Đề tài Thiết kế hệ thống tính toán thông tin vsatipstar

LỜI CAM ĐOAN —š µ ›– Thông tin vệ tinh VSAT IPSTAR hiện nay là dịch vụ đang sử dụng nhưng vẫn còn nhiều ứng dụng chưa được phát huy, nhiều vấn đề để xem xét và mở rộng kiến thức. Vì vậy em chọn đề tài này làm đồ án tốt nghiệp cho mình. Quá trình làm đồ án tốt nghiệp tuy còn nhiều thiếu sót do kiến thức còn hạn chế nhưng đây là những hiểu biết của em cùng với sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn. Em xin cam đoan đồ án của em không phải là bản sao chép của bất kỳ đồ án hoặc công trình đã có trước, em xin chịu trách nhiệm trước nhà trường. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đà nẵng, tháng 6 năm 2007 Sinh viên thực hiện MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Các từ viết tắc Lời nói đầu Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH VSAT 1 1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1 1.2. Khái niệm hệ thống VSAT 1 1.2.1 Giới thiệu chung 1 1.2.2 Các định nghĩa đặc tính hệ thống VSAT 1 1.3 CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG VSAT 2 1.3.1 Tổng quát về tính ưu nhược của hệ thống VSAT 2 1.3.2 Các ứng dụng trong thông tin một chiều 2 1.3.2.1 Phân phối dữ liệu và phân phối tín hiệu video 2 1.3.2.2 Thu thập dữ liệu 3 1.3.3 Các ứng dụng thông tin hai chiều 3 1.3.3.1 Truyền dữ liệu 3 1.3.3.2 Video hội nghị 31.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CỦA VSAT 4 1.4.1 Tổng quan về các kiểu VSAT 4 1.4.2 Kỹ thuật trãi phổ trong mạng VSAT 4 1.4.3 Các VSAT sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số FDMA.. 5 1.4.4 Các VSAT sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo t/gian TDMA.... 5 1.4.5 Các VSAT sử dụng kỹ thuật TDM/TDMA.... 5 1.5 Các đặc tính tiêu biểu của VSAT. 6 1.5.1 Kích thước mạng, số lượng VSAT trong một mạng. 6 1.5.2 Các yêu cầu đối với phần không gian. 7 1.6 Các vấn đề chung về giao thức và giao diện mặt đất của mạng VSAT 7 1.6.1 Mô hình giao thức mạng VSAT. 8 1.6.1 Mô hình giao thức mạng VSAT. 8 1.7 KẾT NỐI VỚI CÁC DTE ĐỊNH HƯỚNG GÓI CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG VÀ VỚI CÁC MẠNG DỮ LIỆU MẶT ĐẤT. 12 1.7.1 Kết nối với các DTE của người sử dụng. 12 1.7.2 Kết nối với các mạng dữ liệu mặt đất chuyển mạch gói (PSPDN). 14 1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG. 15 Chương 2 : KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT VÀ HUB - NHIỄU VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHI HOẠT ĐỘNG 16 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 16 2.2 VSAT - KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT. 15 2.2.1 Cấu trúc chung. 15 2.2.2 Anten trạm VSAT. 17 2.2.3 Khối thiết bị ngoài trời (ODU) của VSAT 18 2.2.4 Khối thiết bị trong nhà (IDU) của VSAT. 19 2.3 KỸ THUẬT TRẠM MẶT ĐẤT HUB. 20 2.3.1 Mô hình tổng quát của một trạm Hub. 20 2.3.2 Thiết bị RF. 21 2.3.3 Thiết bị Modem IF. 22 2.3.4 Thiết bị băng gốc ở trạm Hub (HBE). 23 2.3.4.1 Thiết bị điều khiển và xử lý phát (TX-PCE). 24 2.3.4.2 Thiết bị điều khiển và xử lý thu (RX PCE). 24 2.3.4.3 Thiết bị giao tiếp đường dây (LIE). 24 2.3.4.4 Trung tâm điều khiển mạng (NNC) 25 2.4 CÁC LOẠI NHIỄU: 25 2.4.1 Giới thiệu: 25 2.4.2 Các nguồn gây nhiễu. 26 2.4.3 Các đặc tính của anten có ảnh hưởng đến nhiễu. 