Tính toán, thiết kế tuyến thông tin vệ tinh VSAT IP

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệu Eb/No Energy per bit over thermal Noise power per Hz ratio Tỷ lệ năng lượng một bit trên csuất tạp âm nhiệt /Hz EIRP Equivalent isot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG

TIN VỆ TINH VSAT-IP

VŨ XUÂN TRUYỀN

Hà Nội - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG

TIN VỆ TINH VSAT-IP

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài luận văn “Tính toán, thiết kế tuyến thông tin vệ tinh VSAT IP” này là do em tự tìm hiểu và thực hiện Nội dung luận văn có sự tìm tòi, tham khảo nguồn mạng internet và có sử dụng các nguồn tài liệu cho phép nằm trong danh mục tài liệu được tham khảo

Tác giả

Vũ Xuân Truyền

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Văn Yêm người đã trực

tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp tài liệu và phương pháp luận nghiên cứu để tôi hoàn thành đề tài luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo Khoa Điện tử-Viễn thông, Kĩ thuật điện tử-Viện đại học mở Hà Nội và Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu, đánh giá và thực hiện luận văn này

Trong quá trình nghiên cứu, mặc dù đã hết sức cô gắng nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp, phê bình của các thầy cô để luận văn được hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 20 tháng 09 năm 2015

MỤC LỤC

CÁC Từ VIếT TắT

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VSAT, VSAT -IP 2

1.1 Giới thiệu chương 2

1.2 Khái quát về hệ thống VSAT 2

1.2.1 Khái quát về mạng VSAT 2

1.2.2 Các đặc điểm của VSAT 3

1.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của mạng VSAT 5

1.3 Kiến trúc mạng VSAT 6

1.3.1 Giới thiệu 6

1.3.2 Mạng VSAT hình sao 6

1.3.3 Mạng VSAT hình lưới 8

1.4 Các ứng dụng của hệ thống VSAT 8

1.5 Các dịch vụ cung cấp và lưu lượng của mạng VSAT 10

1.6 KHÁI QUÁT VỀ VSAT IP 11

1.6.1 Tổng quan về mạng IPSTAR 11

1.6.2 Giới thiệu về VSAT IP 11

1.6.3 Các ứng dụng của VSAT IP 12

1.7 Kỹ thuật của mạng VSAT- IP 13

1.7.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 13

1.7.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 14

1.7.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 15

1.7.4 VSAT - IP sử dụng (FDMA/TDM) 16

1.8 Hoạt động của VSAT- IP 17

1.9 Công nghệ của IPSTAR 18

1.9.1 Công nghệ đoạn không gian: 18

1.9.2 Công nghệ đoạn mặt đất 19

1.10 Kết luận chương 19

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TUYẾN LÊN HỆ THỐNG VSAT IP21 2.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG 21

2.2 MÔ HÌNH, THÔNG SỐ VÀ CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN TRONG HỆ THỐNG THÔN TIN VỆ TINH 21

2.2.1 Mô hình tuyến 21

2.2.2.Các thông số cần cho tính toán 22

2.2.3.Tính toán cự ly thông tin, góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất 23

2.2.4.Tính toán kết nối đường lên (UPLINK) 25

2.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHÂN TÍCH TUYẾN TRẠM MẶT ĐẤT – VỆ TINH 31

2.3.1.Các tham số của anten 31

2.3.2 Các suy hao ảnh hưởng tới chất lượng đường truyền 31

2.3.3 Các biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ truyền 32

2.3.4.Nhiễu trong thông tin vệ tinh 32

2.3.5.Kết luận chương 35

CHƯƠNG 3 :TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN VSAT-IP 36

3.1.GIỚI THIỆU CHƯƠNG 36

3.2.PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VỆ TINH 36

3.2.1.Mô hình phân tích 36

3.2.2.Các thông số cần cho tính toán đường truyền 37

3.2.3.Những yếu tố cần xem xét khi phân tích tuyến 42

3.2.4.Cự ly thông tin, góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất 43

3.2.6 Thử nghiệm trạm mặt đất kết nối vệ tinh địa tĩnh 47

3.2.7 Các bước thực hiện 49

3.2.8.Thực hiện tính toán trên Matlab 52

3.2.9.Kết luận chương 54

CHƯƠNG 4 : ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VÀ ĐƯA RA CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN HỆ THỐNG VSAT - IP 55

4.1 Ưu nhược điểm của hệ thống VSAT- IP 55

4.1.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR 55

4.1.2 Nhược điểm của hệ thống 56

4.2 Các đặc tính của đường truyền vệ tinh ảnh hưởng tới chất lượng của kết nối sử dụng giao thức TCP 56

4.2.1 Ảnh hưởng của độ trễ tới các thuật toán điều khiển tắc nghẽn 57

4.2.2 Ảnh hưởng của tích số BDP lớn 61

4.2.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh 62

4.3 Các giải pháp cải tiến giao thức TCP 63

4.3.1 Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn 63

4.3.2 Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK 67

4.3.3 Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi 72

KẾT LUẬN 74

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MụC HÌNH ảNH

Hình 1.1 Mạng VSAT 3

Hình 1.2 Ưu điểm của VSAT 5

Hình 1.3 Cấu hình sao và cấu hình lưới của mạng VSAT 6

Hình1.4 Mạng VSAT hình sao 7

Hình 1.5 Ứng dụng tương tác 9

Hình 1.7: Các ứng dụng của VSAT IP 12

Hình 1.8 Đồ thị tần số - thời gian FDMA 13

Hình 1.9 TDMA 15

Hình 1.10 Cơ chế hoạt động của VSAT - IP 17

Hình.2.1.Mô hình hoạt động của mạng VSAT-IP 21

Hình.2.2.Các tham số của đường truyền trạm mặt đất – vệ tinh 23

Hình.2.3.Tính toán góc ngẩng 24

Hình.2.4.Góc phương vị của vệ tinh 25

Hình.2.5.Mô hình phân tích của tuyến lên 26

Hình-2.6:Nhiễu vệ tinh lân cận do chỉnh anten phát không đúng 33

Hình-2.7:Nhiễu vệ tinh lân cận do công suất búp sóng phụ lớn 34

Hình-2.8: Nhiễu lân cận do búp sóng chính quá lớn 34

Hình-2.9: Nhiễu vệ tinh lân cận do trùng đường đẳng mức EIRP 34

Hình.3.1.Mô hình phân tích của tuyến xuống 37

Hình.3.2 (a)T Dmin không bị nhiễu do mưa (b) T D bị nhiễu do mưa 40

Hình -3.3:Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống do búp sóng khác (vệ tinh) 46

