Luận văn Triệt nhiễu trong hệ thống thông tin vệ tinh

PHẦN I HỆ THỐNG THÔNG TIN – & — CHƯƠNG I TÌM HIỂU HÊ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH I. Nguyên lý thông tin vệ tinh. Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vô tuyến sau khi được phóng vào vũ trụ sẽ cung cấp các thông tin vệ tinh. Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến thu được từ các trạm mặt đất và phát lại các sóng vô tuyến đến các trạm mặt đất khác. Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tin như thế được gọi vệ tin thông tin. Hình 1.1 vệ tinh quỹ đạo thấp. Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo bay của vệ tinh, nên vệ tinh có thể được chia thành vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh. Vệ tinh quỹ đạo thấp là vệ tinh mà nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên tục, thời gian cần thiết cho vệ tinh chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ quay của trái đất xung quanh trục của nó. Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh được phóng lên từ quỹ đạo tròn ở độ cao 36000 km so với đường xích đạo. Vệ tinh loại này quay xung quanh trái đất một vòng mất 24 giờ. Do chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của trái đất xung quanh trục của nó theo hướng đông cùng hướng quay của trái đất, bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất. Do vậy nó được gọi là vệ tinh địa tĩnh. Điều cần phải nói là một vệ tinh địa tĩnh có thể bảo đảm thông tin ổn định liên tục nên nó có nhiều ưu điểm hơn vệ tinh quỹ đạo thấp dùng làm vệ tinh thông tin. Hình 1.2 Vệ Tinh địa Tĩnh Nếu ba vệ tin địa tĩnh được đặt ở các vị trí cách điều nhau trên xích đạo như hình 1.2 thì có thể thiết lập thông tin giữa các vùng trên trái đất bằng cách chuyển tiếp qua một hoặc hai vệ tinh. Điều này cho phép xây dựng một mạng thông tin trên toàn thế giới. Một hệ thống thông tin vệ tinh gồm một vệ tinh trên quỹ đạo và các trạm mặt đất có thể truy nhập đến vệ tinh. Hình cho ta thấy cấu hình cơ bản nhất của một hệ thống thông tin từ trạm mặt đất qua vệ tinh đến trạm mặt đất khác. Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường lên và đường hướng từ vệ tinh đến trạm mặt đất thu gọi là đường xuống. Hầu hết, các tần số trong phạm vi 6GHz hoặc 14GHz cho được dùng cho đường lên các tần số trong phạm vi 4GHz hoặc 11GHz được sử dụng cho đường xuống II. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh. Như chúng ta đã thấy, thông tin vệ tinh đã phát triển và phổ biến nhanh với nhiều lý do khác nhau. Dưới đây nêu ra một vài đặc điểm của thông tin vệ tinh. Các ưu điểm chính của thông tin vệ tin so với phương tiện thông tin dưới biển và trên mặt đất như hệ thống cáp quang và hệ thống chuyển tiếp viba là: Có khả năng đa truy nhập. Vùng phủ sóng rộng . Ổn định cao, chất lượng và khả năng về thông tin băng rộng cao. Hình 1.3 – Hệ thống thông tinh vệ tinh Có thể ứng dụng cho thông tin di động. Hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn, đặc biệt trong thông tin xuyên lục địa. Sóng vô tuyến phát đi từ một vệ tinh ở quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh có thể bao phủ hầu như 1/3 toàn bộ bề mặt trái đất. Bởi vậy những trạm mặt đất khác trong vùng đó có thể thông tin trực tiếp với bất kỳ một trạm mặt đất khác trong vùng qua một vệ tin thông tin. Hình 1.4 FDMA Kỹ thuật sử dụng thông tin vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và việc tăng hiệu quả sử dụng của nó tới cực đại gọi là đa truy nhập. Nói cách khác, đa truy nhập là phương pháp dùng một bộ phát đáp trên vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất. trong đa truy nhập cần làm sao cho sóng vô tuyến phát từ các trạm mặt đất riêng lẻ không thể can nhiễu nhau được. Với mục đích này, nên phải phân chia tần số, các khe