FSS (mạng vệ tinh cố định) đã đạt được một hiệu quả hoạt động rất cao nhờ vào sự sử dụng các anten ở trạm mặt đất có khả năng kháng nhiễu rất đáng kể. Ở đây phạm vi kháng nhiễu được định nghĩa là tỉ số giữa độ lợi búp sóng chính của anten và búp sóng phụ của nó. Kết quả là có thể di trì một sự phân cách tương đối nhỏ giữa các vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh mà không xẩy ra mức nhiễu quá lớn giữa các hệ thống vệ tinh. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vùng dịch vụ
chồng lấn lên nhau hoặc gần sát nhau, dẫn đến sự phân biệt của anten trên vệ tinh là không rỏ ràng hoặc rất hạn chế. Trong những trường hợp này, phương thức chủ yếu để tránh nhiễu đều nhờ vào đặc tính kháng nhiễu của các anten trạm mặt đất.
Hai đặc tính quan trọng nhất của anten liên quan đến khả năng kháng nhiễu:
Kích thước anten, trong đó đối với một tần số hoạt động cho trước thì độ lợi là một hàm của kích thước góc mở.
Độ lợi búp sóng phụ là hàm rất phức tạp của nhiều thông số thiết kế. Theo qui định, các trạm VSAT sử dụng các anten nhỏ và có độ lợi trục giới hạn. Chính điều này làm hạn chế khả năng kháng nhiễu của anten. Vì vậy các quá trình phát triển công nghệ VSAT đã chú trọng vào việc giảm độ lợi của búp sóng phụ.
Đường kính của anten trạm mặt đất thường nằm trong khoảng 1 ÷ 3m đối với băng tần hoạt động 14/11-12 Ghz. Các anten có kích thước nhỏ hơn cũng đã được sử dụng trong một số ứng dụng đặc biệt trong đó sử dụng kỹ thuật điều chế sóng mang trải phổ. Tuy nhiên các ứng dụng này không được phổ biến lắm trong hệ thống FSS vì chúng yêu cầu băng tần rộng hơn cho một sóng mang với một dữ liệu nhất định. Ngoài ra do độ rộng của búp sóng chính tương đối lớn ở các anten kích thước nhỏ, cho nên chúng có xu hướng gây nhiễu cho các vệ tinh kế cận trên quỹ đạo địa tĩnh GEO trên một khoảng quỹ đạo rộng hơn so với các mạng sử dụng các anten lớn hơn. Đây là một vấn đề rất phức tạp, ở đây ta chỉ chú trọng xem xét các nhiễu có liên quan đến các sóng mang VSAT điển hình.
2.4.3.2 Độ phân cách của anten:
Để giải quyết các vấn đề về môi trường nhiễu các hệ thống VSAT cần xác định các giới hạn về độ phân cách anten VSAT
Trong vài trường hợp, các gía trị có độ phân cách kém hơn có thể kém chất lượng hơn so với dự đoán. Bởi vì anten nhỏ hơn sẽ có các góc mở búp sóng chính lớn hơn và sẽ chồng lấn sang vệ tinh kế cận trên quỷ đạo. Ví dụ một anten có đường kính 1m, hoạt động ở băng tần 12Mhz, có D/λ=40, nó tương đương với yêu cầu về độ phân cách vệ tinh xấp xỉ 2,5o (1/2 góc mở búp sóng chính) để tránh trường hợp búp sóng chính của các anten VSAT chồng lấn lên các thông tin kế cận.
2.4.4 Các yêu cầu về chia sẽ tần số và mức ngưỡng nhiễu.2.4.4.1Tiêu chuẩn nhiễu trong mạng VSAT. 2.4.4.1Tiêu chuẩn nhiễu trong mạng VSAT.