Hình.3.4:Nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống do trạm Getway khác 47

Hình 4.1: Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn 57

vào thời gian ở pha khởi đầu chậm 57

Hình 4.2 Sự phụ thuộc của lượng byte truyền dẫn 58

Hình 4.3 Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 2048kbps) 59

Hình 4.4 Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 256kbps) 60

Hình 4.5.Thời gian tải các trang Web có kích thước khác nhau 60

Hình 4.6 Thời gian tải các trang Web có kích thước khác nhau (kênh 256kbps) 61

Hình 4.7: Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER 62

Hình 4.8 Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi không có tắc nghẽn 64

Hình 4.9: Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi có tắc nghẽn 65

Hình 4.10 Số lượng gói tin phải phát lại ở mạng có tỉ lệ mất gói cao 66

Hình 4.11 Cấu hình của thiết bị mô phỏng SACK 68

Hình 4.12 Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh 68

Hình 4.13 Thông lượng đạt được khi truyền các file 100KB 69

Hình 4.14 Thông lượng đạt được khi truyền các file 1MB, 10MB 69

Hình 4.15 Thông lượng khi truyền file có kích thước 1MB và 10MB, 70

Hình 4.16 Thông lượng khi truyền dẫn các file 10MB, tỉ lệ mất gói là 2% và 5% 71

CÁC Từ VIếT TắT

BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit

IP Internet Protocol Giao thức internet

CDMA Code division multiplex access Đa truy nhập phân chia theo mã DLA Dynamic Link Allocation Hệ thống quản lý băng thông DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệu

Eb/No Energy per bit over thermal Noise

power (per Hz) ratio

Tỷ lệ năng lượng một bit trên csuất tạp âm nhiệt (/Hz) EIRP Equivalent isotropic racliated power Công suất bức xạ đẳng hướng

tương đương FDMA Frequency Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo tần

số FSK Fryquence shift keying Khóa dịch tần số

FSS Fixed satellite service băng tần nghiệp vụ cố định vệ

tinh

HBE Hub Baseband Equipment Thiết bị băng gốc Hub

HPA High power amplifiers Bộ khuếch đại công suất cao HPC High power amplifiers and Convertor Bộ đổi tần và k/đại công suất

cao IBO Input background color off Độ lùi đầu vào

IDU In-Door Unit Khối bên trong

LNA Low noise amplifiers Khuếch đại tạp âm thấp

OBO Output back off Độ lùi đầu ra

ODU Out-Door Unit Khối bên ngoài

RF Radio frequency Tần số vô tuyến

TDMA Time division multiplex access Đa truy nhập phân chia theo thời

gian SCADA Supervisory Control And Data

RTT Round Trip Time Khoảng thời gian gửi một gói đi

và nhận về ACK RTTM Round Trip Time Measurement Đo thời gian gửi một gói đi và

nhận về ACK SACK Selective Acknowledgement Báo nhận có chọn lọc

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gian TDMA Time Division Multiplexesd Acess Đa truy nhập phân chia theo

thời gian

UT User Terminal Đầu cuối người dùng

STAR Slotted Aloha TDMA Aloha Return 3 kỹ thuật truy nhập slotted

Aloha,Aloha, TDMA dùng cho hướng truyền từ trạm con về Gateway

là để đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu của con người,cũng như đáp ứng được chất lượng và dịch vụ giá thành rẻ trong thương mại.Vấn đề tài nguyên tần số rất hạn hẹp,nên việc cấp phát kênh tần số đỏi hỏi phải được tối ưu để không làm ảnh hưởng tới các hệ thống khác đồng thời giảm nhiễu trong hệ thống Mặt khác do hệ thống thông tin vệ tinh VSAT, VSAT-IP sử dụng trong môi trường truyền vô tuyến có suy hao đường truyền lớn,đặc biệt là suy hao do mưa,giao thoa(interference) và các loại nhiễu khác làm ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của hệ thống

Đề tài “Tính toán,thiết kế tuyến thông tin vệ tinh VSAT-IP” được lựa chọn để

nghiên cứu vừa có ý nghĩa về mặt lý luận,vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn cao Nội dung luận văn gồm có 4 chương:

Chương 1:Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh VSAT,VSAT-IP

Trình bày tổng quan về thông tin vệ tinh VSAT,VSAT-IP

Chương 2:Tính toán thiết kế tuyến lên hệ thống VSAT-IP

Tính toán cư ly thông tin kết nối đường lên và kiểm tra xem có đạt yêu cầu

chất lượng hay không

Chương 3:Tính toán,thiết kế tuyến thông tin hệ thống VSAT-IP

Tính toán tuyến thông tin và kiểm tra xem có đạt yêu cầu chất lượng hay không

Chương 4:Các phương pháp nâng cao chất lượng đường truyền hệ thống VSAT-IP

Chương này trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống và các giải pháp cải

thiện chất lượng đường truyền vệ tinh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VSAT,

VSAT -IP

1.1 Giới thiệu chương

Chương này sẽ trình bày tổng quan về VSAT, VSAT-IP và các ứng dụng điển hình, những ưu nhược điểm, những đặc tính, các kiến trúc mạng và các dịch vụ của VSAT, VSAT-IP, kích thước và lưu lượng của mạng VSAT, VSAT-IP

1.2 Khái quát về hệ thống VSAT

1.2.1 Khái quát về mạng VSAT

VSAT (Very Small Aperture Terminal) có nghĩa là trạm vệ tinh có góc mở

rất nhỏ

Lịch sử phát triển của ngành thông tin vệ tinh đã trải một thời gian dài phát triển, từ sự khởi đầu đơn giản cho đến những hệ thống phức tạp, ngày càng 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 1,2m đến 1,8m

đã trở nên quen thuộc với tên gọi VSAT (trạm vệ tinh có góc mở cực tiểu) được phát triển từ những năm 1980 bởi Công ty Telcom General (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 lượng trong nội bộ mạng VSAT 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

Có thể xem mạng VSAT là mạng cố định vệ tinh và dịch vụ VSAT là dịch

vụ cố định vệ tinh cho phép người sử dụng với an-ten vệ tinh cỡ nhỏ có thể sử dụng các loại hình dịch vụ viễn thông, truyền thông trực tiếp từ mạng VSAT thông qua đường truyền dẫn vệ tinh

