HỆ THỐNG WRAN CHUẨN IEEE 802.22 GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN HẠ TẦNG BĂNG RỘNG CHO VÙNG NÔNG THÔN VIỆT NAM (P1)

GIỚI THIỆU

Dịch vụ vô tuyến băng rộng ở Việt Nam đã có sự phát triển mạnh mẽ trong thời gian vừa qua. Bằng việc triển khai các hệ thống thông tin di động 3G, dịch vụ băng rộng đã được cung cấp đến hẩu hết các khu vực thành thị, các khu dân cư đông đúc. Tuy nhiên, ở các vùng nông thôn, nhất là khu vực trung du miền núi, do mật độ dân cư phân tán cùng với yếu tố địa hình phức tạp khiến cho các nhà cung cấp dịch vụ gặp nhiều khó khăn trong việc triển khai hệ thống công nghệ hiện có để có thể đáp ứng nhu cẩu sử dụng dịch vụ băng rộng tại các vùng nông thôn. Các dịch vụ vô tuyến, đặc biệt là dịch vụ vô tuyến băng rộng đang phát triển mạnh mẽ, làm phát sinh nhu cẩu lớn về sử dụng phổ tẩn. Để khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên tẩn số hữu hạn của mỗi quốc gia, ngoài việc điều chỉnh quy hoạch tẩn số một cách hài hòa thì các giải pháp công nghệ mới, đặc biệt là công nghệ vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio) được tập trung nghiên cứu, triển khai nhằm khai thác tối đa các khoảng trắng trong dải tẩn truyền hình (TV White Space) cũng như phẩn băng tẩn trống do lợi ích số hóa truyền hình (Digital Divident) tại mỗi quốc gia để phát triển hạ tẩng băng rộng cho các vùng nông thôn.

Để chuẩn hóa công nghệ vô tuyến nhận thức, tháng 7/2011, tổ chức IEEE đã ban hành tiêu chuẩn IEEE 802.22 nhằm phát triển một mạng không dây khu vực WRAN (Wireless Regional Area Network) tốc độ cao, sử dụng công nghệ nền tảng là khả năng vô tuyến nhận thức cho phép khai thác khoảng trắng trong dải tẩn truyền hình. Do hoạt động trong dải tẩn thấp nên hệ thống WRAN theo chuẩn IEEE 802.22có khả năng đạt được một vùng phủ sóng lớn, hoạt động trong điều kiện địa hình phức tạp, thích hợp để phát triển hạ tẩng băng rộng cho vùng nông thôn. Bài báo giới thiệu sơ lược về tiêu chuẩn, tính năng cơ bản của hệ thống WRAN theo chuẩn IEEE 802.22 (hệ thống IEEE 802.22) và khả năng ứng dụng để phát triển hạ tẩng cung cấp dịch vụ băng rộng cho vùng nông thôn Việt Nam.

TIÊU CHUẨN IEEE 802.22

Tiêu chuẩn IEEE 802.22 do nhóm 22 của Ủy ban chuẩn hóa LAN/MAN, thuộc IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) phát triển và hoàn thiện nhằm đáp ứng các yêu cầu của Uỷ ban Truyền thông Liên bang Mỹ (FCC) theo thông báo về đề xuất xây dựng quy tắc vào tháng 5/2004. Đề xuất xây dựng quy tắc được ban hành trong bối cảnh tài nguyên tần số tại Mỹ đã được khai thác và phân bổ hết cho các dịch vụ viễn thông. Trong khi đó, hạ tầng mạng băng rộng cho các khu vực nông thôn của Mỹ hiện vẫn kém xa so với các nước phát triển. FCC mong muốn tìm ra một giải pháp khai thác tài nguyên tần số hiệu quả hơn nữa nhằm phát triển các dịch vụ băng rộng. Dự án chuẩn hóa này đã thu hút được hơn 40 thành viên tham gia, bao gồm các tổ chức công nghiệp, thương mại, các tổ chức phát thanh truyền hình, chính phủ các quốc gia, các viện nghiên cứu, các trường đại học,...

Một đặc tính quan trọng được chuẩn hóa trong tiêu chuẩn IEEE 802.22 là khả năng vô tuyến nhận thức. Trong tiêu chuẩn IEEE 802.22, đặc tính vô tuyến nhận thức được coi là "chìa khóa“ để khai thác khoảng trắng trong băng tần truyền hình, cũng như đáp ứng các quy định về bảo vệ các dịch vụ truyền hình hiện tại. IEEE 802.22 định nghĩa các hoạt động quản lý phổ tần trong hệ thống, các quá trình cảm nhận phổ tần động, các dịch vụ định vị cũng như chuẩn hóa các khối thực hiện chức năng vô tuyến nhận thức trong hệ thống IEEE 802.22.

