Ung dung TV White Space

27
ỨNG DỤNG MẠNG KHÔNG DÂY DIỆN RỘNG VÀO KHOẢNG KHÔNG GIAN TRẮNG TRUYỀN HÌNH Ở VIỆT NAM

description

Ung dung TV White Space

Transcript of Ung dung TV White Space

Page 1: Ung dung TV White Space

ỨNG DỤNG MẠNG KHÔNG

DÂY DIỆN RỘNG VÀO

KHOẢNG KHÔNG GIAN

TRẮNG TRUYỀN HÌNH Ở

VIỆT NAM

Page 2: Ung dung TV White Space

Mục lục

1. Khoảng trắng truyền hình (TV White

space)

2. Tiêu chuẩn IEEE 802.22 (Mạng không dây

diện rộng)

3. Những ứng dụng của chuẩn IEEE 802.22

4. Khả năng triển khai mạng không dây diện

rộng ở Đài THVN

Page 3: Ung dung TV White Space

1. Khoảng không gian trắng truyền hình

(TV White Space)

3

Channel X

“TV White Space” được xem như là một vùng địa lý ở đó phổ vô tuyến không

được sử dụng bởi các dịch vụ được cấp phép (Bởi vì nếu sử dụng sẽ gây

nhiễu đối với các dịch vụ đã được cấp phép).

Phổ tần số ở vùng không gian trắng

truyền hình có tiềm năng truy nhập bởi

các người dùng khác không cần cấp

phép, kết quả:

+ Làm tăng hiệu quả phổ

+ Cải tiến những dịch vụ mới

Bảo vệ an toàn sóng cho các dịch vụ

được cấp phép.

Các trạm quảng bá công suất cao dùng tần số

giống nhau cần dành 1 khoảng trống giữa vùng

bao phủ của chúng để tránh nhiễu.

Ở vùng không gian trống truyền hình có thể sử

dụng để lắp đặt các máy phát vô tuyến công suất

thấp.

Page 4: Ung dung TV White Space

Nguồn: Quy hoạch tần số mạng phát sóng truyền hình Việt nam đến 2020.

Page 5: Ung dung TV White Space

2. Chuẩn Mạng không dây diện rộng, IEEE 802.22

5

2.1 Tổng quan tiêu chuẩn IEEE 802.22

Mục tiêu: Truy nhập vô tuyến băng rộng nông thôn.

Công nghệ sử dụng: Công nghệ thu phát vô tuyến thông minh

dựa trên việc dùng phổ không cấp phép, được thiết kế hoạt

động trong băng TV dãi tần từ 54 MHz - 862 MHz, không gây

nhiễu đến những người đang dùng phổ có cấp phép khác.

Những tổ chức tham gia vào việc xây dựng chuẩn là đại diện

của: - Công nghiệp thương mại, Tổ chức phát thanh truyền

hình, chính phủ, các tổ chức luật và học viện.

Thành viên: Khoảng 40.

Tên dự án: IEEE 802.22, IEEE 802.22.1

Phạm vi hoạt động: Hoạt động ở băng tần VHF và UHF cho phép

truyền sóng khoảng cách xa, bán kính cell từ 17- 33km.

Băng thông xấp xỉ 280 Mhz với 47 kênh TV.

Lớp vật lý (PHY): Tối ưu cho thời gian đáp ứng kênh truyền

khoảng cách xa và kênh fading lựa chọn tần số cao.

Lớp truy nhập môi trường (MAC): Cung cấp khả năng bù thời

gian trễ do truyền ở khoảng cách xa.

Đặc tính độc đáo nhất được giới thiệu cho công nghệ vô tuyến

thông minh (nhận thức): là khả năng tự cảm biến phổ tần, quản

lý phổ, kết nối với hệ thống đang tồn tại, xác định ví trí và bảo

mật

Thiết bị di động và xách tay: IEEE 802.22 cho phép khả

năng thu qua thiết bị xách tay. Lớp vật lý được thiết kế

để hỗ trợ thiết bị thu di động với tốc độ di chuyển lên

tới 114 km/h.

Chuẩn IEEE 802.22 được công nhận chính thức vào ngày 1/7/2011

Page 6: Ung dung TV White Space

2.2 Phạm vi hoạt động IEEE 802.22

Hoạt động trong băng UHF/VHF. Tần số được ấn định tại Hoa

kỳ: 54- 60, 76-88, 174-216, 470-608 và 614-698 MHz, tổng băng

thông 282 MHz tương đương 47 kênh truyền hình.

