MỞ ĐẦU Việt Nam là quốc gia có đƣờng biên giới trải dài với địa hình nhiều đồi núi, hải đảo… xa đất liền, mỗi vùng địa hình khác nhau cần có phƣơng án truyền thông thích hợp. Cáp sợi quang và viba giữ ƣu thế trong những ứng dụng triển khai đƣờng trục, liên tỉnh tuy nhiên đối với những vùng không triển khai đƣợc cáp quang hoặc viba và bị cô lập về mặt địa lý thì VSAT TDM/D-TDMA là phƣơng án lựa chọn thích hợp nhất. Với kích thƣớc nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt trong bất cứ địa hình nào: tòa nhà, tầu, thuyền, xe cơ động…, mềm dẻo trong việc thay đổi cấu hình và lƣu lƣợng cho các trạm VSAT, VSAT TDM/D-TDMA đã trở thành một ứng dụng hiệu quả với các Tập đoàn, Tổng công ty và các công ty cỡ lớn hoặc vừa. Đặc điểm rất quan trọng của mạng thông tin VSAT TDM/D-TDMA là có thể vừa tiết kiệm đƣợc băng thông vệ tinh tối đa và vừa có thể triển khai đƣợc rất nhiều các loại hình dịch vụ nhƣ: Internet, thoại, hội nghị truyền hình, dữ liệu… Việc nghiên cứu về mạng VSAT TDM/D-TDMA có nghĩa thực tiễn rất cao trong việc triển khai mạng này tại Việt Nam.
Luận văn bao gồm 4 phần: Chƣơng 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh Chƣơng 2: Giới thiệu về mạng thông tin VSAT Chƣơng 3: Công nghệ VSAT TDM/D-TDMA và ứng dụng cho mạng truyền dẫn Viettel. Kết luận Đề tài ” Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ VSAT TDM/D-TDMA cho mạng truyền dẫn Viettel” đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. Trƣơng Vũ Bằng Giang, Khoa Điện tử- Viễn thông, Trƣờng Đại học Công nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội. Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các bạn động nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn! TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 10 Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Học viên Phạm Hồng Kiên TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Kể từ khi ra đời, thông tin vệ tinh đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực viễn thông. Với sự phát triển không ngừng và vị thế đặc biệt, ngày nay hệ thống thông tin vệ tinh là một phần thiết yếu trong hầu hết các mạng viễn thông diện rộng trên thế giới. Nó còn góp phần quan trọng vào sự phát triển của các lĩnh vực khoa học khác nhƣ nghiên cứu vũ trụ, địa chất, khí tƣợng học. Sự hình thành các hệ thống thông tin diện rộng cho phép chúng ta vƣợt qua khoảng cách về không gian và thời gian để xích lại gần nhau trong một xã hội thông tin hiện đại.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Thông tin vô tuyến qua vệ tinh là thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông mà mục tiêu của nó là đạt đƣợc gia tăng chƣa từng có về mặt cƣ ly và dung lƣợng với mức chi phí thấp nhất.
Chiến tranh thế giới lần thứ II đã góp phần vào sự phát triển hai công nghệ rất khác nhau đó là Tên lửa và Viba, việc kết hợp sử dụng thành công hai kỹ thuật đó đã mở ra kỷ nguyên thông tin vệ tinh. Hệ thống tin vệ tinh liên tục đƣợc phát triển sau đó: Năm 1957: Liên Xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên (Sputnik) Năm 1958: Vệ tinh SCORE của Mỹ Năm 1960: Vệ tinh ECHO Năm 1958: Vệ tinh COURIER Năm 1962: Các vệ tinh chuyển tiếp băng rộng: TELSTAR, RELAY Năm 1965: Vệ tinh địa tĩnh thƣơng mại đầu tiên đƣợc phóng INTELSAT1. Tiếp sau INTELSAT-I, hàng loạt các vệ tinh của INTELSAT đã ra đời với những cải tiến đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu giảm giá thành dịch vụ, tăng dung lƣợng kênh. Các thế hệ vệ tinh INTELSAT tiếp theo đƣợc phóng lên quỹ đạo địa tĩnh trên biển Thái Bình Dƣơng, Đại Tây Dƣơng & Ấn Độ Dƣơng là các thế hệ vệ tinh INTELSAT II, III, IV, IV-A, V, V-A, VI, VII, K, VII-A, VIII, VIII-A, K-FOS (tính đến tháng 1 năm 1996).