Nội dung thảo luận về việc chia sẽ tần số giữa các mạng FSS và về các ngưỡng nhiễu khiến nghị cho các dịch vụ FSS khác. Một phương pháp khác để xác định các giới hạn nhiễu giữa các mạng vệ tinh kế cận chính là sự thiết lập các tỉ số sóng mang trên nhiễu (C/N) tối thiểu cho các kiểu dịch vụ FSS khác nhau. Tiêu chí này được xác định cho trường hợp các hoạt động của FSS trong các khoảng cách phân cách không gian vệ tinh tương đối gần trên quỷ đạo địa tĩnh.
Đối với tín hiệu hai pha không có mã sửa lỗi (độ rộng băng tần sóng mang bằng với tốc độ bit) thì thông số C/N tương đương là 20dB. Việc trải phổ băng tần sóng mang bằng cách mã hoá sửa lỗi hay bằng các phương pháp khác đều làm giảm bớt đitương ứng thông số C/N theo yêu cầu. Ngược lại bất kỳ sự thu hẹp băng tần sóng mang đều, chẳng hạn như mã hoá pha cầu phương, sẽ làm tăng tương ứng thông số (C/N) theo yêu cầu.
Cần phải chú ý rằng đây chỉ là những tỉ số bảo vệ đối với một hướng nhiễu. Thực tế, đối với hầu hết môi trường FSS đồng nhất (cùng tần số, cùng cực tính, cùng vùng bao phủ), nhiễu tổng cộng đến từ tất cả các vệ tinh kế cận trong quỹ đạo địa tĩnh là xấp xỉ 2,5 lần (hoặc lớn hơn 4dB) so với nhiễu đến từ một hướng. Hơn nữa, yêu cầu về (C/N) của một hướng nhiễu đơn có thể ứng dụng cho các giá trị kết hợp giữa đường lên và đường xuống trong bất kỳ quá trình tính toán đường truyền FSS nào.
So với quá trình phân tích tính toán đường truyền đơn giản chỉ theo tạp âm nhiệt thì việc tính toán đường truyền vệ tinh cần quan tâm thêm:
Nhiễu đến từ các hệ thống khác có thể lớn hơn tạp âm nhiệt. Nhiễu có thể đến từ:
Các phát xạ lệch trục của một trạm đang làm việc với một vệ tinh kế cận (trong trường hợp đường lên) hay của một vệ tinh đang làm việc với một trạm mặt đất kế cận (trong trường hợp đường xuống).
Nhiễu do phát xạ phân cực vuông góc (sự phân cách hạn chế, đối với cả đường lên lẫn đường xuống).
Nhiễu có cùng sự phân cực từ các thành phần nhiễu xuyên điều chế của các trạm mặt đất khác hoặc sự tăng trưởng trở lại của phổ (đường lên).
Nhiễu xuyên điều chế ở bộ phát đáp
2.4.4.2Các kỹ thuật hạn chế nhiễu.
Có nhiều yếu tố khác nhau để có thể góp phần làm giảm nhiễu trong mạng VSAT, phổ biến nhất là:
Dùng các phương pháp tách kênh để các tần số trung tâm của các sóng mang trong các hệ thống vệ tinh kế cận không trùng nhau.
Ứng dụng kỹ thuật phân cực vuông góc.
Ứng dụng kỹ thuật mã hoá để giảm độ nhạy nhiễu ở đầu máy thu.
Tuy nhiên trong một số trường hợp, các nguồn nhiễu đến từ các sóng mang có cùng tần số với các mật độ phân bố công suất tương đối cao. Xấu nhất là ảnh hưởng tín hiệu nhiễu từ FM/TV tương tự vào các tín hiệu số băng hẹp. Các đề án khảo sát mở rộng đang được tiến hành để đo các ảnh hưởng của nhiễu giữa hai sóng mang này và để xác định độ lệch cần thiết để giới hạn nhiễu đến mức cho phép. Tiêu chuẩn này dựa trên cơ sở hướng đến đạt được chỉ số BER thích hợp. Các bảng mẫu biểu được xây dựng nhằm giúp các nhà hoạch định tần số, những người thiết kế hệ thống. Một giải pháp hợp lý hơn là sử dụng sự sắp xếp phân đoạn, các sóng mang mật độ cao được đặt tại một điểm cuối của dải phổ FSS và sóng mang mật độ thấp được đặt tại một điểm cuối khác để tránh dùng chung bởi các hệ thống không tương thích này.
