Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sau

!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
1


SVTH: Vũ Văn Trực
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
Từ đầy đủ Ý nghĩa
3DES
Triple Data Encryption
Standard
Thuật tốn mật mã 3DES
AD
Analog to Digital Chuyển đổi tương tự sang số
ADSL
Asymmetric Digital
Subscriber Line
Cơng nghệ truy nhập đường
dây th bao số bất đối xứng
AES
Advanced Encryption
Standard
Chuẩn mật mã cao cấp
AH
Authentication Header Giao thức tiêu đề xác thực
API

Application Programming
Interface
Giao diện chương trình ứng
dụng
ATM
Asynchronous Tranfer Mode
Cơng nghệ truyền tải khơng
đồng bộ
ARIN
American Registry for Internet
Number
Tiêu chuẩn Mỹ cho địa chỉ
Internet
BGP
Border Gateway Protocol
Giao thức định tuyến cổng
miền
BICC
Bearer Independent Call
Control Protocol
Giao thức điều khiển cuộc gọi
độc lập với kênh mang
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ tích hơp
B-ISDN
Broadband Integrated Services
Digital Network
Mạng số đa dịch vụ tích hợp

băng rộng
CA
Certificate Authority Nhà phân phối chứng thực số
CCP
Compression Control Protocol Giao thức điều khiển nén
CIR
Committed Information Rate Tốc độ thơng tin cam kết
CHAP
Challenge Handshake Giao thức xác thực bắt tay
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
2


SVTH: Vũ Văn Trực
Authentication Protocol. thách thức
CR
Cell Relay Cơng nghệ chuyển tiếp tế bào
CSU
Channel Service Unit Đơn vị dịch vụ kênh
DCE
Data Communication
Equipment
Thiết bị truyền thơng dữ liệu
DES
Data Encryption Standard Thuật tốn mật mã DES
DHCP

Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình host động
DNS
Domain Name System hệ thống tên miền
DSL
Digital Subcriber Line Đường dây th bao số
DSP
Digital Signal Processors Bộ xử lý tín hiệu số
DSU
Data Service Unit Đơn vị dịch vụ dữ liệu
EAP
Extensible Authentication
Protocol
Giao thức xác thực mở rộng
ESP
Encapsulating Security
Payload
Giao thức tải trọng bảo mật
đóng gói
FCS
Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung
FTP
File Tranfer Protocol Giao thức truyền tệp
FR
Frame Relay Chuyển tiếp khung dữ liệu
GVPNS
Global VPN Service Dịch vụ VPN tồn cầu
GRE
Generic Routing

Encapsulation
Đóng gói định tuyến chung
HTTP
Hypertext Tranfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản
ICMP
Internet Control Message
Protocol
Giao thức bản tin điều khiển
Internet
ICV
Integrity Check Value Giá trị kiểm tra tính tồn vẹn
IETF
Internet Engineering Task
Force
Cơ quan chuẩn Internet
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
3


SVTH: Vũ Văn Trực
IKE
Internet Key Exchange Giao thức trao đổi khố Internet
IGP
Interior Gateway Protocol
Giao thức định tuyến trong
miền

IN
Intelligent Network Mạng thơng minh
IP
Internet Protocol Giao thức Internet
IP-Sec
Internet Protocol Security Giao thức an ninh Internet
ISAKMP
Internet Security Asociasion
and Key Management
Protocol
Giao thức quản lý khố và kết
hợp an ninh Internet
ISDN
Integrated Service Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ
ISO
International Standard
Organization
Tổ chức chuẩn quốc tế
ISP
Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet
L2F
Layer 2 Forwarding Giao thức chuyển tiếp lớp 2
L2TP
Layer 2 Tunneling Protocol Giao thức đường ngầm lớp 2
LAC
L2TP Access Concentrator Bộ tập trung truy cập L2TP
LAN
Local Area Network Mạng cục bộ

LCP
Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên kết
LNS
L2TP Network Server Máy chủ mạng L2TP
MAC
Message Authentication Code Mã xác thực bản tin
MD5
Message Digest 5 Thuật tốn MD5
MG
Media Gateway Cổng kết nối phương tiện
MGC
Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển truy nhập
MGCP
Media Gateway Control
Protocol
Giao thức điều khiển cổng kết
nối phương tiện
MIB
Management Information
Base
Cơ sở dữ liệu thơng tin quản lý
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
4


SVTH: Vũ Văn Trực

MPLS
Multi Protocol Laber
Switching
Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn
MPPE
Microsoft Point-to-Point
Encryption
Mã hố điểm-điểm của
Microsoft
MTU
Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tải lớn nhất
NAS
Network Access Server Máy chủ truy nhập mạng
NAT
Network Address Translation Biên dịch địa chỉ mạng
NCP
Network Control Protocol Giao thức điều khiển mạng
NDIS
Network Driver Interface
Specification
Xác định giao diện mạng
NFS
Network File System Hệ thống tệp mạng
NGN
Next Generation Network Mạng thế hệ sau
NSA
National Security Agency Cơ quan an ninh quốc gia Mỹ
PAP
Passwork Authentication

Protocol
Giao thức xác thực mật khẩu.
PDU
Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PKI
Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khố cơng khai
POP
Point of presence Điểm truy cập truyền thống.
PPP
Point to Point Protocol Giao thức điểm tới điểm
PPTP
Point to Point Tunneling
Protocol
Giao thức đường ngầm điểm tới
điểm
PVC
Permanrnent Virtual Circuit Mạng ảo cố định
QoS
Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RAS
Remote Access Service Dịch vụ truy nhập từ xa
RADIUS
Remote Authentication Dial-
In User Service
Dịch vụ xác thực người dùng
quay số từ xa
RRAS
Routing and Remote Access
Server
Máy chủ truy cập định hướng

và truy cập từ xa.
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
5


SVTH: Vũ Văn Trực
RTP
Real-time Tranport Protocol
Giao thức truyền tải thời gian
thực
SA
Securty Association Kết hợp an ninh
SAD
Security Association Database Cơ sở dữ liệu kết hợp an ninh
SDH
Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ
SG
Signling Gateway Cổng kết nối báo hiệu
SIG
Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên
SNMP
Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lý mạng đơn
giản
SMTP

Simple Mail Tranfer Protocol Giao thức truyền thư đơn giản
SONET
Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SPD
Security Policy Database
Cơ sở dữ liệu chính sách an
ninh
SPI
Sercurity Parameter Index Chỉ số thơng số an ninh
SVC
Switched Virtual Circuit Mạch ảo chuyển mạch
TACACS
Terminal Access Control
System
Hệ thống điều khiển truy nhập
đầu cuối
TCP
Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền
thơng
TE
Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối
UNI
User Network Interface Giao diện mạng người sử dụng
UDP
User Datagram Protocol
Giao thức gói dữ liệu người
dùng
VC
Virtual Circuit Kênh ảo

VCI
Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo
VNS
Virtual Network Service Dịch vụ mạng ảo
VPI
Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
6


SVTH: Vũ Văn Trực
VPN
Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WAN
Wide Area Network Mạng diện rộng

LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học-cơng nghệ thì nhu cầu
trao đổi dữ liệu và các dịch vụ tiện ích của con người cũng tăng theo. Các phương
thức truyền dẫn hiện nay như là ADSL, leased-line, Frame-Relay… tuy đã phần nào
đáp ứng được nhu cầu đó nhưng hạn chế của mạng này là tính di động khơng cao và
triển khai ở những nơi địa hình phức tạp vẫn còn là một trở ng
ại lớn. Và mạng vệ tinh
thực sự là một giải pháp tối ưu giải quyết được cả 2 vấn đề trên với việc cung cấp
mạng băng rộng thế hệ mới cung cấp đa dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối với nền IP

tốc độ cao, với các dịch vụ được cung cấp trực tiếp đến khách hàng qua vệ tinh tránh
được xảy ra t
ắc nghẽn đường truyền làm giảm tốc độ kết nối chi phí ,ko mắc hơn các
dịch vụ truyền thống q nhiều , vệ tinh trong tương lai khơng chỉ hướng tới hoạt
động cơng ích mà là cung cấp dịch vụ cho khách hàng vùng sâu vùng xa khó khăn về
địa hình, với những ưu thế trên thì vệ tinh ngày càng được triền khai rộng rãi trên
tồn thế giới ,một trong những cơng nghệ hiện nay đang được sử dụng khá phổ biến
đ
ó là truyền thơng IP qua mạng vệ tinh.
Với đồ án “liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sau” em hi vọng sẽ
góp phần làm rõ những đặc điểm chính về cơng nghệ đang được ứng dụng rộng rãi
này.
Nội dung đồ án gồm 6 chương:
─ Chương 1: Lịch sử phát triển của vệ tinh. giới thiệu sơ lược về lịch sử
phát triển của dịch v
ụ vệ tinh, ứng dụng của dịch vụ vệ tinh cũng như
các định nghĩa của ITU-R về các dịch vụ mạng.
─ Chương 2:Mạng vệ tinh và các đặc điểm. giới thiệu về mạng vệ tinh
như phần khơng gian của vệ tinh, trạm mặt đất, quỹ đạo, dải tần cũng
như các đặc điểm của mạng vệ tinh.
─
Chương 3:Khái niệm mạng và quỹ đạo vệ tinh trong chương này ta tìm
hiểu về quỹ đạo, tham số quỹ đạo, đặc điểm liên kết vệ tinh các phương
thức điều chế cũng như kỹ thuật đa truy nhập trong vệ tinh.
─ Chương 4: Liên kết mạng vệ tinh với mạng trái đất. các thành phần và
kết nối mạng, báo hiệu , lưu lượng, chuyển tiế
p, truy nhập mạng. mạng
điện thoại kỹ thuật số, mạng số tích hợp đa dịch vụ qua vệ tinh sẽ được
trình bày ở chương 4.
─ Chương 5: Giao thức internet (IP) qua vệ tinh. Trong chương này ta sẽ

tìm hiểu về việc đóng gói IP, nối mạng vệ tinh IP, phát đa điểm IP qua
mạng vệ tinh.
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
7


SVTH: Vũ Văn Trực
─ Chương 6: Bảo mật. Một vấn đề chính trong tất cả các mạng đó là vấn
đề bảo mật, do đó trong chương này ta sẽ tìm hiểu về các giao thức
cũng như cách thức bảo mật trong mạng vệ tinh.
Mặc dù đã cố gắng trong khi làm đồ án nhưng với khả năng và kiến thức còn
hạn chế do đó khơng thể tránh khỏi những sai sót, em mong nhận được sự góp ý sử
a
chữa của các thầy cơ và các bạn
Em xin cảm ơn các thầy cơ trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải đã dạy
bảo và truyền cho chúng em những kiến thức q báu trong suốt 5 năm qua. đặc biệt
em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Trường Sơn và các thầy cơ trong liên bộ mơn
Điện-Điện tử đã tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án này.

TP.HCM Tháng 12 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Vũ Văn Trực

!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
8


SVTH: Vũ Văn Trực

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU

1.1. Lịch sử phát triển của vệ tinh
Vệ tinh đã có mối liên hệ chặt chẽ với viễn thơng và truyền hình ngay từ khi nó
mới hình thành, nhưng chỉ vài người chú ý điều này. Ngày nay,vệ tinh truyền những
chương trình truyền hình trực tiếp tới từng nhà và cho phép chúng ta truyền những tin
nhắn và truy cập Internet. Sau đây sẽ cho ta một tổng quan nhanh lịch sử của vệ
tinh.
1.1.1. Sự khởi đầu c
ủa kỉ ngun vệ tinh và khơng gian
Cơng nghệ vệ tinh đã tiến bộ một cách đáng kể từ khi vệ tinh nhân tạo đầu tiên
Sputnick được phóng lên bởi Liên Xơ vào 4/10/1957 và Courier-1B được thí nghiệm
đầu tiên tại Mỹ vào Tháng tám 1960.

Hợp tác quốc tế đầu tiên để nghiên cứu vệ tinh cho dịch vụ truyền hình và ghép
kênh thoại được đánh dấu bởi thí nghiệm truyền thơng ở bên kia bờ Đại tây dương
giữa Mỹ, Nước Pháp, Đức và Vươ
ng quốc Anh vào 1962
1.1.2. Truyền thơng vệ tinh đầu tiên: TV và điện thoại
Tổ chức Intelsat được thành lập ban đầu với 19 quốc gia và các bên đã ký kết
ban đầu vào Tháng tám 1964. Việc giới thiệu
REARLY

BIRD

(Intelsat-1)
đánh dấu
vệ tinh thơng tin địa tĩnh thương mại đầu tiên. Nó cung cấp 240 mạch điện thoại và
một kênh Ti vi giữa Mỹ, Nước Pháp, Đức và Vương quốc Anh trong Tháng tư 1965.
Vào 1967, vệ tinh Intelsat- II cung cấp dịch vụ tương ứng qua Đại tây dương và
những vùng Thái Bình Dương. Từ 1968 đến 1970, Intelsat- III đạt được hoạt động
tồn thế giới với 1500 mạch điện thoại và bốn kênh Ti vi. Lần đầu tiên vệ
tinh
IntelsatIV cung cấp 4000 mạch điện thoại và hai kênh Ti vi trong Tháng giêng 1971
và Intelsat- IVa cung cấp 20 bộ phát-đáp (của) 6000 mạch và hai kênh Ti vi với việc
sử dụng phân tách chùm tia để sử dụng lại tần số
1.1.3. Sự phát triển của truyền dẫn vệ tinh số
Vào năm 1981, lần đầu tiên vệ tinh Intelsat V đạt được dung lượng 12000 mạch
với hoạt động FDMA và TDMA, bộ phát-đáp băng rộng 6/4 GHz và 14/11 GHz, và
sử dụng lại tầ
n số bằng cách tách ra chùm tia và phân cực kép. Vào năm 1989, Vệ
tinh Intelsat VI cung cấp chuyển mạch TDMA trong vệ tinh lên đến 120000 mạch.
Vào năm 1998, Intelsat VII, VIIa và vệ tinh Intelsat VIII được phóng. Vào 2000, vệ
tinh Intelsat- IX đạt được 160000 mạch

1.1.4. Sự phát triển của truyền hình kỹ thuật số qua vệ tinh(Direct To Home-DTH)
Trong năm 1999 lần đầu tiên Vệ tinh K-Ti vi cung cấp 30 bộ phát đáp 14/ 11-
12 GHz cho 210 chương trình truyền hình có khả năng truyền hình trực tiếp đến từng
hộ dân và dịch vụ VSAT.
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
9


SVTH: Vũ Văn Trực
1.1.5. Sự phát triển của truyền thơng vệ tinh biển
Trong Tháng sáu 1979, tổ chức Vệ tinh Biển Quốc tế (Inmarsat) đã được thiết
lập để cung cấp thơng tin vệ tinh Biển tồn cầu với 26 bên ký kết ban đầu. Nó mở ra
đặc tính di động của thơng tin vệ tinh.
1.1.6. Thơng tin vệ tinh trong vùng và trong nước
Tại cấp độ khu vực,tổ chức viễn thơng vệ tinh Châu Âu(Eutelsat) được thành
lập với 17 quốc gia và được kí kết vào tháng 6/1977.Nhiề
u nước cũng phát triển hệ
thống truyền thơng vệ tinh nội địa của riêng mình, bao gồm Mỹ, Liên Xơ, Canada,
Nước Pháp, Đức, Vương quốc Anh, Nhật bản, Trung quốc và một số nước khác
1.1.7. Mạng vệ tinh băng thơng rộng và mạng di động
Kể từ năm 1990, những phát triển quan trọng đã được thực hiện trên những
mạng băng thơng bao gồm kỹ thuật chuyển mạch trong vệ
tinh. Những vệ tinh khơng
địa tĩnh khác nhau đã được phát triển cho dịch vụ vệ tinh di động (MSSs) và dịch vụ
vệ tinh băng thơng rộng cố định (FSSs)
1.1.8. Internet qua mạng vệ tinh

