ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HOÀNG VĂN DIỄN Nghiên cứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa tại Việt Nam luËn v¨n th¹c sÜ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hµ néi - 2006 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HOÀNG VĂN DIỄN Nghiên cứu đánh giá kết quả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh dùng trạm mặt đất có Antenna cỡ nhỏ (VSAT) cho vùng sâu vùng xa tại Việt Nam Chuyên ngành : Kinh tế chính trị Mã số : 2.07.00 luËn v¨n th¹c sÜ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Chu Văn Vệ Hµ néi - 2006 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU 7 MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG 12 1.1 . Giới thiệu chung 12 1.2. Phần không gian 15 1.2.1. Cấu trúc 15 1.2.2. Vai trò của trạm điều khiển 16 1.2.3. Phân hệ thông tin của vệ tinh 17 1.3. Phần mặt đất 19 1.4. Phân cực của sóng mang trên tuyến thông tin vệ tinh 20 1.5. Các dải tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh 21 1.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng tuyến thông tin vệ tinh 22 1.6.1. Giới thiệu 22 1.6.2. Trạm mặt đất và các yếu tố liên quan 23 1.6.3. Các yếu tố liên quan đường xuống và trạm thu mặt đất 25 1.6.4. Tham số của bộ phát đáp hệ thống vệ tinh ảnh hưởng đến tuyến truyền 31 CHƢƠNG 2: MẠNG VSAT DAMA TẠI VIỆT NAM 34 2.1. Đặc điểm chung của mạng VSAT 34 2.2. Trạm HUB 36 2.2.1. Phần cứng 36 2.2.2. Phần mềm. 37 2.3. Trạm thuê bao xa 39 2.4. Nguyên lý hoạt động và phƣơng thức truy cập 44 2.4.1. Kênh vệ tinh 44 2.4.2. Sử dụng băng tần 50 2.4.3. Đặc tính tổng đài của mạng VSAT 50 2 CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG THÔNG RỘNG IP - STAR 54 3.1. IP qua vệ tinh 54 3.2. Hệ thống VSAT IP và các dịch vụ trên mạng VSAT IP băng thông rộng . 55 3.2.1. Vệ tinh IPSTAR 55 3.2.2. Trạm cổng 56 3.2.3. Giao tiếp không gian 59 3.2.4. Thiết bị phía thuê bao (UT) 64 3.2.5. Các ứng dụng của hệ thống VSAT IPSTAR 66 CHƢƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 74 4.1. Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống VSAT IPSTAR 74 4.1.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR 74 4.1.2. Nhược điểm của hệ thống 75 4.2. Các đặc tính của đƣờng truyền vệ tinh ảnh hƣởng tới chất lƣợng của kết nối sử dụng giao thức TCP 75 4.2.1. Ảnh hưởng của độ trễ tới các thuật toán điều khiển tắc nghẽn 75 4.2.2. Ảnh hưởng của tích số BDP lớn 79 4.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh 80 4.3. Các giải pháp cải tiến giao thức TCP 81 4.3.1. Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn 81 4.3.2. Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK 85 4.3.3. Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi 91 4.4. Dự báo nhu cầu dịch vụ qua hệ thống VSAT băng rộng 91 KẾT LUẬN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 3 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ACK Acknowledgement Gói tin ACK được phát đi từ phía thu xác nhận đã nhận được gói tin có số thứ tự được chỉ rõ trong nội dung gói ACK này BDP Bandwidth Delay Product Tích số giữa độ rộng băng tần và độ trễ. Giá trị này biểu thị lượng dữ liệu trong mạng. BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bít BSP Baseband Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu băng cơ sở BW Bandwidth Độ rộng băng tần. CCM C-Band Converter Module Mạch đảo tần băng C CETEN Cumulative Error Transport Explicit Notification Thông báo rõ lỗi tích luỹ khi truyền tải Codec Coder/Decoder Bộ mã hoá/Bộ giải mã CoS Class of Service Lớp dịch vụ CU Channel Unit Khối kênh DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo yêu cầu DEM Demodulater Bộ giải điều chế DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh DIU Digital Interface Unit Khối giao diện số Eb/No Energy Per Bit To Noise Density Ratio Tỷ số năng lượng bit/Mật độ tạp âm ECM Echo Canceller Module Khối khử tiếng vọng EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FIM Facsimile Interface Module Mạch giao diện fax 4 FIN Finish Gói tin FIN được phía phát TCP sử dụng để thông báo kết thúc kết nối. FLP Forward Link Processor Bộ xử lý tuyến từ trạm chủ đến trạm con FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền File GEO Geostationary Earth Orbit Quỹ đạo địa tĩnh. Vệ tinh ở quỹ đạo này có chu kì quay xung quanh bằng chu kì tự quay của trái đất. HACK Header ChecKsum Tuỳ chọn tổng tiêu đề, bằng tuỳ chọn này phía thu có thể thông báo được chính xác tiêu đề của gói tin bị lỗi HPA High Powered Amplifier Bộ khuyếch đại công suất cao HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền dẫn siêu văn bản ICC Inbound Control Channel Kênh kiểm soát vào ICM Interface Converter Module Mạch chuyển đổi giao diện ICMP Internet Control MessageProtocol Giao thức bản tin điều khiển Internet IDU In Door Unit Khối ngoài trời IF Intermediate Frequency Tần số trung gian IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lí nhóm Internet. IP Internet Protocol Giao thức Internet ISN Initial Sequence Number Số thứ tự khởi tạo-giá trị này được phía phát TCP tạo ra và gán cho gói tin đầu tiên của kết nối IW Initial Window Kích thước cửa sổ khởi đầu KCM Ku-Band Converter Module Mạch đảo tần băng Ku LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo thấp LNA Low Noise Amplifier Bộ khuyếch đại tạp âm thấp LQT Link Quality Test Kiểm tra chất lượng đường truyền 5 LRE Low Rate Encoding Mã hoá tốc độ thấp MCU Monitor Channel Unit Khối kênh giám sát MEO Medium Earth Orbit Quỹ đạo trung bình MOD Modulater Bộ điều chế MODEM Modulater/Demodulater Bộ điều chế /Giải điều chế MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền dẫn có kích thước lớn nhất NCS Network Control System Hệ thống điều hành mạng NM Network Management Quản lý mạng OCC Outbound Control Channel Kênh kiểm soát ra ODU Out Door Unit Khối trong nhà OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số trực giao QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ RG Receive Groundstation Phía mặt đất phía thu RRM Radio Resources Management Quản lý tài nguyên vô tuyến RTO Retransmission Timeout Khoảng thời gian chờ truyền lại, tính dựa trên RTT và một số biến khác RTT Round Trip Time Thời gian trễ vòng, được tính bằng khoảng thời gian từ thời điểm bit cuối cùng của gói tin rời khỏi phía phát cho tới thời điểm phía phát nhận được bit đầu tiên của gói tin xác nhận trong điều kiện mạng không có tắc nghẽn SACK Selective Acknowlegement Xác nhận có lựa chọn, khi sử dụng tuỳ chọn này phía thu có thể xác nhận được nhiều hơn một gói tin đã tới đích SCPC Single Channel Per Carrier Đơn kênh trên sóng mang SCTP Stream Control TransportProtocol Giao thức truyền tải điều khiển luồng SG Sender Groundstation Phía mặt đất phía phát SI STAR Interface Giao tiếp STAR 6 SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư điện tử đơn giản SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lí mạng đơn giản SPC Store Programed Control Bộ điều khiển theo chương trình STAR SCPC TDMA Aloha Return Link 3 kỹ thuật truy nhập Slotted Aloha, Aloha, TDMA dùng cho hướng truyền từ trạm con về trạm chủ SYN Synchronize Gói tin đồng bộ. Gói tin này được gửi ở thời điểm khởi tạo kết nối để đồng bộ giữa phía phát và phía thu TCP Transport Protocol Giao thức truyền tải. Giao thức này truyền tải các gói tin tới đích một cách tin cậy TCPA TCP Accelerator Bộ tối ưu TCP qua kênh vệ tinh TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TES Telephony Earth Station Trạm điện thoại mặt đất TI TOLL Interface Giao tiếp TOLL TOLL TPC Orthogonal frequency division multiplexed L- code Link Hướng từ trạm chủ đến trạm con dùng phương pháp ghép kênh phân chia tần số trực giao mã hoá TPC TRIA Transmit Receive Interface Assembly Khối giao diện thu phát TSN Transmision Sequence Number Số thứ tự truyền tải UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền tải đơn vị dữ liệu người dùng. Giao thức này truyền dữ liệu một cách không tin cậy VCU Voice Channel Unit Khối kênh thoại VSAT Very Small Aperture Trạm mặt đất dung lượng nhỏ 7 Terminal DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Trang Hình 1.1. Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh 16 Hình 1.2. Cửa sổ giữ trạm đối với vệ tinh địa tĩnh 18 Hình 1.3. Phân hệ thông tin của vệ tinh 19 Hình 1.4. Cấu trúc cơ bản của một trạm mặt đất 22 8 Hình 1.5. Phân cực Ellipse 23 Hình 1.6 Anten vô hướng 25 Hình 1.7 Anten trên thực tế 25 Hình 1.8 Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh 32 Hình 2.1. Tổng quan hệ thống 38 Hình 2.2. Bố trí trạm trung tâm (HUB) của VSAT 39 Hình 2.3. Sơ đồ cấu hình trạm HUB 41 Hình 2.4. Tổng quát trạm VSAT 42 Hình 2.5. Cấu hình trạm thuê bao 43 Hình 2.6. Giao diện trạm thuê bao 44 Hình 2.7. Sơ đồ khối CU 45 Hình 2.8. Mô phỏng thiết lập cuộc gọi 54 Hình 3.1. Vùng phủ sóng của vệ tinh IPSTAR 59 Hình 3.2. Vùng phủ sóng của vệ tinh IPSTAR tại Việt Nam 60 Hình 3.3. Sơ đồ khối chức năng trạm cổng IPSTAR 60 Hình 3.4. Cấu trúc khung 64 Hình 3.5. Mô phỏng OFDM đơn giản 65 Hình 3.6. Các kiểu kênh Star Link 66 Hình 3.7. Cấu trúc khung của Star Link cho loại 8 kênh 66 Hình 3.8. Cấu hình trạm thuê bao 69 Hình 3.9. Cấu hình dịch vụ thoại VoIP 70 Hình 3.10 Cấu hình truy cập Internet băng rộng 71 Hình 3.11. Cấu hình cung cấp dịch vụ Hotspot 72 Hình 3.12. Cấu hình dịch vụ thuê kênh riêng IP và mạng riêng VPN 73 [...]... Khi anten phỏt tp trung c nng lng (cú h s tng ớch) phng trỡnh s thnh: W = ( GT*PT )/ 4 R2 (W/m2) (5) WdB = EIRP - 20*logR - 71dB Trong ú: GT*PT l EIRP W Cng bc x ti khong cỏch R R Khong cỏch ti cỏc im trong khụng gian t do (6) 71dB c tớnh t 10log(4 * 106) Khi anten thu nhn tớn hiu, s lng tớn hiu nhn c s ph thuc vo kớch c ca anten Cụng sut u thu s l: PR = W*Ae (7) Trong ú: Ae Din tớch hiu dng ca anten... nhit tp tng ng ni thu Te = (F-1)T0 F: s nhiu trong 1 n v T0: Nhit tuyt i (290 Kelvin) (16) 1.6.3.3 Nhit h thng Nhit tp õm h thng ca mt trm mt t bao gm: Nhit tp õm u thu, nhit tp õm ca anten (Tant), k c feed, ng dn súng v nhiu bu tri u tỏc dng n h thng thu ca anten Tsystem = Tant /L + (1 - 1/L)*T0 + Te (17) Trong ú: L: H s suy hao feed Tant: Nhit tp õm anten phỏt Phng trỡnh ny cho thy feed v ng dn... (25) 28 Trong ú: EIRPSAT = EIRP súng mang giỏ tr SATIM: l giỏ tr nhiu xuyờn iu ch to ra b phỏt ỏp v tinh - Nhiu xuyờn u ch t cỏc tớn hiu phõn cc trc giao: Thụng tin v nhiu hp kờnh c a ra bng IESS410 cho mi bc x v tinh Giỏ tr ny a ra t s súng mang trờn nhiu (C/I) dB Do ú chuyn i sang C/T ta phi s dng: C/TCo = C/IdB + 10log (BW chim trong súng