HỆ THỐNG WRAN CHUẨN IEEE 802.22 - GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN HẠ TẦNG BĂNG RỘNG CHO VÙNG NÔNG THÔN VIỆT NAM (P2)

TIỀM NĂNG VỀ BĂNG TẦN ĐỂ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG IEEE 802.22 TẠI VIỆT NAM

Khoảng trắng trong băng tần truyền hình là dải tần số được cấp phép cho các dịch vụ truyền hình quảng bá tại một vùng địa lý nhất định nhưng chưa được sử dụng. "Băng tần trắng” là khoảng băng dôi dư để chống can nhiễu giữa các kênh truyền hình liền kề. Đồng thời, trong quy hoạch tần số cho các đài phát hình, tại các khu vực liền kề (cell) sử dụng các kênh tần số khác nhau nên luôn tồn tại khoảng trắng trong băng tần truyền hình và có thể khai thác sử dụng cho các mục đích khác. Ở Việt Nam, ngoài các đài Trung ương, tại các tỉnh đều có các đài địa phương với hơn 130 máy phát hình. Tuy nhiên, phần lớn các đài địa phương không hoạt động đủ 24/24 giờ, bình quân chỉ phát chương trình tự sản xuất 3 giờ/ngày, cũng như diện tích phủ sóng tại các tỉnh miền núi mới đạt khoảng 40 - 50% [8]. Điều này cho thấy còn một lượng băng tần dôi dư đáng kể có thể khai thác sử dụng cho truyền thông tại các vùng nông thôn.

Theo lộ trình số hóa truyền hình của Việt Nam từ nay tới năm 2020 [4], các kênh truyền hình tương tự đang sử dụng băng tần 700 MHz sẽ ngừng hoạt động sau 2020; truyền hình số mặt đất băng tần 694-806 MHz cũng sẽ được giải phóng sau năm 2020. Như vậy, sau khi hoàn thành số hóa truyền hình, một phần băng tần đã sử dụng cho truyền hình mặt đất được giải phóng, phần băng tần dôi dư này được gọi là Digital Divedend. Đoạn băng tần này rất hiệu quả để triển khai các dịch vụ vô tuyến băng rộng do đặc tính truyền sóng ở băng tần UHF. Đây là cơ hội lý tưởng để có thể phủ sóng các dịch vụ vô tuyến băng rộng ở các vùng nông thôn với chi phí thấp.

HỆ THỐNG IEEE 802.22 KHẢ THI ỨNG DỤNG CHO VÙNG NÔNG THÔN VIỆT NAM

Đặc tính nổi trội của hệ thống IEEE 802.22 là dựa trên công nghệ vô tuyến nhận thức cho phép sử dụng chung băng tẩn truyền hình dôi dư mà không làm ảnh hưởng tới các kênh truyền hình đang hoạt động. Đồng thời, hệ thống hoạt động trong băng tẩn UHF cho phép đạt được vùng phủ rộng lớn, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố địa hình che chắn. Đây chính là 2 đặc điểm nổi trội nhất để đánh giá độ khả thi của hệ thống cho phát triển hạ tẩng cung cấp dịch vụ băng rộng tại các vùng nông thôn Việt Nam. Những tính năng nổi bật nhất của hệ thống có thể kể đến chính là: Vùng phủ, tốc độ dữ liệu, khả năng hỗ trợ dịch vụ, khả năng thích ứng và khả năng mở rộng.

Vùng phủ sóng: Bán kính phủ sóng điển hình của hệ thống IEEE 802.22 khoảng 33 km với khả năng phục vụ cho một vùng có mật độ dân cư khoảng 1,25 người/km². Trong điều kiện tối ưu, bán kính phủ sóng của hệ thống có thể lên đến 100 km. So sánh với các hệ thống không dây băng rộng khác như WiMAX (1-5 km) hoặc LTE (0,3-5 km) thì vùng phủ của hệ thống IEEE 802.22 là vượt trội hơn hẳn [5, 6]. Với vùng phủ sóng rộng lớn, không yêu cầu tầm nhìn thẳng và khả năng hoạt động trong điều kiện địa hình phức tạp, hệ thống IEEE 802.22 là giải pháp khả thi ứng dụng cho những khu vực vùng sâu, vùng xa, vùng hải đảo, khi mà hầu hết các hệ thống băng rộng khác đều khó có thể hoạt động được.