27 2.4.3.1 Các đặc điểm của anten VSAT. 27 2.4.3.2 Độ phân cách của anten: 28 2.4.4 Các yêu cầu về chia sẽ tần số và mức ngưỡng nhiễu. 28 2.4.4.1 Tiêu chuẩn nhiễu trong mạng VSAT. 28 2.4.4.2 Các kỹ thuật hạn chế nhiễu. 29 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG. 30 Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ VSAT IP-STAR 31 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG. 31 3.2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VSAT IPSTAR 31 3.2.1 Giới thiệu về VSAT IPSTAR: 32 3.2.2 Các ứng dụng của VSAT IPSTAR: 33 3.3 KỸ THUẬT CỦA MẠNG VSAT IPSTAR 34 3.3.1 Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo tần số: FDMA. 34 3.3.2 Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian: TDMA 35 3.3.3 Nguyên lý TDMA. 36 3.3.4 Ưu điểm của TDMA 37 3.3.5 Sử dụng kỹ thuật mã FEC: 38 3.3.6 VSAT IPSTAR sử dụng (FDMA/TDM). 38 3.3.7 Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh vào VSAT IPSTAR. 40 3.4 CÔNG NGHỆ CỦA IPSTAR 41 3.4.1 Công nghệ đoạn không gian: 41 3.4.2 Công nghệ đoạn mặt đất 42 3.4.3 Giao diện giao thức mạng mới. 42 3.5 NHỮNG ƯU THẾ VÀ NHƯỢC ĐIỂM. 43 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG. 45 Phần II :TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VSAT IPSTAR PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG VSAT IPSTAR 46 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 46 4.2 CÁC THÔNG SỐ CẦN CHO TÍNH TOÁN 47 4.3 BÀI TOÁN THỰC TẾ: 48 4.3.1 Giới thiệu chung 48 4.3.2 Mô hình và các thông số của một tuyến thông tin. 48 4.3.3 Tính toán góc ngẩng và góc phương vị. 49 4.3.3.1 Góc ngẩng. 49 4.3.3.2 Góc phương vị. 50 4.3.4 Tính toán kết nối đường lên (UPLINK). 51 4.3.4.1 Công suất phát của trạm mặt đất PTXe. 51 4.3.4.2 Hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất GTXe 52 4.3.4.3 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất EIRPe 52 4.3.4.4 Tổng suy hao tuyến lên LU. 53 4.3.4.5 Độ lợi Anten thu G1. 53 4.3.4.6 Mật độ dòng công suất bức xạ hiệu dụng của trạm mặt đất Ф1 53 4.3.4.7 Độ lùi đầu vào IBO. 54 4.3.4.8 Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên (C/No)U. 54 4.3.5 Tính toán kết nối đường xuống (DOWNLINK). 55 4.3.5.1 Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất GRXe. 55 4.3.5.2 Tổng suy hao tuyến xuống LD. 56 4.3.5.3 Hệ số phẩm chất của trạm mặt đất (G/T)E. 56 4.3.5.4 Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến xuống bão hòa (C/No)Dsat. 57 4.3.5.5 Độ lùi đầu ra OBO. 58 4.3.5.6 CS bức xạ đẳng hướng tương đương của một sóng mang EIRP1. 59 4.3.5.7 Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu tuyến xuống trên một sóng mang (C/No)D1. 59 4.3.5.8 Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống trên sóng mang (C/No)IM. 60 4.3.5.9 Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu giao thoa tuyến xuống trên sóng mang (C/Noi)D 61 4.3.5.10 Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu toàn tuyến trên s/m (C/No)t. 62 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG. 62 CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ MẠNG VSAT IPSTAR THỰC TẾ TẠI VIỆT NAM 64 5.1 Giới thiệu chương. 64 5.2 Tính toán đường truyền tuyến thông tin vệ tinh ThaiCom-1A đối với trạm mặt đất đặt tại Đà Nẵng. 64 5.2.1 Giới thiệu về vệ tinh và các thông số ban đầu 64 5.2.2 Tính toán thông số mạng (Network IPSTAR). 