Nghiên cứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất

có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa tại Việt Nam : Luận văn ThS /

Hoàng Văn Diễn ; Nghd. : TS. Chu Văn Vệ . - H. : ĐHCN, 2006 . - 101 tr. + CD-ROM 

MỤC LỤC

MỤC LỤC..................................................................................................................1

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.......................................................3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU..........................................................8

MỞ ĐẦU..................................................................................................................11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH VÀ

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG...............................................................................13

1.1 . Giới thiệu chung..............................................................................................13

1.2. Phần không gian..............................................................................................16

1.2.1. Cấu trúc.........................................................................................................16

1.2.2. Vai trò của trạm điều khiển...........................................................................17

1.2.3. Phân hệ thông tin của vệ tinh........................................................................18

1.3. Phần mặt đất....................................................................................................21

1.4. Phân cực của sóng mang trên tuyến thông tin vệ tinh..................................22

1.5. Các dải tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh.............................................23

1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến thông tin vệ tinh ...................24

1.6.1. Giới thiệu.....................................................................................................24

1.6.2. Trạm mặt đất và các yếu tố liên quan..........................................................24

1.6.3. Các yếu tố liên quan đường xuống và trạm thu mặt đất..............................27

1.6.4. Tham số của bộ phát đáp hệ thống vệ tinh ảnh hưởng đến tuyến truyền.....33

CHƯƠNG 2: MẠNG VSAT DAMA TẠI VIỆT NAM......................................36

2.1. Đặc điểm chung của mạng VSAT ..................................................................36

2.2. Trạm HUB........................................................................................................39

1

2.2.1. Phần cứng.....................................................................................................39

2.2.2. Phần mềm.....................................................................................................40

2.3. Trạm thuê bao xa.............................................................................................42

2.4. Nguyên lý hoạt động và phương thức truy cập.............................................47

2.4.1. Kênh vệ tinh..................................................................................................47

2.4.2. Sử dụng băng tần..........................................................................................53

2.4.3. Đặc tính tổng đài của mạng VSAT...............................................................54

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG THÔNG RỘNG

IP - STAR.................................................................................................................58

3.1. IP qua vệ tinh...................................................................................................58

3.2. Hệ thống VSAT IP và các dịch vụ trên mạng VSAT IP băng thông rộng..58

3.2.1. Vệ tinh IPSTAR............................................................................................59

3.2.2. Trạm cổng ....................................................................................................60

3.2.3. Giao tiếp không gian.....................................................................................63

3.2.4. Thiết bị phía thuê bao (UT)..........................................................................68

3.2.5. Các ứng dụng của hệ thống VSAT IPSTAR ...............................................69

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG.............................................................78

4.1. Ưu nhược điểm của hệ thống VSAT IPSTAR...............................................78

4.1.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR.........................78

4.1.2. Nhược điểm của hệ thống.............................................................................79

4.2. Các đặc tính của đường truyền vệ tinh ảnh hưởng tới chất lượng của kết

nối sử dụng giao thức TCP.....................................................................................79

4.2.1. Ảnh hưởng của độ trễ tới các thuật toán điều khiển tắc nghẽn.....................80

4.2.2. Ảnh hưởng của tích số BDP lớn...................................................................84

4.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh...............................85

4.3. Các giải pháp cải tiến giao thức TCP.............................................................86

4.3.1. Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn.................................86

4.3.2. Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK..............................................................90

4.3.3. Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi........................................................95

2

4.4. Dự báo nhu cầu dịch vụ qua hệ thống VSAT băng rộng.............................96

KẾT LUẬN..............................................................................................................99

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................101

3

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

ACK Acknowledgement Gói tin ACK được phát đi từ phía thu xác

nhận đã nhận được gói tin có số thứ tự được

chỉ rõ trong nội dung gói ACK này

BDP Bandwidth Delay

Product

Tích số giữa độ rộng băng tần và độ trễ. Giá

trị này biểu thị lượng dữ liệu trong mạng.

BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bít

BSP Baseband Signal

Processor

Bộ xử lý tín hiệu băng cơ sở

BW Bandwidth Độ rộng băng tần.

CCM C-Band Converter

Module

Mạch đảo tần băng C

CETEN Cumulative Error

Transport Explicit

Notification

Thông báo rõ lỗi tích luỹ khi truyền tải

Codec Coder/Decoder Bộ mã hoá/Bộ giải mã

CoS Class of Service Lớp dịch vụ

CU Channel Unit Khối kênh

DAMA Demand Assigned

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo yêu cầu

DEM Demodulater Bộ giải điều chế

DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh

DIU Digital Interface Unit Khối giao diện số

Eb/No Energy Per Bit To

Noise Density Ratio

Tỷ số năng lượng bit/Mật độ tạp âm

ECM Echo Canceller Module Khối khử tiếng vọng

EIRP Equivalent Isotropic

Radiated Power

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

FDMA Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần số

4

Multiple Access

FIM Facsimile Interface

Module

Mạch giao diện fax

FIN Finish Gói tin FIN được phía phát TCP sử dụng để

thông báo kết thúc kết nối.

FLP Forward Link

Processor

Bộ xử lý tuyến từ trạm chủ đến trạm con

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền File

GEO Geostationary Earth

Orbit

Quỹ đạo địa tĩnh. Vệ tinh ở quỹ đạo này có

chu kì quay xung quanh bằng chu kì tự quay

của trái đất.

HACK Header ChecKsum Tuỳ chọn tổng tiêu đề, bằng tuỳ chọn này

phía thu có thể thông báo được chính xác

tiêu đề của gói tin bị lỗi

HPA High Powered

Amplifier

Bộ khuyếch đại công suất cao

HTTP HyperText Transfer

Protocol

Giao thức truyền dẫn siêu văn bản

ICC Inbound Control

Channel

Kênh kiểm soát vào

ICM Interface Converter

Module

Mạch chuyển đổi giao diện

ICMP Internet Control

MessageProtocol

Giao thức bản tin điều khiển Internet

IDU In Door Unit Khối ngoài trời

IF Intermediate Frequency Tần số trung gian

IGMP Internet Group

Management Protocol

Giao thức quản lí nhóm Internet.

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISN Initial Sequence

Number

Số thứ tự khởi tạo-giá trị này được phía phát

TCP tạo ra và gán cho gói tin đầu tiên của

5

kết nối

IW Initial Window Kích thước cửa sổ khởi đầu

KCM Ku-Band Converter

Module

Mạch đảo tần băng Ku

LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo thấp

LNA Low Noise Amplifier Bộ khuyếch đại tạp âm thấp

LQT Link Quality Test Kiểm tra chất lượng đường truyền

LRE Low Rate Encoding Mã hoá tốc độ thấp

MCU Monitor Channel Unit Khối kênh giám sát

MEO Medium Earth Orbit Quỹ đạo trung bình

MOD Modulater Bộ điều chế

MODEM Modulater/Demodulater Bộ điều chế /Giải điều chế

MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền dẫn có kích thước lớn nhất

NCS Network Control System Hệ thống điều hành mạng

NM Network Management Quản lý mạng

OCC Outbound Control

Channel

Kênh kiểm soát ra

ODU Out Door Unit Khối trong nhà

OFDM Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ

RG Receive Groundstation Phía mặt đất phía thu

RRM Radio Resources

Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

RTO Retransmission Timeout Khoảng thời gian chờ truyền lại, tính dựa

trên RTT và một số biến khác

RTT Round Trip Time Thời gian trễ vòng, được tính bằng khoảng

thời gian từ thời điểm bit cuối cùng của gói

tin rời khỏi phía phát cho tới thời điểm phía

phát nhận được bit đầu tiên của gói tin xác

nhận trong điều kiện mạng không có tắc

nghẽn

6

SACK Selective

Acknowlegement

Xác nhận có lựa chọn, khi sử dụng tuỳ chọn

này phía thu có thể xác nhận được nhiều

hơn một gói tin đã tới đích

SCPC Single Channel Per

Carrier

Đơn kênh trên sóng mang

SCTP Stream Control

TransportProtocol

Giao thức truyền tải điều khiển luồng

SG Sender Groundstation Phía mặt đất phía phát

SI STAR Interface Giao tiếp STAR

SMTP Simple Mail Transfer

Protocol

Giao thức truyền thư điện tử đơn giản

SNMP Simple Network

Management Protocol

Giao thức quản lí mạng đơn giản

SPC Store Programed

Control

Bộ điều khiển theo chương trình

STAR SCPC TDMA Aloha

Return Link

3 kỹ thuật truy nhập Slotted Aloha, Aloha,

TDMA dùng cho hướng truyền từ trạm con

về trạm chủ

SYN Synchronize Gói tin đồng bộ. Gói tin này được gửi ở thời

điểm khởi tạo kết nối để đồng bộ giữa phía

phát và phía thu

TCP Transport Protocol Giao thức truyền tải. Giao thức này truyền

tải các gói tin tới đích một cách tin cậy

TCPA TCP Accelerator Bộ tối ưu TCP qua kênh vệ tinh

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia thời gian

TDMA Time Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TES Telephony Earth Station Trạm điện thoại mặt đất

TI TOLL Interface Giao tiếp TOLL

TOLL TPC Orthogonal

frequency division

Hướng từ trạm chủ đến trạm con dùng

phương pháp ghép kênh phân chia tần số

7

multiplexed L- code

Link

trực giao mã hoá TPC

TRIA Transmit Receive

Interface Assembly

Khối giao diện thu phát

TSN Transmision Sequence

Number

Số thứ tự truyền tải

UDP User Datagram

Protocol

Giao thức truyền tải đơn vị dữ liệu người

dùng. Giao thức này truyền dữ liệu một cách

không tin cậy

VCU Voice Channel Unit Khối kênh thoại

VSAT Very Small Aperture

Terminal

Trạm mặt đất dung lượng nhỏ

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Trang

Hình 1.1. Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh 16

Hình 1.2. Cửa sổ giữ trạm đối với vệ tinh địa tĩnh 18

Hình 1.3. Phân hệ thông tin của vệ tinh 19

Hình 1.4. Cấu trúc cơ bản của một trạm mặt đất 22

Hình 1.5. Phân cực Ellipse 23

Hình 1.6 Anten vô hướng 25

Hình 1.7 Anten trên thực tế 25

Hình 1.8 Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh 32

Hình 2.1. Tổng quan hệ thống 38

Hình 2.2. Bố trí trạm trung tâm (HUB) của VSAT 39

Hình 2.3. Sơ đồ cấu hình trạm HUB 41

Hình 2.4. Tổng quát trạm VSAT 42

Hình 2.5. Cấu hình trạm thuê bao 43

Hình 2.6. Giao diện trạm thuê bao 44

Hình 2.7. Sơ đồ khối CU 45

Hình 2.8. Mô phỏng thiết lập cuộc gọi 54

Hình 3.1. Vùng phủ sóng của vệ tinh IPSTAR 59

Hình 3.2. Vùng phủ sóng của vệ tinh IPSTAR tại Việt Nam 60

9

Hình 3.3. Sơ đồ khối chức năng trạm cổng IPSTAR 60

Hình 3.4. Cấu trúc khung 64

Hình 3.5. Mô phỏng OFDM đơn giản 65

Hình 3.6. Các kiểu kênh Star Link 66

Hình 3.7. Cấu trúc khung của Star Link cho loại 8 kênh 66

Hình 3.8. Cấu hình trạm thuê bao 69

Hình 3.9. Cấu hình dịch vụ thoại VoIP 70

Hình 3.10 Cấu hình truy cập Internet băng rộng 71

Hình 3.11. Cấu hình cung cấp dịch vụ Hotspot 72

Hình 3.12. Cấu hình dịch vụ thuê kênh riêng IP và mạng riêng VPN 73

Hình 3.13. Cấu hình dịch vụ GSM Trunking 74

Hình 3.14. Cấu hình cung cấp dịch vụ truyền hình hội nghị 75

Hình 3.15. Cấu hình cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa 76

Hình 3.16 Cấu hình dịch vụ và IP2TV 77

Hình 4.1 Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn vào thời gian ở pha khởi

đầu chậm

80

Hình 4.2 Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn vào thời gian ở pha tránh

tắt nghẽn

81

Hình 4.3 Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 2048

kbps)

82

Hình 4.4 Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vàoRTT (kênh 256

kbps)

83

Hình 4.5 Thời gian tải các trang web có kích thước khác nhau (kênh

2048 kbps)

83

Hình 4.6 Thời gian tải các trang web có kích thước khác nhau (kênh 256

kbps)

84

10

Hình 4.7 Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER 85

Hình 4.8 Sự cải thiện thông luợng của kết nối TCP khi không có tắc nghẽn

87

Hình 4.9 Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi có tắc nghẽn 88

Hình 4.10 Số lượng gói tin phải được phát lại ở mạng có tỷ lệ mất gói cao 89

Hình 4.11 Cấu hình của thiết bị mô phỏng SACK 91

Hình 4.12 Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh 91

Hình 4.13 Thông lượng đạt được khi truyền các file 100 kB trong trường

hợp “no curruption”

92

Hình 4.14 Thông lượng đạt đuợc khi truyền các file 1MB,10MB trong các

trường hợp “no curruption”

92

Hình 4.15 Thông lượng khi truyền file có kích thước 1MB và 10MB tỷ lệ

mất gói 1%

93

Hình 4.16 Thông lượng khi truyền dẫn các file 10 MB, tỷ lệ mất gói là

2% và 5%.

94

Bảng 1 Dự báo nhu cầu sử dụng các dịch vụ qua VSAT 97

Bảng 2 Dự báo phát triển các thuê bao thoại sử dụng qua hệ thống

thông tin vệ tinh trên toàn quốc

98

11

MỞ ĐẦU

1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Nửa cuối thế kỷ 20, cùng với sự phát triển mạnh mẽ các công nghệ viễn

thông, việc ra đời và lớn mạnh của thông tin vệ tinh là tất yếu để thay thế cho các hệ

thống vô tuyến chuyển tiếp tiếp mặt đất. Hệ thống thông tin vệ tinh có nhiều ưu

điểm nổi bật so với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất, thể hiện ở giá thành,

khả năng quảng bá và độ linh hoạt cao.

Kỹ thuật thông tin vệ tinh bao gồm những công nghệ rất phức tạp bởi đặc

điểm truyền dẫn của vệ tinh là có đường truyền rất xa và độ trễ lớn. Điều này cũng

đồng nghĩa với việc hệ thống vệ tinh sẽ phải chịu tổn hao môi trường, tạp âm, can

nhiễu. Các kỹ thuật thông tin vệ tinh thông dụng nhất như xử lý băng gốc, điều chế,

khuếch đại công suất, đa truy nhập, bù tổn hao, chống lỗi, …

Hệ thống VSAT (Verry Small Aperture Terminal) là một hệ thống thông tin

vệ tinh với các trạm đầu cuối có khẩu độ nhỏ, cung cấp các đường truyền số liệu và

điện thoại số qua vệ tinh chỉ cần sử dụng các anten có đường kính tương đối nhỏ.

Sự xuất hiện của nó không ảnh hưởng tới các mạng hiện có mà còn hỗ trợ để tăng

tính linh hoạt cho mạng. Nó cung cấp các tính năng ưu việt cho các khách hàng sử

dụng.

Ở Việt Nam, công nghệ thông tin vệ tinh đã được ứng dụng từ năm 1980

(Đài vệ tinh Hoa Sen 1), đến nay sau hơn 20 năm đổi mới phát triển, ngành Viễn

thông Việt Nam đã thiết lập mạng viễn thông quốc gia rộng lớn trong toàn quốc

nhưng vẫn còn nhiều vùng sâu vùng xa có địa hình hiểm trở chưa được kết nối vào

mạng viễn thông công cộng quốc gia. Xu thế đa dịch vụ trong viễn thông đang phát

triển với tốc độ cao, nhất là phát triển các ứng dụng trên nền IP ngày càng phát triển

phù hợp xu thế hội tụ công nghệ thông tin và truyền thông.

Để đáp ứng các yêu cầu thông tin cho các vùng sâu vùng xa, Tập đoàn Bưu

chính Viễn thông Việt Nam (trước đây là Tổng công ty Bưu chính viễn thông Việt

12

Nam) từ cách đây 10 năm đã thiết lập hệ thống thông tin VSAT (với nhiều ưu điểm

hơn hẳn các hệ thông thông tin mặt đất) đến hàng chục tỉnh miền núi, các hải đảo,

đưa dịch vụ điện thoại đến 100% xã trong toàn quốc. Ngày nay, dịch vụ đa dạng

trên cơ sở hội tụ công nghệ thông tin và truyền thông là xu thế tất yếu của thế giới

và ở Việt Nam đang được ứng dụng rộng rãi, việc dùng một hệ thống VSAT mới đa

dịch vụ cho các vùng sâu, vùng xa và phục vụ an ninh quốc phòng cũng như các

nhu cầu sử dụng đặc biệt là rất cần thiết. Do đó việc nghiên cứu những vấn đề lý

thuyết, thực nghiệm về mạng VSAT và các ứng dụng trong điều kiện Việt Nam hiện

nay có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của ngành Bưu chính Viễn thông nói

riêng và phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung. Trước yêu cầu đó, đề tài

“Nghiên cứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm

mặt đất có antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa tại Việt Nam” được lựa

chọn để nghiên cứu vừa có ý nghĩa về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn

cao.

2. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết

Ngoài lời nói đầu, kết luận, mục lục, phụ lục và tài liệu tham khảo, đề tài

được kết cấu thành 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh và các yếu tố ảnh

hưởng

Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin chuyển tiếp bằng vệ tinh địa tĩnh

bao gồm cấu trúc trạm mặt đất và bộ phát đáp trên vệ tinh, các yếu tố bên ngoài ảnh

hưởng đến chất lượng đường truyền qua vệ tinh, xu thế công nghệ.

Chương 2: Mạng VSAT DAMA tại Việt Nam

Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin VSAT DAMA và các vấn đề liên

quan đến triển khai tại vùng sâu vùng xa xôi, vùng hải đảo tại Việt Nam

Chương 3 : Hệ thống thông tin vệ tinh băng thông rộng IP-STAR

Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin VSAT IP-STAR băng rộng đa dịch

vụ các vấn đề liên quan đến triển khai tại vùng sâu vùng xa xôi, vùng hải đảo tại

Việt Nam.

Chương 4: Đánh giá hệ thống

Chương này dành để phân tích các ưu nhược điểm của hai hệ thống trên bằng

các luận cứ khoa học về các mặt : dịch vụ, độ tin cậy thông tin, khắc phục các yếu

tố ảnh hưởng, khả năng phổ cập và tính ứng dụng của hệ thống.

13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1.1 . Giới thiệu chung

Thông tin vô tuyến (Radio Communication) bằng vệ tinh ra đời nhằm mục

đích cải thiện các nhược điểm của mạng vô tuyến mặt đất, đạt được dung lượng cao

hơn, băng tần rộng hơn, đem lại cho khách hàng nhiều dịch vụ mới và thuận tiện với

chi phí thấp.

Nói tới một hệ thống thông tin vệ tinh, chúng ta phải kể đến ba ưu điểm nổi

bật của nó mà các mạng mặt đất không có hoặc không hiệu quả bằng đó là:

- Khả năng quảng bá rộng lớn.

- Có dải thông rộng.

- Nhanh chóng và dễ dàng cấu hình lại khi cần thiết (ví dụ khi bổ sung trạm

mới hoặc thay đổi thông số trạm cũ,...).

Ta đã biết đối với mạng thông tin vô tuyến mặt đất hai trạm muốn thông tin

cho nhau thì các antenna của chúng phải nhìn thấy nhau. Đó gọi là thông tin vô

tuyến trong tầm nhìn thẳng (Line Of Sight - LOS). Tuy nhiên do trái đất có dạng

hình cầu cho nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo cho các

antenna còn trông thấy nhau. Đối với khả năng quảng bá cũng vậy, các khu vực trên

mặt đất không còn nhìn thấy anttena của đài phát sẽ không thể thu được tín hiệu

nữa. Trong trường hợp bắt buộc phải truyền tin đi xa, người ta có thể dùng phương

pháp nâng cao cột antenna, truyền sóng phản xạ tầng điện ly hoặc xây dựng các

trạm chuyển tiếp. Trên thực tế người ta thấy rằng cả 3 phương pháp trên đều có

nhiều nhược điểm. Việc nâng độ cao của cột antenna gặp rất nhiều khó khăn về

kinh phí và kỹ thuật mà hiệu quả thì không bao nhiêu (ví dụ nếu cột antenna có cao

được đến 1km thì nó cũng không thể quảng bá quá 200 km trên mặt đất). Nếu

truyền sóng phản xạ tầng điện ly thì cần có công suất phát rất lớn và bị ảnh hưởng

rất mạnh của môi trường truyền dẫn nên chất lượng tuyến không cao. Việc xây

14

dựng các trạm chuyển tiếp giữa hai trạm đầu cuối sẽ cải thiện được chất lượng

tuyến, nâng cao độ tin cậy nhưng chi phí lắp đặt các trạm trung chuyển lại quá cao

và rất không thích hợp khi có nhu cầu mở thêm tuyến mới. Tóm lại, để có thể truyền

tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được các antenna rất cao nhưng lại phải ổn

định và vững chắc. Sự ra đời của vệ tinh chính là để thoả mãn nhu cầu đó. Với vệ

tinh, nguời ta có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất

cứ một hệ thống mạng nào khác. Thông qua vệ tinh INTELSAT, lần đầu tiên hai

trạm đối diện trên hai bờ Đại Tây Dương đã thông tin được cho nhau. Do có khả

năng phủ sóng rộng lớn cho nên vệ tinh rất thích hợp cho các phương thức truyền

tin đa điểm đến đa điểm, điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đa điểm đến

một điểm trung tâm HUB (cho dịch vụ thu thập số liệu). [1]

Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của các hệ thống vệ

tinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện đại như truyền hình số phân giải

cao (High Definition TV - HDTV), phát thanh số hay các dịch vụ ISDN thông qua

một mạng mặt đất (Terrestrial Network) hoặc trực tiếp đến thuê bao (Direct to

Home - DTH) thông qua mạng VSAT. Cuối cùng do sử dụng phương tiện truyền

dẫn qua giao diện vô tuyến cho nên một hệ thống thông tin vệ tinh là rất lý tưởng

cho khả năng cấu hình lại nếu cần. Các công việc triển khai trạm mới, loại bỏ trạm

cũ hoặc thay đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thực

hiện tối thiểu.

Tuy nhiên, vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là:

- Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớn, ảnh hưởng của tạp âm lớn.

- Giá thành lắp đặt hệ thống cao, chi phí cho trạm mặt đất tốn kém.

- Tuổi thọ thấp hơn các hệ thống mặt đất, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng

cấp.

Các vệ tinh bay trong không gian cách xa mặt đất, năng lượng chủ yếu dùng

cho các động cơ phản lực điều khiển là các loại nhiên liệu lỏng hoặc rắn được vệ

tinh mang theo trên boong. Lượng nhiên liệu dự trữ này không thể quá lớn vì khả

năng của các tên lửa đẩy có giới hạn, đồng thời nó sẽ làm cho kích thước vệ tinh

tăng lên đáng kể do phải tăng thể tích của thùng chứa. Nếu như vệ tinh đã dùng hết

lượng nhiên liệu này thì chúng ta không thể điều khiển vệ tinh được nữa tức là

không còn duy trì được độ ổn định của tuyến. Khi đó vệ tinh coi như đã hỏng và

như thế nói chung tuổi thọ của vệ tinh thường thấp hơn các thiết bị thông tin mặt

đất khác. Để làm cho vệ tinh hoạt động trở lại, người ta cần thu hồi lại vệ tinh để

15

sửa chữa và tiếp thêm nhiên liệu. Sau đó người ta phải phóng lại nó lên quỹ đạo.

Việc khôi phục các vệ tinh đã hết tuổi thọ này hết sức tốn kém và phức tạp nên

trong thực tế, nói chung người ta thường dùng phương pháp thay thế bằng một vệ

tinh hoàn toàn mới và loại bỏ vệ tinh cũ đi.

Một hệ thống vệ tinh có thể cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

và ngày càng được phát triển đa dạng hơn. Tuy nhiên nhìn chung thông tin vệ tinh

đem lại ba lớp dịch vụ như sau:

- Trung chuyển các kênh thoại và các chương trình truyền hình. Đây là sự

đáp ứng cho các dịch vụ cơ bản nhất đối với người sử dụng. Nó thu thập các luồng

số liệu và phân phối tới các mạng mặt đất với một tỉ lệ hợp lí. Ví dụ cho lớp dịch vụ

này là các hệ thống INTELSAT và EUTELSAT. Các trạm mặt đất của chúng

thường được trang bị antenna đường kính từ 15 30m.

- Cung cấp khả năng đa dịch vụ, thoại, số liệu cho những nhóm người sử

dụng phân tách nhau về mặt địa lí. Các nhóm sẽ chia sẻ một trạm mặt đất và truy

nhập đến nó thông qua mạng. Ví dụ cho lớp dịch vụ này là các hệ thống vệ tinh

TELECOM 1, SBS, EUTELSAT 1, TELE - X và INTELSAT (cho mạng IBS). Các

trạm mặt đất ở đây được trang bị antenna đường kính từ 3 10m.

- Kết nối các thiết bị đầu cuối có góc mở rất nhỏ (VSAT) nhằm để truyền

dẫn các luồng số liệu dung lượng thấp và quảng bá các chương trình truyền hình,

truyền thanh số. Thông thường người dùng sẽ kết nối trực tiếp với trạm mặt đất có

trang bị antenna đường kính từ 0.6 2.4m. Các thuê bao di động cũng nằm trong

lớp dịch vụ này. Tiêu biểu cho loại hình này là các hệ thống EQUATORIAL,

INTELNET hoặc INTELSAT, v.v... Các dịch vụ của VSAT hiện đã rất phong phú

mà ta có thể kể đến như cấp và tự động quản lý thẻ tín dụng, thu thập và phân tích

số liệu, cung cấp dịch vụ thoại mật độ thưa, hội nghị truyền hình,.....

Hình dưới đây thể hiện cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh

trong thực tế [2]. Nó có thể chia thành hai thành phần chính là phần không gian

(Space Segment) và phần mặt đất (Ground Segment).

