NGHIÊN CỨU VIỆC TRIỂN KHAI HỆ THỐNGGLOBALXPRESS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.29 MB, 67 trang )
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN PHAN MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU VIỆC TRIỂN KHAI HỆ THỐNG
GLOBALXPRESS
HẢI PHÒNG - 2015
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN PHAN MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU VIỆC TRIỂN KHAI HỆ THỐNG
GLOBALXPRESS
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG;
MÃ SỐ: D52027
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn: PSG.TS Lê Quốc Vượng
HẢI PHÒNG - 2015
LỜI CÁM ƠN
Cám ơn anh Vũ Quốc Việt , giám đốc đài LES Hải Phòng đã cung cấp tài liệu,
định hướng đề tài, nhiệt tình hướng dẫn ,chỉ bảo giúp em hoàn thành tốt đồ án
tốt nghiệp này.
Cám ơn thầy Lê Quốc Vượng đã luôn quan tâm, đôn đốc, tạo điều kiện tốt nhất
để em có thể hoàn thiện đồ án này.
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam nội kết đồ án này hoàn toàn không sao chép từ bất cứ đồ án nào.
Bất cứ trùng hợp trong đồ án này chỉ mang tính ngẫu nhiên hoặc từ tài liệu tham
khảo.
MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU............................................................................................ii
DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG...........................................................................................................................iv
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................................1
Chương 1: Tổng quan về hệ thống INMARSAT........................................................................................2
1.1 Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh............................................................................................2
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển............................................................................................2
1.1.2 Đặc điểm của thông tin vệ tinh..............................................................................................3
1.1.3 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh......................................................................................4
1.1.4 Các băng tần thu phát............................................................................................................5
1.1.5 Các tham số hệ thống............................................................................................................5
1.2 Hệ thống INMARSAT...................................................................................................................10
1.2.1 Giới thiệu về hệ thống INMARSAT........................................................................................10
1.2.2 Cấu hình của hệ thống INMARSAT.......................................................................................11
1.2.3 Các dịch vụ và chức năng thông tin......................................................................................13
1.2.4 Các hệ thống INMARSAT sử dụng trong hàng hải.................................................................13
Chương 2: Hệ thống Global Xpress.......................................................................................................20
2.1 Giới thiệu về Inmarsat 5 và cấu hình hệ thống Global Xpress.....................................................20
2.1.1 Giới thiệu.............................................................................................................................20
2.1.2 Cấu hình hệ thống................................................................................................................28
2.2 Các ứng dụng của hệ thống Global Xpress..................................................................................42
2.2.1 Global Xpress cho lĩnh vực Hàng không...............................................................................42
2.2.2 Global Xpress cho lĩnh vực Hàng hải....................................................................................43
2.2.3 Global Xpress cho Chính phủ,Quân đội................................................................................44
2.2.4 Global Xpress cho Doanh nghiệp, Tổ chức...........................................................................45
Chương 3 Đánh giá và Đề xuất..............................................................................................................48
3.1 Tính tất yếu của việc áp dụng hệ thống Global Xpress trong thông tin liên lạc hiện nay............48
3.2 Tình hình sử dụng trang thiết bị thông tin vệ tinh đang được sử dụng ở Việt Nam và đánh giá
tính khả thi cho việc triển khai Global Xpress tại Việt Nam..............................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................57
i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
AAA
Authentication, Authorization và Accouting
ACM
Adaptive Coding and Modulation
BGAN
Broadband Global Area Network
ii
DCE
Data Circuit terminal Equipment
DCN
Data Communication Network
DTE
Data Terminal Equipment
EPIRB
Emergency Position-Indicating Radio Beacon
GX
Global Xpress
ISDN
Integrated Services Digital Network
LES
Land Earth Station - trạm mặt đất
MMP
Meet Me Point
NCC
Network Control Center
NCS
Network Co-ordination Station
NOC
Network Operations Centre
NSD
Network Service Device
PSTN
Public Switched Telephone Network
SAS
Satellite Access Station
SCC
Satellite Control Center
SDP
Service Delivery Platform
SEP
Service Enablement Platform
TT&C
Telemetry, tracking, and command
VAR
Value-Added Reseller
VoIP
Voice over Internet Protocol
VSAT
Very-Small-Aperture Terminal
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình
Tên hình
Trang
1
Dải tần số vệ tinh thương mại
20
2
Bản đồ phân bố mưa trên thế giới do ITU cung cấp
23
iii
3
Vệ tinh I-5
29
4
Quỹ đạo 3 vệ tinh I-5
29
5
Bản đồ thể hiện tầm phủ sóng của 3 vệ tinh I-5
30
6
Bản đồ dạng tổ ong diện tích phủ sóng của GX
31
7
Vị trí các trạm SAS trên thế giới.
