Chuyển động ICT

Hệ thống vệ tinh thông lượng cao băng tần KA

ThS. Nguyễn Huy Cương - Cục Tần số vô tuyến điện 31/08/2023 16:00

Thông tin vệ tinh đã thay đổi từ tương tự trong những năm 1980 sang kỹ thuật số hiện nay và thông lượng của nó đã phát triển từ vài kbps lên hơn 100 Mbps.

Tóm tắt:
- Phát triển vệ tinh băng tần Ka thông lượng cao đang là một xu thế.
- Thế hệ vệ tinh tiếp theo của Việt Nam nên hướng tới vệ tinh thông lượng cao, cung cấp khả năngtinh thông thường. Điều này làm giảm đáng kể chi phí cho mỗi bit.

Thông tin vệ tinh đã mở rộng từ các tần số thấp hơn như băng tần L và băng tần C, sang băng tần Ku và Ka được sử dụng phổ biến do kích thước ăng-ten đầu cuối nhỏ hơn và dung lượng cao hơn. Các băng tần Ku và Ka, được cả hệ thống vệ tinh GSO và NGSO sử dụng để cung cấp kết nối vệ tinh cho các ứng dụng khác nhau.

Nhu cầu liên lạc vệ tinh băng thông rộng ngày càng tăng trong những năm gần đây cung cấp nhu cầu kết nối tốc độ cao cho người dùng vẫn chưa được kết nối. Băng tần Ka-band (18-31 GHz) cho thông tin vệ tinh là cơ sở cho một thế hệ dịch vụ mới vệ tinh thông lượng cao (HTS).

ve-tinh.png
Ảnh minh hoạ

Hệ thống vệ tinh băng tần Ka

Băng tần Ka được phân bổ toàn cầu trên cơ sở là nghiệp vụ chính cho FSS (nghiệp vụ vệ tinh cố định - fixed-satellite service) và có một số lượng lớn các mạng vệ tinh GSO FSS hoạt động trong các băng tần này, cũng như các hệ thống NGSO FSS. Tại khu vực châu Á, số lượng vệ tinh băng tần Ka cũng khá nhiều.

Vệ tinh thông lượng cao (HTS)

HTS là một vệ tinh viễn thông cung cấp khả năng tăng đáng kể khi sử dụng cùng một lượng phổ quỹ đạo so với các vệ tinh viễn thông thông thường. Sự gia tăng dung lượng thường dao động từ 2 đến hơn 100 lần dung lượng so với vệ tinh thông thường. Điều này làm giảm đáng kể chi phí cho mỗi bit.

Để đạt được mức tăng đáng kể này, HTS tận dụng công nghệ búp sóng vùng phủ nhỏ (chùm tia) và tái sử dụng tần số ở mức độ cao. Công nghệ chùm tia sử dụng nhiều chùm tia hẹp cho phép nó sử dụng lại cùng một dải tần số. Sự khác biệt chính giữa FSS (vệ tinh truyền thống) và HTS là kích thước của các vùng phủ vệ tinh của chúng trên mặt đất, như được minh họa trong hình dưới đây:

vung-phu-bup-song-ve-tinh-truyen-thong.png
Hình 1 Minh họa vùng phủ búp sóng trên vệ tinh truyền thống và vùng phủ búp sóng trên vệ tinh HTS

Một vệ tinh truyền thống có búp sóng vùng phủ rộng, nghĩa là nó sử dụng một tần số duy nhất để bao phủ toàn bộ khu vực địa lý. Do đó, vệ tinh chỉ có thể sử dụng một tần số. Mặc dù vùng phủ sóng rộng là một lợi thế cho các dịch vụ quảng bá, nhưng nó không đủ để hỗ trợ các yêu cầu về thông lượng của dịch vụ băng thông rộng. Ngược lại, đối với vệ tinh HTS, các búp sóng phủ rộng được thay thế bằng nhiều búp sóng nhỏ bao phủ các khu vực nhỏ hơn. Với sự cách ly địa lý giữa các búp sóng, có thể sử dụng lại cùng một dải tần số. Những điểm này mang lại lợi ích gấp đôi cho hệ thống vệ tinh HTS:

- Độ lợi ăng ten cao hơn: do tính định hướng cao hơn, cho phép sử dụng các thiết bị đầu cuối người dùng nhỏ hơn.

he-thong-ve-tinh-bang-ka.png
Bảng. Hệ thống vệ tinh Ka-band ở khu vực châu Á Thái Bình Dương

- Tái sử dụng tần số: khi khu vực dịch vụ mong muốn được bao phủ bởi nhiều búp sóng nhỏ có thể sử dụng lại cùng một dải tần số và phân cực, tăng công suất của hệ thống vệ tinh lên nhiều lần.

