Tài liệu Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ vsat tdm d-tdma cho mạng truyền dẫn viettel

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Hồng Kiên NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ VSAT TDM/D-TDMA CHO MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Trương Vũ Bằng Giang Hà Nội - 2009 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan bản luận văn “Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ VSAT TDM/D-TDMA” là kết quả nghiên cứu của bản thân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS. Trƣơng Vũ Bằng Giang. Toàn bộ các kiến thức đƣợc trích lƣợc từ các tài liệu đƣợc liệt kê đầy đủ và chi tiết. Cá nhân tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sai phạm quyền tác giả. Ngƣời làm cam đoan Phạm Hồng Kiên 2 MỤC LỤC MỤC LỤC ......................................................................................................... 2 DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................... 5 TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................... 7 MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 9 CHƢƠNG 1 ..................................................................................................... 11 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH................................. 11 1.1. LỊCH SỬ RA ĐỜI HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH………...….....11 1.2. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG VỆ TINH……………………………....12 1.2.1. Phần không gian……………………………………………………...12 1.2.2. Phân hệ mặt đất………………………………………………………13 1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VỆ TINH……………………………...13 1.3.1. Ƣu điểm………………………………………………………………13 1.3.2. Nhƣợc điểm…………………………………………………………..13 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP GHÉP KÊNH……………………………………14 1.4.1. Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM)………….…………………..14 1.4.2. Ghép phân chia theo thời gian (TDM)…………………….…………16 1.4.2.1. TDM tín hiệu tƣơng tự ............................................................... 16 1.4.2.2. TDM tín hiệu số ........................................................................ 18 1.5. CÁC PHƢƠNG THỨC ĐA TRUY NHẬP TRONG THÔNG TIN VỆ TINH……………………………………………………………………….19 1.5.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)……...…………………19 1.5.1.1. Đa truy nhập nhiều kênh trên một sóng mang (MCPC).............. 21 1.5.1.2. Truy nhập một kênh trên một sóng mang (SCPC) ...................... 22 1.5.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)……………………..23 3 1.5.3. Đa truy nhập phân chia theo thời gian D-TDMA (DETERMINISTRIC TDMA)…………………………………………………………………...25 1.6. CÁC DỊCH VỤ ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN VỆ TINH……….27 CHƢƠNG 2 ..................................................................................................... 28 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN VSAT……………………………….28 2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VSAT…………………………………28 2.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN VSAT…………………………28 2.2.1. Cấu hình mạng lƣới (MESH)…………………………………….......29 2.2.2. Cấu hình mạng sao (Star)…………………………………………….31 2.3. MẠNG THÔNG TIN VSAT FDM/SCPC HIỆN TẠI CỦA CÔNG TY TRUYỀN DẪN VIETTEL………………………………………………...31 2.3.1. Mục đích……………………………………………………………..31 2.3.2. Sơ đồ khối hệ thống VSAT tại công ty truyền dẫn Viettel…………..32 2.3.3. Thiết bị sử dụng…………………………………………………........33 CHƢƠNG 3 ..................................................................................................... 