HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT

Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Phần A
Lý Thuyết Tổng Quan

1


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

CHƯƠNG 1

THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT-1
1.1. Giới thiệu chung
Đối với hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất nếu hai trạm muốn thông tin cho
nhau thì các anten của chúng phải nhìn th
ấy nhau, đó gọi là thông tin vô tuyến trong tầm nhìn thẳng. Tuy nhiên do Trái
Đất có dạng hình cầu nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo điều
kiện cho các anten còn trông thấy nhau. Đối với khả năng quảng bá cũng vậy, các khu
vực trên mặt đất không nhìn thấy anten của đài phát sẽ không thu được tín hiệu nữa.
Trong trường hợp bắt buộc phải truyền tin đi xa, người ta có thể dùng phương pháp
nâng cao cột anten, truyền sóng phản xạ tầng điện ly hoặc xây dựng các trạm chuyển
tiếp.
Trên thực tế thì cả ba phương pháp trên đều có nhiều nhược điểm. Việc nâng
độ cao của cột anten gặp rất nhiều khó khăn về kinh tế và kỹ thuật mà hiệu quả thì
không được bao nhiêu. Nếu truyền sóng phản xạ tầng điện ly thì cần có công suất phát
rất lớn và bị ảnh hưởng rất mạnh của môi trường truyền dẫn nên chất lượng tuyến
không cao. Việc xây dựng các trạm chuyển tiếp giữa hai trạm đầu cuối sẽ cải thiện
được chất lượng tuyến, nâng cao độ tin cậy nhưng chi phí lắp đặt các trạm trung
chuyển lại quá cao và không thích hợp khi có nhu cầu mở thêm tuyến mới. Tóm lại,
để có thể truyền tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được các anten rất cao nhưng

lại phải ổn định và vững chắc. Sự ra đời của vệ tinh chính là để thoả mãn nhu cầu đó,
với vệ tinh người ta có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu
hơn bất cứ một hệ thống thông tin nào khác. Thông qua vệ tinh VINASAT-1, có thể
phủ sóng rộng lớn nên vệ tinh rất thích hợp cho các phương thức truyền tin đa điểm
đến đa điểm, điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đa điểm đến một điểm
trung tâm HUB (cho dịch vụ thu thập số liệu).
1.2. CÁC DẠNG QUỸ ĐẠO CỦA VỆ TINH
* HEO: quỹ đạo elip cao
2


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

* GEO (Geostatinary Earth Orbit) hay GSO (Geostationary Orbit): quỹ đạo địa
tĩnh
* MEO (Medium Earth Orbit): quỹ đạo trung
* LEO (Low Earth Orbit): quỹ đạo thấp.

Hinh 1.1. Quỹ đạo vệ tĩnh

Các dãy băng tần hoạt động trong thông tin viễn thông được thống kê trong bản
sau,trong đó băng C và Ku được dùng trong thông tin vệ tinh.
Dãi tần(GHz)

Kí hiệu băng tần

0,1-0,3
0,3-1,0
1,0-2,0
2,0-4,0

4,0-8,0
8,0-12,0
12,0-18,0
18,0-27,0
27,0-40,0
40,0-75
75-110
110-300
300-3000

VHF
UHF
L
S
C
X
Ku
K
Ka
V
W
Mm
um
Bảng 1.1. Các dãy băng tần
3


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

1.3. TỔNG QUAN VỀ VINASAT-1

VINASAT-I là vệ tinh địa tĩnh do hãng sản xuất vệ tinh hàng đầu thế giới
Lockheed Martin (Mỹ) cung cấp sử dụng platform model A2100 được đưa lên quỹ
đạo 132 độ Đông ở độ cao 35.768 km so với trái đất, bằng tên lửa phóng Ariane 5
ECA (do hãnh Arianespace cung cấp) từ bãi phóng French Guyana (Nam Mỹ).

Hình
Hình 1.2. Tọa độ vệ tinh VINASAT-1

* VINASAT-I có chu kỳ bay bằng chu kỳ tự quay xung quanh trục của quả
đất, chu kỳ đó theo giờ thiên văn là 23 giờ 56 phút 04,1 giây, có chiều cao 4m, nặng
2.600 kg, có dung lượng 20 bộ phát đáp trong đó 12 bộ băng tần Ku và 08 bộ băng tần
C mở rộng với băng thông 36Mhz/1bộ, và có tuổi thọ đạt từ 15 - 20 năm. Với tổng
mức đầu tư hơn 200 triệu USD. VINASAT-I sẽ đảm bảo các chỉ tiêu về kỹ thuật, chất
lượng dịch vụ theo tiêu chuẩn quốc tế, không gây can nhiễu đến các hệ thống thông
tin khác trong quá trình khai thác vệ tinh.
* Hai trạm mặt đất điều khiển và vận hành VINASAT-1 được đặt tại Quế
Dương và Bình Dương. được thiết kế có hệ số tin cậy và độ sẵn sàng là hơn 99,9%
đảm bảo cho mục tiêu điều khiển vệ tinh VINASAT-1 hoạt động ổn định trên vị trí
quỹ đạo. Hai trạm này được thiết kế cho phép dễ dàng mở rộng để điều khiển thêm
các vệ tinh khác của Việt Nam sau này.Trạm điều khiển Quế Dương Trạm điều khiển
Quế Dương là trạm điều khiển chính, gồm các phần:
4


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Hình 1.2. Trạm Hub tại Quế Dương



Hệ thống thời gian thực



Bộ mã hóa lệnh điều khiển



Hệ thống chuyển động bay



Hệ thống giám sát và điều khiển



Hệ thống thông tin



Hệ thống đào tạo và mô phỏng vệ tinh chuyển động,



Hệ thống mô phỏng đo xa vệ tinh



Hệ thống thiết bị RF và hệ thống anten.

