Nghiên cứu giải pháp hệ thống truyền dòng video qua kênh vệ tinh VSAT

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VSAT Very Small Aperture Terminal Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng WDMA Wavelength division

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN ĐỨC TUYÊN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỆ THỐNG

TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH

VSAT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Tuyên

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

VSAT Very Small Aperture Terminal Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ

nhỏ WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng

WDMA Wavelength division multiple

TDM Time-division multiplexing Phân chia theo thời gian

PSK Phase-shift keying Điều chế dịch theo pha

FDM Frequency-division multiplexing Phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Phương thức đa truy nhập

RTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền vận thời gian

thực sử dụng cho truyền MediaRTCP Real-time Transport Control

MPEG Moving Picture Expert Group

GOP Group of Pictures Nhóm các bức ảnh

VOL Video object layer

VOP Video object plane

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang 4

Hình 2 Một số cấu trúc cơ bản của mạng quang đa truy nhập 6

Hình 3 Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng 8

Hình 4 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng và theo hai hướng 9

Hình 5 Đường thông tin vệ tinh 14

Hình 6 Quỹ đạo cơ bản của vệ tinh 16

Hình 7 Sơ đồ khối của trạm mặt đất 20

Hình 8 Cấu hình sao và cấu hình lưới của mạng VSAT 24

Hình 9 Kiến trúc mạng hình sao 26

Hình 10 Kiến trúc mạng hỗn hợp sao/lưới 27

Hình 11 Truyền dẫn hướng đi trong mạng thông tin vệ tinh Vinasat-1 28

Hình 12 Truyền dẫn hướng về trong mạng thông tin vệ tinh Vinasat-1 30

Hình 13 Sơ đồ kết nối trạm HUB 32

Hình 14 Mô hình màu RGB 37

Hình 15 Lấy mẫu và số hóa chuỗi Video khung hình 576x720 42

Hình 16 Lấy mẫu và số hóa cấu trúc 4:2:2 42

Hình 17 Lấy mẫu và số hóa cấu trúc 4:2:0 42

Hình 18 Cấu trúc logic của các bộ mã hóa 45

Hình 19 Sơ đồ bộ mã hoá và giải mã dùng MPEG 51

Hình 20 Cấu trúc gói tin RTP 61

Hình 21 Cấu trúc gói RTCP 64

Hình 22 Hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT 74

Hình 23 Kết quả trả về sau khi ping đến một địa chỉ qua mạng vệ tinh 79

Hình 24 Ảnh hưởng của Khởi đầu chậm và Tránh nghẽn .83

Hình 25 Sơ đồ khối hệ thống truyền dòng Video 88

Hình 26 Advantech DVP-7010B 89

Hình 27 Advantech DVP-7421BE 91

Hình 28 Card Optibase MovieMaker H.264 93

Hình 29 Truy xuất DirectShow 97

Hình 30 Kiến trúc DirectShow 98

Hình 31 Minh họa của Filter graph 99

Hình 32 Minh họa Filters and Pins 99

Hình 33 Sơ đồ hoạt động hệ thống truyền dòng Video 106

Hình 34 Truyền dòng Video từ VSS-ST về VSS-SVR 108

Hình 35 Playback dòng Video 109

Hình 36 Thử nghiệm hệ thống truyền dòngVideo ở phòng LAB 111

Hình 37 Thử nghiệm hệ thống truyền dòng Video trong thực tế 111

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Các băng tần trong thông tin vệ tinh 18

Bảng 2 Các định dạng hình 41

Bảng 3 Các loại gói định nghĩa trong trường PT của RTCP 64

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG VỆ TINH VSAT 4

1.1 HỆ THỐNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CÁP QUANG BẮC NAM 4

1.1.1 Mạng thông tin quang 4

1.1.2 Mạng quang đa truy nhập phân chia theo bước sóng 6

1.1.3 Mạng đường trục cáp quang Bắc – Nam 12

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 13

1.2.1 Hệ thống thông tin vệ tinh 13

1.2.2 Trạm mặt đất 20

1.2.3 Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh 21

1.2.4 Mạng VSAT 23

1.2.5 Giới thiệu về vệ tinh Vinasat-1 25

1.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MẠNG VSAT SỬ DỤNG VỆ TINH VINASAT-1 26

1.3.1 Kiến trúc mạng VSAT sử dụng vệ tinh Vinasat-1 trên đường trục cáp quang Bắc - Nam 26

1.3.2 Kênh hướng đi và hướng về 27

1.3.3 Cấu trúc, thành phần trạm HUB 30

1.3.4 Cấu trúc, thành phần trạm VSAT 34

Chương 2 TÌM HIỂU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VIDEO SỐ 36

2.1 VIDEO SỐ VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM 36

2.1.1 Giới thiệu chung 36

2.1.2 Một số khái niệm về Video số 36

2.1.3 Khái quát về mã hóa Video số 43

2.2 CHUẨN MÃ HÓA MPEG 48

2.2.1 Khái quát chung về chuẩn mã hóa MPEG 48

2.2.2 Chuẩn mã hóa MPEG-1 54

2.2.3 Chuẩn mã hóa MPEG-2 55

2.2.4 Chuẩn mã hóa MPEG-4/H.264 55

2.3 GIAO THỨC TRUYỀN TẢI VIDEO RTP/RTCP/RTSP 60

2.3.1 Giới thiệu về giao thức RTP 60

2.3.2 Giao thức điều khiển RTCP 63

2.3.3 Giao thức RTSP 65

2.4 TÌM HIỂU VỀ TRUYỀN DÒNG VIDEO 67

2.4.1 Khái niệm truyền dòng Video 67

2.4.2 Giới thiệu một số hệ thống truyền dòng Video 68

2.5 MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VIDEO 70

Chương 3 XÂY DỰNG GIẢI PHÁP HỆ THỐNG TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH VSAT 73

3.1 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU 73

3.1.1 Mục đích của hệ thống 73

3.1.2 Yêu cầu hệ thống 73

3.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỔNG THỂ 74

3.2.1 Mô hình giải pháp hệ thống tổng thể 74

3.2.2 Các thành phần cần phải nghiên cứu xây dựng 75

3.2.3 Phương pháp nghiên cứu xây dựng 75

3.3 MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DÒNG VIDEO KHI TRUYỀN QUA MẠNG VỆ TINH VSAT 76

3.3.1 Hệ thống mã hóa, giải mã Video 76

3.3.2 Ảnh hưởng của thời tiết đến chất lượng kênh truyền vệ tinh 77

3.3.3 Băng thông đường truyền 77

3.3.4 Độ trễ gói tin 78

3.3.5 Lệch bộ định thời gian và Jitter 80

3.3.6 Mất mát gói tin 81

3.3.7 Mất khung hình 81

3.4 MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM HẠN CHẾ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DÒNG VIDEO 82

3.4.1 Phương thức mã hóa và giải mã Video 82

3.4.2 Truyền không đối xứng 82

3.4.3 Khởi đầu chậm, tránh nghẽn trước 83

3.4.4 Tối ưu hóa theo đặc tính TCP 85

Chương 4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 88

4.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH VSAT 88

4.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 89

4.2.1 Đánh giá lựa chọn công nghệ mã hóa Video 89 4.2.2 Giải pháp Playback dòng Video bằng công nghệ DirectX

4.3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỆ THỐNG TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH 100

4.3.1 Phân tích một số yếu tố đường truyền ảnh hưởng đến chất lượng truyền dòng Video 100

4.3.2 Giải pháp hệ thống truyền dòng Video 102

4.3.3 Giải pháp khắc phục nhược điểm trong giao thức RTP/RTCP 102

Chương 5 THIẾT KẾ, CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 106

5.1 Thiết kế thử nghiệm hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT 106

5.1.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống 106

5.1.2 Các thành phần của hệ thống 106

5.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 107

5.2 Cài đặt và thử nghiệm 108

5.2.1 Công cụ và môi trường phát triển 108

5.2.2 Các phân hệ phần mềm được nghiên cứu phát triển 108

5.2.3 Một số thuật toán cơ bản trong hệ thống 108

5.2.4 Giao diện chương trình thử nghiệm 109

5.2.5 Môi trường thử nghiệm hệ thống 110

5.3 Đánh giá kết quả 112

KẾT LUẬN 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

và thế giới Cho tới nay, Việt Nam đã có rất nhiều hợp tác với các nước ASIAN trong đó có hợp tác về an ninh quốc phòng Một vấn đề trong hợp tác an ninh quốc phòng với quân đội các nước đó là giải quyết vấn đề “An ninh phi truyền thống” Trong quá trình hợp tác, các nước xác định những lĩnh vực ưu tiên và hình thức hợp tác về các vấn đề “an ninh phi truyền thống”, trong giai đoạn hiện nay cần ưu tiên giải quyết các vấn đề như: đấu tranh với các hoạt động khủng bố, buôn bán ma túy, buôn người, cướp biển, buôn bán vũ khí, rửa tiền, tội phạm kinh tế quốc tế và tội phạm công nghệ cao Đối với Việt Nam, đặc biệt chú trọng trong việc hợp tác giải quyết các vấn đề an ninh phi truyền thống xảy ra trên Biển Đông

