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

1

Nghd. : TS. Chu Văn Vệ . - H. : ĐHCN

MỤC LỤC
Nghd. : TS. Chu Văn Vệ . - H. : ĐHCN.................................................................1
MỤC LỤC................................................................................................................ 1
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT......................................................3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU ........................................................7
MỞ ĐẦU................................................................................................................10
CHƯƠNG 1 .......................................................................................................12
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH .................................12
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG.......................................................................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 ..................................................................................................20
1.5. Các dải tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh.............................................22
1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến thông tin vệ tinh [2] [10]......23
1.6.1. Giới thiệu........................................................................................................23
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................................26
1.6.4. Tham số của bộ phát đáp hệ thống vệ tinh ảnh hưởng đến tuyến truyền ....32
CHƯƠNG 2............................................................................................................ 35
MẠNG VSAT DAMA TẠI VIỆT NAM..............................................................35
2.1. Đặc điểm chung của mạng VSAT [1]............................................................35
2.2. Trạm HUB.......................................................................................................38
2.2.1. Phần cứng ......................................................................................................38
2.2.2. Phần mềm.......................................................................................................39
100

2.3. Trạm thuê bao xa............................................................................................41
2.4. Nguyên lý hoạt động và phương thức truy cập ...........................................46
2.4.1. Kênh vệ tinh ..................................................................................................46

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 |


2

2.4.2. Sử dụng băng tần............................................................................................52
2.4.3. Đặc tính tổng đài của mạng VSAT ...............................................................53
CHƯƠNG 3 ........................................................................................................... 57
HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH .............................................................57
BĂNG THÔNG RỘNG IP - STAR......................................................................57
3.1. IP qua vệ tinh..................................................................................................57
3.2. Hệ thống VSAT IP và các dịch vụ trên mạng VSAT IP băng thông rộng .57
3.2.1. Vệ tinh IPSTAR.............................................................................................58
3.2.2. Trạm cổng [7][8]............................................................................................60
3.2.3. Giao tiếp không gian......................................................................................62
3.2.4. Thiết bị phía thuê bao (UT)...........................................................................68
3.2.5. Các ứng dụng của hệ thống VSAT IPSTAR [9]...........................................69
CHƯƠNG 4 ..........................................................................................................78
ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG.....................................................................................78
4.1. Ưu nhược điểm của hệ thống VSAT IPSTAR..............................................78
4.1.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng IPSTAR.........................78
4.1.2. Nhược điểm của hệ thống..............................................................................79
4.2. Các đặc tính của đường truyền vệ tinh ảnh hưởng tới chất lượng của kết
nối sử dụng giao thức TCP ..................................................................................79
4.2.1. Ảnh hưởng của độ trễ tới các thuật toán điều khiển tắc nghẽn ....................80

4.2.2. Ảnh hưởng của tích số BDP lớn ...................................................................84
4.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ lỗi lớn tới kết nối TCP qua vệ tinh ..............................85
4.3. Các giải pháp cải tiến giao thức TCP ...........................................................86
4.3.1. Giải pháp tăng kích thước cửa sổ khởi đầu truyền dẫn ................................86
4.3.2. Giải pháp TCP với tuỳ chọn SACK ..............................................................90
4.3.3. Các giải pháp thông báo mất gói do lỗi ........................................................95
4.4. Dự báo nhu cầu dịch vụ qua hệ thống VSAT băng rộng.............................96
KẾT LUẬN............................................................................................................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................101

100

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 |


3

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Anh

ACK

Acknowledgement

BDP

Bandwidth Delay
Product
Bit Error Rate
Baseband Signal
Processor
Bandwidth
C-Band Converter
Module
Cumulative Error
Transport Explicit
Notification
Coder/Decoder
Class of Service
Channel Unit
Demand Assigned
Multiple Access
Demodulater
Demultiplexer
Digital Interface Unit
Energy Per Bit To
Noise Density Ratio
Echo Canceller Module
Equivalent Isotropic
Radiated Power
Frequency Division
Multiple Access
Facsimile Interface
Module
Finish

BER
BSP
BW
CCM
CETEN

Codec
CoS
CU
DAMA
DEM
DEMUX
DIU
Eb/No
ECM
EIRP
FDMA
FIM
FIN

Tiếng Việt
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
Tích số giữa độ rộng băng tần và độ trễ. Giá
trị này biểu thị lượng dữ liệu trong mạng.
Tỷ số lỗi bít
Bộ xử lý tín hiệu băng cơ sở
Độ rộng băng tần.
Mạch đảo tần băng C

Thông báo rõ lỗi tích luỹ khi truyền tải

Bộ mã hoá/Bộ giải mã
Lớp dịch vụ
Khối kênh
Đa truy nhập phân chia theo yêu cầu
Bộ giải điều chế
Bộ tách kênh
Khối giao diện số
Tỷ số năng lượng bit/Mật độ tạp âm
Khối khử tiếng vọng
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Mạch giao diện fax
Gói tin FIN được phía phát TCP sử dụng để
thông báo kết thúc kết nối.

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 |

100


4

FLP
FTP
GEO

Forward Link

Processor
File Transfer Protocol
Geostationary Earth
Orbit

HACK

Header ChecKsum

HPA

High Powered
Amplifier
HyperText Transfer
Protocol
Inbound Control
Channel
Interface Converter
Module
Internet Control
MessageProtocol
In Door Unit
Intermediate Frequency
Internet Group
Management Protocol
Internet Protocol
Initial Sequence
Number

HTTP

ICC
ICM
ICMP
IDU
IF
IGMP
IP
ISN

IW
KCM

Initial Window
Ku-Band Converter
Module
LEO
Low Earth Orbit
LNA
Low Noise Amplifier
LQT
Link Quality Test
LRE
Low Rate Encoding
MCU
Monitor Channel Unit
MEO
Medium Earth Orbit
MOD
Modulater
MODEM Modulater/Demodulate

r

Bộ xử lý tuyến từ trạm chủ đến trạm con
Giao thức truyền File
Quỹ đạo địa tĩnh. Vệ tinh ở quỹ đạo này có
chu kì quay xung quanh bằng chu kì tự quay
của trái đất.
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
Bộ khuyếch đại công suất cao
Giao thức truyền dẫn siêu văn bản
Kênh kiểm soát vào
Mạch chuyển đổi giao diện
Giao thức bản tin điều khiển Internet
Khối ngoài trời
Tần số trung gian
Giao thức quản lí nhóm Internet.
Giao thức Internet
Số thứ tự khởi tạo-giá trị này được phía phát
TCP tạo ra và gán cho gói tin đầu tiên của
kết nối
Kích thước cửa sổ khởi đầu
Mạch đảo tần băng Ku
Quỹ đạo thấp
Bộ khuyếch đại tạp âm thấp
Kiểm tra chất lượng đường truyền
Mã hoá tốc độ thấp
Khối kênh giám sát
Quỹ đạo trung bình

