Thông tin vệ tinhMạng VSAT

MỞ ĐẦUThông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhưng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta, mở ra cho một thời kỳ mới cho sự phát triển

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰKHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÔN HỌCTHÔNG TIN VỆ TINH (Mạng VSAT)

Giáo viên hướng dẫn : Lớp :

Hà Nội, tháng 11 -2015

MỤC LỤC

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦUThông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhưng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta, mở ra cho một thời kỳ mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng như đời sống nói chung và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng.

Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế giới của thông tin, nhu cầu thông tin giữa con người với con người ngày càng lớn thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờ vào các hệ thống truyền tin đa dạng như hệ thống thông tin vô tuyến hay hệ thống thông tin hữu tuyến Các hệ thống này thật sự là phương tiện cực kỳ hữu ích vì nó có khả năng kết nối mọi nơi trên thế giới để vượt qua cả khái niệm về không gian và thời gian giúp con người gần gũi nhau hơn mặc dù quãng đường rất xa, giúp con người cảm nhận cảm nhận được cuộc

sống hiện tại của thế giới xung quanh, thông tin qua vệ tinh không chỉ có ý nghĩa truyền dẫn đối với quốc gia, khu vực còn mang tính xuyên lục địa như

vệ tinh toàn cầu Nhờ có vệ tinh mà quá trình truyền thông tin diễn ra giữa các châu lục trở nên tiện lợi và nhanh chóng thông qua nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

Thông tin vệ tinh đã được ứng dụng vào nước ta bắt đầu từ những năm 80

mở ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho người dụng Nó là phương tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định không thể với tới được, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ

ưu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phương tiện liên lạc

cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp

Trước khi có vệ tinh VINASAT-1, Việt Nam đã thuê vệ tinh của các nước khu vực để phục vụ cho nhu cầu thông tin Vệ tinh VINASAT-1 đưa vào sử dụng áp ứng ngày càng tăng về trao đổi thông tin, giảm chi phí thuê vệ tinh của các nước,…mở ra một bước tiến mới cho viễn thông Việt Nam VINASAT-1 đang vận hành và khai thác tốt, sử dụng gần hết công suất và Việt Nam đã có dự án VINASAT-2 sẽ được phóng và đưa vào sử dụng trong vài năm tới Do đó việc hiểu biết về thông tin vệ tinh là cần thiết

Từ những vấn đề đó mà đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu khảo sát về hệ thống thông tin vô tuyến mà cụ thể là hệ thống thông tin vệ tinh Phần nội dung của

đề tài được phân bố gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh

Chương 2: Tổng quan về VSAT

Chương 3: Trạm VSAT, trạm HUB

Chương 4: Dịch vụ VSAT-IP và các ứng dụng

Chương 5: Kết luận

Thông tin vệ tinh là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật cao, việc tìm hiểu nghiên cứu đòi hỏi phải có thời gian, kinh nghiệm và một kiến thức sâu rộng

Do đó, chắc chắn chuyên đề chúng em trình bày không thể tránh khỏi những thiếu sót, cần được xem xét thấu đáo hơn

Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Văn Khẩn đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu và viết chuyên đề

Hà Nội, ngày 9 tháng 11 năm 2015 Nhóm học viên thực hiện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế

- Tháng 10 năm 1957 lần đầu tiên trên thể giới, Liên Xô phóng thành công

vệ tinh nhân tạo SPUTNIK-1 Đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh

- Năm 1958 bức điện đầu tiên được phát qua vệ tinh SOCRE của Mỹ, bay ở

vĩ đạo thấp

- Năm 1964 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT

- Cuối năm 1965 Liên Xô phóng thông tin vệ tinh MOLNYA lên quỹ đạo elip

- Năm 1971 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTERSPTNIK gồm Liên Xô và 9 nước XHCN

- Năm 1927-1976 Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonnesia sử dụng vệ tinh chi thông tin nội địa

- Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hành hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT

- Năm 1984 Nhật Bản đưa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tuyến qua

