một số giải pháp kỹ thuật của hãng idirect và ứng dụng để thiết kế mạng vsat cho hệ thống thông tin ngành hàng không dân dụng việt nam

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Nhiệm vụ luận văn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 3
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VSAT 3
1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh 3
1.2. Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh 4
1.2.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin vệ tinh 4
1.2.2. Đặc điểm thông tin vệ tinh 5
1.2.3. Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền và băng tần cho
thông tin vệ tinh 5
1.2.4. Mô hình kênh truyền của thông tin vệ tinh 7
1.3. Tổng quan về mạng VSAT 8
1.3.1. Khái niệm về thông tin VSAT 8
1.3.3. Băng tần cho thông tin VSAT 11
1.4. Cấu trúc các trạm mặt đất trong mạng VSAT và bộ phát đáp 12
1.4.1. Cấu trúc trạm VSAT 12
1.4.2. Cấu trúc trạm Hub 13
1.4.3. Cấu trúc bộ phát đáp vệ tinh 15
1.5. Ứng dụng mô hình tham chuẩn OSI cho mạng VSAT 16
1.5.1. Cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT 16
1.5.2. Chuyển đổi giao thức (giả lập) 18
1.6. Giới thiệu vệ tinh thông tin VINASAT-1 và các ứng dụng 19
1.6.1. Vệ tinh thông tin Vinasat-1 19
1.6.2. Ứng dụng của vệ tinh Vinasat-1 23
Chương 2 26

MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG
THIẾT BỊ VSAT BĂNG RỘNG TRÊN NỀN IP CỦA iDIRECT 26
2.1. Các phương pháp đa truy nhập cơ bản trong mạng VSAT 26
2.1.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 27
2.1.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và truyền burst.28
2.1.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 29
2.2. Kỹ thuật đa truy nhập trong mạng VSAT có cấu trúc cụ thể 30
2.2.1. Kỹ thuật đa truy nhập trong mạng VSAT có cấu trúc hình lưới 30
2.2.2. Kỹ thuật đa truy nhập trong mạng VSAT có cấu trúc hình sao .33
2.3. Các giải pháp kỹ thuật của hãng iDirect 35
2.3.1. Kỹ thuật đa truy nhập MF-TDMA 35
2.3.2. Kỹ thuật đa truy nhập D-TDMA của iDirect 41
2.3.3. Kỹ thuật tăng tốc TCP/IP 45
2.4. Các thuật toán cải thiện hiệu năng TCP/IP trong mạng VSAT 47
2.4.1. Thuật toán khởi động chậm 48
2.4.2. Thuật toán tránh tắc nghẽn 50
2.4.3. Cải thiện thuật toán Slow-Start 52
Chương 3 54
THIẾT KẾ MẠNG VSAT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN HÀNG
KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ iDIRECT
54
3.1. Mô tả hệ thống hệ thống thông tin ngành hàng không Việt Nam 54
3.1.1. Hệ thống thông tin ngành hàng không Việt Nam hiện nay 54
3.1.2. Các loại thông tin trong ngành hàng không truyền qua vệ tinh .56
3.1.3. Thực tại hệ thống thông tin VSAT ngành hàng không Việt Nam56
3.2. So sánh mạng VSAT sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh với công
nghệ chuyển mạch gói dựa trên nền IP 57
3.3. Sơ đồ cấu trúc mạng VSAT của hệ thống thông tin hàng không Việt Nam
và kiểu lưu lượng 61
3.3.1. Sơ đồ cấu trúc mạng VSAT 61

3.3.2. Lưu lượng của các trạm VSAT 62
3.4. Lựa chọn công nghệ và thiết bị Modem 63
3.5. Tính toán băng thông cho mạng 66
3.5.1. Đặc điểm luồng xuống (Downstream) 66
3.5.2. Đặc điểm luồng lên (Upstream) 67
3.5.3. Tính băng thông chiếm dụng của mạng 67
3.6. Tính toán quỹ năng lượng đường truyền qua vệ tinh địa tĩnh 68
3.6.1. Hệ số tăng ích của anten (G) 69
3.6.2. Suy hao không gian tự do 69
3.6.3. Suy hao khí quyển 70
3.6.4. Tính toán tuyến lên 71
3.6.5. Tuyến xuống và trạm mặt đất thu 73
3.6.6. Tỷ số công suất sóng mang trên mật độ phổ tạp âm toàn tuyến. .76
3.7. Tính toán các tham số lắp đặt 77
3.8. Lựa chọn phần thiết bị ngoài trời và đặc điểm kỹ thuật của chúng 78
3.8.1. Tại trạm đầu cuối VSAT 78
3.8.2. Trạm Hub VSAT 80
KẾT LUẬN 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ALC Automatic Level Control Điều khiển mức công suất tự
động
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit
BUC Block Up Converter Bộ đổi tần lên và khuếch đại
công suất
BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
C/N Carrier to Noise Tỷ số công suất sóng mang trên
tạp âm
CDMA Code Division Multiple

Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CIR Commited Infomation Rate Tốc độ thông tin cam kết
DA Demand Assigment Cấp phát theo nhu cầu
D/C Down Converter Bộ chuyển đổi tần xuống
D-
TDMA
Deterministic- Time Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian – Xác định.
DTH Direct To Home Truyền hình vệ tinh
DVB-
RCS
Digital Video Broadcast –
Return Channel via Satellite
Truyền hình số có kênh trở về
qua vệ tinh.
EIRP Equivalent Isotropic Radiation
Power
Công suất phát xạ đẳng hướng
tương đương
FDMA Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước
FSS Fixed Satellite Service Dịch vụ vệ tinh cố định
GBN Go-Back-N Quay trở lại khung thứ N
IBO Input Back Off Độ lùi công suất đầu vào