1.2.2 Các đặc điểm của VSAT

a) Kích th ước và số lượng VSAT trong một mạng

Mạng VSAT được xem như là một công cụ phục vụ cho khách hàng Có thể

là một mạng độc lập hay một mạng con được triển khai trên cơ sở một mạng Hub chia sẻ

Hình 1.1 M ạng VSAT

Các trạm VSAT truyền dẫn số với tốc độ bit thấp và trung bình ( 2Mbps)

Về chất lượng thiết bị thì kích thước của mạng vẫn tuỳ thuộc vào dung lượng luồng dữ liệu,dựa trên:

● Số lượng người sử dụng cần phục vụ, một người sử dụng cũng chính là một trạm VSAT từ xa Một trạm VSAT có thể phục vụ cho một số người sử dụng, công ty hay là khu vực cần sử dụng bằng cách kết nối nó với một mạng dữ liệu nội hạt (LAN) hoặc kể cả với một mạng mặt đất

b) Yêu c ầu về phần không gian (công suất và độ rộng băng tần vệ tinh)

Các yếu tố chính quyết định về yêu cầu về phân vùng không gian,chi phí

phân vùng không gian là chi phí của toàn bộ hệ thống:

● Các đặc tính của bộ phát đáp vệ tinh như là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP), dải biến đổi mật độ công suất và độ rộng băng tần

● Thông số G/T của các trạm mặt đất thu và các trạm VSAT từ xa

● Số lượng và tốc độ dữ liệu của sóng mang TDM tuyến ra Do kích thước nhỏ của anten VSAT nên đây chính là yếu tố quyết định chủ yếu cho toàn bộ công suất phát xạ đẳng hướng tương đương cần thiết của bộ phát đáp (bộ phát đáp thường hoạt động ở chế độ công suất giới hạn)

● Số lượng và tốc độ dữ liệu của sóng mang TDM tuyến vào, là yếu tố quyết định chủ yếu cho độ rộng băng tần của bộ phát đáp

Bên cạnh đó còn có các yêu cầu về chất lượng truyền dẫn (tỷ lệ lỗi bít BER),

độ sẵn dùng, môi trường can nhiễu, hiện tượng Fading

c) T ần số sử dụng của mạng VSAT

Mạng VSAT thường sử dụng băng tần nghiệp vụ cố định vệ tinh (FSS –

fixed satellite service) được quy định bởi ITU (trừ trường hợp mạng VSAT được

sử dụng cho cung cấp dịch vụ phát thanh hoặc truyền hình quảng bá thì sử dụng băng tần nghiệp vụ quảng bá vệ tinh BSS) là băng tần C và băng tần Ku Đối với băng tần sử dụng của mạng VSAT là băng tần Ku và băng C thì các ưu, nhược điểm được tóm tắt ở bảng sau:

Ưu điểm Nhược điểm

Dùng chung băng tần với nhiều hệ thông vi-ba

1.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của mạng VSAT

a) Ưu điểm

● Khả năng cung cấp dịch vụ lớn do tầm phủ sóng của vệ tinh lớn

● Khả năng truyền dẫn với tốc độ bit cao thường là 64 Kbps hay 128 Kbps

có thể là hơn thế nữa

● Khả năng quảng bá thông tin cao

● Chi phí thông tin phụ thuộc vào khoảng cách

● Cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, từ cung cấp dịch vụ quảng bá đến dịch vụ viễn thông internet, từ việc sử dụng làm truyền dẫn cho mạng viễn thông đến sử dụng làm truyền dẫn cho thiết lập mạng dùng riêng

● Có chất lượng truyền dẫn tốt ( tỉ lệ lỗi bit < 10-7 )

● Thiết lập các trạm VSAT ở bất kỳ nơi nào nằm trong vùng phủ sóng

Hình 1.2 Ưu điểm của VSAT

hình phải có phương pháp mã hoá, bảo mật phù hợp để bảo vệ trước việc thu trộm thông tin bất hợp pháp

● Khả năng khôi phục hệ thống khi có sự cố vệ tinh, điều này xảy ra do mạng VSAT chỉ sử dụng một vệ tinh để thiết lập kênh truyền dẫn đến người sử dụng dịch vụ Trong trường hợp xảy ra sự cố như trên bắt buộc phải chuyển sang

vệ tinh dự phòng và dẫn đến người sử dụng cũng phải điều chỉnh anten đến vị trí phù hợp

● Trễ truyền dẫn trên đường truyền vệ tinh

Vì vậy trong thông tin phải có mạch triệt tiếng dội có chất lượng cao để giảm tối

đa ảnh hưởng của trẽ truyền dẫn

tới VSAT và tương ứng với những ứng dụng tại máy tính chủ kết nối với trạm Hub.

Hầu hết các mạng VSAT đều sử dụng cấu hình này vì với độ tăng ích (một tham số ảnh hưởng đến hiệu suất) anten của trạm chủ HUB sẽ cho phép tối ưu phần không gian và giảm nhỏ kích thước anten của người sử dụng Các mạng hình sao có thể được sử dụng để triển khai các đường truyền một chiều hay hai chiều giữa các trạm Hub và các trạm VSAT từ xa.Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của cấu hình sao là trễ đường truyền thông giữa trạm VSAT và VSAT

* Một số đặc tính cơ bản của mạng hình sao:

● Khả năng thiết lập đồng thời các tuyến thông tin giữa trạm Hub với các trạm VSAT, kể cả một chiều lẫn hai chiều

● Vấn đề kinh tế, mô hình tối ưu của mỗi trạm mặt đất ( Hub và VSAT) sao cho chi phí (Thiết bị và phần không gian) phải tương xứng với lưu lượng thông tin của nó

Hình1.4 M ạng VSAT hình sao

Bảng dưới đây đưa ra các dịch vụ điển hình được cung cấp bởi mạng VSAT, các kiểu dịch vụ của mạng VSAT một chiều và hai chiều:

1.3.3 Mạng VSAT hình lưới

Cấu hình lưới cho phép các trạm VSAT được liên hệ trực tiếp với nhau Một trạm chủ HUB được thiết lập để điều khiển các quá trình thiết lập liên lạc nhưng không cần thiết cho điều khiển lưu lượng Trong một số trường hợp cụ thể, một trạm VSAT được kết hợp cùng các chức năng quản lý và điều khiển nên xem như không có trạm chủ HUB

Đối với các mạng VSAT Meshed, có những hạn chế sau đây:

- Hạn chế Transponder vệ tinh

- Kích thước VSAT nhỏ do đó bị hạn chế công suất phát cũng như độ nhạy thu

Từ những hạn chế nêu trên, có thể thấy tín hiệu sau khi giải điều chế gởi đi cho đầu thu có thể không đạt được yêu cầu chất lượng Do đó, một kết nối trực tiếp

từ VSAT đến VSAT có thể không được chấp nhận

1.4 Các ứng dụng của hệ thống VSAT

* Các ứng dụng trong quảng bá: Ứng dụng phổ biến nhất của hệ thống này

là giám sát môi trường hay khí tượng , giám sát các đường ống dẫn và mạng truyền tải điện từ các trạm tự động

Thị trường chứng khoán, tỷ giá hối

đoái, cổ phiếu

Tin tức, thông cáo báo chí từ các

hãng thông tấn

Các danh mục giá cả, các bản lưu

kiểm kê từ các nhà sản xuất và công

ty tương mại đưa các thông tin thời

tiết từ các trạm khí tượng thuỷ văn

để đến các sân bay

Phân phối các tài liệu fax từ các

trung tâm quản lý Phân phối tín

hiệu video, truyền hình trong các

ứng dụng thương mại

Các hoạt động tài chính, ngân hàng, bảo hiểm chuyển đổi và truyền các file dữ liệu quản lý kinh doanh

Các hoạt động tại các điểm kinh doanh, đặc biệt hoạt động quản lý hằng ngày ở các siêu thị, các điểm bán lẻ

Kiểm tra thẻ tín dụng tại các máy giao dịch tự động

Cung cấp dịch vụ giữ chỗ trước cho các ngành kinh doanh như hàng không, du lịch, khách sạn

Thu nhập dữ liệu và cung cấp các dịch

vụ điều khiển Thư điện tử (Email)

* Ứng dụng tương tác ( Thoại, internet, truyền dữ liệu,…) là ứng dụng

thông tin hai chiều cung cấp cho người sử dụng được thực hiện thông qua mạng VSAT Ngoài ra mạng VSAT còn được ứng dụng làm truyền dẫn trong mạng viễn thông và các ứng dụng khác

VSAT hai chiều sẽ bổ sung cho các dịch vụ một chiều đã nói trên và mang lại phạm vi ứng dụng rất rộng rãi

Hình 1.5 Ứng dụng tương tác

* Ứng dụng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA -

Supervisory control and data acquisition) là loại dịch vụ hai chiều tương ứng với một giao dịch trên giây hoặc trên phút đối với mỗi đầu cuối Ví dụ về các ứng dụng đang kiểm soát và giám sát đường ống, hệ thống nhà ga, các tiện ích điện và tài nguyên nước

*Ứng dụng mạng VSAT quân sự:

Mạng VSAT đã được chấp nhận bởi nhiều lực lượng quân sự trên thế giới Quả thực, sự linh hoạt trong việc triển khai các VSAT làm cho VSAT trở thành một phương tiện truyền thông có giá trị có thể lắp đặt các trạm tạm thời nhỏ tạm thời,

liên kết giữa các đơn vị chiến đấu với trụ sở chỉ huy chính, nơi lắp đặt trạm HUB trung tâm

1.5 Các dịch vụ cung cấp và lưu lượng của mạng VSAT

Doanh nghiệp viễn thông cung cấp dịch vụ VSAT có trách nhiệm thuê dung lượng vệ tinh của nhà khai thác dịch vụ vệ tinh để thiết lập mạng VSAT của mình Việc cung cấp dịch vụ VSAT được thực hiện trực tiếp giữa doanh nghiệp cung cấp dịch vụ VSAT (là doanh nghiệp viễn thông và được cơ quan quản lý có thẩm quyền cấp giấy phép được thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ cố định vệ tinh VSAT) và người sử dụng dịch vụ thông qua hợp đồng ký kết giữa hai bên Ngoài ra, để sử dụng dịch vụ VSAT, người sử dụng dịch vụ VSAT phải có Giấy phép sử dụng tần

số và thiết bị thu phát vô tuyến điện cho trạm VSAT của mình theo quy định

Hình 1.6 Các đối tượng liên quan đến cung cấp và sử dụng dịch vụ VSAT

● Kích thước và lưu lượng của mạng VSAT:

Phát quảng bá và phân phối dữ liệu thuộc về dịch vụ một chiều, thường được hiểu truyền file từ 1 Mbyte đến 100 Mbyte dữ liệu Loại dịch vụ này không ảnh

hưởng nhiều về trễ nhưng lại yêu cầu tính nguyên vẹn cao của dữ liệu được truyền như trong ứng dụng tải xuống máy tính và phân phối dữ liệu đến các vị trí từ xa

Dữ liệu tương tác là dịch vụ hai chiều tương ứng với số phiên giao dịch trên phút cho một đầu cuối với các gói tin đơn dài 50byte đến 250byte trong cả liên kết tuyến ra và tuyến vào Trong thời gian phúc đáp yêu cầu thường là một vài giây, như trong ứng dụng về giao dịch ngân hàng và chuyển tài khoản điện tử tại nơi bán

Hỏi/đáp là dịch vụ hai chiều tương ứng với một số phiên giao dịch trên phút cho một đầu cuối Các gói tuyến vào thường 30byte đến 100byte ngắn hơn các gói tuyến ra thường 599byte đến 2000byte Thời gian phúc đáp là một vài giây Như là trong các ứng dụng đặt phòng khách sạn, đặt chỗ máy bay hay các câu hỏi dữ liệu

1.6 KHÁI QUÁT VỀ VSAT IP

1.6.1 Tổng quan về mạng IPSTAR

1.6.2 Giới thiệu về VSAT IP

Hệ thống VSAT-IP cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền IP băng rộng qua vệ tinh bằng các trạm mặt đất cỡ nhỏ (VSAT), 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 Hệ thống VSAT–IP được thiết kế theo cấu trúc mạng hình sao với các thành phần cơ bản gồm trạm cổng (GateWay), các trạm VSAT thuê bao (UT- User Terminal) và vệ tinh IPSTAR

Trên cơ sở hạn chế của các mạng VSAT băng hẹp hiện nay chỉ cung cấp dịch

vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp Do đó cần triển khai mạng VSAT băng rộng thế hệ mới, cung cấp đa dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao Tính năng của các dịch vụ cung cấp trên mạng VSAT băng rộng cũng giống như các dịch vụ trên nền IP hiện có trên các mạng mặt đất như :Thoại (VoIP); truy nhập Internet tốc độ cao (MegaN); Mạng riêng ảo (MegaWAN), và các dịch vụ gia tăng trên nền IP khác, chỉ khác là phương thức truyền ở đây sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến)

