nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu internet trên thông tin trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh

Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu internet trên thông tin trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Phan Tuấn Anh Trường Đại học Công nghệ Luận văn ThS. ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính; Mã số: 60 48 15 Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Tam Năm bảo vệ: 2012 Abstract. Tổng quan về thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh và truyền tín hiệu số trên kênh truyền vệ tinh. Nghiên cứu đa truy nhập trong hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh: Đa truy nhập phân chia theo tần số; đa truy nhập phân chia theo thời gian; đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Chương trình ứng dụng (Trình bày các giao thức truyền thông theo mô hình TCP/IP; các kết quả phân tích và xử lý đối với số liệu đăng ký được trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh). Keywords. Thông tin vệ tinh; Mạng thông tin; Truyền dữ liệu; Xử lý số liệu; Internet; Vệ tinh địa tĩnh Content MỞ ĐẦU Các hệ thống thông tin vệ tinh được phát triển nhanh chóng trong những thập kỷ gần đây. Qua các hệ thống thông tin vệ tinh, con người có thể thu nhận hoặc trao đổi thông tin với bất kỳ nơi nào trên quả đất. Thông tin vệ tinh có khả năng đa dạng dịch vụ, không những các dịch vụ dân sự mà cả dịch vụ phục vụ cho quốc phòng, an ninh, hàng không, hàng hải, khai thác thăm dò, … Do có nhiều ưu điểm cho hệ thống viễn thông mà đến nay nó đã có sự phát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng. Đối với các nước phát triển, trung bình một quốc gia có khoảng 50 đến 60 vệ tinh các loại. Trong khi đó, ở nước ta đã có 2 vệ tinh địa tĩnh được phóng lên quỹ đạo là Vinasat1 (132 0 E, phóng lên quỹ đạo 4/2008) và Vinasat2 (131.8 0 E, 5/2012). Ngày nay, các mạng thông tin vệ tinh được kết nối với các mạng cố định và di động mặt đất làm cho khả năng truyền thông ngày càng đa dạng, phong phú. Một trong các hệ thống vệ tinh nổi bật là hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh. Mục tiêu nghiên cứu Với mong muốn tìm hiểu về lĩnh vực công nghệ mới thông tin liên lạc vệ tinh, cụ thể là cơ chế, nguyên lý truyền thông trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh, đồng thời có ý tưởng xây dựng một công cụ phân tích giao thức truyền, xử lý các số liệu Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh. Vì thế tôi lựa chọn “Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn của mình. Nội dung nghiên cứu  Về mặt lý thuyết: - Nghiên cứu tổng quan về thông tin liên lạc vệ tinh và mô hình kênh truyền trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh. - Nghiên cứu các cơ chế đa truy nhập trong hệ thống thông tin. - Nghiên cứu các giao thức truyền thông theo mô hình TCP/IP thường sử dụng trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh.  Về mặt thực hành: - Nghiên cứu đặc điểm và phân tích số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh. - Xây dựng công cụ phân tích các giao thức truyền theo mô hình TCP/IP với các số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh. - Xây dựng công cụ xử lý ra bản rõ trên số liệu đăng ký được. Bố cục luận văn Ngoài phần mở đầu giới thiệu về mục tiêu, ý nghĩa, nội dung nghiên cứu và phần kết luận tóm tắt những kết quả chính đạt được cũng như đưa ra nhận xét; bố cục luận văn gồm 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan về thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh. Chương 2: Đa truy nhập trong hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh. Chương 3: Chương trình ứng dụng (Trình bày các giao thức truyền thông theo mô hình TCP/IP. Các kết quả phân tích và xử lý đối với số liệu đăng ký được trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh). Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH 1.1. Giới thiệu chung về TTLL vệ tinh địa tĩnh 1.1.1. Đặc điểm thông tin vệ tinh địa tĩnh Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay người ta thường phân vệ tinh làm hai loại: Vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh. Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh: là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000km so với đường kính xích đạo. Ưu điểm so với các hệ thống thông tin khác như sau: + Có khả năng đa truy nhập. + Vùng phủ sóng của vệ tinh khá rộng, chỉ cần 3 vệ tinh địa tĩnh thì có thể phủ sóng toàn cầu; dải thông rộng. + Ổn định cao, chất lượng và khả năng thông tin băng rộng. + Hệ thống truyền tin vệ tinh có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác nhau: Data, thăm dò địa chất, định vị toàn cầu, …, phục vụ các mục đích quốc phòng an ninh. + Hiệu quả kinh tế cao cho thông tin đường dài, xuyên lục địa. Có khả năng quảng bá rộng lớn cho mọi loại địa hình. + Các thiết bị phát sóng chỉ cần công suất bé, tận dụng năng lượng mặt cho các thiết bị trên vệ tinh. Nhược điểm quan trọng: - Khoảng cách truyền dẫn xa nên sóng vô tuyến điện bị hấp thụ và suy hao lớn ở tầng điện ly và khí quyển đặc biệt trong mưa, ảnh hưởng của tạp âm lớn. - Giá thành lắp đặt hệ thống, kinh phí ban đầu để phóng một vệ tinh lên quỹ đạo là rất cao, tốn kém nhưng xác suất rủi ro vẫn có thể tồn tại. - Thời gian sử dụng hạn chế, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp. - Thời gian trễ đáng kể. 1.1.2. Cấu trúc tổng quát hệ thống truyền tin vệ tinh Hình 1-2: Cấu hình khái quát một hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.2.1. Phân đoạn không gian Phân đoạn không gian của một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm vệ tinh cùng các thiết bị đặt trong vệ tinh và hệ thống các trang thiết bị đặt trên mặt đất để kiểm tra theo dõi và điều khiển hành trình của vệ tinh. Các bộ phát đáp được đặt trong vệ tinh để thu tín hiệu từ tuyến lên, biến đổi tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại tuyến xuống. 1.1.2.2. Phân đoạn mặt đất Phân đoạn mặt đất gồm các trạm mặt đất của hệ thống và chúng thường được kết nối với các thiết bị của người sử dụng thông qua các mạng mặt đất. 1.1.3. Nguyên lý thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Tại đầu phát trạm mặt đất, tín hiệu băng tần cơ bản BB (BaseBand) như: tín hiệu thoại, video, fax,… => trung tần IF => cao tần RF, rồi được bộ khuếch đại công suất HPA, khuếch đại lên mức công suất cao và đưa ra anten phát lên vệ tinh. Tín hiệu cao tần từ trạm mặt đất phát truyền dẫn tới anten thu của vệ tinh => bộ khuếch đại => đổi tần, khuếch đại công suất => anten phát xuống trạm mặt đất. Tại trạm thu mặt đất, sóng phát từ vệ tinh truyền dẫn tới anten thu => bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA => tần số siêu cao RF => trung tần IF => bộ giải điều chế DEM để phục hồi lại tín hiệu như lối vào trạm mặt đất. 1.1.4. Phân bố tần số cho các hệ thống TTLLVT Để thực hiện thông tin liên lạc giữa mặt đất và vệ tinh thì trước hết các sóng mang phải có tần số cao hơn tần số giới hạn xuyên qua tầng