VSAT (Verry Small Aperture Terminal) :trạm mặt đất khẩu độ nhỏ là một phương tiện truyền thông hiệu quả về mặt kinh tế với các đặc tính đặc trưng, VSAT ngày càng đóng vai trò quan trọng trong viễn thông phục vụ cho các ứng dụng nhất định nào đó.
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH VSAT
KHÁI NIỆM VỀ MẠNG VSAT
VSAT (Very Small Aperture Terminal) là một giải pháp truyền thông tiết kiệm chi phí với những đặc điểm nổi bật Với vai trò ngày càng quan trọng trong lĩnh vực viễn thông, VSAT phục vụ hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Trong chương này, chúng tôi sẽ giải thích các khái niệm cơ bản về trạm mặt đất VSAT, bao gồm hoạt động, cấu trúc và các ứng dụng cụ thể của nó Bên cạnh đó, chúng tôi cũng sẽ trình bày các tính năng trong ứng dụng và các giao diện mặt đất liên quan.
1.2 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG VSAT.
VSAT (Very Small Aperture Terminal) là trạm mặt đất có khẩu độ nhỏ, thường được sử dụng trong dịch vụ vệ tinh cố định (FSS) để phân phối dữ liệu trực tiếp tới người dùng Từ năm 1981, các hệ thống VSAT cỡ nhỏ đã được triển khai tại Mỹ cho các ứng dụng chuyên dụng, chủ yếu hoạt động theo chế độ một chiều (One Way) với anten có đường kính 0.6 m, cho phép thu dữ liệu với tốc độ thấp từ 0,3 đến 9,6 Kbit/s thông qua trạm mặt đất trung tâm (Hub) Để đảm bảo hiệu suất, vệ tinh cần có hệ số phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) cao, và kỹ thuật truy cập trải phổ được áp dụng để giảm thiểu nhiễu từ các hệ thống khác Kể từ năm 1984, hệ thống hai chiều (Two Way) cũng đã được phát triển dựa trên các nguyên lý tương tự Thế hệ mới của băng tần 14/12 GHz đã xuất hiện, cho phép thông lượng dữ liệu cao lên đến 64 Kbit/s, mặc dù yêu cầu anten lớn hơn (trên 1.2 m) và sử dụng kỹ thuật điều chế TDM/TDMA.
1.2.2 Đặc tính của hệ thống VSAT.
Các trạm mặt đất VSAT thường được sử dụng trong các mạng khép kín, phục vụ cho các ứng dụng chuyên dụng, bao gồm cả việc quảng bá và 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 phần của mạng hình sao, bao gồm một trạm trung tâm lớn và nhiều trạm VSAT từ xa Tuy nhiên, một số mạng có thể hoạt động theo cấu hình điểm nối điểm hoặc mạng lưới mà không cần trạm trung tâm.
Sự phát triển của khoa học công nghệ đã dẫn đến việc chế tạo các bộ khuếch đại công suất lớn và tạp âm thấp, cùng với sự ra đời của các trạm vệ tinh có công suất cao Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống vệ tinh nhỏ VSAT, cho phép các trạm mặt đất có kích thước nhỏ gọn và giá thành hợp lý Đường kính anten của hệ thống VSAT chỉ từ 0,9m đến 1,8m, với công suất phát chỉ vài watt.
Mạng VSAT bao gồm một vệ tinh hoặc một phần của vệ tinh, cùng với một trạm chính có anten kích thước từ 4,5m đến 10m Hệ thống này kết nối với hàng chục đến hàng trăm ngàn trạm đầu cuối VSAT, mỗi trạm sử dụng anten nhỏ.
Hình:1-1:Các thành phần chính của trạm VSAT
Quỹ đạo của vệ tinh VSAT là quỹ đạo địa tĩnh, cho phép phủ sóng rộng rãi Cấu hình của trạm VSAT bao gồm ba thành phần chính: ăng-ten, khối ngoài trời và thiết bị điều khiển.
Bộ HPA (High Power Amplifier) có thể được lắp thêm vào hệ thống điều hòa không khí để nâng cao công suất phát lên 20W, thường được sử dụng tại các trạm HUB Hệ thống này bao gồm khối ngoài trời (ODU) và khối trong nhà (IDU), tạo thành một giải pháp hiệu quả cho việc điều hòa không khí trong các không gian lớn.
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
Anten thường sử dụng loại Offset để giảm búp sóng phụ và tăng hiệu suất Bộ chiếu xạ được tích hợp với khối ODU và đặt tại tiêu điểm của mặt phản xạ Parabol nhằm giảm tổn hao trong các mạch ghép nối Mặt phản xạ thường làm bằng nhôm và gắn với thiết bị giá đỡ đơn giải để dễ dàng lắp ráp Do phạm vi chuyển động của anten vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh nằm trong búp sóng chính của anten trạm mặt đất VSAT, nên không cần hệ thống bám cho anten trạm mặt đất.
Đường kính của anten VSAT phụ thuộc vào hệ số phẩm chất yêu cầu, công suất bức xạ tương đương đẳng hướng của trạm, cũng như yêu cầu dịch vụ, khả năng của vệ tinh và vùng địa lý nơi trạm đặt.
Với băng Ku: đường kính anten là 1.2m÷1,8m song với vùng có nhiều mưa như Việt Nam thì đường kính anten là 1,8m÷ 2,4m.
Băng C yêu cầu đường kính anten lớn hơn băng Ku để hạn chế nhiễu cho các hệ thống vệ tinh lân cận, nhưng với kỹ thuật trải phổ anten, kích thước anten VSAT băng C chỉ cần từ 0,6m đến 1,2m Khối ngoài trời bao gồm bộ biến đổi tạp âm thấp LNB, bộ biến đổi lên và bộ khuếch đại công suất cao HPA.
Cáp IFL (Inter Facility Link) là cáp đồng trục 50Ω, dài dưới 300m, có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu IF (1GHz÷2GHz) từ khối ODU đến khối IDU, đồng thời truyền điện áp DC và tín hiệu chuẩn 10MHz Khối trong nhà bao gồm modem IF để điều chế và giải điều chế, cùng bộ xử lý băng gốc kết nối với thiết bị đầu cuối DTE qua giao diện chuẩn Đối với dịch vụ thoại qua VSAT, 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 đầu vào và đầu ra để truyền tới bộ điều chế, nơi dữ liệu được mã hóa và điều chế thành sóng mang trung tần 185MHz Sóng mang này sau đó được ghép tại thiết bị phân phối nguồn (PDS-M) và truyền tới thiết bị ngoài trời qua cáp IFL Tại ODU, sóng mang được tách kênh, dịch tần lên băng C và được khuếch đại trước khi tới OMT của anten.
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 và sau đó được truyền xuống thiết bị phân phối nguồn (PDS-M) qua cáp IFL Tại PDS-M, sóng mang được tách kênh và chuyển xuống modem TRES Cuối cùng, bộ giải điều chế thực hiện giải điều chế, dịch tần sóng mang xuống băng L và giải mã thành chuỗi dữ liệu để truyền qua cổng I/O tới DTE.
