Hệ thống thông tin vệ tinh VSAT IPSTAR

ứng dụng và cả các giao diện mặt đất. 1.2. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG VSAT. 1.2.1.Giới thiệu chung. VSAT (Verry Small Aperture Terminal) trạm mặt đất khẩu độ nhỏ hay đầu cuối khẩu độ nhỏ, được sử dụng phổ biến trong dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) . đây là kiểu phân phối dữ liệu trực tiếp tới người sử dụng. Tại Mỹ từ năm 1981 các hệ thống cỡ nhỏ được dùng cho các ứng dụng chuyên dùng và là các trạm mặt đất một chiều (One Way). Các trạm mặt đất được trang bị các anten với đường kính 0.6 m và có khả năng thu dữ liệu với tốc độ bít thấp (0,3 ÷ 9,6 Kbit/s) và được phát đi thông qua trạm mặt đất trung tâm (Hub). Do việc thu được thực hiện trên anten có đường kính nhỏ như vậy vệ tinh cần phải có một hệ số phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) rất cao. Vì vậy việc ứng dụng kỹ thuật truy cập và điều chế trải phổ để tránh can nhiễu đến từ các hệ thống thông tin khác sử dụng cùng băng tần. Từ năm 1984, các hệ thống hai chiều (Two Way) vẫn dựa trên các nguyên lý trên cũng được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên sau đó cũng xuất hiện thế hệ mới băng tần là 14/12Ghz, với khả năng đảm bảo thông lượng dữ liệu rất cao (64 kbit/s) mặc dù đường kính anten có lớn hơn (trên 1.2 m) và sử dụng kỹ thuật điều chế khác (kết hợp TDM/TDMA). 1.2.2 Đặc tính của hệ thống VSAT. Các trạm mặt đất VSAT thường sử dụng trong các mạng khép kín ở các ứng dụng có tính chuyên dụng, kể cả quảng bá thông tin lẫn trao đổi thông tin. Các trạm mặt đất VSAT (từ xa) thường thiết lập trực tiếp ở khuôn viên hoặc những nơi không được giám sát thường xuyên. Các trạm mặt đất VSAT thường là thành phần của một mạng hình sao bao gồm một trạm trung tâm (Hub) tương đối lớn và nhiều trạm VSAT từ xa. Tuy nhiên một vài mạng lại hoạt động theo cấu hình điểm nối điểm hoặc theo cấu hình mạng lưới không cần Hub. 1.2.3. Cấu hình trạm VSAT. 1.2.3.1.Giới thiệu: -Nhờ sự phát triển của thành tựu khoa học công nghệ, đã chế tạo ra được các bộ khuếch đại có công suất lớn, các bộ khuếch đại có tạp âm nhỏ, cùng với sự ra đời của các trạm vệ tinh có công suất khuếch đại cao. Nên đã đưa tới sự phát triển của các trạm vệ tinh có khẩu độ an ten nhỏ VSAT . Hệ thống VSAT cho phép các trạm mặt đất có kích thước rất nhỏ, giá thành thấp, đường kính anten có thể nhỏ từ 0,9m đến 1,8m và công suất phát của trạm cở vài oát. Một mạng VSAT bao gồm một vệ tinh hay một phần vệ tinh, một trạm chính có anten khoảng 4,5m 10m và gồm một số lượng lớn từ vài chục đến vài trăm ngàn trạm đầu cuối VSAT với các anten nhỏ. Hình:1-1:Các thành phần chính của trạm VSAT Quỹ đạo của vệ tinh VSAT là quỹ đạo địa tĩnh và phải có vùng phủ sóng rộng. Cấu hình trạm VSAT được chia làm ba thành phần bao gồm: Anten, khối ngoài trời (ODU-Outdoor unit) và khối trong nhà (IDU-Indoor unit). Bộ HPA có thể được gắn thêm để khuếch đại công suất phát lên 20W. Thường chỉ được sử dụng ở trạm HUB Hính :1-2:Sơ đồ cấu hình trạm VSAT 1.2.3.2.Cấu hình modem TRES: (Trunking Earth Station-Trạm trung kế mặt đất) Hính:1-3:Sơ đồ Cấu hình modem TRES a.An ten - Loại anten: Thường là anten Offset nhằm hạn chế búp sóng phụ, đồng thời tăng hiệu suất anten. Để giảm tổn hao trong các mạch ghép nối nên bộ chiếu xạ thường được thích hợp với khối ODU và được đặt tại tiêu điểm của mặy phản xạ Parabol. Mặt phản xạ thường được làm bằng nhôm và được gắn với thiết bị giá đỡ đơn giải nhằm có thể lắp ráp một cách linh hoạt. Do phạm vị chuyển động của anten vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh luôn nằm trong búp sóng chính cuả anten tram mặt đất VSAT, nên anten tram mặt đất không cần có hệ thống bám -Đường kính:Tuỳ thuộc vào hệ số phẩm chất yêu cầu, công suất bức xạ tương đương đẳng hướng của trạm VSAT khi xét đến yêu cầu của dịch vụ cũng như khả năng của vệ tinh và vùng địa lý của trạm. Với băng Ku: đường kính anten là 1.2m1,8m song với vùng có nhiều mưa như Việt Nam thì đường kính anten là 1,8m2,4m. Với băng C : để hạn chế gây nhiễu sang các hệ thống vệ tinh lân cận nên đường kính anten thường yêu cầu lớn hơn băng Ku. Tuy nhiên bằng cách sử dụng kỹ thuật trải phổ anten trạm VSAT băng C có đường kính anten chỉ cần 0,6m1,2m. b.Khối ngoài trời : Bao gồm bộ biến đổi tạp âm thấp LNB (khuếch đại tạp âm thấp LNA và biến đối xuống), bộ biến đổi lên và bộ khuếch đại công suất cao HPA. Hình :1-4:sơ đồ khối ngoài trời của trạm VSAT c. Cáp IFL ( Inter Facility Link): là cáp đồng trục có trở kháng 50, có chiều dài < 300m. Có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu IF (thường 1GHz2GHz) từ khối ODU tới khối IDU, truyền điện áp DC, tín hiệu chuẩn 10MHz, đ.Khối trong nhà: Thường bao gồm modem IF (điều chế / giải điều chế ) và bộ xử lý băng gốc được kết nối với thiết bị đầu cuối DTE qua giao diện chuẩn. Đối với VSAT cho dịch vụ thoại cần có thiết bị ADC để chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự sang tín hiệu số.. Hình:1-5:Sơ đồ khối trong nhà của trạm VSAT e.Tuyến phát: TRES nhận dữ liệu từ DTE qua giao tiếp vào ra để truyền tới bộ điều chế. Bộ điều chế sẽ mã hoá sau đó sử dụng điều chế dịch pha thành sóng mang trung tần (185MHz) đưa ra ngõ phát.Sóng mang trung tần được ghép tại thiết bị phân phối nguồn (PDS-M) để đưa tới thiết bị ngoài trời bằng cáp IFL.Tại ODU, sóng mang được tách kênh sau đó dịch tần lên băng C và được khuếch đại trước khi tới OMT của anten f.Tuyến thu: Sóng mang thu về từ vệ tinh được LNB khuếch đại và dịch tần xuống băng L trước khi đưa vào ODU. Tại ODU, sóng mang thu được ghép trước khi đưa xuống thiết bị phân phối nguồn (PDS-M) bằng cáp IFLTại thiết bị phân phối nguồn (PDS-M),sóng mang thu được tách kênh rồi đưa xuống modem TRES Bộ giải điều chế sẽ giải điều chế, dịch tần sóng mang xuống băng L, giải mã thành chuỗi dữ liệu truyền qua cổng I/O tới DTE. Modem TRES có chức năng:Mã hoá sửa sai, điều chế và giải điều chế Thiết bị phân phối nguồn PDS-M có chức năng: Cung cấp nguồn DC cho ODU, tách ghép tần số phát và tần số thu và cung cấp tín hiệu ổn đinh 10MHz làm chuẩn cho ODU. g.Giám sát và điều khiển M&C:(Monitoring and control) - Việc giám sát và điều khiển được thực hiện bằng phần mềm TRES M&C (Monitor And Control) của Hughes. - Chương trình M&C được cài đặt trên nền Window 95/98. - Kết nối máy tính với Modem TRES qua cổng COM1 (mặc định) - Tốc độ Boud là 24Kb/s. 1.2.3.3.Cấu hình các trạm VSAT. Các trạm VSAT được kết nối với nhau bằng các tuyến Uplink và Downlink. Tuỳ thuộc vào loại hình dịch vụ được cung cấp, tổ chức mạng các trạm VSAT có thể theo các cấu hình sau: Cấu hình hình sao: (Điểm nối đa điểm): Là kiểu tổ chức được dùng phổ biến nhất hiện nay. Trong đó các trạm VSAT muốn liên lạc với nhau đều phải thông qua trạm HUB để quản lý và điều hành hoạt động của mạng. Trạm này được nối với máy tính chủ và được kết nối với mạng thông tin công cộng. Tất cả các đầu cuối ở xa đều được chuyển tiếp qua bộ xử lý trung tâm của trạm. Đường thông tin phải đi qua vệ tinh hai lần nên trễ đường truyền lớn khoảng 513ms, điều này đã làm giảm chất lượng liên lạc thoại đối với các dịch vụ hội nghị. Với cấu hình này trễ đường truyền lớn. Hình:1-6 :Cấu hình hình sao Với trạm mặt đất HUB : Có quy mô lớn hơn trạm VSAT lẻ (Remote), đường kính an ten băng C là từ 7m18m, đường kính an ten băng Ku là từ (3,5m11m) mức khuêch đại công suất của HPA khoảng 400W. Cấu hình hình lưới (Điểm nối điểm): Các trạm VSAT có thể liên lạc trực tiếp với nhau mà không cần phải thông qua trạm HUB để điều khiển. là kiểu cấu hình mà các trạm VSAT đều có vai trò như nhau. Yêu cầu các trạm VSAT phải có anten kích thước lớn hơn các trạm VSAT tổ chức theo cấu hình hình sao, nhằm đạt được EIRP lớn đáp ứng yêu cầu của đường lên và phải tăng công suất vệ tinh nên cấu hình này ít được sử dụng. Trễ đường truyền nhỏ khoảng 240 ms. Hình :1-7:Cấu hình hình lưới -Cấu hình lai ghép: Để bảo đảm yêu cầu dịch vụ và độ tin cậy người ta dùng cấu hình lai ghép giữa cấu hình hình sao và cấu hình hình lưới. 1.3.ĐẶT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VSAT. Các hệ thống VSAT thường được sử dụng dưới hình thức tư nhân, một nhóm người sử dụng khép kín, hay các mạng thông tin số trong đó các trạm VSAT từ xa được thiêt lập trực tiếp tại khuôn viên của người sử dụng từ xa. Xét mạng VSAT có những ưu điểm so với các mạng thông tin mặt đất khác: Khả năng cung cấp dịch vụ lớn do tầm phủ sóng lớn. Việc triển khai mạng trở nên linh hoạt nhờ việc dễ dàng thay đổi cấu hình và cho phép thiết lập các VSAT mới ở bất kỳ nơi nào nằm trong vùng phủ sóng. Khả năng quảng bá thông tin, đặc biệt là đối với việc phân phối dữ liệu. Khả năng truyền dẫn với tốc độ bit cao, thường là 64, 128 Kbit/s hay hơn. Chi phí thông tin không phụ thuộc vào khoảng cách. Không có nút mạng trung gian giữa người sử dụng đầu cuối và hệ thống thông tin trung tâm (Hub). Điều này làm cho hệ thống VSAT có đặc tính hoạt động rất cao như độ tin cậy, độ sẵn dùng và chất lượng truyền dẫn cao (lỗi Bit-Ber thấp). Nhưng mạng VSAT cũng còn nhược điểm trễ truyền dẫn trên đường truyền vệ tinh. Do đó cần phải chú ý đến các giao thức ứng dụng và thông tin phải có khả năng thích ứng với việc xử lý thời gian trễ này (đặc biệt là mạng GSM). 1.4. ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG VSAT 1.4.1.Các ứng dụng trong thông tin một chiều. 1.4.1.1. Phân phối dữ liệu và phân phối tín hiệu Video. Ứng dụng phân phối dữ liệu (truyền thông dữ liệu) là ứng dụng phổ biến nhất của thông tin một chiều, tức là phân phối thông tin dưới dạng tín hiệu số từ Hub tới tất cả các thuê bao hoặc một số các giới hạn trong thuê bao (như: tin tức, thông cáo báo chí, thông tin thời tiết, truyền hình giải trí ...). Việc phân phối tín hiệu Video tới các trạm VSAT có thể thực hiện dưới hai hình thức chính: Dùng VSAT thu các tín hiệu Video (hoặc truyền hình) ở tốc độ bít thấp (1.5 hay 2.4Mbit/s), tức là hoạt động theo chế độ bình thường. Thu các tín hiệu số hay tín hiệu TV/FM truyền thống (analog), dưới dạng chức năng phụ trợ của VSAT. Chức năng thường được thực hiện thông qua một cổng ra phụ ở khối chuyển đổi nhiễu thấp (LNC). 1.4.1.2 .Thu nhập dữ liệu. Các VSAT một chiều có thể sử dụng ở hướng ngược lại từ trạm VSAT đến các Hub cho mục đích thu nhập dữ liệu. Nghĩa là truyền dữ liệu tự động thông qua VSAT từ các bộ cảm biến từ xa. Các ứng dụng phổ biến là giám sát khí tượng hay môi trường, giám sát mạng truyền tải điện tự động… 4.2 Các ứng dụng trong thông tin hai chiều. 