IDU In-Door Unit Khối thiết bị trong nhà
ITU International
Telecommunication Union
Liên minh viễn thông thế giới
IFL Interfacility Link Kết nối giữa các thiết bị
ISO International Standards Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
Organization
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LNB Low Noise Block Down
convert
Bộ khuếch đại tạp âm thấp &
đổi tần xuống
NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng
GEO Geostationary Orbit Quĩ đạo địa tĩnh
MCPC Multi Channel Per Carrier Nhiều kênh trên một sóng
mang
MSS Mobil Satellite Service Dịch vụ vệ tinh di động
OBO Output Back Off Độ lùi công suất đầu ra
ODU Out-Door Unit Khối thiết bị ngoài trời
OSI Open System Interconnection Kết nối hệ thống mở
QPSK Quadrature Phase-Shift
Keying
Khóa dịch pha cầu phương
RB Reference Burst Cụm chuẩn
RSV Reed Solomon Viterbi
SCPC Single Channel Per Carrier Sóng mang đơn trên kênh đơn
SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ
SR Selective Repeat Phát lại có lựa chọn
SW Stop and Wait Dừng và chờ
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

dẫn
TDMA Time Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TPC Turbo Product Code Mã sinh nhanh
U/C Up Converter Bộ đổi tần lên
VSAT Very Small Aperture Terminal Trạm đầu cuối có khẩu độ
anten cực nhỏ
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Mô tả cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh 4
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của hấp thụ khí quyển vào tần số 6
Hình 1.3: Các dạng cấu trúc tiêu biểu của mạng VSAT 9
Hình 1.4: Cấu trúc trạm VSAT 12
Hình 1.5: Cấu trúc cơ bản của một trạm Hub 13
Hình 1.6: Sơ đồ khối chức năng của một bộ phát đáp đơn giản 15
Hình 1.7: Cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT 17
Hình 1.8: Các loại hình dịch vụ Vinasat cung cấp 23
Hình 2.1: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo FDMA 27
Hình 2.2: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo TDMA 28
Hình 2.3: Băng thông sóng mang truyền dẫn theo CDMA 29
Hình 2.4: Mạng hình lưới với sóng mang SCPC, sử dụng FDMA 30
Hình 2.5: Mạng hình lưới sử với sóng mang MCPC 32
Hình 2.6: Các phương pháp đa truy nhập trong mạng hình sao 33
Hình 2.7: Kết nối mạng hình lưới theo kỹ thuật MF-TDMA 36
Hình 2.8: Bảng cấp phát tài nguyên MF-TDMA trong mạng hình lưới. .37
Hình 2.9: Kết nối mạng theo kỹ thuật TDM/MF-TDMA 38
Hình 2.10: Cấp phát khe thời gian trải đều ra các khung 43
Hình 2.11: Mạng D-TDMA của iDirect 44

Hình 2.12: MF-TDMA hướng về trong mạng hình sao của iDirect 45
Hình 2.13: Sơ đồ tăng tốc TCP theo một hướng của iDirect 46
Hình 2.14: Sơ đồ tăng tốc bắt tay 3-đường theo một hướng 47
Hình 2.15: Thuật toán Slow-start 49
Hình 2.16: Thuật toán khởi động chậm xử lý gói tin bị mất 50
Hình 2.17: Minh họa thuật toán Slow-Start và Congestion avoidance 51
Hình 2.18: TCP “spoofing” 52
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống thông tin vệ tinh ngành hàng không Việt Nam
55
Hình 3.2: Cấu trúc trạm VSAT theo công nghệ chuyển mạch kênh và IP
59
Hình 3.3: So sánh cấu trúc trạm HUB theo công nghệ Mux và IP 60
Hình 3.4: Thí dụ cấp phát băng thông cho các sóng mang 61
Hình 3.5: Cấu trúc mạng VSAT hàng không Việt Nam 62
Hình 3.6 Mini Satellite Hub 64
Hình 3.7: Modem IP VSAT đầu xa 66
Hình 3.8: Cấu trúc khung TDM luồng xuống 66
Hình 3.9: Cấu trúc khung TDMA 67
Hình 3.10: Sơ đồ các thành phần thiết bị tại trạm VSAT 79
Hình 3.11: An-ten VSAT trạm đầu xa 79
Hình 3.12: Bộ chuyển đổi tuyến lên và khuếch đại công suất băng C 80
Hình 3.13: Bộ chuyển đổi tuyến xuống tạp âm thấp băng C 80
Hình 3.14: Anten 4.5m của andrew 81
MỞ ĐẦU
Trong nhiều năm qua, hàng không trở thành một trong những ngành
quan trọng không chỉ ở Việt Nam mà ở tất cả các nước trên thế giới. Sự phát
triển của ngành có ý nghĩa rất lớn trong sự phát triển về kinh tế, chính trị cũng
như xã hội của nước ta. Nhu cầu về giao thông ngày càng tăng dẫn đến tần
suất các chuyến bay tăng và cần có sự thay đổi về chất lượng của hệ thống
thông tin để bảo đảm triệt để an toàn cho các chuyến bay. Trong hệ thống thông

