- Cũng giống nhƣ dịch vụ trung kế tổng đài, dịch vụ trung kế di động (Mobile Trunking) cung cấp các tuyến truyền dẫn để nối các BTS tới các BSC cho các nhà khi thác mạng điện thoại di động. Hiện tại, Việt Nam đang có 7 nhà khai thác mạng điện thoại di động đang hoạt động và vẫn còn độ tăng trƣởng do đó dịch vụ Mobile Trunking hứa hẹn là một dịch vụ có thể phát triển trong tƣơng lai.
- Do đặc tính đầu ra của các trạm BTS hiện nay chủ yếu là các luồng E1 (TDM) do đó có thể có các phƣơng án khác nhau để cung cấp dịch vụ Mobile bao gồm phƣơng án sử dụng phƣơng thức SCPC với các sóng mang đon lẻ hay phƣơng án cung cấp các tuyến truyền dẫn trên nền IP.
- Giải pháp kỹ thuật đối với phƣơng án SCPC có tính tiện dụng cao nhờ đặc tính trong suốt của tuyến truyền dẫn (sử dụng ghép kênh theo thời gian TDM) tuy nhiên hiệu quả băng tần lại không cao dẫn đến lãng phí tài nguyên băng thông vệ tinh. Phƣơng án mà bài viết này đề xuất là phƣơng án cung cấp dịch vụ Mobile Trunking qua mạng VSAT băng rộng thông qua việc chuyển đổi TDM/IP. Việc sử dụng VSAT băng rộng với công nghệ DVB-S2 đem đến hiệu suất sử dụng băng tần lên đến 130Mbps/36MHz vừa đảm bảo tiết kiệm tài nguyên băng thông vừa cung cấp một giải pháp đồng bộ, linh hoạt (có thể triển khai đƣợc ở cả băng tần Ku và C so với chỉ băng C của SCPC) và có thể đáp ứng nhu cầu phát triển trong tƣơng lai.
- Trong Chƣơng 3, phƣơng án sử dụng VSAT PAMA (SCPC) đã đƣợc xem xét sử
dụng để phục vụ cung cấp dịch vụ trung kế tổng đài, phƣơng án đó cũng có thể đƣợc áp dụng đối với trƣờng hợp cung cấp dịch vụ trung kế di động. Tuy nhiên, Chƣơng 4 sẽ tập trung trinh bày phƣơng án sử dụng mạng VSAT băng rộng để phục cung cấp dịch vụ trung kế di động, phƣơng án này cũng có thể đƣợc áp dụng và cung cấp dịch vụ cho các hệ thống trung kế di động.
- Hiện nay các mạng di động hoạt động trên 2 nền tảng 2G (GSM) và 3G. Do sự khác nhau cơ bản của hai hệ thống mạng di động 2G (dành cho thoại) và 3G (dành cho thoại, dữ liệu và cả đa phƣơng tiện) dẫn đến nhu cầu lƣu lƣợng của 2 hệ thống là khác nhau. Tuyến truyền dẫn trung kế phục vụ cho mạng 3G sẽ cần năng lực và những khả năng xử lý cao hơn để có thể phục vụ truyền tải lƣu lƣợng đa dạng của các thuê bao di động.
- Do hiện tại mạng 3G vẫn chỉ phát triển tập trung ở các thành phố lớn nên Chƣơng 4 tập trung trình bày phƣơng án trung kế GSM qua mạng VSAT băng rộng.
74 PSTN Vệ tinh IDU BSC MSC TDM/IP Converter RJ45 TDM/IP Converter BTS RJ45 TDM/IP Converter BTS FE A interface A interface A interface
Hình 3.19. Sơ đồ kết nối hệ thống cung cấp dịch vụ GSM-Trunking
Hub/Gateway
Router IDU
Thiết bị quản lý băng thông
Firewall
75
3.4.1.Phƣơng án kỹ thuật
- Phƣơng án kỹ thuật của một hệ thống cung cấp dịch vụ Mobile Trunking qua mạng vệ tinh băng rộng đƣợc miêu tả nhƣ trong Hình 3.19.