1.4.2.1 Truyền dữ liệu. Thông tin vệ tinh VSAT hai chiều bổ sung thêm cho các dịch vụ thông tin một chiều ở trên, các dịch vụ thông tin VSAT hai chiều mang lại một phạm vi ứng dụng gần như không giới hạn. Đối với truyền dữ liệu, các mạng VSAT thương mại ngày càng sử dụng phổ biến cho rất nhiều hình thức truyền dữ liệu khác nhau, đặc biệt là với truyền dữ liệu hai chiều. Điều này làm cho tính linh động của mạng tăng lên rất nhiều và đặc biệt là đối với kiểu truyền dữ liệu và file theo phương pháp tương hổ hoặc theo kiểu luân phiên hỏi đáp. Trong thực tế các mạng VSAT hoạt động tương tự như “Mạng dữ liệu chuyển mạch gói (PSDN)”. Các ứng dụng điển hình của mạng như: chuyển đổi truyền trọn gói các file dữ liệu quản lý trong kinh doanh từ các chi nhánh về trung tâm xử lý dữ liệu, thu thập dữ liệu và đặc biệt cung cấp dịch vụ điều khiển và giám sát dữ liệu theo yêu cầu (SCADA), các dịch vụ thư điện tử, xử lý từ xa các VSAT có thể truy cập vào một máy tính chủ thông qua Hub. 1.4.2.2 Video hội nghị Đối với truyền Video hội nghị, theo sự phát triển kỹ thuật nén hình ảnh số, các bộ mã hoá và giải mã (coder) video tốc độ bít thấp đã tạo điều khiển cho việc thực thi hình thức video hội nghị phục vụ cho các hoạt động kinh doanh với mục đích tiết kiệm chi phí và thời gian đi lại. 1.5.CÁC ĐẶC TÍNH TIÊU BIỂU CỦA VSAT. 1.5.1. Kích thước mạng, số lượng VSAT trong một mạng. Mạng được định nghĩa ở đây như một công cụ phục vụ cho một nhóm người sử dụng khép kín. Nó có thể là một mạng hoàn toàn độc lập hoặc là một mạng con được triển khai trên cơ sở một Hub chia sẽ. Nhưng xét về mặt thiết bị thì kích thước của mạng vẫn tuỳ thuộc vào dung lượng luồng dữ liệu, tức là dựa trên: Số người cần phục vụ, nói chung một người sử dụng cũng chính là một VSAT (từ xa). Tuy nhiên một VSAT cũng có thể phục vụ cho một số người sử dụng bằng cách kết nối nó với một mạng dữ liệu nội hạt (LANs) hoặc kể cả với một mạng mặt đất. Đặc tính luồng dữ liệu, khả năng biến đổi và các yêu cầu về dung lượng. Ở đây các đặc điểm quan trọng nhất có liên quan đến các kiểu luồng dữ liệu và khả năng tương thích của nó, đó là: Các luồng dữ liệu tốc độ bit thấp liên kết qua lại. Tốc độ truyền bản tin mong muốn (nghĩa là khoảng thời gian trung bình giữa hai bản tin, đặc biệt là trong các thời điểm thông lượng là cực đại) và chiều dài bản tin cần truyền đi từ các VSAT từ xa. Nội dung của các bản tin phúc đáp từ Hub. Độ trể đáp ứng chấp nhận được. Chuyển đổi và chuyển tải dữ liệu khối. Có thể có các yêu cầu truyền dẫn với mật độ luồng thông tin cao ở tuyến ra và kể cả tuyến vào (ở thời gian cao điểm và không cao điểm). Có thể có các yêu cầu về luồng thông tin thoại. 1.5.2.Các yêu cầu đối với phần không gian. Các yếu tố chính quyết định các yêu cầu về phân vùng không gian (và vì vậy quyết định chi phí phân vùng không gian, là một phần quan trọng của chi phí toàn bộ hệ thống). Các đặc tính của bộ phát đáp vệ tinh (EIRP, dải biến đổi mật độ công suất thu, độ rộng băng tần). Thông số G/T của các trạm mặt đất thu, và đặc biệt là các trạm mặt đất từ xa. Số lượng và dữ liệu của các sóng mang TDM tuyến ra. Do kích thước nhỏ của anten VSAT nên đây chính là yếu tố quyết định chủ yếu cho toàn bộ thông số EIRP cần thiết của bộ phát đáp (bộ phát đáp thường hoạt động ở chế độ công suất giới hạn). Số lượng và tốc độ dữ liệu của các sóng mang TDM tuyến vào. Đây là yếu tố quyết định cho độ rộng băng tần của bộ phát đáp. Tất nhiên, bên cạnh đó vẫn còn một số yếu tố khác nữa như chất lượng truyền dẫn (lỗi BER), độ sẵn dùng và môi trường can nhiễu. 1.6.VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIAO THỨC VÀ GIAO DIỆN MẠNG VSAT. Một mô hình mạng VSAT bao gồm không chỉ phần cứng của các trạm mặt đất mà còn cả phần mềm đầy đủ đảm bảo sự hoạt động của các đầu cuối (end-to-end)/(user-to-user), bao gồm các giao thức và các chức năng giao diện. 1.6.1 Mô hình giao thức mạng VSAT. Các phương thức thông tin định hướng gói thường được sử dụng trong các mạng VSAT. Trong các tuyến thông tin dữ liệu gói, thông tin được truyền đi bằng cách nhóm dữ liệu thành các gói. Tuy nhiên, việc các mạng VSAT hoạt động theo phương thức gói vẫn không bắt buộc những người sử dụng nhất thiết phải tuân theo thông tin gói, bởi vì các chức năng gói hóa có thể được thực hiện trong các khối giao thức người dùng ở các đầu cuối mạng VSAT. Trong các tuyến thông tin dữ liệu, các hệ thống mở giao thức với nhau thông qua các chức năng thông tin được chia thành các lớp. Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa (ISO) đã phối hợp với tiểu ban chuẩn hóa về thông tin viễn thông của ITU-R (ITU-T) để xây dựng nên mô hình tham chuẩn giao thức kết nối hệ thống mở (OSI), gồm 7 lớp. Bốn lớp trên chứa các giao thức thông tin điểm nối điểm giữa các hệ thống thông tin. Ba lớp dưới chứa các giao thức mạng và giao tiếp mạng phục vụ việc truyền ảo không lỗi (Virtually error-free transmition) các gói dữ liệu của người dùng qua các mạng. Các mạng dữ liệu chuyển mạch gói sử dụng các giao thức thông tin trong 3 lớp này để chuyển các dữ liệu của người sử dụng qua mạng và cung cấp các phục vụ cho 4 lớp trên có chứa các giao thức điểm - đối - điểm. Lớp vật lý (lớp1) là lớp dưới cùng trong mô hình OSI. Lớp này bao gồm các đặc tính vật lý và các thông số kỹ thuật của các kết nối dành cho việc truyền ở mức bit qua mạng và thông qua giao diện mạng. Lớp liên kết dữ liệu (Lớp 2) chứa các thủ tục và giao thức thông tin giữa các đầu cuối của mạng, hoặc giữa các mạng với nhau. Các giao thức này thường thực hiện việc phát hiện và sửa lỗi cho các gói dữ liệu đã được đóng khung. Nếu các lỗi không thể sửa được, một thông báo lỗi sẽ được gửi tới lớp 3. Các giao thức này cũng có thể có các chức năng đánh địa chỉ và điều khiển luồng dữ liệu. Lớp 2 còn cung cấp khả năng đồng bộ giữa các đầu cuối và mạng. Lớp mạng (lớp3) thiết lập, duy trì và kết thúc các kết nối dữ liệu qua mạng. Tại lớp 3 các gói dữ liệu được cung cấp các thông tin địa chỉ để thực hiện việc định tuyến qua mạng, các lỗi sẽ được sửa và các luồng gói dữ liệu sẽ được điều khiển. Các gói dữ liệu quá dài có thể sẽ được chia ra và sau đó được kết hợp lại. Các tuyến thông tin theo phương thức gói trong mạng VSAT thường chỉ dùng các chức năng và các chức năng thuộc 3 lớp OSI dưới cùng này. Chúng được sử dụng trong khuôn khổ mạng, cũng như các giao diện của nó với mạng bên ngoài. Các mạng VSAT được sử dụng chủ yếu dưới dạng các mạng dữ liệu riêng độc lập, kết nối một số đầu cuối dữ liệu của người sử dụng (hoặc một số nhóm đầu cuối). Các đầu cuối dữ liệu này giao tiếp với các VSAT ở xa, và với các máy chủ giao thức với trạm Hub của mạng VSAT. Gần đây, các mạng VSAT còn được dùng để kết nối những người sử dụng VSAT từ xa tới các mạng dữ liệu trên mặt đất (cả mạng công cộng lẫn mạng riêng), và có thể trong tương lai là mạng ISDN. Các kết nối này được thực hiện hoặc thông qua Hub hoặc thông qua một VSAT khác. 1.6.2 Kiến trúc bên trong của mạng VSAT và sự triển khai các giao thức. Xét về mặt giao thức và mặt các thủ tục thông tin, một mạng VSAT có thể được chia thành phần trung tâm của mạng và phần giao diện mạng. Các giao diện mạng được bố trí ở các điểm rìa của mạng mà thông qua đó người sử dụng mạng VSAT được kết nối với mạng VSAT. Một giao diện mạng cũng được cung cấp tại Hub mạng, nơi được kết nối tới một máy chủ hoặc một mạng mặt đất khác. Mỗi một giao diện mạng VSAT có thể được cấu hình sao cho hỗ trợ được một trong nhiều loại giao diện người dùng khác nhau, không phụ thuộc vào giao diện mạng VSAT khác. Các giao diện mạng dựa vào phần trung tâm của mạng để cung cấp một cấp độ dịch vụ nào đó. VSAT Các lớp cao dành cho người dùng Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Các lớp cao dành cho người dùng Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Cổng giao tiếp Giao thức Giao diện Giao diện vật lý Phần trung tâm mạng Cổng giao tiếp Giao thức Giao diện Giao diện vật lý Phần trung tâm mạng MẠNG VSAT TRẠM HUB Đầu cuối của người sử dụng Đầu cuối của người sử dụng Đường truyền mặt đất Đường truyền vệ tinh Hình :1-8: Kiến trúc giao thức của một mạng VSAT Phần trung tâm của mạng ( Network kernel ) Phần trung tâm của mạng VSAT có cấu trúc và giao thức thông tin của riêng nó nhằm mục đích truyền các dữ liệu thông qua phương tiện truyền tin vệ tinh theo phương pháp hiệu quả nhất. Phần trung tâm của mạng đảm bảo viêc thưc hiện phân phối dữ liệu đáng tin cậy và cả việc chỉ báo tình trạng mất mát dữ liệu do các loại lỗi khác nhau hoặc do lỗi thiết bị. Phần trung tâm của mạng gồm các chức năng sau: - Các giao thức truy cập vệ tinh. - Cơ chế đánh địa chỉ gói. - Các thủ tục điều khiển tắc nghẽn trên các kênh vệ tinh. - Định tuyến và chuyển mạch gói. - Quản trị mạng. Các chức năng quản trị mạng được sử dụng để cấu hình và vận hành mạng, ví dụ để cảnh báo cho người quản trị mạng một số trường hợp cần phải loại trừ trong một số giao diện với người sử dụng, chẳng hạn như hủy bỏ một đường tryền không mong muốn hoặc phát lại để truy cập. Giao thức truy cập vệ tinh Giao thức truy cập vệ tinh thường là bất cân bằng. Có một số dậng truy cập từ VSAT đến Hub thông dụng đang được sử dụng như: Aloha chia khe (slotted Aloha) hoặc TDMA dành riêng (reservation TDMA). Theo hướng từ Hub đến VSAT, phương thức truy cập thường là TDMA. Các giao thức thông tin dữ liệu bên trong mạng. Các giao thức truy cập điểm-điểm, điểm đa điểm có thể được sử dụng để thiết lập các đường thông tin đáng tin cậy thông qua mạng, trong đó có cả các chức năng khôi phục lỗi và điều khiển luồng dữ liệu. Đây là các giao thức thông tin bên trong mạng được thiết kế dành riêng cho cho việc truyền dẫn qua vệ tinh trong mạng VSAT. Các yếu tố cần được đưa vào tính toán khi thiết kế các giao thức bên trong mạng VSAT bao gồm các đặc tính quan trọng của mạng như: topology hình sao của các mạng VSAT cũng như cũng như các phương pháp đa truy cập. Các đặc tính này có ảnh hưởng lớn đến thông lượng dữ liệu và thời gian thiết lập cuộc gọi của mạng VSAT. Các thông tin đã được gói hóa được cấu trúc thành các khuôn dạng có chứa cả các mã điều khiển lỗi để thông báo là đã nhận đúng hoặc loại bỏ các gói thông tin nhận được nhưng bị lỗi và yêu cầu phát lại. Trong các mạng VSAT sử dụng TDMA/RA để truyền các gói dữ liệu từ VSAT đến Hub thì quá trình chỉ báo (ACK) và quá trình phát lại gói tin đều nằm dưới sự điều khiển của phần mềm quản trị mạng VSAT. Tỉ lệ lỗi bit BER trên đường truyền vệ tinh phải đủ thấp để tránh hiện tượng phát lại quá nhiều lần các bản tin. Nếu các cơ chế sửa lỗi ở các thiết bị đầu cuối (end-to-end) trong các lớp cao hơn được sử dụng thì có thể dẫn đến thông lượng thông tin rất thấp do dữ liệu bị lỗi sẽ được lặp lại sau một thời gian trễ rất dài. Nếu không có các phương pháp sửa lỗi tại các lớp thấp thì tỉ lệ lỗi bit BER trên đường truyền vệ tinh sẽ phải thấp hơn nhiều. Chức năng chuyển mạch gói Các mạng VSAT với cấu hình hình sao chủ yếu là các mạng chuyển mạch gói với một trung tâm chuyển mạch gói đảm nhận các chức năng định tuyến và chuyển mạch. Các chức năng chuyển mạch được triển khai thông qua các thiết bị xử lý băng gốc và thiết bị điều khiển trong các trạm mặt đất VSAT và Hub. Có hai cơ chế chuyển mạch gói cơ bản: datagram và kênh ảo. Với datagram, các gói được phân phối với một độ tin cậy nhất định. Kênh ảo đảm bảo sự phân phối tuần tự các gói tin và không có sự nhân đôi. Trong mạng VSAT thì các cơ chế đều có ưu điểm và nhược điểm. Các kênh ảo yêu cầu ít thông tin mào đầu cho một gói dữ liệu hơn nhưng sự cần thiết phải duy trí các thông tin trạng thái ở mỗi kết nối trong mạng có thể sẽ trở thành một vấn đề phức tạp trong một mạng VSAT lớn có một số lượng lớn kết nối cần được hỗ trợ. Với phần thông tin mào đầu lớn hơn trong một gói, một chuyển mạch trên cơ sở datagram có thể đảm bảo một thông lượng cao hơn và mang lại một ưu điểm quan trọng: khả năng khởi động lại không cần thiết lập lại các kết nối trên mạng. Mô hình bên trong của một mạng chuyển mạch gói có thể được xem như một liên mạng giữa các hệ thống chuyển mạch và các thành phần xử lý. Do vậy các giao thức lớp mạng các giao thức lớp mạng trong mô hình OSI được sử dụng làm kiến trúc cho việc xây dựng cấu trúc bên trong