tin ngành hàng không thì thông tin vệ tinh đóng một vai trò không thể phủ
nhận. Với mạng thông tin VSAT để truyền tín hiệu dữ liệu radar, điện văn,
khí tượng và đặc biệt là thoại điều hành bay giữa Kiểm soát viên không lưu và
phi công, kết nối toàn bộ các trạm điều hành bay nội địa cũng như quốc tế.
Hệ thống thiết bị vệ tinh của ngành đã dùng từ năm 1995 đến nay với
công nghệ đã cũ không còn phù hợp cho việc mở rộng mạng và khó khăn
trong việc khắc phục sự cố khi hỏng hóc vì không có thiết bị dự phòng. Mặt
khác, Việt Nam hiện nay đã có vệ tinh VINASAT-1 với công nghệ tiên tiến,
cho nên ngành hàng không đã lập dự án và đã được phê duyệt chuyển sang
dùng vệ tinh VINASAT-1. Qua tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ và thiết
bị vệ tinh tôi nhận thấy thiết bị của hãng iDirect có thể đáp ứng tốt nhất cho
hệ thống thông tin của ngành.
Từ thực tế trên, tác giả thực hiện đề tài “Một số giải pháp kỹ thuật của
hãng iDirect và ứng dụng để thiết kế mạng VSAT cho hệ thống thông tin
ngành hàng không dân dụng Việt Nam”.
Luận văn bao gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin VSAT.
Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin VSAT, những vấn đề chung
về thông tin VSAT, cấu trúc cơ bản, nguyên lý hoạt động của trạm mặt đất
trong mạng VSAT và những đặc điểm cơ bản của hệ thông tin VSAT. Giới
thiệu các thông số kỹ thuật và cácdịch vụ của vệ tinh VINASAT-1.
1
Chương 2: Một số giải pháp kỹ thuật ứng dụng trong hệ thống
VSAT băng rộng trên nền IP của iDirect.
Nghiên cứu các phương pháp đa truy nhập cơ bản, quá trình dẫn đến sự
ra đời của phương pháp đa truy nhập mới MF-TDMA, kỹ thuật MF-TDMA,
MF-TDMA trong hệ thống thiết bị của iDirect, kỹ thuật D-TDMA của iDirect
và giải pháp tối ưu hoá TCP/IP qua vệ tinh của iDirect.
Chương 3: Thiết kế mạng VSAT cho hệ thống thông tin ngành hàng
không Việt Nam.

Phân tích so sánh công nghệ chuyển mạch kênh sử dụng thiết bị ghép
kênh và công nghệ chuyển mạch gói dựa trên giao thức TCP/IP, phân tích giải
pháp công nghệ của iDirect và lựa chọn thiết bị modem. Tính băng thông cần
thiết cho mạng và tính toán quỹ năng lượng đường truyền. Từ đó lựa chọn
phần thiết bị đầu cuối vệ tinh và đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị đã chọn.
Do nội dung nghiên cứu của đề tài rộng, tài liệu còn khan hiếm nên luận
văn không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp của
các Thầy giáo và đồng nghiệp.
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VSAT
1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh
Một hệ thống truyền tin sử dụng bộ chuyển tiếp đặt trên vệ tinh nhân tạo
của quả đất được gọi là hệ thống truyền thông tin vệ tinh. Công nghệ truyền
tin vệ tinh được bắt nguồn từ hai công nghệ phát triển mạnh trong thế chiến
thứ hai, đó là công nghệ viba và công nghệ tên lửa. Trong thời kỳ “chiến
tranh lạnh”, một cuộc chạy đua không ồn ào nhưng rất quyết liệt giữa một số
“cường quốc công nghiệp” nhằm tranh giành không gian vũ trụ. Hiện nay đã
có hàng trăm vệ tinh viễn thông trên bầu trời nhằm phục vụ nhiều dịch vụ
viễn thông khác nhau. Ta có thể nhìn lại quá trình phát triển đó như sau:
Ý tưởng về một hệ thống thông tin toàn cầu sử dụng vệ tinh bay xung
quanh quả đất đã được nhà bác học Arthur C. Clarke giới thiệu trong một tạp
chí Anh “Wireless world” (thế giới không giây) vào tháng 5 năm 1945.
Tháng 04 năm 1957 Liên xô đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo
SPUTNIK đầu tiên trên thế giới mở ra một kỷ nguyên thông tin vệ tinh.
Năm 1958 bản tin chúc mừng Giáng sinh của tổng thống Mỹ Eisenhower
lần đầu tiên được phát đi qua vệ tinh có tên là SCORE bay ở độ cao 1500 km.
Những năm sau đó từ năm 1960 đến 1962 một loạt các vệ tinh khởi đầu
có tên ECHO, CURIER, TELSTAR và RELAY đã được phóng lên ở quỹ đạo
có độ cao thấp (khoảng 1000 km đến 8000 km), do hạn chế bởi tên lửa phóng.