36 CÔNG NGHỆ VSAT TDM/D-TDMA ( IDIRECT) ỨNG DỤNG CHO MẠNG VIETTEL ...................................................................................................... 36 3.1. CÔNG NGHỆ VSAT TDM/D-TDMA…………………………………..36 3.1.1. Cơ sở công nghệ VSAT TDM/D-TDMA (iDirect )…………...……..36 3.1.2. Mạng VSAT băng rộng iDirect……………..………………………..37 3.1.2.1. Hƣớng ra (Outroute) iDirect TDM ............................................. 38 3.1.2.2. Hƣớng vào (Inroute) iDirect ...................................................... 39 3.1.3. Cấu hình điển hình của trạm Remote và trạm Hub……...……….......41 3.1.3.1. Một trạm VSAT điển hình ......................................................... 41 3.1.3.2. Một trạm gốc Hub điển hình ...................................................... 42 3.1.4. Ƣu điểm và nhƣợc điểm hệ thống VSAT TDM/D-TDMA……..........55 4 3.2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VSAT TDM/D-TDMA (iDirect) CHO MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL………………………………………..57 3.2.1. Cấu trúc hệ thống với giải pháp thiết bị iDirect………...……………57 3.2.2. Các bƣớc triển khai thực tế………………………...………………....60 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………...…………76 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 77 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc của hệ thống vệ tinh ........................................................... 12 Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh theo tần số ....................................... 15 Hình 1.3: Truyền băng dưới trong ghép kênh theo tần số ................................. 15 Hình 1.4: Sơ đồ khối ghép 4 kênh theo thời gian .............................................. 16 Hình 1.5: Ghép kênh theo thời gian tín hiệu 3 kênh.......................................... 17 Hình 1.6: Sơ đồ khối hệ thống TDM tín hiệu số ................................................ 19 Hình 1.7: Phân chia băng tần bộ phát đáp trên vệ tinh .................................... 20 Hình 1.9: Mô hình truyền dẫn FDM/FDMA và TDM/FDMA ........................... 22 Hình 1.10: Mô hình truyền dẫn SCPC/FDMA .................................................. 22 Hình 1.11: TDMA và mô hình khung TDMA .................................................... 23 Hình 1.12: Mô hình khung 2ms chuẩn Intelsat ................................................. 24 Hình 1.13: Cấu trúc hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian D-TDMA 26 Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống thông tin VSAT cung cấp dịch vụ di động ............ 29 Hình 2.2 : Cấu hình mạng lưới ......................................................................... 30 Hình 2.3 : Sơ đồ khối hệ thống VSAT FDM/SCPC ........................................... 32 Hình 2.4: Cấu trúc hệ thống thiết bị mạng VSAT Viettel .................................. 34 Hình 3.1: Công nghệ VSAT TDM/D-TDMA (iDirect ) ...................................... 37 Hình 3.2: Cấu trúc mạng iDirect với một hướng ra và 4 hướng vào................. 38 Hình 3.3: Cấu trúc mạng iDirect với một hướng ra .......................................... 39 Hình 3.4: Cấu trúc mạng iDirect với các hướng vào ........................................ 40 Hình 3.5: Cấu trúc một trạm VSAT điển hình ................................................... 42 Hình 3.7: Cấu trúc IP của trạm Hub ................................................................ 