Cấu hình bao gồm trạm Gateway, trạm đầu cuối VSAT và mạng Internet. Trạm Gateway được nối với mạng Internet đường trục thông qua các tuyến truyền quốc gia hiện tại. Tại trạm đầu cuối VSAT, các thiết bị của khách hàng được kết nối với thiết bị bên ngoài nhà VSAT và tiến hành truy cập Internet thông qua trạm Gateway. Với đối tượng phục vụ của Hotspot là các khách sạn, cung cấp dịch vụ
giải trí cho khách hàng. Một Radius Server được lắp đặt tại trạm Gateway thực hiện chức năng lưu trữ dữ liệu chi tiết cuộc gọi (CDR) phục vụ mục đích tính cước.
88
Khách hàng truy nhập sử dụng dịch vụ mạng phải có account đã được đăng ký hoặc sử dụng thẻ phát hành của nhà cung cấp dịch vụ. Một Access Gateway thực hiện chức năng quản lý quyền truy nhập sử dụng dịch vụ của khách hàng.
2.6.2 Dịch vụ VoIP
Dịch vụ VoIP cho VSAT-IP bao gồm 03 thành phần cơ bản Voice Gateway,
gatekeeper/Callmanager và thiết bị biến đổi IP-thoại analog (ATA-Analogue
Telephone Adaptor). Voice Gateway thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng IP và mạng PSTN. Gatekeeper/Callmanager thực hiện chức năng điều khiển định tuyến cuộc gọi trong nội bộ mạng và liên mạng, thực hiện chức năng CDR lưu trữ thông tin chi tiết cuộc gọi phục vụ cho mục đích tính cước. Thiết bị ATA cung cấp giao diện kết nối với máy điện thoại thông thường hoặc kết nối với tổng đài PBX.
2.6.3 Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN)
Giải pháp cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo (VPN) được triển khai theo mô hình điểm - đa điểm. Các thiết bị tại các chi nhánh của khách hàng được kết nối với UT và kết nối về Hub, Gateway thông qua vệ tinh với phương thức truy nhập chia xẻ băng thông. Từ trạm Hub, Gateway kênh được kết nối về trụ sở chính của khách hàng qua các tuyến truyền dẫn mặt đất như kênh thuê riêng, ADSL.
2.6.4 Dịch vụ GSM Trunking
Tương tự như mạng dùng riêng, các BTS khác nhau được kết nối với thiết bị
IP-MUX, tiếp đó là IDU của UT và kết nối tới Hub; Gateway thông qua vệ tinh. Tại Hub; Gateway, nhà cung cấp sẽ cùng khách hàng thiết lập đường kênh thuê riêng kết nối với IP-MUX, BSC, MSC tại trung tâm cung cấp dịch vụ của khách hàng và PSTN.
2.6.5 Dịch vụ truyền hình hội nghị
Cung cấp dịch vụ truyền hình hội nghị theo mô hình điểm - điểm và điểm đa
điểm. Truyền hình hội nghịđa điểm cho phép nhiều điểm khác nhau cùng tham gia hội nghị thông qua truyền dẫn vệ tinh giao thức IP. Cấu hình thiết bị thiết lập dịch vụ bao gồm: 01 bộ MCU (Multipoint Conference Unit) để nhận tín hiệu hình ảnh, âm thanh từ tất cả các điểm, tổng hợp lại và gửi tới các điểm theo thời gian thực;
89
Thiết bịđầu cuối khách hàng sử dung loại Polycom hoặc VCON.
