Truyền thông không dây - Vệ tinh

Vệ tinh là một vật thể quay xung quanh một vật thể khác. Ví dụ, trái đất là vệ tinh của Mặt trời, và mặt trăng là vệ tinh của trái đất.

A communication satellite là một microwave repeater stationtrong một không gian được sử dụng cho các tín hiệu viễn thông, phát thanh và truyền hình. Một vệ tinh liên lạc xử lý dữ liệu đến từ một trạm mặt đất và nó chuyển đổi dữ liệu thành một dạng khác và gửi đến trạm mặt đất thứ hai.

Cách thức hoạt động của vệ tinh

Hai trạm trên trái đất muốn liên lạc thông qua phát sóng vô tuyến nhưng ở quá xa để sử dụng các phương tiện thông thường. Hai trạm có thể sử dụng một trạm chuyển tiếp để liên lạc. Một trạm mặt đất truyền tín hiệu đến vệ tinh.

Uplink frequencylà tần số mà trạm mặt đất đang liên lạc với vệ tinh. Bộ phát đáp vệ tinh chuyển đổi tín hiệu và gửi nó xuống trạm mặt đất thứ hai, và điều này được gọi làDownlink frequency. Trạm mặt đất thứ hai cũng giao tiếp với trạm đầu tiên theo cách tương tự.

Ưu điểm của vệ tinh

Những ưu điểm của Truyền thông vệ tinh như sau:

Vùng phủ sóng rất cao so với các hệ thống trên cạn.
Chi phí truyền dẫn không phụ thuộc vào vùng phủ sóng.
Băng thông cao hơn có thể.

Nhược điểm của vệ tinh

Những nhược điểm của Truyền thông vệ tinh như sau:

Phóng vệ tinh lên quỹ đạo là một quá trình tốn kém.
Các băng thông dần được sử dụng hết.
Độ trễ lan truyền cao đối với các hệ thống vệ tinh so với các hệ thống mặt đất thông thường.

Thông tin cơ bản về giao tiếp vệ tinh

Quá trình liên lạc vệ tinh bắt đầu từ một earth station. Tại đây, một hệ thống lắp đặt được thiết kế để truyền và nhận tín hiệu từ một vệ tinh trên quỹ đạo quanh trái đất. Các trạm Trái đất gửi thông tin đến các vệ tinh dưới dạng tín hiệu công suất lớn, tần số cao (dải GHz).

Các vệ tinh receive và retransmit các tín hiệu quay trở lại trái đất nơi chúng được các trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng của vệ tinh nhận được. Satellite's footprint là khu vực nhận được tín hiệu có cường độ hữu ích từ vệ tinh.

Hệ thống truyền dẫn từ trạm mặt đất đến vệ tinh thông qua một kênh được gọi là uplink. Hệ thống từ vệ tinh đến trạm mặt đất thông qua kênh được gọi làdownlink.

Dải tần số vệ tinh

Các dải tần số vệ tinh thường được sử dụng để liên lạc là Cband, Ku-band, và Ka-band. Băng tần C và băng tần Ku là những phổ tần số được sử dụng phổ biến bởi các vệ tinh ngày nay.

Điều quan trọng cần lưu ý là có mối quan hệ nghịch đảo giữa tần số và bước sóng, tức là khi tần số tăng, bước sóng giảm, điều này giúp hiểu được mối quan hệ giữa antenna diameter và transmission frequency. Ăng-ten lớn hơn (đĩa vệ tinh) là cần thiết để thu thập tín hiệu với bước sóng tăng dần.

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 cách 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 Vệ tinh quỹ đạo Trái đất.

Các loại Quỹ đạo Trái đất quan trọng là -

Quỹ đạo Trái đất đồng bộ địa lý
Quỹ đạo Trái đất địa tĩnh
Quỹ đạo Trái đất Trung bình
Quỹ đạo Trái đất thấp

Vệ tinh quỹ đạo trái đất đồng bộ địa lý (GEO)

Một Geo-đồng bộ Trái Đất trên quỹ đạo 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 đồng bộ địa lý, nếu nó circularvà trong mặt phẳng của xích đạo, nó được gọi là quỹ đạo địa tĩnh. Các vệ tinh này được đặt ở độ cao 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 làstationary đối với trái đất và do đó tên của nó bao hàm.

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 hình thông tin liên lạc toàn cầu khác.

Hình trên cho thấy sự khác biệt giữa quỹ đạo Địa đồng bộ và Địa tĩnh. Trục quay biểu thị sự chuyển động của Trái đất.

Điểm chính cần lưu ý ở đây là mọi quỹ đạo Địa tĩnh đều là quỹ đạo Đồng bộ Địa. Nhưng mọi quỹ đạo Địa-Đồng bộ KHÔNG phải là quỹ đạo Địa tĩnh.

Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Trung bình (MEO)

mạng lưới vệ tinh trên quỹ đạo trái đất trung bình (MEO) sẽ quay 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 vệ tinh GEO yêu cầu 0,25 giây cho một chuyến đi khứ hồi, thì vệ tinh MEO yêu cầu 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 (LEO)

Các vệ tinh LEO chủ yếu được phân loại thành ba loại, cụ thể là, 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.

Nền tảng độ bền lâu (HALE) độ cao cao

Nền tảng HALE thử nghiệm về cơ bản là những chiếc máy bay nhẹ và hiệu quả cao mang thiết bị liên lạc. Điều này sẽ hoạt động nhưvery low earth orbit geosynchronous satellites.

Các sản phẩm thủ công này sẽ được cung cấp năng lượng bằng sự kết hợp của pin và năng lượng mặt trời hoặc động cơ tuabin hiệu suất cao. Nền tảng HALE sẽ cung cấptransmission delays of less than 0.001 seconds ở độ cao chỉ 70.000 feet, và thậm chí better signal strength cho các thiết bị nhận cầm tay rất nhẹ.

Khe quỹ đạo

Ở đây có thể nảy sinh một câu hỏi rằng với hơn 200 satellitesở trên đó trong quỹ đạo không đồng bộ địa lý, làm cách nào để chúng ta giữ chúng không chạy vào nhau hoặc cố gắng sử dụng cùng một vị trí trong không gian? Để giải đáp vấn đề này, các cơ quan quản lý quốc tế như Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) và các tổ chức chính phủ quốc gia như Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) chỉ định các vị trí trên quỹ đạo đồng bộ địa lý nơi các vệ tinh liên lạc có thể được đặt.

Các vị trí này được xác định theo độ kinh độ và được gọi là orbital slots. FCC và ITU đã dần dần giảm khoảng cách yêu cầu xuống chỉ còn 2 độ cho các vệ tinh băng C và băng Ku do nhu cầu rất lớn về các khe quỹ đạo.