động của vệ tinh trên quỹ đạo cũng như các
trạm vệ tinh mặt đất, hệ thống được thiết kế theo cơ chế mở, dễ dàng mở rộng để điều khiển

thêm các vệ tinh khác, bộ phận quản lý mạng trung tâm NOC trong hệ thống thông tin vệ tinh
có chức năng thiết kế tối ưu cho dung lượng vệ tinh khai thác và các loại hình dịch vụ cung
cấp cho khách hàng cũng như khả năng mở rộng khi có thêm các vệ tinh, cũng như theo dõi
và quản lý công suất vùng phủ sóng của vệ tinh, tính toán và theo dõi chất lượng các sóng
mang của khách hàng, kiểm tra và giám sát các dịch vụ cung cấp cho khách hàng, triển khai
việc đo thử dịch vụ, hỗ trợ khách hàng, cung cấp mạng dùng riêng cho khách hàng và mở
rộng nhiều dịch vụ khác.
Hệ thống thông tin vệ tinh được thiết kế để cung cấp các dịch vụ thông tin quan trọng
trong mạng viễn thông như đường kết nối liên mạng viễn thông của các khu vực trên mặt đất
có sơ đồ kết nối như hình 1.3, thiết lập các đường truyền trung kế liên đài để liên kết các
mạng thông tin di động tế bào trên mặt đất như hình 1.4, thiết lập mạng thông tin đến các
phương tiện giao thông như hình 1.5.
Vệ tinh/Transponder

Tổng đài
Getway

Máy
thu,
phát

Đƣờng lên
A-B
Đƣờng
xuống
A-B

Anten

Anten


Máy
thu,
phát

Mạng viễn
thông quốc gia

`
PC

PABX

Trạm vệ tinh mặt đất
A station

Trạm vệ tinh mặt đất
B station

Mạng viễn
thông khu
vực

Hình 1.3. Kênh truyền vệ tinh để kết nối các khu vực trong mạng viễn thông mặt đất

6

Video



Vệ tinh/
Transponder

Tổng đài
Getway

Máy
thu,
phát

Đƣờng lên
A-B
Đƣờng
xuống
A-B

Ante
n

Mạng viễn
thông quốc
gia

Ante
n

Máy
thu,
phát


anten

MSC
MS

BTS
Trạm vệ tinh mặt đất Mạng điện thoại di
B station
động

Trạm vệ tinh mặt đất
A station

MS
MS

Hình 1.4. Kênh truyền vệ tinh kết nối mạng thông tin di động mặt đất

Vệ tinh/Transponder

Đường
lên
A-B

Tổng đài
Getway

Trung tâm điều
khiển giao
thông


Máy
thu,
phát

Anten

Trạm vệ tinh mặt đất
Earth station

Hình 1.5. Kênh truyền vệ tinh kết nối với các phương tiên giao thông và các hải đảo
Trong lĩnh vực truyền hình, tín hiệu hình từ trạm mặt đất của đài truyền hình phát lên
vệ tinh, vệ tinh thu và phát chuyển tiếp trở về trái đất, các bộ thu tín hiệu hình từ vệ tinh đặt
tại nhà khách hàng trên mặt đất sẽ nhận được toàn bộ chương trình truyền hình của đài truyền
hình mặt đất.
Trạm vệ tinh mặt đất di động được gắn trên các thiết bị giao thông để liên lạc với vệ
tinh, trạm vệ tinh mặt đất di động, cần có bộ điều khiển anten để luôn hướng về vệ tinh. Hệ
thống điện thoại di động vệ tinh là hệ thống mạng kết nối thông tin các trạm thu phát gốc di
động vệ tinh trên quỹ đạo không gian, mỗi vệ tinh là một trạm thu phát gốc BTS, các máy
điện thoại di động trên mặt đất kết nối với các trạm gốc trên vệ tinh tại các thời điểm mà vệ
tinh quét qua trái đất. Hệ thống di động vệ tinh sẽ có rất nhiều vệ tinh trên quỹ đạo thấp, để
bao phủ toàn cầu như minh họa hình 1.6 và hình 1.7.

7


Satellite n

Satellite m


C 
 
 I 
 UPlink

Nh
iễu

iệu

MS2
Cell 5

Tín hiệu

h
Tín

Tín hiệu
MS1

MS3

Cell 1

Hình 1.6. Mô hình kênh truyền vệ tinh kết nối với các thuê bao di động vệ tinh

Veät phuû

Hình 1.7. Mô hình các kênh truyền vệ tinh kết nối với các vùng phủ sóng trên mặt đất của hệ

thống thông tin di động vệ tinh toàn cầu
1.4. BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
1.4.1. Bảng phân chia băng tần số vô tuyến sử dụng trong thông tin vệ tinh
Đường kết nối tín hiệu trong thông tin vệ tinh là đường truyền sóng vô tuyến trong
tầng khí quyển, do đó, việc chọn băng tần số vô tuyến, cần xét đến các yếu tố sau:
 Sự hấp thụ của khí quyển làm suy hao tín hiệu, suy hao tín hiệu là hàm số tỉ lệ thuận
với tần số và khoảng cách liên lạc

8


 Kích thước của chấn tử bức xạ sóng điện từ trong anten sẽ quyết định góc phủ sóng
vô tuyến, kích thước chấn tử tỷ lệ nghịch với tần số, tần số càng cao thì kích thước chấn tử
càng nhỏ, ngược lại bề mặt bức xạ sóng càng lớn thì hệ số khuếch đại anten càng lớn
 Theo sự quy định của cơ quan quản lý tần số quốc tế, thống nhất phân chia băng tần
vô tuyến cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Kết quả đo đạt sự hấp thụ sóng điện từ trung bình lớn nhất do các phân tử có trong khí
quyển tại những tần số khác nhau, dựa vào biểu đồ chúng ta sẽ chọn được những tần số được
dùng và không được dùng trong các ứng dụng thông tin vô tuyến. Tuy nhiên trong một vài
trường hợp cụ thể, mặc dù tần số có mức suy hao lớn nhưng vẫn được cân nhắc sử dụng để
thiết lập các đường truyền tín hiệu trên những cự ly gần, sử dụng trong các mạng chuyển tiếp,
có thể tái sử dụng tần số nhiều lần như hình 1.8.

Hình 1.8. Sự hấp thụ trung bình lớn nhất của các phần tử trong tầng khí quyển theo tần số
Đặc biệt trong tầng khí quyển còn có hiện tượng nước mưa và sương mù trong không
gian làm gia tăng sự hấp thụ tín hiệu vô tuyến, hình 1.9, mô tả đặc tính suy hao của mưa,
trong vùng tần số thấp ít ảnh hưởng, ở những vùng tần số cao thì sự hấp thụ rất lớn. Dải tần từ
1 đến 10Ghz là vùng tần số tốt nhất sử dụng cho thông tin vệ tinh, về sau băng sóng vệ tinh
được mở rộng trong khoản tần số từ 1Ghz đến 30GHz.


9