Trạm điều khiển Bình Dương là trạm điều khiển dự phòng, nếu trạm chính
trong trường hợp không thể liên lạc để điều khiển hệ thống thì ngay lập tức trạm
chính sẽ chuyển giao ngay cho trạm dự phòng.
1.3.1. Thông tin băng tần:
 Vinasat-1 sử dụng 2 băng tần là băng C và Ku để truyền tín hiệu thông tin
* Băng tần C mở rộng (C-Extended):
Số bộ phát đáp: 08 bộ (36 MHz/bộ)
- Đường lên (Uplink):
 Tần số phát Tx: 6.425-6.725 MHz, BW :300MHz
 Phân cực: Đứng (Vertical), Ngang (Horizontal)
- Đường xuống (Downlink):
 Tần số thu Rx: 3.400-3.700 MHz, BW :300MHz
5


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

 Phân cực: Đứng (Vertical), Ngang (Horizontal)
- Mật độ dung lượng bão hòa (SFD): -85 dBW/m2
• Tham số chung phục vụ tính toán thiết kế đường truyền
- Công suất bức xạ đẳng hướng bộ phát đáp (EIRP): 40dB
- Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp (IBO): -3dB
- Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp (OBO): -3dB
- Mật độ thông lượng bão hoà bộ phát đáp (SFD): -85dBW/m

2

0
- Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp (G/T):từ -8,3dB/ K
0

đến -2dB/ K.
Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Đông Nam Á, Trung Quốc, Triều Tiên,
Ấn Độ, Nhật Bản và Australia. Công suất bức xạ lên tới hơn 44 dBW đảm bảo chất
lượng truyền dẫn cho các mạng thông tin viễn thông
* Băng tần Ku
Số bộ phát đáp: 12 bộ (36 MHz/bộ)
- Đường lên (Uplink):
 Tần số phát Tx: 13.750-14.500 MHz
 Phân cực: Đứng (Vertical)
- Đường xuống (Downlink):
 Tần số thu Rx: 10.950-11.700 MHz
 Phân cực: Ngang (Horizontal)
• Tham số chung phục vụ tính toán thiết kế đường truyền
- Công suất bức xạ đẳng hướng bộ phát đáp (EIRP): 55dB
- Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp (IBO): -3dB
- Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp (OBO): -3dB
2
- Mật độ thông lượng bão hoà bộ phát đáp (SFD): -90dBW/m
0
- Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp (G/T):từ +2,0dB/ K

6


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

0
đến 6dB/ K.
Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một phần
Mianma. Với mức công suất bức xạ cao lên tới 55 dBW rất phù hợp cho các dịch vụ

quảng bá
 Trung tâm NOC là một phần không thể thiếu trong hệ thống thông tin vệ
tinh. Nhiệm vụ chính của NOC:
- Theo dõi và quản lí công suất vùng phủ sóng của vệ tinh
-

Tính toán và theo dõi chất lượng các sóng mang của khách hàng

-

Kiểm tra và giám sát các dịch vụ cung cấp cho khách hàng

-

Triển khai việc đo thử dịch vụ, hỗ trợ khách hàng

-

Phát hiện các loại nhiễu ảnh hưởng đến dịch vụ

-

Cung cấp dịch vụ phát/thu hình, dịch vụ truyền hình quảng bá đến từng hộ

gia đình (DTH)
-

Cung cấp các dịch vụ VSAT (DAMA, TDM/TDMA, PAMA)

-

Cung cấp mạng dùng riêng cho khách hàng

-

Và nhiều dịch vụ khác

Hình 1.4. Dịch vụ vệ tinh

7


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Ưu điểm trong thông tin vệ tinh:
1) Giá thành thông tin vệ tinh không phụ thuộc vào cự ly giữa hai trạm.
2) Có khả năng thông tin quảng bá cũng như thông tin điểm nối điểm. Một
vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (vệ tinh địa tĩnh ở búp
sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt quả đất), như vậy một trạm mặt
đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó. Nếu có 3
vệ tinh địa tĩnh phóng lên ở ba vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu do đó các
dịch vụ thông tin toàn cầu sẽ đư ợc thực hiện.
3) Có khả năng băng rộng. Các bộ lặp trên vệ tinh thường là các thiết bị có
băng tần rộng, có thể thực hiện nhiều loại dịch vụ thông tin băng rộng cũng như các
dịch vụ khác. Độ rộng băng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến hàng chục
megahertz. Mỗi bộ lặp có thể được sử dụng cho hai trạm mặt đất trong vùng phủ
sóng của vệ tinh.
4) Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất. Do độ cao bay lớn nên thông
tin vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi địa hình thiên nhiên như đồi núi, thành phố, sa
mạc, đại dương. Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh có thể truyền tới các vùng

xa xôi hẻo lánh, hải đảo. Bởi vậy thông tin vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất
cho các vùng nông thôn và các vùng chưa phát triển. Thông tin vệ tin có thể cung
cấp các loại dịch vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng như miền núi và
hải đảo (ví dụ truyền hình, điện thoại dung lượng nhỏ). Thông tin vệ tinh đẩy nhanh
sự phát triển nền công nghiệp và các phương tiện xử lý số liệu ở nông thôn.
Thông tin vệ tinh là loại hình dịch vụ viễn thông có thể phục vụ cho cả vùng
phát triển và chưa phát triển
5) Dịch vụ thông tin vệ tinh có băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi
nào trên thế giới. Đẩy nhanh sự phát triển của các mạng truyền hình đặc biệt như
truyền hình cáp, truyền hình trả tiền (pay TV).
6) Các dịch vụ cá nhân của khách hàng. Các trạm mặt đất nhỏ với anten kích
8


