Đồ án Tìm hiểu, tính toán hệ thống thông tin vệ tinh VSAT IPSTART

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ VSAT IPSTAR 3.1 Giới thiệu chương. 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. Chương này còn cung cấp cho chúng ta những lợi ích to lớn mà VSAT IPSTAR đem lại, và sẽ trình bày các vấn đề về VSAT IPSTAR như : các ứng dụng, lợi ích, hoạt động của nó và các kỹ thuật của mạng VSAT IPSTAR. 3.2 Tổng quan về mạng IPSTAR. 3.2.1 Giới thiệu về 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), 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 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) và vệ tinh 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). 3.2.2 Các ứng dụng của VSAT IPSTAR Các ứng dụng chính của VSAT IPSTAR: Điện thoại, Fax, Internet băng rộng, kênh thuê riêng, truyền hình hội nghị ... IPSTAR là giải pháp truy nhập băng rộng hiệu quả cho các vùng không thể khai thác các giải pháp truy nhập mặt đất, đặc biệt là vùng sâu vùng xa. IPSTAR kết hợp tất cả các lợi thế của các phát triển công nghệ mới trong anten, thiết bị trạm mặt đất và công nghệ hệ thống vệ tinh băng rộng.
 * Lợi ích khi 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. 3.3 Kỹ thuật của mạng VSAT IPSTAR. Các phương thức đa truy nhập hiện nay bao gồm ba kỹ thuật đa truy nhập cơ bản: - FDMA ( đa truy nhập phân chia theo tần số ) - TDMA ( đa truy nhập phân chia theo thời gian ) - CDMA ( đa truy nhập phân chia theo mã) 3.3.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA. FDMA (Frequency Division Multiplex Access) là loại đa truy nhập được dùng phổ biến trong thông tin vệ tinh, trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất phát đi một sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang của các trạm mặt đất khác.
 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 Phương pháp này cho phép tất cả các trạm truyền dẫn liên tục. ● Ưu điểm của FDMA: là không cần thiết điều khiển định thời đồng bộ và các thiết bị sử dụng khá đơn giản. Hiệu quả sử dụng công suất vệ tinh của nó là khá tốt. ● Nhược điểm của FDMA: vì các kênh truyền dẫn được phân chia theo một thước đo vật lý là tần số. Nên phương pháp này thiếu linh hoạt trong việc thay đổi cách phân phối kênh và hiệu quả thấp khi số sóng mang tăng. Nhưng bù lại phương pháp này có thủ tục truy nhập đơn giản, các cấu hình phương tiện trạm mặt đất cũng đơn giản hơn. Phương pháp FDMA có thể chia thành hai loại : phương pháp đa kênh trên một sóng mang MCPC ( Multiple Channel Per Carrier), phương pháp Một kênh trên một sóng mang SCPC ( Signal Channel Per Carrier). 3.3.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA( Time Division Multiple Access) là một phương pháp tiêu biểu được sử dụng đa truy nhập hoàn toàn bằng kỹ thuật số rất có hiệu quả cho việc thiết lập ( dựa trên cơ sở phân chia các khe thời gian) các mạng có cấu hình điểm nối điểm, điểm nối đa điểm, và cấu hình mạng lưới. Hệ thống TDMA có thể sử dụng tốt nhất công suất vệ tinh. Vì tất cả các trạm đều sử dụng cùng một tần số nên bộ phát đáp chỉ được chuyển tiếp các tín hiệu của một trạm tại thời điểm nhất định. Do đó có thể thay đổi dễ dàng dung lượng truyền tải nên linh hoạt trong việc chấp nhận thay đổi trong thiết lập tuyến và hiệu suất sử dụng tuyến cao. Tuy nhiên TDMA lại yêu cầu đồng bộ cụm và công suất phát cao.
● Ưu điểm của TDMA. - Trong TDMA sóng mang trong bộ phát đáp vệ tinh không bao giờ lớn hơn 1 - Sử dụng hiệu quả công suất vệ tinh vì nhiễu xuyên điều chế là nhỏ. - Tính linh hoạt trong khai thác khi thay đổi nhu cầu dung lượng . - Tăng dung lượng truyền dẫn lớn bằng cách chọn kỹ thuật nội suy tiếng nói SDI(Digital Speech Interpolation), mã hoá nguồn và kênh. - Dễ dàng thực hiện đấu nối với các mạng thông tin số mặt đất. ● Nhược điểm của TDMA. - Phương thức TDMA đòi hỏi sự đồng bộ định thời trên toàn mạng, do đó nó tương đối phức tạp. - Tín hiệu tương tự phải đổi sang tín hiệu số. - Giao diện đối với các thiết bị mặt đất tương đối đắt. 3.3.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA dựa trên kỹ thuật điều chế trải phổ. Trong kỹ thuật này người sử dụng đều phát tín hiệu đồng thời trên một kênh truy cập. Tín hiệu bản tin được trải phổ trên băng tần rộng bằng cách nhân nó với một nhiễu giả hay tín hiệu trải phổ giả ngẫu nhiên. Để điều chế tín hiệu, bộ thu lấy tương quan chéo cho giá trị lớn nhất chỉ khi các mã là phù hợp, nếu không kết quả đưa ra là giá trị thấp. Mỗi trạm được cấp một mã duy nhất và sóng mang của trải phổ được phân chia theo tốc độ lan truyền số liệu gồm trải phổ trực tiếp và trải phổ nhảy tần. ● Ưu điểm. -Hoạt động đơn giản không đòi hỏi dồng bộ giữa các trạm, chỉ cần đồng bộ mã của tín hiệu thu. -Chống nhiễu giao thoa do các hệ thống vô tuyến gây ra, giao thoa do phản xạ. Điều này cho phép mạng các trạm mặt đất nhỏ dùng anten có góc nửa công suất lớn hay cho thông tin vệ tinh di động ( MSAT). -Bảo mật chống nhiễu tốt hơn TDMA và FDMA. -Thiết bị đường truyền không đòi hỏi lớn về công suất và kích cỡ. ● Nhược điểm. -Băng thông lớn trong khi lượng dữ liệu truyền nhỏ. 3.3.4 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. 3.4 Hoạt động của VSAT IPSTAR.
 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. 3.5 Công nghệ của IPSTAR IPSTAR là hệ thống vệ tinh (VSAT) với những công nghệ đột phá và đón đầu đảm bảo chất lượng và giá thành hạ. Được thiết kế cho truyền thông băng rộng, 2 chiều, tốc độ cao, trên nền IP, hoàn toàn hỗ trợ kết nối Internet thông thường. IPSTAR sử dụng: Công nghệ TIÊN TIẾN + Vệ tinh ĐỊA TĨNH IPSTAR : Các công nghệ mới : Công nghệ đoạn không gian. Công nghệ đoạn mặt đất. 3.5.1 Công nghệ đoạn không gian: Vệ tinh IPSTAR: địa tĩnh, băng Ku với công nghệ anten mới đa búp sóng. Nhiều búp điểm hẹp cho phép: Tăng băng thông (gấp 20 lần so với các vệ tinh băng Ku truyền thống) do tái sử dụng tần số. Giảm giá thành: mặc dù giá thành sản xuất có cao hơn gắn liền với công nghệ búp điểm phức tạp, song tổng giá thành trên mạch sẽ thấp hơn nhiều so với các vệ tinh búp rộng đang tồn tại. *Hệ thống quản lý công suất động mới: Là công nghệ mới điều chỉnh động công suất trên vệ tinh cho từng búp để thích hợp với điều kiện thời tiết: tối ưu sử dụng công suất giữa các búp và dành 20 % công suất để cấp cho những búp có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi pha đinh do mưa. Làm tăng hiệu quả sử dụng công suất trên vệ tinh. Duy trì độ sẵn sàng tuyệt vời của tuyến cho mỗi búp. 3.5.2 Công nghệ đoạn mặt đất. * Công nghệ mã hóa và điều chế mới tiên tiến : Tăng băng thông, bảo đảm sử dụng hiệu quả băng tần vô tuyến. Cho phép truyền dẫn số tốc độ cao, linh hoạt. Giảm tiêu thụ công suất (giảm kích thước trạm mặt đất thiết bị đầu cuối, công suất yêu cầu và giá thành phần cứng). Duy trì độ sẵn sàng của tuyến rất cao. * Hệ thống quản lý băng thông động (DLA- Dynamic Link Allocation ): Điều chỉnh động băng thông (mức điều chế và tốc độ mã hóa) cho mỗi sóng mang trong mỗi búp sóng phù hợp với điều kiện thời tiết. Phân bổ đường truyền linh hoạt. Duy trì độ sẵn sàng của tuyến rất cao. * Cấu trúc truyền dẫn tiên tiến đối với cả 2 đường (đường đi và đường về tương ứng đường xuống và đường lên ). - Cung cấp một băng thông nền chung giữa nhiều ngườI sử dụng. - Tối ưu hóa và quản lý băng thông động cho phù hợp với bản chất không đối xứng và đột biến của Internet. Hệ thống IPSTAR được đặc trưng bởi cung cấp các dịch vụ tương tác không đối xứng, linh hoạt hỗ trợ tuyến đi (FordWard) băng rộng cùng với tuyến về (Return) băng hẹp, cả hai tuyến đều qua vệ tinh. 3.7 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. Qua chương này chúng ta thấy được vai trò cực kỳ quan trọng của VSAT IPSTAR trong lĩnh vực thông tin viễn thông. VSAT IPSTAR là bộ phận trung gian giúp cho sự giao lưu về văn hóa, xã hội, chính trị giữa các vùng miền trong một đất nước hay giữa các quốc gia trên thế giới xích lại gần nhau và nhiều vấn đề khác nữa. VSAT IPSTAR còn mang lại tính bảo mật khi truyền dữ liệu từ nơi này tới nơi khác, giúp cho sự phát triển về kinh tế, chính trị, giáo dục,… của các quốc gia trên thế giới như ở Việt Nam đang triển khai lắp đặt các trạm VSAT IPSTAR để nhằm xóa mù thông tin cho vùng sâu vùng xa và phát triển các dịch vụ như truyền hình hội nghị, truyền hình theo yêu cầu, đào tạo từ xa e - learning…