Việc nắm chắc, rõ ràng tình hình xảy ra trên biển để đưa ra được các phương

án tác chiến và các phương án phối hợp với các nước trong giải quyết các vấn đề

“An ninh phi truyền thống” là bài toán đặt ra cho công tác chỉ huy tham mưu tác chiến trên đất liền Hiện nay, phương pháp liên lạc giữa Trung tâm chỉ huy trên đất liền với các lực lượng tuần tra trên biển vẫn đang dưới dạng điện đàm vô tuyến và truyền ảnh qua sóng vô tuyến Như vậy, thông tin cung cấp về đất liền vẫn chưa thực sự được đầy đủ và trực quan Vấn đề đặt ra là cần phải có giải pháp để đất liền

có được những thông tin hình ảnh thật trực quan sinh động về tình hình xảy ra trên biển

Vệ tinh Vinasat-1 đã được phóng lên từ năm 2008 Một trong những nhiệm

vụ quan trọng của Vinasat-1 là phục vụ bảo đảm cho an ninh - quốc phòng Đây chính là điều kiện thuận lợi để đưa ra các giải pháp cung cấp thông tin về tình hình xảy ra trên biển bằng hình ảnh Video cho đất liền Hiện nay các tàu tuần tra trên biển đã bắt đầu được trang bị các trạm thu phát vệ tinh cỡ nhỏ (VSAT) và các

Camera chất lượng cao, khả năng Zoom quang lớn Các hình ảnh Video thu được sẽ được truyền qua vệ tinh về đất liền, cung cấp cho đất liền tình hình xảy ra trên biển một cách rõ ràng, trực quan nhất Một vấn đề đặt ra nữa là Quân đội cần phải chủ động và bảo đảm bí mật an toàn thông tin cho vấn đề truyền Video từ biển đảo về Trung tâm chỉ huy trên đất liền

Luận văn Nghiên cứu giải pháp Hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ

tinh VSAT là bài toán đặt ra nhằm đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ đó

Mục đích nghiên cứu của luận văn là:

+ Tìm hiểu, nghiên cứu, lựa chọn giải pháp mã hóa, giải mã và truyền Video phù hợp với hệ thống truyền dẫn mạng vệ tinh Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT phục vụ cung cấp thông tin trên biển

+ Nghiên cứu, lập trình hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT,

từ đó hoàn toàn chủ động trong việc cung cấp Video về tình hình xảy ra trên biển cho Trung tâm chỉ huy trên đất liền

Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc rất cố gắng tại phòng Lab Truyền dẫn và Thông tin vệ tinh thuộc Trung tâm KTTT Công nghệ cao, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Lan, cùng với sự quan tâm, tạo điều kiện của Đảng ủy, Ban Giám đốc Trung tâm KTTT Công nghệ cao, Bộ tư lệnh Thông tin,

BQP, tôi đã hoàn thành luận văn: Nghiên cứu giải pháp Hệ thống truyền dòng qua

kênh vệ tinh VSAT Với sự nỗ lực của bản thân, luận văn đã có một số kết quả nhất

định, tuy nhiên, do khả năng hạn chế và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi thiếu sót Tôi rất mong những ý kiến đóng góp của thầy cô trong hội đồng và các các chuyên gia trong các lĩnh vực liên quan

Cấu trúc luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận, bao gồm 5 chương

• Chương 1: Tổng quan về mạng thông tin vệ tinh VSAT

• Chương 2: Tìm hiểu một số vấn đề về Video số

• Chương 3: Xây dựng giải pháp Hệ thống truyền dòng Video qua kênh

vệ tinh VSAT

• Chương 4: Phân tích và lựa chọn giải pháp công nghệ

• Chương 5: Thiết kế, cài đặt và thử nghiệm

Tôi xin được gửi lời cám ơn trân trọng đến các thầy cô giáo trong Viện Công nghệ Thông tin, Đại học Bách khoa Hà Nội đặc biệt là cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan, bộ môn Truyền thông và mạng máy tính, Viện CNTT, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn trân trọng đến Đảng ủy, Ban Giám đốc Trung tâm KTTT Công nghệ cao, Bộ tư lệnh Thông tin cùng lãnh đạo phòng Kỹ thuật Truyền dẫn Thông tin vệ tinh, Trung tâm KTTT Công nghệ cao, Bộ tư lệnh Thông tin đã quan tâm tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn

Hà Nội, 10/2010

Người thực hiện

Nguyễn Đức Tuyên

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG VỆ TINH VSAT

1.1 HỆ THỐNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CÁP QUANG BẮC NAM

1.1.1 Mạng thông tin quang

Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, loài người đã chứng kiến sự gia tăng rất nhanh nhu cầu trao đổi thông tin thông qua các mạng điện thoại, máy tính… Tương ứng với sự gia tăng về nhu cầu sử dụng các dịch vụ đó thì băng thông cung cấp cũng phải tăng theo Nhu cầu băng thông tăng bắt nguồn từ khối lượng thông tin trao đổi, sự phổ cập rộng rãi Internet, các ứng dụng giải trí đa phương tiện… Trong khi đó, phần lớn hạ tầng mạng viễn thông đã được xây dựng trước đây chủ yếu phục vụ truyền dẫn lưu lượng thoại dẫn đến việc không đáp ứng nổi sự gia tăng nhu cầu băng thông, cũng như băng thông rộng Hệ thống thông tin sợi quang (gọi tắt là thông tin quang) ra đời đã đáp ứng được nhu cầu về băng thông này Với hệ thống thông tin bằng cáp quang, dung lượng của hệ thống được tăng lên, chất lượng được cải thiện, tổn hao giảm, cho phép đơn giản hoá trong việc nâng cấp, cung cấp các dịch vụ mới

1.1.1.1 Mô hình tổng quát của hệ thống thông tin quang

Sơ đồ tổng quát của một hệ thống thông tin quang có thể được biểu diễn như trong hình dưới đây

Sîi quang

E/O Coverter

E/O Coverter

Hình 1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang

Các thiết bị đầu cuối như máy tính, điện thoại, fax để thực hiện việc trao đổi thông tin là các thiết bị tạo ra nguồn tín hiệu điện Để truyền tin qua cáp sợi quang cần phải chuyển tín hiệu từ dạng điện sang dạng quang nhờ nguồn sáng Tín hiệu

được truyền đi bằng sợi quang tới bên thu Trong quá trình truyền, do sự suy giảm nên tín hiệu cần được khuyếch đại để đảm bảo cho bên thu có thể nhận được Bên thu sẽ sử dụng một bộ tách sóng quang để khôi phục lại tín hiệu điện và chuyển cho các thiết bị đầu cuối tương đương

1.1.1.2 Một số đặc điểm của thông tin quang

Do mục tiêu của hệ thống thông tin là truyền đi các bản tin nên một hệ thống được đánh giá bằng dung lượng truyền dẫn, cự ly, độ tin cậy Việc nghiên cứu, phát triển một cách tích cực trong lĩnh vực thông tin sợi quang đã cho chúng ta một hệ thống thông tin có nhiều ưu điểm:

+ Dung lượng truyền dẫn lớn: Khi tín hiệu được mang đi với tần số sóng mang càng lớn thì lượng tin tức truyền được càng nhiều Trong khi dung lượng của

hệ thống vi ba chỉ vài trăm MHz thì thông tin sợi quang là cỡ GHz Dung lượng truyền ở đây không phải bị giới hạn bởi kênh quang mà bởi tốc độ hoạt động của các thiết bị điện tử

+ Tổn hao thấp: Một ích lợi quan trọng nữa là tổn hao truyền dẫn trong sợi quang thấp Gần đây tổn hao chỉ còn 0,18dB/km ở bước sóng 1,55µm

+ Không bị can nhiễu: Do tính chất là ống dẫn sóng cách điện nên tín hiệu quang được giữ bên trong sợi, tránh được bất kỳ loại nhiễu nào từ bên ngoài trong khi các loại cáp xoắn hay truyền radio chịu ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu, đặc biệt

là nhiễu từ các nguồn phát sóng điện từ trường khác

+ Tốc độ cao: Cho phép thiết lập các kết nối tốc độ cao Tín hiệu quang không đòi hỏi phải phối hợp trở kháng như tín hiệu điện nên chỉ cần dùng sợi quang hoặc truyền qua không gian tự do để thiết lập kết nối

Bên cạnh các ưu điểm trên của hệ thống thông tin sợi quang thì nó cũng có một số nhược điểm như việc đấu nối, hàn giữa hai sợi quang khó; cần phải cấp nguồn cho các trạm khuyếch đại/lặp ở trên tuyến; công nghệ sản xuất phức tạp…

1.1.2 Mạng quang đa truy nhập phân chia theo bước sóng

1.1.2.1 Mạng quang đa truy nhập

Mặc dù dung lượng của mạng đã nhận được là rất ấn tượng nhưng chúng ta

cũng mới chỉ sử dụng được một phần nhỏ trong khả năng truyền dẫn sẵn có của sợi

quang Lý do chính là các thiết bị quang điện tại đầu vào và đầu ra của sợi quang

chưa thể hoạt động được với tốc độ tương xứng với băng thông của sợi Từ đó dẫn

tới việc cần tận dụng băng thông có sẵn của sợi bằng cách cho phép đa truy cập vào

tài nguyên này Do đó xu thế hiện nay là hướng vào một thế hệ mới của hệ thống

thông tin quang mà chúng ta gọi là Mạng quang đa truy nhập-Multiaccess Optical

Fiber Networks

Trong các mạng quang đa truy nhập, toàn bộ đường dẫn giữa các node là

quang hoàn toàn, thụ động, không có bất cứ một bộ biến đổi quang điện nào ngoại

trừ tại hai đầu cuối của một kết nối

T

Vµo Ra

1 N Vµo Ra Vµo Ra

Hình 2 Một số cấu trúc cơ bản của mạng quang đa truy nhập

(a) Mạng hình sao N x N ; (b) Mạng hình sao 1 x N ; (c) Mạng bus đơn

z

Mạng mới này cũng cho phép tránh được tình trạng thắt cổ chai bằng cách ứng dụng những ưu điểm của quang học Ví dụ như các bộ tách/ghép tín hiệu thực hiện hoàn toàn quang học… Hình 2 minh hoạ cho cấu trúc của mạng quang đa truy nhập Các node được nối với nhau sử dụng các phần tử quang thụ động như bộ coupler hình sao (star coupler), bộ rẽ nhánh, bộ ghép kênh theo bước sóng-WDM…

Đa truy nhập vào cùng một tài nguyên, ở đây là sợi quang, có thể được thực hiện bằng cách ghép kênh cho các node Hiện nay chúng ta có các phương thức đa truy nhập là Đa truy nhập phân chia theo bước sóng-WDMA, Đa truy nhập phân chia theo bước sóng mang phụ-SCMA, Đa truy nhập phân chia theo thời gian-TDMA và Đa truy nhập phân chia theo mã-CDMA

1.1.2.2 Kỹ thuật ghép bước sóng WDM

Trong những tiến bộ đạt được về thông tin quang phải kể đến kỹ thuật ghép bước sóng quang WDM, nó thực hiện ghép các tín hiệu ánh sáng với những bước sóng khác nhau để truyền trên sợi dẫn quang Mục tiêu của ghép kênh WDM cũng nhằm để tăng dung lượng kênh truyền dẫn Ngoài ý nghĩa đó kỹ thuật này còn tạo ra khả năng xây dựng các tuyến thông tin quang có dung lượng tương đương với ttốc

độ rất cao Khi tốc độ đường truyền đạt tới mức nào đó sẽ xuất hiện hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dẫn Khi tốc độ đạt tới hàng chục Gbit/s, bản thân các mạch điện tử không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp; thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao Do đó kỹ thuật ghép kênh quang ra đời đã khắc phục được những hạn chế đó

Nguyên lý cơ bản của ghép kênh bước sóng quang có thể minh hoạ như ở hình 3 Giả sử có nguồn phát quang làm việc ở các bước sóng khác nhau λ1 ,λ2 ,λ3 λj λn Các tín hiệu quang ở các bước sóng khác nhau này sẽ được ghép vào cùng một sợi dẫn quang ở phía phát bộ ghép bước sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tin hiệu sa khi ghép sẽ được truyền dọc theo sợi để tới phía thu Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bước sóng

riêng rẽ này sau khi chúng qua bộ giải ghép bước sóng

MUX

DMUX

Sîi dÉn quang

O(λ1 λn) I(λ1 λn)

Hình 3 Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng

Để thực hiện một hệ thống WDM theo một hướng, thì cần phải có bộ ghép kênh ở đầu phát để kết hợp tín hiệu quang từ các nguồn phát quang khác nhau đưa vào một sợi dẫn quang chung Tại đầu thu, cần phải có bộ giải ghép kênh để thực hiện tách các kênh quang tương ứng Nhìn chung, các tín hiệu quang không phát một lượng công suất đáng kể nào ở ngoài độ rộng phổ kênh đã định trước của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh là không đáng lưu tâm ở đầu phát vấn đề cần lưu tâm ở đây là bộ ghép kênh phải có suy hao thấp để sao cho tín hiệu từ nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép ít bị suy hao Đối với bộ tách kênh, vì các bộ tách sóng qang thường nhạy cảm trên một vùng rộng các bước sóng cho nên nó có thể thu được toàn bộ các bước sóng được phát đi Như vậy, để ngăn chặn tín hiệu không mong muốn một cách có hiệu quả, phải có biện pháp cách ly tốt các kênh quang để thực hiện điều này, cần thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định có bước sóng cắt chính xác

1.1.2.3 Hướng truyền dẫn của hệ thống thông tin quang sử dụng WDM

Như ở trên đã đề cập, hệ thống sử dụng WDM có thể thực hiện truyền dân theo một hay hai hướng đối với sử dụng một hướng thì phải có hai sợi dẫn quang

để thực hiện truyền dẫn và như vậy trong trường hợp này số bước sóng sử dụng trên một sợi sẽ ít đi và số sợi sử dụng sẽ nhiều hơn thực tế trong hệ thống này, các bước sóng được truyền dẫn cùng chiều sẽ ở trên một sợi và các bước sóng theo chiều ngược lại sẽ ở trên sợi kia Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhất vì về nguyên lý truyền dẫn đi và về, nó như hệ thống đơn kênh bình thường Do các bước sóng là cùng một hướng trên sợi cho nên yêu cầu thiết bị ghép bước sóng quang

MUX ở phía phát không quá nghiêm ngặt, quá trình ghép này đơn giản chỉ là ghép các tín hiệu của các nguồn phát có độ rộng phổ rất hẹp, và công xuất của từng nguồn phát chỉ tập trung ở độ rộng phổ kênh nhất định

Đối với các hệ thống sử dụng truyền dẫn theo 2 hướng thì ưu điểm lớn nhất

là sử dụng ít sợi dẫn quang.trong trường hợp chỉ có một sợi quang vẫn có thể thiết lập được tuyến truyền dẫn quang trên đó có nhiều bước sóng đi và về đây là một lợi thế khi tăng dung lượng kênh mà lượng cáp sợi quang đã sử dụng hết Phương pháp hai hướng chỉ thực sự có ý nghĩa khi thực hiện cung cấp cho các thuê bao quang trong mạng truy nhập sử dụng một sợi quang và các hình thức biểu diễn tính vượt trội của thông tin một sợi khi so sánh với phương thức truyền dẫn thông thường sử dụng cáp đôi dây kim loại

Kênh 1 Nguồn λ 1

Kênh 2 Nguồn λ2

Kênh n

Thiết bị WDM

Thiết bị WDM

Thu λ1 Thu λ2

Thiết

bị WDM

Hình 4 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng và theo hai hướng

1.1.2.4 Khả năng ghép bước sóng của hệ thống

Các hệ thống sử dụng công nghệ WDM cho phép trên một hệ thống đồng thời truyền được nhiều kênh quang với các bước sóng khác nhau mà mỗi kênh quang (kể cả chiều đi và về) đó tương đương với một hệ thống truyền dẫn quang

thông thường Như vậy hệ thống có bao nhiêu bước sóng thì dung lượng của hệ thống sẽ tăng gấp bấy nhiêu lần so với hệ thống đơn kênh quang