31
8
Trạm Fucino
32
9
Trạm Nemea
32
10
Gx Ka Gateway Antenna
33
11
trạm SAS Winnipeg ( trạm chính)
33
12
trạm SAS Lino Lakes (trạm dự phòng)
34
13
trạm Auckland
34
14
trạm Warkworth
35
15
Hệ thống mạng DCN của Global Xpress
35
16
Mạng mặt đất của GX
36
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
1
2
Tên bảng
Lộ trình trang bị ECDIS bắt buộc của MSC
Bảng thông kê các thiết bị thông tin vệ tinh
đang sử dụng/ số thiết bị đăng kí tại Việt Nam
iv
Trang
50
55
v
MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển làm cho nhịp sống trở nên hối hả hơn. Vì thế
nhu cầu được giữ thông tin liên lạc của con người cũng tăng theo. Do đó các
công ty hoạt động trong lĩnh vực Viễn thông đang liên tục cải tiến , nâng cao cơ
sở sở hạ tầng cũng như trang thiết bị và hệ thống để có thể đáp ứng tốt nhất nhu
cầu của khách hàng. Inmarsat là một công ty đang thực hiện điều này. Inmarsat
là công ty viễn thông lớn của Vương quốc Anh hoạt động hơn 35 năm trong lĩnh
vực Viễn thông vệ tinh và là công ty hàng đầu trên thế giới trong lĩnh vực này.
Điều mà Inmarsat muốn mang đến là một mạng internet ở khắp mọi nơi , cho dù
ở giữa Thái Bình Dương hay ở một nơi nào đó trên sa mạc Sahara…Và với
nhiều năm chuẩn bị cùng khoản đầu tư khoảng 1.6 tỉ USD, Inmarsat đã cho ra
đời một hệ thống mạng băng thông rộng tốc độ cao mới có tên GLOBAL
XPRESS. Đây là mạng băng thông rộng tốc độ cao đầu tiên trên thế giới sử
dụng băng Ka với cam kết dịch vụ có thể cũng cấp cung kết nối đường
xuống( downlink) lên tới 50Mbps và đường lên (uplink) lên tới 5Mbps. Trong
đồ án này, em sẽ nêu khái quát về Global Xpress và việc Inmarsat triển khai của
hệ thống này trên toàn thế giới như thế nào, cũng như sự khác biệt mà Global
Xpress đã mang lại so với các hệ thống trước của Inmarsat, từ đó đánh giá tính
khả thi cho việc triển khai hệ thống này tại Việt Nam.
1
Chương 1: Tổng quan về hệ thống INMARSAT
1.1 Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển
Điều kì lạ là người đầu tiên đề xuất ý tưởng về hệ thống thông ti vệ tinh lại
là một nhà văn người Anh có tên Arthur.C.Clarke. Ông chỉ ra rằng khi đặt một
vệ tinh trên quỹ đạo có độ cao hơn 42,000km so với bề mặt Trái đất sẽ cho phép
vệ tinh chuyển động với vận tốc góc bằng đúng vận tốc góc của Trái đất, giúp
cho nó có thể quan sát được một điểm trên bề mặt Trái đất tại một góc không
đổi theo thời gian , từ đó có thể truyền tín hiệu qua vệ tinh giữa 2 điểm này cách
xa nhau trên bề mặt Trái đất một cách dễ dàng. Giả thuyết này đồng nghĩa với
việc nếu đặt 3 vệ tinh địa tĩnh trên một quỹ đạo đủ cao và cách nhau 120 0 , ta
hoàn toàn có thể phủ sóng vệ tinh trên toàn bộ bề mặt Trái đất.
Ngày 4/10/1957 , nhân loại chứng kiến vệ tinh nhân tạo đầu tiên do Liên
Xô chế tạo có tên SPUTNIK I được phóng lên quỹ đạo mở ra một kỉ nguyên
mới cho thông tin liên lạc nói chung và là nền móng cho thông tin vê tinh ngày
nay. Ngày nay INTERSPUTNIK là một trong 2 tổ chức cung cấp các dịch vụ
truyền thông vệ tinh quốc tế với 26 quốc gia là thành viên, trong đó có Việt Nam
là thành viên từ năm 1980 .
Tháng 4/1965 , vệ tinh thương mại đầu tiên của Tổ chức Viễn thông vệ
tinh quốc tế Intelsat được phóng lên quỹ đạo. Từ đó đến nay, hệ thống đã và
đang ngày càng được đổi mới , phát triển hơn, cung cấp hầu hết các cuộc đàm
thoại thông qua truyền hình vệ tinh , các địch vụ điển tử truyền thông 2 chiều
qua vệ tinh
Ngành công nghiệp sản xuất và phát triển thiết bị thông tin vệ ngày nay
đã trải qua một quá trính phát triển rất lâu dài với nhiều tiến bộ vượt bậc với
việc thiết bị ngày càng nhỏ gọn hơn nhưng lại cung cấp đa dịch vụ, đường
truyền ổn định, giá cả hợp lí và thích nghi được với nhều điều kiện cả khách
quan lẫn chủ quan. Kết quả mang lại là việc thông tin lạc truyền được xa hơn,
2
nhiều người sử dụng hơn , áp dụng trong nhiều lĩnh vực hơn trong đời sống con
người.
1.1.2 Đặc điểm của thông tin vệ tinh
Nhược điểm chính của truyền dẫn qua vệ tinh là trễ đường truyền do
khoảng cách giữa trạm phát, vệ tinh và trạm thu, thời gian trễ trung bình khoảng
270ms, với thoại 2 chiều qua vệ tinh là 540ms cho cả đi lẫn về. Ảnh hưởng
chính của trễ đường truyền là hiệu ứng tiếng vọng (người nói nghe thấy chính
tiếng mình sau khoảng thời gian trễ ), hiệu ứng này trong mạng mặt đất là không
đáng kể (30ms), nhưng nghiêm trọng hơn khi tín hiệu truyền qua mạng vệ tinh
và mạng mặt đất (do trễ cả đi và về công lại ). Hiệu ứng tiếng vọng trong thông
tin vệ tinh đựơc hạn chế nhờ sử dụng các bộ triệt tiếng vọng.
