Nguyên tắc truyền thông qua vệ tinh
A satellite là một cơ thể chuyển động xung quanh một cơ thể khác theo một con đường có thể dự đoán được bằng toán học được gọi Orbit. Một vệ tinh liên lạc không là gì khác ngoài một trạm lặp vi sóng trong không gian, hữu ích trong viễn thông, đài phát thanh và truyền hình cùng với các ứng dụng internet.
A repeaterlà một mạch làm tăng cường độ của tín hiệu mà nó nhận được và truyền lại. Nhưng ở đây bộ lặp này hoạt động như mộttransponder, làm thay đổi dải tần của tín hiệu được truyền từ tín hiệu đã nhận.
Tần số mà tín hiệu được gửi vào không gian được gọi là Uplink frequency, trong khi tần số mà nó được gửi bởi bộ phát đáp là Downlink frequency.
Hình sau đây minh họa rõ ràng khái niệm này.
Bây giờ, chúng ta hãy xem xét những ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của truyền thông vệ tinh.
Truyền thông qua vệ tinh - Ưu điểm
Có nhiều Ưu điểm của truyền thông vệ tinh như -
Flexibility
Dễ dàng cài đặt các mạch mới
Khoảng cách dễ dàng được bao phủ và chi phí không thành vấn đề
Khả năng phát sóng
Mỗi và mọi ngóc ngách của trái đất đều được bao phủ
Người dùng có thể kiểm soát mạng
Truyền thông qua vệ tinh - Nhược điểm
Truyền thông qua vệ tinh có những nhược điểm sau:
Các chi phí ban đầu như phân khúc và chi phí khởi động quá cao.
Sự tắc nghẽn của tần số
Giao thoa và lan truyền
Truyền thông qua vệ tinh - Ứng dụng
Truyền thông qua vệ tinh tìm thấy các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực sau:
Trong phát thanh Radio.
Trong phát sóng truyền hình chẳng hạn như DTH.
Trong các ứng dụng Internet như cung cấp kết nối Internet để truyền dữ liệu, ứng dụng GPS, lướt Internet, v.v.
Đối với giao tiếp bằng giọng nói.
Đối với lĩnh vực nghiên cứu và phát triển, trong nhiều lĩnh vực.
Trong các ứng dụng quân sự và điều hướng.
Định hướng của vệ tinh trong quỹ đạo của nó phụ thuộc vào ba định luật được gọi là định luật Kepler.
Định luật Kepler
Johannes Kepler (1571-1630) nhà khoa học thiên văn, đã đưa ra 3 định luật mang tính cách mạng, liên quan đến chuyển động của vệ tinh. Con đường theo sau bởi một vệ tinh xung quanh chính của nó (trái đất) là mộtellipse. Hình elip có hai foci -F1 và F2, trái đất là một trong số chúng.
Nếu coi khoảng cách từ tâm của đối tượng đến một điểm trên đường elip của nó thì điểm xa nhất của elip từ tâm được gọi là apogee và điểm ngắn nhất của hình elip tính từ tâm được gọi là perigee.
1 Kepler st Luật
Định luật thứ 1 của Kepler phát biểu rằng, “mọi hành tinh đều quay quanh mặt trời theo quỹ đạo hình elip, với mặt trời là một trong những trọng tâm của nó”. Như vậy, một vệ tinh di chuyển theo đường elip với trái đất là một trong những trọng tâm của nó.
Bán trục chính của hình elip được biểu thị là 'a'và nửa trục nhỏ được biểu thị là b. Do đó, độ lệch tâm e của hệ thống này có thể được viết là -
$$ e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a} $$
Eccentricity (e) - Đây là tham số xác định sự khác biệt về hình dạng của hình elip chứ không phải của hình tròn.
Semi-major axis (a) - Là đường kính dài nhất được vẽ nối hai điểm dọc theo tâm, đường kính này chạm cả hai đỉnh (điểm xa nhất của hình elip tính từ tâm).
Semi-minor axis (b) - Đó là đường kính ngắn nhất vẽ qua tâm mà chạm vào cả hai cạnh (điểm ngắn nhất của hình elip tính từ tâm).
Chúng được mô tả rõ trong hình sau.
Đối với một đường elip, luôn luôn mong muốn rằng độ lệch tâm phải nằm trong khoảng từ 0 đến 1, tức là 0 <e <1 vì nếu e trở thành 0, đường dẫn sẽ không còn ở dạng hình elip nữa mà nó sẽ được chuyển thành đường tròn.
Định luật thứ 2 của Kepler
Định luật thứ 2 của Kepler phát biểu rằng, "Trong những khoảng thời gian bằng nhau, diện tích được bao phủ bởi vệ tinh bằng với tâm của trái đất."
Nó có thể được hiểu bằng cách nhìn vào hình sau đây.
Giả sử rằng vệ tinh bao phủ p1 và p2 khoảng cách, trong cùng một khoảng thời gian, sau đó là các khu vực B1 và B2 được bao phủ trong cả hai trường hợp tương ứng, đều bằng nhau.
Định luật thứ 3 của Kepler
Kepler 3 thứ bang luật rằng, “Các bậc hai của thời gian định kỳ của quỹ đạo là tỷ lệ với lập phương của khoảng cách trung bình giữa hai cơ quan.”
Điều này có thể được viết bằng toán học như
$$ T ^ {2} \: \ alpha \: \: a ^ {3} $$
Ngụ ý
$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$
Trong đó $ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $ là hằng số tỷ lệ (theo Cơ học Newton)
$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$
Trong đó μ = hằng số hấp dẫn địa tâm của trái đất, tức là Μ = 3.986005 × 10 14 m 3 / giây 2
$$ 1 = \ left (\ frac {2 \ pi} {T} \ right) ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} $$
$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$
Ở đâu n = chuyển động trung bình của vệ tinh tính bằng radian trên giây
Hoạt động quỹ đạo của vệ tinh được tính toán với sự trợ giúp của các định luật Kepler này.
