Việc cung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho người dùng cuối cùng giữa các tòa nhà văn phòng và quyền truy cập gần nhất vào các mạng tốc độ cao, tức là 'phân đoạn cuối cùng' là một vấn đề đầy thách thức. Khi không có sẵn băng thông, được chia sẻ hoặc bị giới hạn về chi phí, việc triển khai các dịch vụ đa phương tiện trong khu vực dân cư càng trở nên khó khăn hơn. Công nghệ băng thông rộng không dây có thể lấp đầy khoảng trống trong truy cập mạng tốc độ cao và cung cấp một cách hiệu quả về chi phí để cung cấp dung lượng cao và truy cập dữ liệu, thoại, video và Internet tốc độ cao nếu vệ tinh được bao gồm như một thành phần thiết yếu của hệ thống [12, 13].
Bảng 1.3 so sánh các hệ thống vệ tinh băng tần Ka / Ku thế hệ mới [14, 15]. Các hệ thống này cung cấp vùng phủ sóng toàn cầu và băng thông cao. Các hệ thống băng tần Ka được đề xuất có tốc độ dữ liệu người dùng khác nhau. từ 16 Kbps đến cao nhất là 1 Gbps, hỗ trợ các giao thức ATM và IP, đồng thời phủ sóng toàn cầu thông qua một số lượng lớn chùm tia tại chỗ. Tất cả các hệ thống sử dụng xử lý/chuyển mạch băng tần trên bo mạch cho khả năng kết nối giữa các chùm tia. Ngoại trừ Teledesic dựa trên MEO, còn lại là các hệ thống vệ tinh GEO. Số lượng vệ tinh thay đổi từ 5 GEO đến 32 MEO. Đối tượng hiệu suất của hầu hết các hệ thống này là tính khả dụng của liên kết từ 99,5 đến 99,9% với tỷ lệ lỗi bit (BER) là 10-10. Hiệu suất dự kiến đạt được thông qua sự kết hợp của công suất bức xạ đẳng hướng hiệu quả vệ tinh cao (EIRP), mã hóa thích ứng và kiểm soát công suất. Một thiết bị đầu cuối người dùng thông thường sử dụng bất kỳ nơi nào từ ăng-ten 0,3 đến 4,5 m hỗ trợ tốc độ dữ liệu khoảng 16 Kbps đến 2 Mbps trên đường lên và 16 Kbps đến 155 Mbps trên đường xuống.
Bảng 1.3 Các mạng vệ tinh băng rộng toàn cầu
Dịch vụ Không gian
Astrolink* EuroSky Way
Teledesic# Intelsat Eutelsat
Đường lên dữ liệu 384 Kbps - 6 Mbps 384 Kbps - 2 Mbps 160 Kbps - 6 Mbps 16 Kbps - 6 Mbps -- Max. 2 Mbps Đường xuông dữ liệu 384 Kbps - 20 Mbps 384 Kbps - 155 Mbps 128 Kbps - 640 Kbps 16 Kbps - 64 Mbps Max. 45 Mbps 55 Mbps
Vệ tinh 8 GEOs 9 GEOs 5 GEOs 32 MEOs GEOs GEO (Hotbird 3-6) Băng tần Ka Ka Ka Ka C, Ku Ka, Ku Xử lý trên bo mạch và chuyển đổi
Yes Yes Yes Yes No --
Thiết bị đầu cuối >= 0.7 m 0.9 – 1.8 m 0.7–1.2 m >= 0.3m 1.2- 4.5m >= 0.9m Đa truy nhập MF- TDMA MF- TDMA MF- TDMA MF- TDMA -- -- Thời gian hoạt động
2003 Giữ lại 2004 Dừng lại -- 2001
*Chương trình đang tạm dừng # Tạm hoãn công việc
1.4.6.1 Ví dụ về EuroSkyWay
Hệ thống vệ tinh EuroSkyWay (ESW) đã được thiết kế để cung cấp thông tin liên lạc băng thông rộng theo cách tiết kiệm chi phí cho cả người dùng doanh nghiệp và người tiêu dùng với các thiết bị đầu cuối cố định và di động [16]. Mạng này dựa vào vệ tinh địa tĩnh để bao phủ châu Âu, châu Phi và Trung Đông với khả năng tích hợp với nền tảng Cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu (GII) cũng như với các mạng diện rộng vệ tinh hoặc mặt đất khác. Mục tiêu của hệ thống là cung cấp các dịch vụ kết nối cho các mạng được hỗ trợ, cung cấp một nền tảng linh hoạt để cung cấp dung lượng theo yêu cầu và hỗ trợ các ứng dụng của người dùng cuối với loại dịch vụ thích hợp.