của một mạng chuyển mạch gói VSAT. Một số mạng đã sử dụng chuyển mạch gói cải tiến để cung cấp chức năng X.25 PSDN. Các mạng VSAT khác nhau có thể sử dụng các giao thức thích hợp để thực hiện cùng các chức năng đó. Các chức năng chính trong chuyển mạch gói VSAT là: - Điều khiển đa truy cập vệ tinh - Truyền tín hiệu đáng tin cậy. - Định tuyến dữ liệu giữa các VSAT và máy chủ. - Kết nối tới các hệ thống quản trị mạng. - Kết nối tới các mạng khác. Các cổng giao tiếp ( Gateway ) Mỗi cổng giao tiếp mạng bao gồm chức năng cổng giao tiếp (Gateway) thực hiện việc chuyển đổi giao thức, và nếu cần thiết điều chỉnh giao thức. Chuyển đổi giao thức Khi kết nối mạng thông tin dữ liệu với nhau, một cổng giao tiếp nói chung thực hiện việc chuyển đổi tại các lớp OSI cao giữa các giao thức thông tin mạng không đồng dạng (ví dụ các cổng giao tiếp thư điện tử và các cổng giao tiếp truyền tin). Chức năng cổng giao tiếp mạng VSAT nhất thiết phải thực hiện việc chuyển đổi các lớp thấp giữa các giao thức thông tin mạng của người dùng và các giao thức bên trong mạng VSAT. Cổng giao tiếp mạng VSAT cho phép truy cập vào phần chính của mạng, thực hiện việc đóng gói dữ liệu và biên dịch địa chỉ. Trong tất cả các trường hợp, mỗi loại giao thức giao thức người dùng đều có các chức năng cổng giao tiếp cần thiết của riêng nó.Cả Hub lẫn VSAT đều có thể cung cấp các giao tiếp mạng với cấu trúc này, cấu trúc mà chúng ta cấu hình để hỗ trợ bất kì loại nào trong các loại giao thức người dùng. Nó có ưu điểm là nó có sẵn bên trong mạng không phụ thuộc vào các giao thức người dùng. Điều này cho phếp mạng dễ dàng thích nghi khi hỗ trợ các kiểu giao tiếp người dùng khác nhau. 1.7.KẾT NỐI VỚI CÁC DTE ĐỊNH HƯỚNG GÓI CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG VÀ VỚI CÁC MẠNG DỮ LIỆU MẶT ĐẤT. 1.7.1 Kết nối với các DTE của người sử dụng. Các mạng VSAT điển hình có một số loại giao tiếp mạng, mỗi loại chứa các giao tiếp lớp vật lý và giao thức giao tiếp với người dùng để đảm bảo sự giao tiếp hoàn hảo với các thiết bị đầu cuối dữ liệu cục bộ của người sử dụng (DTE). Các giao tiếp này cũng có thể hiện diện giữa các thiết bị Hub VSAT và các máy chủ. Giao tiếp lớp vật lý. Giao tiếp vật lý thực hiện kết nối vật lý từ DTE người dùng tới giao tiếp mạng VSAT. Mỗi hệ thống VSAT thường có một số giao tiếp vật lý độc lập và có thể cấu hình được. Chúng hổ trợ cho các chuẩn vật lý đồng bộ và không đồng bộ ở các tốc độ bit dữ liệu khác nhau. Giao tiếp giao thức người dùng. Giao tiếp giao thức người dùng được kết hợp với mỗi giao tiếp vật lý để kết nối hoàn hảo những người dùng vào mạng thông qua một chức năng thiết bị đầu cuối kênh dữ liệu (DCE) hoàn chỉnh ở lớp 2 và 3. Các giao tiếp giao thức người dùng hiện nay cho phép các thiết bị người dùng kết nối tới mạng theo giao thức riêng của mình. Hầu hết các hệ thống VSAT được hổ trợ ít nhất là các giao thức người dùng X25... Ngoài các giao tiếp người dùng được sử dụng rất thường xuyên này một mạng VSAT còn có thể dễ dàng thích nghi với các giao tiếp riêng bởi vì các sự thay đổi tong giao tiếp chỉ được giới hạn ở người dùng chứ không phải trên toàn bộ mạng. Giao thức X25. Các lớp trong mô hình OSI của ISO Đầu cuối VSAT Hub Máy chủ SDLC thứ cấp RS232C Giao thức lớp mạng SDLC sơ cấp RS232C Giao thức Datagram Modem/Code của VSAT Giao thức lớp mạng Giao thức Datagram Modem/Code của VSAT SDLC thứ cấp RS232C SDLC sơ cấp RS232C Hình:1-9: Cấu hình hổ trợ giao thức SDLC. Trong các mạng X25 mặt đất, mỗi nút mạng đảm nhận việc chỉ báo nội bộ về tình trạng nhận các gói dữ liệu. Vì vậy giao thức người dùng X25 giao tiếp với mạng VSAT đơn giản hơn so với SDLC hoặc BISYNC. Giao tiếp vật lý giữa DTE X25 của người sử dụng với mạng dựa trên cơ sở chuẩn V24 của khiến nghị ITU-T. Giao tiếp giao thức người dùng của giao tiếp mạng VSAT tuân theo đầy đủ giao thức X25 trong khiến nghị ITU-T ở lớp 2 và 3. Cổng giao tiếp này thực hiện việc chuyển đổi giao thức giữa giao thức truy cập X25 và giao thức bên trong mạng VSAT và đồng thời điều khiển cả kênh ảo giữa các đầu cuối. Giao tiếp giao thức người dùng thực hiện cục bộ việc chỉ báo thu/phát ở lớp 2 và 3 tới các thiết bị người dùng, cũng giống như các node và các DCE trong các người X25 mặt đất. Nếu không tính đến trễ vệ tinh trong giao tiếp X25 cục bộ này, thì các giá trị định thời và các kích thước cửa sổ của các giao thức X25 lớp 2 và 3 trong thiết bị người dùng sẽ không cần phải được điều chỉnh khi sử dụng với các mạng VSAT. 1.7.2 Kết nối với các mạng dữ liệu mặt đất chuyển mạch gói (PSPDN). Trong các mạng PSPDN, các DTE người dùng được kết nối tới các DCE của PSPDN thông qua sử dụng giao thức X25. Các DTE không đồng bộ có thể được kết nối tới mạng theo giao thức X28 và một chức năng PAD (lắp ghép/phân chia gói). Các mạng PSPDN được kết nối với nhau thông qua các cổng giao tiếp mạng với một giao tiếp X75 ở giữa. Dữ liệu được truyền qua mạng dưới dạng các gói tin đi qua các chuyển mạch gói (node) có nhiệm vụ định tuyến các gói tin này. Mỗi gói tin mang một header chứa thông tin địa chỉ. Không như trong các mạng chuyển mạch kênh, trong các chuyển mạch gói không có một kết nối nào được duy trì lâu dài trên mạng giữa các DTE đang thông tin. Một số khả năng kết nối mạng VSAT và mạng PSPDN có thể được áp dụng: Mạng VSAT thay thế cho một phần mạng PSPDN mặt đất. Mạng VSAT như một mạng con trung chuyển giữa các PSPDN. Một mạng VSAT truy cập vào một mạng PSPDN thông qua một giao tiếp mạng tại Hub hoặc tại một trong các trạm VSAT. Thông thường mạng VSAT truy cập vào mạng PSPDN được dùng phổ biến nhất và được chính thức hóa qua quá trình phát triển của các chuẩn quốc tế. Khả năng này của mạng VSAT xem như một dạng triển khai đặc biệt của mạng dữ liệu dành riêng được kết nối tới PSPDN thông qua một giao tiếp người dùng tiêu chuẩn của PSPDN. Cổng giao tiếp X25/VSAT đảm nhận các chức năng như: biên dịch địa chỉ, định tuyến quản lý kênh ảo, chuyển đổi số liệu và điều khiển luồng giữa lớp 3 của nó và các cổng giao tiếp ở xa. Khi một gói tin yêu cầu kết nối ở lớp 3 được nhận tại một cổng giao tiếp từ một giao diện mạng của nó, cổng này sẽ thực hiện chức năng quản lý và điều khiển kênh ảo của mình. Nó chuyển đổi gói tin này phù hợp với mạng và gắn địa chỉ mạng tương ứng trước khi chuyển đến phần chính của mạng để truyền đến các cổng giao tiếp ở xa. Sau khi nhận được gói tin này, cổng giao tiếp ở xa tiến hành cắt bỏ ngững thông tin được gắn vào bởi cổng giao tiếp gởi, rồi tiến hành chuyển đổi khuôn dạng gói tin và đưa tới giao diện mạng cục bộ của nó. Sau đó gói tin này được gởi cho đầu cuối người dùng thông qua các lớp thấp nhất. Các vấn đề về hoạt động: Các yêu cầu kết nối mạng VSAT/PSPDN tùy thuộc vào quá trình truy cập của mạng VSAT dành riêng tới mạng PSPDN. Bên cạnh các yêu cầu giao tiếp có tính bắt buộc, thì một số chỉ tiêu chất lượng mạng cũng cần được đáp ứng. Các yêu cầu chất lượng gồm thông lượng, độ trễ. Các mạng VSAT còn có thêm một số đặc tính làm giảm chất lượng cho toàn bộ các kết nối. Để so sánh, trong mạng PSPDN mặt đất dưới điều kiện tải bình thường thì thời gian truyền qua mạng đối với cả hai loại gói tin yêu cầu kết nối và chấp nhận kết nối xấp xỉ 0.6s. Mặc dù độ trễ truyền dẫn node tới node trong mạng mặt đất là nhỏ hơn đáng kể, nhưng với số lượng node cao hơn nhiều thì thời gian thiết lập cuộc gọi có thể so sánh với mạng VSAT. Trong suốt khoảng thời gian truyền số liệu của một kết nối, cả hai loại mạng đều thực hiện chỉ báo cục bộ và vì vậy độ trễ truyền gói được xem như một chiều. Trong mạng VSAT độ trễ trung chuyển lần lược vào khoảng 0.5 đến 1s đối với cấu hình một bước chuyển và hai bước chuyển. Trong khi mạng dữ liệu mặt đất, độ trễ trung chuyển xấp xỉ 0.4s. 1.8 .KẾT LUẬN CHƯƠNG. Vệ tinh VSAT đảm bảo tính thông ._.tin xuyên lục địa với những ưu điểm mà các loại thông tin khác không thể có, với mạng lưới của nó tạo thành hệ thống thông tin khép kín toàn cầu. Thực chất của thông tin vệ tinh VSAT là kỹ thuật truyền dẫn mà trong đó môi trường truyền dẫn là không gian vũ trụ rất phức tạp với khoảng cách lớn. CHƯƠNG II: KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 2.1.GIỚI THIỆU CHƯƠNG. Một vệ tinh thông tin yêu cầu để cung cấp dịch vụ bên trong một vùng địa lý trong thời gian sống của nó. Việc thiết kế được điều khiển bởi khả năng thông tin của vệ tinh VSAT, môi trường vật lý mà nó hoạt động và yêu cầu công nghệ. Thiết kế một vệ tinh VSAT bắt đầu với sự tổng hợp tất cả các yêu cầu kỹ thuật của tàu vũ trụ, như EIRP và vùng phủ sóng. Còn đối với trạm mặt đất thì cần có những chỉ tiêu kỹ thuật nào? Chương này với mô tả những xem xét chính yêu cầu trong thiết kế trạm mặt đất VSAT (trạm từ xa và cả Hub) và mô tả đặc tính của vài hệ thống của một trạm Hub của các khối thiết bị chính của nó, sự tối ưu hóa cũng như những ràng buột kỹ thuật và giá. 2.2.VSAT - KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT. 2.2.1. Cấu trúc chung. Theo chức năng trạm mặt đất VSAT được chia làm ba phần: Anten, khối thiết bị ngoài trời (ODU) và khối thiết bị trong nhà (IDU). Hầu hết các loại trạm mặt đất VSAT hoạt động ở các tần số khác nhau nhưng có cấu trúc tương đối giống nhau, ngoại trừ anten và mạch RF Ở đây các anten parabol có độ lệch nhỏ tương ứng với đường kính từ 1 ÷ 2m được dùng rộng rãi. ODU (Out-Door Unit) khối ngoài VSAT chứa phần RF (chẳng hạn như bộ LNC-bộ khếch đại nhiễu thấp đối với phần chuyển đổi tần xuống và bộ HPC- bộ chuyển đổi công suất cao với phần chuyển đổi tần lên). Và được lắp đặt ngay sau tiêu điểm của anten.. Một khối IDU điển hình chứa một mạch IF, một modem và một bộ xử lý tín hiệu băng gốc. Đôi khi mạch điều chế cũng được chứa trong ODU thay vì IDU.IDU thường được lắp đặt ở đầu cuối dữ liệu người dùng và được kết nối trực tiếp đến các đầu cuối này thông qua giao tiếp thông tin dữ liệu chuẩn. IDU và ODU được nối với nhau bởi cáp IFL (Interfacility Link), khoảng từ 100 - 300m. 2.2.2 Anten trạm VSAT. Anten bao gồm gương phản xạ anten, bộ thu/phát sóng. Do anten phụ thuộc vào địa lý nên đường kính của anten có thể được chọn lựu từ nhà cung cấp tùy theo yêu cầu hệ số G/T và đặc tính EIRP của VSAT. Đối với hoạt động trong băng tần (14/12) Ghz các anten có đường kính từ (1.2 -> 1.8) m thường được sử dụng, tuy nhiên các anten có đường kính lớn hơn cũng được sử dụng khi cần có một độ dự trữ cao hơn tại vị trí gần rìa vùng phủ sóng của anten hoặc tại vùng có mưa lớn. Cần chú ý đến sự tương thích với các hệ thống vệ tinh kế cận và các dịch vụ vệ tinh kế cận khác. Như anten nhỏ có mặt phản xạ hình elip có khả năng cải thiện đặc tính búp sóng phụ, phù hợp với việc tránh nhiễu cho các vệ tinh kế cận. 2.2.3. Các loại anten trạm VSAT Có nhiều loại anten khác nhau có thể sử dụng ở trạm mặt đất và HUB. Tuỳ theo tiêu chuẩn từng loại trạm mà đường kính của anten thu – phát trạm mặt đất thông thường có đường kính từ (0.6 ÷ 30 ) m. 2.2.3.1. Anten Parabol . Nguyên lý cấu tạo: gồm một mặt phản xạ cong theo đường cong parabol, làm bằng các vật liệu có hệ số phản xạ cao ,thường bằng nhôm hay hợp kim của nhôm, mặt phản xạ phải nhẵn để sóng phản xạ không bị tán xạ. Tại tiêu điểm của gương parabol đặt một nguồn bức xạ sơ cấp (thường là một anten loa: feed horn ) gọi là bộ chiếu xạ, sao cho tâm pha của bộ chiếu xạ trùng với tiêu điểm của gương Hình :2-1. Anten phản xạ parabol Khoảng cách từ tiêu điểm F đến đỉnh gương O gọi là tiêu cự f, trục đi qua đỉnh gương và tiêu điểm gọi là trục quang (trục ox), nếu gương parabol tròn xoay thì đường kính miệng gương L được gọi là khẩu độ (aperture).Theo tính chất của gương parabol, các tia sóng xuất phát từ tiêu điểm của gương rồi phản xạ từ mặt gương sẽ trở thành các tia sóng song song nhau và có tổng đường đi từ tiêu điểm đến mặt phản xạ tới miệng gương là bằng nhau và bằng một hằng số f. Như vậy nếu nguồn sơ cấp đặt tại tiêu điểm gương bức xạ sóng cầu thì sau khi phản xạ từ mặt gương sẽ trở thành sóng phẳng. Bởi vậy anten gương parabol có bức xạ đơn hướng, với tính hướng hẹp hệ số tăng ích cao Đây là loại anten có cấu trúc đơn giản nhất và giá thành thấp nhất, nó được dùng chủ yếu cho các trạm chỉ thu và các trạm nhỏ đặc biệt với dung lượng thấp. Tuy nhiên, các đặc tính của nó như hệ số tăng ích, búp sóng phụ không được tốt. 2.2.3.2. Anten Cassegrain: Nguyên lý cấu tạo: gồm hai gương, một gương chính với đường kính lớn là gương parabol, một gương phụ nhỏ là gương hypebol, được đặt sao cho tiêu điểm của hai gương trùng nhau tại F1 Hình :2-2. An ten 2 gương Cassegrain Do đó nguồn sơ cấp bức xạ sóng cầu sau khi phản xạ từ hai gương sẽ trở thành sóng phẳng. Như vậy, anten Cassegrain cũng có tác dụng như anten một gương parabol, nhưng nó có ưu điểm kích thước theo hướng trục quang ngắn hơn so với anten gương parabol (ngắn hơn một đoạn bằng tiêu cự của gương hypebol), bộ chiếu xạ đặt gần đỉnh gương parabol hơn nên giá đỡ nó đơn giản hơn và fiđơ tiếp sóng sẽ ngắn hơn do đó tổn hao và tạp âm sẽ nhỏ hơn. Bởi vậy anten Cassegrain được sử dụng phổ biến cho các trạm mặt đất thông thường và với các anten có kích thước trung bình và lớn 2.2.3.3. Anten lệch (bù) Anten lệch có bộ phận fiđơ, gương phản xạ phụ được đặt ở vị trí lệch một ít so với hướng trục chính của gương phản xạ chính để các bộ phận fiđơ và gương phản xạ phụ không che chắn các đường đi của sóng phản xạ từ gương chính. Anten lệch có 2 loại chính: - Loại anten parabol lệch một gương phản xạ. - Loại anten Gregorian có gương phản xạ phụ dạng elíp hoặc hypebol. Các anten này có hiệu quả đặc biệt khi cần giảm can nhiễu từ các đường thông tin vô tuyến khác. Loại anten lệch cho hiệu suất cao, tạp âm thấp, búp sóng phụ nhỏ, đặc tính phân cực tốt. Chúng thường được sử dụng cho các trạm mặt đất quy mô nhỏ chất lượng cao. Hình :2-3. Anten lệch 2.2.4. Hệ thống bám vệ tinh -Mặc dù vệ tinh được đặt trên quỹ đạo địa tĩnh, nhưng vị trí của chúng luôn thay đổi ±0.050 theo các hướng Đông, Tây, Bắc, Nam (trước đây là ±0,10).Bởi vậy, cần điều khiển anten trạm mặt đất bám theo vệ tinh. Dưới đây là các hệ thống bám vệ tinh: Hệ thống bám xung đơn (hay còn gọi là hệ thống bám liên tục): hệ thống này luôn luôn xác định tâm búp sóng anten có hướng đúng vào vệ tinh hay không để điều khiển hướng của anten. Hệ thống bám từng nấc: hệ thống này dịch chuyển nhẹ vị trí anten ở các khoảng thời gian nhất định để điều chỉnh hướng anten sao cho mức tín hiệu thu được là cực đại. Hệ thống điều khiển theo chương trình: hệ thống này điều khiển anten dựa trên cơ sở dự đoán trước về quỹ đạo vệ tinh. Hệ thống bám bằng tay (Manual Tracking):Chỉ những anten có đường kính lớn là cần thiết phải có hệ thống bám tự động .khi đường kính anten giảm yêu cầu này không cần thiết lắm.Trong thực tế đối với các anten có kích thước bằng hoặc nhỏ hơn 8 m thì bám tự động là không cần thiết mà chỉ cần điều khiển băng tay hằng tuần hoặc hàng tháng bởi vì độ rộng búp sóng anten lớn. điều chỉnh này có thể thực hiện được bằng cách làm cho các chuyển mạch phù hợp với mô tơ góc phương vị và góc ngẩn hoặc dùng biện pháp cơ khí để quay trực tiếp anten. 2.2.5. Hệ số tăng ích của anten Hệ số tăng ích của anten là một thông số quan trọng, quyết định không những chất lượng của anten mà cả chất lượng và quy mô của trạm mặt đất. Hệ số tăng ích của anten (G) được tính theo công thức: G = 4π.A.η/λ2 Trong đó: A -là diện tích hiệu dụng của anten. λ -là bước sóng của anten. η -là hiệu suất của anten. -Biểu thức này cho thấy, khi nhìn từ đầu phát, khả năng tập trung sóng vô tuyến điện vào một hướng xác định, so với trường hợp sóng bức xạ đồng đều theo mọi hướng. Biểu thức này cho phép ở đầu thu dự đoán khả năng thu sóng khuếch tán yếu. Ở đây, η biểu thị hiệu suất, với một anten kích thước giống nhau, nếu có hiệu suất lớn thì hệ số tăng ích cũng lớn hơn. Với anten parabol thông thường η = 0.5 ÷ 0.75. Trong trường hợp anten gương tròn với đường kính d(m). A = πd2/4 Từ đó rút ra: G = (πd/λ)2.η Hoặc tính theo dB: G(dBi) = 10log η + 20log π + 20log d – 20log λ Một biểu thức thiết thực hơn là: GdBi = 10log η + 20log f + 20log d + 20.4dB Trong đó: η -là hiệu suất của anten. d (m) -là đường kính của anten. f (GHz) -là tần số làm việc. 20.4dB -là hằng số được tính từ :10log (1*109*π/c). Vậy hệ số tăng ích của anten tỷ lệ với bình phương đường kính anten (d) và bình phương tần số làm việc (f). 2.3.KHỐI THIẾT BỊ BÊN NGOÀI (ODU) CỦA VSAT. 2.3.1.Bộ khuếch đại tạp âm thấp: (LNA - Low Noise Amplifier) Tín hiệu thu từ vệ tinh về rất yếu, thường khoảng -150 dBW trên nền tạp âm lớn, vì vậy bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA có một vai trò rất quan trọng trong trạm mặt đất để vừa khuếch đại tín hiệu lên vừa không làm giảm chất lượng tín hiệu. Các yêu cầu kỹ thuật đối với bộ khuếch đại tạp âm thấp: Bộ LNA có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số phẩm chất G/T của trạm mặt đất vì bộ LNA đóng vai trò quyết định tạo nên nhiệt độ tạp âm hệ thống, bởi lẽ nó là tầng khuếch đại đầu tiên trong tuyến thu. Một trạm mặt đất thông tin vệ tinh tiêu chuẩn A phải có hệ số G/T ≥ 35 dB/K thì hệ số khuếch đại của anten trạm mặt đất phải đạt G=59 dB và nhiệt độ tạp âm LNA là TLNA < 200 K. -Mức đầu ra tín hiệu phải nhỏ hơn mức bão hoà của bộ khuếch đại tối thiểu là 20 dB nhằm giảm tối đa các thành phần nhiễu điều chế tương hỗ trong LNA. -Băng tần của LNA phải đủ rộng để có thể bao phủ băng tần công tác của vệ tinh Vị trí lắp đặt LNA càng gần đầu thu càng có lợi về mức tín hiệu vì giảm tạp âm và suy hao do giảm được chiều dài ống dẫn sóng. 2.3.2. Bộ khuếch đại công suất cao: (HPA - High Power Amplifier) - Để bù vào suy hao truyền sóng lớn trong thông tin vệ tinh, đầu ra máy phát cần phải có công suất càng lớn càng tốt, do vậy ở trạm mặt đất sử dụng bộ khuếch đại công suất cao HPA. Chức năng cơ bản của một bộ khuếch đại công suất cao HPA trong một trạm mặt đất là khuếch đại các sóng mang cao tần RF ở mức thấp được cung cấp bởi các thiết bị truyền thông mặt đất phát thành mức công suất đủ cao để đưa ra anten phát lên vệ tinh. Trong các hệ thống vô tuyến trên mặt đất, khoảng cách giữa các trạm chuyển tiếp chỉ vài chục km nên công suất ra máy phát khoảng 10 W. So với hệ thống thông tin vệ tinh do khoảng cách chuyển tiếp dài khoảng 36000 km nên một trạm mặt đất lớn phát với công suất khoảng vài trăm W đến vài chục KW. 2.3.3.Bộ đổi tần (FC: Frequency Converter) -Các trạm mặt đất vệ tinh thông tin thực hiện nhiệm vụ thu tín hiệu cao tần RF từ vệ tinh và phát lại tín hiệu cao tần RF lên vệ tinh, nên chúng phải sử dụng các bộ đổi tần tuyến lên U/C (Up - Convertor) và đổi tần tuyến xuống D/C (Down - Convertor). Khi thực hiện nhiệm vụ thu tín hiệu cao tần, sử dụng bộ đổi tần tuyến xuống D/C để biến đổi tín hiệu cao tần RF thu từ vệ tinh thành tín hiệu trung tần IF. Sử dụng bộ đổi tần lên khi thực hiện nhiệm vụ phát tín hiệu cao tần lên vệ tinh để biến đổi tín hiệu trung tần IF thành tín hiệu cao tần RF. Nguyên lý của bộ đổi tần là dùng thiết bị trộn (Mixer) để trộn tín hiệu vào với tín hiệu dao động nội. Yêu cầu đối với bộ đổi tần là: Bộ dao động nội phải có tần số ổn định rất cao vì nó quyết định đặc tính biên độ và pha của tín hiệu ra. Độ rộng băng tần của bộ đổi tần phụ thuộc vào tần số trung tần IF đến hoặc tự nó cung cấp. 2.3.4. Bộ dao động nội -Các bộ dao động nội được sử dụng trong các bộ đổi tần có thể được điều khiển bởi một dao động thạch anh hoặc một bộ tổ hợp tần số. Trong trường hợp đầu tiên, sự thay thế tần số cần đến sự thay thế của tinh thể thạch anh hoặc sự chuyển mạch của nhiều tinh thể thạch anh với nhau. Trong trường hợp thứ hai, sự thay đổi tần số có thể được thực hiện rất đơn giản bởi một bánh xe thay đổi tần số hoặc thậm chí dùng điều khiển từ xa.Các bộ dao động nội phải có đặc tính là tần số tạp âm thấp tại các tần số tín hiệu dải tần cơ sở để tuân theo các yêu cầu chung trong thiết bị tạp âm trạm mặt đất. Cần phải chú ý cả các yêu cầu của tần số tạp âm thấp và các yêu cầu về sự ổn định tần số đặc biệt khó khăn trong trường hợp thu và truyền dẫn số. Tinh thể thạch anh hoạt động ở mức độ cao để điều khiển các bộ dao động hoặc các bộ tổ hợp tần số phải được sử dụng trong trường hợp này. 2.4 .KHỐI THIẾT BỊ BÊN TRONG (IDU) CỦA VSAT. 2.4.1.Bộ ghép kênh: Theo hướng phát: Bộ ghép kênh có nhiệm vụ thu thập dữ liệu người dùng từ nhiều nguồn khác nhau và tổ hợp lại thành một luồn dữ liệu duy nhất để truyền qua vệ tinh Theo hướng thu: Nó lại phân chia luồn dữ liệu từ vệ tinh tới các đầu cuối sử dụng thích hợp 2.4.2.kỹ thuật điều chế và giải điều chế Điều chế là chuyển tín hiệu gốc thành tín hiệu khác phù hợp với môi trường và phương thức truyền tin sao cho nội dung về tin tức không thay đổi. + Mục đích của điều chế + Sơ đồ tóm tắt hệ thống như sau: Bên phát Bên thu Đường truyền dẫn Nguồn tin tức Bộ biến đổi Nguồn thông tin MÁY PHÁT MÁY THU Bộ biến đổi Nguồn tạp âm -Nhờ điều chế tín hiệu phù hợp với môi trường thông tin để tăng khả năng chống nhiễu và giảm suy hao trên đường tryền. -Có khả năng ghép được nhiều kênh thông tin trên một môi trường truyền (tăng hiệu suất kênh truyền). + Giải điều chế là quá trình ngược của điều chế tín hiệu. -Bộ biến đổi bên phát gọi là bộ điều chế. -Bộ biến đổi bên thu gọi là bộ giải điều chế. Các loại điều chế Ta có bảng sau: LOẠI TIN TỨC DẠNG SÓNG MANG +Tương tự -> - sin -xung AM ,DSB ,SSB ,FM ,PM. PAM , PFM ,PPM ,PWM . +Số -> Sin ( Sóng mang tương tự nền số). - ASK ,OOK ,FSK ,PSK . + Tương tự -> Số - PCM , DPCM ,DM . FM: Frequency Modulation ( Điều chế tần số ) PM: Phare Modulation ( Điều chế pha ) AM: Amplitude Modulation ( Điều chế biên độ ) DSB: Double Side Band ( Điều chế song biên ) SSB: Single Side Band ( Điều chế đơn biên ) PAM: Pulse Amplitude Modulation ( Điều chế biên độ của xung ) PFM: Pulse Frequency Modulation ( Điều chế tần số của xung ) PPM: Pulse Phare Modulation ( Điều chế pha của xung ) PWM: Pulse Width Modulation ( Điều chế độ rộng của xung ) ASK: Amplication Shift Key ( Khóa dịch chuyển về biên độ ) FSK: Frequency Shift Key ( Khóa dịch chuyển về tần số ) PSK: Phare Shift Key ( Khóa dịch chuyển về pha ) PCM: Pulse Code Moduation ( Điều chế xung mã được sử dụng thông dụng trong điều chế và ghép kênh ) DPCM: Differential PCM ( Điều chế xung mã visai ) DM: Delta Modulation ( Dùng nhiều trong truyền số liệu ) Đặc điểm: -Các loại điều chế PAM, PFM, PPM, PWM chỉ dùng trong các thiết bị chuyển dùng, ngày nay ít dùng ta không đề cập trong phần trình bày. -Các tín hiệu điều chế số không được sử dụng trực tiếp để phát đi mà nó được điều chế tiếp ở dạng: ASK, FSK hoặc PSK) rồi mới phát đi. 2.5. HỆ THỐNG KÊNH TRUYỀN 2.5.1. Đa truy nhập Là một phương pháp để cho nhiều trạm mạt đất sử dụng chung một bộ phát đáp. Bao gồm: +Đa truy nhập phân chia theo tần số (Frequency Division Multiple Access FDMA) +Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access TDMA) +Đa truy nhập trải phổ (CDMA, SSMA) 2.5.2.Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất có dùng riêng một tần số phát không trùng với các trạm khác sao cho khoảng cách tần số giữa các trạm không bị chồng lấn lên nhau. FDMA có thể sử dụng cho tất cả các hệ thống điều chế (điều chế số cũng tương tự). Các trạm thu mặt đất muốn thu được tin tức phải dùng các bộ lọc dải tương ứng với tần số cần thu. Phương pháp này cho phép các trạm truyền dẫn liên tục mà không cần điều khiển định thời đồng bộ, thiết bị sử dụng khá đơn giản. Hiệu quả công suất của vệ tinh không quá tồi. Nhận xét: Phương pháp này thiếu linh hoạt trong việc thay đổi cách phân phối kênh do: các kênh truyền dẫn được phân chia theo tần số quy định, khi muốn tăng số kênh bắt buộc phải giảm nhỏ băng thông nghĩa là thay đổi các bộ lọc dải đối với trạm thu. Đồng thời phương pháp này tốn kém kênh truyền. Mô hình vẽ như sau: Phát : f1 ,f2 ,f3 Thu : f4 ,f5 ,f6. Phát f4 thu f1 Vệ tinh thông tin Phát f5 thu f2 Phát f6 thu f3 k f1 f2 f3 f4 f5 f6 A -> B A-> C A->D B ->A C -> A D -> A. 2.5.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Là một hệ thống các trạm thu mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sở phân chia thời gian. Trước hết phải sử dụng một sóng mang điều chế số. Hệ thống này thường định ra một khung thời gian gọi là khung TDMA. Khung thời gian này sẽ chia ra làm nhiều khoảng tương ứng với mỗi trạm mặt đất. Mỗi trạm sẽ phát sóng theo theo khe thời gian của khung quy định.Đồng thời giữa các khe thời gian cần một khoảng thời gian trống để tín hiệu các trạm không chồng nhau về thời gian tại trạm phát đáp. Tương tự tại các trạm thu mặt đất, để lấy được tin tức cần được xác định đúng khe thời gian để lấy sóng mang của chính nó.Đây là phương pháp có thể sử dụng tốt nhất công suất của vệ tinh. Nó có thể thay đổi số khe cũng như độ rộng của khe thời gian trong khung mà không ảnh hưởng gì tới các thiết bị phần cứng.Hình ảnh khung TDMA như sau: Một khe D C A B D A Từ trạm chuẩn Thời gian bảo vệ Một khung 2.5.4.Đa truy nhập trải phổ (CDMA) (Code Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo mã) -Khi cần gửi đi dữ liệu dạng nhị phân (hình a), để thực hiện điều chế PSK cho tín hiệu này trước hết người ta mã hóa các bit 0’, 1’ thành mã tốc độ cao hơn, sau đó đưa vào điều chế PSK như hình vẽ, như thế sẽ trải phổ của tín hiệu ra cả băng tần. c) Sóng đ/c:PSK Điều chế lần hai VC a) Data. - VC Vm b) Mã hóa Điều chế lần đầu - Vm SSMA (d) Từ tram:D Từ tram:C Từ tram:B Từ tram:A ( Đa truy nhập phân chia theo ma) Các tín hiệu từ tất cả các trạm đều có cùng một vị trí trong bộ phát đáp cả về thời gian và tần số. Phía thu thực hiện quá trình trải ngược lại, sử dụng mã giống như đã dùng trải phổ ở phía phát để thu lại tín hiệu ban đầu. Điều này cho phép chỉ thu các tín hiệu mong muốn, ngay cả khi các sóng mang trải phổ với các mã khác đến cùng thời gian. Nhận xét: -Hệ thống này có hiệu quả lớn chống lại can nhiễu từ các hệ thống khác, nó cũng tạo ra ít nhiều tới các hệ thống khác. Tuy hiên hệ thống này cần độ rộng băng tần lớn và gây ra tạp âm nhiễu lẫn nhau khi nhiều trạm dùng chung một bộ phát đáp, vì thế dẫn tới dung lượng truyền dẫn trên bộ phát đáp rất nhỏ. -Bản tính năng của các hệ thống đa truy nhập cho ta sự lựa chọn thích hợp như sau: Hệ thống Ưu điểm Nhược điểm Nhận xét FDMA - Thủ tục truy nhập đơn giản. - Cấu hình trạm mặt đất đơn giản. - Thiếu linh hoạt trong thay đổi thiết lập tuyến. - Hiệu quả thấp khi số kênh tăng. - Dễ ứng dụng trong phân phối theo yêu cầu và kích hoạt bằng tiếng nói trong SCPC dung lượng nhỏ. TDMA - Hiệu quả sử dụng tuyến cao. - Linh hoạt trong việc thay đổi thiết lập tuyến. - Yêu cầu đồng bộ cụm. - Công suất trạm phát mặt đất cao. - Có thể ứng dụng: SS-TDMA CDMA - Chịu được nhiễu và méo. - Chịu được sự thay đổi các thông số khác nhau của đường truyền dẫn. - Bảo mật tiếng nói cao. - Hiệu quả sử dụng băng tần kém. - Độ rộng băng tần truyền dẫn yêu cầu lớn. - Phù hợp với các hệ thống có trạm thu dung lượng nhỏ. 2.6.KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT HUB. 2.6.1 Mô hình tổng quát của một trạm Hub. Các mạng VSAT thường được thiết kế theo một mạng cấu trúc hình sao mà trong đó một trạm mặt đất trung tâm và được gọi là Hub, và được nối kết đến một lượng lớn các trạm VSAT đặt phân tán rải rác ở xa về phương diện địa lý. Trong hầu hết các ứng dụng, Hub có thể được kết nối qua một đường truyền trên mặt đất đến một máy tính chủ. Mô hình này tương ứng với mạng VSAT hình sao, hai chiều TDM/TDMA. Trong trường hợp này trạm Hub truyền đi một hay nhiều sóng mang TDM tuyến ra và nhận nhiều sóng mang TDMA tuyến vào với tốc độ bit thấp hơn. Mô hình tổng quát của trạm Hub rất giống với mô hình của một trạm mặt đất nếu xét về mặt các thiết bị RF/IF. Sự khác nhau giữa chúng là việc xử lý số và thiết bị băng gốc. Các thành phần chính của Hub bao gồm: Thiết bị RF (nếu mạng có Hub dùng chung, hệ thống thành phần này được dùng chung cho các mạng con khác nhau). Thiết bị IF, bao gồm bộ điều chế phát tuyến ra và các bộ giải điều chế thu tuyến vào. Thiết bị băng gốc có thể bao gồm: Thiết bị điều khiển và xử lý thu/phát. Thiết bị giao tiếp đường truyền mặt đất. Các Bus hiệu dụng và Bus luồng thông tin. Trung tâm điều khiển mạng NNC và các bàn điều khiển. Dữ liệu cần truyền đến các trạm VSAT ở xa sẽ được truyền từ máy tính chủ đến Hub thông qua các đường truyền mặt đất, sau đó đi vào Hub qua LIE và được đưa đến TX PCE, sau đó đến bộ điều chế. Trên hướng ngược lại, dữ liệu nhận được từ các trạm VSAT sẽ đi qua bộ giải điều chế và RX PCE trước khi được gởi đến các ứng dụng người dùng thông qua LIE. Hoạt động hoàn chỉnh của một mạng VSAT được điều khiển và giám sát bởi các bàn điều khiển của người điều hành có kết nối đến NNC. 2.6.2 Thiết bị RF. Các khối thiết bị RF của các trạm Hub hoàn toàn giống với thiết bị RF của các trạm mặt đất vừa và lớn. Thường thì chúng có cấu hình dự phòng (trừ anten) bao gồm: BUS Thiết bị băng tần cơ sở ở Hub (HBE) Trạng thái thiết bị Các đường truyền mặt đất Đến máy chủ BÀN ĐIỀU KHIỂN NCC Các kênh TDMA Các kênh TDM Thiết bị RF Thiết bị IF Các thành phần mặt đất HPA HPA UC DC GIAO TIẾP IF Các bộ điều chế tuyến ra Các bộ điều chế tuyến vào TX-PCE RX-PCE HCI LIE CSW (Hoặc FEP) HUB Hình :2-4. Sơ đồ khối đơn giản hóa của một Hub. Anten. Các bộ khếch đại nhiễu thấp LNA. Các bộ khếch đại công suất cao HPA. Các bộ chuyển đổi lên-xuống UC, DC. Các chuyển mạch dự phòng. Khối điều khiển và giám sát thiết bị RF. Băng tần phổ biến nhất là 14/11-12Ghz và 6/4Ghz. Một đặc điểm của các mạng hình sao là anten Hub lớn hơn anten VSAT ở xa. Đường kính anten Hub thường được xác định thông qua việc tính toán năng lượng đường truyền tuyến vào, tức là thông qua giá trị G/T cần thiết cho Hub. Thật ra cần phải có một sự tính toán cân bằng trong mỗi trường hợp giữa các chi phí phải trả hoặc cho mức EIRP ở VSAT từ xa cao hơn hoặc cho anten Hub rộng hơn. Đường kính anten Hub từ (3.5-11)m là các giá trị tiêu biểu của dải băng tần 14/11-12. Các anten phổ biến nhất thường được dùng mặt phản xạ Cassgrain hoặc Gregrain. Chúng được gắn trên một giá đỡ đơn giản với khả năng bám đuổi rất hạn chế. Một vài khả năng bám đuổi (bám đuổi theo chương trình hoặc bám đuổi theo từng nấc) là rất cần thiết phải áp dụng, đặc biệt khi khả năng duy trì sự cố định trên vệ tinh là không đủ. Đó là trường hợp khi sử dụng vệ tinh theo quỹ đạo nghiên. Đối với một kích thước anten Hub cho trước, mức công suất đầu ra danh định được cung cấp bởi HPA được xác định thông qua việc tính toán năng lượng đường tuyền tuyến ra: nó phụ thuộc chủ yếu vào các thông số anten, đường kính anten VSAT ở xa, vào số lượng sóng mang phát đi (đặc biệt là trong trường hợp Hub dùng chung) và vào mức lùi lại (Backoff) cần thiết được quy định bởi đặc tính xuyên điều chế của HPA. Các Hub có băng tần 14/11-12Ghz có thể được cung cấp các hệ thống điều khiển công suất đường lên để có thể bù cho sự suy hao đường lên do ảnh hưởng của điều kiện khí hậu (suy hao do mưa), vì vậy duy trì được một mức EIRP cố định cho vệ tinh. Hệ thống này có thể được kích hoạt thông qua việc so sánh một mức chuẩn với một mức thu trong thực tế tín hiệu sóng mang TDM hoặc một tín hiệu quay về từ một vệ tinh. Tuy nhiên, cần phải có một sự giám sát chặt chẽ hoạt động của hệ thống này, bởi vì có khả năng gây ra các mức nhiễu không thể chấp nhận được cho các vệ tinh kế cận, ví dụ như trong trường hợp sự sai lệch định hướng của anten. 2.6.3 Thiết bị Modem IF. Các Modem ở Hub thường là các bộ điều chế và giải điều chế tùy thuộc vào từng hệ thống (BPSK, QPSK, MSK ...) * Thiết bị Modem IF gồm có: Một hoặc một vài bộ điều chế cho phép việc truyền một hoặc một vài sóng mang TDM. Các bộ giải điều chế: trong trường hợp tổng quát, chính là bộ giải điều chế chùm tín hiệu TDMA dùng cho việc thu các sóng mang tuyến vào. Mỗi bộ điều chế TDM tuyến ra nói chung thường được kết hợp với một số bộ giải điều chế TDMA tuyến vào bởi vì một số kênh tuyến vào thường được kết hợp với một kênh tuyến ra. Các thuật toán mã hóa và giải mã FEC dùng thuật toán Viterbi hoặc thuật toán tuần tự cũng thường được kết hợp với bộ điều chế và giải điều chế. Một trong những đặc tính hoạt động quan trọng trong bộ giải điều chế TDMA là khả năng thu các chùm tín hiệu, tín hiệu đi vào là chùm tín hiệu ngắn. Hơn nữa, các chùm tín hiệu được phát đi bởi nhiều VSAT. Do đó, tần số sóng mang và bít định thời của các chùm nhận được sẽ khác với các chùm tín hiệu khác nhau. Bộ giải điều chế chùm tín hiệu TDMA đầu tiên cần phải kiểm tra và khôi phục lại tần số sóng mang và bít định thời một cách chính xác và nhanh chóng trước khi nó có thể phục hồi dữ liệu chứa trong chùm tín hiệu. 2.6.4 Thiết bị băng gốc ở trạm Hub (HBE). HBE (Hub Baseband Equipment) cung cấp một giao tiếp vào/ra (hai chiều) giữa thiết bị truyền dẫnviễn thông và các đầu cuối xử lý dữ liệu khác nhau. Thông qua các giao tiếp này, các kênh dữ liệu được định địa chỉ và định tuyến. Vì vậy HBE hoạt động như một chuyển mạch trung tâm mạng VSAT và đặc biệt như một chuyển mạch gói, trong trường hợp thông tin dữ liệu được truyền dưới dạng gói phổ biến. 2.6.5 Thiết bị điều khiển và xử lý phát (TX-PCE). TX-PCE bao gồm một hoặc vài khối xử lý phát - TPU(Transmit Processing Unit). Chức năng chính của mỗi TPU là để ghép các tín hiệu thông tin khác nhau trên một kênh TDM đa đích. Có ba loại thông tin chứa trong tuyến này: Dữ liệu đồng bộ mạng Thông tin điều khiển mạng Dữ liệu người dùng Việc truyền dẫn TDMA từ các trạm VSAT sẽ được đồng bộ hóa thông qua các tín hiệu định thời có thể được quảng bá trên kênh tuyến ra, tại điểm bắt đầu của các khung TDM. Các bộ giải điều chế TDMA và RX PCE của Hub cần các thông tin định thời này để khôi phục và xử lý chùm tín hiệu này dễ dàng. Tín hiệu định thời này được tạo ra trong khối ghép kênh TDM (TDM-MUX) và được phân phối đến các khối xử lý thu RX RPU(Receive Processing Unit) khác nhau để cho phép thu tín hiệu TDMA. Một bộ giải điều chế TDM sẽ thu sóng mang TDM hồi tiếp và tạo ra tín hiệu định thời, sử dụng bộ trễ đi về của vệ tinh đo được. Việc phát tín hiệu trên kênh tuyến ra thường ở dưới dạng các gói được sắp xếp trong các khung, mỗi gói chứa địa chỉ và thông tin