Về các phương pháp tái sử dụng tần số, các thiết kế hệ thống vệ tinh khác nhau có thể khác nhau. Ví dụ, có thể trong phương án tái sử dụng 4 tần số (phương pháp 4 màu), mỗi búp sóng được chỉ định một nửa băng thông khả dụng và hoạt động trên một trong hai phân cực (RHCP và LHCP).

Một cụm gồm 4 búp sóng được hưởng lợi từ băng thông tương đương bằng hai lần băng thông (Bw) được phân bổ cho vệ tinh, do tái sử dụng tần số bởi các phân cực trực giao. Do đó, tổng băng thông phổ có sẵn cho hệ thống vệ tinh bằng:

cong-thuc-ve-tinh.png
Ở đây: Nb: là số búp sóng của vệ tinh; Nc: là số màu (ở đây là 4); Bwtotal: là tổng băng thông.
hinh-2_ve-tinh.png
Hình 2: Mô hình thiết kế đa búp sóng sử dụng 4 tần số-phân cực (4 mầu)

2Nb /Nc được gọi là hệ số tái sử dụng tần số. Với vệ tinh HTS băng tần Ku, số búp sóng thường từ 80-140, hiệu suất sử dụng băng tần tăng 20-35 lần. Với vệ tinh HTS băng Ka, số chùm từ 200-400, hiệu suất sử dụng băng tần tăng 50-100 lần.

hinh-3_ve-tinh.png
Hình 3: Dự báo dung lượng cung cấp cho thị trường của vệ tinh HTS và chùm vệ tinh

Ứng dụng người dùng chính của HTS là dịch vụ truy cập Internet băng thông rộng (điểm tới điểm) tới các khu vực không được phục vụ hoặc phục vụ không đầy đủ bởi các công nghệ trên mặt đất. Ở những khu vực không có hoặc có thể không có băng thông rộng chất lượng cao thông qua cơ sở hạ tầng mặt đất, công nghệ vệ tinh là giải pháp phù hợp nhất. Ngoài kết nối cơ bản ở vùng sâu vùng xa đang được cung cấp với công nghệ vệ tinh, những vệ tinh như vậy cũng thích hợp cho mạng di động, chúng cung cấp các kết nối dung lượng cao để hỗ trợ các trạm gốc bị cô lập của các mạng di động với chi phí thấp.

Năm 2005, vệ tinh HTS đầu tiên được phóng lên quỹ đạo là vệ tinh Anik F-2 (Telesat). Hiện nay có 120 vệ tinh HTS đang hoạt động, chiếm 32% tổng số vệ tinh địa tĩnh. Theo dự báo của Euroconsult thì vệ tinh HTS tiếp tục tăng trưởng trong tương lai. Tuy nhiên tăng trưởng của vệ tinh HTS chỉ ở mức khiêm tốn so với chùm vệ tinh. Dự báo đến năm 2026 tổng dung lượng vệ tinh băng rộng đạt 62,7 Tbps trong đó vệ tinh HTS chiếm khoảng 10%.

Một số dự án vệ tinh HTS của các nhà khai thác vệ tinh lớn:

- Viasat phóng vệ tinh HTS (Viasat-1) đầu tiên năm 2011, vệ tinh có dung lượng 140Gbps. Năm 2017, Viasat phóng vệ tinh Viasat-2 có dung lượng lớn gần gấp đôi 260Gbps. Sau đó Viasat có kế hoạch xây dựng hệ thống chùm vệ tinh địa tĩnh phủ toàn cầu với 03 vệ tinh HTS băng Ka (Viasat-3), có dung lượng lên tới 3000 Gbps trị giá khoảng 2,3 tỷ đô. Vệ tinh đầu tiên của Viasat-3 phóng vào tháng 4/2023.

- Eutelsat phóng vệ tinh vệ tinh KA-SAT có dung lượng 90Gbps với 82 búp sóng băng Ka vào năm 2010. Tiếp theo Eutelsat phóng 4 vệ tinh HTS vào các năm 2014, 2015, 2016, 2017. Năm 2022, phóng vệ tinh Konnect VHTS có 230 búp sóng băng Ka, dung lượng 500 Gbps cung cấp dịch vụ cho châu Âu và châu Phi.

hinh-4_bup-song-ve-tinh-ka-sat.png
Hình 4: Các búp sóng của vệ tinh KA-SAT
hinh-5_ve-tinh.png
Hình 5: Thiết kế vùng phủ toàn cầu đa búp sóng của 3 vệ tinh HTS của Inmarsat

- Năm 2012, Hughes phóng vệ tinh Jupiter 1 có dung lượng 120Gb/s. Năm 2016, phóng vệ tinh Jupiter 2, dung lượng 200Gb/s. Dự kiến, phóng vệ tinh Jupiter-3 có dung lượng 500 Gbps vào tháng 5/2023, trị giá khoảng 445 triệu USD. Các vệ tinh của Hughes phủ khu vực Bắc Mỹ và Nam Mỹ.