Kiến Trúc Hệ Thống
Hình 1.14 minh họa kiến trúc mạng EuroSkyWay với một nền tảng linh hoạt để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện tương tác và quản lý tính di động. Hệ thống được
xác định để đáp ứng các yêu cầu về thông lượng cho các dịch vụ băng thông rộng. Nó cung cấp giao diện với các mạng mặt đất/vệ tinh công cộng và riêng tư bên ngoài cho phép kết nối với GII Để hỗ trợ bất kỳ sự kết hợp nào giữa các dịch vụ, giao thức và tốc độ dữ liệu, một sơ đồ phân bổ tài nguyên thiết bị 'loại ATM' đã được chọn. Tốc độ chuyển mạch đã được chọn là 16 kbit/s để đáp ứng nhu cầu tối thiểu của người dùng và kích thước gói tối thiểu, 53 byte và để phù hợp với các yêu cầu về mức độ chi tiết của lưu lượng không cùng thời gian.
Hình 1.14 Kiến trúc mạng EuroSkyWay
Kiến trúc hệ thống GEO thông qua các khái niệm sau:
• Tải trọng tái tạo: Cung cấp biên liên kết truyền tải được cải thiện để kết nối trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối người dùng công suất thấp / kích thước thấp.
• Xử lý tích hợp: Cho phép định tuyến các cụm dữ liệu riêng lẻ được truyền bởi mỗi thiết bị đầu cuối của người dùng đến đích của họ, cung cấp kết nối đầy đủ.
• Băng tần Ka (30/20 GHz): Hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao cho nhiều loại dịch vụ, với các tốc độ dữ liệu khác nhau.
• Vệ tinh GEO: Có thể khởi động dịch vụ với cấu hình hệ thống tối thiểu chỉ bao gồm một vệ tinh.
• Cấu hình mô-đun: dựa trên các cụm GEO đồng định vị vệ tinh, được kết nối thông qua ISL.
• Quản lý tài nguyên lưu lượng: cho phép phân bổ tài nguyên nhanh hơn và quản lý lưu lượng động.
• Anten chùm tia điểm: Sử dụng anten có độ lợi cao cho phép phủ sóng đa điểm của các khu vực phục vụ (Châu Âu mở rộng cho vệ tinh đầu tiên) để giảm nhu cầu công suất truyền, đặc biệt là để liên kết các đầu cuối có khẩu độ nhỏ nhất và cho phép tái sử dụng tần số trong phạm vi khu vực dịch vụ.
Mỗi vệ tinh EuroSkyWay và các thiết bị đầu cuối được kết nối với nó xác định bằng một Hệ thống Khu vực ESW (ESW-RS). Mỗi hệ thống khu vực hoạt động như một mạng con để chuyển dữ liệu báo hiệu và lưu lượng một cách minh bạch ở cấp độ đầu cuối. Để cho phép kết nối với các Mạng Công cộng (PTN) hiện có, các trạm mặt đất cố định lớn (Cổng) đã được hình thành để phân phối lưu lượng bắt nguồn từ PTN hướng tới lượng lớn người dùng kết nối trực tiếp với 'mạng vệ tinh' và ngược lại. Hai lớp trạm mặt đất vệ tinh cố định khác (Trạm cung cấp dịch vụ, Trạm liên hệ thống) cũng đã được xác định; trước đây để truy cập vào / từ các nhà cung cấp dịch vụ bên ngoài nhằm mục đích truyền bá trực tiếp dữ liệu hoặc thông tin được tạo ra tại địa phương; thứ hai để kết nối với các hệ thống vệ tinh khác nhau bao phủ các khu vực khác trên thế giới (ví dụ: Hoa Kỳ, Châu Á, v.v.) và cung cấp cùng một loại dịch vụ đa phương tiện.