Thông tin vệ tinh có các ưu điểm sau:
- Các dịch vụ của thông tin vệ tinh cung cấp nhiều kiểu kết nối như đơn
điểm- đơn diểm( point to point), đơn điểm – đa điểm( point to multipoint) ...
- Cước phí không tính theo khoảng cách thông tin mà theo lưu lượng sử
dụng, thời gian sử dụng hay tốc độ đường truyền.
- Cung cấp dịch vụ ở những nơi mà thông tin mặt đất thông thường không
thể.
- Cung cấp dich vụ liên lạc cho các đài di động như tàu, máy bay.
- Dung lượng kênh thông tin của các bộ phát đáp , đã đáp ứng được cả nhu
cầu về mạng băng thông rộng
- Độ tin cậy thông tin cao : tuyến thông tin vệ tinh gồm ba trạm gồm 2
trạm đầu cuối tại mặt và 1 trạm lặp ( vệ tinh) nên xác suất hỏng hóc trên tuyến
truyền là rất nhỏ, do đó độ tin cậy trung bình đạt 99% thời gian thông tin trong
một năm.
Thông tin vệ tinh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong thông tin hiện
đại. Nó xuất hiện trong mọi lĩnh vực trong đời sống, từ công việc , gia đình, vui
chơi giải trí với ngày càng nhiều dịch vụ hơn. Thông tin vệ tinh đang ngày một
chiếm ưu thế nhiều hơn so với các loại thông tin liên lạc khác.Một ứng dụng đặc
3
biệt của nó là trong hệ thống GMDSS (Global Maritime Distress and Safety
System ) cung cấp thông tin cho mục đích tìm kiếm cứu nạn hàng hải toàn cầu .
1.1.3 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh
Hệ thống thông tin vệ tinh gồm khâu không gian, khâu điều khiển và khâu
người sử dụng .
a/ Khâu không gian
Khâu không gian bao gồm vệ tinh và các hệ thống phụ như hệ thống TT&C
(đo xa, truy theo và điều khiển). Vệ tinh hoạt động như một trạm lặp thực hiện
kết nối một trạm mặt đất với một trạm khác .
Khâu không gian có một số đặc tính :
- Sử dụng pin mặt trời làm nguồn chính cung cấp năng lượng cho các hoạt
động của vệ tinh, ắcquy là nguồn năng lượng dự trữ .
- Hệ thống ăng ten cung cấp các vùng phủ sóng theo yêu cầu cho việc thu
và phát.
- Hệ thống ổn định nhiệt giúp duy trì nhiệt độ yêu cầu trong vệ tinh trước
các tác động của môi trường bên ngoài .
b/ Khâu điều khiển
Khâu điều khiển gồm các trạm bờ mặt đất và các trang thiết bị của nó:
khối anten thu phát, thiết bị truy bám vệ tinh, máy thu tạp âm thấp (LNA), các
khối đổi tần lên xuống, các khối điều chế, giải điều chế, các khối khuyếch đại
công suất lớn .v.v... các trạm bờ mặt đất thực hiện chức năng điều khiển hệ
thống và kết nối thông tin .
c/ Khâu người sử dụng
Người sử dụng có thể dùng mạng thông tin liên lạc vệ tinh thông qua các
thiết bị đầu cuối vệ tinh của người sử dụng. Mỗi thiết bị này bao gồm một anten
kèm theo các máy có chức năng điều khiển và thông tin, nó cung cấp liên hệ
giữa người dùng và mạng thông tin liên lạc vệ tinh .
4
Khái niệm "người sử dụng" có thể bao gồm tàu biển, máy bay, các trạm
mặt đất di động. Các đài này thực hiện kết nối thông tin với nhau hoặc với mạng
thông tin mặt đất cố định qua các vệ tinh và các trạm bờ mặt đất .
1.1.4 Các băng tần thu phát
Việc sử dụng các tần số thấp hơn thì chi phí rẻ hơn, nhưng dễ bị nhiễu bởi
mạng thông tin mặt đất và hạn chế băng thông. Mặc dù ở tần số cao hơn có thể
đạt được băng thông lớn hơn nhưng ở tần số lớn hơn 10 Ghz thì việc truyền
thông gặp rất nhiều khó khăn.
Đường truyền có những ảnh hưởng nhất định tới tín hiệu vệ tinh mà lớn
nhất là làm suy giảm tín hiệu. Các yếu tố có thể tác động tới sự suy giảm là góc
trông vệ tinh nhỏ (<50), tạp âm khí quyển, hiện tượng fading hoặc sự xoay vòng
faraday (là hiện tượng tầng ion gây ra sự phân cực lại tín hiệu điện từ ).
Để khắc phục những ảnh hưởng của đường truyền các vệ tinh địa tĩnh
thường dùng các tần số ở giải thấp 6/4 Ghz (băng C); 1.6/1.5 Ghz( băng L).
