Kỹ thuật trạm mặt đất và bảo mật - Tài liệu, ebook, giáo trình

Tài liệu Kỹ thuật trạm mặt đất và bảo mật: ... Ebook Kỹ thuật trạm mặt đất và bảo mật

100 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 1503 | Lượt tải: 0

Tóm tắt tài liệu Kỹ thuật trạm mặt đất và bảo mật, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Ch¬ng 1 Tæng Quan VÒ Th«ng Tin VÖ Tinh 1 Giíi ThiÖu 1.1 Më §Çu Bíc sang thÕ kØ 21 khi nhu cÇu trao ®æi th«ng tin cña nh©n lo¹i ngµy cµng t¨ng nhanh kh«ng nh÷ng chØ yªu cÇu vÒ chÊt lîng phôc vô ph¶i ®îc n©ng cao mµ nh÷ng yªu cÇu vÒ kh«ng gian ®Þa lý ,®èi tîng ®îc phôc vô còng ph¶i ®¸p øng ®Çy ®ñ . Th«ng tin vÖ tinh ra ®êi lµ nh»m ®¸p øng môc ®Ých ®ã . XuÊt ph¸t tõ ý tëng vÒ mét hÖ thèng th«ng tin liªn l¹c kh«ng d©y toµn cÇu trong truyÖn khoa häc viÔn tëng cña mét nhµ v¨n níc ngoµi, ngµy nay th«ng tin vÖ tinh ®· trë thµnh mét dÞch vô phæ th«ng trªn kh¾p thÕ giíi. Hµng ngµy c¸c vÖ tinh ®Þa tÜnh cña hai hÖ thèng th«ng tin toµn cÇu lín nhÊt thÕ giíi lµ Intelsat vµ Intersputnyk bay vßng quanh tr¸i ®Êt cung cÊp hµng lo¹t c¸c c¸c lo¹i dÞch vô nèi hµng tr¨m quèc gia víi nhau . HiÖn nay nh÷ng dÞch vô mµ hÖ thèng vÖ tinh ®em l¹i ®· trë nªn rÊt ®a d¹ng vµ c¸c u ®iÓm cña nã so víi c¸c m¹ng v« tuyÕn mÆt ®Êt hay c¸c m¹ng kh¸c lµ kh«ng thÓ phñ nhËn ®îc . Ngay tõ n¨m 1957 níc Nga ®· phãng thµnh c«ng vÖ tinh nh©n t¹o ®Çu tiªn cña nh©n lo¹I (vÖ tinh SPUTNIK). C¸c n¨m sau ®ã hµng lo¹t c¸c vÖ tinh thö nghiÖm ®Òu ®îc phãng thµnh c«ng nh : SCORE n¨m 1958,ECHO n¨m 1960,COURIER n¨m 1960, 2 vÖ tinh d¶i réng TELSTAR,RELAY n¨m 1962 vµ vÖ tinh ®Þa tÜnh ®Çu tiªn lµ SYNCOM vµo n¨m 1963. Tuy nhiªn ph¶i ®Õn n¨m 1965 , khi vÖ tinh ®Þa th¬ng m¹i ®Çu tiªn (INTELSAT hay cßn gäi EARLY BIRD) ®îc ®a lªn quü ®¹o th× ®ã míi chÝnh lµ thêi ®iÓm ®¸nh dÊu sù ph¸t triÓn cña th«ng tin vÖ tinh vµ chÝnh thøc th«ng tin vÖ tinh míi phôc vô cho dêi sèng nh©n lo¹i .Cïng n¨m ®ã vÖ tinh viÔn th«ng ®Çu tiªn cña Nga n»m trong thÕ hÖ MOLNYA còng ®îc phãng. Nh÷ng thÕ hÖ vÖ tinh ®Çu tiªn , do kü thuËt cßn h¹n chÕ nªn dÞch vô chóng cung cÊp cã gi¸ t¬ng ®èi cao, vÝ dô nh : VÖ tinh INTELSAT 1 chØ cã 480 kªnh tho¹i víi gi¸ thuª 32500$ /kªnh/n¨m. Tuy nhiªn cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt vÒ tªn löa , nh÷ng c¶i tiÕn trong c«ng nghÖ chÕ t¹o anten vµ nhiÒu s¸ng kiÕn kh¸c , ngµy nay con ngêi ®· phãng thµnh c«ng nhiÒu vÖ tinh nÆng hµng tÊn vµ do vËy kh«ng nh÷ng ®¸p øng ®îc nhiÒu lo¹i h×nh dÞch vô mµ chÊt lîng phôc vô còng t¨ng lªn rÊt nhiÒu,gi¸ cíc phôc vô còng gi¶m ®¸ng kÓ. 1.2 §Æc ®iÓm cña th«ng tin vÖ tinh Khi b¾t ®Çu nghiªn cøu vµ dù ®Þnh tham gia vµo mét hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh ,ta cã thÓ nhËn thÊy mét vµi u ®iÓm næi bËt cña hÖ thèng so víi nh÷ng hÖ thèng th«ng tin kh¸c. - TÝnh qu¶ng b¸ réng lín phï hîp víi mäi lo¹i ®Þa h×nh . Víi b¨ng tÇn réng th«ng tin vÖ tinh rÊt phï hîp víi c¸c dÞch vô qu¶ng b¸ hiÖn ®¹i nh truyÒn h×nh sè , ph¸t thanh sè hay c¸c dich vô ISDN Nhanh chãng vµ dÔ dµng thay ®æi l¹i cÊu h×nh hÖ thèng khi cÇn thiÕt víi chi phÝ tèi thiÓu ,do sö dông ph¬ng tiÖn truy nhËp qua giao diÖn v« tuyÕn. Tuy nhiªn ,th«ng tin vÖ tinh còng cã nh÷ng nhîc ®IÓm quan träng ®ã lµ: Do vÖ tinh ë kho¶ng c¸ch rÊt xa mÆt ®Êt cho nªn viÖc truyÒn sãng gi÷a c¸c tr¹m bÞ suy hao rÊt lín ,chÞu nhiÒu ¶nh hëng bëi yÕu tè thêi tiÕt vµ ph¶i ®i qua nhiÒu m«i trêng kh¸c nhau.§ång thêi , thêi gian trÔ truyÒn sãng gi÷a 2 tr¹m lµ kh¸ lín . Gia thµnh l¾p ®Æt hÖ thèng rÊt cao ,chi phÝ ®Ó phãng vÖ tinh tèn kÐm , trong khi ®ã vÉn cßn tån t¹i x¸c suÊt rñi ro Do vÖ tinh ë quü ®¹o rÊt xa tr¸i ®Êt cho nªn viÖc n©ng cÊp b¶o dìng cung cÊp nguyªn liÖu cho vÖ tinh lµ v« cïng khã kh¨n.Th«ng thêng, khi vÖ tinh sö dông hÕt nguyªn liÖu s½n cã muèn sö dông tiÕp ngêi ta ph¶i tiÕn hµnh thu håi vÖ tinh ®Ó söa ch÷a ,n©ng cÊp vµ tiÕp thªm nhiªn liÖu.C«ng viÖc nµy lµ rÊt tèn kÐm kh«ng hiÖu qu¶ rÊt h·n h÷u míi ®îc ¸p dông .DÉn tíi thêi gian sö dông vÖ tinh bÞ h¹n chÕ , ®©y chÝnh lµ bµi to¸n cÇn ph¶I c©n nh¾c khi quyÕt ®Þnh phãng mét vÖ tinh phôc vô cho môc ®Ých th¬ng m¹i. 1.3 øng dông vµ xu híng ph¸t triÓn cña th«ng tin vÖ tinh Mét hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh cã kh¶ n¨ng cung cÊp nhiÒu lo¹i h×nh dÞch vô kh¸c nhau vµ ngµy cµng ph¸t triÓn ®a d¹ng h¬n . Nh×n chung th«ng tin vÖ tinh cung cÊp 3 líp dÞch vô nh sau: -Trung chuyÓn trªn ph¹m vi toµn cÇu c¸c kªnh tho¹i vµ c¸c ch¬ng tr×nh truyÒn h×nh ,truyÒn thanh . §©y lµ sù ®¸p øng cho c¸c dÞch vô c¬ b¶n nhÊt ®èi víi ngêi sö dông .Nã thu thËp c¸c luång sè liÖu vµ ph©n phèi tíi c¸c m¹ng mÆt ®Êt víi mét tû lÖ phï hîp . C¸c hÖ thèng INTELSAT vµ EUTELSAT rÊt ®iÓn h×nh cho líp dÞch vô nµy .C¸c tr¹m mÆt ®Êt cña 2 hÖ thèng nµy ®îc trng bÞ anten cã ®êng kÝnh tõ 15-30m. -Cung cÊp kh¶ n¨ng ®a dÞch vô ,tho¹i ,sè liÖu cho nh÷ng nhãm ngêi sö dông ph©n t¸ch nhau vÒ mÆt ®Þa lÝ .C¸c nhãm sÏ chi sÎ mét tr¹m mÆt ®Êt vµ truy nhËp ®Õn nã th«ng qua m¹ng . §iÓn h×nh cho líp dÞch vô nµy lµ c¸c hÖ thèng TELECOM 1 ,SBS , EUTELSAT 1 , TELE-X…,c¸c tr¹m mÆt ®Êt cña chóng thêng ®îc trang antenna cã ®ßng kÝnh tõ 3-10m. KÕt nèi c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi víi anten cì nhá hoÆc siªu nhá (VSAT/USAT) ®Ó truyÒn dÉn c¸c luång sè cã dung lîng thÊp vµ qu¶ng b¸ c¸c ch¬ng tr×nh truyÒn h×nh truyÒn thanh sè .Th«ng th¬ng c¸c thuª bao sÏ kÕt nèi trùc tiÕp víi tr¹m mÆt ®Êt cã ®êng kinh tõ 0.6-1.2m.Tiªu biÓu cho líp dÞch vô nµy lµ c¸c hÖ thèng EQUATORIAL,INTELNET hoÆc INTELSAT. Tuy nhiªn trong t¬ng lai khi dung lîng cña tuyÕn vÖ tinh còng nh sè lîng c¸c vÖ tinh trªn toµn cÇu t¨ng lªn cùc lín th× viÖc sö dung qu¸ nhiÒu sãng mang sÏ lµm cho møc can nhiÔu gi÷a c¸c hÖ thèng vît qu¸ møc cho phÐp ,dÉn tíi cÇn ph¶i ®a ra nh÷ng biÖn ph¸p gi¶i quyÕt nh»m kh¾c phôc . Xö lý t¹i chç (Onboard Procesing): Gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu ngay trªn vÖ tinh ®Ó xö lý ,sau ®ã ®iÒu chÕ l¹i råi míi truyÒn xuèng c¸c tr¹m mÆt ®Êt thu . §©y chÝnh lµ c¸c vÖ tinh tÝc cùc (Regenerative Satellite). Onboard Switching hay cßn gäi lµ ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi thêi gian b»ng chuyÓn m¹ch vÖ tinh (SS-TDMA). InterSatellite Network,M¹ng kÕt nèi trùc tiÕp gi÷a c¸c vÖ tinh. Scanning or Hopping Beam, Sö dông c¸c bóp sãng quÐt hoÆc nhÈy bíc cho c¸c cell trªn mÆt ®Êt. Sñ dông c¸c d¶i tÇn sè cao víi d¶i th«ng rÊt lín (30/20 GHZ, 50/40 GHZ) tuy nhiªn c¸c d¶i tÇn sè nµy sÏ chÞu rÊt nhiÒu ¶nh hëng cña m«i trêng vµ ma. Qu¶ng b¸ trùc tiÕp tõ vÖ tinh ®Õn ngêi sö dông (Direct to home). 2.HÖ Thèng Th«ng Tin VÖ Tinh 2.1 S¬ ®å khèi Tuy cã cÊu t¹o rÊt phøc tap nhng nh×n chung hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh cã thÓ chia lµm hai phÇn chÝnh sau: PhÇn kh«ng gian : Bao gåm VÖ tinh viÔn th«ng ,Tr¹m ®iÒu khiÓn, M«i trêng truyÒn sãng. PhÇn mÆt ®Êt : Bao gåm c¸c tr¹m ph¸t vµ tr¹m thu. H×nh 2.1 : M« t¶ cÊu tróc tæng qu¸t cña hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh: 2.2PhÇn Kh«ng Gian M«i trêng TruyÒn Sãng M«i trêng truyÒn sãng trong th«ng tin vÖ tinh chÝnh lµ 3 líp khÝ quyÓn bao quanh tr¸i ®Êt : TÇng ®èi lu. TÇng b×nh lu . TÇng ®iÖn ly. C¸c yÕu tè vÒ m«i trêng truyÒn sãng ¶nh hëng rÊt lín ®Õn chÊt lîng cña tuyÕn .Ta sÏ nghiªn cøu vÊn ®Ò nµy ë mét môc riªng. VÖ Tinh ViÔn Th«ng a > S¬ §å Khèi H×nh 2.2 M« t¶ cÊu tróc tæng qu¸t cña VÖ tinh viÔn th«ng. b>Quü §¹o C¬ B¶n Dï cã thuéc bÊt k× tæ chøc th«ng tin viÔn th«ng quèctÕ nµo ,quü ®¹o cña c¸c vÖ tinh viÔn th«ng ®Òu ph¶i tu©n theo 2 quy luËt c¬ b¶n sau: -MÆt ph¼ng quü ®¹o bay cña vÖ tinh ph¶I c¾t qua t©m tr¸i ®Êt. -Qu¶ ®Êt ph¶i lµ trung t©m cña bÊt k× mét quü ®¹o bay cña vÖ tinh . H×nh 2.3 M« t¶ 3 d¹ng quü ®¹o bay c¬ b¶n cña vÖ tinh bay quanh tr¸i ®Êt b.1 Quü ®¹o cùc trßn ¦u ®iÓm cña d¹ng quü ®¹o nµy lµ cã kh¶ n¨ng phñ sãng toµn cÇu , do quü ®¹o bay cña vÖ tinh sÏ lÇn lît quÐt hÕt mäi vÞ trÝ trªn tr¸i ®Êt vµ mçi ®iÓm trªn tr¸i ®Êt ®Òu nh×n thÊy vÖ tinh trong 1 kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh. D¹ng quü ®¹o nµy thÝch hîp cho c¸c vÖ tinh ®îc sö dông víi môc ®Ých : Dù b¸o thêi tiÕt,hµng h¶i,th¨m dß ®Þa chÊt, tµi nguyªn, do th¸m. b.2 Quü ®¹o elip nghiªng Víi quü ®¹o nµy c¸c vÖ tinh cã thÓ ®¹t tíi c¸c vïng cùc cao mµ c¸c vÖ tinh ®Þa tÜnh kh«ng ®¹t ®îc, ®Ó bay hÕt mét vßng quü ®¹o vÖ tinh ph¶i bay hÕt 12 giê. Tuy nhiªn quü ®¹o lo¹i nµy cã nhîc ®iÓm lµ hiÖu øng Doppler lín vµ vÊn ®Ò ®iÒu khiÓn b¸m vÖ tinh rÊt phøc t¹p. b.3 Quü ®¹o xÝch ®¹o trßn §©y lµ lo¹i quü ®¹o dïng trong vÖ tinh ®Þa tÜnh , vÖ tinh sÏ bay trùc tiÕp trªn ®êng xÝch ®¹o , nÕu vÖ tinh bay ë mét ®é cao phï hîp d¹ng quü ®¹o nµy lµ lý tëng ®èi víi c¸c vÖ tinh dïng trong th«ng tin. Quü ®¹o xÝch ®¹o ®îc chia lµm 3 dang chÝnh: Quü ®¹o thÊp : §é cao ®iÓn h×nh cña dang quü ®¹o nµy lµ tõ 160 km ®Õn 480 km , chu k× quay kho¶ng 90 phót.D¹ng quü ®¹o nµy kh«ng thÝch hîp cho th«ng tin vÖ tinh.Quü ®¹o trung b×nh : §é cao cña dang quü ®¹o nµy vµo kho¶ng 10000km- 20000km , chu k× quay kho¶ng 5 giê ®Õn 12 giê,còng kh«ng thÝch hîp cho th«ng tin vÖ tinh. Quü ®¹o ®Þa tÜnh Nh ®· biÕt ë d¹ng quü ®¹o nµy tèc ®é quay cña vÖ tinh ®ång bé víi tèc ®é quay cña qu¶ ®Êt víi ®é cao kho¶ng 36000km. Víi ®é cao nµy tèc ®é cña vÖ tinh coi nh bï trõ víi lùc hót cña qûa ®Êt,vµ vÖ tinh coi nh ®øng yªn trªn xÝch ®¹o khi quan s¸t tõ mét vÞ trÝ trªn mÆt ®Êt. Quü ®¹o nµy rÊt thÝch hîp cho th«ng tin vÖ tinh . Sau ®©y lµ mét sè ®Æc ®IÓm cña d¹ng quü ®¹o ®Þa tÜnh: + Vthiªn v¨n tb : 23 giê 56 phót 04,09054 gi©y. +§é cao vÖ tinh :35786,04 Km. +B¸n kÝnh cña quü ®¹o vÖ tinh : 42164,20 Km. +Tèc ®é cña vÖ tinh : 3,074662 Km. +Thêi gian trÔ cña ®êng truyÒn sãng: 270ms. c>Vïng Phñ Sãng Cña VÖ Tinh Trªn MÆt §Êt §Ó tËn dông tèi ®a kh¶ n¨ng cña th«ng tin vÖ tinh , ngêi ta bè trÝ anten trªn vÖ tinh ®Ó cã ®îc c¸c d¹ng phñ sãng kh¸c nhau lªn mÆt ®Êt . Sù phñ sãng cña vÖ tinh trªn mÆt ®Êt ®îc gäi lµ “vÕt in”. Th«ng thêng ngêi ta cã 4 loai vÕt in ®îc sö dông trong th«ng tin vÖ tinh: -VÕt in toµn cÇu. -VÕt in b¸n cÇu . -VÕt in vïng. -VÕt in ®èm. d>Ph©n HÖ Th«ng Tin Cña VÖ tinh Trªn mét vÖ tinh thßng cã hai ph©n hÖ , ®ã lµ ph©n hÖ th«ng tin gåm tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ phôc vô cho truyÒn dÉn tin tøc vµ ph©n hÖ ®iÒu khiÓn cã nhiÖm vô ®o lêng c¸c th«ng sè lµm viÖc vµ ®iÒu chØnh l¹i c¸c th«ng sè nµy khi cã lÖnh tõ mÆt ®Êt . CÊu tróc ph©n hÖ th«ng tin cã thÓ ®îc biÓu diÔn nh h×nh sau . H×nh 2.4 Ph©n hÖ th«ng tin cña vÖ tinh d.1 Bé khuyÕch ®¹i t¹p ©m thÊp LNA(Low Noise Amplifier) LNA ®îc ®Æt ngay sau anten thu cã nhiÖm vô khuyÕch ®¹i biªn ®é tÝn hiÖu thu víi møc t¹p ©m kÝ sinh nhá nhÊt , cã vai trß v« cïng quan träng trong hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh. Bé LNA cña vÖ tinh thêng lµ kiÓu cã lµm l¹nh b»ng Nitrogen láng hoÆc hiÖu øng nhiÖt ®iÖn Peltier. Bé LNA cña vÖ tinh cã cÊu tróc hoµn toµn gièng so víi bé LNA cña t¹m mÆt ®Êt. d.2 Bé ®æi tÇn FC (Frequency Converter) Bé ®æi tÇn FC ®îc ®Æt ngay sau bé LNA , lµ sù kÕt hîp cña bé trén MIX vµ bé t¹o dao ®éng OSC ,thêng lµ bé ®æi tÇn xuèng . Nguyªn t¾c lµm viÖc cña bé FC dùa vµo ®Æc tÝnh truyÒn ®¹t kh«ng tuyÕn tÝnh cña thiÕt bÞ b¸n dÉn ®Ó sinh ra mét tæ hîp tÇn sè míi tõ hai tÇn sè ®Çu vµo. d.3 Bé khuyÕch ®¹I tiÒn c«ng suÊt PPA (Prior Power Amplifier) PPA cã chøc n¨ng khuyÕch ®¹i s¬ bé c«ng suÊt tÝn hiÖu ®I ra tõ c¸c bé ®æi tÇn dñ lín ®Ó cã thÎ ph©n chia cho c¸c Transponder d.4 Bé ph©n chia HYBRID Hybrid cã mét ®Çu vµo vµ n ®Çu ra(t¬ng øng víi sè transponder ) ®Æt sau bé PPA,cã t¸c dông ph©n