Nghiên cứu và đề xuất mô hình hệ thống thông tin vệ tinh tầm thấp băng rộng tại việt nam TT

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.31 MB, 27 trang )

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
—————————————

TRẦN MẠNH THẮNG

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH HỆ THỐNG THƠNG TIN
VỆ TINH TẦM THẤP BĂNG RỘNG TẠI VIỆT NAM
Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THƠNG
Mã số: 08.52.02.08

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI – 2021

Luận văn được hoàn thành tại:

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG TRỌNG MINH

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐẶNG HOÀI BẮC
Phản biện 1: …………………………………………………
………………………………………………………………

Phản
ĐINH TRIỀU DƯƠNG

Phảnbiện
biện1:
2: TS.
…………………………………………………
Phản
biện 2: PGS.TS NGUYỄN TÀI HƯNG
……………………………………………………………….

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thơng

Luận
được
bảongày
vệ trước
Hội …….
đồng
chấm
luận văn thạc sĩ tại Học
Vào văn
lúc: sẽ
…….
giờ …….
……. tháng
.. năm
……….
viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng
Cólúc:
thể tìm
hiểu00

luận
văn……
tại: tháng 12 năm 2021
Vào
8 giờ
ngày
– Thư viện của Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
– Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thơng

1

MỞ ĐẦU
Hiện nay trong kỷ nguyên kỹ thuật số phát triển với tốc độ chóng mặt với nhu cầu
tăng theo số mũ về các ứng dụng của trí tuệ nhân tạo, các ứng dụng Internet thế hệ mới,
các ứng dụng IoT… hạ tầng viễn thông tại Việt Nam phải đặt ra mục tiêu: “Xây dựng
được hạ tầng số đạt trình độ tiên tiến của khu vực ASEAN; Internet băng thông rộng phủ
100% các xã” và đến năm 2030 “Mạng di động 5G phủ sóng tồn quốc; mọi người dân
được truy cập Internet băng thơng rộng với chi phí thấp.”
Song song với việc nâng cao dung lượng các đường truyền cáp quang đường trục
liên tỉnh và quốc tế việc nâng cao khả năng tương tác của các dịch vụ qua vệ tinh cũng
cần được quan tâm và nâng cấp là điều cần thiết.
Trong những năm gần đây, thế giới chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ chùm vệ tinh
phi địa tĩnh ứng dụng phổ biến trong việc cung cấp Internet băng rộng tồn cầu. Đó là các
hệ thống GX của Inmarsat, Epic của Intelsat, Viasat 3 của Viasat, Starlink của SpaceX,
chùm vệ tinh của Oneweb, SES, Boeing.. Các hệ thống này được xây dựng với mục đích
cung cấp dịch vụ viễn thông giá rẻ cho hàng tỷ người dân ở các khu vực chưa có cơ hội
tiếp cận Internet băng rộng.

Do vậy, hệ thống chùm vệ tinh với những công nghệ mới có thể thành cơng trong kỷ
ngun Internet, có thể đem cung cấp dịch vụ Internet toàn cầu với giá thành rẻ, cạnh tranh hay
không là những vấn đề mà đề tài đang muốn nghiên cứu và tìm câu trả lời.
Nắm bắt được xu thế công nghệ và nhu cầu chia sẻ dữ liệu băng rộng tại các vùng
dân cư thưa thớt hoặc các vùng khó triển khai mạng lưới như biên giới hải đảo… Do vậy,
Đề tài đi vào nghiên cứu, đề xuất mạng vệ tinh tầm thấp băng rộng nhằm đáp ứng nhu
cầu phát triển trên nhằm nâng cao khả năng liên lạc đáp ứng nhu cầu của các dịch vụ
băng rộng trong kỉ nguyên công nghệ số: tốc độ cao, khả năng đáp ứng thuậnn tiện, độ trễ
truyền dẫn thấp… với giá thành chấp nhận được.
Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan hiện trạng khai thác vệ tinh địa tĩnh băng rộng và vệ
tinh tầm thấp.
Chương 2: Phân tích các tham số khơng gian cho hệ thống vệ tinh tầm thấp.
Chương 3: Nghiên cứu hệ thống thông tin vệ tinh tầm thấp băng rộng tại Việt
Nam.

2

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VỆ
TINH ĐỊA TĨNH BĂNG RỘNG VÀ VỆ TINH TẦM THẤP
1.1 Khái quát chung về thông tin vệ tinh:
– Thông tin vệ tinh là vệ tinh nhân tạo đặt trong không gian dùng cho viễn thông,
được dùng trong các ứng dụng di động như thông tin cho tàu xe, máy bay, thiết bị cầm
tay và cho cả tivi và quảng bá khi mà các kỹ thuật khác như cáp không thực tế hoặc
không thể.
– Việc phân bổ tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một quy trình phức tạp địi hỏi sự
phối hợp và lập kế hoạch quốc tế theo bổ trợ của ITU.
o Khu vực 1: Châu âu, Châu Phi và một phần Mông Cổ.

o Khu vực 2: Bắc và Nam Mỹ, đảo Greenland.
o Khu vực 3: Châu Á, Úc và miền Nam Tây Thái Bình Dương.
– Phân bổ tần số:
Bảng 1-1: Bảng phân bổ tần số quy hoạch vệ tinh theo các băng tần

–

Khoảng tần số (GHz)

Băng tần chỉ định

0.1 – 0.3

VHF

0.3 – 1.0

UHF

1.0 – 2.0

L

2.0 – 4.0

S

4.0 – 8.0

C

8.0 – 12.0

X

12.0 – 18.0

Ku

18.0 – 27.0

K

27.0 – 40.0

Ka

40.0 – 75

V

75 – 110

W

Các dạng quỹ đạo vệ tinh: vệ tinh được chia làm 3 quỹ đạo hoạt động chính:
o Vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO – Low Earth Orbit): 320 – 1100 km so với
trái đất.
o Vệ tinh quỹ đạo trung (MEO – Middle Earth Orbit): 8000 – 1200 km so
với trái đất.

3

o Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh (GEO – Geostationary Earth Orbit): 36.000 km
so với trái đất.

1.2 Tổng quan về vệ tinh địa tĩnh băng rộng và thực trạng khai thác vệ tinh
địa tĩnh ở Việt Nam:
1.2.1 Giới thiệu về vệ tinh địa tĩnh
– Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo trịn ngay phía trên xích đạo Trái Đất (vĩ độ 0º). Một
trạm bất kỳ nằm trên trái đất quay cùng một hướng và với cùng một chu kỳ (vận tốc góc)
với trái đất và cách trái đất là 36.000 km.
– Các tần số phân bổ cho các vệ tinh địa tĩnh là băng tần C và băng tần Ku. Các dịch
vụ quảng bá trực tiếp đến tivi của các hộ người dùng được thực thi trên băng tần Ku
(14/12 GHz).
– Các dịch vụ qua vệ tinh địa tĩnh: truyền hình vệ tinh, các dịch vụ FSS, Internet,
radio vệ tinh, dẫn đường…
1.2.2 Thực trạng khai thác vệ tinh địa tĩnh băng rộng tại Việt Nam:
– Việt Nam sở hữu và khai thác các vệ tinh từ năm 2008 (Vinasat-1) và 2012
(Vinasat-2), các vệ tinh này được sản xuất bởi hãng Lockheed Martin (Mỹ) và có tuổi thọ
thiết kế dự kiến là 15 – 20 năm.
– Vệ tinh Vinasat-1 và 2 được thiết kế để cung cấp tuyến lên và tuyến xuống với
vùng bao phủ là các khách hàng tại Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một phần
Myanma.
– Băng tần:
o Vinasat-1 bao gồm: 12 kênh băng C, 10 kênh 36MHz và 2 kênh 72MHz,
tần số tuyến lên 6430 – 6720 MHz và tần số tuyến xuống 3405 – 3695
MHz; 12 kênh băng Ku có băng thơng 36MHz với tần số tuyến lên từ
13.75GHz đến 14.5 GHz và tần số tuyến xuống từ 10.95 GHz đến 11.7

GHz
o Vệ tinh Vinasat-2 bao gồm 34 kênh băng Ku, 30 kênh có băng thơng
36MHz và bốn kênh có băng thơng 72MHz
– Khả năng khai thác: Hiện nay, hầu hết các bộ phát đáp băng C của vệ tinh Vinasat1 đã được lấp đầy hoàn toàn bởi khách hàng trong và ngoài nước. Đối với các bộ phát
đáp băng Ku ở trên vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2 thì khả năng lấp đầy đạt khoảng 5060% dung lượng. Vệ tinh địa tĩnh có thể cung cấp được băng thông rộng với tốc độ đủ
cao để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng.
– Tồn tại:
o Do khoảng cách giữ vệ tinh và trái đất là rất xa nên xuất hiện vấn đề về
độ trễ trong việc truyền tải dữ liệu. Đặc tính này hiện đang là vấn đề tồn
đọng của hệ thống vệ tinh địa tĩnh mà nó khó khắc phục.

4

o Chi phí hoạt động khá cao, cần các thiết bị đầu cuối phức tạp, cồng kềnh
khi triểnh khai cho các dịch vụ mặt đất.

1.3 Đánh giá về tiềm năng khai thác về vệ tinh quỹ đạo thấp trên thế giới và
tại Việt Nam:
1.3.1 Khái quát về vệ tinh quỹ đạo thấp:
– Vệ tinh quỹ đạo thấp là các vệ tinh hoạt động ở quỹ đạo có khoảng cách so với
trái đất từ 310 – 1200 km. Các vệ tinh này có tốc độ di chuyển khoảng 7.78 x 103 m/s và
hoàn thành một chu kỳ quay quanh trái đất là khoảng 128 phút (một ngày có thể thực
hiện 10 – 12 chu kỳ quỹ đạo).
– Chùm vệ tinh là tập hợp một nhóm vệ tinh hoạt động đồng thời và cách nhau một
khoảng cách nhất định để cung cấp phạm vi phủ sóng cần thiết. Cần phải giảm sát, quản
lý trạng thái và chức năng của chùm hàng nghìn vệ tinh
– Vệ tinh LEO thường được sử dụng cho ứng dụng liên lạc, trinh sát quân sự, theo
dõi khí tượng, thăm dò địa chất…
1.3.2 So sánh cơ bản vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo thấp:

– Các tham số đối chiếu: Quỹ đạo, cao độ, chu kỳ quỹ đạo, số lượng vệ tinh, chi phí,
tuổi đời vệ inh

Quỹ
đạo

Cao độ

Chu
kỳ quỹ
đạo

Trễ
truyền
dẫn

Số lượng vệ
tinh bao phủ
tồn cầu

Chi phí
cho 1 vệ
tinh

Tuổi
đời vệ
tinh

GEO

35.786

24h

477 ms

3

100-400
triệu USD

15-20
năm

MEO

200025.786
km

127p24h

~27-477
ms

5-30 phụ thuộc
vào cao độ

80-100
triệu USD

10-15
năm

GEO

160-2000
km

88127p

~2-27ms

Từ hàng trăm
đến hàng nghìn.

