BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------------------

Phan Hải Phương

ĐỀ TÀI:
MẠNG VSAT-IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT-1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội - Năm 2011


TRANG PHỤ BÌA
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------------------

Phan Hải Phương

ĐỀ TÀI:
MẠNG VSAT-IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT-1

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. TRƯƠNG THU HƯƠNG
2. PGS TS. VŨ VĂN YÊM

Hà Nội - Năm 2011
1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn “Mạng VSAT IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1”
là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trong luận văn được sử dụng
trung thực. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này chưa từng được
công bố tại bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy cô giáo Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong suốt những
năm học ở trường.
Tôi xin chân thành cám ơn đội ngũ kỹ sư Đài thông tin vệ tinh mặt đất Quế
Dương - Trung tâm Kỹ thuật VTQT Quế Dương – Công ty Viễn thông Quốc tế
(VTI) đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập, đánh giá phân tích số liệu thực
tế trên hệ thống VSAT IP băng rộng Vinasat-1.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trương Thu Hương và PGS TS. Vũ Văn
Yêm, người đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và phương pháp luận
nghiên cứu khoa học để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Trong suốt quá trình nghiên cứu, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn
luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp, phê bình của các
thầy cô để luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 05 tháng 03 năm 2011
Tác giả luận văn

Phan Hải Phương


2


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA.................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ..............................................................................10
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................14
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT ................................................................16
1.1
Khái quát chung ...................................................................................................16
1.2
Cấu trúc mạng VSAT ..........................................................................................16
1.2.1
Trạm VSAT .................................................................................................16
1.2.1.1 Thiết bị ngoài trời (ODU) ........................................................................17
1.2.1.2 Thiết bị trong nhà (IDU)..........................................................................17
1.2.2
Trạm Hub.....................................................................................................17
1.2.2.1 Chức năng khai thác.................................................................................18
1.2.2.2 Chức năng quản trị...................................................................................19
1.2.3
Vệ tinh..........................................................................................................19
1.2.3.1 Chức năng lặp tín hiệu .............................................................................19
1.2.3.2 Vùng phủ sóng .........................................................................................21
1.2.3.3 Ảnh hưởng của vùng phủ sóng tới hoạt động lặp tín hiệu vệ tinh ...........24
1.2.3.4 Kỹ thuật sử dụng lại tần số ......................................................................26

1.3
Các kiểu cấu hình mạng VSAT ...........................................................................27
1.3.1
Cấu hình mạng VSAT dạng lưới .................................................................28
1.3.2
Cấu trúc mạng VSAT dạng sao ...................................................................29
1.4
Kỹ thuật đa truy nhập...........................................................................................30
1.4.1
Kỹ thuật truy nhập trong mạng hình lưới ....................................................31
1.4.2
Kỹ thuật truy cập trong mạng hình sao........................................................33
1.4.2.1 FDMA – SCPC chiều đến và đi...............................................................33
1.4.2.2 FDMA – SCPC chiều đến và FDMA - MCPC chiều đi ..........................33
1.4.2.3 FDMA – SCPC chiều đến và TDM - MCPC chiều đi.............................34
1.4.2.4 FDMA – MCPC chiều đến và TDM - MCPC chiều đi ...........................34
1.4.2.5 TDMA chiều đến và TDM - MCPC chiều đi ..........................................35
1.4.2.6 FDMA -TDMA chiều đến và FDMA - MCPC chiều đi..........................36
1.5
Phương thức gán băng tần vệ tinh cho VSAT .....................................................37
1.5.1
Thế nào là gán cố định .................................................................................38
1.5.1.1 Gán cố định trong đa truy cập phân chia theo tần số (FA-FDMA) .........38
1.5.1.2 Gán cố định trong đa truy cập phân chia theo thời gian (FA-TDMA) ....39
1.5.2
Thế nào là gán theo yêu cầu.........................................................................40
1.5.2.1 Gán theo yêu cầu trong đa truy cập phân chia theo tần số(DA-FDMA) .41
1.5.2.2 Gán theo yêu cầu đa truy cập phân chia theo thời gian (DA-TDMA).....41
1.5.2.3 Thủ tục đa truy cập gán theo yêu cầu (DAMA) ......................................42
1.5.3

Đa truy cập phân chia ngẫu nhiên theo thời gian.........................................44
1.6
Mạng IP trong hệ thống VSAT............................................................................46
1.6.1
Các chức năng của mạng IP trong VSAT....................................................46
1.6.1.1 Ưu và nhược điểm của mạng IP trong VSAT..........................................46
1.6.2
Cấu trúc giao thức trong mạng VSAT .........................................................47

3


1.6.2.1 Giao thức TCP trong mạng VSAT ..........................................................48
1.6.2.2 Sự cần thiết phải chuyển đổi giao thức TCP/IP trong mạng VSAT ........50
1.6.2.3 Giao thức IP trong mạng VSAT ..............................................................52
1.6.2.4 Khái niệm căn bản về đóng khung gói tin IP trong môi trường VSAT...53
1.7
Công nghệ DVB-S2 trong các hệ thống VSAT thế hệ mới.................................56
1.8
Kết luận................................................................................................................60
CHƯƠNG 2: MẠNG VSAT - IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT-1 .........................61
2.1
Khái quát chung ...................................................................................................61
2.2
Hiện trạng các hệ thống thông tin vệ tinh tại Việt Nam ......................................62
2.3
Giới thiệu Mạng VSAT IP băng rộng vệ tinh VINASAT-1................................63
2.3.1
Vệ tinh VINASAT-1....................................................................................64
2.3.2