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

thước bé có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống
quản lý thông tin. Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thước rất nhỏ, gọi là
VSAT (very small aperture terminals). Các đầu cuối này thường được đặt tại nhà
của khách hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ thông với dung lượng
nhỏ
1.4. PHẦN KHÔNG GIAN CỦA VINASAT-1
Là khái niệm để chỉ một phần của hệ thống bao gồm vệ tinh và tất cả các thiết
bị trợ giúp cho hoạt động của nó như các trạm điều khiển và trung tâm giám sát vệ
tinh.
Vệ tinh địa tĩnh, tuy chuyển động cùng vận tốc với vận tốc quay của trái đất,
nhưng về bản chất trái đất là không tròn, quỹ đạo trái đất quay quanh mặt trời cũng
không tròn, quỹ đạo mặt trăng quay quanh trái đất là không tròn, và quỹ đạo vệ tinh
quay quanh trái đất cũng không tròn, những yếu tố này tác động đến quỹ đạo quay
của vệ tinh theo định luật Hấp dẫn, làm quỹ đạo vệ tinh không hoàn toàn đứng yên

mà luôn dao động, chúng dao động theo hình số 8 nằm ngang, tuy nhiên với mỗi vệ
tinh khi được đưa lên vị trí nhất định trên quỹ đạo thi phải có khoảng giới hạn dao
động nhất định.
Theo tổ chức ITU trước đây, thì giới hạn tối đa cho khoảng cách giữa 2 vệ
tinh là 20 , tuy nhiên ngày nay thì có nhiều vệ tinh được đưa lên quỹ đạo nên giới hạn
này giảm còn 10 , vì mỗi vệ tinh trên quỹ đạo đều dao động, vì thế đã có 1 chuẩn
được đưa ra cho khoảng dao động lớn nhất của 1 vệ tinh là 0.5 0, điều này giúp tránh
được 2 vệ tinh va chạm nhau trong không gian.
Nếu trong trường hợp nào đó vệ tinh bị ảnh hưởng của các tác động bên ngoài
làm tăng quỹ đạo dao động, vượt qua khoảng giới hạn cho phép, thì lúc đó trạm điều
khiển vệ tinh tại mặt đất sẽ gởi tín hiệu đến vệ tinh, kích hoạt bộ phần tên lửa hoạt
động, đưa vệ tinh trở lại quỹ đạo như củ.
1.5. KỈ THUẬT ĐA TRUY NHẬP TRONG VỆ TINH

9


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Kỉ thuật sử dụng 1 vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và tăng hiệu quả sử
dụng của nó đến cực đại gọi là đa truy nhập, hay nói cách khác, đa truy nhập là dùng
1 bộ phát đáp chung cho nhiều trạm mặt đất.
Trong đa truy nhập cần làm sao cho sóng vô tuyến từ các trạm mặt đất riêng lẻ
không thể can nhiễu nhau được. Với mục đích này, nên ta phải phân chia tần số, phân
chia thời gian hoặc không gian của sóng vô tuyến cần thiết để truyền tin và phải phân
phối tần số, các khe thời gian hoặc không gian đã chia một cách thích hợp cho từng
trạm mặt đất.
Từ quan điểm ghép kênh song mang trong một bộ phát đáp vệ tinh, đa truy
nhập có thể phân chia thành 3 loại sau:
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
1.5.1. FDMA:
FDMA là kỹ thuật đa truy nhập vệ tinh truyền thống và được sử dụng rộng rãi
từ lâu. Trong FDMA, mỗi kết nối sóng mang giữa các trạm mặt đất qua vệ tinh được
cấp phát ở một tần số khác nhau trên bộ phát đáp. Độ rộng băng thông cấp phát cho
một sóng mang được ấn định trước tuỳ thuộc vào lưu lượng kênh truyền và phương
thức điều chế áp dụng.

FDMA

VSAT 1

VSAT 2

VSAT 3

VSAT 4

Hình 1.4. Kỹ thuật FDMA

Kỹ thuật FDMA đơn giản về cấu trúc, thiết bị rẻ tiền nhưng số lượng thiết
10


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

bị trạm HUB sẽ rất lớn nếu mạng có nhiều trạm VSAT cùng kết nối. Hiệu quả sử
dụng băng thông vệ tinh không cao, vì mỗi kết nối sóng mang của FDMA luôn
luôn chiếm băng thông cho dù trạm có truyền dữ liệu hay không. Khi trạm không có