Vệ tinh

Trạm mặt đất

Trạm mặt đất Tuyến

xuống

Hình 1.1: Sơ đồ đường thông tin vệ tinh

Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một vệ tinh lên qũy đạo và có khả năng thu sóng vô tuyến điện.Về tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thu động và không khuếch đại và biến đổi tàn số Hầu hết các vệ tinh thông tin hiện nay là vệ tinh tích cực Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ trạm mặt đất, (SES: Satellite Earth Station) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác

Tín hiệu từ trạm mặt đất vệ tinh, gọi là đường lên (uplink) và tín hiệu từ trạm mặt từ vệ tinh về một trạm mặt đất khác đường xuống (downlink) Thiết

bị thông tin qua vệ tin bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công suất đủ lớn và phát về mặt đất

3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh

3.1 Vệ tinh và các dạng quỹ đạo của vệ tinh

Khái niệm: Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vô tuyến điện khi

được phóng vào vũ trụ ta gọi là vệ tinh thông tin Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác

Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh

Mỗi loại vệ tinh có nhưng đặc điểm riêng, tùy theo từng loại ứng dụng mà việc sử dụng vệ tinh cũng khác nhau

- Quỹ đạo của vệ tinh:

Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay người ta thương phân vệ tinh thành hai loại:

+ Vệ tinh quỹ đạo thấp: là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất, thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ quay của quả đất (loại vệ tinh này được ứng dụng trong việc nghiên cứu khoa học, quân sự, khí tượng thủy văn, thông tin di động,

 Để đảm bảo liên lạc liên tục trong 24 giờ thì phải cần nhiều vệ tinh

• Ứng dụng: Tổn hao đường truyền nhỏ do vệ tinh bay ở độ cao thấp, nên phù họp với thông tin di động Trễ truyền lan nhỏ

Quỹ đạo elip

+ Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000 km so với đường kính quỹ đạo Vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1 vòng mất 24 giờ Do T bay của vệ tinh bằng T quay của Trái đất và cùng phương hướng (hướng Đông), bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất, gọi là vệ tinh địa tĩnh.

Hình 1.3: Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

• Ưu điểm:

 Hiệu ứng Dopler rất nhỏ do đó việc điêu chỉnh anten trạm mặt đất là không cấn thiết

 Vệ tinh coi như đứng yêu so với trạm mặt đất Do vậy đây là quỹ đạo

lý tương cho các vệ tinh thông tin, nó đảm bảo thông tin ownr định và liên tục suốt 24 giờ trong ngày

 Vùng phủ sóng của vệ tinh lớn, bằng 42,2% bề mặt trái đất

 Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp và hệ thống 3 quả vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu

• Nhược điểm:

 Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo duy nhất tồn tại trong vũ trụ và được coi

là một tài nguyên thiên nhiên co hạn Tài nguyên này đang cạn kiệt do số lượng vệ tinh của các nước phóng lên ngày càng nhiều

Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ lớn hơn 81,30 Chất lượng đường truyền phụ thuộc vào thời tiết

Thời gian trễ truyền lan lớn, theo đường ngắn nhất có:

Từ: trạm – vệ tinh – trạm (72.000Km) ≈ 240ms.

Từ: trạm – vệ tinh – trạm Hub – vệ tinh – trạm (154.000Km) ≈ 513ms.

Từ: trạm – vệ tinh – trạm (143.000Km) ≈ 447ms.

 Tính bảo mật không cao

 Suy hao công suất cho đường truyền lớn (gần 200dB)

• Ứng dụng: Được sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thông tin cho các vùng co vĩ độ nhỏ hơn 81,30 Là loại vệ tinh được sử dụng phổ biến nhất, với nhiều loại hình dịch vụ

Nhận xét: Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử

dụng cho thông tin là lý tưởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ vị trí cố

định trên trái đất Nghĩa là thông tin sẽ được bảo đảm liên lục, ổn định trong

24 giờ với các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh khác Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh

3.2 Phân chia dải tần cho thông tin vệ tinh

Hình 1.4: Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian

Hình trên cho thấy sóng điện từ ở tần số thấp bị hấp thụ năng lượng mạnh khi truyền qua tầng điện li (đặc biệt là mây từ) và ở tần số cao (lớn hơn 10Ghz) bị suy hao đáng kể khi truyền qua lớp khí quyển (mây mù và đặc biệt

là mưa) Chỉ có dải tần từ 1-10 GHz là có suy hao tương đối thấp nên được chọn sử dụng trong thông tin vệ tinh, ta gọi khoảng tần số này là cửa sổ vô tuyến (Radio Window)