Bộ điều chế
Bộ điều chế /Giải điều chế

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 |

100


5

MTU
NCS
NM
OCC
ODU
OFDM
QoS
RG
RRM
RTO
RTT

Maximum
Transfer
Unit
Network Control
System
Network Management
Outbound Control

Channel
Out Door Unit
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Quality of Service
Receive Groundstation
Radio Resources
Management
Retransmission
Timeout
Round Trip Time

SACK

Selective
Acknowlegement

SCPC

Single Channel Per
Carrier
Stream Control
TransportProtocol
Sender Groundstation
STAR Interface
Simple Mail Transfer
Protocol
Simple Network
Management Protocol
Store Programed

Control
SCPC TDMA Aloha

SCTP
SG
SI
SMTP
SNMP
SPC
STAR

Đơn vị truyền dẫn có kích thước lớn nhất
Hệ thống điều hành mạng
Quản lý mạng
Kênh kiểm soát ra
Khối trong nhà

Chất lượng của dịch vụ
Phía mặt đất phía thu
Quản lý tài nguyên vô tuyến
Khoảng thời gian chờ truyền lại, tính dựa
trên RTT và một số biến khác
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
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
Đơn kênh trên sóng mang
Giao thức truyền tải điều khiển luồng
Phía mặt đất phía phát
Giao tiếp STAR
Giao thức truyền thư điện tử đơn giản
Giao thức quản lí mạng đơn giản
Bộ điều khiển theo chương trình
3 kỹ thuật truy nhập Slotted Aloha, Aloha,

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 |

100


6

Return Link

SYN

TCP
TCPA
TDM
TDMA
TES
TI
TOLL

TRIA
TSN
UDP

VCU
VSAT

TDMA dùng cho hướng truyền từ trạm con
về trạm chủ

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
Transport Protocol
Giao thức truyền tải. Giao thức này truyền
tải các gói tin tới đích một cách tin cậy
TCP Accelerator
Bộ tối ưu TCP qua kênh vệ tinh
Time
Division Ghép kênh phân chia thời gian
Multiplex
Time Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Access
Telephony
Earth Trạm điện thoại mặt đất
Station
TOLL Interface
Giao tiếp TOLL

TPC Orthogonal
Hướng từ trạm chủ đến trạm con dùng
frequency division
phương pháp ghép kênh phân chia tần số
multiplexed L- code
trực giao mã hoá TPC
Link
Transmit Receive
Khối giao diện thu phát
Interface Assembly
Transmision Sequence Số thứ tự truyền tải
Number
User Datagram
Giao thức truyền tải đơn vị dữ liệu người
Protocol
dùng. Giao thức này truyền dữ liệu một cách
không tin cậy
Voice Channel Unit
Khối kênh thoại
Very Small Aperture
Trạm mặt đất dung lượng nhỏ
Terminal

100

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 |


7

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

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

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 |

100


8

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

Hình 3.13.

Cấu hình dịch vụ GSM Trunking

74

Hình 3.14.

Cấu hình cung cấp dịch vụ truyền hình hội nghị

75

Hình 3.15.

Cấu hình cung cấp dịch vụ đào tạo từ xa

76

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 |

100


9

Hình 3.16

Cấu hình dịch vụ và IP2TV

77

Hình 4.1

Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn vào thời gian ở pha khởi
đầu chậm
Sự phụ thuộc lượng byte truyền dẫn vào thời gian ở pha tránh
tắt nghẽn
Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vào RTT (kênh 2048
kbps)
Sự phụ thuộc của thông lượng hiệu dụng vàoRTT (kênh 256
kbps)
Thời gian tải các trang web có kích thước khác nhau (kênh
2048 kbps)
Thời gian tải các trang web có kích thước khác nhau (kênh 256
kbps)
Thông lượng hiệu dụng phụ thuộc BER

80

87

Hình 4.9

Sự cải thiện thông luợng của kết nối TCP khi không có tắc
nghẽn
Sự cải thiện thông lượng của kết nối TCP khi có tắc nghẽn

Hình 4.10

Số lượng gói tin phải được phát lại ở mạng có tỷ lệ mất gói cao

89

Hình 4.11

Cấu hình của thiết bị mô phỏng SACK

91

Hình 4.12

Mô hình thực nghiệm dùng vệ tinh địa tĩnh

91

Hình 4.13

Thông lượng đạt được khi truyền các file 100 kB trong trường
hợp “no curruption”
Thông lượng đạt đuợc khi truyền các file 1MB,10MB trong các
trường hợp “no curruption”
Thông lượng khi truyền file có kích thước 1MB và 10MB tỷ lệ
mất gói 1%
Thông lượng khi truyền dẫn các file 10 MB, tỷ lệ mất gói là
2% và 5%.
Dự báo nhu cầu sử dụng các dịch vụ qua VSAT

92

Dự báo phát triển các thuê bao thoại sử dụng qua hệ thống

thông tin vệ tinh trên toàn quốc

98

Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8

Hình 4.14
Hình 4.15
Hình 4.16
Bảng 1
Bảng 2

81
82
83
83
84
85

88

92
93
94

97

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 |

100


10

MỞ ĐẦU
1.

Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Nửa cuối thế kỷ 20, cùng với sự phát triển mạnh mẽ các công nghệ viễn
thông, việc ra đời và lớn mạnh của thông tin vệ tinh là tất yếu để thay thế cho các hệ
thống vô tuyến chuyển tiếp tiếp mặt đất. Hệ thống thông tin vệ tinh có nhiều ưu
điểm nổi bật so với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất, thể hiện ở giá thành,
khả năng quảng bá và độ linh hoạt cao.
Kỹ thuật thông tin vệ tinh bao gồm những công nghệ rất phức tạp bởi đặc
điểm truyền dẫn của vệ tinh là có đường truyền rất xa và độ trễ lớn. Điều này cũng
đồng nghĩa với việc hệ thống vệ tinh sẽ phải chịu tổn hao môi trường, tạp âm, can
nhiễu. Các kỹ thuật thông tin vệ tinh thông dụng nhất như xử lý băng gốc, điều chế,
khuếch đại công suất, đa truy nhập, bù tổn hao, chống lỗi, …
Hệ thống VSAT (Verry Small Aperture Terminal) là một hệ thống thông tin
vệ tinh với các trạm đầu cuối có khẩu độ nhỏ, cung cấp các đường truyền số liệu và
điện thoại số qua vệ tinh chỉ cần sử dụng các anten có đường kính tương đối nhỏ.
Sự xuất hiện của nó không ảnh hưởng tới các mạng hiện có mà còn hỗ trợ để tăng 100
tính linh hoạt cho mạng. Nó cung cấp các tính năng ưu việt cho các khách hàng sử

dụng.

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 |


11

Ở Việt Nam, công nghệ thông tin vệ tinh đã được ứng dụng từ năm 1980
(Đài vệ tinh Hoa Sen 1), đến nay sau hơn 20 năm đổi mới phát triển, ngành Viễn
thông Việt Nam đã thiết lập mạng viễn thông quốc gia rộng lớn trong toàn quốc
nhưng vẫn còn nhiều vùng sâu vùng xa có địa hình hiểm trở chưa được kết nối vào
mạng viễn thông công cộng quốc gia. Xu thế đa dịch vụ trong viễn thông đang phát
triển với tốc độ cao, nhất là phát triển các ứng dụng trên nền IP ngày càng phát triển
phù hợp xu thế hội tụ công nghệ thông tin và truyền thông.
Để đáp ứng các yêu cầu thông tin cho các vùng sâu vùng xa, Tập đoàn Bưu
chính Viễn thông Việt Nam (trước đây là Tổng công ty Bưu chính viễn thông Việt
Nam) từ cách đây 10 năm đã thiết lập hệ thống thông tin VSAT (với nhiều ưu điểm
hơn hẳn các hệ thông thông tin mặt đất) đến hàng chục tỉnh miền núi, các hải đảo,
đưa dịch vụ điện thoại đến 100% xã trong toàn quốc. Ngày nay, dịch vụ đa dạng
trên cơ sở hội tụ công nghệ thông tin và truyền thông là xu thế tất yếu của thế giới
và ở Việt Nam đang được ứng dụng rộng rãi, việc dùng một hệ thống VSAT mới đa
dịch vụ cho các vùng sâu, vùng xa và phục vụ an ninh quốc phòng cũng như các
nhu cầu sử dụng đặc biệt là rất cần thiết. Do đó việc nghiên cứu những vấn đề lý
thuyết, thực nghiệm về mạng VSAT và các ứng dụng trong điều kiện Việt Nam
hiện nay có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của ngành Bưu chính Viễn
thông nói riêng và phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung. Trước yêu cầu đó,
đề tài “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”
được lựa chọn để nghiên cứu vừa có ý nghĩa về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt

thực tiễn cao.
2. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết
Ngoài lời nói đầu, kết luận, mục lục, phụ lục và tài liệu tham khảo, đề tài
được kết cấu thành 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh và các yếu tố ảnh
hưởng
Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin chuyển tiếp bằng vệ tinh địa tĩnh
bao gồm cấu trúc trạm mặt đất và bộ phát đáp trên vệ tinh, các yếu tố bên ngoài ảnh
hưởng đến chất lượng đường truyền qua vệ tinh, xu thế công nghệ.
100
Chương 2: Mạng VSAT DAMA tại Việt Nam
Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin VSAT DAMA và các vấn đề liên
quan đến triển khai tại vùng sâu vùng xa xôi, vùng hải đảo tại Việt Nam

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 |


12

Chương 3 : Hệ thống thông tin vệ tinh băng thông rộng IP-STAR
Trình bày tổng quan về hệ thống thông tin VSAT IP-STAR băng rộng đa dịch
vụ các vấn đề liên quan đến triển khai tại vùng sâu vùng xa xôi, vùng hải đảo tại
Việt Nam.
Chương 4: Đánh giá hệ thống
Chương này dành để phân tích các ưu nhược điểm của hai hệ thống trên bằng
các luận cứ khoa học về các mặt : dịch vụ, độ tin cậy thông tin, khắc phục các yếu
tố ảnh hưởng, khả năng phổ cập và tính ứng dụng của hệ thống.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
1.1 . Giới thiệu chung
Thông tin vô tuyến (Radio Communication) bằng vệ tinh ra đời nhằm mục
đích cải thiện các nhược điểm của mạng vô tuyến mặt đất, đạt được dung lượng cao
hơn, băng tần rộng hơn, đem lại cho khách hàng nhiều dịch vụ mới và thuận tiện
với chi phí thấp.
Nói tới một hệ thống thông tin vệ tinh, chúng ta phải kể đến ba ưu điểm nổi
bật của nó mà các mạng mặt đất không có hoặc không hiệu quả bằng đó là:
- Khả năng quảng bá rộng lớn.
- Có dải thông rộng.
- Nhanh chóng và dễ dàng cấu hình lại khi cần thiết (ví dụ khi bổ sung trạm
mới hoặc thay đổi thông số trạm cũ,...).
Ta đã biết đối với mạng thông tin vô tuyến mặt đất hai trạm muốn thông tin
cho nhau thì các antenna của chúng phải nhìn thấy nhau. Đó gọi là thông tin vô
tuyến trong tầm nhìn thẳng (Line Of Sight - LOS). Tuy nhiên do trái đất có dạng 100
hình cầu cho nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo cho các
antenna còn trông thấy nhau. Đối với khả năng quảng bá cũng vậy, các khu vực trên