Các hệ thống vệ tinh khác sử dụng dải tần 14/11Ghz hoặc trong tương lai là
30/20 Ghz nhằm tăng dung lượng kênh. Việc sử dụng sóng cực ngắn trong
thông tin vệ tinh đã cho phép tập trung năng lượng bức xạ vào búp sóng hẹp khi
phát tới vệ tinh và ngược lại vệ tinh phát lại tín hiệu xuống trái đất cũng ở búp
sóng tương đối hẹp để tăng khả năng chính xác và độ tập trung năng lượng.
1.1.5 Các tham số hệ thống
a. Công suất hệ thống
Xét một máy phát đẳng hướng bức xạ công suất tổng P T đều về mọi hướng,
ở một điểm cách nguồn d(m) công suất được trải trên một mặt cầu bán kính
d(m). Thông lượng công suất qua mặt cầu bán kính d(m) là :
PFD = PT/4πd2 (W/m2)
b. Hệ số khuyếch đại anten
5
Các hệ thống vệ tinh thực tế sử dụng anten hữu hướng tập trung năng lượng
bức xạ về hướng yêu cầu. Hệ số khuyếch đại anten G(θ) là tỉ số công suất bức
xạ ở một đơn vị góc theo hướng yêu cầu với công suất bức xạ trung bình đều về
mọi hướng.
P(θ) : công suất bức xạ trên một đơn vị góc cố định.
P0 : tổng công suất bức xạ của một anten thử .
G(θ) : hệ số khuyếch đại anten ở góc θ.
Việc xác định các giá trị công suất bức xạ và hệ số khuyếch đại anten của
thiết bị nhằm tính toán giá trị EIRP (công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng ),
đây là một thông số rất quan trọng để đánh giá hiệu quả sử dụng công suất của
thiết bị .
c. Tạp âm
Tạp âm trên tuyến thông tin vệ tinh được hiểu là các tín hiệu không mong
muốn có trong luồng tín hiệu thu về, tạp âm làm giảm chất lượng thông tin, ví
dụ như tỉ số tín hiệu trên tạp âm S/N sẽ giảm đi hoặc tỉ số sóng mang trên tạp
âm cũng giảm đi, tăng tín hiệu lỗi bit của đường truyền số ... Trên thực tế với
các hệ thống thông tin khác thì tạp âm thường rất nhỏ so với tín hiệu có ích,
nhưng trên tuyến thông tin vệ tinh thì tín hiệu thu về rất nhỏ sau khi vượt qua
một quãng đường truyền dài trong khi tạp âm thì lại lớn, ngoài ra bản thân anten
cũng góp nhặt tạp âm từ môi trường thông qua các búp phụ của nó, tạp âm do
môi trường truyền sóng, do mưa ... nên tín hiệu thực tế được thu xem như chìm
trong tạp âm, vì thế nghiên cứu tạp âm là một việc rất quan trọng khi tìm hiểu về
hệ thống thông tin vệ tinh. Sau đây là phần trình bầy về một số thông số quan
trọng cần thiết để đánh giá về vấn đề tạp âm .
*Công suất tạp âm
6
Công suất tạp âm là một thông số quan trọng để đánh giá mức tác động của
tạp âm vào hệ thống, giá trị trung bình bình phương của điện áp tạp âm được
tính như sau:
2
en = 4kTBR (volt )
en: điện áp tạp âm
k : hằng số Bolzmann 1.38×10- 23(J/K)
B : độ rộng băng tạp âm (hz)
T : nhiệt dộ tuyệt đối (K)
R : trở kháng
Công suất tạp âm đưa vào tải tương ứng:
Pn = en2 / 4R = KTB(w)
Pn∉f ⇒ Pn là tạp âm trắng .
Pn là công suất tạp âm đưa vào tải tương ứng sau đó nó độc lập với trở
kháng .
*Nhiệt độ tạp âm tương đương
Để mô tả đặc trưng tạp âm của thiết bị và cho toàn bộ hệ thống thông tin
người ta đưa ra khái niệm Nhiệt độ tạp âm tương đương dùng trong thông tin
vệ tinh. Nhiệt độ tạp âm tương đương (là tổng các tạp âm thành phần ) của một
thiết bị được tính toán từ công suất tạp âm Pn quy về đầu vào của thiết bị làm
việc ở băng tần B được biểu diễn như sau:
Tn = Pn(max) ⁄ KB
*Tạp âm nhiệt hệ thống
Các búp phụ của anten trạm mặt đất thu tạp âm nhiệt của bất kỳ nguồn bức
xạ nhiệt nào như mặt trời, các vì sao, con người hoặc các nguồn bức xạ nhiệt
trên mặt đất, nguồn tạp âm nhiệt này kết hợp với tạp âm nhiệt của thiết bị thu
tạo ra tạp âm nhiệt hệ thống, đây được xem như nguồn tạp âm chủ yếu ở đầu vào
máy thu .
7
TS =
T3
Ta
( L −1)
T
+
T f +T1 + 2 +
L
L
G1
G1G2
TS : Tạp âm nhiệt hệ thống (K).
Ta : Tạp âm nhiệt anten.
Tf : Tạp âm nhiệt dây fiđơ (K).