Trạm Hub.....................................................................................................68
2.3.2.1 Cấu trúc trạm Hub....................................................................................68
2.3.3
Trạm đầu cuối VSAT...................................................................................78
2.3.3.1 Phần thiết bị trong nhà (IDU) ..................................................................78
2.3.3.2 Phần thiết bị bên ngoài (ODU) ................................................................80
2.3.4
Trạm cổng Gateway.....................................................................................81
2.4
Nguyên lý hoạt động của Hệ thống VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 .......81
2.4.1
Hướng đến: ..................................................................................................81
2.4.2
Hướng đi: . ...................................................................................................83
2.5
Nguyên lý lấy đồng bộ trong mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 .......86
2.6
Một số dịch vụ cung cấp trên mạng VSAT-IP băng rộng Vinasat-1 ...................87
2.6.1
Dịch vụ truy cập Internet băng rộng ............................................................87
2.6.2
Dịch vụ VoIP ...............................................................................................88
2.6.3
Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN) .....................................................................88
2.6.4
Dịch vụ GSM Trunking ...............................................................................88
2.6.5
Dịch vụ truyền hình hội nghị .......................................................................88
2.6.6
Dịch vụ đào tạo từ xa (I-Learning) ..............................................................89

2.7
Kết luận:...............................................................................................................89
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO MỨC
C/N DỰ PHÒNG CHO MẠNG VSAT-IP BĂNG RỘNG VỆ TINH VINASAT-1...........90
3.1
Khảo sát mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 tại Công ty VTI. ..........90
3.1.1
Tại hướng đi.................................................................................................90
3.1.2
Tại hướng đến ..............................................................................................92
3.2
Giải pháp nâng cao mức C/N dự phòng cho mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh
Vinasat-1:.........................................................................................................................97
3.2.1
Cơ sở lý thuyết.............................................................................................98
3.2.2
Tính toán mức dự phòng (Margin) thực tế ..................................................99
3.3
Kết luận..............................................................................................................102
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................103
4.1
Kết luận..............................................................................................................103
4.2
Kiến nghị............................................................................................................104
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................106

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt
ATM

Tiếng Anh
Asynchronous Transfer Mode

Tiếng Việt
Chế độ truyền tải bất đồng bộ

AAL5

ATM Adaptation Layer 5

Lớp tương thích ATM loại 5

ACK

Acknowledgement
Adaptive Code &Modulation

Gói tin xác nhận
Mã hóa điều chế thích nghi

16/32 AmplitudePhase Shift
Keying
Binary Phase Shift Keying

Khoá chuyển pha biên độ 16/32
mức
Điều pha hai trạng thái


BW

Bit Error Rate
Bandwidth

Tỷ lệ lỗi bit
Độ rộng băng tần.

BCH

Bose Chauhuri Houquenohem

Mã hóa ngoài

Carrier to Noise power Ratio

Tỷ số công suất sóng mang trên
tạp âm
Tỷ số công suất sóng mang trên
mật độ phổ tạp âm
Độ rộng băng tần.

ACM
16/32APSK
BPSK
BER

C/N
C/N0

BW
BUC

Carrier power to NoiseDensity
Ratio
Bandwidth

Bộ đổi tần lên
Đa truy cập phân chia theo mã

Codec

Block Up Converter
Code Division Multiplexed
Access
Coder/Decoder

CCM

Constant Code & Moduation

Điều chế mã hóa không đổi

DA

Demand Assignment

Gán theo yêu cầu

DAMA


Demand Assigned Multiple
Access

Đa truy cập theo yêu cầu

DLA

Dynamic Link Allocation

Phân bổ đường kết nối động

DEM

Demodulator

Bộ giải điều chế

DEMUX

Demultiplexer

Bộ tách kênh

DPS

Data Protocol Server

Server xử lý giao thức


CDMA

Bộ mã hoá/Bộ giải mã

DRPP

Data Remote Protocol Processor Server xử lý giao thức phía VSAT

DVB-S2

Digital Video Broadcasting – 2 nd Thế hệ 2 của hệ thống DVB sử
dụng cho các dịch vụ băng rộng
Generation

5


Eb/N0

Digital Video Broadcasting - Kênh hướng về của hệ thống DVB
Return Channel System
Energy Per Bit To Noise Density Tỷ số năng lượng bit/Mật độ tạp
âm
Ratio

EIRP

Equivalent Isotropic Radiated Công suất bức xạ đẳng hướng
tương đương
Power


DVB-RCS

FDMA

Frequency Division Multiplexed
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Access

FA

Fixed Assignment

Gán cố định

GEO

Geostationary Earth Orbit

Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

HPA

High Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất lớn

HDTV

High Definition Television


Truyền hình phân giải cao

HTTP

Hyper Text Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu văn bản

HSP

Hub Satellite Processor

Server xử lý kết nối vệ tinh tại Hub

ICMP

Internet Group Management
Protocol

Giao thức quản lý nhóm Internet

IDU

In-Door Unit

Khối thiết bị trong nhà

IF


International
TELecommunication SATellite
Intermediate Frequency

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ITU

International Telecommunucation
Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

IB

Inbound

Hướng từ VSAT tới Hub

IBSS

Inbound Sub-System

Phân hệ con hướng đến

IPLex


IP Encapsulator

Bộ đóng gói khung IP

LO

Local Oscillator

Bộ dao động nội

LEO

Low Earth Orbit

Quỹ đạo vệ tinh thấp

LNB

Low Noise Block

Khối chuyển đổi tần hướng xuống

LNA

Low Noise Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm thấp (vệ
tinh)


INTELSAT

6

Tổ chức vệ tinh thông tin quốc tế
Tần số trung gian


LDCP

Low Density Parity Checking

Mã hóa trong

MOD

Modulater

Bộ điều chế

MODEM

Modulater/Demodulater

Bộ điều chế /Giải điều chế

MCPC

Multiple Channel Per Carrier


Đa kênh trên sóng mang

MCR

Multi- Carrier Receiver

Bộ thu đa sóng mang

MTU

Maximum Transfer Unit

Đơn vị truyền dẫn cực đại

MPEG

Motion Picture Expert Group

Chuẩn MPEG

ModCod

Modulation and Coding

Điều chế -Mã hóa

NAT

Network Address Translation


Giao thức biên dịch địa chỉ mạng

NS

Network Segment

Phân hệ mạng

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lý mạng

NCR

Network Clock Reference

Tín hiệu tham chiếu đồng hồ hệ
thống

ODU

Out-Door Unit

Khối thiết bị ngoài trời

OFDM

Orthogonal Frequency Division Kỹ thuật ghép kênh trực giao phân

chia theo tần số
Multiplexing

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến mạng IP

OB

Outbound

Hướng từ Hub tới VSAT

OBSS

Outbound Sub-System

PSTN

Public Switching Telephone
Network

PCR

Program Counter Reference

QoS


Quality of Service

Tín hiệu tham chiếu bộ đếm
chương trình
Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khoá chuyển pha cầu phương

RF

Radio Frequency

RTT

Round Trip Time

Rx

Receiver

Tần số cao tần
Khoảng thời gian mà một gói tin
gửi đi và nhận về ACK
Máy thu

RSP


Remote Satellite Processor

Server xử lý kết nối vệ tinh phía

7

Phân hệ con hướng đi (từ HubVSAT)
Mạng thoại công cộng


VSAT

RFT
SACK

Radio Frequency Tranceiever
Selective Acknowledgement

Bộ thu phát cao tần
Báo nhận có chọn lọc

SCPC

Single Channel Per Carrier
Stream Control Transport
Protocol

Một kênh đơn trên một sóng mang
Giao thức truyền tải điều khiển

luồng

Simple Mail Transfer Protocol

Giao thức truyền thư đơn giản

SCTP
SMTP

SSPA

Simple Network Management
Protocol
Solid Sate Power Amplifier

SYN

Synchronize

Gói tin đồng bộ

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển vận tải

TCPA

TCP Accelerator


Bộ tối ưu TCP qua kênh vệ tinh

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia thời gian

TDMA

Time Division Multiplexed Access

TES

Telephone Earth Station

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Trạm điện thoại mặt đất

TPC

Turbo Product Code

Mã hóa turbo

TTL

Time To Live


Thời gian sống

Tx

Transmitter

Máy phát

TFP

Time Frequency Plan

Bảng khe thời gian tần số

TT&C

Telemetry, Tracking, Command

Đo, bám, điều khiển (vệ tinh)

U/C

Up Converter

Bộ đổi tần lên

UDP

User Datagram Protocol


UT

User Terminal

Giao thức nhận/gửi dữ liệu người
dùng
Đầu cuối người dùng

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

VCM

Variable Code & Modulation

VSAT

Very Small Aperture Terminal

Điều chế mã hóa thay đổi
Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ
nhỏ

SNMP

8


Giao thức quản lý mạng đơn giản
Bộ khuếch đại công suất bán dẫn


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các giá trị tiêu biểu EIRP và G/T của vệ tinh địa tĩnh..........................26
Bảng 1.2: Quan hệ giữa kích thước cửa sổ khởi tạo với thông lượng....................51
Bảng 2.1: Bảng phân bổ tần số băng C ..................................................................65
Bảng 2.2: Bảng phân bổ tần số băng Ku ................................................................67
Bảng 3.1: Bảng hệ số hiệu chỉnh theo tốc độ Symbol của hệ thống.......................94
Bảng 3.2: Bảng giá trị Es/N0 được thiết lập tại HSP..............................................95

9


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Cấu trúc trạm VSAT.................................................................................16
Hình 1.2: Phân hệ trạm Hub...................................................................................18
Hình 1.3: Cấu trúc 1 hệ thống vệ tinh ....................................................................20
Hình 1.4: Cấu trúc thiết bị tải tin vệ tinh................................................................21
Hình 1.5: Vùng phủ sóng toàn cầu .........................................................................23
Hình 1.6: Vùng phủ sóng khu vực...........................................................................23
Hình 1.7: Vùng phủ sóng điểm ...............................................................................24
Hình 1.8: Liên kết các búp sóng bằng các kết nối thường trực..............................24
Hình 1.9: Kỹ thuật tái sử dụng tần số: (a) phân cực trực giao; (b) phân tách theo
góc búp sóng trong vệ tinh kiểu Multibeam.............................................................26
Hình 1.10: Mô hình của tuyến lên và xuống...........................................................27
Hình 1.11: Vệ tinh địa tĩnh .....................................................................................28
Hình 1.12: Mạng VSAT dạng lưới: (a) 3 trạm VSAT; (b) cấu hình đơn giản với 1

số lượng lớn trạm VSAT............................................................................................29
Hình 1.13: Mạng VSAT dạng sao 2 chiều: (a) 4 trạm VSAT; (b) cấu hình đơn giản
với 1 số lượng lớn trạm VSAT...................................................................................30
Hình 1.14: Kỹ thuật đa truy cập với các cấu hình mạng khác nhau .....................30
Hình 1.15 Cấu trúc mạng lưới với N trạm VSAT sử dụng SCPC trong FDMA ....31
Hình 1.16: Ghép kênh MCPC từ 1 trạm tới nhiều trạm .........................................32
Hình 1.17: Mạng hình sao 2 chiều sử dụng 2 sóng mang SCPC (FDMA)............33
Hình 1.18: Mạng hình sao 2 chiều sử dụng 1 sóng mang SCPC hướng VSAT-Hub
và 1 sóng mang MCPC với kỹ thuật TDM hướng Hub -VSAT .................................34