mỗi gói. Trường địa chỉ dùng để nhận biết VSAT đích và được chọn lọc bởi VSAT thu. Chức năng đóng gói được thực hiện bởi nguồn phát gói, và các gói từ nhiều nguồn khác nhau sẽ được đối chiếu để tạo ra một dòng tín hiệu phát đi duy nhất được gởi đến bộ điều chế. 2.6.6 Thiết bị điều khiển và xử lý thu (RX PCE). RX PCE bao gồm nhiều RPU, mỗi một RPU được liên kết với một kênh tuyến vào TDMA.Chức năng chính của RX PCE là nhận dữ liệu được phát bởi các trạm VSAT theo các gói và xử lý thông tin theo ứng dụng người dùng. Thiết bị này cũng thực hiện các chức năng giao thức mạng bên trong, kể cả các quá trình truy cập vệ tinh. 2.6.7.Thiết bị giao tiếp đường dây (LIE). LIE nhận và gởi các thông tin vào/ra trên các đường truyền mặt đất để kết nối người dùng từ xa đến các ứng dụng của họ. Nó thực hiện các chức năng giao tiếp. Việc kết nối đường truyền mặt đất I/O và các máy chủ có thể thông qua chuyển mạch thông tin. Thông thường, dữ liệu từ đường truyền mặt đất đi vào Hub thông qua các giao thức như X25, SDLC... và vai trò của LIE là để cung cấp các chức năng giao thức này tại Hub. LIE định dạng các gói thành khuôn dạng của mạng VSAT, thêm vào các Header cần thiết, thông tin địa chỉ... Các gói thu được từ các khối xử lý thu (RPU) sẽ được chuyển đổi từ khuông dạng của mạng VSAT sang giao thức giao tiếp mặt đất. Tuy nhiên, trường hợp được bàn đến là mạng VSAT hình sao hai chiều, TDM/TDMA cho nên ứng dụng chính là thông tin dữ liệu và chỉ có một vài đường thoại là được cung cấp cho các dịch vụ bổ trợ. Trong trường hợp này thoại được truyền dưới dạng gói đi cùng với các gói thông tin dữ liệu. Thông tin thoại nói chung chỉ giới hạn ở các đường Hub => VSAT ở xa (hoặc ngược lại) để tránh việc truyền hai bước (Double Hop). 2.6.8 Trung tâm điều khiển mạng (NNC). NCC có nhiệm vụ điều khiển và giám sát hệ thống và hoạt động của mạng. Nó cung cấp giao tiếp Người-Máy cho phép các sự can thiệp của người điều hành vào hệ thống. NCC được kết nối với thiết bị Hub thông qua khối giao tiếp điều khiển Hub HCI(Hub-Control Interface): thiết bị băng gốc được kết nối với nhau thông qua băng Bus, và với các thiết bị IF/RF thông qua đường liên lạc điều khiển từ xa phục vụ cho việc giám sát và điều khiển tình trạng thiết bị. NCC sử dụng một hệ thống dựa trên cơ sở máy tính, các giao tiếp với người sử dụng dưới dạng một hoặc nhiều bàn điều khiển. Độ phức tạp của nó phụ thuộc vào kích thước mạng VSAT. 2.7 .PHÂN ĐOẠN KHÔNG GIAN Là khái niệm để chỉ một phần của hệ thống bao gồm vệ tinh và tất cả các thiết bị trợ giúp cho hoạt động của nó như các trạm điều khiển và trung tâm giám sát vệ tinh.Vệ tinh thực chất là một trạm phát lặp tích cực trên tuyến thông tin siêu cao tần:trạm mặt đất phát – vệ tinh thông tin - trạm mặt đất thu, cấu trúc gồm 2 phần chính: -Tải hữu ích (Payload). - Phần thân (Bus). 2.7.1.Tải hữu ích (Payload) -Tải hữu ích hay còn gọi là tải thông tin là một bộ phận cơ bản của vệ tinh thông tin, đảm nhiệm vai trò phát lặp của một vệ tinh thông tin. Nó thực hiện các chức năng chính sau: - Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất cho phát lên trong dải tần và phân cực đã định. - Khuếch đại tín hiệu đã thu từ trạm mặt đất phát và giảm mức nhiễu tín hiệu tối đa. - Đổi dải tần tuyến lên thành dải tần tuyến xuống. - Cấp tín hiệu với mức công suất yêu cầu trong dải tần đã định ra anten phát. - Truyền tín hiệu cao tần trong dải tần và phân cực đã định đến anten của trạm mặt đất thu. Tải hữu ích cần đảm bảo các tính năng sau: - Đảm bảo thu và phát các kênh sóng trong dải tần và phân cực đã định. - Đảm bảo các vùng phủ sóng trên mặt đất theo yêu cầu. - Đảm bảo côn._.(IBO) được định nghĩa là tỷ số của mật độ thông lượng bão hoà và mật độ thông lượng hoạt động do một sóng mang đem lại. Độ lùi đầu ra (OBO) được định nghĩa là tỷ số của công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) bão hoà và công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) hoạt động do một sóng mang đem lại. Độ lùi đầu vào và độ lùi đầu ra liên hệ với nhau theo biểu thức sau: OBO = IBO – X Trong đó :X là tỷ số nén hệ số tăng ích giữa độ lùi đầu vào và đầu ra, giá trị này khác nhau với sự hoạt động đơn sóng mang và đa sóng mang. X = 5.5dB cho TWTA trong INTELSAT VI HEMI/HEM. X = 1.8dB cho SSPA trong INTELSAT VII HEM/ZONE. X = 1.7dB cho LTWTA trong INTELSAT VII-A Ku. 4.1.4.2. EIRP hoạt động của bộ phát đáp Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của vệ tinh được tính từ phương trình OBO = IBO – X là: EIRPop = EIRPsaturation – OBO Trong đó: EIRPsaturation là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương bão hoà. OBO là độ lùi đầu vào. EIRPop là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của vệ tinh. 4.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến truyền dẫn -Cả tuyến lên và tuyến xuống, sóng mang đi qua một lớp khí quyển với tần số làm việc từ 1÷30 GHz. Khi xem xét quá trình truyền lan sóng ở các tần số này chỉ có hai tầng khí quyển là có ảnh hưởng, đó là tầng điện ly và tầng đối lưu. Tầng đối lưu rải từ mặt đất đến độ cao khoảng 15 km. Tầng điện nằm trong khoảng từ 70÷1000 km. Các vùng có ảnh hưởng cực đại là vùng gần mặt đất của tầng đối lưu và ở độ cao khoảng 400 km đối với tầng điện ly. -Ảnh hưởng của khí quyển LA do suy hao khí quyển và trong đấu nối cùng với nhiệt tạp âm anten. Đó là những vấn đề quan trọng của băng tần lớn hơn 10GHz. Ảnh hưởng của lượng mưa được tính theo % mức cường độ vượt quá. Cường độ thấp với các cường độ không đáng kể tương ứng với % thời gian cao (điển hình 20%); điều này được mô tả ở điều kiện “bầu trời trong”. Cường độ cao với các ảnh hưởng quan trọng tương ứng với % thời gian nhỏ (điển hình 0.01%); đó là trong điều kiện có mưa. Các ảnh hưởng này có thể làm giảm chất lượng của tuyến xuống dưới ngưỡng có thể chấp nhận được. Sau đây ta xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến truyền dẫn trong thông tin vệ tinh. 4.1.5.1. Suy hao a) Suy hao trong không gian tự do và suy hao do khí quyển 1) Suy hao trong không gian tự do -Như đã trình bày ở phần trên, phương trình L0 = (4πD/λ)2 gọi là suy hao trong không gian tự do và biểu thị cho tỷ số công suất phát và công suất thu trong một tuyến thông tin giữa hai anten vô hướng. Trong đó R là khoảng cách giữa hai anten vô hướng và λ là bước sóng của sóng vô tuyến. Từ đó ta thấy giá trị của L0 phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai anten vô hướng D(km) và tần số f(GHz). 2) Suy hao do khí quyển -Suy hao của sóng trong khí quyển, biểu thị bằng LA do có các thành phần các chất khí trong tầng đối lưu, nước (mây, mưa, tuyết và băng) và tầng điện ly. Ảnh hưởng trên lên công suất của tín hiệu thu có thể thay L0 bằng L gọi là suy hao đường truyền và được tính bằng công thức: L = L0.LA b) Suy hao do mưa và các hiện tượng khí hậu khác 1) Suy hao do mưa Giá trị suy hao do mưa ARAIN xác định bởi giá trị suy hao cụ thể γR (dB/km) và chiều dài của đoạn đường thực tế sóng đi trong mưa Le(km), vì vậy: ARAIN = γRLe (dB) Giá trị γR phụ thuộc vào tần số và cường độ mưa Rp (mm/h). Kết quả giá trị suy hao được biểu thị trong suốt phần trăm thời gian p. Các giá trị điển hình của suy hao do mưa vượt quá 0.01% của một năm trung bình có thể được suy ra từ thủ tục trước của các vùng tốc độ mưa vượt quá 0.01% của một năm trung bình R0.01 với giá trị từ 30÷50 mm/h. Điều đó cho khoảng 0.1 dB ở 4 GHz; từ 5÷10 dB ở 12 GHz; từ 10÷20 dB ở 20 GHz và từ 25÷40 dB ở 30 GHz. Suy hao do các đám mây mưa hoặc sương mù có thể được tính toán, suy hao cụ thể γC được tính theo công thức: γC = KM (dB/km) Trong đó K = 1.1*10-3 f 1.8; f = 1÷30GHz, K(dB/km)/(g/m3) và M(g/m3) là nồng độ nước trong đám mây. Suy hao do các đám mây mưa và sương mù thì nhỏ hơn so với lượng mưa, trừ trường hợp mây mưa và sương mù có mật độ hơi nước cao. Với góc ngẩng E = 200 suy hao có thể tới (0.5÷1.5) dB ở 15 GHz và (2÷4.5 )dB ở 30 GHz. Suy hao này dù sao được quan sát với phần trăm thời gian lớn hơn. Suy hao do các đám mây băng thì nhỏ hơn. Tuyết khô có ảnh hưởng ít. Mặc dù tuyết rơi ẩm có thể gây ra suy hao lớn tương đương với mưa, tình trạng này rất hiếm và ít ảnh hưởng lên phép thống kê suy hao. Sự giảm sút các đặc tính anten do tuyết rơi chồng chất và băng có thể ảnh hưởng đáng kể hơn của tuyết dọc theo tuyến. 2) Các hiện tượng khí hậu khác - Suy hao do các chất khí trong khí quyển phụ thuộc vào tần số, góc ngẩng, độ cao đặt trạm và nồng độ hơi nước. Nó không đáng kể ở các tần số nhỏ hơn 10 GHz và không vượt quá 1÷2dB ở tần số 22GHz (tần số tương ứng với dải hấp thụ hơi nước) với độ ẩm trung bình của khí quyển và góc ngẩng lớn hơn 100. Bảng sau mô tả sự suy giảm của khí quyển theo tần số: Suy hao khí quyển Tần số (GHz) 0.25 2 < f < 5 0.33 5 < f < 10 0.53 10 < f < 13 0.73 13 < f - Suy hao bởi bão cát: suy hao cụ thể tỷ lệ nghịch với tầm nhìn thấy và phụ thuộc vào mức độ ẩm của các hạt. Ở 14 GHz là 0.03 dB/km với các hạt khô và 0.65 dB/km với các hạt có độ ẩm 20%. Nếu độ dài đoạn đường là 3 km thì suy hao có thể tới 1÷2 dB. 4.1.5.2. Sự phân cực a) Khái niệm Sóng điện từ bao giờ cũng có một thành phần điện trường và một thành phần từ trường có hướng vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Theo quy ước, phân cực của sóng được định nghĩa bởi hướng của vectơ cường độ điện trường. Nói chung hướng của điện trường không cố định và biên độ của nó cũng không phải là hằng số. Khi truyền sóng điện từ, đầu mút của vectơ cường độ điện trường vạch ra một hình elíp do đó gọi là phân cực elíp. b) Phân cực do mưa -Nhiệm vụ phát năng lượng trong một phân cực được chuyển thành trạng thái phân cực trực giao. Phân cực chéo xảy ra như kết quả của các suy hao khác nhau và sự trượt pha giữa hai phân cực trực giao. Ảnh hưởng này nguyên nhân do hình thù của giọt mưa không phải hình cầu. Thông thường nhận được hình dạng của một giọt nước rơi là hình cầu dẹt với trục chính nghiêng đi so với phương nằm ngang và với sự biến dạng phụ thuộc bán kính quả cầu thể tích như nhau. Thường nhận được độ nghiêng các góc thay đổi ngẫu nhiên theo không gian và thời gian. Góc phân cực đặc trưng là nằm ngang và thẳng đứng (nghĩa là hướng vuông góc cả phương nằm ngang và tuyến truyền sóng) thường được gọi là ảnh hưởng của góc nghiêng. Giá trị điển hình của phân cực chéo XPD nhỏ hơn 20 dB đối với 0.01% thời gian. c) Phân cực do các tinh thể băng Các đám mây băng, ở độ cao các tinh thể băng gần với vùng đẳng nhiệt 00C cũng gây ra phân cực chéo. Tuy nhiên, khác với mưa và nồng độ hơi nước khác, ảnh hưởng này không kèm theo suy hao. Nó gây ra giảm giá trị độ phân cực chéo đi một giá trị Cice(dB) = 0.3 + 0.1 logp; trong đó p là % thời gian. Giảm khoảng 2dB với 0.01% thời gian. 4.2. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN 4.2.1. Đặt vấn đề -Trạm mặt đất Hà Nội (tiêu chuẩn A) muốn thiết lập một đường truyền với trạm đầu cuối Đà Lạt để cung cấp một kênh thuê riêng, trạm mặt đất Hà Nội truyền dữ liệu qua vệ tinh tại vị trí 78.50E trên băng tần tiêu chuẩn C (đường lên 6.225 Ghz/ đường xuống 4Ghz). Các thông số của phần không gian. EIRPsaturation của bộ phát đáp: 38 dBW. Độ rộng dải tần (bandwidth): 36Mhz. Trạng thái bão hoà (SFD) : -87dBW/m2. G/T của anten vệ tinh : 0 dB/K. X(tỷ số nén hệ số tăng ích của bộ phát đáp): 1.8dB. Các thông số trạm mặt đất. Trạm Hà Nội Trạm Đà Lạt Vị trí Vĩ độ 21.010 N 22.30 N Kinh độ 105.530 E 114.10 E Đường kính anten 18 m 6 m Hiệu suất anten 75 % 70 % Các thông số sóng mang. Sóng mang số IDR: 1.024 Mbps Tốc độ FEC: 1/2 BER(tỷ lệ lỗi bit): 10-9 C/N tại điểm hoạt động: 10 dB Trạm mặt đất Hà Nội Trạm đầu cuối Đà Lạt Up link Down link Vệ tinh Hình 3.1. Sơ đồ đường truyền Độ sẵn sàng tuyến là 99.98% do đó ta có thể cho phép trạm hai trạm mất liên lạc trong 0.02%; mặt khác Việt Nam nằm trong vùng mưa nhiều có lượng mưa trung bình trong năm là 95 mm/h nên theo khuyến cáo của ITU suy hao dự phòng cho mưa là: 3dB cho đường lên và 2dB cho đường xuống. 