0,5-45
triệu USD

5-10
năm

5

1.3.3 Tiềm năng cạnh tranh giữa vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo thấp:
a. Đánh giá về chi phí đầu tư sản xuất:
– Để đánh giá tiềm năng phát triển của vệ tinh quỹ đạo thấp, ta hãy so sánh nó với
các vệ tinh đang chiếm ưu thế trong lĩnh vực vệ tinh của 20 năm nay, đó là vệ tĩnh quỹ
đạo địa tĩnh. Bởi vì hầu hết các dự án vệ tinh quỹ đạo thấp đầy tham vọng trong tương lai
đang được thực hiện bởi những nhà đầu tư mới (tức là không phải các nhà sản xuất và

phát triền vệ tĩnh quỹ đạo địa tĩnh truyền thống).
– Nếu chúng ta nhìn nhận theo cách tính tốn chi phí đầu tư sản xuất một vệ tính
bằng cách tính chi phí cụ thể ra một Gbps thì ta sẽ đánh giá được sự khác nhau về chi phí
đầu tư, sản xuất một vệ tinh địa tĩnh với một vệ tinh quỹ đạo thấp. Ở đây, ta sẽ đánh giá
chi phí sản xuất ra một Gbps giữa OneWeb (đại diện cho các vệ tinh quỹ đạo thấp) và các
nhà điều hành vệ tinh địa tĩnh truyền thống.
Bảng 1.3 So sánh chi phí đầu tư ra 1Gbps của Oneweb và Viasat-3

b. Đánh giá về mức giá của các dịch vụ:
– Vệ tinh thông lượng cao (HTS – High Throughput Satellite) đã dẫn đến sự khác
biệt về chi phí cho các dịch vụ vệ tinh, với tốc độ kết nối băng thông rộng giảm nhanh
hơn. Giá thành băng thông rộng cho các dịch vụ HTS của vệ tinh địa tĩnh nằm khoảng từ
250$ đến 400$ mỗi tháng.
– Kết hợp với công suất cao, thời hạn hợp đồng ngắn hạn (và do đó, các hợp đồng
cạnh tranh hơn), vệ tinh quỹ đạo thấp có thể nhanh chóng giảm chi phí băng thơng vệ
tinh trên toàn cầu.

6

– Bảng 1.4: Bảng tham chiếu bán lẻ dịch vụ vệ tinh trên thế giới

1.3.4 Tính cạnh tranh của các dự án vệ tinh quỹ đạo thấp với các hạ tầng viễn

thông mặt đất.
– Ngay cả khi giá cả đã giảm trong những năm qua, băng thông rộng vệ tinh vẫn đắt
so với khả năng kết nối từ các công nghệ trên mặt đất với cùng tốc độ. Điều này đặc biệt
liên quan đến Châu Á và Thái Bình Dương, nơi các nhà cung cấp phải cạnh tranh với
những người dùng có thu nhập thấp hơn so với những người dùng ở các nơi khác trên thế
giới.

– Sự cạnh tranh lớn nhất có thể khơng đến từ ngành cơng nghiệp vệ tinh mà từ sự
mở rộng hơn nữa của các dự án viễn thông trên mặt đất mà tương lai là 5G. Nếu các dự án
vệ tinh quỹ đạo thấp có thể giúp giảm chi phí của kết nối vệ tinh một cách đáng kể, nó
vẫn khơng thể cạnh tranh với mạng mặt đất khi cơ sở hạ tầng cố định đã có.

Hình 1.4: Bảng so sánh các cơng nghệ truyền dẫn theo mật độ dân cư.

7

1.3.5 Tiềm năng khai thác vệ tinh quỹ đạo thấp tại Việt Nam:
– Việc thiếu cơ sở hạ tầng kỹ thuật số này thể hiện một cơ hội bị bỏ lỡ để tăng tốc
phát triển kinh tế và xã hội. Các ước tính mới nhất từ Liên minh Viễn thơng Quốc tế
(ITU) cho thấy 3,7 tỷ mọi người vẫn chưa tham gia trực tuyến (49% dân số toàn cầu) và
63% hộ gia đình nơng thơn khơng có truy cập Internet.
– Tính đến tháng 1/2021, dân số Việt Nam đạt mốc 97.8 triệu dân, với tỷ lệ dân
thành thị là 37.7%. Trong đó, có khoảng 68.17 triệu người đang sử dụng Internet (chiếm
70.3% dân số) thông qua các nền tảng, ứng dụng khác nhau, với thời lượng trung bình là
6 giờ 47 phút. (nguồn: www.vnetwork.vn).
– Đồng nghĩa với điều này là nhu cầu sử dụng các gói dịch vụ di động tăng lên, nhu
cầu giải trí, làm việc, nghiên cứu qua mạng Internet cũng tăng lên, các ứng dụng kỹ thuật
số xuất hiện nhiều hơn. Do đó, Việt Nam đang là một trong những thị trường rất tiềm
năng cho việc phát triển các dịch vụ viễn thông băng thông rộng của khu vực Châu Á. Và
việc triển khai các dự án vệ tinh quỹ đạo thấp kết hợp với hạ tầng viễn thơng mặt đất theo
mơ hình backhaul network sẽ là một giải pháp để có thể đảm bảo được nhu cầu thông tin
liên lạc của nước ta trong tương lai.

1.4Kết luận chương:
– Đây là một nội dung mang tính tổng hợp, để qua đó có cái nhìn khái qt về hiện
trạng khai thác của vệ tinh nói chung, đặc biệt là vệ tinh quỹ đạo thấp trong những thay

đỗi về công nghệ và nhu cầu trong những năm vừa qua. Khả năng đáp ứng các dịch vụ
băng rộng của vệ tinh truyền thống đã gặp phải những thách thức mạnh mẽ từ các yêu
cầu thực tế. Bù đắp lại các khiếm khuyết đó, vệ tinh tầm thấp LEO với băng thông lớn,
độ trễ nhỏ và giá thành chấp nhận được cùng khả năng triển khai ở mọi vùng địa hình,
dân cư đang mở ra một triển vọng mới cho công nghệ truyền dẫn vệ tinh trên thế giới và
tại Việt Nam.

8

CHƯƠNG 2 – PHÂN TÍCH CÁC THAM SỐ KHƠNG GIAN CHO
HỆ THỐNG VỆ TINH TẦM THẤP.
2.1 Khái niệm chung về vệ tinh quỹ đạo tầm thấp:
2.1.1Giới thiệu chung:
– Quỹ đạo Trái đất thấp (LEO – Low Earth Orbit ), như tên gọi cho thấy, là một quỹ
đạo tương đối gần với bề mặt Trái đất. Quỹ đạo này thường ở độ cao dưới 2000 km
nhưng có thể thấp tới 160 km so với Trái đất – thấp so với các quỹ đạo khác, nhưng vẫn
rất xa so với bề mặt Trái đất.

Hình 2.2: Vùng phủ của các mơ hình vệ tinh theo quỹ đạo

2.1.2Đặc điểm cơ bản của vệ tinh LEO:
–

–

–

Cần sử dụng một mạng lưới các vệ tinh quỹ đạo thấp để phủ sóng tồn cầu.
Các vệ tinh này công suất không lớn như các vệ tinh MEO và GEO.

Do tốc độ di chuyển cao, các vệ tinh di chuyển vào và ra khỏi phạm vi của trạm mặt
đất rất nhanh theo thời gian. Vì vậy, dữ liệu có thể được truyền từ vệ tinh này sang vệ
tinh khác để không bị gián đoạn liên lạc.
Đưa các vệ tinh LEO vào quỹ đạo tốn ít năng lượng hơn nhiều so với MEO và GEO,
hơn nữa các bộ khuếch đại của họ vệ tinh này cũng tiêu thụ ít điện năng hơn.
Chúng khá rẻ so với các phương thức truyền thơng dữ liệu khác, vì vậy chúng có thể
được sử dụng như một phương thức truyền dẫn kinh tế hơn cho các khu vực kém phát
triển.
Mạng LEO có thể được sử dụng để thiết lập mạng lưới ở những địa hình xa xơi, nơi
khơng thể đặt đường dây như trên đất liền.

2.1.3Các loại vệ tinh LEO và các ứng dụng:

9

Bảng 2.1 Phân loại các hệ thống vệ tinh LEO
Loại hệ thống

LEO nhỏ

LEO cỡ lớn

LEO băng rộng

Tiêu biểu

ORBCOMM

Iridium,

Globalstar

Ứng dụng

Dữ liệu tốc độ bít
thấp

Điện thoại di động Đa dịch vụ băng
rộng

Thơng tin mặt đất
tương tác

Dữ liệu

Điện thoại di động Cáp quang

Optel-C, Starlink

2.2 Quỹ đạo vệ tinh
2.2.1 Các mơ hình mạng vệ tinh:
Mục đích chính trong việc thiết kế một mạng vệ tinh là (1) đáp ứng yêu cầu cụ thể
của mạng, (2) mật độ vùng phủ (hoặc mức độ chấp nhận được của vùng phủ mạng vệ
tinh), (3) số lượng mặt phẳng quỹ đạo và số lần phóng lên quỹ đạo, (4) độ cao quỹ đạo
và (5) chi phí. Hình 2.4 minh họa một mặt phẳng quỹ đạo của 8 vệ tinh trong một mạng
vệ tinh đa quỹ đạo. ở minh họa này, mỗi một vệ tinh hoạt động ở độ cao 550 km.

Hình 2.4: Mơ phỏng vùng phủ của vệ tinh ở độ cao 600km
Do vậy, số lượng vệ tinh trong một mặt phẳng quỹ đạo, tổng số lượng vệ tinh trong
mạng và cao độ hoạt động của vệ tinh sẽ được xem xét nghiên cứu để xác định số lượng

vùng bao phủ của mạng vệ tinh lên bề mặt Trái đất.

2.2.2 Vùng phủ và các khoảng trống:
Khi một số vệ tinh được đặt cách đều nhau trên quỹ đạo tại một cao độ xác định, thì
vùng phủ của chúng có thể tạo nên các khoảng trống giữa các vệ tinh lân cận hoặc
những vùng phủ này có thể chồng chéo lên nhau như được trong hình 2.4.

10

Khoảng cách của khoảng trống này (hoặc chồng chéo vùng phủ) là một hàm của cao
độ và số lượng vệ tinh trong cùng một mặt phẳng của quỹ đạo.Nếu có 9 vệ tinh trên mỗi
mặt phẳng quỹ đạo thì tại độ cao quỹ đạo thấp nhất là 400 km, các vòng bao phủ của các
vệ tinh liền kề sẽ chỉ chạm vào nhau. Tại độ cao lớn hơn, vùng phủ sóng của vệ tinh sẽ
chồng lấn lên nhau với số khoảng cách chồng lấn tương ứng. Và tương tự như vậy với 8
vệ tinh trên mỗi mặt phẳng quỹ đạo, độ cao quỹ đạo sẽ phải được nâng lên khoảng 540
km để đạt được kết quả tương tự.
Số lượng vùng chồng lấn trong đó phạm vi vùng phủ liên tục xác định chiều rộng
của và vĩ độ công tác vệ tinh.

Hình 2.5: Biến thiên giữa khoảng trống của các vùng phủ với số lượng vệ tinh
trên cùng một mặt phẳng quỹ đạo.

2.3 Quỹ đạo và các tham số liên quan
2.3.1 Mô tả chung:

Quỹ đạo cực, Beta = 90o

Quỹ đạo cực, Beta
= 45o

Quỹ đạo nghiêng, Beta = 0o

11

Quỹ đạo đồng bộ mặt trời

Quỹ đạo Elip nghiêng

Hình 2.9: Các quỹ đạo cực, nghiêng, quỹ đạo mặt trời và hình elip nhìn từ mặt trời.

2.3.2 Gia tốc trọng trường, vận tốc, chu kỳ:
Gia tốc trọng trường, g(H), tại độ cao H, biến thiên nghịch đảo với bình phương của
H.
(2.1)
Một vệ tinh đang bay trên quỹ đạo tròn với vận tốc tiếp tuyến V, đạt gia tốc hướng
tâm có giá trị ar = V2/(R + H).
(2.2)
Quan hệ của gia tốc trọng trường, vận tốc quay tại cao độ bất kỳ được tóm tắt trong
Bảng 2.3 cho vệ tinh ở độ cao 600 km.
Bảng 2.3: Ví dụ về độ cao, vận tốc, chu kỳ và gia tốc hướng tâm ở cao độ 600km.
Bản kính trái đất R
Cao độ H
g(0)
Gia tốc trọng trường
tại cao độ H
Chu kỳ P (phút)
Chu vi quỹ đạo C
Vận tốc quỹ đạo VH

Gia tốc hướng tâm ar

63378.137
600
9,797919335
g(H)=g(0)*(R/(R+H))2

km
km
m/s2
mét/s2

8,18545

P=0,00016587*(R+H)1.5
C=2**(R+H)
VH=C/(P*60)
ar=(VH)2/(R+H)

phút
Km

96,68900
43.844,93

km/s
m/s2

7,55772
8,18545

12

2.3.3 Vị trí vệ tinh theo thời gian:
Sử dụng các tham số quỹ đạo, xác định vị trí của vệ tinh tại một thời điểm nhất định.

