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
¾ Điểm 4: 8PSK 3/4 -> QPSK 9/10
¾ Điểm 5 : QPSK 9/10 -> QPSK 2/3
Rõ ràng theo sơđồ tại hình 3.13 thì VSAT phát mất 1.65s để quá trình xử lý hoàn tất và điểm thay đổi thực sự trễ hơn 1.65 s (mũi tên liền nét).
Như quan sát trên hình ta thấy điểm thay đổi số 5 đã không thay đổi kịp khi mức ES/N0 giảm nhanh. Cụ thể là thời điểm thay đổi kiểu điều chế từ QPSK 9/10 về
QPSK 2/3 mức ES/N0 (khi thời tiết thay đổi) nhỏ hơn 3.1 dB. Tức là có một khoảng thời gian kênh truyền vẫn sử dụng kiểu điều chế QPSK 9/10 mà đáng lẽ phải là
101
QPSK 2/3. Trong khoảng thời gian này kênh truyền có thể bị gián đoạn hoặc lỗi bit sẽ tăng cao. Kết quả là chất lượng thu sẽ bị giảmđáng kể.
Nếu nâng mức margin của hệ thống lên 1.65dB hiện tượng này sẽ được khắc phục
Hình 3.14: Mức margin 1.65 dB
Với mức rìa công suất phát được nâng lên là 1.65dB thì lúc này sẽ có 4 điểm thay đổi kiểu điều chế:
¾ Điểm 1: QPSK 1/2 -> QPSK 2/3
¾ Điểm 2: QPSK 2/3 -> QPSK 9/10
¾ Điểm 3: QPSK 9/10 -> QPSK 2/3
¾ Điểm 4: QPSK 2/3 -> QPSK 1/2
Như vậy ngay cả trong trường hợp thời tiết thay đổi nhanh, mức ES/N0 giảm 1dB/s như ở điểm 3, 4 kênh truyền vẫn được đảm bảo không có lỗi. Do vậy, với một sự thay đổi nhỏ mức tại phía thu khách hàng vẫn có thể thu được tốt tín hiệu dịch vụ ngay cả trong trường hợp thời tiết bất thường.
102
Hình 3.15: Các mức điều chế - mã hóa khác nhau được Server xử lý kết nối vệ tinh tại Hub thiết lập theo điều kiện đường truyền
3.3 Kết luận
Theo kết quả tính toán thì với việc tăng mức công suất dự phòng C/N từ 0.5 dB lên 1.65 dB cho thấy hệ thống sẽ hoạt động ổn định hơn do thời gian trễ truyền dẫn trong môi trường vệ tinh và thời gian xử lý thông tin của khối Server kết nối vệ tinh (HSP) tương đối dài tới 1,65s do đó việc đưa ra các quyết định thay đổi phương pháp điều chế - mã hóa, công suất phát mới… để phù hợp với sự thay đổi của điều kiện đường truyền do thời tiết bất bình thường của hệ thống đã không kịp thời dẫn tới kết quả mạng VSAT có khả năng bị gián đoạn thông tin do tỷ lệ lỗi bit (BER) cao. Do đó cần xem xét điều chỉnh 1 số chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống theo kết quả
nghiên cứu trên là cần thiết để nâng cao hơn nữa chất lượng dịch vụ của hệ thống VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1.
103
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Kết luận
Ở nước ta các mạng VSAT băng hẹp đã được sử dụng cho các ứng dụng như: Thoại, fax, truyền số liệu tốc độ thấp... Với các yêu cầu chất lượng của các dịch vụ dịch vụ Thoại và Fax chỉ cần sử dụng băng hẹp, nhưng yêu cầu cao về thời gian thực; đối với dịch vụ truyền số liệu và Internet lại yêu cầu băng rộng, không cần thời gian thực; đối với dịch vụ truyền hình thì lại yêu cầu cả băng rộng và thời gian thực cao; do đó việc cung cấp dịch vụ truyền số liệu băng rộng trên nền giao thức IP là một xu hướng tất yếu. Nó làm tăng tốc độ và chất lượng đường truyền, khả năng tránh tắc nghẽn lớn, có khả năng tái sử dụng tần số, cho phép mở rộng phổ
tần làm việc rộng hơn so với vệ tinh thông thường. Mạng VSAT-IP băng rộng vệ
tinh Vinasat-1 được triển khai từ cuối năm 2009 đã đảm bảo mục tiêu cung cấp điện thoại tới 100% xã, bổ sung cho các mạng cung cấp dịch vụ băng rộng trên mặt đất
để cung cấp các dịch vụ viễn thông có chất lượng cao tới mọi miền của tổ quốc và phục vụ các hoạt động kinh tế xã hội ở Việt Nam. Bên cạnh đó, việc đưa vào khai thác mạng VSAT-IP băng rộng làm việc với vệ tinh Vinasat-1 đã góp phần thực hiện tốt chương trình quốc gia vềđẩy mạnh việc sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên băng tần vệ tinh đất nước để phục vụ phát triển kinh tếđất nước.