thời gian hoặc không gian đã chia một cách thích hợp cho từng trạm mặt đất. Từ quan điểm ghép kênh sóng mang trong một bộ phát đáp vệ tinh, đa truy nhập có thể được phân chia thành 3 loại như sau: FDMA : Đa truy nhập phân chia theo tần số. TDMA : Đa truy nhập phân chia theo thời gian. CDMA : Đa truy nhập phân chia theo mã. FDMA là loại đa truy nhập được dùng phổ biến nhất trong hệ thống thông tin vệ tinh. Trong FDMA, các trạm mặt đất riêng phát đi các sóng mang với tần số khác nhau như với các băng tần bảo vệ thích hợp sao cho các tần số sóng mang này không chồng lấn lên nhau. Hình 1.5 TDMA Trong TDMA, thời gian được định nghĩa là 1 khung TDMA. Một khung TDMA được chia thành khe thời gian mà mỗi trạm mặt đất phát đi một sóng mang trong khe thời gian đã được phân chia theo một chu kỳ thời gian đã cho. Trong TDMA, sóng mang phát từ mỗi trạm mặt đất cần phải được điều khiển chính xác sao cho sóng mang của chúng nằm trong khoảng thời gian được phân phối bằng cách: Truyền tín hiệu một cách gián đoạn . Cung cấp một khoảng thời gian bảo vệ giữa các sóng mang phát gián đoạn sao cho chúng không chồng lấn lên nhau. Do đó cần phải có một trạm chuẩn để phát đi tín hiệu chuẩn. Hình 1.6 CDMA CDMA là một phương pháp đa truy nhập trong đó mỗi trạm mặt đất phát đi một tần số sóng mang giống nhau nhưng sóng mang này trước đó đã được điều chế bằng một mẫu bit đặc biệt quy định cho mỗi trạm mặt đất trước khi phát tín hiệu đã điều chế. Trong loại đa truy cập này, ngay cả khi có tín hiệu điều chế được đưa vào một bộ phát đáp, thì trạm mặt đất thu có thể tách tín hiệu cần thu từ các tín hiệu khác bằng cách sử dụng một mẫu bit đặc biệt, do đó nó cho phép thực hiện giải điều chế. Nếu xét đa truy nhập theo quan điểm phân phối kênh thì có thể được phân chia thành đa truy nhập phân phối trước và đa truy nhập phân phối theo yêu cầu. Đa truy nhập phân phối trước là một phương pháp truy nhập trong đó các kênh vệ tinh được phân định cố định cho các trạm mặt đất riêng, không phục thuộc vào có hay không có các cuộc gọi phát đi. Đa truy nhập phân phối theo yêu cầu là phương pháp truy nhập trong đó các kênh vệ tinh được sắp xếp lại mỗi khi yêu cầu thiết lập kênh từ các trạm mặt đất liên quan. Đa truy nhập phân phối theo yêu cầu cho phép sử dụng có hiệu quả dung lượng kênh của vệ tinh đặc biệt khi một số trạm mặt đất có dung lượng kênh nhỏ sử dụng chung một bộ phát đáp như trường hợp hệ thống SPADE và hệ thống điện thoại vệ tinh trên biển INMARSAT. Hình 1.7 – Thông vệ tinh TDMA TDMA là một phương pháp thông tin có chất lượng cao, cho phép đạt dung lượng kênh lớn trong một bộ phát đáp vệ tinh đơn. Dung lượng kênh lại có thể tăng gấp đôi khi kết hợp với DSI ( nội suy tiếng nói kỹ thuật số ). Thông tin dùng vệ tinh địa tĩnh có số ưu điểm khác biệt lớn với thông tin dùng hệ thống cáp biển, thông tin cáp biển cơ bản là thông tin giữa hai điểm. Tất nhiên thông tin vệ tinh cũng có các nhược điểm. Ví dụ : tổng chiều dài của đường lên và đường xuống ở thông tin vệ tinh là trên 70.000 km, bởi vậy sóng vô tuyến phải mất khoảng ¼ giây để đi hết đường lên và đường xuống mặc dù tốc độ truyền sống là rất cao 300.000km/s gây ra một thời gian trễ đáng kể. Sóng vô tuyến sử dụng trong thông tin vệ tinh cần phải xuyên qua tầng điện ly và khí quyển bao quanh trái đất, nhưng sóng vô tuyến với tần số cao bị hấp thụ và bị các suy hao khác trong khí quyển, đặc biệt là trong mưa. Khoảng tần số bị suy hao nhỏ nhất từ 1 đến 10GHz . khoảng tần số này được gọi là “cửa sổ vô tuyến”. khoảng tần số sử dụng nhiều hơn cả hiện nay trong thông tinh vệ tinh là băng C có tần số từ 4GHz đến 6GHz, giữa cửa số vô tuyến. Hơn nữa, sóng vô tuyến ở băng Ku từ 11GHz đến 14GHz bị suy giảm lớn trong mưa như cũng được sử dụng thường xuyên do hiện tại thiếu băng tần.