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 |


13

mặt đất không còn nhìn thấy anttena của đài phát sẽ không thể 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 antenna, truyền sóng phản xạ tầng điện ly hoặc xây dựng các
trạm chuyển tiếp. Trên thực tế người ta thấy rằng cả 3 phương pháp trên đều có
nhiều nhược điểm. Việc nâng độ cao của cột antenna gặp rất nhiều khó khăn về

kinh phí và kỹ thuật mà hiệu quả thì không bao nhiêu (ví dụ nếu cột antenna có cao
được đến 1km thì nó cũng không thể quảng bá quá 200 km trên mặt đất). 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 rất 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 antenna 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, nguời ta có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu
hơn bất cứ một hệ thống mạng nào khác. Thông qua vệ tinh INTELSAT, lần đầu
tiên hai trạm đối diện trên hai bờ Đại Tây Dương đã thông tin được cho nhau. Do có
khả năng phủ sóng rộng lớn cho 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]
Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của các hệ thống vệ
tinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện đại như truyền hình số phân giải
cao (High Definition TV - HDTV), phát thanh số hay các dịch vụ ISDN thông qua
một mạng mặt đất (Terrestrial Network) hoặc trực tiếp đến thuê bao (Direct to
Home - DTH) thông qua mạng VSAT. Cuối cùng do sử dụng phương tiện truyền
dẫn qua giao diện vô tuyến cho nên một hệ thống thông tin vệ tinh là rất lý tưởng
cho khả năng cấu hình lại nếu cần. Các công việc triển khai trạm mới, loại bỏ trạm
cũ hoặc thay đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thực
hiện tối thiểu.
Tuy nhiên, vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là:
- Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớn, ảnh hưởng của tạp âm lớn.
100
- Giá thành lắp đặt hệ thống cao, chi phí cho trạm mặt đất tốn kém.
- Tuổi thọ thấp hơn các hệ thống mặt đất, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng
cấp.

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 |


14

Các vệ tinh bay trong không gian cách xa mặt đất, năng lượng chủ yếu dùng
cho các động cơ phản lực điều khiển là các loại nhiên liệu lỏng hoặc rắn được vệ
tinh mang theo trên boong. Lượng nhiên liệu dự trữ này không thể quá lớn vì khả
năng của các tên lửa đẩy có giới hạn, đồng thời nó sẽ làm cho kích thước vệ tinh
tăng lên đáng kể do phải tăng thể tích của thùng chứa. Nếu như vệ tinh đã dùng hết
lượng nhiên liệu này thì chúng ta không thể điều khiển vệ tinh được nữa tức là
không còn duy trì được độ ổn định của tuyến. Khi đó vệ tinh coi như đã hỏng và
như thế nói chung tuổi thọ của vệ tinh thường thấp hơn các thiết bị thông tin mặt
đất khác. Để làm cho vệ tinh hoạt động trở lại, người ta cần thu hồi lại vệ tinh để
sửa chữa và tiếp thêm nhiên liệu. Sau đó người ta phải phóng lại nó lên quỹ đạo.
Việc khôi phục các vệ tinh đã hết tuổi thọ này hết sức tốn kém và phức tạp nên
trong thực tế, nói chung người ta thường dùng phương pháp thay thế bằng một vệ
tinh hoàn toàn mới và loại bỏ vệ tinh cũ đi.
Một hệ thống vệ tinh có thể cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ khác nhau
và ngày càng được phát triển đa dạng hơn. Tuy nhiên nhìn chung thông tin vệ tinh
đem lại ba lớp dịch vụ như sau:
- Trung chuyển các kênh thoại và các chương trình truyền hình. Đây là sự
đáp ứng cho các dịch vụ cơ bản nhất đối với người sử dụng. Nó thu thập các luồng
số liệu và phân phối tới các mạng mặt đất với một tỉ lệ hợp lí. Ví dụ cho lớp dịch vụ
này là các hệ thống INTELSAT và EUTELSAT. Các trạm mặt đất của chúng
thường được trang bị antenna đường kính từ 15 ÷30m.
- Cung cấp khả năng đa dịch vụ, thoại, số liệu cho những nhóm người sử
dụng phân tách nhau về mặt địa lí. Các nhóm sẽ chia sẻ một trạm mặt đất và truy

nhập đến nó thông qua mạng. Ví dụ cho lớp dịch vụ này là các hệ thống vệ tinh
TELECOM 1, SBS, EUTELSAT 1, TELE - X và INTELSAT (cho mạng IBS). Các
trạm mặt đất ở đây được trang bị antenna đường kính từ 3 ÷10m.
- Kết nối các thiết bị đầu cuối có góc mở rất nhỏ (VSAT) nhằm để truyền
dẫn các luồng số liệu dung lượng thấp và quảng bá các chương trình truyền hình,
truyền thanh số. Thông thường người dùng sẽ kết nối trực tiếp với trạm mặt đất có
trang bị antenna đường kính từ 0.6 ÷2.4m. Các thuê bao di động cũng nằm trong lớp
dịch vụ này. Tiêu biểu cho loại hình này là các hệ thống EQUATORIAL, 100
INTELNET hoặc INTELSAT, v.v... Các dịch vụ của VSAT hiện đã rất phong phú

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 |


15

mà ta có thể kể đến như cấp và tự động quản lý thẻ tín dụng, thu thập và phân tích
số liệu, cung cấp dịch vụ thoại mật độ thưa, hội nghị truyền hình,.....
Hình dưới đây thể hiện cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin vệ tinh
trong thực tế [2]. Nó có thể chia thành hai thành phần chính là phần không gian
(Space Segment) và phần mặt đất (Ground Segment).
phÇn kh«ng gian

TuyÕn lªn

TuyÕn xuèng

Tr¹m ®iÒu
khiÓn
(tt&c)

C¸c m¸y ph¸t

C¸c m¸y thu

PhÇn mÆt ®Êt

Hình 1.1: Cấu trúc một hệ thống thông tin vệ tinh

1.2. Phần không gian
1.2.1. Cấu trúc
Phần không gian 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. Tại các trung tâm này các hoạt động bám sát, đo lường từ xa
và điều khiển (TT&C - Tracking Telemetry and Command) sẽ được thực hiện nhằm
mục đích giữ cho vệ tinh cố định, đồng thời kiểm tra được các thông số hoạt động 100
của nó như nhiệt độ antenna, nguồn điện acquy, nhiên liệu...

