Tìm hiểu về Vinasat

hợp có nhiều sóng mang chiếm toàn bộ phát đáp trong cùng một khoảng thời gian. Vì thế Hub sẽ có một kênh riêng biệt với băng thông rất bé để đồng bộ và điều khiển các trạm Vsat trong một mạng. Hình 3.1. Anten trạm Hub Khi trạm A có gói data cần phát cho trạm B thì Hub sẽ chỉ lệnh cho trạm A được phát, trạm A sẽ điều chế gởi tín hiệu, các trạm còn lại sẽ nghỉ, sau chu kì đến trạm B phát, sau chu kì nữa thì trạm C phát…mỗi một trạm phát thì tất cả các trạm còn lại đều thu, tuy nhiên chi có gói data của trạm A là đến được trạm B còn trạm khác chi thu tín hiệu nhưng không có gói dữ liệu. Để tìm hiểu kỉ hơn thì tham khảo qua sơ đồ sau. Hình 3.2 Khung TDMA Cụm chuẩn đánh mốc khởi đầu của một khung. Cụm này được chia thành các khối chức năng hay các kênh khác nhau như sau: ƒ * Khôi phục sóng mang và định thời bit: CBR. 1. Cho phép bộ giải điều chế của trạm mặt đất thu khôi phục lại sóng mang được tạo ra từ bộ dao động nội ở máy phát để giải điều chế nhất quán. Cho mục đích này đoạn đầu chứa một chuỗi bit cung cấp pha sóng mang không đổi. 2. Cho phép bộ tách sóng của trạm mặt đất thu đồng bộ đồng hồ quyết định bit của mình với tốc độ bit của ký hiệu; cho mục đích này đoạn đầu chứa một chuỗi bit cung cấp các pha đảo luân phiên. * Từ mã cụm: BCW (hay còn gọi là từ duy nhất: UW). Cho phép trạm mặt đất xác định khởi đầu của một cụm bằng cách so sánh BCW thu đươc với bản sao của từ này ở trạm mặt đất. Ngoài ra từ duy nhất này cũng cho phép máy thu giải quyết được vấn đề sự không rõ ràng pha trong trường hợp giải điều chế nhất quán. Biết được khởi đầu của cụm, tốc độ bit và giải quyết được (nếu cần) sự không rõ ràng pha, thì máy thu có thể xác định được tất cả các bit xẩy ra sau từ duy nhất. * Mã nhận dạng trạm: SIC. Cho phép nhận dạng trạm phát Cụm lưu lượng bao gồm đoạn đầu, trường lưu lượng và đoạn cuối. Đoạn đầu có các khối chức năng giống như cụm chuẩn. Ngoài ra nó có thêm một khối chức năng cho kênh nghiệp vụ (OW). Khối chức năng này cho phép truyền các bản tin nghiệp vụ giữa các trạm (thoại và telex) và báo hiệu. Trường lưu lượng được đặt ở sau đoạn đầu và đây là trường truyền dẫn thông tin hữu ích. Ở phương pháp 'một sóng mang trên một trạm' khi cụm được truyền từ một trạm mang tất cả thông tin từ trạm này đến các trạm khác, trường lưu lượng được cấu trúc thành các cụm con tương ứng với thông tin được truyền từ trạm này đến từng trạm trong số các trạm khác. Dựa vào sự phát triển của các trạm mặt đất Vsat làm nền tảng, hiện nay công nghệ sử dụng vệ tinh đã phát triễn thêm 1 hướng mới là kết hợp giữa đường truyền vệ tinh và giao thức IP. Hay công nghệ IP-STAR 3.3. ĐIỀU KHIỂN VỆ TINH: 3.3.1. PHÂN HỆ ĐO BÁM VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Phân hệ TT&C (Telemetry, Tracking and Command: Đo từ xa, bám và điều khiển) thực hiện một số chức năng thường xuyên trên vệ tinh. Chức năng đo từ xa có thể hiểu như là đo trên một cự ly xa. Một số tần số được quốc tế quy định để phát tín hiệu đo từ xa cho vệ tinh. Trong giai đoạn phóng vệ tinh, một kênh đặc biệt được sử dụng cùng với anten vô hướng. Khi vệ tinh đã vào quỹ đạo ổn định, một trong số các bộ phát đáp thường được sử dụng cùng với anten có hướng, khi xảy ra trình trạng khẩn cấp kênh này sẽ được chuyển mạch trở về kênh đặc biệt khi phóng vệ tinh Có thể coi đo từ xa và điều khiển là các chức năng bù lẫn cho nhau. Phân hệ đo từ xa phát thông tin về vệ tinh đến trạm mặt đất, còn phân hệ điều khiển thu các tín hiệu, thường là trả lời cho thông tin đo từ xa. Phân hệ điều khiển giải điều chế và khi cần thiết giải mã các tín hiệu điều khiển rồi chuyển chúng đến thiết bị thích hợp để thực hiện hành động cần thiết. Vì thế có thể thay đổi độ cao, đấu thêm hoặc cắt bớt các kênh, định hướng lại anten hoặc duy trì quỹ đạo theo lệnh từ mặt đất. Để tránh thu và giải mã các lệnh giả, các tín hiệu điều khiển được mật mã hoá. Bám vệ tinh được thực hiện bằng các tín hiệu hải đăng được phát đi từ vệ tinh. Các tín hiệu này được TT&C trạm mặt đất thu. Bám đặc biệt quan trong trong các giai đoạn chuyển và dịch quỹ đạo của quá trình phóng vệ tinh. Khi vệ tinh đã ổn định, vị trí của vệ tinh địa tĩnh có xu thế bị dịch có xu hướng trôi về hướng Đông do các lực nhiễu khác nhau. Các hải đăng bám có thể được phát trong kênh đo từ xa hay bằng các sóng mang tại các tần số trong một trong số các kênh thông tin chính hay bởi các anten bám đặc biệt. Định kỳ cũng cần có thông tin về khoảng cách từ vệ tinh đến trạm mặt đất. Thông tin này được xác định bằng cách đo trễ truyền các tín hiệu phát riêng cho mục đích đo cự ly. Để điều khiển Vinasat-1, ta có 2 trạm điều khiển: - Trạm thứ nhất có nhiệm vụ phát tra 1 búp sóng có HPBW (độ rộng búp sóng nữa công suất) là 0.10 - Trạm thứ hai làm nhiệm vụ điều khiển vệ tinh thông qua 1 kênh truyền đặc biệt, trạm này có 1 anten tự dao động gọi là Tracking anten, anten này có nhiệm vụ phải luôn bám vào vệ tinh Khi vệ tinh dao động trong khoảng lệch trụ 0.10 này thì tín hiệu phát từ vệ tinh mà các trạm mặt đất vẫn thu được ổn định. Nhưng trong trường hợp nào đó vệ tinh bị ảnh hưởng của các yếu tố ngoài không gian hay nguyên nhân nào khác, làm vệ tinh trôi ra khỏi quỹ đạo ban đầu thì ngay lập tức trạm thứ nhất sẽ gởi tín hiệu thông báo cho trạm thứ 2, trạm 2 sẽ gởi tín hiệu lên vệ tinh, kích hoạt bộ phận tên lửa bên hông vệ thịnh, đưa vệ tinh trở về quỹ đạo như cũ CHƯƠNG 4 CÔNG NGHỆ VSAT – IPSTAR 4.1. GIỚI THIỆU: Trạm mặt đất và trạm VSAT đã là các sản phẩm hoàn hảo, cơ hội phát triển trên thị trường là khả quan. Tuy nhiên để cạnh tranh với các phương tiện khác, đặc biệt là cáp quang, cần phải tiếp tục mở rộng sự ứng dụng của VSAT (tức là các kết nối trực tiếp của người sử dụng thông qua vệ tinh) dựa vào những ưu điểm về phạm vi và sự tinh tế của các ứng dụng. IP-STAR (Internet Protocol- Slotted Aloha TDMA Aloha Return Link :sử dụng giao thức Internet-) 4.2. VSAT IPSTAR: Internet Protocol - Slotted Aloha TDMA Aloha Return Link  cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền IP băng rộng qua vệ tinh bằng các trạm mặt đất cỡ nhỏ (VSAT) 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) liên lạc với nhau qua vệ tinh địa tĩnh Hình 4.1. Mô hình VSAT IPSTAR 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). UT SL UT SL UT SL UT SL Đường Trunking LNA Hình 4.2. Mô hình tổng quan VSAT IPSTAR VSAT IPSTAR sử dụng hệ thống vệ tinh 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). Trạm cổng Gateway của VSAT được kết nối với đường trục Internet (backbone), nguồn viễn thông quốc gia qua một tuyến truyền dẫn chuyên dụng SDH, hoặc qua cáp quang như