Hình 2.10: Mơ tả các thành phần quỹ đạo theo thời gian
Chu kỳ quỹ đạo tính bằng phút là P = 2π * (a3/μ) 0,5. Trong đó μ = GM, a là bán trục tính
bằng mét, G là hằng số hấp dẫn tính bằng m3/s2 và M là khối lượng của Trái đất

Phương trình (2.4) là Chu kỳ theo nửa trục chính:
(2.3)
Trong đó P tính bằng mét; RE, SM tính bằng km.
2.3.4 Góc ngẩng vệ tinh, mặt phẳng nghiêng, CPA và khoảng cách

truyền:
Trong phần này sẽ mơ tả quan hệ hình học thường được sử dụng cho vệ tinh quỹ đạo
tròn. Một trong số đó là độ nghiêng mặt phẳng quỹ đạo so với góc ngẩng vệ tinh, cần
thiết cho tính tốn năng lượng đường truyền cao tần RF.

Hình 2.11: Mơ tả hình học tương quan trái đất và vệ tinh.

13

Phương trình cho Độ nghiêng và Khoảng cách mặt đất cho các độ cao quỹ đạo khác
nhau:
(2.4)
Khoảng cách trên mặt đất giữa vệ tinh và trạm mặt đất là GR, trong khi phạm vi mặt

đất từ điểm vệ tinh với điểm điểm tiếp cận gần nhất CPA là GRCPA

Hình 1.13: Tương quan của khoảng CPA và các tham số quỹ đạo khác
Điều đầu tiên cần lưu ý là khi khoảng cách điểm tiệm cận gần nhất CPA tăng, góc
ngẩng tối đa đạt được trong quá trình liên lạc, cũng như thời gian của giao tiếp vệ tinh
giảm xuống.
Với cùng khoảng cách điểm tiệp cận gần nhất CPA, các vệ tinh có quỹ đạo cao hơn,
sẽ có góc ngẩng sẽ lớn hơn. Điều này có liên quan bởi vì một vé vào một vùng núi với
các vật cản đường chân trời thấp có thể khơng có giá trị cho đến khi đạt được góc nâng
tối thiểu nhất định.

2.4Truyền thơng vệ tinh LEO:
2.4.1 Phân bổ tần số:
Bảng 2.4 Phân bố dải tần được sử dụng cho vệ tinh
Dải tần (MHz)
137-138 VHF
145-146 VHF
148-150 VHF
240-270 UHF
400-403 UHF

Dịch vụ triển khai
Dữ liệu tốc độ thấp từ vệ tinh – mặt đất
Vệ tinh không chuyên.
Đường lên cho các vệ tinh tốc độ thấp.
Vệ tinh quân đội
Thông tin di động

14

432-438 UHF
2,025-2,300 băng S
8,000-9,000 băng X
Trên 20.000

Vệ tinh không chuyên.
Truyền tin từ vệ tinh – mặt đất và ngược lại
Truyền dẫn vệ tinh tốc độ cao
Dải tần ngày càng được sử dụng nhiều hơn.

2.4.2 Điều chế
2.4.3 Tỉ số BER và hệ số FEC:
Bảng 2.5: Bảng thống kê Eb/No theo các giá trị BER và điều chế khác nhau
Kiểu điều chế
FSK (incoherent)
BPSK or QPSK
FSK với FEC*
QPSK với FEC*
FSK (incoherent)

Eb/No yêu cầu
BER=10-5
BER=10-6
13.2
14.2
9.8
10.6
7.8
9.0

4.5
5.6
13.2
14.2
* FEClà mã Viterbi 1/2 với k=7

BER=10-7
14.8
11.7
9.6
5.9
14.8

Áp dụng các giá trị FEC khác nhau có tác động đáng kể đến việc tăng hay giảm giá
trị Eb/No yêu cầu cho một tín hiệu có tỉ lệ BER cố định.

2.4.4 Chất lượng tuyến:
Phương trình cơng suất của tuyến truyền dẫn có thể tính tốn chi tiết theo hàm của
cao độ quỹ đạo, góc ngẩng anten mặt đất và nhiều tham số khác đã được mơ tả trong
bảng 2.6.
Bảng 2.6: Ví dụ về phương trình cơng suất tuyến truyền dẫn
Tham số

Mơ tả

Giá trị

PT

Cơng suất phát vệ tinh

Hệ số tăng ích anten theo hướng trạm
mặt đất
Suy hao điều chế
Suy hao không gian (trong khoảng 600
km cao độ đến góc ngảng 15°)

40.00
dBm
-1.45
dBm
-0.50 dB
-163.70
dB

AGGS

Hệ số tăng ích anten thu mặt đất

32.04 dB

PL

Suy hao căn chỉnh anten thu
Công suất tín hiệu đầu vào máy thu trạm
mặt đất
Hệ số tạp âm máy thu

0.00 dB
– 93.11
dBm

3.00 dB

AGSC
ML
SL

SGS
NF

15

NBW

Băng thông tạp âm máy thu(1 Mbps)

60.79 dB

KTB

KTB Mật độ tạp âm (per Hz)

GN
IL

Tạp âm nền sinh ra theo tạp âm KTB
Suy hao lắp đặt
Eb/No yêu cầu ( FSK, no FEC, BER=107)
Mức tín hiệu yêu cầu tại đầu vào máy
thu

-174.00
dBm
0.00 dB
2.00 dB

Eb/No R
Syêu cầu

15.00 dB
-93.21
dBm

Nếu sử dụng FEC, độ lợi công suất sẽ tăng lên được 5,3 dB; và điều đó sẽ cho
phép tín hiệu thu ở mức chất lượng 10−7 BER. Sử dụng QPSK với FEC sẽ làm tăng biên
độ khoảng 8,9 dB. Cơng suất dư thừa có thể cho phép tăng tốc độ dữ liệu lên thành 2
Mbps

2.4.5 Hạn chế hình học trong giao tiếp giữa vệ tinh và mặt đất:
Khoảng thời gian di chuyển từ vệ tinh có độ cao quỹ đạo 600 km qua trạm mặt đất
theo các khoảng cách CPA khác nhau. Khi khoảng cách CPA theo dõi từ mặt đất đến vệ
tinh tăng lên, thì thời lượng mà vệ tinh vượt qua trạm ngắn hơn và góc ngẩng của anten
sẽ nhỏ hơn. Ví dụ: ở cao độ 500 km góc ngẩng trên 20°, thì thời gian vượt qua chỉ
khoảng 5 phút dài; nhưng với góc ngẩng nhỏ hơn thì thời gian giao tiếp vệ tinh sẽ nhỏ
đi.

Hình 2.15: Tương quan góc ngẩng và khoảng cách mặt đất và thời lượng vượt qua
của vệ tinh theo một điểm tiệm cần gần nhất CPA cố định.

16

2.5 Điều khiển và xác định hành vi (Attitude Determination and
Control System – ADACS):
2.5.1 Giới thiệu chung ADACS:
Phần này mô tả q trình phát triển ADACS thơng qua u cầu về mục tiêu, đến các
yêu cầu cấp hệ thống và mơ tả các cấu hình hệ thống kiểm sốt hành vi khác nhau và độ
chính xác của chúng tương xứng, phù hợp với từng dịch vụ.

2.5.2 Các thành phần ADACS:
2.5.2.1
Mô men xoắn và mô men dọc trục
Mô men là một hệ thống để kiểm soát hành vi, giảm thiểu xung lực tác động và
ổn định trên vệ tinh được xây dựng từ các cuộn dây điện từ. Từ trường tạo ra một lưỡng
cực từ giao tiếp với từ trường xung quanh, thường là của Trái đất, để các lực phản tạo ra
cung cấp mơ-men xoắn hữu ích.

–

–

Hình 2.16: Mơ phỏng mô men xoắn trong điều chỉnh ADACS
2.5.2.2 Các thiết bị bám sao (star tracker).
Thiết bị bám sao là một thiết bị quang học đo vị trí của các ngơi sao bằng cách sử
dụng tế bào quang học hoặc máy ảnh. Vì vị trí của nhiều ngơi sao đã được các nhà
thiên văn đo đạc ở mức độ chính xác cao, một thiết bị theo dõi sao trên vệ tinh hoặc
vệ tinh có thể được sử dụng để xác định hướng (hoặc hành vi) của vệ tinh tương ứng
với các vì sao.
Một bộ theo dõi sao có thể bao gồm một bộ xử lý để xác định các ngôi sao bằng cách
so sánh mẫu của các ngôi sao quan sát được với mẫu đã biết của các ngôi sao trên bầu

trời.

17

2.5.2.3

Bộ thu GPS

Dữ liệu GPS được sử dụng khi vệ tinh hướng vào các mục tiêu trên mặt đất liên
quan đến khung quỹ đạo, để xác định vị trí tương đối chính xác.
Tuy nhiên, tùy thuộc vào hình dạng của quỹ đạo so với mạng vệ tinh GPS NAVSTAR,
thời gian mất tín hiệu định vị có thể lên đến 20 phút. Điều này có thể được giảm thiểu
bằng cách sử dụng dữ liệu từ các mạng vệ tinh khác như GLONASS và Galileo.

2.5.3 Các thuật toán của ADACS:
Thuật toán của máy tính ADACS thực hiện các chức năng sau:
 Nhận các lệnh về hành vi từ bộ C&DH – Command and Data-handling;
 Nhận kết quả đầu ra của cảm biến từ từ kế, cảm biến mặt trời, bộ thu GPS, thiết bị
bám sao.
 Xác định hành vi hiện tại của vệ tinh và các lỗi từ hành vi điều khiển sai.
 Tính tốn các chức năng được gán lệnh (quay vịng, thay đổi hành vi, trỏ đến mục
tiêu);
 Tính toán bộ truyền động bánh xe phản ứng và thanh mơ-men xoắn;
 Tính tốn các thành phần quỹ đạo và xử lý kết quả đo từ xa ADACS và thời gian tới
C&DH.

2.6 Liên kết giữa các vệ tinh – Inter Saterllite link ISL:
Liên kết giữa các vệ tinh (ISL) được coi là một thành phần cơ bản của hệ thống vệ
tinh LEO để kết nối đường truyền dẫn thông tin, cải thiện độ chính xác định vị và xác

định quỹ đạo. Sự kết hợp của các phép đo ISL và cả vệ tinh dẫn đường là một trong
những yêu cầu quan trọng để cải thiện việc xác định quỹ đạo.

2.6.1 Mơ hình mạng ISL:

Hình 2.17: Mơ hình đa bước nhẩy kết nối 2 người dùng vệ tinh.

18

2.6.2 Các bước nhảy:
Hầu hết các mạng LEO được đề xuất sử dụng một hoặc nhiều lớp trong mạng bao
gồm NP × MP vệ tinh, trong đó NP là số mặt phẳng quỹ đạo và MP là số lượng vệ tinh
trên mỗi mặt phẳng.
Có MP các vệ tinh phân bố đều trong mỗi mặt phẳng với chênh lệch pha giữa các vệ
tinh liền kề ∆Φ = 2π = MP, trong khi độ lệch pha giữa các vệ tinh trong các mặt phẳng
liền kề được tính bởi ∆f = 2πF = (NP MP), trong đó f là hệ số chia pha. Các giá trị tính
tốn trong một mạng vệ tinh bao gồm:/NP/MP/ NP/F.

2.6.3 Đường dẫn của ISL:
Hình 2.21 minh họa chế độ kết nối ISL được sử dụng rộng rãi Mỗi vệ tinh thiết lập
bốn đường dẫn ISL dài hạn với các vệ tinh lân cận của nó: hai mặt phẳng trong và hai
mặt phẳng liên ISL. Độ lệch pha của hai vệ tinh được kết nối bởi ISL giữa các mặt
phẳng là ∆f. Giá trị ∆f được cho phép giá trị âm [..], do đó F thuộc khoảng sau: f1 – NP;
2 – NP, .., NP – 1.

