Một kỹ thuật đa truy nhập mới được phát triển từ sơ đồ kết hợp FDMA- TDMA đối với hướng vào đã đề cập ở trên được gọi là đa truy nhập phân chia theo thời gian - Đa tần số (MF-TDMA). Trong hệ thống MF-TDMA, dung lượng được gán theo 2 chiều thời gian và tần số. Một trạm có thể phát trong một khe thời gian, trên một trong số các kênh tần số. Để cung cấp sự kết nối cần thiết giữa các trạm VSAT thì các máy phát và máy thu phải có khả năng nhảy tần. Một cách lý tưởng, chúng có khả năng nhảy giữa các kênh theo kiểu từ cụm đến cụm. Điều này yêu cầu các bộ điều chế và giải điều chế phải có khả năng thay đổi tần số rất nhanh. Trạm chủ sẽ kiểm soát và cấp phát khe thời gian và đoạn băng tần làm việc còn trống khi trạm VSAT có yêu cầu truyền tin. Điều này giúp ta sử dụng quỹ băng thông rất hiệu quả khi mạng có số lượng trạm rất lớn và tương đối đồng nhất.
Ngược lại, với TDMA truyền thống (SF-TDMA), tốc độ truyền vẫn có thể được duy trì như cũ ngay cả khi dung lượng mạng được tăng lên bằng cách thêm các kênh tần số. Do đó, các tham số như EIRP, G/T của trạm VSAT không cần phải thay đổi. So với SF-TDMA, MF-TDMA cung cấp một giải pháp hiệu quả về giá thành và khả năng mở rộng bởi vì giá thành của thiết bị đầu cuối VSAT phụ thuộc nhiều vào kích thước anten và công suất phát.
Số lượng trạm VSAT trong một khe TDMA và độ rộng của khe tần số thường được tính toán cân bằng giữa kích cỡ, giá thành trạm VSAT và hiệu suất sử dụng khe tần số. Nếu chia khe nhỏ thì yêu cầu kích cỡ trạm không cao nhưng số lượng trạm phát qua cùng khe tần số ít – không tiết kiệm băng thông. Ngược lại thì đầu tư cho trạm VSAT sẽ có giá thành cao nhưng sử dụng băng thông vệ tinh tiết kiệm hơn. Vì có khả năng mở rộng nên MF-
TDMA đã được sử dụng trong truy nhập đường về của các hệ thống truyền hình số qua vệ tinh (DVB-RCS). MF-TDMA là kỹ thuật mới phát triển và trở thành chuẩn công nghệ mới cho mạng VSAT. Dưới đây ta sẽ xét ứng dụng của kỹ thuật này trong một số mạng VSAT thực tế.
2.3.1.1. MF-TDMA trong mạng hình lưới
Trong mạng VSAT hình lưới, bất kỳ trạm đầu cuối nào đều có thể liên lạc với một trạm đầu cuối khác bằng một bước nhảy qua vệ tinh địa tĩnh (các đường nét đứt trên hình 2.7). Trong nhiều thực hiện thực tế, các trạm không thể phát hoặc thu các cụm trên nhiều kênh tần số cùng một lúc. Giới hạn này phải được tính đến trong thuật toán lập lịch cụm khi thiết kế.
Hình 2.7: Kết nối mạng hình lưới theo kỹ thuật MF-TDMA
Hình 2.8 dưới đây chỉ ra một cấu trúc bảng cấp phát tài nguyên cần thiết phải có đối với MF-TDMA trong hệ thống vệ tinh hình lưới. Tương tự như trong SF-TDMA, trục thời gian được chia thành các khe và khung thời gian. Ngoài ra, toàn bộ băng thông của mạng được chia thành một số kênh tần số. Cụm chuẩn (RB) được gửi bởi trạm chủ ở đầu mỗi khung trên một kênh tần
Master
VSAT 3 VSAT 1
Kiểm soát kết nối
VSAT 2
số cố định. Do đó tại thời điểm đầu mỗi khung, tất cả các trạm phải điều chỉnh tần số thu của mình về tần số đó để nhận cụm chuẩn và duy trì đồng bộ về thời gian. Hơn nữa, trong cụm chuẩn còn chứa bảng cấp phát để cho các trạm biết khe thời gian và tần số nào chúng dùng để phát cũng như để thu các cụm dữ liệu. Bộ mô tả cụm trong bảng cấp phát chứa thông tin nguồn và đích. Trong hình 2.8, S1→ S2 định nghĩa một cụm được phát bởi trạm S1 và nhận bởi trạm S2. Để việc nhảy tần của các Modem phù hợp thì cả Modem phát và thu đều sử dụng bộ mô tả cụm này cùng với thông tin đồng bộ thời gian.
2.3.1.2. MF-TDMA trong mạng hỗn hợp Sao/lưới
Hình 2.9: Kết nối mạng theo kỹ thuật TDM/MF-TDMA Kết nối mạng kiểu TDM/MF-TDMA có một số đặc điểm như sau:
Hướng ra – từ Hub tới các trạm VSAT kiểu TDM, chỉ phát một sóng mang duy nhất cho toàn bộ lượng thông tin tới các trạm VSAT. Thông tin từ các nguồn tại Hub được ghép kênh theo thời gian (TDM). Trạm VSAT thu sóng mang này và lọc ra các gói IP của trạm mình.