Modem TRES có chức năng:Mã hoá sửa sai, điều chế và giải điều chế
ĐẶT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VSAT
Hệ thống VSAT thường được triển khai dưới dạng tư nhân hoặc trong các nhóm người sử dụng khép kín Chúng cũng có thể được sử dụng trong các mạng thông tin số, trong đó các trạm VSAT từ xa được thiết lập trực tiếp tại khuôn viên của người sử dụng.
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 khả năng thay đổi cấu hình dễ dàng và thiết lập các VSAT mới ở bất kỳ vị trí nào 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.
Hệ thống VSAT hoạt động với độ tin cậy và chất lượng truyền dẫn cao nhờ không có nút mạng trung gian giữa người sử dụng cuối và hệ thống thông tin trung tâm (Hub) Điều này giúp đảm bảo độ sẵn có và giảm thiểu lỗi Bit-Ber, mang lại hiệu suất tối ưu cho người dùng.
Mặc dù mạng VSAT mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhược điểm là độ trễ trong truyền dẫn qua vệ tinh Do đó, cần lưu ý đến các giao thức ứng dụng và thông tin để đảm bảo khả năng thích ứng với thời gian trễ này, đặc biệt là trong mạng GSM.
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.
Chức năng phụ trợ của VSAT cho phép thu tín hiệu số và tín hiệu TV/FM truyền thống (analog), thường được thực hiện qua một cổng ra phụ tại khối chuyển đổi nhiễu thấp (LNC).
Các VSAT một chiều có khả năng truyền dữ liệu từ các bộ cảm biến từ xa về các Hub, phục vụ cho mục đích thu thập thông tin Ứng dụng phổ biến của công nghệ này bao gồm giám sát khí tượng, môi trường và tự động hóa trong giám sát mạng truyền tải điện.
4.2 Các ứng dụng trong thông tin hai chiều.
Dịch vụ thông tin vệ tinh VSAT hai chiều mở rộng khả năng của các dịch vụ thông tin một chiều, mang đến một phạm vi ứng dụng rộng rãi và gần như không giới hạn.
CÁC ĐẶT TÍNH TIÊU BIỂU CỦA VSAT
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 hiểu là công cụ phục vụ cho một nhóm người sử dụng khép kín, có thể là mạng độc lập hoặc mạng con trên nền tảng Hub chia sẻ Kích thước của mạng phụ thuộc vào dung lượng luồng dữ liệu.
Một VSAT (Very Small Aperture Terminal) thường phục vụ cho một người sử dụng, nhưng cũng có khả năng phục vụ nhiều người bằng cách kết nối với mạng dữ liệu nội hạt (LAN) hoặc mạng mặt đất.
Đặc tính luồng dữ liệu, khả năng biến đổi và yêu cầu dung lượng là những yếu tố quan trọng Các kiểu luồng dữ liệu và khả năng tương thích của chúng đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng nhu cầu sử dụng.
⇒ Các luồng dữ liệu tốc độ bit thấp liên kết qua lại.
Tốc độ truyền bản tin mong muốn, tức là khoảng thời gian trung bình giữa hai bản tin, đặc biệt quan trọng trong các thời điểm có lưu lượng tối đa Bên cạnh đó, chiều dài của bản tin cần truyền từ các VSAT từ xa cũng là yếu tố cần xem xét để đảm bảo hiệu quả truyền tải thông tin.
⇒ 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 xuất hiện yêu cầu truyền dẫn với mật độ luồng thông tin cao cả ở tuyến ra lẫn tuyến vào, đặc biệt là trong các thời điểm 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 ảnh hưởng đến yêu cầu phân vùng không gian, từ đó tác động đến chi phí phân vùng không gian, đóng vai trò quan trọng trong tổng chi phí của 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 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thông số EIRP cần thiết của bộ phát đáp Kích thước nhỏ của anten VSAT là yếu tố quyết định chủ yếu, vì 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
Mô hình mạng VSAT bao gồm cả phần cứng của các trạm mặt đất và phần mềm cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của các đầu cuối, từ người dùng đến người dùng Điều này bao gồm các giao thức và chức năng giao diện quan trọng.
1.6.1 Mô hình giao thức mạng VSAT
Các phương thức thông tin định hướng gói thường được áp dụng trong mạng VSAT, nơi dữ liệu được truyền bằng cách nhóm thành các gói Tuy nhiên, người dùng không nhất thiết phải tuân theo thông tin gói, vì chức năng gói hóa có thể được thực hiện trong các khối giao thức người dùng tại các đầu cuối của mạng VSAT.
Trong các hệ thống thông tin, giao thức mở được tổ chức thành các lớp theo mô hình OSI do Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa (ISO) và ITU-T phát triển, bao gồm 7 lớp Bốn lớp trên tập trung vào các giao thức thông tin điểm nối điểm, trong khi ba lớp dưới chuyên về giao thức mạng và giao tiếp, đảm bảo việc truyền tải dữ liệu không lỗi Các mạng dữ liệu chuyển mạch gói dựa vào các giao thức trong ba lớp này để chuyển dữ liệu của người dùng, đồng thời cung cấp dịch vụ cho bốn lớp trên với các giao thức điểm - đối - điểm.
Lớp vật lý (lớp 1) trong mô hình OSI là lớp cơ sở, chịu trách nhiệm về các đặc tính vật lý và thông số kỹ thuật của kết nối mạng Lớp này đảm bảo việc truyền dữ liệu ở mức bit qua mạng và qua các giao diện mạng.
Lớp liên kết dữ liệu (Lớp 2) đảm nhận vai trò quan trọng trong việc quản lý thông tin và giao thức giữa các đầu cuối trong mạng hoặc giữa các mạng khác nhau Các giao thức tại lớp này không chỉ phát hiện và sửa lỗi cho các gói dữ liệu đã được đóng khung, mà còn gửi thông báo lỗi tới lớp 3 nếu lỗi không thể khắc phục Ngoài ra, lớp 2 còn thực hiện các chức năng đánh địa chỉ và điều khiển luồng dữ liệu, đồng thời cung cấp khả năng đồng bộ giữa các đầu cuối và mạng.
VẤN ĐỀ VỀ GIAO THỨC VÀ GIAO DIỆN MẶT ĐẤT CỦA MẠNG VSAT 11 1 Mô hình giao thức mạng VSAT
Trong mạng VSAT, các tuyến thông tin theo phương thức gói chủ yếu sử dụng các chức năng thuộc ba lớp OSI dưới cùng Những chức năng này không chỉ được áp dụng trong nội bộ mạng mà còn trong các giao diện kết nối với mạng bên ngoài.
Mạng VSAT chủ yếu được sử dụng như các mạng dữ liệu riêng độc lập, kết nối nhiều đầu cuối dữ liệu của người sử dụng Các đầu cuối này giao tiếp với các VSAT ở xa và với máy chủ giao thức tại trạm Hub của mạng VSAT Gần đây, mạng VSAT cũng được áp dụng để kết nối người sử dụng từ xa với các mạng dữ liệu trên mặt đất, bao gồm cả mạng công cộng và mạng riêng, và có khả năng kết nối với mạng ISDN trong tương lai Các kết nối này được thực hiện thông qua Hub hoặc một VSAT khác.
1.6.2 Kiến trúc bên trong của mạng VSAT và sự triển khai các giao thức.
Mạng VSAT có thể được phân chia thành hai phần chính: phần trung tâm của mạng và phần giao diện mạng, dựa trên giao thức và các thủ tục thông tin.
