Luận văn Cân bằng công suất – Băng thông trong thông tin vệ tinh

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hoàng Vân CÂN BẰNG CÔNG SUẤT – BĂNG THÔNG TRONG THÔNG TIN VỆ TINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2010 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan bản luận văn “Cân bằng công suất băng thông trong thông tin vệ tinh” là kết quả nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Bạch Gia Dương. Toàn bộ các kiến thức được trích lược từ các tài liệu được liệt kê đầy đủ và chi tiết. Cá nhân tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sai phạm quyền tác giả. Người làm cam đoan Hoàng Vân 3 MỤC LỤC Trang Mục lục 2 Danh mục hình vẽ, đồ thị 5 Danh mục các ký tự viết tắt 6 Mở đầu 8 Chương 1. Tổng quan về thông tin vệ tinh 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin vệ tinh 11 1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh 12 1.3 Một số vấn đề liên quan đến thông tin vệ tinh 13 1.3.1. Quỹ đạo 13 1.3.2. Tần số trong thông tin vệ tinh 15 1.3.3. Phân cực sóng 18 1.4. Hệ thống thông tin vệ tinh 19 1.5 Suy hao, tạp âm trong hệ thống thông tin vệ tinh 21 1.5.1. Các nguồn tạp âm 21 1.5.2 Các loại suy hao 22 1.6. Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh 23 1.6.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 23 1.6.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 24 1.6.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 27 Chương 2. Truyền dẫn số trong thông tin vệ tinh 2.1 Ảnh hường của thiết bị trạm mặt đất đến tín hiệu số 29 2.1.1 Bộ khuếch đại công suất 30 2.1.2 Bộ khuếch đại tạp âm thấp 31 2.1.3 Bộ chuyển đổi tần số 32 2.2 Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu 33 2.2.1. Giới thiệu 33 2.2.2. Kỹ thuật điều chế tần số (FM) 34 2.2.3. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang điều tần (FM) 34 2.2.4. Điều chế số 34 4 2.2.5. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang PSK 35 2.3 Truyền dẫn tín hiệu số trên kênh thực tế 36 2.3.1 Khái niệm ISI 36 2.3.2. Các đặc tính lọc nhằm truyền dẫn không có ISI 36 2.3.3. Phân phối đặc tính lọc 42 2.3.4 Ảnh hưởng của bộ lọc cosine nâng đến băng thông tín hiệu 43 2.4. Méo tuyến tính 43 2.5 Méo phi tuyến 44 2.5.1 Các hiện tượng phi tuyến 44 2.5.2 Hài (Harmonic) 45 2.5.3. Điểm nén 1 dB 46 2.5.4 Điểm chặn bậc 3 - IP3 (Third Intercept Point) 47 2.5.5 Ảnh hưởng của IM3 đến băng thông 50 2.5.6 Một số phương pháp khắc phục méo phi tuyến 51 2.6 Mã hóa kênh 51 2.6.1 Các phương pháp điều khiển lỗi 52 2.6.2 Mã khối 53 2.6.3 Mã chập 54 2.6.4 Giải mã mã chập bằng thuật toán Viterbi 54 2.6.5 Mã Turbo 55 2.6.6 Đánh giá các loại mã 55 2.7 Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến băng thông 56 Chương 3. Các hệ thức tuyến và cân bằng công suất – băng thông 3.1. Các mối quan hệ trong hệ thức tuyến 58 3.1.1. Đơn vị đo lường 58 3.1.2. Quan hệ sóng mang – nhiễu 60 5 3.1.3. Hệ thức tuyến 60 3.2. Hệ số tăng ích Anten (G-Gain) 61 3.3. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) 61 3.4. Suy hao đường truyền 62 3.4.1. Suy hao trong không gian tự do 62 3.4.2. Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh 63 3.5. Nhiệt tạp âm 63 3.6. Nhiệt tạp âm của Anten 64 3.6.1. Anten vệ tinh (tuyến lên) 64 3.6.2. Anten trạm mặt đất (tuyến xuống) 65 3.7. Nhiệt tạp âm của hệ thống 66 3.8. Hệ số phẩm chất (G/T) 67 3.9. Tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/N) 67 3.10. Tổng tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/TT) 68 3.11. Bộ phát đáp vệ tinh 68 3.11.1. Điểm hoạt động của bộ phát đáp 69 3.11.2. EIRP hoạt động của bộ phát đáp 69 Chương 4. Tính toán công suất tuyến 4.1 Mục đích của cân bằng công suất – băng thông 70 4.2 Tính toán thực tế 70 Chương 5. Thực nghiệm 5.1. Giới thiệu công nghệ mạch dải 78 5.2. Ma trận tán xạ 80 5.3. Thiết kế và mô phỏng bộ khuếch đại dùng JFET 80 Kết luận 90 Tài liệu tham khảo 93 6 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình vẽ Trang Hình 1.1: Truyền dẫn bằng vệ tinh 12 Hình 1.2: Các dạng quỹ đạo của vệ tinh 14 Hình 1.3: Quỹ đạo vệ tinh 15 Hình 1.4: Cửa sổ tần số 18 Hình 1.5: Các thành phần của một hệ thống vệ tinh thông tin 19 Hình 1.6: Các bộ phận của trạm mặt đất 20 Hình 1.7: Đa truy nhập theo tần số: FDMA 23 Hình 1.8: Hoạt động của mạng theo nguyên lý TDMA 24 Hình 1.9: Cấu trúc khung TDMA theo tiêu chuẩn INTELSAT 25 Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền dẫn 29 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống thông tin vệ tinh 30 Hình 2.3: Đặc tính không tuyến tính của bộ khuếch đại công suất 31 Hình 2.4: Nguyên lý bộ trộn 32 Hình 2.5: Bộ chuyển đổi đơn tần số lên 33 Hình 2.6: Nguyên lý của một bộ điều chế số 35 Hình 2.7: Mô hình hệ thống băng gốc với các tín hiệu xung PAM 36 Hình 2.8: Hình thành bộ lọc cosine nâng 38 Hình 2.9: Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng 39 Hình 2.10: Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng với 1 số giá trị của  40 Hình 2.11: Điểm nén 1dB 46 Hình 2.12: Gây méo tín hiệu bởi IM3 48 Hình 2.13: Xác định IP3 bằng đồ thị 48 Hình 2.14: Mối liên hệ giữa IP3 và IM3 50 Hình 2.15: Tổng quan các phương pháp điều khiển lỗi 52 Hình 2.16: Sơ đồ khối của mã Turbo 55 Hình 4.1: Sơ đồ tính toán đường truyền cho kênh thông tin 77 Hình 5.1. Các loại vi mạch dải 79 Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý 81 Hình 5.3: Cấu trúc nhánh 1 82 Hình 5.4: Kết quả mô phỏng tham số S11 83 Hình 5.5: Kết quả mô phỏng tham số S21 84 Hình 5.6: Kết quả mô phỏng tham số S22 85 Hình 5.7: Kết quả mô phỏng hệ số sóng đứng tương ứng S11 85 Hình 5.8: Kết quả mô phỏng hệ số sóng đứng tương ứng S22 86 Hình 5.9: Cấu trúc nhánh 2 86 Hình 5.10. Bộ khuếch đại cao tần dùng JFET 87 Hình 5.11: Đo đạc các tham số bằng máy phân tích mạng 88 Hình 5.12: Kết quả đo đạc tham số S11 88 Hình 5.13: Kết quả đo đạc tham số S21 89 7 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT Ký tự viết tắt Cụm từ Tiếng Anh Diễn giải ARQ Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp tự động ATDE Adaptive Time Domain Equalizer Bộ cân bằng thích nghi AWGN Additive white Gaussian noise Nhiễu Gauss trắng BB Basic Band Băng tần cơ sở BER Bit error ratio Tỉ số lỗi bít BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế dịch mức pha nhị phân C/N Carrier/Noise Tỉ số sóng mang/tạp âm CCIR International Radio Consultative Committee Uỷ ban tư vấn quốc tế CDMA Code division multiple access Đa truy nhập theo mã D/C Down Converter Bộ đổi tần xuống DEM Demodulation Bộ giải điều chế DE-PSK Different Encode PSK Giải điều chế dịch mức pha DE-QPSK Different Encode QPSK Giải điều chế cầu phương DTH Direct to Home Truyền hình trực tiếp đến hộ gia đình EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power CS bức xạ đẳng hướng tương đương FDMA Frequency Division Multiple access Đa truy nhập theo tần số FECC Forward Error Correction Coding Mã hóa sửa lỗi không phản hồi FET Field-effect transistor Transistor hiệu ứng trường HF High Frequency Cao tần HPA High Power Amplifier Khuếch đại công suất cao IBO Input Back Off Độ lùi đầu vào IBPD In-Band power difference Độ lệch băng thực tế so với hoàn hảo IM Intermodulation Biến điệu 8 IP3 Third Intercept Point Điểm chặn bậc 3 ISI InterSymbol Interference Xuyên nhiễu giữa các dấu ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế JFET Junction Field-effect transistor Transistor trường điều khiển bằng tiếp xúc N-P KPA Klystron Amplifier Bộ khuếch đại CS Klystron LNA Low noise Amplifier Khuếch đại tạp âm thấp MOD Modulation Bộ điều chế OBO Output Back Off Độ lùi đầu ra OFDM Orthogonal frequency- division multiplexing Điều chế đa sóng mang trực giao PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế xung biên PCB Printed circuit board Công nghệ chế tạo bảng mạch in PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PSK Phase Shift Keying Điều chế dịch mức pha QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế cầu phương QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha trực giao QSA Quasi-static Approximation Xấp xỉ tĩnh lượng tử S/N Signal/Noise Tỉ số tín hiệu/tạp âm SDMA Space division Multiple access Đa truy nhập theo không gian SHF Super high Frequency Siêu tần số SSPA Solid State Power Amplifier Bộ khuếch đại CS dùng bán dẫn TDM Time division multiplexing Ghép kênh theo thời gian TDMA Time division multiple access Đa truy nhập theo thời gian TWTA Travelling Wave Tube Amplifier Bộ khuếch đại công suất ống sóng chạy U/C Up Converter Bộ đổi tần lên VHF Very high Frequency Siêu cao tần XPD X-polarization diversity Phân cực chéo 9 MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin vệ tinh đã trở thành một dịch vụ phổ thông trên toàn thế giới với các vệ tinh đĩa tĩnh của nhiều hệ thống, đặc biệt là 2 hệ thống Intelsat và Intersputnyk đã cung cấp hàng triệu kênh thoại, truyền hình, số liệu…kết nối hàng trăm quốc gia khác nhau. Ngoài ra các vệ tinh khu vực như: Eusat, Asiasat, Palapa… cung cấp các dịch vụ thoại cố định, phát thanh truyền hình, truyền số liệu, đảm bảo thông tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên, đào tạo từ xa… đã đưa thông tin vệ tinh trở thành loại hình có thể cung cấp đa dạng nhiều loại dịch vụ nhất hiện nay. Năm 2008, vệ tinh đầu tiên của Việt Nam – Vinasat đã được đưa vào hoạt động, phục vụ mục đích thiết lập đường truyền dẫn quốc tế và xây dựng các mạng VSAT nội hạt. Trong bài toán xây dựng một hệ thống thông tin vệ tinh, khách hàng cần thuê đường truyền thường dựa trên cơ sở nhu cầu về dung lượng thực tế (Bps) với các điều kiện về chất lượng dịch vụ, còn các nhà cung cấp đường truyền vệ tinh sẽ quy về băng thông (Hz) và công suất tương ứng. Họ sẽ phải tính toán để đảm bảo tỷ lệ băng thông cho thuê trên mỗi transponder cân bằng với công suất bỏ ra tương ứng. Do phải trả tiền cho nhà cung cấp đường truyền về băng thông nên khách hàng sẽ có xu hướng sử dụng các thiết bị nâng cao khả năng tối ưu băng thông để tiết kiệm chi phí. Điều này sẽ đẩy các nhà cung cấp đường truyền vào bài toán cân bằng