45 Hình 3.8: Cấu trúc khung Idirect Hub .............................................................. 46 Hình 3.9: Bộ xử lý giao thức Hub ..................................................................... 47 6 Hình 3.10: Cấu trúc Idirect NMS ..................................................................... 50 Hình 3.11: Cấu hình QoS trong iBuilder ......................................................... 52 Hình 3.12: Thống kê IP dòng lên và xuống...................................................... 53 Hình 3.13: Tình trạng cảnh báo ....................................................................... 54 Hình 3.14: Cấu hình mềm dẻo hệ thống VSAT TDM/D-TDMA......................... 55 Hình 3.15: Hệ thống thiết bị trạm Remote ........................................................ 56 Hình 3.16: Cấu trúc hệ thống với giải pháp thiết bị Idirect .............................. 58 Hình 3.17: Biểu đồ lưu lượng 58 trạm VSAT trong ngày .................................. 60 Hình 3.18: Biểu đồ lưu lượng Peak của 58 trạm Vsat....................................... 61 Hình 3.19: Rack lắp đặt thiết bị 5IF, bộ xử lý giao thức và NMS ..................... 65 Hình 3.20: Biểu đồ tỉ lệ rớt cuộc gọi ................................................................ 69 Hình 3.21: Biểu đồ tỉ lệ rớt kênh SDCCH – SDR.............................................. 69 Hình 3.22: Biểu đồ thiết lập cuộc gọi thành công ............................................. 70 Hình 3.23: Biểu đồ lưu lượng ........................................................................... 70 7 TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa BER Tỳ số lỗi bít BEP Xác xuất lỗi bít BUC Block Up Converter BSS Dịch vụ vệ tinh quảng bá C/N Tỷ số sóng mang/tạp âm Codec Bộ mã hóa, giải mã DDI Giao tiếp số trực tiếp DEM Bộ giải điều chế DEMUX Bộ tách kênh Eb/No Tỷ số năng lƣợng của Bit/ Mật độ tạp âm EIRP Công suất bức xạ vô hƣớng tƣơng đƣơng FDM Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Sửa lỗi trƣớc FM/FDMA Điều tần/Đa truy trập phân chia theo tần số FSS Dịch vụ vệ tinh cố định GEO Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh HPA Bộ khuếch đại công suất lớn IDU Khối bên trong IMUX/OMUX Bộ ghép kênh vào/ ra IF Tần số trung gian( Trung tần ) INTELSAT Tổ chức Vệ tinh viễn thông thế giới 8 LNA Bộ khuếch đại tạp âm thấp LEO Vệ tinh quỹ đạo thấp MCPC Đa kênh trên một sóng mang MEO Vệ tinh quỹ đạo trung bình MOD Bộ điều chế Modem Bộ điều chế/giải điều chế MSB Bít có ý nghĩa lớn nhất MUX Bộ ghép kênh NCC Trung tâm điều khiển mạng ODU Khối bên ngoài QPSK Điều chế pha bốn mức PCM Điều xung mã PSK Khóa dịch pha RF Tần số vô tuyến, tần số radio SCPC Truy nhập đơn kênh trên một sóng mang TC Kênh mặt đất TDM Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian TM Độ dài của một đa khung MSS Dịch vụ vệ tinh di động VSAT Các trạm đầu cuối có khẩu độ rất nhỏ 9 MỞ ĐẦU Việt Nam là quốc gia có đƣờng biên giới trải dài với địa hình nhiều đồi núi, hải đảo… xa đất liền, mỗi vùng địa hình khác nhau cần có phƣơng án truyền thông thích hợp. Cáp sợi quang và viba giữ ƣu thế trong những ứng dụng triển khai đƣờng trục, liên tỉnh tuy nhiên đối với những vùng không triển khai đƣợc cáp quang hoặc viba và bị cô lập về mặt địa lý thì VSAT TDM/D-TDMA là phƣơng án lựa chọn thích hợp nhất. Với kích thƣớc nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt trong bất cứ địa hình nào: tòa nhà, tầu, thuyền, xe cơ động…, mềm dẻo trong việc thay đổi cấu hình và lƣu lƣợng cho các trạm VSAT, VSAT