Các giao diện mạng VSAT được bố trí ở các điểm rìa của mạng, cho phép người dùng kết nối với mạng VSAT Chúng cũng được cung cấp tại Hub mạng, nơi kết nối với máy chủ hoặc mạng mặt đất khác Mỗi giao diện mạng VSAT có thể được cấu hình để hỗ trợ nhiều loại giao diện người dùng khác nhau, độc lập với các giao diện mạng khác Các giao diện mạng này dựa vào phần trung tâm của mạng để cung cấp dịch vụ chất lượng cao và ổn định.
Phần trung tâm của mạng ( Network kernel )
Phần trung tâm của mạng VSAT được thiết kế với cấu trúc và giao thức thông tin riêng, nhằm tối ưu hóa việc truyền dữ liệu qua vệ tinh Nó đảm bảo phân phối dữ liệu một cách đáng tin cậy và cung cấp thông báo về tình trạng mất mát dữ liệu do các lỗi khác nhau hoặc sự cố 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.
Chức năng quản trị mạng đóng vai trò quan trọng trong việc cấu hình và vận hành mạng, giúp cảnh báo người quản trị về các tình huống cần xử lý Ví dụ, nó có thể thông báo khi cần hủy bỏ một đường truyền không mong muốn hoặc khi cần phát lại để đảm bảo truy cập hiệu quả.
Giao thức truy cập vệ tinh
Giao thức truy cập vệ tinh thường là bất cân bằng Có một số dậng truy cập
Các lớp cao dành cho người dùng
Các lớp cao dành cho người dùng
Cổng giao tiếp Giao thức Giao diện
TRẠM HUB Đầu cuối của người sử dụng Đầu cuối của người sử Đường truyền mặt đất dụng Đường truyền vệ tinh
Kiến trúc giao thức của mạng VSAT bao gồm các phương thức truy cập như Aloha chia khe (slotted Aloha) và TDMA dành riêng (reservation TDMA) từ VSAT đến Hub Trong khi đó, hướng từ Hub đến VSAT chủ yếu sử dụng phương thức TDMA.
Các giao thức thông tin dữ liệu bên trong mạng
Các giao thức truy cập điểm-điểm và điểm đa điểm được sử dụng để thiết lập đường thông tin đáng tin cậy trong mạng, bao gồm chức năng khôi phục lỗi và điều khiển luồng dữ liệu Đây là các giao thức thông tin nội bộ dành riêng cho truyền dẫn qua vệ tinh trong mạng VSAT Khi thiết kế các giao thức cho mạng VSAT, cần xem xét các yếu tố như topology hình sao và phương pháp đa truy cập, vì chúng ảnh hưởng lớn đến thông lượng dữ liệu và thời gian thiết lập cuộc gọi.
Các thông tin được gói hóa và cấu trúc thành các khuôn dạng có chứa mã điều khiển lỗi, giúp xác nhận việc nhận đúng hoặc loại bỏ các gói thông tin bị lỗi và yêu cầu phát lại Trong các mạng VSAT sử dụng TDMA/RA để truyền dữ liệu từ VSAT đến Hub, quá trình chỉ báo (ACK) và phát lại gói tin đều được quản lý bởi 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
Việc sử dụng các cơ chế sửa lỗi ở các lớp cao hơn trong các thiết bị đầu cuối có thể dẫn đến thông lượng thông tin thấp do dữ liệu lỗi bị lặp lại với độ trễ lớn Nếu không áp dụng các phương pháp sửa lỗi ở các lớp thấp, tỷ lệ lỗi bit (BER) trên đường truyền vệ tinh sẽ cần phải được duy trì ở mức thấp hơn nhiều.
Chức năng chuyển mạch gói
Mạng VSAT cấu hình hình sao chủ yếu sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, với một trung tâm chuyển mạch gói thực hiện các chức năng định tuyến và chuyển mạch Các chức năng này được triển khai thông qua thiết bị xử lý băng gốc và thiết bị điều khiển tại các trạm mặt đất VSAT và Hub.
Trong mạng VSAT, có hai cơ chế chuyển mạch gói cơ bản: datagram và kênh ảo Datagram cung cấp độ tin cậy nhất định cho việc phân phối các gói, trong khi kênh ảo đảm bảo sự phân phối tuần tự và không có sự nhân đôi Mặc dù kênh ảo yêu cầu ít thông tin mào đầu cho mỗi gói dữ liệu, việc duy trì thông tin trạng thái cho nhiều kết nối trong mạng lớn có thể gây phức tạp Ngược lại, chuyển mạch datagram với phần thông tin mào đầu lớn hơn có thể đảm bảo thông lượng cao hơn và cho phép khởi động lại mà không cần thiết lập lại các kết nối, mang lại lợi thế quan trọng cho mạng.
Mạng chuyển mạch gói có thể được hiểu như một liên mạng giữa các hệ thống chuyển mạch và các thành phần xử lý Trong mô hình OSI, các giao thức lớp mạng đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cấu trúc bên trong của 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 áp dụng các giao thức phù hợp để thực hiện các chức năng tương tự Những chức năng chính trong chuyển mạch gói VSAT bao gồm việc quản lý dữ liệu, tối ưu hóa băng thông và đảm bảo kết nối ổn định.
- 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.
Khi kết nối các mạng thông tin dữ liệu, cổng giao tiếp thực hiện việc chuyển đổi giữa các giao thức mạng không đồng dạng ở các lớp cao của mô hình OSI, chẳng hạn như cổng giao tiếp thư điện tử và cổng giao tiếp truyền tin.
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 thường bao gồm nhiều loại giao tiếp mạng, mỗi loại được trang bị các giao tiếp lớp vật lý và giao thức để đảm bảo kết nối hiệu quả với các thiết bị đầu cuối dữ liệu cục bộ (DTE) Ngoài ra, các giao tiếp này cũng có thể được thiết lập giữa các thiết bị Hub VSAT và các máy chủ, nhằm tối ưu hóa khả năng truyền tải dữ liệu.
Giao tiếp lớp vật lý.
Giao tiếp vật lý kết nối trực tiếp giữa người dùng DTE và mạng VSAT, với mỗi hệ thống VSAT sở hữu nhiều giao tiếp vật lý độc lập và có khả năng cấu hình Các giao tiếp này hỗ trợ các chuẩn vật lý đồng bộ và không đồng bộ, hoạt động ở nhiều tốc độ bit dữ liệu khác nhau.
Giao tiếp giao thức người dùng.
Giao tiếp giao thức người dùng kết hợp với giao tiếp vật lý để kết nối người dùng vào mạng thông qua thiết bị đầu cuối kênh dữ liệu (DCE) ở lớp 2 và 3 Hiện nay, các giao thức này cho phép thiết bị người dùng kết nối mạng theo cách riêng của mình.
Hệ thống VSAT thường hỗ trợ ít nhất các giao thức người dùng như X25 Bên cạnh các giao tiếp người dùng phổ biến, mạng VSAT cũng có khả năng thích nghi linh hoạt với các giao tiếp riêng, nhờ vào việc các thay đổi chỉ ảnh hưởng đến người dùng mà không làm ảnh hưởng đến toàn bộ mạng.