công suất để đạt được hiệu quả khai thác vệ tinh tốt nhất. Thực tế với sự phát triển công nghệ ngày nay thì các thiết bị trạm mặt đất được đổi mới và phát triển liên tục, còn vệ tinh phải chấp nhận “nằm im” trong suốt thời gian sống của nó trên không gian (15 năm). Vì vậy, cán cân công suất – băng thông đang ngày càng nghiêng về sự tiêu tốn của công suất, băng thông ngày càng tối ưu. Đối với các vệ tinh thế hệ cũ, vấn đề đảm bảo công suất là rất khó khăn và tốn kém. Nhà cung cấp đường truyền thường xuyên phải đối mặt với việc giới hạn công suất, đặc biệt cho các vùng có suy hao lớn do mưa và các suy hao bức xạ khác. Vì vậy, bài toán cân bằng công suất – băng thông là hết sức thiết thực đối với cả nhà cung cấp đường truyền và khách hàng. Các vệ tinh thế hệ mới - do công nghệ chế tạo ngày càng phát triển – đã có thể giảm khối lượng các bộ khuếch đại và điều khiển công suất đủ lớn theo yêu cầu, sẵn sàng phục vụ ở các miền tần số cao như dải tần Ka. Tuy nhiên, số lượng vệ 10 tinh ngày càng gia tăng, mật độ vệ tinh trên quỹ đạo ngày càng dày đặc nên để tránh can nhiễu giữa các hệ thống, ITU cũng ra các quy định về giới hạn công suất phát cho mỗi transponder. Chính vì vậy, việc tăng công suất phát vẫn là vấn đề cần hết sức cân nhắc và bài toán cân bằng công suất – băng thông vẫn rất có ý nghĩa về thực tế, kinh tế. Vì vậy, mục đích của luận văn này là phân tích các yếu tố tác động đến tín hiệu, một số biện pháp để khắc phục, nâng cao chất lượng và những ảnh hưởng của các biện pháp đó đến băng thông. Đồng thời cũng phân tích quá trình tính toán quỹ công suất để đạt được trạng thái cân bằng với băng thông chiếm dụng trên transponder. Trong luận văn cũng đưa ra ví dụ tính toán tuyến để chỉ ra việc cân băng này và nghiên cứu thực nghiệm thiết kế một bộ khuếch đại băng tần C tại tần số 5.5Ghz sử dụng công nghệ mạch dải siêu cao tần. Luận văn gồm 5 chương: Chương 1. Tổng quan về thông tin vệ tinh: Trình bày các đặc điểm, cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh. Các vấn đề về tần số, quỹ đạo, phân cực, suy hao, nhiễu. Chương 1 cũng phân tích sơ lược về vấn đề đa truy nhập trong thông tin vệ tinh. Chương 2. Truyền dẫn số trong thông tin vệ tinh: Phân tích sự ảnh hưởng của các thiết bị trong hệ thống trạm mặt đất đến tín hiệu số. Các yếu tố gây méo trong truyền dẫn vô tuyến: méo tuyến tính và méo phi tuyến tương ứng các yếu tố ảnh hưởng đến băng thông: bộ lọc cosine nâng để chống ISI, bộ lọc mask để chống IM3. Chương 2 cũng trình bày một số loại mã hóa sử dụng trong thông tin vệ tinh và tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến băng thông tín hiệu. Chương 3. Các hệ thức tuyến và cân bằng công suất – băng thông: Trình bày các công thức tính toán tham số cho một tuyến thông tin vệ tinh. Chương 4. Tính toán công suất tuyến: Tính toán thiết lập đường truyền từ một trạm mặt đất Hà nội đến trạm đầu cuối Hồ chí Minh qua vệ tinh Vinasat. Chương 5: Thực nghiệm: Trên cơ sở nghiên cứu băng tần C, thiết kế thử nghiệm một bộ khuếch đại siêu cao tần sử dụng JFET có ý nghĩa quan trọng trong việc làm chủ kênh truyền với công suất phát cho trước. Vấn đề cân bằng công suất-băng thông không phải là vấn đề mới trong kỹ thuật. Tuy nhiên, trong thương mại, các khách hàng nhiều khi không đánh giá đúng tầm quan trọng của nó để có thể lựa chọn cấu hình phù hợp với yêu cầu của mình. Có thể vì mục tiêu lợi nhuận bằng cách tối giản chi phí thuê băng thông sẽ 11 dẫn đến suy giảm chất lượng nếu nhà cung cấp đường truyền vệ tinh không thể đáp ứng về công suất. Các tài liệu hiện nay cũng không phân tích sâu và có hệ thống về vấn đề này. Vì vậy, luận văn trình bày không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp và PGS.TS Bạch Gia Dương đã giành nhiều thời gian giúp đỡ, tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. 