Từ cuối những năm 1990 và đầu thế kỷ 20, chúng ta đã thấy một sự gia tăng 1
cách kịch tính trong lưu lượng Internet qua truyền thơng mạng. Mạng Vệ tinh đã
được sử dụng để truyền dẫn lưu l
ượng Internet tới điện thoại và truyền hình cho truy
cập và chuyển tiếp mạng.và điều này mang lại những cơ hội lớn cũng như những
thách thức tới nền cơng nghiệp vệ tinh.
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
10


SVTH: Vũ Văn Trực
1.2. Các ứng dụng và các dịch vụ mạng vệ tinh

Hình1.1 các ứng dụng và dịch vụ của mạng vệ tinh
Vệ tinh nhân tạo hay còn được gọi là các ngơi sao do con người chế tạo ra trên
bầu trời, và đơi khi thường bị nhầm với những ngơi sao thật. Đối với nhiều người thì
nó đầy bí ẩn. Những nhà khoa học và kỹ sư thì lại hay ví von, thường gọi chúng là
các con chim hay tương tự chim, các vệ tinh có thể tới những nơi rất xa mà các sinh
vật khơng tồn tại
ở đó. Chúng có thể quan sát trái đất từ bầu trời, chúng giúp chúng ta
tìm thấy đường trên khắp thế giới, mang đến cho chúng ta các cuộc điện thoại,
emails, duyệt web ,chuyển tiếp các chương trình tivi qua bầu trời. Thật sự độ cao của
vệ tinh xa bên ngồi khả năng của bất kỳ lồi chim thật nào. Khi những vệ tinh được
sử dụng cho nối mạng, độ cao của nó cho phép thực hiện một vai trò duy nhất trong
cơ s
ở hạ tầng mạng tồn cầu (GNI). Nối mạng vệ tinh là 1 lĩnh vực mở rộng ,và đã

phát triển một cách có ý nghĩa từ lần đầu tiên ra đời của hệ thống thơng tin vệ tinh,
từ dịch vụ phát quảng bá điện thoại và truyền hình truyền thống tới mạng internet và
băng thơng rộng hiện đại và truyền quảng bá vệ tinh số. Nhiều tiến bộ kỹ thuật trong
vùng nối mạng dựa trên nối mạng vệ tinh. Với việc u cầu gia tăng băng thơng và
sự di động tới chân trời thì vệ tinh là một lựa chọn hợp lý để cung cấp dải thơng lớn
hơn với phạm vi tồn cầu ,bên ngồi mạng quả đất, và hứa hẹn 1 buổi trình diễn ấn
tượng trong tương lai. Với sự phát triển của kỹ thuật nối mạng, mạng vệ tinh đ
ang
trở nên ngày càng tích hợp vào trong GNI . Vì vậy, những mạng trái đất và những
giao thức làm việc với Internet là một phần quan trọng của nối mạng vệ tinh. Mục
đích cuối cùng của nối mạng vệ tinh là cung cấp những dịch vụ và những ứng
dụng.cung cấp những dịch vụ đầu cuối người sử dụng và các ứng dụng trực tiếp đến
người sử dụng. M
ạng Cung cấp dịch vụ truyền tải để mang thơng tin giữa những
người dùng với một khoảng cách nhất định. Hình 1.1 minh họa một cấu hình mạng
vệ tinh tiêu biểu gồm có những mạng trái đất, những vệ tinh với một mối liên kết liên
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
11


SVTH: Vũ Văn Trực
vệ tinh (ISL), những trạm mặt đất cố định, những trạm mặt đất di động, những thiết
bị đầu cuối xách tay và cầm tay, và những thiết bị đầu cuối người dùng kết nối tới vệ
tinh 1 cách trực tiếp hay thơng qua những mạng trái đất.
1.2.1. Vai trò mạng vệ tinh
Trong mạng trái đất, các nút và mối liên kết được cần đạt đến những khoảng

cách xa và những vùng bao phủ
rộng. Chúng được tổ chức để đạt được sự bảo trì và
vận hành mạng 1 cách kinh tế. Bản chất của vệ tinh đã làm cho chúng trở nên về
khác nhau về căn bản với những mạng trái đất dưới dạng những khoảng cách, chia sẻ
tài ngun băng thơng, kỹ thuật truyền dẫn, thiết kế, sự phát triển và hoạt động, và
những chi phí và nhu cầu của những người sử d
ụng.
Về chức năng, mạng vệ tinh có thể cung cấp kết nối trực tiếp giữa đầu cuối
người dùng, kết nối cho những thiết bị đầu cuối để truy nhập vào mạng trái đất và
những kết nối giữa các mạng trái đất. đầu cuối người dùng cung cấp cung cấp những
dịch vụ và ứng dụng tới mọi người thường độc lậ
p từ mạng vệ tinh ví dụ cùng một
thiết bị đầu cuối có thể dùng để truy nhập mạng vệ tinh cũng như truy cập mạng trái
đất
Những thiết bị đầu cuối vệ tinh, cũng được gọi là trạm mặt đất, và là phạm vi
trái đất của mạng vệ tinh, cung cấp những điểm truy nhập tới mạng vệ tinh cho đầu
cuối người dùng thơng qua trạm m
ặt đất người dùng(USE) Và cho những mạng trái
đất qua trạm cổng trái đất(GES). Vệ tinh là hạt nhân của mạng vệ tinh và trung tâm
của các mạng dưới dạng cả những chức năng lẫn những kết nối vật lý . Hình 1.2
minh họa mối quan hệ giữa đầu cuối người dùng, mạng mặt đất và mạng vệ tinh
Điển hình,mạng vệ tinh gồm có các vệ tinh liên kết vài GES lớn và nhiều UES
nhỏ. Nh
ững GES nhỏ được sử dụng để truy nhập trực tiếp bởi đầu cuối người dùng
và GES lớn dùng cho kết nối mạng trái đất . Những vệ tinh UES và GES được định
nghĩa là ranh giới của mạng vệ tinh., Đối với đầu cuối xách tay và di động, chức năng
đầu cuối người dùng và vệ tinh USE được tích hợp trong cùng 1 đơn vị, nhưng đối
với đầu cuối xách tay anten của chúng có thể phân bi
ệt được.
Vai trò quan trọng nhất của mạng vệ tinh là cung cấp sự truy nhập bởi đầu cuối

người dùng và liên kết tới mạng trái đất mà các ứng dụng và dịch vụ cung cấp bởi
mạng trái đất là điện thoại, truyền hình ,truy cập băng thơng rộng và kết nối internet
có thể mở rộng đến những nơi mà cáp và sóng mặt đất khơng thể lắp đặt và bảo trì.
Thêm vào đó, m
ạng vệ tinh cũng mang đến các dịch vụ và ứng dụng cho các
tàu bè, máy bay,xe cộ, khơng gian và những nơi ngồi tầm của mạng mặt đất những
vệ tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong qn đội, khí tượng thủy văn hệ thống
định vị tồn cầu(GPS), quan sát mơi trường, dịch vụ truyền thơng tin và những dữ
liệu riêng tư và sự phát triển trong tương lai của các úng dụng và dịch vụ mới cho
phạm vi tồn cầu chẳ
ng hạn mạng băng thơng rộng, thế hệ mới của mạng di động và
dịch vụ phát quảng bá số trên tồn thế giới.
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
12