VSAT-IP là một mạng băng rộng thế hệ mới sử dụng hệ thống vệ tinh IPSTAR, cung cấp đa dịch vụ từ một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao áp

dụng công nghệ phủ sóng nhiều búp hẹp (spot beams) để tái sử dụng tần số, mở rộng phổ tần làm việc rộng hơn rất nhiều so với các vệ tinh thông thường, tăng công suất cho từng spot beam Nó gồm ba thành phần cơ bản là: trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR và các trạm vệ tinh thuê bao (User Terminal-UT)

- Cước phí hợp lý

VSAT-IP sử dụng những công nghệ viễn thông mới nhất để giảm tối đa chi phí cung cấp dịch vụ

- Phạm vi phục vụ lớn

Dịch vụ được cung cấp tới cả các vùng sâu, vùng xa, nơi biên giới, hải đảo với những địa hình phức tạp nhất

- Bảo mật thông tin tốt

Thông tin của chúng ta được đảm bảo an toàn khi sử dụng dịch vụ VSAT-IP

- Thời gian cung cấp ngắn

Do thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt; thủ tục đăng ký dịch vụ đơn giản nên thời gian cung cấp dịch vụ VSAT-IP được rút ngắn hơn nhiều so với các dịch vụ VSAT truyền thống

1.7 Kỹ thuật của mạng VSAT- IP

Các phương thức đa truy nhập hiện nay bao gồm ba kỹ thuật đa truy nhập cơ bản:

- FDMA ( đa truy nhập phân chia theo tần số )

- TDMA ( đa truy nhập phân chia theo thời gian )

- CDMA ( đa truy nhập phân chia theo mã)

1.7.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

FDMA (Frequency Division Multiplex Access) là loại đa truy nhập được dùng phổ biến trong thông tin vệ tinh, trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất phát đi một sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang của các trạm mặt đất khác

Hình 1.8 Đồ thị tần số - thời gian FDMA

Độ rộng luồng phát đáp (thường là 36MHz hoặc 72 MHz) được phân chia cho mỗi trạm mặt đất để phát đi ở các tần số riêng biệt cho mỗi trạm Khi nhận,

trạm mặt đất điều chỉnh máy thu của chúng đến tần số mong muốn để khôi phục lưu lượng thông tin đã dành cho trạm Các tín hiệu được truyền đi đồng thời nhưng ở các tần số khác tương ứng với mỗi sóng mang Việc phát đi lưu lượng sẽ chiếm băng tần qui định ở luồng phát đáp dành cho chúng Các sóng mang được phân cách với nhau bằng băng tần bảo vệ thích hợp sao cho chúng không chồng lấn lên nhau

Trong hệ thống Thông tin vệ tinh dùng FDMA thì mỗi trạm mặt đất khi phát tín hiệu thì được làm việc với một phần bộ phát đáp đã được dành riêng trước cho trạm đó

Phương pháp này cho phép tất cả các trạm truyền dẫn liên tục

● Ưu điểm của FDMA: là không cần thiết điều khiển định thời đồng bộ và các thiết bị sử dụng khá đơn giản Hiệu quả sử dụng công suất vệ tinh của nó là khá tốt

● Nhược điểm của FDMA: vì các kênh truyền dẫn được phân chia theo một thước đo vật lý là tần số Nên phương pháp này thiếu linh hoạt trong việc thay đổi cách phân phối kênh và hiệu quả thấp khi số sóng mang tăng Nhưng bù lại phương pháp này có thủ tục truy nhập đơn giản, các cấu hình phương tiện trạm mặt đất cũng đơn giản hơn

Phương pháp FDMA có thể chia thành hai loại : phương pháp đa kênh trên một sóng mang MCPC ( Multiple Channel Per Carrier), phương pháp Một kênh trên một sóng mang SCPC ( Signal Channel Per Carrier)

1.7.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA( Time Division Multiple Access) là một phương pháp tiêu biểu được sử dụng đa truy nhập hoàn toàn bằng

kỹ thuật số rất có hiệu quả cho việc thiết lập ( dựa trên cơ sở phân chia các khe thời gian) các mạng có cấu hình điểm nối điểm, điểm nối đa điểm, và cấu hình mạng lưới Hệ thống TDMA có thể sử dụng tốt nhất công suất vệ tinh Vì tất cả các trạm đều sử dụng cùng một tần số nên bộ phát đáp chỉ được chuyển tiếp các tín hiệu của một trạm tại thời điểm nhất định Do đó có thể thay đổi dễ dàng dung lượng truyền

tải nên linh hoạt trong việc chấp nhận thay đổi trong thiết lập tuyến và hiệu suất sử dụng tuyến cao Tuy nhiên TDMA lại yêu cầu đồng bộ cụm và công suất phát cao

Hình 1.9 TDMA

● Ưu điểm của TDMA

- Trong TDMA sóng mang trong bộ phát đáp vệ tinh không bao giờ lớn hơn 1

- Sử dụng hiệu quả công suất vệ tinh vì nhiễu xuyên điều chế là nhỏ

- Tính linh hoạt trong khai thác khi thay đổi nhu cầu dung lượng

- Tăng dung lượng truyền dẫn lớn bằng cách chọn kỹ thuật nội suy tiếng nói SDI(Digital Speech Interpolation), mã hoá nguồn và kênh

- Dễ dàng thực hiện đấu nối với các mạng thông tin số mặt đất

● Nhược điểm của TDMA

- Phương thức TDMA đòi hỏi sự đồng bộ định thời trên toàn mạng, do đó nó tương đối phức tạp

- Tín hiệu tương tự phải đổi sang tín hiệu số

- Giao diện đối với các thiết bị mặt đất tương đối đắt

1.7.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA dựa trên kỹ thuật điều chế trải phổ Trong kỹ thuật này người sử dụng đều phát tín hiệu đồng thời trên một kênh truy cập Tín hiệu bản tin được trải phổ trên băng tần rộng bằng cách nhân nó với một nhiễu giả hay tín hiệu trải phổ giả ngẫu nhiên Để điều chế tín hiệu, bộ thu lấy tương

quan chéo cho giá trị lớn nhất chỉ khi các mã là phù hợp, nếu không kết quả đưa ra

là giá trị thấp Mỗi trạm được cấp một mã duy nhất và sóng mang của trải phổ được phân chia theo tốc độ lan truyền số liệu gồm trải phổ trực tiếp và trải phổ nhảy tần