L : Nhân tố suy hao .
T1,G1 là tạp âm nhiệt và hệ số khuyếch đại của khối RF máy thu .
T2,G2 là tạp âm nhiệt và hệ số khuyếch đại của khối chuyển đổi lên xuống của
máy thu.
T3 là tạp âm nhiệt của khối IF.
* Tỉ số sóng mang trên tạp âm C/N
Muốn xác định được ngưỡng thu của hệ thống ta phải biết được tỉ số sóng
mang trên tạp âm (C/N) tại đầu vào bộ giải điều chế trong băng tần mà tín hiệu
chiếm, đây cũng là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng tín hiệu thu .
Tỉ số sóng mang trên tạp âm C/N ở đầu vào máy thu :
C/N=EIRP(dBw)- 20log[4πd/λ](dB) +GR(dB)- 10log(KTsB)(dB)
GR : hệ số khuyếch đại ănten máy thu.
EIRP = PT.GT công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng.
GT : hệ số khuyếch đại anten máy phát.
4πd/λ = Lp : (suy hao đường truyền )
*Tỉ số G/T của các trạm mặt đất
Tỉ số hệ số khuyếch đại anten trên tạp âm nhiệt hệ thống tính theo [dB/K]
được xem như hệ số phẩm chất của trạm mặt đất thông tin vệ tinh, nó nói nên
khả năng hoạt động của trạm . Tỉ số này được xem như một tiêu chuẩn để phân
loại các trạm mặt đất ví dụ : trong hệ thống Intellsat đài mặt đất tiêu chuẩn A
phải có G/T > 35,5 [dB/K] .
Ta có :
8
C
N
=
G
T
EIRP
L P
R
S
1
.
K .B
GR/TS được viết tắt là G/T : Tỉ số giữa hệ số khuyếch đại lớn nhất của anten máy
thu với tạp âm nhiệt hệ thống .
d. Méo xuyên điều chế IM
Bất kỳ bộ khuyếch đại nào làm việc ở chế độ bão hoà đều có một vùng
không tuyến tính với công suất đầu ra và đầu vào. Tác động của vùng không
tuyến tính này được biểu diễn bằng chuỗi Taylo :
Vo = a.V1 + b.V13 + c.V15.. .
Vo :điện áp đầu ra.
V1:điện áp đầu vào.
n
V1 = ∑ V . cos(ωi t )
i =1
n: số lượng sóng mang.
Trong chuỗi Taylo trên chỉ có thành phần hài bậc lẻ tạo ra sản phẩm nhiễu
rơi vào băng tần tín hiệu khác. Mức nhiễu do IM gây ra có thể được giảm khi
lựa chọn sóng mang thích hợp sự lựa chọn này sao cho các sản phẩm xuyên điều
chế nằm ngoài băng thông của các transponder, nói cách khác các thành phần
hài bậc cao sẽ bị loại bỏ khi qua các bộ khuyếch đại.
Tác động của méo xuyên điều chế có thể được khắc phục bằng cách sử
dụng bộ khuyếch đại ở điểm phía dưới mức công suất bão hoà gọi là điểm
BO( back off).
e. Các loại nhiễu khác
Ngoài tác động tạp âm và IM ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, còn có
nhiều nguồn gây nhiễu khác:
- Nhiễu từ mạng vệ tinh vào mạng mặt đất khi dùng chung băng tần.
- Nhiễu giữa các vệ tinh dùng chung băng tần.
- Nhiễu từ mạng mặt đất vào mạng vệ tinh .
9
1.2 Hệ thống INMARSAT
1.2.1 Giới thiệu về hệ thống INMARSAT
Tổ chức INMARSAT thiết lập và sử dụng 4 vệ tinh địa tĩnh, bao phủ 4
vùng đại dương cung cấp dịch vụ thông tin toàn cầu cho người sử dụng dịch vụ
di động. Hệ thống thông tin INMARSAT là sản phẩm của sự hợp tác giữa các
công ty thương mại các chính phủ và các tổ chức viễn thông trên thế giới, các
thành phần của nó bao gồm :
- Các bên đối tác .
- Những người khai thác LES.
- Các cơ quan quản lý thông tin.
- Các nhà sản xuất thiết bị .
- Các nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng.
Tổ chức INMARSAT thành lập năm 1979 nhằm cung cấp dịch vụ thông tin
toàn cầu cho nghành hàng hải, ngày 1-2-1982 bắt đầu cung cấp các dịch vụ đầu
tiên. Hệ thống này phát triển nhanh với tốc độ chóng mặt, số thuê bao sử dụng
dịch vụ của hệ thống INM-A tăng trên 16000 trong vòng một thập kỷ và dự
đoán trong tương lai sẽ lớn hơn nhiều khi các hệ thống INM-B và INM-C mới
được đưa vào thiết lập thêm, ngoài ra hệ thống INM-M được dự đoán sẽ có
khoảng 600000 thuê bao vào năm 2005.
INMARSAT sẽ là bên cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh chủ yếu cho
người dùng mobile. Trong thiên niên kỷ mới nó sẽ gồm một số đặc tính :
+/ Tăng dung lượng kênh bằng cách dùng INM 3.
+/ Mở rộng các hệ thống INM-B, INM-M mới.
