Chuong 2 kỹ THUẬT TRẠM mặt đất và HUB

Chương 2

Hệ thống VSAT.

CHƯƠNG 2:

KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT VÀ HUB NHIỄU VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHI HOẠT ĐỘNG
2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG.
Một vệ tinh thông tin yêu cầu để cung cấp dịch vụ bên trong một vùng địa lý
trong thời gian sống của nó. Việc thiết kế được điều khiển bởi khả năng thông tin
của vệ tinh VSAT, môi trường vật lý mà nó hoạt động và yêu cầu công nghệ.
Thiết kế một vệ tinh VSAT bắt đầu với sự tổng hợp tất cả các yêu cầu kỹ
thuật của tàu vũ trụ, như EIRP và vùng phủ sóng. Còn đối với trạm mặt đất thì cần
có những chỉ tiêu kỹ thuật nào? Chương này với mô tả những xem xét chính yêu
cầu trong thiết kế trạm mặt đất VSAT (trạm từ xa và cả Hub) và mô tả đặc tính của
vài hệ thống của một trạm Hub của các khối thiết bị chính của nó, sự tối ưu hóa
cũng như những ràng buột kỹ thuật và giá.
2.2 VSAT - KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT.
2.2.1 Cấu trúc chung.
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
Bộ thu
TV tùy
chọn

Đến
các
DTE

Đến
TV
SET

Hình 2.1: Cấu hình tiêu biểu của một trạm VSAT
Ở đây các anten parabol có độ lệch nhỏ tương ứng với đường kính từ 1 ÷ 2m
được dùng rộng rãi. ODU (Out-Door Unit) khối ngoài VSAT chứa phần RF (chẳng
hạn như bộ LNC-bộ khếch đại nhiễu thấp đối với phần chuyển đổi tần xuống và bộ
16


Chương 2

Hệ thống VSAT.

HPC- bộ 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.
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
2.2.2 Anten trạm VSAT.
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 cần có một độ dự trữ cao hơn
tại vị trí gần rìa vùng phủ sóng của anten hoặc tại vùng có mưa lớn.
Cần chú ý đến sự tương thích với các hệ thống vệ tinh kế cận và các dịch vụ
vệ tinh kế cận khác. Như anten nhỏ có mặt phản xạ hình elip có khả năng cải thiện
đặc tính búp sóng phụ, phù hợp với việc tránh nhiễu cho các vệ tinh kế cận.

17


Chương 2

Hệ thống VSAT.

Kiểu anten parabol lệch tâm không cản trở sự phản xạ sóng thường được
dùng để khử các mức búp sóng phụ và cải thiện hiệu suất thu đối với các anten
đường kính nhỏ hơn.
2.2.3 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 như hình 2.3
Khếch đại trung tần phát

Tín
hiệu
trung
tần Bộ

ghép
kênh

Nguồn DC

HPA

An

ten

ALC
Tần số tham chiếu

OMT

LO OSC

Tín hiệu điều Khếch đại
khiển cảnh trung tần thu
báo

LNA

HPA : Bộ khếch đại công suất cao
LNA : Bộ khếch đại nhiễu thấp
OMT: Bộ chuyển đổi chế độ phân cực

Hình 2.3: Sơ đồ khối tiêu biểu của ODU
Khối ODU gồm cả mạch RF phát và thu trong đó chứa bộ khếch đại công
suất cao tần (HPA) và bộ khếch đại tạp âm thấp (LNA), các bộ chuyển đổi tần lên
tần xuống (D/C, U/C), bộ dao động nội (OSC) và bộ chuyển đổi chế độ phân cực
(OMT) cho phần tiếp sóng của anten. Trong một vài trường hợp, bộ điều chế PSK
cũng nằm trong ODU.
Tín hiệu trung tần phát (hoặc tín hiệu băng gốc trong trường hợp bộ điều chế
ở trong ODU), tín hiệu trung tần thu, tần số tham chuẩn, tín hiệu điều khiển cảnh
báo cũng như nguồn điện một chiều sẽ được cung cấp thông qua cáp IFL giữa ODU
và IDU. Mạch ghép kênh trong các cổng ODU và IDU sẽ được kết hợp và phân