liên lạc thì các sóng mang vẫn kết nối và chiếm băng thông vệ tinh. Giữa các sóng
mang lân cận cần có khoảng bảo vệ để tránh gây nhiễu sang nhau. Với các kết nối
truyền dẫn đường trục dung lượng lớn hoặc truyền hình quảng bá thì kỹ thuật phù
hợp vẫn được áp dụng là FDMA. FDMA còn có nhược điểm là xuyên nhiễu
điều chế giữa các sóng mang lân cận. Ngoài ra cần có dự phòng mức lùi đầu ra
máy phát (backoff) khi một trạm phát nhiều sóng mang đồng thời
1.5..2. TDMA:
Được định nghĩa là 1 khung TDMA. Một khung TDMA được chia thành các
khe thời gian mà mỗi trạm mặt đất phát đi 1 sóng mang trong khe thời gian đã được
phân định trong 1 chu kì thời gian đã cho.
Trong TDMA sóng mang phát từ mỗi trạm mặt đất cần phải được điều khiển
chính xác sao cho sóng mang của chúng nằm trong khoảng thời gian được phân phối
bằng cách:
• Truyền số liệu 1 cách gián đoạn
• Cung cấp khoảng thời gian bảo vệ giữa các sóng mang phát gián đoạn
sao cho chúng không chồng chấn lên nhau.
Do đó phải có 1 trạm chuẩn để phát đi các tín hiệu
Một đặc điểm của TDMA là do truyền dẫn theo các khoảng thời gian rời
rạc, nên mỗi lần trạm đầu cuối phát thông tin (burst) yêu cầu tốc độ phát cao hơn
nhiều so với dung lượng truyền dẫn thực sự của trạm. Điều này dẫn đến yêu cầu mức
công xuất phát xạ của trạm cao hơn so với dùng kỹ thuật FDMA có cùng dung lượng

VSAT 4
VSAT 3

TDMA

VSAT 2
VSAT 1

11


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Hình 1.5. Kỹ thuật TDMA

1.5.3. CDMA:
CDMA là phương pháp đa truy nhập trong đó mỗi trạm mặt đất phát đi 1 tần số
sóng mang giống nhau, nhưng sóng mang này trước đó đã được điều chế bằng 1 mẫu
bit đặc biệt quy định cho mỗi trạm mặt đất trước khi phát tín hiệu đã điều chế.
Trong loại đa truy nhập này, ngay cả khi có nhiều tín hiệu điều chế được đưa
vào 1 bộ phát đáp, thì trạm mặt đất thu có thể tách tín hiệu cần thu từ các tín hiệu khác
bằng cách sử dụng mã bit đặc biệt, do đó nó cho phép giải điều chế.
Nếu xét đa truy nhập theo quan điểm phân phối kênh thì chia thành đa truy
nhập phân phối trước và đa truy nhập phân phối theo yêu cầu.
+ Đa truy nhập phân phối trước: là đa truy nhập mà các kênh vệ tinh được
phân định cố định cho các trạm mặt đất riêng, không phụ thuộc vào có hay không có
các cuộc gọi phát đi.
+ Đa truy nhập phân phối theo yêu cầu: là đa truy nhập mà kênh vệ tinh được
sắp xếp lại mỗi khi có yêu cầu thiết lập kênh từ các trạm mặt đất liên quan.

VSAT 4
VSAT 3

CDMA

VSAT 2
4
VSAT 1

Hình 1.6. Kỹ thuật CDMA

12


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG MẠNG VỆ TINH VSAT VÀ HUB
2.1. Cấu trúc trạm VSAT :
VSAT (Verry Small Aperture Terminal) trạm mặt đất khẩu độ nhỏ hay đầu
cuối khẩu độ nhỏ, được sử dụng phổ biến trong dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Theo chức năng trạm mặt đất VSAT được chia làm ba phần: Anten, khối thiết
bị ngoài trời (ODU) và khối thiết bị trong nhà (IDU). Hầu hết các loại trạm mặt đất
VSAT hoạt động ở các tần số khác nhau nhưng có cấu trúc tương đối giống nhau,
ngoại trừ anten và mạch RF. Sơ đồ khối của ba phần như hình sau:
LNC

ANTEN

IFL

LNC

BBP

HPC

HPC

ODU

IDU

Đến
các
DTE

Đến
TV
SET
Hình 2.1. Cấu hình tiêu biểu của một trạm VSAT

ODU (Out-Door Unit) khối ngoài trời của VSAT chứa phần RF (chẳng hạn
như bộ LNC-bộ khếch đại nhiễu thấp đối với phần chuyển đổi tần xuống và bộ HPCbộ chuyển đổi công suất cao với phần chuyển đổi tần lên). Và được lắp đặt ngay sau
tiêu điểm của anten. Anten với ODU có thể được lắp đặt dễ dàng trên đỉnh (nóc), nơi
đặt đầu cuối của người dùng.
Một khối IDU điển hình chứa một mạch IF, một modem và một bộ xử lý tín
hiệu băng gốc. Đôi khi mạch điều chế cũng được chứa trong ODU thay vì IDU.

13


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

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), khoảng từ 100 - 300m.

Một phương pháp bố trí lắp đặt tiêu biểu của một trạm VSAT như hình:
ODU

ANTEN

IFL

IDU

Hình 2.2: Cấu hình lắp đặt tiêu biểu của một trạm VSAT

2.1.1 Anten trạm VSAT.
Có nhiều loại anten khác nhau có thể sử dụng ở trạm mặt đất. Tuỳ theo tiêu
chuẩn từng loại trạm mà đường kính của anten thu – phát trạm mặt đất thông thường
có đường kính từ 0.6 ÷ 30 m.
2.1.1.1. Anten Parabol có sơ cấp đặt tại tiêu điểm

Hình 2.3. Anten Parabol

Đây là loại anten có cấu trúc đơn giản nhất và giá thành thấp nhất, nó được
dùng chủ yếu cho các trạm chỉ thu và các trạm nhỏ đặc biệt với dung lượng thấp. Tuy
nhiên, các đặc tính của nó như hệ số tăng ích, búp sóng phụ không được tốt. Một
14


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

nhược điểm nữa là cáp đấu nối từ loa thu đến máy phát và máy thu thường dài. Bởi
vậy nó không được sử dụng ở các trạm mặt đất thông thường.
2.1.1.2. Anten Cassegrain