Hình:1-9: Cấu hình hổ trợ giao thức SDLC.
Trong các mạng X25 mặt đất, mỗi nút mạng có nhiệm vụ chỉ báo tình trạng nhận gói dữ liệu Giao thức người dùng X25 tương tác đơn giản hơn với mạng VSAT so với SDLC hoặc BISYNC Giao tiếp vật lý giữa DTE X25 và mạng tuân thủ chuẩn V24 của ITU-T Giao thức người dùng của mạng VSAT hoàn toàn tuân thủ giao thức X25 theo khuyến nghị ITU-T ở lớp 2 và 3 Cổng giao tiếp này thực hiện chuyển đổi giữa giao thức truy cập X25 và giao thức bên trong mạng VSAT, đồng thời điều khiển kênh ảo giữa các đầu cuối.
Giao tiếp giao thức người dùng thực hiện việc chỉ báo thu/phát ở lớp 2 và 3 một cách cục bộ, kết nối các thiết bị người dùng với các node và DCE.
Các lớp trong mô hình OSI của ISO Đầu cuối VSAT Hub Máy chủ
Trong quy trình phát triển phần mềm (SDLC), giao thức RS232C và X25 là những yếu tố quan trọng trong truyền thông dữ liệu Khi không tính đến độ trễ vệ tinh trong giao tiếp X25 cục bộ, các giá trị định thời và kích thước cửa sổ của giao thức X25 lớp 2 và 3 trong thiết bị người dùng không cần điều chỉnh khi áp dụng cho mạng VSAT.
1.7.2 Kết nối với các mạng dữ liệu mặt đất chuyển mạch gói (PSPDN).
Trong mạng PSPDN, các DTE người dùng kết nối với DCE thông qua giao thức X25, trong khi các DTE không đồng bộ sử dụng giao thức X28 cùng với chức năng PAD để kết nối Các mạng PSPDN liên kết với nhau qua cổng giao tiếp mạng sử dụng giao thức X75 Dữ liệu được truyền dưới dạng các gói tin qua các chuyển mạch gói, nơi thực hiện nhiệm vụ định tuyến Mỗi gói tin có một header chứa thông tin địa chỉ, và khác với mạng chuyển mạch kênh, các chuyển mạch gói không duy trì kết nối lâu dài giữa các DTE trong quá trình truyền thông.
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
Mạng VSAT thường được sử dụng để truy cập vào mạng PSPDN, và điều này đã được chính thức hóa qua quá trình phát triển các chuẩn quốc tế Khả năng kết nối của mạng VSAT với PSPDN được coi là một hình thức triển khai đặc biệt, cho phép kết nối dữ liệu qua giao tiếp người dùng tiêu chuẩn của PSPDN.
Cổng giao tiếp X25/VSAT thực hiện nhiều chức năng quan trọng như biên dịch địa chỉ, định tuyến quản lý kênh ảo, và chuyển đổi số liệu giữa lớp 3 và các cổng giao tiếp xa Khi nhận được gói tin yêu cầu kết nối lớp 3 từ giao diện mạng, cổng giao tiếp sẽ quản lý và điều khiển kênh ảo, chuyển đổi gói tin theo yêu cầu mạng và gắn địa chỉ mạng trước khi truyền đến mạng chính Tại cổng giao tiếp xa, thông tin gắn vào sẽ bị loại bỏ, sau đó gói tin được chuyển đổi định dạng và gửi đến giao diện mạng cục bộ, cuối cùng được chuyển đến đầu cuối người dùng qua các lớp thấp nhất.
Các vấn đề về hoạt động:
Các yêu cầu kết nối mạng VSAT/PSPDN phụ thuộc vào quá trình truy cập từ mạng VSAT đến mạng PSPDN, bao gồm cả các yêu cầu giao tiếp bắt buộc và các chỉ tiêu chất lượng mạng như thông lượng và độ trễ Mạng VSAT có những đặc tính làm giảm chất lượng kết nối so với mạng PSPDN Trong điều kiện tải bình thường, thời gian truyền qua mạng PSPDN cho cả hai loại gói tin yêu cầu kết nối và chấp nhận kết nối khoảng 0.6 giây Mặc dù độ trễ truyền dẫn giữa các node trong mạng mặt đất thấp hơn đáng kể, nhưng với số lượng node nhiều hơn, thời gian thiết lập cuộc gọi trong mạng này có thể tương đương với mạng VSAT.
Trong quá trình truyền dữ liệu của một kết nối, cả hai loại mạng đều thực hiện chỉ báo cục bộ, dẫn đến độ trễ truyền gói được coi là một chiều Đối với mạng VSAT, độ trễ trung chuyển dao động từ 0.5 đến 1 giây cho cấu hình một bước và hai bước chuyển, trong khi đó, mạng dữ liệu mặt đất có độ trễ trung chuyển khoảng 0.4 giây.
KẾT LUẬN CHƯƠNG
Vệ tinh VSAT cung cấp khả năng truyền tải thông tin xuyên lục địa với những ưu điểm vượt trội mà các phương thức thông tin khác không thể đạt được, nhờ vào mạng lưới của nó, tạo nên một hệ thống thông tin khép kín toàn cầu.
Thông tin vệ tinh VSAT là một kỹ thuật truyền dẫn sử dụng không gian vũ trụ làm môi trường truyền dẫn, với khoảng cách lớn và độ phức tạp cao.
KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT
GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Một vệ tinh thông tin cần thiết để cung cấp dịch vụ trong một khu vực địa lý trong suốt thời gian hoạt động của nó Thiết kế của vệ tinh VSAT được điều chỉnh bởi khả năng truyền tải thông tin, môi trường vật lý mà nó hoạt động, và các yêu cầu công nghệ liên quan.
Thiết kế một vệ tinh VSAT bắt đầu bằng việc tổng hợp các yêu cầu kỹ thuật của tàu vũ trụ, như EIRP và vùng phủ sóng Đối với trạm mặt đất, cần xác định các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp Chương này sẽ mô tả các yếu tố chính cần xem xét trong thiết kế trạm mặt đất VSAT, bao gồm cả trạm từ xa và Hub Đồng thời, sẽ trình bày đặc tính của một số hệ thống trong trạm Hub, cùng với các khối thiết bị chính, quá trình tối ưu hóa và các ràng buộc kỹ thuật cũng như chi phí liên quan.
VSAT-KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT
Trạm mặt đất VSAT bao gồm ba phần chính: anten, khối thiết bị ngoài trời (ODU) và khối thiết bị trong nhà (IDU) Mặc dù hoạt động ở các tần số khác nhau, cấu trúc của các trạm mặt đất VSAT thường tương tự nhau, với sự khác biệt chủ yếu ở anten và mạch RF Anten parabol với độ lệch nhỏ, có đường kính từ 1 đến 2m, được sử dụng phổ biến ODU chứa các thành phần RF như bộ LNC (bộ khếch đại nhiễu thấp) cho việc chuyển đổi tần xuống và bộ HPC (bộ chuyển đổi công suất cao) cho chuyển đổi tần lên, và được lắp đặt ngay sau tiêu điểm của anten.
Một khối IDU điển hình bao gồm một mạch IF, một modem và một bộ xử lý tín hiệu băng gốc, với mạch điều chế đôi khi được tích hợp trong ODU thay vì IDU IDU thường được lắp đặt tại các đầu cuối dữ liệu người dùng và kết nối trực tiếp với chúng qua giao tiếp thông tin dữ liệu chuẩn Kết nối giữa IDU và ODU được thực hiện thông qua cáp IFL (Interfacility Link), có chiều dài từ 100 đến 300m.
Anten bao gồm gương phản xạ và bộ thu/phát sóng, với đường kính được lựa chọn tùy theo yêu cầu hệ số G/T và đặc tính EIRP của VSAT Đối với băng tần (14/12) GHz, anten có đường kính từ 1.2 đến 1.8 m thường được sử dụng, nhưng cũng có thể sử dụng anten lớn hơn khi cần độ dự trữ cao hơn, đặc biệt tại vị trí gần rìa vùng phủ sóng hoặc trong khu vực có mưa lớn.
Cần lưu ý đến sự tương thích với các hệ thống vệ tinh lân cận và các dịch vụ vệ tinh khác Anten nhỏ với mặt phản xạ hình elip có khả năng cải thiện đặc tính búp sóng phụ, giúp giảm thiểu nhiễu cho các vệ tinh lân cận.
2.2.3 Các loại anten trạm VSAT
Có nhiều loại anten được sử dụng tại trạm mặt đất và HUB, với đường kính anten thu – phát thường dao động từ 0.6 đến 30 mét, tùy thuộc vào tiêu chuẩn của từng loại trạm.
Gương parabol được cấu tạo với một mặt phản xạ cong theo đường cong parabol, thường làm từ các vật liệu có hệ số phản xạ cao như nhôm hoặc hợp kim nhôm Mặt phản xạ cần phải nhẵn để đảm bảo sóng phản xạ không bị tán xạ Tại tiêu điểm của gương, một nguồn bức xạ sơ cấp, thường là anten loa (feed horn), được đặt để 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 được gọi là tiêu cự f, trong khi trục đi qua đỉnh gương và tiêu điểm được gọi là trục quang (trục ox) Đối với gương parabol tròn xoay, đường kính miệng gương L được xác định là khẩu độ (aperture) Theo tính chất của gương parabol, các tia sóng phát xuất từ tiêu điểm sẽ phản xạ từ mặt gương và trở thành các tia sóng song song, với tổng đường đi từ tiêu điểm đến mặt phản xạ tới miệng gương luôn bằng nhau và bằng một hằng số f.
Khi nguồn sơ cấp được đặt tại tiêu điểm của gương parabol, sóng phát ra sẽ trở thành sóng phẳng sau khi phản xạ từ mặt gương Anten gương parabol có khả năng bức xạ đơn hướng với tính hướng hẹp và hệ số tăng ích cao, đây là loại anten có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, thường được sử dụng cho các trạm chỉ thu và các trạm nhỏ với dung lượng thấp Tuy nhiên, các đặc tính của anten này như hệ số tăng ích và búp sóng phụ chưa đạt yêu cầu tốt nhất.
Nguyên lý cấu tạo của thiết bị này bao gồm hai gương: một gương chính lớn hình parabol và một gương phụ nhỏ hình hyperbol Hai gương được sắp xếp sao cho tiêu điểm của chúng trùng nhau tại điểm F1.
Hình :2-2 An ten 2 gương Cassegrain
Anten Cassegrain chuyển đổi bức xạ sóng cầu thành sóng phẳng sau khi phản xạ từ hai gương, tương tự như anten gương parabol nhưng có kích thước ngắn hơn theo hướng trục quang Điều này cho phép bộ chiếu xạ gần đỉnh gương parabol, giúp đơn giản hóa giá đỡ và giảm chiều dài fiđơ tiếp sóng, từ đó giảm tổn hao và tạp âm Nhờ những ưu điểm này, anten Cassegrain được ưa chuộng trong các trạm mặt đất và các anten có kích thước trung bình đến lớn.
Anten lệch được thiết kế với bộ phận fiđơ và gương phản xạ phụ, được đặt lệch một chút so với trục chính của gương phản xạ chính Thiết kế này giúp đảm bảo rằng bộ phận fiđơ và gương phản xạ phụ không cản trở các đường đi của sóng phản xạ từ gương chính, tối ưu hóa hiệu suất thu tín hiệu.
Anten lệch có 2 loại chính:
- Loại anten parabol lệch một gương phản xạ.
Anten Gregorian với gương phản xạ phụ hình elíp hoặc hyperbol mang lại hiệu quả cao trong việc giảm nhiễu từ các tín hiệu vô tuyến khác Loại anten này có hiệu suất vượt trội, tạp âm thấp, búp sóng phụ nhỏ và đặc tính phân cực tốt, vì vậy chúng thường được sử dụng cho các trạm mặt đất quy mô nhỏ chất lượng cao.
2.2.4 Hệ thống bám vệ tinh
Mặc dù vệ tinh được đặt trên quỹ đạo địa tĩnh, vị trí của chúng vẫn thay đổi ±0,05 độ theo các hướng Đông, Tây, Bắc, Nam, thay vì ±0,1 độ như trước đây Do đó, cần có hệ thống điều khiển anten trạm mặt đất để theo dõi và bám sát 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, có chức năng xác định liên tục vị trí tâm búp sóng của anten để đảm bảo hướng của anten luôn chính xác hướng về vệ tinh.
Hệ thống bám từng nấc điều chỉnh vị trí anten một cách nhẹ nhàng theo các khoảng thời gian nhất định, nhằm tối ưu hóa hướng anten và đạt được mức tín hiệu thu tối đa.
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.
KHỐI THIẾT BỊ BÊN NGOÀI (ODU) CỦA VSAT
2.3.1.Bộ khuếch đại tạp âm thấp: (LNA - Low Noise Amplifier)
Tín hiệu từ vệ tinh thường rất yếu, khoảng -150 dBW, và bị ảnh hưởng bởi tạp âm lớn, do đó, bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) đóng vai trò quan trọng trong việc khuếch đại tín hiệu mà không làm giảm chất lượng Các yêu cầu kỹ thuật đối với LNA cần được chú trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong trạm mặt đất.
Bộ LNA đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hệ số phẩm chất G/T của trạm mặt đất, vì nó là tầng khuếch đại đầu tiên trong tuyến thu và ảnh hưởng đến nhiệt độ tạp âm của hệ thống Để một trạm mặt đất thông tin vệ tinh tiêu chuẩn A đạt yêu cầu, hệ số G/T cần phải ≥ 35 dB/K, điều này đồng nghĩa với việc hệ số khuếch đại của anten phải đạt GY dB và nhiệt độ tạp âm của LNA phải nhỏ hơn 20 K.
Mức đầu ra tín hiệu cần phải thấp hơn mức bão hoà của bộ khuếch đại ít nhất 20 dB để giảm thiểu 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
Lắp đặt LNA gần đầu thu mang lại lợi ích về mức tín hiệu, giúp giảm thiểu tạp âm và suy hao do rút ngắn chiều dài ống dẫn sóng.