18


Chương 2

Hệ thống VSAT.

chia các tín hiệu này để giảm bớt số lượng cáp. Tần số IF xung quanh 1-2Ghz
thường được truyền qua cáp IFL. Hệ số giới hạn chiều dài IFL thường là suy hao tín
hiệu IF qua cáp IFL.
Mạch phát bao gồm một bộ điều chế PSK (trong trường hợp nó ở trong
ODU), một bộ khếch đại IF, một bộ trộn (MIX), một bộ lọc thông dải, một bộ khếch
đại công suất và bộ lọc thông cao. Một tín hiệu IF điều chế PSK từ IDU (hoặc tạo ra
từ bộ điều chế trong ODU) sẽ được khếch đại và đổi tần lên cao tần. Sau đó nó được
khếch đại bởi một bộ công suất cao (HPA). Bộ IF này có thể chứa bộ suy giảm để
điều chỉnh và duy trì công suất ra dựa trên một mạch điều khiển mức ACL.
Trong một vài mô hình công suất được điều khiển bằng một tín hiệu điều
khiển từ IDU. Nhờ đó có thể điều khiển từ xa công suất ra từ một trạm mặt đất Hub,
hoặc có thể tự động tăng nó lên trong trường hợp có suy hao do mưa (tự động điều
khiển công suất đường lên).
Mạch thu bao gồm một bộ lọc bỏ tín hiệu phát, một bộ khếch đại nhiễu thấp
(LNA), một bộ trộn (MIX), một bộ lọc thông dải và một bộ khếch đại IF. Bộ lọc
loại bỏ tín hiệu phát được dùng để giảm thiểu mức tạp âm thu do sự phản hồi của
nhiễu tạo ra bởi bộ phát. Tín hiệu thu được khếch đại bởi LNA, được chuyển đổi tần
xuống sang tín hiệu IF bởi bộ trộn tín hiệu thu, được khếch đại bằng bộ khếch đại IF
và gởi đến IDU. Khi có sự cố xẩy ra trên ODU, một tín hiệu cảnh báo sẽ được gởi
đến IDU và sự truyền dẫn được dừng một cách tự động.
2.2.4 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. Nó có kích thước giống như kích thước của một máy tính cá

nhân. Ngoài ra, trong một số trường hợp mạch điều chế sẽ được chứa trong ODU
như đã đề cập phần trên.
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.
Đối với hoạt động thoại, các mạch mã hóa và giải mã thoại (Codec) sẽ được
cung cấp và chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự từ một đường truyền trên mặt đất
thành tín hiệu số cho việc truyền dẫn và ngược lại. Các mạch chuyển đổi báo hiệu
19


Chương 2

Hệ thống VSAT.

cũng được cung cấp để giải mã tín hiệu quay số và các tín hiệu giám sát đi cùng với
tín hiệu thoại để sau đó chuyển chúng đến bộ đa truy cập phân phối theo yêu cầu
DAMA tại trạm Hub trung tâm.
2.3 Kỹ thuật trạm mặt đất Hub.
2.3.1 Mô hình tổng quát của một trạm Hub.
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. Trong hầu
hết các ứng dụng, Hub có thể được kết nối qua một đường truyền trên mặt đất đến
một máy tính chủ.
Mô hình này tương ứng với mạng VSAT hình sao, hai chiều TDM/TDMA.
Trong trường hợp này trạm Hub truyền đi một hay nhiều sóng mang TDM tuyến ra
và nhận nhiều sóng mang TDMA tuyến vào với tốc độ bit thấp hơn.
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.

•

Trung tâm điều khiển mạng NNC và các bàn 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.

20


Chương 2

Hệ thống VSAT.