16

phÇn kh«ng gian

C¸ c m y thu C¸ c m y ph¸ t

Tr ¹ m ®iÒu khiÓn (tt&c)

PhÇn mÆt ®Êt

TuyÕn xuèng TuyÕn lªn

Hình 1.1: Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh

1.2. Phần không gian

1.2.1. Cấu trúc

Phần 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. Tại các trung tâm này các hoạt động bám sát, đo lường từ xa

và điều khiển (TT&C - Tracking Telemetry and Command) sẽ được thực hiện nhằm

mục đích giữ cho vệ tinh cố định, đồng thời kiểm tra được các thông số hoạt động

của nó như nhiệt độ antenna, nguồn điện acquy, nhiên liệu...

Tuyến mà sóng vô tuyến được phát từ các trạm mặt đất đến antenna thu của

vệ tinh được gọi là tuyến lên (Uplink). Ngược lại tuyến mà vệ tinh phát tin cho các

trạm mặt đất sẽ được gọi là tuyến xuống (Downlink). Để đánh giá chất lượng của

tuyến người ta hay dùng đại lượng C/N là tỉ số giữa công suất sóng mang và công

suất tạp âm ảnh hưởng đến sóng mang. Tỉ số này trên toàn tuyến được quyết định

bởi chất lượng của cả tuyến lên và tuyến xuống, tương ứng với các điều kiện truyền

17

dẫn riêng ở mỗi tuyến (như môi trường trung gian, kiểu điều chế, kiểu mã hóa, tính

chất của thiết bị thu, v.v...).

Vệ tinh bao gồm một phần tải hữu ích (Payload) và một phần nền (Platform).

Phần Payload gồm antenna và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyền dẫn thông tin.

Phần Platform chứa các thiết bị bảo đảm cho hoạt động của phần Payload như là giá

đỡ, cung cấp nguồn điện, điều khiển nhiệt độ, điều khiển hướng và quỹ đạo, các

thiết bị đẩy phản lực, thùng chứa nhiên liệu và các thiết bị TT&C. Ta thấy rằng

trong quá trình hoạt động vệ tinh sẽ nhẹ dần đi do phải tiêu tốn nhiên liệu cho việc

điều khiển. Để cho vệ tinh không bị mất trọng tâm thì quá trình giảm trọng lượng

phải luôn phân bố đều trên toàn bộ thể tích của nó. Do đó bao giờ người ta cũng

thiết kế sao cho các thùng chứa nhiên liệu đối xứng với nhau qua trọng tâm của vệ

tinh. Thực tế những thùng chứa nhiên liệu nằm trong phần Platform chiếm phần lớn

khối lượng và thể tích của các vệ tinh [2].

Độ tin cậy của phần không gian là một nhân tố quan trọng để đánh giá khả

năng hoạt động của cả hệ thống. Độ tin cậy của vệ tinh phụ thuộc vào chất lượng tất

cả các thiết bị của nó. Khi một vệ tinh bị hỏng thì không chỉ có nghĩa là các thiết bị

của nó bị hỏng mà có thể là do vệ tinh đã hết tuổi thọ. Một hệ thống có độ tin cậy

cao khi nó có các biện pháp dự phòng tốt. Trong các hệ thống cao cấp, cứ một vệ

tinh hoạt động thì có một vệ tinh dự phòng sẵn sàng trên quỹ đạo và một vệ tinh dự

phòng ở dưới mặt đất (trong kho).

1.2.2. Vai trò của trạm điều khiển

Trên lý thuyết, các vệ tinh chuyển động với các quỹ đạo có hình dạng là

đường tròn hoặc đường Ellipse nhưng trong thực tế các quỹ đạo này không được

hoàn toàn như lý thuyết do vệ tinh còn phải chịu tác động của rất nhiều yếu tố

khách quan như sự thay đổi ngẫu nhiên lực hút của trái đất, lực hấp dẫn của các

hành tinh lân cận,... Vì vậy ngay đối với vệ tinh địa tĩnh thì vẫn luôn có sự dao động

xung quanh vị trí cân bằng của nó. Thêm nữa quỹ đạo của chúng còn bị nghiêng

(Inclined Orbit). Điều này dẫn đến trong hệ thống phải có các trạm điều khiển và

trong các trạm mặt đất phải có hệ thống bám.

18

Hình 1.2 : Cửa sổ giữ trạm đối với vệ tinh địa tĩnh

Sự dao động của vệ tinh địa tĩnh xung quanh vị trí tương đối rõ ràng sẽ làm

cho thời gian truyền dẫn giữa trạm và vệ tinh luôn bị thay đổi. Đồng thời nó còn

gây ra hiệu ứng Doppler đối với sóng mang. Tất cả những ảnh hưởng này đều gây

nên những khó khăn cho quá trình truyền dẫn và đồng bộ của hệ thống, nhất là

trong các hệ thống truyền dẫn số (Digital Transmission). Ngoài ra trạm điều khiển

còn có chức năng giữ antenna thu phát của vệ tinh luôn hướng về vùng phủ sóng

trên mặt đất. Hoạt động của trạm điều khiển dựa trên cơ sở các thông tin đo đạc

nhận từ rất nhiều bộ cảm biến (sensor) đặt trên vệ tinh [2].

1.2.3. Phân hệ thông tin của vệ tinh

Trên một vệ tinh thường có hai phân hệ, đó là phân hệ thông tin gồm tất cả

các thiết bị phục vụ cho việc truyền dẫn tin tức và phân hệ điều khiển có nhiệm vụ

đo lường các thông số làm việc và điều chỉnh lại các thông số này khi có lệnh từ

mặt đất. Cấu trúc của phân hệ thông tin có thể được biểu diễn tổng quan bằng sơ đồ

khối sau đây (Hình 1.3)

1.2.3.1. Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA

Trong sơ đồ trên LNA là bộ khuếch đại tạp âm thấp (Low Noise Amplifier)

được đặt ngay sau antenna thu ARx có nhiệm vụ khuếch đại biên độ điện áp tín hiệu

thu với mức tạp âm ký sinh rất nhỏ. Bộ LNA của vệ tinh thường là kiểu có làm lạnh

bằng Nitrogen lỏng hoặc hiệu ứng nhiệt điện Peltier. Bộ LNA của vệ tinh cũng

giống với bộ LNA của các ES.

19

Hình 1.3: Phân hệ thông tin của vệ tinh

1.2.3.2. Bộ đổi tần FC (Frequency Converter )

Sau khi đã được khuếch đại về biên độ, tín hiệu thu ở tuyến lên sẽ được trộn

với một tần số chuẩn FLO được tạo ra bởi bộ dao động (OSC -Ocsillator) đặt ngay

trên vệ tinh. Tần số sinh ra ở đằng sau bộ trộn (MIX) là tổ hợp giữa tần số tín hiệu ở

tuyến lên FU và tần số ngoại sai FLO. Do tần số sóng mang của tuyến lên bao giờ

cũng cao hơn tuyến xuống cho nên bộ đổi tần của vệ tinh thường là bộ đổi tần

xuống (Down Convertor). Nguyên tắc của việc trộn tần là dựa vào đặc tính truyền

đạt không tuyến tính của các thiết bị bán dẫn, ví dụ như một Diode, để sinh ra các tổ

hợp tần số mới từ hai tần số ở đầu vào (FU và FLO). Nguyên tắc này có thể giải

thích một cách đơn giản như sau [10]:

- Giả sử tín hiệu đầu vào có dạng: I (t)= Acos[(2FUt) + U]

và tín hiệu ngoại sai có dạng: LO(t) = Bcos[(2FLOt) + LO]

- Sau khi qua bộ trộn tín hiệu đầu ra sẽ là O(t) = I(t)LO(t). Do đó:

O(t) = ABcos[(2FUt) + U] cos[(2FLOt) + LO]

O(t) = (AB/2){cos[2(FU + FLO)t + U + LO] + cos[2(FU - FLO)t + U - LO]}

Như vậy tại đầu ra của bộ trộn ta có tín hiệu O(t) với biên độ AB/2 bao gồm

hai thành phần tần số là FU + FLO và | FU - FLO |. Bằng các bộ lọc ở đầu ra của bộ

đổi tần ta có thể chọn lấy một thành phần tần số mà ta mong muốn. Trong thông tin

vệ tinh thường người ta chọn thành phần tần số hiệu và FLO lớn hơn FU. Do đó ta

có FD=FLO - FU. Ví dụ đối với băng C thì FU=6GHz nên FLO phải bằng 10GHz

để FD=4GHz. Ta cũng nhận thấy rằng khi chọn pha LO của LO(t)= 0 thì pha của tín

20

hiệu sau khi qua bộ đổi tần sẽ không đổi và bằng U nên nó không gây trở ngại cho

các quá trình xử lí phía sau đặc biệt là việc giải điều chế dịch mức pha (PSK - Phase

Shift Keying). Tóm lại nếu giả sử thành phần tín hiệu đầu vào I(t) và thành phần tín

hiệu ngoại sai LO(t) có dạng như trên thì tại đầu ra của bộ đổi tần ta sẽ có tín hiệu

O(t) là: O(t) = Kcos[2(FLO - FU)t + U] (với LO=0 và K=AB/2)

1.2.3.3. Bộ khuếch đại tiền công suất PPA và bộ phân chia HIBRID

Bộ khuếch đại tiền công suất PPA (Prior Power Amplifier) có chức năng

khuếch đại sơ bộ công suất tín hiệu đi ra từ bộ đổi tần tới mức đủ lớn để có thể phân

chia cho các Transponder. Việc phân chia này được thực hiện nhờ bộ HIBRID gồm

có n đầu ra tương ứng với số Transponder của vệ tinh. Công suất tại mỗi đầu ra của

bộ HIBRID do đó nhỏ hơn n lần so với công suất tại đầu vào của nó.

1.2.3.4. Các bộ phát đáp (Transponder)

Băng tần rất rộng của vệ tinh được chia làm các băng nhỏ hơn (ví dụ rộng

khoảng 40 MHz). Mỗi băng này được phân phối cho mỗi bộ phát đáp của nó còn

gọi là kênh vệ tinh (Satellite Channel). Mỗi một kênh vệ tinh lại có thể mang rất

nhiều kênh số liệu và kênh thoại từ những người sử dụng. Trên thực tế do phải có

khoảng bảo vệ giữa các bộ phát đáp cho nên dải tần thực tế mà các bộ phát đáp sử

dụng thường nhỏ hơn (36MHz). Các bộ phát đáp có vai trò như là các kênh chuyển

tiếp thông tin. Chúng làm việc trong những dải tần riêng nhờ các bộ lọc thông dải

BPF đặt ngay tại đầu vào. Sau khi xử lí bù như bù trễ, bù tần số... tín hiệu trong mỗi

bộ phát đáp sẽ được đưa qua bộ khuếch đại công suất cao HPA ở đầu ra để khuếch

đại đủ lớn trước khi phát lại ở hướng xuống. Bộ HPA của mỗi kênh vệ tinh thường

là loại đèn sóng chạy TWTA với độ dự phòng 5:1 và hiện nay đã bắt đầu sử dụng

loại HPA bán dẫn SSPA. Dễ nhận thấy rằng trong trường hợp hệ thống dùng kỹ

thuật sử dụng lại tần số (Reuse) thì sơ đồ hình 3 mới chỉ là một nửa phân hệ thông

tin của vệ tinh dành cho một phân cực. Nửa còn lại của phân cực kia có sơ đồ tương

tự.

1.2.3.5. Bộ ghép công suất (MUX):

Trước khi ra antenna phát ATx tín hiệu của các Transponder ở các băng tần

con khác nhau phải được ghép lại với nhau. Yêu cầu ghép phải đảm bảo làm sao

cho sự can nhiễu giữa các kênh vệ tinh là thấp nhất và mức công suất của chúng

đồng đều nhau trong tín hiệu tổng hợp. Có nhiều kỹ thuật được ứng dụng cho bộ

MUX mà trong đó có thể kể đến một thiết bị thông dụng là bộ CIRCULATOR.

21

1.3. Phần mặt đất

Phần mặt đất bao gồm tất cả các trạm mặt đất (ES - Earth Station) của hệ

thống. Thông thường chúng được nối với thiết bị đầu cuối của người sử dụng thông

qua một mạng mặt đất có dây hoặc không dây. Trong một số trường hợp chúng nối

trực tiếp với thiết bị của người sử dụng (VSAT). Các ES nối với người sử dụng qua

mạng thường là các trạm lớn có dung lượng cao phục vụ nhiều khách hàng một lúc.

Ngược lại, các trạm VSAT lại là các trạm nhỏ dung lượng thấp và chỉ phục vụ một

số lượng hạn chế người dùng. Hiện nay, các dịch vụ VSAT đang rất phổ biến và

phát triển nên các trạm mặt đất VSAT được rất nhiều quan tâm nghiên cứu.

Các trạm mặt đất có thể phân biệt theo kích cỡ của chúng. Kích cỡ này phụ

thuộc vào dung lượng truyền tải và kiểu tin tức của mỗi trạm (thoại, truyền hình hay

số liệu). Các trạm lớn nhất được trang bị antenna đường kính 30m như các ES tiêu

chuẩn A của hệ thống INTELSAT thế hệ cũ. Các trạm nhỏ nhất antenna chỉ có 0.6

m ví dụ như các trạm thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh. Nhìn chung do kỹ thuật

ngày càng phát triển nên kích cỡ của các ES ngày càng nhỏ lại. Ví dụ hiện nay trạm

chuẩn A của INTELSAT chỉ cần có antenna đường kính từ 15 đến 18m.

Các trạm mặt đất thường có cả máy phát và máy thu để trao đổi tin tức với vệ

tinh. Một số trạm khác chỉ có máy thu như trong trường hợp trạm khai thác các dịch

vụ quảng bá từ vệ tinh hoặc là trạm phân phối các dịch vụ truyền hình và số liệu tới

khách hàng. Hình 1.4 cho ta thấy cấu trúc tổng quan của một trạm mặt đất thông

dụng.

Kỹ thuật về trạm mặt đất đặc biệt quan trọng cho những người khai thác hệ

thống thông tin vệ tinh bởi vì nó gắn liền với họ. Các thông số của trạm mặt đất, các

tính chất tín hiệu và các quá trình xử lí tín hiệu tại trạm mặt đất như là ghép kênh,

gây méo trước, giải méo trước, nén giãn, mã hoá, chống lỗi, phân tán công suất, bảo

mật (encryption),... [2]

22

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của một trạm mặt đất

1.4. Phân cực của sóng mang trên tuyến thông tin vệ tinh

Sóng điện từ bao giờ cũng có một thành phần điện trường và một thành phần

từ trường có hướng vuông góc nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Theo

quy ước, phân cực của sóng được định nghĩa bởi hướng của vector 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 vector cường độ điện

trường thường vạch ra một hình ellipse do đó gọi là phân cực ellipse [2].

Phân cực của sóng điện từ có 3 thông số cơ bản sau:

- Hướng quay vector cường độ điện trường: theo tay phải hoặc theo tay trái

(tức là cùng hoặc ngược chiều kim đồng hồ - Clockwise or Counter Clockwise).

- Tỉ số trục AR (Axial Ratio): AR=EMAX/EMIN là tỉ số giữa trục lớn và

trục nhỏ của ellipse phân cực. Khi AR=1 hay 0dB thì đường ellipse trở thành đường

tròn và phân cực được gọi là phân cực tròn. Khi AR= thì đường ellipse trở thành

một đường thẳng và phân cực được gọi là phân cực thẳng.

- Khi dùng công nghệ truyền dẫn sử dụng lại tần số (Reuse) thì người ta phải

dùng đến hai sóng mang có phân cực vuông góc nhau vì lúc đó không thể phân biệt

sóng mang qua tần số. Hai sóng điện từ được gọi là vuông góc nhau khi chúng có

các ellipse phân cực vuông góc nhau hay độ nghiêng của 2 ellipse lệch nhau 90.

23

Nhiều khi ở những tuyến gây xuyên cực lớn người ta phải sử dụng thêm sự

phân biệt về chiều quay vector cường độ điện trường. Một sóng mang quay theo tay

phải còn sóng mang vuông góc với nó quay theo tay trái. Đặc biệt khi sử dụng phân

cực tròn thì chỉ có thể phân biệt về chiều quay của vector phân cực. Khi đó sóng

mang có vector E quay theo tay phải gọi là

RHCP (Right Hand Circular Polarisation) và

sóng mang có vector E quay theo tay trái gọi

là LHCP (Left Hand Circular Polarisation).

Các phân cực tròn LHCP và RHCP hiện

đang được dùng rất phổ biến trong thông tin

vệ tinh, đặc biệt trong các hệ thống dùng lại

tần số.

Hai phân cực thẳng gọi là vuông góc nhau khi có một phân cực hướng theo

chiều thẳng đứng (Vertical), phân cực kia hướng theo chiều nằm ngang (Horizontal)

trong một hệ quy chiếu nào đó.

1.5. Các dải tần số sử dụng trong thông tin vệ tinhĐể phân phối tần số người ta chia thế giới ra làm ba khu vực như sau:

- Khu vực 1: bao gồm Châu Âu, Châu Phi vùng Trung Đông và Nga

- Khu vực 2: bao gồm các nước Châu Mỹ

- Khu vực 3: bao gồm các nước Châu á trừ vùng Trung Đông, Nga và Châu

Đại Dương.

Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vực.

Trong một khu vực một dịch vụ có thể được dùng toàn bộ băng tần của khu vực này

hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác. Các dịch vụ cố định sử dụng các băng tần

sau:

- Khoảng 6GHz cho tuyến lên và 4GHz cho tuyến xuống được gọi là băng

6/4 GHz hay băng C. Băng tần này được các hệ thống cũ sử dụng, ví dụ như hệ

thống INTELSAT, các hệ thống nội địa của Mỹ,... và hiện nay đã có xu hướng bão

hòa.

- Khoảng 8GHz cho tuyến lên và 7 GHz cho tuyến xuống được gọi là băng

8/7 GHz hay băng X. Băng tần này được dành riêng cho chính phủ sử dụng.

24

- Khoảng 14GHz cho tuyến lên và 11 hoặc 12GHz cho tuyến xuống được

gọi là băng 14/12GHz - 14/11GHz hay băng Ku. Băng tần này được các hệ thống

mới hiện nay sử dụng ví dụ như hệ thống EUTELSAT, TELECOM I và II, v.v...

- Khoảng 30GHz cho tuyến lên và 20 KHz cho tuyến xuống được gọi là băng

30/20GHz hay băng Ka. Băng tần này hiện nay mới chỉ sử dụng cho các hệ thống

cao cấp, các cuộc thử nghiệm và dành cho tương lai.

- Các băng tần cao hơn 30GHz hiện đang được nghiên cứu và chắc chắn sẽ

được dùng rất phổ biến trong tương lai.

Các dịch vụ di động dùng vệ tinh sử dụng băng tần khoảng 1.6GHz cho

tuyến lên và 1.5GHz cho tuyến xuống. Băng tần này được gọi là băng 1.6/1.5 GHz

hay băng L.

Các dịch vụ quảng bá qua vệ tinh chỉ có tuyến xuống và sử dụng băng tần

vào khoảng 12GHz.

1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến thông tin vệ tinh [2] [10]1.6.1. Giới thiệu

Mục đích của phân tích hệ thống đường truyền thông tin là nhằm đạt được

kết quả cao của một tín hiệu khi nó được truyền từ một trạm này đến một trạm khác.

Bởi vì một đường truyền vệ tinh tín hiệu sẽ bị suy yếu trong quá trình truyền do ảnh

hưởng của không khí, nhiệt độ, tầng điện ly và độ nhiễu giữa cung đoạn trái mặt đất

và vệ tinh. Tuy nhiên nhìn chung thông số đường lên, xuống vệ tinh là những ảnh

hưởng chính. Chúng ta xét đường truyền vệ tinh cơ bản được chia làm ba phần:

- Trạm phát mặt đất và các yếu tố liên quan với đường lên.

- Hệ thống vệ tinh.

- Các yếu tố liên quan với đuờng xuống và trạm thu mặt đất.

1.6.2. Trạm mặt đất và các yếu tố liên quan

1.6.2.1. Hệ số tăng ích anten

Anten có nhiệm vụ định hướng tín hiệu từ máy phát tới vệ tinh với hiệu xuất

cao nhất, sau đó tín hiệu được khuyếch đại rồi phát lại tới những trạm thu khác. Nếu

nguồn này không định hướng thì nó sẽ bức xạ phân tán.

Để định hướng tín hiệu, ở anten có hệ số tăng ích được tính như sau:

GdBi = 10*log + 20*log + 20*log D + 20.4dB (1)

Hệ số tăng ích 1m2 anten với hiệu suất 100% là:

G1mdBi = 20*log + 21.4dB. (2)

Trong đó: là hiệu suất anten

D là đường kính anten

25

là tần số hoạt động.

20.4dB là hằng số tính từ 10log[(1*109* )/c ].

Phương trình trên cho thấy G phụ thuộc vào đường kính anten và tần số hoạt

động.

1.6.2.2. Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP)

Nguồn công xuất cao tần bức xạ trên một đơn vị góc cố định của anten vô

hướng được tính bằng: PT / 4 (W)

Đối với anten định hướng, giá trị tăng ích của anten phát là GT thì công suất

phát xạ trên một đơn vị góc được tính:

PT GT / 4 (W)

Hệ số tăng ích anten (GT )là tham số chính, ảnh hưởng đến hiệu quả của việc

sử dụng nguồn năng lượng cao tần (RF) từ máy phát.

Tích PT GT được gọi là công xuất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP).

Do vậy EIRP được hiểu như là hàm của hệ số tăng ích anten phát GT và công suất

phát PT của anten phát.

EIRP = PT*GT (3)

Trong đó: PT là công suất phát tính bằng W

GT là hệ số tăng ích phát.

EIRP phải được điều chỉnh thật chính xác bởi vì EIRP cao sẽ gây nhiễu sóng

mang phụ cận, còn nếu EIRP thấp sẽ cho chất lượng tín hiệu kém đi.

26

P

GT=1Hình 1.6: Anten vô hướngCông xuất bức xạ trên một đơn vị góc cố định (unit solid angle): PT/4

P

Kho¶ng c¸ch R

Hệ số bức xạ tại vùng diện tích A khoảng cách R: A/R2

Hình 1.7: Anten trên thực tếCông suất bức xạ trên đơn vị góc cố định: (PT/4)GT

Công suất thu trên vùng diện tích A: (PT/4)GT (A/R2) = [(PTGT)/ 4 R2] A = A

ảnh hưởng lên một đơn vị điện tích A của bề mặt anten thu đặt cách anten phát một

khoảng cách R, hệ số bức xạ là A/R2. Công suất thu được là:

Pr= (PT*GT/4)(A/R2)= A (W)

Đại lượng = (PT*GT/4R2) được gọi là “mật độ phổ công suất” được

tính bằng đơn vị W/m2

1.6.2.3. Suy hao truyền dẫn và suy hao không gian tự do

Nếu một anten đẳng hướng phát xạ công suất PT , nguồn tín hiệu sẽ phân bổ

theo hình cầu trong đó anten là tâm. Mật độ công xuất bức xạ ở khoảng cách R so

với điểm truyền dẫn được xác định theo phương trình sau:

W = PT/ 4 R2 (4)

Khi anten phát tập trung được năng lượng (có hệ số tăng ích) phương trình sẽ

thành:

W = ( GT*PT )/ 4 R2 (W/m2) (5)

WdB = EIRP - 20*logR - 71dB (6)

Trong đó: GT*PT là EIRP

W Cường độ bức xạ tại khoảng cách R.

R Khoảng cách tại các điểm trong không gian tự do

71dB được tính từ 10log(4 * 106)

Khi anten thu ”nhận” tín hiệu, số lượng tín hiệu nhận được sẽ phụ thuộc vào

kích cỡ của anten.

Công suất đầu thu sẽ là:

PR = W*Ae (7)

Trong đó: Ae Diện tích hiệu dụng của anten

Ae = GR/(4 /2) (m2)

Từ đó : PR = [GT*PT/4 R2] *[( 2/4 ) GR]. (8)

PR = [GT*PT]*[ /4 R]2*GR (9)

PR = [GT*PT]*(1/ L0) *GR (W)

Biểu thức (4 R/ )2 được xem như là suy hao trong không gian tự do L0.

Tính theo đơn vị dB:

L0 = 20logR + 20log + 92.5 dB . (10)

Trong đó: là tần số hoạt động tính băng Ghz.

92.5dB là hằng số tính từ 20log[(4*109*103)]

Phương trình (9) được biểu thị theo dB:

PR dBW = EIRP - L0 + G R (11)

27

Ở phương trình này nếu GR là hệ số tăng ích cho 1m2 anten với hiệu suất

100%. PR sẽ trở thành cường độ bức xạ trên 1 đơn vị, vì vậy cường độ bức xạ trong

phương trình (6) được biến đổi là:

WdBW/m2 = EIRP - L0 + G1m2 (12)

1.6.2.4. Khoảng cách từ vệ tinh tới trạm mặt đất

Khoảng cách R từ vệ tinh tới trạm mặt đất có thể tính :

R = [r2 + S2 - 2rS(Cos C )]1/2. (13)

Trong đó: r: Bán kính quỹ đạo trái đất (6,378.14km)

S: Bán kính vệ tinh quỹ đạo đồng bộ địa tĩnh (42,164.57km)

1: Là vĩ tuyến trạm mặt đất

S1: Là kinh tuyến vệ tinh

e: Là kinh tuyến trạm mặt đất

1.6.2.5. Các suy hao phụ

Sóng điện từ sử dụng trong thông tin vệ tinh chịu ảnh hưởng của các tác

động như: tiêu hao hấp thụ do tầng điện ly, khí quyển và mưa cũng như tạp âm gây

ra từ bên ngoài bởi tầng điện li, khí quyển, mưa và mặt đất. Nó trực tiếp làm suy

hao sóng đến hay sóng đi với cự ly đường truyền xa.

Do vậy ngoài suy hao trong không gian tự do L0 sóng điện từ còn phụ thuộc

các yếu tố khác như ảnh hưởng của không khí, mưa và sự hấp thụ hay phản xạ của

tầng điện li.

