FDMA là phương pháp trong đó độ rộng băng tần công tác của vệ tinh (tiêu chuẩn 500 MHz) được chia ra các khoảng tần số gọi là luồng phát đáp. Độ rộng luồng phát đáp (thường là 36MHz hoặc 72 MHz) được phân chia cho mỗi trạm mặt đất để phát đi ở các tần số riêng biệt cho mỗi trạm. Khi nhận, trạm mặt đất điều chỉnh máy thu của chúng đến tần số mong muốn để khôi phục lưu lượng thông tin đã dành cho trạm. Các tín hiệu được truyền đi đồng thời nhưng ở các tần số khác tương ứng với mỗi sóng mang. Việc phát đi lưu lượng sẽ chiếm băng tần qui định ở luồng phát đáp dành cho chúng. Các sóng mang được phân cách với nhau bằng băng tần bảo vệ thích hợp sao cho chúng không chồng lấn lên nhau.
Trong hệ thống Thông tin vệ tinh dùng FDMA thì mỗi trạm mặt đất khi phát tín hiệu thì được làm việc với một phần bộ phát đáp đã được dành riêng trước cho trạm đó. Trong trường hợp đơn giản thì trạm mặt đất thu gom toàn bộ lưu lượng thông tin của trạm đó lên một sóng mang đơn bằng cách ghép các băng tần cơ bản FDMA hoặc TDM mà không biết địa chỉ của thông tin đó.
Sóng mang FM này mang các tín hiệu có địa chỉ khác nhau được khuyếch đại lên nhờ bộ khuyếch đại công suất của trạm mặt đất và đưa tới anten phát lên vệ tinh. Anten của vệ tinh thu nhận sóng mang này đồng thời với các sóng mang khác. Toàn bộ băng tần thu được sẽ đưa qua bộ lọc và các bộ khuyếch đại sẽ khuyếch đại các tín hiệu đưa ra từ sau các bộ lọc tương ứng.
3.3.2 Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian: TDMA
TDMA là một phương thức truy nhập của thông tin vệ tinh nó hoàn toàn thích hợp cho các viễn thông số ở dạng gói, hệ thống thông tin quang, truyền hình số và các hoạt động của mạng máy tính dùng chung một cơ sở dự liệu.
Phương pháp truy nhập TDMA dựa trên việc phân chia thời gian sử dụng bộ phát đáp thành các khe thời gian, giữa các khe thời gian có các khoảng bảo vệ. Điều này hoàn toàn tương tự như trong FDMA chia toàn bộ băng tần ra thành các băng tần con mà giữa chúng có những khoảng dãn băng (bảo vệ).
Trong phương thức TDMA cho phép trong một thời điểm chỉ làm việc với một trạm mặt đất, mỗi người sử dụng được phân chia một khe thời gian. Trong khe thời gian được qui định của mình các trạm mặt đất thu, phát thông tin thành 1 luồng bit còn gọi là cụm tín hiệu. Để làm việc được thì phải có tín hiệu đồng bộ.
Hình: 3-5. Đa truy nhập phân chia theo thời gian: TDMA.
Tốc độ bit của cụm này cũng như thời gian cho phép truy nhập là những yêu tố được điều khiển. Khoảng thời gian mà mỗi trạm được phép truy nhập với bộ phát đáp vệ tinh được phân chia bởi trạm điều khiển sao cho phù hợp với nhu cầu về lưu
lượng thông tin của mỗi trạm, ở đây có sự thay đổi khoảng thời gian của cụm tín hiệu này.
3.3.3 Nguyên lý TDMA.
Trục thời gian được phân chia thành các khoảng thời gian, được gọi là các khung TDMA. Mỗi khung TDMA được chia thành các khe thời gian, các khe thời gian này được ấn định cho mỗi trạm mặt đất. Các trạm mặt đất: A,B,C...N chỉ được phát tín hiệu của chúng trong khe thời gian được ấn định cho mỗi kênh tương ứng. Các trạm mặt đất phát các tín hiệu có cùng tần số sóng mang fo và chiếm toàn bộ băng tần của bộ phát đáp vệ tinh. Vì các khe thời gian khác nhau được ấn định cho tất cả các trạm mặt đất, nên chỉ có tín hiệu từ trạm mặt đất chiếm toàn bộ phát đáp vệ tinh trong thời gian được phép và không bao giờ xảy ra trường hợp tín hiệu từ hai trạm mặt đất trở nên chiếm toàn bộ phát đáp vệ tinh trong cùng một thời gian.
