MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Nhiệm vụ luận văn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 3
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VSAT 3
1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh 3
1.2. Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh 4
1.2.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin vệ tinh 4
1.2.2. Đặc điểm thông tin vệ tinh 5
1.2.3. Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền và băng tần cho
thông tin vệ tinh 5
1.2.4. Mô hình kênh truyền của thông tin vệ tinh 7
1.3. Tổng quan về mạng VSAT 8
1.3.1. Khái niệm về thông tin VSAT 8
1.3.3. Băng tần cho thông tin VSAT 11
1.4. Cấu trúc các trạm mặt đất trong mạng VSAT và bộ phát đáp 12
1.4.1. Cấu trúc trạm VSAT 12
1.4.2. Cấu trúc trạm Hub 13
1.4.3. Cấu trúc bộ phát đáp vệ tinh 15
1.5. Ứng dụng mô hình tham chuẩn OSI cho mạng VSAT 16
1.5.1. Cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT 16
1.5.2. Chuyển đổi giao thức (giả lập) 18
1.6. Giới thiệu vệ tinh thông tin VINASAT-1 và các ứng dụng 19
1.6.1. Vệ tinh thông tin Vinasat-1 19
1.6.2. Ứng dụng của vệ tinh Vinasat-1 23
Chương 2 26

3.3.2. Lưu lượng của các trạm VSAT 62
3.4. Lựa chọn công nghệ và thiết bị Modem 63
3.5. Tính toán băng thông cho mạng 66
3.5.1. Đặc điểm luồng xuống (Downstream) 66
3.5.2. Đặc điểm luồng lên (Upstream) 67
3.5.3. Tính băng thông chiếm dụng của mạng 67
3.6. Tính toán quỹ năng lượng đường truyền qua vệ tinh địa tĩnh 68
3.6.1. Hệ số tăng ích của anten (G) 69
3.6.2. Suy hao không gian tự do 69
3.6.3. Suy hao khí quyển 70
3.6.4. Tính toán tuyến lên 71
3.6.5. Tuyến xuống và trạm mặt đất thu 73
3.6.6. Tỷ số công suất sóng mang trên mật độ phổ tạp âm toàn tuyến. .76
3.7. Tính toán các tham số lắp đặt 77
3.8. Lựa chọn phần thiết bị ngoài trời và đặc điểm kỹ thuật của chúng 78
3.8.1. Tại trạm đầu cuối VSAT 78
3.8.2. Trạm Hub VSAT 80
KẾT LUẬN 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ALC Automatic Level Control Điều khiển mức công suất tự
động
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit
BUC Block Up Converter Bộ đổi tần lên và khuếch đại
công suất
BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
C/N Carrier to Noise Tỷ số công suất sóng mang trên
tạp âm
CDMA Code Division Multiple

IDU In-Door Unit Khối thiết bị trong nhà
ITU International
Telecommunication Union
Liên minh viễn thông thế giới
IFL Interfacility Link Kết nối giữa các thiết bị
ISO International Standards Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
Organization
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LNB Low Noise Block Down
convert
Bộ khuếch đại tạp âm thấp &
đổi tần xuống
NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng
GEO Geostationary Orbit Quĩ đạo địa tĩnh
MCPC Multi Channel Per Carrier Nhiều kênh trên một sóng
mang
MSS Mobil Satellite Service Dịch vụ vệ tinh di động
OBO Output Back Off Độ lùi công suất đầu ra
ODU Out-Door Unit Khối thiết bị ngoài trời
OSI Open System Interconnection Kết nối hệ thống mở
QPSK Quadrature Phase-Shift
Keying
Khóa dịch pha cầu phương
RB Reference Burst Cụm chuẩn
RSV Reed Solomon Viterbi
SCPC Single Channel Per Carrier Sóng mang đơn trên kênh đơn
SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ
SR Selective Repeat Phát lại có lựa chọn
SW Stop and Wait Dừng và chờ
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