10


Hình 1.19: Mạng hình sao với ghép kênh phân chia theo thời gian các kết nối 2
chiều được truyền trên 2 sóng mang MCPC hướng VSAT-Hub và Hub –VSAT ......35
Hình 1.20: Mạng hình sao với kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian.......35
Hình 1.21: So sánh tốc độ bit và công suất sóng mang FDMA và TDMA.............36
Hình 1.22: Mạng hình sao sử dụng phương thức kết hợp FDMA – TDMA cho
hướng đến Hub và FDMA - MCPC hướng đi VSAT.................................................37
Hình 1.23: Nguyên lý gán cố định ..........................................................................38
Hình 1.24: Kỹ thuật FA – FDMA (với K=1) .........................................................39
Hình 1.25: Kỹ thuật FA – TDMA............................................................................39
Hình 1.26: Nguyên lý gán theo yêu cầu.................................................................40
Hình 1.27: Kỹ thuật DA – FDMA (với K=1) .........................................................41
Hình 1.28: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian ....................................42
Hình 1.29: Thủ tục đa truy cập gán theo yêu cầu..................................................42
Hình 1.30: Trễ trong thiết lập kết nối và truyền dẫn đối với bản tin dài và ngắn.43
Hình 1.31: Nguyên lý S-ALOHA............................................................................44
Hình 1.32: Cấu trúc giao thức trong mạng VSAT ..................................................47
Hình 1.33: Giao thức TCP trong mạng VSAT ......................................................49

Hình 1.34: Kỹ thuật đóng gói tin IP .......................................................................54
Hình 1.35: Cấu trúc khung HDLC.........................................................................55
Hình 1.36: Cấu trúc 1 khung PPP ..........................................................................55
Hình 1.37: Định dạng của khung MAC .................................................................56
Hình 1.38: Bốn kiểu điều chế trong DVB-S2.........................................................58
Hình 1.39: Ứng dụng mã hóa điều chế thích nghi trong mạng VSAT băng rộng ..59
Hình 1.40: Hiệu quả phổ của DVB-S2 so với các tiêu chuẩn khác. .......................59
11


Hình 2.1: Kiến trúc mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh VINASAT-1.......................64
Hình 2.2: Vệ tinh VINASAT-1.................................................................................64
Hình 2.3: Vùng phủ sóng băng C............................................................................66
Hình 2.4: Sơ đồ phân cực băng Ku.........................................................................67
Hình 2.5: Vùng phủ sóng băng Ku..........................................................................68
Hình 2.6: Cấu trúc trạm Hub mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh VINASAT-1 .....69
Hình 2.7: Cấu trúc một phân hệ mạng ...................................................................70
Hình 2.8: Băng tần chiều đến của Bộ thu đa sóng mang với nhiều chế độ............71
Hình 2.9: Giao diện Bộ thu đa sóng mang với các phần tử khác trong mạng .......71
Hình 2.10: Giao diện Server kết nối vệ tinh với các phần tử khác trong mạng .....72
Hình 2.11: Các thành phần thuộc phân hệ con hướng đi của 1 phân hệ mạng .....73
Hình 2.12: Giao diện và vai trò của IPlex với các phần tử khác trong mạng........74
Hình 2.13: Chuyển mạch cao tần kết nối dạng ma trận IPLEX - Bộ điều chế.......74
Hình 2.14: Giao diện, vai trò của Server xử lý giao thức trong mạng VSAT-IP....76
Hình 2.15: Cấu trúc hệ thống quản lý mạng VSAT-IP băng rộng Vinasat -1........78
Hình 2.16: Thiết bị đầu cuối loại SkyEdge II VSAT IP ..........................................79
Hình 2.17: Thiết bị đầu cuối loại VSAT loại PRO..................................................80
Hình 2.18: Đặc tính công suất vào/ra của BUC.....................................................80
Hình 2.19: Mô hình hướng dữ liệu lưu chuyển trên kênh hướng đến Hub ............81
Hình 2.20: Hướng dữ liệu khi qua VSAT đến trạm Hub ........................................82

Hình 2.21: Quá trình xử lý thông tin tại trạm Hub.................................................83
Hình 2.22: Mô hình hướng dữ liệu đi tới trạm VSAT .............................................83
Hình 2.23: Hướng dữ liệu lưu chuyển qua Server quản lý chất lượng dịch vụ......84