thông thường. Trạm cổng khi đó sẽ khai thác tài nguyên từ mạng Internet và viễn thông quốc gia để cung cấp cho mạng VSAT nội bộ. Từ đó, tài nguyên được truyền tải theo dạng sóng vô tuyến lên tới các vệ tinh IP STAR, rồi qua các búp sóng nhỏ từ IP STAR chụp xuống đưa dữ liệu theo dạng sóng đến các UT (User Terminal - Trạm vệ tinh thuê bao). Quá trình đưa dữ liệu từ thuê bao máy trạm đến mạng Internet, viễn thông quốc tế cũng đi theo con đường tương tự ngược lại. Hình 4.3 Mô hình UT của dịch vụ IP STAR Lý do lựa chọn công nghệ chuyển mạch gói IP (công nghệ IP) thay vì công nghệ chuyển mạch kênh thông thường là: Thiết bị theo công nghệ chuyển mạch kênh đã lạc hậu, nhiều hãng đã dừng sản xuất loại này, nhất là các bộ ghép kênh ở dải tần cơ sở - Multiplexer. Hiện nay các thiết bị TTVT ở giải tần cơ sở (baseband) có xu hướng chuyển sang sử dụng công nghệ IP tích hợp đa dịch vụ với chi phí rẻ hơn, cấu hình thiết bị cũng đơn giản, dễ bảo trì và thay thế. Công nghệ IP cho phép tổ chức kết nối các dịch vụ truyền số liệu, thoại, video,... của mạng TTVT với các mạng hạ tầng viễn thông đơn giản, thuận lợi hơn so với công nghệ chuyển mạch kênh. Công nghệ IP sẽ giúp tiết kiệm băng thông nhiều so với các công nghệ cũ, không yêu cầu độ dự phòng công suất (back-off) cao, do đó giúp giảm kích thước ăng ten và công suất máy phát trạm mặt đất. Vấn đề bảo mật thông tin có thể thực hiện ở mức luồng IP, và điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế chế tạo các thiết bị bảo mật (VSAT tới VSAT) Phần mô tả và sơ đồ cấu trúc mạng dưới đây, qua phân tích các phần tử mạng sử dụng IP sẽ còn thấy rõ hơn những ưu điểm sau của phương án IP : Tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả truyền dẫn, giảm chi phí băng thông vệ tinh do chỉ một sóng mang được phát từ trạm HUB cho thoại, dữ liệu và thông tin video và được chia sẻ cho tất cả các trạm VSAT. Dữ liệu và thoại được đóng gói và đánh địa chỉ riêng rẽ với từng trạm VSAT. Nếu số lượng kênh thoại giảm và không có THHN thì băng thông sẽ được cấp phát cho truyền dữ liệu nhiều hơn. Khi đó tốc độ truyền số liệu tới trạm VSAT và tốc độ tải xuống sẽ tăng lên. Dữ liệu được cấp phát đảm bảo ở mức băng thông tối thiểu và thoại sẽ có ưu tiên băng thông cao hơn dữ liệu. Ngoài ra, phương án IP còn giảm độ phức tạp của thiết bị ở HUB: Theo giải pháp IP, HUB chỉ phát một sóng mang và chia sẻ cho tất cả các trạm VSAT. Công suất RF ở HUB sẽ nhỏ hơn khi so sánh với giải pháp phát nhiều sóng mang từ HUB. Đường lên (Up-link) của HUB chỉ cần một modem điều chế duy nhất, thay vì rất nhiều modem như phương án chuyển mạch kênh. Các bộ demodulator (giải điều chế) có thể chọn loại có nhiều đầu vào sóng mang đồng thời. Một số thiết bị HUB tích hợp cao với các card demodulator có thể giảm không gian trạm HUB xuống nữa. Điều này giúp giảm số lượng thiết bị, giảm phức tạp đấu nối dây ở trạm HUB và tiêu thụ điện. So sánh trạm VSAT: theo công nghệ chuyển mạch kênh (công nghệ Mux) và công nghệ IP có cấu trúc tương đương nhau, chỉ khác phần thiết bị ghép kênh băng tần cơ sở. Thiết bị router sử dụng loại ghép kênh đa dịch vụ được sản xuất rất nhiều, đa dạng về chủng loại và phù hợp kết nối giao diện IP. Tổ chức kết nối kênh dịch vụ linh hoạt, dễ dàng nhờ việc định tuyến các gói tin theo địa chỉ IP. Với công nghệ IP việc mã hoá bảo mật cho trạm VSAT rất thuận lợi với một thiết bị mã hoá luồng IP cho toàn bộ lưu lượng trạm. Dùng công nghệ Mux, mã luồng ghép kênh phức tạp hơn hoặc phải cần nhiều thiết bị mã cho từng kênh thông tin riêng rẽ. Công nghệ Mux cần cấp băng thông cho cổng thoại/fax giao diện 2 dây FXS ít nhất 24-32kbps mới đảm bảo cho thiết bị mã đầu cuối làm việc được. Voice Fax Data Etherrnet LNA Anten HPA U/C D/C Modem IP Router Hình 4.4. Trạm VSAT công nghệ IP Ngoài trời Trong nhà Voice Fax Data Hình 4.5. Trạm VSAT công nghệ Multiplexing LNA HPA U/C D/C Modem IP Ngoài trời Trong nhà So sánh cấu trúc trạm HUB: theo công nghệ IP có số lượng thiết bị ít hơn và đơn giản trong kết nối so với công nghệ ghép kênh Mux. Theo công nghệ Mux, mỗi một kết nối VSAT thì ở HUB cần phải có một cặp Modem/Mux tương ứng và cùng các thiết bị mã hoá bảo mật. Nếu mạng có nhiều trạm VSAT thì không gian thiết bị trạm HUB sẽ tăng rất lớn theo tỉ lệ thuận với số kết nối. Theo công nghệ IP, tại HUB chỉ cần 1 modem phát duy nhất một sóng mang cho toàn bộ lưu lượng mạng, bộ giải điều chế - demod có thể chọn loại có nhiều đầu vào trên một thiết bị giúp giảm số lượng các thiết bị của HUB. Phương án bảo mật tại HUB theo công nghệ IP cũng đơn giản hơn với 2 bộ mã luồng IP tuyến phát trước modem và tuyến thu sau các bộ demodulator. LNA HPA D/C U/C Modem IP Voice Fax Data Ethernet IP Demodulator Demod Demod Demod Ngoài trời Trong nhà Hình 4.6. Trạm HUB công nghệ IP Modem Modem Modem Voice Fax Data LNA HPA D/C U/C Modem/ Demod Ngoài trời Trong nhà Modem Modem Modem Hình 4.7. Trạm HUB công nghệ Multiplexing Cấp phát băng thông vệ tinh cho mạng theo công nghệ IP cũng tiết kiệm hơn so với công nghệ Mux, vì chỉ cần phát một sóng mang lớn cho toàn bộ lưu lượng HUB so với phát nhiều sóng mạng nhỏ cho từng tuyến kết nối VSAT. Khi phát 1 sóng mang duy nhất sẽ không cần các khoảng bảo vệ giữa các sóng mang, giúp sử dụng băng thông vệ tinh hiệu quả hơn. Băng thông cấp cho lưu lượng kết nối của một tuyến VSAT theo công nghệ IP cũng hiệu quả hơn so với công nghệ Mux, vì chỉ khi có kênh liên lạc thì mới chiếm đường truyền. CHƯƠNG 5 NHIỄU VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU – CÁCH GIẢM NHIỄU Cơ sở lý thuyết nhiễu VSAT và hệ thống vô tuyến khác hoạt động cùng băng tần cũng giống như cơ sở lý thuyết liên quan đến nhiễu của bất kỳ hệ thống dịch vụ vệ tinh cố định nào khác. Vấn đề đặc biệt đối với hoạt động của VSAT chính là việc chia sẽ tần số giữa các mạng vệ tinh cố định. Ở một mạng hình sao điển hình, đường truyền VSAT đến Hub và từ Hub đến VSAT có sự khác nhau về mặt công suất sóng mang. Đường truyền từ VSAT đến Hub có mật độ công suất tương đối thấp, trong khi công suất từ Hub đến VSAT có mật độ cao hơn. Lý do là kích thước anten của trạm VSAT nhỏ hơn của trạm Hub nhiều. Vì vậy, các sóng mang đến VSAT (theo đường xuống) và từ VSAT lên (theo đường lên) tỏ ra nhạy với nhiễu hơn so với các sóng mang tương ứng của Hub. Việc sử dụng anten có kích thước nhỏ ở trạm VSAT làm nảy sinh những vấn đề về nhiễu rất đặc biệt bởi vì anten nhỏ có khả năng kháng nhiễu hạn chế. * Phần này giới thiệu những vấn đề về nhiễu như sau: Môi trường gây nhiễu của các mạng VSAT. Các giới hạn cơ bản về kỹ thuật anten. Các phương pháp xác định và hạn chế nhiễu giữa các hệ thống FSS mà trong đó các mạng VSAT sử dụng. Các vấn đề chia sẽ các sóng mang FSS. 5.1. Các nguồn gây nhiễu: Các nguồn nhiễu chính cần phải quan tâm: Đường lên: Các thành phần nhiễu xuyên điều chế tạo ra tại các trạm mặt đất cùng truy cập vào một vệ tinh. Các bức xạ của các trạm mặt đất cùng truy cập vào một vệ tinh. Phát xạ lệch trục của các trạm mặt đất truy cập vào các vệ tinh kế cận. Các tín hiệu từ các hệ thống VIBA mặt đất có cùng tần số. Đường xuống: Hình 5.1 Nhiễu tuyến xuống Các tín hiệu được truyền đi từ các vệ tinh kế cận. Các phát xạ ngoài băng tần các bộ phát đáp kế cận trên cùng một vệ tinh. Các phát xạ do bề mặt quả đất tạo ra và được anten trạm mặt đất thu vào. Các tín hiệu truyền từ các hệ thống VIBA có cùng tần số. nhiễu do ảnh hưởng môi trường Bảng 5.1. nhiễu do môi trường Như chúng ta biết khí quyển quả đất được chia làm ba tầng: lớp khí quyển dưới cùng rải từ mặt đất lên độ cao khoảng 11 km gọi là tầng đối lưu. Các hiện tượng thời tiết như mưa, bão, sương mù... đều xảy ra trong tầng đối lưu. Tiếp đến là tầng bình lưu, có giới hạn trên khoảng 35 km, và trên cùng lầ tầng điện li có độ cao khoảng từ 50 km đến 400 km Tầng điện ly là một lớp khí bị ion hoá mạnh nên mật độ chất khí chủ yếu là các điện tử tự do và các ion. Nó có tính chất hấp thụ và phản xạ sóng vô tuyến điện. Bằng việc khảo sát thực tế người ta thấy tầng điện ly chỉ phản xạ đối với băng sóng ngắn trở xuống. Tần số càng cao ảnh hưởng bởi tầng điện ly càng ít, ở các tần số trong băng vi ba hầu như không bị ảnh hưởng bởi tầng điện ly. Trong tầng đối lưu sóng vô tuyến điện bị hấp thụ bởi các phân tử khí như oxy, hơi nước (H2O), CO2 v.v...cũng như trong mưa và sương mù. Nhưng ở các tần số khoảng 6 GHz trở xuống hấp thụ không đáng kể, có thể bỏ qua. Khoảng tần số đó được gọi là cửa sổ vô tuyến , như chỉ ra trên hình 1.15 Nếu sử dụng băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” tức là khoảng từ 1GHz đến 10 GHz thì suy hao do tầng điện ly và tầng đối lưu là không đáng kể và suy hao truyền sóng gần như bằng suy hao không gian tự do. 5.2. Các đặc tính của anten có ảnh hưởng đến nhiễu. 5.2.1. Các đặc điểm của anten VSAT. FSS (mạng vệ tinh cố định) đã đạt được một hiệu quả hoạt động rất cao nhờ vào sự sử dụng các anten ở trạm mặt đất có khả năng kháng nhiễu rất đáng kể. Ở đây phạm vi kháng nhiễu được định nghĩa là tỉ số giữa độ lợi búp sóng chính và búp sóng phụ của anten. Kết quả là có thể di trì một sự phân cách tương đối nhỏ giữa các vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh mà không xẩy ra mức nhiễu quá lớn giữa các hệ thống vệ tinh. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vùng dịch vụ có chồng lấn lên nhau hoặc gần sát nhau, Trong những trường hợp này, phương thức chủ yếu để tránh nhiễu đều nhờ vào đặc tính kháng nhiễu của các anten trạm mặt đất. Các đặc tính quan trọng của anten liên quan đến khả năng kháng nhiễu: Kích thước anten, trong đó đối với một tần số hoạt động cho trước thì độ lợi là một hàm của kích thước góc mở. độ lợi tỉ lệ thuận với diện tích anten Đặc tính phân cực tốt Anten cần có phân cực tốt để sử dụng hiệu quả tần số bằng cách ghép các sóng phân cực ngang và phân cực đứng tạo ra phân cực vuông góc Tính định hướng cao và búp sóng phụ nhỏ Độ lợi búp sóng phụ là hàm rất phức tạp của nhiều thông