+/ Mở rộng các ứng dụng về hàng hải và xác định vị trí sử dụng vệ tinh .
+/ Dịch vụ nhắn tin toàn cầu đầu tiên.
+/ Dịch vụ điện thoại bỏ túi toàn cầu.
10
1.2.2 Cấu hình của hệ thống INMARSAT
a. Khâu không gian
Các vệ tinh :Vệ tinh là hạt nhân của hệ thống thông tin toàn cầu, nó là một
thiết bị rất đắt tiền và phức tạp . Vệ tinh bị cưỡng ép đưa vào quỹ đạo, nó tồn tại
trong một môi trường khắc nghiệt với lượng bức xạ lớn, tuy nhiên cùng với sự
phát triển của công nghệ vệ tinh ngày càng được cải tiến và đem lại chất lượng
dịch vụ hoàn hảo.
Hệ thống INMARSAT sử dụng 4 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng trên 4 vùng đại
dương là AORW, AORE , POR , IOR trải từ 70o N-70oS , đây cũng là khu vực
có nhu cầu phục vụ thông tin di động lớn nhất.
Đặc điểm kỹ thuật : Một ý tưởng mới liên quan tới việc ổn định trạng thái
và quỹ đạo vệ tinh được gọi là "gió mặt trời " nhằm trợ giúp cho việc điều khiển
hai thanh pin mặt trời lớn, hai thanh pin này chính là nguồn cung cấp năng
lượng chủ yếu của hệ thống điện tử và các hệ thống phụ khác, các thanh pin
được gắn các cánh phụ nhằm tăng diện tích bề mặt.
Hệ thống điều khiển quỹ đạo và trạng thái AOCS sẽ giữ cho vệ tinh ổn
định và hướng địa, nó thu nạp thông tin từ nhiều bộ cảm biến gắn trên thân vệ
tinh sau đó tính toán các thông số để điều khiển momen quay của các thanh pin
mặt trời. áp lực phù hợp của " gió mặt trời " trên bề mặt pin mặt trời sẽ điều
khiển trạng thái ổn định của tàu và hướng anten về hướng trái đất.
Tiến bộ mới nhất của kỹ thuật thông tin vệ tinh là hệ thống anten, hệ thống
này gồm một nhóm cup-dipole tạo thành từng anten giống như mắt của con ruồi,
do đó giảm dược kích cỡ của anten ví dụ: một nhóm gồm 43 cup-dipole của
anten phát băng L có đường kính 1.5 m nhưng với anten parabol có cùng đặc
tính kỹ thuật phải lớn hơn 30 %. Mỗi anten là một khối bức xạ trực tiếp có búp
sóng hình cầu do đó giảm bớt sự phân tán công suất trên hướng phụ và tập trung
cho hướng chính. Các tiến bộ tiếp theo là hệ thống mạch điện tử, các bộ
khuyếch đại công suất lớn băng L với 4 mạch khuyếch đại sóng chạy dùng đèn
11
điện tử (TWTA) đã được tuyến tính hoá để chống nhiễu xuyên điều chế và tăng
hiệu quả sử dụng băng thông .
Một bộ phát đáp shore-to-ship được chia làm 4 phần bằng nhau, một phần
cho hệ thống INM-A, phần hai cho INM-B, phần ba cho truyền dữ liệu cao tốc
vô hướng, phần bốn dành cho INM-C , SAR và các dịch vụ hàng không .
b. Khâu điều khiển
Thông tin qua vệ tinh cần được điều khiển nghiêm ngặt để hạn chế sự hỗn
loạn thông tin, các vệ tinh cũng cần được giám sát tương tự để đảm bảo chúng
chuyển động đúng quỹ đạo của mình. Để thoả mãn hai yêu cầu này một mạng
các trạm điều khiển mặt đất đã được thiết lập dưới sự giám sát của INMARSAT.
NCC ( trung tâm điều khiển mạng ) : Điều khiển toàn bộ mạng các trạm cố
định, các trạm di động và vệ tinh , có trụ sở tại London.
SCC (trung tâm điều khiển vệ tinh ) : 3 trung tâm điều khiển vệ tinh SCC
chịu trách nhiệm giám sát với 4 loại vệ tinh khác nhau đang được sử dụng.
NCS (trạm phối hợp mạng) : Trong khi SCC quản lý các vệ tinh thì NCS
quản lý các dịch vụ viễn thông. Tùy theo từng dịch vụ INM và từng vùng biển
mà có các NCS khác nhau. NCS giám sát liên tục các yêu cầu và các luồng
thông tin thoại, telex qua các vùng biển mà nó giám sát, nghiệp vụ này cần thiết
để duy trì hoạt động chính xác giữa trạm cố định và di động.
Đài LES : Một đài LES là một đài thông tin phức tạp và đắt tiền chức
năng của nó là thiết lập các kênh thông tin theo yêu cầu của các thuê bao mặt đất
hoặc các trạm di động, làm rõ nhận dạng các trạm di động, lưu trữ thông tin và
xử lý dữ liệu liên quan để phát hiện các bức điện cấp cứu từ tà . Nó có các dịch
vụ gọi tự động thoại và telex, dịch vụ nhân công, trợ giúp kỹ thuật, dịch vụ điện
báo ...
c. Các đài di động mặt đất
Các đài di động mặt đất có thể là tàu biển( SESs), máy bay( AESs), các
trạm mặt đất di động( MESs). Các đài này thực hiện kết nối thông tin với nhau
12
hoặc với mạng thông tin mặt đất cố định qua các vệ tinh và các trạm bờ mặt đất
LESs.