Kiến trúc ESW-RS cơ bản bao gồm các yếu tố sau: • Các vệ tinh được liên kết thông qua ISL.
• Các thiết bị đầu cuối vệ tinh của người dùng (SaT) được chia thành SaT-A, B, C. • Thiết bị đầu cuối của Nhà cung cấp Dịch vụ (PrT) được kết nối với Trung tâm của Nhà cung cấp Dịch vụ; PrT được chia thành PrT-A, B.
1.4.6.2 Mạng truy cập vệ tinh broadband
Tiêu chuẩn ETSI/chuẩn phát quảng bá hình ảnh kỹ thuật số (DVB-S) (cho kênh chuyển tiếp) để phát sóng vệ tinh kỹ thuật số, và một đặc điểm kỹ thuật cho Kênh Quay lại Vệ tinh DVB-RCS gần đây đã được phê duyệt [17]. Điều này cho phép truy cập Internet hoàn toàn qua vệ tinh mà không cần bất kỳ modem mặt đất nào.
Hình 1.15 cho thấy DVB-S và DVB-RCS dựa trên mạng truy cấp vệ tinh. Trong hệ thống DVB-RCS, tại trạm phát sóng trong hệ thống con liên kết chuyển tiếp, dữ liệu người dùng từ các mạng mặt đất được ghép với các kênh truyền hình kỹ thuật số và phát qua vệ tinh dưới dạng gói MPEG. Đầu cuối DVB-RCS của người dùng cuối (Đầu cuối truyền hình vệ tinh kênh trả về (RCST)) có thể nhận cả dữ liệu và quảng bá, đồng thời lọc ra dữ liệu người dùng được gửi đến thiết bị đầu cuối cụ thể đó. Các yêu cầu của người dùng về truy xuất thông tin hoặc liên lạc với mạng mặt đất được gửi qua vệ tinh tới cổng DVB-RCS. Hệ thống DVB-RCS dựa trên sự không đối xứng về băng thông cho kênh
phát và kênh trả về. Theo hướng chuyển tiếp, tốc độ dữ liệu thường là 40 Mbps ở định dạng TDM, giả sử kết hợp dữ liệu và các kênh quảng bá xấp xỉ 6 Mbps. Tốc độ dữ liệu kênh trả về có thể thay đổi trong khoảng từ 144 Kbps đến 2 Mbps. Kiến trúc cổng và thiết bị đầu cuối hiện đang được triển khai trong hệ thống DVB-RCS và IP qua vệ tinh [18]. Proxy nâng cao hiệu suất (PEPs) sẽ được sử dụng để cải thiện thông lượng TCP qua vệ tinh để truy cập Internet.