12


Hình 2.24: Định dạng dữ liệu khi qua Bộ đóng gói khung IP................................85
Hình 2.25: Quá trình dữ liệu sau khi đi qua Bộ điều chế.......................................85
Hình 2.26: Hướng đi của dữ liệu khi qua VSAT.....................................................86
Hình 2.27: Cơ chế lấy đồng bộ trong mạng VSAT-IP băng rộng Vinasat-1..........87
Hình 3.1: Mức Es/N0 của một trạm VSAT cho dịch vụ GSM Trunking .................90
Hình 3.2: Bảng kiểu điều chế tương ứng với mức Es/N0 .......................................91
Hình 3.3: Kiểu điều chế VSAT đang sử dụng .........................................................91
Hình 3.4: Kiểu điều chế VSAT thay đổi cho phù hợp với điều kiện kênh vệ tinh ...91
Hình 3.5: Mức ES/N0 của một trạm VSAT cho dịch vụ GSM Trunking.................92
Hình 3.6: Bảng khe thời gian hệ thống cho hướng đến..........................................93
Hình 3.7: VSAT trong ví dụ trên sử dụng loại khe thời gian 8PSK FEC 4/5 .........93
Hình 3.8: VSAT đang có nhu cầu sử dụng 64 khe trên một Superframe ................93
Hình 3.9: Tham số về hướng đến của một trạm VSAT ...........................................95
Hình 3.10: Tham số các sóng mang hướng đến .....................................................96
Hình 3.11: Tham số về khe thời gian hướng đến....................................................96
Hình 3.12: Đồ thị theo dõi tốc độ sử dụng của VSAT ............................................97
Hình 3.13: Mức margin 0.5dB ..............................................................................100
Hình 3.14: Mức margin 1.65 dB...........................................................................101
Hình 3.15: Các mức điều chế - mã hóa khác nhau được Server xử lý kết nối vệ tinh
tại Hub thiết lập theo điều kiện đường truyền ........................................................102

13



MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong những tháng năm của thời kỳ bùng nổ nền khoa
học kỹ thuật của nhân loại. Sự hội tự giữa viễn thông và tin học đã tạo điều kiện cho
công nghệ viễn thông phát triển chưa từng thấy. Đứng trước cơ hội của nền văn
minh khoa học kỹ thuật thế giới, Việt Nam đã nhanh chóng nắm bắt đón đầu những
công nghệ tiên tiến hiện đại của thế giới. Làm chủ 1 hệ thống vệ tinh viễn thông có
công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới như vệ tinh Vinasat-1 đã từ lâu đã là niềm mơ
ước của biết bao con người Việt Nam chúng ta để phục vụ phát triển kinh tế đất
nước. Việc khảo sát, nghiên cứu những vấn đề về mặt lý thuyết, nguyên lý hoạt
động và thực hiện phân tích đánh giá 1 mạng VSAT IP băng rộng hiện đại làm việc
với vệ tinh Vinasat-1 để từ đó đề xuất những giải pháp nhằm nâng cao chất lượng
hệ thống có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của Ngành Bưu chính
viễn thông nói riêng và đối với sự phát triển kinh tế đất nước nói chung.
Xuất phát từ mục đính đó và được sự gợi ý của Thầy cô giáo hướng dẫn. Tôi
đã thực hiện đề tài về: “Mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1” để nghiên
cứu vừa có ý nghĩa về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn cao.
Nội dung luận văn bao gồm 04 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng VSAT
Trong chương này trình bày khái niệm về VSAT; mạng VSAT; cấu hình
mạng VSAT thông dụng; các kỹ thuật truy nhập; các phương thức gán băng tần vệ
tinh; giao thức TCP/IP trong mạng VSAT, cũng như tại sao phải chuyển đổi giao
thức TCP trong môi trường VSAT; cuối cùng là giới thiệu về công nghệ DVB-S2
trong mạng VSAT băng rộng hiện nay, thế mạnh của DVB-S2 so với những chuẩn
thông thường.
Chương 2: Mạng VSAT - IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1
Chương này giới thiệu về hiện trạng các mạng VSAT của Việt Nam từ trước
tới nay; sự cần thiết phải có 1 mạng VSAT IP băng rộng hoạt động với vệ tinh
Vinasat tại Việt Nam; cấu trúc tổng thể mạng VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat1; nguyên lý hoạt động và các đặc tính kỹ thuật của các khối chức năng bên trong
14



mạng như: trạm Hub, VSAT,…; một số dịch vụ đang được triển khai trên mạng
VSAT - IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1.
Chương 3: Khảo sát, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức C/N dự
phòng cho mạng VSAT- IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1.
Chương này bao gồm nội dung về việc thu thập số liệu thực tế của mạng
VSAT-IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 theo các hướng đi và đến. Trên cơ sở đó tác
giả tiến hành phân tích, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức C/N dự phòng
cho mạng VSAT –IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1.
Chương 4: Kết luận & Kiến nghị
Nội dung chương này nhằm đánh giá và rút ra kết luận về đề tài nghiên cứu,
đồng thời tác giả đưa ra một số kiến nghị, cũng như hướng nghiên cứu tiếp theo về
mạng VSAT–IP băng rộng vệ tinh Vinasat-1 nhằm mục đích nâng cao hơn nữa chất
lượng cung cấp dịch vụ của mạng trong tương lai.

15


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT
1.1 Khái quát chung
VSAT là 1 hệ thống thiết bị đầu cuối có anten đường kính cỡ nhỏ dùng các
công nghệ tiên tiến trong thông tin vệ tinh cho phép người sử dụng có thể liên lạc
với nhau qua vệ tinh. Từ “Terminal” cũng được hiểu là một trạm thông tin mặt đất
có khả năng kết nối các thiết bị của người sử dụng như: điện thoại, Fax, Internet,
TV… để tạo ra lưu lượng lưu chuyển trong mạng VSAT. Mạng VSAT được hiểu là
bao gồm nhiều trạm VSAT được kết nối với nhau bằng các giao thức liên lạc qua vệ
tinh (gần đây giao thức IP được ứng dụng trong mạng VSAT đã mở ra một viễn
cảnh tươi sáng về khả cung cấp rộng rãi và dễ dàng các loại hình dịch vụ như các
mạng trên mặt đất). Sau đây chúng ta sẽ xem xét cấu trúc của 1 mạng VSAT:

1.2 Cấu trúc mạng VSAT
1.2.1 Trạm VSAT

Hình 1.1 Cấu trúc trạm VSAT
Hình 1.1 mô tả cấu trúc của 1 trạm mặt đất VSAT được tạo nên bởi 2 thành
phần thiết bị riêng biệt: 1 thiết bị đặt bên ngoài nhà (ODU) và 1 thiết bị đặt bên

16


trong nhà (IDU). Thiết bị ODU cung cấp giao diện kết nối với vệ tinh, trong khi đó
thiết bị IDU cung cấp giao diện kết nối với thiết bị đầu cuối của khách hàng (UT)
hay với mạng nội bộ (LAN).
1.2.1.1 Thiết bị ngoài trời (ODU)
Thiết bị ODU gồm có 1 anten và 1 thiết bị điện tử trong đó chứa bộ khuếch
đại công suất phát, bộ thu tín hiệu tạp âm thấp, bộ đổi tần lên-xuống và thiết bị tổng
hợp tần số. Các thông số quan trọng liên quan đến thiết bị bên ngoài (ODU) của 1
trạm VSAT bao gồm: Băng tần thu/phát; Bộ điều chỉnh tần số thu phát; Mức EIRP:
Thể hiện mức độ hoạt động của tần số vô tuyến hướng lên. Mức EIRP phụ thuộc
vào giá trị tăng ích của anten (đường kính anten, tần số phát, công suất đầu ra của
bộ khuếch đại phát); Hệ số phẩm chất G/T: Thể hiện mức hoạt động của tần số vô
tuyến hướng xuống. G/T phụ thuộc vào giá trị tăng ích anten (đường kính anten, tần
số thu, tạp âm nhiệt của bộ thu tín hiệu); Biến giá trị tăng ích anten tại búp sóng phụ
với góc lệch trục, góc này điều khiển EIRP và G/T tại vị trí lệch trục (off-axis) và
cho biết mức can nhiễu của tín hiệu nhận được.
1.2.1.2 Thiết bị trong nhà (IDU)
Thiết bị IDU được lắp đặt tại phía khách hàng. Thiết bị IDU cung cấp cho
người dùng các cổng để kết nối các thiết bị đầu cuối. Các thông số quan trọng liên
quan đến thiết bị bên trong (IDU) của 1 trạm VSAT gồm: Các cổng kết nối; Loại
cổng (chuẩn tương thích, chức năng của từng loại cổng,..); Tốc độ cổng: đây là tốc

độ bít đối đa, quy định tốc độ truyền dữ liệu giữa thiết bị đầu cuối của khách hàng
và thiết bị IDU. Các kỹ thuật điều chế thông dụng là BPSK, QPSK. Tuy nhiên, để
duy trì điều kiện hoạt động ở mức chấp nhận được, thì tốc độ truyền dữ liệu trên
sóng mang phải có tốc độ cao hơn 2.4Kb/s nếu không tạp âm sẽ làm ảnh hưởng
trầm trọng đến tín hiệu truyền. Với tốc độ bit thấp, không nên sử dụng phương pháp
điều chế BPSK mà nên sử dụng phương pháp khoá dịch tần FSK thay thế.
1.2.2 Trạm Hub
Hình 1.2 mô tả cầu trúc của một trạm Hub với các thành phần thiết bị chính.
Ngoài sự khác biệt về quy mô và 1 số thành phần thiết bị phụ hệ thống, thì nhìn
17


chung không có sự khác biệt nhiều lắm giữa 1 trạm Hub và 1 trạm VSAT. Điểm
khác biệt chính của 1 trạm Hub với VSAT đó là giao diện IDU của trạm Hub, ở đây
trạm Hub được kết nối tới mạng chuyển mạch công cộng/máy tính trạm hay các
đường kênh thuê riêng, phụ thuộc vào trạm Hub đó là trạm dùng riêng hay dùng
chung. Ngoài ra, trạm Hub còn được trang bị hệ thống quản trị mạng (NMS). Hệ
thống quản trị mạng là một mạng máy tính được trang bị các phần mềm chuyên
dụng và được sử dụng cho chức năng khai thác và quản trị mạng VSAT. Các máy
tính trạm trong hệ thống NMS được kết nối với các trạm VSAT thông qua các kênh
ảo thường trực qua đó các bản tin quản trị được trao đổi thường xuyên giữa NMS và
các trạm VSAT.

Hình 1.2: Phân hệ trạm Hub
Sau đây chúng ta xem xét 02 chức năng quan trọng của trạm Hub:
1.2.2.1 Chức năng khai thác
Chức năng khai thác liên quan đến công việc quản trị mạng, cung cấp các
chức năng như: cấu hình mạng 1 cách linh hoạt bao gồm việc thêm, bớt vào mạng
các trạm VSAT, các sóng mang hay các giao diện mạng. Chức năng khai thác cũng
bao gồm cả việc giám sát, điều khiển hoạt động, trạng thái của trạm Hub và từng

trạm VSAT, cũng như tất cả các cổng truyền số liệu của mạng. Điều này đòi hỏi
phải có các công cụ quản lý khai thác cho phép phân bổ tài nguyên hệ thống theo
thời gian thực; các kết nối với trạm VSAT; khả năng quản lý, điều khiển trong việc
18