Năm 1963 một vệ tinh địa tĩnh đầu tiên có tên là SYNCON, có độ cao
bay 36.000 km đã truyền hình trực tiếp thế vận hội Olympic Tokyo từ Nhật về
Mỹ. Năm 1965 vệ tinh MOLNYA của liên xô được phóng lên ở quỹ đạo elip
nghiêng 65
o
so với mặt phẳng xích đạo. Tháng 7 năm 1964 một tổ chức quốc
tế về thông tin vệ tinh đã ra đời, ban đầu có 11 nước thành viên, gọi tắt là
Intelsat (Internation Telecommucations Satellite). Các nước tham gia vào tổ
chức này tăng lên nhanh chóng, 30 năm sau số nước thành viên tham gia tổ
chức Intelsat đã là 133, trong đó có Việt Nam.
3
1.2. Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh
1.2.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin vệ tinh
Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh gồm 2 phân đoạn: phân đoạn mặt
đất và phân đoạn không gian được mô tả như hình 1.1 dưới đây:
Hình 1.1: Mô tả cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh
Phân đoạn không gian bao gồm vệ tinh cùng các thiết bị đặt trong vệ tinh
và hệ thống các trang thiết bị đặt trên mặt đất để kiểm tra theo dõi và điều
khiển hành trình của vệ tinh.
Các sóng vô tuyến truyền từ mặt đất được gọi là tuyến lên (uplink). Vệ
tinh thu các sóng từ tuyến lên, xử lý, biến đổi tần, khuếch đại và truyền các
sóng vô tuyến đó trở về các trạm mặt đất theo tuyến xuống (downlink).
Phân đoạn mặt đất bao gồm tất cả các trạm mặt đất của hệ thống và
chúng thường được kết nối với các thiết bị của người sử dụng thông qua các
mạng mặt đất hoặc trong các trường hợp sử dụng các trạm VSAT, các hệ
thống thông tin di động vệ tinh S-PCN.
Trạm điều khiển vệ
tinh
Thiết bị thu
(Trạm mặt đất)

Thiết bị phát
(Trạm mặt đất)
Phân đoạn mặt đất
Phân đoạn không gian
V
ệ tinh
Tuyến lên
Tuyến xuống
4
1.2.2. Đặc điểm thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh tuy ra đời muộn so với các phương tiện truyền thông
khác nhưng nó được phát triển nhanh chóng nhờ có nhiều ưu điểm, đó là:
- Vùng phủ sóng rộng, khắc phục được yếu tố địa hình.
- Thiết bị phát sóng dùng trong hệ thống truyền tin chỉ cần công suất bé.
- Việc lắp đặt hoặc di chuyển các thành phần trong hệ thống truyền tin vệ
tinh đặt trên mặt đất tương đối nhanh chóng, dễ dàng, không phụ thuộc vào
cấu hình cũng như hệ thống truyền dẫn.
- Cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau như: thoại và phi thoại, thăm dò địa
chất, khí tượng, định vị toàn cầu, phục vụ các mục đích quốc phòng, v.v…
Các thiết bị trên vệ tinh sử dụng năng lượng mặt trời cả ngày và đêm.
- Tuy nhiên nó cũng có các nhượng điểm:
- Kinh phí phóng vệ tinh cao, công nghệ phóng và sản xuất không phải
nước nào cũng làm được. Nhạy cảm với nhiễu: thông tin bị tổn hao trong môi
trường truyền sóng, đặc biệt là vùng mây mù, mưa nhiều.
- Tín hiệu vệ tinh bị trễ đáng kể.
- Tín hiệu dễ bị thu trộm. Đòi hỏi khả năng bảo mật của mạng.
1.2.3. Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền và băng tần cho
thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin sử dụng phương thức truyền dẫn
vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ

thông tin vệ tinh là rất quan trọng. Nó phải thoả mãn hai điều kiện cơ bản.
- Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng như
các dịch vụ thông tin vệ tinh trong mạng.
- Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước, giá thành của thiết bị.
Như chúng ta biết, khí quyển trái đất được chia làm ba tầng: lớp khí
quyển dưới cùng rải từ mặt đất lên độ cao khoảng 11 km gọi là tầng đối lưu.
5
Các hiện tượng thời tiết như mưa, bão, sương mù đều xẩy ra trong tầng đối
lưu. Theo nghiên cứu thực nghiệm thì với sóng vô tuyến ở khoảng tần số 6
GHz trở xuống bị ảnh hưởng rất ít bởi các tác động trên. Tiếp đến là tầng bình
lưu, có giới hạn trên khoảng 35 km, và trên cùng là tầng điện ly có độ cao
khoảng từ 50 km đến 400 km. Tầng điện ly là một lớp khí bị ion hoá mạnh
nên mật độ chất khí chủ yếu là các điện tử tự do và các ion. Nó có tính chất
hấp thụ và phản xạ sóng vô tuyến điện. Bằng khảo sát thực tế người ta thấy
tầng điện ly chỉ phản xạ đối với băng sóng ngắn trở xuống. Tần số càng cao
ảnh hưởng bởi tầng điện ly càng ít, ở các tần số trong băng vi ba hầu như
không bị ảnh hưởng bởi tầng điện ly.
1000




100




10

1
0,5


0,2

0,1



hÊp thô do
tÇng ®iÖn
ly
gãc tµ
15
o
cöa sæ
v«tuyÕ
n
hÊp
thô
dB


.02 .05 .1 .2 .5 1 2 5 10 20 50 100 200
GHz
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của hấp thụ khí quyển vào tần số