Đến tháng 6 năm 2001 vệ tinh INTELSAT-IX đầu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 tiên đã đƣợc phóng thành công lên quỹ đạo. Tiếp sau đó là các vệ tinh khác trong series INTELSAT-IX lần lƣợt đƣợc phóng lên quỹ đạo. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG VỆ TINH Vệ tinh có hai nhiệm vụ là khuếch đại sóng mang thu đƣợc từ trạm mặt đất trên tuyến lên để phát lại trên tuyến xuống và biến đổi tần số sóng mang nhằm tránh đƣa trở lại một phần công suất phát vào máy thu. Một tuyến thông tin vệ tinh đƣợc thiết lập giữa các trạm mặt đất với 1 vệ tinh trong không gian.
PhÇn kh«ng gian VÖ tinh Tr¹m ®iÒu khiÓn TTC&M M¸y ph¸t M¸y thu mÆt ®Êt Hình 1.1: Cấu trúc của hệ thống vệ tinh 1. Phần không gian Phần không gian bao gồm vệ tinh và các phƣơng tiện trên mặt đất để điều khiển và giám sát vệ tinh. Đó là các trạm TT&C (Tracking, Telemetry và Command: bám, đo lƣờng từ xa và lệnh), cùng với trung tâm điều khiển vệ tinh, thực hiện các hoạt động liên quan đến việc điều khiển, kiểm tra, giám sát & duy trì hoạt động của vệ tinh thông qua các chức năng thiết yếu của vệ tinh đó. Vệ tinh đƣợc cấu tạo bao gồm phần tải (payload) và phần thân (platform).
Phần tải: bao gồm các anten thu, phát và tất cả các thiết bị điện tử trợ giúp cho việc truyền dẫn tín hiệu (phân hệ thông tin). Phần thân: bao gồm các phân hệ phụ trợ trên vệ tinh: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 - Đo lƣờng từ xa, bám và lệnh (TT&C). - Điều khiển nhiệt độ. - Điều khiển tƣ thế bay và quỹ đạo.
- Các thiết bị đẩy. - Cấu trúc: Đảm bảo hỗ trợ về cơ khí cho tất cả các bộ phận trên vệ tinh, đồng chỉnh chính xác, hỗ trợ cho điều khiển nhiệt. Phân hệ mặt đất Phân hệ mặt đất bao gồm các trạm mặt đất thực hiện chức năng thu, phát thông tin. Các trạm mặt đất này thƣờng đƣợc kết nối với một mạng thông tin mặt đất hoặc nối trực tiếp với thiết bị đầu cuối ngƣời sử dụng nhƣ trong trƣờng hợp các trạm nhỏ (VSAT).
Các trạm mặt đất đƣợc phân loại theo kích thƣớc của chúng, kích thƣớc của trạm biến đổi tuỳ thuộc lƣu lƣợng cần vận chuyển và loại tải (nhƣ điện thoại, truyền hình hay số liệu…). Trạm mặt đất loại lớn nhất đƣợc trang bị anten đƣờng kính 30m (tiêu chuẩn A của INTELSAT), loại nhỏ nhất có các anten 0,6m cho các trạm thu truyền hình trực tiếp. ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VỆ TINH 1. Ƣu điểm - Vùng phủ sóng rộng: do vệ tinh cách xa mặt đất - Độ tin cậy và chất lƣợng thông tin cao: do tuyến thông tin chỉ có 3 trạm, trong đó vệ tinh đóng vai trò nhƣ trạm lặp, còn hai trạm đầu cuối trên mặt đất nên xác xuất hƣ hỏng trên tuyến rất thấp.
- Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế: hệ thống thông tin đƣợc thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau. Đặc biệt hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn, thông tin xuyên lục địa. - Đa dạng về loại hình dịch vụ 1.2 Nhƣợc điểm - Trễ truyền dẫn qua vệ tinh cao hơn so với truyền dẫn qua Viba, cáp đồng, cáp quang. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 - Giá thành triển khai cho các link kết nối cao hơn so với các phƣơng tiện truyền dẫn khác.
- Khó khăn trong việc triển khai truyền dẫn dung lƣợng lớn - Chịu ảnh hƣởng nhiều của yếu tố thời tiết khi sử dụng băng tần Ku, Ka, đặc biệt là hiện tƣợng SunOutage. CÁC PHƢƠNG PHÁP GHÉP KÊNH 1. Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) Khái niệm ghép kênh theo tần số là tần số (hoặc băng tần) của các kênh khác nhau, nhƣng đƣợc truyền đồng thời qua môi trƣờng truyền dẫn. Muốn vậy phải sử dụng bộ điều chế, giải điều chế và bộ lọc băng.
Sơ đồ khối bộ ghép Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh và tách kênh theo tần số nhƣ hình 1. Sơ đồ có N nhánh, mỗi nhánh dành cho một kênh. Sơ đồ chỉ có một cấp điều chế, nhƣng trong thực tế có nhiều cấp điều chế. Tuỳ thuộc môi trƣờng truyền dẫn là vô tuyến, dây trần, cáp đối xứng hay cáp đồng trục mà sử dụng một số cấp điều chế cho thích hợp.
Nguyên lý hoạt động Phía phát: tín hiệu tiếng nói qua bộ lọc thấp để hạn chế băng tần từ 0,3 đến 3,4 kHz. Băng tần này đƣợc điều chế theo phƣơng thức điều biên với sóng mang fN để đƣợc hai băng bên. Trong ghép kênh theo tần số chỉ truyền một băng bên, loại bỏ băng bên thứ hai và sóng mang nhờ bộ lọc băng, nhƣ biễu diễn trên hình 1.3 nêu một thí dụ về truyền băng dƣới. Tại cấp điều chế kênh, khoảng cách giữa hai sóng mang kề nhau là 4 kHz.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 15 Bộ Bộ lọc Bô lọc Bô lọc Bộ giải Bộ lọc điều điều chế thấp băng băng thấp chế f1 f1 Bộ Bộ lọc Bô lọc Bô lọc Bộ giải Bộ lọc điều thấp băng băng điều chế thấp chế f2 f2 Bộ Bộ lọc Bô lọc Bô lọc Bộ giải Bộ lọc điều thấp băng băng điều chế thấp chế fN fN Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh theo tần số Đặc tính suy hao - tần số của bộ lọc băng Băng tần Băng dƣới Băng trên thoại 0.3: Truyền băng dưới trong ghép kênh theo tần số Cấp điều chế kênh hình thành băng tần cơ sở 60 /108 kHz. Từ băng tần cơ sở tạo ra băng tần nhóm trung gian nhờ sóng mang nhóm trung gian. Từ băng tần nhóm trung gian tạo ra băng tần đƣờng truyền nhờ một sóng mang thích hợp. N bộ lọc băng tại đầu ra nhánh phát nối song song với nhau.
Phía thu: các bộ lọc băng tại nhánh phát và nhánh thu của mỗi kênh có băng tần nhƣ nhau. Đầu vào nhánh thu có N bộ lọc băng nối song song và đóng vai trò tách kênh. Bộ điều chế tại nhánh phát sử dụng sóng mang nào thì bộ giải điều chế của kênh ấy cũng sử dụng sóng mang nhƣ vậy. Tín hiệu kênh đƣợc giải điều chế với sóng mang và đầu ra bộ giải điều chế ngoài băng âm tần còn có các TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 16 thành phần tần số cao.
Bộ lọc thấp loại bỏ các thành phần tần số cao, chỉ giữ lại băng âm tần.