Hình 2.4. Anten Cassegrain

Loại anten này có thêm một gương phản xạ phụ vào gương phản xạ chính, hệ
số tăng ích của anten được nâng lên và đặc tính búp sóng phụ cũng được cải thiện
chút ít. Anten Cassegrain được sử dụng cho các trạm bình thường vừa thu vừa phát có
quy mô trung bình. Loại này có một số ưu điểm là các thiết bị điện tử có thể được đặt
sau mặt phản xạ chính cho phép nó gắn trực tiếp vào đầu thu phát sóng làm cho
khoảng cách giữa các bức xạ có thể rút ngắn làm giảm suy hao ống dẫn sóng.
2.1.1.3. Anten lệch (bù)
Anten lệch có bộ phận fiđơ, gương phản xạ phụ được đặt ở vị trí lệch một ít so
với hướng trục chính của gương phản xạ chính để các bộ phận fiđơ và gương phản xạ
phụ không che chắn các đường đi của sóng phản xạ từ gương chính.
Anten lệch có 2 loại chính:

• Loại anten parabol lệch một gương phản xạ.
• Loại anten Gregorian có gương phản xạ phụ dạng elíp hoặc hypebol. Các
anten này có hiệu quả đặc biệt khi cần giảm can nhiễu từ các đường thông
tin vô tuyến khác.

15


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Hình 2.5 Anten lệch bù

Loại anten lệch cho hiệu suất cao, tạp âm thấp, búp sóng phụ nhỏ, đặc tính
phân cực tốt. Chúng thường được sử dụng cho các trạm mặt đất quy mô nhỏ chất
lượng cao.

Anten bao gồm gương phản xạ anten, bộ thu/phát sóng. Do anten phụ thuộc
vào địa lý nên đường kính của anten có thể được chọn lựu từ nhà cung cấp tùy theo
yêu cầu hệ số G/T và đặc tính EIRP của VSAT. Đối với hoạt động trong băng tần
14/12 Ghz các anten có đường kính từ 1.2-1.8m thường được sử dụng, tuy nhiên các
anten có đường kính lớn hơn cũng được sử dụng khi hoạt động trong băng tần 6/4
Ghz cần có một độ dự trữ cao hơn tại vị trí gần rìa vùng phủ sóng của anten hoặc tại
vùng có mưa lớn.
2.1.2. Khối thiết bị ngoài trời (ODU) của VSAT.
Một khối ODU tiêu biểu là một khối tích hợp đơn được bảo vệ trong hộp
chống sự tác động của thời tiết bên ngoài. Sơ đồ khố của ODU hoạt động ở băng
thông 14/12Ghz

16


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất
Khếch đại trung tần phát

Tín
hiệu
trung
tần Bộ Tần số tham chiếu
LO OSC
ghép
kênh
Tín hiệu điều Khếch đại
khiển cảnh trung tần thu
báo
Nguồn DC

HPA

An
ten

ALC

OMT

LNA

HPA : Bộ khếch đại công suất cao
LNA : Bộ khếch đại nhiễu thấp
OMT: Bộ chuyển đổi chế độ phân cực
Hình 2.6. Sơ đồ khối tiêu biểu của ODU

Để bù vào suy hao truyền sóng lớn trong thông tin vệ tinh, đầu ra máy phát cần
phải có công suất càng lớn càng tốt, do vậy ở trạm mặt đất sử dụng bộ khuếch đại
công suất cao HPA. Chức năng cơ bản của một bộ khuếch đại công suất cao HPA
trong một trạm mặt đất là khuếch đại các sóng mang cao tần RF ở mức thấp được
cung cấp bởi các thiết bị truyền thông mặt đất phát thành mức công suất đủ cao để
đưa ra anten phát lên vệ tinh. Trong các hệ thống vô tuyến trên mặt đất, khoảng cách
giữa các trạm chuyển tiếp chỉ vài chục km nên công suất ra máy phát khoảng 10 W.
So với hệ thống thông tin vệ tinh do khoảng cách chuyển tiếp dài khoảng 36000 km
nên một trạm mặt đất lớn phát với công suất khoảng vài trăm W đến vài chục KW.
Máy phát công suất cao gồm có một bộ khuếch đại trung tần IF, một bộ đổi tần
lên U/C và một bộ khuếch đại công suất cao HPA. Bộ khuếch đại trung tần IF khuếch
đại tín hiệu từ bộ điều chế đưa tới, tần số trung tần sau đó được biến đổi lên tần số
sóng cực ngắn nhờ bộ đổi tần. Sau đó, tín hiệu được bộ khuếch đại công suất cao
khuếch đại lên mức công suất yêu cầu để đưa ra anten phát phát lên vệ tinh.

Tín hiệu thu từ vệ tinh về rất yếu, thường khoảng -150 dBW trên nền tạp âm
lớn, vì vậy bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA có một vai trò rất quan trọng trong trạm
mặt đất để vừa khuếch đại tín hiệu nhận vừa không làm giảm chất lượng tín hiệu.
17