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 |


16

Tuyến mà sóng vô tuyến được phát từ các trạm mặt đất đến antenna thu của
vệ tinh được gọi là tuyến lên (Uplink). Ngược lại tuyến mà vệ tinh phát tin cho các
trạm mặt đất sẽ được gọi là tuyến xuống (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 định
bởi chất lượng của cả tuyến lên và tuyến xuống, tương ứng với các điều kiện truyền

dẫn riêng ở mỗi tuyến (như môi trường trung gian, kiểu điều chế, kiểu mã hóa, tính
chất của thiết bị thu, v.v...).
Vệ tinh 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 cho hoạt động của phần Payload như là giá
đỡ, cung cấp nguồn điện, điều khiển nhiệt độ, điều khiển hướng và quỹ đạo, các
thiết bị đẩy phản lực, thùng chứa nhiên liệu và các thiết bị TT&C. Ta thấy rằng
trong quá trình hoạt động vệ tinh sẽ nhẹ dần đi do phải tiêu tốn nhiên liệu cho việc
điều khiển. Để cho vệ tinh không bị mất trọng tâm thì quá trình giảm trọng lượng
phải luôn phân bố đều trên toàn bộ thể tích của nó. Do đó bao giờ người ta cũng
thiết kế sao cho các thùng chứa nhiên liệu đối xứng với nhau qua trọng tâm của vệ
tinh. Thực tế những thùng chứa nhiên liệu nằm trong phần Platform chiếm phần lớn
khối lượng và thể tích của các vệ tinh [2].
Độ tin cậy của phần không gian là một nhân tố quan trọng để đánh giá khả
năng hoạt động của cả hệ thống. Độ tin cậy của vệ tinh phụ thuộc vào chất lượng tất
cả các thiết bị của nó. Khi một vệ tinh bị hỏng thì không chỉ có nghĩa là các thiết bị
của nó bị hỏng mà có thể là do vệ tinh đã hết tuổi thọ. Một hệ thống có độ tin cậy
cao khi nó có các biện pháp dự phòng tốt. Trong các hệ thống cao cấp, cứ một vệ
tinh hoạt động thì có một vệ tinh dự phòng sẵn sàng trên quỹ đạo và một vệ tinh dự
phòng ở dưới mặt đất (trong kho).
1.2.2. Vai trò của trạm điều khiển
Trên lý thuyết, các vệ tinh chuyển động với các quỹ đạo có hình dạng là
đường tròn hoặc đường Ellipse nhưng trong thực tế các quỹ đạo này không được
hoàn toàn như lý thuyết do vệ tinh còn phải chịu tác động của rất nhiều yếu tố 100
khách quan như sự thay đổi ngẫu nhiên lực hút của trái đất, lực hấp dẫn của các
hành tinh lân cận,... Vì vậy ngay đối với vệ tinh địa tĩnh thì vẫn luôn có sự dao động

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 |

17

xung quanh v trớ cõn bng ca nú. Thờm na qu o ca chỳng cũn b nghiờng
(Inclined Orbit). iu ny dn n trong h thng phi cú cỏc trm iu khin v
trong cỏc trm mt t phi cú h thng bỏm.
75km

Trái Đất

0.1

85km
75km

Độ trượt vệ tinh:
Bắc Nam (NS)
0.05
Đông Tây (EW)
Độ lệch tâm : 0.001

Đường
Xích Đạo

Quỹ đạo danh định của vệ tinh địa tĩnh

Hỡnh 1.2 : Ca s gi trm i vi v tinh a tnh
S dao ng ca v tinh a tnh xung quanh v trớ tng i rừ rng s lm
cho thi gian truyn dn gia trm v v tinh luụn b thay i. ng thi nú cũn
gõy ra hiu ng Doppler i vi súng mang. Tt c nhng nh hng ny u gõy

nờn nhng khú khn cho quỏ trỡnh truyn dn v ng b ca h thng, nht l
trong cỏc h thng truyn dn s (Digital Transmission). Ngoi ra trm iu khin
cũn cú chc nng gi antenna thu phỏt ca v tinh luụn hng v vựng ph súng
trờn mt t. Hot ng ca trm iu khin da trờn c s cỏc thụng tin o c
nhn t rt nhiu b cm bin (sensor) t trờn v tinh [2].
1.2.3. Phõn h thụng tin ca v tinh
Trờn mt v tinh thng cú hai phõn h, ú l phõn h thụng tin gm tt c
cỏc thit b phc v cho vic truyn dn tin tc v phõn h iu khin cú nhim v
o lng cỏc thụng s lm vic v iu chnh li cỏc thụng s ny khi cú lnh t
mt t. Cu trỳc ca phõn h thụng tin cú th c biu din tng quan bng s
khi sau õy (Hỡnh 1.3)
100
1.2.3.1. B khuch i tp õm thp LNA
Trong s trờn LNA l b khuch i tp õm thp (Low Noise Amplifier)
c t ngay sau antenna thu ARx cú nhim v khuch i biờn in ỏp tớn hiu

Nghiờn cu ỏnh giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú
Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam |


18

thu với mức tạp âm ký sinh rất nhỏ. Bộ LNA của vệ tinh thường là kiểu có làm lạnh
bằng Nitrogen lỏng hoặc hiệu ứng nhiệt điện Peltier. Bộ LNA của vệ tinh cũng
giống với bộ LNA của các ES.

1

Transponder

FC
FU

LNA

MIX

MUX

HYBRID

pPA

FD

FLO
OSC

ARx

n

Transponder

VÖ tinh

ATx

Hình 1.3: Phân hệ thông tin của vệ tinh
1.2.3.2.

Bộ đổi tần FC (Frequency Converter )

Sau khi đã được khuếch đại về biên độ, tín hiệu thu ở tuyến lên sẽ được trộn
với một tần số chuẩn FLO được tạo ra bởi bộ dao động (OSC -Ocsillator) đặt ngay
trên vệ tinh. Tần số sinh ra ở đằng sau bộ trộn (MIX) là tổ hợp giữa tần số tín hiệu ở
tuyến lên FU và tần số ngoại sai FLO. Do tần số sóng mang của tuyến lên bao giờ
cũng cao hơn tuyến xuống cho nên bộ đổi tần của vệ tinh thường là bộ đổi tần
xuống (Down Convertor). Nguyên tắc của việc trộn tần là dựa vào đặc tính truyền
đạt không tuyến tính của các thiết bị bán dẫn, ví dụ như một Diode, để sinh ra các tổ
hợp tần số mới từ hai tần số ở đầu vào (FU và FLO). Nguyên tắc này có thể giải
thích một cách đơn giản như sau [10]:
- Giả sử tín hiệu đầu vào có dạng:
và tín hiệu ngoại sai có dạng:

I (t)= Acos[(2πFUt) + φU]
LO(t) = Bcos[(2πFLOt) + φLO]

- Sau khi qua bộ trộn tín hiệu đầu ra sẽ là O(t) = I(t)LO(t). Do đó:
O(t) = ABcos[(2πFUt) + φU] cos[(2πFLOt) + φLO]
O(t) = (AB/2){cos[2π(FU + FLO)t + φU + φLO] + cos[2π(FU - FLO)t + φU - φLO]}
Như vậy tại đầu ra của bộ trộn ta có tín hiệu O(t) với biên độ AB/2 bao gồm
hai thành phần tần số là FU + FLO và | FU - FLO |. Bằng các bộ lọc ở đầu ra của bộ

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 |

100

19

đổi tần ta có thể chọn lấy một thành phần tần số mà ta mong muốn. Trong thông tin
vệ tinh thường người ta chọn thành phần tần số hiệu và FLO lớn hơn FU. Do đó ta
có FD=FLO - FU. Ví dụ đối với băng C thì FU=6GHz nên FLO phải bằng 10GHz
để FD=4GHz. Ta cũng nhận thấy rằng khi chọn pha φLO của LO(t)= 0 thì pha của tín
hiệu sau khi qua bộ đổi tần sẽ không đổi và bằng φU nên nó không gây trở ngại cho
các quá trình xử lí phía sau đặc biệt là việc giải điều chế dịch mức pha (PSK - Phase
Shift Keying). Tóm lại nếu giả sử thành phần tín hiệu đầu vào I(t) và thành phần tín
hiệu ngoại sai LO(t) có dạng như trên thì tại đầu ra của bộ đổi tần ta sẽ có tín hiệu
O(t) là: O(t) = Kcos[2π(FLO - FU)t + φU]

(với φLO=0 và K=AB/2)

1.2.3.3. Bộ khuếch đại tiền công suất PPA và bộ phân chia HIBRID
Bộ khuếch đại tiền công suất PPA (Prior Power Amplifier) có chức năng
khuếch đại sơ bộ công suất tín hiệu đi ra từ bộ đổi tần tới mức đủ lớn để có thể phân
chia cho các Transponder. Việc phân chia này được thực hiện nhờ bộ HIBRID gồm
có n đầu ra tương ứng với số Transponder của vệ tinh. Công suất tại mỗi đầu ra của
bộ HIBRID do đó nhỏ hơn n lần so với công suất tại đầu vào của nó.
1.2.3.4. Các bộ phát đáp (Transponder)
Băng tần rất rộng của vệ tinh được chia làm các băng nhỏ hơn (ví dụ rộng
khoảng 40 MHz). Mỗi băng này được phân phối cho mỗi bộ phát đáp của nó còn
gọi là kênh vệ tinh (Satellite Channel). Mỗi một kênh vệ tinh lại có thể mang rất
nhiều kênh số liệu và kênh thoại từ những người sử dụng. Trên thực tế do phải có
khoảng bảo vệ giữa các bộ phát đáp cho nên dải tần thực tế mà các bộ phát đáp sử
dụng thường nhỏ hơn (36MHz). Các bộ phát đáp có vai trò như là các kênh chuyển
tiếp thông tin. Chúng làm việc trong những dải tần riêng nhờ các bộ lọc thông dải
BPF đặt ngay tại đầu vào. Sau khi xử lí bù như bù trễ, bù tần số... tín hiệu trong mỗi
bộ phát đáp sẽ được đưa qua bộ khuếch đại công suất cao HPA ở đầu ra để khuếch

đại đủ lớn trước khi phát lại ở hướng xuống. Bộ HPA của mỗi kênh vệ tinh thường
là loại đèn sóng chạy TWTA với độ dự phòng 5:1 và hiện nay đã bắt đầu sử dụng
loại HPA bán dẫn SSPA. Dễ nhận thấy rằng trong trường hợp hệ thống dùng kỹ
thuật sử dụng lại tần số (Reuse) thì sơ đồ hình 3 mới chỉ là một nửa phân hệ thông
tin của vệ tinh dành cho một phân cực. Nửa còn lại của phân cực kia có sơ đồ tương
tự.
100
1.2.3.5. Bộ ghép công suất (MUX):
Trước khi ra antenna phát ATx tín hiệu của các Transponder ở các băng tần
con khác nhau phải được ghép lại với nhau. Yêu cầu ghép phải đảm bảo làm sao

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 |


20

cho sự can nhiễu giữa các kênh vệ tinh là thấp nhất và mức công suất của chúng
đồng đều nhau trong tín hiệu tổng hợp. Có nhiều kỹ thuật được ứng dụng cho bộ
MUX mà trong đó có thể kể đến một thiết bị thông dụng là bộ CIRCULATOR.

1.3. Phần mặt đất
Phần mặt đất bao gồm tất cả các trạm mặt đất (ES - Earth Station) của hệ
thống. Thông thường chúng được nối với thiết bị đầu cuối của người sử dụng thông
qua một mạng mặt đất có dây hoặc không dây. Trong một số trường hợp chúng nối
trực tiếp với thiết bị của người sử dụng (VSAT). Các ES nối với người sử dụng qua
mạng thường là các trạm lớn có dung lượng cao phục vụ nhiều khách hàng một lúc.
Ngược lại, các trạm VSAT lại là các trạm nhỏ dung lượng thấp và chỉ phục vụ một
số lượng hạn chế người dùng. Hiện nay, các dịch vụ VSAT đang rất phổ biến và
phát triển nên các trạm mặt đất VSAT được rất nhiều quan tâm nghiên cứu.