mang) - 228.6 db (26) õy BW chim trong súng mang xỏc... tớn hiu can nhiu mnh s trn ln vi tớn hiu ng thụng tin mt t b S can nhiu vi v tinh bờn cnh: Hỡnh v di õy cho ta thy can nhiu xy ra gia cỏc h thng thụng tin v tinh Nu chỳng ta xem xột tớn hiu can nhiu t h thng v tinh 1 lờn h thng v tinh 2, can nhiu xy ra nu bc x cỏch trc chớnh t trm mt t 2 chiu vo v tinh 1 v anten thu ca v tinh 1 cng nhy cm vi hng trm mt t 2 trờn ng lờn Trong khi ú ng xung can nhiu xy... ca súng mang a n lựi u ra OBO (output backoff) l t s ca EIRP bóo ho trờn EIRP hot ng ca súng mang a n lựi u ra bóo ho c tớnh theo: OBO = IBO - X (29) Trong ú: X l t s nộn h s tng ớch gia lựi u ra v u vo Giỏ tr ny khỏc vi mt súng mang n v a súng mang hot ng Giỏ tr ny ly chun IESS410 Vớ d: X= 5.5 dB cho 1 TWTA trong INTELSAT VI HEMI/HEMI X= 1.8 dB cho 1 SSPA trong INTELSAT VII HEM/ZONE (v trong mt... 10logB (20) (21) (-10logK = +228.6dBW/K) Trong ú: rng bng tn súng mang (i vi súng mang s t l truyn dn B=0.6) rng bng tn u thu (B) thng ph thuc vo súng mang iu ch Thụng thng tỏch thụng s nng lng ng truyn bng cỏch gin hoỏ s ph thuc bng tn Mi quan h mi s l t s súng mang trờn nhiu (C/N0) C/N0 dBHz = EIRPdB L0 dB +G/TdB/K 10logK n gin hoỏ cú th tớnh cho súng mang trờn nhit tp õm C/TdB/K = EIRPdB L0... xung can nhiu xy ra khi anten phỏt ca v tinh 2 cng chiu vo trm mt t 1 v anten thu ca trm mt t 1 cng thu c hng ca v tinh 2 Cụng sut ca súng can nhiu gim khi gúc tng v h s tng ớch ca anten trm mt t gim T s cụng sut ca súng hu ớch trờn súng can nhiu gia cỏc h thng thụng tin v tinh trong thc t cú th t 30dB (1000ln) hoc ln hn khi hai v tinh t cỏch nhau khong 20 trờn qu o, ngay c nu cỏc anten ca chỳng cựng... trũn thỡ ch cú th phõn bit v chiu quay ca vector phõn cc Khi ú súng mang cú vector E quay theo tay phi gi l Y RHCP (Right Hand Circular Polarisation) v súng mang cú vector E quay theo tay trỏi gi EMAX E l LHCP (Left Hand Circular Polarisation) Cỏc phõn cc trũn LHCP v RHCP hin X ang c dựng rt ph bin trong thụng tin H-ớng v tinh, c bit trong cỏc h thng dựng li EMIN truyền sóng tn s Hai phõn cc thng gi... S ph thuc lng byte truyn dn vo thi gian pha khi u chm 80 Hỡnh 4.2 S ph thuc lng byte truyn dn vo thi gian pha trỏnh 81 tt nghn Hỡnh 4.3 S ph thuc ca thụng lng hiu dng vo RTT (kờnh 2048 kbps) 82 Hỡnh 4.4 S ph thuc ca thụng lng hiu dng voRTT (kờnh 256 83 Hỡnh 4.5 kbps) Thi gian ti cỏc trang web cú kớch thc khỏc nhau (kờnh 83 Hỡnh 4.6 2048 kbps) Thi gian ti cỏc trang web cú kớch thc khỏc nhau (kờnh 256... trong quỏ trỡnh truyn do nh hng ca khụng khớ, nhit , tng in ly v nhiu gia cung on trỏi mt t v v tinh Tuy nhiờn nhỡn chung thụng s ng lờn, xung v tinh l nhng nh hng chớnh Chỳng ta xột ng truyn v tinh c bn c chia lm ba phn: - Trm phỏt mt t v cỏc yu t liờn quan vi ng lờn - H thng v tinh - Cỏc yu t liờn quan vi ung xung v trm thu mt t 23 1.6.2 Trm mt t v cỏc yu t liờn quan 1.6.2.1 H s tng ớch anten Anten . bao gồm một phần tải hữu ích (Payload) và một phần nền (Platform). Phần Payload gồm antenna và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyền dẫn thông tin. Phần Platform chứa các thiết bị bảo đảm. Resources Management Quản lý tài nguyên vô tuyến RTO Retransmission Timeout Khoảng thời gian chờ truyền lại, tính dựa trên RTT và một số biến khác RTT Round Trip Time Thời gian trễ vòng,. (Downlink). Để đánh giá chất lượng của tuyến người ta hay dùng đại lượng C/N là tỉ số giữa công suất sóng mang và công suất tạp âm ảnh hưởng đến sóng mang. Tỉ số này trên toàn tuyến được quyết