điện ly. Bảng dưới là băng tần công tác của các hệ thống thông tin vệ tinh: Tên gọi băng tần Dải tần (GHz) L 1,0-2,0 S 2,0-4,0 C 4,0-6,0 X 7,0-8,0 Ku 11,0-18,0 K 18,0-27,0 Ka 27,0-40,0 1.2. Truyền tín hiệu số trên kênh truyền vệ tinh 1.2.1. Kênh truyền thông tin vệ tinh 1.2.1.1. Mô hình kênh truyền Mô tả kênh truyền từ thiết bị đầu cuối của người sử dụng này đến thiết bị đầu cuối của người sử dụng khác thông qua vệ tinh. (Hình1-6.a) 1.2.1.2. Đặc tính kỹ thuật kênh truyền Các đặc tính của kênh truyền đã được chỉ tiêu hóa trong các khuyến nghị của ITU phù hợp với dạng tín hiệu được truyền trên kênh. Chất lượng của tín hiệu cung cấp cho người sử dụng được xác định bởi các tham số: - Tỷ số C/N = công suất tín hiệu băng gốc/công suất tạp âm băng gốc, trường hợp tín hiệu truyền là tương tự (analog). - Tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate), trường hợp tín hiệu truyền là số (digital). - Thời gian truyền tải tín hiệu của tuyến liên lạc bao gồm thời gian truyền trong không gian và thời gian truyền trong mạng mặt đất. 1.2.2. Truyền tín hiệu số Các tín hiệu số truyền trên kênh thông tin vệ tinh có thể là các tín hiệu dữ liệu số từ các thiết bị đầu cuối của người sử dụng (các máy tính, …) được số hóa. Hình 1-7: Sơ đồ khối chức năng quá trình truyền tín hiệu số trên kênh TTVT 1.2.3. Ghép kênh TDM Ghép kênh TDM là kỹ thuật xử lý số, có thể ứng dụng khi tốc độ truyền dữ liệu trung bình lớn hơn tốc độ truyền dữ liệu yêu cầu bởi thiết bị gửi và nhận. Có 03 dạng ghép kênh TDM chính. Hình 1-8: Phương pháp ghép kênh TDM 1.2.3.1. Ghép kênh TDM đồng bộ Trong ghép kênh TDM đồng bộ là bộ ghép kênh phân chia các khe thời gian giống nhau cho mỗi một thiết bị tại tất cả các thời điểm không phân biệt.Tại mỗi thời điểm, thiết bị có khe thời gian tương ứng đã được phân sẽ có cơ hội để gửi một phần dữ liệu của nó. 1.2.3.2. Ghép kênh phân thời không đồng bộ TDM không đồng bộ được thiết kế nhằm tránh sự lãng phí về dung lượng kênh truyền của TDM đồng bộ. Khác TDM đồng bộ, kỹ thuật TDM không đồng bộ tốc độ truyền tổng thể của các đường vào có thể lớn hơn khả năng của đường truyền (path) và nếu chúng ta có n đường vào, mỗi khung sẽ chứa không quá m khe, m<n. Như vậy, với liên kết như nhau, TDM không đồng bộ hỗ trợ nhiều thiết bị hơn TDM đồng bộ. Số khe thời gian trong TDM không đồng bộ (m) dựa trên sự phân tích thống kê số lượng đường vào tham gia truyền dẫn tại thời điểm bất kỳ một cách hợp lý. Bộ ghép kênh quyết định các đường vào và chấp nhận các khối dữ liệu cho đến khi khung đầy hoặc không có đủ dữ liệu để điền đầy khung, khung vẫn được truyền đi. 1.2.3.3. Ghép kênh đảo (Invert Multiplexing) Invert Multiplexing nghĩa là ngược lại với ghép kênh, nó nhận dòng dữ liệu từ một đường truyền có tốc độ cao và chia thành các phần để có thể đồng thời truyền đi trên các đường truyền có tốc độ thấp mà không làm giảm đi tốc truyền tổng thể. 1.2.4. Mã hóa kênh truyền 1.2.4.1. Tổng quan Mã hóa kênh truyền là một khâu rất quan trọng trong hệ thống thông tin vô tuyến cùng với mã hóa nguồn, ghép kênh, điều chế,… để tạo ra một tín hiệu phù hợp cho việc truyền dẫn vô tuyến và tín hiệu đó có khả năng điều khiển được sự sai bit và sửa các lỗi xảy ra nếu có để có thể khôi phục lại gần như nguyên dạng tín hiệu tin tức mà mình truyền đi. Mục đích mã hoá kênh truyền là làm giảm xác suất sai thông tin khi truyền qua kênh truyền. Trong hệ truyền thông tin vệ tinh, các loại mã hóa kênh được sử dụng phổ biến như mã hóa xoắn (chập, convulotion), mã khối, mã BCH