Nếu sử dụng băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến”, như chỉ ra trên hình
1.2 [1,2,3,5], tức là khoảng từ 1GHz đến 10 GHz thì suy hao do tầng điện ly
và tầng đối lưu gây ra là không đáng kể và suy hao truyền sóng gần như bằng
suy hao không gian tự do. Vì vậy, băng tần lý tưởng nhất sử dụng cho thông
tin vệ tinh cũng như các hệ thống vi ba khác là băng tần nằm trong “cửa sổ vô
6
tuyến” vì các tần số nằm trong khoảng tần số này có suy hao trong khí quyển
là nhỏ nhất, trong điều kiện bình thường có thể bỏ qua.
Tuy nhiên, các tần số nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được sử dụng nhiều
cho các hệ thống thông tin vi ba trên mặt đất, hơn nữa băng tần của thông tin
vệ tinh rất rộng nên ngoài các băng tần nằm ở dải tần số này được ấn định cho
thông tin vệ tinh thì phải sử dụng thêm các băng tần khác. Các băng tần đó
được quy định như trên bảng 1.1. [1,2,3,5]
Bảng 1.1: Các băng tần ấn định cho thông tin vệ tinh
Khoảng tần số Ký hiệu Sử dụng điển hình
1,5 – 1,6 GHz L Dịch vụ thông tin di động (MSS)
2,0 - 2,7 S Dịch vụ phát thanh, truyền hình (BSS)
3,7 - 7,25 C Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
7,25 - 8,4 X Các vệ tinh chuyên dùng quân sự
10,7 - 18 K
u
Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
18 - 31 K
a
Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
44 GHz Q Các vệ tinh nội địa
1.2.4. Mô hình kênh truyền của thông tin vệ tinh
Có hai kênh truyền từ thiết bị đầu cuối của người sử dụng này đến đầu
cuối của người sử dụng khác thông qua vệ tinh. Nếu thiết bị đầu cuối ở cách
xa trạm mặt đất thì nó sẽ được kết nối với trạm mặt đất thông qua mạng mặt

đất. Đây là trường hợp các trạm mặt đất cỡ lớn được kết nối với mạng mặt đất
thông qua giao diện trạm/mạng mặt đất. Còn với các thiết bị đầu cuối ở gần
thì kết nối trực tiếp với trạm mặt đất thông qua giao diện trạm/ thiết bị đầu
cuối. Đây là trạm mặt đất cỡ nhở VSAT. Với đề tài này ta chỉ nghiên cứu với
mô hình kênh truyền với các trạm mặt đất cỡ nhỏ VSAT.
7
1.3. Tổng quan về mạng VSAT
1.3.1. Khái niệm về thông tin VSAT
Trong quá trình phát triển của thông tin vệ tinh, cùng với việc hạ giá
thành và kích thước, số lượng trạm vệ tinh mặt đất tăng lên không ngừng. Các
trạm vệ tinh cỡ nhỏ, với kích thước an-ten nhỏ hơn 3,5m đã trở nên quen
thuộc với tên gọi VSAT (Very Small Apperture Terminal) - trạm đầu cuối có
khẩu độ rất nhỏ, được phát triển từ những năm 1980 bởi Công ty Telcom
General. Theo định nghĩa của Liên minh Viễn thông Thế giới (ITU) về thiết
bị đầu cuối số liệu DTE (Data Teminal Equipment) là thực hiện chức năng
chuyển đổi lưu lượng số liệu đầu cuối. Có thể xem trạm VSAT như là thiết bị
đầu cuối viễn thông thay vì sử dụng khái niệm trạm mặt đất với cách nhìn
trạm VSAT như là thiết bị đầu cuối của mạng viễn thông (thoại, fax, Internet),
của mạng quảng bá (xem truyền hình), hoặc như là thiết bị chuyển đổi lưu
lượng trong nội bộ mạng VSAT.
Có thể xem mạng VSAT là mạng cố định vệ tinh và dịch vụ VSAT là
dịch vụ cố định vệ tinh cho phép người sử dụng với an-ten vệ tinh cỡ nhỏ có
thể sử dụng các loại hình dịch vụ viễn thông, truyền thông trực tiếp từ mạng
VSAT thông qua đường truyền dẫn vệ tinh.
1.3.2. Cấu hình mạng và kích thước mạng VSAT
1.3.2.1. Cấu hình mạng VSAT
Mạng VSAT sử dụng vệ tinh địa tĩnh có độ cao 35 786 km so với bề mặt
trái đất và độ trễ đường truyền cho một bước nhảy khoảng 0.25 s (theo đường
trạm mặt đất - vệ tinh - trạm mặt đất). Có ba cấu hình tiêu biểu của mạng
VSAT: mạng sao (STAR), mạng lưới (MESH) và cấu hình kết hợp (hybridge)

cả mạng sao và mạng lưới (Hình 1.3).
8
Hình 1.3: Các dạng cấu trúc tiêu biểu của mạng VSAT
Trong cấu trúc dạng hình sao (hình 1.3a), mỗi đầu cuối VSAT chỉ
phát và thu dữ liệu tới Hub. Nhưng các đầu cuối VSAT vẫn có thể liên lạc với
nhau thông qua Hub bằng cách sử dụng một bước nhảy kép qua vệ tinh. Đa số
các mạng VSAT sử dụng dạng hình sao bởi vì độ khuếch đại anten lớn tại
Hub tối ưu được việc sử dụng đoạn không gian và giảm thiểu được kích thước
của đầu cuối VSAT. Nhược điểm của dạng hình sao là trễ đường truyền từ
VSAT tới VSAT lớn gấp đôi so với truyền một bước nhảy cho nên có thể
không đáp ứng được một số yêu cầu của người dùng.
Dạng hình lưới (hình 1.3b) cho phép tất cả các đầu cuối VSAT liên lạc
trực tiếp với nhau. Có thể cần một trạm Hub để thiết lập và kết thúc quá trình
liên lạc nhưng không liên quan tới việc truyền tải thông tin. Đôi khi một trạm
đầu cuối được trang bị các thiết bị giám sát và quản lý mạng và người ta nói
9
rằng mạng làm việc không cần Hub. Dạng hình lưới có ưu điểm là người
dùng có thể liên lạc trực tiếp với nhau không cần phải qua trạm Hub mặt đất,
và liên lạc giữa các trạm VSAT thực hiện qua một bước nhảy, do đó đáp ứng
được các yêu cầu về trễ của người dùng. Nhược điểm của nó là bởi vì mỗi
VSAT phải có đủ công suất và độ nhạy máy thu (G/T) để liên lạc với các
VSAT khác nên yêu cầu các anten và bộ khuếch đại công suất có kích thước
lớn hơn so với dạng hình sao. Mặt khác EIRP và G/T của các thiết bị đầu cuối
người dùng thấp, dẫn tới hiệu quả sử dụng bộ phát đáp tương đối thấp. Cấu
trúc dạng hình lưới thường phù hợp với các ứng dụng thoại ở đó không thể bỏ
qua trễ đường truyền.
Dạng lai ghép giữa dạng hình sao và dạng lưới cho phép một nhóm các
đầu cuối VSAT liên lạc với nhau theo dạng hình lưới còn những cái khác chỉ
liên lạc với nhau theo dạng hình sao. Cấu trúc này phù hợp với các mạng mà
ở đó một số VSAT có nhu cầu thông lượng giữa chúng với nhau lớn hơn so