Hình 2.12: MF-TDMA hướng về trong mạng hình sao của iDirect 45
Hình 2.13: Sơ đồ tăng tốc TCP theo một hướng của iDirect 46
Hình 2.14: Sơ đồ tăng tốc bắt tay 3-đường theo một hướng 47
Hình 2.15: Thuật toán Slow-start 49
Hình 2.16: Thuật toán khởi động chậm xử lý gói tin bị mất 50
Hình 2.17: Minh họa thuật toán Slow-Start và Congestion avoidance 51
Hình 2.18: TCP “spoofing” 52
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống thông tin vệ tinh ngành hàng không Việt Nam
55
Hình 3.2: Cấu trúc trạm VSAT theo công nghệ chuyển mạch kênh và IP
59
Hình 3.3: So sánh cấu trúc trạm HUB theo công nghệ Mux và IP 60
Hình 3.4: Thí dụ cấp phát băng thông cho các sóng mang 61
Hình 3.5: Cấu trúc mạng VSAT hàng không Việt Nam 62
Hình 3.6 Mini Satellite Hub 64
Hình 3.7: Modem IP VSAT đầu xa 66
Hình 3.8: Cấu trúc khung TDM luồng xuống 66
Hình 3.9: Cấu trúc khung TDMA 67
Hình 3.10: Sơ đồ các thành phần thiết bị tại trạm VSAT 79
Hình 3.11: An-ten VSAT trạm đầu xa 79
Hình 3.12: Bộ chuyển đổi tuyến lên và khuếch đại công suất băng C 80
Hình 3.13: Bộ chuyển đổi tuyến xuống tạp âm thấp băng C 80
Hình 3.14: Anten 4.5m của andrew 81
MỞ ĐẦU
Trong nhiều năm qua, hàng không trở thành một trong những ngành
quan trọng không chỉ ở Việt Nam mà ở tất cả các nước trên thế giới. Sự phát
triển của ngành có ý nghĩa rất lớn trong sự phát triển về kinh tế, chính trị cũng
như xã hội của nước ta. Nhu cầu về giao thông ngày càng tăng dẫn đến tần
suất các chuyến bay tăng và cần có sự thay đổi về chất lượng của hệ thống
thông tin để bảo đảm triệt để an toàn cho các chuyến bay. Trong hệ thống thông

Phân tích so sánh công nghệ chuyển mạch kênh sử dụng thiết bị ghép
kênh và công nghệ chuyển mạch gói dựa trên giao thức TCP/IP, phân tích giải
pháp công nghệ của iDirect và lựa chọn thiết bị modem. Tính băng thông cần
thiết cho mạng và tính toán quỹ năng lượng đường truyền. Từ đó lựa chọn
phần thiết bị đầu cuối vệ tinh và đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị đã chọn.
Do nội dung nghiên cứu của đề tài rộng, tài liệu còn khan hiếm nên luận
văn không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp của
các Thầy giáo và đồng nghiệp.
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VSAT
1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh
Một hệ thống truyền tin sử dụng bộ chuyển tiếp đặt trên vệ tinh nhân tạo
của quả đất được gọi là hệ thống truyền thông tin vệ tinh. Công nghệ truyền
tin vệ tinh được bắt nguồn từ hai công nghệ phát triển mạnh trong thế chiến
thứ hai, đó là công nghệ viba và công nghệ tên lửa. Trong thời kỳ “chiến
tranh lạnh”, một cuộc chạy đua không ồn ào nhưng rất quyết liệt giữa một số
“cường quốc công nghiệp” nhằm tranh giành không gian vũ trụ. Hiện nay đã
có hàng trăm vệ tinh viễn thông trên bầu trời nhằm phục vụ nhiều dịch vụ
viễn thông khác nhau. Ta có thể nhìn lại quá trình phát triển đó như sau:
Ý tưởng về một hệ thống thông tin toàn cầu sử dụng vệ tinh bay xung
quanh quả đất đã được nhà bác học Arthur C. Clarke giới thiệu trong một tạp
chí Anh “Wireless world” (thế giới không giây) vào tháng 5 năm 1945.
Tháng 04 năm 1957 Liên xô đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo
SPUTNIK đầu tiên trên thế giới mở ra một kỷ nguyên thông tin vệ tinh.
Năm 1958 bản tin chúc mừng Giáng sinh của tổng thống Mỹ Eisenhower
lần đầu tiên được phát đi qua vệ tinh có tên là SCORE bay ở độ cao 1500 km.
Những năm sau đó từ năm 1960 đến 1962 một loạt các vệ tinh khởi đầu
có tên ECHO, CURIER, TELSTAR và RELAY đã được phóng lên ở quỹ đạo
có độ cao thấp (khoảng 1000 km đến 8000 km), do hạn chế bởi tên lửa phóng.