2.5 Kết luận chương.
Theo một số thông tin về hệ thống thông tin vệ tinh muốn có một vệ tinh đủ lớn để đáp ứng được tất cả các nhu cầu hiện tại của các ngành trong nước và cho thuê cũng như các nhu cầu trong tương lai. Tuy nhiên nó gây ra cho chúng ta nhiều khó khăn mà chúng ta cân nhắc khi muốn thực hiện.
Thông thường khi bắt tay vào làm một dự án thông tin vệ tinh VSAT người ta phải xét đến hiệu quả kinh tế đầu tiên. Dựa trên dự báo nhu cầu người sử dụng và khu vục về thông tin vệ tinh người ta xác định được các tham số của vệ tinh như số
lượng luồng (phát đáp) trong từng dải tần, vùng phủ sóng, tham số trạm mặt đất để thiết kế trạm mặt đất (cả Hub lẫn tạm từ xa) cho phù hợp với yêu cầu.
Để thực hiện được điều đó ta phải biết vận dụng các công nghệ, có cái nhìn tổng thể về cấu trúc cụ thể của từng loại, mô hình trạm Hub và của các khối thiết bị chính của nó.
CHƯƠNG 3
GIỚI THIỆU VỀ VSAT IP-STAR 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG.
Theo các nhà phân tích thì giờ đây các trạm mặt đất và trạm VSAT đã là các sản phẩm hoàn hảo, cơ hội phát triển trên thị trường là khả quan. Tuy nhiên để cạnh tranh với các phương tiện khác, đặc biệt là cáp quang, cần phải tiếp tục mở rộng sự
ứng dụng của VSAT (tức là các kết nối trực tiếp của người sử dụng thông qua vệ tinh) dựa vào những ưu điểm về phạm vi và sự tinh tế của các ứng dụng.
IP-STAR (Internet Protocol- Slotted Aloha TDMA Aloha Return Link :sử dụng giao thức Internet-), là vệ tinh băng rộng đầu tiên trong khu vực châu á - Thái Bình Dương do tập đoàn Shin Satellite Plc của Thái Lan vận hành và khai thác.
Mục đích chính của chương này cung cấp cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống VSAT-IPSTAR .Vì vậy trọng tâm của chương này là nêu lên tính linh động trong các chế độ hoạt động của nó và tính tương thích với chiến lược kết nối đa phương tiện như:
Tốc độ bít cao hơn.
Các tốc độ bít truyền dẫn được đa dạng hóa (từ thấp đến cao).
Luồng dứ liệu không đối xứng.
Các chế độ truyền dẫn điểm đối đa điểm, quản bá toàn diện và đa quản bá (định hướng toàn phần đến các nhóm được đánh địa chỉ).
Truyền dẫn ở chế độ kênh hay chế độ gói.
Khả năng tương thích khi kết nối với các mạng mặt đất.
3.2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT IPSTAR
Hệ thống VSAT-IPSTAR (Internet Protocol - Slotted Aloha TDMA Aloha Return Link :Sử dụng giao thức Internet-) cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền IP băng rộng qua vệ tinh bằng các trạm mặt đất cỡ nhỏ (VSAT). Hệ thống VSAT–IPSTAR được thiết kế theo cấu trúc mạng hình sao với các thành phần cơ bản gồm trạm cổng (Gateway), các trạm VSAT thuê bao (UT- User Terminal) liên lạc với nhau qua vệ tinh địa tĩnh IPSTAR.