SVTH: Vũ Văn Trực

Hình 1.2 Mối quan hệ chức năng đầu cuối người dùng,mạng vệ tinh và mạng mặt
đất
1.2.2. Phần mềm và phần cứng mạng
Dưới dạng xử lý,đầu cuối người dùng bao gồm phần mềm và phần cứng mạng
và các phần mềm ứng dụng. phần mềm và phần cứng mạng cung cấp các chức năng
và cơ chế để truyền gửi thơng tin trong 1 khn dạ
ng đúng và sử dụng đúng các giao
thức tại điểm truy nhập mạng tương ứng, chúng cũng có thể nhận các thơng tin từ

điểm truy nhập. Phần cứng Mạng cung cấp những sự truyền tín hiệu sử dụng có hiệu
quả và chi phí thấp tài ngun băng thơng và những kỹ thuật truyền. Dĩ nhiên , một
liên kết vơ tuyến thường được làm để liên kết đầu cuối người sử
dụng còn cáp quang
dung lượng lớn được dùng để liên kết với trục chính.
Với sự tiến bộ của xử lý tín hiệu số (DSP), việc sử dụng phần cứng truyền
thống đang được càng ngày càng thay thế bởi phần mềm để tăng tính linh hoạt của
cấu hình lại, từ đây giảm bớt những chi phí. Bởi vậy tỉ lệ của sự thực hiện càng ngày
càng cao trong phần mềm và ít trong phần cứng. Nhiều sự thực hiện phần cứng lần
đầu tiên được thực hiện và mơ phỏng trong phần mềm, Phần cứng là nền tảng của bất
kỳ việc thực hiện hệ thống nào.
Chẳng hạn, những hệ thống điện thoại truyền thống chủ yếu là phần cứng; và
những hệ thống điệ
n thoại hiện đại và những mạng dữ liệu ,máy tính và Internet hiện
chủ yếu là phần mềm
1.2.3. Giao diện mạng vệ tinh
Điển hình,mạng vệ tinh có hai kiểu giao diện ngồi: một giữa vệ tinh USE và
đầu cuối người dùng; và mặt khác là giữa vệ tinh GES và mạng trái đất. Hiện tại, có
ba kiểu giao diện: giữa UES và hệ thống trọng tải tối đa thơng tin vệ tinh; Giữa GES
và hệ thống tr
ọng tải tối đa thơng tin vệ tinh; liên kết (ISL) giữa những vệ tinh. Tất cả
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
13


SVTH: Vũ Văn Trực

sử dụng những liên kết vơ tuyến, ngoại trừ ISL chỉ có thể sử dụng những mối liên kết
quang học .
Cũng như cáp vật lý,băng tần vơ tuyến là những một trong số nhiều tài ngun
quan trọng và khan hiếm nhất cho sự truyền thơng tin qua mạng vệ tinh. Khơng
giống những cáp, dải thơng khơng thể là sản xuất, nó chỉ có thể dùng chung và sử
dụng nó tối ưu. Tài ngun quan trọng khác là cơng suất truyền. Nói riêng, cơng suấ
t
bị giới hạn cho đầu cuối người dùng u cầu sự di động
Băng thơng và cơng suất truyền cùng nhau trong điều kiện truyền dẫn và mơi
trường xác định khả năng của mạng vệ tinh. Nối mạng vệ tinh chia sẻ nhiều khái
niệm với nối mạng chung .Trong cấu trúc liên kết nó có thể cấu hình trong cấu trúc
hình sao hoặc hình lưới. Trong kĩ thuật truyền dẫn nó có thể thiết lập kế
t nối điểm
điểm, điểm –đa điểm,đa điểm- đa điểm.
Dưới dạng giao diện, chúng ta có thể dễ dàng vẽ sơ đồ mạng vệ tinh Trong
điều kiện khái qt như giao diện người sử dụng mạng ( UNI) và giao diện nút mạng
(NNI).
Khi hai mạng cần được nối cùng nhau, một giao diện từ mạng tới mạng được
thi
ết lập, mà nó chính là giao diện của một nút mạng trong một mạng với một nút
mạng trong mạng khác. Chúng có những chức năng tương tự như NNI. Bởi vậy, NNI
cũng có thể được dùng để biểu thị một giao diện từ mạng tới mạng.
1.2.4. Dịch vụ mạng
USE và GSE cung cấp các dịch vụ mạng, trong mạng truyền thống chẳng hạn
dịch vụ được phân làm 2 lo
ại là dịch vụ thoại và dịch vụ vận chuyển, dịch vụ thoại là
1 dịch vụ cấp cao có thể được sử dụng trực tiếp bởi người dùng như: điện thoại, dịch
vụ Fax, dịch vụ video và dữ liệu .chất lượng của dịch vụ (QoS) tại mức này là người
dùng trung tâm, ví dụ QoS chỉ cho người sử dụng thấy được chất lượng d
ịch vụ

chẳng hạn điểm số trung bình khách quan(MOS), dịch vụ truyền tải là dịch vụ mức
thấp hơn cung cấp bởi mạng để hỗ trợ cho dịch vụ thoại,QoS tại mức này là mạng
trung tâm, ví dụ: độ trễ truyền dẫn, méo trễ , truyền dẫn lỗi và tốc độ truyền dẫn….
Có các phương pháp để ánh xạ giữa 2 mức của dịch vụ
. mạng cần cấp phát tài
ngun để u cầu QoS và tối ưu hố các hoạt động của mạng, QoS mạng và QoS
người dùng có mâu thuẫn với điều chỉnh khách quan lưu lượng mạng ví dụ :chúng ta
có thể tăng QoS bằng cách giảm lưu lượng trong mạng hoặc gia tăng nguồn mạng tuy
nhiên điều này có thể làm giảm các dịch vụ mạng cho người khai thác mạng, người
khai thác mạng cũng có thể làm tăng các dị
ch vụ mạng bằng cách gia tăng lưu lượng
mạng nhưng điều này có thể làm ảnh hưởng tới QoS người dùng
1.2.5. Ứng dụng
Ứng dụng là sự kết hợp của một hoặc nhiều dịch vụ mạng. Chẳng hạn,những
ứng dụng giáo dục từ xa và điều trị từ xa là những ứng dụng được xây dựng dựa trên
việc kết h
ợp dịch vụ thoại, hình ảnh và dữ liệu. Sự kết hợp của thoại, hình ảnh và dữ
liệu còn được gọi là những dịch vụ đa phương tiện. Một số ứng dụng có thể sử dụng
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
14