chia tÝn hiÖu ®Çu vµo ®Õn c¸c transponder vµ c«ng suÊt ®Çu ra cña Hybrid nhá h¬n n lÇn so víi ®Çu vµo. d.5 C¸c bé ph¸t ®¸p (Transponder) B¨ng tÇn cña vÖ tinh ®îc chia lµm c¸c b¨ng nhá h¬n (thêng vµo kho¶ng 40Mhz).Mçi b¨ng nµy ®îc ph©n phèi cho mçi bé ph¸t ®¸p cña nã ,hay cßn gäi lµ kªnh vÖ tinh (Satellite Channel).Mçi kªnh vÖ tinh l¹I cã thÓ mang rÊt nhiÒu kªnh sè liÖu vµ tho¹i tõ nh÷ng thuª bao.Trªn thùc tÕ do ph¶i cã c¸c kho¶ng b¶o vÖ gi÷a c¸c bé ph¸t ®¸p cho nªn d¶I tÇn thùc tÕ mµ c¸c bé ph¸t ®¸p sö dông thêng nhá h¬n (36Mhz).C¸c bé ph¸t ®¸p cã vai trß nh c¸c bé chuyÓn tiÕp th«ng tin .Chóng lµm viÖc trong c¸c d¶i tÇn riªng nhê c¸c bé läc th«ng d¶i BPF ®Æt ngay t¹i ®Çu vµo.Sau khi xö lý bï nh bï trÔ ,bï tÇn sè … tÝn hiÖu trong mçi bé ph¸t ®¸p sÏ ®îc ®a qua bé khuyÕch ®¹i c«ng suÊt cao HPA ®Ó tÝn hiÖu ®ñ lín tríc khi ph¸t l¹i ë híng xuèng. Bé HPA cña mçi kªnh vÖ tinh thêng lµ lo¹i ®Ìn sãng ch¹y TWTA víi ®é dù phßng 5/1 , hiÖn nay ®· b¾t ®Çu sö dông lo¹i HPA b¸n dÉn SSPA .Trong cïng thêi ®iÓm mét transponder cã thÓ phôc vô nhiÒu tuyÕn kh¸c nhau. d.5 Bé ghÐp c«ng suÊt (MUX). Tríc khi ra anten ph¸t tÝn hiÖu cña c¸c transponder ë c¸c b¨ng tÇn con kh¸c nhau ph¶I ®îc ghÐp víi nhau .ViÖc ghÐp ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu sao cho sù can nhiÔu gi÷a c¸c kªnh vÖ tinh lµ thÊp nhÊt vµ c«ng suÊt cña mçi tÝn hiÖu lµ ®ång ®Òu trong tÝn hiÖu tæng hîp. Vai Trß Tr¹m §iÒu KhiÓn Trªn lý thuyÕt c¸c vÖ tinh chuyÓn ®éng víi c¸c quü ®¹o cã h×nh d¹ng trßn hoÆc ellipse , tuy nhiªn do vÖ tinh cßn ph¶i chÞu rÊt nhiÒu t¸c ®éng kh¸c nh sù thay ®æi ngÉu nhiªn cña ngÉu lùc tr¸i ®Êt .lùc hót cña c¸c vÖ tinh l©n cËn … dÉn ®Õn ngay c¶ ®èi víi c¸c vÖ tinh ®Þa tÜnh còng lu«n chuyÓn ®éng xung quanh vÞ trÝ c©n b»ng cña nã . ChÝnh v× vËy trong hÖ thèng cÇn cã thªm tr¹m ®iÒu khiÓn vµ tr¹m mÆt ®Êt ph¶i cã hÖ thèng b¸m . H×nh 2.5 Cöa dao ®éng cña vÖ tinh ®Þa tÜnh: Ngêi ta ®a ra kh¸i niÖm cöa sæ gi÷ tr¹m(Station Keeping Win dow) ®Ó nãi lªn kh¶ n¨ng tr¹m ®IÒu khiÓn chØ cã thÓ gi÷ vÖ tinh cè ®Þnh trong mét ph¹m vi nµo ®ã.KÝch thíc cña cöa sæ thêng vµo kho¶ng 0.1 ®é theo vÜ tuyÕn vµ kinh tuyÕn hay vµo kho¶ng +-0.5 ®é theo ph¬ng b¾c nam vµ ®«ng t©y. Sù dao ®éng cña vÖ tinh ®Þa tÜnh xung quanh vÞ trÝ t¬ng ®èi râ rµng sÏ lµm cho thêi gian truyÒn dÉn th«ng tin bÞ thay ®æi . §ång thêi nã cßn g©y ra hiÖu øng Dooppler ®èi víi sãng mang.TÊt c¶ nh÷ng ¶nh hëng nµy g©y rÊt nhiÒu khã kh¨n trong qu¸ tr×nh truyÒn th«ng tin nhÊt lµ trong c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn sè .NgoµI ra tr¹m ®IÒu khiÓn cßn cã chøc n¨ng gi÷ anten thu ph¸t cña vÖ tinh lu«n híng ®ung vÒ vïng phñ sãng . Ho¹t ®éng cña tr¹m mÆt ®Êt dùa trªn c¬ së c¸c th«ng tin ®o ®¹c nhËn ®îc tõ rÊt nhiÒu c¸c bé c¶m biÕn ®Æt trªn vÖ tinh . 2.3 PhÇn MÆt §Êt PhÇn mÆt ®Êt bao gåm tÊt c¶ tr¹m mÆt ®Êt cña hÖ thèng , th«ng thêng chóng ®îc nèi víi c¸c thuª bao th«ng qua mét m¹ng mÆt ®Êt cã d©y hoÆc kh«ng d©y , trong mét sè trêng hîp chóng ®îc nèi trùc tiÕp víi thuª bao (VSAT).KÝch thíc cña tr¹m mÆt ®Êt phô thuéc cÊu h×nh cña m¹ng mÆt ®Êt ,hay nãi mét c¸ch lµ phô thuéc vµo dung lîng thuª bao vµtr¹m phôc vô.Sù ph©n lo¹i tr¹m tu©n theo kÝch cì cña tr¹m hay c¸c tiªu chuÈn cña c¸c tæ chøc vÖ tinh viÔn th«ng quèc tÕ . C¸c tr¹m mÆt ®Êt thêng ®îc trang bÞ c¶ m¸y ph¸t vµ m¸y thu ®Ó trao ®æi th«ng tin víi vÖ tinh.Tuy nhiªn tuú vµo môc ®Ých sö dông tr¹m mÆt ®Êt chØ cã hoÆc m¸y ph¸t ho¹c m¸y thu. H×nh 2.6 m« t¶ cÊu tróc tæng qu¸t cña mét tr¹m mÆt ®Êt . Kü thuËt tr¹m mÆt ®Êt dÆc biÖt quan träng cho nh÷ng ngêi khai th¸c hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh . C¸c th«ng sè cña tr¹m,c¸c tÝnh chÊt tÝn hiÖu vµ c¸c qu¸ tr×nh xö lý tÝn hiÖu t¹I tr¹m mÆt ®Êt lu«n lµ nh÷ng vÊn ®Ò ®îc ®Æc biÖt quan t©m khi nghiªn cøu hay chuÈn bÞ l¾p ®Æt mét tr¹m mÆt ®Êt. H×nh 2.6 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña mét tr¹m mÆt ®Êt. 2.4TruyÒn sãng trong th«ng tin vÖ tinh 2.4.1Phæ §iÖn Tõ Vµ CÊu T¹o TÇng KhÝ QuyÓn Sãng ®iÖn tõ cã tÇn sè biÕn ®æi tõ kh«ng ®Õn v« cïng . HiÖn nay tÇn sè cao nhÊt cã ®îc lµ tÇn sè cña c¸c tia vò trô . HiÖn nay trªn thÕ giíi ®Ó thuËn lîi cho c«ng viÖc nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn khoa häc kü thuËt ,thÕ giíi ®· ph©n chia d¶i tÇn sè cña sãng ®iÖn tõ thµnh c¸c d¶i sau TÇn sè h¹ ©m: 1 chiÒu –15hz TÇn sè ©m tÇn: 15hz-20khz TÇn sè siªu ©m: 20khz-3Mhz TÇn sè v« cïng thÊp(ELF): 30Hz-300Hz TÇn sè siªu thÊp (SLF): 300hz-3khz TÇn sè rÊt thÊp (VLF): 3khz-30khz TÇn sè thÊp (LF): 30khz-300khz TÇn sè trung b×nh(MF): 300khz-3Mhz TÇn sè cao(HF): 3Mhz-30Mhz TÇn sè rÊt cao(VHF): 30Mhz-300Mhz TÇn sè cùc cao (UHF): 300Mhz-3Ghz TÇn sè siªu cao(SHF): 3Ghz-30Ghz TÇn sè v« cïng cao(EHF): 30Ghz-300Ghz Tia hång ngo¹i : 300Ghz-3000Ghz …….. M«i trêng ®Ó truyÒn lan n¨ng lîng ®iÖn tõ cã thÓ lµ kh«ng gian tù do hoÆc khÝ quyÓn bao quanh qu¶ ®Êt . KhÝ quyÓn lµ 1 hçn hîp khÝ ,bôi vµ h¬i níc .Nã phô thuéc vµo c¸c ®iÒu kiÖn khÝ tîng , thêi tiÕt vµ cêng ®é ¸nh s¸ng mÆt trêi. ChÝnh c¸c yÕu tè nµy quýªt ®Þnh ®Õn chÊt lîng cña tuyÕn . Nh×n chung sãng ®iÖn tõ trong th«ng tin vÖ tinh chÞu ¶nh hëng chØ ë 3 líp khÝ quyÓn lµ tÇng ®iÖn li, b×nh lu vµ ®èi lu. TÇng ®èi lu r¶i tõ mÆt ®Êt ®Õn ®é cao 10km , tÇng b×nh lu giíi h¹n tõ trªn tÇng ®èi lu ®Õn ®é cao 35km . TÇng ®iÖn li ë trªn cïng (kho¶ng trªn 400km). TÇng ®iÖn li cã mËt ®é lo·ng ë vïng phÝa trªn vµ dÇy ®Æc h¬n ë phÝa díi . Tuy nhiªn bøc x¹ cña mÆt trêi ë líp trªn th× m¹nh h¬n so víi líp díi ,do ®ã mËt c¸c h¹t tÝch ®iÖn sÏ ®¹t ®îc cùc ®¹i ë ®é cao trung b×nh vµ ®Æc ®iÓm nµy lµ rÊt quan trong trong th«ng tin vÖ tinh. Suèt ban ngµy tÇng ®iÖn li cã 3 líp ®îc ®Æt tªn lµ D,E vµ F (tõ díi lªn). Líp F ®îc chia lµm 2 líp lµ F1 vµ F2 . Tr¹ng th¸i cña c¸c líp nµy lu«n biÕn ®æi , chóng phô thuéc vµo vÞ trÝ cña mÆt trêi Ban tra : Ion ho¸ cùc ®¹i . Ban ®ªm :Ion ho¸ cùc tiÓu . §ång thêi líp D biÕn mÊt , 2 líp F1 vµ F2 hîp l¹i thµnh líp F Kh«ng nh÷ng thÕ vµo c¸c mïa kh¸c nhau trong n¨m th× cÊu tróc cña tÇng ®iÖn li còng cã nhiÒu x¸o trén. 2.4.2B¨ng TÇn C«ng T¸c Trong Th«ng Tin VÖ Tinh Nh ®· biÕt khi sãng ®iÖn tõ lan truyÒn trong kh«ng gian tù do thi nh÷ng sãng cã bíc sãng rÊt dµi bÞ hÊp thô n¨ng lîng m¹nh khi truyÒ qua tÇng ®iÖn li , nh÷ng cãng cã tÇn sè rÊt cao bÞ suy hao ®¸ng kÓ khi truyÒn qua khÝ quyÓn ,m©y mï vµ bÞ suy hao rÊt m¹nh khi trêi ma Ta biÕt 1Ghz-10Ghz cã suy hao t¬ng ®èi thÊp vµ lµ d¶i tÇn tèt nhÊt cho th«ng tin vÖ tinh , ®· ®îc CCIR Ên ®Þnh sö dung ch th«ng tin vÖ tinh .D¶i tÇn nµy ®îc gäi lµ cöa sæ v« tuyÕn ,sãng ®iÖn tõ n»m trong cöa sæ nµy truyÒn trong vò trô coi nh truyÒn trong kh«ng gian tù do. Tuy nhiªn do nhu cÇu trao ®æi th«ng tin ngµy cµng gia t¨ng ,trªn thÕ giíi hiÖn nay nhiÒu tæ chøc ®ang nghiªn cøu vµ ¸p dông viÖc sö dông c¸c tÇn sè n»m ngoµI cöa sæ v« tuyÕn (10Ghz-20Ghz….) §Ó gi¶m thiÓu tèi ®a c¸c hiÖn tîng nh can nhiÔu,… C¸c tæ chøc viÔn th«ng quèc tÕ ®· ph©n chia thÕ giíi thµnh 3 khu vùc vµ mçi khu vùc th× sö dông nh÷ng d¶i tÇn sè kh¸c nhau ,®ã lµ: Khu vùc 1 : Ch©u ¢u , Ch©u Phi, Vïng Trung §«ng vµ Nga. Khu vùc 2 :Ch©u MÜ Khu vùc 3 : Ch©u ¸ (trõ trung ®«ng) , Ch©u §ai D¬ng, 1 phÇn níc Nga TÇn sè ph©n phèi cho cho 1 dÞch vô nµo ®ã cã thÓ phô thuéc khu vùc . Trong 1 khu vùc 1 dÞch vô cã thÓ ®îc dïng toµn bé b¨ng tÇn cña khu vùc hoÆc chia sÎ víi c¸c dÞch vô k¸c.C¸c dÞch vô cè ®Þnh sö dông c¸c b¨ng tÇn sau: B¨ng C hay cßn gäi lµ b¨ng 6/4 sö tÇn sè kho¶ng 6Ghz cho tuyÕn lªn vµ 4Ghz ch tuyÕn xuèng.B¨ng tÇn nµy ®îc sö dông trong c¸c hÖ thèng cò (C¸c thªs hÖ INTELSAT ®Çu tiªn hay hÖ thèng néi ®Þa cña MÜ). B¨ng tÇn nµy hiÖn nay ®· cã xu híng b·o hoµ. B¨ng X hay b¨ng 8/7 sö dông 8Ghz cho tuyÕn lªn vµ 7Ghz cho tuyÕn xuèng.B¨ng nµy chØ dµnh riªng cho chÝnhphñ sö dông. Kho¶ng 14Ghz cho tuyÕn lªn vµ 11 hoÆc 12 Ghz cho tuyÕn xuèng ®îc gäi lµ b¨ng Ku.B¨ng tÇn nay ®îc c¸c hÖ thèng míi hiÖn nay sö dông nh EUTELSAT,TELECOM 1 vµ 2. B¨ng Ka sö dung tÇn sè 30Ghz cho tuyÕn lªn vµ 20Ghz cho tuyÕn xuèng. HiÖn nay b¨ng Ka míi chØ sö dông trong c¸c hÖ thèng cao cÊp c¸c cuéc thö nghiÖm vµ t¬ng lai. C¸c b¨ng tÇn cao h¬n 30Ghz ®ang ®îc nghiªn cøu vµ ch¾c ch¾n sÏ ®îc sö dông trong t¬ng lai . C¸c dÞch vô di ®éng dïng vÖ tinh chØ sö dông b¨ng tÇn kho¶ng 1.6 Ghz cho tuyÕn lªn vµ 1.5Ghz cho tuyÕn xuèng.B¨ng tÇn nµy ®îc gäi lµ b¨ng L. Mçi tr¹m mÆt ®Êt ®îc vÖ tinh ph©n phèi cho 1 b¨ng nhÊt ®Þnh . Trong th«ng tin vÖ tinh ngêi ta thêng ph©n biÖt c¸c kh¸I niÖm b¨ng tÇn nh sau. B¨ng tÇn chiÕm dông (Occupied Bandwidth) Bocc. B¨ng tÇn danh ®Þnh (Allocated Bandwidth) BAll B¨ng tÇn t¹p ©m (Noise Bandwidth) BN B¨ng tÇn ph©n tÝch (Resolution Bandwidth) BRES B¨ng tÇn c«ng suÊt t¬ng ®¬ng (Equivalent Power Bandwidth) BeqP . 2.4.3 C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh truyÒn sãng trong th«ng tin vÖ tinh 2.4.3.1 . ¶nh hëng cña tÇng khÝ quyÓn : a. Suy hao do H20 vµ 02 : C¸c ph©n tö «xy vµ níc trong khÝ quyÓn hÊp thô n¨ng lîng sãng v« tuyÕn truyÒn lan qua nã. Møc ®é hÊp thô kh¸c nhau ®èi víi c¸c tÝn hiÖu v« tuyÕn cã bíc sãng kh¸c nhau gÇn b»ng kÝch thíc cña ph©n tö «xy vµ h¬i níc. ë vïng thÊp cña tÇng khÝ quyÓn do ¸p suÊt khÝ quyÓn t¨ng nªn sù hÊp thô lµ ®¸ng kÓ. Sãng v« tuyÕn truyÒn qua tÇng khÝ quyÓn, mét phÇn bÞ c¸c ph©n tö «xy vµ h¬i níc hÊp thô, tæng suy hao tÝn hiÖu ®îc biÓu diÔn b»ng ph¬ng tr×nh tæng qu¸t díi ®©y : [ dB ] Trong ®ã : r0 : chiÒu dµi ®êng truyÒn sãng trong tÇng khÝ quyÓn y0 : hÊp thô cña ph©n tö «xy tÝnh theo [ dB/Km ] yw : hÊp thô cña ph©n tö níc theo [ dB/Km ] C¸c ph©n tö «xy vµ h¬i níc hÊp thô n¨ng lîng sãng ®iÖn tõ truyÒn trong khÝ quyÓn, tæng suy hao ®ã ®îc biÓu diÔn nh sau : [ dB ] trong ®ã : vµ [ dB/Km ] lµ suy hao cña «xy vµ h¬i níc ®· ®îc tÝnh trªn mÆt ®Êt theo h×nh 1.1. Lo vµ Lw : chiÒu dµi tuyÕn ¶nh hëng cña h¬i níc vµ «xy TuyÕn ¶nh hëng ®îc xem nh cã mËt ®é kh«ng thay ®æi khi sãng ®iÖn tõ truyÒn qua nã bÞ suy hao ®i nh truyÒn qua tÇng khÝ quyÓn thËt. KÕt qña nghiªn cøu ®îc c«ng bè tuyÕn ¶nh hëng cña «xy lµ Lo = 6 Km vµ cña h¬i níc Lw = 2 Km. b. NhiÔu do H2O vµ O2 : Ngoµi kh¶ n¨ng hÊp thô n¨ng lîng sãng v« tuyÕn, c¸c ph©n tö «xy vµ h¬i níc trong khÝ quyÓn cßn ho¹t ®éng nh mét nguån bøc x¹ t¹p ©m nhiÖt. T¹p ©m nµy trong ®iÒu kiÖn trêi trong ®îc thÓ hiÖn nh nhiÖt ®é t¹p ©m t¬ng ®¬ng Tbt(K) ®îc gäi lµ nhiÖt ®é t¹p ©m bÇu trêi vµ ®îc biÓu diÔn nh sau : Tbt = ( K ) trong ®ã : T(r) lµ nhiÖt ®é khÝ quyÓn (K) t¹i ®iÓm cã c¸ch xa r a(r) [km-1] : hÖ sè hÊp thô kh«ngtheo hµm logarit vµ b»ng (g0 + gw ) trong ph¬ng tr×nh (1). Gäi GA(q) lµ tæng suy hao do hÊp thô trªn toµn bé ®êng truyÒn sãng víi gãc ngÈng anten q, T(r) thay b»ng nhiÖt ®é bøc x¹ Tm vµ ph¬ng tr×nh (3) ®îc ®¬n gi¶n thµnh ph¬ng tr×nh thùc nghiÖm do Altshuler t×m ra nh sau : Tm = 1.12To – 50 (K) trong ®ã : To lµ nhiÖt ®é bÒ mÆt tr¸i ®Êt 2.4.3.2 HiÖn tîng khóc x¹ trong khÝ quyÓn : ChØ sè khóc x¹ : TÇng khÝ quyÓn cã chØ sè khóc x¹ gÇn b»ng 1 nªn tÝnh khóc x¹ ®îc ¸p dông thùc tÕ theo ®Þnh nghÜa sau : N = (n-1).106 N ®¬n vÞ hoÆc (NU) (1.5) trong ®ã N phô thuéc vµo vÞ trÝ ®Þa lý, ®iÒu kiÖn khÝ hËu vµ ®îc tÝnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm sau ®©y : N = 77,6 + 3,73. 