Như vậy cấu trúc của hệ thống có bao nhiêu bước sóng thì sẽ có bấy nhiêu cặp thiết bị phát – thu quang các cặp thiết bị này có thể là hoàn toàn giống nhau về mặt đặc tính kỹ thuật trừ tham số về bước sóng tại thành phần quang của thiết bị Về nguyên lý thì có thể ghép vô số các bước sóng, có nghĩa là sẽ có vô số kênh thông tin quang trên hai hoặc một sợi quang các bước sóng này có thể nằm ở tất cả các cửa sổ của sợi quang có suy hao truyền dẫn nhỏ, tuy nhiên ITU-T đã khẳng định hiện tại có 3 vùng bước sóng 850, 1310 và 1550nm là có suy hao nhỏ và sử dụng cho các hệ thống thông tin quang, và trong tương lai sẽ có các vùng bước sóng dài hơn (như 2.7µm) sẽ được sử dụng Trong thực tế, đầu những năm 1980 đã xuất hiện nhiều hệ thống WDM ghép hai bước sóng ở vùng cửa sổ 1310nm và 1550nm, và cho tới nay nhờ công nghệ laser và thiết bị ghép bước sóng phát triển, các hệ thống hầu như chỉ thực hiện ghép các bước sóng cùng một cửa sổ Trong hệ thống truyền dẫn sử dụng công nghệ WDM, số bước sóng càng lớn thì dung lượng truyền dẫn sẽ tăng rất nhanh và như vậy càng phải quan tâm tới xuyên kênh của hệ thống cũng như suy hoa tín hiệu do thiết bị WDM gây ra Đối với một dung lượng đã định trước, việc thay bước sóng sẽ thay cho việc giảm số sợi sử dụng hoặc giảm tốc độ truyền dẫn nền, đây là mối tương quan cần quan tâm khi áp dụng xây dựng hoặc nâng cấp các tuyến truyền dẫn quang

sắc hoặc sử dụng sợi tối ưu tại bước sóng 1550nm nhưng đều không có hiệu quả lớn Tuy nhiên, hiện nay với công nghệ điện tử và quang điện phát triển, các hệ thống thiết bị 10Gbit/s (STM-64) đã thương mại hoá và như vậy việc tăng dung lượng nhờ tăng tốc độ truyền dẫn đạt được một bước nhảy lớn Các tốc dộ cao hơn còn đang nghiên cứu và biện pháp sử dụng tốc độ nền 10Gbit/s làm một kênh quang trong hệ thống WDM đang rất có ý nghĩa trong việc tăng dung lượng kênh và đơn giản hoá quá trình xây lắp và quản lý hệ thống WDM Tốc độ nền của hệ thống càng lớn thì số bước sóng phải ghép càng ít, lúc đó số thiết bị trên hệ thống sẽ giảm đáng kể và như vậy việc xây dựng, quản lý hệ thống sẽ đơn giản hơn nhiều Tốc độ nền cao sẽ tiết kiệm được sợi quang, bước sóng quang và như vậy tạo điều kiện cho việc nâng cấp sau này dễ dàng

Kỹ thuật WDM thường được dùng để nâng một dung lượng các tuyến đường trục hoặc cáp quang biển nhằm thoả mãn lưu lượng mà vẫn đảm bảo cự ly truyền đi

xa và sử dụng ít sợi quang Đối với các tuyến này thì tốc độ nền là khá cao và theo như tốc độ nền lớn nhất đã thương mại hoá hiện nay đạt tới 10Gbit/s thì có thể có các phương án sau:

Với dung lượng tương đương 10Gbit/s

• Truyền 1 hướng, 2 sợi/ 4 bước sóng với tốc độ nền 2.5Gbit/s (STM-16)

• Truyền 1 hướng, 2 sợi/ 1 bước sóng với tốc độ nền 10Gbit/s (STM-64)

• Truyền 2 hướng, 1 sợi/ 2 bước sóng với tốc độ nền 10Gbit/s (STM-64)

Với dung lượng tương đương 20Gbit/s

• Truyền 1 hướng, 2 sợi/8 bước sóng với tốc độ nền 2.5Gbit/s (STM-16)

• Truyền 1 hướng, 2 sợi/2 bước sóng với tốc độ nền 10Gbit/s (STM-64)

• Truyền 2 hướng, 1 sợi/4 bước sóng với tốc độ nền 10Gbit/s (STM-64)

Với dung lượng tương đương 40Gbit/s

• Truyền 1 hướng, 2 sợi/ 16 bước sóng với tốc độ nền 2.5Gbit/s (STM-16)

• Truyền 1 hướng, 2 sợi/ 4 bước sóng với tốc độ nền 10Gbit/s (STM-64)

• Truyền 2 hướng, 1 sợi/ 8 bước sóng với tốc độ nền 10Gbit/s (STM-64)

1.1.3 Mạng đường trục cáp quang Bắc – Nam

Mạng đường trục cáp quang Bắc - Nam được xây dựng trên nền tảng hai đường trục DWDM XA và XB với thiết kế phần cứng cho phép mở rộng tới 40 bước sóng, trong đó tốc độ truyền dẫn trên mỗi bước sóng là 10Gb/s

Các trạm trên đường trục XB triển khai dọc theo tuyến đường sắt Bắc Nam đều có cấu hình xen/rẽ - OADM

Đường trục XA sử dụng 02 sợi quang trên đường dây tải điện 500kV nên có đặc điểm hoạt động khá ổn định, vững chắc Tại các nút quan trọng, thiết kế trạm có cấu hình xen/rẽ để hạ kênh cấp dịch vụ và thực hiện nối ngang (bằng thiết bị SDH) sang đường trục XB để tạo thành các vòng bảo vệ theo từng khu vực

Các thiết bị SDH trên cả 2 đường trục được thiết kế với dung lượng 10Gb/s, bảo đảm đủ cung cấp các dịch vụ phục vụ yêu cầu chỉ đạo của Bộ tới các cơ quan đơn vị trực thuộc Liên kết giữa các thiết bị SDH trên đường trục XA và XB được thiết kế thành vòng, có 3 liên kết ngang ở tốc độ STM-64 (10Gb/s) và 1 liên kết ngang ở tốc độ STM-16 (2,5Gb/s) tạo thành các vòng bảo vệ cho các khu vực

Thiết bị ghép bước sóng DWDM và SDH trên đường trục với khả năng cung cấp nhiều loại giao diện, cho phép truyền tải nhiều loại hình dịch vụ mà không cần

sử dụng các bộ chuyển đổi sẽ bảo đảm chất lượng độ tin cây cao

Theo định hướng phát triển mạng truyền dẫn SDH trong những năm tới, mạng truyền dẫn quang nhánh được phân cấp tốc độ (STM-16, STM-1) tới các vòng bảo vệ khu vực nhằm khắc phục hiện tượng nghẽn lưu lượng trong quá trình phát triển mạng viễn thông và cho phép vu hồi lưu lượng tới mọi nút trong mạng, bảo đảm thông tin liên lạc vững chắc trong mọi tình huống

Với việc sử dụng thiết bị ghép kênh DWDM theo chuẩn G.694 của Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) quy định về lưới bước sóng, khoảng cách giữa kênh quang là 0,4nm (50GHz) cho phép đầu tư phần cứng để nâng cao dung lượng truyền dẫn đường trục lên 96 bước sóng

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

1.2.1 Hệ thống thông tin vệ tinh

1.2.1.1 Giới thiệu chung

Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng

vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm trên mặt đất Do trạm chuyển tiếp vệ tinh có độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ưu điểm so với các hệ thống viễn thông khác, đó là:

Thông tin vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi địa hình như đồi núi, thành phố, sa mạc, đại dương Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh có thể truyền tới các vùng

xa xôi hẻo lánh, biên giới, hải đảo Bởi vậy thông tin vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất cho các vùng mà các phương tiện thông tin khác khó đáp ứng

Một vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (về lý thuyết, 1 vệ tinh địa tĩnh có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt quả đất), một trạm mặt đất có thể liên lạc với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó Nếu có

3 vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở ba vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu

Có khả năng đáp ứng các dịch vụ thông tin băng rộng Độ rộng băng tần của mỗi bộ phát đáp (transponder) có thể lên đến hàng chục MHz Mỗi bộ phát đáp cho phép cung cấp băng thông cho nhiều trạm mặt đất khác nhau trong vùng phủ sóng của vệ tinh

Để thiết lập đường truyền thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một vệ tinh lên quỹ đạo và có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thụ động mà không khuếch đại và biến đổi tần số Hầu hết các vệ tinh thông tin là vệ tinh tích cực, nghĩa là vệ tinh thu tín hiệu từ một trạm mặt đất, khuếch đại, đổi tần và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác Hình 5 chỉ ra một đường thông tin qua vệ tinh giữa hai trạm mặt đất