Hình 2.22: Các đường dẫn khả thi từ vệ tinh nguồn đến đích với số bước nhảy tối thiểu

2.6.4 Thuật toán với các vệ tinh tăng dần và giảm dần:
Các vệ tinh tăng dần là các vệ tinh bay về phía vĩ độ ngày càng tăng, trong khi các vệ

tinh giảm theo hướng giảm dần theo vĩ độ, như minh họa trong hình 2.23. Khi quỹ đạo
nghiêng α nằm trong khoảng từ 0◦ đến 90◦, hướng tăng dần và các vệ tinh đi xuống lần
lượt là đông bắc và đông nam

2.7

Các phân hệ phụ tải:

Hình 2.21. Mơ tả phần phụ tải vệ tinh LEO điển hình

19

2.8Phần trạm mặt đất và các phần phụ trợ:
2.8.1 Trạm mặt đất:
Trạm mặt đất – GS có thể vị trí tức thời, phạm vi vùng phủ của vệ tinh và một số dữ
liệu mô tả độ cao của vệ tinh khi ở trong phạm vi của GS như: cao độ và góc phương vị
của vệ tinh tại thời điểm xác định.

2.8.2 Bám vệ tinh LEO:
–

Phương pháp bám TLE:
Phương pháp bám bước anten parabol

2.9Kết luận chương:
Toàn bộ nội dung Chương 2 đã khái quát được các khái niệm phần không gian spacecraft của hệ thống vệ tinh tầm thấp LEO. Giống như hệ thống vệ tinh địa tĩnh cổ
điển, các hệ thống của vệ tinh tầm thấp cũng có các đặc điểm tương đồng về mơ hình
mạng, vùng phủ… Nhưng đi sâu vào phân tích các đặc điểm của vệ tinh tầm thấp, bao
gồm các yếu tố về quỹ đạo, liên kết liên vệ tinh, góc ngẩng cơng tác, khả năng bám vệ

tinh… để thấy rõ yếu tố phần không gian có ảnh hưởng và quyết định đến việc khả thi
triển khai các vệ tinh LEO. Qua đó, nội dung chương 2 là cơ sở để phát triển Chương 3
với nội dung nghiên cứu sơ bộ để xuất mạng vệ tinh tầm thấp băng rộng tại Việt Nam.

20

CHƯƠNG 3 – NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
TẦM THẤP BĂNG RỘNG TẠI VIỆT NAM
3.1Phạm vi và mục đích:
–

–

–

–

Ngành cơng nghiệp internet vệ tinh đã phát triển với tốc độ nhanh chóng trong năm
2020, khi các cơng ty như SpaceX, OneWeb, Telesat và Amazon đều nỗ lực thúc đẩy
đầu tư và xây dựng các mạng internet băng rộng dựa trên chùm vệ tinh hoạt động ở
quỹ đạo tầm thấp của Trái đất.
Cùng với sự phát triển của công nghệ vệ tinh nói chung trên tồn thế giới, chỉnh phủ
Việt Nam đã có quyết định số 169/QĐ-TTg về chiến lược phát triển và ứng dụng
khoa học kỹ thuật và công nghệ vũ trụ đến năm 2030 [13], nhằm ứng dụng rộng rãi
thành tự khoa học công nghệ và vũ trụ, đầu tư trọng điểm một số lĩnh vực liên quan
đến quốc phòng, an ninh, quản lý tài nguyên và môi trường, giám sát và hỗ trợ giảm
thiểu thiệt hại do thiên tai, đảm bảo toàn vẹn lãnh thổ, thúc đẩy phát triển kinh tế – xã
hội.
Nắm bắt được tinh thần đó, Đồ án xin được đi vào phần phân tích thiết kế cho chùm

vệ tinh tầm thấp LEO có thể đáp ứng đươc nhu cầu trên, đặc biệt là nhu cầu truyền
dẫn vệ tinh ứng dung cho các dịch vụ băng rộng như Wifi, LTE, LMR
3.2 Mơ hình xây dựng: bao gồm:
Giới thiệu về hệ thống mạng cũng như các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thiết kế.
Các băng tần khai thác, chùm sóng phủ.. cho mạng vệ tinh băng rộng.
Khả năng kết nối vệ tinh theo thời gian, tính tốn đường truyền.
Độ trễ cho mạng vệ tinh.

3.2.1 Mô tả chung:
3.2.2 Băng tần khai thác:
Bảng 3.1 Băng tần cho vệ tinh LEO thiết kế
STT

Tuyến truyền dẫn

Giải tần (GHz)

1

Gateway lên vệ tinh

27.5 – 29.1

2

Vệ tinh xuống gateway

17.8 – 20.2

3

Từ thiết bị cá nhân lên vệ tinh

12.75 – 13.25
14.0 – 14.5

4

Từ vệ tinh xuống thiết bị cá nhân

10.7 – 12.7

3.2.3 Búp sóng khai thác:
–

Mỗi beam hỗ trợ nhiều dịch vụ tới nhiều thiết bị đầu cuối, theo tuyến xuống từ
gateway-người dùng sử dụng truy cập TDM, theo đó chùm người dùng được khai
thác sóng mang băng thơng 250 MHz đơn. Ở tuyến lên ngược lại (người dùng đến
gateway sử dụng ghép các kỹ thuật truy cập TDMA/FDMA (SCTDMA/FDMA) trong

21

–

–

đó mỗi đầu cuối của người dùng sử dụng băng tần xác định rộng từ 1,25 MHz đến 20
MHz để giảm thiểu công suất phát của thiết bị đầu cuối người dùng.
Các thơng số chính của vệ tinh là: băng thông bộ phát đáp tuyến lên là 1,25 – 20MHz,

tuyến xuống là 250 MHz, nhiệt tạp âm là 500 K, độ cao quỹ đạo vệ tinh là 778 km,
nửa góc bao phủ vệ tinh là 62 độ, góc ngẩng thấp nhất là 8 độ và khoảng cách xa nhất
giữa vệ tinh và mặt đất là 2476 km.
Vì độ rộng nửa góc của búp sóng ăng ten vệ tinh là 2,9 độ, vệ tinh của hệ thống cần ít
nhất 62 độ để đạt được phạm vi phủ sóng tồn cầu. Do đó, có thể thấy rằng nếu chùm
vệ tinh sử dụng góc ngẩng thấp, các vùng phủ sóng beam vệ tinh q nhiều, có thể lên
đến hàng nghìn vùng phủ nhỏ – spot beam và dẫn đến hệ thống vô cùng phức tạp. Do
đó, cần đề xuất một lược đồ chùm vệ tinh có góc ngẩng lớn.

3.2.4 Chùm vệ tinh, các tham số quỹ đạo:
–

Vùng phủ sóng của một vệ tinh được tính bằng cơng thức (3.8), trong đó Re là bán
kính của trái đất và  là góc ở tâm trái đất [6].
(3.8)

–

Vận tốc của một vệ tinh LEO so với trái đất được cho bởi Công thức (3.6) trong đó 
là tốc độ quay góc của trái đất, Rg là bán kính quỹ đạo GEO vệ tinh và RI là bán kính
quỹ đạo vệ tinh LEO.
(3.6)

Góc quay của trái đất được tính là 0,2618 radians/h bằng phương trình (3.2).
(3.7)
Bán kính quỹ đạo của vệ tinh được tính bằng cách cộng bán kính xích đạo của trái
đất, 6378 km, giá trị này dẫn đến các giá trị Rg = 42,178-km và RI = 7158 km. Vận tốc
của vệ tinh LEO so với trái đất được tính bằng = 26,804 km/giờ bằng công thức (3.7).

22

Hình 3.2 Vùng phủ vệ tinh LEO thiết kế
–

Bán kính quỹ đạo của vệ tinh được tính bằng cách cộng bán kính xích đạo của trái đất,
6378 km, giá trị này dẫn đến các giá trị Rg = 42,178-km và RI = 7158 km. Vận tốc
của vệ tinh LEO so với trái đất được tính bằng = 26,804 km/giờ.

–

Các thơng số về chùm vệ tinh này dẫn đến kết quả chu kỳ quỹ đạo là 100,13 phút.
Góc nghiêng tối thiểu để người dùng nhìn thấy một vệ tinh đã cho là 8,2 độ và tại một
vị trí cố định từ trái đất, thì thời gian quan sát được cho một vệ tinh là 9 phút [5].

3.2.5 Các tham số khác:
3.2.5.1
Kết nối theo thời gian:
Bảng 3.2: Chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tính theo ngày
Số ngày

Số phút

Chu kỳ quỹ đạo

1

1440

14,38

2

2880

28,76

3

4320

43,14

4

5760

57,52

5

7200

71,90

6

8640

86,28

7

10080

100,66

8

11520

115,04

9

12960

129,42

10

14400

143,80

Bảng 3.2 cho thấy chùm vệ tinh sẽ khơng hồn thành số chu kỳ theo số nguyên lần
trong vòng mười ngày. Điều này dường như minh họa rằng cùng một kết nối giữa

23

trạm mặt đất và vệ tinh không được thiết lập theo chu kỳ cơ bản. Tuy nhiên, kích
thước của vùng phủ vệ tinh và góc ngẩng tối thiểu của trạm mặt đất phải được xác
định để thiết lập kết nối giữa các trạm mặt đất và vệ tinh

3.2.5.2

Tính tốn tuyến truyền dẫn:

Tham số

Mơ tả

PT

Cơng suất phát vệ tinh

AGSC

Tăng ích vệ tinh theo hướng trạm mặt đất

ML

Suy hao điều chế

SL

suy hao khơng gian (độ cao 600 km@góc ngẩng 15°)

AGGS

PL

NF
NBW

Tăng ích an ten trạm mặt đất
Suy hao căn chỉnh ăn ten
Công suất tín hiệu tại đầu vào máy thu trạm mặt
đất
Hệ số tạp âm máy thu
Băng thông tạp âm máy thu (cho 1 Mbp)

KTB

KTB Mật độ tạp (per Hz)

GN
IL
Eb/No

Tạp âm mặt đất tính theo tạp âm nhiệt KTB
Suy hao lắp đặt
Eb/No yêu cầu (FSK, no FEC, BER=10-7)

Su cầu

Cơng suất tín hiệu tại đàu vào máy thu u cầu

SGS

Dự phịng
cơng suất

3.2.5.3

Giá trị
tính tốn
40.00
dBm
-1.45
dBm
-0.50 dB
-163.70
dB
32.04 dB
0.00 dB
– 93.11
dBm
3.00 dB
60.79 dB
-174.00
dBm
0.00 dB
2.00 dB
15.00 dB
-93.21
dBm
0.10 dB

Độ trễ hay hiệu suất đường truyền:

Loại trễ điển hình tối đa cho ứng dụng thoại thời gian thực là 400 ms. Độ trễ trung bình
của gói đầu cuối được mơ tả bằng phương trình (3.10).
(3.10)
Từ các giá trị trên, độ trễ trung bình từ đầu đến cuối cho các số lượng vệ tinh trên
đường đi được tính tốn và được tóm tắt trong bảng dưới
Số vệ tinh