SVTH: Vũ Văn Trực
với những dịch vụ mạng để tạo ra những ứng dụng mới.Dịch vụ là một thành phần cơ
bản do mạng cung cấp. Những ứng dụng được xây dựng từ những thành phần cơ bản
này .Thơng thường thuật ngữ ứng dụng và dịch vụ có thể thay thế cho nhau được

trong câu văn ,nhưng đơi khi phân biệt chúng cũng tốt.
1.3. ITU-R sự định ngh
ĩa dịch vụ mạng
Những ứng dụng của vệ tinh được dựa trên những dịch vụ cơ bản của vệ tinh.
Do bản chất của truyền thơng vơ tuyến,các dịch vụ của vệ tinh bị giới hạn bởi tần số
vơ tuyến sẵn có . Những dịch vụ vệ tinh khác nhau được định nghĩa, bao gồm: dịch
vụ vệ tinh cố định (FSS) ,dị
ch vụ vệ tinh di động (MSS) và dịch vụ vệ tinh quảng bá
do ITU- R lập kế hoạch cấp phát và quản lý băng thơng.
1.3.1. Dịch vụ vệ tinh cố định
FSS được định nghĩa là một dịch vụ thơng tin vơ tuyến giữa một vị trí đã cho
trên bề mặt trái đất với một hoặc nhiều vệ tinh được sử dụng. Những trạm tại mặt đất
được gọi là tr
ạm mặt đất FSS, trạm được đặt trên những vệ tinh , chủ yếu gồm có bộ
phát-đáp vệ tinh và những anten, được gọi là những trạm khơng gian FSS.
Tuy nhiên, những vệ tinh thế hệ mới có cả những hệ thống thơng tin liên lạc
phức tạp onboard bao gồm cả chuyển mạch onboard. Truyền thơng giữa những trạm
mặt đất là kết nối một vệ tinh hay nhiều vệ tinh thơng qua ISL(inter-satellite link).
Cũng có th
ể hai vệ tinh được nối thơng qua một trạm mặt đất chung mà khơng có một
ISL. FSS cũng bao gồm những liên kết fiđơ chẳng hạn liên kết giữa trạm mặt đất cố
định và vệ tinh cho dịch vụ phát thanh vệ tinh (BSS) và dịch vụ vệ tinh di động
(MSS). FSS hỗ trợ tất cả mọi loại dịch vụ kĩ thuật viễn thơng và dữ liệu mạng như
điện thoại, Fax, dữ
liệu, video, Tivi, Internet và rađiơ.
1.3.2. Dịch vụ vệ tinh di động
MSS được định nghĩa như một dịch vụ thơng tin vơ tuyến giữa những trạm mặt
đất di động với một hoặc nhiều vệ tinh, bao gồm MSS biển, hàng khơng và đất liền.
Vì những u cầu di động, nên các thiết bị đầu cuối mặt đất di động thường nhỏ, và
thậm chí là những thiết bị đầu cuối c

ầm tay.
1.3.3. Dịch vụ phát thanh vệ tinh
BSS là một dịch vụ thơng tin vơ tuyến mà trong đó những tín hiệu truyền đi
hay truyền ngược lại bằng vệ tinh nhằm mục đích là thu trực tiếp bởi người dùng sử
dụng anten truyền hình chỉ thu (TVRO).Vệ tinh thực hiện cho BSS thường được gọi
là những vệ tinh phát thanh trực tiếp ( DBS). Thu trực tiếp bao gồm trực tiếp tới từng
hộ
dân (DTH) và truyền hình cáp(CATV). Thế hệ mới của BSS có thể truyền ngược
lại thơng qua vệ tinh.
1.3.4. Các dịch vụ vệ tinh khác
Một số dịch vụ vệ tinh khác được thiết kế cho những ứng dụng đặc biệt như
qn đội, xác định bằng vơ tuyến, định vị, khí tượng học, nghiên cứu trái đất và thăm
dò khơng gian. Một bộ gồm những trạm khơng gian và những trạm mặt đấ
t làm việc
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
15


SVTH: Vũ Văn Trực
cùng nhau để cung cấp thơng tin vơ tuyến được gọi là một hệ thống vệ tinh. Để tiện
hơn, đơi khi 1 hệ thống vệ tinh hay một phần của nó được gọi là một mạng vệ tinh.
Chúng ta thấy rằng trong phạm vi của giao thức mạng, hệ thống vệ tinh có thể khơng
cần hỗ trợ tất cả các lớp chức năng của ngăn xếp giao thức(lớp vật lý,lớ
p liên kết, lớp
mạng).

CHƯƠNG 2. MẠNG VỆ TINH VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM

2.1. Mạng vệ tinh
Có hai loại kỹ thuật truyền: truyền broadcast và truyền điểm-điểm. Mạng vệ
tinh có thể hỗ trợ cả broadcast và kết nối từ điểm tới điểm. Mạng vệ tinh thực sự hữu
ích nhất ở những nơi có đặc điểm phạm vi rộng quan trọng. Thực hiện nối mạng vệ
tinh đóng m
ột vai trò quan trọng trong cung cấp phủ sóng tồn cầu. Có ba loại vai trò
mà những vệ tinh có thể có trong mạng thơng tin: mạng truy nhập , mạng chuyển tiếp
và broadcast
2.1.1. Mạng truy nhập
Truy nhập mạng cung cấp sự truy nhập cho đầu cuối người dùng hay những
mạng riêng tư. Trong lịch sử mạng điện thoại, nó cung cấp những kết nối từ điện
thoại hay tổng đài nội bộ (PBX) đế
n những mạng điện thoại. thiết bị đầu cuối người
dùng kết nối tới thiết bị đầu cuối trái đất vệ tinh dùng để truy nhập kết nối trực tiếp
vệ tinh. Ngày nay, ngồi mạng truy nhập điện thoại, truy nhập mạng cũng có thể là
truy nhập ISDN, truy nhập B-ISDN và truy nhập Internet
2.1.2. Mạng chuyển tiếp
Mạng chuyển tiếp cung cấp kết nố
i giữa những mạng hay chuyển mạch mạng.

Nó thường có dung lượng lớn để hỗ trợ một số lượng lớn kết nối cho lưu lượng
mạng. Những người sử dụng khơng sự truy nhập trực tiếp tới nó. Bởi vậy nó thường
trong suốt đối với người sử dụng. Một ví dụ vệ tinh làm nhiệm vụ mạng chuyển tiếp
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
16


SVTH: Vũ Văn Trực
bao gồm nối mạng điện thoại quốc tế,ISDN,B-ISDN,mạng trục chính internet.Băng
thơng chia sẻ thường sử dụng kĩ thuật đa truy nhập gán cố định.
2.1.3. Mạng quảng bá
Vệ tinh hỗ trợ cả dịch vụ viễn thơng lẫn dịch vụ phát thanh. Vệ tinh có thể cung
cấp những dịch vụ truyền thơng rất hiệu quả bao gồm phát quảng bá thoại và video số
( DVB- S) Và DVB với kênh trở về thơng qua vệ tinh (DVB- RCS).
2.1.4. Phần khơng gian của hệ thống vệ tinh
Thành phần chính của một hệ thống vệ tinh thơng tin gồm có phạm vi khơng
gian:vệ tinh, và phạm vi trái đất: trạm mặt đất. Thiết kế của mạng vệ tinh liên quan
tới những u cầu dịch vụ, quỹ đạo,vùng phủ sóng và sự chọn lọc dải tần số.
Vệ tinh là lõi của mạng vệ tinh gồ
m có một hệ thống con và nền hệ thống
truyền thơng. Nền hệ thống, còn gọi là bus cung cấp cấu trúc hỗ trợ và cấp nguồn
cho hệ thống con truyền thơng,và cũng bao gồm điều chỉnh độ cao, điều khiển quỹ
đạo, điều khiển nhiệt, theo dõi, đo lường và điều khiển từ xa (TT & T) để bảo dưỡng
những hoạt động bình thường củ
a hệ thống vệ tinh.