Với tần số trong khoảng 1Ghz đến 10Ghz thì khoảng suy hao kết hợp giữa

mưa và tầng điện li là không đáng kể. Tần số càng cao (lớn hơn10Ghz) thì sự suy

hao do mưa càng lớn.

1.6.3. Các yếu tố liên quan đường xuống và trạm thu mặt đất

1.6.3.1. Trị số G/T ( Đặc trưng độ nhạy máy thu)

Trong các hệ thống truyền dẫn, nhiễu là ảnh hưởng lớn nhất đối với chất

lượng của đường truyền. G/T dB/K được xem như là độ phẩm chất cho hệ thống thu.

Vệ tinh thông tin yêu cầu giá trị G/T cụ thể cho các tiêu chuẩn trạm mặt đất được

đưa ra trong tiêu chuẩn IESS. Điều này cũng có nghĩa là các trạm không gian cần

cung cấp những thông số G/T cần thiết cho trạm mặt đất. Vệ tinh thông tin sẽ cung

cấp đầy đủ yêu cầu kỹ thuật để đáp ứng những đặc tính của mọi dịch vụ.

28

1.6.3.2. Nhiệt tạp âm

Là tạp âm do chuyển động hỗn loạn của các điện tích gây ra. Mặc dù tạp âm

trong thông tin vệ tinh do nhiều nguồn tạo ra nhưng công suất của nó rất nhỏ. Nhiệt

tạp âm dùng làm đơn vị thuận tiện để biểu thị công suất nhiệt tạp âm T theo công

thức:

Pn = KTB (W) (14)

Trong đó: Pn: Công xuất tap âm

K: Hằng số Bolzman(1.374*10-23J/K)

T : Nhiệt độ nhiễu tuyệt đối

B: Độ rộng băng (Hz)

Một anten có trở kháng Za sẽ là nguồn nhiễu cho máy thu. Nhưng bản thân

trạm thu là một bộ phận hoạt động của hệ thống sẽ trực tiếp tạo nhiễu tới nó. Do đó

tổng nhiễu sẽ có tại đầu ra nơi thu là:

Nt = (KTB)* G + N. (15)

Trong đó: (KTB)*G : Độ nhiễu đầu vào trạm thu, nhiều bộ phận qua hệ số

tăng ích nơi nhận và được điều chỉnh đầu ra nơi thu.

N: Độ nhiễu đầu ra nơi thu N = KTeB.

Te: Là nhiệt tạp tương đương nơi thu Te = (F-1)T0 (16)

F: số nhiễu trong 1 đơn vị

T0: Nhiệt độ tuyệt đối (290 Kelvin)

1.6.3.3. Nhiệt hệ thống

Nhiệt tạp âm hệ thống của một trạm mặt đất bao gồm: Nhiệt tạp âm đầu thu,

nhiệt tạp âm của anten (Tant), kể cả feed, ống dẫn sóng và nhiễu bầu trời đều tác

dộng đến hệ thống thu của anten.

Tsystem = Tant /L + (1 - 1/L)*T0 + Te (17)

Trong đó: L: Hệ số suy hao feed

Tant: Nhiệt tạp âm anten phát

Phương trình này cho thấy feed và ống dẫn sóng có ảnh hưởng rất lớn đến hệ

thống nhiệt tạp âm.

1.6.3.4. Tính tỷ số G/T

Sau tất cả tính toán trên cho thấy dễ dàng tính được:

G/T dB/K = GdBi - 10logTsystem (18)

29

Khi hệ số tăng ích anten là tần số độc lập thì G/T phải đơn giản hoá tần số đã

biết (thường là 4 hoặc 11 Ghz) bằng cách áp dụng phương trình (18). 20*logf/f0 (f0

là 4 hoặc 11 Ghz) ở đây f là tần số đo bằng Ghz.

1.6.3.5.Tỷ số sóng mang trên nhiễu

Một trong những thông số tính toán một đường truyền là công suất sóng

mang thu được trên công suất tổng nhiễu đầu thu (C/N) được định nghĩa là:

C/N = PR/Pn (19)

Với PRvà Pn được định nghĩa ở phương trình (6) và (14) cụ thể:

C/N = (EIRP*GR)/(KTsystemB).L0 (20)

Tính theo đơn vị dB:

C/N dB = EIRPdb – L0 dB + G/T dB/K – 10logK – 10logB (21)

(-10logK = +228.6dBW/K)

Trong đó: Độ rộng băng tần sóng mang (đối với sóng mang số tỉ lệ truyền

dẫn B=0.6).

Độ rộng băng tần đầu thu (B) thường phụ thuộc vào sóng mang điều chế.

Thông thường tách thông số năng lượng đường truyền bằng cách giản hoá sự phụ

thuộc băng tần. Mối quan hệ mới sẽ là tỉ số sóng mang trên nhiễu (C/N0).

C/N0 dBHz = EIRPdB – L0 dB +G/TdB/K – 10logK. (22)

Để đơn giản hoá có thể tính cho sóng mang trên nhiệt tạp âm.

C/TdB/K = EIRPdB – L0 + G/TdB/K (23)

Với cường độ bức xạ truyền dẫn W có thể được tính:

C/TdB/K = WdBW/m2 + G/T dB/K – G1m2 (24)

1.6.3.6. Phân bổ nhiễu khác (Other noise contribution)

Để tính được tổng độ nhiễu của đường truyền và từ đó có thể tính được chất

lượng đường truyền Thì tất cả phân bổ độ nhiễu ở các nguồn khác nhau phải được

tính đến.

Ví dụ nhiễu xuyên điều chế (Intermodulation noise) ở HPA(C/THPAIM) của

trạm mặt đất, ở khuyếch đại đầu ra của vệ tinh (C/TSATIM), nhiễu do phân cực hoá

tín hiệu trong các mạng giống nhau (C/TCo) và nhiễu do vệ tinh (C/Tup) cũng như

độ nhiễu do đường xuống trạm thu (C/TDOWN). Thông tin vệ tinh được đưa ra từ

bảng IESS410 và những thông tin này được đổi sang C/T bằng các cách:

- Độ nhiễu xuyên điều chế (Intermodulation noise) trong bộ khuyếch đại

công suất vệ tinh:

30

Thông tin trong bảng IESS410 cho mọi bức xạ vệ tinh. giá trị này được đưa

ở dB/4Khz, để chuyển đổi sang C/T chúng ta có dùng công thức:

C/TSATIM = EIRPSAT - (giá trị SATIM) + 10log4Khz - 228.6 dBW/K (25)

Trong đó: EIRPSAT = EIRP sóng mang giá trị SATIM: là giá trị nhiễu

xuyên điều chế tạo ra ở bộ phát đáp vệ tinh

- Nhiễu xuyên đều chế từ các tín hiệu phân cực trực giao:

Thông tin về độ nhiễu hợp kênh được đưa ra ở bảng IESS410 cho mọi bức

xạ vệ tinh. Giá trị này đưa ra tỷ số sóng mang trên nhiễu (C/I) dB.

Do đó để chuyển đổi sang C/T ta phải sử dụng:

C/TCo = C/IdB + 10log (BW chiếm trong sóng mang) - 228.6 db (26)

Ở đây BW chiếm trong sóng mang xác định sóng mang cần tính toán.

- Nhiễu xuyên đều chế trong HPA trạm mặt đất.

Giá trị này được chuyển đổi nếu độ lùi HPA thấp hơn 7dB trong bộ hoạt

động đa sóng mang (multicarrier operation).

Ở đây tiêu chuẩn IESS phải đáp ứng:

EIRPIM 4Khz = EIRPIM - 10log(IM băng tần 4Khz) (27)

C/TIM E/S = EIRP(sóng mang đã kiểm tra)- EIRPIM4Khz + 10log4Khz -228.6dB (28)

Trong đó: EIRPIM là EIRP nhiễu xuyên điều chế đã điều chỉnh ở đầu ra HPA

EIRPIM4Khz : EIRP nhiễu xuyên điều chế được đổi sang độ rộng băng tần 4Khz.

Ví dụ: tính EIRP IM: Với EIRP sóng mang = 63.9 dBW

Mức IM cao = 38.9dBW ở băng tần 2MHz.

Sử dụng phương trình (27) ta có:

EIRPIM 4Khz= 38.9 dBW - 10log(2M/4Khz) = 38.9 dBW - 27.0 dB

Sử dụng phương trình (28) ta có:

C/TIM E/S = 63.9dBW - 11.9dBW/4Khz + 36dB - 228.6dB

C/TIM E/S = - 140.6 dBW/K.

a. Can nhiễu với đường thông tin viba trên mặt đất

Có hai trường hợp một đường thông tin viba trên mặt đất can nhiễu với một

hệ thống thông tin vệ tinh.

Trường hợp 1: Đường thông tin viba mặt đất có cùng tần số làm việc với

đường lên của hệ thống thông tin vệ tinh, bởi vậy tín hiệu viba mặt đất được trộn

với tín hiệu đầu vào máy thu vệ tinh.

31

Trường hợp 2: Hai đường thông tin mặt đất có tần số bằng tần số đường

xuống của hệ thống thông tin vệ tinh, bởi vậy ở đầu vào máy thu trạm mặt đất cũng

bị trộn với tín hiệu của đường thông tin viba mặt đất.

Trong trường hợp đầu anten của đường thông tin mặt đất được điều khiển

sao cho không hướng vào quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh, như vậy can nhiễu được giảm

nhỏ. ở trường hợp sau, có thể có khả năng phát sinh can nhiễu mạnh lên hệ thống

thông tin vệ tinh, phụ thuộc vào vị trí các trạm mặt đất.

Ở trên đề cập đến can nhiễu của đường thông tin viba mặt đất với hệ thống

thông tin vệ tinh. Ngược lại, can nhiễu giữa hệ thống thông tin vệ tinh với đường

viba trên mặt đất cũng là một vấn đề. Đặc biệt là khi máy phát của trạm mặt đất làm

việc ở cùng tần số với đường thông tin viba mặt đất, có khả năng một tín hiệu can

nhiễu mạnh sẽ trộn lẫn với tín hiệu đường thông tin mặt đất.

b. Sự can nhiễu với vệ tinh bên cạnh:

Hình vẽ dưới đây cho ta thấy can nhiễu xảy ra giữa các hệ thống thông tin vệ

tinh. Nếu chúng ta xem xét tín hiệu can nhiễu từ hệ thống vệ tinh 1 lên hệ thống vệ

tinh 2, can nhiễu xảy ra nếu bức xạ cách trục chính từ trạm mặt đất 2 chiếu vào vệ

tinh 1 và anten thu của vệ tinh 1 cũng nhạy cảm với hướng trạm mặt đất 2 trên

đường lên.

Trong khi đó đường xuống can nhiễu xảy ra khi anten phát của vệ tinh 2

cũng chiếu vào trạm mặt đất 1 và anten thu của trạm mặt đất 1 cũng thu được ở

hướng của vệ tinh 2.

Công suất của sóng can nhiễu giảm khi góc tăng và hệ số tăng ích của anten

trạm mặt đất giảm. Tỷ số công suất của sóng hữu ích trên sóng can nhiễu giữa các

hệ thống thông tin vệ tinh trong thực tế có thể đạt 30dB (1000lần) hoặc lớn hơn khi

hai vệ tinh đặt cách nhau khoảng 20 trên quỹ đạo, ngay cả nếu các anten của chúng

cùng chiếu vào một vị trí [2].

32

c. Tạp âm

Tạp âm được hiểu là tín hiệu không mong muốn có trong luồng tín hiệu thu

về, tạp âm làm giảm chất lượng thông tin, ví dụ như tạp âm làm giảm tỷ số tín hiệu

trên nhiễu S/N, hoặc làm giảm tỷ số sóng mang trên tạp âm, tăng tín hiệu lỗi bít

đường truyền. Trên thực tế đối với các hệ thông tin khác thì tạp âm thường rất nhỏ

so với tín hiệu hữu ích, nhưng trên tuyến thông tin vệ tinh, tín hiệu hữu ích thu được

thường rất nhỏ, trong khi đó tạp âm thì lại rất lớn do khoảng cách truyền của thông

tin rất dài (khoảng cách 37000km). Tạp âm còn được góp nhặt bởi anten từ môi

trường truyền sóng, suy hao do mưa. Tín hiệu thu về xem như bị chìm trong tạp âm.

Vì thế nghiên cứu tạp âm là một vấn đề rất quan trọng không thể thiếu trong thông

tin vệ tinh.

- Tạp âm vũ trụ: Tạp âm vũ trụ hình thành do nhiễu bức xạ cao tần từ các dải

ngân hà, phát xạ của mặt trăng, tác động mạnh ở dải tần dưới 10GHz.

- Tạp âm khí quyển: Ôxy, ni tơ, hơi nước, sương mù, có trong khí quyển hấp

thụ năng lượng sóng điện từ có tần số xấp xỉ bằng tần số dao động của các phần tử

khí nói trên khi sóng điện từ truyền qua nó, chính sự hấp thụ này làm cho sóng điện

33

VÖ tinh 1VÖ tinh 2

Quü ®¹o ®Þa tÜnh

Tr¹m mÆt ®Êt 1

Tr¹m mÆt ®Êt 2

§å thÞ bøc x¹

§ êng tÝn hiÖu mong

muèn

§ êng tÝn hiÖu can

nhiÔu

Hình 1.8: Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh.

từ bị suy yếu đi và tạp âm cũng sinh ra từ đó. Trong thông tin vệ tinh dải tần từ 1

đến 10Ghz khi góc ngẩng của anten dưới 5o thì mức suy hao do ảnh hưởng tầng đối

lưu sẽ nhỏ hơn 1,5dB. Suy hao do mây mù vào khoảng 1dB trong dải tần 4-6Ghz

(băng C) và suy hao khoảng 3dB trong dải tần 7Ghz và nhỏ hơn 6dB ở dải tần

10Ghz.

- Tạp âm do mưa: Sóng điện từ không những bị suy hao do mưa mà còn

cộng thêm tạp âm sinh ra do các bức xạ siêu cao của mưa, thêm vào đó nhiệt độ

nước mưa cũng là nguồn tạp âm nhiệt. Có thể nói trong các nguồn tạp âm trong

thông tin vệ tinh thì tạp âm do mưa sinh ra cần phải lưu ý nhất. Do đó trong tính

toán tuyến truyền thông tin vệ tinh, để đảm bảo chất lượng thông tin người ta phải

có tính toán đến sự dự trữ cho mưa và đây cũng là một bài toán rất phức tạp.

- Tạp âm trái đất: Mặt đất phản xạ sóng điện từ đối với các búp sóng phụ của

anten trạm mặt đất, các búp sóng phụ này gây ra tạp âm ảnh hưởng trực tiếp từ mặt

đất và tạp âm khí quyển từ phản xạ từ mặt đất. Nhiệt độ tạp âm do ảnh hưởng của

trái đất trong khoảng từ 3-25°K.

- Tạp âm nhiệt: Tạp âm sinh ra do hoạt động ngẫu nhiên của các điên tử tự

do của các vật dẫn điện, khi chuyển động các điện tử này va chạm với các nguyên

tử và sinh ra tạp âm nhiệt, Mặc dù khi các vật dẫn hở mạch, các điện tử chuyển

động hỗn loạn vẫn sinh ra tạp âm nhiệt.

1.6.4. Tham số của bộ phát đáp hệ thống vệ tinh ảnh hưởng đến tuyến truyền

Khi phân tích đường truyền cho vệ tinh ta phải tính đường truyền cho tuyến

lên, tuyến xuống và tại hệ thống vệ tinh. Tính toán đường truyền tại hệ thống vệ

tinh chủ yếu là ở bộ phát đáp, thu nhận đường truyền tuyến lên rồi phát đáp xuống

trạm thu bằng phương tiện đường xuống.

Bộ phát đáp vệ tinh thực hiện chức năng phát lại tín hiệu điện từ. Chúng

nhận tín hiệu từ trạm phát sau đó khuyếch đại, đổi tần rồi truyền lại trạm thu mặt

đất. Nguồn từ vệ tinh được chia ra nhiều trạm mặt đất với những chuẩn khác nhau

(A, B, C, D, E và F) và theo đó là những vệ tinh khác nhau. Với độ rộng băng tần

51.2 Khz (cho sóng mang 64kbit/s với 3/4 FEC) cho một bộ phát đáp.

Theo độ rộng băng tần, các thông số được chia ra là:

A. Mật độ bão hoà (dBW/m2)

B. Tỷ số G/T nhận (dB/ K)

C. EIRP bão hoà ( dBW)

34

Mật độ bão hoà là tổng mật độ phát ra ở nguồn chuyển tới vệ tinh từ trạm

phát mặt đất, nơi phát ra EIRP bão hoà tới vệ tinh.

1.6.4.1. Điểm hoạt động của bộ phát đáp

Vì khuyếch đại công suất đầu ra bộ phát đáp phải là bộ tuyến tính. Nó phải

được hoạt động như điểm bão hoà để tránh biến dạng phi tuyến. Do vậy đầu vào và

độ lùi đầu ra (input and output back off) phải đạt được điểm. Đây là một sự lãng phí

nguồn có sẵn trong TWTA chính. Hai phương pháp sử dụng để tối thiểu hoá nguồn

lãng phí do độ lùi đầu vào (back off). Phương pháp một là sử dụng SSPA như là

khuyếch đại nguồn ra. Phương pháp hai là khi áp dụng nguồn cao cần phải sử dụng

các TWTA. Nhưng khi sử dụng TWTA thì cần phải sử dụng đến hiệu chỉnh đường

nét. Cả hai đều tăng đặc trưng hệ phát đáp IM.

Độ lùi đầu vào IBO (input backoff) là tỷ số của mật độ thông lượng hoạt

động của sóng mang đưa đến.

Độ lùi đầu ra OBO (output backoff) là tỉ số của EIRP bão hoà trên EIRP hoạt

động của sóng mang đưa đến.

Độ lùi đầu ra bão hoà được tính theo:

OBO = IBO - X (29)

Trong đó: X là tỷ số nén hệ số tăng ích giữa độ lùi đầu ra và đầu vào. Giá

trị này khác với một sóng mang đơn và đa sóng mang hoạt động. Giá trị này lấy ở

chuẩn IESS410.

Ví dụ: X= 5.5 dB cho 1 TWTA trong INTELSAT VI HEMI/HEMI

X= 1.8 dB cho 1 SSPA trong INTELSAT VII HEM/ZONE

(và trong một số trường hợp của INTELSAT VI)

X= 1.7 dB cho 1 LTWTA trong INTELSAT VII-A ku sport

1.6.4.2. EIRP hoạt động của bộ phát đáp

EIRP vệ tinh hoạt động (EIRPop) được tính theo phương trình (30):

EIRPop = EIRPbão hoà - OBO (30)

TWTA transfer characteristic

1.6.4.3. Mật độ thông lượng công suất vệ tinh ở bề mặt trái đất

Thế nhiễu tạo ra bởi một vệ tinh phát và hạn chế tối đa hoá mật độ thông

lượng công suất đưa ra ở một số vệ tinh tại bề mặt trái đất. Việc hạn chế vùng này

sẽ thay đổi được chức năng của góc mở. Bảng dưới đây cho thấy mật độ thông

lượng công suất (PAD) giới hạn ở bề mặt trái đất như là hàm của góc mở và được

xét ở độ rộng băng tần 4Khz.

35

Ở mọi trường hợp có thể đánh giá được bằng cách áp dụng công thức:

PAD4Khz = W - 10log(B/4 Khz) (31)

Trong đó: W: Cường độ bức xạ tính cho đường xuống

B: Độ rộng băng tần chiếm trong sóng mang.

Băng tần Mật độ thông lượng công suất tối đa (dBW/m2)

(Ghz) 0< < 5 5< < 25 25< < 90 Băng chuẩn

3.4 - 7.75 -125 -150+0.5(-5) -142 4Khz

8.025 - 11.7 - 150 -150+0.5(-5) -140 4Khz

12.2 - 12.75 - 148 -148+0.5(-5) -138 4Khz

Kết luận: Việc thiết lập tuyến thông tin vệ tinh cần phải xem xét đến các yếu

tố ảnh hưởng, những vấn đề liên quan đến chất lượng, băng thông và điều kiện làm

việc.

Hệ thống VSAT (Verry Small Apecture Terminal) là một hệ thống thông tin

vệ tinh với các trạm đầu cuối có khẩu độ nhỏ, cung cấp các đường truyền số liệu và

điện thoại số qua vệ tinh chỉ cần sử dụng các ăng ten có đường kính tương đối nhỏ.

Tất cả các nước công nghiệp phát triển đều coi vệ tinh là một mũi nhọn của

ngành Viễn thông và nước ta không nằm ngoài xu thế này. Mạng thông tin vệ tinh

VSAT đã được triển khai ở Việt Nam từ năm 1996, đó là mạng VSAT DAMA, đáp

ứng được nhu cầu thông tin ở nhiều địa hình khó khăn hiểm trở, sử dụng trong

những tình huống khẩn cấp, khắc phục hậu quả thiên tai. Chương tiếp theo sẽ trình

bày về hệ thống thông tin vệ tinh VSAT tại Việt Nam.

36

CHƯƠNG 2

MẠNG VSAT DAMA TẠI VIỆT NAM

2.1. Đặc điểm chung của mạng VSAT [1]

Hệ thống VSAT có các trạm đầu cuối cung cấp các đường truyền số liệu và

điện thoại số qua vệ tinh sử dụng các anten có đường kính tương đối nhỏ. Sự xuất

hiện của nó không ảnh hưởng tới các mạng hiện có mà nó còn hỗ trợ để tăng tính

linh hoạt cho mạng. Nó cung cấp các tính năng ưu việt cho các khách hàng sử dụng.

Một mạng VSAT bao gồm: Một vệ tinh thông tin, một trạm trung tâm

(HUB) với anten khoảng từ 4,5m đến 11m và một mạng gồm nhiều trạm đầu cuối

VSAT (các trạm Remote) với các anten nhỏ (thường từ 0,9 đến 2,4m).

Mạng VSAT DAMA (Demand Assigned Multiple Access: đa truy cập ấn

định theo yêu cầu) tại Việt Nam bao gồm 01 trạm chủ được đặt tại Sài Gòn, có

đường kính ăng ten 7.2m

Trạm chủ (HUB) kiểm soát, điều khiển các trạm thuê bao

+ Trạm con có 1 tới 4 cạc kênh CU (Channel Unit), đảm trách các phương

thức truyền tin.

+ Định dạng tần số phát - thu cho máy, phương thức điều chế QPSK hay

BPSK tốc độ dữ liệu cho các loại thuê bao khác nhau, định mức phát, mức thu cao

tần lên vệ tinh. Kiểm soát toàn bộ mức tần số, băng tần sóng mang, để phù hợp với

những qui định khai thác vệ tinh của hệ thống. Làm điều đó bởi phần mềm điều

khiển và quản lý mạng (NCS: Network Control System) đặt ở trạm chủ.Tại đây sau

khi cài đặt tất cả các yêu cầu kỹ thuật vào bộ vi xử lý đổ vào cạc thoại thì được hiểu

là kênh thoại (VCU: Voice Channel Unit) hay đổ vào cạc số liệu thì được hiểu là

kênh số liệu (DCU:Data Channel Unit).

Tóm lại một cạc hoạt động như thế nào là do việc cài đặt tại trạm chủ.

- Để kiểm soát từ xa các trạm con, theo một chu kỳ thời gian ngắn qui định

trạm chủ cập nhập tình trạng trạm con của mình, phát hiện các vấn đề sự cố và trao

đổi thông tin với nhau. Có thể tự thử nối vòng về (loopback) từ xa để kiểm tra mọi

thông số kỹ thuật. Các sự kiện đang xảy ra và đã xảy ra của thiết bị trạm con đều

được thông tin đầy đủ.

- Việc điều khiển cung cấp tần số phát và thu qua vệ tinh đối với hàng trăm

trạm con như vậy khá phức tạp. Hệ thống NCS kiểm soát mạng sẽ chỉ cho phát lên

vệ tinh khi hai trạm con có yêu cầu kết nối thông tin và ngắt sóng mang phát lên

37

hai trạm khi một trong hai trạm có yêu cầu ngừng kết nối. Như vậy mới đảm bảo để

đáp ứng được nhiều trạm con.

Hệ thống VSAT DAMA được thiết lập nhằm cung cấp dịch vụ thoại cũng

như phi thoại. Đối với các ứng dụng thoại (voice) nó hoạt động như một tổng đài

điện thoại: thực hiện các chức năng cung cấp đường truyền, chuyển mạch, ghi nhận

và tính cước. Hơn thế nữa hệ thống VSAT còn có thể sử dụng để cung cấp các

đường truyền số liệu với các tố độ 9.6kbps đến 64kbps.

Điểm khác biệt so với các hệ thống VSAT khác đang sử dụng tại Việt Nam

là đường truyền trong hệ thống VSAT DAMA có các sóng mang vệ tinh truyền theo

phương thức SCPC (Single Channel Per Carrier): mỗi một sóng mang mang thông

tin đã được số hoá (Digital Signal) trên một kênh từ thuê bao này đến thuê bao kia.

- Hệ thống điều khiển NCS có thể trao đổi thông tin với các trạm Remote

bằng hai kênh điều khiển:Outbound Channel (OCC) truyền dữ liệu từ NCS đến

Remote và Inbound Channel(ICC) từ trạm Remote đến NCS.

- Mọi cạc kênh (CU) đều giống nhau về mặt cấu trúc điện vật lý tuỳ thuộc

vào việc lập trình phần mềm tại NCS, NCS sẽ qui định từng cạc hoạt động với

nhiều cấu hình khác nhau thực hiện các chức năng khác nhau: CCU (Control

Channel Unit) cho kênh điều khiển, VCU cho mạch thoại, DCU cho mạch truyền số

liệu.

+ Một trạm con chỉ có một chassis, mỗi chassis có thể có tối đa 4 cạc CU.

Mỗi CU (card) có các giao tiếp:

(i) Giao tiếp hai dây cho các máy lẻ.

(ii) Giao tiếp E&M với tổng đài.

(iii) Giao tiếp RS 232 để thiết lập cấu hình, điều khiển.