106 (NU) (1.6) trong ®ã : P lµ ¸p suÊt khÝ quyÓn (mb) e lµ ¸p suÊt h¬i níc T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi ( K ) Cµng lªn cao ¸p suÊt khÝ quyÓn cµng gi¶m v× vËy tÝnh khóc x¹ còng gi¶m theo, sù suy gi¶m nµy theo quy luËt cña hµm logarit vµ ®îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm nh sau : N(h) = Ns exp(-Ceh) (NU) (1.7) Ce = ln = ln trong ®ã Ns : tÝnh khóc x¹ t¹i bÒ mÆt tr¸i ®Êt h : ®é cao tÝnh tõ mÆt ®Êt (km) N : hiÖu cña tÝnh khóc x¹ t¹i ®iÓm c¸ch mÆt ®Êt 1km vµ tÝnh khóc x¹ trªn mÆt ®Êt. Ce,Ns phô thuéc vïng khÝ hËu vµ gi¸ trÞ theo n¨m Ce = 0,136 Ns = 315 lµ c¸c gi¸ trÞ cña tÇng khÝ quyÓn chuÈn Trong b¸o c¸o sè 563-2 CCIR ®· cung cÊp c¸c ®êng No vµ N cho tõng mïa trong n¨m trªn toµn cÇu, No lµ gi¸ trÞ cña Ns ë mÆt biÓn. Khi tÝnh ®êng truyÒn sãng v« tuyÕn trong tÇng khÝ quyÓn, chØ sè khóc x¹ cña vïng M trong khÝ quyÓn gäi lµ m vµ ®îc tÝnh b»ng : m = n + h/R (1.9) M = (n-1 + h/R). 106 = n + 157h (MU) (1.10) trong ®ã : R lµ b¸n kÝnh tr¸i ®Êt vµ b»ng 6378 km C¸c vïng khóc x¹ tÇng khÝ quyÓn tÝnh theo chiÒu cao víi tèc ®é DM/Dh = 118 (MU/km) ®îc gäi lµ tÇng khÝ quyÓn v« tuyÕn chuÈn Sù uèn cong cña tia : Tia sãng v« tuyÕn truyÒn gi÷a tr¹m mÆt ®Êt vµ vÖ tinh ®îc gäi lµ mét ®êng th¼ng vÒ mÆt lý thuyÕt, song trong thùc tÕ nã bÞ uèn cong do sù thay ®æi chiÒu cao tÇng khóc x¹. V× vËy, gãc ngÈng anten tr¹m mÆt ®Êt trªn thùc tÕ sÏ lín h¬n theo tÝnh to¸n lý thuyÕt. Sù uèn cong cña tia sãng ®îc ®¸nh gi¸ b»ng gãc uèn vµ nã phô thuéc vµo gãc ngÈng anten tr¹m mÆt ®Êt, gãc ngÈng cµng lín th× gãc uèn cña tia cµng gi¶m . 2.4.3.3. Suy hao do ph©n k× vµ khuyÕch t¸n : ChiÒu cao khóc x¹ cña tÇng khÝ quyÓn biÕn thiªn theo thêi gian vµ ho¹t ®éng nh mét g¬ng lâm cho c¸c tia sãng v« tuyÕn truyÒn qua, chóng sÏ bÞ suy hao do ph©n kú, suy hao ®ã phô thuéc tÇn sè vµ ®îc tÝnh nh sau : Gb = - 10 log (dB) TÝnh khóc x¹ biÕn thiªn do tÇng ®èi lu g©y ra lµm cho sãng v« tuyÕn bÞ ph¸t ®i c¸c híng kh¸c nhau kÕt qu¶ lµ tÝn hiÖu ®Õn anten thu cã biªn ®é vµ pha tr¸i ngîc nhau dÇn ®Õn tÝn hiÖu thu bÞ suy hao. Suy hao do sô hçn lo¹n cña tÇng khÝ quyÓn ®îc gäi lµ suy hao khuyÕch t¸n. Suy hao khuyÕch t¸n phô thuéc tÇn sè vµ ®êng kÝnh anten vµ ®îc biÓu diÔn b»ng ph¬ng tr×nh sau : Gd = -10log (dB) trong ®ã : lo : møc ®é hçn lo¹n cña tÇng khÝ quyÓn LA(q) : chiÒu dµi ¶nh hëng cña tÇng khÝ quyÓn ®é dµi bíc sãng truyÒn trong tÇng khÝ quyÓn víi 2 ®iÒu kiÖn : 2lo/l >> 1 ; LA(q)/lo < 1 F(p) = trong ®ã : p = Da/2lo . Da lµ ®êng kÝnh anten, Iv(z) hÖ sè hµm Bessel Ngêi ta ®· ®o suy hao khuyÕch t¸n b»ng anten cã ®êng kÝnh 22m víi gãc ngÈng 5 ®é, kÕt qña ®¹t ®îc 0,2dB vµ 0,5dB t¬ng øng víi 4GHz vµ 6GHz cho mét tÇng khÝ quyÓn chuÈn. Thùc nghiÖm cho thÊy gi¸ trÞ cña suy hao do tÝnh chÊt t¸n x¹ vµ khuyÕch t¸n cña tÇng khÝ quyÓn ®èi víi tia sãng ®iÖn tõ lµ nhá. Tuy nhiªn, hiÖn tîng nµy phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn thêi tiÕt vµ dÉn ®Õn sãng ®iÖn tõ bÞ hÊp thô khi truyÒn qua tÇng khÝ quyÓn, v× vËy khi thiÕt kÕ c¸c ®êng truyÒn vÖ tinh ph¶i tÝnh ®Õn c¸c ¶nh hëng cña chóng. 2.4.3.4. Fadinh do tÇng khÝ quyÓn : Cêng ®é tÝn hiÖu biÕn thiªn do tÝnh chÊt bÊt æn ®Þnh cña hiÖn tîng khóc x¹ sãng ®iÖn tõ trong tÇng khÝ quyÓn gäi lµ hiÖn tîng Fading cña tÇng khÝ quyÓn. Chu kú biÕn thiªn Fading cña tÇng khÝ quyÓn kho¶ng vµi chôc gi©y mét lÇn vµ dµi gÊp 10 lÇn Fading cña tÇng ®èi lu. Thêi gian dµi hay ng¾n cña fading ®îc gäi lµ fading s©u hay n«ng. Fading cña tÇng khÝ quyÓn ®èi víi d¶i tÇn tõ 4GHz – 6GHz liªn quan mËt thiÕt víi sù héi tô vµ ph©n kú sãng ®iÖn tõ do tÝnh kh«ng ®ång nhÊt cña tÇng khÝ quyÓn g©y ra vµ kh«ng phô thuéc tÇn sè. Sù biÕn thiªn cêng ®é tÝn hiÖu ®îc thÓ hiÖn trong ph¬ng tr×nh sau : (dB) (1.14) H×nh 3.6 biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a cêng ®é tÝn hiÖu vµ gãc ngÈng anten cho c¸c ®êng kÝnh anten kh¸c nhau : 2.4.3.5. ¶nh hëng cña tÇng Ion : TÇng Ion ? TÇng ion lµ vïng ion hãa cã chiÒu cao tõ 50km-2000km trong tÇng khÝ quyÓn bao quanh tr¸i ®Êt, trong qóa tr×nh nghiªn cøu nã ®îc chia lµm 3 líp t¨ng dÇn theo chiÒu cao D,E,F. VÒ ph¬ng diÖn truyÒn sãng cao tÇn, hai E,F ®ãng vai trß nh c¸c mÆt ph¶n x¹ cho phÐp thiÕt lËp ®êng truyÒn v« tuyÕn gi÷a hai ®iÓm c¸ch xa nhau trªn mÆt ®Êt. Líp D hÊp thô n¨ng lîng tÝn hiÖu v« tuyÕn cã tÇn sè cao truyÒn qua nã, sù chuyÓn tiÕp cña mÆt ph¶n x¹ gi÷a vïng D vµ vïng E x¶y ra ë d¶i sãng trung. Sãng v« tuyÕn ë d¶i tÇn 4GHz – 6GHz bÞ biÕn d¹ng vµ suy hao khi truyÒn qua tÇng Ion, v× vËy, tÇng ion cã ¶nh hëng lín ®Õn chÊt lîng th«ng tin vÖ tinh. Líp D : N»m ë ®é cao tõ 50-90 km víi mËt ®é ®iÖn tõ t¨ng theo ®é cao vµ ®¹t cùc ®¹i trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n vµo buæi chiÒu 108-109 /m3 vµ ®¹t cùc tiÓu vµo ban ®ªm. MËt ®é ®iÖn tõ còng biÕn ®æi theo mïa vµ ®¹t cùc ®¹i vÒ mïa hÌ. Líp E : N»m ë ®é cao tõ 90-130km víi mËt ®é ®iÖn tõ cùc ®¹i ë ®é cao 110 km lµ 1011 /m3, líp E ®îc gäi lµ c¸c líp chuÈn hay c¸c líp rêi r¹c. MËt ®é ®iÖn tõ trong ngµy ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt vµo lóc gÇn tra vµ theo mïa th× cùc ®¹i vµo mïa hÌ. Líp F : N»m ë phÝa trªn ®é cao 130 km vµ vÒ ban ®ªm nã chia thµnh 2 líp nhá F1 vµ F2 mÆc dï sù kh¸c biÖt vÒ mËt ®é ®iÖn tõ gi÷a hai tÇng nµy kh«ng râ rµng l¾m. Líp F1 : ë ®é cao 130 – 210 km cã mËt ®é ®iÖn tõ tèi ®a lµ 2.1011 /m3 Líp F2 : lµ líp cao nhÊt cña tÇng ion cã mËt ®é ®iÖn tõ 109 /m3 vµo ban ngµy vµ ®¹t 5.1010 /m3 vµo ban ®ªm. Líp F2 biÕn thiªn do giã vµ hiÖn tîng khuyÕch t¸n. ViÖc quan s¸t mËt ®é ®iÖn tõ ë c¸c ®é cao kh¸c nhau ®îc thùc hiÖn b»ng vÖ tinh, rada ph¸t cho thÊy chóng gi¶m hµm sè mò, ë ®é cao 1000 km mËt ®é ®iÖn tõ ®¹t 109-1011 /m3 vµ ®¹t 109 /m3 ®é cao 5000km Tãm l¹i, sù h×nh thµnh c¸c líp ion hãa, trong c¸c líp ion hãa ®ã cã chøa khèi lîng lín c¸c ®iÖn tö tù do vµ c¸c ion d¬ng, kh«ng khÝ ë tÇng nµy lo·ng, v× vËy sù trung hßa ®iÖn tÝch diÔn ra rÊt chËm, tÇn sè tíi h¹n cña tÇng ion gÇn víi tÇn sè dïng cho th«ng tin vÖ tinh ®ã lµ d¶i tÇn VHF vµ cao h¬n. C¸c ¶nh hëng cña tÇng ion ®èi víi b¨ng tÇn 1 GHz ®Õn 10 GHz víi gãc ngÈng 30 ®é vµ cho phÐp ®o thùc hiÖn khi mÆt trêi ho¹t ®éng m¹nh ®îc thèng kª trong b¶ng 1 sau : B¶ng 1 : ¶nh hëng lín nhÊt cña tÇng ion ë d¶i tÇn 1 GHz – 10 GHz ¶nh hëng phô thuéc f 1 ghz 3GHz 10GHz l«ng Faraday f 10 ®é 10 ®é 1 ®é NhÊp nh¸y < 20dB p-p 10dB p-p 4 dB p-p HÊp thô f < 0,01 dB < 0,001 dB < 0,0001 dB trÔ ®êng truyÒn f 0,3ms 0,03ms 0,003ms BiÕn ®æi gãc tíi f 1’’ 0,1’’ 0,1’’ C¸c ¶nh hëng nµy cµng lín khi tÇn sè t¨ng, nh×n vµo ta thÊy chØ cã hiÖu øng Faraday vµ sù nhÊp nh¸y tÇng ion cã ¶nh hëng m¹nh ®èi víi sãng siªu cao tÇn. HiÖu øng Faraday: HiÖu øng Faraday lµm cho c¸c mÆt ph©n cùc cña sãng v« tuyÕn ph©n cùc tuyÕn tÝnh quay khi truyÒn qua tÇng ion . HiÖn tîng nµy cã thÓ gi¶i thÝch nh sau : ph©n cùc tuyÕn tÝnh lµ tæng cña 2 ph©n cùc trßn quay ngîc chiÒu nhau. VËn tèc pha cña ph©n cùc trßn ph¶i vµ vËn tèc pha cña ph©n cùc trßn tr¸i kh¸c nhau trong tõ trêng gièng nh tÇng ion, do ®ã, quan hÖ pha cña 2 ph©n cùc trßn nãi trªn bÞ thay ®æi khi sãng v« tuyÕn ra khái tÇng ion. Sù quay mÆt ph©n cùc do t¸c dông cña hiÖu øng Faraday ®îc gäi lµ sù quay Faraday. ¶nh hëng cña hiÖu øng Faraday phô thuéc tÇn sè , cêng ®é tõ trêng ®Þa tÜnh, mËt ®é ®iÖn tö tù do trong tÇng ion vµ ®é dµi ®êng truyÒn sãng. Gãc quay Faraday W ®îc m« t¶ nh sau : (16) Fading tÇng ion : Sãng v« tuyÕn bÞ biÕn ®æi kh«ng theo quy luËt víi tèc ®é rÊt nhanh. Ph¬ng tr×nh (3.1) diÔn t¶ mèi quan hÖ gi÷a sù ph©n chia kÝch thíc h¹t ma ®Õn hÖ sè suy hao ma, ph¬ng tr×nh (3.2) diÔn t¶ mèi liªn hÖ gi÷a tèc ®é ma vµ sù ph©n chia kÝch thíc h¹t ma. Tõ ®ã, ta suy ra t¬ng quan gi÷a suy hao ma vµ tèc ®é ma nghÜa lµ tèc ®é ma cµng lín th× hÖ sè suy hao do ma tÝnh trªn km ®êng truyÒn bÞ ma còng t¨ng nhng kh«ng h¼n tuyÕn tÝnh. TÝn hiÖu tuyÕn Lªn, tuyÕn Xuèng bÞ suy hao nhiÒu hay Ýt phô thuéc tuyÕn truyÒn sãng ma dµi hay ng¾n, chiÒu cao vïng bÞ ma, gãc ngÈng anten,.. V× vËy, viÖc tÝnh chiÒu dµi bÞ ma cña ®êng truyÒn lµ cÇn thiÕt. ChiÒu cao x¶y ra ma phô thuéc vÜ tuyÕn tøc lµ cµng gÇn xÝch ®¹o ma x¶y ra ë ®é cao gÇn mÆt ®Êt h¬n, cµng xa XÝch ®¹o ma x¶y ra ë ®é cao c¸ch xa mÆt ®Êt h¬n. C¸ch tÝnh to¸n trªn cho c¸c tÇn sè ®Õn30GHz vµ cao h¬n. Khi tÝnh suy hao do ma cÇn thiÕt ph¶i cã c¸c tham sè sau : - R0,001 vËn tèc ma (mm/h) cho vïng thêi gian ma trung b×nh 0,01%/n¨m - hs (km) ®é cao so víi mÆt biÓn cña n¬i ®Æt tr¹m mÆt ®Êt -q (®é) gãc ngÈng antenna tr¹m mÆt ®Êt vÒ biªn ®é, pha ,ph©n cùc vµ gãc tíi khi nã truyÒn lan trong tÇng ion. HiÖn tîng nµy ®îc gäi lµ Fading tÇng ion, nã x¶y ra do tÝnh kh«ng ®ång nhÊt cña tÇng ion vµ x¶y ra ë líp F._. thêng ë ®é cao 200-400 km tÝnh tõ mÆt ®Êt. Fading tÇng ion cã c¸c ®Æc tÝnh sau : i) X¶y ra rÊt ®ét ngét kh«ng cã dÊu hiÖu b¸o tríc ii) Fading x¶y ra trong thêi gian rÊt ng¾n víi chu kú 2-15 gi©y iii) Kh¸c víi tÇng khÝ quyÓn, Fading tÇng ion ¶nh hëng ®Õn sãng v« tuyÕn ë c¸c d¶i tÇn kh¸c nhau víi c¸c gãc ngÈng kh¸c nhau vµ theo chu kú ho¹t ®éng cña mÆt trêi. HiÖn tîng nµy x¶y ra nhiÒu nhÊt ë vïng xÝch ®¹o, B¾c cùc vµ Nam cùc vïng ë vÜ tuyÕn trung b×nh lµ Ýt x¶y ra nhÊt. 2.4.3.6. ¶nh hëng cña ma – suy hao tÝn hiÖu do ma : Sãng ®iÖn tõ bÞ hÊp thô n¨ng lîng khi truyÒn qua vïng ma, bÞ ph©n t¸n ®i nhiÒu híng kh¸c nhau do c¸c h¹t ma cã kÝch thíc rÊt kh¸c nhau. Nh vËy, truyÒn qua vïng ma sãng ®iÖn tõ bÞ suy hao, suy hao ®ã gäi lµ Suy hao ma. Suy hao ma ®îc tÝnh theo ®¬n vÞ chiÒu dµi bÞ ma cña ®êng truyÒn sãng gäi lµ HÖ sè suy hao ma vµ ®îc biÓu diÔn nh sau : trong ®ã : - n(ar) sè h¹t ma cã b¸n kÝnh ¶ trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch lµ tiÕt diÖn triÖt tiªu sãng cña h¹t ma cho sãng ®iÖn tõ cã bíc sãng l. TiÕt diÖn triÖt tiªu cña tõng h¹t ma lµ tæng cña tiÕt diÖn ph©n t¸n vµ tiÕt diÖn hÊp thô vµ ®îc tÝnh to¸n cã kÓ ®Õn h»ng sè diÖn m«i rÊt phøc t¹p cña níc. Mèi liªn hÖ gi÷a tèc ®é ma R vµ c¸c h¹t ma ®îc biÓu diÔn b»ng ph¬ng tr×nh sau : R = trong ®ã : - pw lµ mËt ®é níc - v(ar) lµ tèc ®é c¸c h¹t ma cã b¸n kÝnh ar do t¹i ®iÓm r¬i trªn mÆt ®Êt - j (®é) vÜ tuyÕn cña vÞ trÝ ®Æt tr¹m mÆt ®Êt - f (GHz) tÇn sè c«ng t¸c §é cao ¶nh hëng cña ma ®îc tÝnh nh sau : hr (km) = 3,0 + 0,028 j cho c¸c vÜ tuyÕn 0 £ j £ 36o hr(km) = 4 – 0,075(j - 36) cho c¸c vÜ tuyÕn j ³ 36o Víi c¸c gãc ngÈng q ³ 5o chiÒu dµi ®êng truyÒn bÞ ma Ls tÝnh nh sau : Ls = Víi c¸c gãc ngÈng q < 5o ta ¸p dông c«ng thøc cã ®é chÝnh x¸c cao h¬n : Ls = (km) trong ®ã Re lµ b¸n kÝnh t¸c dông cña tr¸i ®Êt lÊy b»ng 8500 km khi hs £ 1 km . ChiÒu dµi ®êng n»m ngang vïng ma LG ®îc tÝnh nh sau : LG = Ls. cosq (km) 2.4.3.7. HiÖu øng ®a ®êng : Khi antenna cña tr¹m mÆt ®Êt nhá tøc lµ cã ®é réng bóp sãng lín, tÝn hiÖu toµn phÇn thu nhËn tõ vÖ tinh ngoµi híng trùc tiÕp cßn cã thÓ bao gåm c¸c híng ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt hay tõ c¸c chíng ng¹i vËt. Trong trêng hîp hai thµnh phÇn tÝn hiÖu nµy khi ®Õn antenna thu cã pha ®èi nhau th× chóng sÏ g©y nªn mét lîng suy hao rÊt lín. Ngoµi ra, do lÑch pha víi tÝn hiÖu ë híng trùc tiÕp nªn c¸c tÝn hiÖu ph¶n x¹ ®ãng vai trß nh t¹p ©m lµm suy gi¶m S/N cña tÝn hiÖu chÝnh vµ g©y khã kh¨n cho mét sè biÖn ph¸p xö lÝ kh¸c vÝ dô nh trong gi¶i m· CDMA. H×nh 2.7 cho ta h×nh ¶nh vÒ hiÖu øng nµy. §Ó lo¹i bá c¸c ¶nh hëng nhiÒu ®êng, ngêi ta cÇn ph¶i trang bÞ cho ES c¸c antenna cã híng tÝnh lín (gãc më nhá) hoÆc ph¶i n©ng cao gãc ngÈng antenna ®Ó gi¶m thiÓu thµnh phÇn sãng ph¶n x¹. H×nh 2.7 HiÖu øng ®a ®êng ®èi víi tr¹m mÆt ®Êt thu 2.4.3.8. T¹p ©m vµ can nhiÔu : T¹p ©m ( nguån t¹p ©m ) : Kh¸i niÖm: T¹p ©m lµ tÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu thu kh«ng mong muèn lÉn vµo tÝn hiÖu cã Ých. Nã g©y mÐo d¹ng tÝn hiÖu, lµm thay ®æi c¸c th«ng sè cña sãng mang, ®¶o c¸c gi¸ trÞ bit.. lµm cho kh¶ n¨ng kh«i phôc chÝnh x¸c tin tøc chøa trong tÝn hiÖu cã Ých ë m¸y thu bÞ gi¶m sót. C¸c t¸c ®éng cña t¹p ©m ®Õn hÖ thèng gäi lµ nhiÔu. T¹p ©m ¶nh hëng tíi mét tr¹m ®îc sinh ra tõ c¸c nguån sau : + C¸c nguån bøc x¹ tù nhiªn trong khu vùc lµm viÖc cña tr¹m, kÓ c¶ c¸c tr¹m ph¸t l©n cËn. + T¹p ©m sinh ra bëi chÝnh c¸c thiÕt bÞ cña hÖ thèng ( t¹p ©m ký sinh ) T¹p ©m g©y ¶nh hëng m¹nh nhÊt khi nã n»m trong d¶i th«ng cña tÝn hiÖu cã Ých. Khi ®ã, t¹p ©m sÏ lät th¼ng vµo m¸y thu vµ g©y ra c¸c lçi nghiªm träng nÕu ta kh«ng cã nh÷ng biÖn ph¸p kh¾c phôc. C«ng suÊt t¹p ©m N[W] ®îc ®¸nh gi¸ trong BN sÏ lµ : N = NoBN[W] No : mËt ®é phæ c«ng suÊt t¹p ©m trong d¶i tÇn BN ®îc tÝnh ra W/Hz hoÆc dB/Hz. Trªn thùc tÕ mËt ®é phæ c«ng suÊt t¹p ©m lµ kh«ng cè ®Þnh trªn toµn d¶i BN nªn No chØ mang tÝnh lý thuyÕt tøc lµ kh«ng thÓ ®o trùc tiÕp ®îc. C¸c nguån t¹p ©m : + T¹p ©m vò trô : t¹p ©m vò trô h×nh thµnh do nhiÔu do bøc x¹ siªu cao tÇn tõ c¸c d¶i ng©n hµ, nhiÔu khi mÆt trêi ho¹t ®éng m¹nh, ph¸t x¹ cña mÆt tr¨ng .. t¸c ®éng m¹nh ë d¶i tÇn díi 1 GHz. + T¹p ©m khÝ quyÓn : KhÝ quyÓn vÝ dô nh «xy, nit¬, h¬i níc, s¬ng mï.. hÊp thô n¨ng lîng cña sãng ®iÖn tõ cã bíc sãng xÊp xØ b»ng tÇn sè dao cña ph©n tö khÝ nãi trªn khi truyÒn qua nã, lµm cho sãng ®iÖn tõ suy yÕu ®i, t¹p ©m còng sinh ra tõ ®ã. Trong ®iÒu kiÖn trêi trong, nhiÖt ®é t¹p ©m t¬ng ®¬ng lµ mét hµm sè phô thuéc vµo gãc ngÈng trong d¶i tÇn tõ 100MHz – 40 GHz. Trong trêng hîp d¶i tÇn tõ 1GHz – 10GHz khi gãc ngÈng díi 5o th× møc suy hao do ¶nh hëng cña tÇng ®èi lu sÏ nhá h¬n 1,5 dB, nÕu gãc ngÈng b»ng 0o th× suy hao ®ã sÏ kho¶ng 5 dB. Suy hao do m©y vµ s¬ng mï vµo kho¶ng 1 dB ë d¶i tÇn : 4GHz – 6GHz (b¨ng C) vµ suy hao ®¹t kho¶ng 3 dB ë d¶i tÇn 7 GHz vµ nhá h¬n 6 dB ë d¶i tÇn 10 GHz. + Sãng ®iÖn tõ b¨ng tÇn 1 GHz – 10 GHz ch¼ng nh÷ng bÞ suy hao khi truyÒn qua ma mµ cßn céng thªm t¹p ©m do ma ®ã lµ c¸c bøc x¹ siªu cao cña ma, nhiÖt ®é níc ma còng lµ nguån t¹p ©m nhiÖt v× vËy, t¹p ©m hÖ thèng còng bÞ t¨ng theo. V× vËy, ®Î ®¶m b¶o th«ng tin ngêi ta ph¶i tÝnh dù tr÷ n¨ng lîng, ®©y lµ mét bµi to¸n kh¸ phøc t¹p mµ ta sÏ xÐt trong phÇn sau. + T¹p ©m tr¸i ®Êt : MÆt ®Êt cã t¸c dông ph¶n x¹ sãng ®iÖn tõ ®èi víi c¸c bóp sãng phô cña anten mÆt ®Êt, c¸c bóp sãng phô nµy g©y ra t¹p ©m ¶nh hëng trùc tiÕp tõ mÆt ®Êt vµ t¹p ©m khÝ quyÓn ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt. NhiÖt ®é t¹p ©m ®îc céng thªm do ¶nh hëng cña tr¸i ®Êt trong kho¶ng tõ 3ok ®Õn 25ok/. + T¹p ©m do hiÖn tîng xuyªn ©m : lµ t¹p ©m sinh ra do c¸c ®êng tÝn hiÖu ghÐp t¬ng hç trong c¸c thiÕt bÞ cña tr¹m mÆt ®Êt, ®Ó chèng nhiÔu ngêi ta ph¶i xo¾n chóng l¹i tõng ®o¹n. HiÖn tîng xuyªn ©m còng x¶y ra gi÷a c¸c sãng mang trªn mét bé ph¸t ®¸p cña vÖ tinh, ®Ó chèng ¶nh hëng ®ã, ngêi ta ph¶i dµnh kho¶ng c¸ch b¶o vÖ gi÷a c¸c sãng khi lËp kÕ ho¹ch sãng mang cho mçi bé ph¸t ®¸p. + T¹p ©m ®iÒu biÕn t¬ng hç : nã sinh ra do nhiÔu lÉn nhau gi÷ c¸c sãng mang lµm viÖc trªn cïng mét bé khuyÕch ®¹i c«ng suÊt, ta biÕt ®êng ®Æc tuyÕn cña bé khuyÕch ®¹i c«ng suÊt kh«ng hoµn toµn tuyÕn tÝnh nªn sinh ra hiÖn tîng c¸c tÇn sè kh¸c nhau céng trõ lÉn nhau vµ sinh ra c¸c sãng mang phô. HiÖn tîng nµy ¶nh hëng rÊt lín ®Õn chÊt lîng th«ng tin vÖ tinh, ®Ó gi¶m ¶nh hëng nµy, ngêi ta kh«ng bao giê cho m¸y ph¸t lµm hÕt c«ng suÊt mµ ph¶i dïng ph¬ng ph¸p gäi lµ lïi c«ng suÊt, thùc chÊt lµ lµm cho bé khuyÕch ®¹i c«ng suÊt lµm viÖc ë ®o¹n tuyÕn tÝnh nhÊt trªn tuyÕn c«ng t¸c cña nã. + T¹p ©m giao thoa : sinh ra do sù giao thoa sãng ®iÖn tõ cña tr¹m mÆt ®Êt th«ng tin vÖ tinh víi c¸c tram viba trªn mÆt ®Êt, ®Ó ®¶m b¶o an toµn th«ng tin cho c¸c hÖ thèng nµy, CCIR quy ®Þnh c«ng suÊt giao thoa trung b×nh ®îc ®o b»ng psophometer ph¶i < 1000 pw trong mét giê bÊt k×. + T¹p ©m nhiÖt : b¶n th©n nã sinh ra do chuyÓn ®éng ngÉu nhiªn cña c¸c ®iÖn tö tù do trong c¸c vËt dÉn ®iÖn, khi chuyÓn ®éng c¸c ®iÖn tö nµy va ch¹m víi c¸c nguyªn tö vµ sinh ra t¹p ©m nhiÖt. MÆc dï vËt dÉn cã hë m¹ch ®i n÷a th× c¸c ®iÖn tö tù do chuyÓn ®éng kh«ng theo quy luËt vÉn g©y ra t¹p ©m nhiÖt. + T¹p ©m mÆt trêi : ®îc sinh ra khi mÆt trêi ho¹t ®éng m¹nh theo c¸c chu kú kh¸c nhau vµ ¶nh hëng ë c¸c møc ®é kh¸c nhau, nÕu tr¹m mÆt ®Êt vµo vÞ trÝ nh×n th¼ng mÆt trêi th× cã thÓ mÊt liªn l¹c hoµn toµn v× møc t¹p ©m qóa lín. NhiÔu giao thoa : Khi c¸c hÖ thèng l©n cËn nhau sö dông chung b¨ng tÇn sè, mÆc dï ®· cã mét sù ng¨n c¸ch ®Þa lý nµo ®ã, chóng vÉn g©y nhiÔu cho nhau. Khi ®ã, c¸c tÝn hiÖu lµ cã Ých víi mét tr¹m nµy th× l¹i lµ t¹p ©m ®èi víi mét tr¹m kh¸c. §Ó tr¸nh can nhiÔu ngêi ta quy ®Þnh hai vÖ tinh ®Þa tÜnh lµm viÖc ë cïng tÇn sè ph¶i cã kinh ®é lÖch nhau Ýt nhÊt 2o. C¸c d¶i tÇn dïng cho th«ng tin vÖ tinh còng thêng ®îc ph©n phèi cho mét sè hÖ thèng mÆt ®Êt sö dông. V× vËy mµ cã thÓ x¶y ra can nhiÔu gi÷a c¸c tuyÕn vÖ tinh vµ c¸c tuyÕn mÆt ®Êt. H×nh 2.8 Can nhiÔu gi÷a c¸c hÖ thèng l©n cËn Ngoµi ra, do ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t kh«ng tuyÕn tÝnh cña c¸c bé khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ( hµm POUT = f(PIN) lµ mét ®êng cong ) cho nªn bao giê còng cã sù can nhiÔu gi÷a c¸c sãng mang kh¸c tÇn sè g©y bëi c¸c thµnh phÇn xuyªn ®iÒu chÕ. Sù can nhiÔu nµy sÏ trë nªn nghiªm träng khi c«ng suÊt ph¸t cña c¸c hÖ thèng qua lín. Mét sù can nhiÔu tù nhiªn ®ã lµ tõ mÆt trêi vµ mÆt tr¨ng. Trong ®ã, sù can nhiÔu lín nhÊt x¶y ra khi mÆt trêi n»m ®óng trªn híng antenna cña ES chØ ®Õn vÖ tinh ®Þa tÜnh. Lóc ®ã mÆt trêi sÏ räi th¼ng vµo gãc më cña antenna g©y nªn mét lîng t¨ng nhiÖt ®é t¹p ©m DTA tíi 12000K. Trong ®iÒu kiÖn nµy mäi ho¹t ®éng cña tr¹m ®Òu bÞ tª liÖt v× tØ sè S/N qóa nhá. §Ó kh¾c phôc, ngêi ta ph¶i quay antenna ®i híng kh¸c hoÆc t¾t m¸y chê mÆt trêi ®i qua. HiÖn tîng nµy diÔn ra kh«ng l©u vµ x¶y ra theo quy luËt hµng n¨m cho nªn thêng ®îc dù b¸o tríc . MÆt tr¨ng còng g©y nªn hiÖn tîng t¬ng tù nhng chØ lµm t¨ng mét lîng DTA cùc ®¹i = 250K (Khi tr¨ng r»m). Can nhiÔu tõ c¸c hµnh tinh kh¸c trong vò trô cã thÓ bá qua. 2.4.3.9.¶nh hëng cña trÔ truyÒn dÉn : Thêi gian truyÒn dÉn tÝn hiÖu lµ thêi gian ®Ó chuyÓn tin tøc tõ mét thiÕt bÞ ®Çu cuèi nµy ®Õn mét thiÕt bÞ ®Çu cuèi kh¸c. Th«ng thêng c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®îc nèi víi c¸c ES th«ng qua m¹ng. V× vËy, thêi gian truyÒn dÉn sÏ b»ng tæng thêi gian tÝn hiÖu ®i trªn tuyÕn kh«ng gian (Space Link) vµ thêi gian tÝn hiÖu ®i trong m¹ng. H×nh 2.9 TuyÕn th«ng tin vÖ tinh cã m¹ng chuyÓn tiÕp Thêi gian truyÒn dÉn trªn tuyÕn kh«ng gian : Thêi gian truyÒn dÉn trªn tuyÕn kh«ng gian tss phô thuéc vµo kiÓu quü ®¹o cña vÖ tinh. Víi vÖ tinh tÇm thÊp tss cã gi¸ trÞ nhá cßn ®èi víi vÖ tinh ®Þa tÜnh tss cã gi¸ trÞ kh¸ lín. v× tss lín nªn khi truyÒn tho¹i qua vÖ tinh ®Þa tÜnh, hiÖu øng tiÕng väng (Echo) kh¸ râ rÖt so víi c¸c vÖ tinh di ®éng tÇm thÊp. Tuy nhiªn, tss cña vÖ tinh ®Þa tÜnh l¹i t¬ng ®èi æn ®Þnh trong khi tss cña c¸c vÖ tinh di ®éng l¹i biÕn ®æi liªn tôc. NÕu ta gäi RU vµ RD lÇn lît lµ chiÒu dµi qu·ng ®êng tuyÕn lªn vµ tuyÕn xuèng, c lµ vËn tèc ¸nh s¸ng (c = 3.108 m/s) th× : tSS = ( RU + RD )/c (2.16) b>Thêi gian truyÒn dÉn trong m¹ng : §Ó tÝnh thêi gian truyÒn dÉn trong m¹ng ta cã thÓ dïng c«ng thøc : tN = 12 + (0,004. kho¶ng c¸ch gi÷a hai Terminal [Km]) [ms] (2.17) Nãi chung, ta cã thÓ lÊy thêi gian truyÒn dÉn trung b×nh = 30 ms cho mçi m¹ng t¬ng øng víi kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn lµ 12000 km. Nh vËy thêi gian trÔ truyÒn dÉn toµn tuyÕn sÏ lµ : t = tSS + tN. TiÕng väng lµ hiÖn tîng x¶y ra ë m¹ch chuyÓn 2 d©y thµnh 4 d©y ë m¸y ®iÖn tho¹i lµm cho ngêi nãi nghe thÊy chÝnh tiÕng cña m×nh trªn èng nghe. HiÖn tîng nµy cµng râ khi t cµng lín . V× vËy ®èi víi hÖ thèng cã vÖ tinh ®Þa tÜnh cã tSS n»m trong kho¶ng 238-278ms ( øng víi gãc ngÈng cña ES = 90o vµ 0o ), c¸c m¹ch triÖt tiÕng väng lu«n ph¶i dïng ®Õn. 2.4.3.10.BiÖn ph¸p kh¾c phôc : Bï hiÖu øng quay ph©n cùc : Khi hiÖu øng Faraday lµm cho ph©n cùc bÞ quay, g©y nªn LPOL ngêi ta sÏ kh¾c phôc b»ng c¸ch quay tríc ph©n cùc antenna ph¸t cña ES ®i mét gãc ®Ó ph©n cùc cña sãng mang sau khi bÞ quay sÏ ®óng víi ®Æc tÝnh ph©n cùc cña antenna thu ë vÖ tinh. §ång thêi ë phÝa thu ngêi ta còng dïng c¸ch quay ph©n cùc antenna thu cña ES sao cho nã phï hîp víi ®Æc tÝnh ph©n cùc cña sãng mang ®i xuèng. ViÖc bï cã thÓ ®îc tù ®éng hãa nhê viÖc ®o c¸c tÝn hiÖu beacon. Bï suy hao : Suy hao lµm gi¶m tØ sè C/No cña m¸y thu do suy hao lµm gi¶m c«ng suÊt cña sãng mang. V× vËy, ®Ó bï suy hao, ngêi ta ph¶i dù phßng c«ng suÊt cho c¸c tr¹m mÆt ®Êt ®Ó ®¶m b¶o ®îc tØ sè C/No yªu cÇu. Trong c¸c lo¹i tiªu hao, tiªu hao do ma lµ cã ý nghÜa nhÊt vµ còng biÕn ®éng thÊt thêng nhÊt. NÕu gäi ®¹i lîng (C/No)REQUIRE lµ møc ®é C/No cÇn thiÕt ®Ó m¸y thu duy tr× ®îc chÊt lîng tÝn hiÖu vµ (C/No)RAIN lµ møc C/No cña tuyÕn khi cã ma th× (C/No)RAIN kh«ng ®îc nhá h¬n (C/No)REQUIRE trong ( 100-p )% thêi gian trung b×nh n¨m. Khi ®iÒu kiÖn thêi tiÕt tèt, m¸y thu ®¹t mét møc (C/No)CLEARSKY lín, khi cã ma m¸y thu chØ ®¹t møc (C/No)RAIN nhá h¬n nhng vÉn ph¶i ®¶m b¶o ho¹t ®éng b×nh thêng. V× vËy, hÖ sè dù phßng M(p) ®îc tÝnh bëi : M(p) = (C/No)CLEARSKY - (C/No)RAIN = (C/No)CLEARSKY - (C/No)REQUIRE (2.18) M(p) ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng gi¶m møc (C/No) cña m¸y thu hoÆc kh¶ n¨ng t¨ng EIRP cña m¸y ph¸t trong ®iÒu kiÖn cã ma ®Ó hÖ thèng vÉn lµm viÖc tin cËy. Trong p% thêi gian n¨m, M(p) cã thÓ kh«ng ®ñ bï khi cêng ®é ma vît qóa RP. Ph©n tËp kh«ng gian: Nguyªn lý cña ph¬ng ph¸p nµy rÊt ®¬n gi¶n. Ngêi ta thÊy r»ng c¸c trËn ma lín chØ diÔn ra trªn vïng hÑp. V× vËy, nÕu hai ES cïng liªn l¹c ®Õn mét vÖ tinh trªn hai tuyÕn ph©n c¸ch nhau ®ñ lín vÒ mÆt ®Þa lya th× hai tr¹m nµy sÏ cã møc suy hao kh¸c nhau A1(t) vµ A2(t). Ngêi ta sÏ chän tuyÕn nµo cã møc suy hao thÊp nhÊt trong hai tuyÕn trªn ®Ó lµm viÖc vµ ph©n luång th«ng tin tíi ®ã. Do vËy, suy hao mµ tuyÕn ph¶i chÞu sÏ chØ lµ : AD(t) = min[A1(t) , A2(t) ] BiÖn ph¸p thÝch øng : §Ó gi¶m ¶nh hëng cña t¹p ©m vµ can nhiÔu cho c¸c tuyÕn th«ng tin ngêi ta tuú thuéc vµo c¸c ®iÒu kiÖn cô thÓ cña tõng tuyÕn ®Ó thay ®æi mét sè th«ng sè nµo ®ã cho phï hîp nh»m duy tr× ®îc møc C/No theo yªu cÇu. C¸c biÖn ph¸p nµy cã thÓ lµ : + Sö dông b¨ng tÇn sè thÊp h¬n, do ®ã, chÞu ¶nh hëng cña suy hao m«i trêng thÊp h¬n, ®ång thêi sù can nhiÔu ë b¨ng tÇn thÊp còng Ýt h¬n. + Sö dông møc EIRP cao h¬n do ®ã t¨ng ®îc c«ng suÊt sãng mang C + Gi¶m dung lîng truyÒn dÉn, gi¶m sè sãng mang ®a truy nhËp + Sö dông c¸c m· ph¸t hiÖn lçi vµ söa lçi (FEC),ARQ.... + Sö dông thiÕt bÞ cao cÊp h¬n. Tuy nhiªn khi ®é tin cËy t¨ng lªn th× chi phÝ cho thiÕt bÞ trë lªn rÊt ®¾t. 2.5. C¸c tham sè vµ ®Æc tÝnh t¹p ©m : 2.5.1. §Æc tÝnh t¹p ©m : C«ng suÊt t¹p ©m : Tõ l©u b»ng thùc nghiÖm ngßi ta nhËn thÊy r»ng t¹p ©m phô thuéc vµo nhiÖt ®é, trë kh¸ng vµ d¶i th«ng. Nuiquit ®· ®a ra c«ng thøc tÝnh t¹p ©m nh sau : Pt© = k.T.B [ W ] trong ®ã : + Pt© : c«ng suÊt t¹p ©m ®îc truyÒn cho t¶i cã trë kh¸ng ®Çu vµo b»ng trë kh¸ng cña m¸y ph¸t t¹p ©m trªn lý thuyÕt. + k : h»ng sè Boltzmans vµ cã gi¸ trÞ b»ng k = 1,38.10-23 J/K + T : nhiÖt ®é cña m¸y ph¸t t¹p ©m tÝnh b»ng oK, trong thùc tÕ thêng ®îc lÊy b»ng 20oC (hoÆc 293 oK) khi Êy k.T lµ mét h»ng sè ®îc tÝnh nh sau : k.T = 1,38.10-23.293 = 4.10-15 [ W/MHz ] lµ gi¸ trÞ chuÈn thêng ®îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n. + B¨ng tÇn 3 dB cña thiÕt bÞ hoÆc m¹ch ®iÖn ®ã t×nh b»ng Hz. HÖ sè t¹p ©m : BÊt kÓ mét m¹ch nµo dï tÝch cùc hay thô ®éng ®Òu sinh ra t¹p ©m. V× vËy, tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m (S/N) t¹i ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña m¹ch th«ng thêng lµ kh¸c nhau. Ngêi ta ®a ra kh¸i niÖm tû sè gi÷a hai gi¸ trÞ S/N t¹i ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña m¹ch ®îc gäi lµ hÖ sè t¹p ©m F vµ biÓu diÔn nh sau : F = (Si/Ni) : (So/No) HÖ sè t¹p ©m biÓu hiÖn tÝnh chÊt t¹p ©m cña mét m¹ch ®iÖn nµo ®ã, khi biÕt ®îc hÖ sè t¹p ©m cña mét m¹ch vµ tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m ë ®Çu vµo th× sÏ tÝnh ®îc tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m t¹i ®Çu ra cña m¹ch ®ã. Sè t¹p ©m NF lµ hÖ sè ®îc tÝnh theo decibels nh sau : NF =10logF [dB] Ta h·y xÐt mét m¹ch cã hÖ sè khuyÕch ®¹i G theo h×nh díi ®©y : Ta cã : F = (Si/Ni) : (So/No) = No : [(So : Si).Ni] Ni = k.T.B G = So/Si ==> F = No/(G.k.T.B) hay lµ : F = No / N’o trong ®ã : N’o = G.k.T.B ®îc gäi lµ c«ng su©t t¹p ©m cña m¹ch lý tëng. NÕu quy t¹p ©m ph¸t ra trong m¹ch vÒ ®Çu vµo No vµ ta coi m¹ch lµ lý tëng th× sÏ ®îc mét m¹ch t¬ng ®¬ng vµ ta cã F = (Si/Ni) : (So/No) = (Si/Ni) : [Gi.Si/G.