và mã RS. 1.2.4.2. Mã xoắn (Convulotion Code) Mã xoắn (còn gọi là mã chập), được ký hiệu mã là: (n, k, K). Trong đó, có k phần tử thông tin và (n-k) phần tử kiểm tra. K (độ dài bắt buộc của mã) là số các bit được lưu giữ ở trong thanh ghi dịch chuyển. Tỷ số k/n được gọi là tốc độ mã. Tạo mã chập Sơ đồ tạo mã chập có tốc độ k/n như sau: Hình 1-15: Sơ đồ tạo mã chập (n,k, K) 1.2.4.3. Mã khối 1.2.4.3.1. Mã khối tuyến tính Một mã khối có chiều dài n gồm 2k từ mã được gọi là mã tuyến tính C(n, k) nếu và chỉ nếu 2k từ mã hình thành một không gian vectơ con k chiều của không gian vectơ n chiều. Mã tuyến tính C(n, k) có mục đích mã hoá những khối tin (hay thông báo) k bit thành những từ mã n bit được biểu thị dưới dạng (n, k), trong đó k là số bit thông tin và n là số bit của từ mã. Hiệu số của n – k = r là số bit dư hoặc còn gọi là bit kiểm tra. Tốc độ mã hoặc hiệu suất mã được xác định bởi tỷ số k/n. 1.2.4.3.2 Mã TPC (Turbo Product Code) Tổng quan Mã Turbo được ứng dụng rất hiệu quả trong các hệ thống thông tin di động, thông tin vệ tinh và thông tin vũ trụ. Các mã Turbo có hiệu năng tốt hơn nhiều so với các loại mã sửa lỗi khác. Mã Turbo được tạo ra bằng cách kết nối gồm hai hay nhiều bộ mã riêng biệt để tạo ra một mã tốt hơn và cũng lớn hơn. Sự kết nối mã Có hai kiểu kết nối cơ bản là kết nối nối tiếp (tốc độ mã hoá: Rnt=k 1 k 2 /n 1 n 2 ) và kết nối song song (tốc độ mã hoá tổng: Rss=k/( n 1 + n 2 )). 1.2.4.4. Mã Reed-Solomon Mã Reed-Solomon là loại mã đang được ứng dụng khá phổ biến trong hệ truyền tin để phát hiện và sửa lỗi cụm. Mã RS quy ước ký hiệu là RS(n, k) trong đó n là độ dài từ mã ký tự, k là số các ký tự dữ liệu có s bit và hiệu số (n - k) là số ký tự kiểm tra được cộng thêm vào dữ liệu. Khoảng cách tối thiểu của mã RS là: d min = ( n - k ) + 1 Từ mối quan hệ giữa các lỗi được sửa và khoảng cách tối thiểu, nhận thấy rằng mã RS có khả năng sửa đến ( n – k ) ký tự trong từ mã. 1.2.5. Điều chế số 1.2.5.1. Tổng quan Điều chế số là quá trình biến đổi một sóng mang tương tự theo một chuổi bit có chiều dài cố định hoặc thay đổi. Tín hiệu bị điều chế là tín hiệu số còn tín hiệu sóng mang vẫn là tín hiệu tương tự. Trong hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh, kỹ thuật điều chế khóa dịch pha PSK được sử dụng phổ biến nhất bởi vì nó có ưu điểm là đường bao sóng mang là hằng số và so với kỹ thuật điều chế khóa dịch tần thì PSK có hiệu suất phổ tốt hơn (tức tính số bit/s được truyền qua một đơn vị độ rộng dải tần vô tuyến). Ta có sơ đồ điều chế PSK như sau: Hình 1-21: Sơ đồ khối bộ điều chế PSK Nguyên lý: Tín hiệu số PSK làm thay đổi góc pha ban đầu của sóng mang. 1.2.5.2. Điều chế pha hai mức (BPSK) Trong BPSK, ứng với tín hiệu vào là các điện thế biểu diễn các logic 1, 0 ta có tín hiệu ra là các sóng mang hình sin có pha lệch nhau 180°. Giản đồ pha điều chế hai mức với tín hiệu thực như sau: Hình 1-23: Điều chế, giải điều chế BPSK với tín hiệu thực 1.2.5.3. Điều chế pha bốn mức (QPSK) QPSK là một kỹ thuật điều chế có mức M = 4. Ở QPSK thì sóng mang đơn ở đầu ra có bốn khả năng về góc pha. Để có bốn trạng thái: 00, 01, 10 và 11 thì cần 2 bit. Như vậy, dữ liệu nhị phân đầu vào là các nhóm hai bit được hỗn hợp (gọi là bit kép). Mỗi một bit kép sẽ tương ứng với một trong bốn khả năng pha ở đầu ra. Vì thế mà tốc độ chuyển đổi ở đầu ra (tốc độ baud) sẽ bằng một nữa tốc độ bit ở đầu vào. Giản đồ pha điều chế bốn mức với tín hiệu thực như sau: Hình 1-25: Điều chế, giải điều chế QPSK với tín hiệu thực 1.2.5.4. Điều