Liên đoàn thông tin quốc tế ITU chia thế giới ra làm 3 khu vực:

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

• Khu vưc 2: gồm các nước châu Mỹ

• Khu vực 3: gồm các nước Châu Á và Châu Đại Dương

Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vục Trong một khu vực một vùng 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 theo băng sau:

Bảng 1.1 Quy định băng tần thông tin vệ tinh

( d) Tropospheric scintillation Nhiễu tầng đối lưu Radio Window

20 10 3

(a)

(b)

(c) (d)

Đối với thông tin vệ tinh Quốc tế, độ tin cậy là rất quan trọng Do đó việc lựa chọn băng tần dùng cho thông tin vệ tinh Quốc tế phải cần được lựa chọn

và thăm dò kỹ càng Người ta đã chọn băng C dùng cho thông tinh vệ tinh Quốc tế, còn băng Ku trước đây dùng cho thông tin vệ tinh nội địa hiện nay

đã được mở rộng cho khu vực

3.3 Ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh:

- Ưu điểm:

Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm trên mặt đất Vì trạm chuyển tiếp vệ tinh có độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ưu điểm

so với các hệ thống viễn thông khác đó là:

+ Giá thành thông tin vệ tinh không phục thuộc vào cự ly giữa hai trạm Giá thành như nhau khi truyền ở cư ly 5000 km và 100 km Có khả năng thiết lập nhanh đường truyền giữa các điểm trên mặt đất với cự ly xa địa hình phức tạp nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh, đều này các truyền dẫn thông thường khó có thể thực hiện được

+ Có khả năng thông tin quảng bá cũng như thông tin điểm nối điểm Một

vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớp trên trái đất (vệ tinh địa tinh ở búp ở sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt trái đất), như vậy một trạm mặt đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó Nếu có 3 vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở ba vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu do đó các dịch vụ thông tin toàn cầu sẽ được thực hiện

+ Có khả năng băng rộng: Các bộ lặp trên vệ tinh thường là các thiết bị băng tần rộng, có thể thực hiện nhiều dịch vụ băng rộng cũng như các dịch vụ khác Độ rộng băng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến hàng chục megahertz Một bộ lặp có thể được sử dụng cho hai trạm mặt đất trong vùng phủ sóng của vệ tinh Các hệ thống thông tin trên mặt đất thường giới hạn ở

cư ly gần (ví dụ như truyền hình nội hạt) hoặc cho các trung kế dung lượng nhỏ giữa các thị trường chính.

+ Dung lượng thông tin lớn: Vì sử dụng ở tần số cao nên băng tần rộng, hơn nữa đã áp dụng các biện phát tiết kiệm tân số (FDMA, TDMA, CDMA,

…) Đáp ứng được hầu hết các dịch vụ mà thực tế đề ra

Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất Do độ cao bay lớn nên thông tin vệ tin không bị ảnh hưởng bởi địa hình thiên nhiên như đồi núi, thành phố,

sa mạc, đại dương Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn và các vùng chưa phát triển Thông tin vệ tinh có thể cung cấp các dụng vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng như miền núi và hải đảo(ví dụ truyền hình điện thoại dung lượng nhỏ) Thông tin vệ tin đẩy nhanh sự phát triển nền công nghiệp và các phương tiện sử lý số liệu ở nông thôn

+ Dịch vụ thông tin vệ tinh băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào trên thế giới để đưa đến việc tìm ra các thị trường mới cũng như mở rộng các thị trường dịch vụ hạ tầng các đường thông tin đã được sử dụng trên mặt đất Nhờ vệ tinh đã đẩy nhanh sự phát triển của các mạng truyền hình đặc biệt

là truyền hình cáp, truyền hình trả tiền (pay TV), các nhóm ngôn ngữ và dân tộc (ethnic and language), các nhóm tôn giáo, thể thao và các tin tức về sum họp