2.6.6 Dịch vụđào tạo từ xa (I-Learning)
Dịch vụ đào tạo từ xa là giải pháp kết hợp giữa truyền hình hội nghị và truyền hình quảng bá, với dịch vụ này cho phép truyền âm thanh, hình ảnh một chiều hoặc 2 chiều; Hình ảnh của giáo viên và bài giảng tại Trung tâm giảng dạy sẽ được ghi lại bởi 01 Camera. Tín hiệu này sẽ được gửi tới Bộ mã hóa và máy chủ phát quảng bá tới các phòng học ở xa thông qua GW và vệ tinh. Tại các phòng học ở xa sẽđược trang bị màn hình và Camera chuyên dụng. Hình ảnh và bài giảng của giáo viên hoặc hình ảnh và các câu hỏi của học viên tại các lớp học từ xa sẽ được điều khiển
để hiển thị trên màn hình khi có nhu cầu. Băng tần phân bổ cho dịch vụ i-Learn
được sử dụng chung cho mỗi một khách hàng.
2.7 Kết luận:
Với nhiều ưu điểm vượt trội về mặt công nghệ như hệ thống áp dụng chuẩn DVB-S2 cho hướng đi và DVB-RCS cho hướng đến cho phép tiết kiệm tới 30% băng tần hệ thống so với hệ thống khác; khả năng điều chế mã hóa sửa lỗi thích nghi tự thay đổi theo điều kiện môi trường truyền cho phép hệ thống có khả hoạt
động ổn định trong bất kỳ điều kiện thời tiết nào; bên cạnh đó với chế độ điều chế
cao cấp như 16APSK, 32APSK cho phép hệ thống cung cấp các dịch vụ có tốc độ
cao như : HDTV, Internet tốc độ cao, truyền hình tương tác,… Tóm lại hệ thống VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 do Công ty Viễn thông Quốc tế -VTI cung cấp có khả năng đáp ứng và thay thếđược tất cả các dịch vụ mà các hệ thống VSAT hiện tại tại Việt nam và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
90
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO MỨC C/N DỰ PHÒNG CHO MẠNG
VSAT-IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT-1
3.1 Khảo sát mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 tại Công ty VTI.
Ưu điểm nổi bật của hệ thống VSAT–IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 triển khai tại Công ty Viễn thông Quốc tế (VTI) là khả năng duy trì kênh thông tin ngay cả khi điều kiện đường truyền vệ tinh thay đổi, dựa trên việc chọn kiểu Điều chế - Mã hóa (ModCod) phù hợp nhất. Sau đây chúng ta sẽ xem xét cụ thể về khả năng duy trì kênh giữa Hub – VSAT cung cấp dịch vụ trung kế cho các thuê bao di động:
3.1.1 Tại hướng đi
Các trạm VSAT liên tục báo về trạm Hub trạng thái đường truyền vệ tinh, cụ
thể là mức Es/No mà nó thu được.
Hình 3.1: Mức Es/N0 của một trạm VSAT cho dịch vụ GSM Trunking
Khối Server xử lý kết nối vệ tinh HSP tại Hub sẽ căn cứ vào mức Es/N0 này
91
Hình 3.2: Bảng kiểu điều chế tương ứng với mức Es/N0
Như vậy VSAT trong trường hợp trên có mức Es/N0 tương ứng với kiểu điều
chế mã hóa (ModCod) là 16APSK FEC 2/3.
Hình 3.3: Kiểu điều chế VSAT đang sử dụng
Như vậy tốc độ thông tin tối đa mà trạm VSAT có thểđạt được với một sóng mang có symbol rate là 512Ksps là: 512 x 4 x 3/2 = 3.072 Mbps
Khi điều kiện đường truyền thay đổi (do mưa, bão) khiến cho mức Es/No giảm, nếu VSAT vẫn giữa kiểu điều chế như trên có thể gây ra lỗi đường truyền. Vì vậy khối HSP sẽ phải chọn kiểu điều chế khác cho VSAT sao cho đảm bảo chất lượng kênh thông tin.
92
Như vậy mức Es/N0 giảm còn 11.1dB, căn cứ vào Bảng kiểu điều chế, Server xử lý kết nối vệ tinh sẽ quyết định cho VSAT sử dụng kiểu điều chế 8PSK với tỷ lệ
mã hóa sửa lỗi cao hơn là FEC 3/4 thay cho mức ModCod trước đây có tốc độ bit cao hơn là 16APSK với FEC 2/3.