2

Trễ end-to-end. 0.071

3
0.085

4
0.098

5
0.112

6
0.125

7
0.138

8
0.152

Phảnbiệnbiện1 : 2 : TS. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … Phảnbiện 2 : PGS.TS NGUYỄN TÀI HƯNG … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Côngnghệ Bưu chính Viễn thơngLuậnđượcbảongàyvệ trướcHội ……. đồngchấmluận văn thạc sĩ tại HọcVào vănlúc : sẽ ……. giờ ………….. tháng .. năm ………. viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơngCólúc : thể tìmhiểu00luậnvăn …… tại : tháng 12 năm 2021V ào8 giờngày – Thư viện của Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơngCó thể khám phá luận văn tại : – Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thơngMỞ ĐẦUHiện nay trong kỷ nguyên kỹ thuật số tăng trưởng với vận tốc chóng mặt với nhu cầutăng theo số mũ về các ứng dụng của trí tuệ tự tạo, các ứng dụng Internet thế hệ mới, các ứng dụng IoT … hạ tầng viễn thông tại Nước Ta phải đặt ra tiềm năng : “ Xây dựngđược hạ tầng số đạt trình độ tiên tiến và phát triển của khu vực ASEAN ; Internet băng thông rộng phủ100 % các xã ” và đến năm 2030 “ Mạng di động 5G phủ sóng tồn quốc ; mọi người dânđược truy vấn Internet băng thơng rộng với ngân sách thấp. ” Song song với việc nâng cao dung tích các đường truyền cáp quang đường trụcliên tỉnh và quốc tế việc nâng cao năng lực tương tác của các dịch vụ qua vệ tinh cũngcần được chăm sóc và tăng cấp là điều thiết yếu. Trong những năm gần đây, quốc tế tận mắt chứng kiến sự tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ chùm vệ tinhphi địa tĩnh ứng dụng phổ cập trong việc phân phối Internet băng rộng tồn cầu. Đó là cáchệ thống GX của Inmarsat, Epic của Intelsat, Viasat 3 của Viasat, Starlink của SpaceX, chùm vệ tinh của Oneweb, SES, Boeing .. Các mạng lưới hệ thống này được thiết kế xây dựng với mục đíchcung cấp dịch vụ viễn thông giá rẻ cho hàng tỷ người dân ở các khu vực chưa có cơ hộitiếp cận Internet băng rộng. Do vậy, mạng lưới hệ thống chùm vệ tinh với những công nghệ tiên tiến mới hoàn toàn có thể thành cơng trong kỷngun Internet, hoàn toàn có thể đem phân phối dịch vụ Internet toàn thế giới với giá tiền rẻ, cạnh tranh đối đầu haykhông là những yếu tố mà đề tài đang muốn điều tra và nghiên cứu và tìm câu vấn đáp. Nắm bắt được xu thế công nghệ tiên tiến và nhu yếu san sẻ tài liệu băng rộng tại các vùngdân cư thưa thớt hoặc các vùng khó tiến hành mạng lưới như biên giới hải đảo … Do vậy, Đề tài đi vào điều tra và nghiên cứu, yêu cầu mạng vệ tinh tầm thấp băng rộng nhằm mục đích phân phối nhucầu tăng trưởng trên nhằm mục đích nâng cao năng lực liên lạc phân phối nhu yếu của các dịch vụbăng rộng trong kỉ nguyên công nghệ tiên tiến số : vận tốc cao, năng lực cung ứng thuậnn tiện, độ trễtruyền dẫn thấp … với giá tiền gật đầu được. Luận văn gồm 3 chương : Chương 1 : Tổng quan thực trạng khai thác vệ tinh địa tĩnh băng rộng và vệtinh tầm thấp. Chương 2 : Phân tích các tham số khơng gian cho mạng lưới hệ thống vệ tinh tầm thấp. Chương 3 : Nghiên cứu mạng lưới hệ thống thông tin vệ tinh tầm thấp băng rộng tại ViệtNam. CHƯƠNG I – TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VỆTINH ĐỊA TĨNH BĂNG RỘNG VÀ VỆ TINH TẦM THẤP1. 1 Khái quát chung về thông tin vệ tinh : – tin tức vệ tinh là vệ tinh nhân tạo đặt trong khoảng trống dùng cho viễn thông, được dùng trong các ứng dụng di động như thông tin cho tàu xe, máy bay, thiết bị cầmtay và cho cả tivi và tiếp thị khi mà các kỹ thuật khác như cáp không thực tiễn hoặckhông thể. – Việc phân chia tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một quá trình phức tạp địi hỏi sựphối hợp và lập kế hoạch quốc tế theo hỗ trợ của ITU.o Khu vực 1 : Châu âu, Châu Phi và một phần Mông Cổ. o Khu vực 2 : Bắc và Nam Mỹ, hòn đảo Greenland. o Khu vực 3 : Châu Á Thái Bình Dương, Úc và miền Nam Tây Thái Bình Dương. – Phân bổ tần số : Bảng 1-1 : Bảng phân chia tần số quy hoạch vệ tinh theo các băng tầnKhoảng tần số ( GHz ) Băng tần chỉ định0. 1 – 0.3 VHF0. 3 – 1.0 UHF1. 0 – 2.02.0 – 4.04.0 – 8.08.0 – 12.012.0 – 18.0 Ku18. 0 – 27.027.0 – 40.0 Ka40. 0 – 7575 – 110C ác dạng quỹ đạo vệ tinh : vệ tinh được chia làm 3 quỹ đạo hoạt động giải trí chính : o Vệ tinh quỹ đạo thấp ( LEO – Low Earth Orbit ) : 320 – 1100 km so vớitrái đất. o Vệ tinh quỹ đạo trung ( MEO – Middle Earth Orbit ) : 8000 – 1200 km sovới toàn cầu. o Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh ( GEO – Geostationary Earth Orbit ) : 36.000 kmso với toàn cầu. 1.2 Tổng quan về vệ tinh địa tĩnh băng rộng và tình hình khai thác vệ tinhđịa tĩnh ở Nước Ta : 1.2.1 Giới thiệu về vệ tinh địa tĩnh – Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo trịn ngay phía trên xích đạo Trái Đất ( vĩ độ 0 º ). Mộttrạm bất kể nằm trên toàn cầu quay cùng một hướng và với cùng một chu kỳ luân hồi ( tốc độ góc ) với toàn cầu và cách toàn cầu là 36.000 km. – Các tần số phân chia cho các vệ tinh địa tĩnh là băng tần C và băng tần Ku. Các dịchvụ tiếp thị trực tiếp đến tivi của các hộ người dùng được thực thi trên băng tần Ku ( 14/12 GHz ). – Các dịch vụ qua vệ tinh địa tĩnh : truyền hình vệ tinh, các dịch vụ FSS, Internet, radio vệ tinh, dẫn đường … 1.2.2 Thực trạng khai thác vệ tinh địa tĩnh băng rộng tại Nước Ta : – Nước Ta chiếm hữu và khai thác các vệ tinh từ năm 2008 ( Vinasat-1 ) và 2012 ( Vinasat-2 ), các vệ tinh này được sản xuất bởi hãng Lockheed Martin ( Mỹ ) và có tuổi thọthiết kế dự kiến là 15 – 20 năm. – Vệ tinh Vinasat-1 và 2 được phong cách thiết kế để phân phối tuyến lên và tuyến xuống vớivùng bao trùm là các người mua tại Nước Ta, Lào, Campuchia, Đất nước xinh đẹp Thái Lan và một phầnMyanma. – Băng tần : o Vinasat-1 gồm có : 12 kênh băng C, 10 kênh 36MH z và 2 kênh 72MH z, tần số tuyến lên 6430 – 6720 MHz và tần số tuyến xuống 3405 – 3695MH z ; 12 kênh băng Ku có băng thơng 36MH z với tần số tuyến lên từ13. 75GH z đến 14.5 GHz và tần số tuyến xuống từ 10.95 GHz đến 11.7 GHzo Vệ tinh Vinasat-2 gồm có 34 kênh băng Ku, 30 kênh có băng thơng36MHz và bốn kênh có băng thơng 72MH z – Khả năng khai thác : Hiện nay, hầu hết các bộ phát đáp băng C của vệ tinh Vinasat1 đã được lấp đầy trọn vẹn bởi người mua trong và ngoài nước. Đối với các bộ phátđáp băng Ku ở trên vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2 thì năng lực lấp đầy đạt khoảng chừng 5060 % dung tích. Vệ tinh địa tĩnh hoàn toàn có thể phân phối được băng thông rộng với vận tốc đủcao để cung ứng nhu yếu của các ứng dụng. – Tồn tại : o Do khoảng cách giữ vệ tinh và toàn cầu là rất xa nên Open yếu tố vềđộ trễ trong việc truyền tải tài liệu. Đặc tính này hiện đang là yếu tố tồnđọng của mạng lưới hệ thống vệ tinh địa tĩnh mà nó khó khắc phục. o Ngân sách chi tiêu hoạt động giải trí khá cao, cần các thiết bị đầu cuối phức tạp, cồng kềnhkhi triểnh khai cho các dịch vụ mặt đất. 1.3 Đánh giá về tiềm năng khai thác về vệ tinh quỹ đạo thấp trên quốc tế vàtại Nước Ta : 1.3.1 Khái quát về vệ tinh quỹ đạo thấp : – Vệ tinh quỹ đạo thấp là các vệ tinh hoạt động giải trí ở quỹ đạo có khoảng cách so vớitrái đất từ 310 – 1200 km. Các vệ tinh này có vận tốc vận động và di chuyển khoảng chừng 7.78 x 103 m / s vàhoàn thành một chu kỳ luân hồi quay quanh toàn cầu là khoảng chừng 128 phút ( một ngày hoàn toàn có thể thựchiện 10 – 12 chu kỳ luân hồi quỹ đạo ). – Chùm vệ tinh là tập hợp một nhóm vệ tinh hoạt động giải trí đồng thời và cách nhau mộtkhoảng cách nhất định để phân phối khoanh vùng phạm vi phủ sóng thiết yếu. Cần phải giảm sát, quảnlý trạng thái và công dụng của chùm hàng nghìn vệ tinh – Vệ tinh LEO thường được sử dụng cho ứng dụng liên lạc, trinh thám quân sự chiến lược, theodõi khí tượng, thăm dò địa chất … 1.3.2 So sánh cơ bản vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo thấp : – Các tham số so sánh : Quỹ đạo, cao độ, chu kỳ luân hồi quỹ đạo, số lượng vệ tinh, ngân sách, tuổi đời vệ inhQuỹđạoCao độChukỳ quỹđạoTrễtruyềndẫnSố lượng vệtinh bao phủtồn cầuChi phícho 1 vệtinhTuổiđời vệtinhGEO35. 78624 h477 ms100-400triệu USD15-20nămMEO200025. 786 km127p24h ~ 27-477 ms5 – 30 phụ thuộcvào cao độ80-100triệu USD10-15nămGEO160-2000km88127p ~ 2-27 msTừ hàng trămđến hàng nghìn. 0,5 – 45 triệu USD5-10năm1. 