Cùng với những điều này, có một điều quan trọng cần được lưu ý. Một vệ tinh khi quay quanh trái đất sẽ chịu một lực kéo từ trái đất là lực hấp dẫn. Ngoài ra, nó chịu một số lực kéo từ mặt trời và mặt trăng. Do đó, có hai lực tác dụng lên nó. Họ là -
Centripetal force - Lực có xu hướng kéo một vật chuyển động theo quỹ đạo, hướng về chính nó được gọi là centripetal force.
Centrifugal force - Lực có xu hướng đẩy một vật chuyển động theo quỹ đạo, ra khỏi vị trí của nó được gọi là centrifugal force.
Vì vậy, một vệ tinh phải cân bằng hai lực này để giữ cho mình trên quỹ đạo của nó.
Quỹ đạo Trái đất
Một vệ tinh khi được phóng vào không gian, cần phải được đặt trên một quỹ đạo nhất định để cung cấp một phương thức cụ thể cho cuộc cách mạng của nó, để duy trì khả năng tiếp cận và phục vụ cho mục đích khoa học, quân sự hay thương mại. Các quỹ đạo như vậy được gán cho vệ tinh, đối với trái đất được gọi làEarth Orbits. Các vệ tinh trong các quỹ đạo này là Trái đấtOrbit Satellites.
Các loại Quỹ đạo Trái đất quan trọng là -
Quỹ đạo trái đất đồng bộ địa lý
Quỹ đạo Trái đất Trung bình
Quỹ đạo Trái đất thấp
Vệ tinh quỹ đạo trái đất không đồng bộ
A Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)vệ tinh là một trong đó được đặt ở độ cao 22.300 dặm trên Trái Đất. Quỹ đạo này được đồng bộ hóa vớiside real day(tức là 23 giờ 56 phút). Quỹ đạo này có thểhave inclination and eccentricity. Nó có thể không phải là hình tròn. Quỹ đạo này có thể nghiêng về các cực của trái đất. Nhưng nó có vẻ đứng yên khi quan sát từ Trái đất.
Cùng một quỹ đạo địa đồng bộ, nếu nó là hình tròn và nằm trong mặt phẳng của đường xích đạo, nó được gọi là geo-stationary orbit. Các vệ tinh này được đặt ở 35,900kms (giống như không đồng bộ địa lý) phía trên Xích đạo của Trái đất và chúng tiếp tục quay theo hướng của trái đất (từ tây sang đông). Các vệ tinh này được coi là đứng yên đối với trái đất và do đó tên của nó có ý nghĩa.
Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Địa tĩnh được sử dụng để dự báo thời tiết, truyền hình vệ tinh, đài vệ tinh và các loại thông tin liên lạc toàn cầu khác.
Hình dưới đây cho thấy sự khác biệt giữa quỹ đạo Địa đồng bộ và Địa tĩnh. Trục quay biểu thị sự chuyển động của Trái đất.
Note- Mọi quỹ đạo địa tĩnh đều là quỹ đạo địa đồng bộ. Nhưng mọi quỹ đạo địa đồng bộ KHÔNG phải là quỹ đạo địa tĩnh.
Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Trung bình
Medium Earth Orbit (MEO)mạng lưới vệ tinh sẽ bay quanh ở khoảng cách khoảng 8000 dặm từ bề mặt trái đất. Tín hiệu được truyền từ vệ tinh MEO truyền đi một khoảng cách ngắn hơn. Điều này có nghĩa là cường độ tín hiệu được cải thiện ở đầu nhận. Điều này cho thấy rằng các thiết bị đầu cuối nhận nhỏ hơn, nhẹ hơn có thể được sử dụng ở đầu nhận.
Vì tín hiệu truyền đi một khoảng cách ngắn hơn đến và đi từ vệ tinh, nên sẽ có ít độ trễ truyền hơn. Transmission delay có thể được định nghĩa là thời gian cần thiết để một tín hiệu truyền đến vệ tinh và quay trở lại trạm nhận.
Đối với truyền thông thời gian thực, độ trễ truyền càng ngắn thì hệ thống liên lạc càng tốt. Ví dụ, nếu một vệ tinh GEO yêu cầu 0,25 giây cho một chuyến đi khứ hồi, thì vệ tinh MEO cần ít hơn 0,1 giây để hoàn thành chuyến đi tương tự. MEO hoạt động trong dải tần từ 2 GHz trở lên.
Vệ tinh quỹ đạo Trái đất thấp
Các vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Thấp (LEO) chủ yếu được phân loại thành ba loại: LEO nhỏ, LEO lớn và Mega-LEO. Sư Tử sẽ quay quanh ở khoảng cách 500-1.000 dặm trên bề mặt trái đất.
Khoảng cách tương đối ngắn này giúp giảm độ trễ truyền xuống chỉ còn 0,05 giây. Điều này càng làm giảm nhu cầu về thiết bị tiếp nhận nhạy cảm và cồng kềnh. Các LEO nhỏ sẽ hoạt động trong dải 800 MHz (0,8 GHz). Các LEO lớn sẽ hoạt động trong phạm vi 2 GHz trở lên và Mega-LEO hoạt động trong phạm vi 20-30 GHz.
Các tần số cao hơn liên quan đến Mega-LEOs chuyển thành khả năng mang thông tin nhiều hơn và mang lại khả năng của sơ đồ truyền video thời gian thực, độ trễ thấp.
Hình sau mô tả đường đi của LEO, MEO và GEO.