● Ưu điểm

-Hoạt động đơn giản không đòi hỏi dồng bộ giữa các trạm, chỉ cần đồng bộ

mã của tín hiệu thu

-Chống nhiễu giao thoa do các hệ thống vô tuyến gây ra, giao thoa do phản

xạ Điều này cho phép mạng các trạm mặt đất nhỏ dùng anten có góc nửa công suất lớn hay cho thông tin vệ tinh di động ( MSAT)

-Bảo mật chống nhiễu tốt hơn TDMA và FDMA

-Thiết bị đường truyền không đòi hỏi lớn về công suất và kích cỡ

Thực tế dùng FDMA cho các kênh đường lên thì dễ điều khiển hơn dùng TDMA và dẫn đến yêu cầu EIRP từ các trạm mặt đất có thể có giá trị tối thiểu, trong khi đó TDM (dạng sóng liên tục) là kỹ thuật có tính truyền thống đơn giản nhất cho đường xuống (ở tuyến ra) xét cả về phương diện cả phát tín hiệu từ vệ tinh xuống và thu tín hiệu ở các trạm Vì vậy, phương pháp sử dụng FDMA/TDM tỏ ra

là phương pháp hiệu quả

Các hệ thống thông tin FDMA/TDM có thể hoạt động dưới dạng dạng các ạng chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch kênh Trong cảc hai trường hợp, phương pháp chung để khởi tạo truy cập vào mạng đều được tiến hành thông qua một kênh báo hiệu dành riêng dùng kỹ thật Aloha phân khe

Các bản tin tuyến vào được truyền đi trên một sóng mang FDMA được phân phối trước, bởi các khoảng tần số TDMA đã định Trong thực tế việc truyền dẫn TDMA không được đồng bộ một cách đầy đủ bởi một trạm mặt đất chuẩn mà được lựa chọn theo chế độ phân phối

Để cải thiện chất lượng truyền dẫn thì việc điều chế số (SPSK hoặc QPSK) trên các sóng mang tuyến ra hoặc tuyến vào thường được kết hợp với phân phối mã hoá sữa lỗi tại nơi thu

Sự kết hợp TDM, TDMA và FDMA cho phép xử lý hàng ngàn đầu cuối trạm VSAT cùng chia sẽ trên một phần tử của bộ phát đáp.Tất cả các bản tin (tuyến vào hay tuyến ra) thường được định dạng dưới dạng các gói dữ liệu.Trong thực tế hệ thống VSAT thực hiện như một mạng chuyển mạch gói, trong đó với các giao thức bên trong đảm bảo việc truyền dữ liệu với độ tin cậy cao

1.8 Hoạt động của VSAT- IP

Hình 1.10 C ơ chế hoạt động của VSAT - IP

Trạm cổng (Gateway) có chức năng truy nhập vào mạng công cộng (VSAT

là mạng độc lập, phải thông qua cổng để vào mạng công cộng - mạng nội địa truy xuất tài nguyên) Sau đó, tài nguyên Internet và viễn thông từ trạm cổng sẽ được gửi dưới dạng các gói dữ liệu tới trạm vệ tinh thuê bao (UT) Các vệ tinh IP STAR sử dụng công nghệ nhân băng tần bằng việc dùng nhiều búp sóng nhỏ (spot beam) phủ chụp để truyền tải, tạo ra băng thông lớn hơn nhiều so với vệ tinh thông thường Các máy trạm tại mặt đất nhận sóng của vệ tinh, chuyển tải để hoạt động như các

máy trạm bình thường của mạng mặt đất Phương thức truyền tải trên mạng VSAT

sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến) Trạm VSAT thực chất như một tổng đài, chỉ khác

về phương pháp truyền tải không qua cáp quang, dây nối như mạng mặt đất, mà dùng sóng vệ tinh nhưng vẫn đảm bảo được độ lớn băng thông và chất lượng truyền tải dữ liệu bằng các công nghệ tiên tiến

1.9 Công nghệ của IPSTAR

IPSTAR là hệ thống vệ tinh (VSAT) với những công nghệ đột phá và đón đầu đảm bảo chất lượng và giá thành hạ Được thiết kế cho truyền thông băng rộng,

2 chiều, tốc độ cao, trên nền IP, hoàn toàn hỗ trợ kết nối Internet thông thường

IPSTAR sử dụng: Công nghệ TIÊN TIẾN + Vệ tinh ĐỊA TĨNH

IPSTAR : Các công nghệ mới :

Công nghệ đoạn không gian

Công nghệ đoạn mặt đất

1.9.1 Công nghệ đoạn không gian:

Vệ tinh IPSTAR: địa tĩnh, băng Ku với công nghệ anten mới đa búp sóng Nhiều búp điểm hẹp cho phép:

 Tăng băng thông (gấp 20 lần so với các vệ tinh băng Ku truyền thống) do tái sử dụng tần số

 Giảm giá thành: mặc dù giá thành sản xuất có cao hơn gắn liền với công nghệ búp điểm phức tạp, song tổng giá thành trên mạch sẽ thấp hơn nhiều so với các vệ tinh búp rộng đang tồn tại

*Hệ thống quản lý công suất động mới:

 Là công nghệ mới điều chỉnh động công suất trên vệ tinh cho từng búp

để thích hợp với điều kiện thời tiết: tối ưu sử dụng công suất giữa các búp và dành

20 % công suất để cấp cho những búp có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi pha đinh do mưa

 Làm tăng hiệu quả sử dụng công suất trên vệ tinh

 Duy trì độ sẵn sàng tuyệt vời của tuyến cho mỗi búp

1.9.2 Công nghệ đoạn mặt đất

* Công ngh ệ mã hóa và điều chế mới tiên tiến :

 Tăng băng thông, bảo đảm sử dụng hiệu quả băng tần vô tuyến Cho phép truyền dẫn số tốc độ cao, linh hoạt

 Giảm tiêu thụ công suất (giảm kích thước trạm mặt đất thiết bị đầu cuối, công suất yêu cầu và giá thành phần cứng)

 Duy trì độ sẵn sàng của tuyến rất cao

* H ệ thống quản lý băng thông động (DLA- Dynamic Link Allocation ):

 Điều chỉnh động băng thông (mức điều chế và tốc độ mã hóa) cho mỗi sóng mang trong mỗi búp sóng phù hợp với điều kiện thời tiết Phân bổ đường truyền linh hoạt