Kiến trúc mạng: Đểm- Đa điểm (PMP)

Công suất bức xạ EIRP và bán kính cell: Trạm thu phát cố định

và lượng thuê bao cố định dùng công suất 4W EIRP, bán kính

cell từ 10-100km. Hỗ trợ thuê bao cầm tay (công suất trạm phát

BS có thể cao hơn tùy thuộc vào các quốc gia khác nhau).

Antten Tx/Rx: Trạm phát BS dùng antten sector hoặc antten vô

hướng. Antten Tx/Rx của thuê bao loại định hướng tính với độ

lợi theo hướng chính là 14 dB.

Anten cảm biến: yêu cầu phân cực dọc và ngang để cảm biến

tín hiệu truyền hình và bộ đàm tách biệt riêng, với cấu trúc vô

hướng.

Định vị: GPS là bắt buộc, chỉ hỗ trợ xác định vị trí trên mặt đất

Page 7: Ung dung TV White Space

7

2.3 IEEE 802.22 : Đặc điểm của lớp vật lý Lớp vật lý truyền dẫn PHY: 802.22 dùng kỹ thuật ghép kênh

phân chia theo tần số trực giao OFDM làm nền tản. Đa truy

nhập OFDMA cho hướng lên (Uplink).

Giản đồ điều chế: QPSK, 16- QAM và 64 QAM.

Loại mã hóa: bắt buộc là mã xoắn; Turbo, LDPC hoặc mã Turbo

khối ngắn là tùy chọn nhưng khuyến cáo nên dùng.

Cấu trúc Pilot: Mỗi symbol OFDM/OFDMA được phân chia

thành các Sub-channel. Mỗi sub-channel có 28 sóng mang con

và có 4 pilot. Cứ mỗi 7 sóng mang con thì được chèn 1 Symbol

pilot. Chu kỳ của symbol pilot là khoảng thời gian của 7 sóng

mang con.

Hiệu suất phổ thu được: 0.624 bits/s/Hz – 3.12 bits/s/Hz.

Mặt nạ phổ (spectral Mask): 802.22 chấp nhận mặt nạ phổ đề

xuất bởi FCC. (Bộ lọc FIR 200 bậc có thể cần thiết để thực

hiện).

Page 8: Ung dung TV White Space

Băng thông kênh RF 6 MHz

Hiệu quả phổ trung bình 3 bits/s/Hz

Dung lượng kênh 18 Mbps

Dung lượng hệ thống trên thuê bao (hướng xuống) 1.5 Mbps

Dung lượng hệ thống trên thuê bao (hướng lên) 384 kbps

Tỷ số Forward/Backward 3.9

Tỷ số thuê bao vượt ngưỡng 50

Số thuê bao hướng xuống 600

Số thuê bao tối thiểu 90

Tốc độ phân phát lại 3 bits/s/Hz

Số thuê bao tiềm năng 1800

Số người trên hộ gia đình 2.5

Tổng số người trên khu vực bao phủ 4500

Công suất EIRP 98.3 W

Mật độ dân số tối thiểu 1.5 người / km2

Page 9: Ung dung TV White Space
Page 10: Ung dung TV White Space

2.4 IEEE 802.22 :Cảm biến phổ

Để đảm bảo không gây can nhiễu cho các phổ tần số của tín hiệu

TV, FM và bộ đàm được cấp phép, đồng thời xác định các

khoản không gian trắng TV, FM và bộ đàm, chuẩn IEEE 802.22

sử dụng kỹ thuật cảm biến phổ (Spectrum sensing).

• FCC R&O quy định:

- Ngưỡng bảo vệ tín hiệu truyền hình số ≥-114dBm ở băng thông 6

MHz, vớ tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR= -19 dB, máy thu có giá

trị noise figure trong khoản 11 dB tới 22 dB.

- Ngưỡng phát hiện phổ tín hiệu phát thanh FM và bộ đàm là -114

dBm ở băng thông 200 kHz, với tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR=

-3 dB, máy thu có giá trị noise figure trong khoản 11dB.

• Chuẩn IEEE 802.22 sử dụng 2 loại kỹ thuật cảm biến phổ:

1. Kỹ thuật cảm nhận điểm mù,

2. Kỹ thuật cảm nhận các đặc điểm riêng của tín hiệu

Page 11: Ung dung TV White Space

2.5 IEEE 802.22: Xác định vị trí địa lý

Định vị trên cơ sở vệ tinh:

- Yêu cầu: mỗi trạm phải có hệ thống GPS

- Chuỗi dữ liệu NMEA 0183 dùng để thông báo đến trạm BS

Định vị cho trạm mặt đất:

Một kết cấu hệ thống mới được đề xuất không cần thêm

phần cứng và dùng những đặc tính và khả năng của chuẩn

IEEE 802.22

Việc định vị các trạm phát thông thường BS-CPE: Độ chính

xác khoảng 147.8 ns (44.3 m)

Đối với trạm phát mở rộng BS-CPE: Độ chính xác khoảng 1

ns (0.3m), độ chính xác hơn bằng cách sử dụng đáp ứng

xung kênh phức nhận được tại CPE (Vernier-1) và BS

(Vernier-2).

Đối với việc định vị mở rộng CPE-CPE: CPE phát đi một

chuỗi CBP, các CPE xung quanh sẽ thu lại phần đầu của

chuỗi CBP để xác định khoảng cách giữa các CPE với độ

chính xác cao hơn (Vernier-3).

Tính toán vị trí off-line: Tất cả thông tin thu được tại CPE

được truyền tới trạm BS để BS có thể chuyển công việc tính

toán vị trí của CPE cho 1 server. Tính toán trên cơ sở phép

đo tam giác dùng CPE như một điểm tham chiếu.

Page 12: Ung dung TV White Space
Page 13: Ung dung TV White Space

Gfgf

IEEE 802.22

RAN “Regional Area

Network”

IEEE Standards

30 km

54 - 862 MHz

Page 14: Ung dung TV White Space
Page 15: Ung dung TV White Space
Page 16: Ung dung TV White Space

2.6 Các thiết bị TV White Space - Tần số hoạt động

- Truy nhập đến băng TV VHF/UHF bằng thiết bị TV White Space

(WSD) sẽ được giám sát để bảo vệ những dịch vụ đã được cấp phép

đang tồn tại.

- Thiết bị TV White Space luôn được định vị rõ ràng. Chúng có thể kiểm

tra cơ sở dữ liệu trung tâm để xác định những tần số nào là an toàn và

được phép sử dụng tại vị trí của chúng.

Page 17: Ung dung TV White Space
Page 18: Ung dung TV White Space

3. Những ứng dụng của chuẩn IEEE 802.22

TV White Space sử dụng băng tần VHF/UHF với nhiều đặc điểm riêng quan trọng

điều đó giúp chúng mang lại hiệu quả cao cho mạng vô tuyến:

+ Vùng phủ sóng thông minh

+ Khả năng xuyên thấu qua tòa nhà và tán cây

+ Kết nối không đòi hỏi phải nhìn thấy nhau (non line-of-sight)

+ Dung lượng tải tin lớn trong băng rộng

Những ứng dụng tiềm năng của TV White Spcae về cơ bản là không giới hạn. Chỉ

những tần số vô tuyến chưa được cấp phép được sử dụng để cấp phát các dịch vụ

băng rộng. TV White Space cũng có thể dùng cho các dịch vụ mở rộng khác như:

Internet không dây diện rộng (Wide Area Wireless Internet): Hoa kỳ đã có nhiều kinh

nghiệm trong việc triển khai những dịch vụ kết nối băng rộng. Tuy nhiên, vẫn còn

những khu vực chưa có dịch vụ băng rộng như ở các vùng nông thôn. Hiện tại theo

ước tính có khoảng 4.7 tỷ chương trình kết nối băng rộng cần thực hiện ở các địa chỉ

này. Tivi White space là 1 giải pháp mang lại hiệu quả cao; về giá cũng như khả năng

triển khai nhanh, cung cấp các dịch vụ băng thông rộng cho những địa điểm này.

Page 19: Ung dung TV White Space

Video: Dung lượng băng rộng và đặc tính tín hiệu mạnh của TVWS là 1 ý tưởng để

ứng dụng cho video. TV White Space có thể cung cấp thông tin video 1 chiều (one-

way) và 2 chiều (two-way) cho các dịch vụ bảo mật, quan sát, theo dõi, giải trí và

những ứng dụng video khác trên các tần số khác nhau theo từng vị trí, ở đó hệ

thống cáp đồng và cáp quang không hiệu quả về giá.

Mạng không dây cho doanh nghiệp và gia đình (Home & Enterprise Wireless

Networking): TV White Space cung cấp vùng phủ sóng rộng hơn và khả năng xuyên

tường cũng như các cấu trúc xây dựng khác tốt hơn so với hệ thống Wifi hiện tại

đang hoạt động ở băng tần 2.4 GHz và 5 GHz. Với ứng dụng kết nối mạng máy tính

không dây, TV White Space đang được xem như một giải pháp cho việc cung cấp

các dịch vụ băng rộng trong môi trường không dây cho các doanh nghiệp, các tòa

nhà cao tần và nối mạng giữa các thiết bị giải trí ở nhà, cũng như lưu trữ và phân

phối.