TDM/D-TDMA đã trở thành một ứng dụng hiệu quả với các Tập đoàn, Tổng công ty và các công ty cỡ lớn hoặc vừa. Đặc điểm rất quan trọng của mạng thông tin VSAT TDM/D-TDMA là có thể vừa tiết kiệm đƣợc băng thông vệ tinh tối đa và vừa có thể triển khai đƣợc rất nhiều các loại hình dịch vụ nhƣ: Internet, thoại, hội nghị truyền hình, dữ liệu… Việc nghiên cứu về mạng VSAT TDM/D-TDMA có nghĩa thực tiễn rất cao trong việc triển khai mạng này tại Việt Nam. Luận văn bao gồm 4 phần: Chƣơng 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh Chƣơng 2: Giới thiệu về mạng thông tin VSAT Chƣơng 3: Công nghệ VSAT TDM/D-TDMA và ứng dụng cho mạng truyền dẫn Viettel. Kết luận Đề tài ” Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ VSAT TDM/D-TDMA cho mạng truyền dẫn Viettel” đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Trƣơng Vũ Bằng Giang, Khoa Điện tử- Viễn thông, Trƣờng Đại học Công nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội. Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các bạn động nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! 10 Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Học viên Phạm Hồng Kiên 11 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Kể từ khi ra đời, thông tin vệ tinh đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực viễn thông. Với sự phát triển không ngừng và vị thế đặc biệt, ngày nay hệ thống thông tin vệ tinh là một phần thiết yếu trong hầu hết các mạng viễn thông diện rộng trên thế giới. Nó còn góp phần quan trọng vào sự phát triển của các lĩnh vực khoa học khác nhƣ nghiên cứu vũ trụ, địa chất, khí tƣợng học... Sự hình thành các hệ thống thông tin diện rộng cho phép chúng ta vƣợt qua khoảng cách về không gian và thời gian để xích lại gần nhau trong một xã hội thông tin hiện đại. 1.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Thông tin vô tuyến qua vệ tinh là thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông mà mục tiêu của nó là đạt đƣợc gia tăng chƣa từng có về mặt cƣ ly và dung lƣợng với mức chi phí thấp nhất. Chiến tranh thế giới lần thứ II đã góp phần vào sự phát triển hai công nghệ rất khác nhau đó là Tên lửa và Viba, việc kết hợp sử dụng thành công hai kỹ thuật đó đã mở ra kỷ nguyên thông tin vệ tinh. Hệ thống tin vệ tinh liên tục đƣợc phát triển sau đó: Năm 1957: Liên Xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên (Sputnik) Năm 1958: Vệ tinh SCORE của Mỹ Năm 1960: Vệ tinh ECHO Năm 1958: Vệ tinh COURIER Năm 1962: Các vệ tinh chuyển tiếp băng rộng: TELSTAR, RELAY Năm 1965: Vệ tinh địa tĩnh thƣơng mại đầu tiên đƣợc phóng INTELSAT1. Tiếp sau INTELSAT-I, hàng loạt các vệ tinh của INTELSAT đã ra đời với những cải tiến đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu giảm giá thành dịch vụ, tăng dung lƣợng kênh. Các thế hệ vệ tinh INTELSAT tiếp theo đƣợc phóng lên quỹ đạo địa tĩnh trên biển Thái Bình Dƣơng, Đại Tây Dƣơng & Ấn Độ Dƣơng là các thế hệ vệ tinh INTELSAT II, III, IV, IV-A, V, V-A, VI, VII, K, VII-A, VIII, VIII-A, K-FOS (tính đến tháng 1 năm 1996). Đến tháng 6 năm 2001 vệ tinh INTELSAT-IX đầu 12 tiên đã đƣợc phóng thành công lên quỹ đạo. Tiếp sau đó là các vệ tinh khác trong series INTELSAT-IX lần lƣợt đƣợc phóng lên quỹ đạo. 1.2. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG VỆ TINH Vệ tinh có hai nhiệm vụ là khuếch đại sóng mang thu đƣợc từ trạm mặt đất trên tuyến lên để phát lại trên tuyến xuống và biến đổi tần số sóng mang nhằm tránh đƣa trở lại một phần công suất phát vào máy thu. Một tuyến thông tin vệ tinh đƣợc thiết lập giữa các trạm mặt đất với 1 vệ tinh trong không gian. PhÇn kh«ng gian VÖ tinh k U M¸y ph¸t lin p lin k n ow D Tr¹m ®iÒu khiÓn TTC&M M¸y thu PhÇn mÆt ®Êt Hình 1.1: Cấu trúc của hệ thống vệ tinh 1.2.1. Phần không gian Phần không gian bao gồm vệ tinh và các phƣơng tiện trên mặt đất để điều khiển và giám sát vệ tinh. Đó là các trạm TT&C (Tracking, Telemetry và Command: bám, đo lƣờng từ xa và lệnh), cùng với trung tâm điều khiển vệ tinh, thực hiện các hoạt động liên quan đến việc điều khiển, kiểm tra, giám sát & duy trì hoạt động của vệ tinh thông qua các chức năng thiết yếu của vệ tinh đó. Vệ tinh đƣợc cấu tạo bao gồm phần tải (payload) và phần thân (platform). Phần tải: bao gồm các anten thu, phát và tất cả các thiết bị điện tử trợ giúp cho việc truyền dẫn tín hiệu (phân hệ thông tin). Phần thân: bao gồm các phân hệ phụ trợ trên vệ tinh: 13 - Đo lƣờng từ xa, bám và lệnh (TT&C). - Nguồn điện. - Điều khiển nhiệt độ. - Điều khiển tƣ thế bay và quỹ đạo. - Các thiết bị đẩy. - Cấu trúc: Đảm bảo hỗ trợ về cơ khí cho tất cả các bộ phận trên vệ tinh, đồng chỉnh chính xác, hỗ trợ cho điều khiển nhiệt. 1.2.2. Phân hệ mặt đất Phân hệ mặt đất bao gồm các trạm mặt đất thực hiện chức năng thu, phát thông tin. Các trạm mặt đất này thƣờng đƣợc kết nối với một mạng thông tin mặt đất hoặc nối trực tiếp với thiết bị đầu cuối ngƣời sử dụng nhƣ trong trƣờng hợp các trạm nhỏ (VSAT). Các trạm mặt đất đƣợc phân loại theo kích thƣớc của chúng, kích thƣớc của trạm biến đổi tuỳ thuộc lƣu lƣợng cần vận chuyển và loại tải (nhƣ điện thoại, truyền hình hay số liệu…). Trạm mặt đất loại lớn nhất đƣợc trang bị anten đƣờng kính 30m (tiêu chuẩn A của INTELSAT), loại nhỏ nhất có các anten 0,6m cho các trạm thu truyền hình trực tiếp. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VỆ TINH 1.3.1. Ƣu điểm - Vùng phủ sóng rộng: do vệ tinh cách xa mặt đất - Độ tin cậy và chất lƣợng thông tin cao: do tuyến thông tin chỉ có 3 trạm, trong đó vệ tinh đóng vai trò nhƣ trạm lặp, còn hai trạm đầu cuối trên mặt đất nên xác xuất hƣ hỏng trên tuyến rất thấp. - Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế: hệ thống thông tin đƣợc thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau. Đặc biệt hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn, thông tin xuyên lục địa. - Đa dạng về loại hình dịch vụ 1.3.2 Nhƣợc điểm - Trễ truyền dẫn qua vệ tinh cao hơn so với truyền dẫn qua Viba, cáp đồng, cáp quang. 14 - Giá thành triển khai cho các link kết nối cao hơn so với các phƣơng tiện truyền dẫn khác. - Khó khăn trong việc triển khai truyền dẫn dung lƣợng lớn - Chịu ảnh hƣởng nhiều của yếu tố thời tiết khi sử dụng băng tần Ku, Ka, đặc biệt là hiện tƣợng SunOutage. 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP GHÉP KÊNH 1.4.1. Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) Khái niệm ghép kênh theo tần số là tần số (hoặc băng tần) của các kênh khác nhau, nhƣng đƣợc truyền đồng thời qua môi trƣờng truyền dẫn. Muốn vậy phải sử dụng bộ điều chế, giải điều chế và bộ lọc băng. A. Sơ đồ khối bộ ghép Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh và tách kênh theo tần số nhƣ hình 1.2. Sơ đồ có N nhánh, mỗi nhánh dành cho một kênh. Sơ đồ chỉ có một cấp điều chế, nhƣng trong thực tế có nhiều cấp điều chế. Tuỳ thuộc môi trƣờng truyền dẫn là vô tuyến, dây trần, cáp đối xứng hay cáp đồng trục mà sử dụng một số cấp điều chế cho thích hợp. B. Nguyên lý hoạt động Phía phát: tín hiệu tiếng nói qua bộ lọc thấp để hạn chế băng tần từ 0,3 đến 3,4 kHz. Băng