Thiết bị phát
(Trạm mặt đất)
Phân đoạn mặt đất
Phân đoạn không gian
V
ệ tinh
Tuyến lên
Tuyến xuống
4
1.2.2. Đặc điểm thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh tuy ra đời muộn so với các phương tiện truyền thông
khác nhưng nó được phát triển nhanh chóng nhờ có nhiều ưu điểm, đó là:
- Vùng phủ sóng rộng, khắc phục được yếu tố địa hình.
- Thiết bị phát sóng dùng trong hệ thống truyền tin chỉ cần công suất bé.
- Việc lắp đặt hoặc di chuyển các thành phần trong hệ thống truyền tin vệ
tinh đặt trên mặt đất tương đối nhanh chóng, dễ dàng, không phụ thuộc vào
cấu hình cũng như hệ thống truyền dẫn.
- Cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau như: thoại và phi thoại, thăm dò địa
chất, khí tượng, định vị toàn cầu, phục vụ các mục đích quốc phòng, v.v…
Các thiết bị trên vệ tinh sử dụng năng lượng mặt trời cả ngày và đêm.
- Tuy nhiên nó cũng có các nhượng điểm:
- Kinh phí phóng vệ tinh cao, công nghệ phóng và sản xuất không phải
nước nào cũng làm được. Nhạy cảm với nhiễu: thông tin bị tổn hao trong môi
trường truyền sóng, đặc biệt là vùng mây mù, mưa nhiều.
- Tín hiệu vệ tinh bị trễ đáng kể.
- Tín hiệu dễ bị thu trộm. Đòi hỏi khả năng bảo mật của mạng.
1.2.3. Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền và băng tần cho
thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin sử dụng phương thức truyền dẫn
vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ

1
0,5 0,2

0,1
hÊp thô do
tÇng ®iÖn
ly
gãc tµ
15
o
cöa sæ
v«tuyÕ
n
hÊp
thô
dB .02 .05 .1 .2 .5 1 2 5 10 20 50 100 200
GHz
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của hấp thụ khí quyển vào tần số

đất. Đây là trường hợp các trạm mặt đất cỡ lớn được kết nối với mạng mặt đất
thông qua giao diện trạm/mạng mặt đất. Còn với các thiết bị đầu cuối ở gần
thì kết nối trực tiếp với trạm mặt đất thông qua giao diện trạm/ thiết bị đầu
cuối. Đây là trạm mặt đất cỡ nhở VSAT. Với đề tài này ta chỉ nghiên cứu với
mô hình kênh truyền với các trạm mặt đất cỡ nhỏ VSAT.
7
1.3. Tổng quan về mạng VSAT
1.3.1. Khái niệm về thông tin VSAT
Trong quá trình phát triển của thông tin vệ tinh, cùng với việc hạ giá
thành và kích thước, số lượng trạm vệ tinh mặt đất tăng lên không ngừng. Các
trạm vệ tinh cỡ nhỏ, với kích thước an-ten nhỏ hơn 3,5m đã trở nên quen
thuộc với tên gọi VSAT (Very Small Apperture Terminal) - trạm đầu cuối có
khẩu độ rất nhỏ, được phát triển từ những năm 1980 bởi Công ty Telcom
General. Theo định nghĩa của Liên minh Viễn thông Thế giới (ITU) về thiết
bị đầu cuối số liệu DTE (Data Teminal Equipment) là thực hiện chức năng
chuyển đổi lưu lượng số liệu đầu cuối. Có thể xem trạm VSAT như là thiết bị
đầu cuối viễn thông thay vì sử dụng khái niệm trạm mặt đất với cách nhìn
trạm VSAT như là thiết bị đầu cuối của mạng viễn thông (thoại, fax, Internet),
của mạng quảng bá (xem truyền hình), hoặc như là thiết bị chuyển đổi lưu
lượng trong nội bộ mạng VSAT.
Có thể xem mạng VSAT là mạng cố định vệ tinh và dịch vụ VSAT là
dịch vụ cố định vệ tinh cho phép người sử dụng với an-ten vệ tinh cỡ nhỏ có
thể sử dụng các loại hình dịch vụ viễn thông, truyền thông trực tiếp từ mạng
VSAT thông qua đường truyền dẫn vệ tinh.
1.3.2. Cấu hình mạng và kích thước mạng VSAT
1.3.2.1. Cấu hình mạng VSAT
Mạng VSAT sử dụng vệ tinh địa tĩnh có độ cao 35 786 km so với bề mặt
trái đất và độ trễ đường truyền cho một bước nhảy khoảng 0.25 s (theo đường
trạm mặt đất - vệ tinh - trạm mặt đất). Có ba cấu hình tiêu biểu của mạng
VSAT: mạng sao (STAR), mạng lưới (MESH) và cấu hình kết hợp (hybridge)