2.3.2 Bộ khuếch đại công suất cao: (HPA - High Power Amplifier)
Để bù đắp cho sự suy hao tín hiệu trong thông tin vệ tinh, trạm mặt đất cần sử dụng bộ khuếch đại công suất cao (HPA) với công suất đầu ra lớn Chức năng chính của HPA là khuếch đại các sóng mang RF tần số cao từ thiết bị truyền thông mặt đất lên mức công suất đủ để phát tín hiệu qua anten lên vệ tinh Trong các hệ thống vô tuyến trên mặt đất, khoảng cách giữa các trạm chuyển tiếp chỉ vài chục km, do đó công suất đầu ra của máy phát thường khoảng 10 W.
Hệ thống thông tin vệ tinh hoạt động ở khoảng cách chuyển tiếp lên tới 36.000 km, do đó, một trạm mặt đất lớn cần phát sóng với công suất từ vài trăm watt đến hàng chục kilowatt để đảm bảo hiệu quả truyền tải dữ liệu.
2.3.3.Bộ đổi tần (FC: Frequency Converter)
Các trạm mặt đất vệ tinh thông tin có nhiệm vụ thu và phát lại tín hiệu cao tần RF từ vệ tinh, sử dụng bộ đổi tần tuyến lên (U/C) và bộ đổi tần tuyến xuống (D/C) Khi thu tín hiệu, bộ đổi tần D/C chuyển đổi tín hiệu cao tần RF thành tín hiệu trung tần IF Ngược lại, khi phát tín hiệu lên vệ tinh, bộ đổi tần U/C chuyển đổi tín hiệu trung tần IF thành tín hiệu cao tần RF.
Nguyên lý hoạt động của bộ đổi tần dựa vào việc sử dụng thiết bị trộn (Mixer) để kết hợp tín hiệu đầu vào với tín hiệu dao động nội Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, bộ đổi tần cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định.
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.
Các bộ dao động nội trong bộ đổi tần có thể được điều khiển bởi dao động thạch anh hoặc bộ tổ hợp tần số Khi sử dụng dao động thạch anh, việc thay thế tần số yêu cầu thay đổi tinh thể thạch anh hoặc chuyển mạch giữa nhiều tinh thể Ngược lại, trong trường hợp bộ tổ hợp tần số, tần số có thể được điều chỉnh dễ dàng bằng bánh xe thay đổi tần số hoặc điều khiển từ xa Để đáp ứng yêu cầu về tần số tạp âm thấp tại các tần số tín hiệu dải tần cơ sở, các bộ dao động nội cần có đặc tính này, đặc biệt quan trọng trong thu và truyền dẫn số Do đó, tinh thể thạch anh hoạt động ở mức độ cao là cần thiết để điều khiển các bộ dao động và bộ tổ hợp tần số trong các ứng dụng này.
KHỐI THIẾT BỊ BÊN TRONG (IDU) CỦA VSAT
Bộ ghép kênh có chức năng thu thập dữ liệu người dùng từ nhiều nguồn khác nhau và kết hợp chúng thành một luồng dữ liệu duy nhất để truyền tải qua vệ tinh.
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:
-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.
Nguồn thông tin Đường truyền dẫn
-Bộ biến đổi bên phát gọi là bộ điều chế.
-Bộ biến đổi bên thu gọi là bộ giải điều chế.
LOẠI TIN TỨC DẠNG SÓNG MANG
- AM ,DSB ,SSB ,FM ,PM.
- PAM , PFM ,PPM ,PWM +Số -> Sin
( Sóng mang tương tự nền số).
+ 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 phát đi trực tiếp mà cần được điều chế thêm bằng các phương pháp như ASK, FSK hoặc PSK trước khi phát.
HỆ THỐNG KÊNH TRUYỀN
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 hoạt động liên tục mà không cần điều khiển định thời đồng bộ, với thiết bị sử dụng đơn giản Hiệu quả công suất của vệ tinh đạt mức chấp nhận được.
Phương pháp này thiếu tính linh hoạt trong việc điều chỉnh phân phối kênh, bởi vì các kênh truyền dẫn được phân chia theo tần số cố định Khi cần tăng số lượng kênh, bắt buộc phải giảm băng thông, dẫn đến việc thay đổi các bộ lọc dải tại trạm thu Hơn nữa, phương pháp này cũng gây tốn kém cho kênh truyền.
Mô hình vẽ như sau: f1 f2 f3 f4 f5 f6
2.5.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Hệ thống này bao gồm các trạm thu mặt đất chia sẻ một bộ phát đáp thông qua phân chia thời gian, sử dụng sóng mang điều chế số Nó thiết lập một khung thời gian gọi là khung TDMA, trong đó khung thời gian được chia thành nhiều khoảng tương ứng với từng trạm mặt đất.
Mỗi trạm phát sóng theo khung thời gian quy định, và giữa các khe thời gian cần có khoảng trống để đảm bảo tín hiệu không bị chồng chéo tại các trạm phát đáp.
Tại các trạm thu mặt đất, việc xác định đúng khe thời gian là rất quan trọng để thu nhận sóng mang từ vệ tinh Phương pháp này tối ưu hóa công suất của vệ tinh, cho phép điều chỉnh số khe và độ rộng của chúng.
khe thời gian trong khung mà không ảnh hưởng gì tới các thiết bị phần cứng.Hình ảnh khung TDMA như sau:
2.5.4.Đa truy nhập trải phổ (CDMA) (Code Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo mã)
Khi cần truyền dữ liệu nhị phân, trước tiên các bit 0 và 1 được mã hóa thành mã tốc độ cao hơn Sau đó, tín hiệu được điều chế bằng phương pháp PSK, giúp trải phổ tín hiệu ra toàn bộ băng tần.
V m b) Mã hóa Điều chế lần đầu
Từ trạm chuẩn Thời gian bảo vệ
Một khung c) Sóng đ/c:PSK Điều chế lần hai
Từ tram:A ( Đa truy nhập phân chia theo ma)
Tất cả các tín hiệu từ các trạm đều đồng nhất về vị trí thời gian và tần số trong bộ phát đáp Phía thu thực hiện quá trình ngược lại, áp dụng mã tương tự như mã đã sử dụng ở phía phát để thu hồi tín hiệu gốc Phương pháp này cho phép chỉ nhận các tín hiệu mong muốn, ngay cả khi có sóng mang trải phổ với mã khác đến cùng thời điểm.
Hệ thống này hiệu quả trong việc chống lại nhiễu từ các hệ thống khác và tạo ra ít nhiễu cho chúng Tuy nhiên, nó yêu cầu băng tần rộng và có thể gây ra tạp âm khi nhiều trạm sử dụng chung một bộ phát đáp, dẫn đến dung lượng truyền dẫn hạn chế.
-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.
KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT HUB
2.6.1 Mô hình tổng quát của một trạm Hub.
Mạng VSAT thường được cấu trúc theo hình sao, với một trạm mặt đất trung tâm gọi là Hub, kết nối tới nhiều trạm VSAT phân tán ở vị trí địa lý khác nhau Trong nhiều ứng dụng, Hub được kết nối với một máy tính chủ thông qua đường truyền trên mặt đất.
Mô hình mạng VSAT hình sao sử dụng công nghệ TDM/TDMA, trong đó trạm Hub phát sóng mang TDM ra ngoài và nhận nhiều sóng mang TDMA với tốc độ bit thấp hơn.