Hình 2.1 Minh hoạ phạm vi khơng gian và phạm vi mặt đất
Hệ thống con viễn thơng gồm có những bộ phát-đáp và anten.Anten được ghép
với những bộ phát-đáp được thiết kế đặc biệt để cung cấp vùng phủ sóng cho mạng
vệ tinh. Vệ tinh thế hệ mới có thể có bộ xử lý onboard (OBP) và bộ chuyển mạch
onboard (OBS). Các loại bộ phát đáp khác nhau:
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
17


SVTH: Vũ Văn Trực
─ Những bộ phát-đáp Trong suốt cung cấp chức năng chuyển tiếp những
tín hiệu vơ tuyến , (sự) tiếp sức. Chúng nhận tín hiệu truyền từ trạm mặt
đất và truyền ngược lại từ chúng tới các trạm mặt đất sau khi đã khuếch
đại và biến đổi tần .Những vệ tinh với những bộ phát-đáp trong suốt
được gọi là những vệ tinh trong suốt.
─
Bộ phát-đáp OBP cung cấp những chức năng bổ sung bao gồm xử lý tín
hiệu số (DSP), khơi phục và xử lý tín hiệu băng tần cơ sở trước khi
truyền lại tín hiệu từ vệ tinh.tới trạm mặt đất. Những vệ tinh với bộ phát-
đáp OBP được gọi là vệ tinh OBP.
─ Bộ phát-đáp OBS có những chức năng bổ sung so với những bộ phát-đáp
OBP, cung cấ
p chức năng chuyển mạch. Tương tự như vậy ,vệ tinh với
bộ phát-đáp OBS được gọi là vệ tinhOBS.
Ngồi ra, trung tâm điều khiển vệ tinh (SCC) và trung tâm điều khiển mạng
(NCC) hay trung tâm quản lý mạng (NMC)là một phần của phạm vi khơng gian được

đặt tại mặt đất:
─ Trung tâm điều khiển Vệ tinh (SCC): nó là hệ thống đặt ở mặt đất chiụ
trách nhiệm về
hoạt động của vệ tinh. Nó theo dõi tình trạng của hệ thống
con vệ tinh khác nhau thơng qua liên kết đo từ xa,điều khiển vệ tinh hoạt
động theo quỹ đạo danh định của nó thơng qua mối liên kết điều khiển từ
xa. Nó (SCC) liên kết với vệ tinh thơng qua những liên kết dành riêng,
khác với những mối liên kết truyền thơng.Nó thường bao gồm một trạm
mặt đất và hệ thống vệ tinh GEO hay khơng GEO, nhận
đo lường từ xa
từ trạm vệ tinh và gửi lệnh điều khiển từ xa cho vệ tinh. Đơi khi, một
trung tâm sao lưu được xây dựng tại một vị trí khác để cải thiện độ tin
cậy và tính sẵn sàng
─ Trung tâm điều khiển mạng (NCC) hay trung tâm quản lý mạng (NMC):
có các chức năng khác với SCC. Những chức năng chính của nó là quản
lý lưu lượng mạng và liên kết tài ngun trong vệ tinh và trên mặ
t đất để
đạt được hiệu quả sử dụng mạng vệ tinh cho truyền thơng.
Chi tiết về phần khơng gian của hệ thống thơng tin vệ tinh
• B
Ộ

PHÁT

ĐÁP
─ Tổ chức kênh của bộ phát đáp
Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên một kênh
thơng tin duy nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thơng tin. Một số khối
trong bộ phát đáp có thể được dùng chung cho nhiều bộ phát đáp khác.Trước khi
trình bày chi tiết các khối khác nhau cuả bộ phát đáp, ta sẽ xét ngắn gọn tổ chức tần

số cho thơng tin vệ tinh băng C. Băng thơng ấn đị
nh cho dịch vụ băng C là 500 MHz
và băng thơng này được chia thành các băng con, mỗi băng con dành cho một bộ
phát đáp. Độ rộng băng tần thơng thường của bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng
bảo vệ giữa các bộ phát đáp là 4MHz.Vì thế băng tần 500 MHz có thể đảm bảo cho
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
18


SVTH: Vũ Văn Trực
12 bộ phát đáp. Bằng cách ly phân cực, ta có thể tăng số bộ phát đáp lên hai lần.
Cách ly phân cực cho phép sử dụng cùng một tần số nhưng với phân cực ngược
chiều nhau cho hai bộ phát đáp. Để thu được kênh của mình, các anten thu phải có
phân cực trùng với phân cực phát của kênh tương ứng. Đối với phân cực tuyến tính,
ta có thể cách ly phân cực bằng phân cực đứng và phân cực ngang. Đối với phân cực
tròn, cách lý phân cực nhậ
n được bằng cách sử dụng phân cực tròn tay phải và phân
cực tròn tay trái. Vì các sóng mang với phân cực đối nhau có thể chổng lần lên nhau,
nên kỹ thuật này được gọi là tái sử dụng tần số.
Hình 2.2 cho thấy quy hoạch tần số và phân cực cho vệ tinh thơng tin băng C


Hình 2.2 Quy hoạch tần số và phân cực(tần số trên hình tính bằng MHz)

Cũng có thể tái sử dụng tần số bằng các anten búp hẹp, và phương thức này có
thể kết hợp với tái sử dụng theo phân cực để cung cấp độ rộng băng tần hiệu dụng

2000 MHz trên cơ sở độ rơng thực tế 500 MHz.
Đối với một trong số các nhóm phân cực, hình 2.3 cho thấy chi tiết hơn sơ đồ
phân kênh cho 12 bộ phát đáp. Dải tần thu hay dải tần đường lên là 5,925 đến 6,425
GHz. Các sóng mang có thể được thu trên một hay nhiều anten đồng phân cực. Bộ
lọc vào cho qua tồn bộ băng tần 500 MHz đến mày thu chung và loại bỏ tạp âm
cũng với nhiễu ngồi băng (nhiễu này có thể gây ra do các tín hiệu ảnh). Trong dải
thơng 500 MHz này có thể có rất nhiều sóng mang được điều chế và tất cảc các sóng
mang này đều được khuyếch đại, biến đổi tầ
n số trong máy thu chung. Biến đổi tần
số chuyển các sóng mang này vào băng tần số đường xuống 3,7 đến 4,2 MHz với độ
rộng 500 MHz. Sau đó các tín hiệu được phân kênh vào các độ rộng băng tần của
từng bộ phát đáp. Thơng thường độ rộng băng tần cấp cho mỗi bộ phát đáp là 36
MHz với đoạn băng bảo vệ 4 MHz, vì thế 500MHz có thể đảm bảo kênh cho 12 bộ
phát đáp. Bộ
phát đáp có thể xử lý một sóng mang được điều chế như tín hiệu TV
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
19


SVTH: Vũ Văn Trực
chẳng hạn hay có thể xử lý nhiều sóng mang đồng thời với mỗi sóng mang được điều
chế bởi tín hiệu điện thoại hay kênh băng gốc nào đó.

Hình 2.3 Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh
─ Các thiết bị của bộ phát đáp bao gồm: máy thu băng rộng, bộ phân kênh,
bộ khuếch đại và bộ ghép kênh.
• Phân hệ anten
Anten trên vệ tinh thực hiện chức năng kép: thu đường lên và phát đường xuống.
Chúng có nhiều loại: từ các anten dipole có đặc tính vơ hướng đến các anten tính
hướng cao phục vụ cho viễn thơng, chuyển tiếp truyền hình và phát quảng bá.
Búp sóng của anten thường được tạo ra b
ởi các anten kiểu phản xạ, thường là bộ phản
xạ parabol tròn xoay. Hệ số khuếch đại của anten phản xạ parabol so với bộ phát xạ
đẳng hướng được xác định theo phương trình sau:

2
1
)(
λ
π
η
D
G =

trong đó λ là bước sóng của tín hiệu, D là đường kính bộ phản xạ và η
I
là hiệu suất mặt mở (thường có giá trị bằng 0,55). Độ rộng búp sóng -3dB được xác
định gần đúng như sau:
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!