- Cấu hình của hệ thống bao gồm trạm Chủ hoặc trạm Cổng (Hub/Gateway), thiết bị đầu cuối của khách hàng (VSAT) và tuyến truyền dẫn Backbone đến BSC của nhà khai thác mạng di động.
- Trạm Hub/Gateway cung cấp đƣờng truyền dẫn trên nền IP đến thiết bị VSAT đặt tại các trạm BTS của các nhà khai thác mạng di động.
- Tại 2 đầu của tuyến truyền dẫn các luồng TDM từ các trạm BTS/BSC cần phải đƣợc chuyển đồi thành IP trƣớc khi qua thiết bị IDU của VSAT hoặc thiết bị xử lý ở trạm Chủ (Hub/Gateway) truyền đến BSC/BTS thông qua đƣờng truyền vệ tinh và mạng truyền dẫn mặt đất từ các trạm BSC đến trạm Chủ/Cổng.
- Đối với trạm Hub/Gateway, hệ thống phải có 1 thiết bị quản lý băng thông để phân tách các luồng dữ liệu khác nhau các nhà khai thác mạng di động khác nhau đồng thời quản lý chất lƣợng dịch vụ và lƣu trữ, bóc tách thông tin lƣu lƣợng của khách hàng.
3.4.1.1.Cấu trúc trạm Hub/Gateway
Về cơ bản, cấu hình trạm Hub/Gateway của một hệ thống VSAT băng rộng cung cấp dịch vụ Mobile Trunking khá giống với một hệ thống cung cấp dịch vụ truy nhập Internet, bao gồm thiết bị ứng dụng (IP), các thiết bị xử lý baseband và phần thiết bị phát lên vệ tinh. Việc thiết kế một hệ thống Mobile Trunking qua mạng VSAT băng rộng cũng yêu cầu phải có quá trình tính toán cụ thể để có thể xây dựng một trạm Hub/Gateway phù hợp với quy mô và yêu cầu dịch vụ của khách hàng.
Nhƣ trong Hình 3.19, một trạm Hub/Gateway thông thƣờng bao gồm các phân hệ: phân hệ cao tần, phân hệ xử lý băng gốc (Baseband), phân hệ thiết bị ứng dụng IP và phân hệ quản lý mạng (NMS - Network Managerment System). Ngoài ra, để có thể cung cấp dịch vụ trung kế GSM thì cần phải trang bị các bộ chuyển đổi TDM/IP.
- Các hệ thống cao tần, hệ thống xử lý băng gốc và hệ thống quản lý mạng NMS có chức năng tƣơng tự nhƣ trong các hệ thống VSAT băng rộng cung cấp dịch vụ truy nhập Internet và Internet Trunking đã đƣợc trình bày.
- Bên cạnh những phân hệ cơ bản của một hệ thống VSAT băng rộng, để cung cấp dịch vụ trung kế di động trên mạng truyền dẫn nền IP, hệ thống cần phải đƣợc lắp đặt thêm các bộ chuyển đổi TDM/IP (IP Converter) với những đặc điểm cơ bản nhƣ sau:
Mỗi cặp IP Converter chịu trách nhiệm truyền tải một tuyến truyền dẫn trung kế di động tƣơng tự nhƣ các cặp Modem vệ tinh trong hệ thống SCPC ở Chƣơng 3.
Tuy nhiên, khác với hệ thống SCPC gặp khó khăn trong việc mở rộng quy mô, việc mở rộng quy mô cung cấp dịch vụ đối với hệ thống cung cấp dịch vụ trung kế GSM sử dụng IP Converter có thể thực hiện dễ dàng nhờ khả năng xây dựng những hệ thống chuyển đổi TDM IP tập trung tại trạm Hub/Gateway.
Hệ thống chuyển đổi tập trung tại Hub/Gateway này có cấu trúc Modul, bao gồm 1 khung lớn có thể hỗ trợ cắm thêm các modul (Card) IP Converter để tăng thêm số cổng E1 phục vụ các tuyến truyền dẫn. Lúc đó chỉ cần trang bị IP
76
Converter tƣơng ứng ở đầu VSAT để thực hiện truyền dẫn trung kế cho các trạm BTS.
Thiết bị chuyển đổi IP Converter sử dụng giao diện RJ45/FE để kết nối với trạm Hub.