Tốc độ dữ liệu: Tốc độ dữ liệu tại khu vực biên của trong hệ thống IEEE 802.22 là 1,5 Mbps theo chiều xuống và 384 Kbps theo chiều lên. Đây là tốc độ đảm bảo để cung cấp các dịch vụ băng rộng cơ bản, nhất là tại các khu vực nông thôn khi mà nhu cầu về tốc độ đường truyền đang đặt ra ở mức trung bình. Trên thực tế, các BS thường được thiết kế với năng lực cao hơn nhiều so với tốc độ này nhằm cung cấp các dịch vụ điểm - đa điểm tốc độ cao tại những vùng có nhu cầu lớn.

Khả năng hỗ trợ dịch vụ: Hệ thống IEEE 802.22 có khả năng truyền tải trực tiếp các gói tin IP có chiều dài thay đổi một cách hiệu quả ở cả phiên bản IPv4 và IPv6, khả năng hỗ trợ cả những dịch vụ thời gian thực, bán thời gian thực và phi thời gian thực, hỗ trợ các dịch vụ VoIP. Các giao thức trong hệ thống IEEE 802.22có khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng IP theo hình thức phân cấp dịch vụ. Ngoài ra, hệ thống IEEE 802.22 còn có khả năng tương thích với các hệ thống IEEE 802.1x và các hệ thống mạng không dây thuộc họ tiêu chuẩn 802 khác. Đồng thời, hệ thống còn có khả năng tương thích với các hệ thống mạng không dây khác, cũng như khả năng cung cấp các hotspot WiFi mở rộng và các mạng đường trục không dây (Wireless Backhaul) đối với các khu vực có địa hình phức tạp [2].

Khả năng thích ứng: Các giao thức lớp MAC và lớp PHY trong tiêu chuẩn IEEE 802.22 sẽ cung cấp khả năng thích ứng tốc độ bit khác nhau cho các thuê bao khác nhau, cũng như khả năng thích nghi về dung lượng cho các kênh truyền trong hệ thống với một hiệu suất phổ tần tối thiểu là 0.5 bit/s/Hz và tối đa 5 bit/s/Hz cho mỗi kênh truyền dẫn. Ngoài ra, các gói tin báo hiệu có thể được gửi với các công suất cao hơn để đảm bảo khả năng tiếp nhận của các đầu cuối. Ngược lại, các gói tin không yêu cầu cao về QoS sẽ được xem xét để giảm thiểu công suất phát. Hệ thống IEEE 802.22 có khả năng hỗ trợ điều khiển công suất truyền dẫn của mỗi kênh liên kết, cho phép công suất phát tại CPE cũng như BS xuống mức thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ [2]. Khả năng thích ứng, thích nghi về dung lượng kênh truyền cũng như điều khiển công suất có ý nghĩa khá quan trọng đối với việc cung cấp dịch vụ cho một khu vực có mật độ thuê bao rải rác như ở các vùng nông thôn.

Khả năng mở rộng: Về mặt băng thông, do hệ thống IEEE 802.22 hoạt động với sự liên quan chặt chẽ về tần số của các hệ thống truyền hình nên băng thông của hệ thống này được thiết kế cho phép mở rộng một cách linh hoạt. Tối thiểu nhất một hệ thống IEEE 802.22 phải thích ứng được với các băng thông 6 MHz, 7 MHz và 8 MHz phổ biến của các tiêu chuẩn truyền hình trên thế giới. Ngoài ra, ở những khu vực băng tần không bị hạn chế như vùng nông thôn, để mở rộng băng thông, hệ thống IEEE 802.22 có thể sử dụng nhiều hơn một kênh truyền hình để nâng cao năng lực truyền tải [2].

MỘT SỐ ĐIỂM CẦN QUAN TÂM KHI ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HỆ THỐNG IEEE 802.22

Để có thể ứng dụng triển khai hệ thống IEEE 802.22 hiệu quả nhất tại mỗi quốc gia cũng như tại Việt Nam, có 4 vấn đề cần quan tâm xem xét:

-Thứ nhất , cần có quy hoạch tần số để sử dụng và tái sử dụng các băng tần truyền hình, nhất là băng tần Digital Dividend 698 - 806 MHz để có lộ trình giải phóng băng tần này và quy hoạch phân bổ cho các dịch vụ viễn thông, trong đó có hệ thống WRAN theo chuẩn IEEE 802.22.

-Thứ hai , cần tiếp tục nghiên cứu, lựa chọn và chuẩn hóa ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam đối với hệ thống WRAN theo tiêu chuẩn IEEE 802.22để làm cơ sở quản lý và sử dụng thống nhất, tránh can nhiễu và đảm bảo tính tương thích với các hệ thống viễn thông hiện có.