GVHD:Võ Trường Sơn
20


SVTH: Vũ Văn Trực
D
dB
λ
θ
70
3
≅

Tỷ số D/λ được coi là hệ số chủ chốt của các phương trình trên: hệ số khuếch
đại tỷ lệ thuận với (D/λ)
2
và độ rộng búp sóng tỷ lệ nghịch với D/λ. Vì thế hệ số
khuếch đại sẽ tăng khi độ rộng búp sóng hẹp hơn bằng các tăng kích thước bộ phản
xạ và giảm bước sóng. Các bộ phản xạ kích thước lớn là các bộ phản xạ băng
6/4GHz. Các bộ phản xạ trong băng tần 14/12GHz với cùng hiệu năng sẽ có kích
thước nhỏ hơn nhiều
• Phân hệ thơng tin
Hình 2.4 cho thấy phân hệ thơng tin vệ tinh Morelos của Mexico để làm thí dụ.
Tải trọng trên Morelos được gọi là tải trọng lai ghép hay lưỡng băng vì nó mang các
bộ phát đáp băng C và băng K. Trong băng C nó cung cấp 12 kênh mỗi kênh rộng
36 MHz và sáu kênh băng rộng với mỗi kênh rộng 72 MHz. Trong băng K, nó cung
cấp bốn kênh với mỗi kênh rộng 108 MHz. Các kênh 36 MHz sử dụng các TWTA
7-W với dự phòng 12:14. Nghĩa là 12 bộ dự phòng cho 14 bộ hoạt động. Các kênh

72 MHz sử dụ
ng các TWTA 10,5 W với dự phòng 6:8. Các máy thu được thiết kế
bằng linh kiện bán dẫn và với dự phòng 2:4cho băng C và 1:2 cho băng K.
Anten với bộ phản xạ tròn đường kính 180 cm được sử dụng cho băng C. Đây
là anten hai phân cực với tiếp sóng riêng băng C cho các phân cực ngang và đứng.
Anten băng K có bộ phản xạ Elip. Nó có dàn tiếp sóng riêng để tạo ra vùng
phủ sóng trên
Mexico.
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
21


SVTH: Vũ Văn Trực

Bán cầu 6/4GHz
Vùng rộng 6/4GHz phân cực vng góc
Vùng hẹp 14/11GHz phân cực đơn

Hình 2.4 Các khả năng phủ sóng của vệ tinh Atlantic INTELSAT VI (lưu ý: các
búp sóng
hẹp 14/11GHz có thể khai thác và chuyển dịch theo u cầu)

• Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa (TT&C)
Phân hệ TT&C (Telemetry, Tracking and Command: Đo từ xa, bám và điều
khiển) thực hiện một số chức năng thường xun trên vệ tinh. Chức năng đo từ xa
có thể hiểu nh

ư là đo trên một cự ly xa. Chẳng hạn tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với
chất lượng được đo, mã hố nó và phát nó đến trạm xa (trạm mặt đất). Dữ liệu trong
tín hiệu đo từ xa có cả thơng tin độ cao nhận được từ các bộ cảm biến mặt trời và trái
đất, thơng tin mơi trường như cường độ từ trường và phương, tần suất ảnh hưở
ng
của thiên thạch.... và các thơng tin về tầu vũ trụ như: nhiệt độ, điện áp nguồn, áp
suất nhiên liệu. Một số tần số được quốc tế quy định để phát tín hiệu đo từ xa cho
vệ tinh. Trong
giai đoạn phóng vệ tinh, một kênh đặc biệt được sử dụng cùng với
anten vơ hướng. Khi vệ tinh đã vào quỹ đạo ổn định, một trong số các bộ phát đ
áp
thường được sử dụng cùng với anten có hướng, khi xảy ra trình trạng khẩn cấp kênh
này sẽ được chuyển mạch trở về kênh đặc biệt khi phóng vệ
tinh.

Có thể coi đo từ xa và điều khiển là các chức năng bù lẫn cho nhau. Phân hệ đo
từ xa phát thơng tin về vệ tinh đến trạm mặt đất, còn phân hệ điều khiển thu các tín
hiệu, thường là trả lời cho thơng tin đo từ
xa. Phân hệ điều khiển giải điều chế và khi
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
22


SVTH: Vũ Văn Trực
cần thiết giải mã các tín hiệu điều khiển rồi chuyển chúng đến thiết bị thích hợp để
thực hiện hành động cần thiết. Vì thế có thể thay đổi độ cao, đấu thêm hoặc cắt

bớt các kênh, định hướng lại anten hoặc duy trì quỹ đạo (maneuvers) theo
lệnh từ mặt đất. Để tránh thu và giải mã các lệnh giả, các tín hiệu điều khiển được
mật mã hố.
Bám vệ
tinh được thực hiện bằng các tín hiệu hải đăng được phát đi từ vệ
tinh. Các tín hiệu này được TT&C trạm mặt đất thu. Bám đặc biệt quan trong trong
các giai đoạn chuyển và dịch quỹ đạo của q trình phóng vệ tinh. Khi vệ tinh đã ổn
định, vị trí của vệ tinh địa tĩnh có xu thế bị dịch do các lực nhiễu khác nhau. Vì thế
phải có khả năng bám theo sự xê dịch của vệ tinh và phát đ
i các tín hiệu hiệu chỉnh
tương ứng. Các hải đăng bám có thể được phát trong kênh đo từ xa hay bằng các
sóng mang hoa tiêu tại các tần số trong một trong số các kênh thơng tin chính hay bởi
các anten bám đặc biệt. Định kỳ cũng cần có thơng tin về khoảng cách từ vệ tinh đến
trạm mặt đất. Thơng tin này được xác định bằng cách đo trễ truyền các tín hiệu phát
riêng cho mục đích đo
cự ly.

Ta thấy rằng các chức n
ăng đo từ xa, bám và điều khiển là các khai thác phức
tạp đòi hỏi các phương tiện đặc biệt dưới đất ngồi các phân hệ TT&C trên vệ tinh.
Hình 2.5 cho thấy sơ đồ
khối cho các phương tiện TT&C ở hệ thống vệ tinh Telesat
của Canada.

Hình 2.5 Hệ thống điều khiển vệ tinh

!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!

GVHD:Võ Trường Sơn
23


SVTH: Vũ Văn Trực
2.1.5. Phạm vi mặt đất
Trạm mặt đất là một phần của mạng vệ tinh. Nó cung cấp những chức năng
phát và nhận các tín hiệu lưu lượng từ và tới những vệ tinh. Nó cũng trực tiếp cung
cấp những giao diện cho mạng trái đất hay tới những đầu cuối người dùng. Trạm mặt
đất có thể gồm có những phần sau đây:
─ Anten phát và thu là những phần rõ ràng nh
ất của trạm mặt đất. Có nhiều
kích thước khác nằm trong phạm vi từ 0,5m tới 16 mét và hơn nữa.
─ Bộ khuếch đại tạp âm thấp của hệ thống thu với độ ồn nằm trong khoảng
từ 30 K tới vài trăm K
─ Bộ khuếch đại cơng suất cao (HPA) của máy phát với cơng suất từ vài
ốt đến vài kilơoat phụ thuộc vào dung lượng
─ Điều chế,giải
điều chế và dịch tần
─ Xử lý tín hiệu
─ Giao diện mạng mặt đất hoặc đầu cuối người dùng
Chi tiết về phần mặt đất của hệ thống thơng tin vệ tinh.
• CÁC HỆ THỐNG TV GIA ĐÌNH, TVRO
─ Sơ đồ khối tổng qt của TVRO
Theo quy định truyền hình quảng bá trực tiếp đến máy thu TV gia đình được
thực hiện trong băng tần Ku (12 GHz). Dịch vụ này được gọi là dịch vụ vệ tinh
quảng bá trực tiếp (DBS: direct broadcast satellite). Tuỳ thuộc vào vùng địa lý ấn
định băng tần có thể hơi thay đổi. Ở Mỹ, băng tần đường xuống là 12,2
đến
12,7GHz. Tuy nhiên, hiện này nhiều gia đình sử dụng các chảo khá to (đường kính