Băng thông (Bandwidth) của một kênh phụ thuộc vào các yếu tố tốc độ dữ

liệu, phương thức sửa lỗi FEC và các kiểu điều chế. Các mạch có cùng một chế độ

làm việc (tốc độ dữ liệu (bit rate), FEC, và phương thức điều chế ) được tập trung

trong một tập hợp các cặp tần số đã được xác định trước.

Bằng quá trình thực hiện sự phối ghép khả năng báo hiệu và kết nối theo yêu

cầu giữa các đầu cuối thuê bao xa (Remote Terminal: RT), nhờ gán các tần số hoặc

các khe thời gian tới các RT tương ứng), NCS sẽ xác định và chỉ định tần số cho

các cạc kênh thuê bao xa (Remote CU). Sau khi xác định được tần số làm việc, các

Remote CU sẽ thực hiện truyền đẫn thông tin của khách hàng. Khi cuộc gọi kết

38

thúc, CU sẽ thông báo với NCS để giải toả cặp tần số dành cho các khách hàng khác

sử dụng.

39

COMMERCIAL PABX

Vệ tinh

Đầu cuối vô tuyến (ODU)

Thiết bị bên tronng (IDU)

Trạm REMOTE

Đầu cuối vô tuyến

Thiết bị

bên trong

Trạm REMOTE

Đầu cuối vô tuyến

Thiết bị

trong nhà

Trạm REMOTE

Thoại

Máytính

Thoại

Thoại

Thoại

FAX

2W

4W

Máy chủ

Đầu cuối vô tuyến

Thiết bị trong nhà (IDU)

Đầu cuối

vô tuyến Khối điều khiển kênh

(Truyền vào)

Khối điều khiển kênh (Truyền vào)

Khối điều khiển kênh (Truyền ra)

Bộ sử lý điều khiển mạng

(NCP)

Chuyển mạch trạm trung tâm

Khối sử lý DAMA (DPU )

Bàn điều khiển mạng

Mạng thoại

công cộng

Hệ thống điều khiển, quản lý mạng

Hình 2.1: Tổng quan hệ thống

Tổng đàiPABX

Thoại

2.2. Trạm HUB2.2.1. Phần cứng

Hình 2.2 Bố trí trạm trung tâm(HUB) của VSAT

Trạm trung tâm gồm 3 phần chính [1]: RFT (đầu cuối tần số vô tuyến) thiết

bị băng cơ sở của trạm trung tâm và giao diện khách hàng.

Phần RFT bao gồm 1 anten parabol kích thước 7,2m và thiết bị điện tử tần số

cao (RF) thường được đặc trưng cho các trạm mặt đất lớn (bộ chuyển đổi lên, bộ

chuyển đổi xuống, bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA, và bộ khuyếch đại công suất

cao HPA ).

Thiết bị băng cơ sở trung tâm bao gồm các bộ điều chế cần thiết để truyền

thông với các trạm thuê bao đầu xa cũng như giao thức phối ghép của mạng: số liệu

cần gửi đi được mã hoá để cung cấp cơ chế sửa sai trực tiếp và được điều chế để

cho phép truyền thông trên một tần số vệ tinh ấn định trước. Sau đó tại đầu thu

thông tin được giải điều chế.

40

Thiết bị khách hàng

Máy tính chủ

Các bộ xử lý chủ

Các bộ giải điều chế

Các bộ điều chế

Thiết bị RF

Máy tính(nms)

Thiết bị trung tâm

2.2.2. Phần mềm.Sự điều khiển và quản lý mạng của hệ thống VSAT DAMA thực hiện được

nhờ các chức năng đã khai báo trong các cạc lắp đặt tại các trạm thuê bao xa mà

trong quá trình khai thác có liên quan tới hệ thống điều khiển NCS từ trạm HUB.

NCS phải có cấu hình sao cho nó có thể cung cấp các chức năng sau:

- Chức năng xử lý DAMA: việc cung cấp một mạch vệ tinh (các kênh SCPC)

để liên lạc giữa một cặp CU bất kỳ nào trong hệ thống được thực hiện trước sự điều

khiển của bộ sử lý DAMA của NCS.

- Chức năng lưu trữ dữ liệu của toàn mạng: NCS cung cấp phương tiện để

lưu trữ chi tiết về khai thác như các sự cố xảy ra trong toàn mạng, thông số để tính

cước, các dữ liệu thống kê khác.

- Chức năng cung cấp giao tiếp cho người khai thác mạng

- Chức năng cấu hình hệ thống cho phép người khai thác khai báo cấu hình

hệ thống.

- Chức năng điều khiển gỡ rối mạng: Thông qua mạng máy tính, NCS phối

hợp các chức năng để thực hiện các yêu cầu về kiểm tra, chuẩn đoán và điều khiển

các thành phần trong mạng lưới.

- Điều khiển NCS: Thông qua giao tiếp mạng, người khai thác có thể kiểm

tra tại chỗ các chức năng khác của NCS như lưu trữ những tập thông tin dữ liệu,

kiểm soát các cơ sở dữ liệu, điều khiển về cấu hình các bộ xử lý của NCS.

Phần mềm xử lý điều khiển mạng: là trọng tâm của NCS, nó là cơ sở dữ liệu

về cấu hình hệ thống, điều khiển cập nhật các thông số của cơ sở dữ liệu này, để tải

phần mềm xuống các trạm đầu cuối, lưu các dữ liệu được tạo ra trong mạng. Nói

chung điều khiển và kiểm tra các thành phần khác của hệ thống như NCS chỉ có duy

nhất một NCP.

Bộ xử lý DAMA (DPU): thực hiện việc cung cấp các kênh thoại DAMA vệ

tinh và biên dịch các số được quay tương ứng với nhu cầu thiết lập cuộc gọi mà nó

nhận được từ trạm đầu cuối và chuyển tiếp tới NCS để xử lý. Mỗi NCS chỉ có duy

nhất một DPU, hoặc ở trong cùng một thiết bị với NCS hoặc tách ra trong bộ xử lý

các dịch vụ của máy (NSP).

Các kênh điều khiển: Đặc biệt được dùng để truyền thông điệp kết nối cuộc

gọi và những thông điệp quản lý giữa NCS và các trạm thiết bị đầu cuối, có hai loại

kênh điều khiển được dùng trong hệ thống: Kênh điều khiển ra OCC (Outbound

Control Channel): là những kênh SCPS được dùng để truyền dữ liệu từ NCS đến

41

các trạm đầu cuối. Hệ thống có thể làm việc với một OCC khi hệ thống mở rộng,

nhiều kênh OCC có thể được sử dụng.

Kênh điều khiển vào ICC (Inbound Control Channel) mỗi ICC là một kênh

SCPC được dùng để truyền các data đến các trạm đầu cuối NCS: Có ít nhất là hai

kênh ICC được dùng trên mạng lưới. Khi mạng mở rộng có thể có nhiều kênh ICC.

Hình 2.3: Sơ đồ cấu hình trạm HUB

42

T

est

4

Slo

t

I F

com

bine

r

2 CC

U+

2P

BX

U

/C

HD

C

14

Slo

t

HD

C

14

Slo

t

HD

C

14 S

lot

HD

C

14

Slo

t

Tes

t

4 S

lot

T

est

4

Slo

t

Tte

st

4

Slo

t

Ext

enti

on

ca

ble

Ext

enti

on

cabl

e

Ext

enti

on

ca

ble

2 CC

U+

2P

BX

2

CC

U+

2PB

X

4B

PX

RF

Com

bine

r

IF C

ombi

ner

I

F D

ivid

er

DE

C

Div

ider

IF

Div

ider

R

F D

ivid

er

U/C

D

/C

D/C

N

CS

HPA

2.3. Trạm thuê bao xaMột trạm VSAT DAMA thuê bao xa bao gồm phần bên ngoài RFT (Radio

Frequence Terminal) và phần bên trong IDU (khối Indoor Unit). Phần bên trong

cung cấp các giao tiếp đến người sử dụng. Phần RFT bao gồm các thiết bị trạm mặt

đất (đổi tần, công suất phát, bộ thu tạp âm thấp, anten). Giao tiếp thông tin giữa

RFT và phần bên trong là trung tần (IF) hoặc cao tần (RF).

- Phần trong nhà gồm một Chassis với 1 đến 4 CU (Channel Unit: satellite

modem). Chassis sẽ cung một trung tần IF chung cho tất cả các CU trong và RFT.

Giao tiếp RFT được nối trực tiếp với chassis [1].

Hình 2.4 Tổng quát trạm VSAT

Một trạm con chỉ có một Chassis chứa một đến bốn cạc (CU) đặt cho từ

một đến bốn khách hàng.

Một trạm VSAT đầu cuối đặc biệt có giao tiếp giữa phần bên trong và phần

bên ngoài là cao tần chỉ dùng một dây cáp đồng trục.

Sơ đồ chi tiết trạm mặt đất Trạm Remote sử dụng anten kích thước 1,8m đến

2,4m hoặc 3,8m anten làm việc ở phân cực thẳng, xuyên cực: phát đứng, thu ngang.

- Thiết bị bên ngoài (ODE -Outdoor Equipment)

ODE bao gồm bộ khuyếch đại công suất 5W, băng tần C, bộ biến đổi tần

lên, bộ đổi tần xuống và bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA. Chức năng của nó:

+ Đổi tần lên (lần 2) từ tần số 180 Mhz đến tần số phát 6Ghz.

43

Thiết bị khách hàng

Chassis trạm

Anten

Khối bên ngoàiKhối bên trong

Đường trung tần tới RF

Do một trạm VSAT đầu cuối đặc biệt có giao tiếp giữa phần bên trong và

phần bên ngoài là cao tần, chỉ sử dụng một dây cáp đồng trục. Chassis ngoài bốn

khe dành cho bốn CU, còn có một khe dành cho cạc RFM (Radio Frequency

Module) có nhiệm vụ đổi tần lên và xuống lần thứ nhất (đổi tần từ 70Mhz lên

180Mhz, đổi tần lên từ L-band xuống 70Mhz). Sau đó phần ODU bên ngoài sẽ đổi

tần lần hai ở băng tần làm việc là băng C(6Ghz/4Ghz )

Hình 2.5: Cấu hình trạm thuê bao

+ Đổi tần xuống (lần một) từ tần số 4Ghz đến tần số L-band (1Ghz).

+ Khuyếch dại công suất 5W.

+ Kiểm tra và điều khiển công suất phát.

+ Kiểm tra và điều khiển ODE qua bộ vi điều khiển nội bộ.

+ Trong những ứng dụng băng tần C yêu cầu công suất đến 20w cần có

thêm bộ công suất tăng cường. Bộ công suất này đòi hỏi nguồn nuôi ngoài.

- Cạc RFM

RFM nhận tín hiệu trung tần 70 Mhz từ bộ phân phối IF trong Chassis và có

chức năng:

+ Biến đổi tần số 70 Mhz lên 180Mhz và tần số L-Band xuống 70 Mhz .

+ Cung cấp bộ dao động chuẩn chung cho RFM và bộ biến đổi tần ODE.

+ Cung cấp đường M&C đến các CU qua bus điều khiển và đến ODE qua

IFL .

+ Cấp nguồn cho ODE qua IFL.

- Các khối kênh CU (Channel Unit).

44

antenChassis

IFL

ODU

Nguồn sơ cấp

ModuleRF

Khối kênh

Nguồn dự

phòng

Bảng cắm

Các trạm remote hoạt động trong sự giám sát chặt chẽ của NCS. Trạm

remote bao gồm các thành phần chính được mô tả trong hình dưới đây. Ngoài ra

còn một số thành phần cộng thêm để hỗ trợ cho ISDN và các trung kế số E1/T1.

CU được đặt trong mỗi khe của chassis. CU có thể được định cấu hình bằng

lệnh từ bộ xử lý điều khiển để thực hiện bất kì cấu hình khác nào. Những cấu hình

được sử dụng chung nhất là:

+ VCU (Voice Channel Unit) sử dụng cho những ứng dụng thoại và cho giao

tiếp trung kế E&M 4 dây. Giao tiếp hai dây đấu vòng (2 wire loop) được đáp ứng

nhờ cạc con ICM (Interface Conversion Module) hoặc bộ biến đổi ngoài.

+ DCU (Data Channel Unit) sử dụng cho những dữ liệu.

+ CCU (Control Channel Unit) cung cấp truy xuất đến vệ tinh cho các thiết

bị kênh điều khiển. Mỗi CCU được đòi hỏi cho mỗi OCC (Outbound Control

Channel) và ICC (Inbound Control Channel).

Hình 2.6 : Giao diện trạm thuê bao

Ngoài ra còn có những cấu hình với những mục đích đặc biệt khác:

+ MCU (Monitor CU): Dùng trong những lúc cần kiểm soát M&C trong khi

những CUs và DCU đang hoạt động.

+ LCU (Looback CU): Dùng trong kiểm tra đấu nối vòng trong bất kì 3 chế

độ: Thoại, dữ liệu đồng bộ và dữ liệu dị bộ. Sau khi kiểm tra, CU được định cấu

hình lại như VCU hoặc DCU để hoạt động bình thường.

45

Anten

Cổng nối dữ liệu

Cổng nối Telco

Đường truyền

Thiết bị bên trong

Kênh số liệuCU

Kênh số liệu

Kênh Thoại

Kênh thoạiCU

Phân bố IF

Thiết bị bên ngoài

RS 232/V.35/RS-449

RS 232

2- Dây đấu vòng

2-Dây hoặc 4 dây E&M/SF

CU

CU

+ Hai cấu hình CU được dùng trong cuộc gọi hội nghị: ACU dùng cho hội

nghị thoại và BCM dùng cho hội nghị dữ liệu và thông tin đại chúng. Cấu hình của

ACU và BCU được dùng như một cấu hình phụ, chẳng hạn một số thành viên của

hội nghị thoại có thể hoạt động bình thường như là VCU, nhưng khi hội nghị tiến

hành chúng có thể tự động được định cấu hình lại là ACU. Khi hội nghị kết thúc thì

chúng lại tự động phục hồi lại vai trò VCU của mình.

Hình 2.7: Sơ đồ khối CU

Người sử dụng truy xuất hệ thống bởi những cạc riêng lẻ CU hoặc bởi những

cạc ghép kênh/phân kênh hoặc bởi nhóm các kênh CU. Cạc CU riêng lẻ dùng để

truyền tải tín hiệu thoại và dữ liệu.

Khi sử dụng trên các card làm chức năng ghép và phân kênh (multiplexing

and demultiplexing) thì các nhóm CU có thể kết nối đến các đầu dây thuê bao đã

được ghép kênh số đó là cạc PAC (primary rate access card) để hỗ trợ cho các trung

kế số.

Các cạc PAC giao tiếp với các trung kế E1 hay T1. Đường dây trung kế nối

trực tiếp vào cạc PAC trong chassis HDC (high density chassis) có một bus TDMA

bên trong nó. Cạc PAC làm chức năng phân kênh các trung kế số thành các kênh 64

Kbps và định tuyến chúng đến các CU riêng lẻ qua đường bus bên trong nó.

46

Chassis & slot ID

Control Precessor

Data Interface

Icm

Channel coding

Fim

Telco interface

Baseband signal processor

Modem

Dsp demod

Timing generator E/4 - wire

If in

If out

To all blocks

MCU có thể được định cấu hình để phục vụ cho một nhóm cạc CU ở thiết bị

đầu cuối MCU cung cấp cho việc kiểm soát và giám sát liên tục các cạc CU ngay cả

khi chúng đang bị chiếm bởi một cuộc gọi nào đó. Thật ra MCU cũng là một CU

nhưng được cài một phần mềm đặc biệt cho phù hợp với chức năng của M&C.

Không giống như VCU và DCU, MCU luôn luôn điều hưởng đến những kênh kiểm

soát và quản lý của M&C. MCU chuyển tải những thông tin về trạng thái và kiểm

soát những CU trong nhóm nó quản lý đến NCS nó thường xuyên dùng để phân

phối xung đồng hồ chuẩn từ NCS đến trạm đầu cuối.

Kết nối liên hoàn (Multi-drop): Kết nối giữa MCU và các CU trong nhóm nó

quản lý, được thực hiện qua kết nối liên hoàn. Thông điệp được nhận bởi MCU và

gửi đến các CU trong vùng mà MCU quản lý được gửi đi qua kết nối liên hoàn. Bất

cứ đáp ứng của các thông điệp trên được gửi trở lại đến MCU cũng qua kết nối liên

hoàn này và được gửi đi đến NCS, nội dung thông điệp thì được xử lý ở MCU.

- Rack và Chassis: Những CU được đặt trong chassis và những chassis được

đặt vào rack. Các chassis dùng chung bộ phận phân phối IF (Divider và Combiner).

CU, chassis và rack được xem là những thiết bị bên trong (Indoor equipment)và

được đặt gần thiết bị cao tần RFT(RF Terminal).

- RF Terminal: RFT gồm các thiết bị trạm mặt đất (đổi tần, khuyếch đại công

xuất phát, bộ thu tạp âm thấp, anten) nó chuyển đổi tín hiệu trung tần phát từ CU ra

tần số cao tần và phát tín hiệu qua vệ tinh. Những tín hiệu vệ tinh thu được và được

chuyển đổi từ RF thành IF.

Đường dây điện thoại được nối đến cổng Telco của CU đường dây dữ liệu

được nối tới cổng dữ liệu trong cả hai trường hợp trên, một card CU cung cấp toàn

bộ những chức năng đòi hỏi để chuyển đổi tín hiệu thoại hoặc dữ liệu sang tần số

trung tần đã được điều chế và chính là phần giao diện với phần RF.

Đặc tính giao tiếp gồm:

+ Giao tiếp thoại: Giao tiếp được sử dụng để nối với thiết bị thoại với các

loại giao tiếp 4 dây E&M hoặc báo hiệu đường dây SF. Khi được gắn thêm cạc

ICM, giao tiếp thoại sẽ giao tiếp 2 dây đấu vòng.

+ Giao tiếp số liệu: Giao tiếp số liệu chuẩn RS -232 được sử dụng cho những

ứng dụng này.

Hệ thống TES cung cấp thông tin số liệu nhị phân nối tiếp đồng bộ và không

đồng bộ tại cổng số liệu. Việc truyền dẫn số liệu nối tiếp đồng bộ và không đồng

bộ được cung cấp với giao tiếp số liệu EIA RS -232 của thiết bị số liệu đầu cuối

47

(DCE). Những giao tiếp khác như RS 442 và V35 được cung cấp qua bộ chuyển đổi

bên ngoài nếu cần.

+ Giao tiếp giám sát và điều khiển: tần này bao gồm các giao tiếp kiểu Rơle

(thông qua các điểm Rơle này các trạng thái cảnh báo có thể được nối với pannel

cảnh báo trung tâm).

+ Giao tiếp vệ tinh: giao tiếp vệ tinh bao gồm giao tiếp IF giữa thiết bị trong

nhà và RFT, giao tiếp RFT giữa các RFT và vệ tinh.

2.4. Nguyên lý hoạt động và phương thức truy cập

2.4.1. Kênh vệ tinh

Mục đích và các đặc tính của kênh vệ tinh là chuyển tải lưu lượng của người

sử dụng và quản lý mạng nội bộ trong hệ thống.

- Các kênh lưu lượng: Một kênh lưu lượng là một kênh SCPC làm chức

năng chuyển tải thoại và dữ liệu giữa các CU. Một mạch lưu lượng thường bao gồm

hai kênh lưu lượng trong mỗi hướng.

- Các kênh kiểm soát: Các kênh kiểm soát đặc biệt được dùng để truyền

những thông điệp kết nối cuộc gọi và những thông điệp quản lý giữa NCS vì các

trạm thiết bị đầu cuối có hai loại kênh kiểm soát được dùng trong hệ thống:

- Kênh kiểm soát vào ra (OCC - Outbound Control Channel): Kênh kiểm

soát OCC là những kênh SCPC dùng trong truyền data từ NCS đến các trạm đầu

cuối. Hệ thống có thể làm việc với một OCC. Khi hệ thống mở rộng, thì nhiều kênh

OCC có thể được sử dụng.

- Kênh kiểm soát vào (ICC - Inbound Control Channel): Có ít nhất là hai

kênh ICC được dùng trong mạng lưới. Khi mạng mở rộng có thể dùng nhiều ICC.

Mỗi kênh ICC là một kênh SCPS được dùng để truyền dữ liệu từ trạm đầu cuối đến

NCS.

- Chỉ định kênh: Thông thường, một CU bị chiếm trong một khoảng thời

gian cho cuộc gọi và trở về trạng thái rảnh (Idle) cho đến khi cuộc gọi tiếp theo xảy

ra. Trong lúc rảnh, CU điều hưởng đến các kênh kiểm soát để truyền những thông

điệp về tình trạng kiểm soát giữa NCS và các CU.

CU quản lý sự giám sát và và báo hiệu địa chỉ giữa nó và thiết bị điện thoại

được gắn với nó.

CU định dạng một thông điệp đòi hỏi cuộc gọi bao gồm số điện thoại muốn

gọi, số nhận dạng mạng của nó, những thông tin trạng thái khác và truyền thông

điệp đòi hỏi cuộc gọi đến NCS thông qua kênh ICC. NCS nhận biết đòi hỏi cuộc gọi

48

và xác định xem CU bị gọi có có sử dụng được hay không. Nếu được nó sẽ chuyển

một thông điệp kết nối cuộc gọi đến cả hai cạc CU qua kênh OCC, thông điệp kết

nối cuộc gọi này cung cấp tần số thu và phát cho cả hai CU. CU bị gọi cũng nhận

được số điện thoại bị gọi từ thông điệp. Cả hai đều hướng đến tần số đã được chỉ

định và trao đổi thông điệp xác nhận cuộc gọi để xác nhận một kết nối đúng đắn qua

một lệnh lưu lượng. CU bị gọi sẽ thực hiện sự giám sát và những chức năng báo

hiệu địa chỉ với thiết bị thuê bao bị gọi.

Một khi thuê bao bị gọi trả lời thì một đường thoại thiết lập giữa hai CU.

Lúc hoàn thành cuộc gọi, những thông điệp kết thúc cuộc gọi được chuyển giữa các

CU. Sau đó cả hai đều hướng trở lại các kênh kiểm soát và CU gọi sẽ gửi một thông

điệp hoàn thành cuộc gọi đến NCS. NCS nhận biết được thông điệp hoàn thành

cuộc gọi qua OCC đến cả hai CU và tạo ra một bản tính cước thoại và thời gian

nghỉ.

Kiểm soát công suất trên từng cuộc gọi:

Trong các mạng truyền thông vệ tinh hình lưới, người ta yêu cầu công suất

đường Uplink phải đạt được mục đích Link Buget. Công suất này thay đổi trên cơ

sở từng cuộc gọi một. Sở dĩ như vậy là vì tính tự nhiên không đồng nhất của các

mạng hình lưới. Các thông số dưới đây có ảnh hưởng đến yêu cầu về công suất

Uplink.

+ Kích thước anten.

+ Tốc độ bit của kênh.

+ Vị trí của trạm mặt đất trong vùng phủ sóng của vệ tinh.

+ Các yêu cầu về BER đối với cuộc gọi.

VSAT sử dụng một thuật toán ước lượng LINK duy nhất trên cơ sở từng

cuộc gọi một để xác định công suất tối ưu giữa hai trạm mặt đất đích và nguồn, sau

đó hệ thống tự điều chỉnh công suất theo từng cuộc gọi, do đó tiết kiệm công suất

tại vệ tinh và trạm mặt đất.

Khai báo băng thông:

+ Mạch trung kế E&M:

Quá trình thiết lập cuộc gọi giống như những VCU được kết nối đến những

trung kế số qua cạc cũng như những VCU được kết nối đến những đường dây thoại

tương tự (Analog) riêng lẻ trong hệ thống thoại SS5, những tín hiệu chuông trong

băng SF được dùng trong báo hiệu đã được chuyển đổi từ tương tự sang số trong hệ

thống thoại R1, báo hiệu được thực hiện bởi những sự thay đổi điện thế trên những

49

chân E và M. Những bit báo hiệu thì được quản lý khác nhau tuỳ thuộc theo E1 hay

T1.

+ Những mạch truyền số liệu thiết lập thường xuyên:

Các mạch truyền số liệu thiết lập thường xuyên khác với các mạch thoại ở

phương pháp thiết lập cho một mạch thông tin vệ tinh. Một mạch truyền số liệu

thiết lập thường xuyên thì được định trước (do người khai thác mạng thông báo)

cho mỗi kết nối số liệu và các DCU sẽ điều hướng đến tần số đã được chỉ định sau

khi được nạp cấu hình. Do đó, mạch truyền số liệu thiết lập thường xuyên được

thiết lập không phụ thuộc vào thiết bị kết nối vào cổng. Những mạch truyền số liệu

đồng bộ luôn luôn phải được thiết lập thường xuyên trong khi những mạch bất đồng

bộ có thể phải được định cấu hình theo dạng thiết lập thường xuyên hay DAMA.

Cần lưu ý rằng tần số SCPC cho những mạch truyền số liệu đồng bộ được

chỉ định thường xuyên khác với các mạch thoại là nó luôn luôn có liên tục bất kể

thiết bị truyền số liệu đầu cuối có hoạt động hay không.

+ Băng thông lần lượt sử dụng chung (Bandwidth pools):

Khi một CU yêu cầu thiết lập một kênh, nó sẽ được chỉ định một mạch trong

một bandwidth pools mà nó đã được định cấu hình. Nếu không có mạch rảnh sử

dụng được ở thời điểm đòi hỏi thì yêu cầu cuộc gọi của người sử dụng sẽ bị từ chối.

Số CU được định cấu hình cho một pool đó cho phép người khai thác xác định được

xác suất có được một mạch. Bằng cách khai báo những bandwdith pool khác nhau,

hệ thống có khả năng cung cấp cho người sử dụng nhiều dịch vụ khác nhau.

Những bandwidth pool cần phải khác biệt với nhau: thoại, data, hội nghị,

thoại và thông tin đại chúng.

+ Lập địa chỉ của mạng:

Phần này diễn tả các ký tự số được sử dụng để tìm đường các cuộc gọi như

thế nào trong mạng VSAT.

