VINASAT-1
1.3.1 Kiến trỳc mạng VSAT sử dụng vệ tinh Vinasat-1 trờn đường trục cỏp quang Bắc - Nam
Mạng thụng tin vệ tinh Vinasat-1 sử dụng cả hai kiến trỳc mạng hỡnh sao và sao/lưới kết hợp. Trong đú cấu hỡnh mạng hỡnh sao là chủ yếu.
+ Kiến trỳc mạng hỡnh sao: Tất cả cỏc trạm VSAT đều kết nối trực tiếp với trạm HUB. Kiến trỳc này cho phộp tất cỏc cỏc trạm VSAT cú thể liờn lạc với nhau và liờn lạc với hệ thống mạng truyền dẫn, mạng đường trục cỏp quang Bắc-Nam thụng qua trạm HUB.
+ Kiến trỳc mạng hỡnh lưới: Cỏc trạm VSAT kết nối trực tiếp với nhau khụng thụng qua trạm HUB.
Kiến trỳc mạng hỡnh sao/lưới hỗn hợp: Bỡnh thường cỏc trạm VSAT vẫn làm việc với nhau thụng qua trạm HUB theo cấu hỡnh sao, khi cần làm việc trực tiếp với nhau khụng qua HUB, thỡ hai trạm VSAT sẽ chuyển về bước tần vệ tinh thứ hai (tần số khỏc) để liờn lạc. Giải phỏp hỗn hợp sao/lưới là sự kết hợp cỏc ưu điểm của cấu trỳc mạng hỡnh sao và kết nối đơn tuyến VSAT-VSAT trong cấu trỳc mạng hỡnh lưới. Kiến trỳc hỡnh lưới sử dụng cho cỏc ứng dụng cơ động, linh hoạt trong cấu hỡnh và tổ chức thụng tin.
Hỡnh 10.Kiến trỳc mạng hỗn hợp sao/lưới 1.3.2 Kờnh hướng đi và hướng về
Kiến trỳc mạng bao gồm một kờnh hướng đi (kờnh Outbound) và nhiều kờnh hướng về (kờnh Inbound). Tất cả trạm đầu cuối của mạng chia sẻ chung một kờnh hướng đi, trong khi mỗi kờnh hướng về được chia sẻ bởi một số cỏc trạm VSAT gọi là một nhúm (ingroup). Độ rộng băng thụng kờnh hướng đi được xỏc định dựa trờn số lượng cỏc trạm VSAT trong mạng. Tốc độ truyền tin của từng trạm VSAT tuỳ thuộc vào yờu cầu cung cấp dịch vụ của trạm. Mỗi kờnh hướng về được chia ra
thành nhiều khe thời gian. Mỗi trạm VSAT trong một kờnh hướng về được gỏn một khe thời gian xỏc định. Cụng nghệ mạng thụng tin vệ tinh Vinasat-1 sử dụng giao thức đa truy nhập phõn kờnh theo thời gian (TDMA) và hỗ trợ tớnh năng nhảy tần.
+ Kờnh hướng đi (Outbound)
Kờnh hướng đi trong mạng vệ tinh là chiều phỏt quảng bỏ từ trạm HUB thụng qua vệ tinh tới tất cả cỏc trạm VSAT trong mạng. Cỏc gúi tin được đỏnh địa chỉ và truyền từ trung tõm dữ liệu trạm HUB theo thứ tự ngẫu nhiờn, gúi nào đến trước được gửi đi trước. Cỏc gúi tin được mó húa với một số nhận dạng duy nhất là số serial trờn modem của cỏc trạm VSAT. Cỏc trạm VSAT căn cứ vào chỉ số nhận dạng của trạm mỡnh để thu cỏc gúi tin đú. Hướng đi cú cấu trỳc khung dữ liệu chứa toàn bộ một gúi IP đầy đủ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu tại cỏc trạm đầu xa. Với mỗi kờnh hướng đi, tốc độ dữ liệu đạt được trong phạm vi từ 128 kbit/s tới 20 Mbit/s.