với các trạm đầu cuối khác. Các trạm có nhu cầu thông lượng lớn có thể được
cung cấp theo dạng hình lưới để giảm chi phí thiết bị tại hub và băng tần vệ
tinh cần thiết cho một bước nhảy kép. Phần còn lại của mạng có thể liên lạc
với một trạm bất kỳ trong nhóm hình lưới này hoặc với mỗi trạm khác qua
mạng hình sao.
1.3.2.2. Mạng và kích thước mạng VSAT
Mạng được định nghĩa ở đây như một công cụ phục vụ cho một nhóm
người sử dụng khép kín. Nó có thể là một mạng hoàn toàn độc lập hoặc là
một mạng con nhờ một Hub dùng chung. Nhưng xét về mặt thiết bị thì kích
thước của mạng vẫn tuỳ thuộc vào dung lượng luồng dữ liệu, tức là dựa trên:
• Số người cần phục vụ, nói chung một người sử dụng cũng chính là một
VSAT ở xa. Tuy nhiên, một VSAT cũng có thể phục vụ cho một số người sử
dụng bằng cách kết nối nó với một mạng dữ liệu nội bộ (LAN) hoặc kể cả với
một mạng mặt đất.
10
• Đặc tính luồng dữ liệu, khả năng biến đổi và các yêu cầu về dung lượng.
Ở đây các đặc điểm quan trọng nhất có liên quan đến các kiểu luồng dữ liệu
và khả năng tương thích của nó, đó là:
- Các luồng dữ liệu tốc độ bit thấp liên kết qua lại với nhau.
- Tốc độ truyền bản tin mong muốn (nghĩa là khoảng thời gian trung
bình giữa hai bản tin, đặc biệt là trong các thời điểm thông lượng là cực đại)
và chiều dài bản tin cần truyền đi từ các VSAT từ xa.
- Nội dung của các bản tin phúc đáp từ Hub.
- Độ trễ đáp ứng chấp nhận được.
- Chuyển đổi và truyền tải khối dữ liệu.
- Có thể có các yêu cầu truyền dẫn với mật độ luồng thông tin cao ở
tuyến ra và kể cả tuyến vào (ở thời gian cao điểm và không cao điểm).
- Có thể có các yêu cầu về luồng thông tin thoại.
1.3.3. Băng tần cho thông tin VSAT
Mạng VSAT thường sử dụng băng tần số nghiệp vụ cố định vệ tinh

(FSS) được quy định bởi ITU là băng tần C và băng tần Ku. Mạng VSAT sử
dụng các băng tần này thì có các ưu, nhược điểm được tóm tắt ở bảng 1.2.
Bảng 1.2: Tóm tắt ưu, nhược điểm của băng tần C, Ku
Ưu điểm Nhược điểm
Băng
tần C
- Giá thành công nghệ rẻ.
- Ít bị ảnh hưởng của mưa.
- An-ten lớn (1 đến 4.5 m)
- Ảnh hưởng bởi nhiễu vệ tinh liền kề
và nhiễu mặt đất do dùng chung băng
tần với nhiều hệ thông vi-ba.
Băng
tần Ku
- Kích thước anten nhỏ (từ 0.6m
-1.8m). Nhiễu mặt đất thấp
- Sử dụng tốt hơn dung lượng
vệ tinh.
- Phạm vi hoạt động bị giới hạn
- Chịu nhiều ảnh hưởng của mưa.
11
1.4. Cấu trúc các trạm mặt đất trong mạng VSAT và bộ phát đáp
1.4.1. Cấu trúc trạm VSAT
Hình 1.4 chỉ ra cấu trúc cơ bản của một trạm VSAT gồm 02 phần thiết bị
riêng biệt: khối thiết bị ngoài trời (ODU – Out Door Unit) và khối thiết bị
trong nhà (IDU – In Door Unit). Khối thiết bị ngoài trời là giao tiếp VSAT
với vệ tinh, còn IDU là giao tiếp VSAT với thiết bị đầu cuối của người dùng
hoặc mạng cục bộ (LAN).
1.4.1.1. Khối thiết bị ngoài trời
Khối thiết bị ngoài trời gồm: anten, khuếch đại công suất phát, chuyển