thiết lập và cấu hình mạng. Các phần mềm điều khiển mạng cho phép phân bổ linh
hoạt, tự động dung lượng cho các trạm VSAT với kiểu lưu lượng cụm hay cho các
trạm VSAT sử dụng lưu lượng kiểu liên tục mà không cần có sự can thiệp của nhà
quản trị trong việc tái phân bổ dung lượng tạm thời này. Hệ thống quản trị mạng sẽ
thông báo cho người quản trị trong trường hợp dung lượng hệ thống đạt đến mức
ngưỡng, hệ thống sẽ tự động chặn các trạm VSAT truy cập dịch vụ. NMS cũng xử
lý các vấn đề liên quan đến việc cảnh báo, phát hiện sự cố lỗi mạng. Đặc biệt trong
trường hợp sự cố mất nguồn tại các trạm VSAT thì hệ thống quản trị mạng sẽ thực
hiện tải xuống tất cả các phần mềm cần thiết, các thông số hoạt động để giúp các
trạm VSAT hoạt động trở lại.
1.2.2.2 Chức năng quản trị
Chức năng quản trị liên quan đến các công việc như thống kê thiết bị, lưu trữ các
thông tin sử dụng, an ninh mạng, tính cước dịch vụ. Hệ thống quản trị mạng (NMS)
thực hiện lưu giữ các tài khoản của các trạm VSAT đã được thiết lập và hoạt động,
cấu hình thiết bị trạm Hub và VSAT và cấu hình cổng giao tiếp mạng. Những thông
tin này có thể truy suất dễ dàng bởi người quản trị mạng, cùng với các thông tin về
thống kê lưu lượng, số trường hợp sự cố mất liên lạc, thời gian trung bình về trễ
truyền dẫn,… Các thông tin này có thể in ra phục vụ công việc phân tích đánh giá
hàng ngày, hàng tháng, cũng như có thể lưu trên băng từ để sử dụng sau này.
1.2.3 Vệ tinh
Trong thông tin vệ tinh nói chung, cụ thể trong mạng VSAT thì vệ tinh đóng vai
trò quan trọng đối với việc truyền và nhận thông tin giữa các trạm VSAT và Hub.
Để hiểu rõ hơn về vai trò cũng như những chức năng của vệ tinh trong 1 mạng
VSAT, chúng ta sẽ tìm hiểu những đặc điểm dưới đây của vệ tinh.

1.2.3.1 Chức năng lặp tín hiệu
Vệ tinh thực hiện việc lặp tín hiệu sóng mang được truyền từ 1 trạm mặt
đất này tới 1 trạm mặt đất khác, như trong hìnhā .3. Như vậy, vệ tinh hoạt động
tương tự như 1 thiết bị lặp tín hiệu sóng ngắn trên mặt đất giúp duy trì các kết nối

19


sóng vô tuyến có khoảng cách đường truyền dài. Thực chất, vệ tinh là 1 thiết bị
dùng để lặp các tín hiệu vô tuyến sóng ngắn kết nối từ trạm mặt đất này với 1 trạm
mặt đất khác, từ lục địa này với lục địa khác. Hình 1.3 chỉ ra rằng, các trạm mặt đất
là 1 bộ phận của phân hệ mặt đất, trong khi đó vệ tinh thuộc 1 phần của phân hệ
không gian. Trong đó phân hệ không gian bao gồm tất cả phương tiện dùng để khai
thác vệ tinh thông qua các kênh TT&C nhằm giữ cho vệ tinh cố định, đồng thời
kiểm tra được các thông số về nhiệt độ của anten, nguồn điện ác quy, nhiên liệu…

Hình 1.3: Cấu trúc 1 hệ thống vệ tinh
Một vệ tinh thông thường gồm có 1 bệ đỡ và thiết bị tải tin. Bệ đỡ bao gồm
các thiết bị phụ trợ giúp cho phần thiết bị chính hoạt động ổn định, cụ thể gồm: Cấu
trúc cơ khí để đỡ các thiết bị vệ tinh; Nguồn điện cung cấp, bao gồm các tấm năng
lượng mặt trời và pin sử dụng khi không có năng lượng mặt trời; Thiết bị điều khiển
độ cao, quỹ đạo với các cảm biến và Actuators; Hệ thống tên lửa đẩy; Thiết bị TTC.
Thiết bị tải tin gồm có anten vệ tinh, các thiết bị điện tử sử dụng cho
khuyếch đại các sóng mang hướng lên. Những sóng mang này cũng được đổi tần tới
tần số hướng xuống. Việc đổi tần nhằm mục đích tránh can nhiễu giữa tín hiệu
hướng lên và xuống. Hình 1.4 mô tả cấu trúc tổng thể 1 thiết bị tải tin. Thiết bị thu
(Rx) gồm các bộ khuếch đại tín hiệu băng rộng và thiết bị hạ tần. Bộ ghép kênh đầu
vào (IMUX) tách các sóng mang đến thành nhóm băng sóng phụ, sau đó mỗi nhóm
băng sóng phụ được khuyếch đại lên mức công suất cần thiết cho việc truyền tín


20


hiệu tại bộ khuếch đại công suất (TWT). Các nhóm sóng mang phụ này sau đó được
kết hợp lại tại đầu ra bộ ghép kênh (OMUX) và được đưa tới anten phát. Phần từ
IMUX tới OMUX liên quan đến các băng sóng phụ được gọi là các bộ phát đáp.
Các giá trị tiêu biểu về băng tần của 1 bộ phát đáp thường là 36MHz, 45MHz, hay
72MHz. Công suất các bộ khuyếch đại công suất sử dụng đèn sóng chạy (TWT)
thường là vài chục watt. Một số vệ tinh ngày nay đã được trang bị các bộ khuếch
đại công suất SSPA thay cho TWT. Ngoài ra thiết bị vệ tinh còn bao gồm cả các
thành phần dự phòng như các bộ phát đáp, bộ khuếch đại,…để đảm bảo hệ thống
hoạt động ổn định liên tục trong trường hợp các thiết bị chính gặp sự cố.