66 5.2.2.1 Tính toán băng thông thực của nhóm UT. 66 5.2.2.2 Tính toán băng thông thực của trạm GW. 67 5.2.2.3 Tính toán băng thông thực của toàn mạng. 67 5.2.2.4 Tính toán (C/No)t yêu cầu toàn tuyến trong mạng. 67 5.2.2.5 Tính toán hiệu suất sử dụng băng thông. 67 5.2.3 Tính toán cự ly thông tin, góc ngẩng, góc phướng vị 67 5.2.3.1 Tính toán cự ly thông tin. 67 5.3 Tính toán tuyến lên (UpLink). 68 5.3.1 Công suất phát của trạm mặt đất PTXe. 68 5.3.2 Hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất GTXe . 69 5.3.3 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất EIRPe. 69 5.3.4 Tổng suy hao tuyến lên LU . 69 5.3.5 Độ lợi Anten phát (/m2) G1. 70 5.3.6 Mật độ dòng công suất bức xạ hiệu dụng của trạm mặt đất Ф1(dBW/m2). 70 5.3.7 Độ lùi đầu vào IBO. 70 5.3.8 Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên (C/No)U. 71 5.3.8.1 Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên bão hòa (C/No)Usat. 71 5.3.8.2 Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến lên một trạm mặt đất (C/No)U1. 71 5. 4 Tính toán kết nối đường xuống (DOWNLINK). 72 5.4.1 Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất GRxe. 72 5.4.2 Tổng suy hao tuyến xuống LD. 72 5.4.3 Hệ số phẩm chất của trạm mặt đất (G/T)E. 73 5.4.4 Tỷ số sóng mang trên tạp âm tuyến xuống bão hòa (C/No)Dsat. 74 5.4.5 Độ lùi đầu ra OBO. 74 5.4.6 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của một sóng mang EIRP1. 75 5.4.7 Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu tuyến xuống trên một s/mang. 75 5.4.8 Tỷ số s/mang trên tạp âm nhiễu xuyên điều chế tuyến xuống trên s/mang 75 5.4.9 Tỷ số s/mang trên tạp âm nhiễu giao thoa tuyến xuống trên s/mang 76 5.4.10 Tỷ số sóng mang trên tạp âm nhiễu toàn tuyến trên sóng mang (C/No)t. 76 5.5 Kết luận chương. 78 Kết luận và hướng phát triển đề tài: Tài liệu tham khảo Phần phụ lục Các Từ Viết Tắt A Azimut Góc phương vị AOCS Attitude and orbit control system Hệ thống đ/kh trạng thái & quỹ đạo BPF Band pass filter Bộ lọc thông dải BPSK Binary PSK Điều chế theo pha nhị phân BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit CDMA Code division multiplex access Đa truy nhập phân chia theo mã CDM Code division multiplex Ghép kênh phân chia theo mã C&M Control and Monitoring Điều khiển và giám sát CUG Closed Users group Nhóm người sử dụng khép kín D/C Down coverter Bộ hạ tần DAMA Demand Assgned Multiple Acces Đa truy cập ấn định theo yêu cầu DCE Data circuit Terminating equipment Thiết bị đầu cuối kênh dữ liệu DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệu. E Elevation Góc ngẩng Eb/No Energy per bit over thermal Noise Tỷ lệ năng lượng một bit trên cs tạp power (per Hz) ratio âm nhiệt (/Hz) EIRP Equivalent isotropic racliated power Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương FEC Forward Error Corection Sữa lỗi tại nơi thu GEO Geosychronous earth orbit Quỹ đạo địa tĩnh GSM Gobal System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu Communication HBE Hub Baseband Equipment Thiết bị băng gốc Hub HCI Hub Control Interface Giao tiếp điều khiển Hub HPA High power amplifiers Bộ khuếch đại công suất cao HPC High power amplifiers and Convertor Bộ đổi