chế pha 8 mức (8-PSK) 8-PSK là một dạng điều chế có 8 khả năng pha lệch nhau 45° ở đầu ra. Do đó, 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của tổ hợp 3 bit đầu vào (tribits), được phân phối cho 3 kênh I, Q và C. Giản đồ pha điều chế 8 mức với tín hiệu thực như sau: Hình 1-27: Điều chế, giải điều chế 8-PSK với tín hiệu thực 1.2.5.5. Điều chế biên độ cầu phương, QAM 16 Sóng điều biên cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation) có thể nhận được bằng cách thay đổi đồng thời hai tham số biên độ và pha, Acos(t + ) = X i cost – X q sint. Hình 1-29: Điều chế, giải điều chế QAM16 với tín hiệu thực Chƣơng 2. ĐA TRUY NHẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 2.1 Tổng quan Đa truy nhập: Là một phương pháp để cho nhiều trạm mặt đất sử dụng chung một bộ phát đáp. Và là kỹ thuật để nhiều người sử dụng có thể truy nhập khai thác hoặc được phân chia tài nguyên nguồn hoặc dung lượng của hệ thống. Các hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng đa truy nhập một bộ phát đáp đơn qua nhiều đường lên và nhiều đường xuống các trạm mặt đất. Yêu cầu đối với đa truy nhập là không để nhiễu giữa các trạm mặt đất. Vì vậy phải phân chia, phân phối tần số, thời gian (hoặc không gian) của sóng vô tuyến một cách thích hợp cho từng trạm mặt đất. Có ba phương pháp chính thường được dùng cho đa truy nhập trong các hệ thống thông tin vệ. 2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 2.2.1 Tổng quan Theo phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số thì độ rộng băng tần của kênh ở bộ phát đáp được phân chia thành các băng tần con (sub-band) và mỗi băng tần con đó được gán cho các sóng mang được phát bởi trạm mặt đất. Với dạng truy nhập này, các trạm mặt đất phát một cách liên tục và kênh truyền một số sóng mang đồng thời với các tần số khác nhau. Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất. Trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất có dùng riêng một tần số phát không trùng với các trạm khác sao cho khoảng cách tần số giữa các trạm không bị chồng lẫn lên nhau. Băng tần của bộ phát đáp vệ tinh có thể từ vài trăm MHz đến vài GHz. Thông thường các bộ phát đáp thiết kế với dải thông 36 MHz hoặc 72MHz, trong đó dải thông 36 MHz là chuẩn phổ biến cho dịch vụ truyền hình băng C (6/4 GHz). Các trạm thu mặt đất muốn thu được tin tức phải dùng các bộ lọc dải tương ứng với tần số cần thu. Phương pháp này cho phép các trạm truyền dẫn liên tục mà không cần điều khiển định thời đồng bộ, thiết bị sử dụng khả đơn giản. Hình 2-1: Đa truy nhập FDMA 2.2.2. Các mô hình truyền tín hiệu của đa truy nhập FDMA Phụ thuộc vào ghép kênh và kỹ thuật điều chế sử dụng mà có thể có một số mô hình truyền tín hiệu đối với đa truy nhập FDMA là: Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM), điều tần (FM) và đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), điều khóa dịch pha (PSK) và đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Một sóng mang cho một kênh (SCPC), ghép kênh phân chia theo tần số (FDMA) 2.2.3. Nhận xét chung Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) được đặc trưng bởi sự truy nhập liên tục tới vệ tinh trong dải tần cho trước. Kỹ thuật này có ưu điểm là đơn giản và dựa trên những thiết bị có sẳn. Tuy nhiên, có những nhược điểm sau: - Phương pháp này thiếu linh hoạt trong việc thay đổi cách phân phối kênh do các kênh truyền dẫn được phân chia theo tần số quy định, khi muốn tăng số kênh bắt buộc phải giảm nhỏ băng thông nghĩa là thay đổi