Thật vậy, với việc sử dụng kiểu điều chế 8PSK và mã hoá sử lỗi FEC là 3/4
để duy trì tỷ số ES/No ở mức 11.1dB trong điều kiện trời mưa so với mức 12.3dB trong điều kiện trời bình thường là chấp nhận được, tuy nhiên hệ thống phải hy sinh về tốc độ, tốc độ bit truyền lúc này chỉ còn: 512 x 3 x 4/3 = 2.048 Mbps
Rõ ràng tốc độ bit đã khoảng giảm 1/2 khi chuyển sang điều chế 8PSK 3/4.
3.1.2 Tại hướng đến
Các khối thu đa sóng mang (MCR) tại trạm Hub liên tục đo mức ES/N0 thu
được từ các VSAT.
Hình 3.5: Mức ES/N0 của một trạm VSAT cho dịch vụ GSM Trunking
Server kết nối vệ tinh (HSP) tại Hub sẽ căn cứ vào mức ES/N0 này để quyết
định VSAT sẽ sử dụng được khe thời gian nào cho hướng đến trong bảng khe thời gian hệ thống.
93
Hình 3.6: Bảng khe thời gian hệ thống cho hướng đến
Hình 3.7: VSAT trong ví dụ trên sử dụng loại khe thời gian 8PSK FEC 4/5
94
Theo yêu cầu về số lượng khe thời gian sử dụng của VSAT như trên. Thì tốc
độ thông tin tối đa mà trạm VSAT đang sử dụng sẽ là: 64 x 4 = 256 Kbits:
(Trong đó: 4 là một khe thời gian có tốc độ 4 Kbits)
Khi điều kiện đường truyền thay đổi (có thể do mưa) khiến cho mức ES/N0
giảm, nếu VSAT vẫn giữa kiểu điều chế như trên có thể gây ra lỗi đường truyền. Vì vậy Server xử lý kết nối vệ tinh tại Hub sẽ phải chọn cho VSAT khe thời gian khác sao cho đảm bảo kênh thông tin. Ngoài cách thay đổi kiểu điều chế cho phù hợp với
điều kiện đường truyền VSAT còn có khả năng thay đổi công suất phát để đảm bảo mức ES/N0 tại Hub. Mức ES/N0 hướng đến Hub dựa trên công thức sau:
ES/N0[dB]=(C[dB] - N0[dBm/Hz]) – (10*Log10(Tốc độ symbol [SPS])) (3.1) Trong đó C[dB] – N0[dBm/Hz] chính là C/N0 MCR đo được tại Hub. Lấy giá trị này trừđi hệ số hiệu chỉnh theo symbolrate (10log10(Tốc độ symbol)) ta được giá trị ES/N0 tương ứng. Hệ thống đang sử dụng bảng hệ số hiệu chỉnh theo tốc độ
Symbol sau:
Bảng 3.1: Bảng hệ số hiệu chỉnh theo tốc độ Symbol của hệ thống
Tốc độ Symbol hướng đến (Ksps) Hệ số chuyển đổi (dB) 128 51.1 160 52.0 192 52.8 256 54.1 320 55.1 384 55.8 512 57.1 640 58.1 768 58.8 832 59.2 1024 60.1 1280 61.1 1536 61.9 2048 63.11 Bảng giá trị ES/N0 yêu cầu cho các kiểu điều chế và mã hoá được cấu hình trên Server xử lý kết nối vệ tinh như sau:
95
Bảng 3.2: Bảng giá trị Es/N0 được thiết lập tại HSP
Với hướng đến, hệ thống không sử dụng điều chế ACM nên mức ES/N0 yêu cầu là cột thứ 2 trong bảng trên. Sau đây ta xét 1 trường hợp cụ thể với 1 VSAT có tham số hướng đến đo được như sau:
Hình 3.9: Tham số về hướng đến của một trạm VSAT
Theo Hình 3.9 trên ta nhận thấy giá trị ES/N0 hiện tại là 11.25 dB, Vậy VSAT có thể sử dụng kiểu điều chế tối đa là 8PSK và tỷ lệ mã hóa FEC là 3/4 theo (ES/N0 >10.9) tại Bảng 3.2. Trên hình 3.9 ta thấy VSAT đang phát ở mức C/N là 19.64 dB trong khi điểm bão hoà của BUC (Max Tx) là 22.76 dB. Trong trường hợp cần thiết VSAT có thể tăng công suât bằng cách thay dổi suy hao đầu vào BUC để
96
số hệ thống được cấu hình tại Hub. Băng tần được chia thành nhiều sóng mang nhỏ
với các symbolrate khác nhau
Hình 3.10: Tham số các sóng mang hướng đến
Các sóng mang này được chia nhỏ thành các khe thời gian, mỗi khe thời gian mang được đơn vị thông tin là 4Kbit/s.