khoảng 3m) để thu các tín hiệu TV đường xuống trong băng C (GHz). Các tín hiệu
đường xuống này khơng chủ định để thu gia đình mà dành cho việc chuyển đổi mạng
đến các mạng phân phối truyền hình (các đài phát VHF, UHF và cáp truyền hình).
Mặc dù có vẻ như thực tế thu các tín hiệu TV hiện nay được thiết lập rất tốt, nhưng
nhiều nhân tố kỹ thuật, thươ
ng mại và pháp lụât ngăn cản việc thu này. Các khác
biệt chính giữa các hệ thống TVRO (TV recieve only: chỉ thu TV) băng Ku và
băng C là ở tần số cơng tác của khối ngồi trời và các vệ tinh dành cho DBS ở băng
Ku có EIRP
(cơng suất phát xạ đẳng hướng tương đương) cao hơn nhiều so với băng
C.
Hình 2.6 cho thấy các khối chính trong một hệ thống thu DBS của đầu cuối gia
đình. Tất nhiên cấu trúc này sẽ thay đổi trong các hệ thống khác nhau, nhưng s
ơ đồ
này sẽ cung cấp các khái niệm cơ sở về máy thu TV tương tự (FM). Hiện nay TV số
trực tiếp đến gia đình đang dẫn thay thế các hệ thống tương tự, nhưng các khối ngồi
trời vẫn giống nhau cho cả hai hệ thống.
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
24


SVTH: Vũ Văn Trực

Hình 2.6 Sơ đồ khối đầu cuối thu DBS-TV/FM gia đình
─ Khối ngồi trời
Khối này bao gồm một anten thu tiếp sóng trực tiếp cho tổ hợp khuếch đại tạp

âm nhỏ/ biến đổi hạ tần. Thơng thường bộ phản xạ parabol được sử dụng với loa thu
đặt ở tiêu điểm. Bình thường thiết kế có tiêu điểm đặt ngay trước bơ phản xạ, nhưng
trong mộ
t số trường hợp để loại bỏ nhiễu tốt hơn, bộ tiếp sóng (Feed) có thể được đặt
lệch như thấy trên hình vẽ.
Kinh nghiệm cho thấy rằng có thể thu chất lượng đảm bảo bằng các bộ phản xạ
có đường kính từ 0,6 đến 1,6m (1,97-5,25 ft) và kích thước chỉ dẫn thơng thường là
0,9m (2,95ft) và 1,2m (3,94 ft). Trái lại đường kính bộ phản xạ băng C (4GHz)
thường vào khoảng 3m (9,84 ft). Lưu ý rằng hệ
số khuếch đại anten tỷ lệ thuận với
(D/
λ
)2. So sánh khuếch đại của chảo 3m tại 4GHz với chảo 1m tại 12 GHz, ta thấy
trong cả hai trường hợp tỷ số D/
λ
=40, vì thế khuếch đại của chúng bằng nhau. Tuy
nhiên mặc dù suy hao truyền sóng tại 12 GHz cao hơn nhiều so với 4GHz, nhưng ta
khơng cần anten thu có khuếch đại cao hơn vì các vệ tinh quảng bá trực tiếp làm việc
ở cơng suất phát xạ đẳng hướng tương đương cao hơn nhiều.
Băng tần đường xuống dải 12,2 đến 12,7 GHz có độ rộng 500 MHz cho phép
32 kênh TV với mỗi kênh có độ rộng là 24 MHz. Tất nhiên các kênh cạnh nhau sẽ
phần nào chồng lấ
n lên nhau, nhưng các kênh này được phân cực LHC và RHC đan
xen để giảm nhiễu đến các mức cho phép. Sự phân bố tần số như vậy được gọi là
!!KĐồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!



GVHD:Võ Trường Sơn
25

SVTH: Vũ Văn Trực
đan xen phân cực. Loa thu có thể có bộ lọc phân cực được chuyển mạch đến phân
cực mong muốn dưới sự điều khiển của khối trong nhà.
Loa thu tiếp sóng cho khối biến đổi tạp âm nhỏ (LNC: low noise converter)
hay khối kết hợp khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA: low noise amplifier) và biến đổi
(gọi chung là LNA/C). Khối kết hợp này được gọi là LNB (Low Noise Block: khối
tạp âm nhỏ). LNB đảm bảo khuếch đại tín hiệu b
ăng 12 GHz và biến đổi nó vào dải
tần số thấp hơn để có thể sử dụng cáp đồng trục giá rẻ nối đến khối trong nhà. Dải
tần tín hiệu sau hạ tần là 950-1450 MHz (xem hình 2.6). Cáp đồng trục hoặc cáp
đơi dây được sử dụng để truyền cơng suất một chiều cho khối ngồi trời. Ngồi ra
cũng có các dây điều khiển chuyển mạch phân cực.
Khuếch đại tạp âm nhỏ cầ
n được thực hiện trước đầu vào khối trong nhà để
đảm bảo tỷ số tín hiệu trên tạp âm u cầu. Ít khi bộ khuếch đại tạp âm nhỏ được đặt
tại phía đầu vào khối trong nhà vì nó có thể khuếch đại cả tạp âm của cáp đồng trục.
Tất nhiên khi sử dụng LNA ngồi trời cần đảm bảo nó hoạt động được trong điều
kiện thời tiết thay đổi và có thể
bị phá hoại hoặc đánh cắp
─ Khối trong nhà cho TV tương tự (FM)
Tín hiệu cấp cho khối trong nhà thường có băng tần rộng từ 950 đến 1450
MHz. Trước hết nó được khuếch đại rồi chuyển đến bộ lọc bám để chọn kênh cần
thiết (xem hình 2.6). Như đã nói, đan xen phân cực được sử dụng vì thế khi thiết lâp
một bộ lọc phân cực ta chỉ có thể thu đượ
c một nửa số kênh 32 MHz. Điều này giảm
nhẹ hoạt động của bộ lọc bám vì bây giờ các kênh đan xen được đặt cách xa nhau
hơn.
Sau đó kênh được chọn được biến đổi hạ tần: thường từ dải 950 MHz vào 70

MHz, tuy nhiên cũng có thể chọn các tần số khác trong dải VHF. Bộ khuếch đại 70
MHz khuếch đại tín hiệu đến mức cần thiết cho giải điều chế
. Sự khác biệt chính giữa
DBS và TV thơng thường ở chỗ DBS sử dụng điều tần còn TV thơng thường sử dụng
điều biên (AM) ở dạng đơn biên có nén (VSSB: Vestigal Single Sideband). Vì thế
cần giải điều chế sóng mang 70 MHz và sau đó tái điều chế AM để tạo ra tín hiệu
VSSB trước khi tiếp sóng cho các kênh VHF/UHF của máy TV tiêu chuẩn.
Máy thu DBS còn cung cấp nhiều chức năng khơng được thể hiện trên hình 2.6.
Chẳng hạn các tín hiệu Video và Audio sau giải
điều chế ở đầu ra V/A có thể cung
cấp trực tiếp cho các đầu V/A của máy thu hình. Ngồi ra để giảm nhiễu người ta còn
bổ sung vào sóng mang vệ tinh một dạng sóng phân tán năng lượng và máy thu DBS
có nhiệm vụ loại bỏ tín hiệu này. Các đầu cuối cũng có thể được trang bị các bộ lọc
IF để giảm nhiễu từ các mạng TV mặt đất và có thể phải sử dụng bộ giải ngẫu nhiên
hố (gi
ải mã) để thu một số chương trình.
─ Hệ thống anten chủ
Hệ thống TV anten chủ (MATV: Master- Antena TV) đảm bảo thu các kênh
DBS/TV cho một nhóm người sử dụng, chẳng hạn cho các người th căn hộ trong
tồ nhà. Hệ thống này gồm một khối ngồi trời (anten và LNA/C) tiếp sóng cho