Thành phố thông minh (Smart City Network): Một giải pháp hỗn hợp giúp cho lãnh

đạo và cư dân thành phố sử dụng nó như công cụ để đo đạt, giám sát, đồng thời

thay đổi cách họ sử dụng nguồn tài nguyên số. Ứng dụng không dây mở rộng ra

hầu hết các dịch vụ: Chăm sóc sức khỏe, công nghiệp, giáo dục, xây dựng, cơ sở

hạ tầng, môi trường, an ninh công cộng, kinh doanh bán lẻ, điện, nước…Công nghệ

TV White Space được sử dụng để hổ trợ phát triển các dịch vụ này.

Page 20: Ung dung TV White Space

Những ứng dụng của thiết bị TV White

Space (WSD): mạng Wifi nâng cao

TV White space là thiết bị không dây (Wi-fi)

hoạt động ở băng tần VHF/UHF, tương tự các

thiết bị Wifi hiện hữu 2.4 GHz và 5 GHz.

Mạng TV White space có nhiều lợi thế:

• Vùng phủ sóng wifi của TVWS rộng hơn

nhiều so với mạng wifi thông thường

• Dễ thu nhận tín hiệu TVWS

• Dễ dàng triển khai cũng như hiệu quả cao khi

phủ sóng cho các tòa nhà cao tần so với các

thiết bị wifi thông thường.

Page 21: Ung dung TV White Space

Những ứng dụng của TV White Space (WSD) Băng rộng nông thôn

Dùng TV White Space để cung cấp kết nối vô tuyến băng rộng đến các khu vực

nông thôn. Bán kính phủ sóng có thể lên đến 100Km

Chi phí giá cả thấp hơn để cung cấp dịch vụ băng rộng đến khu vực nông thôn so

với các dịch vụ khác.

Page 22: Ung dung TV White Space
Page 23: Ung dung TV White Space

4. Khả năng triển khai chuẩn

IEEE 802.22 ở Đài THVN

• Trở thành nhà cung cấp dịch vụ internet băng

thông rộng không dây,

• Cung cấp các dịch vụ truyền hình trên mạng

Internet không dây,

• Kết hợp với mạng truyền hình số mặt đất DVB-

T2 VTV có thể cung cấp các dịch vụ truyền

hình tương tác từ thành thị đến nông thôn.

• Cung cấp các dịch vụ smart home

Page 24: Ung dung TV White Space

CUSTOMER

MGNT SYTEM

NETWORK

MANAGEMENT

DATABASE

INTERNET

BTS 5BTS 1 BTS n

......

CPE CPE CPE CPECPE

TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM

Page 25: Ung dung TV White Space

BTS

CPE

CPE

CPE

BTS

TRUNG TÂM QUẢN LÝ

TẠI HNI

HCM

ZONE

HNI

ZONE

Internet Access

CẤU HÌNH THỬ NGHIỆM TVWS CỦA NGT

CPE

CPE

CPE

BTS

CPE

DNG

ZONE

CPE

CPE

INTERNET

CUSTOMER

MGNT SYTEM

NETWORK

MANAGEMENT

DATABASE

MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM CỦA BRAC

Page 26: Ung dung TV White Space

XIN CẢM ƠN !

26

Page 27: Ung dung TV White Space

• BS: Base Station – Trạm gốc

• CPE: Customer Premises Equipment- Thiết bị đầu cuối của khách hàng

• DTV: Digital Television- Truyền hình số

• EIRP: Effective Isotropic Radiated Power- Công suất bức xạ đẳng hướng

• FFT: Fast Fourier Transform- Biến đổi Fourier nhanh

• FCC R&O: Federal Communications Commission Reporter and Order –Hiệp hội viễn thông liên bang (Hoa Kỳ)

• GPS: Global Positioning System- Hệ thống định vị toàn cầu

• LDPC: Low Density Parity check Code- Mã kiểm tra chẵn lẽ mật độ thấp

• M2M: Machine-to-Machine (Trạm đến trạm)

• MAC: Medium Access Control – Điều khiển truy nhập môi trường

• OFDM: Orthogonal frequency Division Multipe- Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

• OFDMA: Orthogonal frequency Division Multipe Access- Đa truy nhập phân chia tần số trực giao

• PHY: Physical Layer- Lớp vật lý

• PMP: Point –to-Multi Point: Từ điểm tới đa điểm

• SNR: Signal-to-Noise- Ratio –Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

• WSD: White Space Devices-Thiết bị khoảng trắng truyền hình

• WSDBs: White Space Device Database – Cơ sở dữ liệu của các thiết bị khoảng trắng truyền hình

• WRAN: Wireless Regional Area Network – Mạng không dây diện rộng

PHỤ LỤC (CÁC TỪ VIẾT TẮT)