với các trạm đầu cuối khác. Các trạm có nhu cầu thông lượng lớn có thể được
cung cấp theo dạng hình lưới để giảm chi phí thiết bị tại hub và băng tần vệ
tinh cần thiết cho một bước nhảy kép. Phần còn lại của mạng có thể liên lạc
với một trạm bất kỳ trong nhóm hình lưới này hoặc với mỗi trạm khác qua
mạng hình sao.
1.3.2.2. Mạng và kích thước mạng VSAT
Mạng được định nghĩa ở đây như một công cụ phục vụ cho một nhóm
người sử dụng khép kín. Nó có thể là một mạng hoàn toàn độc lập hoặc là
một mạng con nhờ một Hub dùng chung. Nhưng xét về mặt thiết bị thì kích
thước của mạng vẫn tuỳ thuộc vào dung lượng luồng dữ liệu, tức là dựa trên:
• Số người cần phục vụ, nói chung một người sử dụng cũng chính là một
VSAT ở xa. Tuy nhiên, một VSAT cũng có thể phục vụ cho một số người sử
dụng bằng cách kết nối nó với một mạng dữ liệu nội bộ (LAN) hoặc kể cả với
một mạng mặt đất.
10
• Đặc tính luồng dữ liệu, khả năng biến đổi và các yêu cầu về dung lượng.
Ở đây các đặc điểm quan trọng nhất có liên quan đến các kiểu luồng dữ liệu
và khả năng tương thích của nó, đó là:
- Các luồng dữ liệu tốc độ bit thấp liên kết qua lại với nhau.
- Tốc độ truyền bản tin mong muốn (nghĩa là khoảng thời gian trung
bình giữa hai bản tin, đặc biệt là trong các thời điểm thông lượng là cực đại)
và chiều dài bản tin cần truyền đi từ các VSAT từ xa.
- Nội dung của các bản tin phúc đáp từ Hub.
- Độ trễ đáp ứng chấp nhận được.
- Chuyển đổi và truyền tải khối dữ liệu.
- Có thể có các yêu cầu truyền dẫn với mật độ luồng thông tin cao ở
tuyến ra và kể cả tuyến vào (ở thời gian cao điểm và không cao điểm).
- Có thể có các yêu cầu về luồng thông tin thoại.
1.3.3. Băng tần cho thông tin VSAT
Mạng VSAT thường sử dụng băng tần số nghiệp vụ cố định vệ tinh

đổi tần lên, chuyển đổi tần xuống, khuếch đại tạp âm thấp.
Hình 1.4: Cấu trúc trạm VSAT
12
1.4.1.2. Thiết bị trong nhà
Một khối IDU điển hình chứa một mạch trung tần (IF – Intermediate
Frequency), một modem và một bộ xử lý tín hiệu băng gốc.
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).
1.4.2. Cấu trúc trạm Hub
Hình 1.5 trình bày một cấu trúc tổng quát của một trạm Hub. Ngoại trừ
kích thước và số lượng thiết bị thì giữa trạm Hub và trạm VSAT chỉ khác
nhau chút ít về chức năng. Sự khác nhau chính là khối trong nhà của trạm
Hub giao tiếp với một máy chủ hoặc với một mạng chuyển mạch công cộng,
hoặc các đường dành riêng tuỳ thuộc vào trạm Hub là dùng chung hay dùng
riêng.
Hình 1.5: Cấu trúc cơ bản của một trạm Hub
Một trạm Hub luôn được trang bị một hệ thống quản lý mạng (NMS).
NMS là một máy tính hoặc trạm làm việc có trang bị phần mềm chuyên dụng
được dùng để khai thác và quản trị mạng. Máy tính này được nối với mỗi
VSAT trong mạng bằng một mạch ảo cố định. Trong hầu hết các ứng dụng,
13
Hub có thể được kết nối qua một đường truyền trên mặt đất đến một máy tính
chủ. Các thông báo quản lý luôn được trao đổi giữa NMS và các VSAT và
cạnh tranh với lưu lượng bình thường đối với tài nguyên mạng.
1.4.2.1. Chức năng khai thác mạng
Chức năng khai thác liên quan tới quản trị mạng và cung cấp khả năng
để tái cấu hình mạng một cách linh hoạt bằng cách thêm hoặc xoá bỏ các trạm
VSAT, sóng mang và giao tiếp mạng. Chức năng khai thác còn bao gồm việc
giám sát và điều khiển chất lượng, trạng thái của Hub và mỗi trạm VSAT