97
Hình 3.11 trên thể hiện số khe thời gian Server xử lý kết nối vệ tinh đang có tương ứng với các sóng mang trên, số khe thời gian đã được phân bổ và số khe đã nhận về từ VSAT. Tổng dung lượng tối đa hướng IB bằng tổng số khe thời gian nhân với 2Kbit/s. Server xử lý kết nối vệ tinh sẽ căn cứ vào nhu cầu yêu cầu của VSAT và độ sẵn sàng tài nguyên của hệ thống để cung cấp tốc độ cho VSAT.
Hình 3.12: Đồ thị theo dõi tốc độ sử dụng của VSAT
Theo hình 3.12 VSAT sử dụng cho dịch vụ GSM Trunking luôn được cam
kết tốc đô 640Kbps nên mặc dù nhu cầu sử dụng của VSAT (yêu cầu) tại tốc độ nhỏ
hơn nhưng VSAT vẫn được cung cấp tốc độ 640Kbps do điều kiện tài nguyên của hệ thống đang dư thừa.
3.2 Giải pháp nâng cao mức C/N dự phòng cho mạng VSAT-IP băng rộng vệ
tinh Vinasat-1:
Mức ES/N0 dự phòng (Margin) là hiệu số giữa mức ES/N0 phát và mức ES/N0
đảm bảo cho kênh truyền hoạt động theo tiêu chuẩn điều chế. Với các hệ thống sử
dụng kiểu điều chế cố định, thường phải luôn phát với mức margin lớn (Ví dụ 5dB với băng C) để đảm bảo sao cho khi điều kiện đường truyền thay đổi do thời tiết (mưa, bão) thì kênh thông tin vẫn được duy trì. Đối với hệ thống VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 được thiết kế với kiểu điều chếđược thay đổi một cách linh hoạt cho phù hợp với điều kiện đường truyền thì theo lý thuyết sẽ không cần mức
98
margin như trên. Tuy nhiên đểđảm bảo sự ổn định hệ thống vẫn được nhà sản xuất thiết kế với mức 1 margin ban đầu là 0.5dB.
Tuy nhiên khi đưa vào khai thác tại Việt Nam, do điều kiện khí hậu nhiệt
đới, điều kiện thời tiết thay đổi bất thường dẫn đến nhiều hạn chếđã phát sinh cho hệ thống khi thời tiết biến động nhanh như: VSAT bị gián đoạn kết nối hoặc lỗi bit lớn,… Do đó, để khắc phục hệ thống cần được gán giá trị margin sao cho hợp lý hơn.