3.2.1 Giới thiệu về VSAT IPSTAR:
Trên cơ sở hạn chế của các mạng VSAT băng hẹp hiện nay chỉ cung cấp dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Do đó cần triển khai mạng VSAT băng rộng thế hệ mới, cung cấp đa dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao. Tính năng của các dịch vụ cung cấp trên mạng VSAT băng rộng cũng giống như các dịch vụ trên nền IP hiện có trên các mạng mặt đất như :Thoại (VoIP); truy nhập Internet tốc độ cao (MegaN); Mạng riêng ảo (MegaWAN),... và các dịch vụ gia tăng
trên nền IP khác, chỉ khác là phương thức truyền ở đây sử dụng vệ tinh (truyền vô tuyến).
VSAT IPSTAR là một mạng băng rộng thế hệ mới sử dụng hệ thống vệ tinh IPSTAR, cung cấp đa dịch vụ từ một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao áp dụng công nghệ phủ sóng nhiều búp hẹp (spot beams) để tái sử dụng tần số, mở rộng phổ tần làm việc rộng hơn rất nhiều so với các vệ tinh thông thường, tăng công suất cho từng spot beam. Nó gồm ba thành phần cơ bản là: trạm cổng (Gateway), vệ tinh IPSTAR và các trạm vệ tinh thuê bao (User Terminal-UT).
Hình 3.1. VSAT IPSTAR với công nghệ phủ sóng nhiều búp hẹp (spot beams)
Dịch vụ VSAT IPSTAR là dịch vụ VSAT sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR để cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền giao thức IP. Thiết bị gọn nhẹ (đường kính Ăng-ten từ 0,75m đến 1,2m; thiết bị trong nhà nặng 1,7kg), dễ lắp đặt.Thời gian cung cấp dịch vụ nhanh chóng, độ tin cậy cao, ít chịu ảnh hưởng của thiên tai. Là phương tiện liên lạc lý tưởng cho những vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo.
3.2.2 Các ứng dụng của VSAT IPSTAR:
Dịch vụ VSAT IPSTAR sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR để cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền giao thức IP, có băng thông rất lớn cung cấp đa dịch vụ từ một thiết bị đầu cuối trên nền IP tốc độ cao.
Các ứng dụng chính của VSAT IPSTAR: Điện thoại, Fax, Internet băng rộng, kênh thuê riêng, truyền hình hội nghị ...
Hình 3.2. Các ứng dụng của VSAT IPSTAR
Lợi ích sử dụng
Đa dịch vụ
Với VSAT IPSTAR, ngoài dịch vụ điện thoại, chúng ta có cơ hội sử dụng các ứng dụng chỉ có ở dịch vụ băng rộng như truy cập Internet tốc độ cao, truyền hình hội nghị, đào tạo từ xa ...
Cước phí hợp lý
VSAT IPSTAR sử dụng những công nghệ viễn thông mới nhất để giảm tối đa chi phí cung cấp dịch vụ.
Phạm vi phục vụ lớn
Dịch vụ được cung cấp tới cả các vùng sâu, vùng xa, nơi biên giới, hải đảo với những địa hình phức tạp nhất.
Bảo mật thông tin tốt
Thông tin của chúng ta được đảm bảo an toàn khi sử dụng dịch vụ VSAT IPSTAR.
Thời gian cung cấp ngắn
Do thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt; thủ tục đăng ký dịch vụ đơn giản nên thời gian cung cấp dịch vụ VSAT IPSTAR được rút ngắn hơn nhiều so với các dịch vụ VSAT truyền thống.
Hinh 3.3: Cơ chế hoạt động của VSAT - IP STAR
Tuy nhiên, VSAT IP có nhược điểm cố hữu của thông tin vệ tinh: Bị ảnh hưởng bởi thời tiết, thông tin có thể bị gián đoạn với lượng mưa >100mm/h. Ngoài ra toàn bộ các trang thiết bị của VSAT được sử dụng cho các công nghệ chuyên biệt và độc quyền, nên các thiết bị mặt đất sẽ phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ VSAT.
3.3Kỹ thuật của mạng VSAT IPSTAR
3.3.1 Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo tần số: FDMA.
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.
UT <=> SL
UT <=> SL
UT <=> SL
UT <=> SL
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.