(Ni + N)] ==> F = (Ni + Nn) : Ni NhiÖt ®é t¹p ©m : §Ó m« t¶ ®Æc trng t¹p ©m cña thiÕt bÞ vµ cho toµn bé hÖ thèng th«ng tin, ngêi ta ®· ®a kh¸i niÖm NhiÖt ®é t¹p ©m t¬ng ®¬ng dïng trong th«ng tin vÖ tinh. NhiÖt ®é t¹p ©m t¬ng ®¬ng Te ( lµ tæng tÊt c¶ c¸c t¹p ©m thµnh phÇn ) cña mét thiÕt bÞ ®îc tÝnh to¸n tõ c«ng suÊt t¹p ©m Pn quy vÒ ®Çu vµo cña thiÕt bÞ lµm viÖc ë b¨ng tÇn B ®îc biÓu diÔn nh sau : Te = P n / k.B Ta xÐt mèi quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é t¹p ©m vµ hÖ sè t¹p ©m theo h×nh díi ®©y : T¹p ©m trong hÖ thèng m¹ch nèi tiÕp : Thùc chÊt mét ®êng truyÒn trong hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh ®îc hiÓu nh mét nhãm gåm nhiÒu m¹ch nèi tiÕp nhau : Trêng hîp cã n m¹ch nèi tiÕp nh©u nh trªn h×nh ta ®îc hÖ sè t¹p ©m cña m¹ch tæng hîp lµ : F = F1 + ( F2 – 1 )/G1 + ( F3 – 1 )/G1.G2 + ... + ( Fn – 1 )/G1.G2...Gn-1 NÕu c¸c m¹ch cã nhiÖt ®é t¹p ©m hiÖu dông lµ Te1,Te2 ..... trong c«ng thøc trªn thay F = 1 + Te/To ta sÏ ®îc nhiÖt ®é t¹p ©m t¬ng ®¬ng cña m¹ch kÕt hîp lµ : Te = Te1 + Te2 /G1+ Te3 /G1 G2+ ... T¹p ©m trong hÖ thèng m¹ch // : HÖ sè t¹p ©m bé suy hao : HÖ sè suy hao L cña mét m¹ch suy hao chÝnh lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt ®Çu ra vµ c«ng suÊt ®Çu vµo cña m¹ch ®ã, hÖ sè t¹p ©m cña m¹ch suy hao ®îc tÝnh : F = 1 / L NÕu Te lµ nhiÖt ®é t¹p ©m t¬ng ®¬ng cña m¹ch suy hao ®îc tÝnh nh sau : Te = ( F - 1 ).T = ( 1/L -1 ).To 2.5.2. C¸c tham sè kü thuËt cña hÖ thèng : NhiÖt ®é t¹p ©m cña hÖ thèng : NhiÖt ®é t¹p ©m cña hÖ thèng (TS) cña mét tr¹m mÆt ®Êt gåm hai thµnh phÇn c¬ b¶n sau : nhiÖt ®é t¹p ©m cña hÖ thèng thu vµ nhiÖt ®é t¹p ©m antenna kÓ c¶ èng dÉn sãng,phid¬ .... vµ ®îc biÓu diÔn nh sau : Ts = To + Tphid¬ + Tr trong ®ã : + Ts : nhiÖt ®é t¹p ©m hÖ thèng + To : nhiÖt ®é t¹p ©m antenna + Tphid¬ : nhiÖt ®é t¹p ©m èng dÉn sãng vµ phid¬ + Tr : nhiÖt ®é t¹p ©m hÖ thèng thu NÕu cã suy hao phid¬ vµ èng dÉn sãng lµ L, To lµ nhiÖt ®é tiªu chuÈn lµ 290oK ta ®îc nhiÖt ®é t¹p ©m hÖ thèng tÝnh theo c«ng thøc sau : Ts = Ts/L + (1 - 1/L)To + Tr Ch¼ng h¹n nhiÖt ®é t¹p ©m cña hÖ thèng Ts = 68,70K lµ cña tr¹m mÆt ®Êt cã ®êng kÝnh antenna 30m, trong ®ã To = 40oK, Tr = 20oK vµ tæng suy hao phid¬ vµ èng dÉn sãng lµ 2 dB. b. HÖ sè phÈm chÊt tr¹m mÆt ®Êt : HÖ sè phÈm chÊt cña tr¹m mÆt ®Êt th«ng tin vÖ tinh lµ mét gi¸ trÞ quan träng nãi lªn kh¶ n¨ng ho¹t ®éng cña tr¹m biÓu diÔn b»ng tØ sè gi÷a hÖ sè khuyÕch ®¹i cña anten vµ nhiÖt ®é t¹p ©m hÖ thèng tÝnh theo dB/oK. C¸c tr¹m mÆt ®Êt trong hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh Intelsat ®îc ph©n lo¹i tiÖu chuÈn theo gi¸ trÞ G/T, vÝ dô nh tr¹m mÆt ®Êt tiªu chuÈn A ph¶i cã hÖ sè phÈm chÊt lín h¬n 35,5 [ dB/oK ]. c.C«ng suÊt sãng mang trªn nhiÖt ®é t¹p ©m C/T : Trong mét ®êng liªn l¹c ®iÓm nèi ®iÓm c«ng suÊt sãng mang Cr t¹i ®Çu vµo cña mét antenna thu lµ : Cr = G.Pr trong ®ã : + G lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i cña hÖ thèng + Pr lµ c«ng suÊt thu ®îc quy vÒ 1 antenna v« híng. VËy, tû sè sãng mang trªn nhiÖt ®é t¹p ©m ®Çu vµo : C/T ( Cr / T ) = G.Pr / T = Pr.G / T T lµ ®¹i diÖn cho nhiÖt ®ét t¹p ©m cña nguån t¹p ©m nhiÖt ®îc nèi ®Õn ®Çu vµo, tõ ®ã c«ng suÊt t¹p ©m ë ®Çu ra lµ : No = F.G.k.Ts.B Tõ ®ã, c«ng suÊt t¹p ©m ®îc m¹ch ph¸t ra lµ : F.G.k.Ts.B – G.k.Ts.B = ( F -1 ).G.k.Ts.B Trong ®ã, G.k.Ts.B lµ c«ng suÊt t¹p ©m ®Çu ra khi xÐt m¹ch lµ m¹ch lý tëng, quy t¹p ©m cña m¹ch vÒ ®Çu vµo víi nhiÖt ®é lµ Te vµ coi m¹ch lµ lý tëng th× c«ng suÊt t¹p ©m mµ nã t¹o ra ë ®Çu ra lµ : k.G.Te.B vµ ta ®îc : G.k.Te.B = ( F - 1 ).G.k.Te.B Te = ( F - 1 ).Te F = 1 + Te / Ts ë trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é trong phßng 20oC, ta thu ®îc sù liªn quan gi÷a F vµ NhiÖt ®é t¹p ©m t¬ng ®¬ng cña nã lµ : F = 1 + Te / To víi To = 293oK d.NhiÖt ®é t¹p ©m antenna : C¸c bóp phô cña Anten tr¹m mÆt ®Êt thu tÊt c¶ c¸c lo¹i t¹p ©m trªn mÆt ®Êt vµ kh«ng gian g©y ra do con ngêi, thiªn nhiªn, mÆt trêi, mÆt tr¨ng do c¸c hÖ thèng viba trªn mÆt ®Êt... tõ nhiÒu híng kh¸c nhau. T¹p ©m cña antenna ®îc ®Æc trng bëi nhiÖt ®é t¹p ©m antenna To , nÕu c«ng suÊt t¹p ©m do antenna thu ®îc lµ Pn trong d¶i tÇn B th× : Tn = Pn / k.B C/N : Muèn x¸c ®Þnh ®îc ngìng thu cña hÖ thèng ta ph¶i biÕt tû sè sãng mang trªn t¹p ©m ( C/N ) t¹i ®Çu vµo bé ph¶n ®iÒu chÕ t¹i b¨ng tÇn mµ tÝn hiÖu chiÕm. Tû sè ®ã ®îc diÔn ®¹t theo c«ng thøc sau : C/N = C/( k.T.B ) = C/T.( 1/k.B ) trong ®ã : + C : biÓu thÞ c«ng suÊt sãng mang ®Çu vµo + C/N tÝnh theo [ dBW/oK ] ta ®îc : C/N = C/T – 10logk – 10logB [dB] trong ®ã: + k = 1,374.10-23 + k[dB] = 10log1,374.10-23 = -228,6 [dB] Tõ ®ã suy ra : C/N = C/T + 228,6 – 10logB [dB] S/N : Lµ tû sè gi÷a tÝn hiÖu thu ®îc trªn t¹p ©m cña mét kªnh th«ng tin ®îc x¸c ®Þnh t¹i b¨ng tÇn c¬ b¶n theo c«ng thøc sau : S/N = C/N + Dm trong ®ã : + C/N [dB] lµ gi¸ trÞ cña tû sè sãng mang trªn t¹p ©m t¹i ®Çu vµo bé ph¶n chÕ. + Dm lµ gi¸ trÞ hÖ sè gi¶i ®iÒu chÕ nã phô thuéc vµo kü thuËt ®iÒu chÕ ®îc sö dông. Eb/No : Ngêi ta sö dông kh¸i niÖm tû sè Eb/No khi c¸c sãng mang trªn vÖ tinh ®îc dïng lµ sãng mang sè, tû sè nµy lµ thíc ®o kh¶ n¨ng phôc håi d÷ liÖu sè cña Modem sè trong sù cã mÆt cña t¹p ©m. TØ sè nµy cµng lín thi BER ( Bit error Rate ) cµng gi¶m cã nghÜa quan hÖ gi÷a chóng lµ quan hÖ nghÞch. S/N = ( R.Eb ) : ( B.No ) NÕu b¨ng tÇn b»ng tèc ®é truyÒn tøc lµ ®Ó truyÒn ®îc mét bit cÇn cã b¨ng tÇn réng 1Hz vµ tõ c«ng thøc trªn suy ra : S/N = Eb/No Ch¬ng 2: Kü thuËt ®iÒu chÕ vµ c¸c ph¬ng ph¸p ®a truy nhËp 2.1. Kü thuËt ®iÒu chÕ 2.1.1. Kh¸i niÖm: §iÒu chÕ tÝn hiÖu lµ biÕn ®æi b¶n tin cÇn truyÒn sang mét d¹ng n¨ng lîng míi cã quy luËt biÕn ®æi theo tin tøc vµ thÝch hîp víi m«i trêng truyÒn dÉn. Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ lµ qu¸ tr×nh dïng tÝn hiÖu tin tøc ®Ó thay ®æi mét hay nhiÒu th«ng sè cña ph¬ng tiÖn mang tin. Ph¬ng tiÖn mang tin trong th«ng tin vÒ tÝnh thêng l¹ trong ®iÖn tö cao tÇn (Radio Frequency). ViÖc ®iÒu chØnh ph¶i ®¶m b¶o sao cho tÝn hiÖu Ýt bÞ can nhiÔu nhÊt khi sãng mang ®i qua m«i trêng trung gian. Ngêi ta ph©n ra lµm 2 kü thuËt ®iÒu chÕ: Kü thuËt ®iÒu chÕ t¬ng tù cho c¸c tÝn hiÖu t¬ng tù vµ kü thuËt ®iÒu chÕ sè cho c¸c tÝn hiÖu sè. §èi víi tÝn hiÖu t¬ng tù th× kiÓu ®iÒu chÕ thêng dïng trong th«ng tin vÖ tinh lµ chÞu tÇn FM (dïng cho tho¹i, sè liÖu vµ truyÒn h×nh). C¸c ph¬ng ph¸p nh AM, QAM rÊt Ýt dïng bëi kho¶ng c¸ch truyÒn rÊt lín cña vÖ tinh cïng víi t¹p ©m cña ®êng truyÒn sÏ lµm cho biªn ®é cña sãng m¹ng bÞ thay ®æi rÊt m¹nh g©y nhiÒu khã kh¨n trong qu¸ tr×nh gi¶i ®iÒu chÕ. C¸c kü thuËt ®iÒu chÕ sè dùa trªn c¬ së dïng biÖn ph¸p t¹i c¸c dßng bÝt tin tøc lªn sãng m¹ng. TÝn hiÖu ë b¶ng gèc bao giê còng lµ tÝn hiÖu Analogue nªn chóng ph¶i ®îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu sè nhê ph¬ng thøc PCM tríc khi ®em ®i ®iÒu chÕ. Kü thuËt ®iÒu chÕ sè thêng dïng trong th«n tin vÖ tin thêng lµ ®iÒu chÕ ®Þnh møc pha PSK (Phase Shift Key) vµ ®iÒu chÕ ®Þnh møc pha vi sai DE.PSK (Diffeventral PSK). ¦u ®iÓu cña kü thuËt ®iÒu chÕ sè lµ nã khai th¸c ®îc c¸c mÆt m¹nh cña tÝn hiÖu sè so víi tÝn hiÖu t¬ng tù, Ýt bÞ can nhiÒu cña m«i trêng vµ dÔ kÕt hîp víi qu¸ tr×nh sö lý nh m· ho¸, b¶o mËt, söa lçi vµ chèng lçi.. Nãi chung nguyªn t¾c cña 2 kü thuËt ®iÒu chÕ sè vµ t¬ng tù lµ gièng nhau. TruyÒn dÉn tho¹i thêng sö dông: SCPC/FM , FDM/FM vµ FDM/SSB - AM TruyÒn dÉn h×nh thêng sö dông: SCPC/FM 2.1.2. Kü thuËt ®iÒu chÕ tÇn sè (FM) a/ Nguyªn lý: §iÒu chÕ tÇn sè lµ dïng tÝn hiÖu cÇn truyÒn ®Ó biÕn ®iÖn tÇn sè cña sãng mang. Gäi v(+) lµ ®iÖn thÕ biÓu diÔn tÝn hiÖu dïng ®Ó ®iÒu chÕ vµ Fc lµ tÇn sè cña sãng mang. Khi ®iÒu chÕ sãng mang v(+) sÏ lµm cho Fc biÕn thiªn, hay thay ®æi mét lîng DF. DF ®îc s¸c ®Þnh theo c«ng thøc: DF(t) = F(t) - Fc = KFM.v(t) [Hf] Trong ®ã: KFM (Hf/v) lµ hÖ sè cña bé ®iÒu chÕ vµ F(t) lµ tÇn sè sãng mang bÞ biÕn ®iÖu theo thêi gian. Nh vËy sù biÕn ®æi cña v(t) ®Æc trng cho tÝn hiÖu cÇn truyÒn ®· ®îc t¶i lªn sãng mang theo hµm sè DF(t). Bªn thu sÏ c¨n cø vµo DF(t) ®Ó kh«i phôc v(t) b/ ChØ sè ®iÒu tÇn: Gi¶ sö tÝn hiÖu v(+) ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: v(t) = A sin(2p FM t) Nh vËy ®é lÖch tÇn sè cùc ®¹i cña sãng mang sÏ lµ DFMAX = KFM A Khi nµy chØ sè ®iÒu tÇn MFM ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc MFM = DFMAX /FM ChØ sè ®iÒu chÕ ®îc ®Þnh nghÜa ®Ó biÓu thÞ møc ®é ®iÒu chÕ (®é s©u) cña tÝn hiÖu ®èi víi sãng mang. Gi¸ trÞ MFM biÕn thiªn theo gi¸ trÞ biªn ®é A cña tÝn hiÖu tin tøc c/ §é réng phæ cña sãng mang ®iÒu tÇn: Phæ cña sãng mang bÞ ®iÒu chÕ bëi mét tÝn hiÖu chuÈn h×nh sin cã tÇn sè FM chiÕm mét ®é réng ®îc tÝnh theo c«ng thøc Carson B = 2(mFM + 1) . FMAX MFM = DFMAX / FMAX 2.1.3. Kü thuËt gi¶i ®iÒu chÕ sãng mang FM. a/ Nguyªn lý: Nguyªn lý cña gi¶i ®iÒu chÕ ngîc víi nguyªn lý cña qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ. Bé gi¶i ®iÒu chÕ x¸c ®Þnh ®é lÖch tÇn sè tøc thêi cña sãng mang DF(+) vµ tõ ®ã kh«i phôc ®iÖn thÕ tin tøc U(+) theo ph¬ng tr×nh U(t) = dFM . DF(t) dFM lµ hÖ sè cña bé gi¶i ®iÒu chÕ, ®îc tÝnh theo [V/Hz] b/ Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m t¹i ®Çu ra cña bé gi¶i ®iÒu chÕ §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é t¹p ©m ngêi ta thêng sö dông kh¸i niÖm mËt ®é phæ c«ng suÊt tËp ©m No, ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: N = No.BN . Trong ®ã N lµ c«ng suÊt t¹p ©m tæng céng trªn toµn d¶i BN. §èi víi ph¬ng thøc gi¶i ®iÒu tÇn, No sÏ phô thuéc vµo tÇn sè vµ ®îc tÝnh theo: No(F) = No(dFM/A)2 (2pF)2 (W/Hz) ë ®©y A lµ biªn ®é cña sãng mang thu ®îc vµ No lµ mËt ®é phæ c«ng suÊt t¹p ©m t¹i ®Çu vµo cña bé gi¶i ®iÒu chÕ. DÔ thÊy r»ng mËt ®é phæ t¹p ©m cña bé gi¶i ®iÒu chÕ t¹i ®Çu ra No(F) cã d¹ng ®êng Parabol. NÕu tÝn hiÖu tin tøc cã ®é réng phæ trong kho¶ng ( 0 ¸FMAX ) th× tû sè S/N t¹i ®Çu ra cña bé gi¶i ®iÒu chÕ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: S/N = [3/2FMAX] (DFMAX/FMAX)2 (C/No)T Trong ®ã (C/No)T lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt sãng mang vµ mËt ®é phæ c«ng suÊt t¹p ©m trªn toµn tuyÕn ®îc ®o t¹i ®Çu vµo cña bé gi¶i ®iÒu chÕ. No ®îc ®¸nh gi¸ trong d¶i: BN = B = 2 (MFM + 1) FMAX c/ T¨ng Ých gi¶i ®iÒu tÇn V× N = No.BN nªn ta cã C/N = (C/No)T.BN Nh vËy ta cã: S/N = (2/3)(BN/FMAX)( DFMAX/FMAX)2 (C/N) = 3(1+MFM).MF2M . C/N Khi MFM ®ñ lín th× ta cã thÓ coi S/N = 3 MF2M. C/N Ta thÊy r»ng S/N t¨ng nhanh theo MFM hay theo DFMAX cña sãng mang cho nªn ®èi víi nh÷ng tuyÕn chØ cã thÓ ®¸p øng ®îc mét gi¸ trÞ C/N nhá ta vÉn cã thÓ ®¹t ®îc mét tû sè S/N lín t¹i m¸y thu