Hình 1.15 Kiến trúc cổng và thiết bị đầu cuối chung được áp dụng / hoặc DVB-RCS
Cổng vào
Một cổng cần phải hiệu quả về chi phí và dễ dàng thích ứng với nhu cầu cá nhân tùy thuộc vào nơi nó sẽ được sử dụng và cho chức năng nào. Ví dụ: các mô-đun như thanh toán, có thể có hoặc không phải là một phần của cổng vệ tinh. Một số chức năng của cổng bao gồm:
• Kết nối với mạng mặt đất • Kiểm soát công suất đầu cuối • Mã hóa và điều chế
• Chuyển đổi giao thức hoặc giả mạo • Quản lý di động và chuyển giao • Quản lý chuyển vùng
• Kế toán và xác thực
• Quản lý mạng, quản lý QoS • Môi trường gia đình ảo • Quản lý tài nguyên vô tuyến
Một cổng chung xử lý các giao diện khác nhau. Thông thường điều chế sẽ là Khóa dịch chuyển pha cầu phương (QPSK). Đường lên cổng kết nối thường là Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), nhưng với băng thông và tốc độ bit thay đổi từ khoảng 30 - 40 Mbps đến hơn 200 Mbps. Với các vệ tinh xử lý tích hợp, cổng vào có thể nhận sóng mang TDM, nhưng với vệ tinh trong suốt, máy thu cổng thường sẽ yêu cầu một dãy máy thu Cố định-TDMA (F-TDMA). Ngoài ra còn có các giao thức sử dụng. Tốc độ đường lên của thiết bị đầu cuối nằm trong khoảng từ vài trăm Kbps (256-384) đến vài Mbps (2- 8).
Thường thì băng tần Ka được lên kế hoạch cho các liên kết trả về đầu cuối cho phép nhiều băng thông hơn. Do khả năng suy giảm băng tần Ka, một số dạng phân tập không gian thường được yêu cầu. Sự hỗ trợ của cả phân tập ăng-ten và cổng vào đều có lợi. Một sơ đồ đa dạng cổng, tận dụng các cổng khác trong hệ thống, sẽ tiết kiệm thiết bị RF đắt tiền.
Thiết bị đầu cuối
Thiết bị đầu cuối bao gồm một bộ phận ngoài trời và bộ phận trong nhà. Bộ phận ngoài trời (ODU): ODU là bộ phận quan trọng của thiết bị đầu cuối và bao gồm hai mô- đun chính, ăng-ten và bộ thu phát. Bộ thu phát gồm một đơn vị cơ học được gắn trực tiếp vào ăng-ten.
Bộ phận trong nhà (IDU): Các hệ thống con trong IDU là giao diện mạng cục bộ (LNI), CPU, bộ thu (bộ giải điều chế), bộ phát (bộ điều chế), giao diện ODU và Bộ nguồn & tạo xung nhịp. CPU trích xuất các gói IP từ luồng MPEG nhận được tại giao diện vệ tinh và chuyển các gói được định sẵn đến mạng cục bộ tới LNI. Nó nhận các gói IP từ LNI và nhúng chúng vào các gói ATM hoặc MPEG trước khi chuyển chúng đến bộ điều chế. CPU cũng xử lý tất cả các tín hiệu với mạng cục bộ và cổng vệ tinh, cũng như tín hiệu nội bộ với các thiết bị khác trong IOU và ODU.
Hệ thống truy cập vệ tinh khu vực
Hệ thống truy cập cung cấp phạm vi phủ sóng trong khu vực và ít phức tạp hơn so với các đối tác toàn cầu hoặc kết nối của họ. Chúng tiết kiệm chi phí hơn, ít rủi ro kỹ thuật liên quan hơn và ít vấn đề về quy định hơn. Bảng 4.2 cung cấp danh sách một phần các hệ thống vệ tinh truy nhập cho vùng phủ sóng [19, 20].