Các trạm mặt đất có thể phân biệt theo kích cỡ của chúng. Kích cỡ này phụ
thuộc vào dung lượng truyền tải và kiểu tin tức của mỗi trạm (thoại, truyền hình hay
số liệu). Các trạm lớn nhất được trang bị antenna đường kính 30m như các ES tiêu
chuẩn A của hệ thống INTELSAT thế hệ cũ. Các trạm nhỏ nhất antenna chỉ có 0.6
m ví dụ như các trạm thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh. Nhìn chung do kỹ thuật
ngày càng phát triển nên kích cỡ của các ES ngày càng nhỏ lại. Ví dụ hiện nay trạm
chuẩn A của INTELSAT chỉ cần có antenna đường kính từ 15 đến 18m.
Các trạm mặt đất thường có cả máy phát và máy thu để trao đổi tin tức với
vệ tinh. Một số trạm khác chỉ có máy thu như trong trường hợp trạm khai thác các
dịch vụ quảng bá từ vệ tinh hoặc là trạm phân phối các dịch vụ truyền hình và số
liệu tới khách hàng. Hình 1.4 cho ta thấy cấu trúc tổng quan của một trạm mặt đất
thông dụng.
Kỹ thuật về trạm mặt đất đặc biệt quan trọng cho những người khai thác hệ
thống thông tin vệ tinh bởi vì nó gắn liền với họ. Các thông số của trạm mặt đất, các
tính chất tín hiệu và các quá trình xử lí tín hiệu tại trạm mặt đất như là ghép kênh,
gây méo trước, giải méo trước, nén giãn, mã hoá, chống lỗi, phân tán công suất, bảo
mật (encryption),... [2]

100

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 |


21

E
Cấp
nguồn
bám sát

đo lường
&
Điều khiển

DIPLEXER

HPA

LNA

Khối điều chế
trung tần

Khối giải điều
chế trung tần

Tín hiệu
Băng gốc
( Từ người dùng )

( Tới người dùng )

Hỡnh 1.4: Cu trỳc c bn ca mt trm mt t

1.4. Phõn cc ca súng mang trờn tuyn thụng tin v tinh
Súng in t bao gi cng cú mt thnh phn in trng v mt thnh phn
t trng cú hng vuụng gúc nhau v vuụng gúc vi phng truyn súng. Theo
quy c, phõn cc ca súng c nh ngha bi hng ca vector cng in
trng. Núi chung hng ca in trng khụng c nh v biờn ca nú cng

khụng phi l hng s. Khi truyn súng in t, u mỳt ca vector cng in
trng thng vch ra mt hỡnh ellipse do ú gi l phõn cc ellipse [2].
Phõn cc ca súng in t cú 3 thụng s c bn sau:
- Hng quay vector cng in trng: theo tay phi hoc theo tay trỏi
(tc l cựng hoc ngc chiu kim ng h - Clockwise or Counter Clockwise).
- T s trc AR (Axial Ratio): AR=EMAX/EMIN l t s gia trc ln v
trc nh ca ellipse phõn cc. Khi AR=1 hay 0dB thỡ ng ellipse tr thnh ng
trũn v phõn cc c gi l phõn cc trũn. Khi AR= thỡ ng ellipse tr thnh
mt ng thng v phõn cc c gi l phõn cc thng.
- Khi dựng cụng ngh truyn dn s dng li tn s (Reuse) thỡ ngi ta phi
dựng n hai súng mang cú phõn cc vuụng gúc nhau vỡ lỳc ú khụng th phõn bit
súng mang qua tn s. Hai súng in t c gi l vuụng gúc nhau khi chỳng cú
cỏc ellipse phõn cc vuụng gúc nhau hay nghiờng ca 2 ellipse lch nhau 90.

Nghiờn cu ỏnh giỏ kt qu ng dng h thng thụng tin v tinh dựng trm mt t cú
Antenna c nh (VSAT) cho vựng sõu vựng xa ti Vit Nam |

100


22

Nhiều khi ở những tuyến gây xuyên cực lớn người ta phải sử dụng thêm sự
phân biệt về chiều quay vector cường độ điện trường. Một sóng mang quay theo tay
phải còn sóng mang vuông góc với nó quay theo tay trái. Đặc biệt khi sử dụng phân
cực tròn thì chỉ có thể phân biệt về chiều quay của vector phân cực. Khi đó sóng
mang có vector E quay theo tay phải gọi là
Y
RHCP (Right Hand Circular Polarisation) và
sóng mang có vector E quay theo tay trái gọi

EMAX
τ
ω E
là LHCP (Left Hand Circular Polarisation).
Các phân cực tròn LHCP và RHCP hiện
X
đang được dùng rất phổ biến trong thông tin
H­íng
vệ tinh, đặc biệt trong các hệ thống dùng lại
EMIN
truyÒn sãng
tần số.
H×nh 1.5: Ph©n cùc Ellipse
Hai phân cực thẳng gọi là vuông góc nhau khi có một phân cực hướng theo
chiều thẳng đứng (Vertical), phân cực kia hướng theo chiều nằm ngang (Horizontal)
trong một hệ quy chiếu nào đó.

1.5. Các dải tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh
Để phân phối tần số người ta chia thế giới ra làm ba khu vực như sau:
- Khu vực 1: bao gồm Châu Âu, Châu Phi vùng Trung Đông và Nga
- Khu vực 2: bao gồm các nước Châu Mỹ
- Khu vực 3: bao gồm các nước Châu á trừ vùng Trung Đông, Nga và Châu
Đại Dương.
Tần số phân phối cho một dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vực.
Trong một khu vực một dịch vụ có thể được dùng toàn bộ băng tần của khu vực này
hoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác. Các dịch vụ cố định sử dụng các băng tần
sau:
- Khoảng 6GHz cho tuyến lên và 4GHz cho tuyến xuống được gọi là băng
6/4 GHz hay băng C. Băng tần này được các hệ thống cũ sử dụng, ví dụ như hệ
thống INTELSAT, các hệ thống nội địa của Mỹ,... và hiện nay đã có xu hướng bão

hòa.
- Khoảng 8GHz cho tuyến lên và 7 GHz cho tuyến xuống được gọi là băng
100
8/7 GHz hay băng X. Băng tần này được dành riêng cho chính phủ sử dụng.

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 |


23

- Khoảng 14GHz cho tuyến lên và 11 hoặc 12GHz cho tuyến xuống được
gọi là băng 14/12GHz - 14/11GHz hay băng Ku. Băng tần này được các hệ thống
mới hiện nay sử dụng ví dụ như hệ thống EUTELSAT, TELECOM I và II, v.v...
- Khoảng 30GHz cho tuyến lên và 20 KHz cho tuyến xuống được gọi là băng
30/20GHz hay băng Ka. Băng tần này hiện nay mới chỉ sử dụng cho các hệ thống
cao cấp, các cuộc thử nghiệm và dành cho tương lai.
- Các băng tần cao hơn 30GHz hiện đang được nghiên cứu và chắc chắn sẽ
được dùng rất phổ biến trong tương lai.
Các dịch vụ di động dùng vệ tinh sử dụng băng tần khoảng 1.6GHz cho
tuyến lên và 1.5GHz cho tuyến xuống. Băng tần này được gọi là băng 1.6/1.5 GHz
hay băng L.
Các dịch vụ quảng bá qua vệ tinh chỉ có tuyến xuống và sử dụng băng tần
vào khoảng 12GHz.