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Các yêu cầu kỹ thuật đối với bộ khuếch đại tạp âm thấp:
- Bộ LNA có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số phẩm chất G/T của trạm mặt đất
vì bộ LNA đóng vai trò quyết định tạo nên nhiệt độ tạp âm hệ thống, bởi lẽ nó là tầng
khuếch đại đầu tiên trong tuyến thu. Một trạm mặt đất thông tin vệ tinh tiêu chuẩn A
phải có hệ số G/T ≥ 35 dB/K thì hệ số khuếch đại của anten trạm mặt đất phải đạt
G=59 dB và nhiệt độ tạp âm LNA là TLNA < 200 K.
- Mức đầu ra tín hiệu phải nhỏ hơn mức bão hoà của bộ khuếch đại tối thiểu là
20 dB nhằm giảm tối đa các thành phần nhiễu điều chế tương hỗ trong LNA.
- Băng tần của LNA phải đủ rộng để có thể bao phủ băng tần công tác của vệ
tinh.
Vị trí lắp đặt LNA càng gần đầu thu càng có lợi về mức tín hiệu vì giảm tạp âm
và suy hao do giảm được chiều dài ống dẫn sóng.
2.1.3. Khối thiết bị trong nhà (IDU) của VSAT.
Thông thường IDU là một khối tích hợp đơn chứa các mạch modem IF và
bộ xử lý băng gốc. IDU được nối đến ODU bằng cáp IFL. Các DTE được nối đến
IDU qua giao tiếp thông tin dữ liệu chuẩn, chẳng hạn như giao tiếp ITU-T V24
2.2. Kỹ thuật trạm mặt đất Hub.
2.2.1. Mô hình tổng quát của một trạm Hub
Hub trạm xử lí trung tâm, điều phối mọi hoạt động thông tin trong mạng.

Các mạng VSAT thường được thiết kế theo một mạng cấu trúc hình sao mà
trong đó một trạm mặt đất trung tâm và được gọi là Hub, và được nối kết đến một

lượng lớn các trạm VSAT đặt phân tán rải rác ở xa về phương diện địa lý

18


HPA

HU
B

DC

Các bộ điều
chế tuyến
vào

TXPCE

RXPCE

Các đường
truyền mặt
đất

Trạng thái thiết
bị

LI
E

NCC

HCI

Đến máy chủ

HPA

Các bộ điều
chế tuyến ra

Thiết bị băng
tần cơ sở ở Hub
(HBE)

BUS

UC

Thiết bị
IF

Các kênh TDMA
kênh TDM

Thiết bị
RF

GIAO TIẾP IF

Các

Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

CS
W
(Hoặ

c

FEP)
Các thành
phần mặt
đất

BÀN ĐIỀU
KHIỂN

Hình 2.7. Sơ đồ khối đơn giản hóa của một Hub.

Mô hình tổng quát của trạm Hub rất giống với mô hình của một trạm mặt đất
nếu xét về mặt các thiết bị RF/IF. Sự khác nhau giữa chúng là việc xử lý số và thiết bị
băng gốc. Các thành phần chính của Hub bao gồm:
•

Thiết bị RF (nếu mạng có Hub dùng chung, hệ thống thành phần này được

dùng chung cho các mạng con khác nhau).
•

Thiết bị IF, bao gồm bộ điều chế phát tuyến ra và các bộ giải điều chế thu

tuyến vào.
•

Thiết bị băng gốc có thể bao gồm:
 Thiết bị điều khiển và xử lý thu/phát.
 Thiết bị giao tiếp đường truyền mặt đất.
 Các Bus hiệu dụng và Bus luồng thông tin.

19


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

•

Trung tâm điều khiển mạng NNC và các bàn điều khiển.

Hình 2.8. trung tâm điều khiển

Dữ liệu cần truyền đến các trạm VSAT ở xa sẽ được truyền từ máy tính chủ đến Hub
thông qua các đường truyền mặt đất, sau đó đi vào Hub qua LIE và được đưa đến TX
PCE, sau đó đến bộ điều chế
Trên hướng ngược lại, dữ liệu nhận được từ các trạm VSAT sẽ đi qua bộ
giải điều chế và RX PCE trước khi được gởi đến các ứng dụng người dùng thông qua
LIE. Hoạt động hoàn chỉnh của một mạng VSAT được điều khiển và giám sát bởi các
bàn điều khiển của người điều hành có kết nối đến NNC
2.2.2. Thiết bị RF.
Các khối thiết bị RF của các trạm Hub hoàn toàn giống với thiết bị RF của các

trạm mặt đất vừa và lớn. Thường thì chúng có cấu hình dự phòng (trừ anten) bao
gồm:
 Anten.
 Các bộ khếch đại nhiễu thấp LNA.
 Các bộ khếch đại công suất cao HPA.
 Các bộ chuyển đổi lên-xuống UC, DC.
 Các chuyển mạch dự phòng.
 Khối điều khiển và giám sát thiết bị RF.
Băng tần phổ biến nhất là 14/11-12Ghz và 6/4Ghz.
Một đặc điểm của các mạng hình sao là anten Hub lớn hơn anten VSAT ở xa.
Đường kính anten Hub thường được xác định thông qua việc tính toán năng lượng
20


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

đường truyền tuyến vào, tức là thông qua giá trị G/T cần thiết cho Hub. Ở đây cần
phải có một sự tính toán cân bằng trong mỗi trường hợp, giữa các chi phí phải trả
hoặc mức EIRP của VSAT từ xa cao hơn hoặc cho anten Hub rộng hơn.
Đường kính anten Hub từ 3.5-11m là các giá trị tiêu biểu của dải băng tần
14/11-12. Các anten phổ biến nhất thường được dùng mặt phản xạ Cassgrain hoặc
Gregrain. Chúng được gắn trên một giá đỡ đơn giản với khả năng bám đuổi rất hạn
chế. Một vài khả năng bám đuổi (bám đuổi theo chương trình hoặc bám đuổi theo
bước) là rất cần thiết phải áp dụng, đặc biệt khi khả năng duy trì sự cố định trên vệ
tinh là không đủ. Đó là trường hợp khi sử dụng vệ tinh theo quỹ đạo nghiêng.
Đối với một kích thước anten Hub cho trước, mức công suất đầu ra danh
định được cung cấp bởi HPA được xác định thông qua việc tính toán năng lượng
đường tuyền tuyến ra: nó phụ thuộc chủ yếu vào các thông số anten, đường kính anten
VSAT ở xa, vào số lượng sóng mang phát đi (đặc biệt là trong trường hợp Hub dùng
chung) và vào mức lùi lại (Backoff) cần thiết được quy định bởi đặc tính xuyên điều

chế của HPA
2.2.3. Thiết bị Modem IF.
Các Modem ở Hub thường là các bộ điều chế và giải điều chế tùy thuộc vào
từng hệ thống (BPSK, QPSK, MSK ...)
* Thiết bị Modem IF gồm có:


Một hoặc một vài bộ điều chế cho phép việc truyền một hoặc một vài

sóng mang TDM.