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

Hình 5 Đường thông tin vệ tinh

1.2.1.2 Phân cực sóng

+ Phân cực sóng là gì:

Trường điện từ của một sóng vô tuyến điện khi đi trong một môi trường (như

là khí quyển) dao động theo một hướng nhất định Phân cực là hướng dao động của điện trường

Có hai loại phân cực sóng vô tuyến điện được sử dụng trong thông tin vệ tinh: sóng phân cực thẳng và sóng phân cực tròn

+ Sóng phân cực thẳng

Một sóng phân cực thẳng có thể tạo ra bằng cách dẫn các tín hiệu từ một ống dẫn sóng chữ nhật đến anten loa Nhờ đó, sóng được bức xạ theo kiểu phân cực thẳng đứng song song với cạnh đứng của anten loa Để thu được sóng này, anten thu được cũng cần được bố trí giống tư thế của anten phía phát

Khi đặt nó vuông góc, thì không thể thu được sóng này ngay cả khi sóng đi vào ống dẫn sóng, vì nó không nối được cáp đồng trục Mặc dù sóng phân cực thẳng dễ dàng tạo ra, nhưng cần phải điều chỉnh hướng của ống dẫn sóng anten thu

sao cho song song với mặt phẳng phân cực của sóng đến

+ Sóng phân cực tròn

Sóng phân cực tròn là sóng khi truyền lan, phân cực của nó quay tròn Có thể tạo ra loại sóng này bằng cách kết hợp hai sóng phân cực thẳng có phân cực vuông

góc với nhau và góc lệch pha là 900 Sóng phân cực tròn là sóng phân cực phải hay trái phụ thuộc vào sự khác pha giữa các sóng phân cực thẳng và sớm pha hay chậm pha

Phân cực quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ với tần

số bằng tần số sóng mang Đối với sóng phân cực tròn mặc dù không cần điều chỉnh hướng của loa thu, nhưng mạch fiđơ của anten lại trở nên phức tạp hơn đôi chút

1.2.1.3 Quỹ đạo vệ tinh

Vệ tinh có hai dạng quỹ đạo cơ bản là quỹ đạo êlíp và quỹ đạo tròn

- Quỹ đạo êlíp (HEO - Highly Elpitical Orbit): Có độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 65o, cận điểm (điểm gần nhất từ quỹ đạo vệ tinh đến trái đất) là 1000 km và viễn điểm (điểm xa nhất từ quỹ đạo vệ tinh đến trái đất) là 39.400 km, chu kỳ quỹ đạo là 11giờ 58 phút

- Quỹ đạo tròn: Được phân thành hai loại quỹ đạo cực và quỹ đạo xích đạo: + Quỹ đạo cực (MEO - Medium Earth Orbit, LEO - Low Earth Orbit) có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích đạo, nghĩa là mỗi vòng bay của

vệ tinh sẽ đi qua hai cực quả đất

+ Quỹ đạo xích đạo (GSO - Geostationary Orbit, GEO - Geostatinary Earth Orbit) có mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng xích đạo Trong quỹ đạo xích đạo, nếu chiều bay vệ tinh cùng chiều với chiều quay quả đất và có chu kỳ bằng chu

kỳ quay của quả đất gọi là quỹ đạo địa tĩnh

Có thể tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh bằng hình 1-2 Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh (vệ tinh bay theo quỹ đạo địa tĩnh) được sử dụng cho lĩnh vực thông tin là lý tưởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ một vị trí cố định trên mặt đất, nghĩa là thông tin sẽ được bảo đảm liên tục, ổn định trong 24 giờ đối với các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh khác Bởi vậy, hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều

sử dụng vệ tinh địa tĩnh

Hình 6 Quỹ đạo cơ bản của vệ tinh

1.2.1.4 Băng tần và băng thông

Để thực hiện được liên lạc giữa mặt đất và vệ tinh, các sóng mang phải có tần số cao hơn tần số giới hạn xuyên qua tầng điện li Người ta đã chứng minh được rằng, các tần số nhỏ hơn 1GHz đều bị tiêu hao lớn do tầng điện li, còn cao hơn 10GHz thì bị khí quyển mây mưa hấp thụ Chỉ có giới hạn từ 1-10GHz là bị tiêu hao nhỏ nhất Truyền các tín hiệu vô tuyến trong dải này được xem là truyền sóng trong không gian tự do Thông tin vệ tinh là một dạng truyền sóng trong không gian

tự do

Mỗi trạm vệ tinh được phân phối cho một băng tần nhất định Trong thông tin vệ tinh, người ta thường phân biệt các khái niệm băng tần như sau: Băng tần chiếm dụng (Occupied Bandwidth) BOCC, Băng tần danh định (Allocated Bandwidth) BALL, Băng tần tạp âm (Noise Bandwidth) BN, Băng tần phân tích (Resolution Bandwidth) BRES và Băng tần công suất tương đương (Equivalen Power Bandwidth) BEqP

Băng tần danh định BALL là băng tần thực sự mà vệ tinh cung cấp cho trạm mặt đất Để đánh giá chất lượng sóng mang trong BALL người ta phải đo công suất

(dB) của nó tại một vị trí nào đó xác định bởi BRES Nếu lý tưởng thì BRES = 1Hz, nhưng trên thực tế BRES bằng khoảng 1% BALL

Các dải BALL của các trạm mặt đất được đặt sát cạnh nhau, cho nên giữa chúng phải có 1 khoảng bảo vệ nào đó nhằm tránh xuyên nhiễu Vì vậy thực sự các sóng mang chỉ làm việc với dải tần chiếm dụng BOCC nhỏ hơn và nằm trong BALL

BOCC được xác định bằng khoảng băng tần giữa 2 BRES sao cho giá trị công suất đỉnh lớn hơn công suất mỗi BRES tối thiểu 40dB Thông thường thì BOCC có giá trị trong khoảng 1/1.1 đến 1/1.2 BALL

Với mỗi giá trị BOCC nào đó, các trạm mặt đất còn phải chịu sự quy định về mức công suất phát không được lớn hơn 1 giá trị cực đại nhất định Bởi vì nếu một trạm phát công suất lớn quá thì tác hại nó sinh ra sẽ ảnh hưởng nghiêm trong đến các kênh lân cận có công suất nhỏ hơn Do vậy một trạm muốn phá công suất lớn thì tương đương với việc dải tần chiếm dụng của nó sẽ mở rộng ra Giá trị của BEqP

đặc trưng cho sự tương đương đó Các kỹ thuật truyền dẫn hiện nay đang cố gắng

để làm cho BEqP bằng với BOCC dựa trên việc giảm bớt công suất phát cần thiết của các trạm mặt đất Một trong những kỹ thuật được áp dụng để giảm công suất phát

mà vẫn đảm bảo tỷ lệ BER là mã sửa lỗi trước FEC

1.2.1.5 Phân bổ tần số cho các hệ thống thông tin vệ tinh

Phân bố tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi

sự cộng tác quốc tế và có quy hoạch Phân bố tần được thực hiện dưới sự bảo trợ của Liên đoàn viễn thông quốc tế (ITU) Để tiện cho việc quy hoạch tần số, toàn thế giới được chia thành ba vùng:

Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô cũ và Mông Cổ

Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ và Đảo Xanh

Vùng 3: Châu Á (trừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dương

Trong các vùng này băng tần được phân bổ cho các dịch vụ vệ tinh khác nhau, mặc dù một dịch vụ có thể được cấp phát các băng tần khác nhau ở các vùng khác nhau Các dịch vụ do vệ tinh cung cấp bao gồm:

di động trên máy bay Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng bao gồm các hệ thống định vị toàn cầu và các vệ tinh cho các dịch vụ khí tượng thường cung cấp cả dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ

Bảng 1 Các băng tần trong thông tin vệ tinh

Ku là băng hiện nay được sử dụng cho các vệ tinh quảng bá trực tiếp và nó cũng được sử dụng cho một số dịch vụ vệ tinh cố định Băng C được sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh cố định và các dịch vụ quảng bá trực tiếp không được sử dụng

băng này Băng VHF được sử dụng cho một số dịch vụ di động và đạo hàng và để truyền số liệu từ các vệ tinh thời tiết Băng L được sử dụng cho các dịch vụ di động

và các hệ thống đạo hàng Đối với các dịch vụ vệ tinh cố định trong băng C, phần băng được sử dụng rộng rãi nhất là vào khoảng từ 4 đến 6 GHz Hầu như các tần số cao hơn được sử dụng cho đường lên và thường băng C được ký hiệu là 6/4 GHz trong đó con số viết trước là tần số đường lên Đối với dịch vụ quảng bá trực tiếp trong băng Ku, dải thường được sử dụng là vào khoảng từ 12 đến 14 GHz và được

ký hiệu là 14/12 GHz

Một số khái niệm cơ bản khác

- Hướng đi (outbound): Là chiều phát từ trạm HUB đến các trạm VSAT qua

vệ tinh

- Hướng về (inbound): Là chiều phát từ trạm VSAT đến trạm HUB qua vệ tinh

- Bộ định tuyến vệ tinh: Ngoài chức năng định tuyến gói tin, còn làm nhiệm

vụ điều chế, giải điều chế tín hiệu được đặt tại các trạm đầu cuối VSAT

- Chuẩn DVB-S2: Chuẩn truyền hình được áp dụng trong liên lạc vệ tinh hiện nay Chuẩn này được thiết kế dựa trên chuẩn phát truyền hình số quảng bá (Digital Video Broadcasting-DVB) ứng dụng trong vệ tinh thế hệ thứ 2 (Satellite 2) Chuẩn này có ưu điểm cơ bản là khắc phục được phần lớn những tác động xấu của môi trường truyền, bảo đảm độ tin cậy cao trong liên lạc Một số đặc tính chính của chuẩn là: Sử dụng giao thức MF-TDMA (đa tần số-đa truy nhập phân kênh theo thời gian), nhảy tần nhanh, cấp phát băng thông động và tự động điều chỉnh chỉ số điều chế và mã hoá kênh theo điều kiện môi trường truyền (ACM)

- Tính năng ACM (Automatic Coding Modulation -Tự động điều chỉnh chỉ

số điều chế và mã hoá): Là một tính năng quan trọng trong các hệ thống thông tin

vệ tinh ứng dụng chuẩn DVB-S2 Hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh hệ số điều chế và mã hoá tuỳ theo điều kiện môi trường (mưa, nắng, mưa to, mưa nhỏ, trời trong, mây mù ), bảo đảm duy trì kết nối và truyền dữ liệu với độ tin cậy cao

- Tần số chuẩn vệ tinh “Beacon”: Mỗi vệ tinh thường có một hoặc nhiều tần

số chuẩn (sóng mang đơn thuần không có điều chế), phát quảng bá trong toàn bộ vùng phủ, giúp cho các trạm mặt đất có thể thu để điều chỉnh anten cho đúng hướng

vệ tinh

1.2.2 Trạm mặt đất

Trạm mặt đất (SES: Satellite Earth Station) là trạm nhận các tín hiệu dưới dạng số hay tương tự từ mạng mặt đất, xử lý và phát đi ở tần số đã được ấn định trước với mức công suất yêu cầu đến vệ tinh, đồng thời thu tín hiệu cao tần đã được

ấn định cho trạm, xử lý nó thành các luồng tín hiệu băng tần gốc để đưa tới mạng mặt đất

Tín hiệu RF từ và đến vệ tinh

Tín hiệu băng tần cơ sở (đến người sử dụng)

Tín hiệu băng tần gốc (từ người dùng)

RF (BUC) (HPA)

IF

Bộ điều chế (MOD)

RF (LNB)

IF Giải điều chế (DEMOD)

D

Giám sát

và điều khiển Nguồn điện

Bám

vệ tinh

Chú thích: BUC: Bộ chuyển đổi đường lên, HPA: Bộ khuếch đại công suất

LNB: Bộ khuếch đại tạp âm thấp, IF: Trung tần, RF: Cao tần,

MOD: Điều chế, DEMOD: Giải điều chế

Hình 7 Sơ đồ khối của trạm mặt đất

Sơ đồ khối của một trạm mặt đất chỉ ra trên hình 7 Tín hiệu băng tần gốc từ người dùng đưa tới bộ điều chế (MOD), thực hiện điều chế lên tần số trung gian gọi

là trung tần (70 ± 18) MHz hay (140 ± 36) MHz Sau bộ điều chế, tín hiệu trung tần được đưa đến khối chuyển đổi đường lên (Block Uplink Converter-BUC) BUC vừa làm nhiệm vụ trộn tần vừa khuếch đại tín hiệu Đầu ra BUC là tín hiệu cao tần (RF) được đưa đến bộ lọc phân hướng D ra anten và phát lên vệ tinh

Khi thu, tín hiệu nhận được sẽ được anten cảm ứng với mức công suất rất thấp do cự ly thông tin lớn, bởi vậy tín hiệu thu được từ anten sau khi qua đoạn ống dẫn sóng đến bộ lọc phân hướng (D), qua bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNB), để mức tín hiệu cao tần thu đủ lớn và phải có mức tạp âm nhỏ để tạp âm tổng tăng lên không đáng kể, bởi vậy LNB đặt càng gần anten càng tốt nhằm giảm nhỏ nhất tạp

âm đưa vào hệ thống LNB vừa làm nhiệm vụ khuếch đại vừa làm nhiệm vụ đổi tần xuống (chuyển từ cao tần thành trung tần 70 MHz hoặc 140 MHz), sau đó tín hiệu trung tần được đưa tới bộ giải điều chế (DEMOD) để lấy ra tín hiệu băng tần gốc đưa tới thiết bị xử lý tín hiệu chuyển tới người dùng

1.2.3 Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh

Băng tần của một vệ tinh thông thường được chia thành những băng tần nhỏ, được khuyeesch đại một cách riêng rẽ dùng trong mỗi bộ phát đáp (Transpoder) Việc truy nhập cho mỗi Transpoder có thể được giới hạn với một trạm mặt đất tại một điểm, hoặc cũng có thể thực hiện đồng thời nhiều sóng mang một lúc Trong một vệ tinh thì có thể bao gồm cả hai phương pháp truy nhập nói trên Một số Transpoder chỉ làm việc với một sóng mang đơn và có những Transpoder lại xử lý một luồng thông tin nhiều sóng mang Đó chính là các phương pháp truy nhập tới các bộ Transpoder của vệ tinh

+ Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access)

FDMA là một phương thức đa truy nhập dùng trong thông tin vệ tinh, được

sử dụng khi có nhiều trạm mặt đất cùng làm việc trong một hệ thống thông tin vệ tinh, dựa vào nguyên tắc phân chia theo tần số Mỗi trạm mặt đất khi phát tín hiệu

sẽ làm việc với một phần bộ phát đáp đã được dành trước cho nó

Mỗi trạm mặt đất thu gom toàn bộ lưu lượng thông tin của trạm đó lên một sóng mang đơn bằng cách ghép băng tần cơ bản FDM (Frequency-division

multiplexing - phân chia theo tần số) hoặc TDM (Time-division multiplexing - Phân

chia theo thời gian) mà không cần biết địa chỉ của các thông tin đó Sóng mang này mang các tín hiệu có địa chỉ khác nhau được khuyếch đại lên nhờ khuyếch đại công suất của trạm mặt đất và đưa tới anten để phát lên vệ tinh Anten thu của vệ tinh thu nhân sóng mang này đồng thời với các sóng mang khác mà các sóng mang này phân biệt với nhau nhờ tấn số của chúng

Một kiểu FDMA thường được sử dụng là SCPC (mỗi kênh đơn trên một sóng mang - Single Chanel Per Carrier) Trong phương thức này, thì một tín hiệu hoặc là thoại hoặc là dữ liệu được điều tần hoặc điều pha PSK (Phase-shift keying - điều chế dịch theo pha) được phát đi và truy nhập tới vệ tinh theo phương thức FDMA

Kiểu đa truy nhập phân chia theo tấn số PCM/PSK/FDMA dựa theo nguyên tắc các kênh thông tin được đưa đến trạm mặt đất dưới dạng các luồng PCM (Pulse Code Modulation- Điều chế mã xung, được dùng với tín hiệu liên tục), sau khi thực hiện biến đổi A/D các luồng số có tốc độ 16kbps-64kbps được sử dụng trên một chiều truyền dẫn của kênh thoại Sau đó chúng được ghép kênh và điều chế sóng mang theo kiểu PSK rồi phát đi, vệ tinh tiếp nhận chúng trên cơ sở FDMA Nếu lưu lượng truyền dẫn ở một trạm đã ở mức tới hạn sử dụng để tăng dung lượng kênh thoại mà không cần phải tăng sóng mang vệ tinh

+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time DMA)