+ Các phép gán địa chỉ:

Hệ thống tìm đường cho các cuộc gọi điện thoại dựa trên các ký tự số được

quay và được chuyển tới CU bên gọi (CU gốc). Các ký tự số này sau đó được xử lý

bởi một chương trình Dialsoftware đã được đổ xuống CU. CU bên gọi gửi tiếp các

ký tự số này tới NCS trong thông điệp yêu cầu cuộc gọi. Một cơ sở dữ liệu tại NCS

chứa phép ánh xạ giữa các ký tự số quay và các CU. Khi NCS nhận được một yêu

cầu cuộc gọi, nó ánh xạ các ký tự số quay lên trên một CU mà nó được chọn như là

CU đích (CU bên bị gọi) cho cuộc gọi đó.

50

Cơ sở dữ liệu tại NCS cho phép các ký tự thay thế trong phần mô tả ký số

quay, điều này cho phép tất cả các cuộc gọi có các ký số đầu tiên giống nhau được

hướng tới cùng một CU. Ví dụ: nếu một CU được nối tới một tổng đài PABX có

khả năng quay số vào trực tiếp và có sử dụng 4 ký số làm phần mở rộng tại PABX,

thì ta có thể định nghĩa địa chỉ của CU có 4 ký số sau cùng là các ký tự thay thế. Do

đó tất cả các cuộc gọi có phần mở rộng bất kỳ sẽ được chuyển tới CU đúng.

Đối với một CU đã cho, ta có thể gán cho nó nhiều hơn một địa chỉ, điều này

cho phép các cuộc gọi có các chuỗi quay số khác nhau đều được đưa tới cùng một

CU.

+ Hunt groups: Hunt groups là một chuỗi các CU được cấu thành như là một

bộ tổng hợp. Khi một địa chỉ được quay số tới một hunt group, đơn vị xử lý DAMA

tại NCS chọn một CU rỗi trong group trong đó và tiến hành thiết lập cuộc gọi.

+ Tìm đường ưu tiên:

Các hướng đi là các nhóm của các hunt group được sử dụng để tạo ra phép

tìm đường thay thế khi phép tìm đường thích hợp hơn không có khả năng. Trong

một ứng dụng điển hình các hunt group dành cho một quốc gia được cài đặt có độ

ưu tiên thứ nhất, các hunt group trong các nước láng giềng có độ ưu tiên thấp hơn

Khi các CU ở trạng thái rỗi, các cuộc gọi được tìm đường trực tiếp tới quốc gia cần

gọi; khi các CU bị bận các cuộc gọi này tìm đường tới quốc gia khác, cuối cùng đi

bằng cáp tới thuê bao bị gọi.

Các hướng đi cũng cung cấp một cơ cấu cấp phát số phần trăm cuộc gọi giữa

các hunt group khác nhau, điều này giúp ngăn sự quá tải trên các hướng đi thứ cấp

và cũng có thể là hữu ích trong việc phân chia lưu lượng giữa các sóng mang.

+ Dialsoftware:

Tất cả các VCU và ADDCU chứa dialsoftware. Phần mềm này cung cấp khả

năng cho các CU để xử lý các ký số được quay. Đặc điểm này cho phép xử lý số

được thực hiện bởi các chỉ dẫn đó từ NCS tới các CU.

Dialsoftware chứa một chuỗi các chỉ dẫn xử lý chỉ dẫn các ký số được quay,

bao gồm các lệnh thêm vào, xoá và các lệnh phân nhánh cơ bản. Dialsoftware cung

cấp cho hệ thống một số đặc điểm rất mạnh mà giúp cho rất nhiều cho việc kết hợp

của hệ thống với thiết bị chuyển mạch. Các chức năng của dialsoftware bao gồm:

(i) Xác định khi nào sự quay số kết thúc để thiết lập cuộc gọi nhanh chóng.

(ii) Thực hiện lấy các ký số sao cho chỉ có các ký số cần thiết được đưa tới

thiết bị bên ngoài. Ví dụ, trong một mạng PABX, tại CU bị gọi bộ nhận dạng PABX

51

loại bỏ các ký số sao cho các ký số chỉ có các ký số mở rộng của PABX được

chuyển tới, cho phép kết nối tới thuê bao mà không cần sự xen vào của operator.

(iii) Khoá cuộc gọi: Trong một hệ thống có kế hoạch đánh số có cấu trúc tốt,

Dialsoftware có thể sử dụng cho các kế hoạch khoá các cuộc gọi đơn giản.

(iv)Tìm đường đặc biệt: Người ta có thể dung dialsoftware tạo ra các đường

dây nóng, nghĩa là quay số một cách tự động một số định trước ngay khi nhấc máy.

Người ta cũng có thể dùng dialsoftware cho các phép tìm đường cuộc gọi mặc định

mà các cuộc gọi này phải đi qua tổng đài chuyển mạch hay yêu cầu sự giúp đỡ của

operator.

(v) Thông dịch các mã quốc gia và các ký số thông tin trong các trung kế số C5.

+ Các nhóm user mạng:

Người ta có thể phân chia các mạng VSAT thành các mạng độc lập dùng các

kế hoạch đánh số khác nhau thông qua sự sử dụng nhóm user mạng (NUG). Theo

mặc định mỗi CU là một thành viên, SuperNUG, nhóm user toàn hệ thống. Nói một

cách khác, người ta có thể đặt một vài CU vào trong các NUG tạo thành các mạng

cá nhân. Mỗi nút trong một hệ thống cung cấp sự liên kết mật thiết, tất cả các cuộc

gọi khởi đầu và kết thúc trong nhóm CU đó.

Khởi động hệ thống:

Phần này mô tả hệ thống VSAT hoạt động như thế nào khi được bật máy.

Giai đoạn bật máy bao gồm việc đổ software hệ thống và dữ liệu cấu hình lên tất cả

các trạm remote và các CU, CCU tại trạm chủ. Giai đoạn khởi động máy này chỉ

được khởi động khi thiết bị tại các trạm và NCS đều hoạt động.

Sự sử dụng việc đổ firmware, software và các thông số cấu hình đã tạo ra

một sự mềm dẻo rất lớn. Bởi chính software đổ xuống điều khiển chế độ hoạt động

của một CU, hơn nữa không có một sự nâng cấp software nào hay một sự thay đổi

chức năng của CU yêu cầu những thay đổi phần cứng của CU.

Ví dụ: thay đổi một CU từ một CCU thành một DCU, để làm việc này ta chỉ

đơn giản thay đổi thông tin cấu hình về CU đó tại NCS. Sau khi thay đổi, CU được

load software mới này (cấu hình mới này) và CU sẽ nắm giữ vai trò mới như một

DCU. Bằng cách này ta cũng có thể nâng cấp software ngay tại NCS mà không cần

gửi người tới các trạm remote.

Một CU sẽ vẫn ở trong chế độ khởi động cho đến khi nó được mã hoạt động

và dữ liệu cấu hình của nó. Sau đó nó chuyển sang chế độ hoạt động.

Một bộ mã khởi động nằm sẵn bên trong EFROM và là bộ mã chung cho tất

cả các CU. Mã này cho phép card bắt đầu load software của nó. Các thông số có thể

52

có cấu hình rất nhỏ, cần cho mã khởi động và cho tất cả các CU, được lưu giữ trong

EEPROM, do đó người ta có thể cài đặt các CU ở bất kỳ nơi nào mà không cần cấu

hình lại.

Người ta sử dụng các thông số EEPROM để cho phép CU xác định vị trí

OCC và thu nhận thông tin từ nó. Đối với một hệ thống người ta thường cố định các

thông số này. Các thông số có thể định cấu hình của EEPROM là:

+ Tốc độ download của OCC. Đối với các trạm remote đây là tốc độ dữ liệu

vệ tinh của OCC. Đối với CCU đây là tốc độ truyền từ cổng dữ liệu đến NCS.

+ Tốc độ mã hoá FEC, phương pháp điều chế và tần số Downlink của OCC.

+ Các mức công suất đối với giao tiếp IF/RF và đối với sự truyền dẫn tới

NCS.

ID của slot và chassis: Mỗi CU có một số ID duy nhất, NCS dựa trên số ID

để nói “chuyện” với các CU. ID là một sự kết hợp của địa chỉ Chassis (địa chỉ của

Chassis được đặt ở mặt sau của nó) và vị trí slot của CU trong Chassis đó.

Khởi động CU:

Việc load firmware và dữ liệu cấu hình cho một CU Remote là một quá trình

có nhiều giai đoạn như sau:

+ Khởi động ban đầu sau khi bật nguồn.

+ Sự thu nhận tần số.

+ Download mã boot.

+ Firm ware download.

+ Download cấu hình.

+ Download mã hoạt động.

+ Download phần chắp vá thêm vào.

Người ta thiết kế hệ thống download này để cho phép một mức độ mềm dẻo

cao và cho phép các lần nâng cấp trong tương lai được kết hợp dễ dàng mà không

cần các yêu cầu thay đổi các EEPROM trong các CU.

(1) Khởi động ban đầu: Khi bật nguồn, CU sẽ thực hiện các chuẩn đoán sel-

test và, nếu thành công, bắt đầu chạy software OCC EEPROM. Khi sử dụng các

thông số được lưu giữ trong EEPROM, bộ giải mã tần số sẽ thu nhân tần số trên

OCC.

(2) Thu nhận tần số: Bởi vì độ rộng của kênh vệ tinh đối với VSAT có thể

nhỏ hơn độ lệch tần số vệ tinh, do đó tất khó khăn trong việc định vị kênh vệ tinh

thu mong muốn. Để bù vào độ lệch tần số vệ tinh, thì cần có sự dò tìm ban đầu của

bộ giải điều chế như sau:

53

+ Người ta lập trình các bộ tổng tần số RX với giá trị tần số OCC danh định

được lưu giữ trong EEPROM trong cạc CU.

+ Bộ giải điều chế được cấu hình để thu được OCC.

+ Nếu bộ giải điều chế khoá và NCS nhận được “một thông báo khởi động

hệ thống “, thì quá trình kiểm soát hoàn tất.

+ Nếu bộ giải điều chế không thể khoá, hoặc nếu bộ giải điều chế khoá

nhưng NCS không thu được thông báo khởi động thì các bộ tổng hợp tần số được

thực hiện các bước tiếp theo.

+ Nếu các bộ tổng hợp tần số vẫn ở trong mức tìm kiếm hợp lệ thì quá trình

được lặp lại từ bước hai.

+ Nếu các bộ tổng hợp tần số ở bên ngoài phạm vi tìm kiếm hợp lệ thì chúng

được reset ở mức danh định, và quá trình được lặp lại ở mức hai.

(3) Nạp phần mềm:

Nói chung các CU được nạp phần mềm chỉ khi lắp đặt lần đầu tiên hoặc khi

có một phiên bản phần mềm mới tại NCS hay khi các chức năng của chúng được

cấu hình lại (chẳng hạn từ một VCU thành một DCU). Sau khi nạp phần mềm, các

CU sẽ khởi động lại.

2.4.2. Sử dụng băng tần Trong băng tần được phép sử dụng ở IF từ 85,76Mhz dến 88Mhz tương

ứng với băng tần để sử dụng trên bộ phát đáp. Độ rộng băng tần rộng hơn thì kinh

phí phải trả do sử dụng vệ tinh lớn hơn. Như vậy, vấn đề quan trọng là khi lắp đặt

trạm con cho khách hàng phải sử dụng băng tần như thế nào để đạt hiệu quả cao,

chất lượng thông tin tốt và tiết kiệm băng tần nhất thu hút nhiều khách hàng nhằm

đem lại hiệu quả trong kinh doanh.

Băng tần rộng 2,24Mhz từ 85,76Mhz đến 88Mhz chứa hai phần chính.

Phần đầu băng dùng cho lưu lượng và phần cuối băng dùng cho kiểm soát hệ

thống do NCS điều hành.

Trong phần kiểm soát có ba phần:

- OCC (Outbound Control Channel) là tần số luôn phát trên phổ tần đến các

trạm con dùng để liên kết hay không liên kết giữa các trạm con.

- ICC (Inbound Control Channel): các trạm con phát tần số này lên yêu cầu

NCS kết nối và ngắt kết nối .Như vậy ICC chỉ được phát lên vệ tinh khi trạm con có

yêu cầu kết nối hay ngưng kết nối.

54

- Kênh kiểm tra (Test Channel): Được NCS phát đi và các trạm con thu lại so

sánh và sửa lại mức phát của trạm con cho phù hợp yêu cầu của vệ tinh và hệ thống.

2.4.3. Đặc tính tổng đài của mạng VSAT

Nếu so sánh với mạng điện thoại công cộng, hệ thống VSAT DAMA có thể

hình dung như một tổng đài điện thoại, chỉ khác là các thuê bao điện thoại của

VSAT nằm ở rất xa như hải đảo, miền núi, giàn khoan, các vùng hẻo lánh. Tất cả

các thuê bao điện thoại của VSAT đều có số điện thoại gồm có sáu chữ số.

Hình 2.8: Mô phỏng thiết lập cuộc gọi

55

Khái quát DAMA NEC

...

...

...

CHNCH1CH4

CH3CH2CSC

1

3

4

PDC

CH Trạng thái

1 Bận2 Bận3 Chờ4 Bận...N Chờ

HUB

2

VSAT A

VSAT B VSAT D

VSAT C

Bộ phát đáp

Điều khiển kênh thoạiCSC: Kênh tín hiệu chung.PDC : Bộ diều khiển DAMA

1. A có yêu cầu thông tin với D.2. HUB có thể định được kênh cho A-D .3. HUB cho biết A-D có thể thông tin .4. A-D bắt đầu trao đổi thông tin

Như vậy:

- Gọi nội bộ giữa các điện thoại của VSAT với nhau có sáu chữ số.

- Gọi từ VSAT ra ngoài, gọi O-MV-SĐT (MV: mã vùng, SĐT: số điện thoại,

O: mã gọi đường dài )

- Gọi từ VSAT đi quốc tế: OO-MQG-SĐT. (OO: mã gọi quốc tế, MQG: mã

quốc gia ).

- Gọi từ ngoài mạng công cộng vào hệ thống VSAT. Gọi số 0.99xxxxxx tức

là gọi số 099 và sáu số của VSAT.Vì các số điện thoại của VSAT khi liên lạc đều

thông qua vệ tinh, hệ thống kiểm soát mạng NCS sẽ tính thời gian đàm thoại và tính

được giá cước một cách chính xác.

Dựa vào đặc điểm HUNT GROOP của hệ thống VSAT, ta có thể đặt một

tổng đài nội bộ hai chiều cho một vùng hẻo lánh. Thí dụ nếu đảo Phú Quốc đặt trạm

VSAT con thuê bao ba kênh điện thoại nhưng muốn ba kênh này thành trung kế cho

một tổng đài nội bộ có khoảng 30 thuê bao nhỏ đặt rải rác khắp đảo. Nếu 1 trong 30

khách hàng định gọi Hà Nội hay thành phố Hồ Chí Minh dùng một số địên thoại

của VSAT làm trung kế thực hiện dễ dàng bởi đặc tính của tổng đài nội bộ.

Mạch thoại DAMA:

Phần mềm thiết lập cuộc gọi trong NCS cung cấp những khả năng DAMA

giữa các kênh thoại VCU cũng như giữa các kênh dữ liệu dị bộ ADDCU. Thông tin

NCS và các CU thực hiện qua ICC và OCC.

Tiến trình thiết lập cuộc gọi DAMA như sau:

+ Thiết bị gọi chiếm đường đây đến VCU.

+ VCU trả lời tín hiệu nhận biết đã bị chiếm đường dây và chuẩn bị nhận

chuỗi xung quay số. Số chữ số mà VCU chờ nhận dựa vào kế hoạch đánh số và

những thông số cấu hình của VCU.

+ Khi VCU nhận đến số cuối cùng, nó định dạng một thông điệp đòi hỏi

cuộc gọi Call Request (thông điệp này chứa những số đã gọi) và sau đó gửi thông

điệp đến NCS.

+ NCS lập tức gửi một thông điệp nhận biết Aloha (Aloha

Acknowledgement) đến VCU gọi.

+ NCS xử lý những số được gọi vào trong địa chỉ của VCU bị gọi và đảm

bảo rằng VCU này đang ở chế độ sử dụng được. Nếu đúng như vậy, một mạch thoại

rảnh sẽ được lựa chọn, VCU gọi và VCU bị gọi được đánh dấu là ở trạng thái bận

(do đó, nó không được chỉ định cho những cuộc gọi khác).

56

+ Sau đó NCS sẽ gửi một thông điệp chỉ định cuộc gọi (all assignment) cho

cả CU gọi và CU bị gọi. Thông điệp này chỉ rõ ai đang gọi và tần số được dùng cho

cuộc gọi. Bảng theo dõi cuộc gọi được tạo ra để làm cơ sở để tính cước.

+ Cả hai CU gọi và CU bị gọi bị điều hưởng đến mạch thoại đã được chỉ

định và xác nhận rằng chúng đã được kết nối. VCU bị gọi cũng sẽ chiếm đường dây

đến thiết bị gọi.

+ Thiết bị bị gọi sẽ trả lời tín hiệu nhận biết chiếm mạch: Khi nào có chiếm

mạch, VCU sẽ gửi đi những số đã bị gọi đến thiết bị.

+ Thiết bị bị gọi sẽ kết nối người gọi đến thiết bị cuối cùng sau khi nhận

được các số bị gọi.

Tiến trình giải phóng một cuộc gọi:

+ Thiết bị gọi xác nhận rằng điều kiện gác máy (on - hook) sau khi người gọi

gác máy.

+ VCU gọi nhận biết tại chỗ điều kiện gác máy và gửi một thông điệp cho

biết xoá (clear indication) đến VCU bị gọi (qua mạch thoại đang được chỉ định).

+ VCU bị gọi sẽ nhận biết thông điệp nhận biết yêu cầu cho biết xoá (qua

mạch thoại đang được dùng) và cho biết điều kiện gác máy đến thiết bị gọi.

+ Sau khi nhận được thông điệp nhận biết yêu cầu cho biết xoá (clear

indication acknowledge), VCU gọi sẽ điều hưởng đến tần số OCC và gửi đi một

thông điệp hoàn tất cuộc gọi (Call completion) đến NCS. NCS trả lời bằng một

thông điệp nhận biết Aloha (Aloha acknowledge ).

+ VCU bị gọi sẽ nhận sự xác nhận gác máy từ thiết bị bị gọi, điều hưởng tần

số lại đến tần số OCC và gửi thông điệp hoàn tất cuộc gọi (Call completion).

+ NCS sẽ bỏ chỉ định cặp tần số đã được chỉ định trước đó, đánh dấu VCU

gọi và bị gọi ở trạng thái có thể sử dụng được, và gửi cả hai thông điệp hoàn tất

cuộc gọi đến cả hai VCU.

+ Bảng lưu giữ cuộc gọi cho cuộc gọi này sẽ được đóng lại và lưu trong đĩa

của NCS.

Kết luận: Trên đây là cấu hình và nguyên lý làm việc của mạng VSAT

DAMA ở Việt Nam, hiện tại mạng VSAT DAMA có trên 80 trạm 1 kênh và 30

trạm 4 kênh TES, được lắp đặt tại các khu vực vùng sâu, vùng xa và các giàn khoan.

Hệ thống VSAT DAMA làm việc ở băng tần C, ít chịu ảnh hưởng bởi thời tiết hơn

so với hệ thống VSAT IP làm việc ở băng tần Ku/Ka.

57

Tuy nhiên, hiện nay thiết bị mạng VSAT DAMA đã già cỗi và đang xuống

cấp, hoạt động không ổn định, rất khó khăn trong việc đáp ứng tốc độ mở rộng thuê

bao hiện tại và tương lai. Năng lực mạng VSAT DAMA không đáp ứng được yêu

cầu về tốc độ kết nối, chủng loại dịch vụ của khách hàng. Các trạm VSAT thuê bao

có kích thước lớn (ăng ten từ 1,8m đến 2,4 m), giá thành cao, triển khai lắp đặt, bảo

dưỡng phức tạp, giá cước dịch vụ cao, khó khăn trong việc phát triển khách hàng sử

dụng dịch vụ.

Trước yêu cầu về nhiệm vụ chính trị, chiến lược cung cấp dịch vụ cho khách

hàng, đáp ứng băng thông cao và giá thành giảm, từ năm 2005 VNPT/VTI đã xây

dựng mạng VSAT băng thông rộng đa dịch vụ, có khả năng thay thế mạng hiện tại

nêu trên. Trong chương tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin vệ

tinh VSAT IP băng rộng đa dịch vụ, các vấn đề liên quan đến triển khai dịch vụ tại

Việt Nam.

58

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

BĂNG THÔNG RỘNG IP - STAR

3.1. IP qua vệ tinh

Mặc dù thực tế có một số vấn đề về sự lan truyền và tỷ lệ lỗi bít đối với kết

nối vệ tinh, giao thức Internet qua vệ tinh đưa ra một giải pháp rất hay để cung cấp

kết nối Internet ở những khu vực mà các mạng mặt đất băng rộng cố định không có

khả năng.

Theo các số liệu thống kê của Global Reach tính đến tháng 3 năm 2004, có

hơn 720 triệu người sử dụng Internet và số máy tính được nối mạng đang ngày càng

tăng nhanh. Mặc dù Internet thường được xem là một mạng toàn cầu nhưng vẫn có

một số khu vực và thậm chí nhiều quốc gia không có khả năng sử dụng các kết nối

băng rộng như mạng cáp quang, ADSL và modem cáp vì ở những nơi đó để xây

dựng và bảo trì các mạng mặt đất là khá tốn kém. Những người sống ở khu vực có

mật độ dân cư thấp hoặc địa hình khó khăn thường mong chờ ở công nghệ vệ tinh.

Các tổ chức vệ tinh đầu tiên như COMSAT và INTELSAT được thành lập từ đầu

những năm 1960 gồm nhiều quốc gia khác nhau với mục tiêu ban đầu là để phát các

kênh phát thanh, truyền hình và cung cấp các kênh thông tin vô tuyến cho hàng

không, quốc phòng và các dự án vũ trụ. Trong 10 năm qua tỷ lệ băng thông ngày

càng cao dành cho lưu lượng Internet và nhiều nhà khai thác sở hữu hệ thống riêng

đã tham gia thị trường toàn cầu.

3.2. Hệ thống VSAT IP và các dịch vụ trên mạng VSAT IP băng thông rộng

IPSTAR là hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng có cấu trúc mạng hình sao

sử dụng kỹ nghệ chuyển mạch gói băng rộng. Hệ thống bao gồm 3 thành phần cơ

bản là trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR và các trạm vệ tinh thuê bao (User

Terminal -UT). Các gói dữ liệu từ trạm Gateway gửi tới trạm UT theo phương thức

ghép kênh phân chia thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh trực giao

phân chia theo tần số (OFDM). Để đạt được hiệu suất truyền dẫn cao các kênh này

được mã hoá TPC (Tubo product codes) điều chế L- Codes. Hướng ngược lại từ UT

đến Gateway, các kênh sử dụng tốc độ thấp sử dụng cùng phương pháp truyền dẫn

kết hợp kỹ thuật đa truy nhập dựa trên nhu cầu sử dụng của khách hàng [8]

59

3.2.1. Vệ tinh IPSTAR

Hệ thống VSAT-IP liên lạc qua vệ tinh IPSTAR-1 (Thaicom 4), là vệ tinh

băng rộng đầu tiên trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương do tập đoàn Shin

Satellite Plc của Thái Lan vận hành và khai thác [8]. Vệ tinh này được chế tạo bởi

Space Systems/Loral có 114 bộ phát đáp với tổng dung lượng lên tới 45Gbps, tuổi

thọ hoạt động là 12 năm, vệ tinh mới được phóng vào ngày 11/8/2005 ở vị trí quỹ

đạo 120 độ Đông [8].

Vệ tinh IPSTAR sử dụng công nghệ phủ sóng nhiều búp hẹp (spot beams) để

tăng khả năng tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ tần làm việc lớn hơn rất

nhiều so với các vệ tinh thông thường, đồng thời nâng cao được công suất cho từng

spot beam (mức EIRP có thể đạt tới 60dBW) cho phép giảm kích thước anten trạm

đầu cuối và tăng tốc độ chất lượng đường truyền. Ngoài ra, vệ tinh IPSTAR còn sử

dụng kỹ thuật điều khiển công suất linh hoạt (DLA - Dynamic Link Allocation) cho

từng beam phù hợp với các điều kiện thời tiết khác nhau ở từng vùng, đảm bảo

không làm gián đoạn liên lạc ngay cả ở điều kiện thời tiết xấu nhất, đây cũng là kỹ

thuật không được áp dụng ở những vệ tinh thông thường [8].

Hình 3.1 : Vùng phủ sóng của vệ tinh IPSTAR

Vệ tinh IPSTAR có 4 búp phủ hẹp bao phủ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam (Hình

3.2) và 1 búp phủ quảng bá, hoạt động ở băng tần Ka và Ku với dung lượng thiết kế

khoảng 2 Gbps (cho cả 2 chiều lên, xuống). Dung lượng cụ thể được phân bổ như

sau:

60

Hình 3.2: Vùng phủ sóng vệ tinh IPSTAR tại Việt Nam

3.2.2. Trạm cổng [7][8]3.2.2.1. Chức năng trạm cổng Chức năng của Gateway như hình 3.3

Hình 3.3:Sơ đồ khối chức năng trạm cổng IPSTAR

Trạm Gateway làm việc băng tần Ka, được thiết kế hoạt động theo cấu hình dự

phòng (1+1) cho phần cao tần, anten chính và dự phòng được phân tập theo không

61

Spot Beam:

205

206

210

211

205

206

210

211

205

206

210

211

Broadcast Beam # 2Broadcast Beam # 2

Broadcast Beam:

RF

DiversityGW antenna

GW antenna

TOLLTx

STARRx

SI

TI

TCPA(NettGain)

FLPServer

CoreRouter

ISP

SGGW

NM/RRM

AccountingServer

PSTN

gian, cách nhau từ 40 đến 60 km, để tránh ảnh hưởng của thời tiết lên đồng thời tới

hai địa điểm. Trạm Gateway chính đặt tại Quế Dương - Hà Tây và trạm dự phòng

tại Hoa Sen - Hà Nam. Hệ thống cao tần tại hai địa điểm được kết nối trực tiếp với

nhau bằng cáp quang.