Hỡnh 11.Truyền dẫn hướng đi trong mạng thụng tin vệ tinh Vinasat-1
Mạng thụng tin vệ tinh Vinasat-1 sử dụng chuẩn DVB-S2 cho hướng đi. Cụng nghệ này cho phộp hệ thống điều khiển lưu lượng phỏt quảng bỏ, gắn với chất lượng dịch vụ của cỏc trạm VSAT.
+ Kờnh hướng về (inbound)
trạm VSAT chia sẻ dung lượng trong một kờnh hướng về. Giao thức sử dụng trong kờnh hướng về của mạng là TDMA (đa truy nhập phõn kờnh theo thời gian). Để
đảm bảo thời gian đỏp ứng nhanh, mạng được thiết kế với nhiều loại tốc độ khỏc
nhau, ấn định băng thụng cho mỗi trạm dựa trờn yờu cầu lưu lượng của từng trạm tại thời điểm cấp phỏt. Ngoài ra, với khả năng cấp phỏt băng thụng động của hệ thống giỳp sử dụng hiệu quả tài nguyờn, giảm thiểu nghẽn và đỏp ứng nhu cầu cung cấp dịch vụ tin cậy.
Hệ thống liờn tục phõn tớch cỏc yờu cầu băng thụng của tất cả cỏc bộ định tuyến vệ tinh và cấp phỏt băng thụng với tần suất 8 lần trong một giõy. Tớnh năng này thớch hợp cho mạng VSAT cú tốc độ lưu lượng IP khỏc nhau.
Với khả năng nhảy tần (frequency hopping), một trạm VSAT cú thể truyền dữ liệu trờn một khe thời gian xỏc định cho hầu hết cỏc lưu lượng. Khi băng thụng cần nhiều hơn thỡ trạm VSAT cú thể được phõn bổ băng thụng trờn một kờnh hướng về khỏc đang rỗi. Nhờ vậy thiết kế hệ thống trở nờn linh hoạt, giỳp tiết kiệm băng thụng vệ tinh trong khi đỏp ứng cỏc yờu cầu cung cấp dịch vụ của cỏc trạm VSAT.
Bộ định tuyến vệ tinh của cỏc trạm VSAT hỗ trợ cỏc ứng dụng dựa trờn quản lý chất lượng dịch vụ, như cấp thứ tự ưu tiờn và đảm bảo băng thụng cho nhiều loại lưu lượng khỏc nhau, vớ dụ: Cú thể ưu tiờn lưu lượng thoại hơn dữ liệu. Việc thiết lập ưu tiờn ở trạm xa cú thể thực hiện qua IP nguồn/đớch. Khi tổ chức mạng, cho phộp người điều hành định nghĩa trạm VSAT vào một trong cỏc nhúm (ingroup) một cỏch dễ dàng. Cỏc nhúm đó được cấu hỡnh trước trong hệ điều hành với một băng thụng nhất định tương ứng với một tốc độ nhất định của cỏc trạm VSAT nằm trong nhúm đú. Khả năng này rất thuận lợi cho việc định lại cấu hỡnh khi cần nõng cấp hoặc thay đổi dịch vụ cung cấp của cỏc trạm VSAT, thể hiện tớnh linh hoạt trong tổ chức mạng.
Hỡnh 12.Truyền dẫn hướng về trong mạng thụng tin vệ tinh Vinasat-1
Thờm vào đú, hệ thống cũn cú khả năng hỗ trợ tăng tốc truyền gúi tin của mạng giỳp giảm bớt ảnh hưởng của trễ vệ tinh trong quỏ trỡnh thiết lập liờn lạc, đặc biệt là khi gúi tin bị lỗi hoặc bị mất.
1.3.3 Cấu trỳc, thành phần trạm HUB
Trạm HUB là thành phần trung tõm của mạng, làm nhiệm vụ kết nối cỏc trạm VSAT với nhau và kết nối hệ thống thụng tin vệ tinh Vinasat-1 với cỏc hệ thống thụng tin viễn thụng khỏc. Ngoài ra, trạm HUB cũn là trung tõm điều hành, quản lý toàn mạng, cung cấp dịch vụ, cơ sở dữ liệu và xử lý tớn hiệu đồng bộ cho toàn hệ thống.