các bộ lọc dải đối với trạm thu. Đồng thời phương pháp này tốn kém nhiều kênh truyền. - Khó thay đổi cấu hình, để điều tiết sự biến đổi dung lượng thì cần phải thay đổi các kế hoạch về tần số. Điều này cũng có nghĩa là phải thay đổi tần số thu, tần số phát và dải tần bộ lọc của các trạm mặt đất. - Bị tổn hao về dung lượng khi số lượng truy nhập tăng lên. - Cần phải điều khiển công suất phát của các trạm mặt đất trong trường hợp công suất sóng mang tại đầu vào của vệ tinh là cùng bậc để tránh hiệu ứng bất lợi. Sự điều khiển này phải được thực hiện theo thời gian thực và phải phù hợp với sự suy giảm do mưa tại các đường lên. Kỹ thuật FDMA ra đời rất sớm và ngày nay nó vẫn thường xuyên được sử dụng bởi những ưu điểm đặc biệt của nó về vận hành với đặc điểm không cần đồng bộ giữa hai trạm mặt đất và do đã có sẵn những sự đầu tư cho nó từ trước tới nay. 2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 2.3.1 Tổng quan Là một hệ thống mà các trạm thu mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sở phân chia thời gian. Hệ thống này định ra khung thời gian gọi là khung TDMA. Khung này sẽ chia ra làm nhiều khoảng tương ứng với mỗi trạm mặt đất. Nguyên lý hoạt động cơ bản là các trạm mặt đất khác nhau gửi lên vệ tinh các chùm (burst) năng lượng tần số RF trong đó có chứa các gói thông tin. Trong khe thời gian dành cho một trạm mặt đất cụ thể , tín hiệu của trạm đó sử dụng toàn bộ dải thông của bộ phát đáp vệ tinh. TDMA yêu cầu đồng bộ burst (chùm dữ liệu) nghiêm ngặt tại trạm mặt đất để ngăn chặn sự va chạm các burst tại vệ tinh. Tương tự các trạm thu mặt đất, để lấy được tin tức cần được xác định đúng khe thời gian để lấy sóng mang của chính nó. Đây là phương pháp có thể sử dụng tốt nhất công suất của vệ tinh. Nó có thể thay đổi số khe cũng như độ rộng của khe thời gian trong khung mà không ảnh hưởng tới các thiết bị phần cứng. Hình 2-6: Khung đa truy nhập phân chia theo thời gian 2.3.2. Tạo lập burst 2.3.3. Cấu trúc khung 2.3.4. Thu burst 2.3.5. Đồng bộ hệ thống thông tin vệ tinh TDMA 2.3.6. Nhận xét chung Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) được đặc trưng bởi việc truy nhập các kênh trong các khe thời gian. Nó có những ưu điểm sau: - Tại mỗi khe thời gian ngắn, kênh chỉ khuếch đại một sóng mang đơn chiếm toàn bộ độ rộng giải tần của kênh. - Thông lượng truyền cũng như số lượng truy nhập lớn. - Không cần phải điều khiển công suất phát tại các trạm mặt đất. - Tất cả các trạm phát và thu trên cùng một tần số, kể cả nơi phát và nơi thu burst, điều này sẽ đơn giản trong việc điều chỉnh. Tuy nhiên, TDMA cũng có nhược điểm: - Cần phải có cơ chế đồng bộ. - Cần có các trạm có tầm cở để có thể truyền với thông lượng lớn. 2.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 2.4.1. Tổng quan Hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng kỹ thuật này thì các trạm của mạng phát liên tục trên cùng băng tần của kênh. Để có thể nhận dạng được tín hiệu mong muốn, mỗi máy phát và máy thu phải có một chữ ký riêng biệt. Chữ ký này được biểu diễn dưới dạng một dãy số nhị phân, gọi là mã. Mã đó được kết hợp với thông tin hữu ích tại mỗi máy phát. Có hai kỹ thuật được sử dụng trong đa truy nhập CDMA, đó là: - Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp, DS (Direct Sequence) - Kỹ thuật trải phổ nhảy tần, FH (Frequency Hopping) Các tín hiệu từ tất cả các trạm đều có cùng một vị trí trong bộ phát đáp về thời gian và tần số. Phía thu thực hiện quá trình trải ngược lại, sử dụng mã giống như đã dùng trải phổ ở phía phát để thu lại tín hiệu ban đầu. Điều này cho phép chỉ thu các tín hiệu mong muốn, ngay cả khi các sóng mang trải phổ với các mã khác đến cùng thời gian. 2.4.2. Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DS-CDMA) 2.4.3. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH-CDMA) 2.4.4. Tạo mã trong đa truy nhập CDMA 2.4.5. Đồng bộ trong đa truy nhập CDMA 2.4.6. Nhận xét chung về đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Chuỗi mã được sử dụng cho trải phổ có thể xem như là chữ ký của máy phát. Phía máy thu phục hồi lại thông tin hữu ích bằng cách giảm phổ của sóng mang đã được phát về độ rộng dải tần gốc của nó. Hệ thống này có hiệu quả chống lại can nhiễu từ các hệ thống khác, nó cũng tạo ra ít nhiều tới các hệ thống khác. Tuy nhiên hệ thống này cần độ rộng băng tần lớn và gây ra tạp âm nhiễu lẫn nhau khi nhiều trạm dùng chung một bộ phát đáp, vì thế dẫn tới dung lượng truyền dẫn trên bộ phát đáp rất nhỏ. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) có những ưu điểm sau đây: - Đơn giản trong vận hành bởi vì nó không cần bất kỳ một sự đồng bộ truyền nào giữa các trạm. Việc đồng bộ chỉ thực hiện ở phía máy thu với dãy mã của sóng mang thu được. - Có tính kháng nhiễu cao, đặc biệt là nhiễu từ các hệ thống khác và nhiễu đa đường. Điều này rất tốt với những mạng có những trạm mặt đất cở nhỏ, búp sóng anten rộng và các hệ thống thông tin di động vệ tinh. Nhược điểm chủ yếu của đa truy nhập CDMA là thông lượng thấp, độ rộng dải thông của đoạn không gian lớn được sử dụng có dung lượng toàn mạng nhỏ. Chƣơng 3. CHƢƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 3.1. Phân tích cấu trúc dữ liệu Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh 3.1.1. Đặc thù của số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc vệ tinh Số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc vệ tinh (trục tung thể hiện chu kỳ số liệu (đơn vị: bit), trục hoành thể hiện thời gian thực (đơn vị: s)) như sau:: Hình 3-1: Số liệu thực đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh theo chu kỳ 256 Trong đó có:  Phần số liệu đồng bộ: thường có giá trị 7E (dạng Hexa).  Phần dữ liệu: do đặc thù của số liệu thông tin liên lạc vệ tinh là có phần số liệu đồng bộ; có cờ bắt đầu khung và cờ kết thúc khung dữ liệu là 7E nên việc sử dụng bit nhồi nhằm Phần số liệu đồng bộ Phần truyền dữ liệu [...]... phân tích, xử lý các số liệu đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Kết quả luận văn đạt được: Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh đã đạt được một số kết quả sau: - Nghiên cứu đặc điểm, tổng quan chung về thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh - Nghiên cứu các... Nghiên cứu các nội dung liên quan đến nguyên lý truyền thông qua thông tin liên lạc vệ tinh: Kênh truyền, các cơ chế đa truy nhập trên thông tin liên lạc vệ tinh - Nghiên cứu về số liệu, giao thức truyền trên thông tin vệ tinh địa tĩnh Tiến hành nghiên cứu, phân tích số liệu đăng ký được - Xây dựng công cụ phân tích và xử lý số liệu Internet vệ tinh địa tĩnh với các chuẩn giao thức truyền ở mức cao: HDLC,... quả phân tích các luồng số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc vệ tinh - Phụ lục 2: Hình ảnh kết quả xử lý các luồng số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc vệ tinh KẾT LUẬN  Kết quả đạt đƣợc Mục tiêu của luận văn: Tìm hiểu về cơ chế truyền thông trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh, nguyên cứu về số liệu, giao thức truyền trên