Hình: 3-6 : Khung TDMA
Độ dài của các khe thời gian được ấn định cho mỗi trạm mặt đất được xác định trước, tỷ lệ với yêu cầu lưu lượng của TMD đó. Mỗi trạm mặt đất phát các tín hiệu của nó trong khe thời gian được ấn định cho nó trong tất cả các khung TDMA. Vì vậy các tín hiệu được phát từ mỗi trạm mặt đất nằm trong các cụm với một chu kỳ đúng bằng một khung TDMA. Các cụm trong một khung TDMA được ấn định sao cho chúng không chồng lên nhau.
Mạng TDMA chứa các trạm lưu lượng và ít nhất có một trạm chuẩn. Các cụm được phát từ trạm lưu lượng gọi là cụm lưu lượng. Số liệu lưu lượng được phát bằng các cụm lưu lượng. Trạm chuẩn phát một cụm đặc biệt theo chu kỳ gọi là cụm chuẩn. Cụm chuẩn cung cấp chuẩn định thời cho các khung TDMA và chu kỳ của nó đúng bằng khung TDMA. Các trạm lưu lượng phát các cụm lưu lượng và điều khiển định
thời phát cụm sau cụm chuẩn. Ở vệ tinh cụm chuẩn và các cụm lưu lượng được đặt theo thứ tự để tránh chồng lấn trong mỗi khung TDMA. Mỗi trạm lưu lượng được đặt theo thứ tự đúng để tránh chồng lấn trong mỗi khung TDMA. Mỗi trạm lưu lượng thu các cụm này và lấy ra các cụm lưu lượng chứa các tín hiệu đã được định địa chỉ cho trạm lưu lượng đó.
3.3.4 Ưu điểm của TDMA
Xét các uư điểm của TDMA so với FDMA 1) Sử dụng hiệu quả công suất của vệ tinh:
Trong kỹ thuật FDMA một số sóng mang được khuyếch đại cùng một lúc trong cùng một bộ phát đáp của vệ tinh. Do tính phi tuyến của đèn khuyếch đại sóng chạy (TWT) trong bộ phát đáp vệ tinh nên đã gây nên điều chế tương hỗ, làm xấu chất lượng thông tin. Vì vậy để giảm nhỏ ảnh hởng xấu của điều chế tơng hỗ, phải thực hiện lùi công xuất (Black-Off), tức là sử dụng đèn TWT ở đoạn gần bão hoà của đường đặc tuyến với khoảng lùi 7 đến 8 dB và như vậy không sử dụng hiệu quả công suất của vệ tinh.
Trong kỹ thuật TDMA cùng một lúc chỉ khuyếch đại một sóng mang nên không có hiện tượng xuyên điều chế (Điều chế tương hỗ) và vì vậy không cần lùi công suất hay nói cách khác là tận dụng hết được công suất của vệ tinh.
2) Linh hoạt trong sử dụng:
Trong FDMA, độ rộng và tần số sóng mang là đối tượng để việc ấn định kênh do nhu cầu về dung lượng thay đổi của mỗi trạm mặt đất. Vì vậy mỗi khi cần thay đổi nhu cầu cần phải thay đổi phần cứng.
Trong TDMA, độ dài và vị trí các cụm được xác định theo quan hệ với nhu cầu lưu lượng của mỗi trạm mặt đất, khi cần thay đổi không cần thay đổi phần cứng mà chỉ thay đổi phần mềm nên tinh linh hoạt rất cao.
3) Dễ dàng thực hiện đấu nối với các mạng thông tin mặt đất:
TDMA có khả năng dễ dàng tương thích với các mạng thông tin mặt đất
Kỹ thuật mã FEC là kỹ thuật sửa lỗi tại nơi thu FEC để cải tiến đáng kể dặc tính giữa BER và Eb/No. Để tăng hiệu quả sử dụng tần số, Intelsat dùng phương pháp phân cực vuông góc và nhiều búp sóng để tăng dung lượng của vệ tinh, vì vậy nhiễu đồng kênh cũng tăng và một số đường không thể luôn luôn phù hợp với tiêu chuẩn.
3.3.6 VSAT IPSTAR sử dụng (FDMA/TDM).
Các kênh đường xuống ở tuyến ra (từ Hub đến các nhóm UT) là các kênh TDM liên tục, đa đích băng thông tương đối rộng. Thậm chí trong rưoqừng hợp mạng thông lượng cao một sóng mang TDM đơn có thể được phát trên một bộ phát đáp, nhờ đó cho phép bộ khuếch đại hoạt động gần điểm bảo hòa.
Thực tế dùng FDMA cho các kênh đường lên thì dễ điều khiển hơn dùng TDMA và dẫn đến yêu cầu EIRP từ các trạm mặt đất có thể có giá trị tối thiểu, trong khi đó TDM (dạng sóng liên tục) là kỹ thuật có tính truyền thống đơn giản nhất cho đường xuống (ở tuyến ra) xét cả về phương diện cả phát tín hiệu từ vệ tinh xuống và thu tín hiệu ở các trạm. Vì vậy, phương pháp sử dụng FDMA/TDM tỏ ra là phương pháp hiệu quả.