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.
2.3.2 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
đường truyền tuyến vào, tức là thông qua giá trị G/T cần thiết cho Hub. Thật ra cần
phải có một sự tính toán cân bằng trong mỗi trường hợp giữa các chi phí phải trả
hoặc cho mức EIRP ở 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. Nột 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 nghiên.
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

21


Chương 2

Hệ thống VSAT.

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

Thiết bị IF

UC

Các bộ điều
chế tuyến ra

HPA

Thiết bị băng tần
cơ sở ở Hub (HBE)

Đến máy chủ

Các kênh TDMA

Thiết bị RF

GIAO TIẾP IF

Các kênh TDM

xuyên điều chế của HPA.

TX-PCE

CSW
LIE

DC

Các bộ điều
chế tuyến vào

FEP)

RX-PCE
BUS

HUB

HPA

(Hoặc

Các thành
phần mặt
đất

Các đường
truyền mặt đất

Trạng thái thiết bị

HCI
BÀN ĐIỀU KHIỂN

NCC

Hình 2.6: Sơ đồ khối đơn giản hóa của một Hub.
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

22


Chương 2

Hệ thống VSAT.

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.
2.3.3 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.
Mỗi bộ điều chế TDM tuyến ra nói chung thường được kết hợp với một số
bộ giải điều chế TDMA tuyến vào bởi vì một số kênh tuyến vào thường được kết
hợp với một kênh tuyến ra.
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 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.
2.3.4 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 dẫnviễn 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.
23


Chương 2

Hệ thống VSAT.

2.3.4.1 Thiết bị điều khiển và xử lý 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 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.
2.3.4.2 Thiết bị điều khiển và xử lý 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.
2.3.4.3 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
24


Chương 2

Hệ thống VSAT.

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
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).
2.3.4.4 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.
2.4 Các loại nhiễu:
2.4.1 Giới thiệu:
25


Chương 2

Hệ thống VSAT.

Cơ sở lý thuyết nhiễu VSAT và hệ thống vô tuyến khác hoạt động cùng băng
tần cũng giống như cơ sở lý thuyết liên quan đến nhiễu của bất kỳ hệ thống dịch vụ
vệ tinh cố định nào khác. Vấn đề đặc biệt đối với hoạt động của VSAT chính là việc
chia sẽ tần số giữa các mạng vệ tinh cố định.
Ở một mạng hình sao điển hình, đường truyền VSAT đến Hub và từ Hub đến
VSAT là rất không công bằng về mặt công suất sóng mang. Đường truyền từ VSAT
đến Hub có mật độ công suất tương đối thấp, trong khi công suất từ Hub đến VSAT
có mật độ cao hơn. Lý do là kích thước anten của trạm VSAT nhỏ hơn của trạm Hub

nhiều. Vì vậy, các sóng mang đến VSAT (đường xuống) và từ VSAT (đường lên) tỏ
ra nhạy với nhiễu hơn so với các sóng mang tương ứng của Hub. Việc sử dụng
anten có kích thước nhỏ ở trạm VSAT làm nảy sinh những vấn đề về nhiễu rất đặc
biệt bới anten nhỏ có khả năng kháng nhiễu hạn chế.
* Phần này giới thiệu những vấn đề về nhiễu như sau:
• Môi trường gây nhiễu của các mạng VSAT.
• Các giới hạn cơ bản về kỹ thuật anten.
• Các phương pháp xác định và hạn chế nhiễu giữa các hệ thống FSS mà
trong đó các mạng VSAT sử dụng.
• Các vấn đề chia sẽ các sóng mang FSS.
2.4.2 Các nguồn gây nhiễu:
Các nguồn nhiễu chính cần phải quan tâm:
 Đường lên:
o

Các thành phần nhiễu xuyên điều chế tạo ra tại các trạm mặt đất cùng
truy cập vào một vệ tinh.

o

Các bức xạ giã tạo của các trạm mặt đất cùng truy cập vào một vệ
tinh.

o

Phát xạ lệch trục của các trạm mặt đất truy cập vào các vệ tinh kế
cận.

o

Các tín hiệu được truyền đến bộ phát đáp dùng cùng tần số được
phân cực vuông góc của cùng một vệ tinh.