TDMA là một phương thức truy nhập trong thông tin vệ tinh dựa vào sự phân chia thời gian sử dụng các bộ phát đáp trong vệ tinh giữa các trạm mặt đất, các trạm mặt đất này có thể sử dụng chung một tần số sóng mang

Phương pháp đa truy nhập TDMA dựa trên việc phân chia thời gian sử dụng

bộ phát đáp thành các khoảng thời gina nhỏ, giữa các khoảng thời gian này có các khoảng trống gọi là khoảng bảo vệ Điều này hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật FDMA, chia toàn bộ băng tần thành các băng tần con và giữa chúng cũng có

khoảng giãn băng

Khác với kỹ thuật FDMA, trong kỹ thuật TDMA, mỗi bộ phát đáp chỉ làm việc với sóng mang tại một thời điểm dựa trên cơ sở việc truy nhập được thực hiện đối với nhiều người sử dụng Trong kỹ thuật này, trạm mặt đất được thiết kế sử dụng một khe thời gian dành riêng cho nó để phát lưu lượng thông tin của mình dưới dạng các bit số nằm trong một luồng bit số gọi là burst tín hiệu

Thời gian bắt đầu phát của burst tín hiệu được thiết lập khi trạm điều khiển trung tâm thu được burst tín hiệu đồng bộ Khoảng thời gian mà mỗi trạm truy nhập với bộ phát đáp vệ tinh được phân chia bởi trạm điều khiển sao cho phù hợp với nhu cầu về dung lượng trạm (trạm nào có dung lượng lớn sẽ được chia khoảng thời gian dài hơn) và thay đổi nhanh chóng cho phù hợp với nhu cầu đột xuất về dung lượng từng trạm

Bất kỳ trạm nào cũng có thể truy nhập tới toàn bộ các trạm khác trong hệ thống để kết nối thông tin với nhau Đối với kỹ thuật FDMA, sự thay đổi độ rộng băng tần đã ấn ddingj cho mỗi trạm là rất tốn kém so với kỹ thuật TDMA Sau khi một trạm đã gửi xong burst thông tin của mình thì sẽ có một khoảng trống tạo ra trước khi trạm tiếp theo gửi burst thông tin của mình Khoảng thời gian trống được thiết lập dựa trên khả năng nhận biết trước các thay đổi về trễ trong thiết bị, khả năng thu đồng bộ và sự biến đổi trong dải công tác nhằm ngăn ngừa sự giao thoa giữa các burst tín hiệu cho việc truyền dẫn đồng bộ

1.2.4 Mạng VSAT

VSAT (Very Small Aperture Terminal) là trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ được sử dụng để liên lạc trực tiếp với một trạm VSAT khác hoặc với một trạm chủ (HUB) thông qua vệ tinh

Mạng VSAT sử dụng vệ tinh địa tĩnh có độ cao 35 786 km so với bề mặt trái đất và độ trễ đường truyền cho một bước nhảy khoảng 0.25 s (theo đường trạm mặt đất - vệ tinh - trạm mặt đất) Có ba cấu hình tiêu biểu của mạng VSAT: mạng sao (STAR), mạng lưới (MESH) và cấu hình kết hợp cả mạng sao và mạng lưới

Trong cấu hình hình sao, mỗi một trạm VSAT truyền và nhận tín hiệu thông qua trạm chủ HUB Điều này không cho phép các trạm VSAT được kết nối trực tiếp với nhau vì thông tin giữa VSAT và VSAT được thực hiện thông qua HUB và qua hai lần nhảy vệ tinh Hầu hết các mạng VSAT đều sử dụng cấu hình này vì với độ tăng ích an-ten của trạm chủ HUB sẽ cho phép tối ưu phần không gian và giảm nhỏ kích thước an-ten của người sử dụng Nhược điểm lớn nhất của cấu hình hình sao là trễ đường truyền thông thông tin giữa trạm VSAT và VSAT

Hình 8 Cấu hình sao và cấu hình lưới của mạng VSAT

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 Do cấu hình lưới đòi hỏi mỗi một trạm VSAT phải có công suất đủ lớn để liên lạc giữa các trạm VSAT với nhau nên yêu cầu kích thước an-ten lớn Cấu hình lưới được sử dụng thích hợp với những ứng dựng mà yêu cầu

trễ nhỏ như điện thoại

Cấu hình hỗn hợp cho phép nhóm các trạm VSAT liên lạc với cấu hình lưới với cấu hình còn lại sử dụng cấu hình sao Cấu hình này phù hợp với mạng mà một

số trạm sử dụng có nhu cầu về lưu lượng lớn hơn hẳn các trạm VSAT khác ở trong mạng Các trạm có nhu cầu lưu lượng cao được cung cấp bởi cấu hình lưới (MESH)

và giảm chi phí do không cần phải thiết lập thêm phần thiết bị trạm chủ HUB và phần mạng còn lại vẫn sử dụng cấu hình mạng hình sao

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

1.2.5 Giới thiệu về vệ tinh Vinasat-1

Vinasat-1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng vào vũ trụ lúc 22 giờ 16 phút ngày 18 tháng 4 năm 2008 (giờ UTC) Dự án vệ tinh Vinasat-1 đã khởi động từ năm 1998 với tổng mức đầu tư là khoảng hơn 300 triệu USD Việt Nam đã tiến hành đàm phán với 27 quốc gia và vùng lãnh thổ để có được

vị trí 132 độ Đông trên quỹ đạo địa tĩnh Lockheed Martin Commercial Space Systems (Mỹ) là nhà thầu cung cấp vệ tinh Vinasat (gói thầu số 3 - gói thầu quan trọng nhất của dự án phóng vệ tinh Vinasat) và Arianespace của Pháp là nhà thầu cung cấp tên lửa đẩy Ariane 5 ECA để phóng vệ tinh

Vệ tinh VINASAT1 làm việc ở băng tần C và Ku có cấu trúc và đặc tính như sau:

- Tần số thu phát của băng Ku:

+ Tần số phát (Tx): 13,75 – 14,50 GHz (phân cực đứng-V)

+ Tần số thu (Rx): 10,95 – 11,70 GHz (phân cực ngang-H)

- Vùng phủ của băng tần C gồm: Các nước khu vực Đông Nam Á, Trung Quốc, Triều tiên, Ấn Độ, Nhật Bản và Úc

- Vùng phủ của băng tần Ku gồm: Việt Nam, Lào, Cămpuchia, Thái Lan và một phần Mianma

1.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MẠNG VSAT SỬ DỤNG VỆ TINH

+ Kiến trúc mạng hình sao: Tất cả các trạm VSAT đều kết nối trực tiếp với

trạm HUB Kiến trúc này cho phép tất các các trạm VSAT có thể liên lạc với nhau

và liên lạc với hệ thống mạng truyền dẫn, mạng đường trục cáp quang Bắc-Nam thông qua trạm HUB

Hình 9 Kiến trúc mạng hình sao

+ Kiến trúc mạng hình lưới: Các trạm VSAT kết nối trực tiếp với nhau

không thông qua trạm HUB

Kiến trúc mạng hình sao/lưới hỗn hợp: Bình thường các trạm VSAT vẫn làm việc với nhau thông qua trạm HUB theo cấu hình sao, khi cần làm việc trực tiếp với nhau không qua HUB, thì hai trạm VSAT sẽ chuyển về bước tần vệ tinh thứ hai (tần

số khác) để liên lạc Giải pháp hỗn hợp sao/lưới là sự kết hợp các ưu điểm của cấu trúc mạng hình sao và kết nối đơn tuyến VSAT-VSAT trong cấu trúc mạng hình lưới Kiến trúc hình lưới sử dụng cho các ứng dụng cơ động, linh hoạt trong cấu hình và tổ chức thông tin

Hình 10 Kiến trúc mạng hỗn hợp sao/lưới 1.3.2 Kênh hướng đi và hướng về

Kiến trúc mạng bao gồm một kênh hướng đi (kênh Outbound) và nhiều kênh hướng về (kênh Inbound) Tất cả trạm đầu cuối của mạng chia sẻ chung một kênh hướng đi, trong khi mỗi kênh hướng về được chia sẻ bởi một số các trạm VSAT gọi

là một nhóm (ingroup) Độ rộng băng thông kênh hướng đi được xác định dựa trên

số lượng các trạm VSAT trong mạng Tốc độ truyền tin của từng trạm VSAT tuỳ thuộc vào yêu cầu cung cấp dịch vụ của trạm Mỗi kênh hướng về được chia ra

thành nhiều khe thời gian Mỗi trạm VSAT trong một kênh hướng về được gán một khe thời gian xác định Công nghệ mạng thông tin vệ tinh Vinasat-1 sử dụng giao thức đa truy nhập phân kênh theo thời gian (TDMA) và hỗ trợ tính năng nhảy tần