- Năm 2013-2015, Inmarsat phóng 3 vệ tinh (GX1- GX3) trong chùm vệ tinh Global Xpress (GX) băng tần Ka, cung cấp đầy đủ dịch vụ vệ tinh toàn cầu vào tháng 9/2015. Tháng 5/2017, Inmarsat phóng vệ tinh thứ tư GX4. Tháng 11/2019, phóng vệ tinh GX5 có dung lượng bằng 4 vệ tinh trước đó cộng lại (GX1-GX4). Dự kiến năm 2023 phóng 3 vệ tinh GX7, GX8, GX9.

ha-tang-vt.png

Bàn luận và kiến nghị

Hiện nay, Việt Nam đang có hai vệ tinh viễn thông hoạt động ở băng tần C và Ku và đang có kế hoạch thay thế 02 vệ tinh viễn thông này. Phát triển vệ tinh băng tần Ka thông lượng cao đang là một xu thế.

Nếu phát triển tốt được thị trường vệ tinh trong nước và kinh doanh quốc tế, thế hệ vệ tinh tiếp theo của Việt Nam nên hướng tới vệ tinh thông lượng cao, cung cấp khả năng kết nối bằng các thiết bị cầm tay hoạt động ở mọi lúc và mọi nơi, cả thông qua mạng tích hợp mặt đất và vệ tinh.

Tài liệu tham khảo:

1. Tài liệu AWG-31/TMP-40.

2. High throughput satellite report 6th edition - https://www. euroconsult-ec.com/press-release/high-throughput-satellites- poised-to-become-leading-commercial-growers-in-space- infrastructure-with-wholesale-capacity-revenues-projected- to-top-100b-by-2030.

(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 7 tháng 7/2023)

Bài liên quan
  • Mạng đa lớp đa kết nối tích hợp các hệ thống vệ tinh, mặt đất
    Trong những năm gần đây, các hệ thống viễn thông kết nối các vệ tinh phi địa tĩnh (NGSO) với các vệ tinh địa tĩnh (GSO) đang được nghiên cứu phát triển mạnh. Sự kết hợp được cụ thể hóa bằng các thiết bị đầu cuối giao tiếp được cả với vệ tinh NGSO và GSO cho phép truy cập Internet băng thông rộng toàn cầu nhanh chóng, thuận tiện.
Nổi bật Tạp chí Thông tin & Truyền thông
  • Báo chí quốc tế viết gì về Triển lãm Quốc phòng quốc tế Việt Nam 2024?
    Sự kiện Triển lãm Quốc phòng quốc tế Việt Nam năm 2024 thu hút sự chú ý trong - ngoài nước và cả nhiều cơ quan truyền thông quốc tế.
  • “AI như là một chiếc gương đen”
    Bài báo "AI is the Black Mirror" của Philip Ball cung cấp một cái nhìn chi tiết về trí tuệ nhân tạo (AI) và tác động của nó đến nhận thức con người.
  • Chất lượng thông tin báo chí về kinh tế - Vai trò, yêu cầu thước đo và giải pháp cần có
    Báo chí kinh tế cần là diễn đàn thực thụ cho doanh nghiệp, không chỉ cung cấp thông tin. Thông tin cần chính xác và kịp thời để hỗ trợ doanh nghiệp trong điều chỉnh chiến lược kinh doanh.
  • Những “ngọn đuốc” ở bản
    Ở Tuyên Quang, người có uy tín là những người đi đầu thay đổi nếp nghĩ, cách làm của bà con dân tộc thiểu số (DTTS). Họ như những “ngọn đuốc” đi trước, thắp sáng, lan tỏa tinh thần trách nhiệm, nêu gương với cộng đồng. Gương mẫu, uy tín, những người có uy tín đã và đang góp sức xây dựng bản làng, thôn xóm ngày càng ấm no, giàu mạnh.
  • 5 lý do để tăng cường bảo mật mạng
    Các chương trình an ninh mạng đã phát triển đáng kể trong vài thập kỷ qua. Sự ra đời của điện toán đám mây đã phá vỡ ranh giới an ninh mạng thông thường của của các doanh nghiệp, buộc các tổ chức phải liên tục cập nhật những chiến lược phòng thủ của mình.
Đừng bỏ lỡ
Hệ thống vệ tinh thông lượng cao băng tần KA
POWERED BY ONECMS - A PRODUCT OF NEKO