1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến thông tin vệ tinh [2] [10]
1.6.1. Giới thiệu
Mục đích của phân tích hệ thống đường truyền thông tin là nhằm đạt được
kết quả cao của một tín hiệu khi nó được truyền từ một trạm này đến một trạm khác.
Bởi vì một đường truyền vệ tinh tín hiệu sẽ bị suy yếu trong quá trình truyền do ảnh

hưởng của không khí, nhiệt độ, tầng điện ly và độ nhiễu giữa cung đoạn trái mặt đất
và vệ tinh. Tuy nhiên nhìn chung thông số đường lên, xuống vệ tinh là những ảnh
hưởng chính. Chúng ta xét đường truyền vệ tinh cơ bản được chia làm ba phần:
- Trạm phát mặt đất và các yếu tố liên quan với đường lên.
- Hệ thống vệ tinh.
- Các yếu tố liên quan với đuờng xuống và trạm thu mặt đất.
1.6.2. Trạm mặt đất và các yếu tố liên quan
1.6.2.1. Hệ số tăng ích anten
Anten có nhiệm vụ định hướng tín hiệu từ máy phát tới vệ tinh với hiệu xuất
cao nhất, sau đó tín hiệu được khuyếch đại rồi phát lại tới những trạm thu khác. Nếu
nguồn này không định hướng thì nó sẽ bức xạ phân tán.
Để định hướng tín hiệu, ở anten có hệ số tăng ích được tính như sau:
GdBi = 10*logη + 20*logƒ + 20*log D + 20.4dB
Hệ số tăng ích 1m2 anten với hiệu suất 100% là:
G1mdBi = 20*log ƒ + 21.4dB.

(1)
(2)

Trong đó: η là hiệu suất anten
D là đường kính anten

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 |

100


24

ƒ là tần số hoạt động.
20.4dB là hằng số tính từ 10log[(1*109* π)/c ].
Phương trình trên cho thấy G phụ thuộc vào đường kính anten và tần số hoạt
động.
1.6.2.2. Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP)
Nguồn công xuất cao tần bức xạ trên một đơn vị góc cố định của anten vô
hướng được tính bằng: PT / 4π (W)
Đối với anten định hướng, giá trị tăng ích của anten phát là GT thì công suất
phát xạ trên một đơn vị góc được tính:
PT GT / 4π (W)
Hệ số tăng ích anten (GT )là tham số chính, ảnh hưởng đến hiệu quả của việc
sử dụng nguồn năng lượng cao tần (RF) từ máy phát.
Tích PT GT được gọi là công xuất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP).
Do vậy EIRP được hiểu như là hàm của hệ số tăng ích anten phát GT và công suất
phát PT của anten phát.
EIRP = PT*GT
(3)
Trong đó: PT là công suất phát tính bằng W
GT là hệ số tăng ích phát.
EIRP phải được điều chỉnh thật chính xác bởi vì EIRP cao sẽ gây nhiễu sóng
mang phụ cận, còn nếu EIRP thấp sẽ cho chất lượng tín hiệu kém đi.
GT=1

Hình 1.6: Anten vô hướng
Công xuất bức xạ trên một đơn
vị góc cố định (unit solid
angle): PT/4π

P

Kho¶ng c¸ch R

P

Hệ số bức xạ tại vùng
diện tích A khoảng
cách R: A/R2
Hình 1.7: Anten trên thực tế

100

Công suất bức xạ trên đơn vị góc cố định:
(PT/4π)GT
Công suất thu trên vùng diện tích A:
(PT/4π)GT (A/R2)
= [(PTGT)/ 4π R2] A = φA

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 |


25

ảnh hưởng lên một đơn vị điện tích A của bề mặt anten thu đặt cách anten phát một
khoảng cách R, hệ số bức xạ là A/R2. Công suất thu được là:
Pr= (PT*GT/4π)(A/R2)= φA (W)
Đại lượng φ = (PT*GT/4πR2) được gọi là “mật độ phổ công suất” được
tính bằng đơn vị W/m2
1.6.2.3. Suy hao truyền dẫn và suy hao không gian tự do
Nếu một anten đẳng hướng phát xạ công suất PT , nguồn tín hiệu sẽ phân bổ

theo hình cầu trong đó anten là tâm. Mật độ công xuất bức xạ ở khoảng cách R so
với điểm truyền dẫn được xác định theo phương trình sau:
W = PT/ 4 πR2

(4)

Khi anten phát tập trung được năng lượng (có hệ số tăng ích) phương trình sẽ
thành:
W = ( GT*PT )/ 4 πR2

(W/m2)

(5)

WdB = EIRP - 20*logR - 71dB
Trong đó: GT*PT là EIRP
W Cường độ bức xạ tại khoảng cách R.
R Khoảng cách tại các điểm trong không gian tự do

(6)

71dB được tính từ 10log(4 π* 106)
Khi anten thu ”nhận” tín hiệu, số lượng tín hiệu nhận được sẽ phụ thuộc vào
kích cỡ của anten.
Công suất đầu thu sẽ là:
PR = W*Ae
(7)
Trong đó:
Ae Diện tích hiệu dụng của anten
Ae = GR/(4 π/λ2) (m2)

Từ đó :

PR = [GT*PT/4 πR2]

*[( λ2/4 π) GR].

PR = [GT*PT]*[ λ/4 πR]2*GR
PR = [GT*PT]*(1/ L0) *GR

(8)
(9)

(W)

Biểu thức (4 πR/ λ)2 được xem như là suy hao trong không gian tự do L0.
Tính theo đơn vị dB:
L0 = 20logR + 20log ƒ + 92.5 dB .
Trong đó:

(10)

ƒ là tần số hoạt động tính băng Ghz.

92.5dB là hằng số tính từ 20log[(4π*109*103)]
Phương trình (9) được biểu thị theo dB:

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 |

100