đổi tần lên, chuyển đổi tần xuống, khuếch đại tạp âm thấp.
Hình 1.4: Cấu trúc trạm VSAT
12
1.4.1.2. Thiết bị trong nhà
Một khối IDU điển hình chứa một mạch trung tần (IF – Intermediate
Frequency), một modem và một bộ xử lý tín hiệu băng gốc.
IDU thường được lắp đặt ở đầu cuối dữ liệu người dùng và được kết nối
trực tiếp đến các đầu cuối này thông qua giao tiếp thông tin dữ liệu chuẩn.
IDU và ODU được nối với nhau bởi cáp IFL (Interfacility Link).
1.4.2. Cấu trúc trạm Hub
Hình 1.5 trình bày một cấu trúc tổng quát của một trạm Hub. Ngoại trừ
kích thước và số lượng thiết bị thì giữa trạm Hub và trạm VSAT chỉ khác
nhau chút ít về chức năng. Sự khác nhau chính là khối trong nhà của trạm
Hub giao tiếp với một máy chủ hoặc với một mạng chuyển mạch công cộng,
hoặc các đường dành riêng tuỳ thuộc vào trạm Hub là dùng chung hay dùng
riêng.
Hình 1.5: Cấu trúc cơ bản của một trạm Hub
Một trạm Hub luôn được trang bị một hệ thống quản lý mạng (NMS).
NMS là một máy tính hoặc trạm làm việc có trang bị phần mềm chuyên dụng
được dùng để khai thác và quản trị mạng. Máy tính này được nối với mỗi
VSAT trong mạng bằng một mạch ảo cố định. Trong hầu hết các ứng dụng,
13
Hub có thể được kết nối qua một đường truyền trên mặt đất đến một máy tính
chủ. Các thông báo quản lý luôn được trao đổi giữa NMS và các VSAT và
cạnh tranh với lưu lượng bình thường đối với tài nguyên mạng.
1.4.2.1. Chức năng khai thác mạng
Chức năng khai thác liên quan tới quản trị mạng và cung cấp khả năng
để tái cấu hình mạng một cách linh hoạt bằng cách thêm hoặc xoá bỏ các trạm
VSAT, sóng mang và giao tiếp mạng. Chức năng khai thác còn bao gồm việc
giám sát và điều khiển chất lượng, trạng thái của Hub và mỗi trạm VSAT

cùng tất cả các cổng dữ liệu có liên quan của mạng. Điều này đòi hỏi các công
cụ quản lý khai thác cung cấp việc cấp phát và kết nối các trạm VSAT theo
thời gian thực, quản lý và điều khiển cấu hình lắp đặt mới. Phần mềm điều
khiển mạng cho phép cấp phát linh hoạt, tự động dung lượng cho các VSAT
có lưu lượng tương tác dạng cụm, và tới các VSAT mà thỉnh thoảng có lưu
lượng luồng. NMS thông báo cho nhà khai thác mạng biết trong trường hợp
dung lượng bão hoà (làm cản trở các trạm VSAT truy nhập vào dịch vụ).
NMS điều khiển tất cả các vấn đề liên quan đến cảnh báo hỏng hóc. Thông
thường khi có một trạm VSAT bị mất nguồn thì NMS sẽ tải xuống tất cả các
phần mềm liên quan và các thông số của hệ thống để khởi động lại.
1.4.2.2. Chức năng quản lý
Chức năng quản lý giải quyết các vấn đề về kiểm tra thiết bị, lưu trữ việc
sử dụng mạng, bảo mật và lập hoá đơn. NMS duy trì một tài khoản của các
VSAT được lắp đặt và vận hành, cấu hình thiết bị trong Hub và trong mỗi
trạm VSAT, và cấu hình cổng của mỗi giao tiếp mạng. Thông tin này luôn sẵn
có khi người khai thác yêu cầu, cùng với thông tin thống kê về lưu lượng, số
lỗi, thời gian trễ truyền dữ liệu trung bình. Những thông tin này có thể được
phân tích, được in hàng ngày, hàng tuần hay hàng tháng và được lưu giữ trên
các thiết bị lưu giữ phục vụ cho mục đích tham khảo sau này.
14
Các chức năng kể ra trên đây cho thấy NMS đóng vai trò quan trọng đối
với mạng. Nó tạo nên sự khác biệt giữa các nhà cung cấp mạng.
1.4.3. Cấu trúc bộ phát đáp vệ tinh
Các bộ phát đáp được đặt trong vệ tinh để thu tín hiệu từ tuyến lên, biến
đổi tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại theo tuyến xuống. Hình 1.6
mô tả sơ đồ khối một bộ phát đáp đơn giản. Ở đây không có nhiệm vụ giải
điều chế và xử lý tín hiệu thu được mà chỉ đóng vai trò như một bộ chuyển
đổi xuống có hệ số khuếch đại công suất lớn. Vệ tinh trong trường hợp này
đóng vai trò một trạm trung chuyển tín hiệu giữa các trạm mặt đất và được
xem như một điểm nút của mạng với hai chức năng chính:

- Khuếch đại sóng mang thu được từ tuyến lên để sử dụng cho việc
truyền lại trên tuyến xuống. Công suất đầu vào yêu cầu từ 100 pW đến 1 nW,
công suất đầu ra của bộ khuếch đại tuyến xuống yêu cầu từ 10 W đến 100 W [4].
- Thay đổi tần số sóng mang (giữa máy thu và phát) nhằm tránh một
phần công suất phát tác động trở lại phía đầu vào máy thu.
Hình 1.6: Sơ đồ khối chức năng của một bộ phát đáp đơn giản
Anten thu
6 GHz
BPF
LNA
LO
BPF
TWTA
Bộ dao động nội
Bộ chuyển đổi xuống
Tín hiệu từ
tuyến lên
Bộ lọc
thông thấp
Bộ khuếch đại
tạp âm thấp
Bộ lọc
thông thấp
Bộ khuếch đại
công suất đèn
sóng chạy
Tuyến
xuống
Anten phát
4 GHz