số thiết kế. Theo qui định, các trạm VSAT sử dụng các anten nhỏ và có độ lợi trục giới hạn. Chính điều này làm hạn chế khả năng kháng nhiễu của anten. Vì vậy các quá trình phát triển công nghệ VSAT đã chú trọng vào việc giảm độ lợi của búp sóng phụ. Đường kính của anten trạm mặt đất thường nằm trong khoảng 1 ÷ 3m đối với băng tần hoạt động 14/11-12 Ghz. Các anten có kích thước nhỏ hơn cũng đã được sử dụng trong một số ứng dụng đặc biệt trong đó sử dụng kỹ thuật điều chế sóng mang trải phổ. Ngoài ra do độ rộng của búp sóng chính tương đối lớn ở các anten kích thước nhỏ, cho nên chúng có xu hướng gây nhiễu cho các vệ tinh kế cận trên quỹ đạo địa tĩnh GEO trên một khoảng quỹ đạo rộng hơn so với các mạng sử dụng các anten lớn hơn. Đây là một vấn đề rất phức tạp, ở đây ta chỉ chú trọng xem xét các nhiễu có liên quan đến các sóng mang VSAT điển hình. 5.2.2. Độ phân cách của anten Để giải quyết các vấn đề về môi trường nhiễu các hệ thống VSAT cần xác định các giới hạn về độ phân cách anten VSAT Trong vài trường hợp, các giá trị có độ phân cách kém hơn có thể kém chất lượng hơn so với dự đoán. Bởi vì anten nhỏ hơn sẽ có các góc mở búp sóng chính lớn hơn và sẽ chồng lấn sang vệ tinh kế cận trên quỹ đạo. Có nhiều yếu tố khác nhau để có thể góp phần làm giảm nhiễu trong mạng VSAT, phổ biến nhất là: Dùng các phương pháp tách kênh để các tần số trung tâm của các sóng mang trong các hệ thống vệ tinh kế cận không trùng nhau. Ứng dụng kỹ thuật phân cực vuông góc. Ứng dụng kỹ thuật mã hoá để giảm độ nhạy nhiễu ở đầu máy thu. Phần B Tính Toán Và Thiết kế CHƯƠNG 6 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VSAT IPSTAR PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG VSAT IPSTAR 6.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG Mục đích chính của việc thiết kế là thiết lập tỷ số C/N theo yêu cầu .Vì vậy trọng tâm của chương này là tính toán cự ly thông tin, kết nối đường lên, đường xuống. Từ đó kiểm tra xem tuyến đạt chất lượng so với yêu cầu hay không, qua đó thiết lập trạm mặt đất phù hợp. Cấu trúc truyền dẫn tiên tiến đối với cả 2 đường lên và xuống. Người Dùng Tập đoàn, Văn phòng, Dịch vụ, ISPs (Nhà cung cấp Dvụ Internet), Dài phát thanh Cáp Quang iPSTAR GATEWAY Other iPSTAR Gateways Internet, PSTN, Public & Private networks Return Links (from Terminal to Gateway) Forward Links (from Gateway to Terminal) Hình 6.1 : Mô hình mạng VSAT IPSTAR. 6.2. CÁC THÔNG SỐ CẦN CHO TÍNH TOÁN Cấu hình trạm mặt đất cần chọn 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: Trạm mặt đất + Vị trí địa lý của trạm, tính toán các tham số như suy hao do mưa (đây cũng là nguồn gây nhiễu loạn ngẫu nhiên nhất), góc nhìn vệ tinh, cự ly thông tin, suy hao đường truyền. + Mức công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP_Equivalent Isotropic Radiated Power): công suất phát xạ, hệ số phẩm chất (G/T) 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, đặc tính bộ lọc...) để biết hệ số dự trữ kết nối T. Vệ tinh + Vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo. + Mức EIRP của vệ tinh, hệ số phẩm chất (G/T)s của vệ tinh. + Băng thông máy phát đáp, dạng phân cực, dải tần làm việc. + Mật độ thông lượng bão hoà. + 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 khác 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/No(dBHz)). Chất lượng và độ sẵn dùng đựoc định nghĩa là các khoảng % thời gian mà trong đó các mức ngưỡng BER không được vượt quá. * Trước khi đi vào tính toán bài toán cụ thể ta cần xem xét vấn đề như : Việc xác định kích thước Aten 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 VSAT có thể được miêu tả bởi 2 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 rộng băng thông 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. 