Bảng 1.4 Các hệ thống truy nhập băng thông rộng
Dịch vụ StarBand WildBlue iPStar Astra- BBI Cyber- Star DirecPC Đường lên dữ liệu 38Kbps – 153Kbps 384 Kbps - 6 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 0.5 Mbps - 6 Mbps 158 Kbps - 256 Kbps Đường xuông dữ liệu 40 Mbps 384 Kbps - 20 Mbps 10 Mbps 38 Mbps Max. 27 Mbps 400 Kbps - 3 Mbps Vùng phủ sóng
Hoa kỳ Châu Mỹ Châu Á Châu Âu Đa vùng Châu Âu. Hoa kỳ Thị trường Khách hàng Doanh nghiệp / SME Khách hàng và Doanh nghiệp Doanh nghiệp ISPs, Multicast DTH- Truy cập, phát trực tuyến WebCast Kích thước ăng ten (m) 1.2 0.8- 1.2 0.8- 1.2 0.5 -- 0.6
Vệ tinh GEO GEO GEO GEO GEO EutelSat
Hotbird3 Galaxy IV
Băng tần Ku Ka Ku, Ka Ku, Ka Ku, Ka Ku
Thời gian hoạt động Tháng 11/ 2000 TBD Cuối 2002 Cuối 2000 2001 Từ năm 2001 Ví dụ về StarBand
Hình 1.16 cho thấy một ví dụ về hệ thống truy cập Internet StarBand [19]. Hệ thống StarBand bao gồm một đĩa vệ tinh 24 "x 36", có kích thước 1,2 mét ở Alaska, Hawaii, Puerto Rico và Quần đảo Virgin thuộc Hoa Kỳ. Hai cáp đồng trục tiêu chuẩn kết nối ăng ten đĩa vệ tinh với modem vệ tinh StarBand. Ăng-ten vừa gửi yêu cầu đến Internet vừa nhận nội dung Internet qua vệ tinh GEO. Vệ tinh liên lạc với cơ sở trung tâm StarBand, có kết nối trực tiếp với Internet. Ngoài dịch vụ Internet vệ tinh hai chiều, hệ thống StarBand cũng có thể được cấu hình để nhận dịch vụ truyền hình vệ tinh từ mạng DISH của EchoStar. Trong nhà của người dùng, hệ thống StarBand bao gồm một modem vệ tinh gắn với PC tại nhà thông qua cổng Ethernet hoặc cổng USB (Universal Serial Bus).
Hình 1.16 Hệ thống truy cập Internet StarBand
Ví dụ VSAT - LINKWAY
LINKWAY là một hệ thống VSAT không Trung tâm cho phép người dùng tích hợp nhiều ứng dụng vào một mạng - cấu trúc liên kết kết hợp lưới, hình sao hoặc đa sao. LINKWAY sử dụng kiến trúc MF-TDMA và xử lý động lưu lượng chuyển mạch gói và kênh. Hình 1.17 mô tả cấu hình mạng LINKWAY [21].
Hình 1.17 Mạng LINKWAY
Bộ phận trong nhà LINKWAY (IOU) chứa một cổng IP tích hợp và hai cổng giao diện tùy chọn, có thể hỗ trợ ATM, Khung chuyển tiếp (Frame Relay) hoặc ISDN, cùng
với các dịch vụ thoại. Modem đầu cuối hoạt động ở chế độ không đối xứng cho người dùng như ISP. Một modem liên tục tích hợp có tính năng nhảy tần nhanh cho cả truyền và nhận. Thiết bị đầu cuối bao gồm một cổng giao diện điều khiển để cài đặt và bảo trì đơn vị, nhưng LINKWAY được thiết kế để hoạt động độc lập, không yêu cầu sự điều khiển của người vận hành cục bộ. Để định cấu hình và giám sát các trang web từ xa, có thể sử dụng kết nối vệ tinh không dây hoặc quay số bằng modem bên ngoài và đường truyền tương tự. Thiết bị đầu cuối VSAT bao gồm một bộ thu phát tần số vô tuyến (RFT) bao gồm thiết bị vô tuyến băng tần C hoặc Ku cùng với một ăng-ten và phần cứng gắn kết. Công suất phát vô tuyến điển hình là 5, 10 và 20 watt ở băng tần C và 2, 4, 8 và 16 watt ở băng tần Ku, với điều khiển công suất đường lên để tăng thêm tính khả dụng. Kích thước ăng-ten điển hình là 1,2, 1,8, 2,4 mét ở băng tần Ku và 1,8, 2,4 và 3,8 mét ở băng tần C. LINKWAY có thể được sử dụng trong môi trường di động hàng hải hoặc mặt đất bằng các nền tảng ổn định do khách hàng cung cấp. Sử dụng GPS, việc thu nhận và định