thông tin liên lạc vệ tinh và ứng dụng vào xây dựng công cụ phân. .. có một công cụ nào để thực hiện xử lý ra các dữ liệu rõ 3.2.2.2 Quy trình phân tích và xử lý Trên cơ sở các kết quả đăng ký được, từ nghiên cứu lý thuyết và phân tích luồng bit số liệu thực tế, xây dựng quy trình như sau: Các bước phân tích luồng Internet vệ tinh: Chương trình đọc File số liệu đầu vào, tìm cờ của khung HDLC, PPP, Ethernet II, FrameRelay Nếu chương trình phát hiện có gói số liệu nằm... thức ở mỗi tầng  Tách và thể hiện phần dữ liệu (dạng Hexa và Ascii) đi cùng với từng lớp giao thức truyền Bước 4: Dùng chương trình tiến hành xử lý các số liệu đăng ký Kết quả là:  Xử lý được các dạng số liệu đã đăng ký được trên thông tin liên lạc vệ  Cho phép lựa chọn, lọc các định dạng file theo mục đích  Trên giao diện xử lý, trong quá trình xử lý đã thể hiện các giao thức truyền theo mô hình... dữ liệu gốc đúng, đầy đủ thông tin - Thể hiện kết quả phân tích rõ ràng, đầy đủ thông tin các giao thức truyền cần thiết và các file dữ liệu rõ xử lý ra được 3.2.2 Quy trình của ứng dụng 3.2.2.1 Công đoạn thực hiện chương trình Hình 3-24: Mô hình thu, phân tích và xử lý số liệu Internet vệ tinh Qua mô hình trên cho ta thấy, tín hiệu từ Anten thu vệ tinh ở mức cao tần, được hạ xuống trung tần (IF = 70... *.mpeg; *.eml; *.xls; *.mp3; *.g729; Hình 3-26: Lưu đồ thuật toán xử lý số liệu Internet vệ tinh Hình 3-27: Lưu đồ thuật toán xử lý số liệu Internet vệ tinh với dạng HTTP 3.2.3 Giao diện chính của chương trình 3.2.4 Kết quả thử nghiệm Với cấu hình thu thực tế tại cơ quan chúng tôi, đã tiến hành thử nghiệm chương trình trên 05 vệ tinh địa tĩnh (Sinosat 1 – 110.50E, Apstar 2R – 76.50E, Vinasat 1 – 1320E,... (có card xử lý số) hoặc modem (thu, phát tín hiệu) Tại đây với thiết bị phần cứng, card xử lý số và phần mềm đi cùng có chức năng thực hiện giải điều chế, giải mã đường truyền, giải xáo trộn và giải nhân kênh nếu có Sau đó số liệu được đăng ký qua phần mềm trên máy tính Số liệu đăng ký này được đưa vào chương trình ứng dụng để phân tích hoặc xử lý ra dữ liệu rõ Với đặc thù của tín hiệu vệ tinh thu... thức truyền khác, ở mức giao tiếp mạng như: ATM, X.25, ODLC, …  Sử dụng mã nguồn mở Wireshark, nghiên cứu tích hợp công cụ phân tích, xử lý vào chương trình Wireshark References Tiếng việt [1] Thái Hồng Nhị (2008); Hệ thống thông tin vệ tinh; Nhà xuất bản Bưu điện; tr 9, 123136 [2] Biên dịch: KS Nguyễn Đình Lương; Hiệu định: PGS.TS Phạm Văn Đương (1997); Công nghệ thông tin vệ tinh; Nhà XB Khoa học và. .. văn có hạn chế và đây là lĩnh vực công nghệ mới nên trong quá trình trình bày luận văn không tránh khỏi sai sót Kính mong các thầy cô đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn  Hƣớng phát triển Từ những nghiên cứu trong thời gian làm luận văn, tôi xin có một số đề xuất hướng phát triển như sau:  Nghiên cứu rộng hơn về các kiểu đa truy nhập khác trên thông tin liên lạc vệ tinh  Nghiên cứu mở rộng . truyền, xử lý các số liệu Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh. Vì thế tôi lựa chọn Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu Internet trên thông tin. Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu internet trên thông tin trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Phan Tuấn Anh Trường Đại học Công. vực công nghệ mới thông tin liên lạc vệ tinh, cụ thể là cơ chế, nguyên lý truyền thông trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh, đồng thời có ý tưởng xây dựng một công cụ phân tích giao thức truyền,