104
4.2 Kiến nghị
Mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 của Công ty Viễn thông Quốc tế - VTI ra đời đã đã đáp ứng được phần nào nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng rộng qua vệ tinh của người dùng và khai thác tốt quỹ băng tần vệ tinh quốc gia. Mặc dù
đây là một hệ thống VSAT hiện đại nhưng hệ thống này còn có hiện tượng bị gián
đoạn thông tin khi thời tiết thay đổi bất thường, để khắc phục hiện tượng này cần phải xem xét nâng cao mức C/N dữ phòng lên 1,65dB thay cho mức 0,5dB như thiết kếđể duy trì ổn định công suất phát hệ thống khi tốc độ xử lý thông tin vềđiều chế
mã hóa của mạng VSAT không theo kịp với sự thay đổi của diễn biết thời tiết. Tuy nhiên, trong tương lai tôi muốn tiếp tục đi sâu nghiên cứu (nếu có thể) về:
“Cơ chế báo trạng thái kênh truyền liên tục nhằm tăng hiệu quả sử dụng băng tần và công suất”. Vì lý do:
1. Hiện tại hệ thống đang hoạt động theo nguyên lý duy trì một kênh riêng để
mỗi VSAT gửi thông tin trạng thái đường truyền về Hub 1 giây một bản tin. 2. Nguyên lý này qua thực tế khai thác có 02 bất lợi:
i. Phải tốn một băng thông vệ tinh nhất định để duy trì các kênh riêng này. Dung lương của kênh này phải đảm bảo cho mỗi VSAT trong một giây có thể truyền được 1 bản tin báo trạng thái về Hub. Ngay cả
khi các VSAT không online thì kênh truyền này vẫn phải được duy
trì. Như vậy khi số lượng VSAT tăng lên đồng thời có nhiều VSAT chỉ sử dụng dịch vụ trong một khoảng thời gian nhất định trong ngày (trong giờ hành chính) thì hiệu quả sử dụng băng tần sẽ kém đi.
ii. Mỗi VSAT sẽ cập nhật trạng thái về Hub không liên tục mà theo chu kỳ 1 giây một lần. Như vậy sẽ phải duy trì một khoảng dự trữ công suất lớn để đảm bảo khi điều kiện kênh truyền biến động nhanh kênh thông tin không bị gián đoạn. Dẫn đến hiệu quả sự dụng công suất kém.
105
Để khắc phục các nhược điểm trên cần nghiên cứu đưa thông tin trạng thái kênh truyền đi cùng với dữ liệu người dùng. Như vậy cấu trúc khung truyền dữ liệu người dùng sẽ phải thay đổi. Trong đó phần mào đầu ngoài các thông tin thông thường cần thêm trường trạng thái kênh truyền.
Hình 1: Cấu trúc khung dữ liệu người dùng đang được sử dụng
Hình 2: Cấu trúng khung dữ liệu người dùng cải tiến
Khi Hub giải điều chế luồng Uplink sẽ tách phân thông tin kênh truyền của VSAT để cập nhật trạng thái. Như vậy chỉ khi VSAT online thì thông tin về trạng thái của VSAT mới chiếm dụng băng thông. Đồng thời trạng thái của VSAT sẽ được cập nhất liên tục theo mỗi khung dữ liệu chứ không phải theo chu kỳ một giây một lần. Vì trạng thái kênh được sử lý liên tục nên không cần mức dự trữ công suất lớn.
Đây là một hướng nghiên cứu chuyên sâu liên quan đến phần cứng của hệ
thống, nếu có điều kiện trong tương lai tôi muốn tiếp tục được mở rộng nghiên cứu về vấn đề này với mục đích nâng cao hơn nữa chất lượng cung cấp dịch vụ của mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh VINASAT-1./.
106
TÀI LIỆU THAM KHẢO
I .TIẾNG VIỆT
1. Trần Đình Lương (1994), Thông tin vệ tinh, NXB KH&KT.
2. Công ty Viễn thông Quốc tế - VTI (2009), “Dự án mạng VSAT IP băng rộng Vinasat”.
II. TIẾNG ANH
3. G. Maral (1995), VSAT Networks, John Wiley&Sons Ltd, New York.
4. G. Maral & M. Bousquet (1993), Satellite Communications System, John Wiley
& Sons Ltd, New York.
5. Bruce R. Elbert (2004), Satellite Communication Applications Handbook,
McGraw-Hill, New York.
6. Dennis Roddy (1996), Satellite Communications, McGraw-Hill, New York.
7. Intelsat (1998), Intelsat VSAT Handbook, Intelsat Corp, USA.
8. Zhili Sun (2005), Satellite Networking-Principles and Protocols, John
Wiley&Sons Ltd, New York.
9. Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II System Introduction, Isreal.
10.Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II Dataflow, Isreal.
11.Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II Hub Components, Isreal.
12.Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II VSAT Platform, Isreal.
13.Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II Network diagram, Isreal.
14.Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II System Dataflow diagram,
Isreal.
15.Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II VoIP Configuration Version
6.21, Isreal.
16.Gilat Satellite Network Ltd., (2009), SkyEdge II NMS Version 16.3 Operator’s