Các hệ thống thông tin FDMA/TDM có thể hoạt động dưới dạng dạng các ạng chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch kênh. Trong cảc hai trường hợp, phương pháp chung để khởi tạo truy cập vào mạng đều được tiến hành thông qua một kênh báo hiệu dành riêng dùng kỹ thật Aloha phân khe.
Các bản tin tuyến vào được truyền đi trên một sóng mang FDMA được phân phối trước, bởi các khoảng tần số TDMA đã định. Trong thực tế việc truyền dẫn TDMA không được đồng bộ một cách đầy đủ bởi một trạm mặt đất chuẩn mà được lựa chọn theo chế độ phân phối.
Để cải thiện chất lượng truyền dẫn thì việc điều chế số (SPSK hoặc QPSK) trên các sóng mang tuyến ra hoặc tuyến vào thường được kết hợp với phân phối mã hoá sữa lỗi tại nơi thu.
Sự kết hợp TDM, TDMA và FDMA cho phép xử lý hàng ngàn đầu cuối trạm VSAT cùng chia sẽ trên một phần tử của bộ phát đáp.Tất cả các bản tin (tuyến vào hay tuyến ra) thường được định dạng dưới dạng các gói dữ liệu.Trong thực tế hệ
thống VSAT thực hiện như một mạng chuyển mạch gói, trong đó với các giao thức bên trong đảm bảo việc truyền dữ liệu với độ tin cậy cao.
Các chế độ phân phối của hệ thống VSAT TDM/TDMA:
Các chế độ phân phối phổ biến nhất bao gồm:
Chế độ phân phối ngẫu nhiên (RA/TDMA):
Chế độ, phân phối ngẫu nhiên hay còn gọi là Aloha (hay dạng suy ra từ nó như Aloha chia khe) mỗi VSAT truyền đi luồng dữ liệu của mình ngay sau khi nó nhận được sau khi nó nhận được luồn dữ liệu từ một trong số các đầu vào của nó. Nếu một VSAT khác trong mạng cũng phát dữ liệu đồng thời thì sẽ xuất hiện xung đột. Bản tin sẽ được phát lại sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên cho đến khi nhận được tín hiệu tích cực ACK từ Hub.
Tất nhiên ở các chế độ phân phối ngẫu nhiên này dung lượng toàn bộ đường truyền phải được giới hạn ở một mức độ nào đó để tránh hiện tượng bão hoà trên sóng mang truyền dẫn TDMA. Tuy nhiên, chế độ này cho thời gian đáp ứng rất nhanh đối với bản tin nhỏ và liên quan đến nhiều đầu cuối.
Chế độ phân phối theo yêu cầu (DA/TDMA):
Chế độ phân phối theo yêu cầu hay chế độ dành riêng, một VSAT được Hub cho phép phát đi trên các khe định trước (do đó không có nguy cơ xẩy ra xung đột) thông qua một yêu cầu do VSAT gởi đi ngay sau khi nhận được một bản tin ở một trong các cổng vào của nó. Mặc dù yêu cầu về thời gian đáp ứng có lớn hơn nhưng chế độ này tỏ ra hiệu quả trong trường hợp các bản tin dài.
Ngoài ra còn rất nhiều chế độ dẫn xuất từ các chế độ trên như chế độ phân phối theo luồng (có dung lượng cố định) trong đó dung lượng định trước được phân phối liên tục hay không liên tục cho một cổng VSAT để truyền dẫn thoại hoặc các ứng dụng dữ liệu lớn. Chế độ phân phối theo kiểu tự động lựa chọn để tối ưu nhất, tuỳ thuộc vào kiểu và chiều dài của bản tin.
Đường truyền dẫn từ UT đến Gateway gọi là STAR Link - Slotted Aloha TDMA Aloha Return Link, để chỉ 3 kỹ thuật truy nhập Slotted Aloha, Aloha, TDMA dùng cho hướng truyền này. Mỗi một phương thức truy nhập được sử dụng linh hoạt thông qua điều khiển của RRM phù hợp cho loại dịch vụ hay lưu lượng gán cho mỗi UT. Một dải tần 500MHz chia thành 237 băng con, mỗi băng có độ rộng 2.11MHz (gọi là ‘STAR band’), mỗi STAR band có thể được chia thành một trong năm loại kênh (sóng mang) tuỳ vào đặc tính lưu lượng và kiểu truy nhập: 16 kênh 132Khz ; 8 kênh 264 KHz ; 4 kênh 528KHz ; 2 kênh 1.026MHz ;
Mỗi một sóng mang lại được phân theo các định dạng khung (TDM) khác nhau, trong mỗi khung có thể được phân thành 256, 128, 64, 32 hoặc 16 time slots (Khe thời gian) tuỳ thuộc đặc tính liên lạc của UT. Cho mục đích đồng bộ, khoảng thời gian cho một khung của STAR Link cũng giống TOLL Link là 0.311s.