tần này đƣợc điều chế theo phƣơng thức điều biên với sóng mang fN để đƣợc hai băng bên. Trong ghép kênh theo tần số chỉ truyền một băng bên, loại bỏ băng bên thứ hai và sóng mang nhờ bộ lọc băng, nhƣ biễu diễn trên hình 1.3. Hình 1.3 nêu một thí dụ về truyền băng dƣới. Tại cấp điều chế kênh, khoảng cách giữa hai sóng mang kề nhau là 4 kHz. 15 Bộ lọc thấp Bộ điều chế Bộ lọc thấp Bộ điều chế Bô lọc băng Bô lọc băng f1 Bộ điều chế Bộ lọc thấp f1 Bô lọc băng Bô lọc băng f2 Bộ lọc thấp Bộ giải điều chế Bộ giải điều chế Bộ lọc thấp f2 Bô lọc băng Bô lọc băng fN Bộ giải điều chế Bộ lọc thấp fN Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh theo tần số Đặc tính suy hao - tần số của bộ lọc băng Băng tần thoại 0.3 Băng dƣới Băng trên 3.4 Hình 1.3: Truyền băng dưới trong ghép kênh theo tần số Cấp điều chế kênh hình thành băng tần cơ sở 60 /108 kHz. Từ băng tần cơ sở tạo ra băng tần nhóm trung gian nhờ sóng mang nhóm trung gian. Từ băng tần nhóm trung gian tạo ra băng tần đƣờng truyền nhờ một sóng mang thích hợp. N bộ lọc băng tại đầu ra nhánh phát nối song song với nhau. Phía thu: các bộ lọc băng tại nhánh phát và nhánh thu của mỗi kênh có băng tần nhƣ nhau. Đầu vào nhánh thu có N bộ lọc băng nối song song và đóng vai trò tách kênh. Bộ điều chế tại nhánh phát sử dụng sóng mang nào thì bộ giải điều chế của kênh ấy cũng sử dụng sóng mang nhƣ vậy. Tín hiệu kênh đƣợc giải điều chế với sóng mang và đầu ra bộ giải điều chế ngoài băng âm tần còn có các 16 thành phần tần số cao. Bộ lọc thấp loại bỏ các thành phần tần số cao, chỉ giữ lại băng âm tần. Ghép kênh theo tần số có ƣu điểm là các bộ điều chế và giải điều chế có cấu tạo đơn giản (sử dụng các diode bán dẫn), băng tần mỗi kênh chỉ bằng 4 kHz nên có thể ghép đƣợc nhiều kênh. Chẳng hạn, máy ghép kênh cáp đồng trục có thể ghép tới 1920 kênh. Tuy nhiên do sử dụng điều biên nên khả năng chống nhiễu kém. 1.4.2. Ghép phân chia theo thời gian (TDM) Khi có nhiều tín hiệu có tần số hoặc băng tần nhƣ nhau cùng truyền tại một thời điểm phải sử dụng ghép kênh theo thời gian. Có thể ghép kênh theo thời gian các tín hiệu analog hoặc các tín hiệu số. Dƣới đây trình bày hai phƣơng pháp ghép kênh này. 1.4.2.1. TDM tín hiệu tƣơng tự A. Sơ đồ khối bộ ghép Sơ đồ khối TDM 4 kênh nhƣ hình 1.4. Tín hiệu 1 analog Bộ lọc thấp 2 Bộ lọc thấp 3 Bộ lọc thấp 4 Bộ lọc thấp Bộ chuyển mạch Bộ phân phối Đƣờng truyền Phát xung đồng bộ Thu xung đồng bộ Bộ lọc thấp 1 Bộ lọc thấp 2 Bộ lọc thấp 3 Bộ lọc thấp 4 Tín hiệu analog Hình 1.4: Sơ đồ khối ghép 4 kênh theo thời gian B. Nguyên lý hoạt động Bộ lọc thấp hạn chế băng tần tín hiệu thoại analog tới 3,4 kHz. Bộ chuyển mạch đóng vai trò lấy mẫu tín hiệu các kênh, vì vậy chổi của bộ chuyển mạch quay một vòng hết 125s , bằng một chu kỳ lấy mẫu. Chổi tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh của kênh nào thì một xung của kênh ấy đƣợc truyền đi. Trƣớc hết một xung 17 đồng bộ đƣợc truyền đi và tiếp theo đó là xung của các kênh 1, 2, 3 và 4. Kết thúc một chu kỳ ghép lại có một xung đồng bộ và ghép tiếp xung thứ hai của các kênh. Quá trình này cứ tiếp diễn liên tục theo thời gian. Để phía thu hoạt động đồng bộ với phía phát, yêu cầu chổi của bộ phân phối quay cùng tốc độ và đồng pha với chổi của bộ chuyển mạch. Nghĩa là hai chổi phải tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh tại vị trí tƣơng ứng. Yêu cầu đồng bộ giữa máy phát và máy thu sẽ đƣợc đáp ứng nhờ xung đồng bộ. Phía thu, sau khi tách dãy xung của các kênh cần khôi phục lại tín hiệu analog nhờ sử dụng