Các dịch vụ mới Do khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã đưa ra các khái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông Trước khi có thông tin vệ tinh (trước năm 1958), hầu hết các dung vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn phản xạ tầng điện ly Thông tin này không đáp ứng được các nhu cầu do chất lượng xấu, dung lượng thất, băng tần hẹp, ngay cả khi công nghệ của loại hình viễn thông này đạt tới mức giới hạn Một ví dụ trong trường hợp cấp cứu, Inmarsat là một dịch vụ vệ tinh mới, nó cung cấp tiếng, số liệu và hình ảnh tốc độ thấp di động cho tàu, thuyền, máy bay qua vệ tinh Hiện nay có

thêm nhiều dịch vụ như: dịch vụ thoại, Fax, Telex cố định, phát thanh truyền hình quảng bá, dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh,…

Các dịch vụ cá nhân của khác hàng: Các trạm mặt đất nhỏ với anter kích thước bé có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống quản lý thông tin Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thước rất nhỏ, gọi là VSAT (very Small Aperture Terminals) Các đầu cuối này thường đặt tại nhà của khách hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ thông với dung lượng nhỏ Với các dịch vụ như: truyền hình vệ tinh, dịch vụ thuê kênh riêng,…

Độ tin cậy và chất lượng thông tin cao: do tuyến thông tin chỉ có ba trạm (mặt đất – vệ tinh – mặt đất), trong đó vệ tinh đóng vai trò như trạm lặp, còn hai trạm đầu cuối trên mặt đất nên xác suất hư hỏng trên tuyến rất thấp

Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế: hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau Đặc biệt hiệu quả kinh

tế cao trong thông tin cự ly lớn, thông tin xuyên lục địa

- Nhược điểm:

Tuy nhiên trong thông tin vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là:

+ Không hoàn toàn cố định

+ Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớp, ảnh hưởng của tạp âm lớn.+ Giá thành lắp đặt hệ thông rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn kém mà vẫn tồn tại xác suất rủi ro

+ Thời gian sử dụng hạn chế khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp

Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh khá dài (hơn 70.000

km đối với vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể

Người ta mong muốn vệ tinh có vai trò như là một cột anter cố định nhưng trong thực tế vệ tinh luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù là

vệ tinh địa tĩnh nhưng vẫn có sự dao động nhỏ Điều này trong hệ thống phải

có trạm điều khiển nhằm giữ vệ tinh ở vị trí nhất định trong thông tin Thêm nữa do các vệ tinh bay trên quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc truyền sóng giữa các trạm phải chịu sử tổn hao lớn, bị ánh hưởng các yếu tố thời tiết

và phải đi qua nhiều loài môi trường khác nhau Để vẫn đảm bảo chất lượng của tuyến người ta phải sử dụng nhiều kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT

1 Khái niệm mạng VSAT

Ngành thông tin vệ tinh đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài từ sự khởi đầu đơn giản cho đến những hệ thống phức tạp, đồng thời nó cũng đang dần được hoàn thiện và không ngừng phát triển trong tương lai Cùng với việc

hạ giá thành và kích thước, số lượng trạm vệ tinh mặt đất tăng lên không ngừng Các trạm vệ tinh cỡ nhỏ, với kích thước an-ten từ 0.6m đến 2.4m đã

trở nên quen thuộc với tên gọi VSAT VSAT (Very Small Aperture

Terminal)là trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ được phát triển từ những

năm 1980 bởi Công ty Telcom General của Mỹ Một số quan điểm xem trạm

vệ tinh VSAT như là thiết bị đầu cuối viễn thông (Terminal)thay vì sử dụng khái niệm trạm mặt đất (Earth Station)với cách nhìn trạm VSAT như là thiết

bị đầu cuối của mạng viễn thông (thoại, fax, Internet ), của mạng quảng bá (xem truyền hình) hoặc như là thiết bị chuyển đổi lưu lượngtrong nội bộ

Quan điểm này cũng hoàn toàn phù hợp với định nghĩa của Liên minh Viễn

thông Thế giới (ITU) về thiết bị đầu cuối số liệu DTE (Data Teminal

Equipment)là thực hiện chức năng chuyển đổi lưu lượng số liệu đầu cuối.