- Khuếch đại sóng mang thu được từ tuyến lên để sử dụng cho việc
truyền lại trên tuyến xuống. Công suất đầu vào yêu cầu từ 100 pW đến 1 nW,
công suất đầu ra của bộ khuếch đại tuyến xuống yêu cầu từ 10 W đến 100 W [4].
- Thay đổi tần số sóng mang (giữa máy thu và phát) nhằm tránh một
phần công suất phát tác động trở lại phía đầu vào máy thu.
Hình 1.6: Sơ đồ khối chức năng của một bộ phát đáp đơn giản
Anten thu
6 GHz
BPF
LNA
LO
BPF
TWTA
Bộ dao động nội
Bộ chuyển đổi xuống
Tín hiệu từ
tuyến lên
Bộ lọc
thông thấp
Bộ khuếch đại
tạp âm thấp
Bộ lọc
thông thấp
Bộ khuếch đại
công suất đèn
sóng chạy
Tuyến
xuống
Anten phát
4 GHz

Hình 1.7 trình bày cấu hình vật lý và giao thức của một mạng VSAT kết
nối thiết bị đầu cuối người dùng và máy tính chủ. Phía trên của hình là cấu
hình vật lý chỉ ra loại thiết bị mà kết nối hỗ trợ. Phía dưới là cấu hình giao
thức chỉ ra các lớp ngang hàng giữa các thiết bị đó. Cấu hình vật lý chỉ ra giao
17
tiếp băng gốc trạm Hub là một phần của thiết bị trong nhà của trạm Hub được
nối với máy chủ, còn giao tiếp băng gốc VSAT là phần thiết bị trong nhà của
trạm VSAT được nối với các thiết bị đầu cuối người dùng. Cấu hình giao thức
thể hiện sự xếp chồng các lớp tương ứng từ 1 đến 7 bên trong máy tính chủ và
thiết bị đầu cuối người dùng và các xếp chồng giảm dần ở bộ xử lý đầu cuối
của trạm Hub và giao tiếp băng gốc của khối trong nhà của trạm VSAT.
1.5.2. Chuyển đổi giao thức (giả lập)
Ở mức vật lý ta có thể coi mạng VSAT như một đường dây thuần tuý và
kết nối các thiết bị đầu cuối người dùng có thể được thực hiện dễ dàng. Tuy
nhiên, điều này là không thể do đặc tính của kênh vệ tinh về trễ đường truyền
và tỉ lệ lỗi bít. Các đặc tính này khác với các đường truyền trên mặt đất mà ở
đó các giao thức đã được sử dụng trên các thiết bị của người dùng. Các đường
truyền trên mặt đất thường có trễ và tỉ lệ lỗi bít thấp hơn so với đường truyền
vệ tinh. Do đó các giao thức đã được sử dụng cho các hệ thống trên mặt đất
có thể trở nên không hiệu quả khi qua các đường truyền vệ tinh. Do đó phải
xem xét các giao thức khác để truyền dữ liệu qua các đường truyền vệ tinh.
Tuy nhiên, các giao thức này không thể là giao thức kiểu đầu cuối tới đầu
cuối vì điều đó dẫn đến thay đổi các giao thức được thực hiện trên các máy
của người dùng, không được người dùng chấp nhận. Vì vậy, để thực hiện một
số dạng chuyển đổi giao thức ở cả giao tiếp băng gốc trạm Hub và trạm
VSAT. Việc chuyển đổi giao thức thiết bị đầu cuối thành các giao thức đường
truyền vệ tinh được gọi là giả lập (emulation) hoặc thông dụng hơn là đánh
lừa (spoofing) [7]. Thật vậy, nếu việc chuyển đổi là đầy đủ, tức là nếu nó đảm
bảo tính trong suốt từ đầu cuối này đến đầu cuối kia thì các thiết bị đầu cuối
có cảm tưởng như được kết nối trực tiếp mặc dù thực tế không phải vậy.