Để nâng cao khả năng quản lý tập trung của hệ thống cung cấp dịch vụ trung kế di động sử dụng chuyển đổi TDM/IP, hệ thống quản lý giám NMS riêng cần đƣợc trang bị để giám sát, điều khiển các bộ chuyển đổi IP Converter trên mạng lƣới.
3.4.1.2.Cấu trúc trạm VSAT thuê bao:
Một trạm VSAT thuê bao nhằm mục đích cung cấp dịch vụ GSM Trunking có cấu trúc nhƣ sau:
- Anten có đƣờng kính từ 1,2m trở lên (đối với băng Ku) hoặc 2.4m trở lên (đối với băng C). Việc lựa chọn hệ thống hoạt động trên băng tần nào phụ thuộc vào yếu tố chất lƣợng hoặc giá cả. Việc sử dụng băng tân Ku khiến thiết bị đầu cuối trở nên rẻ hơn, tuy nhiên băng tần C sẽ khắc phục đƣợc vấn đề chất lƣợng kém do mƣa. Ở các quốc gia mƣa nhiều, các hệ thống băng tần C đƣợc sủ dụng là chủ yếu.
- Các thiết bị thu phát cao tần LNB, BUC: Tín hiệu cao tần sau khi thu từ vệ tinh đƣợc đƣa vào thiết bị trong nhà (IDU) để chuyển đổi thành thông tin theo giao thức IP và ngƣợc lại, truyền các tín hiệu sau khi đã đƣợc chuyển đổi lên vệ tinh.
- Thiết bị chuyển đổi IP Converter sử dụng giao diện E1/G.703 kết nối với thiết bị VSAT.
3.4.2.Phƣơng án triển khai thử nghiệm dịch vụ
- Mô hình triển khai thử nghiệm dịch vụ trung kế tổng đài đƣợc trình bày trong Hình 3.19
- Trong trƣờng hợp triển khai thử nghiệm có thể kết nối trực tiếp trạm VSAT tại các tổng đài để kết nối trực tiếp vào các trạm BTS rồi chạy thử và đánh giá chất lƣợng dịch vụ hoặc thực hiện đo kiểm chỉ tiêu kỹ thuật tại đầu cặp IP Converter để đánh giá xem có đáp ứng của các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống tổng đài di động hay không.
3.4.2.1.Cách tính toán phân bổ tài nguyên và công suất :
- Để có thể có phƣơng án cung cấp dịch vụ cụ thể, một quá trình rất quan trọng cần phải đƣợc thực hiện đó là quá trình tính toán định cỡ hệ thống và thiết kế đƣờng truyền (Network sizing và Link design) để xác định quy mô và số lƣợng của thiết bị trong từng phân hệ. Trong đó
a. Định cỡ hệ thống (Network Sizing)
- Việc định cỡ cho mạng VSAT băng rộng cung cấp dịch vụ trung kế GSM tƣơng tự việc định cỡ cho một hệ thống Internet Trunking ở Chƣơng 2 trong đó mỗi trạm VSAT đảm nhiệm truyền tải một tuyến trung kế từ trạm BTS của nhà khai thác di động đến trạm Hub/Gateway.
- Do tính chất nhƣ một kênh thuê riêng nên băng thông hệ thống của một hệ thống GSM Trunking đƣợc tính bằng tổng băng thông của các trạm VSAT tại BTS riêng lẻ đến trạm Hub/Gateway. Tuy nhiên qua khảo sát và triển khai thực tế thì việc toàn một mạng di động dùng hết năng lực mạng là chuyện rất ít khi xảy ra và do đó nếu số lƣợng trạm VSAT của mạng GSM Trunking đủ lớn, hệ số chia sẻ có thể đƣợc áp dụng để tối ƣu hóa việc sử
77
dụng tài nguyên vệ tinh. Lúc đó mặc dù băng thông thiết kế của hệ thống GSM Trunking (GSM Trunking Pipe trên thiết bị Quản lý băng thông) nhỏ hơn tổng băng thông các trạm VSAT phục vụ cung cấp GSM Trunking nhƣng sẽ không xảy ra hiện tƣợng nghẽn mạng vì cực kỳ hiếm trƣờng hợp toàn bộ thuê bao GSM trong mạng cùng gọi vào một thời điểm.
- Để thực hiện đƣợc việc tối ƣu hóa việc định cỡ cho toàn mạng, thiết bị quản lý băng thông có vai trò rất quan trọng trong việc quản lý lƣu lƣợng cho từng đƣờng ống (Pipe) lƣu lƣợng từ đó đảm bảo chất lƣợng cho dịch vụ và nhóm dịch vụ theo đúng thiết kế của hệ thống.
- Đối với dịch vụ trung kế GSM hoặc trung kế tổng đài qua mạng VSAT băng rộng sử dụng các bộ chuyển đổi TDM/IP, một điều đáng chú ý là tốc độ (data rates) của đƣờng truyền vệ tinh thực tế sẽ lớn hơn lƣu lƣợng từ BTS đến BSC do việc chuyển đổi TDM/IP sẽ chèn thêm tiêu đề header vào các gói tin. Thông thƣờng hệ số của việc chuyển đổi TDM sang IP là 1,25. Tức là để cung cấp 1 tuyến truyền dẫn trung kế 384Kbps phải cần 1 đƣờng truyền vệ tinh có tốc độ 512Kbps.
- Quá trình định cỡ cho mạng VSAT băng rộng cung cấp GSM Trunking với 10
trạm tốc độ 512Kbps đƣợc thực hiện nhƣ bảng sau: Để tiện so sánh với phƣơng án SCPC trong Chƣơng 3, quá trình Network Sizing của Chƣơng 4 sẽ xem xét 1 mạng VSAT băng rộng có tổng lƣu lƣợng tƣơng đƣơng, cùng sử dụng băng C tuy nhiên trạm Hub/Gateway có thể phát chiều đi với mode điều chế mã hóa bậc cao hơn là 8QPSK 8/9.
Lƣu lƣợng GSM Trunking 1 Số lƣợng trạm 20
Tỉ lệ chia sẻ chiều đi OB 1:N 1
Tỉ lệ chia sẻ chiều về IB 1:N 1 IB CIR (Kbps) 512 IB PIR (Kbps) 512 OB CIR (Kbps) 512 OB PIR (Kbps) 512 ACM Parameter GSM 1 IB Modulation QPSK IB FEC (Turbo) 4/5 OB Modulation 8PSK OB FEC 8/9 Tổng kết Throughput BW (MHz)
78
(Mbps)
Tổng Inbound 10 7,8
Tổng Outbound 10 3,8
Tổng cả hệ thống 20 11.6
- Dựa trên kết quả quá trình Network Sizing có thể tháy dịch vụ trung kế cung cấp bởi mạng VSAT băng rộng có hiệu suất sử dụng băng tần cao hơn mạng VSAT PAMA (SCPC).
- Tuy lƣu lƣợng thực tế bị tăng lên so với lƣu lƣợng hữu ích vì phải nhân với hệ số chuyển đổi TDM/IP nhƣng nhờ khả năng.sử dụng điều chế mã hóa bậc cao hơn đối với chiều đi (Outbound), chiều mà hệ thống sử dụng duy nhất một sóng mang lớn để truyền tải lƣu lƣợng từ Hub đến tất cả các trạm đồng thời với công nghệ DVB-S2, khiến hệ thống vẫn cải thiện đƣợc hiệu suất sử dụng đáng kể. Việc sử dụng công nghệ DVB-S2 sẽ khiến hệ thống tiết kiệm đƣợc lên đến 40% băng tân so với các công nghệ truyền dẫn vệ tinh trƣớc đây. Đối với chiều về, mặc dù băng tần chiếm dụng là nhƣ nhau theo kết quả Network Sizing, tuy nhiên thực tế hiệu suất sử dụng chiều về của mạng VSAT băng rộng có thể lớn hơn do sử dụng phƣơng thức truy nhập MF-TDMA tối ƣu hơn.
- Chính vì lý do trên mà việc sử dụng mạng VSAT băng rộng để cung cấp dịch vụ trung kế di động và tổng đài trên một quy mô lớn và tập trung sẽ hiệu quả hơn việc sử dụng phƣơng thức SCPC (VSAT PAMA) một cách nhỏ lẻ.
b. Quỹ công suất đường truyền.
