Nghiên cứu SDR sử dụng bộ thu vệ tinh Outernet

Outernet là một dự án dựa trên hạ tầng vệ tinh Inmarsat, cho phép người dùng tiếp cận với các tài nguyên số công cộng như tin tức từ BBC World, Al Jazeera, Deutsche Welle, EurekAlert!, Medline, World Health Organization; thông tin thời tiết; Ham Radio APRS,... Người dùng mặt đất có thể sử dụng ăn-ten thu tín hiệu băng tần L (L-band) với tần số trung tâm là 1.5 GHz, ngoài ra bạn có thể nhận tín hiệu như ECG, ACARS,... Để có thông tin về sản phẩm, người dùng có thể truy cập trang web cung cấp thông tin chính thức tại Outernet Inc.

Tính năng chính của bộ thu là nhận tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh địa tĩnh thông qua ăn-ten L-Band và chuyển đến bộ khuyếch đại (LNA) tần số 1.5GHz (phụ thuộc vào vệ tinh phát), SDR sẽ nhận các tín hiệu tương tự (analog) và chuyển sang tín hiệu số (digital) thông qua ADC (Analog-to-digital converter). Các dữ liệu số sẽ gởi đến mạch CHIP hoặc các thiết bị SoC/PC để xử lý dữ liệu và chuyển thành sóng wifi để người dùng có thể truy cập tài nguyên do vệ tinh cung cấp.

1. Thành phần trong bộ thu nhận tín hiệu Outernet

Bộ thu nhận tín hiệu được đóng gói (Deluxe Kit) và bán online với giá 99$ tại Shopify bao gồm các thành phần: an-ten L-Band, SDR dongle, amplifier (LNA), máy tính tích hợp C.H.I.P. đã được cài đặt phần mềm Skylark 1.0. Tại thời điểm tháng 04/2017, Outernet đã chính thức công bố thiết bị SDR do họ tự phát triển có tên SDRx 1v06.1, đây là một sự kết hợp SDR và LNA vào chung một phần cứng tiện dụng hơn; SDRx sử dụng chip R820T2 cho phép nhận tín hiệu nhạy hơn, giảm hiện tượng quá nhiệt so với dùng Elonics E4000 và LNA trong phiên bản trước đó, phiên bản Skylark cũng được cập nhật phiên bản 4.0. Các thành phần bộ thu Outernet Mạch CHIP chuyển đổi dữ liệu và phát qua kênh wifi cho người dùng truy cập dễ dàng. Mạch Outernet LNA khuyếch đại tần số 1500MHz Phần cứng SDRx thiết kế từ Outernet tích hợp SDR và LNA trên cùng thiết bị. Tuy nhiên, người dùng Việt Nam có thể không cần phải mua trọn bộ thiết bị này và sử dụng giải pháp thay thế với giá thành/ hiệu năng phù hợp hơn.

RTL-SDR v3 sử dụng chip R820T2 cho kết quả xử lý tín hiệu tốt hơn

Cấu tạo ăn-ten L-band sử dụng ba tấm kim loại xếp chồng nhau, tấm kim loại giữa bị cắt góc hai đầu cho phép nó hoạt động như một ăn-ten phân cực tròn phải (RHCP - Right Hand Circularly Polarized)

Kết nối thành phần Outernet

Người dùng cần kết nối các thành phần ănten và SDR vào board CHIP hoặc kết nối đến PC để xử lý tín hiệu thu được. Để thực hiện thu tín hiệu vệ tinh được tốt, tôi tiến hành ngoài trời và cần xác định vị trí vệ tinh Inmarsat gần nhất. Cần bảo đảm ănten được hướng về vệ tinh gần nhất và nên thu tại khu vực không có vật cản để tín hiệu thu được ổn định. Tôi xác định tọa độ vệ tinh địa tĩnh sẽ được sử dụng là I-4 F1 APAC (Asia-Pacific).

I-4 F1 APAC (Asia-Pacific)  
Position: 144.0°E  
Coverage: Asia, Australia, Pacific and Indian Oceans  
Outernet Frequency: 1545.9525 MHz  

Bạn có thể sử dụng một số phần mềm miễn phí/ tính phí trên Android/Iphone để xác định góc và hướng các vệ tinh trên quỹ đạo. Dishpointer trên iOS hoặc SatFinder trên Android và nhiều ứng dụng trên di động khác.

2. Thu nhận dữ liệu với Outernet kit

Sử dụng bộ kit được phân phối từ outernet.is là cách đơn giản nhất để người dùng có thể tiếp cận nhanh chóng với việc thu dữ liệu. Tôi bắt đầu bằng cách kết nối các thành phần theo hướng dẫn và xác định tọa độ vệ tinh gần Việt Nam là I-4 F1 APAC. Sau khi tihết bị CHIP khởi động hoàn thành, người dùng sử dụng PC/smartphone kết nối đến wifi có SSID là Outernet với mật khẩu là outernet. Mạch CHIP lúc này đóng vai trò là Wifi hotspot cho phép các thiết bị kết nối đến tài nguyên mà nó cung cấp tại IP http://10.0.0.1 Thành phần bộ thu Outernet đang hoạt động thu tín hiệu vệ tinh I4F1-APAC - 144E Nhà sản xuất tích hợp chương trình Skylark vào mạch CHIP cho phép người dùng truy xuất các tài nguyên như Wiki, thời tiết, máy tính, các thông tin hệ thống, trình quản lý tập tin, các trang tin tức, ... mang các tiện ích đến những khu vực không thể tiếp cận với dữ liệu internet. Thông tin thời tiết thu nhận từ Outernet Trình quản lý tập tin được tải từ vệ tinh. Trang cung cấp tin tức tổng hợp từ Skylark Trang thông tin Wiki

3. Thu nhận dữ liệu với Outernet-in-a-box

Trong trường hợp người dùng cần phân tích các dữ liệu tải về thông qua PC, Outernet in a Box là bộ giải mã được nhà sản xuất cung cấp có thể hoạt động trên Wndows, Mac, Linux do chạy trên nền tảng Virtual Box. Kết nối bộ thu và PC sử dụng bộ giải mã Outernet in a box Giao diện hoạt động Outernet in a box Dữ liệu được lưu trữ tại thư mục C:\Outernet

4. Tạm kết

Tại Việt Nam thì Outernet vẫn còn khá mới mẻ do người dùng trong nước đều có thể dễ dàng tiếp cận với các nguồn dữ liệu mạng thông qua Internet. Tuy nhiên, với mục tiêu to lớn của Outernet truyền tải những nội dung đến những vùng khó tiếp cận viễn thông hiện đại, nhà phát triển đã lên kế hoạch đưa nhiều vệ tinh kích thước nhỏ (cubesat) vào quỹ đạo để tăng thêm chất lượng dịch vụ. Sau một thời gian sử dụng, tôi nhận thấy các thành phần này đều có giải pháp thay thế cho người dùng trong nước có thể tiếp cận với giá thành thấp hơn, trong phần tiếp theo tôi sẽ thực hiện những phương án thay thế và công bố sau khi hoàn thành. Outernet là một phần trong những tìm hiểu về sóng vô tuyến khá thú vị cho những bạn sinh viên, hoặc người dùng đam mê với các làn sóng trong không gian. Tham khảo:

1. http://aprs.org/outnet.html
2. http://aprs.org/outnet-hotspot.html
3. http://aprs.org/outnet-ariss.html
4. http://outernet.is/

Bài viết được lưu trữ tại: t17lab.com