bộ lọc thấp giống nhƣ bộ lọc này tại phía phát. Hình ảnh ghép kênh theo thời gian tín hiệu 3 kênh đƣợc minh hoạ tại hình 1.5. S1(t) t S2(t) t S3(t) t 3 3 2 1 1 XR(t) XĐB 3 1 2 XĐB XĐB 125s 2 XĐB t Hình 1.5: Ghép kênh theo thời gian tín hiệu 3 kênh 18 1.4.2.2. TDM tín hiệu số A. Sơ đồ khối bộ ghép Sơ đồ khối bộ ghép TDM tín hiệu số đƣợc thể hiện tại hình 1.6. B. Nguyên lý hoạt động Quá trình hoạt động của bộ chuyển mạch và bộ phân phối đã đƣợc trình bày trong phần TDM tín hiệu tƣơng tự (analog). Sau đây trình bày hoạt động TDM tín hiệu số. Phía phát: sau khi lấy mẫu tín hiệu thoại analog của các kênh, xung lấy mẫu đƣợc đƣa vào bộ mã hoá để tiến hành lƣợng tử hoá và mã hoá mỗi xung thành một từ mã nhị phân gồm 8 bit. Các bit tin này đƣợc ghép xen byte để tạo thành một khung nhờ khối tạo khung. Trong khung còn có từ mã đồng bộ khung đặt tại đầu khung và các bit báo hiệu đƣợc ghép vào vị trí đã quy định trƣớc. Bộ tạo xung ngoài chức năng tạo ra từ mã đồng bộ khung còn có chức năng điều khiển các khối trong nhánh phát hoạt động. Phía thu: dãy tín hiệu số đi vào máy thu. Dãy xung đồng hồ đƣợc tách từ tín hiệu thu để đồng bộ bộ tạo xung thu. Bộ tạo xung phía phát và phía thu tuy đã thiết kế có tốc độ bit nhƣ nhau, nhƣng do đặt xa nhau nên chịu sự tác động của thời tiết khác nhau, gây ra sai lệch tốc độ bit. Vì vậy dƣới sự khống chế của dãy xung đồng hồ, bộ tạo xung thu hoạt động ổn định. Khối tái tạo khung tách từ mã đồng bộ khung để làm gốc thời gian bắt đầu một khung, tách các bit báo hiệu để xử lý riêng, còn các byte tin đƣợc đƣa vào bộ giải mã để chuyển mỗi từ mã 8 bit thành một xung. Do bộ phân phối hoạt động đồng bộ với bộ chuyển mạch nên xung của các kênh tại đầu ra bộ giải mã đƣợc chuyển vào bộ lọc thấp của kênh tƣơng ứng. Đầu ra bộ lọc thấp là tín hiệu thoại analog. Bộ tạo xung phía thu điều khiển hoạt động của các khối trong nhánh thu. 19 Tín hiệu 1 analog Bộ lọc thấp 2 Bộ lọc thấp 3 Bộ lọc thấp 4 Bộ lọc thấp Bộ mã hóa Bộ tạo xung Bộ chuyển mạch Tạo xung Đƣờng truyền Tách đồng hồ Tái tạo khung Bộ giải mã Bộ tạo xung Bộ phân phối Bộ lọc thấp 1 Bộ lọc thấp 2 Bộ lọc thấp 3 Bộ lọc thấp 4 Tín hiệu analog Hình 1.6: Sơ đồ khối hệ thống TDM tín hiệu số 1.5. CÁC PHƢƠNG THỨC ĐA TRUY NHẬP TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Trong hệ thống thông tin vệ tinh có một hoặc vài vệ tinh, các trạm mặt đất thì rất nhiều. Vấn đề làm sao cho cùng một thời điểm các trạm mặt đất cùng liên lạc với nhau thông qua vệ tinh đó. Từ đó vấn đề đƣợc đặt ra là dùng cách nào để cho các trạm mặt đất truy nhập vệ tinh, đó là phƣơng pháp truy nhập vệ tinh. Hệ thống thiết bị nối giữa anten thu và anten phát vệ tinh là bộ lặp (repeater), bộ lặp này thông thƣờng bao gồm một hoặc nhiều kênh liên lạc và cũng đƣợc gọi là bộ phát đáp (transponder), chúng cùng làm việc song song trên các dải tần con khác nhau của băng tần rộng đƣợc ấn định. Hiện nay ba kĩ thuật đa truy nhập cơ bản đƣợc sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh đó là: - Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA – Frequency Division Multiple Access). - Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access). - Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access). Trong luận văn này chúng ta tập chung vào phân tích hai kỹ thuật đa truy nhập FDMA và TDMA. 1.5.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Theo phƣơng thức này mỗi trạm mặt đất đƣợc phân bổ một dải tần số trong băng tần quy định chung cho toàn bộ hệ thống. Dải thông của vệ tinh đƣợc phân