nÕu më réng b»ng tÇn cña m¸y thu hay t¨ng ®é s©u ®iÒu chÕ. §©y chÝnh lµ nguyªn lý ho·n ®æi b¨ng tÇn c«ng suÊt cña ph¬ng ph¸p FM. Nguyªn lý nµy lµm cho ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ FM ®Æc biÖt thÝch hîp cho viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu qua vÖ tinh. Th«ng thêng gi¸ trÞ S/N nhá nhÊt cho phÐp lµ 10dB gäi lµ g¬ng gi¶i ®iÒu tÇn. 2.1.4. §iÒu chÕ sè a/ Nguyªn lý: H×nh 2.1 cho ta thÊy nguyªn lý c¬ b¶n cña mét bé ®iÒu chÕ sè Bé t¹o møc (Symbol Generator) Bé m· häc (Encoding) Bé t¹o tÝn hiÖu sãng mang (Chanel Signal Generator) Bé ®iÒu chÕ sè Bé t¹o møc M M· ho¸ Bé t¹o tÝn hiÖu sãng mang M Dßng sè ®i vµo H×nh 2.1 Nguyªn lý cña bé ®iÒu chÕ sè Bé t¹o møc ®Çu vµo sÏ chuyÓn chuçi nhÞ ph©n ra M møc x¸c ®Þnh. Cø 1 nhãm m bÝt c¹nh nhau ë ®Çu vµo sÏ ®îc thÓ hiÖn bëi mét møc ®Æc trng riªng cho cÊu tróc logic cña nhãm. Nh vËy gi÷a M vµ m cã quan hÖ M = 2m Bé m· ho¸ sÏ t¹o ra 1 sù t¬ng quan nµo ®ã gi÷a M møc trªn víi M tr¹ng th¸i cña sãng mang. Th«ng thêng cã 2 kiÓu m· ho¸ sau: + M· ho¸ trùc tiÕp (Direct Encoding) Mét møc sÏ t¬ng øng víi mét tr¹ng th¸i cña sãng m¹ng + M· ho¸ vi sai (Differental Encoding) Mét møc sÏ t¬ng øng víi mét sù thay ®æi nhÊt ®Þnh gi÷a 2 tr¹ng th¸i liÒn nhau cña sãng mang. NÕu tèc ®é cña luång sè ®Çu vµo bé ®iÒu chÕ lµ Rc (bit/s) th× tèc ®é ®Çu ra cña bé ®iÒu chÕ sè Rs trong mçi s sÏ lµ Rs = Rc/m = Rc/log2M(Ban d) §iÒu chÕ ®Þnh møc pha (PSK) ®Æc biÖt thÝch hîp víi viÖc truyÒn dÉn sè bëi nã Ýt bÞ ¶nh hëng cña nhiÔu vµ khi so s¸nh víi FSK th× nã sö dông phæ hiÖu qu¸ h¬n Hai kiÓu PSK phæ biÕn sö dông nhÊt trong th«ng tin vÖ tinh lµ BPSK vµ QPSK, trong mçi kiÓu l¹i cã hai kiÓu con tuú theo c¸ch m· ho¸ lµ pha trùc tiÕp hay ph¸ vi sai b/ §iÒu chÕ pha 2 tr¹ng th¸i BPSK vµ DE.BPSK H×nh 2.2 cho thÊy s¬ ®å cÊu tróc c¬ b¶n cña bé ®iÒu chÕ pha 2 tr¹ng th¸i Bé t¹o tÝn hiÖu sãng mang Sãng mang chuÈn M· ho¸ Sãng mang ®é ®iÒu chÕ v(t) (NRZ) U(t) (NRZ) 1800 00 (A) (O) Chuçi bÝt ®Çu vµo Sè liÖu dïng ®Ó ®iÒu chÕ coswct H×nh 2.2 CÊu tróc bé ®iÒu chÕ pha 2 tr¹ng th¸i ë ®©y kh«ng cÇn cã bé t¹o møc v× trong trêng hîp nµy 1 bÝt t¬ng øng víi mét møc. Chóng ta kü hiÖu bK lµ gi¸ trÞ logic cña bÝt ®Çu vµo trong thêi gian tån t¹i [ KTc, (Kt)Tc]. Bé nèi ho¸ sÏ chuyÓn gi¸ trÞ cña bÝt dK thµnh gi¸ trÞ bÝt mK cña chuèi ®iÒu chÕ v(t), thêng lµ m· NRZ ®Ó ®iÒu chÕ lªn sãng mang. NÕu m· ho¸ lµ trùc tiÕp th×: (DE = BPSK) mK = bK + mK - 1 Bé t¹o sãng mang ®îc ®iÒu khiÓn bëi bÝt mK tån t¹i trong kho¶ng thêi gian [KTo; (k+1)Tc] th«ng qua ®iÖn thÕ V(KTc) = ± U. Sãng mang ®îc ®iÒu chÕ cã tÇn sè Fc = Wc/2p vµ cã d¹ng nh sau C(t) = A cos(Wc+qk) = V(KTc) A cos wct trong c«ng thøc trªn th×: qk = p.mK = 0 mK = 0 1800 mK = 1 C¶ 2 ph¬ng thøc ®iÒu chÕ BPSK vµ DE.BPSK ®Òu cã d¹ng nh h×nh vÏ. Tuy nhiªn v× mK ®îc x¸c ®Þnh kh¸c nhau nªn qk sÏ thay ®æi ®èi víi cïng mét gi¸ trÞ bK nh theo b¶ng 2.1 BPSK DE-BPSK bK Pha mK-1 Pha cò mK Pha míi 0 0 0 1 0 p 0 1 0 p 1 p 0 1 0 p 1 0 p 0 c/ §iÒu chÕ pha bèn tr¹ng th¸i QPSK vµ DE.QPSK H×nh 2.3 Bé ®iÒu chÕ pha bèn tr¹ng th¸i QPSK H×nh 2.3 cho ta thÊy cÊu tróc c¬ b¶n cña bé ®iÒu chÕ pha 4 tr¹ng th¸i Bé t¹o møc cã vai trß nh mét bé biÕn ®æi nèi tiÕp - song song ®Ó t¹o ra hai chuèi nhÞ ph©n AK, BK tõ chuçi bK ban ®Çu. bK cã tèc ®é Rc th× AK, BK cã cïng tèc ®é Rc/2. Trong bé ®iÒu chÕ QPSK th× mét møc ®Æc trng cho 1 cÆp bit lÊy ra tõ 2 luång AK vµ BK tån t¹i trong kho¶ng thêi gian [KTs, TS(k+1)] víi Ts = 2Tc Bé m· ho¸ truyÒn cÆp bÝt AK, BK thµnh cÆp bÝt IK QK theo mét qui luËt nhÊt ®Þnh nµo ®ã vµ sau ®ã sÏ dïng mét tr¹ng th¸i pha nµo ®ã cña sãng mang ®Ó ®¹i diÖn cho cÆp bÝt IK QK nµy. Gi¸ trÞ ®iÖn thÕ cña IK QK sÏ lµ Ui(t) vµ UQ(t) NÕu m· ho¸ trùc tiÕp (QPSK) ta sÏ cã IK = AK vµ QK = BK NÕu m· ho¸ vi sai (DE.QPSK) ta sÏ cã IK = Ik-1 QK = Ik-1 Bé t¹o sãng mang sÏ sinh ra 2 sãng mang cã pha vu«ng gãc víi nhau th«ng qua mét bé quay pha 900 . Sau ®ã thµnh phÇn sãng mang cos sÏ ®îc ®iÒu chÕ biªn ®é bëi bÝt IK trong kho¶ng thêi gian [KTs, (k+1) Ts] vµ thµnh phÇn sãng mang sin ®îc ®iÒu chÕ lªn bÝt QK còng trong kho¶ng thêi gian nµy. §iÖn thÕ cña cÆp bÝt ®iÒu chÕ IK vµ QK lµ VI,Q(KTs) + ± U chÝnh lµ c¸c gi¸ trÞ cña IK vµ QK ®îc x¸c ®Þnh tõ c¸c c«ng thøc trªn t¹i thêi gian KTs. Cuèi cïng 2 thµnh phÇn ®iÒu ®îc céng víi nhau ®Ó t¹o ra sãng mang tæng hîp C(t) = AUI(KTs) cos wCt + A VQ(KTs) sinwCt = A Cos(wCt - f) B¶ng 2.2 QPSK DE-QPSK AkBk Pha Gãc ®æi pha 0 0 5p/4 0 0 1 3p/4 p/4 1 0 7p/4 p 1 1 p/4 3p/4 NhËn thÊy 2 sãng mang thµnh phÇn c._.y ®ñ ngêi ta cã thÓ thay thÕ nh÷ng khèi K bit b»ng b¶ng nh÷ng khèi kho¶ng k . 2k bit. Permutation ®Þnh râ tõng cÆp k bit ®Çu vµo øng víi nh÷ng vÞ trÝ ë ®Çu ra. VÝ dô nh bit vµo thø nhÊt. Cã thÓ chÌn ë vÞ trÝ thø 13 cña ®Çu ra, bit thø 2 chÌn vµo vÞ trÝ thø 61 cña ®Çu ra vµ cø tiÕp tôc nh vËy. Nh»m x¸c ®Þnh ®îc b¶ng truy nhËp ngÉn nhiªn ngêi ta lùa chän ph¬ng ph¸p thay ®æi trËt tù cña k bit øng víi k log2k bit. ViÖc thay ®æi trËt tù lµ mét trong nh÷ng kiÓu thay thÕ mµ trong ®ã øng víi mçi bit cña ®Çu ra ®îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c tõ 1 tËp bit ®Çu vµo. Sè ph¬ng ph¸p thay ®æi trËt tù bit ®¬ng nhiªn lµ nhá h¬n gi¸ trÞ cã thÓ cã cña mét bé 64 bit tuú ý. Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p kh¶ thi ®Ó cã thÓ x©y dùng ®îc thuËt to¸n kho¸ b¶o mËt ®em chia mét tËp bit ®Çu vµo thµnh nhiÒu khèi bit nhá h¬n vµ sau ®ã lÊy tÊt c¶ khèi nhá nµy ®em s¾p xÕp l¹i, t¹i ®Çu ra chóng ta sÏ thu ®îc 1 khèi bit cã bé gi¸ trÞ b»ng sè gi¸ trÞ bit ®Çu vµo ban ®Çu. Qu¸ tr×nh thay ®æi nµy ®îc lÆp l¹i theo mét sè lÇn x¸c ®Þnh. Mçi mét lÇn nh vËy ®îc gäi lµ 1 vßng lÆp. NÕu chóng ta chØ lÆp 1 lÇn th× 1 bit ®Çu vµo chØ cã thÓ g©y ¶nh hëng tíi 8 bit ®Çu ra, kÓ tõ vßng lÆp thø hai th× sè bit bÞ g©y ¶nh hëng sÏ lµ 82 (8i). Nh vËy sè vßng lÆp lµ mét yÕu tè v« cïng quan träng trong thuËt to¸n m· ho¸ nµy. Mét ®iÒu quan träng cña ph¬ng thøc b¶o mËt lµ nã ph¶i cã c¬ cÊu chuyÓn ®æi 2 chiÒu vµ ®a ra ®îc kho¸ gi¶i m·. H×nh 4.1. VÝ dô vÒ b¶o mËt khèi 4.2.1.2. Data encryption standard (DES): DES ra ®êi vµo n¨m 1977, ®©y lµ thuËt to¸n c¬ b¶n cña thuËt to¸n Lucifer cipher ®îc thiÕt kÕ víi IBM. DES sö dông tõ kho¸ 56 bit vµ m· ho¸ 64 bit ®Çu vµo thu ®îc 64 bit t¹i ®Çu ra. Thùc tÕ tõ kho¸ cïng 64 bit tuy nhiªn do 8 bit ®îc dïng ®Ó kiÓm tra ch½n lÎ v× vËy thùcchÊt chØ dïng 56 bit ®Ò lµm tõ kho¸. DES ®îc thiÕt kª nh 1 phÇn cøng nhng l¹i ®îc ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng b»ng nh÷ng phÇn mÒm chuyÒn dông. a. DES overview: H×nh 4.2. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét DES 64 bit ®Çu vµo ®îc thay ®æi vÞ trÝ s¾p xÕp vµ ta sÏ thu ®îc 64 bit cã vÞ trÝ hoµn toµn kh¸c so víi 64 bit ban ®Çu. Tõ kho¸ 56 ®îc ph©n chia thµnh 16 tæ hîp, mçi tæ hîp chia 48 bit ki (i = 1 – 16). Ta sÏ thùc hiÖn 16 vßng lÆp, øng víi vßng lÆp thø i tõ khoa ki sÏ ®îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn viÖc thay ®æi vÞ trÝ s¾p xÕp cña c¸c bit trong khèi 64 bit. Sau 16 vßng lÆp chóng ta sÏ thu ®îc khèi bit th«ng tin ®· ®îc m· ho¸. Qu¸ tr×nh gi¶i m· sÏ ch¹y ngîc l¹i, ®Çu tiªn ta sÏ lÊy 64 bit thu ®îc coi lµ khèi bit khëi t¹o vµ coi k16 lµ k1 chóng ta còng sÏ cã 16 vßng lÆp vµ sau vßng lÆp cuèi cïng chóng ta sÏ thu ®îc 64 bit th«ng tin cÇn thiÕt. b. TrËt tù s¾p xÕp d÷ liÖu: Nh×n vµo h×nh 6.2 ta nhËn thÊy tríc vµ sau khi vßng lÆp lµm viÖc khèi 64 bit ph¶i ®îc thùc hiÖn 2 qu¸ tr×nh, t¹m gäi lµ trËt tù s¾p xÕp khëi t¹o vµ trËt tù s¾p xÕp cuèi cïng ë b¶ng sau chÝnh lµ 2 trËt tù s¾p xÕp bit ®îc sö dông trong DES. IP IP-1 ……………………………………………. C¸c quy t¾c khëi t¹o vµ s¾p xÕp l¹i vÞ trÝ c¸c bit trong khèi kh«ng ph¶i lµ ngÉu nhiªn mµ chóng tu©n theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh. H×nh 1.3 miªu t¶ quy t¾c s¾p xÕp nµy. H×nh 4.3. TrËt tù s¾p xÕp khèi d÷ liÖu ban ®Çu Theo quy t¾c s¾p xÕp: C¸c bit cña byte thø nhÊt ®îc tr¶i ®Òu vµo vÞ trÝ bit thø 8 cña tÊt c¶ c¸c byte (8byte) (c¸c bit cña byte thø i ®îc diÔn vµo vÞ trÝ thø (9 – i) cña tÊt c¶ c¸c bite). Trong ®ã vÞ trÝ cña c¸c bit trong byte i khi chÌn ®îc chÌn vµo vÞ trÝ thø (9 – i) cña c¸c bite theo nguyªn t¾c sau: VÞ trÝ bit i cña byte Thø tù byte víi vÞ trÝ bit 9 – i 1 ¾® 5 2 ¾¾¾® 1 3 ¾¾¾¾® 6 4 ¾¾¾¾¾® 2 5 ¾¾¾¾¾® 7 6 ¾¾¾¾¾® 3 7 ¾¾¾¾¾® 8 8 ¾¾¾¾¾® 4 Quy t¾c s¾p xÕp cña qu¸ tr×nh s¾p xÕp trËt tù cuåi cïng (IP-1) sÏ theo nguyªn t¾c ngîc l¹i qu¸ tr×nh s¾p xÕp IP. Nguyªn t¾c x¸c ®Þnh tõ khÝa k cña c¸c vßng lÆp: Ta ®· biÕt tõ kho¸ m· cã ®é dµi thùc tÕ lµ 64 bit nhng thùc chÊt chØ cã 56 bit ®îc sö dông ®Ó lµm tõ m·. Nhng bit t¹i vÞ trÝ 8, 16 … 64 (8 bit) ®îc sö dông ®Ó kiÓm tra tÝnh ch½n lÎ trong 56 bit cßn l¹i chóng ta sÏ sö dông 16 tæ hîp 48 bit cña chóng ®· ®Ó lµm c¸c tõ kho¸ k1, k2 … k16. Tõ 56 bit cña tõ kho¸ ngêi ta sÏ s¾p xÕp chóng theo mét trËt tù x¸c ®Þnh tríc khi x¸c ®Þnh c¸c tõ kho¸ ki (i = 1 – 16). 56 bit nµy ®îc chia thµnh 2 khèi mçi khèi 28 bit lÇn lît gäi lµ C0 vµ D0. H×nh 4.4. Tr×nh tõ s¾p xÕp khëi t¹o kho¸ K 1 2 3 4 5 6 7 57 49 41 33 25 17 9 9 10 11 12 15 1 58 50 42 34 26 18 17 23 10 2 59 51 43 35 27 25 31 . . . . . . . 33 39 . . . . . . . 41 47 . . . . . . . 49 55 . . . . . . . 57 58 59 60 61 62 63 21 13 5 28 20 12 4 Trong ®ã C0 vµ D0 lÇn lît gåm c¸c bit sau: C0 D0 57 49 … 9 63 55 … 15 1 58 … 18 7 62 … 22 10 2 … 27 14 14 … 29 19 11 … 36 21 21 … 4 H×nh 4.5. Miªu t¶ ph¬ng ph¸p t×m tõ kho¸ Ki Di rotalc left 14 Ci Ci-1 rotalc left 29 32 Di-1 T¹i nh÷ng vßng 1, 2, 9, 16 dÞch 1 bit T¹i nh÷ng vßng cßn l¹i dÞch 2 bit Sau khi t×m ®îc Ci vµ Di ta sÏ t×m ®îc ki víi Ci lµ nöa bªn tr¸i vµ Di lµ nöa bªn ph¶i. Chó ý lµ Ci kh«ng chøa nh÷ng bit 9, 18, 22 vµ 25 Di kh«ng chøa nh÷ng bit 35, 38 43 vµ 54 d. Mét vßng lÆp DES: 64 bit Input 32 bit Ln 32 bit Rn 32 bit Ln+1 32 bit Rn+1 64 bit Output + Manyler fuetron Kn 64 bit Output 32 bit Ln 32 bit Rn 32 bit Ln+1 32 bit Rn+1 64 bit Input + Manyler fuetron Kn Encryption Decryption H×nh 4.6 S¬ ®å 1 vßng lÆp DES H×nh 4.6 Miªu t¶ nguyªn t¾c m· ho¸ bit trong mçi vßng lÆp cña toµn bé qu¸ tr×nh m· ho¸ d÷ liÖu.T¹i mçi vßng lÆp 64 bit vµo ®îc t¸ch thµnh 2 nhãm (mçi nhãm 32 bit) gäi lµ Ln vµ Rn. Rn sÏ ®îc t¸ch thµnh 2 ®êng. 1 ®êng chuyÓn tiÕp thµnh Ln + 1 d¬ng cßn l¹i óa. Manyler function hîp víi Kn, sau ®ã t¹i ®Çu ra cña Manyler function sÏ ®am Å víi Ln chung ta sÏ thu ®îc Rn+1. Nhãm Ln+1 vµ Rn+1 ta sÏ thu ®îc 64 bit ra cña vßng lÆp thø n. Qu¸ tr×nh Decryption t¹i mçi vßng lÆp sÏ tiÕn hµnh theo nguyªn t¾c ngîc l¹i. Mangler Function: Manyler Function cã nhiÖm vô kÕt hîp 32 bit Rn víi 48 bit Kn vµ t¹i ®Çu ra cho 32 bit Rn+1. Nguyªn t¾c Kd hîp trong Manyler Function ®îc thÓ hiÖn nh trong h×nh6.7. H×nh 4.7 32 bit Rn ®îc chia thµnh 8 nhãm (4 bit 1 nhãm) 48 bit Kn ®îc chia thµnh 8 nhãm (6 bit 1 nhãm) 6 bit cña nhãm Ki sÏ ®îc céng Å víi 4 bit cña nhãm Ri vµ bit thø 4 cña Ri-1 vµ bit thø nhÊt cña Ri+1 nh theo h×nh 4.7. Sau khi céng ta thu ®îc 6 bit, 6 bit nµy ®îc ®a vµo hép S box i, t¹i ®Çu ra cña S box i sÏ lµ 4 bit. TÊt c¶ ta cã 8 hép S box vµ tÊt c¶ ta thu ®îc 32 bit Rn+1, kÕt hîp víi32 bit Ln+1 ta sÏ thu ®îc 64 bit ®Çu ra cña mçi vßng lÆp. H×nh 4.8 S box i 8 b¶ng gi¸ trÞ 4bit ®Çu ra cña S box i øng víi 6 bit ®Çu vµo cña S box i …………. * øng víi víi S box 1 ta cã 4 bit thø tù 1 ® 4 2 ta cã 4 bit thø tù 5 ® 8 ………… 8 ta cã 4 bit thø tù 29 ® 32 32 bit nµy ®îc s¾p xÕp theo thø tù nh sau: 16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 5 18 31 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 0 22 11 4 25 4.2.1.3. International Data Encryption Algorithin (IDEA): ThuËt to¸n nµy ®· ®îc sö dông trong c¸c phÇn mÒm vi tÝnh. §©y lµ thuËt to¸n b¶o mËt khèi víi 64 bit cña plaintex1 víi 128 bit key vµ 64 bit eiphutext … IDEA cã nhiÒu ®iÓm t¬ng tù DES, c¶ 2 ®Òu tu©n theo nguyªn lý vßng kho¸ lÆp, c¶ 2 ®Òu cã bé manyler function phøc t¹p tuy nhiªn trong qu¸ tr×nh gi¶i m· IDEA cã ®iÓm kh¸c râ rÖt. Víi DES kho¸ t¬ng tù ®îc sö dông trong qu¸ tr×nh gi¶i m· cßn IDEA th× c¶ kho¸ m· vµ kho¸ gi¶i m· cã mèi lieen hÖ phøc t¹p h¬n. H×nh 4.9. CÊu tróc c¬ b¶n cña IDEA S¾p xÕp kho¸: Trong 128 bit key cña IDEA th× ®îc s¾p xÕp thµnh 52 kho¸ Ki (i = 1 – 52) mçi Ki cã 16 bit. C¸c tõ kho¸ Ki nµy trong 2 qu¸ tr×nh kho¸ vµ gi¶i m· lµ kh¸c nhau, tuy nhiªn ph¬ng ph¸p vËn hµnh th× t¬ng tù. 52 tõ kho¸ m· ®îc t¹o tõ 128 bit tõ kho¸, b¾t ®Çu theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i, cø 8 bit th× lÊy lµm 1 tõ kho¸ m·. TÊt c¶ ta thu ®îc 8 tõ Ki (i = 1 – 8). 