3.3 Tiềm năng cạnh tranh đối đầu giữa vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo thấp : a. Đánh giá về ngân sách góp vốn đầu tư sản xuất : – Để nhìn nhận tiềm năng tăng trưởng của vệ tinh quỹ đạo thấp, ta hãy so sánh nó vớicác vệ tinh đang chiếm lợi thế trong nghành nghề dịch vụ vệ tinh của 20 năm nay, đó là vệ tĩnh quỹđạo địa tĩnh. Bởi vì hầu hết các dự án Bất Động Sản vệ tinh quỹ đạo thấp đầy tham vọng trong tương laiđang được thực thi bởi những nhà đầu tư mới ( tức là không phải các nhà phân phối vàphát triền vệ tĩnh quỹ đạo địa tĩnh truyền thống cuội nguồn ). – Nếu tất cả chúng ta nhìn nhận theo cách tính tốn ngân sách đầu tư sản xuất một vệ tínhbằng cách tính ngân sách đơn cử ra một Gbps thì ta sẽ nhìn nhận được sự khác nhau về chi phíđầu tư, sản xuất một vệ tinh địa tĩnh với một vệ tinh quỹ đạo thấp. Ở đây, ta sẽ đánh giáchi phí sản xuất ra một Gbps giữa OneWeb ( đại diện thay mặt cho các vệ tinh quỹ đạo thấp ) và cácnhà quản lý vệ tinh địa tĩnh truyền thống cuội nguồn. Bảng 1.3 So sánh ngân sách góp vốn đầu tư ra 1G bps của Oneweb và Viasat-3b. Đánh giá về mức giá của các dịch vụ : – Vệ tinh thông lượng cao ( HTS – High Throughput Satellite ) đã dẫn đến sự khácbiệt về ngân sách cho các dịch vụ vệ tinh, với vận tốc liên kết băng thông rộng giảm nhanhhơn. Giá thành băng thông rộng cho các dịch vụ HTS của vệ tinh địa tĩnh nằm khoảng chừng từ250 USD đến 400 $ mỗi tháng. – Kết hợp với hiệu suất cao, thời hạn hợp đồng thời gian ngắn ( và do đó, các hợp đồngcạnh tranh hơn ), vệ tinh quỹ đạo thấp hoàn toàn có thể nhanh gọn giảm ngân sách băng thơng vệtinh trên toàn thế giới. – Bảng 1.4 : Bảng tham chiếu kinh doanh bán lẻ dịch vụ vệ tinh trên thế giới1. 3.4 Tính cạnh tranh đối đầu của các dự án Bất Động Sản vệ tinh quỹ đạo thấp với các hạ tầng viễnthông mặt đất. – Ngay cả khi giá thành đã giảm trong những năm qua, băng thông rộng vệ tinh vẫn đắtso với năng lực liên kết từ các công nghệ tiên tiến trên mặt đất với cùng vận tốc. Điều này đặc biệtliên quan đến Châu Á Thái Bình Dương và Thái Bình Dương, nơi các nhà sản xuất phải cạnh tranh đối đầu vớinhững người dùng có thu nhập thấp hơn so với những người dùng ở các nơi khác trên thếgiới. – Sự cạnh tranh đối đầu lớn nhất hoàn toàn có thể khơng đến từ ngành cơng nghiệp vệ tinh mà từ sựmở rộng không chỉ có vậy của các dự án Bất Động Sản viễn thông trên mặt đất mà tương lai là 5G. Nếu các dự ánvệ tinh quỹ đạo thấp hoàn toàn có thể giúp giảm ngân sách của liên kết vệ tinh một cách đáng kể, nóvẫn khơng thể cạnh tranh đối đầu với mạng mặt đất khi hạ tầng cố định và thắt chặt đã có. Hình 1.4 : Bảng so sánh các cơng nghệ truyền dẫn theo tỷ lệ dân cư. 1.3.5 Tiềm năng khai thác vệ tinh quỹ đạo thấp tại Nước Ta : – Việc thiếu hạ tầng kỹ thuật số này biểu lộ một thời cơ bị bỏ lỡ để tăng tốcphát triển kinh tế tài chính và xã hội. Các ước tính mới nhất từ Liên minh Viễn thơng Quốc tế ( ITU ) cho thấy 3,7 tỷ mọi người vẫn chưa tham gia trực tuyến ( 49 % dân số toàn thế giới ) và63 % hộ mái ấm gia đình nơng thơn khơng có truy vấn Internet. – Tính đến tháng 1/2021, dân số Nước Ta đạt mốc 97.8 triệu dân, với tỷ suất dânthành thị là 37.7 %. Trong đó, có khoảng chừng 68.17 triệu người đang sử dụng Internet ( chiếm70. 3 % dân số ) trải qua các nền tảng, ứng dụng khác nhau, với thời lượng trung bình là6 giờ 47 phút. ( nguồn : www.vnetwork.vn ). – Đồng nghĩa với điều này là nhu yếu sử dụng các gói dịch vụ di động tăng lên, nhucầu vui chơi, thao tác, nghiên cứu và điều tra qua mạng Internet cũng tăng lên, các ứng dụng kỹ thuậtsố Open nhiều hơn. Do đó, Nước Ta đang là một trong những thị trường rất tiềmnăng cho việc tăng trưởng các dịch vụ viễn thông băng thông rộng của khu vực Châu Á Thái Bình Dương. Vàviệc tiến hành các dự án Bất Động Sản vệ tinh quỹ đạo thấp tích hợp với hạ tầng viễn thơng mặt đất theomơ hình backhaul network sẽ là một giải pháp để hoàn toàn có thể bảo vệ được nhu yếu thông tinliên lạc của nước ta trong tương lai. 1.4 Kết luận chương : – Đây là một nội dung mang tính tổng hợp, để qua đó có cái nhìn khái qt về hiệntrạng khai thác của vệ tinh nói chung, đặc biệt quan trọng là vệ tinh quỹ đạo thấp trong những thayđỗi về công nghệ tiên tiến và nhu yếu trong những năm vừa mới qua. Khả năng phân phối các dịch vụbăng rộng của vệ tinh truyền thống cuội nguồn đã gặp phải những thử thách can đảm và mạnh mẽ từ các yêucầu thực tiễn. Bù đắp lại các khiếm khuyết đó, vệ tinh tầm thấp LEO với băng thông lớn, độ trễ nhỏ và giá tiền đồng ý được cùng năng lực tiến hành ở mọi vùng địa hình, dân cư đang mở ra một triển vọng mới cho công nghệ tiên tiến truyền dẫn vệ tinh trên quốc tế vàtại Nước Ta. CHƯƠNG 2 – PHÂN TÍCH CÁC THAM SỐ KHƠNG GIAN CHOHỆ THỐNG VỆ TINH TẦM THẤP. 2.1 Khái niệm chung về vệ tinh quỹ đạo tầm thấp : 2.1.1 Giới thiệu chung : – Quỹ đạo Trái đất thấp ( LEO – Low Earth Orbit ), như tên gọi cho thấy, là một quỹđạo tương đối gần với bề mặt Trái đất. Quỹ đạo này thường ở độ cao dưới 2000 kmnhưng hoàn toàn có thể thấp tới 160 km so với Trái đất – thấp so với các quỹ đạo khác, nhưng vẫnrất xa so với bề mặt Trái đất. Hình 2.2 : Vùng phủ của các mơ hình vệ tinh theo quỹ đạo2. 1.2 Đặc điểm cơ bản của vệ tinh LEO : Cần sử dụng một mạng lưới các vệ tinh quỹ đạo thấp để phủ sóng tồn cầu. Các vệ tinh này hiệu suất không lớn như các vệ tinh MEO và GEO.Do vận tốc chuyển dời cao, các vệ tinh vận động và di chuyển vào và ra khỏi khoanh vùng phạm vi của trạm mặtđất rất nhanh theo thời hạn. Vì vậy, tài liệu hoàn toàn có thể được truyền từ vệ tinh này sang vệtinh khác để không bị gián đoạn liên lạc. Đưa các vệ tinh LEO vào quỹ đạo tốn ít nguồn năng lượng hơn nhiều so với MEO và GEO, hơn thế nữa các bộ khuếch đại của họ vệ tinh này cũng tiêu thụ ít điện năng hơn. Chúng khá rẻ so với các phương pháp truyền thơng tài liệu khác, vì thế chúng có thểđược sử dụng như một phương pháp truyền dẫn kinh tế tài chính hơn cho các khu vực kém pháttriển. Mạng LEO hoàn toàn có thể được sử dụng để thiết lập mạng lưới ở những địa hình xa xơi, nơikhơng thể đặt đường dây như trên đất liền. 2.1.3 Các loại vệ tinh LEO và các ứng dụng : Bảng 2.1 Phân loại các mạng lưới hệ thống vệ tinh LEOLoại hệ thốngLEO nhỏLEO cỡ lớnLEO băng rộngTiêu biểuORBCOMMIridium, GlobalstarỨng dụngDữ liệu vận tốc bítthấpĐiện thoại di động Đa dịch vụ băngrộngThơng tin mặt đấttương tácDữ liệuĐiện thoại di động Cáp quangOptel-C, Starlink2. 2 Quỹ đạo vệ tinh2. 2.1 Các mơ hình mạng vệ tinh : Mục đích chính trong việc phong cách thiết kế một mạng vệ tinh là ( 1 ) phân phối nhu yếu cụ thểcủa mạng, ( 2 ) tỷ lệ vùng phủ ( hoặc mức độ đồng ý được của vùng phủ mạng vệtinh ), ( 3 ) số lượng mặt phẳng quỹ đạo và số lần phóng lên quỹ đạo, ( 4 ) độ cao quỹ đạovà ( 5 ) ngân sách. Hình 2.4 minh họa một mặt phẳng quỹ đạo của 8 vệ tinh trong một mạngvệ tinh đa quỹ đạo. ở minh họa này, mỗi một vệ tinh hoạt động giải trí ở độ cao 550 km. Hình 2.4 : Mơ phỏng vùng phủ của vệ tinh ở độ cao 600 kmDo vậy, số lượng vệ tinh trong một mặt phẳng quỹ đạo, tổng số lượng vệ tinh trongmạng và cao độ hoạt động giải trí của vệ tinh sẽ được xem xét điều tra và nghiên cứu để xác lập số lượngvùng bao trùm của mạng vệ tinh lên bề mặt Trái đất. 2.2.2 Vùng phủ và các khoảng trống : Khi một số ít vệ tinh được đặt cách đều nhau trên quỹ đạo tại một cao độ xác lập, thìvùng phủ của chúng hoàn toàn có thể tạo nên các khoảng trống giữa các vệ tinh lân cận hoặcnhững vùng phủ này hoàn toàn có thể chồng chéo lên nhau như được trong hình 2.4.10 Khoảng cách của khoảng trống này ( hoặc chồng chéo vùng phủ ) là một hàm của caođộ và số lượng vệ tinh trong cùng một mặt phẳng của quỹ đạo. Nếu có 9 vệ tinh trên mỗimặt phẳng quỹ đạo thì tại độ cao quỹ đạo thấp nhất là 400 km, các vòng bao trùm của cácvệ tinh liền kề sẽ chỉ chạm vào nhau. Tại độ to lớn hơn, vùng phủ sóng của vệ tinh sẽchồng lấn lên nhau với số khoảng cách chồng lấn tương ứng. Và tựa như như vậy với 8 vệ tinh trên mỗi mặt phẳng quỹ đạo, độ cao quỹ đạo sẽ phải được nâng lên khoảng chừng 540 km để đạt được hiệu quả tương tự như. Số lượng vùng chồng lấn trong đó khoanh vùng phạm vi vùng phủ liên tục xác lập chiều rộngcủa   và vĩ độ công tác làm việc vệ tinh. Hình 2.5 : Biến thiên giữa khoảng trống của các vùng phủ với số lượng vệ tinhtrên cùng một mặt phẳng quỹ đạo. 2.3 Quỹ đạo và các tham số liên quan2. 3.1 Mô tả chung : Quỹ đạo cực, Beta = 90 oQuỹ đạo cực, Beta = 45 oQuỹ đạo nghiêng, Beta = 0 o11Quỹ đạo đồng bộ mặt trờiQuỹ đạo Elip nghiêngHình 2.9 : Các quỹ đạo cực, nghiêng, quỹ đạo mặt trời và hình elip nhìn từ mặt trời. 2.3.2 Gia tốc trọng trường, tốc độ, chu kỳ luân hồi : Gia tốc trọng trường, g ( H ), tại độ cao H, biến thiên nghịch đảo với bình phương củaH. ( 2.1 ) Một vệ tinh đang bay trên quỹ đạo tròn với tốc độ tiếp tuyến V, đạt tần suất hướngtâm có giá trị ar = V2 / ( R + H ). ( 2.2 ) Quan hệ của tần suất trọng trường, tốc độ quay tại cao độ bất kể được tóm tắt trongBảng 2.3 cho vệ tinh ở độ cao 600 km. Bảng 2.3 : Ví dụ về độ cao, tốc độ, chu kỳ luân hồi và tần suất hướng tâm ở cao độ 600 km. Bản kính toàn cầu RCao độ Hg ( 0 ) Gia tốc trọng trườngtại cao độ HChu kỳ P ( phút ) Chu vi quỹ đạo CVận tốc quỹ đạo VHGia tốc hướng tâm ar63378. 