Các bộ giải điều chế: trong trường hợp tổng quát, chính là bộ giải điều

chế chùm tín hiệu TDMA dùng cho việc thu các sóng mang tuyến vào.
Các thuật toán mã hóa và giải mã FEC dùng thuật toán Viterbi hoặc thuật toán
tuần tự cũng thường được kết hợp với bộ điều chế và giải điều chế.
Một trong những đặc tính hoạt động quan trọng trong bộ giải điều chế TDMA là
khả năng thu các chùm tín hiệu, tín hiệu đi vào là chùm tín hiệu ngắn. Hơn nữa, các
chùm tín hiệu được phát đi bởi nhiều VSAT. Do đó, tần số sóng mang và bít định thời
của các chùm nhận được sẽ khác với các chùm tín hiệu khác nhau. Bộ giải điều chế
21


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

chùm tín hiệu TDMA đầu tiên cần phải kiểm tra và khôi phục lại tần số sóng mang và
bít định thời một cách chính xác và nhanh chóng trước khi nó có thể phục hồi dữ liệu
chứa trong chùm tín hiệu. Các Hub có băng tần 14/11-12Ghz có thể được cung cấp
các hệ thống điều khiển công suất đường lên để có thể bù cho sự suy hao đường lên

do ảnh hưởng của điều kiện khí hậu (suy hao do mưa), vì vậy duy trì được một mức
EIRP cố định cho vệ tinh. Hệ thống này có thể được kích hoạt thông qua việc so sánh
một mức chuẩn với một mức thu trong thực tế tín hiệu sóng mang TDM hoặc một tín
hiệu quay về từ một vệ tinh. Tuy nhiên, cần phải có một sự giám sát chặt chẽ hoạt
động của hệ thống này, bởi vì có khả năng gây ra các mức nhiễu không thể chấp nhận
được cho các vệ tinh kế cận, ví dụ như trong trường hợp sự sai lệch định hướng của
anten.
2.2.4. Thiết bị băng gốc ở trạm Hub (HBE).
HBE (Hub Baseband Equipment) cung cấp một giao tiếp vào/ra (hai chiều)
giữa thiết bị truyền dẫn viễn thông và các đầu cuối xử lý dữ liệu khác nhau. Thông
qua các giao tiếp này, các kênh dữ liệu được định địa chỉ và định tuyến.
Vì vậy HBE hoạt động như một chuyển mạch trung tâm mạng VSAT và đặc
biệt như một chuyển mạch gói, trong trường hợp thông tin dữ liệu được truyền dưới
dạng gói phổ biến.
2.2.5. Thiết bị điều khiển và xử lí phát (TX-PCE).
TX-PCE bao gồm một hoặc vài khối xử lý phát - TPU(Transmit Processing
Unit). Chức năng chính của mỗi TPU là để ghép các tín hiệu thông tin khác nhau trên
một kênh TDM đa đích.
Có ba loại thông tin chứa trong tuyến này:
 Dữ liệu đồng bộ mạng
 Thông tin điều khiển mạng
 Dữ liệu người dùng
Việc truyền dẫn TDMA từ các trạm VSAT sẽ được đồng bộ hóa thông qua các
tín hiệu định thời có thể được quảng bá trên kênh tuyến ra, tại điểm bắt đầu của các
khung TDM. Các bộ giải điều chế TDMA và RX PCE của Hub cần các thông tin định
22


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

thời này để khôi phục và xử lý chùm tín hiệu này dễ dàng. Tín hiệu định thời này
được tạo ra trong khối ghép kênh TDM (TDM-MUX) và được phân phối đến các khối
xử lý thu RX RPU(Receive Processing Unit) khác nhau để cho phép thu tín hiệu
TDMA. Một bộ giải điều chế TDM sẽ thu sóng mang TDM hồi tiếp và tạo ra tín hiệu
định thời, sử dụng bộ trễ đi về của vệ tinh đo được.
Việc phát tín hiệu trên kênh tuyến ra thường ở dưới dạng các gói được sắp xếp
trong các khung, mỗi gói chứa địa chỉ và thông tin mỗi gói. Trường địa chỉ dùng để
nhận biết VSAT đích và được chọn lọc bởi VSAT thu. Chức năng đóng gói được thực
hiện bởi nguồn phát gói, và các gói từ nhiều nguồn khác nhau sẽ được đối chiếu để
tạo ra một dòng tín hiệu phát đi duy nhất được gởi đến bộ điều chế.
2.2.6. Thiết bị điều khiển và xử lí thu (RX PCE).
RX PCE bao gồm nhiều RPU, mỗi một RPU được liên kết với một kênh tuyến
vào TDMA.
Chức năng chính của RX PCE là nhận dữ liệu được phát bởi các trạm VSAT theo các
góivà xử lý thông tin theo ứng dụng người dùng. Thiết bị này cũng thực hiện các chức
năng giao thức mạng bên trong, kể cả các quá trình truy cập vệ tinh.
2.2.7. Thiết bị giao tiếp đường dây (LIE).
LIE nhận và gởi các thông tin vào/ra trên các đường truyền mặt đất để kết nối
người dùng từ xa đến các ứng dụng của họ. Nó thực hiện các chức năng giao tiếp.
Việc kết nối đường truyền mặt đất I/O và các máy chủ có thể thông qua chuyển mạch
thông tin.
Thông thường, dữ liệu từ đường truyền mặt đất đi vào Hub thông qua các giao
thức như X25, SDLC... và vai trò của LIE là để cung cấp các chức năng giao thức này
tại Hub. LIE định dạng các gói thành khuôn dạng của mạng VSAT, thêm vào các
Header cần thiết, thông tin địa chỉ... Các gói thu được từ các khối xử lý thu (RPU) sẽ
được chuyển đổi từ khuông dạng của mạng VSAT sang giao thức giao tiếp mặt đất.
Một LIE đặc biệt sẽ được cài đặt trong trường hợp mạng VSAT còn cung cấp
cả thông tin thoại. Chú ý rằng thông tin thoại còn có thể được phát đi qua các đường