26


Chương 2

Hệ thống VSAT.

Các tín hiệu từ các hệ thống VIBA mặt đất có cùng tần số.

o

 Đường xuống:
o

Các tín hiệu được truyền đi từ các vệ tinh kế cận.

o

Các tín hiệu được truyền đi trên bộ phát đáp dùng cùng tần số được
phân cực vuông góc.
Các phát xạ ngoài băng từ các bộ phát đáp kế cận trên cùng một vệ

o

tinh.
Các phát xạ giả tạo do bề mặt quả đất tạo ra và được anten trạm mặt

o

đất thu vào.
Các tín hiệu truyền từ các hệ thống VIBA có cùng tần số.

o

* Có hai loại nhiễu cơ bản:
a) Nhiễu dạng tạp âm: đối với loại này, mật độ phổ công suất tín hiệu
nhiễu có thể được hệ thức hóa với các quá trình thống kê có tính cố định hay lặp
đi lặp lại.
b) Nhiễu không phải dạng tạp âm: nó liên quan đến các tín hiệu không
có mật độ phổ công suất cố định hay lặp đi lặp lại, ví dụ tín hiệu FM/TV. Trong
trường hợp nhiễu dạng tạp âm, các tác nhân có thể được đánh giá bằng cách nhận
biết công suất trung bình rơi vào băng tần thu mong muốn. Còn đối với nhiễu
không phải dạng tạp âm cần phải có các phương pháp phức tạp thì mới đánh giá
được các tác nhân nhiễu. Các mẫu bảo vệ đặc biệt đang được phát triển ở trường
hợp tín hiệu FM/TV để tránh ảnh hưởng đến các sóng mang khác.
Cần chú ý rằng sự phân loại nhiễu chỉ có tính tương đối, nó còn phụ thuộc
vào phương thức điều chế và mã hoá tín hiệu mong muốn.
2.4.3 Các đặc tính của anten có ảnh hưởng đến nhiễu.
2.4.3.1 Các đặc điểm của anten VSAT.
FSS (mạng vệ tinh cố định) đã đạt được một hiệu quả hoạt động rất cao nhờ
vào sự sử dụng các anten ở trạm mặt đất có khả năng kháng nhiễu rất đáng kể. Ở
đây phạm vi kháng nhiễu được định nghĩa là tỉ số giữa độ lợi búp sóng chính của
anten và búp sóng phụ của nó. Kết quả là có thể di trì một sự phân cách tương đối

27

Chương 2

Hệ thống VSAT.

nhỏ giữa các vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh mà không xẩy ra mức nhiễu quá lớn
giữa các hệ thống vệ tinh. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vùng dịch vụ
chồng lấn lên nhau hoặc gần sát nhau, dẫn đến sự phân biệt của anten trên vệ tinh
là không rỏ ràng hoặc rất hạn chế. Trong những trường hợp này, phương thức chủ
yếu để tránh nhiễu đều nhờ vào đặc tính kháng nhiễu của các anten trạm mặt đất.
Hai đặc tính quan trọng nhất của anten liên quan đến khả năng kháng nhiễu:
 Kích thước anten, trong đó đối với một tần số hoạt động cho trước thì độ
lợi là một hàm của kích thước góc mở.
 Độ lợi búp sóng phụ là hàm rất phức tạp của nhiều thông số thiết kế.
Theo qui định, các trạm VSAT sử dụng các anten nhỏ và có độ lợi trục giới
hạn. Chính điều này làm hạn chế khả năng kháng nhiễu của anten. Vì vậy các quá
trình phát triển công nghệ VSAT đã chú trọng vào việc giảm độ lợi của búp sóng
phụ.
Đường kính của anten trạm mặt đất thường nằm trong khoảng 1 ÷ 3m đối với
băng tần hoạt động 14/11-12 Ghz. Các anten có kích thước nhỏ hơn cũng đã được
sử dụng trong một số ứng dụng đặc biệt trong đó sử dụng kỹ thuật điều chế sóng
mang trải phổ. Tuy nhiên các ứng dụng này không được phổ biến lắm trong hệ
thống FSS vì chúng yêu cầu băng tần rộng hơn cho một sóng mang với một dữ liệu
nhất định. Ngoài ra do độ rộng của búp sóng chính tương đối lớn ở các anten kích
thước nhỏ, cho nên chúng có xu hướng gây nhiễu cho các vệ tinh kế cận trên quỹ
đạo địa tĩnh GEO trên một khoảng quỹ đạo rộng hơn so với các mạng sử dụng các
anten lớn hơn. Đây là một vấn đề rất phức tạp, ở đây ta chỉ chú trọng xem xét các
nhiễu có liên quan đến các sóng mang VSAT điển hình.
2.4.3.2 Độ phân cách của anten:
Để giải quyết các vấn đề về môi trường nhiễu các hệ thống VSAT cần xác
định các giới hạn về độ phân cách anten VSAT