Tớnh năng kỹ thuật của trạm Hub như sau: - Hệ thống anten thu, phỏt cố định.
- Cụng suất phỏt: 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 bỏn cố định và cơ động. Đồng cả hai trạm HUB cho phộp mở rộng dung lượng lờn gấp đụi.
+ Băng Ku: Dải tần phỏt Tx: 13,75–14,80 GHz Dải tần thu Rx: 10,70-12,75 GHz + Băng C: Dải tần phỏt Tx: 5,85 – 6,725 GHz
Dải tần thu Rx: 3,40 – 4,20 GHz
- Hệ thống mụ tơ điều khiển anten sử dụng điện ỏp đầu vào 380VAC/3pha. Cỏc thiết bị của trạm sử dụng nguồn 220VAC được cấp từ UPS.
- Cụng suất tiờu thụ: 17 kVA cho mỗi trạm HUB - Khả năng quản lý 1024 thuờ bao tương tự.
- Đỏp ứng cỏc dịch vụ thoại, số liệu và truyền hỡnh.
- Cú khả năng tự động điều chỉnh cụng suất phỏt khi thời tiết thay đổi ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền.
Trạm HUB băng C và Ku cú cấu trỳc tương đối giống nhau, chỉ khỏc là trạm HUB băng Ku cú thờm khối điều khiển cụng suất đường lờn (UPC), làm nhiệm vụ dự phũng cụng suất khi đường truyền bị suy hao lớn do ảnh hưởng của mụi trường truyền như mưa, mõy, sương mự...
Cấu trỳc trạm HUB bao gồm cỏc thành phần sau: - Hệ thống anten điều chỉnh tự động.
- Hệ thống điều khiển cụng suất (SSPA) băng Ku cú dự phũng 1:1. - Bộ đổi tần xuống tạp õm thấp (LNB) cú dự phũng 1:1.
- Khối điều khiển anten (ACS). - Bộ thu số bỏm vệ tinh (DTR).
- Bộ điều khiển cụng suất đường lờn (UPC) (chỉ cú ở trạm HUB băng Ku). - Thiết bị HUB modem
- Cỏc thiết bị IP mặt đất Cisco
Hỡnh 13.Sơđồ kết nối trạm HUB
Nguyờn lý làm việc của trạm HUB + Tuyến phỏt
Cỏc luồng dữ liệu người dựng (cú thể do cỏc thiết bị đầu cuối truyền hỡnh, truyền số liệu, cỏc thuờ bao từ mạng điện thoại quõn sự hoặc tớn hiệu IP từ cỏc trạm VSAT trong mạng) đưa tới hệ thống thiết bị IP mặt đất Cisco. Tại đõy, tớn hiệu IP được xử lý, định tuyến và đưa tới thiết bị HUB modem, cỏc card phỏt của HUB modem thực hiện chuyển đổi tớn hiệu IP thành tớn hiệu băng tần gốc sau đú điều chế tớn hiệu băng tần gốc thành tớn hiệu trung tần IF.
Tớn hiệu trung tần IF đầu ra của HUB modem được đưa tới hệ thống chuyển đổi tớn hiệu đường lờn BUC, tại đõy tớn hiệu trung tần IF được chuyển đổi thành tớn hiệu cao tần RF đồng thời được khuếch đại đủ lớn đưa ra anten phỏt lờn vệ tinh.
+ Tuyến thu
tạp õm thấp LNB. Tại LNB thực hiện trộn tần, chuyển tớn hiệu cao tần RF thành tớn hiệu trung tần IF đồng thời khuếch đại tớn hiệu trung tần đủ lớn đưa tới bộ chia, tại
đõy một phần tớn hiệu IF được đưa tới hệ thống HUB modem thực hiện giải điều
chế. Một phần tớn hiệu IF được đưa tới bộ thu bỏm vệ tinh (DTR) thực hiện so sỏnh với mức thu tớn hiệu chuẩn vệ tinh (Beacon) để đưa ra mức điều chỉnh anten bỏm vệ tinh cho phự hợp.