+ Kênh hướng đi (Outbound)

Kênh hướng đi trong mạng vệ tinh là chiều phát quảng bá từ trạm HUB thông qua vệ tinh tới tất cả các trạm VSAT trong mạng Các gói tin được đánh địa chỉ và truyền từ trung tâm dữ liệu trạm HUB theo thứ tự ngẫu nhiên, gói nào đến trước được gửi đi trước Các gói tin được mã hóa với một số nhận dạng duy nhất là

số serial trên modem của các trạm VSAT Các trạm VSAT căn cứ vào chỉ số nhận dạng của trạm mình để thu các gói tin đó Hướng đi có cấu trúc khung dữ liệu chứa toàn bộ một gói IP đầy đủ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu tại các trạm đầu xa Với mỗi kênh hướng đi, tốc độ dữ liệu đạt được trong phạm vi từ 128 kbit/s tới 20 Mbit/s

Hình 11 Truyền dẫn hướng đi trong mạng thông tin vệ tinh Vinasat-1

Mạng thông tin vệ tinh Vinasat-1 sử dụng chuẩn DVB-S2 cho hướng đi Công nghệ này cho phép hệ thống điều khiển lưu lượng phát quảng bá, gắn với chất lượng dịch vụ của các trạm VSAT

+ Kênh hướng về (inbound)

Truyền dẫn hướng về trong mạng thông tin vệ tinh Vinasat-1 cho phép nhiều

trạm VSAT chia sẻ dung lượng trong một kênh hướng về Giao thức sử dụng trong kênh hướng về của mạng là TDMA (đa truy nhập phân kênh theo thời gian) Để đảm bảo thời gian đáp ứng nhanh, mạng được thiết kế với nhiều loại tốc độ khác nhau, ấn định băng thông cho mỗi trạm dựa trên yêu cầu lưu lượng của từng trạm tại thời điểm cấp phát Ngoài ra, với khả năng cấp phát băng thông động của hệ thống giúp sử dụng hiệu quả tài nguyên, giảm thiểu nghẽn và đáp ứng nhu cầu cung cấp dịch vụ tin cậy

Hệ thống liên tục phân tích các yêu cầu băng thông của tất cả các bộ định tuyến vệ tinh và cấp phát băng thông với tần suất 8 lần trong một giây Tính năng này thích hợp cho mạng VSAT có tốc độ lưu lượng IP khác nhau

Với khả năng nhảy tần (frequency hopping), một trạm VSAT có thể truyền

dữ liệu trên một khe thời gian xác định cho hầu hết các lưu lượng Khi băng thông cần nhiều hơn thì trạm VSAT có thể được phân bổ băng thông trên một kênh hướng

về khác đang rỗi Nhờ vậy thiết kế hệ thống trở nên linh hoạt, giúp tiết kiệm băng thông vệ tinh trong khi đáp ứng các yêu cầu cung cấp dịch vụ của các trạm VSAT

Bộ định tuyến vệ tinh của các trạm VSAT hỗ trợ các ứng dụng dựa trên quản

lý chất lượng dịch vụ, như cấp thứ tự ưu tiên và đảm bảo băng thông cho nhiều loại lưu lượng khác nhau, ví dụ: Có thể ưu tiên lưu lượng thoại hơn dữ liệu Việc thiết lập ưu tiên ở trạm xa có thể thực hiện qua IP nguồn/đích Khi tổ chức mạng, cho phép người điều hành định nghĩa trạm VSAT vào một trong các nhóm (ingroup) một cách dễ dàng Các nhóm đã được cấu hình trước trong hệ điều hành với một băng thông nhất định tương ứng với một tốc độ nhất định của các trạm VSAT nằm trong nhóm đó Khả năng này rất thuận lợi cho việc định lại cấu hình khi cần nâng cấp hoặc thay đổi dịch vụ cung cấp của các trạm VSAT, thể hiện tính linh hoạt trong tổ chức mạng

Hình 12 Truyền dẫn hướng về trong mạng thông tin vệ tinh Vinasat-1

Thêm vào đó, hệ thống còn có khả năng hỗ trợ tăng tốc truyền gói tin của mạng giúp giảm bớt ảnh hưởng của trễ vệ tinh trong quá trình thiết lập liên lạc, đặc biệt là khi gói tin bị lỗi hoặc bị mất

1.3.3 Cấu trúc, thành phần trạm HUB

Trạm HUB là thành phần trung tâm của mạng, làm nhiệm vụ kết nối các trạm VSAT với nhau và kết nối hệ thống thông tin vệ tinh Vinasat-1 với các hệ thống thông tin viễn thông khác Ngoài ra, trạm HUB còn là trung tâm điều hành, quản lý toàn mạng, cung cấp dịch vụ, cơ sở dữ liệu và xử lý tín hiệu đồng bộ cho toàn hệ thống

Tính năng kỹ thuật của trạm Hub như sau:

- Hệ thống anten thu, phát cố định

- Công suất phát: 100W đối với băng Ku và 200W đối với băng C

- Trạm HUB băng C kết nối và quản lý 174 trạm VSAT băng tần C cố định Trạm HUB băng Ku kết nối và quản lý 76 trạm VSAT bán cố định và cơ động Đồng cả hai trạm HUB cho phép mở rộng dung lượng lên gấp đôi

- Tần số công tác:

+ Băng Ku: Dải tần phát Tx: 13,75–14,80 GHz

Dải tần thu Rx: 10,70-12,75 GHz + Băng C: Dải tần phát Tx: 5,85 – 6,725 GHz

Dải tần thu Rx: 3,40 – 4,20 GHz

- Hệ thống mô tơ điều khiển anten sử dụng điện áp đầu vào 380VAC/3pha Các thiết bị của trạm sử dụng nguồn 220VAC được cấp từ UPS

- Công suất tiêu thụ: 17 kVA cho mỗi trạm HUB

- Khả năng quản lý 1024 thuê bao tương tự

- Đáp ứng các dịch vụ thoại, số liệu và truyền hình

- Có khả năng tự động điều chỉnh công suất phát khi thời tiết thay đổi ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền

Trạm HUB băng C và Ku có cấu trúc tương đối giống nhau, chỉ khác là trạm HUB băng Ku có thêm khối điều khiển công suất đường lên (UPC), làm nhiệm vụ

dự phòng công suất khi đường truyền bị suy hao lớn do ảnh hưởng của môi trường truyền như mưa, mây, sương mù

Cấu trúc trạm HUB bao gồm các thành phần sau:

- Hệ thống anten điều chỉnh tự động

- Hệ thống điều khiển công suất (SSPA) băng Ku có dự phòng 1:1

- Bộ đổi tần xuống tạp âm thấp (LNB) có dự phòng 1:1

- Khối điều khiển anten (ACS)

- Bộ thu số bám vệ tinh (DTR)

- Bộ điều khiển công suất đường lên (UPC) (chỉ có ở trạm HUB băng Ku)

- Thiết bị HUB modem

- Các thiết bị IP mặt đất Cisco

- Hệ thống quản lý điều hành mạng vệ tinh

Hình 13 Sơ đồ kết nối trạm HUB

Nguyên lý làm việc của trạm HUB

+ Tuyến phát

Các luồng dữ liệu người dùng (có thể do các thiết bị đầu cuối truyền hình, truyền số liệu, các thuê bao từ mạng điện thoại quân sự hoặc tín hiệu IP từ các trạm VSAT trong mạng) đưa tới hệ thống thiết bị IP mặt đất Cisco Tại đây, tín hiệu IP được xử lý, định tuyến và đưa tới thiết bị HUB modem, các card phát của HUB modem thực hiện chuyển đổi tín hiệu IP thành tín hiệu băng tần gốc sau đó điều chế tín hiệu băng tần gốc thành tín hiệu trung tần IF

Tín hiệu trung tần IF đầu ra của HUB modem được đưa tới hệ thống chuyển đổi tín hiệu đường lên BUC, tại đây tín hiệu trung tần IF được chuyển đổi thành tín hiệu cao tần RF đồng thời được khuếch đại đủ lớn đưa ra anten phát lên vệ tinh

+ Tuyến thu

Tín hiệu cao tần RF từ các kênh hướng về của các trạm VSAT phát về trạm HUB thông qua vệ tinh được anten trạm HUB thu lại đưa tới hệ thống khuếch đại