Trong vài trường hợp, các gía trị có độ phân cách kém hơn có thể kém chất
lượng hơn so với dự đoán. Bởi vì anten nhỏ hơn sẽ có các góc mở búp sóng chính
lớn hơn và sẽ chồng lấn sang vệ tinh kế cận trên quỷ đạo. Ví dụ một anten có đường
kính 1m, hoạt động ở băng tần 12Mhz, có D/λ=40, nó tương đương với yêu cầu về
28


Chương 2

Hệ thống VSAT.

độ phân cách vệ tinh xấp xỉ 2,5 o (1/2 góc mở búp sóng chính) để tránh trường hợp
búp sóng chính của các anten VSAT chồng lấn lên các thông tin kế cận.
2.4.4 Các yêu cầu về chia sẽ tần số và mức ngưỡng nhiễu.
2.4.4.1 Tiêu chuẩn nhiễu trong mạng VSAT.
Nội dung thảo luận về việc chia sẽ tần số giữa các mạng FSS và về các
ngưỡng nhiễu khiến nghị cho các dịch vụ FSS khác. Một phương pháp khác để xác
định các giới hạn nhiễu giữa các mạng vệ tinh kế cận chính là sự thiết lập các tỉ số
sóng mang trên nhiễu (C/N) tối thiểu cho các kiểu dịch vụ FSS khác nhau. Tiêu chí
này được xác định cho trường hợp các hoạt động của FSS trong các khoảng cách
phân cách không gian vệ tinh tương đối gần trên quỷ đạo địa tĩnh.
Đối với tín hiệu hai pha không có mã sửa lỗi (độ rộng băng tần sóng mang
bằng với tốc độ bit) thì thông số C/N tương đương là 20dB. Việc trải phổ băng tần
sóng mang bằng cách mã hoá sửa lỗi hay bằng các phương pháp khác đều làm giảm
bớt đitương ứng thông số C/N theo yêu cầu. Ngược lại bất kỳ sự thu hẹp băng tần
sóng mang đều, chẳng hạn như mã hoá pha cầu phương, sẽ làm tăng tương ứng
thông số (C/N) theo yêu cầu.
Cần phải chú ý rằng đây chỉ là những tỉ số bảo vệ đối với một hướng nhiễu.
Thực tế, đối với hầu hết môi trường FSS đồng nhất (cùng tần số, cùng cực tính,
cùng vùng bao phủ), nhiễu tổng cộng đến từ tất cả các vệ tinh kế cận trong quỹ đạo