- Antenna : đường kính 8,1m cho cả trạm chính và trạm dự phòng.

- Khối thiết bị cao tần: bao gồm các thiết bị máy phát HPA, Up converter,

LNA, Down converter, Khối điều khiển hoạt động của trạm Gateway chính và dự

phòng cùng các thiết bị phụ trợ cao tần khác thu phát cao tần;

- Core IP Router (IPR): Thực hiện trên một Router riêng biệt có năng lực

chuyển mạch và định tuyến mạnh, Router này có nhiệm vụ định tuyến các gói tin IP

vào và ra giữa các thiết bị trong mạng IPSTAR và các mạng bên ngoài.

- TCP Accelerator (TCPA): Tối ưu hóa tốc độ truyền dẫn TCP qua vệ tinh

bằng việc giảm thiểu các trễ và suy giảm chất lượng vốn có của giao thức TCP/IP

qua vệ tinh.

- Forward Link Processor (FLP): lọc và sắp xếp các gói tin IP theo thứ tự ưu

tiên theo chất lượng dịch vụ (QoS) và phân loại dịch vụ (CoS) trước khi gửi tới

TOLL Interface (TI). Ngoài ra FLP còn có chức năng giám sát hoạt động, lỗi, tương

tác với thiết bị quản lý tài nguyên (RRM) cho mục đích phân bổ tài nguyên đường

truyền cho các trạm UT. Bản tin cước từ TI và SI cũng sẽ được hợp nhất tại đây và

chuyển tới NMS và máy chủ tính cước.

- Radio Resource Management (RRM): quản lý các nguồn tài nguyên

đường truyền vệ tinh, phân bổ hay giải phóng dung lượng cho các trạm đầu cuối

mỗi khi các trạm log-on hay log-off khỏi mạng và điều khiển các chức năng thực

hiện trên TI, SI.

- Toll Interface (TI): gồm có thiết bị phần cứng và phần mềm giao tiếp với

thiết bị phát TOLL (TOLL Tx). TI nhận các gói tin gửi từ FLP, sau đó sắp xếp và

đóng gói, dưới sự điều khiển của RRM, theo định dạng khung của TOLL (TOLL

Format) trước khi gửi tới TOLL-Tx (TOLL Transmitter). Mỗi TI làm việc với 1

TOLL-Tx.

- TOLL-Tx : nhận luồng bit đã được định dạng từ TI, mã hoá TPC, điều

chế, ghép kênh OFDM và chuyển đổi tới tần số trung tâm 135MHz, sau đó chuyển

đổi lên L-band (950-1450Mhz) và Ka-band để phát lên vệ tinh. Mỗi trạm Gateway

có tối đa tới 12 khối TOLL-Tx làm việc và 2 khối dự phòng. Mỗi khối TOLL-Tx có

62

thể cho phép tới 20.000 Terminal kết nối đồng thời, và có dung lượng truyền dẫn

lên tới 186Mbps.

- STAR-Rx (STAR Receiver) : nhận tín hiệu băng Ka từ vệ tinh, chuyển

đổi tới dải tần 950 -1450 MHz sau đó thực hiện tách kênh, giải điều chế, và giải mã

tín hiệu. Mỗi khối STAR-Rx có dung lượng truyền dẫn tới 8Mbps.

- STAR Interface (SI): Nhận các gói tin từ STAR-Rx, sau đó xử lý và sắp

xếp thành các gói tin IP rồi gửi tới IPR theo sự điểu khiển của RRM. Ngoài ra SI

còn có các chức năng khác như là xử lý các bản tin báo hiệu giữa trạm cổng và trạm

đầu cuối, giám sát sự hoạt động của kênh để kịp thời báo cáo cho RRM để đưa ra sự

điều chỉnh phù hợp.. Mỗi SI làm việc được với 10 STAR-Rx. Mỗi Gateway có tối

đa tới 10 SI. Mỗi SI có thể cho phép tới 20.000 Terminal kết nối đồng thời.

- Network Management (NM) : thực hiện các chức năng về quản trị mạng

chung như : Quản lý lỗi, phát hiện và đưa ra các cảnh báo mỗi khi có sự cố về phần

cứng hay phần mềm ; Quản lý cấu hình, cập nhật theo dõi các thay đổi về cấu hình

hoạt động của các thiết bị ; Quản lý truy nhập mạng, cấp tên, passwords và quyền

truy nhập cho từng người sử dụng ; Quản lý hệ thống tính cước…

- Acounting server/Call Record server nhận dữ liệu từ NMS và lưu trữ tại

cơ sở dữ liệu nội bộ để phục vụ cho mục đích tính cước.

Tuỳ thuộc vào ứng dụng cung cấp mà trạm Gateway được trang bị thêm:

+ Các đường truyền kết nối băng rộng với mạng Internet, trụ sở khách

hàng cho các mục đích cung cấp người sử dụng đầu cuối truy cập mạng Internet

băng rộng, mạng dùng riêng...

+ Content Server, VoD Server...: cho ứng dụng cung cấp thông tin,

chương trình TV theo yêu cầu.

+ CallManager Server: cho ứng dụng thoại, fax. 

+ Video Conferencing Server: cho truyền hình hội nghị

Hệ thống trạm mặt đất được kết nối với các mạng viễn thông hiện tại của

Tổng Công ty Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT) để cung cấp các dịch vụ

truy nhập Internet băng rộng, dịch vụ thoại, dịch vụ Intranet/VPN, dịch vụ mạng

thuê riêng và dịch vụ mobile GSM trunking.

3.2.2.2. Hoạt động của trạm gatewway

Trạm gateway làm việc với băng tần Ka, trạm gateway thực hiện chức

chuyển mạch và định tuyến lưu lượng giữa các phần tử mạng, hội tụ các tiêu chuẩn

của một mạng IP như HTTP, FTP… cho các ứng dụng dịch vụ băng rộng WEB,

63

FTP và các ứng dụng truyền thông đa phương tiện. Các tiêu chuẩn H323,

NetMeeting cung cấp ứng dụng dịch vụ VoIP và giải pháp mạng dùng riêng VPN .

Hướng truyền dẫn từ Gateway đến UT được gọi là TOLL Link, thông qua

thiết bị TOLL trạm gateway có khả năng cung cấp kênh truyền dẫn cho các trạm

UT với tốc độ rất lớn. Một TOLL Link dung lượng tương đương dung lượng một bộ

phát đáp vệ tinh tùy theo nhu cầu dung lượng, cấu hình trạm gateway có 1 hoặc

nhiều chiều TOLL. Mỗi một TOLL được phân chia linh hoạt thành nhiều kênh, các

kênh có các khe thời gian tối đa là 16 kênh/ TOLL, 256 timeslot/kênh.

Hướng truyền từ UT đến gateway được gọi là STAR Link, trạm gateway tiếp

nhận dữ liệu từ các UT thông qua thiết bị D –STAR (Tiếp nhận 2 STAR đồng thời).

Có nhiều D-STAR trong một một trạm gateway đồng thời. Dung lượng băng tần D-

STAR Link chiếm 4Mhz cũng như TOLL Link, STAR Link được phân chia thành

nhiều kênh một cách linh hoạt.

3.2.3. Giao tiếp không gian

3.2.3.1. Đường lên (từ trạm chủ đến trạm thuê bao)

- Sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia tần số trực giao mã hoá TPC

(TPC Orthogonal- Frequency- division- multiplexed L-code Link: TOLL), là một

luồng băng thông rộng, sóng mang kết hợp điều chế OFDM 54 MHz, tốc độ dữ liệu

của người sử dụng có độ rộng băng thông từ 8 Kbps đến 8 Mbps, tốc độ dữ liệu từ

trạm chủ lên đến 139Mbps.

- Đặc điểm cơ bản của đường lên: Các dạng mã hoá và điều chế động phù

hợp nhất với hiệu xuất tuyến của các thiết bị đầu cuối xét theo C/N, sử dụng ghép

kênh phân chia theo thời gian (các khe) và OFDM. Đồng bộ định thời và sóng mang

được thực hiện trên kênh trung tâm (kênh số 0), có giải pháp hiệu suất công suất và

băng tần, TOLL cho phép các tốc độ dữ liệu khác nhau trên 1 khách hàng qua việc

kết hợp điều chế, mã hoá, và phân định khe sử dụng. Thiết bị đầu cuối khách hàng

có thể tháy đổi phương thức điều chế, mã hoá lặp đi lặp lại mà không cần đồng bộ

lại.

Mỗi băng TOLL (TOLL band) gồm nhiều kênh TOLL (TOLL channel) được

sắp xếp chồng lấn theo kiểu ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM).

Mỗi kênh có tốc độ mẫu cố định là 3,375Mbps.

- Cấu trúc khung của đường lên:

Trong mỗi kênh 3,375Mbps có cấu trúc khung được xác định là 220

(1048576) mẫu trên khung.

64

Chu kỳ lặp lại cấu trúc khung tương ứng 3,11 giây. Với băng TOLL 54 MHz,

các kênh được đánh số 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 có tần số từ

thấp đến cao. Một kênh trong mỗi khung có 256 khe, trong đó 252 khe được sử

dụng cho lưu lượng của người sử dụng, 4 khe sử dụng cho hệ thống.

- Phân định kênh đường lên:

Các thiết bị đầu cuối khác nhau trong cùng kênh TOLL trong cùng khung có

thể sử dụng phương thức điều chế, mã hoá khác nhau. Mã hoá/điều chế cho 1 UT có

thể được thay đổi qua khung bên cạnh. Giả sử hệ thống được thiết kế có 8 kênh

TOLL, ấn định số kênh sẽ là 12, 13, 14, 15, 0, 1, 2, 3. Trình tự kênh mà RRM phân

định cho thiết bị đầu cuối là từ kênh trung tâm ra. Ví dụ: lần lượt là

0,15,1,14,2,13,3,12.

Chu kỳ khung 311 ms

Gua

rd

band

Gua

rd

band

256 khe trên khung trên kênh

CH8 CH7

FDSslot 3

CH9 CH10

54 MHz

0 3.375 MHz

SYNCSlot 0

FDSSlot 2

UserSlot 4

UserSlot 255

RACSlot 1

RACSlot 1

RACSlot 1

SYNCSlot 0

SYNCSlot 0

FDSSlot 2

FDSSlot 2

FDSSlot 2

FDSslot 3

FDSslot 3

FDSslot 3

UserSlot 4

UserSlot 4

UserSlot 4

UserSlot 255

UserSlot 255

UserSlot 255

RACSlot 1

Tần số

Thời gian

SYNCSlot 0

Hình 3.4: Cấu trúc khung/ khe

65

C H 8 C H 9 C H 1 0 C H 1 1 C H 1 2 C H 1 3 C H 1 4 C H 1 5 C H 0 C H 1 C H 2 C H 3 C H 4 C H 5 C H 6 C H 7

fCH 0

50 .625 M H z

O FDM Pow er Spectral Density(Unfiltered)

57 .375 M H z

-18 dB

fC

Hình 3.5: Mô phỏng OFDM đơn giản- Sự sắp xếp đánh số kênh và định dạng sóng OFDM căn cứ vào tần số trung

tâm của FC

- Tần số trung tâm của CH#0 (fCH0) được xác định như đồng bộ kênh TOLL

- Tần số trung tâm của sóng mang TOLL được đặt giữa CH#15 và CH#0 tại

fC=fCH0 -1,6875MHz .

- Độ rộng búp chính thường là 50,625MHz, tính từ điểm 0 bên này qua điểm

0 bên kia của băng thông là 57,375MHz.

- Búp phụ thứ nhất xấp xỉ -18dB từ búp sóng chính.

- Trên thực tế TOLL được lọc để giới hạn các búp phụ.

- Sự lựa chọn việc điều chế, mã hoá, tăng ích linh động để đảm bảo chất

lượng đường truyền kịp thời.

3.2.3.2. Đường về (từ trạm thuê bao đến trạm chủ)

Các thiết bị đầu cuối đến trạm chủ sử dụng các phương pháp truyền dẫn hiệu

suất cao gồm kỹ thuật điều chế TPC đòi hỏi cao hơn và FDM với kỹ thuật trải TDM

(SCPC TDMA Aloha Return Link: STAR). Là các sóng mang đa tần băng thông

hẹp, tốc độ dữ liệu người sử dụng từ 1,8 Kbps đến 4 Mbps. Đường truyền dẫn từ

UT đến Gateway gọi là STAR Link - Slotted TDMA Aloha Return Link, để chỉ 3

kỹ thuật truy nhập Slotted Aloha, Aloha, TDMA dùng cho hướng truyền này. Mỗi

một phương thức truy nhập được sử dụng linh hoạt thông qua điều khiển của RRM

phù hợp cho loại dịch vụ hay lưu lượng gán cho mỗi UT. Một dải tần 500MHz chia

thành 237 băng con, mỗi băng có độ rộng 2.11MHz (gọi là ‘STAR band’), mỗi

STAR band có thể được chia thành một trong năm loại kênh (sóng mang) tuỳ vào

đặc tính lưu lượng và kiểu truy nhập: 16 kênh 132Khz ; 8 kênh 264 KHz ; 4 kênh

528KHz ; 2 kênh 1.026MHz ; hoặc 1 kênh 2.11 MHz.

66

 

Hình 3.6: Các kiểu kênh STAR Link

Mỗi một sóng mang lại được phân theo các định dạng khung (TDM) khác

nhau, trong mỗi khung có thể được phân thành 256, 128, 64, 32 hoặc 16 time slots

tuỳ thuộc đặc tính liên lạc của UT. Để đồng bộ, khoảng thời gian cho một khung

của STAR Link cũng giống TOLL Link là 0.311sec, và do tốc độ STAR Link được

thiết kế bằng nửa tốc độ TOLL Link nên mỗi khung STAR cho có tổng cộng là

524288 symbols. Sau đây là một ví dụ về cấu trúc khung của STAR Link cho loại 8

kênh, 64 slot, điều chế QPSK:

Hình 3.7: Cấu trúc khung của STAR Link cho loại 8 kênh

- Kích thước của các khe phụ thuộc vào loại mã hoá TPC

67

Loại truy cập Tỷ lệ mã (Code Rate)Aloha 0.66015625SA - Small 0.66015625SA - Large 0.793212891TDMA - Small 0.66015625TDMA - Large 0.793212891TDMA - 8Ary 0.81640625

- Chỉ loại 16 kênh trên 1 băng STAR cung cấp loại gói nhỏ

- Đánh số kênh STAR với kênh 0 tại tần số thấp nhất của băng tần

- Mỗi tuyến truyền của người sử dụng sẽ được bù thời gian bởi một lượng kết

hợp với độ trễ độ dài tuyến.

- GW xác định bù định thời từ gói truy nhập Aloha và yêu cầu mỗi trạm đầu

cuối hiệu chỉnh bù định thời của nó. Sau đó bộ thu STAR sẽ biết mỗi dữ liệu của

người sử dụng đến với mẫu bù định thời đúng.

- GW liên tục giám sát các lỗi định thời của mỗi trạm đầu cuối. Nếu cần

thiết, GW sẽ yêu cầu các trạm đầu cuối thực hiện bù định thời trong phạm vi cửa sổ

xác định trước, GW sẽ yêu cầu trạm đầu cuối hiệu chỉnh bù định thời của nó.

- Có 3 loại truy nhập luồng từ trạm đầu cuối đến trạm chủ là: ALOHA,

Slotted ALOHA, và TDMA

+ ALOHA cho gói đăng nhập trạm đầu cuối ban đầu. Nó không yêu cầu

đồng bộ thời gian với trạm chủ

+ Slotted ALOHA phù hợp cho dữ liệu cụm hoặc các trạm rỗi, như trình

duyệt Web

+ TDMA cho dữ liệu người sử dụng liên tục, tải lên dung lượng vừa và lớn,

như FTP, VoIP, Video Streaming

- Mục đích chính của kênh ALOHA là cung cấp các trạm đầu cuối khả năng

truy nhập vào hệ thống IPSTAR trong lần thiết lập đầu tiên.

- Một số các kênh 131,84KHz sẽ được thiết kế làm các kênh ALOHA

- Các kênh này sẽ được cố định và dùng cho tất cả người sử dụng

- Lỗi định thời giữa trạm đầu cuối người sử dụng và trạm chủ có thể được đo

và hiệu chỉnh.

- Khi GW ấn định kênh Slotted ALOHA, nó cung cấp cho trạm đầu cuối

thông tin về điều chế, mã hoá, kênh và bù đồng bộ.

68

- Sự khác nhau giữa ALOHA và Slotted ALOHA là có một đồng bộ khung

của người sử dụng với bộ thu GW trong Slotted ALOHA.

- Một phương pháp đánh dấu được sử dụng để duy trì việc sử dụng bình quân

của Slotted ALOHA cho mỗi người sử dụng.

- Trong IPSTAR, trạm đầu cuối được phép phát một số gói trước khi yêu cầu

xác nhận

- Không có sự chồng lấn trong loại TDMA: mỗi khe được ấn định cụ thể đến

1 trạm đầu cuối.

- GW ấn định độ dài kênh TDMA với thông tin điều chế, mã hoá, mặt nạ khe

phát và bù đồng bộ

- Trạm đầu cuối chỉ được phép phát trong các khe xác định bởi mặt nạ khe

phát được ấn định

3.2.4. Thiết bị phía thuê bao (UT)Các trạm UT bao gồm khối ODU và IDU

3.2.4.1. Khối ODU bao gồm anten và các thiết bị cao tần như BUC, LNB, feedhorn:

- BUC là khối đảo tần lên, thường dùng loại công suất 1 W hoặc 2 W, tần số

phát từ 13,75 đến 14,5 GHz

- LNB là khối khuếch đại tạp âm thấp, tần số thu từ 10,7 đến 12,75GHz

3.2.4.2. Khối IDU (Modem)

- Tốc độ download tối đa: 4Mbps

- Tốc độ upload tối đa: 2Mbps

- Sử dụng công suất phát và băng thông linh hoạt cho phép phân bổ băng

thông hợp lý dựa trên đặc điểm lưu lượng từng khách hàng.

- Sử dụng kỹ thuật điều chế QPSK, phương thức truy nhập SCPC, TDMA,

Slotted ALOHA.

- Giao diện mạng RJ45, USB

- Nguồn điện cung cấp 100-240 VAC và 24DC

- Công suất tiêu thụ:70W

69

Hình 3.8: Cấu hình trạm thuê bao

Thiết bị ODU và IDU được kết nối bằng cáp RG6 hoặc RG11, khoảng cách

dùng cáp RG6 cho phép nhỏ hơn 35m, sử dụng cáp RG11 khoảng cách cho phép

đạt tới 100m. Tần số IF thu từ LNB đến Modem từ 1550 đến 2050MHz hoặc từ

1650 đến 2150 MHz, tần số IF phát từ Modem đến ODU từ 950 đến 1450 MHz.

Các trạm thuê bao cung cấp các dịch vụ tích hợp theu yêu cầu cụ thể của

khách hàng. Các loại ứng dụng và đặc điểm mô tả dịch vụ được thể hiện ở phần sau.

3.2.5. Các ứng dụng của hệ thống VSAT IPSTAR [9]

3.2.5.1. Dịch vụ thoại

Điện thoại IP (VoIP) là dịch vụ ngày càng được sử dụng rộng rãi do tính

thuận tiện và giá cước rẻ. Dịch vụ VoIP qua vệ tinh lại rất thuận tiện và phù hợp với

những vùng xa xôi hẻo lánh hay các công ty tổ chức có mạng lưới có các chi nhánh

ở khắp đất nước

Giải pháp của IPSTAR gồm 3 thành phần cơ bản Voice gateway,

Callmanager và ATA (thiết bị biến đổi thoại IP sang analog)

- Voice gateway thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng IP và PSTN.

70

- Callmanager thực hiện chức năng điều khiển định tuyến cuộc gọi nội bộ

mạng và liên mạng và chức năng CDR lưu giữ thông tin chi tiết cuộc gọi phục vụ

cho mục đích tính cước.

- Thiết bị ATA cung cấp giao diện kết nối với máy điện thoại thông thường

hoặc kết nối với tổng đài PBX.

Băng thông yêu cầu cho các cuộc gọi là 24Kbps cho chuẩn G729; 22Kbps

cho chuẩn G723; và 80Kbps đối với G711 [9]

Hình 3.9: Cấu hình dịch vụ thoại VoIP

Giải pháp ứng dụng thoạiIPSTAR cho vùng nông thôn:

Sản phẩm hộp thoại iPSTAR được thiết kế cho sử dụng tại trong môi trường

vùng sâu vùng xa. Nó có thể chịu đựng lại môi trường khắc nghiệt.

Khi so sánh với điện thoại ở vùng sâu vùng xa mà có sử dụng SCPC DAMA,

thì VoIP sẽ vượt trội hơn nhờ:

- Chi phí thiết bị cuối thấp hơn

- Khả năng cung cấp những ứng dụng khác trên mạng IP

- Sự hiệu quả băng thông tốt hơn, do vậy chi phí băng thông thấphơn (ví dụ

như với IP, một kênh thoại 9.6 kbps chỉ yêu cầu 24kbps của gói IP bao gồm đóng

gói IP, sử dụng khoảng 30Khz trên băng thông vệ tinh so với 48Khz của SCPC

DAMA).

71

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 8 #

IPSTAR Network Box(Voice Series)

Telephone

IPSTAR Network Box(Prof. Series)

IP Phone

TelephoneATA

Telephone

ATAPBX

Telephone

IPSTARGateway

CallManager NMS

RT

M¹ng VoIP Quèc gia

AS5x00

GK

AS5x00

GKTæng ®µi Toll

AS5x00

RT

RT

RT

Tæng ®µi Toll

Tæng ®µi Toll

3.2.5.2. Dịch vụ truy cập Internet băng rộnga. Truy nhập băng rộng:

Thông qua UT các nhà khai thác cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ với

khả năng kết nối mạng ở tốc độ cao [9]. Trong nhiều trường hợp có nhiều người sử

dụng chung một trạm đầu cuối như trong khách sạn, chung cư... thì hệ thống VSAT

IPSTAR sẽ trang bị thêm thiết bị hỗ trợ cho phép cung cấp thêm nhiều account truy

nhập cho một trạm đầu cuối.

Cũng giống như ADSL hệ thống IPSTAR cung cấp đường truyền băng thông

rộng cho khách hàng với tốc độ download tới 4 Mbps và upload tới 2Mbps.

Hình 3.10: Cấu hình truy cập Internet băng rộngb. Truy cập băng rộng cho các điểm công cộng:

Dịch vụ truy cập WLAN công cộng (hay còn gọi là Hotspot) là dịch vụ cho

phép người sử dụng có thể truy cập internet từ những điểm truy cập công cộng.

Dịch vụ hotspot mang lại cho người sử dụng nhiều thuận tiện, chỉ bằng một accout

riêng khách hàng có thể truy cập dịch vụ từ bất kỳ một Hotspot nào nằm trong vùng

phủ sóng của vệ tinh. Với một roaming account thì khách hàng có thể truy cập được

internet tại nhà, văn phòng, sân bay, bệnh viện, quán cafe...

Cấu hình cung cấp dịch vụ bao gồm trạm Gateway, UT, Radius server, điểm

truy cập. Radius server được lắp đặt tại trạm Gateway thực hiện chức năng lưu trữ

chi tiết cuộc gọi (CDR) phục vụ mục đích tính cước. Ngoài ra Radius server còn

72

IPSTAR Network Box

PC

IPSTAR Gateway

RTRT

M¹ng InternetQuèc gia

§ êng trôc Internet

NMS

phục vụ mục đích cập nhật thông tin yêu cầu Roaming của khách hàng. Điểm truy

cập thực hiện chức năng quản lý quyền truy nhập sử dụng dịch vụ của khách hàng.

Hình 3.11: Cấu hình cung cấp dịch vụ Hotspot

c. Ứng dụng truy cập băng rộng:

Lợi thế thông tin liên lạc qua vệ tinh là vùng phủ sóng rộng, triển khai các

điểm liên lạc nhanh do vậy việc thiết lập các điểm liên lạc băng rộng tạm thời qua

VSAT IP phục vụ công việc đột xuất. Chúng ta có thể sử dụng hệ thống VSAT IP

làm trung kế truyền tín hiệu TV như video clip, hay tín hiệu MPEG-4.

3.2.5.3. Dịch vụ IPSTAR GRE VPNMạng riêng IP được ứng dụng cho các công ty, tổ chức... muốn thiết lập một

mạng lưới liên lạc từ trụ sở chính với các chi nhánh qua các kênh ngầm định (tunel)

đảm bảo. Phương thức thiết lập dựa trên cơ sở mở rộng đường truyền mạng LAN

truyền thống, mọi nút mạng đều chung một kiểu truy nhập với chất lượng như nhau.

Nhà cung cấp dịch vụ có thể quản lý và phân bổ băng tần cho các nút mạng một

cách hiệu quả. Yêu cầu bắt buộc cho ứng dụng này là một đường kênh thuê riêng để

kết nối trụ sở chính và Gateway

Dịch vụ IPSTAR GRE VPN [9] là một dịch vụ IP Tunneling VPN, sử dụng

giao thức GRE Tunneling. Công nghệ này hỗ trợ các tính năng phân kênh ngầm

73

IPSTAR Gateway

AAA RadiusServer

RTRT

M¹ng InternetQuèc gia

§ êng trôc Internet

NMS

định coi môi trường vệ tinh như một mạng LAN. Trụ sở chính sẽ kết nối với với

trạm cổng VSAT IP bằng một kênh thuê riêng và kết nối với các chi nhánh thông

qua đường truyền vệ tinh. IPSTAR cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo theo mô hình

điểm - đa điểm. Trạm Gateway kết nối với Router khách hàng qua kênh thuê riêng.

Hình 3.12: Cấu hình dịch vụ thuê kênh riêng IP và mạng riêng VPN

3.2.5.4. Dịch vụ IPSTAR Leased Circuit Nhờ lợi thế thông tin vệ tinh nên dịch vụ IPSTAR Leased Circuit có thể kết

nối bất kỳ điểm liên lạc nào trong cùng vùng phủ sóng vệ tinh. Ở mọi vị trí địa lý

đều có thể liên lạc thông qua vệ tinh. Với ứng dụng này các chi nhánh có thể kết nối

với trụ sở chính tốc độ cao tới 2Mbps upload và 4Mbps download. Dịch vụ này có

thể ứng dụng cho truyền file, Internet.