1.2.3 Các dịch vụ và chức năng thông tin
Chức năng chủ yếu của hệ thống INMARSAT là cung cấp các dịch vụ
thông tin thông thường và thông tin cho mục đích cấp cứu an toàn trên biển .
Các loại hình dịch vụ tiêu biểu là thoại, fax, telex, truyền số liệu tốc độ thấp và
cao tốc, gửi thư điện tử email, thông tin định vị, dẫn đường ...
1.2.4 Các hệ thống INMARSAT sử dụng trong hàng hải
a. Hệ thống INMARSAT -A
Tổ chức INMARSAT-A bắt đầu cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh di động
vào tháng 2-1982. Số lượng các tàu lắp đặt đài tàu INM-A tăng nhanh chóng từ
năm 1978. Yêu cầu về thông tin vệ tinh gia tăng đã dẫn tới việc phóng cácvệ
tinh mới hơn, lớn hơn và mạnh hơn với dung lượng kênh lớn. Cùng lúc đó công
nghệ điện tử phát triển theo hướng đáp ứng yêu cầu khách hàng với các thiết bị
tốt hơn, rẻ hơn và chắc chắn hơn . Hệ quả là đài tàu INM-A SES vào năm 1994
có trọng lượng và giá thành chỉ bằng một phần của năm 1984. Các thiết bị trên
boong (ADE) bao gồm : anten parabol đường kính 0.8(m), cơ cấu truy theo vệ
tinh và các bộ khuyếch đại thu phát. Các thiết bị dưới boong (BDE) bao gồm hệ
thống máy tính điều khiển, các thiết bị xử lý thông tin và các mạch điện tử .
Thiết bị INM-A cung cấp các loại dịch vụ : điện thoại hai chiều, telex, fax, thư
điện tử và truyền dữ liệu cao tốc (56 và 64 kbit/s). Hiện nay với sự phát triển của
kỹ thuật nén dữ liệu đã tạo điều kiện cho việc truyền ảnh tĩnh có độ phân giải
cao, thậm chí cả truyền hình quét chậm tới hoặc từ các SES có trang bị loại này.
Thiết bị INM-A có nhược điểm là anten kích thước lớn đòi hỏi cơ cấu ổn định
và truy theo phức tạp, hệ thống sử dụng kỹ thuật tương tự nên cồng kềnh, tiêu
tốn nhiều năng lượng đòi hỏi công suất và băng thông lớn, ít có khả năng mở
13
rộng các ứng dụng và tương thích với các hệ thống mới do đó hệ thống INM-A
sẽ được thay thế dần trong tương lai .
b. Hệ thống INM-B
Hệ thống INM-B là sự thay thế xứng đáng cho INM-A trong thế kỷ tới. Hệ
thống này được đưa vào khai thác năm 1993, nó cung cấp các dịch vụ thông tin
toàn cầu giữa LES và MES. INM-B hoàn toàn phù hợp với môi trường làm việc
của đài tàu và hoàn toàn tương thích với các yêu cầu của IMO về hoạt động cấp
cứu nạn trong hệ thống GMDSS.
Hệ thống INM-B sử dụng kỹ thuật điều chế, mã hoá số, sóng mang kích
hoạt bằng tiếng nói và điều khiển công suất tiền định trên các sóng mang SCPC
đã giảm bớt công suất và băng thông yêu cầu cho các kênh thông tin. Băng
thông của các bộ phát đáp vệ tinh là 20Mhz lớn hơn nhiều vào khoảng 3 lần
băng thông sử dụng trong INM-A(7.5Mhz) nên tăng được dung lượng kênh. Các
kênh thông tin trong INM-B là các kênh ấn định theo yêu cầu (không ghép cặp )
do đó làm tăng độ mềm dẻo của hệ thống. Hiệu quả phổ tần có thể được cải
thiện hơn nữa với việc sử dụng spot beam( búp sóng hẹp ). Thay vì các
transpoder phủ sóng 1/3 trái đất nhiều transpoder với các spot beams sẽ cho
phép hai tàu trong cùng khu vực thu tín hiệu trên cùng một tần số ở hai spot
beams khác nhau mà không bị nhiễu lẫn nhau, giải pháp này làm tăng khả năng
tái sử dụng tần số do đó làm tăng dung lượng kênh.
Phương thức mã hoá 1/2 FEC được sử dụng trong các bức điện Telex và
thông tin báo hiệu, việc sử dụng FEC mang lại hiệu quả trong việc phát hiện và
sửa lỗi. Hệ thống INM-B có thể cung cấp một số dịch vụ như thoại tự động hai
chiều, telex, fax, dịch vụ truyền dữ liệu cao tốc 64 kb/s hoặc truyền dữ liệu tốc
độ tiêu chuẩn 9.6 kb/s.