1376009,797919335 g ( H ) = g ( 0 ) * ( R / ( R + H ) ) 2 kmkmm / s2mét / s28, 18545P = 0,00016587 * ( R + H ) 1.5 C = 2 *   * ( R + H ) VH = C / ( P * 60 ) ar = ( VH ) 2 / ( R + H ) phútKm96, 6890043.844,93 km / sm / s27, 557728,18545122. 3.3 Vị trí vệ tinh theo thời hạn : Sử dụng các tham số quỹ đạo, xác lập vị trí của vệ tinh tại một thời gian nhất định. Hình 2.10 : Mơ tả các thành phần quỹ đạo theo thời gianChu kỳ quỹ đạo tính bằng phút là P = 2 π * ( a3 / μ ) 0,5. Trong đó μ = GM, a là bán trục tínhbằng mét, G là hằng số mê hoặc tính bằng m3 / s2 và M là khối lượng của Trái đấtPhương trình ( 2.4 ) là Chu kỳ theo nửa trục chính : ( 2.3 ) Trong đó P tính bằng mét ; RE, SM tính bằng km. 2.3.4 Góc ngẩng vệ tinh, mặt phẳng nghiêng, CPA và khoảng chừng cáchtruyền : Trong phần này sẽ mơ tả quan hệ hình học thường được sử dụng cho vệ tinh quỹ đạotròn. Một trong số đó là độ nghiêng mặt phẳng quỹ đạo so với góc ngẩng vệ tinh, cầnthiết cho tính tốn nguồn năng lượng đường truyền cao tần RF.Hình 2.11 : Mơ tả hình học đối sánh tương quan toàn cầu và vệ tinh. 13P hương trình cho Độ nghiêng và Khoảng cách mặt đất cho các độ cao quỹ đạo khácnhau : ( 2.4 ) Khoảng cách trên mặt đất giữa vệ tinh và trạm mặt đất là GR, trong khi khoanh vùng phạm vi mặtđất từ điểm vệ tinh với điểm điểm tiếp cận gần nhất CPA là GRCPAHình 1.13 : Tương quan của khoảng chừng CPA và các tham số quỹ đạo khácĐiều tiên phong cần chú ý quan tâm là khi khoảng cách điểm tiệm cận gần nhất CPA tăng, gócngẩng tối đa đạt được trong quy trình liên lạc, cũng như thời hạn của tiếp xúc vệ tinhgiảm xuống. Với cùng khoảng cách điểm tiệp cận gần nhất CPA, các vệ tinh có quỹ đạo cao hơn, sẽ có góc ngẩng sẽ lớn hơn. Điều này có tương quan chính bới một vé vào một vùng núi vớicác vật cản đường chân trời thấp hoàn toàn có thể khơng có giá trị cho đến khi đạt được góc nângtối thiểu nhất định. 2.4 Truyền thơng vệ tinh LEO : 2.4.1 Phân bổ tần số : Bảng 2.4 Phân bố dải tần được sử dụng cho vệ tinhDải tần ( MHz ) 137 – 138 VHF145-146 VHF148-150 VHF240-270 UHF400-403 UHFDịch vụ triển khaiDữ liệu vận tốc thấp từ vệ tinh – mặt đấtVệ tinh không chuyên. Đường lên cho các vệ tinh vận tốc thấp. Vệ tinh quân độiThông tin di động14432-438 UHF2, 025 – 2,300 băng S8, 000 – 9,000 băng XTrên 20.000 Vệ tinh không chuyên. Truyền tin từ vệ tinh – mặt đất và ngược lạiTruyền dẫn vệ tinh vận tốc caoDải tần ngày càng được sử dụng nhiều hơn. 2.4.2 Điều chế2. 4.3 Tỉ số BER và thông số FEC : Bảng 2.5 : Bảng thống kê Eb / No theo các giá trị BER và điều chế khác nhauKiểu điều chếFSK ( incoherent ) BPSK or QPSKFSK với FEC * QPSK với FEC * FSK ( incoherent ) Eb / No yêu cầuBER = 10-5 BER = 10-613. 214.29.810.67.89.04.55.613.214.2 * FEClà mã Viterbi 1/2 với k = 7BER = 10-714. 811.79.65.914.8 Áp dụng các giá trị FEC khác nhau có ảnh hưởng tác động đáng kể đến việc tăng hay giảm giátrị Eb / No nhu yếu cho một tín hiệu có tỉ lệ BER cố định và thắt chặt. 2.4.4 Chất lượng tuyến : Phương trình cơng suất của tuyến truyền dẫn hoàn toàn có thể tính tốn cụ thể theo hàm củacao độ quỹ đạo, góc ngẩng anten mặt đất và nhiều tham số khác đã được mơ tả trongbảng 2.6. Bảng 2.6 : Ví dụ về phương trình cơng suất tuyến truyền dẫnTham sốMơ tảGiá trịPTCơng suất phát vệ tinhHệ số tăng ích anten theo hướng trạmmặt đấtSuy hao điều chếSuy hao khoảng trống ( trong khoảng chừng 600 km cao độ đến góc ngảng 15 ° ) 40.00 dBm – 1.45 dBm – 0.50 dB-163. 70 dBAGGSHệ số tăng ích anten thu mặt đất32. 04 dBPLSuy hao chỉnh sửa anten thuCông suất tín hiệu đầu vào máy thu trạmmặt đấtHệ số tạp âm máy thu0. 00 dB – 93.11 dBm3. 00 dBAGSCMLSLSGSNF15NBWBăng thông tạp âm máy thu ( 1 Mbps ) 60.79 dBKTBKTB Mật độ tạp âm ( per Hz ) GNILTạp âm nền sinh ra theo tạp âm KTBSuy hao lắp đặtEb / No nhu yếu ( FSK, no FEC, BER = 107 ) Mức tín hiệu nhu yếu tại đầu vào máythu-174. 00 dBm0. 00 dB2. 00 dBEb / No RSyêu cầu15. 00 dB-93. 21 dBmNếu sử dụng FEC, độ lợi hiệu suất sẽ tăng lên được 5,3 dB ; và điều đó sẽ chophép tín hiệu thu ở mức chất lượng 10 − 7 BER. Sử dụng QPSK với FEC sẽ làm tăng biênđộ khoảng chừng 8,9 dB. Cơng suất dư thừa hoàn toàn có thể được cho phép tăng vận tốc tài liệu lên thành 2M bps2. 4.5 Hạn chế hình học trong tiếp xúc giữa vệ tinh và mặt đất : Khoảng thời hạn vận động và di chuyển từ vệ tinh có độ cao quỹ đạo 600 km qua trạm mặt đấttheo các khoảng cách CPA khác nhau. Khi khoảng cách CPA theo dõi từ mặt đất đến vệtinh tăng lên, thì thời lượng mà vệ tinh vượt qua trạm ngắn hơn và góc ngẩng của antensẽ nhỏ hơn. Ví dụ : ở cao độ 500 km góc ngẩng trên 20 °, thì thời hạn vượt qua chỉkhoảng 5 phút dài ; nhưng với góc ngẩng nhỏ hơn thì thời hạn tiếp xúc vệ tinh sẽ nhỏđi. Hình 2.15 : Tương quan góc ngẩng và khoảng cách mặt đất và thời lượng vượt quacủa vệ tinh theo một điểm tiệm cần gần nhất CPA cố định và thắt chặt. 162.5 Điều khiển và xác lập hành vi ( Attitude Determination andControl System – ADACS ) : 2.5.1 Giới thiệu chung ADACS : Phần này diễn đạt q trình tăng trưởng ADACS thơng qua u cầu về tiềm năng, đến cácyêu cầu cấp mạng lưới hệ thống và mơ tả các thông số kỹ thuật mạng lưới hệ thống kiểm sốt hành vi khác nhau và độchính xác của chúng tương ứng, tương thích với từng dịch vụ. 2.5.2 Các thành phần ADACS : 2.5.2. 1M ô men xoắn và mô men dọc trụcMô men là một mạng lưới hệ thống để trấn áp hành vi, giảm thiểu xung lực ảnh hưởng tác động vàổn định trên vệ tinh được thiết kế xây dựng từ các cuộn dây điện từ. Từ trường tạo ra một lưỡngcực từ tiếp xúc với từ trường xung quanh, thường là của Trái đất, để các lực phản tạo racung cấp mơ-men xoắn hữu dụng. Hình 2.16 : Mơ phỏng mô men xoắn trong kiểm soát và điều chỉnh ADACS2. 5.2.2 Các thiết bị bám sao ( star tracker ). Thiết bị bám sao là một thiết bị quang học đo vị trí của các ngơi sao bằng cách sửdụng tế bào quang học hoặc máy ảnh. Vì vị trí của nhiều ngơi sao đã được các nhàthiên văn đo đạc ở mức độ đúng chuẩn cao, một thiết bị theo dõi sao trên vệ tinh hoặcvệ tinh hoàn toàn có thể được sử dụng để xác lập hướng ( hoặc hành vi ) của vệ tinh tương ứngvới các vì sao. Một bộ theo dõi sao hoàn toàn có thể gồm có một bộ giải quyết và xử lý để xác lập các ngôi sao 5 cánh bằng cáchso sánh mẫu của các ngôi sao 5 cánh quan sát được với mẫu đã biết của các ngôi sao 5 cánh trên bầutrời. 172.5.2.3 Bộ thu GPSDữ liệu GPS được sử dụng khi vệ tinh hướng vào các tiềm năng trên mặt đất liênquan đến khung quỹ đạo, để xác lập vị trí tương đối đúng mực. Tuy nhiên, tùy thuộc vào hình dạng của quỹ đạo so với mạng vệ tinh GPS NAVSTAR, thời hạn mất tín hiệu xác định hoàn toàn có thể lên đến 20 phút. Điều này hoàn toàn có thể được giảm thiểubằng cách sử dụng tài liệu từ các mạng vệ tinh khác như GLONASS và Galileo. 2.5.3 Các thuật toán của ADACS : Thuật toán của máy tính ADACS triển khai các công dụng sau :  Nhận các lệnh về hành vi từ bộ C&DH – Command and Data-handling ;  Nhận tác dụng đầu ra của cảm ứng từ từ kế, cảm ứng mặt trời, bộ thu GPS, thiết bịbám sao.  Xác định hành vi hiện tại của vệ tinh và các lỗi từ hành vi tinh chỉnh và điều khiển sai.  Tính tốn các tính năng được gán lệnh ( quay vịng, biến hóa hành vi, trỏ đến mụctiêu ) ;  Tính toán bộ truyền động bánh xe phản ứng và thanh mơ-men xoắn ;  Tính tốn các thành phần quỹ đạo và giải quyết và xử lý hiệu quả đo từ xa ADACS và thời hạn tớiC và DH. 2.6 Liên kết giữa các vệ tinh – Inter Saterllite link ISL : Liên kết giữa các vệ tinh ( ISL ) được coi là một thành phần cơ bản của mạng lưới hệ thống vệtinh LEO để liên kết đường truyền dẫn thông tin, cải tổ độ chính xác định vị và xácđịnh quỹ đạo. Sự phối hợp của các phép đo ISL và cả vệ tinh dẫn đường là một trongnhững nhu yếu quan trọng để cải tổ việc xác lập quỹ đạo. 2.6.1 Mơ hình mạng ISL : Hình 2.17 : Mơ hình đa bước nhẩy liên kết 2 người dùng vệ tinh. 182.6.2 Các bước nhảy : Hầu hết các mạng LEO được yêu cầu sử dụng một hoặc nhiều lớp trong mạng baogồm NP × MP vệ tinh, trong đó NP là số mặt phẳng quỹ đạo và MP là số lượng vệ tinhtrên mỗi mặt phẳng. Có MP các vệ tinh phân bổ đều trong mỗi mặt phẳng với chênh lệch pha giữa các vệtinh liền kề ∆ Φ = 2 π = MP, trong khi độ lệch pha giữa các vệ tinh trong các mặt phẳngliền kề được tính bởi ∆ f = 2 πF = ( NP MP ), trong đó f là thông số chia pha. Các giá trị tínhtốn trong một mạng vệ tinh gồm có :  / NP / MP / NP / F. 2.6.3 Đường dẫn của ISL : Hình 2.21 minh họa chính sách liên kết ISL được sử dụng thoáng rộng Mỗi vệ tinh thiết lậpbốn đường dẫn ISL dài hạn với các vệ tinh lân cận của nó : hai mặt phẳng trong và haimặt phẳng liên ISL. Độ lệch pha của hai vệ tinh được liên kết bởi ISL giữa các mặtphẳng là ∆ f. Giá trị ∆ f được được cho phép giá trị âm [ .. ], do đó F thuộc khoảng chừng sau :  f1 – NP ; 2 – NP, .., NP – 1 . Hình 2.22 : Các đường dẫn khả thi từ vệ tinh nguồn đến đích với số bước nhảy tối thiểu2. 