Tớn hiệu trung tần IF sau LNB (phần nằm ở ngoài trời) trước khi đưa vào bộ chia thỡ được đưa qua thiết bị chống sột trung tần để bảo vệ an toàn cho hệ thống thiết bị trong nhà.
Tại HUB modem cỏc card thu thực hiện giải điều chế, chuyển đổi tớn hiệu trung tần IF thành luồng dữ liệu số IP đưa tới hệ thống xử lý tớn hiệu số IP mặt đất Cisco, tại đõy dữ liệu IP được phõn tớch, xử lý đỏp ứng cỏc dịch vụ cho cỏc trạm VSAT yờu cầu (tớn hiệu cú thể được định tuyến đến một đầu cuối dịch vụ như thiết bị truyền hỡnh, truyền số liệu hoặc một thuờ bao thoại nào đú tại cỏc trạm VSAT hay mạng điện thoại cố định).
+ Hệ thống điều khiển
Trạm HUB của hệ thống thụng tin vệ tinh Vinasat-1 là một hệ thống hoàn chỉnh được được thiết kế với khả năng làm việc tự động và bảo đảm dự phũng cao. Do đú, ngoài phần thu, phỏt tớn hiệu cũn cú một hệ thống điều khiển tự động đi kốm gồm:
- Hệ thống tự động điều khiển anten (ACS) cho phộp điều điển anten theo 3 trục (gúc phương vị, gúc ngẩng, gúc phõn cực). Việc điều khiển anten được thực hiện tự động nhờ việc so sỏnh mức thu bỏm vệ tinh với mức thu tớn hiệu vệ tinh chuẩn, từ đú hệ thống ra quyết định điều chỉnh gúc nào cho phự hợp.
- Hệ thống tự động điều khiển cụng suất: Do tớn hiệu vệ tinh phụ thuộc rất lớn vào mụi trường truyền, đặc biệt là việc suy hao tớn hiệu lớn do mưa của băng tần Ku, nờn hệ thống cho phộp dự phũng cụng suất và tự động điều chỉnh để bự lượng cụng suất tiờu hao khi cần thiết.
như BUC, LNB, HUB modem, hệ điều hành, hệ thống IP mặt đất, nguồn điện... đều cú dự phũng 1+1, luụn làm việc ở chế độ hoạt động/dự phũng núng (active/stanby), nếu thiết bị chớnh bị sự cố thỡ ngay lập tức thiết bị dự phũng được thay thế tự động.
1.3.4 Cấu trỳc, thành phần trạm VSAT
Cỏc trạm đầu cuối (VSAT) nhằm bảo đảm thụng tin liờn lạc cố định và cơ
động. Đặc biệt là ở vựng sõu, vựng xa, biờn giới, hải đảo nơi mà cỏc phương tiện
thụng tin khỏc rất khú đỏp ứng. Cỏc trạm VSAT cung cấp đa dạng về mặt dịch vụ như: Thoại, truyền số liệu, truyền hỡnh, đỏp ứng phần lớn nhu cầu về mặt thụng tin liờn lạc.
Cấu trỳc thành phần trạm VSAT bao gồm:
- Hệ thống anten phỏt xạ và thu súng cao tần với vệ tinh.
- Bộ chuyển đổi đường lờn lờn BUC ( Block Up-Converter): BUC làm nhiệm vụ chuyển đổi tớn hiệu trung tần đầu vào IF thành tớn hiệu cao tần RF đưa ra anten phỏt lờn vệ tinh đồng thời thực hiện chức năng khuếch
đại cụng suất đủ lớn phỏt lờn vệ tinh. BUC được kết nối trực tiếp vào
cổng Tx của hệ thống ống phúng (feedhorn). BUC cho phộp hoạt động ngoài trời, phự hợp với hoạt động truyền thụng thoại và dữ liệu, video với cỏc dạng điều chế khỏc nhau, bao gồm: BPSK, QPSK, 8PSK...Thớch hợp với nhiều cấu hỡnh mạng và tốc độ dữ liệu khỏc nhau. Khối BUC cú thiết kế tinh gọn, bao gồm: Phần đổi tần lờn, phần khuếch đại cụng suất, phần dao động vũng khúa pha (PLL) và phần chuyển đổi nguồn DC-DC. Nú sử dụng giao diện trung tần L-Band từ khối trong nhà đưa tới.