 Duy trì độ sẵn sàng của tuyến rất cao

* C ấu trúc truyền dẫn tiên tiến đối với cả 2 đường (đường đi và đường về

t ương ứng đường xuống và đường lên )

- Cung cấp một băng thông nền chung giữa nhiều ngườI sử dụng

- Tối ưu hóa và quản lý băng thông động cho phù hợp với bản chất không đối xứng và đột biến của Internet

Hệ thống IPSTAR được đặc trưng bởi cung cấp các dịch vụ tương tác không đối xứng, linh hoạt hỗ trợ tuyến đi (FordWard) băng rộng cùng với tuyến về (Return) băng hẹp, cả hai tuyến đều qua vệ tinh

1.10 Kết luận chương

Chương này đã tìm hiểu được một cách tổng quát về VSAT và những lợi ích

to lớn mà VSAT đem lại Đồng thời cũng trình bày tổng quan và các đặc điểm của

hệ thống VSAT qua đó có thể thấy sự ứng dụng rộng rãi của cấu hình mạng hình sao Tiêu biểu như IPSTAR ở Việt Nam Từ chương này giúp chúng ta biết được những điểm mạnh và những hạn chế của VSAT mà từ đó áp dụng vào thực tế một

cách linh hoạt

Với việc kết hợp cơ sở vệ tinh truyền thống với các công nghệ mới thì đã có thể úng dụng loại hình dịch vụ băng rộng tốc độ cao VSAT-IP Với sự phát triển vượt bậc về công nghệ thì tương lai sẽ có nhiều loại hình dịch vụ truyền thông vệ tinh có độ tin cậy cao và dung lượng lớn là một điều tất yếu

Qua chương này chúng ta thấy được vai trò cực kỳ quan trọng của VSAT-IP trong lĩnh vực thông tin viễn thông VSAT-IP là bộ phận trung gian giúp cho sự giao lưu về văn hóa, xã hội, chính trị giữa các vùng miền trong một đất nước hay giữa các quốc gia trên thế giới xích lại gần nhau và nhiều vấn đề khác nữa

VSAT-IP còn mang lại tính bảo mật khi truyền dữ liệu từ nơi này tới nơi khác, giúp cho sự phát triển về kinh tế, chính trị, giáo dục,… của các quốc gia trên thế giới như ở Việt Nam đang triển khai lắp đặt các trạm VSAT-IP để nhằm xóa

mù thông tin cho vùng sâu vùng xa và phát triển các dịch vụ như truyền hình hội nghị, truyền hình theo yêu cầu, đào tạo từ xa e - learning…

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TUYẾN LÊN

HỆ THỐNG VSAT IP

2.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Mục đích chính của việc thiết kế là thiết lập tỷ số C/No theo yêu cầu tại đầu vào máy thu Vì vậy trọng tâm của chương này là tính toán các thông số được lựa chọn kỹ lưỡng để nhận dược tỷ số C/No để đầu vào máy thu đạt yêu cầu, từ đó kiểm tra xem tuyến đạt chất lượng so với yêu cầu hay không Qua đó, dựa vào các thông số tính được để lựa chọn các cấu hình cần thiết cho việc thiết lập trạm mặt đất trong thông tin vệ tinh

2.2 MÔ HÌNH, THÔNG SỐ VÀ CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN TRONG

HỆ THỐNG THÔN TIN VỆ TINH

2.2.1 Mô hình tuyến

Hình.2.1.Mô hình ho ạt động của mạng VSAT-IP

2.2.2.Các thông số cần cho tính toán

Cấu hình trạm mặt đất cần chủ yếu là các tham số:

• Loại anten (đường kính, hiệu suất, hệ số phẩm chất, nhiệt độ tạp âm)

• Công suất máy phát

Việc tính toán sẽ dựa trên một số giả thiết cho trước như:

• Chất lượng tín hiệu yêu cầu

• Các tham số suy hao

• Hệ số dự trữ

Các tham số sử dụng trong tính toán thiết kế có thể phân chia theo thành phần hệ thống liên quan như:

a.Trạm mặt đất

- Vị trí địa lý cảu trạm, tính toán các tham số như suy hao do mưa, góc nhìn

vệ tinh, cự ly thông tin, suy hao đường đường truyền

- Mức công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP – Equivalent Isotropic Radiated Power), công suất phát xạ, hệ số phẩm chất (Ge/Te) của trạm

- Nhiệt độ tạp âm hệ thống: liên quan tới độ nhạy và hệ số phẩm chất

- Ảnh hưởng của tạp âm điều chế bên trong tới tỷ số tín hiệu trên tạp âm

- Các đặc điểm của thiết bị (suy hao fiđơ, suy hao phân cực anten, đặ tính

bộ lọc,…) để biết hệ số dự trữ kết nối

b.Vệ tinh

- Vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo

- Mức EIRP của vệ tinh, hệ số phẩm chất của vệ tinh

- Băng thông máy phát đáp, dạng phân cực, dải tấn làm việc

- Mật độ thông lượng bão hòa

- Mức lùi công suất đầu vào (IBO), đầu ra (OBO)

Khi xem xét đến nhiễu các nhà vận hành vệ tinh sử dụng nhiều phương pháp khách nhau ( như ở intersat sử dụng thông số C/N (dB) để xem xét nhiễu trong khi

ở Eutesat thì ngược lại sử dụng C/N0(dBHz)) Chất lượng và độ sẵn dùng được định

nghĩa là các khoảng % thời gian mà trong đó các mức ngưỡng BER không vượt mức quá

Trước khi đi vào tính toán bài toán cụ thể ta cần xem xét vấn đề như:

Việc xác định kích thước anten và công suất yêu cầu trên một đường truyền là tùy thuộc vào độ lợi của bộ phát đáp Độ lợi này thường được đưa ra ở trạng thái bão hòa của bộ phát đáp.Điều này còn tùy thuộc vào đặc tính phi tuyến TWT hay SSPA của bộ phát đáp

Sự chiếm dụng của một mạng vệ tinh có thể được miêu tả bằng hai đại lượng:

- Sự chiếm dụng băng thông: là tỉ số tổng các băng tần được phân phối cho mỗi sóng mang của mạng chia cho độ băng rộng của bộ phát đáp

- Sự chiếm dụng công suất: là tỉ số EIRP cần dùng cho mỗi sóng mang của mạng chia cho EIRP hữu dụng của bộ phát đáp (EIRP ở trạng thái bão hòa trừ cho toàn bộ mức lùi đầu ra