6.4 Thuật toán với các vệ tinh tăng dần và giảm dần : Các vệ tinh tăng dần là các vệ tinh bay về phía vĩ độ ngày càng tăng, trong khi các vệtinh giảm theo hướng giảm dần theo vĩ độ, như minh họa trong hình 2.23. Khi quỹ đạonghiêng α nằm trong khoảng chừng từ 0 ◦ đến 90 ◦, hướng tăng dần và các vệ tinh đi xuống lầnlượt là hướng đông bắc và đông nam2. 7C ác phân hệ phụ tải : Hình 2.21. Mơ tả phần phụ tải vệ tinh LEO điển hình192. 8P hần trạm mặt đất và các phần phụ trợ : 2.8.1 Trạm mặt đất : Trạm mặt đất – GS hoàn toàn có thể vị trí tức thời, khoanh vùng phạm vi vùng phủ của vệ tinh và 1 số ít dữliệu diễn đạt độ cao của vệ tinh khi ở trong khoanh vùng phạm vi của GS như : cao độ và góc phương vịcủa vệ tinh tại thời gian xác lập. 2.8.2 Bám vệ tinh LEO : Phương pháp bám TLE : Phương pháp bám bước anten parabol2. 9K ết luận chương : Toàn bộ nội dung Chương 2 đã khái quát được các khái niệm phần khoảng trống spacecraft của mạng lưới hệ thống vệ tinh tầm thấp LEO. Giống như mạng lưới hệ thống vệ tinh địa tĩnh cổđiển, các mạng lưới hệ thống của vệ tinh tầm thấp cũng có các đặc thù tương đương về mơ hìnhmạng, vùng phủ … Nhưng đi sâu vào nghiên cứu và phân tích các đặc thù của vệ tinh tầm thấp, baogồm các yếu tố về quỹ đạo, link liên vệ tinh, góc ngẩng cơng tác, năng lực bám vệtinh … để thấy rõ yếu tố phần khoảng trống có ảnh hưởng tác động và quyết định hành động đến việc khả thitriển khai các vệ tinh LEO. Qua đó, nội dung chương 2 là cơ sở để tăng trưởng Chương 3 với nội dung điều tra và nghiên cứu sơ bộ để xuất mạng vệ tinh tầm thấp băng rộng tại Nước Ta. 20CH ƯƠNG 3 – NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINHTẦM THẤP BĂNG RỘNG TẠI VIỆT NAM3. 1P hạm vi và mục tiêu : Ngành cơng nghiệp internet vệ tinh đã tăng trưởng với vận tốc nhanh gọn trong năm2020, khi các cơng ty như SpaceX, OneWeb, Telesat và Amazon đều nỗ lực thúc đẩyđầu tư và thiết kế xây dựng các mạng internet băng rộng dựa trên chùm vệ tinh hoạt động giải trí ởquỹ đạo tầm thấp của Trái đất. Cùng với sự tăng trưởng của công nghệ tiên tiến vệ tinh nói chung trên tồn quốc tế, chỉnh phủViệt Nam đã có quyết định hành động số 169 / QĐ-TTg về kế hoạch tăng trưởng và ứng dụngkhoa học kỹ thuật và công nghệ tiên tiến thiên hà đến năm 2030 [ 13 ], nhằm mục đích ứng dụng rộng rãithành tự khoa học công nghệ tiên tiến và ngoài hành tinh, góp vốn đầu tư trọng điểm 1 số ít nghành liên quanđến quốc phòng, bảo mật an ninh, quản trị tài nguyên và môi trường tự nhiên, giám sát và tương hỗ giảmthiểu thiệt hại do thiên tai, bảo vệ toàn vẹn chủ quyền lãnh thổ, thôi thúc tăng trưởng kinh tế tài chính – xãhội. Nắm bắt được niềm tin đó, Đồ án xin được đi vào phần nghiên cứu và phân tích phong cách thiết kế cho chùmvệ tinh tầm thấp LEO hoàn toàn có thể cung ứng đươc nhu yếu trên, đặc biệt quan trọng là nhu yếu truyềndẫn vệ tinh ứng dung cho các dịch vụ băng rộng như Wifi, LTE, LMR3. 2 Mơ hình thiết kế xây dựng : gồm có : Giới thiệu về mạng lưới hệ thống mạng cũng như các thông số kỹ thuật kỹ thuật cơ bản của hệ thống thiết kế. Các băng tần khai thác, chùm sóng phủ .. cho mạng vệ tinh băng rộng. Khả năng liên kết vệ tinh theo thời hạn, tính tốn đường truyền. Độ trễ cho mạng vệ tinh. 3.2.1 Mô tả chung : 3.2.2 Băng tần khai thác : Bảng 3.1 Băng tần cho vệ tinh LEO thiết kếSTTTuyến truyền dẫnGiải tần ( GHz ) Gateway lên vệ tinh27. 5 – 29.1 Vệ tinh xuống gateway17. 8 – 20.2 Từ thiết bị cá thể lên vệ tinh12. 75 – 13.2514.0 – 14.5 Từ vệ tinh xuống thiết bị cá nhân10. 7 – 12.73.2. 3 Búp sóng khai thác : Mỗi beam tương hỗ nhiều dịch vụ tới nhiều thiết bị đầu cuối, theo tuyến xuống từgateway-người dùng sử dụng truy vấn TDM, theo đó chùm người dùng được khaithác sóng mang băng thơng 250 MHz đơn. Ở tuyến lên ngược lại ( người dùng đếngateway sử dụng ghép các kỹ thuật truy vấn TDMA / FDMA ( SCTDMA / FDMA ) trong21đó mỗi đầu cuối của người dùng sử dụng băng tần xác lập rộng từ 1,25 MHz đến 20MH z để giảm thiểu hiệu suất phát của thiết bị đầu cuối người dùng. Các thơng số chính của vệ tinh là : băng thông bộ phát đáp tuyến lên là 1,25 – 20MH z, tuyến xuống là 250 MHz, nhiệt tạp âm là 500 K, độ cao quỹ đạo vệ tinh là 778 km, nửa góc bao trùm vệ tinh là 62 độ, góc ngẩng thấp nhất là 8 độ và khoảng cách xa nhấtgiữa vệ tinh và mặt đất là 2476 km. Vì độ rộng nửa góc của búp sóng ăng ten vệ tinh là 2,9 độ, vệ tinh của mạng lưới hệ thống cần ítnhất 62 độ để đạt được khoanh vùng phạm vi phủ sóng tồn cầu. Do đó, hoàn toàn có thể thấy rằng nếu chùmvệ tinh sử dụng góc ngẩng thấp, các vùng phủ sóng beam vệ tinh q nhiều, hoàn toàn có thể lênđến hàng nghìn vùng phủ nhỏ – spot beam và dẫn đến mạng lưới hệ thống vô cùng phức tạp. Dođó, cần đề xuất kiến nghị một lược đồ chùm vệ tinh có góc ngẩng lớn. 3.2.4 Chùm vệ tinh, các tham số quỹ đạo : Vùng phủ sóng của một vệ tinh được tính bằng cơng thức ( 3.8 ), trong đó Re là bánkính của toàn cầu và  là góc ở tâm toàn cầu [ 6 ]. ( 3.8 ) Vận tốc của một vệ tinh LEO so với toàn cầu được cho bởi Công thức ( 3.6 ) trong đó  là vận tốc quay góc của toàn cầu, Rg là nửa đường kính quỹ đạo GEO vệ tinh và RI là bán kínhquỹ đạo vệ tinh LEO. ( 3.6 ) Góc quay của toàn cầu được tính là 0,2618 radians / h bằng phương trình ( 3.2 ). ( 3.7 ) Bán kính quỹ đạo của vệ tinh được tính bằng cách cộng nửa đường kính xích đạo của tráiđất, 6378 km, giá trị này dẫn đến các giá trị Rg = 42,178 – km và RI = 7158 km. Vận tốccủa vệ tinh LEO so với toàn cầu được tính bằng = 26,804 km / giờ bằng công thức ( 3.7 ). 22H ình 3.2 Vùng phủ vệ tinh LEO thiết kếBán kính quỹ đạo của vệ tinh được tính bằng cách cộng nửa đường kính xích đạo của toàn cầu, 6378 km, giá trị này dẫn đến các giá trị Rg = 42,178 – km và RI = 7158 km. Vận tốccủa vệ tinh LEO so với toàn cầu được tính bằng = 26,804 km / giờ. Các thơng số về chùm vệ tinh này dẫn đến tác dụng chu kỳ luân hồi quỹ đạo là 100,13 phút. Góc nghiêng tối thiểu để người dùng nhìn thấy một vệ tinh đã cho là 8,2 độ và tại mộtvị trí cố định và thắt chặt từ toàn cầu, thì thời hạn quan sát được cho một vệ tinh là 9 phút [ 5 ]. 3.2.5 Các tham số khác : 3.2.5. 1K ết nối theo thời hạn : Bảng 3.2 : Chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tính theo ngàySố ngàySố phútChu kỳ quỹ đạo144014, 38288028,76432043,14576057,52720071,90864086,2810080100,6611520115,0412960129,421014400143,80 Bảng 3.2 cho thấy chùm vệ tinh sẽ khơng hồn thành số chu kỳ luân hồi theo số nguyên lầntrong vòng mười ngày. Điều này có vẻ như minh họa rằng cùng một liên kết giữa23trạm mặt đất và vệ tinh không được thiết lập theo chu kỳ luân hồi cơ bản. Tuy nhiên, kíchthước của vùng phủ vệ tinh và góc ngẩng tối thiểu của trạm mặt đất phải được xácđịnh để thiết lập liên kết giữa các trạm mặt đất và vệ tinh3. 2.5.2 Tính tốn tuyến truyền dẫn : Tham sốMơ tảPTCơng suất phát vệ tinhAGSCTăng ích vệ tinh theo hướng trạm mặt đấtMLSuy hao điều chếSLsuy hao khơng gian ( độ cao 600 km @ góc ngẩng 15 ° ) AGGSPLNFNBWTăng ích an ten trạm mặt đấtSuy hao chỉnh sửa ăn tenCông suất tín hiệu tại đầu vào máy thu trạm mặtđấtHệ số tạp âm máy thuBăng thông tạp âm máy thu ( cho 1 Mbp ) KTBKTB Mật độ tạp ( per Hz ) GNILEb / NoTạp âm mặt đất tính theo tạp âm nhiệt KTBSuy hao lắp đặtEb / No nhu yếu ( FSK, no FEC, BER = 10-7 ) Su cầuCơng suất tín hiệu tại đàu vào máy thu u cầuSGSDự phịngcơng suất3. 2.5.3 Giá trịtính tốn40. 00 dBm – 1.45 dBm – 0.50 dB-163. 70 dB32. 04 dB0. 00 dB – 93.11 dBm3. 00 dB60. 79 dB-174. 00 dBm0. 00 dB2. 00 dB15. 00 dB-93. 21 dBm0. 10 dBĐộ trễ hay hiệu suất đường truyền : Loại trễ nổi bật tối đa cho ứng dụng thoại thời hạn thực là 400 ms. Độ trễ trung bìnhcủa gói đầu cuối được mơ tả bằng phương trình ( 3.10 ). ( 3.10 ) Từ các giá trị trên, độ trễ trung bình từ đầu đến cuối cho các số lượng vệ tinh trênđường đi được tính tốn và được tóm tắt trong bảng dướiSố vệ tinhTrễ end-to-end. 0.0710.0850.0980.1120.1250.1380.152

Source: https://mix166.vn
Category: Internet