12 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH - Tháng 10 - 1957: Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên Sputnik-1vào quỹ đạo quanh trái đất. . - Năm 1958: Bản tin chúc mừng giáng sinh của tổng thống Mỹ Eisenhower lần đầu tiên được phát quảng bá qua vệ tinh có tên là Score (Signal Communication by Orbitdio Equipment) - Năm 1960 - 1962: Một loạt các Vệ tinh như: ECHO, CURIER, TELSTAR, RELAY đã được phóng lên quỹ đạo có độ cao thấp (1000-8000 km). Lúc đầu, vệ tinh đưa vào sử dụng thuộc loại vệ tinh di chuyển so với mặt đất. Vệ tinh này có nhược điểm cơ bản là thời gian phủ sóng cho một trạm mặt đất ngắn, nó chỉ có thể thu, phát thông tin tối đa trong 4 giờ/ ngày và không liên tục. Để khắc phục nhược điểm này, người ta đưa vào sử dụng quỹ đạo địa tĩnh ở độ cao 36.000 km, cho phép vệ tinh duy trì vị trí cố định so với trái đất để thu tín hiệu một cách liên tục. - Năm 1963: Vệ tinh địa tĩnh đầu tiên Syncom bay ở độ cao 36.000 km đã truyền hình thế vận hội Olympic Tokyo từ Nhật sang Mỹ. - Năm 1964: Tổ chức quốc tế về thông tin vệ tinh ra đời, ban đầu có 19 thành viên có tên là Intelsat. Đến năm 1994, số nước thành viên của Intelsat lên đến 133 nước , trong đó có Việt Nam. - Năm 1971: thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế mang tên INTERSPUTNIK tại Liên Xô. Đến năm 1991 đã có trên 40 quốc gia tham gia. - Năm 1979, thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tê qua vệ tinh INMARSAT có trụ sở lại Anh, chuyên cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh thương mại hàng hải. Ngày nay, các công ty vệ tinh đã và đang phát triển rất mạnh như Intelsat, Inmarsat, Panamsat, Asiasat, Eurostar, Loral Skynet,… 13 1.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VỆ TINH Thông tin liên lạc nhờ chuyển tiếp qua vệ tinh, môi trường truyền sóng là không gian nó có các đặc điểm chính như:  Vùng phủ sóng lớn: Một vệ tinh có thể phủ sóng được một vùng rộng lớn, có nhiều phương thức phủ sóng có thể được sử dụng phù hợp với từng loại hình dịch vụ. Nếu sử dụng vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh có bán kính cách trái đất trung bình khoảng 36.000Km thì một vệ tinh có thể nhìn thấy 1/3 trái đất, như vậy chỉ với 3 vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu trừ vùng cực.  Dung lượng vệ tinh lớn: Với băng tần công tác rộng, nhờ áp dụng các kỹ thuật sử dụng lại băng tần nên hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt tới dung lượng lớn trong một thời gian ngắn. Hình 1.1: Truyền dẫn bằng vệ tinh (a): Điểm – điểm, (b): Đa điểm  Độ tin cậy thông tin cao: Tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm trong đó vệ tinh chỉ đóng vai trò trạm lặp còn 2 trạm đầu cuối trên mặt đất do đó xác suất hư hỏng trên tuyến là rất thấp, độ tin cậy trung bình đạt 99,9% thời gian thông tin trong một năm, ngày nay người ta nâng cao chất lượng để đạt 99,99%.  