2.2.3.Tính toán cự ly thông tin, góc ngẩng và góc phương vị của anten trạm mặt đất

a) C ự ly thông tin

Trong đó:β0 là góc ở tạp âm ( độ)

d là khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh ( km)

Re là bán kính Trái đất, Re= 6378 km

r là bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh, r = 35.788 km

Hình.2.2.Các tham s ố của đường truyền trạm mặt đất – vệ tinh

Góc ở tâm β0 được tính theo công thức: [8]

cosβ0 = cosϕcos∆Le

với :ϕ - là vĩ độ của trạm mặt đất (độ)

∆Le - là hiệu kinh độ đông của vệ tinh với trạm mặt đất, ∆= Ls - Le

Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh , tính theo công thức:

d = (r2+R e2− 2rR e cosβ0) (km) (2.1)

e

e e

Góc phương vị là góc tạo bởi đường kinh tuyến đi qua trạm mặt đất với đường thẳng nối điểm đặt trạm mặt đất với điểm chiếu thẳng đứng vị trí vệ tinh lên mặt đất theo chiều kim đồng hồ như sau:

Hình.2.4.Góc ph ương vị của vệ tinh

Góc phương vị A được tính theo công thức: [8]

cos

tan

sin

R r E

ββ

−

2.2.4.Tính toán kết nối đường lên (UPLINK)

PR : công suất đầu vào anten thu vệ tinh

GR : tăng ích anten thu vệ tinh

GTmax : tăng ích anten phát của trạm mặt đất tại (tâm - boresight)

GRmax : tăng ích thu của anten trạm mặt đất tính tại ( tâm – boresight)

GT : tăng ích của anten phát của trạm mặt đất

LFTx : suy hao của fiđơ nối từ máy phát ra anten của trạm mặt đất

LFRx : suy hao của fiđơ nối từ anten thu tớ transponder của vệ tinh

φ : mật độ thông lượng công suất tại vệ tinh

θT : góc lệch trục anten của trạm mặt đất

θR : góc nửa công suất của anten vệ tinh

Hình.2.5.Mô hình phân tích c ủa tuyến lên

Thông thường độ chênh lệch giữa đường biên (EOC – edge of coverage )

và ( tâm – boresight) là 3dB Tương ứng với nó là công suất giảm đi hai lần so với giá trị cực đại Tỷ số (C/N0)U được xác định như sau:

 

 

  là hệ số phẩm chất thiết bị thu của vệ tinh

G1 là tăng ích của một anten lý tưởng có diện tích 1m2

k là hằng số Boltzman

a) M ật độ thông lượng công suất đạt được tại vệ tinh

Mật độ công suất tại vệ tinh được tính theo công thức sau:

• EIRP ES là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất

• G1 là tăng ích của một anten lý tưởng có diện tích 1m2

• L U là suy hao tuyến lên

Từ phương trình trên , chúng ta nhận thấy φcó thể được điều khiển bởi

IR ES

E P của trạm ES phát phân bố cho sóng mang

b) H ệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất G Te

Độ lợi anten là thông số rất quan trọng trong trạm mặt đất, anten đặt ở ngõ vào để khuếch đại tín hiệu rất nhỏ từ picowatt đến nanowatt Độ khuếch đại lớn sẽ làm tăng tỉ số C/N, nó liên quan đến chảo anten và băng tần công tác [7]

c

  hoặc G Te = 10 lg( ) 20lg( D ) 20lg( )η + r f U − c dB[ ] (2.7)

Với: D: đường kính của anten phát

λU: bước sóng tín hiệu phát lên

f U : tần số tín hiệu phát lên

η : hiệu suất của anten, η thường khoảng 50 – 70%

c : vận tốc ánh sáng, c = 3.10 8 m/s

m ặt đất “earth station”, s – là của vệ tinh “ satellite”) [8]

Công suất bức xạ hiệu dụng EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) còn gọi là công suất phản xạ đẳng hướng tương đương, nó biểu thị công suất của chùm sóng chính phát từ trạm mặt đất đến vệ tinh Được tính toán bằng công suất

máy phát đưa tới anten trạm mặt đất P Te với hệ số tăng ích của anten phát G Te

EIRP e = P Te G Te (W) hoặc đổi ra đơn vị dB:

EIRP e = 10lg(P Te ) + G Te [ ]dB (2.8) EIRP thông thường của trạm mặt đất có giá trị từ 0 (dBW) đến 90 (dBW), còn của vệ tinh từ 20 (dBW) đến 60 (dBW)

d) T ổng Suy hao tuyến lên L u

Tổng suy hao tuyến lên: L U = L au + L pu + L mu ( dB) (2.9)

Trong đó: L pu– suy hao tuyến phát trong không gian tự do

L au – suy hao do hệ thống fiđơ và đầu vào máy thu

L mu – hệ số dự trữ suy hao do: thời tiết (mưa tuyến lên), lệch búp sóng phát so với vệ tinh, lệch phân cực anten…

e) M ật độ thông lượng của sóng mang trên vệ tinh

Mật độ thông lượng sóng mang trên vệ tinh chính là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương trên một đơn vị diện tích mà vệ tinh nhận được [7]

Công suất sóng mang thu là một yếu tố quan trọng trong việc xác định chất lượng của một tuyến thông tin vệ tinh, công suất sóng mang phụ thuộc vào thiết bị như công suất máy phát, hệ số tăng ích của anten thu vệ tinh….Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu vệ tinh được xác định theo công thức

S IR S

Với : G RS – hệ số khuếch đại anten thu của vệ tinh

T s – nhiệt độ tạp âm máy thu vệ tinh, T s= 2900K

B – băng thông cấp cho sóng mang

Trong các tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng của tuyến được đánh giá bằng

tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm (C/N0), hay công suất sóng mang trên nhiệt tạp âm tương đương (C/T0) Tạp âm và can nhiễu chủ yếu phụ thuộc vào môi trường bên ngoài như môi trường truyền sóng, các nguồn phát sinh tạp âm và can nhiễu của các hệ thống viba lân cận

(C/N)U = C RS – N S = EIRP e – L U + G RS - N S (dB) (2.14) (C/N)U là tỷ số sóng mang trên tạp âm tại đầu vào bộ giải điều chế máy thu

vệ tinh

-T ỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên bão hòa (C/N 0 ) Usat

Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên bão hòa (C/N0)Usat được tính theo công thức :

G1 : Độ lợi Anten thu (/m2)

(G/T)SL: Hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh

k : là hằng số Boltzman, k =1,38.10-23(J/0K)