Mô hình tổng quát của trạm Hub tương tự như trạm mặt đất khi xem xét các thiết bị RF/IF, nhưng khác biệt ở việc xử lý số và thiết bị băng gốc Các thành phần chính của Hub bao gồm những yếu tố quan trọng trong hệ thống truyền thông.
• 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 từ máy tính chủ sẽ được gửi đến các trạm VSAT ở xa thông qua các đường truyền mặt đất, đi vào Hub qua LIE, sau đó đến TX PCE và cuối cùng là bộ điều chế.
Dữ liệu từ các trạm VSAT được truyền qua bộ giải điều chế và RX PCE trước khi đến tay người dùng thông qua LIE Toàn bộ hoạt động của mạng VSAT được điều khiển và giám sát bởi các bàn điều khiển của người điều hành, kết nối với NNC.
Các khối thiết bị RF của trạm Hub tương tự như thiết bị RF của các trạm mặt đất vừa và lớn, thường được trang bị cấu hình dự phòng (trừ anten).
Hình :2-4 Sơ đồ khối đơn giản hóa của một Hub.
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.
Thiết bị băng tần cơ sở ở Hub (HBE)
Trạng thái thiết bị Các đường truyền mặt đất Đ ến m áy c hủ
Thiết bị RF Thiết bị IF
Các thành phần mặt đất
Các bộ điều chế tuyến ra
Các bộ điều chế tuyến vào
Một đặc điểm quan trọng của mạng hình sao là anten Hub có đường kính lớn hơn anten VSAT ở xa, với đường kính thường từ 3.5-11m cho dải băng tần 14/11-12 Việc xác định đường kính anten Hub dựa vào tính toán năng lượng đường truyền tuyến vào và giá trị G/T cần thiết Cần cân nhắc giữa chi phí cho mức EIRP cao hơn ở VSAT hoặc anten Hub lớn hơn Các anten phổ biến như mặt phản xạ Cassgrain hoặc Gregrain thường được lắp đặt trên giá đỡ đơn giản với khả năng bám đuổi hạn chế Việc áp dụng các phương pháp bám đuổi như bám đuổi theo chương trình là cần thiết, đặc biệt khi duy trì sự cố định trên vệ tinh không đủ, như trong trường hợp vệ tinh quỹ đạo nghiêng Mức công suất đầu ra của HPA cho anten Hub được xác định thông qua tính toán năng lượng đường truyền ra và phụ thuộc vào các thông số anten, đường kính anten VSAT, số lượng sóng mang phát đi, và mức lùi lại cần thiết.
Các Hub băng tần 14/11-12GHz có thể trang bị hệ thống điều khiển công suất đường lên nhằm bù đắp suy hao do điều kiện khí hậu, như mưa, giúp duy trì mức EIRP ổn định cho vệ tinh Hệ thống này hoạt động bằng cách so sánh mức chuẩn với tín hiệu thực tế từ sóng mang TDM hoặc tín hiệu quay về từ vệ tinh Tuy nhiên, cần giám sát chặt chẽ để tránh gây nhiễu không chấp nhận được cho các vệ tinh lân cận, đặc biệt trong trường hợp sai lệch định hướng anten.
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 thường được kết hợp với các bộ giải điều chế TDMA tuyến vào, do đó một số kênh tuyến vào thường liên kết với một kênh tuyến ra.
Các thuật toán mã hóa và giải mã FEC thường sử dụng thuật toán Viterbi hoặc thuật toán tuần tự, và chúng thường được kết hợp với bộ điều chế và giải điều chế để nâng cao hiệu quả truyền tải dữ liệu.
Bộ giải điều chế TDMA có khả năng thu nhận các chùm tín hiệu ngắn từ nhiều VSAT, với tần số sóng mang và bít định thời khác nhau Để phục hồi dữ liệu trong chùm tín hiệu, bộ giải điều chế cần kiểm tra và khôi phục tần số sóng mang cùng bít định thời một cách chính xác và nhanh chóng.
2.6.4 Thiết bị băng gốc ở trạm Hub (HBE).
HBE (Thiết bị Cơ sở Băng thông) tạo ra giao tiếp hai chiều giữa thiết bị truyền dẫn viễn thông và các đầu cuối xử lý dữ liệu Qua các giao tiếp này, các kênh dữ liệu được định địa chỉ và định tuyến một cách hiệu quả.
HBE hoạt động như một trung tâm chuyển mạch mạng VSAT, đặc biệt là chuyển mạch gói, cho phép truyền tải thông tin dữ liệu dưới dạng các gói phổ biến.
2.6.5 Thiết bị điều khiển và xử lý phát (TX-PCE).
TX-PCE bao gồm một hoặc nhiều khối xử lý phát gọi là TPU (Transmit Processing Unit) Mỗi TPU có chức năng chính là 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
Việc truyền dẫn TDMA từ các trạm VSAT được đồng bộ hóa nhờ các tín hiệu định thời phát trên kênh tuyến ra, tại điểm bắt đầu của các khung TDM Các bộ giải điều chế TDMA và RX PCE của Hub cần thông tin định thời này để khôi phục và xử lý chùm tín hiệu một cách hiệu quả Tín hiệu định thời được tạo ra trong khối ghép kênh TDM (TDM-MUX) và phân phối đến các khối xử lý thu RX RPU khác nhau để thu tín hiệu TDMA 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.
PHÂN ĐOẠN KHÔNG GIAN
Hệ thống vệ tinh bao gồm vệ tinh và các thiết bị hỗ trợ như trạm điều khiển và trung tâm giám sát Vệ tinh hoạt động như một trạm phát lặp tích cực trong tuyến thông tin siêu cao tần, với cấu trúc gồm hai phần chính: trạm mặt đất phát và trạm mặt đất thu.
Tải hữu ích, hay còn gọi là tải thông tin, là một phần thiết yếu của vệ tinh thông tin, có nhiệm vụ phát lặp tín hiệu Nó thực hiện các chức năng chính để đảm bảo hiệu quả hoạt động của vệ tinh.
- 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 công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP trên các vùng phủ song của vệ tinh.
- Đảm bảo hệ số phẩm chất G/T của máy thu với tín hiệu phát của từng vùng phủ sóng lên.
- Đảm bảo yêu cầu về tuyến tính.
- Đảm bảo mật độ tin cậy của kênh truyền trong suốt thời gian sống của vệ tinh.
Tải hữu ích trên một vệ tinh gồm: bộ phát đáp và các anten để thu tín hiệu
Hình:2-5 Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp a) Bộ phát đáp
Bộ thu băng rộng Tách
Bộ lọc kênh Ghép kênh Amp (HPA)
Bộ phát đáp là thiết bị quan trọng nhất của vệ tinh thông tin, thực hiện chức năng thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất, khuếch đại và đổi tần tín hiệu trước khi phát lại xuống trạm mặt đất.
Bộ phát đáp của vệ tinh thông tin thực hiện nhiều chức năng quan trọng, tương tự như một bộ phát đáp tích cực trên mặt đất Tín hiệu từ trạm mặt đất được truyền qua anten vào máy thu, bao gồm các thành phần như bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA), bộ dao động nội (LO), và bộ khuếch đại công suất cao (HPA) Sau đó, tín hiệu đi qua bộ phân kênh đầu vào (IMUX) và bộ tiền khuếch đại (DRIVER) trước khi đến bộ khuếch đại công suất cao (HPA) sử dụng đèn sóng TWT hoặc transistor trường Cuối cùng, tín hiệu được ghép kênh đầu ra (OMUX) và phát xuống mặt đất qua anten.