23

Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

truyền SCPC đây là trường hợp thông thường khi mạng VSAT được dùng chủ yếu
cho hệ thống điện thoại mỏng (điện thoại nông thôn).
Tuy nhiên, trường hợp được bàn đến là mạng VSAT hình sao hai chiều,
TDM/TDMA cho nên ứng dụng chính là thông tin dữ liệu và chỉ có một vài đường
thoại là được cung cấp cho các dịch vụ bổ trợ. Trong trường hợp này thoại được
truyền dưới dạng gói đi cùng với các gói thông tin dữ liệu. Thông tin thoại nói chung
chỉ giới hạn ở các đường Hub => VSAT ở xa (hoặc ngược lại) để tránh việc truyền
hai bước (Double Hop).
2.2.8. Trung tâm điều khiển mạng (NNC)
NCC có nhiệm vụ điều khiển và giám sát hệ thống và hoạt động của mạng. Nó
cung cấp giao tiếp Người-Máy cho phép các sự can thiệp của người điều hành vào hệ
thống.
NCC được kết nối với thiết bị Hub thông qua khối giao tiếp điều khiển Hub
HCI(Hub-Control Interface): thiết bị băng gốc được kết nối với nhau thông qua băng
Bus, và với các thiết bị IF/RF thông qua đường liên lạc điều khiển từ xa phục vụ cho
việc giám sát và điều khiển tình trạng thiết bị. NCC sử dụng một hệ thống dựa trên cơ
sở máy tính, các giao tiếp với người sử dụng dưới dạng một hoặc nhiều bàn điều
khiển. Độ phức tạp của nó phụ thuộc vào kích thước mạng VSAT

2.3. Phần vệ tinh
Hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh có thể được tóm tắt: Tại đầu phát
trạm mặt đất, tín hiệu băng tần cơ bản BB (BaseBand) như: tín hiệu thoại, video,
telex, fax… được điều chế lên thành trung tần IF (Intermediate Frequency) sau đó
được đổi lên thành cao tần RF (Radio Frequency) nhờ bộ đổi tần tuyến lên U/C (Up
Coverter), rồi được bộ khuếch đại công suất HPA (High Power Amplifier) khuếch đại
lên mức công suất cao và đưa ra anten phát lên vệ tinh.

24


Giao tiếp thông tin VINASAT-1 với trạm mặt đất

Tín hiệu cao tần từ trạm mặt đất phát truyền dẫn qua không gian tự do tới anten
thu của vệ tinh đi vào bộ khuếch đại, sau đó được đổi tần, khuếch đại công suất rồi
phát xuống trạm mặt đất thu qua anten phát.
Tại trạm thu mặt đất, sóng phát từ vệ tinh truyền dẫn qua không gian tự do tới
anten thu rồi đưa qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier), tần số
siêu cao RF được biến đổi thành trung tần IF nhờ bộ đổi tần xuống D/C (Down
Converter), sau đó đưa sang bộ giải điều chế DEM (Demodulator) để phục hồi lại tín
hiệu như lối vào trạm mặt đất.
2.3.1. Phân đoạn không gian
Vệ tinh thực chất là một trạm phát lặp tích cực trên tuyến thông tin siêu cao tần: trạm
mặt đất phát – vệ tinh thông tin - trạm mặt đất thu, cấu trúc gồm 2 phần chính:
- Tải hữu ích (Payload).
- Phần thân (Bus).
2.3.1.1. Tải hữu ích (Payload)
Tải hữu ích hay còn gọi là tải thông tin là một bộ phận cơ bản của vệ tinh thông tin,
đảm nhiệm vai trò phát lặp của một vệ tinh thông tin. Nó thực hiện các chức năng
chính sau:
- Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất cho phát lên trong dải tần và phân cực đã
định.
- Khuếch đại tín hiệu đã thu từ trạm mặt đất phát và giảm mức nhiễu tín hiệu
tối đa.
- Đổi dải tần tuyến lên thành dải tần tuyến xuống.
- Cấp tín hiệu với mức công suất yêu cầu trong dải tần đã định ra anten phát.
- Truyền tín hiệu cao tần trong dải tần và phân cực đã định đến anten của trạm

mặt đất thu.
 Tải hữu ích cần đảm bảo các tính năng sau:
- Đảm bảo thu và phát các kênh sóng trong dải tần và phân cực đã định.
- Đảm bảo các vùng phủ sóng trên mặt đất theo yêu cầu.

25