-Thứ ba , các nhà mạng cần khảo sát lập bản đồ chi tiết về vùng phủ, băng tần số truyền hình đang được sử dụng tại các vùng định triển khai hệ thống WRAN để thiết lập hệ thống phù hợp, tránh can nhiễu sang các hệ thống truyền hình hiện có.

-Thứ tư,  để quy hoạch hệ thống, tính toán vùng phủ, tính toán khả năng can nhiễu của hệ thống cũng như lựa chọn vị trí triển khai hệ thống này, các nhà mạng cần tuân thủ các quy định chi tiết trong tiêu chuẩn IEEE 802.22.2 "Cài đặt và triển khai hệ thống IEEE 802.22" [7, 8].

KẾT LUẬN

Với sự thành công của công nghệ "vô tuyến nhận thức" và sự chuẩn hóa hệ thống WRAN theo IEEE 802.22dựa trên nền tảng kỹ thuật vô tuyến nhận thức với ưu điểm nổi bật về vùng phủ, tốc độ dữ liệu và khả năng hỗ trợ các dịch vụ đã mở ra một giải pháp kỹ thuật khả thi, cho phép khai thác khoảng trắng trong dải tần truyền hình để phát triển hạ tầng cung cấp dịch vụ băng rộng cho các vùng nông thôn.

Nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Anh, Nhật Bản, Singapore, Nam Phi... đã thử nghiệm và triển khai thành công tại nhiều vùng nông thôn rộng lớn. Việt Nam là nước với 2/3 diện tích là các vùng nông thôn có điều kiện địa hình phức tạp làm hạn chế khả năng phủ sóng của các hệ thống viễn thông hiện có hoạt động ở dải tần số cao. Trong khi đó, các băng tần thấp (VHF/UHF) đang được phân bổ cho dịch vụ truyền hình lại đang còn dôi dư đáng kể. Đặc biệt, theo lộ trình số hóa truyền hình, toàn bộ băng tần 698 - 806 MHz được giải phóng sẽ là cơ hội cho việc triển khai các hệ thống cung cấp dịch vụ băng rộng khác, trong đó có hệ thống IEEE 802.22. Xét trên cả hai yếu tố là băng tần số sử dụng và độ khả thi về hệ thống công nghệ, có thể khẳng định rằng, hệ thống WRAN theo tiêu chuẩn IEEE 802.22 là giải pháp khả thi để ứng dụng phát triển hạ tầng cung cấp dịch vụ băng rộng với chi phí thấp cho các vùng nông thôn Việt Nam. Tuy nhiên, để có thể triển khai hệ thống hiệu quả nhất, chúng ta cần quan tâm tới bốn vấn đề được đề cập ở trên trong quá trình quy hoạch, hành lang pháp lý cũng như quá trình thiết kế triển khai.

Tài liệu tham khảo

[1]. 2010EŒ  Std 802.22™-2011 - Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands.
[2].CARL R. STEVENSON, CARLOS CORDEIRO, ELI SOFER, GERALD CHOUINARD, Functional Requirements for the 802.22 WRAN Standard, IEEE 802.22-05/0007r4, January 2006.
[3].APURVA N. MODY, GERALD CHOUINARD, IEEE 802.22 Wireless Regional Area Networks Enabling Rural Broadband Wireless Access Using Cognitive Radio Technology, IEEE 802.22- 10/0073r03, June 2010.
[4].Quyết định số 2451/QĐ-TTg - Phê duyệt Đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năn 2020, 27/12/2011.
[5].SANTA RAHMAN, NAHID HOSSAIN, NIZAM SAYEED, M.L. PALASH, Comparative Study between Wireless Regional Area Network (IEEE Standard 802.22) andWiMAX and Coverage
Planning of a Wireless Regional Area Network Using Cognitive Radio Technology, International Journal of Recent Technology and Engineering, January 2013.
[6].OSCAR E. HERRERA, ALEJANDRO GUTIERRZ, ANA M. OSPINA, ALAXANDER GALVIS, WRAN andLTEcomparison in rural environments, Universidad Piloto de Colombia.
[7].IEEE Std 802.22.2™-2012, Installation and Deployment of IEEE802.22™ Systems.
[8].ThS. ĐỖ TRỌNG ĐẠI, KS. BÙI HỔNG THUẬN, Nghiên cuu công nghệ WiFi theo chuẩn IEEE 802.22 và khả năng áp dụng nhằm phát triển hạ tâng truy nhập băng rộng cho vùng nông thôn Việt Nam, Báo cáo đề tài cấp Bộ Thông tin và Truyền thông mã số 46-13-KHKT-TC, Viện Khoa học kỹ thuật Buu điện, 2013.

Đỗ Trọng Đại, Bùi Hồng Thuận, Nguyễn Vũ Hải