Hướng vào - từ VSAT về Hub: Băng thông hướng vào được chia thành nhiều khoảng băng tần con, mỗi khoảng sử dụng cho một nhóm các VSAT kết nối về Hub. Trên mỗi băng tần còn lại chia thành các khe thời gian. Khi có nhu cầu truyền dẫn, mỗi trạm sẽ được cấp khe thời gian và khe tần số để phát tin trong khoảng thời gian được gán đó (minh hoạ trên hình 2.8). Khi không có nhu cầu thì trạm Hub sẽ thu hồi khe thời gian và tần số để cấp cho các trạm VSAT khác, điều này sẽ giúp sử dụng hiệu quả băng tần vệ tinh.
Tại Hub, một bộ giải điều chế có thể thu nhiều sóng mang của nhiều trạm theo từng khoảng thời gian khác nhau. Số lượng bộ giải điều chế cần có
H ub
Hướng ra TDM
VSAT #2 hướng vào MF-TDMA
VSAT #1 Kết nối hình lưới Kết nối hình sao Outbound hình Sao TDM và kiểm soát kết nối hình Lưới
ở Hub ít hơn nhiều so với số trạm VSAT trong mạng. Kích thước trạm VSAT được tính toán cao hơn dung lượng truyền dẫn trung bình.
Đối với các trạm liên lạc với nhau kiểu hình lưới thì tại thời điểm đầu mỗi khung đều phải điều chỉnh tần số thu của mình về tần số của luồng ra để nhận cụm chuẩn từ trạm Hub gửi đến.
Tóm lại, kỹ thuật truy nhập vệ tinh MF-TDMA có một số đặc điểm chính sau:
Ưu điểm của công nghệ là:
- Hiệu quả sử dụng băng thông: Truy nhập vệ tinh theo MF-TDMA giúp tận dụng tối đa băng thông vệ tinh cho truyền dẫn từ các trạm VSAT về HUB. Điều này giúp sử dụng hiệu quả các băng thông bộ phát đáp vệ tinh.
- Thiết bị ở trạm Hub: về độ phức tạp thiết bị ở Hub thì MF-TDMA có cấu trúc nhỏ, gọn, chiếm ít không gian và tiêu thụ điện ít. Khi mở rộng mạng thêm trạm VSAT: với số lượng VSAT ít, Hub dùng MF-TDMA có thể chưa cần thêm thiết bị; nếu thêm nhiều chỉ cần bổ sung 1 hoặc một vài bộ giải điều chế cho hàng chục đến hàng trăm VSAT mới. Như vậy khả năng mở rộng và dự phòng thiết bị của Hub theo MF-TDMA rất linh hoạt.
- Khả năng bảo mật: sóng mang VSAT trong MF-TDMA có khả năng liên tục nhẩy tần trong nhiều đoạn băng tần và phát trong các khoảng thời gian gián đoạn. Do vậy khả năng thu chặn thông tin của một trạm VSAT với MF-TDMA khó hơn nhiều.
- Dung lượng truyền tin băng rộng: Với khả năng cấp khe thời gian linh hoạt của MF-TDMA, cho phép một trạm đầu cuối có thể phát trên nhiều khe thời gian liên tiếp khi có nhu cầu truyền dẫn cao, tốc độ có thể đạt được tới vài trăm kbps. Khi dung lượng truyền ít, số khe thời gian được cấp sẽ thưa hơn.
- Công nghệ MF-TDMA yêu cầu khả năng định thời trong mạng rất chính xác để đồng bộ hệ thống. Khả năng định thời cao cho phép có thể chia nhỏ khe thời gian, đồng nghĩa với khả năng nhiều trạm VSAT đồng thời kết nối trên cùng đoạn băng tần vệ tinh với hiệu suất truyền tin cao hơn. MF- TDMA là công nghệ mới phát triển cho các mạng VSAT đa dịch vụ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Sử dụng chuẩn DVB cho truyền dẫn IP nên tận dụng các thiết bị công nghệ DVB trước đây trong truyền hình kỹ thuật số, giúp giảm giá thành thiết bị.
- Một số kỹ thuật điều chế mới tiên tiến được ứng dụng giúp sử dụng hiệu quả băng thông như DVB-S2.
- Hiện đã chế tạo được các thiết bị định thời có độ chính xác cao cho phép sử dụng công nghệ TDMA với giá thành trạm đầu cuối hạ hơn.
- Mỗi bộ giải điều chế ở Hub sẽ quản lý nhiều kết nối từ các trạm VSAT (tuỳ hệ thống có thể tới 20-25 link/bộ hoặc hơn). Do vậy cấu trúc trạm Hub theo TDMA sẽ gọn hơn nhiều.
Nhược điểm của MF-TDMA là:
- Do truy nhập vệ tinh theo các khe thời gian nên trường hợp sử dụng MF-TDMA có tốc độ truyền dẫn nhỏ cho trạm VSAT công suất thấp thì lại không hiệu quả trong việc sử dụng băng thông vệ tinh và hiệu suất của bộ giải điều chế ở trạm Hub.
- Ăng ten và bộ khuếch đại công suất (HPA) của trạm đầu cuối lớn hơn do cần truyền với tốc độ cao. Nếu mạng sử dụng nhiều trạm cơ động có kích thước ăng ten nhỏ thì sẽ cần HPA cao. Điều này dẫn đến tăng giá thành đầu tư hệ thống.
Vì công nghệ của iDirect là độc quyền nên hãng không đưa ra tài liệu nào đề cập chi tiết đến thuật toán cấp phát tài nguyên MF-TDMA của họ.