3.2.5.5. Dịch vụ trung kế di động: (GSM Trunking)

IPSTAR GSM Trunking [9] được ứng dụng cho các công ty thông tin di

động muốn mở rộng vùng phủ sóng của mình tới các vùng sâu xa nhanh chóng và ít

tốn kém. Dịch vụ GSM Trunking có thể hỗ trợ các thuê bao di động vẫn có thể sử

dụng các dịch vụ trên mạng di động GSM hiện có như Prepaid/Postpaid. Một lợi thế

của thông tin vệ tinh là triển khai lắp đặt thiết bị nhanh không giới hạn về cự ly

74

IPSTAR Network Box (Special Enterprise Series)

IPSTAR Gateway

NMS

RT

IPSTAR Network Box(Special Enterprise Series)

Chi nh nhcña kh ch hµng

Kªnh thuª riªngRT

Server Server PC

Trô së cña kh ch hµng

Chi nh nhcña kh ch hµng

khoảng cách tận dụng lợi thế này IPSTAR cung cấp giải pháp mở rộng mạng thông

tin di động để thiết lập các tuyến trung kế nối tới các điểm đặt BTS ở vùng xa

Cấu hình cung cấp dịch vụ bao gồm trạm Gateway, UT, IP MUX.Gateway sẽ

được nối với thiết bị IPMUX đặt tại các trạm BSC thông qua kênh thuê riêng. Các

trạm UT sẽ kết nối trực tiếp với thiết bị IPMUX đặt tại trạm BTS. Các thiết bị IP

MUX có chức năng biến đổi thoại TDM sang thoại IP để đảm bảo thời gian thực và

đặc tính dịch vụ phương thức truy nhập vệ tinh sử dụng kiểu truy nhập TDMA.

Hình 3.13: Cấu hình dịch vụ GSM Trunking

3.2.5.6. Dịch vụ truyền hình hội nghị (Video Conference)Dịch vụ cung cấp cho các hội nghị điểm - điểm và điểm - đa điểm. Tín hiệu

hình ảnh và âm thanh được truyền hình trực tiếp bằng giao thức IP. Người tham gia

hội nghị có thể ở bất kỳ đâu trong vùng phủ sóng vệ tinh và băng tần vệ tinh có thể

được sử dụng chung cho tất cả các điểm tham gia vào cuộc hội nghị, đây chính là

khác biệt rất lớn giữa vệ tinh so với các phương tiện truyền dẫn khác trên mặt đất.

75

iPSTAR Network Box(Special Enterprise Series)

IPSTARGateway

NMS

RT

Kªnh thuª riªng

BSCBTS 1

IP - MUX

IP

IP

Abis - Interface

Abis - Interface

IP - MUX

MSC

iPSTAR Network Box(Special Enterprise Series)

BTS 2

IP - MUX

PSTN

Để tổ chức dịch vụ cần trang bị một bộ MCU để nhận tín hiệu hình ảnh, âm thanh từ

tất cả các điểm tổng hợp lại và gửi tới các điểm theo thời gian thực.

Hình 3.14: Cấu hình cung cấp dịch vụ truyền hình hội nghị

3.2.5.7. Dịch vụ đào tạo từ xa (I-Learn)Giải pháp đào tạo từ xa qua IPSTAR là sự kết hợp giữa truyền hình hội nghị

(VDC) và truyền hình quảng bá. Giải pháp này có thể ứng dụng trong thông tin 2

chiều hay 1 chiều. Trong thông tin 2 chiều các thuê bao xa có thể liên lạc về trung

tâm qua việc sử dụng chung một dải băng tần vệ tinh để tiết kiệm chi phí băng tần.

Mô hình này có thể ứng dụng cho các trung tâm đào tạo hay các cơ sở giáo dục…

muốn thiết lập một mạng lưới đào tạo rộng khắp cho phép giảng viên có thể giao

tiếp với các học viên ở xa thông qua vệ tinh. Lợi ích của các học viên tham gia khóa

đào tạo là không phải đi xa tiết kiệm được chi phí đi lại mà vẫn được học giảng viên

nổi tiếng.

Hình ảnh của giáo viên và bài giảng của trung tâm giảng dạy sẽ được ghi lại

bởi một Camera. Tín hiệu này sẽ được gửi tới một bộ mã hóa và máy chủ phát

quảng bá tới các phòng học từ xa thông qua Gateway và vệ tinh. Tại các phòng học

ở xa sẽ được trang bị màn hình và Camera chuyên dụng. Hình ảnh và bài giảng của

giáo viên hoặc hình ảnh và các câu hỏi của học viên tại các lớp học từ xa sẽ được

điều khiển để hiển thị trên màn hình khi có nhu cầu.

76

Ch ¬ng tr×nh trùc tiÕp®a ®iÓm

Gi o viªn ëTrung t©m ®µo t¹o

Chi nh nhkh ch hµng

Trô sëcña kh ch hµng

iPSTAR hoÆc kªnh thuª riªng

iPSTARGateway

Hình 3.15: Cấu hình cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa

3.2.5.8. Dịch vụ IP2TVĐây là dịch vụ tích hợp ứng dụng truy cập Internet và truyền hình theo yêu

cầu VoD (Video on demand) thông qua các thiết bị gồm màn hình hiển thị, các thiết

bị phụ trợ, bàn phím không dây. Ngoài ra với các ứng dụng VoD thì người sử dụng

cần phải có thiết bị để lưu trữ các chương trình tải về. Hệ thống có khả năng phát đa

điểm tới một nhóm các địa chỉ IP đã định chỉ sử dụng một dải băng tần vệ tinh

chung. Hơn nữa người sử dụng có thể tải các chương trình vào ban đêm khi nhu cầu

sử dụng và chi phí băng tần thấp làm tăng tính hiệu quả trong việc sử dụng băng tần

IP2TV là dịch vụ truyền hình quảng bá được phát triển dựa trên mô hình

cung cấp dịch vụ MDU, thông tin giải trí cho khách hàng. Với dịch vụ này khách

hàng có thể xem các chương trình truyền hình trực tiếp, truyền hình theo yêu cầu

77

Cáp quangCáp quangCáp quang

Gi¸o viªn t¹i trungt©m gi¶ng d¹y

Gateway

VOD (Video on demand). Với khách hàng là các khách sạn thiết bị VOD server sẽ

được trang bị thêm lắp đặt tại khách hàng để tăng hiệu quả sử dụng của băng tần vệ

tinh. Thiết bị để triển khai dịch vụ bao gồm Server chứa nội dung tại trạm Gateway

để lưu trữ các nội dung chương trình và phim ảnh.

Hình 3.16: Cấu hình dịch vụ IP2TV Kết luận:

Những nơi không có mạng mặt đất cố định thì ít nhiều phải chọn giải pháp

kết nối qua vệ tinh, do đó có một mảng thị trường cho các doanh nghiệp IP vệ tinh.

Mặc dù công nghệ vệ tinh có những giới hạn nhất định nhưng nó cung cấp băng

thông khá cao và các khả năng quảng bá tuyệt vời tạo ra một sự lựa chọn khả thi

cho nhiều phân đoạn thị trường phức tạp.

Mạng VSAT IP mới được triển khai và ứng dụng các dịch vụ tại Việt Nam,

việc tìm hiểu hệ thống và dịch vụ cung cấp bước đầu cho thấy có nhiều ưu việt so

với các hệ thống VSAT khác trước đây cũng như các mạng mặt đất hiện có.

Chương tiếp theo sẽ phân tích các ưu nhược điểm của hệ thống bằng các luận cứ

khoa học về các mặt: Độ tin cậy thông tin, khắc phục các yếu tố ảnh hưởng, khả

năng phổ cập và tính ứng dụng của hệ thống, đồng thời cũng đưa ra hướng nghiên

cứu tiếp theo về các khía cạnh liên quan đến lĩnh vực IP qua vệ tinh.

78

Phò ng

VOD Serverwith Right Management

Phò ng

Phò ngPhò ng

VOD Serverwith Right Management

§ µi truyÒn h×nh

M¸y chñt¹i IDC

M¹ng LAN mëréng trong tßa

nhµ

Phßng Phßng

Phßng Phßng

Trang thiÕt bÞ trong tßa nhµ

§ êng trôcInternet

CHƯƠNG 4

ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG

4.1. Ưu nhược điểm của hệ thống VSAT IPSTARNgày nay công nghệ đang trải qua một cuộc cách mạng chưa từng có. Khả

năng duy trì và cải tiến công nghệ quyết định sự thành công lâu dài. Hệ thống vệ

tinh băng rộng IPSTAR được thiết kế để có khả năng cạnh tranh toàn diện với các

loại khác, trong khi vẫn có thể làm tăng lợi nhuận từ sự phổ cập đa dịch vụ đến

nhiều đối tượng.

4.1.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR

Việc thiết kế hệ thống vệ tinh băng rộng iPSTAR có các ưu điểm mà không

thể thực hiện được với vệ tinh thông thường hoặc với các hệ thống băng rộng khác,

hoặc với mạng mặt đất [7].

(1) Phân bổ dung lượng động (DCA):

- Điều chỉnh dung lượng động theo yêu cầu của thiết bị đầu cuối.

- Chia sẻ băng thông đều khi tài nguyên không đủ

(2) Điều chỉnh kênh động (DLA):

- Tối ưu và cân bằng giữa tốc độ bít và sự thay đổi thời tiết

- Điều khiển sự điều chế và mã hoá động dựa theo việc đo chất lượng đường

(3) Loại dịch vụ (CoS)/ Chất lượng dịch vụ (QoS)

- Cung cấp thuộc tính theo thoả thuận mức dịch vụ.

- Chia sẻ tải dung lượng hợp lý giữa các trạm đầu cuối với các mức ưu tiên

khác nhau

- Chia sẻ dung lượng hợp lý giữa các nút phía sau một trạm đầu cuối (thực

hiện chỉ tại phía UT)

- Điều khiển đồng bộ, tăng ích, mã hoá và điều chế đối với từng UT cụ thể để

đảm bảo hiệu xuất tối ưu và nhận được QoS.

- Mức giá chuẩn trên Mbps cho vệ tinh băng rộng iPSTAR được mong đợi

thấp hơn 1/3 so với vệ tinh thông thường.

- Trạm mặt đất thuê bao có ăng ten kích thước nhỏ (0,75m; 1,2m) công suât

thấp (0,5 đến 2W) giá thấp hơn 1.000 đô la cho khả năng chiều lên 2Mbps và khả

năng chiều xuống 4 Mbps.

- Khả năng dịch vụ đầy đủ.

- Hạ tầng không thay đổi.

79

- Không phụ thuộc vào cự ly, khoảng cách.

4.1.2. Nhược điểm của hệ thống

Nhược điểm cố hữu của thông tin vệ tinh là chịu ảnh hưởng tác động của

thời tiết và đặc biệt nhạy cảm hơn ở băng tần Ka, Ku. Thông tin có thể bị gián đoạn

với lượng mưa >100mm/h.

Thiết bị IPSTAR sử dụng đa dạng kỹ thuật điều chế, mã hoá cho phép tự

động phân bổ đường truyền linh hoạt là công nghệ độc quyền, thực hiện quản lý

khai thác các phần tử mạng tập trung tại trạm Gateway do đó các thiết bị mặt đất sẽ

phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp thiết bị iPSTAR bao gồm cả trang thiết bị

trạm Gateway và các UT.

4.2. Các đặc tính của đường truyền vệ tinh ảnh hưởng tới chất lượng của

kết nối sử dụng giao thức TCP

Vệ tinh có đặc tính rất khác biệt với các hệ thống mặt đất, các đặc tính này

làm giảm chất lượng của TCP sử dụng cho vệ tinh. Các đặc tính đó bao gồm :

Độ trễ lớn: khoảng 500 ms cho cả đường lên và đường xuống. Độ trễ này

ảnh hưởng tới các thuật toán điều khiển tắc nghẽn của TCP và ảnh hưởng tới hiệu

suất sử dụng băng thông đường truyền của TCP.

Tích BDP lớn: Đây là hệ quả của độ trễ lớn. Tích số BDP được tính bằng tích

số của độ rộng băng tần và trễ đường truyền. Giá trị BDP chỉ lượng dữ liệu của giao

thức mà lượng dữ liệu này chưa được xác nhận là đến đích, tức là lượng dữ liệu này

vẫn còn ở trong mạng. Chính vì vậy mà phía phát phải giữ lại một số lượng lớn các

gói tin được gửi đi nhưng chưa được xác nhận đã tới đích.

Tỉ lệ lỗi lớn: Các hệ thống vệ tinh thường có tỷ lệ lỗi lớn hơn các hệ thống

mạng mặt đất, ví dụ tỉ số lỗi của các hệ thống vệ tinh vào khoảng 10-5-10-6 so với 10-

8-10-9 ở các hệ thống cáp quang. Do đó xác suất mất gói tin của hệ thống vệ tinh lớn.

Hiện tượng mất gói tin trong mạng do hai nguyên nhân: tắc nghẽn hoặc do lỗi, tuy

nhiên TCP coi rằng nguyên nhân gây nên mọi trường hợp mất gói tin đều do tắc

nghẽn và do đó giảm tốc độ phát để tránh trường hợp mạng bị tắc nghẽn hoàn toàn.

Như vậy nếu nguyên nhân của sự mất gói là do lỗi thì việc giảm tốc độ phát của

TCP là không cần thiết và lãng phí độ rộng băng tần của kênh truyền [4].

80

4.2.1. Ảnh hưởng của độ trễ tới các thuật toán điều khiển tắc nghẽn

Với các kết nối TCP sử dụng vệ tinh, độ trễ lớn gây ảnh hưởng tới các thuật

toán điều khiển tắc nghẽn (đặc biệt là thuật toán khởi đầu chậm và thuật toán tránh

tắc nghẽn) và giảm hiệu suất sử dụng băng tần của vệ tinh.

4.2.1.1. Ảnh hưởng của trễ tới thuật toán khởi đầu chậm

Xét một kết nối TCP có kích thước cửa sổ thu bằng W (gói tin), kích thước

khởi đầu của cửa sổ phát bằng IW (gói tin) và RTT=R(s), thời gian cần thiết để phía

phát hoàn thành pha khởi đầu chậm là:

Slow start time = R(log2W-log2IW) (4.1)

Trong đó: Slow start time – Thời gian hoàn pha khởi đầu chậm.

Giả sử kích thước một gói tin bằng 512 byte, kích thước cửa sổ thu nhận giá

trị cực đại bằng 128 gói tin, giá trị kích thước cửa sổ khởi đầu phía phát bằng 1, độ

trễ của đường truyền vệ tinh R=500 ms. Theo công thức (4.1), ta suy ra kết nối TCP

qua đường truyền vệ tinh cần 3,5s để hoàn thành pha khởi đầu chậm. Trong khi đó

ở các hệ thống mặt đất, độ trễ vào khoảng 80ms, thời gian cần thiết của pha khởi

đầu chậm bằng 560ms. Như vậy sử dụng thuật toán khởi đầu chậm qua vệ tinh làm

chậm thời gian hoàn thành kết nối do đó gây lãng phí độ rộng băng tần.

Hình 4.1: Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn

vào thời gian ở pha khởi đầu chậm

81

Trong đó: Đường nằm trên (đường số 1) biểu thị cho kết nối TCP qua vệ

tinh, đường nằm dưới (đường số 2) biểu thị cho kết nối TCP dưới mặt đất.

Cả hai thực nghiệm với kết nối TCP qua vệ tinh và kết nối TCP dưới mặt đất

đều khởi đầu với biến cwnd có giá trị bằng 1 và sử dụng thuật toán khởi đầu chậm

để tăng giá trị cwnd. Theo đó, với khoảng thời gian cần thiết để để kết nối vệ tinh

đạt được kích thước cửa sổ cực đại, kết nối TCP mặt đất có thể gửi được lượng dữ

liệu nhiều hơn 22 lần [6].

4.2.1.2. Ảnh hưởng của trễ tới thuật toán tránh tắc nghẽn

TCP sử dụng thuật toán tránh tắc nghẽn để thăm dò khả năng tăng dung

lượng của mạng sau khi xảy ra mất gói tin. Các kết nối TCP qua đường truyền vệ

tinh cần nhiều thời gian hơn để tăng cwnd so với các kết nối mặt đất. Ví dụ, khi xảy

ra hiện tượng mất gói tin ở một kết nối TCP với kích thước cửa sổ cực đại (128 gói

tin, mỗi gói tin 512 byte), giá trị cwnd giảm xuống còn một nửa (64 gói tin), sau đó

cứ mỗi khoảng RTT mà không có gói tin nào bị mất, giá trị của cwnd được tăng lên

1. Như thuật toán tránh tắc nghẽn cần khoảng 5,12s để tăng giá trị cửa sổ từ 64 lên

128 ở các mạng mặt đất và 35,84s đối với mạng vệ tinh.

Hình 4.2 biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của lượng số liệu được gửi bởi

thuật toán tránh tắc nghẽn của kết nối TCP ở các mạng mặt đất và mạng vệ tinh [4].

Hình 4.2. Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn

vào thời gian ở pha tránh tắc nghẽn

82

Trong đó, đường nằm trên (đường số 1) biểu thị cho kết nối TCP qua vệ tinh,

đường nằm dưới (đường số 2) biểu thị cho kết nối TCP dưới mặt đất.

Căn cứ vào hình 4.2, ta thấy với các kết nối TCP dưới mặt, đất giá trị của

biến cwnd đạt tới giá trị cực đại (128 gói tin, mỗi gói tin kích thước 512byte) nhanh

hơn các kết nối TCP qua vệ tinh. Do đó trong cùng một thời gian, ở kết nối mặt đất,

TCP có khả năng gửi lượng dữ liệu nhiều hơn 9 lần so với kết nối vệ tinh.

4.2.1.3. Ảnh hưởng của trễ tới hiệu suất sử dụng băng tần vệ tin

Trong trường hợp không xảy ra tắc nghẽn, giao thức TCP chỉ tăng kích thước

cửa sổ tắc nghẽn sau khi phía phát nhận được gói tin xác nhận từ phía thu. Trong

khi đó trễ đường truyền vệ tinh lớn, vào khoảng 500ms, điều này dẫn đến thông

lượng hiệu dụng của kết nối TCP giảm (Thông lượng hiệu dụng của một kết nối

TCP được xác định bằng kích thước file cần truyền tính bằng bit chia cho thời gian

để truyền xong file đó tính theo giây). Điều này dẫn đến hiệu suất sử dụng băng

thông đường truyền của giao thức TCP thấp.

Hình 4.3 và 4.4 dưới đây chỉ ra sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào

độ trễ đường truyền với những kết nối TCP có kích thước cửa sổ truyền dẫn khác

nhau. Các thực nghiệm này được tiến hành với hai đường truyền có tốc độ là 2048

kbps và 256 kbps, kích thước gói tin bằng 512 byte.

Hình 4.3. Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 2048kbps).

83

Hình 4.4. Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 256kbps)

Trong đó, các nét nối khác nhau là các kết nối TCP với những kích thước

cửa sổ truyền dẫn khác nhau.

Căn cứ vào hai hình trên ta thấy rằng với đường truyền tốc độ cao, cụ thể là

2048 kbps, kết nối TCP có độ trễ 0,6s (tương đương độ trễ của đường truyền vệ

tinh) chỉ đạt thông lượng hiệu dụng khoảng 800kbps với kích thước cửa sổ lớn nhất

bằng 65536 byte, tức là kết nối TCP này chỉ sử dụng hết 39% băng thông mà luồng

E1 cung cấp. Trong khi đó với đường truyền tốc độ thấp hơn, cụ thể là 256 kbps,

một kết nối TCP với các thông số tương tự trên đạt được thông lượng hiệu dụng xấp

xỉ 250 kbps. Độ trễ lớn còn ảnh hưởng tới các dịch vụ Web, cụ thể là làm cho thời

gian tải một trang Web về lâu hơn, minh họa trong hình 4.5 và 4.6 :

Hình 4.5.Thời gian tải các trang Web có kích thước khác nhau

(kênh 2048kbps)

84

Trễ đường truyền (giây)

Hình 4.6. Thời gian tải các trang Web có kích thước khác nhau (kênh 256kbps)

Hình 4.5 và 4.6 cho thấy thời gian tải các trang Web về tăng theo trễ đường

truyền. Do đó chất lượng các dịch vụ Web thời gian thực giảm khi truyền qua

đường truyền vệ tinh.

4.2.2. Ảnh hưởng của tích số BDP lớn

Như đã trình bày ở trên, TCP sử dụng thuật toán khởi đầu chậm và thuật toán

tránh tắc nghẽn để điều khiển luồng dữ liệu Internet. Đối với thuật toán khởi đầu

chậm, kích thước cửa sổ ban đầu bằng 1 (cwnd =1), sau khi phía phát nhận được

bản tin xác nhận có chỉ số ACK không cùng chỉ số với bản tin trước đó, cwnd được

tăng lên một lượng bằng 1. Quá trình này được tiếp diễn cho đến khi cwnd =

ssthresh hoặc xảy ra sự mất gói. Trong trường hợp cwnd đạt đến ngưỡng ssthresh,

thuật toán tránh tắc nghẽn được khởi động và cwnd tăng chậm hơn, cụ thể tăng 1gói

tin cho mỗi RTT. Trong trường hợp xảy ra mất gói tin, các biến cwnd và ssthresh

đều bị giảm, thuật toán khôi phục nhanh được khởi động. TCP cho rằng giá trị sau

của ssthresh phản ánh dung lượng của mạng một cách chính xác hơn.

Giá trị BDP chỉ lượng dữ liệu của giao thức mà lượng dữ liệu này chưa được

xác nhận là đến đích. Đối với kết nối TCP sử dụng đường truyền vệ tinh tích số này

thường rất lớn. Ví dụ, đường truyền vệ tinh có tốc độ 2Mbps, độ trễ 0,5s, khi đó ta

tính được BDP = 2x0,5 = 1(Mb). Khi dung lượng những bộ đệm trong mạng nhỏ

hơn nhiều so với BDP, xảy ra hiện tượng tràn bộ đệm sớm và mất gói tin trong quá

trình thuật toán khởi đầu chậm, trước khi sử dụng hết băng tần. Trường hợp phía

phát phát với tốc độ cao trong quá trình khởi đầu chậm (hai gói tin cho một lần sau

khi nhận được bản tin xác nhận), nếu như mạng có những bộ đệm không lớn để đáp

ứng được tốc độ phát này sẽ xảy ra hiện tượng tràn bộ đệm sớm. Kích thước cửa sổ

khi xảy ra hiện tượng tràn sớm vẫn còn rất nhỏ so với dung lượng thực của mạng,

85

tuy nhiên TCP coi đây là cửa sổ lớn nhất có thể đạt được và tự động giảm ssthresh

do đó thông lượng giảm [6].

4.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh

Như đã phân tích ở trên giao thức TCP không thể phân biệt được mất gói do

lỗi hay mất gói do tắc nghẽn. Khi nhận ra hiện tượng mất gói, giao thức TCP cho

rằng mạng bị tắc nghẽn và do đó phía phát giảm tốc độ phát để tránh tắc nghẽn. Tuy

nhiên nếu sự mất gói này do lỗi bit thì việc giảm tốc độ phát là không cần thiết vì

khi đó mạng vẫn có khả năng tiếp nhận các gói tin. Điều này làm giảm thông lượng

hiệu dụng của kết nối, đặc biệt là trong những đường truyền có lỗi lớn như đường

truyền vệ tinh.

Hình 4.7 chỉ ra sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào tỉ số lỗi bit với

từng kết nối có giá trị kích thước cửa sổ thu khác nhau.

Trong đó, các đường cong khác nhau biểu thị cho các kết nối với kích thước

cửa sổ khác nhau.

Với tỉ số lỗi bit lớn hơn 10-7, thông lượng hiệu dụng các kết nối có kích

thước cửa sổ thu lớn giảm rõ rệt. Các kết nối có kích thước cửa sổ thu nhỏ ít chịu

ảnh hưởng của lỗi hơn. Điều này được giải thích như sau: với cùng một xác suất lỗi

bít, xác suất xảy ra lỗi bít ở các kết nối kích thước cửa sổ lớn cao hơn so với xác

suất xảy ra lỗi bit ở các kết nối có kích thước cửa sổ nhỏ. Các kết nối TCP qua vệ

tinh thường có giá trị BER khoảng 10-6, các hệ thống cáp quang giá trị BER

86

Hình 4.7: Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER

khoảng10-9, hình 4.7 cho thấy với kết nối TCP có cùng kích thước cửa sổ thu thông

lượng của kết nối vệ tinh chỉ bằng 25% so với các hệ thống cáp quang.

4.3. Các giải pháp cải tiến giao thức TCP Các giải pháp được đề cập ở đây bao gồm:

- Tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn.

- Sử dụng giao thức TCP với tuỳ chọn SACK.

- Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi.

4.3.1. Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn

4.3.1.1. Nguyên lý thực hiện

Trong pha khởi đầu chậm của giao thức TCP chuẩn, thuật toán khởi đầu

chậm chỉ tăng kích thước cửa sổ truyền dẫn (luôn được khởi tạo giá trị bằng 1 gói

tin), sau đó giá trị này được tăng lên 1 mỗi khi có một gói tin xác nhận tới đích. Cơ

chế này có hai hạn chế sau:

(1) Phải mất nhiều thời gian để kích thước cửa sổ truyền dẫn phía phát có thể

tăng đến giá trị cửa sổ phía thu, dẫn đến thông lượng hiệu dụng của kết nối giảm.

(2) Số lượng các gói tin được phát vào mạng ở pha khởi đầu chậm ít hơn so

với khả năng đáp ứng của mạng, tức là hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần của kết

nối TCP thấp.