15
1.5. Ứng dụng mô hình tham chuẩn OSI cho mạng VSAT
1.5.1. Cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT
Trong các tuyến thông tin dữ liệu, các hệ thống mở giao thức với nhau
thông qua các chức năng thông tin được chia thành các lớp. Tổ chức tiêu
chuẩn hóa quốc tế (ISO) đã phối hợp với tiểu ban chuẩn hóa về thông tin viễn
thông của ITU-R (ITU-T) để xây dựng nên mô hình tham chuẩn giao thức kết
nối hệ thống mở (OSI), gồm 7 lớp. Bốn lớp trên chứa các giao thức thông tin
điểm nối điểm giữa các hệ thống thông tin. Ba lớp dưới chứa các giao thức
mạng và giao tiếp mạng phục vụ việc truyền ảo không lỗi (Virtually error-free
transmition) các gói dữ liệu của người dùng qua các mạng. Các mạng dữ liệu
chuyển mạch gói sử dụng các giao thức thông tin trong 3 lớp này để chuyển
các dữ liệu của người sử dụng qua mạng và cung cấp các phục vụ cho 4 lớp
trên có chứa các giao thức điểm - tới - điểm.
- Lớp vật lý là lớp dưới cùng trong mô hình OSI. Lớp này bao gồm các
đặc tính vật lý và các thông số kỹ thuật của các kết nối dành cho việc truyền ở
mức bit qua mạng và thông qua giao diện mạng.
- Lớp liên kết dữ liệu chứa các thủ tục và giao thức thông tin giữa các
đầu cuối của mạng, hoặc giữa các mạng với nhau. Các giao thức này thường
thực hiện việc phát hiện và sửa lỗi cho các gói dữ liệu đã được đóng khung.
Nếu các lỗi không thể sửa được, một thông báo lỗi sẽ được gửi tới lớp 3. Các
giao thức này cũng có thể có các chức năng đánh địa chỉ và điều khiển luồng
dữ liệu. Lớp 2 còn cung cấp khả năng đồng bộ giữa các đầu cuối và mạng.
- Lớp mạng thiết lập, duy trì và kết thúc các kết nối dữ liệu qua mạng.
Tại lớp mạng các gói dữ liệu được cung cấp các thông tin địa chỉ để thực hiện
việc định tuyến qua mạng, các lỗi sẽ được sửa và các luồng gói dữ liệu sẽ
được điều khiển. Các gói dữ liệu quá dài có thể sẽ được chia ra và sau đó
được kết hợp lại.
16
Hình 1.7: Cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT

Hình 1.7 trình bày cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT kết
nối thiết bị đầu cuối người dùng và máy tính chủ. Phía trên của hình là cấu
hình vật lý chỉ ra loại thiết bị mà kết nối hỗ trợ. Phía dưới là cấu hình giao
thức chỉ ra các lớp ngang hàng giữa các thiết bị đó. Cấu hình vật lý chỉ ra giao
17
tiếp băng gốc trạm Hub là một phần của thiết bị trong nhà của trạm Hub được
nối với máy chủ, còn giao tiếp băng gốc VSAT là phần thiết bị trong nhà của
trạm VSAT được nối với các thiết bị đầu cuối người dùng. Cấu hình giao thức
thể hiện sự xếp chồng các lớp tương ứng từ 1 đến 7 bên trong máy tính chủ và
thiết bị đầu cuối người dùng và các xếp chồng giảm dần ở bộ xử lý đầu cuối
của trạm Hub và giao tiếp băng gốc của khối trong nhà của trạm VSAT.
1.5.2. Chuyển đổi giao thức (giả lập)
Ở mức vật lý ta có thể coi mạng VSAT như một đường dây thuần tuý và
kết nối các thiết bị đầu cuối người dùng có thể được thực hiện dễ dàng. Tuy
nhiên, điều này là không thể do đặc tính của kênh vệ tinh về trễ đường truyền
và tỉ lệ lỗi bít. Các đặc tính này khác với các đường truyền trên mặt đất mà ở
đó các giao thức đã được sử dụng trên các thiết bị của người dùng. Các đường
truyền trên mặt đất thường có trễ và tỉ lệ lỗi bít thấp hơn so với đường truyền
vệ tinh. Do đó các giao thức đã được sử dụng cho các hệ thống trên mặt đất
có thể trở nên không hiệu quả khi qua các đường truyền vệ tinh. Do đó phải
xem xét các giao thức khác để truyền dữ liệu qua các đường truyền vệ tinh.
Tuy nhiên, các giao thức này không thể là giao thức kiểu đầu cuối tới đầu
cuối vì điều đó dẫn đến thay đổi các giao thức được thực hiện trên các máy
của người dùng, không được người dùng chấp nhận. Vì vậy, để thực hiện một
số dạng chuyển đổi giao thức ở cả giao tiếp băng gốc trạm Hub và trạm
VSAT. Việc chuyển đổi giao thức thiết bị đầu cuối thành các giao thức đường
truyền vệ tinh được gọi là giả lập (emulation) hoặc thông dụng hơn là đánh
lừa (spoofing) [7]. Thật vậy, nếu việc chuyển đổi là đầy đủ, tức là nếu nó đảm
bảo tính trong suốt từ đầu cuối này đến đầu cuối kia thì các thiết bị đầu cuối
có cảm tưởng như được kết nối trực tiếp mặc dù thực tế không phải vậy.

Trên hình 1.6 chỉ có 3 lớp dưới (lớp mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật
lý) được giả lập. Đây cũng là trường hợp thông dụng. Tuy nhiên một số dịch
vụ có thể yêu cầu giả lập lên đến lớp truyền tải.
18