Trạm cổng (Gateway) có chức năng truy nhập vào mạng công cộng (VSAT là mạng độc lập, phải thông qua cổng để vào mạng công cộng - mạng nội địa truy xuất tài nguyên). Sau đó, tài nguyên Internet và viễn thông từ trạm cổng sẽ được gửi dưới dạng các gói dữ liệu tới trạm vệ tinh thuê bao (UT). Các vệ tinh IP STAR sử dụng công nghệ nhân băng tần bằng việc dùng nhiều búp sóng nhỏ (spot beam) phủ chụp để truyền tải, tạo ra băng thông lớn hơn nhiều so với vệ tinh thông thường. Các máy trạm tại mặt đất nhận sóng của vệ tinh, chuyển tải để hoạt động như các máy trạm bình thường của mạng mặt đất. Phương thức truyền tải trên mạng VSAT sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến). Trạm VSAT thực chất như một tổng đài, chỉ khác về phương pháp truyền tải không qua cáp quang, dây nối như mạng mặt đất, mà dùng sóng vệ tinh nhưng vẫn đảm bảo được độ lớn băng thông và chất lượng truyền tải dữ liệu bằng các công nghệ tiên tiến.
3.3.8.Giao diện giao thức mạng mới.
Giao diện giữa UserTerminal và Gateway với bất kỳ thiết bị hoặc mạng nào sẽ dựa trên giao thức chuẩn công nghiệp, nhằm bảo đảm tích hợp liền mảnh vào hệ thống , phần mềm, phần cứng, các ứng dụng và dịch vụ những mạng đang tồn tại.
Hình :3-7 : Hình thức kết nối GW đến mạng hữu tuyến và kết nối GW đến UT. 3.5.KẾT LUẬN CHƯƠNG.
Với việc kết hợp cơ sở vệ tinh truyền thống với các công nghệ mới thì đã có thể úng dụng loại hình dịch vụ băng rộng tốc độ cao VSAT IPSTAR. Với sự phát triển vượt bậc về công nghệ thì tương lai sẽ có nhiều loại hình dịch vụ truyền thông vệ tinh có độ tin cậy cao và dung lượng lớn là một điều tất yếu.
Ngoài ra các nhà cung cấp cũng đang phấn đấu đạt được các chuẩn kết nối- giao tiếp mang tính toàn cầu hóa, cũng như tối thiểu hóa về mặt thiết bị đầu cuối.
Người dùng trung tâm, văn phòng Mạng người dùng, LAN, tập đoàn Mô hình dịch vụ mẫu IPSTAR IPSTAR Gateway Gateway Data Center Internet PSTN Other Gateways Network /VPN
Khách hàng thuê bao Mạng không dây
Mạng không dây cố định, phân phối ADSL
CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN
4.1. PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN4.1.1. Giới thiệu chung 4.1.1. Giới thiệu chung
Phần này trình bày quá trình truyền dẫn của sóng vô tuyến giữa hai trạm mặt đất, một trạm là trạm phát và một trạm là trạm thu thông qua một vệ tinh. Trong đường truyền như vậy bao gồm hai tuyến: tuyến lên từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh và tuyến xuống từ vệ tinh đến trạm mặt đất thu.
Mục đích của phần này là xác định tỷ số “tín hiệu trên tạp âm tại=C/N” đầu vào máy thu. Tỷ số này phụ thuộc vào các đặc tính của máy phát, môi trường truyền dẫn và máy thu. Tuyến lên và tuyến xuống trước tiên được xem xét một cách riêng biệt. Sau đó sẽ xác lập biểu thức cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm của một tuyến hoàn chỉnh giữa hai trạm mặt đất.
4.1.2. Phân tích đường truyền tuyến lên4.1.2.1. Hệ số tăng ích anten (G - Gain) 4.1.2.1. Hệ số tăng ích anten (G - Gain)
Hệ số tăng ích của anten là một thông số quan trọng, quyết định không những chất lượng của anten mà cả chất lượng và quy mô của trạm mặt đất.
Từ chương 2, chúng ta có hệ số tăng ích của anten được cho bởi công thức sau: G(dBi) = 10log η + 20log d + 20log f + 20.4dB
Hệ số tăng ích của anten có diện tích bề mặt 1m2 với hiệu suất 100% là: G1m2dBi = 20log f + 20.4dB
Trong đó: η -là hiệu suất của anten. d (m)- là đường kính của anten.
f (GHz) -là tần số làm việc.