địa tĩnh là xấp xỉ 2,5 lần (hoặc lớn hơn 4dB) so với nhiễu đến từ một hướng. Hơn
nữa, yêu cầu về (C/N) của một hướng nhiễu đơn có thể ứng dụng cho các giá trị kết
hợp giữa đường lên và đường xuống trong bất kỳ quá trình tính toán đường truyền
FSS nào.
So với quá trình phân tích tính toán đường truyền đơn giản chỉ theo tạp âm
nhiệt thì việc tính toán đường truyền vệ tinh cần quan tâm thêm:
 Nhiễu đến từ các hệ thống khác có thể lớn hơn tạp âm nhiệt. Nhiễu có
thể đến từ:
 Các phát xạ lệch trục của một trạm đang làm việc với một vệ tinh
kế cận (trong trường hợp đường lên) hay của một vệ tinh đang làm
việc với một trạm mặt đất kế cận (trong trường hợp đường xuống).
29


Chương 2

Hệ thống VSAT.

 Nhiễu do phát xạ phân cực vuông góc (sự phân cách hạn chế, đối
với cả đường lên lẫn đường xuống).
 Nhiễu có cùng sự phân cực từ các thành phần nhiễu xuyên điều chế
của các trạm mặt đất khác hoặc sự tăng trưởng trở lại của phổ
(đường lên).
 Nhiễu xuyên điều chế ở bộ phát đáp
2.4.4.2 Các kỹ thuật hạn chế nhiễu.
Có nhiều yếu tố khác nhau để có thể góp phần làm giảm nhiễu trong mạng
VSAT, phổ biến nhất là:
 Dùng các phương pháp tách kênh để các tần số trung tâm của các sóng
mang trong các hệ thống vệ tinh kế cận không trùng nhau.
 Ứng dụng kỹ thuật phân cực vuông góc.

 Ứng dụng kỹ thuật mã hoá để giảm độ nhạy nhiễu ở đầu máy thu.
Tuy nhiên trong một số trường hợp, các nguồn nhiễu đến từ các sóng mang
có cùng tần số với các mật độ phân bố công suất tương đối cao. Xấu nhất là ảnh
hưởng tín hiệu nhiễu từ FM/TV tương tự vào các tín hiệu số băng hẹp. Các đề án
khảo sát mở rộng đang được tiến hành để đo các ảnh hưởng của nhiễu giữa hai sóng
mang này và để xác định độ lệch cần thiết để giới hạn nhiễu đến mức cho phép.
Tiêu chuẩn này dựa trên cơ sở hướng đến đạt được chỉ số BER thích hợp. Các bảng
mẫu biểu được xây dựng nhằm giúp các nhà hoạch định tần số, những người thiết
kế hệ thống. Một giải pháp hợp lý hơn là sử dụng sự sắp xếp phân đoạn, các sóng
mang mật độ cao được đặt tại một điểm cuối của dải phổ FSS và sóng mang mật độ
thấp được đặt tại một điểm cuối khác để tránh dùng chung bởi các hệ thống không
tương thích này.
2.5 Kết luận chương.
Theo một số thông tin về hệ thống thông tin vệ tinh muốn có một vệ tinh đủ
lớn để đáp ứng được tất cả các nhu cầu hiện tại của các ngành trong nước và cho
thuê cũng như các nhu cầu trong tương lai. Tuy nhiên nó gây ra cho chúng ta nhiều
khó khăn mà chúng ta cân nhắc khi muốn thực hiện.

30


Chương 2

Hệ thống VSAT.

Thông thường khi bắt tay vào làm một dự án thông tin vệ tinh VSAT người
ta phải xét đến hiệu quả kinh tế đầu tiên. Dựa trên dự báo nhu cầu người sử dụng và
khu vục về thông tin vệ tinh người ta xác định được các tham số của vệ tinh như số
lượng luồng (phát đáp) trong từng dải tần, vùng phủ sóng, tham số trạm mặt đất để
thiết kế trạm mặt đất (cả Hub lẫn tạm từ xa) cho phù hợp với yêu cầu.

Để thực hiện được điều đó ta phải biết vận dụng các công nghệ, có cái nhìn
tổng thể về cấu trúc cụ thể của từng loại, mô hình trạm Hub và của các khối thiết bị
chính của nó.

31