Hình 1.4: Cấu trúc thiết bị tải tin vệ tinh
1.2.3.2 Vùng phủ sóng
Vùng phủ sóng của vệ tinh được xác định bởi cấu trúc phổ bức xạ tín hiệu
của anten. Anten phát và thu có phổ bức xạ khác nhau do vậy có thể có vùng phủ
sóng khác nhau giữa hướng lên và hướng xuống. Vùng phủ sóng thường được xác
định bởi giá trị tối thiểu cụ thể nào đó của tăng ích anten. Vùng rìa (contour) xác
định vùng phủ sóng giới hạn của vệ tinh, được xác định bởi giá trị tăng ích cực đại
của anten trừ đi 3dB. Có 4 loại vùng phủ sóng:
¾ Vùng phủ sóng toàn cầu (Global Coverage): Có cấu trúc phổ bức xạ
anten rộng nhất nếu quan sát từ vệ tinh (hình 1.5). Một vệ tinh địa tĩnh
nhìn trái đất với 1 góc tương đương 17.40. Điều chỉnh độ rộng búp sóng

21


của anten tương ứng với 17.40 sẽ thu được độ tăng ích cực đại là 20dBi.
Do đó mức tăng ích tại rìa vùng phủ sóng sẽ là 20dBi - 3dBi = 17dBi.

¾ Vùng phủ sóng khu vực (Zone Coverage): Có vùng phủ sóng hẹp hơn
vùng phủ toàn cầu (hình 1.6). Diện tích phủ sóng có thể có hình dáng đơn
giản (tròn hoặc elip) hay cong phức tạp. Đối với vùng phủ sóng khu vực,
độ rộng búp sóng anten thường vào khoảng 50. Giá trị này cho phép độ
tăng ích anten cực đại thu là 30dBi và độ lợi tăng ích anten tại rìa vùng
phủ sóng là 27dBi.
¾ Vùng phủ sóng điểm (Spotbeam): Có vùng phủ sóng hẹp hơn nhiều so
với vùng phủ sóng toàn cầu. Độ rộng búp sóng anten vào khoảng 20 (hình
1.7). Với độ rộng búp sóng khoảng 1.70 cho phép mức tăng ích anten cực
đại là 40dBi và giá trị tăng ích anten tại rìa vùng phủ sóng là 37dBi.
¾ Vùng phủ sóng đa búp (Multibeam): Vùng phủ sóng điểm có ưu điểm về
độ tăng ích của anten cao hơn các kiểu vùng phủ sóng khác. Tuy nhiên,
nhược điểm của nó là chỉ phục vụ trong 1 khu vực giới hạn thuộc vùng
phủ sóng của nó. Một khu vực phục vụ lớn hơn vùng phủ sóng điểm vẫn
có thể được phục vụ với anten có độ tăng ích cao nhờ có 1 vùng phủ sóng
Multi-beam tạo lên từ nhiều Spotbeam đơn. Để làm được điều này đòi hỏi
phần Payload của vệ tinh phải được thiết kế với 1 dãy anten phức tạp và
việc duy trì khả năng liên kết các kết nối giữa các trạm mặt đất trong khu
vực dịch vụ cũng đòi hỏi 1 cấu trúc payload vệ tinh phức tạp hơn so với
cấu trúc Payload của vệ tinh thông thường trong hình 1.4. Liên kết các
kết nối giữa các trạm mặt đất có nghĩa là các beam phải liên kết nối với
nhau; điều này có thể được thực hiện thông qua các kết nối thường trực từ
đường truyền hướng uplink tới hướng downlink (hình 1.8) hoặc có thể
thông qua các kết nối tạm thời được thiết lập qua ma trận chuyển mạch
onboard trên vệ tinh.
Các kết nối thường trực đòi hỏi 1 số lượng bộ phát đáp nhiều hơn so với
chuyển mạch on-board. Chuyển mạch on-board trên vệ tinh yêu cầu các trạm mặt

22



đất phải truyền các burst sóng mang một cách đồng bộ với trạng thái chuyển mạch
của vệ tinh. Trên thực tế, một mạng VSAT sử dụng kiểu phủ sóng Multibeam
thường được thiết lập đủ nhỏ để tất cả trạm VSAT và trạm Hub được nằm gọn trong
1 búp sóng.

Hình 1.5: Vùng phủ sóng toàn cầu

Hình 1.6: Vùng phủ sóng khu vực

23


Hình 1.7: Vùng phủ sóng điểm

Hình 1.8: Liên kết các búp sóng bằng các kết nối thường trực
1.2.3.3 Ảnh hưởng của vùng phủ sóng tới hoạt động lặp tín hiệu vệ tinh
Chức năng lặp tín hiệu của vệ tinh đòi hỏi 1 mức thu tốt các sóng mang
hướng lên và mức phát các sóng mang hướng xuống. Như chúng ta đã biết, khả
năng thu các sóng mang hướng lên của vệ tinh được quyết định bởi hệ số phẩm chất
G/T của thiết bị thu vệ tinh, tương tự khả năng phát được đo bởi công suất bức xạ
đẳng hướng tương đương. Về bản chất, G/T là tỷ số giữa giá trị tăng ích của anten
24