tần và k/đại công suất cao IBO Input background color off Độ lùi đầu vào IDU In-Door Unit Khối bên trong IF Intermediate frequency Tần số trung tần IM InterModulation Xuyên điều chế ISDN Integrated Services Data Network Mạng dịch vụ tích hợp số LEO Low earth orbit Quỹ đạo thấp LIE Line Interface Equipment Thiết bị giao tiếp đường LO Local ossilator Bộ dao động nội LNA Low noise amplifiers Khuếch đại tạp âm thấp MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng trung tâm MCD Multicarrier Demodulation Bộ giải điều chế đa sóng mang NRZ Non return zero Mã không trở về không OBO Output back off Độ lùi đầu ra OBP On Board Processing Xử lý trên vệ tinh ODU Out-Door Unit Khối bên ngoài PA Power Ampli bộ khuếch đại công suất PCE Processing and Control Equipment Thiết bị điều khiển và xử lý PSTN Public switch telephone network Mạng đ/th chuyển mạch công cộng PSDN Packet Switched Data Network Mạng dữ liệu chuyển mạch gói RF Radio frequency Tần số vô tuyến TDMA Time division multiplex access Đa truy nhập phân chia theo th/gian U/C Up coverter Bộ nâng tần SHF Supper Hight Frequency Tần số siêu cao tần SCADA Supervisory Control And Data Thu dữ liệu và điều khiển giám sát Acquisition CCIR Commite Consultative Internation Radio Uỷ ban tư vấn điện báo đ/thoại QTế LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự linh hoạt của con người cũng đòi hỏi ở mức cao hơn và đặc biệt là vị trí địa lý của Vệt Nam ta hơn 1/3 là đồi núi, do đó mạng thông tin hữu tuyến không đáp ứng hết các nhu cầu kể cả trong thương mại và quân sự. Các hệ thống thông tin vệ tinh trạm mặt đất VSAT ra đời là để đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu của con người, cũng như đáp ứng được dịch vụ giá rẽ trong thương mại. Vấn đề tài nguyên tần số rất hạn hẹp, nên việc cấp phát kênh tần số đòi hỏi phải được tối ưu để không làm ảnh hưởng đến các hệ thống khác, đồng thời giảm nhiễu trong hệ thống. Mặc khác, do hệ thống thông tin vệ tinh VSAT sử dụng trong môi trường truyền vô tuyến có suy hao đường truyền lớn, đặc biệt là suy hao do mưa, giao thoa (Interference) và các loại nhiễu khác (như nhiễu nhân tạo, nhiễu công nghiệp, …) làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ thống. Đề tài “Hệ thống thông tin vệ tinh VSAT IPSTAR” với mục đích đề xuất lộ trình tuyến thông tin vô tuyến vệ tinh VSAT tại Việt Nam, đồng thời đánh giá chất lượng tuyến đã triển khai. Đề tài được chia ra làm năm chương: Chương 1 : Trình bày tổng quan về thông tin vệ tinh VSAT Chương 2 : Trình bày kỹ thuật trạmạm mặt đất và Hub-nhiễu và các vấn đề khi hoạt động Chương 3 : Giới thiệu về VSAT IP-STAR Chương 4 : Trình bày tổng quan về hệ thống VSAT IPSTAR- phương pháp thiết kế mạng VSAT IPSTAR Chương 5 : Trình bày phương phápthiết kế mạng VSAT IPSTAR thực tế tại Việt Nam Trong quá trình hoàn thành đồ án này, mặc dù đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử -Viễn Thông nhưng do còn hạn chế về thời gian và kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý chân thành của các thầy cô. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Tuấn và các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông cùng các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, tháng 6 năm 2007. Sinh viên thực hiện Phan Vĩ Phúc