8 tõ kho¸ tiÕp theo ®îc b¾t ®Çu gi¶m dÇn tõ bÝt thø 25 vµ sÏ quay vßng ngîc l¹i nhng bit tríc ®ã ®îc sö dông. Vµ t¹i nh÷ng lÇn tiÕp theo vÞ trÝ bit b¾t ®Çu sÏ t¨ng lªn 4. Tuy nhiªn t¹i lÇn cuèi cïng bit khëi t¹o sÏ t¹i vÞ trÝ 23 vµ chØ gåm 4 tõ kho¸. Vßng lÆp: Nh DES, IDEA cã tÊt c¶ 17 vßng lÆp. Nhng vßng lÆp ch½n cã c¬ cÊu lµm viÖc kh¸c víi c¸c vßng lÆp lÆp. T¹i mçi vßng lÆp 64 bit vµo ®îc chia thµnh 4 nhãm (16 bit / 1 nhãm) Xa, Xb, Xc, Xd. Tõ kho¸ t¹i c¸c vßng lÎ ®îc ký hiÖu lµ Ka, Kb, Kc, Kd (a tõ kho¸). T¹i c¸c vßng lÆp ch½n chØ sö dông 2 tõ kho¸ lµ Ke vµ Kf. Vßng 1 Ka = K1 Kb = K2 Kc = K3 Kd = K4 2 Ke = K9 Kf = K6 3 Ka = K7 Kb = K8 Kc = K9 Kd = K10 4 …….. ……………. b.1. Vßng lÎ: H×nh 4.10. IDEA odd Round Å J Xa Ka Xa Å J Xb Kb Xb Å J Xc Kc Xc Å J Xd Kd Xd Trong khi kho¸ m· ra cña vßng lÎ. Xa ®îc thay b»ng chÝnh lµ Xd1Xa ®Çu vµo Mod 216 + 1 (J) Cßn Xb, Xc th× ®îc chÝnh lµ Xd Xc ®Çu vµo Å Kb, Kc Khi gi¶i m· tu©n theo c¸c bíc ngîc l¹i. b.2. Vßng ch½n: H×nh 4.11. IDEA even Round Mangle function Å Xb Xa Xb Å Xa Å Å Xd Xc Xb Å Å Yout Zout Yin Zin Yin = Xa Å Xb Zin = Xc Å Xd Yout = [ (Ke Ä Yin) + Zin ] Ä Kf Zout = [ (Ke Ä Yin) + Yout ] Out: Xa = Xa(in) Å Yout Xb = Xb(in) Å Yout Xc = Xc(in) Å Yout Xd = Xd(in) Å Yout ChuyÓn kho¸ cho gi¶i m·: Trong khi gi¶i m· c¸c vßng lÆp ®îc thùc hiÖn thø tù ngîc l¹i. Vßng 1 cña gi¶i m· ~ vßng 17 cña m· kho¸ … ChÝnh v× vËy c¸c tõ kho¸ m· còng ph¶i ®îc ®¶o l¹i. T¹i vßng 1 Ka = K49 Kb = K50 Kc = K51 Kd = K52 vßng 2 Ke = K47 Kf = K48 ………….. …………. 4.2.1.4. M· ho¸ b¶n tin lín: Trªn thùc tÕ nh÷ng b¶n tin cÇn m· ho¸ b¶o mËt thêng cã d¹ng rÊt lín, ®Ó m· ho¸ nh÷ng b¶n tin nµy ngêi ta sö dông nh÷ng ph¬ng ph¸p sau: Electronic Code Book (ECB) Cipher Block Chaining (CBC) K. bit Block Feedback Mode (CFB) K. bit Output Feedback Mode (OFB) TÊt c¶ nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy ®Òu sö dông mét nguyªn t¾c c¬ b¶n lµ chia b¶n tin lín thµnh n÷g ®o¹n 64 bit sau ®ã m· ho¸ trong Block 1. Tuú thuéc vµo tõng ph¬ng ph¸p mµ cã nhiÒu kiÓu m· ho¸ biÕn d¹ng so víi 2 thuËt to¸n ban ®Çu. + ri: sinh Block 64 bit ngÉu nhiªn + w + E encryption with secrect key + D decryption with secrect key 4.2.1.5. Multiplex encryption DES: Th«ng thêng ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng b¶o mËt, ta cã thÓ t¨ng thªm ®é phøc t¹p cña qu¸ tr×nh m· ho¸. Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy ®îc biÕt tíi ®ã lµ EDE (encrypt – decrypt – encrypt). Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña ph¬ng ph¸p EDE: Sö dông 3 kho¸ K1 vµ K2. Mçi khèi b¶n tin ®îc m· ho¸ víi K1 sau ®ã gi¶i m· víi K2 vµ cuèi cïng lµ m· ho¸ víi K1. Qu¸ tr×nh gi¶i m· sÏ ngîc l¹i. ¯K1 ¯K2 ¯K1 m ¾® E ¾® D ¾® E ¾® C ¯K1 ¯K2 ¯K1 C ¾® D ¾® E ¾® D ¾® M §èi víi c¸c b¶n tin lín sÏ sö dông CBC ®Ó m· ho¸. H1,20 EDE with CBC on the outside H1 EDE with CBC on the inside 4.2.2. PhÇn cøng Yªu cÇu tèi thiÓu cho phÇn cøng ph¶i lµ nh÷ng bé vi xö lý 8 hoÆc cao h¬n lµ 32 bit. §Ó ®¶m b¶o tèc ®é m· ho¸ d÷ liÖu th«ng thêng phÇn mÒm m· ho¸ ®îc c¶i tiÕn nh÷ng bé vi xö lý PII cña Intel hoÆc Motorola 68HC08 vµ ch¹y trong hÖ ®iÒu hµnh Linux. 4.3. Trung t©m ph©n phèi kho¸ (KDC) §Ó qu¶n lý h÷u hiÖu ®èi víi tÊt c¶ c¸c tr¹m mÆt ®Êt, ngêi ta thêng g¾n cho mçi ES mét tªn riªng. ChÝnh v× vËy ngêi ta sÏ x©y dùng mét KDC (Key Distribution Center). KDC sÏ qu¶n lý Key cña tÊt c¶ c¸c tr¹m vµ khi x©y dùng thªm 1 ES míi KDC sÏ t¹o cung cÊp cho tr¹m míi nµy mét tªn riªng. KDC a b g d c j q a Khi mét ESA muèn truyÒn tin víi mét ESB ESA sÏ göi yªu cÇu tíi KDC vµ KDC sÏ göi yªu cÇu tíi ESB, ®ång thêi sÏ cung cÊp cho c¶ ESA vµ ESB mét tõ kho¸ KAB dïng ®Ó m· ho¸ vµ gi¶i m· d÷ liÖu trong qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin gi÷a 2 ES. Tuy nhiªn hiÖn nay trªn thÕ giíi cã rÊt nhiÒu tæ chøc khai th¸c vÖ tinh nÕu nh mçi tæ chøc nµy l¹i ®a ra 1 KDC cña riªng m×nh vµ tù cung cÊp kho¸ cho c¸c tr¹m cña m×nh th× sÏ khiÕn cho qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin v« cïng r¾c rèi. ChÝnh v× vËy ngêi ta míi x©y dùng KDC theo ph©n cÊp nh h×nh sau: KDCi KDC1 KDC2 KDC KDC KDC KDC ……. §øng ®Çu ta KDC cña tæ chøc th«ng tin vÖ tinh quèc tÕ. Sau ®ã lµ KDC cña c¸c nhµ khai th¸c KDCi sÏ lµm nhiÖm vô x¸c ®Þnh kho¸ vµ cung cÊp cho c¸c phiªn lµm viÖc qua 2 tr¹m ES cña 2 hÖ thèng kh¸c nhau, khi cã nhu cÇu. 4.3.1. Bé t¹o kho¸: Trong th«ng tin vÖ tinh nh»m n©ng cao chÊt lîng truyÒn tin ngêi ta sö dông tõ kho¸ thêng lµ chuçi bit 0 , 1 díi d¹ng gi¶ ngÉu nhiªn. 4.3.1.1. D·y sè gi¶ ngÉu nhiªn: §Çu tiªn lµ ta m« t¶ c¸c thuéc tÝnh c¬ b¶n cña sù ngÉu nhiªn mµ c¸c d·y t¹o ra ph¶i ®¹t ®îc. Theo Colomb [1967], ba thuéc tÝnh ®ã ®îc ph©n lo¹i thµnh R1, R2 vµ R3 nh sau: R1: C¸c tÇn sè t¬ng ®èi cña “0” vµ “1”, mçi sè 1/2. R2: C¸c kho¶ng ch¹y (run Lengths) cña c¸c sè 0 vµ 1 ®îc dù kiÕn nh trong thö nghiÖp sÊp – ngöa; mét nöa cña tÊt c¶ c¸c kho¶ng ch¹y lµ phÇn tö ®¬n vÞ; mét phÇn t cã kho¶ng 2; mét phÇn t¸m cã kho¶ng 3; mét ph©n sè 1/2 cña tÊt c¶ c¸c chiÒu dµi cã kho¶ng n cho tÊt c¶ n h÷u h¹n. R3: NÕu d·y ngÉu nhiªn xª dÞch ®i mét phÇn tö kh¸c kh«ng bÊt kú th× d·y thu ®îc sÏ cã mét sè lîng t¬ng tù c¸c ®ång ®¼ng vµ bÊt ®ång ®¼ng víi d·y gèc. Mét d·y ®îc t¹o ra gÇn tho¶ m·n ®îc R1 ®Õn R3 trong nh÷ng ph¹m vi kh¸c biÖt cùc nhá, ®îc gäi lµ d·y gi¶ ngÉu nhiªn. Cã thÓ ®Þnh nghÜa 3 chØ tiªu c¬ b¶n ¸p dông cho d·y nhÞ ph©n tuÇn hoµn nh chØ tiªu cña sù xuÊt hiÖn ngÉu nhiªn. §ã lµ c¸c chØ tiªu: c©n ®èi, ch¹y vµ t¬ng qua. TÝnh c©n ®èi: Trong mét chu kú, sè bit 0 vµ bit 1 chªnh lÖch tèi ®a lµ 1 ®¬n vÞ. TÝnh ch¹y: Bíc ch¹y: D·y c¸c bíc cïng lo¹i, khi xuÊt hiÖn bit kh¸c lo¹i coi nh bíc ch¹y míi. §é dµi bíc ch¹y: Sè bit trong bíc. Trong mét chu kú, sè bíc ch¹y cã ®é dµi 1 chiÕm nöa tæng sè c¸c bíc ch¹y, sè bíc ch¹y cã ®é dµi 2 chiÕm 1/4, sè bíc ch¹y cã ®é dµi 3 chiÕm 1/8, vµ cø nh thÕ. TÝnh t¬ng quan: Khi xª dÞch d·y gi¶ ngÉu nhiªn PN mét sè nhÞp nµo ®ã th× sè lîng t¬ng ®ång (bit cïng lo¹i) vµ kh¸c biÖt (bit kh¸c lo¹i) chªnh lÖch tèi ®a 1 ®¬n vÞ. 4.3.1.2. C¸c d·y ghi dÞch tuyÕn tÝnh ®é dµi cùc ®¹i MLSR: H×nh 4.12 Bé tao d·y nhÞ ph©n tuyÕn tÝnh Ta xem xÐt mét bé t¹o d·y nhÞ ph©n tuyÕn tÝnh ®îc ®a ra nh h×nh 4.12. H×nh4.12: Bé t¹o d·y ghi dÞch tuyÕn tÝnh LSR Trong mçi nhÞp, bé ghi dÞch l¹i dÞch chuyÓn tÊt c¶ c¸c néi dung sang ph¶i. D·y {an, n lµ mét sè nguyªn nµo ®ã} ®îc tuyÒn ®i víi mçi sè h¹ng ®îc t¹o ra mét c¸ch tuyÕn tÝnh tõ r sè h¹ng tríc ®ã theo c«ng thøc: an = c1an-1 + c2an-2 + … + cran-r = cian-1 (4.1) ë ®©y, tÊt c¶ c¸c sè h¹ng ®Òu lµ sè nhÞ ph©n, c1 ®Õn cr lµ c¸c biÕn sè liªn kÕt (1 cho liªn kÕt vµ 0 cho kh«ng liªn kÕt) vµ c¸c quy t¾c nh©n th«ng thêng ®îc duy tr×, nhng phÐp céng lµ theo module 2 vµ ®Þnh luËt ph©n bè ®îc ¸p dông. D·y {an} ®îc t¹o ra nh vËy cã thÓ lµ v« h¹n gÊp béi. Tuy nhiªn, chØ c©n nh¾c ®Õn c¸c sè h¹ng cã dÊu kh«ng phñ ®Þnh, chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc hµm sè t¹o d·y lµ: G(D) = a0 + a1D + a2D2 + … = anDn (4.2) Trong ®ã, D lµ to¸n tö trÔ, cßn sè mò cña D cña mçi sè h¹ng trong ®a thøc nµy t¬ng øng víi sè lîng c¸c ®¬n vÞ (c¸c chu kú nhÞp) thêi gian trÔ t¬ng øng mçi sè h¹ng. KÕt hîp (4.1) vµ (4.2) chóng ta cã thÓ rót gän (4.2) thµnh ph¬ng tr×nh tuÇn hoµn h÷u h¹n: G(D) = anDn = cian-iDn = ciDi = ciDi [a-i + … + a-1D-1 + G(D)] Tõ ®ã cã thÓ ®îc biÓu thÞ nh mét hÖ sè cña ®a thøc h÷u h¹n, bëi v×: G(D) ( 1 - ciDi ) = ciDi [a-i D-i + … + a-1D-1] HoÆc: ciDi [a-i D-i + … + a-1D-1] g0(D) G(D) = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ (4.3) ( 1 - ciDi ) f(D) Trong ®ã: f(D) = ( 1 - ciDi ) (4.4) §îc gäi lµ ®a thøc ®Æc tÝnh cña bé t¹o d·y ghi dÞch vµ chØ phô thuéc vµo c¸c vÐc t¬ liªn kÕt c1 … cr. §a thøc g0(D) còng phô thuéc vµo c¸c vÐc t¬ tr¹ng th¸i ban ®Çu a-r, ar-1, …, a-1. C¸c néi dung cña bé ghi dÞch ®îc t¹o ra ngay tríc sè h¹ng a0. g0(D) = ci [a-1 + a-1+1D + … + a-1Di-1] = cia-1 + c2(a-2 + a-1D) + c3(a-3 + a-2D + a-1D2) + … + cr(a-r + a-r-1D + … + a-1Dr-1) (64.5) Lu ý r»ng, trong tÊt c¶ c¸c biÕn sè liªn kÕt th× Ýt nhÊt còng cã cr = 1. NÕu kh«ng th× bé ghi dÞch kh«ng cÇn ph¶i xÐt ®Õn cã r tÇng. H¬n n÷a, trong lóc nµy, ta ®ang xem xÐt ®Õn vÐc t¬ ban ®Çu: a-r = 1, a-r-1 = … = a-1 = 0 Trong trêng hîp ®ã, (2.5) vµ (2.3) cßn gi¶n íc ®îc. 1 g0(D) = 1 ; G(D) = ¾¾¾¾ (4.6) f(D) Sö dông (6.3) vµ c«ng thøc thø nhÊt cña trêng hîp ®Æc biÖt (4.6) chóng tachøng minh ®îc ba thuéc tÝnh c¬ b¶n cña c¸c chuçi ghi dÞch tuyÕn tÝnh (LSR – Linear Shift Register). P1: Mçi chuyÔn LSR ®Òu tuÇn hoµn víi chu kú. P = < 2r – 1 §iÒu nµy, cho phÐp chóng ta x¸c ®Þnh chuçi ghi dÞch cã ®é dµi cùc ®¹i MLSR lµ mét chuçi LRS mµ cã chu kú cña nã P = 2r – 1 ®èi víi tÊt c¶ c¸c vec t¬ ban ®Çu kh¸c kh«ng. P2: Ngo¹i trõ trêng hîp suy biÕn, cßn th× chu kú P cña G(D) sÏ lµ sè nguyªn d¬ng P nhá nhÊt trong phÐp chia f(D) cho 1 – DP. Suy biÕn ®îc xem lµ trêng hîp khi g0(D) vµ f(D) cã c¸c thõa sè chung. P3: Mét ®iÒu kiÖn ®Ó G(D) t¹o ra mét chuçi MLSR lµ f(D) cã cÊp r tèi gi¶n (kh«ng thÓ triÓn khai thµnh thõa sè). §iÒu ®¸ng tiÕc, ®iÒu kiÖn P3 chØ lµ ®iÒu kiÖn cÇn chø cha ph¶i lµ ®iÒu kiÖn ®ñ cho G(D) thµnh chuçi MLSR. Nh÷ng ®a thøc f(D) víi bËc r ®Ó t¹o ra chuçi MLSR ®îc gäi lµ hµm nguyªn thuû. T×m c¸c ®a thøc nguyªn thuû trë nªn ngµy cµng khã kh¨n h¬n khi r cµng lín, nhng hiÖn cã c¸c b¶ng tÝnh s½n cho sè lîng r lín nhÊt. Sè lîng c¸c ®a thøc nguyªn thuû bËc r ®îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc: NP (r) = (4.7) Pi (i = 1, 2 … , j) íc sènguyªn tè cña 2r – 1. B¶ng sau vÝ dô vÒ x¸c ®Þnh sè lîng hµm nguyªn thuû bËc r: r 2r-1 NP(r) Sè lîng hµm nguyªn tö 2 3 3/3.2/3 1 3 7 7/3.6/7 2 4 15 (=3.5) 15/4.4/5.2/3 2 5 31 31/5.30/31 6 6 63 (=32.7) 63/6.6/7.2/3 6 4.3.1.3. C¸c chuçi gi¶ ngÉu nhiªn PN: Lo¹i quan träng nhÊt cña c¸c chuçi gi¶ ngÉu nhiªu lµ c¸c chuçi thanh ghi dÞch cã ®é dµi cùc ®¹i MLSK hay c¸c chuçi m. Ch¼ng h¹n, xÐt ®a thøct¹o m· g(x) = x5 + x4 + x3 + x + 1. H×nh 4.13: ThÝ dô vÒ chuçi thanh ghi dÞch g(x) = x5 + x4 + x3 + x + 1 r1 r2 r3 r4 r5 0 0 1 0 1 (c)i Mµn ch¾n AND (T-1 c)i Chuçi ®îc t¹o ra cã chu kú cùc ®¹i N = 25 – 1 = 31. Víi tr¹ng th¸i ban ®Çu s0 = 11111 ®îc ®a ra ë h×nh vÏ 2.2, chuçi tuÇn hoµn ®îc t¹o lµ c = 11110100010001010110000011100110 … vµ víi tr¹ng th¸i ban ®Çu s0 = 00001 th× tr¹ng th¸i ra cña chuçi lµ 1000011100110111110100010010101 … lµ dÞch sang ph¶i 13 ®¬n vÞ cña chuçi c. Do chuçi c tuÇn hoµn cã ®é dµi kh«ng x¸c ®Þnh nªn ë phÇn sau ta chØ cÇn xÐt chuçi ra vµ vÉn sö dông c cho chuçi cã ®é dµi h÷u h¹n {c0, c1, c2, … , cN-1} vµ to¸n tö T±J c biÓu diÔn cho thao t¸c dÞch vßng nh: T-ic = (cj, cj+1, … , cN-1 , c0 … , cj-1) Vµ T+ic = (cN-j, cN-j+1, … , cN-1 , c0 … , cN-j-1) Gi¶ sö ta sö dông 2m - a n¹p ban ®Çu kh¸c nhau kh¸c kh«ng cho thanh ghi dÞch m phÇn tö, ta cã thÓ nhËn ®îc 2m – 1 chuçi m kh¸c nhau; tÊt c¶ c¸c chuçi m lµ dÞch vßng pha so víi nhau. Gi¶ sö Sm biÓu thÞ tËp 2m – 1 chuçi ®îc t¹o ra bëi g(x) céng chuçi toµn kh«ng cã ®é dµi 2m – 1. r1 r2 r3 (c) H×nh 4.14: ThÝdô vÒ chuçi thanh ghi dÞch g(x) = x3 + x2 + 1 §Ó thÝ dô, ta xÐt g (x) = x3 + x2 + 1, m¹ch thanh ghi dÞch ®îc m« t¶ trong h×nh 2,3 vµ tËp Sm ®îc cho bëi: Sm = (4.8) Kho¶ng c¸ch Hamming gi÷a hai vÐc t¬ lµ sè vÞ trÝ mµ chóng kh¸c nhau. §èi víi 2 vec t¬ hµng bÊt kú ta cã thÓ thÊy kho¶ng c¸ch Hamming gièng nhau b»ng (N+1)/2. V× vËy, Sm ®îc coi lµ mét tËp ®¬n. C¸c thuéc tÝnh cña chuçi m: Danh s¸ch thuéc tÝnh cña chuçi m ®îc ®a ra díi ®©y: Thuéc tÝnh 1: Thuéc tÝnh dÞch: DÞch vßng (dÞch vßng tr¸i hay dÞch vßng ph¶i) cña mét chuçi m. Nãi mét c¸ch kh¸c nÕu c n»m trong tËp Sm th× dÞch vßng c còng n»m trong tËp Sm. Thuéc tÝnh 2: Thuéc tÝnh håi quy: Mäi chuçi m ®Òu tho¶ m·n tÝnh håi quy. Ci = g1ci-1 + g2ci-2 + … + gm-1ci-m+1 + ci-m (mod2) Víi i = 0, 1, 2 … ngîc l¹i mäi lêi gi¶i cho ph¬ng tr×nh trªn lµ mét chuçi trong tËp Sm. Lu ý cã m lêi gi¶i ®éc lËp tuyÕn tÝnh víi ph¬ng tr×nh håi quy nãi trªn, nghÜa lµ m chuçi ®éc lËp tuyÕn tÝnh trong Sm. Thuéc tÝnh 3: Thuéc tÝnh cöa sæ: NÕu mét cöa sæ ®é réng m trît däc chuçi m trong tËp hîp Sm, mçi d·y trong sè 2m-1 d·y m bÝt kh¸c kh«ng nµy sÏ ®îc nh×n thÊy ®óng mét lÇn (Ch¼ng h¹n xÐt cöa sæ ®é dµi 4 cho chuçi 000100110101111. Tëng tîng r»ng chuçi nµy ®îc viÕt thµnh vßng). Thuéc tÝnh 4: Sè 1 nhiÒu h¬n sè 0: Mäi chuçi m trong tËp Sm chøa 2m-1 sè 1 vµ 2m-1 – 1 sè 0. Thuéc tÝnh 5: Thuéc tÝnh céng: Tæng cña mét chuçi m (Céng mod 2 theo tõng thµnh phÇn) lµ mét chuçi m kh¸c. Thuéc tÝnh 6: Thuéc tÝnh dÞch vµ céng: Tæng cña mét chuçi m vµ dÞch vßng cña chÝnh nã (Céng mod 2 theo tõng thµnh phÇn) lµ mét chuçi m kh¸c. Thuéc tÝnh 7: Hµm t¬ng quan d¹ng ®Çu ®inh: Hµm tù t¬ng quan tuÇn hoµn chuÈn ho¸ cña mét chuçi m ®îc x¸c ®Þnh nh sau: R(i) = (-1)Cj ÅCj+1 (4.9) B¶ng 1 ®èi víi i = 0 (Mod N) vµ 1/N víi i ¹ 0 (Mod N) (xem h×nh 4.15). r(t) -N N 1 2 N-1 N-2 H×nh 4.15. Hµm tù t¬ng quan tuÇn hoµn d¹ng ®Çu ®inh cña mét chuçi m Thuéc tÝnh 8: C¸c ®o¹n ch¹y (Runs): Mét ®o¹n ch¹y lµ mét x©u c¸c sè “1” liªn tiÕp hay mét x©u c¸c sè “0” liªn tiÕp. Trong mäi chuçi m, mét nöa sè ®o¹n nµy cã chiÒu dµi 1, mét phÇn t cã chiÒu dµi 2 mét phÇn t¸m cã chiÒu dµi 3 ch»ng nµo c¸c ph©n ®o¹n cßn cho mét sè nguyªn c¸c ®o¹n ch¹y. Ch¼ng h¹n cã mét ®o¹n ch¹y ®é dµi k, 0 < k < m – 1, sè ®o¹n ch¹y 0 b»ng sè ®pamk ch¹y 1 vµ b»ng 2m-k-2. Thuéc tÝnh 9: Pha ®Æc trng: Cã ®óng mét chuçi c trong tËp Sm tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ci = c2i ®èi víi tÊt c¶ i Î Z. Chuçi m nµy ®îc gäi lµ chuçi c ®Æc trng hay pha ®Æc trng cña c¸c chuçi m trong tËp Sm. Thuéc tÝnh 10: LÊy mÉu (Decimation): LÊy mÉu 1 tõ n > 0 cña mét chuçi m c (nghÜa lµ lÊy mÉu c cø n bÝt m· mét lÇn), ®îc biÓu thÞ c[n], cã chu kú b»ng N/gcd (N,n) nÕu kh«ng ph¶i lµ chuçi toµn “0”, ®a thøc t¹o m· g’ (x) cña nã cã c¸c nghiÖm lµ mò n cña c¸c nghiÖm cña ®a tøc t¹o m· g(x). C¸c thuéc tÝnh 3, 4, 7, 8 lµ c¸c thuéc tÝnh cña chuçi gi¶ ngÉu nhiªn. Nh ®· tr×nh bµy ë trªn c¸c thuéc tÝnh 1 vµ 2 kh«ng cÇn ph¶i chøng minh. §Ó chøng minh tÝnh cöa sæ ta xÐt h×nh Si(1) Si(2) Si(3) Si(m) g1 g2 g3 gm-1 x0 x1 x2 x3 xm-1 xm (c)i H×nh 4.16. m¹ch thanh ghi dÞch Chuçi m ®i qua thanh ghi dÞch nªn cöa sæ víi ®é réng m chØ ph¶n ¸nh tr¹ng th¸i cña thanh ghi dÞch. V× mét chuçi m cã chu kú cùc ®¹i N=2m–1, mçi cöa cña thanh ghi dÞch ph¶i tr¶i qua ®óng mét lÇn tÊt c¶ N = 2m – 1 tr¹ng th¸i (m phÇn tö) kh¸c “0”. VËy rót ra thuéc tÝnh 3. Lu ý r»ng mçi tr¹ng th¸i kh¸c “0” lµ m phÇn tö, cã thÓ coi nã lµ nh lµ tr×nh bµy c¬ 2 cña c¸c sè nguyªn tõ 1 ®Õn 2m-1. Mét sè nguyªn lÎ cã bÝt träng sè thÊp nhÊt lµ 1. V× thÕ trong d¶i [1,2m – 1] sè nguyªn lÎ nhiÒu h¬n sè nguyªn ch½n ®óng mét sè vµ v× thÕ thuéc tÝnh 4 ®îc chøng minh. Thuéc tÝnh céng ®îc rót ra tõ thuéc tÝnh håi quy; v× bÊt cø cÆp chuçi m nµo trong tËp m ®Òu ph¶i tho¶ m·n (2.8) vµ tæng (mod) cña chóng còng sÏ nh vËy. §iÒu nµy cãnghÜa r»ng tæng c¸c chuçi trong tËp Sm lµ dÞch pha so víi nhau; v× thÕ chóng t¬ng ®¬ng dÞch vßng vµ râ rµng cã chung ®a thøc t¹o m·. B©y giê thuéc tÝnh dÞch vµ céng ®· râ rµng v× dÞch pha mét chuçi trong Sm vÉn lµ mét chuçi kh¸c n»m trong tËp nµy. Thuéc tÝnh t¬ng quan lµ hÖ qu¶ cña thuéc tÝnh 4. Kh¶o s¸t ®Þnh nghÜa tù t¬ng quan chuÈn ho¸ trong (2.9), ta cã thÓ nhËn thÊy r»ng R(i) b»ng (1/N) x (sè vÞ trÝ mµ chuçi m c vµ dÞch vßng Tc cña nã gièng nhau – sè vÞ trÝ mµ chóng kh¸c nhau). Thùc chÊt ë ®¹i sè mod2 ta cã: 1 Å 1 = 0 Å 0, 1 Å 0 – 0 Å 1 = 1, v× thÕ ta ®îc: R(i) = (1/N) x (“sè 0 ë c Å Tc” – “sè 1 ë c Å Tc”). NÕu i = 0 th× R(0) = 1. NÕu i ¹ 0 th× c Å Tc lµ mét chuçi m kh¸c nhau nhËn ®îc tõ thuéc tÝnh vµ céng. V× thÕ tæng c¸c sè “0” nhá h¬n tæng c¸c sè “1” ®Ýng 1 sè, nªn R(i) = 1/N, khi i ¹ 0. Tõ tríc ®Õn nay ta coi r»ng c¸c chuçi c¬ 2 lµ chuçi bit cã gi¸ trÞ [0, 1], vµ ®iÒu chÕ ®îc xÐt lµ ®iÒu chÕ khoa t¾t bËt (OOK: On – Off Keying). Trong thùc tÕ c¸c chuçi lîng cùc cã c¸c gi¸ trÞ [+1, -1] ®îc sö dông do sù th«ng dông cña ®iÒu chÕ khoa chuyÓn pha c¬ 2 BPSK. Ph¬ng tr×nh (2.9) thùc chÊt lµ tù t¬ng quan chuÈn ho¸ cña c¸c chuçi gi¸ trÞ {+1 , -1} víi quy ®æi ci ® (-1)a nhËn gi¸ trÞ 1 nÕu ci = 0 vµ - 1 nÕu ci = 1. §Ó lµm thÝ dô ta xÐtchuçi c = 000100110101111. §Ó tÝnh R(5) ch¼ng h¹n, ta thÊy: C = 000100110101111 Tdc = 011110001001101 Gièng nhau ë 7 vÞ trÝ vµ kh¸c nhau ë 8 vÞ trÝ (nghÜa lµ c Å Tdc lµ mét chuçi sè cã 7 sè “0” vµ 8 sè “1”0 vµ v× thÕ R(5) = 1/15. MÆt kh¸c, xÐt hai chuçi lìng cùc. +++-++-++---- vµ +----+++-++--+- Ta tÝnh ®îc tæng tÝch b»ng – 1 vµ ®îc R(5) = 1/15. Chi tiÕt h¬n vÒ hµm t¬ng quan sÏ ®îc kh¶o s¸t ë phÇn sau. Thuéc tÝnh ®o¸n ch¹y cã thÓ ®îc chøng minh nh sau: Tríc tiªn ta ®Þnh nghÜa mét khèi lµ mét ®o¹n ch¹y cña c¸c sè 1 (nghÜa lµ mét x©u toµn c¸c sè “0” hay 000 … 000). Tríc hÕt theo thuéc tÝnh cöa sæ ta biÕt r»ng m sè “1” liªn tiÕp xuÊt hiÖn ®óng mét lÇn vµ tríc vµ sau sè nµy lµ mét sè “0”. Nhng 0111…11 (m-1 digit) hay 111…110 (m-1 digit) ph¶i xuÊt hiÖn ®óng mét lÇn, v× thÕ, 0111…110(m-1 digit) cã thÓ kh«ng bao giê xuÊt hiÖn vµ v× vËy kh«ng cã khèi nµo cã ®é dµi b»ng m-1. Thø hai, sè khèi cã ®é dµi k, trong ®ã 0 < k < m-1 b»ng 2m-k(+2). Thø ba tæng sè khèi b»ng 1 + 2m-(k+2) = 2m-2. Th t, t¬ng tù kh«ng kho¶ng trèng nµo cã ®é dµi m, nhng mét kho¶ng trèngcã ®é dµi m-1; v× thÕ tæng sè kho¶ng trèng sÏ b»ng 1 + 2m-(k+2) = 2m-2. §iÒu nµy chøng minh thuéc tÝnh ®o¹n ch¹y. Ta xÐt vÝ dô, tÝnh chÊt cña c¸c ®o¹n ch¹y cña chuçi m 11111010001001010110000011100110 víi chu kú 31 nh sau: ®é dµi ®o¹n ch¹y C¸c khèi 1 C¸c kho¶ng trèng k=1 2 3 4 5 4 2 1 0 1 4 2 1 1 0 TÝnh chÊt 9 vµ 10 ®îc sö dông cho x¸c ®Þnh tÊt c¶ c¸c ®a thøc nguyªn thuû bËc m kh¸c khi biÕt tríc mét ®a thøc nguyªn thuû bËc m. TÝnh an toµn cña chuçi m: C¸c chuçi m cã thÓ ®¶m b¶o tÝnh bÝ mËt kh¸ cao chèng l¹i sù nghe trém, nhng kh«ng ®ñ cho c¸c ¸p dông mËt m· ho¸ ë c¸c hÖ thèng th«ng tin cã ®é an toµn cao. Khi ®îc cho 2m bit liªn tiÕp cña mçi chuçi cã chu kú N = 2m – 1, ta cã thÓ ®Þnh nghÜa ®îc ®a thøc t¹o m· (vµ v× thÕ toµn bé chuçi). §iÒu nµy cã thÓ lÊy tõ thuéc tÝnh håi quy. Khi thu ®îc 2m bit liªn tiÕp cña chuçi cã chu kú N = 2m – 1, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc ®a thøc t¹o m· (vµ v× thÕ toµn bé chuçi). Sö dông tÝnh håi quy (2.8) cho ®o¹n m· thu ®îc cici+1ci+2 … ci+2m-1 cho m lÇn, ta thu ®îc: (4.10) TËp hîp m ph¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh trªn cã m – 1 Èn sè vµ v× thÕ cã thÓ gi¶i ®îc. Sè ®¬n vÞ nhí cÇn ®Ó t¹o nªn chuçi thanh ghi dÞch ®îc gäi lµ L tuyÕn tÝnh cña chuçi L = m ®èi víi c¸c chuçi m cã chu kú 2m-1. TÊt nhiªn sè bit cÇn ®Ó ph¸ chuçi nµy lµ 2m hay hai lÇn cña ®o¹n tuyÕn tÝnh m. TÊt nhiªn mét m¸y thu trém rÊt khã kh¨n ®Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c chu kú cña m· vµ 2m bit m·. Tû sè gi÷a ®o¹n tuyÕn tÝnh L vµ chu kú m· N lµ sè ®o rÊt tèt vÒ ®é phøc t¹p cña m·. Tû sè nµy cµng cao th× cµng khã ph¸ chuçi. 4.3.2. Giao thøc thiÕt lËp kho¸: 4.3.2.1. C¸c líp trong giao thøc thiÕt lËp kho¸: §èi víi thuËt to¸n m· ho¸ ®îc sö dông giao thøc thiÕt lËp kho¸ (KEP) ®îc thiÕt kÕ sao cho cã kh¶n¨ng chia sÎ tÝnh b¶o mËt cho 1 hoÆc 2,… nhiÔu ES khi cã nhu cÇu trao ®æi th«ng tin. KEP ®îc x©y dùng trªn kü thuËt b¶o mËt ®èi xøng hoÆc kü thuËt b¶o mËt kh«ng ®èi xøng vµ bao gåm c¸c líp ®îc thÓ hiÖn nh h×nh sau: Kü thuËt b¶o mËt ®èi xøng. Kü thuËt b¶o mËt kh«ng ®èi xøng Key establishment Key transport Key agreement Dynamic Key establishment Key pre-distribution > Key transport (Kho¸ giao vËn) protocol Cã kh¶ n¨ng t¹o ra sù an toµn vµ bÝ mËt trong qu¸ tr×nh tuyÒn kho¸ tíi c¸c ES. > Key agreement protocol (giao thøc kho¸ x¸c lËp). > Key pre-distribution (ph©n bæ l¹i kho¸) protocol cã kh¶ n¨ng lùa chän, ®a ra nh÷ng kho¸ míi phï hîp h¬n trong khi truyÒn d÷ liÖu gi÷a 2 ES. > Dynamic key establishment. ThiÕt lËp l¹i kho¸ trong qu¸ tr×nh truyÒn d÷ liÖu tiÕp theo gi÷a c¸c ES khi 1 hoÆc nhiÒu ES trong nhãm ngìng hoÆc t¨ng thªm ES. ThiÕt lËp kho¸ ®éng cßn ®îc biÕt nh viÖc thiÕt lËp kho¸ cho tõng phiªn truyÒn th«ng. 4.3.2.2. §Æc tÝnh cña thiÕt lËp kho¸: Nh×n chung thiÕt lËp kho¸ thêng bao gåm 3 giao thøc sau: - AP (Authentication protocol) Giao thøc x¸c lËp. - KEP ThiÕt lËp kho¸ - AKEP ThiÕt lËp kho¸ x¸c lËp. a. T¸c dông cña session keys: KÕt qu¶ cña giao tøc thiÕt lËp kho¸ ®îc gäi lµ hay ®îc sö dông ®Ó t¹o lËp session key. Session key lµ mét chÕ ®é b¶o mËt tøc thêi, ®îc sö dông nh»m h¹n chÕ thêi gian chu kú nh mét cuéc kÕt nèi trong tin ®¬n. Sau ®ã tÊt c¶ ®îc lo¹i bá. T¸c dông cña chÕ ®é b¶o mËt tøc thêi: Giíi h¹n kh¶ n¨ngcã thÓ cña Cipher text cho kü thuËt b¶o mËt ®îc sö dông. Giíi h¹n th«ng tin vÒ chu kú vµ dung lîng d÷ liÖu trong kho¸ ®iÒu chØnh. Tr¸nh viÖc lu göi mét sè lîng lín kho¸, chØ khëi t¹o kho¸ khi cã nhu cÇu truyÒn tin gi÷a c¸c ES. Khëi t¹o ®éc lËp c¸c cuéc kÕt nèi th«ng tin hay øng dông gi÷a c¸c ES. b. KiÓu an toµn vµ sù ph©n lo¹i ®Æc tÝnh c¸c giao thøc: Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ c¸c bé t¹o kho¸, ngêi ta ph¶i chó ý ®Õn sù an toµn, t¸c dông vµ yªu cÇu cña c¸c lo¹i kü thuËt thiÕt lËp kho¸. Nh×n chung nh÷ng ®Æc ®iÓm kh¸c nhau c¬ b¶n cña c¸c lo¹i kü thuËt thiÕt lËp kho¸ bao gåm nh÷ng ®iÓm sau: B¶n chÊt cña sù hîp lÖ. §iÒu kiÖn t¬ng hç cña Authenticator. Khëi t¹o kho¸ míi. Kho¸ ®iÒu khiÓn. §Æc tÝnh: Sè b¶n tin yªu cÇu chuyÓn ®æi gi÷a c¸c ES B¶ng th«ng tin cÇn thiÕt CÇu h×nh yªu cÇu cña c¸c ES. 4.3.2.3. Sù hîp lÖ vµ nguy hiÓm trong giao thøc thiÕt lËp kho¸: Trong qu¸ tr×nh th«ng tin gi÷a c¸c ES lu«n lu«n tån t¹i mét vÊn ®Ò lµ sù th©m nhËp cña ngêi kh¸c, chÝnh v× vËy ngêi ta míi ®a ra bé encryption. Tuy nhiªn ®Ó ®¶m b¶o sù an toµn trong qu¸ tr×nh truyÒn tuyÕn tin vÉn cßn rÊt nhiÒu vÊn ®Ò ph¶i nghiªn cøu trong giao thøc thiÕt lËp kho¸. Mét vµi kÏ hë trong giao thøc thiÕt lËp kho¸ dÉn tíi sù th©m nhËp bÊt hîp ph¸p: X¸c ®Þnh mét session key b»ng c¸ch sö dông th«ng tin thu ®îc tõ c¸ch thu trém. Tham gia kÕt nèi trong mét giao thøc ®îc khëi t¹o bëi c¸c ES kh¸c nhau vµ g©y ¶nh hëng tíi c¸c th«ng tin ®ang truyÒn ®Ó thu ®îc kho¸. Khëi t¹o mét hoÆc nhiÒu giao thøc vµ t¸c ®éng lªn c¸c th«ng tin thu ®îc råi ®em truyÒn tíi cña ES kh¸c kh«ng cã nhu cÇu trao ®æi th«ng tin. ._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

29844.doc