Thiết bị thu băng rộng
Thiết bị thu băng rộng có chức năng khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi tần số tuyến lên thành tần số tuyến xuống, với yêu cầu về đặc tuyến nhiễu đạt tiêu chuẩn tối ưu cho tỷ số óng mang trên tạp âm Hệ thống này thường có hệ số khuếch đại từ 50 đến 60 dB, đủ để bù lại suy hao trong bộ lọc và quá trình đổi tần Để đảm bảo độ tin cậy cao, hệ thống thu băng rộng được trang bị cả bộ làm việc và bộ dự phòng, tự động chuyển mạch khi xảy ra sự cố Đầu vào của bộ thu tín hiệu băng rộng là bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA).
Bộ khuếch đại này làm việc ở đoạn tuyến tính của đặc tuyến công tác, có tạp âm thấp khi khuếch đại sóng mang
Hình: 2-6 Sơ đồ bộ thu băng rộng
Lọc đầu vào Bộ trộn
Tín hiệu sóng mang được khuếch đại ở LNA sẽ được chuyển đến bộ trộn tần, nơi diễn ra quá trình đổi tần nhờ vào bộ dao động nội LO Bộ đổi tần được thiết kế để đảm bảo rằng tần số sóng mang thu từ mặt đất và tần số phát xuống mặt đất có mức tổn hao thấp, khoảng từ -5 đến -6 dB.
Bộ phân kênh đầu vào IMUX
Vệ tinh sử dụng bộ phân kênh để chia dải tần 500MHz thành các băng tần nhỏ hơn, mỗi băng tần có độ rộng phù hợp với các bộ phát đáp Sau khi được khuếch đại bởi các bộ phát đáp, các băng tần nhỏ này sẽ được tổ hợp lại và phát xuống mặt đất qua anten.
Bộ phân kênh được cấu tạo từ các Circulator và bộ lọc băng thông, giúp chia tín hiệu từ đầu ra bộ khuếch đại băng rộng thành hai nhóm kênh chẵn và lẻ trong dải tần 500MHz Việc phân chia này tạo ra sự tách biệt tần số rõ rệt giữa các kênh trong mỗi nhóm, giảm thiểu nhiễu từ các kênh lân cận Circulator đảm nhiệm việc cung cấp tín hiệu cho từng kênh, trong khi bộ lọc với độ rộng băng tương ứng giúp loại bỏ ảnh hưởng từ các kênh kề bên nhờ đặc tính sườn tốt.
Hình: 2-7 Sơ đồ bộ phân kênh đầu vào
Bộ khuếch đại công suất cao
Circulator Đầu ra kênh chẵn Đầu ra kênh lẻ
Tín hiệu từ bộ phân kênh đầu vào IMUX được điều chỉnh thông qua bộ suy giảm điều khiển từ xa, nhằm tối ưu hóa hệ số khuếch đại Sau đó, tín hiệu tiếp tục được xử lý qua bộ tiền khuếch đại trước khi đến bộ khuếch đại công suất cao HPA.
Các bộ khuếch đại công suất cao (HPA) có vai trò quan trọng trong việc cung cấp tín hiệu với công suất lớn trước khi phát xuống đất qua anten Trên vệ tinh thông tin, các bộ khuếch đại này sử dụng đèn sóng chạy TWT (Traveling Wave Tube), nổi bật với khả năng khuếch đại dải tần rộng và hiệu suất cao, đáp ứng tốt yêu cầu truyền tín hiệu cao tần Bộ tiền khuếch đại có thể sử dụng Diode Tunnel ở tần số 6GHz cho các bộ phát đáp 6/4GHz và các bộ khuếch đại thông số ở tần số 14GHz cho các bộ phát đáp 14/12GHz.
Bộ ghép kênh đầu ra OMUX
Hình: 2-8 Sơ đồ bộ ghép kênh đầu ra OMUX
Sau khi tín hiệu được xử lý qua bộ khuếch đại công suất cao HPA, các kênh sẽ được tổng hợp tại đầu ra của bộ phát đáp thông qua các bộ ghép kênh.
Tín hiệu từ các kênh được truyền qua bộ lọc băng thông đến các bộ Circulator và được tập hợp lại Tại thời điểm này, tín hiệu trong dải tần 500 MHz đạt đủ công suất và tần số sóng mang để phát tuyến xuống Trước khi được phát ra từ anten, tín hiệu này sẽ được xử lý qua bộ lọc để loại bỏ các sóng hài không mong muốn do hiện tượng xuyên điều chế ở các bộ khuếch đại không hoàn toàn tuyến tính gây ra.
Anten vệ tinh thông tin có chức năng nhận và phát tín hiệu cao tần giữa các trạm mặt đất Tùy thuộc vào chức năng của vệ tinh, có nhiều loại anten khác nhau được sử dụng để tối ưu hóa quá trình truyền tải tín hiệu.
Anten dùng để đo xa và điều khiển từ xa, thường ở băng tần VHF.
Anten siêu cao tần dùng cho hệ thống thông tin qua vệ tinh.
Các vệ tinh địa tĩnh thường sử dụng anten phát tia bao trùm (Global Beam) với độ rộng tại mức suy hao 3 dB từ 17° đến 18° Đối với vùng phủ sóng hẹp, anten búp sóng nhọn (Spot Beam) được sử dụng, đảm bảo công suất không thay đổi trong khu vực bao phủ Để phủ sóng toàn cầu, các vệ tinh sử dụng anten vòi phun ở dải tần 6/4 GHz, cho phép bức xạ trực tiếp tới bề mặt Trái Đất mà không cần mặt phản xạ.
Để điều khiển hình dạng vùng phủ trên mặt đất và công suất phát ra theo ý muốn, các anten vệ tinh được trang bị đầu thu phát sóng cùng với bề mặt phản xạ Ngoài ra, anten mặt phản xạ có thể sử dụng nhiều vòi phun ở tiêu điểm để tạo ra các búp sóng rời rạc, giúp tối ưu hóa vùng bao phủ.
KẾT LUẬN CHƯƠNG
Theo thông tin về hệ thống thông tin vệ tinh, cần có một vệ tinh lớn để đáp ứng đầy đủ nhu cầu hiện tại và tương lai của các ngành trong nước cũng như cho thuê Tuy nhiên, việc này cũng đặt ra nhiều khó khăn mà chúng ta cần cân nhắc khi triển khai.
Khi triển khai dự án thông tin vệ tinh VSAT, việc đầu tiên cần xem xét là hiệu quả kinh tế Dựa trên dự báo nhu cầu người sử dụng và khu vực cung cấp thông tin vệ tinh, các tham số của vệ tinh như số lượng luồng phát đáp trong từng dải tần, vùng phủ sóng và các thông số của trạm mặt đất được xác định, nhằm thiết kế trạm mặt đất (bao gồm cả Hub và trạm tạm từ xa) phù hợp với yêu cầu.