Trang thiết bị đài tàu INM-B được thiết kế giống như INM-A nhưng có
kích thước gọn hơn vì các thiết bị đều được tích hợp. Thông tin trong hệ thống
INM-B là ở chế độ thời gian thực do đó vẫn đòi hỏi tốc độ thông tin cao, băng
14
thông và công suất phát lớn để đảm bảo thời gian thông tin vì vậy chi phí đắt và
cước thông tin cao. Nói chung hệ thống này không thích hợp cho những loại tàu
thuyền vừa và nhỏ cũng như đội tàu của các nước nghèo.
c. Hệ thống INM-C
Hệ thống INM-C là hệ thống số hoàn toàn, cung cấp dịch vụ telex và data
giữa MES và LES. Ưu điểm của hệ thống so với hệ thống INM-A là giá thấp,
kích thước nhỏ và sử dụng ăngten vô hướng. Nhược điểm chủ yếu là không có
thông tin thoại. Tuy nhiên cũng nên biết rằng thông tin thoại trong hệ thống số
thường có tốc độ chậm và yêu cầu băng thông một kênh rộng hơn nhiều so với
truyền dữ liệu.
Hệ thống INM-C được đưa vào khai thác tháng 1-1991. Thiết bị đầu cuối
di động INM-C cơ bản gồm hai phần: Một phần thực hiện chức năng giao tiếp
người máy là một máy vi tính còn được gọi là DTE(data terminal equipment),
một phần thực hiện chức năng truyền dữ liệu giữa DTE và các thiết bị ngoại vi,
vệ tinh được gọi là DCE (data circuit terminal equipment). Thiết bị đầu cuối
INM-C với đặc tính store and forward ( nhận lưu phát chuyển ) có thể giao tiếp
với bất kỳ mạng dữ liệu mặt đất nào hoặc với mạng thoại công cộng (PSTN)
mạng số đa dịch vụ (ISDN). Dữ liệu được chuyển tiếp giữa MES và LES với tốc
độ 600 bit/s (vệ tinh thế hệ 2) hoặc 300bit/s (vệ tinh thế hệ 1). Dữ liệu được "gói
hoá" trong những khung 8.64(s) tạo ra 10000 khung trong một ngày . Tốc độ dữ
liệu thấp cùng hệ thống kiểm soát lỗi hiệu quả cho phép ngay cả khi phading tín
hiệu vượt quá 1(s) hoặc thời gian truyền lớn hơn mức cho phép thì gói dữ liệu
thu cũng không bị mất . Các thiết bị INM-C tỏ ra thích hợp với các tàu xuồng
nhỏ vì kích thước hạn chế và chi phí cho thiết bị thấp trong khi vẫn có thể đáp
ứng được hầu hết các yêu cầu thông tin, tuy nhiên thì các tàu biển cỡ vừa hoặc
lớn vẫn có thể lựa chọn INM-C để đạt được hiệu quả kinh tế tối ưu, ngoài ra đặc
tính store and forward của thiết bị cho phép nâng cao tính chủ động của khai
15
thác viên và giảm bớt áp lực ở những tuyến thông tin lưu lượng lớn vào những
giờ cao điểm .
Các loại dịch vụ của INM-C
*Thông tin thông thường bằng telex
Dịch vụ này cung cấp một phương thức tin cậy để chuyển các văn bản hoặc
dữ liệu giữa thuê bao của mạng mặt đất và các đài di động cũng như giữa các đài
di động với nhau . Khi một đài MES phát bức điện của mình dưới dạng các gói
tin tới một đài LES, đài LES sẽ kết hợp lại các gói tin trước khi chuyển tiếp
chúng tới đích, thông tin tới thuê bao có thể bằng telex, fax, data hoặc email tuỳ
theo yêu cầu của MES. Để đảm bảo bức điện thu được toàn vẹn mỗi gói tin đều
được kiểm tra lỗi và yêu cầu phát lại khi có lỗi, chỉ khi bức điện được thu đầy đủ
và không có lỗi thì nó mới được chuyển tiếp tới đích.
*Gọi cấp cứu
Thuật ngữ "Gọi cấp cứu " bao hàm cả các cuộc báo động cấp cứu và các
bức điện với mức ưu tiên cấp cứu. Khi nhận được cuộc gọi báo động cấp cứu
LES phải ngay lập tức xác nhận và chuyển tiếp báo động tới RCC quốc tế hoặc
quốc gia. Nội dung báo động cấp cứu thường gồm vị trí và thời gian được cập
nhật sớm nhất của MES. Các bức điện với mức ưu tiên cấp cứu được chuyển
tiếp qua RCC với mức ưu tiên cao nhất, chỉ các đài di động hàng hải mới được
gửi các bức điện loại này còn các đài di động mặt đất thì chỉ được phép phát các
báo động cấp cứu.
*Gọi nhóm tăng cường EGC
Dịch vụ gọi nhóm tăng cường là dịch vụ phát thông tin quảng bá của hệ
thống INM-C. Các bức điện EGC được chuyển tới LES qua mạng mặt đất bằng
telex, email... sau đó LES sẽ tiến hành xử lý và chuyển tiếp bức điện tới NCS.
NCS sẽ xắp xếp thời gian phát bức điện EGC tới toàn bộ vùng biển mà nó phụ
trách trên kênh báo hiệu chung. Bức điện EGC có thể địa chỉ tới một đài tàu,
16