6.3. BÀI TOÁN THỰC TẾ: 6.3.1. Giới thiệu chung 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 được 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. 6.3.2. Mô hình và các thông số của một tuyến thông tin. Mô hình mạng VSAT IPSTAR cụ thể gồm một trạm cổng GW (GetWay) truy nhập theo kiểu TDMA và N nhóm trạm thuê bao UT (UserTerminal) truy nhập theo kiểu FDMA. Trong mỗi nhóm gồm G phần tử và truy nhập theo kiểu TDM. Với trạm cổng GW có thể kết nối với mạng toàn cầu hay đường trung kế thông qua cáp quang… Điều này giải thích khái niệm Inbound : là đường đi về của tuyến thông tin, ngược lại Outbound : là đường đi ra của tuyến thông tin. Trạm UTs phát Trạm UTs thu Trạm cổng GW VỆ TINH Đường ra (Dữ liệu) tuyến xuống Đường về (Dữ liệu) tuyến lên N đường về (Dữ liệu) tuyến xuống Đường ra (Dữ liệu) tuyến lên Hình 6.2 : Mô hình hoạt động của mạng VSAT IPSTAR. Nội dung truyền từ GW qua vệ tinh đến UT có thể là truyền dữ liệu (thông tin) hay truyền quảng bá có định hướng (do chứa địa chỉ ip). 6.3.3 Tính toán góc ngẩng và góc phương vị. 6.3.3.1 Góc ngẩng. Để tính góc ngẩng anten trạm mặt đất, ta có thể dựa vào hình vẽ 6.3 : M Vệ tinh θe r Tâm quả đất Re b0 R S A Hình 6.3 : Tính toán góc ngẩng Trong hình 6.3 : O là tâm trái đất, A là vị trí của trạm mặt đất, S là vị trí của vệ tinh, là góc ở tâm, là góc ngẩng của trạm mặt đất. Ta có Trong đó, Từ đó suy ra: (6.1) 6.3.3.2 Góc phương vị. Góc phương vị là góc dẫn đường cho anten quay tìm vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây. Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng về phương Bắc đi qua trạm mặt đất với đường nối đến vệ tinh. Góc được xác định theo chiều kim đồng hồ như hình 6.4. Góc phương vị được tính theo biểu thức: ja = 1800 + kinh độ tây hoặc ja = 1800 - kinh độ đông Cực Bắc 450W 300 E Góc phương vị của vệ tinh 2 Góc phương vị của vệ tinh 1 Vệ tinh 2 Vệ tinh 1 Hình 6.4 Góc phương vị của vệ tinh ja phụ thuộc vào kinh độ, vừa kinh độ tại điểm thu và kinh độ vệ tinh. Góc phương vị của 2 vệ tinh được tính theo công thức: Vệ tinh 1: ja1 = 1800- kinh độ đông. Vệ tinh 2: ja2 = 1800+ kinh độ tây. Góc phương vị ja được tính theo công thức: (6.2) Với là vĩ độ của trạm mặt đất (độ). là hiệu kinh độ đông của vệ tinh với trạm mặt đất, = Ls - Le. 6.3.4 Tính toán kết nối đường lên (UPLINK). 6.3.4.1 Công suất phát của trạm mặt đất PTXe (e - để phân biệt của trạm mặt đất "earth station", sl - là của vệ tinh "satellite"). Đây là công suất phát thực của trạm mặt đất tính từ Anten trạm mặt đất và được tính bằng tích độ lùi đầu ra OBO với công suất phát trạm mặt đất bão hòa PTXsat. PTXe(W) = OBO + PTXsat (W) Hay: PTXe (dBW) = 10lg(PTXe ) (6.3) Với: Trong đó: OBO : độ lùi đầu ra của Anten trạm mặt đất cũng là độ dự trữ công suất cho trạm khi trời mưa OBO = - Arain (suy hao do mưa). PTXsat : Công suất phát trạm mặt đất