Song song với việc chuẩn hóa IEEE 802.22 để hoàn thiện hệ thống WRAN, nhóm 22 cũng thực hiện chuẩn hóa họ tiêu chuẩn có liên quan như tiêu chuẩn IEEE 802.22.1 - "Tăng cường bảo vệ chống xuyên nhiễu cho các hệ thống hoạt động trong khoảng trắng của băng tần truyền hình“; tiêu chuẩn IEEE 802.22.2 - "Cài đặt và triển khai hệ thống IEEE 802.22“ và một số sửa đổi, bổ sung cho tiêu chuẩn IEEE 802.22 được định nghĩa trong IEEE 802.22a, IEEE 802.22b nhằm tiếp tục hoàn thiện và phát triển tiêu chuẩn IEEE 802.22.

Mục tiêu của tiêu chuẩn này là tập trung xây dựng một mạng không dây điểm - đa điểm, sử dụng và tái sử dụng băng tần truyền hình UHF/VHF trong dải tần từ 54 MHz đến 862 MHz được quy hoạch cho truyền thông để phát triển hạ tầng truy nhập băng rộng cho các vùng nông thôn [1].

HỆ THỐNG WRAN THEO TIÊU CHUẨN IEEE 802.22

Hệ thống WRAN theo tiêu chuẩn IEEE 802.22 là một mạng thông tin vô tuyến cấu hình điểm - đa điểm. Hệ thống được cấu trúc bởi các trạm gốc (BS) và thiết bị đầu cuối khách hàng (CPE). Các CPE sẽ kết nối với một BS thông qua một liên kết vô tuyến.

BS kiểm soát truy cập cho tất cả các CPE được kết nối với nó. Một tính năng quan trọng của BS là khả năng thực hiện cảm biến phân bố (distributed sensing): thiết bị CPE sẽ cảm biến phổ tần và gửi báo cáo định kỳ tới BS thông báo về các thông số mà chúng cảm nhận được. Các thông tin thu được từ các CPE sẽ được BS đánh giá và đưa ra quyết định giữ nguyên hoặc thay đổi các tham số phát nhằm thích ứng kịp thời với sự thay đổi của tần số trong khu vực hoạt động. Hệ thống tuân theo quan hệ "chủ/khách" (masters/ slave) một cách nghiêm ngặt, trong đó BS đóng vai trò là "chủ" còn CPE đóng vai trò là "khách". Không có một CPE nào được phép phát trước khi có sự cho phép của BS. BS cũng điều khiển toàn bộ các đặc tính RF (điều chế, mã hóa, tần số hoạt động,...) được các CPE sử dụng [2]. Mô hình tham chiếu của một hệ thống WRAN theo tiêu chuẩn IEEE 802.22 như Hình 1.

Hệ thống IEEE 802.22 cung cấp khả năng truy cập băng thông rộng tương tự ADSL và các công nghệ truy nhập cáp đồng khác nhưng tiết kiệm hơn về mặt chi phí triển khai cho các vùng có mật độ dân cư thưa thớt. Cấu hình triển khai của hệ thống tương đối đơn giản với một trạm gốc, các trạm lặp (nếu cần thiết) và các thiết bị CPE tại khách hàng. Ở những vùng có địa hình phức tạp, việc truy nhập đến mạng lõi từ BS có thể được thực hiện thông qua một kết nối vệ tinh như Hình 2.

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG IEEE 802.22 ĐỂ PHÁT TRIỂN HẠ TẦNG CUNG CẤP DỊCH VỤ BĂNG RỘNG CHO VÙNG NÔNG THÔN VIỆT NAM

Hệ thống IEEE 802.22 được đánh giá là giải pháp công nghệ khả thi nhằm khai thác tài nguyên tần số hiệu quả hơn, cho phép tận dụng các khoảng trắng trong băng tần truyền hình để cung cấp dịch vụ băng rộng cho vùng nông thôn [3]. Tuy nhiên, để xem xét khả năng ứng dụng hệ thống này tại mỗi quốc gia, có hai yếu tố cơ bản cần được quan tâm chính là: Tiềm năng về băng tần và sự khả thi về công nghệ.

Đỗ Trọng Đại, Bùi Hồng Thuận, Nguyễn Vũ Hải

(còn tiếp)