Chất lượng thông tin cao: Đường thông tin có chất lượng cao do các ảnh hưởng nhiễu của khí quyển và Fading là không đáng kể. Tỷ lệ lỗi bit có thể đạt 10-9.  Tính linh hoạt của hệ thống thông tin vệ tinh cao: Hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất ở rất xa nhau về mặt địa lý, dung lượng của nó có thể thay đổi rất linh hoạt tuỳ theo nhu cầu sử dụng. 14  Các loại hình dịch vụ mà hệ thống Thông tin vệ tinh có thể phục vụ là rất đa dạng như: - Dịch vụ thoại, truyền số liệu, Fax, telex... - Dịch vụ phát thanh, truyền hình quảng bá. - Dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh. - Dịch vụ DAMA, VSAT, cứu hộ, định vị... 1.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN THÔNG TIN VỆ TINH 1.3.1. Quỹ đạo Các quy luật cơ bản sau đây chi phối qũy đạo bay của Vệ Tinh xung quanh quả đất: 1. Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton: Lực hấp dẫn và lực ly tâm của một vật thể cân bằng nhau thì vật thể đó sẽ chuyển động tròn xung quanh quả đất với vận tốc không đổi . 2. Định luật thứ nhất của Kepler: Vệ tinh chuyển động vòng quanh quả đất theo một quỹ đạo hình Elip (hoặc quỹ đạo tròn khi bán trục lớn bằng bán trục bé) với tâm của quả đất trùng với một trong hai tiêu điểm của hình Elip đó. 3. Định luật thứ hai của Kepler: Một vật chuyển động theo quỹ đạo Elip có vận tốc giảm khi bán kính quỹ đạo tăng lên và có vận tốc tăng lên khi bán kính quỹ đạo giảm. Một vật chuyển động theo quỹ đạo tròn sẽ có vận tốc không thay đổi trong toàn quỹ đạo. 4. Định luật thứ 3 của Kepler: Bình phương chu kỳ quỹ đạo thì tỷ lệ với lập phương của bán kính quỹ đạo. Quỹ đạo vệ tinh là dạng đường mà Vệ Tinh chuyển động xung quanh quả đất. Có hai dạng Quỹ đạo là quỹ đạo Elip và quỹ đạo tròn. - Quỹ đạo Elip chỉ có dạng quỹ đạo Elip cao (HEO), độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 650, cận điểm là 1000 km và viễn điểm là 39.400km, chu kỳ quỹ đạo là 11 giờ 58 phút. - Dạng quỹ đạo tròn có thể có ba loại: Quỹ đạo thấp (LEO), quỹ đạo trung bình (MEO), Quỹ đạo cao (HEO) hay quỹ đạo đồng bộ khi vệ tinh bay ở độ cao 35.786 km, lúc đó chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ tự quay của quả đất bằng 23 giờ 56 phút 04 giây. Trong quỹ đạo tròn lại có thể chia ra: 15 + Quỹ đạo cực tròn : Mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích đạo, nghĩa là mỗi vòng bay của Vệ Tinh sẽ đi qua hai cực quả đất. + Quỹ đạo tròn nghiêng : Khi mặt phẳng quỹ đạo nghiêng một góc nào đó so với mặt phẳng xích đạo. + Quỹ đạo xích đạo tròn : Khi mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng xích đạo . Trong quỹ đạo xích đạo tròn nếu chiều bay vệ tinh cùng chiều với chiều quay quả đất và có chu kỳ bằng chu kỳ quay của quả đất gọi là quỹ đạo địa tĩnh ( GEO). Hình 1.2: Các dạng quỹ đạo của vệ tinh. Đây là dạng quỹ đạo mà vệ tinh có tốc độ bay gần bằng tốc độ thiên văn của quả đất và được đặt ở độ cao xấp xỉ 36.000Km. ở độ cao này các lực tương tác lên vệ tinh bù trừ cho nhau nên vệ tinh được coi là đứng yên so với trái đất khi quan sát từ một vị trí cố định trên mặt đất. Dạng này rất thích hợp cho các vệ tinh thông tin. Nó có các đặc điểm sau: - Tốc độ bay trung bình của vệ tinh: 23 giờ, 56 phút, 04,09054 giây. - Độ cao của vệ tinh 35.786,04Km được tính từ vệ tinh đến điểm chiếu thẳng dưới vệ