Bảng tính quỹ công suất đƣờng truyền cho một tuyến truyền dẫn GSM Trunking dựa trên bảng Network Sizing trên nhƣ sau:
- Chiều từ VSAT đến trạm Hub/Gateway (Inbound)
Anten trạm phát: Băng C, đƣờng kính 2.4m
Anten trạm thu: Băng C, đƣờng kính 11m.
Điều chế mã hóa QPSK 4/5.
- Chiều từ Hub/Gateway đến trạm VSAT (Outbound)
Anten trạm phát: Băng C, đƣờng kính 11m
Anten trạm thu: Băng C, đƣờng kính 2.4m.
Điều chế mã hóa 8PSK 8/9.
79
Satellite: VINASAT-1
22-Aug-10 512 kbps HN Inroute QPSK FEC 4/5
10:32 PM Remote Tx Site:2.40 m Hub Rx Site:11.00 m
BASELINE PARAMETERS Value Unit S U M M A R Y
Carrier Symbol Rate Ksps % Avail S/C Power Reqd/Crr 0.24 % Carrier Info Rate 5120 Kbps % Xponder Bandwidth Reqd/Crr 1.78 % FEC Code
Rate
2/3 Occupied Bandwidth 0.64 MHz
Crr Xmission Rate 1024.0 Kbps Power Equivalent Bandwidth 0.0 9
MHz
CARRIERThreshold Ebt/No 5.7 dB
DATANo of bits/symbol 2 Bits Clear Sky Link Margin 0.7 dB Demod BT Product 1.00
Maximum PER 1.0E-05 Crr Noise Bandwth 512.0 KHz Power/Crr Reqd in Watts 1.05 Watts RS Rate 1/1 HPA Power Required 1.05 Watts Channel
Spacing
Carrier Spacing 640.00 KHz LINK PERFORMANCE Cl Sky Up Fade Dn Fade Unit
Satellite VINASAT-1 Location 132 East Satellite SFD - 85.0 -85.0 -85.0 dBW/m2 Saturation EIRP 44.00 dBW Agg Input B.O. 9.7 9.7 9.7 dB
G/T -0.30 dB/K Input Backoff/Crr 35.8 36.6 35.8 dB
Gain Step 0.00 dB Crr Flux Density -120.8 -121.6 -120.8 dBW/m2 Reference G/T -0.30 dB/K UPLINK Gain of a Sq meter 37.6 37.6 37.6 dBi
SATELLITEReference SFD
-85.00 dBW/m2 BUDGET Uplink Path Losses 200.5 201.3 200.5 dB
DATASFD -85.0 dBW/m2 Carrier Up EIRP 42.1 42.1 42.1 dBW Xponder Bandwidth 36
MHz
Satellite G/T -0.3 -0.3 -0.3 dB/K Agg Input BO 9.70 dB
Agg Output BO 6.70 dB C/N Uplink 12.8 12.0 12.8 dB Uplink Frequency 6.425 GHz
Dnlink Frequency 3.400 GHz Saturation EIRP 44.0 44.0 44.0 dBW Agg Output B.O. 6.7 6.7 6.7 dB Output Backoff/Crr 32.8 33.6 32.8 dB Tx Antenna
Dia
2.40 meters Carrier Dn EIRP 11.2 10.4 11.2 dBW Tx Antenna
Effcy
67 % DOWNLINK Dnlink Path Losses 194.5 194.5 194.6 dB Tx Antenna Gain 42.4 dBi BUDGET Rx Pointing
Losses
0.2 0. 2
0.2 dB Tx Pointing Losses 0.5 dB Cl Sky E/S
G/T 33.0 33. 0 33.0 dB/K Tx Polarization 90 deg Degradation in G/T 0. 0 0.0 0.3 dB
GROUNDRx Antenna Dia 11.00 meters
SEGMENTRx Antenna Effcy 85 % C/N Downlink 21.
0 20.3 20.6 dB DATARx Antenna Gain 51.2 dBi C/N Uplink 12.8 12.0 12.8 dB Rx Pointing Losses 0.2 dB C/N Downlink 21.0 20.3 20.6 dB Pre LNA Losses 0.1 dB
LNA Noise Temp 30 K Ant,etc Temp 27 K