- Bộ chuyển đổi đường xuống LNB (Low Noise Block Down-Converter): Bộ chuyển đổi đường xuống biến đổi tớn hiệu cao tần RF thu được từ vệ tinh (C-band hoặc Ku-band) thành tớn hiệu trung tần IF. Đồng thời thực hiện khuếch đại tớn hiệu đủ lớn cấp cho modem thực hiện giải điều chế. - Modem vệ tinh
Nguyờn lý làm việc của trạm VSAT: + Tuyến phỏt
Cỏc tớn hiệu tương tự hoặc số từ cỏc dịch vụ đầu cuối đi vào bộ định tuyến . Tại đõy chỳng được chuyển hoỏ thành dữ liệu IP chuẩn, đúng gúi, dỏn nhón và định tuyến trờn mạng IP. Cỏc gúi IP tiếp tục được đưa đến bộ bảo mật Encryptor để thực hiện mó hoỏ. Sau đú tớn hiệu được điều chế tại Modem vệ tinh chuyển thành tớn hiệu trung tần L-band. Tớn hiệu đầu ra Modem vệ tinh được đưa đến bộ chuyển đổi đường lờn BUC thụng qua panel giao tiếp thu phỏt. Tại BUC, tớn hiệu trung tần L- band được chuyển lờn thành tớn hiệu cao tần vệ tinh (C-band hoặc Ku-band), sau đú được khuếch cụng suất đủ lớn đưa ra anten phỏt lờn vệ tinh.
+ Tuyến thu
Anten thu tớn hiệu cao tần từ vệ tinh (Ku-band hoặc C-band), đưa đến đầu vào của bộ chuyển đổi đường xuống LNB. Tại đõy tớn hiệu cao tần vệ tinh được chuyển thành trung tần L-band, đồng thời được khuếch đại đủ lớn. Tớn hiệu tiếp tục được đưa đến Modem vệ tinh thụng qua một panel giao tiếp thu phỏt (cho phộp tiếp hợp cỏc đầu cable tớn hiệu). Modem ve thực hiện tinh điều chế tớn hiệu trung tần L- band thành tớn hiệu băng gốc, khụi phục và tạo ra luồng bớt số liệu IP chuẩn. Dữ liệu IP được đưa đến bộ bảo mật (Encryptor) để giải mó. Dữ liệu IP được giải mó được đưa đến bộ định tuyến VoiIP và truyền đến cỏc địa chỉ đớch qua mạng truyền dẫn đường trục cỏp quang Bắc - Nam.
Chương 2 TèM HIỂU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VIDEO SỐ
2.1 VIDEO SỐ VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM
2.1.1 Giới thiệu chung
Video là biểu diễn của cỏc cảnh trực quan thực tế được lấy mẫu theo thời gian và khụng gian. Một cảnh được lấy mẫu tại một thời điểm tạo ra 1 biểu diễn cảnh trực quan tại thời điểm đú gọi là một khung ảnh hoặc tạo ra một biểu diễn bao gồm cỏc dũng chẵn, lẻ của cỏc mẫu theo khụng gian ảnh gọi là trường ảnh. Việc lấy mẫu theo thời gian được lặp lại theo tần xuất là 25 hoặc 30 lần trờn 1 giõy đối với chuẩn SD (standard definition) hoặc 60 lần trờn 1 giõy đối với chuẩn HD (High definition), để tạo ra cỏc hỡnh ảnh động theo cảm nhận trực quan của mắt người.
Đối với biểu diễn ảnh đen trắng, cỏc tớn hiệu Video số được lấy mẫu theo khụng
gian là cỏc giỏ trị độ chúi của mỗi pixel. Đối với biểu diễn ảnh màu, mỗi một pixel
được được lấy mẫu theo 3 thành phần cơ bản là 3 tớn hiệu màu cơ bản đỏ, xanh
nước biển, xanh lỏ cõy (chuẩn RGB) hoặc 2 tớn hiệu màu, 1 tớn hiệu về độ chúi