4.2.2. Tính công suất phát tối thiểu của trạm mặt đất Hà Nội -Công suất phát tối thiểu của trạm mặt đất Hà Nội là công suất trạm mặt đất Hà Nội phát lên vệ tinh để vệ tinh này nhận được với tỷ số C/N nào đó. Sau đó tín hiệu này được khuếch đại, đổi tần rồi phát xuống trạm đầu cuối Đà Lạt tín hiệu từ vệ tinh tới trạm đầu cuối Đà Lạt phải có một tỷ lệ Eb/N0 tối thiểu nào đó để trạm đầu cuối Đà Lạt còn có thể thu được dữ liệu và xử lý với một tỷ lệ lỗi bit nhất định (tuỳ theo yêu cầu của người dùng). Như vậy tỷ lệ Eb/N0 của máy thu trên trạm đầu cuối Đà Lạt liên quan trực tiếp tới công suất phát của trạm mặt đất Hà Nội phát. Các anten của trạm mặt đất có thể thu nhận được những tín hiệu số được mã hoá theo phương pháp B-PSK có mã sửa lỗi trước là FEC 1/2 có tỷ số Eb/N0 danh định là 8 dB nếu chấp nhận tỷ lệ lỗi bit là 10-9. Vậy tỷ số C/T danh định mà các trạm mặt đất có thể nhận đúng được tính như sau: Ta có: C/N0 = C/T + 228.6dB C/N0 = Eb/N0 + 10log R Suy ra: C/T = Eb/N0 + 10log R – 228.6dB Ở đây Eb/N0 = 8 dB. R = 2.048 Mbps = 2.048*106 bps là tốc độ truyền dẫn số. C/T = 8dB + 10log 2.048*106 – 228.6dBW/K => C/T = -157.48 (dBW/K) Để tính được công suất phát tối thiểu của các trạm mặt đất thì trước hết phải tính được các tham số liên quan sau: * Hệ số tăng ích của anten: GdB = 10log η + 20log d + 20log f + 20.4dB Trong đó :η là hiệu suất của anten. d(m)là đường kính của anten. f(GHz) là tần số. - Hệ số tăng ích của anten trạm mặt đất Hà Nội khi phát: Ta có: η = 0.75 dhn = 18 m fu = 6.225 GHz Ghnu (dB) = 10log 0.75 + 20log 18 + 20log 6.225 + 20.4dB =>Ghnu (dB) = 60.13 (dB) - Hệ số tăng ích của anten trạm đầu cuối Đà Lạt khi thu: Ta có :η = 0.7 ddl = 6 m fd = 4 GHz G dld (dB) = 10log 0.7 + 20log 6 + 20log 4 + 20.4dB =>G dld (dB) = 46.45 (dB) * Nhiệt tạp âm hệ thống Tsystem = Ta/L + (1 – 1/L)T0 + Te Trong đó: L = 1dB là suy hao ống dẫn sóng. Te = 65 K là nhiệt độ tạp âm máy thu. T0 = 290 K là nhiệt độ môi trường. Ta = 35 K là nhiệt độ tạp âm của anten. Tsystem = 35K/1dB + (1 – 1/1dB)290K + 65K Tsystem = 100 (K) * Hệ số phẩm chất của anten: G/T(dB/K) = G(dBi) – 10logTsystem Hệ số phẩm chất anten của trạm đầu cuối Đà Lạt: Ta có :Gdld = 46.45 dB Tsystem = 100 K G/Tdl = 46.45dB – 10log 100K G/Tdl = 26.45 (dB/K) * Khoảng cách từ các trạm mặt đất đến vệ tinh: D = (r2 + S2 – 2rScosC)1/2 Trong đó :r = 6378 km là bán kính Trái Đất. S = 42164 km là bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh. cosC = cosθ1.cos(θS – θE) là góc ở tâm. Trong đó:θ1 vĩ độ trạm mặt đất. θE là kinh độ trạm mặt đất. θS là kinh độ vệ tinh. - Khoảng cách từ trạm mặt đất Hà Nội đến vệ tinh: Ta có: θ1 = 21.010 N là vĩ độ trạm mặt đất Hà Nội. θE = 105.530 E là kinh độ trạm mặt đất Hà Nội. θS = 78.50 E là kinh độ vệ tinh. cosC = cos 21.010cos(78.50 – 105.530) cosC = 0.83 Dhn = (63782 + 421642 – 2*6378*42164*0.83)1/2 => Dhn = 37041 (km) - Khoảng cách từ trạm đầu cuối Đà Lạt đến vệ tinh: Ta có θ1 = 22.30 N là vĩ độ trạm đầu cuối Đà Lạt. θE = 114.10 E là kinh độ trạm đầu cuối Đà Lạt. θS = 78.50 E là kinh độ vệ tinh. cosC = cos 22.30cos(78.50 – 114.10) =>cosC = 0.75 Ddl = (63782 + 421642 – 2*6378*42164*0.75)1/2 =>Ddl = 37617 (km) * Suy hao trong không gian tự do: L0 = 20log D + 20log f + 92.5dB Trong đó :D (km) là khoảng cách từ trạm mặt đất lên vệ tinh. f (Ghz) là tần số. - Suy hao trong không gian tự do của tín hiệu phát đi từ trạm mặt đất Hà Nội lên vệ tinh Ta có :Dhn = 37041 km fu = 6.225 Ghz là tần số tuyến lên L 0 hnu = 20log 37041 + 20log 6.225 + 92.5dB =>L 0 hnu = 199.75(dB) - Suy hao trong không gian tự do của tín hiệu phát đi từ vệ tinh xuống trạm đầu cuối Đà Lạt: Ta có :Ddl = 37617 km fu = 4 Ghz là tần số tuyến xuống. L 0 dld = 20log 37602 + 20log 4 + 92.5dB => L 0 hkd = 196.04 (dB) EIRP của vệ tinh. Gọi EIRPsat là công suất phát của bộ phát đáp trạm vệ tinh , C/Tdl là tỷ số sóng mang trên tạp âm tại trạm đầu cuối Đà Lạt nhận được. Từ phương trình : C/T = EIRP – L0 + G/T, EIRP của vệ tinh có thể được tính EIRPsat = C/Tdl + L 0 dld + Ladd – G/Tdl Trong đó: C/Tdl = -157.48 dBW/K. L 0 dld = 196.04 dB. G/Tdl = 26.45 dB/K. Ladd =3dB (suy hao do mưa ở đường xuống 2dB và các suy hao khác là 1dB). EIRPsat = -157.48dBW/K + 196.04dB + 3dB – 26.45dB/K =>EIRPsat = 15.11(dBW) Độ lùi đầu vào và độ lùi đầu ra được tính như sau: Độ lùi đầu ra (OBO): OBO = EIRPsaturation – EIRPoperation OBO = 38dBW – 15.11dBW OBO = 22.89 (dB) Độ lùi đầu vào (IBO): IBO = OBO + X IBO = 22.89dB + 1.8dB IBO = 24.69(dB) Công suất tín hiệu đầu vào tối thiểu để HPA rơi vào trạng thái bảo hoà (Saturation Flux Density) là SFD = -87 dBW/m2. Mức công suất tối thiểu từ trạm mặt đất Hà Nội phát lên vệ tinh là: W = SFD – IBO W = -87dBW/m2 – 24.69dB W = -111.69 (dBW/m2) EIRP của trạm mặt đất Hà Nội phát. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất Hà Nội phát là EIRP(dBW) = W + L 0 hnu + Ladd – G 1m2 Trong đó : W = -111.69 dBW/K. L 0 hnu = 199.75 dB. G 1m 2 = 35.03 dBm2 cho tần số 6.225GHz. Ladd = 4 dB (suy hao do mưa ở đường lên là 3dB và các suy hao khác là 1dB). EIRP (dBW )= -111.69 (dBW/K) + 199.75(dB) + 4(dB) – 35.03(dBm2) => EIRP(dBW )= 57.03 (dBW) Công suất tối thiểu của bộ HPA trong trạm mặt đất Hà Nội sẽ là: PHPA = EIRP – G hnu + Lfeed Trong đó: G hnu = 60.13 dB. EIRP = 57.03 dBW. Lfeed = 1 dB là suy hao trong ống dẫn sóng. PHPA = 57.03dBW – 60.13dB + 1dB PHPA = -2.1 (dBW) hay PHPA = 0.616 (W) Chất lượng đường truyền. Ta có thể kiểm tra chất lượng đường truyền bằng cách tính tỷ số C/Tt mà trạm đầu cuối Đà Lạt nhận được khi trạm mặt đất Hà Nội phát dữ liệu. Tỷ số sóng mang trên tạp âm mà vệ tinh nhận được của trạm mặt đất Hà Nội được tinh như sau: C/Tu = EIRP(dBW) – L 0 hnu - Ladd + G/Tsat (dB/K) Trong đó :EIRP = 57.03 dBW là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất Hà Nội. L 0 hnu = 199.75 dB. Ladd = 4dB (suy hao do mưa ở đường là 3dB và các suy hao khác là 1dB). G/Tsat = 0 dB/K là hệ số phẩm chất của anten trên vệ tinh. C/Tu = 57.03dBW – 199.75dB - 4dB + (0dB) C/Tu = -146.72 (dB/K) hay C/Tu = 10-14,672 (W/K) Tỷ số sóng mang trên tạp âm trạm đầu cuối Đà Lạt nhận được từ vệ tinh C/Td = EIRPsat – L 0 dld - Ladd + G/T dl Trong đó: EIRPsat = 15.11 dBW., L 0 dld = 196.04 dB. Ladd = 3 dB (suy hao do mưa ở đường xuống 2dB và các suy hao khác là 1dB). G/Tdl= 26.45 dBW/K C/Td = 15.11dB – 196.04dB – 3dB + 26.45dB C/Td = -157.48 (dB/K) hay C/Td = 10-15.748 (W/K) Chất lượng đường truyền phụ thuộc vào tuyến lên cao tần và tuyến xuống cao tần. Gọi tỷ số C/Tt là tỷ số sóng mang trên tạp âm mà trạm đầu cuối Đà Lạt nhận được của trạm mặt đất Hà Nội, tỷ số này được xác định bởi phương trình sau: (C/Tt) = (C/Tu) + (C/Td) Trong đó : C/Tu = 10-14.672 W/K. C/Td = 10-15.748 W/K. (C/Tt) = (10-15.197 W/K) + (10-15.748 W/K) C/Tt = 1.83*10-16 (W/K) hay C/Tt = -157.37 (dBW/K) Ta có tỷ số sóng mang trên cường độ tạp âm của cả tuyến là C/N0 = C/Tt + 228.6dB =>C/N0 = -157.37dBW/K + 228.6dB => C/N0 = 71.23 (dBHz) Ta có tỷ số sóng mang trên tạp âm của cả tuyến là C/N = C/N0 – 10log BOCC (BOCC(bps) là băng tần chiếm dụng) C/N = 71.23dBHz – 10log 1.2288*106 ( Trong đó:BOCC = 0.6*Rb) C/N = 10.34 (dB) (lớn hơn C/N danh định là 10 dB) Ta có tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm của cả tuyến là Eb/N0 = C/N0 - 10log R Eb/N0 = 71.23dBW/K - 10log 2.048*106 Eb/N0 = 8.12 (dB) (lớn hơn Eb/N0 danh định là 8 dB) Ta nhận thấy công suất phát tối thiểu của bộ HPA trong trạm mặt đất Hà Nội lên vệ tinh là 0.616(W) thì vệ tinh nhận được với tỷ số C/N = 10.34 dB (lớn hơn C/N danh định là 10dB), sau đó tín hiệu này được khuếch đại, đổi tần rồi phát xuống trạm đầu cuối Đà Lạt, tín hiệu từ vệ tinh phát xuống có tỷ số Eb/N0=8.12dB (lớn hơn Eb/N0 danh định là 8dB). Do đó, trạm đầu cuối Đà Lạt sẽ thu được tín hiệu và xử lý nó với một tỷ lệ lỗi bít đặt ra cho kênh thuê riêng là 10-9. Vậy công suất phát tối thiểu của trạm mặt đất Hà Nội là 0.616 (W). Kết quả của bài toán tính toán đường truyền cho kênh thuê bao riêng với các tham số đầu vào đã cho được thể hiện ở sơ đồ dưới đây: G/TS=0DB/K 1,024Mbps B-PSK PEC1/2 BER 10-9 Suy hao 199,75dB PHPA=0,616W 75% (C/T)D= -157,48 dB/K (C/T)T = -157,37dB/K D=6m 70% Trạm mặt đất G/T = 26,45 dB/K F = 4 GHz G = 46,45 dB EIRP= 38dBW Thiết bị tổ hợp đầu vào EIRP=55,03dBW F = 6,225GHz D =18m G =60,13dB Up link Down link Suy hao L0 196,04 dB Trạm đầu cuối Máy thu (C/N)T= 10,34 dB Hình 3-1 Sơ đồ tính toán đường truyền cho kênh thông tin KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Ngày nay, tuy các hệ thống thông tin vệ tinh VSAT không còn là một vấn đề mới nhưng nó vẫn đóng một vai trò quan trọng trong mạng viễn thông. Do ưu thế về khả năng phủ sóng cùng tính linh hoạt và tính di động, nên hệ thống vô tuyến thông tin vệ tinh VSAT IPSTAR cho phép các nhà khai thác phát triển mạng viễn thông một cách nhanh chóng ở các vùng có địa hình phức tạp và cơ sở hạ tầng viễn thông chưa cao. Qua đồ án này, em đã nắm bắt được các vấn đề cơ bản của hệ thống VSAT truyền dẫn qua vệ tinh IPSTAR, các ưu nhược điểm của hệ thống truyền dẫn này. Và từ đó, ta có thể tính toán và thiết kế một tuyến thông tin vệ tinh VSAT IPSTAR ứng với điều kiện địa hình cũng như thời tiết tại Việt Nam đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng cũng như độ tin cậy cho phép. Mặc dù, đã cố gắng nhưng đồ án vẫn có những vấn đề mà trong khuôn khổ đề tài này chưa giải quyết được: + Đường kính Anten vẫn còn lớn, không đạt được tỷ số lỗi BER=10-7 khi hệ thống chịu ảnh hưởng do mưa cả ở GW lẫn UT, làm ảnh hưởng chất lượng hệ thống. Với các yêu cầu lỗi BER cao như vậy, cần thiết phải thực hiện mã hoá chống lỗi hiệu quả để đạt được BER thấp trong điều kiện tạp âm nhiễu không tránh khỏi và sự suy hao do mưa. + Tuy đồ án này đã giải quyết hầu hết các dịch vụ nhưng vẫn còn vấn đề về mạng thông tin di động sử dụng vệ tinh VSAT. Lúc này các UT được xem là các MS và vệ tinh được xem như là các BTS. + Tính toán thiết kế cho trường hợp tuyến thông tin thoại qua trạm trung gian cần phải xem xét đến độ trễ. Tóm lại, trong một tương lai gần hệ thống vệ tinh VSAT IPSTAR chắn chắn vẫn là một giải pháp hấp dẫn và vẫn được sử dụng nhiều trong điều kiện cơ sở hạ tầng viễn thông ở các vùng nông thôn nước ta phát triển chưa cao mà giá thành của hệ thống truyền dẫn quang còn đắt đỏ so với nhu cầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO š ² › [1] Thông tin vệ tinh Tổng cục bưu điện. NXB khoa học và kỹ thuật. [2] Ks Đặng Anh Tuấn, “Thông tin vệ tinh”. Trung tâm nghiên cứu ứng dụng khoa học truyền hình 2/2002. [3] Vũ Đình Thành, “Hệ thống viễn thông”. Trường đại học bách khoa Tp Hồ Chí Minh 1996. [4] TS Nguyễn Kim Sách, “Thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh”. NXB Khoa học Kỹ thuật 1991. [5] KS Ngô Anh Ba, “Truyền hình vệ tinh”, Hội vô tuyến điện tử Việt Nam, chuyên đề Kỹ thuật truyền hình 1994. [6] Thái Hồng Nhị- Phạm Minh Việt “hệ thống viễn thông”. NXB GiáoDục tập 1,2 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự linh hoạt của con người cũng đòi hỏi ở mức cao hơn và đặc biệt là vị trí địa lý của Vệt Nam ta hơn 1/3 là đồi núi, do đó mạng thông tin hữu tuyến không đáp ứng hết các nhu cầu kể cả trong thương mại và quân sự. Các hệ thống thông tin vệ tinh trạm mặt đất VSAT ra đời là để đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu của con người, cũng như đáp ứng được dịch vụ giá rẽ trong thương mại. Vấn đề tài nguyên tần số rất hạn hẹp, nên việc cấp phát kênh tần số đòi hỏi phải được tối ưu để không làm ảnh hưởng đến các hệ thống khác, đồng thời giảm nhiễu trong hệ thống. Mặc khác, do hệ thống thông tin vệ tinh VSAT sử dụng trong môi trường truyền vô tuyến có suy hao đường truyền lớn, đặc biệt là suy hao do mưa, giao thoa (Interference) và các loại nhiễu khác (như nhiễu nhân tạo, nhiễu công nghiệp, …) làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ thống. Đề tài “Hệ thống thông tin vệ tinh VSAT IPSTAR” với mục đích đề xuất lộ trình tuyến thông tin vô tuyến vệ tinh VSAT tại Việt Nam, đồng thời đánh giá chất lượng tuyến đã triển khai. Đề tài được chia ra làm bốn chương: Chương 1 : Tổng quan về thông tin vệ tinh VSAT Chương 2 : Trình bày kỹ thuật trạm mặt đất Chương 3 : Giới thiệu về VSAT-IPSTAR Chương 4 : Phân tích và tính toán đường truyền cho một kênh thuê riêng Trong quá trình hoàn thành đồ án này, mặc dù đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử -Viễn Thông nhưng do còn hạn chế về thời gian và kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý chân thành của các thầy cô. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn khuyến và các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông cùng các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực hiện Trương văn Lợi MỤC LỤC Nội dung Trang Lời nói đầu I Mục lục II Thuật ngữ viết tắt VII Danh sách hình vẽ IX CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH VSAT 1 1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1 1.2. KHÁI NIỆM VỀ MẠNG VSAT 1 1.2.1. Giới thiệu chung 1 1.2.2. Đặc tính của hệ thống VSAT 1 1.2.3. Cấu hình trạm VSAT 2 1.2.3.1. Giới thiệu 2 1.2.3.2. Cấu hình modem TRES 3 1.2.3.3. Cấu hình các trạm VSAT 6 1.3. ĐẶT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VSAT 7 1.4. ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG VSAT 8 1.4.1. Các ứng dụng trong thông tin một chiều 8 1.4.1.1. Phân phối dữ liệu và phân phối tín hiệu video 8 1.4.1.2. Thu thập dữ liệu 8 1.4.2. Các ứng dụng thông tin hai chiều 8 1.4.2.1. Truyền dữ liệu 8 1.4.2.2. Video hội nghị 91.5. CÁC ĐẶT TÍNH TIÊU BIỂU CỦA VSAT 9 1.5.1. Kích thước mạng, số lượng VSAT trong một mạng. 9 1.5.2. Các yêu cầu đối với phần không gian. 10 1.6. VẤN ĐỀ VỀ GIAO THỨC VÀ GIAO DIỆN MẶT ĐẤT CỦA MẠNG VSAT 11 1.6.1. Mô hình giao thức mạng VSAT 11 1.6.2. Kiến trúc bên trong của mạng VSAT và sự triển khai các giao thức 12 1.7. KẾT NỐI VỚI CÁC DTE ĐỊNH HƯỚNG GÓI CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG VÀ VỚI CÁC MẠNG DỮ LIỆU MẶT ĐẤT. 16 1.7.1 Kết nối với các DTE của người sử dụng. 16 1.7.2 Kết nối với các mạng dữ liệu mặt đất chuyển mạch gói (PSPDN). 18 1.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG. 19 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 21 2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 21 2.2. VSAT-KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT 21 2.2.1. Cấu trúc chung 21 2.2.2. Antenne trạm VSAT 22 2.2.3. Các loại anten trạm mặt đất 22 2.2.3.1. Anten Parabol có sơ cấp đặt tại tiêu điểm 22 2.2.3.2. Anten Cassegrain 23 2.2.3.3. Anten lệch (bù) 24 2.2.4. Hệ thống bám vệ tinh 24 2.2.5. Hệ số tăng ích của anten 25 2.3. KHỐI THIẾT BỊ BÊN NGOÀI (ODU) CỦA VSAT 26 2.3.1. Bộ khuếch đại tạp âm thấp : (LNA - Low Noise Amplifier) 26 2.3.2. Bộ khuếch đại công suất cao: (HPA - High Power Amplifier) 26 2.3.3. Bộ đổi tần (FC: Frequency Converter) 27 2.3.3. Bộ dao động nội 27 2.4. KHỐI THIẾT BỊ BÊN TRONG (IDU) CỦA VSAT. 28 2.4.1. Bộ ghép kênh 28 2.4.2. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế 28 2.5. HỆ THỐNG KÊNH TRUYỀN 30 2.5.1. Đa truy nhập 30 2.5.2. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 30 2.5.3. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 31 2.5.4. Đa truy nhập phân chia theo mã 32 2.6. KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT HUB. 33 2.6.1. Mô hình tổng quát của một trạm Hub. 33 2.6.2. Thiết bị RF. 34 2.6.3. Thiết bị Modem IF. 36 2.6.4. Thiết bị băng gốc ở trạm Hub (HBE). 36 2.6.5. Thiết bị điều khiển và xử lý phát (TX-PCE). 37 2.6.6. Thiết bị điều khiển và xử lý thu (RX PCE). 37 2.6.7. Thiết bị giao tiếp đường dây (LIE). 38 2.6.8. Trung tâm điều khiển mạng (NNC). 38 2.7. PHÂN ĐOẠN KHÔNG GIAN 39 2.7.1. Tải hữu ích (payload) 39 2.7.2. Phần thân (Bus) 44 2.7.2.1. Hệ duy trì vị trí và tư thế bay của vệ tinh 44 2.7.2.2. Hệ giám sát,đo xa và điều khiển(TT và C) 45 2.7.2.3. Hệ cung cấp điện năng 45 2.7.2.4. Hệ thống điều hòa nhiệt 46 2.7.2.5. Hệ đẩy 46 2.7.2.6. Hệ thống khung vỏ 46 2.7.2.7. Hệ thống đo xa bám và điều khiển vệ tinh trên mặt đất (TT&C) 47 2.8. VẤN ĐỀ VỀ NHIỄU TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN 49 2.8.1. Giới thiệu 49 2.8.2. Các nguồn gây nhiễu 50 2.8.3. Các đặc tính của anten có ảnh hưởng đến nhiễu. 50 2.8.3.1. Các đặc điểm của anten VSAT 50 2.8.3.2. Độ phân cách của anten 51 2.8.4. Các yêu cầu về chia sẽ tần số và mức ngưỡng nhiễu. 52 2.8.4.1. Tiêu chuẩn nhiễu trong mạng VSAT. 52 2.8.4.2. Các kỹ thuật hạn chế nhiễu. 53 2.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG. 53 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ VSAT-IPSTAR 54 3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 54 3.2. TỖNG QUAN VỀ MẠNG VSAT-IPSTAR 54 3.2.1. Giới thiệu về VSAT IPSTAR 55 3.2.2. Các ứng dụng của VSAT-IPSTAR 56 3.2.3. Những ưu thế và nhược điểm 59 3.3. KỸ THUẬT CỦA MẠNG VSAT-IPSTAR 61 3.3.1. Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo tần số: FDMA 62 3.3.2. Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 62 3.3.3. Nguyên lý TDMA 63 3.3.4. Ưu điểm của TDMA 64 3.3.5. Sử dụng kỹ thuật mã FEC 65 3.3.6. VSAT-IPSTAR sử dụng (FDMA/TDM) 65 3.3.7. Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh vào VSAT-IPSTAR 67 3.3.8. Giao diện giao thức mạng mới 67 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 68 CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN 69 4.1. PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN 69 4.1.1. Giới thiệu chương 69 4.1.2. Phân tích đường truyền tuyến lên 69 4.1.2.1. Hệ số tăng ích Anten (G: Gain) 69 4.1.2.2. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) 70 4.1.2.3. Suy hao đường truyền 70 4.1.3. Phân tích đường truyền tuyến xuống 71 4.1.3.1. Nhiệt tạp âm 71 4.1.3.2. Nhiệt tạp âm Anten 72 4.1.3.3. Nhiệt tạp âm của hệ thống 74 4.1.3.4. Hệ số phẩm chất (G/T) 75 4.1.3.5. Tỉ số sóng mang trên tap âm (C/N) 76 4.1.3.6. Tổng tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/TT) 76 4.1.4. Bộ phát đáp vệ tinh 76 4.1.4.1. Điểm hoạt động của bộ phát đáp 76 4.1.4.2. EIRP hoạt động của bộ phát đáp 77 4.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền 77 4.1.5.1. Suy hao 78 4.1.5.2. Sự phân cực 79 4.2. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN 80 4.2.1. Đặt vấn đề 80 4.2.2. Tính công suất phát tối thiểu của trạm mặt đất Hà Nội 82 4.3. KẾT LUẬN 89 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A Azimut Góc phương vị AOCS Attitude and orbit control system Hệ thống đ/kh trạng thái & quỹ đạo BPF Band pass filter Bộ lọc thông dải BPSK Binary PSK Điều chế theo pha nhị phân BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit CDMA Code division multiplex access Đa truy nhập phân chia theo mã CDM Code division multiplex Ghép kênh phân chia theo mã C&M Control and Monitoring Điều khiển và giám sát CUG Closed Users group Nhóm người sử dụng khép kín D/C Down coverter Bộ hạ tần DAMA Demand Assgned Multiple Acces Đa truy cập ấn định theo yêu cầu DCE Data circuit Terminating equipment Thiết bị đầu cuối kênh dữ liệu DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệu. E Elevation Góc ngẩng Eb/No Energy per bit over thermal Noise Tỷ lệ năng lượng một bit trên cs tạp power (per Hz) ratio âm nhiệt (/Hz) EIRP Equivalent isotropic racliated power Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương FEC Forward Error Corection Sữa lỗi tại nơi thu GEO Geosychronous earth orbit Quỹ đạo địa tĩnh GSM Gobal System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu Communication HBE Hub Baseband Equipment Thiết bị băng gốc Hub HCI Hub Control Interface Giao tiếp điều khiển Hub HPA High power amplifiers Bộ khuếch đại công suất cao HPC High power amplifiers and Convertor Bộ đổi tần và k/đại công suất cao IBO Input background color off Độ lùi đầu vào IDU In-Door Unit Khối bên trong IF Intermediate frequency Tần số trung tần IM InterModulation Xuyên điều chế ISDN Integrated Services Data Network Mạng dịch vụ tích hợp số LEO Low earth orbit Quỹ đạo thấp LIE Line Interface Equipment Thiết bị giao tiếp đường LO Local ossilator Bộ dao động nội LNA Low noise amplifiers Khuếch đại tạp âm thấp MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng trung tâm MCD Multicarrier Demodulation Bộ giải điều chế đa sóng mang NRZ Non return zero Mã không trở về không OBO Output back off Độ lùi đầu ra OBP On Board Processing Xử lý trên vệ tinh ODU Out-Door Unit Khối bên ngoài PA Power Ampli bộ khuếch đại công suất PCE Processing and Control Equipment Thiết bị điều khiển và xử lý PSTN Public switch telephone network Mạng đ/th chuyển mạch công cộng PSDN Packet Switched Data Network Mạng dữ liệu chuyển mạch gói RF Radio frequency Tần số vô tuyến TDMA Time division multiplex access Đa truy nhập phân chia theo th/gian U/C Up coverter Bộ nâng tần SHF Supper Hight Frequency Tần số siêu cao tần SCADA Supervisory Control And Data Thu dữ liệu và điều khiển giám sát Acquisition CCIR Commite Consultative Internation Radio Uỷ ban tư vấn điện báo đ/thoại QTế DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình :1-1:Các thành phần chính của trạm VSAT 2 Hính :1-2:Sơ đồ cấu hình trạm VSAT 3 Hính :1-3:Sơ đồ Cấu hình modem TRES 3 Hình :1-4:sơ đồ khối ngoài trời của trạm VSAT 4 Hình :1-5:Sơ đồ khối trong nhà của trạm VSAT 5 Hình :1-6 :Cấu hình hình sao 6 Hình :1-7:Cấu hình hình lưới 7 Hình :1-8: Kiến trúc giao thức của một mạng VSAT 13 Hình :1-9:Cấu hình hổ trợ giao thức SDLC. 17 Hình :2-1:Anten phản xạ parabol 21 Hình :2-2:An ten 2 gương Cassegrain 22 Hình :2-3:Anten lệch 23 Hình :2-4:Sơ đồ khối đơn giản hóa của một Hub. 34 Hình :2-5:Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp 40 Hình :2-6:Sơ đồ bộ thu băng rộng 41 Hình :2-7:Sơ đồ bộ phân kênh đầu vào 42 Hình :2-8:Sơ đồ bộ ghép kênh đầu ra OMUX 42 Hình :2-9:Cấu hình trạm mặt đất TT&C 47 Hình :3-1:VSAT IPSTAR với công nghệ phủ sóng nhiều búp hẹp 55 Hình :3-2:Các ứng dụng của VSAT IPSTAR 57 Hinh :3-3:Cơ chế hoạt động của VSAT - IP STAR 58 Hình :3-4:Mô hình trạm UT của dịch vụ VSAT IPSTAR. 60 Hình :3-5: Đa truy nhập phân chia theo thời gian: TDMA. 62 Hình :3-6: Khung TDMA 63 Hình :3-7:Kết nối GW đến mạng hữu tuyến và kết nối GW đến UT. 60 ._.