Giải pháp được đưa ra để giải quyết hai vấn đề trên là tăng kích thước cửa sổ

khởi đầu truyền dẫn. Sự thay đổi cửa sổ khởi đầu kết nối được bắt đầu từ khoảng

thời gian RTT đầu tiên sau thủ tục bắt tay ba đường của TCP. Cả hai gói tin

SYN/ACK và gói tin xác nhận ACK trong thủ tục bắt tay đều không thể tăng kích

thước cửa sổ khởi đầu. Nếu gói tin SYN hay SYN/ACK bị mất, cửa sổ khởi đầu

được sử dụng bởi phía phát sau khi truyền lại gói tin SYN phải có kích thước bằng

1 gói tin [6].

Như trên đã trình bày, TCP sử dụng thuật toán khởi đầu chậm trong ba

trường hợp sau đây:

- Khởi đầu một kết nối (khởi tạo cửa sổ).

- Truyền lại sau khoảng thời gian dài mà kết nối không truyền gì cả (khởi tạo

lại cửa sổ).

- Truyền lại sau khi chờ RTO (mất gói tin). Trong ba trường hợp trên, kích

thước cửa sổ khởi đầu lớn hơn 1 chỉ được áp dụng trong trường hợp 1. Trường hợp

2, cửa sổ khởi tạo lại được thiết lập bằng giá trị nhỏ nhất giữa giá trị cửa sổ khởi

87

đầu (trường hợp 1) và giá trị hiện tại của biến cwnd. Trong trường hợp 3, giá trị cửa

sổ khởi đầu luôn nhận bằng 1, do lúc này TCP cho rằng mạng bị tắc nghẽn nên nếu

tăng kích thước cửa sổ truyền dẫn sẽ làm cho mạng tắc nghẽn thêm.

Như vậy việc tăng kích thước cửa sổ khởi đầu là mang tính tuỳ chọn và chỉ

được áp dụng ở pha khởi đầu chậm của một kết nối TCP mới được khởi tạo.

4.3.1.2. Các kết quả thực nghiệm với cửa sổ khởi đầu kích thước lớn

Những thực nghiệm này được thực hiện trên hệ thống mô phỏng hệ thống vệ

tinh thông tin của trường đại học tổng hợp Ohio. Các thực nghiệm được tiến hành

bằng cách sử dụng giao thức FTP để truyền những file có kích thước khác nhau qua

thiết bị mô phỏng. Thiết bị mô phỏng được thiết lập với hai trường hợp sau đây:

- Kích thước cửa sổ thu nhỏ để không xảy ra tắc nghẽn trong mạng.

- Kích thước cửa sổ thu lớn hơn để có thể xảy ra tắc nghẽn trong mạng.

Hình 4.8 mô tả sự cải thiện của thông lượng hiệu dụng của các kết nối với

kích thước cửa sổ khởi đầu lớn so với kết nối có kích thước cửa sổ khởi đầu bằng 1

gói tin [5].

Hình 4.8. Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi không có tắc nghẽn

Trong đó, các nét gạch khác nhau biểu thị cho các file có kích thước khác

nhau.

88

Hình 4.8 cho thấy rằng sự tăng kích thước cửa sổ khởi đầu làm tăng thông

lượng của kết nối, đặc biệt là khi truyền những file có kích thước nhỏ. Cụ thể, khi

truyền một file có kích thước 30kB, nếu sử dụng cửa sổ khởi đầu có kích thước

bằng 32 gói tin, thông lượng tăng lên xấp xỉ 180% so với cửa sổ khởi đầu kích

thước bằng 1 gói tin, nếu sử dụng cửa sổ khởi đầu có kích thước bằng 4 gói tin

thông lượng tăng lên 27%. Sự tăng thông lượng với trường hợp truyền dẫn những

file nhỏ là do tiết kiệm được thời gian truyền dẫn khi sử dụng cửa sổ khởi đầu có

kích thước lớn hơn. Đối với những trường hợp truyền dẫn những file có kích thước

lớn, thông lượng không được cải thiện như trường hợp những file nhỏ. Nguyên

nhân là do thời gian tiết kiệm được khi sử dụng cửa sổ khởi đầu kích thước lớn vào

khoảng vài RTT rất nhỏ so với tổng thời gian truyền dẫn. Cụ thể, khi truyền một file

có kích thước 5MB với cửa sổ khởi đầu có kích thước bằng 32 gói tin, thông lượng

chỉ cải thiện được khoảng 3% so với kích thước cửa sổ khởi đầu bằng 1.

Hình 4.9 là kết quả của thực nghiệm tương tự như trên nhưng với cửa sổ thu

có giá trị lớn hơn đủ để làm tràn các hàng đợi của các router trung gian. Điều này

làm cho thời gian tồn tại các kết nối lâu hơn, do đó giá trị kích thước cửa sổ phát có

thể đạt tới được giá trị của kích thước cửa sổ thu trước khi kết nối kết thúc.

Hình 4.9: Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi có tắc nghẽn

Trong đó, các nét gạch khác nhau biểu thị cho các file có kích thước khác

nhau.

89

Căn cứ vào hình 4.9 ta thấy khi truyền những file trung bình: 30kB, 100kB,

200kB, kết quả gần giống như những thực nghiệm trên. Điều này cho thấy phía phát

phát xong các gói tin trước khi biến cwnd đủ lớn để làm tràn các hàng đợi ở các

router trung gian. Khi truyền những file có kích thước lớn 1MB hay 5MB thông

lượng thay đổi không đáng kể với những cửa sổ khởi đầu có giá trị khác nhau.

Trong cả hai trường hợp thông lượng khi truyền những file có kích thước lớn 5MB

là tương đương. Do với những file có kích thước lớn thời gian truyền dẫn dài, trong

khi đó mạng có tắc nghẽn xảy ra nên khoảng thời gian mà pha khởi đầu chậm tiết

kiệm được không đáng kể so với thời gian tồn tại của kết nối.

Trong trường hợp mạng có tỉ lệ mất gói cao, hình 4.10 chỉ ra sự tăng số

lượng gói tin bị mất trong mạng ở một kết nối khi sử dụng cửa sổ khởi đầu kích

thước lớn so với cửa sổ khởi đầu kích thước bằng 1 gói tin.

Hình 4.10. Số lượng gói tin phải phát lại ở mạng có tỉ lệ mất gói cao

Căn cứ vào hình 4.10 ta thấy, khi kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn lớn

hơn 5 gói tin, lượng gói tin phải phát lại trong một kết nối tăng tuyến tính khi giá trị

cửa sổ khởi đầu truyền dẫn tăng.

Như vậy, việc tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn cải thiện được chất

lượng những kết nối TCP qua đường truyền vật lý tốc độ cao, lượng dữ liệu cần

truyền nhỏ. Tuy vậy, trong trường hợp mạng có tỉ lệ mất gói lớn, sự tăng kích thước

cửa sổ truyền dẫn làm cho tăng số lượng gói tin cần phải phát lại trong một kết nối,

do đó dẫn đến chất lượng của kết nối TCP trong trường hợp này giảm.

90

4.3.2. Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK Cơ chế phát lại của giao thức TCP chuẩn phát lại các gói tin bị mất dựa trên

hai dấu hiệu sau đây:

- Quá thời gian truyền lại mà không nhận được gói tin xác nhận từ phía thu.

- Phía phát nhận được ba gói tin xác nhận ACK có chỉ số ACK giống nhau.

Cơ chế này có nhược điểm là:

- Phía phát chỉ có thể phát lại được một gói tin trong một cửa sổ truyền dẫn.

- Phía phát có thể phát lại một cách không cần thiết các gói tin đã tới đích.

Thật vậy, giả sử phía phát phát đi 20 gói tin, gói tin thứ 11 và 12 bị mất, các

gói tin 13, 14 và 15 tới đích.

Trường hợp thứ nhất, nếu quá thời gian RTO mà phía phát không nhận được

gói tin xác nhận ACK cho gói tin thứ 11, phía phát giảm kích thước cửa sổ truyền

dẫn xuống còn 1 gói tin và khởi động thuật toán khởi đầu chậm để truyền lại các gói

tin bắt đầu từ gói tin thứ 11, như vậy phía phát phải phát lại các gói tin 13, 14 và 15

một các không cần thiết.

Trường hợp thứ hai, mỗi khi các gói tin 13, 14, 15 tới đích phía thu phát đi

một gói tin xác nhận ACK trong đó trường ACK có giá trị bằng 11. Như vậy phía

phát chỉ có thể phát lại một gói tin là gói tin thứ 11, còn gói tin thứ 12 không được

phát lại được vì phía phát không nhận được bất cứ thông tin nào về gói tin này.

Nguyên nhân của hạn chế này là do gói tin xác nhận ACK từ phía thu với

trường ACK chỉ đủ để mang thông tin về một gói tin. TCP với tuỳ chọn SACK

(Selective Acknowlegedmen t- Xác nhận lựa chọn) có thể khắc phục được nhược

điểm trên bằng cách sử dụng thêm trường Option của gói tin TCP để mang thông tin

xác nhận cho nhiều gói tin hơn. TCP với tuỳ chọn SACK chỉ sử dụng trường Option

của gói tin TCP, các thuật toán điều khiển tắc nghẽn của TCP chuẩn không thay đổi

cơ chế hoạt động.

Để thấy rõ hiệu quả của TCP với tuỳ chọn SACK, thực nghiệm được tiến

hành với hai thiết bị như sau:

- Thiết bị mô phỏng đường truyền vệ tinh: Thiết bị này được thiết lập những

tham số giống hệt với đường truyền vệ tinh. Thiết bị có ưu điểm là mềm dẻo trong

việc thiết lập các tham số mô phỏng đường truyền. Cấu hình thiết bị như sau :

91

Hình 4.11. Cấu hình của thiết bị mô phỏng SACK

Trong đó: Eror/Delay Box là thiết bị có tác dụng làm trễ gói, mất gói, gây ra

lỗi tương tự như đường truyền vệ tinh thật.

- Vệ tinh thông tin có quỹ đạo địa tĩnh. Mô hình như sau:

Hình 4.12. Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh

Trong cả hai trường hợp, thiết bị của khách hàng và máy chủ để thực nghiệm

đều có cấu hình là: bộ xử lý Pentium IV chạy trên hệ điều hành Linux.

a. Kết quả thực nghiệm với thiết bị mô phỏng

Thiết bị mô phỏng có đặc điểm là có thể thay đổi các tham số mô phỏng một

cách dễ dàng, chính vì vậy thực nghiệm được tiến hành nhiều lần trên thiết bị này

với các tham số được điều chỉnh khác nhau:

- Thiết bị mô phỏng được thiết lập ở chế độ “no corruption”.

Thiết bị mô phỏng có các thông số sau: RTT=510ms, tốc độ đường truyền 10MBps,

không có lỗi đường truyền. Các file có độ lớn khác nhau: 100KB, 1MB và 10MB

được gửi đi từ thiết bị đầu cuối khách hàng tới máy chủ. Cửa sổ phát TCP có kích

thước biến đổi từ 32KB đến 1024KB (Ở đây dùng giao thức TCP với kích thước

92

cửa sổ lớn bằng cách sử dụng thêm phần tuỳ chọn trong tiêu đề gói tin TCP, giá trị

trong phần tuỳ chọn này là hệ số nhân. Kích thước cửa sổ lúc này bằng hệ số nhân

với kích thước cửa sổ tiêu chuẩn là 216 byte. Giá trị của hệ số nhân không được

vượt quá 214).

Kết quả [3] được biểu thị trên các hình 4.13 và 4.14.

Kích thước cửa sổ (KB)

Hình 4.13. Thông lượng đạt được khi truyền các file 100KB

trong trường hợp “no corruption”.

Kích thước cửa sổ KB

Hình 4.14. Thông lượng đạt được khi truyền các file 1MB, 10MB

trường hợp “no corruption”.

Trong đó, các nét nối khác nhau là các trường hợp giao thức TCP SACK và giao

thức TCP chuẩn (TCP NewReno) được sử dụng.

Từ hình 4.13 và hình 4.14 ta thấy:

93

- Thông lượng khi truyền các file nhỏ 100KB và 1MB thấp hơn thông lượng

khi truyền các file lớn 10MB. Nguyên nhân là do kích thước các file 100KB và

1MB không đủ để tận dụng được kích thước cửa sổ lớn và tốc độ của đường truyền.

- Trong môi trường thực nghiệm không có lỗi, sự khác nhau giữa TCP với

tuỳ chọn SACK và TCP chuẩn là rất rõ ràng, trừ trường hợp với kích thước cửa sổ

lớn. Do TCP với tuỳ chọn SACK có khả năng xử lí những gói tin bị mất bằng cách

sử dụng những khối tuỳ chọn SACK nên thông lượng đạt được lớn hơn so với TCP

chuẩn. Khi truyền các file 10MB với cửa sổ có kích thước 1024 KB, thông lượng ở

cả TCP chuẩn và TCP với tuỳ chọn SACK đều giảm, tuy nhiên ở TCP chuẩn giảm

nhiều hơn. Giải thích như sau: với những đường truyền có băng tần 10MB và

RTT=510ms, tích BDP bằng 652,8KB, do đó với những cửa sổ có kích thước cửa

sổ lớn hơn giá trị này sẽ xảy ra tắc nghẽn và thông lượng giảm. Do đó nếu cứ tăng

kích thước cửa sổ thì sẽ ảnh hưởng xấu đến thông lượng ngay cả khi SACK được sử

dụng.

- Thiết bị mô phỏng được đặt ở chế độ “corruption”. Thiết bị mô phỏng được

thiết lập với những thông số sau đây: Tỉ lệ mất gói 1% tương ứng với BER =

0,9x10-6, RTT=510ms, tốc độ đường truyền 10MBps. Các file có kích thước bằng

1MB và 10MB được truyền với những cửa sổ có kích thước khác nhau. Kết quả

được cho trên hình 4.15.

Kích thước cửa sổ (KB)

Hình 4.15. Thông lượng khi truyền file có kích thước 1MB và 10MB,

tỉ lệ mất gói 1%.

Từ hình 4.15 ta thấy TCP với tuỳ chọn SACK có thông lượng lớn hơn so với

TCP chuẩn. Giống như trường hợp trước, thông lượng giảm khi kích thước cửa sổ

lớn hơn giá trị BDP=652,8KB do có sự hiện diện của tắc nghẽn và mất gói do lỗi

bit. Khi truyền dẫn những file có kích thước 10MB, so với trường hợp trước thì

94

thông lượng giảm nhiều hơn do tỉ lệ mất gói. Thực nghiệm trên được lặp lại với

kích thước file 10MB, tỉ lệ mất gói 2% và 0,5%. Kết quả được chỉ ra trên hình 4.16:

Hình 4.16. Thông lượng khi truyền dẫn các file 10MB, tỉ lệ mất gói là 2% và 5%.

Thông lượng trong các trường hợp truyền dẫn file 10MB với kích thước cửa

sổ bằng 1024MB, tỉ lệ mất gói khác nhau được tóm tắt trong bảng sau: Tỉ lệ mất gói Thông lượng TCP

với tuỳ chọn SACK

Thông lượng của

TCP chuẩn

Chênh lệch

0,5% 37055 37653 598

1% 29509 29798 289

2% 18463 18684 221

Với kích thước cửa sổ lớn (1024KB), tỉ lệ mất gói lớn thì chất lượng của TCP

với tuỳ chọn SACK xấp xỉ so với TCP chuẩn. Điều này là do hai nguyên nhân:

Thứ nhất: trường tuỳ chọn SACK giới hạn trong 4 khối dữ liệu trong khi đó

thể có nhiều hơn 4 khối dữ liệu bị mất do tắc nghẽn và do mất gói. Do đó trường tuỳ

chọn không đủ không gian để thông báo cho phía phát biết các gói tin bị mất.

Thứ hai: vì tỉ lệ mất gói lớn nên có những trường hợp phía thu không nhận

được một gói tin nào cả, do đó cũng không có gói tin xác nhận nào được phát trở lại

phía phát.

Cả hai trường hợp này đều dẫn tới truyền lại dựa trên RTO do vậy thông

lượng giảm.

b. Kết quả thực nghiệm với đường truyền vệ tinh

95

Kênh truyền vệ tinh có tốc độ 2Mbps và RTT bằng 510ms. Các file có kích

thước 1MB và 10MB được truyền từ thiết bị đầu cuối của khách hàng tới máy chủ.

Kích thước cửa sổ phát bằng 64KB, 128KB và 256KB.

Kết quả ghi trên bảng sau được lấy trung bình cộng của thông lượng qua 5

lần thực nghiệm.

Truyền file 1MB Truyền file 10MB

TCP chuẩn SACK TCP chuẩn SACK

64KB 13 14 16,5 17,6

128KB 13,75 15 16,5 18,5

256KB 12,5 13 15,75 17,75

Các kết quả thu được cũng tương đương như kết quả thực nghiệm trên thiết

bị mô phỏng. Tất cả các trường hợp SACK đều cho kết quả tốt hơn TCP chuẩn.

Thông lượng giảm khi kích thước cửa sổ tăng đặc biệt là khi kích thước cửa sổ bằng

256KB lớn hơn tích BDP của đường truyền (2Mbpsx510ms=130,56KB).

Qua các kết quả thực nghiệm ta có nhận xét:

- Qua đường truyền vệ tinh thông lượng của TCP với tùy chọn SACK lớn

hơn so với TCP chuẩn.

- Trong trường hợp lỗi lớn, kích thước cửa sổ phát quá lớn, đặc biệt là khi

kích thước cửa sổ phát lớn hơn so với tích số BDP của đường truyền, thông lượng

của TCP với tuỳ chọn SACK không cải thiện được nhiều so với TCP chuẩn thậm

chí còn kém hơn.

4.3.3. Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi

Hiện tượng mất gói tin trong truyền dẫn số liệu có thể do một trong hai

nguyên nhân sau:

(1) Do lỗi trong quá trình truyền dẫn gây nên

(2) Do mạng bị tắc nghẽn nên gói tin bị huỷ ở những router trung gian. Một

trong những nhược điểm của giao thức TCP chuẩn là không có khả năng xác định

chính xác nguyên nhân của sự mất gói. Mỗi khi phía phát xác định được sự mất gói,

giao thức TCP cho rằng đó là dấu hiệu của sự tắc nghẽn mạng và giảm tốc độ phát

để tránh không cho mạng rơi vào tình trạng tắc nghẽn hoàn toàn. Trong trường hợp

sự mất gói do lỗi gây nên việc giảm tốc độ phát gây nên lãng phí băng thông đường

96

truyền vì thực tế mạng không bị tắc nghẽn và có thể tiếp nhận nhiều gói tin hơn. Do

đó khi sử dụng giao thức TCP vào những đường truyền tỉ lệ lỗi bit lớn như đường

truyền vệ tinh sẽ làm giảm thông lượng của các kết nối TCP. Các giải pháp thông

báo mất gói do lỗi cung cấp các cơ chế bổ sung cho giao thức TCP để phía phát có

thể nhận ra được nguyên nhân của sự mất gói và từ đó ra những quyết định phù hợp

tránh sự lãng phí băng thông đường truyền. Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi

phân biệt hai trường hợp sau đây:

Trường hợp có đủ thông tin về gói tin bị mất: Một số thông tin trong phần

tiêu đề gói tin IP và TCP như địa chỉ IP của phía phát, địa chỉ IP của phía thu, địa

chỉ cổng TCP của phía phát và địa chỉ cổng TCP của phía thu, số thứ tự của gói tin

TCP có thể được khôi phục lại chính xác từ gói tin bị lỗi.

Trường hợp không đủ thông tin về gói tin bị mất: Tất cả các thông tin của

phần tiêu đề gói tin TCP và gói tin IP bị lỗi bị hỏng, không sử dụng được.

Trên cơ sở phân biệt hai trường hợp như trên, giải pháp đưa ra từng cơ chế

để giải quyết cho mỗi trường hợp. Cụ thể, giải pháp sử dụng tuỳ chọn HACK để

giải quyết trường hợp có đủ thông tin tiêu đề của gói tin lỗi, giải pháp CETEN để

giải quyết trương hợp không có thông tin về gói tin bị lỗi [6].

4.4. Dự báo nhu cầu dịch vụ qua hệ thống VSAT băng rộng- Bảng 1: Dự báo nhu cầu sử dụng các dịch vụ qua VSAT

- Bảng 2: Dự báo phát triển các thuê bao thoại sử dụng qua hệ thống thông

tin vệ tinh trên toàn quốc.

97

98

99

KẾT LUẬN

Khi Việt Nam tiến hành công nghiệp hoá - hiện đại hoá, vai trò của ngành

Viễn thông đối với sự phát triển kinh tế - xã hội sẽ ngày càng trở nên quan trọng

hơn. Việc phát triển một cơ sở hạ tầng viễn thông mạnh không chỉ tạo điều kiện

thuận lợi cho phát triển kinh tế mà còn góp phần đảm bảo phân phối phúc lợi một

cách công bằng trong xã hội. Khi thông tin liên lạc phát triển và các dịch vụ viễn

thông được cung cấp rộng khắp trên toàn quốc, không chỉ người dân thành thị mà cả

ở nông thôn sẽ được hưởng những lợi ích về y tế, giáo dục và văn hoá. Việc sử

dụng các dịch vụ Viễn thông sẽ làm tăng năng suất lao động và cải thiện chất lượng

sống của toàn dân.

Do đặc điểm địa hình Việt Nam rất phức tạp, có nhiều khu vực đồi núi hiểm

trở, hẻo lánh và các đảo xa xôi, rất khó khăn cho việc thiết lập các tuyến thông tin

tầm thấp truyền thống như cáp đồng trục, cáp quang, vi ba ....,việc triển khai mạng

thông tin vệ tinh VSAT được thực hiện ở nước ta từ năm 1996 đã mang lại hiệu quả

rất cao về mặt phát triển kinh tế cũng như đảm bảo phục vụ tốt tình hình an ninh

chính trị và chủ quyền lãnh thổ quốc gia.

Sau một thời gian tập trung nghiên cứu tìm hiểu, với sự giúp đỡ tận tình của

Giáo viên hướng dẫn, tôi đã hoàn thành luận văn “Nghiên cứu đánh giá kết quả

ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có antenna cỡ nhỏ

(VSAT) cho vùng sâu vùng xa tại Việt Nam”. Luận văn đã trình bày những vấn đề

chung về thông tin vệ tinh, các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết lập kênh thông tin

qua vệ tinh, đồng thời nghiên cứu cụ thể cấu trúc, đặc điểm và ứng dụng của các

mạng VSAT tại Việt Nam, làm rõ tính ưu việt của từng hệ thống mạng VSAT đối

với đặc thù ở Việt Nam, nêu ra một số giải pháp kỹ thuật được sử dụng để cải thiện

chất lượng trong tuyến thông tin vệ tin VSAT băng rộng sử dụng giao thức IP, đồng

thời đưa ra dự báo về nhu cầu sử dụng các dịch vụ qua mạng VSAT tại Việt Nam.

Tuy nhiên trong khoảng thời gian hạn chế, các mạng VSAT tại Việt Nam

cũng đang có những thay đổi về công nghệ, giải pháp cung cấp dịch vụ cho nên

luận văn cần sự giúp đỡ từ các Thầy cô và các bạn để được hoàn thiện hơn.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Chu Văn Vệ, các Thầy Cô giáo và các bạn

đã giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.

100

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

Trên cơ sở tìm hiểu, nghiên cứu mạng VSAT tại Việt Nam, cũng như nguyên

lý và các yếu tố kỹ thuật thông tin vệ tinh, khuynh hướng mới của các mô hình kinh

tế được phát triển sẽ giúp các nhà thiết kế mạng trong việc gộp các chức năng thể

hiện khả quan khi thiết kế mạng vệ tinh. Qua phân tích đánh giá các mô hình hiện

nay, sự mở rộng công việc này có thể tạo ra nhiều lợi ích hơn, dưới đây là những

gợi ý có thể sẽ nghiên cứu sâu hơn:

1. Phân tích hiệu suất của các giao thức IP và chuyển mạch gói ATM liên

quan đến chất lượng của dịch vụ việc ứng dụng thoại thời gian thực tế với các kênh

có trễ băng thông lớn cũng như các kênh trong mạng vệ tinh GEO.

2. Nghiên cứu về khả năng cung cấp dịch vụ vệ tinh qua vệ tinh VINASAT,

phương án mở rộng hoặc thiết lập mới dịch vụ vệ tinh VINASAT.

3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nén thoại trên lưu lượng các mạng điện thoại

vệ tinh sử dụng các kỹ thuật truy cập khác nhau.

4. Nghiên cứu cải tiến lưu lượng và tương tác giao thức của mạng thoại vệ

tinh khi kết nối với mạng nội hạt vô tuyến đối với dịch vụ thoại/dữ liệu không dây,

tế bào hoặc công nghệ thế hệ 3.

5. Nghiên cứu công nghệ vệ tinh và trạm mặt đất cho băng tần Ka, V dùng

các mạng số và các vệ tinh tự xử lý.

6. Nghiên cứu đánh giá nhu cầu sử dụng các dịch vụ và phương án phát triển

mạng VSAT đạt hiệu quả ứng dụng cao hơn.

101

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. G. Maral (1995), VSAT Networks, John Wiley&Sons Ltd, New York

[2]. G. Maral & M. Bousquet (1993), Satellite Communications System, John

Wiley & Sons Ltd, New York.

[3]. Lillykuti Jacob, K.N Srijith, Huang Duo, A.L. Ananda (2002), Effectiveness

of TCP SACK over Satellite Links, Centre for Internet Research School of

Computing National University of Singapore.

[4]. Mark Allman (1997), Improving TCP performance over Satellite channels,

Ohio University.

[5]. Morihiro Kouda (2002), Proxy Mechanism of Multiplexing TCP

Connections over Satellite Internet, Osaka University.

[6]. Nesrine Chaher, Chadi Barakat, Walid Dabbous, Eitan Altman (1998),

Improving TCP/IP over Geostationary Satellite Links, INRIA - France.

[7]. Shin Satellite PLC & Ipstar Co.,Ltd (2005), Basic Satellite Communication,

Bangkok.

[8]. Shin Satellite PLC & Ipstar Co.,Ltd (2005), Ipstar System Overview”,

Bangkok.

[9]. Shin Satellite PLC & Ipstar Co.,Ltd (2004), IPSTAR Applications, Bangkok

[10]. Walter L.Morgan & Gary D.Gordon (1989), Communication Satellite

Handbook, Wiley Interscience Publication, New York.

.

102