3.2.1 Cơ sở lý thuyết.
Như chúng ta đã biết tỷ số cuối cùng ES/N0 được đo tại đầu vào Modem điều chế vệ tinh tại phía thu, nó cho ta biết khả năng hoạt động của một mạng VSAT, cũng nhưđánh giá được mức tín hiệu thu là tốt hay xấu,… Bên cạnh đó mức ES/N0
này cho phép chúng ta có thể xác định được các thông số khác phía trước của tuyến VSAT như: tỷ số C/N, công suất trạm phát,… Theo lý thuyết thì ES/N0 là tỷ số giữa năng lượng của 1 symbol được truyền với công suất nhiễu nhiệt tại hệ thống thu trên 1 Hz. Trong trường hợp điều chế là BPSK, tức 1 bit trên 1 symbol truyền đi thì:
ES/N0 = Eb/N0 (3.2)
Nếu điều chế là QPSK thì tỷ số ES/N0 lúc này sẽ là:
ES/N0 = Eb/N0 + 10 log(2) (3.3)
Do đó thông qua giá trị Eb/N0 ta dễ dàng tính ra được giá trị Eb/N0 . Tỷ số:
C/N = Eb/N0*Rb/BW (3.4)
(Trong đó: Rb là tốc độ bit, BW: là độ rộng băng tần nhiễu thu). Nếu tính theo decibel:
C/N = 10log(Eb/N0)+10 log (Rb/BW) (3.5)
Từ kết quả C/N thu được cho phép ta biết được công suất sóng mang tại máy thu thông qua công suất nhiễu thu:
N = k.T.B (3.6)
(Trong đó: k là hằng số Boltzmann = 1.380650x10-23 J/K; T: là nhiệt độ Kelvin hệ thống (290 0K; B: là độ rộng băng thông máy thu (Hz)).
99
Từđây ta suy ra thông số công suất sóng mang:
C = C/N * N (3.7)
Theo decibel ta có:
C = C/N + N (3.8)
Công suất sóng mang này cho phép ta xác định được công suất của máy phát (ở đây là công suất phát của trạm Remote), tuy nhiên để tìm ra được tham số này chúng ta phải biết được các thông số suy hao đường truyền sóng và mức Fading margin.
Theo lý thuyết công thức tính suy hao đường truyền có thể xác định như sau:
PL = 22 [dB] + 20log(d/λ) [dB] (3.9)
(Trong đó: PL là suy hao đường truyền tính theo decibel; d là khoảng cách từ máy phát tới máy thu; λ: là bước sóng của sóng mang).
Từ đây ta xác định công suất máy phát cần phải có để đạt được tỷ số ES/N0
tại phía thu như sau:
PTX= C [dB]+PL [dB]+ Fading margin [dB] (4.0)
3.2.2 Tính toán mức dự phòng (Margin) thực tế
Thực tế qua theo dõi hệ thống cho thấy, tốc độ thay đổi chất lượng đường truyền lớn nhất là 1dB/s. VSAT định kỳ gửi báo cáo đường truyền về HSP 1 lần/s. Thời gian xử lý thông tin và đưa ra quyết định của HSP mất 0.65 s. Vậy mức margin tối
ưu của hệ thống phải là 1.65dB.
Phân tích hoạt động của hệ thống khi sử dụng margin 0.5 và 1.65:
Trường hợp mức margin là 0.5 dB ta có đồ thị mức ES/N0 theo thời gian như
100 3.1 1.0 6.4 7.9 QPSK 1/2 QPSK 2/3 QPSK 9/10 8PSK 3/4 8PSK 9/10 Es/No (dB) T (s) 0 10 20 30 40 Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Điểm 5 Hình 3.13: Mức margin 0.5dB Ghi chú:
¾ Đường liền nét là mức ES/N0đảm bảo cho kiểu điều chế tương ứng.
¾ Đường đứt nét là mức ES/N0HSP sẽ quyết định thay đổi kiểu điều chế cao hơn 0.5dB.
Theo đồ thị trên có 5 điểm làm thay đổi kiểu điều chế:
¾ Điểm 1: QPSK1/2 -> QPSK 2/3
¾ Điểm 2: QPSK 2/3 -> QPSK 9/10
¾ Điểm 3: QPSK 9/10 -> 8PSK 3/4