Cải thiện hiệu năng hệ thống truyền thông vệ tinh bằng MIMO đa vệ tinh

Bài viết giới thiệu giải pháp mới trong việc cải thiện dung lượng của hệ thống truyền thông vệ tinh (SatCom) quỹ đạo thấp (LEO) bằng kỹ thuật MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Gần đây chùm vệ tinh LEO cung cấp dịch vụ dữ liệu cố định hoặc di động toàn cầu nhận được nhiều quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ lớn do đặc trưng nổi bật về trễ và tổn hao truyền sóng so với các các quỹ đạo khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải thiện hiệu năng hệ thống truyền thông vệ tinh bằng MIMO đa vệ tinh Nguyễn Viết Minh CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG VỆ TINH BẰNG MIMO ĐA VỆ TINH Nguyễn Viết Minh Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Tóm tắt—Bài báo giới thiệu giải pháp mới trong việc cho máy thu mặt đất và điều này phải được đưa vào tính cải thiện dung lượng của hệ thống truyền thông vệ tinh toán trong triển khai MIMO. Các hệ thống LEO gần đây (SatCom) quỹ đạo thấp (LEO) bằng kỹ thuật MIMO đa số sử dụng băng tần số siêu cao như Ku (14/12GHz) và (Multiple-Input Multiple-Output). Gần đây chùm vệ tinh Ka (30/20GHz) nhằm mở rộng băng thông khả dụng và LEO cung cấp dịch vụ dữ liệu cố định hoặc di động toàn để tránh nhiễu đa vệ tinh, việc ấn định tần số được thực cầu nhận được nhiều quan tâm của các nhà cung cấp dịch hiện riêng cho từng kênh (FDMA). vụ lớn do đặc trưng nổi bật về trễ và tổn hao truyền sóng Bài báo đề xuất giải pháp MIMO đa vệ tinh cho hệ so với các các quỹ đạo khác. Việc triển khai MIMO đa vệ thống chùm vệ tinh LEO lớn cung cấp kết nối cho đầu tinh với chùm vệ tinh LEO là khả thi và hiệu năng hệ cuối cố định. Các vấn đề Doppler cũng như can nhiễu đa thống được cải thiện đáng kể. Bài báo đề xuất cấu hình vệ tinh được đưa vào tính toán để làm rõ mức độ cải thiện MIMO 3 vệ tinh với hiệu năng dung lượng nhận được khá hiệu năng dung lượng của hệ thống. Sau phần giới thiệu, tốt trên băng tần Ku. mô hình cơ bản của hệ thống LEO được trình bày ở phần II. Phần III đưa ra giải pháp cải thiện hiệu năng dung Từ khóa—LEO, MIMO, SatCom, Truyền thông vệ tinh. lượng cho hệ thống mà bài báo đề xuất. Kết quả tính toán bằng mô phỏng đánh giá mức độ cải thiện hiệu năng được I. GIỚI THIỆU trình bày trong phần IV. Cuối bài báo là Kết luận Vệ tinh quỹ đạo thấp có độ cao quỹ đạo khoảng 700km II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG LEO đến 1.200km. Với khoảng cách truyền dẫn nhỏ hơn rất nhiều so với quỹ đạo địa tĩnh GEO (trên 36.000km) và Hệ thống chùm vệ tinh LEO lớn bao gồm từ hàng trăm quỹ đạo trung bình MEO (10.000km đến 20.000km) nên vệ tinh trở lên hoạt động trên quỹ đạo thấp. Trạm thu phát LEO đảm bảo trễ truyền lan nhỏ và tổn hao truyền sóng gốc (BS) được đặt trên các vệ tinh, phủ sóng xuống bề thấp. Điều này tạo thuận lợi cho việc thực hiện truyền dẫn mặt trái đất. Để tránh nhiễu giữa các vệ tinh trong vùng đến các đầu cuối người dùng, nhất là thiết bị di động. phủ sóng thì mỗi vệ tinh được ấn định một tần số riêng. Khai thác lợi thế này, nhiều hệ thống di động vệ tinh mặt Đầu cuối mặt đất tại một thời điểm có thể thu tín hiệu từ đất (LMS) đã được triển khai khá sớm, từ những năm nhiều vệ tinh, tuy nhiên kết nối đến mỗi vệ tinh chỉ tồn tại cuối 1990 như GlobalStar, Iridum, ICO. Tuy nhiên thời trong thời gian xác định. điểm đó chi phí chế tạo, phóng vệ tinh còn rất đắt đỏ, Giả thiết trạm đầu cuối mặt đất biết rõ quỹ đạo của các cùng với máy đầu cuối cồng kềnh khiến việc thương mại vệ tinh và băng tần ấn định của chúng. Tín hiệu phát xm(t) hóa gặp nhiều khó khăn. của vệ tinh thứ m được viết: Hiện nay, các điều kiện kỹ thuật đã cho phép triển khai xm (t ) = sm (t ) exp ( j 2 f mt ) (1) chùm vệ tinh LEO lớn để cung cấp dịch vụ dữ liệu cố sm(t) là tín hiệu băng gốc phát qua vệ tinh m, fm là tần định và di động toàn cầu. Chẳng hạn như hệ thống số sóng mang vệ tinh. StarLink dự kiến lên tới 12.000 vệ tinh cung cấp kết nối Khi tính tới dịch tần Doppler do chuyển động của vệ intenet toàn cầu, đến nay đã phóng trên 1000 vệ tinh và tinh LEO thì giá trị fm được thiết lập theo: bắt đầu thử nghiệm dịch vụ từ đầu 2020. Để cải thiện Wm + Wm−1 dung lượng của hệ thống, giải pháp MIMO là lựa chọn fm − fm−1 = + WGB (2) hàng đầu vì với chùm vệ tinh LEO, mỗi đầu cuối có thể 2 kết nối tới nhiều vệ tinh. Tuy nhiên sự chuyển động liên Với ( WGB  2 max ( f m ) 1m M ) (3) Wm là độ rộng băng tần của tín hiệu vệ tinh thứ m, WGB tục của vệ tinh làm phát sinh hiệu ứng Doppler phức tạp là độ rộng băng tần bảo vệ và fm được đặt bằng 2 lần giá trị dịch tần Doppler tối đa giúp tránh nhiễu liên sóng Tác giả liên hệ: Nguyễn Viết Minh, Email: minhnv@ptit.edu.vn mang. Đến tòa soạn ...