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 RO 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 h 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 BSCPE: Độ chính xác khoảng 147.8 ns (44.3 m) Đối với trạm phát mở rộng BSCPE: 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 (Vernier1) và BS (Vernier2). Đối với việc định vị mở rộng CPECPE: 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 (Vernier3). Tính toán vị trí offline: 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
ỨNG DỤNG MẠNG KHÔNG DÂY DIỆN RỘNG VÀO KHOẢNG KHÔNG GIAN TRẮNG TRUYỀN HÌNH Ở VIỆT NAM Mục lục Khoảng trắng truyền hình (TV White space) Tiêu chuẩn IEEE 802.22 (Mạng không dây diện rộng) Những ứng dụng chuẩn IEEE 802.22 Khả triển khai mạng không dây diện rộng Đài THVN Khoảng khơng gian trắng truyền hình (TV White Space) “TV White Space” xem vùng địa lý phổ vơ tuyến khơng sử dụng dịch vụ cấp phép (Bởi sử dụng gây nhiễu dịch vụ cấp phép) Phổ tần số vùng không gian trắng truyền hình có tiềm truy nhập người dùng khác không cần cấp phép, kết quả: Channel X + Làm tăng hiệu phổ + Cải tiến dịch vụ Bảo vệ an tồn sóng cho dịch vụ cấp phép Các trạm quảng bá công suất cao dùng tần số giống cần dành khoảng trống vùng bao phủ chúng để tránh nhiễu Ở vùng khơng gian trống truyền hình sử dụng để lắp đặt máy phát vô tuyến công suất thấp Nguồn: Quy hoạch tần số mạng phát sóng truyền hình Việt nam đến 2020 Chuẩn Mạng không dây diện rộng, IEEE 802.22 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 việc dùng phổ không cấp phép, thiết kế hoạt động băng TV dãi tần từ 54 MHz - 862 MHz, không gây nhiễu đến người dùng phổ có cấp phép khác Những tổ chức tham gia vào việc xây dựng chuẩn đại diện của: - Cơng nghiệp thương mại, Tổ chức phát truyền hình, phủ, tổ chức luật học viện Thành viên: Khoảng 40 Tên dự án: IEEE 802.22, IEEE 802.22.1 Phạm vi hoạt động: Hoạt động băng tần VHF UHF cho phép truyền sóng khoảng cách xa, bán kính cell từ 17- 33km Băng thơng xấp xỉ 280 Mhz với 47 kênh TV Lớp vật lý (PHY): Tối ưu cho thời gian đáp ứng kênh truyền khoảng cách xa kênh fading lựa chọn tần số cao Lớp truy nhập môi trường (MAC): Cung cấp khả bù thời gian trễ truyền khoảng cách xa Đặc tính độc đáo giới thiệu cho cơng nghệ vô tuyến thông minh (nhận thức): khả tự cảm biến phổ tần, quản lý phổ, kết nối với hệ thống tồn tại, xác định ví trí bảo mật Thiết bị di động xách tay: IEEE 802.22 cho phép khả thu qua thiết bị xách tay Lớp vật lý thiết kế để hỗ trợ thiết bị thu di động với tốc độ di chuyển lên tới 114 km/h Chuẩn IEEE 802.22 công nhận thức vào ngày 1/7/2011 2.2 Phạm vi hoạt động IEEE 802.22 Hoạt động băng UHF/VHF Tần số ấn định Hoa kỳ: 54- 60, 76-88, 174-216, 470-608 614-698 MHz, tổng băng thông 282 MHz tương đương 47 kênh truyền hình Kiến trúc mạng: Đểm- Đa điểm (PMP) Cơng suất xạ EIRP bán kính cell: Trạm thu phát cố định lượng thuê bao cố định dùng cơng suất 4W EIRP, bán kính cell từ 10-100km Hỗ trợ thuê bao cầm tay (công suất trạm phát BS cao tùy thuộc vào quốc gia khác nhau) Antten Tx/Rx: Trạm phát BS dùng antten sector antten vô hướng Antten Tx/Rx thuê bao loại định hướng tính với độ lợi theo hướng 14 dB Anten cảm biến: yêu cầu phân cực dọc ngang để cảm biến tín hiệu truyền hình đàm tách biệt riêng, với cấu trúc vô hướng Định vị: GPS bắt buộc, hỗ trợ xác định vị trí mặt đất 2.3 IEEE 802.22 : Đặc điểm 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 tản Đa truy nhập OFDMA cho hướng lên (Uplink) Giản đồ điều chế: QPSK, 16- QAM 64 QAM Loại mã hóa: bắt buộc mã xoắn; Turbo, LDPC mã Turbo khối ngắn tùy chọn khuyến cáo nên dùng Cấu trúc Pilot: Mỗi symbol OFDM/OFDMA phân chia thành Sub-channel Mỗi sub-channel có 28 sóng mang có pilot Cứ sóng mang chèn Symbol pilot Chu kỳ symbol pilot khoảng thời gian sóng mang 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 FCC (Bộ lọc FIR 200 bậc cần thiết để thực hiện) Băng thơng kênh RF Hiệu phổ trung bình MHz bits/s/Hz Dung lượng kênh 18 Mbps Dung lượng hệ thống thuê bao (hướng xuống) 1.5 Mbps Dung lượng hệ thống 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 bits/s/Hz Số thuê bao tiềm 1800 Số người hộ gia đình 2.5 Tổng số người khu vực bao phủ 4500 Công suất EIRP 98.3 W Mật độ dân số tối thiểu 1.5 người / km2 2.4 IEEE 802.22 :Cảm biến phổ Để đảm bảo không gây can nhiễu cho phổ tần số tín hiệu TV, FM đàm cấp phép, đồng thời xác định khoản không gian trắng TV, FM 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 băng thơng MHz, vớ tỷ số tín hiệu nhiễu SNR= -19 dB, máy thu có giá trị noise figure khoản 11 dB tới 22 dB - Ngưỡng phát phổ tín hiệu phát FM đàm -114 dBm băng thông 200 kHz, với tỷ số tín hiệu nhiễu SNR= -3 dB, máy thu có giá trị noise figure khoản 11dB • Chuẩn IEEE 802.22 sử dụng loại kỹ thuật cảm biến phổ: Kỹ thuật cảm nhận điểm mù, Kỹ thuật cảm nhận đặc điểm riêng tín hiệu IEEE Standards Gfgf RAN “Regional Area Network” IEEE 802.22 30 km 54 - 862 MHz 2.6 Các thiết bị TV White Space - Tần số hoạt động - Truy nhập đến băng TV VHF/UHF thiết bị TV White Space (WSD) giám sát để bảo vệ dịch vụ cấp phép tồn - Thiết bị TV White Space định vị rõ ràng Chúng kiểm tra sở liệu trung tâm để xác định tần số an tồn phép sử dụng vị trí chúng Những ứng dụng chuẩn IEEE 802.22 TV White Space sử dụng băng tần VHF/UHF với nhiều đặc điểm riêng quan trọng điều giúp chúng mang lại hiệu cao cho mạng vô tuyến: + Vùng phủ sóng thơng minh + Khả xun thấu qua tịa nhà tán + Kết nối khơng địi hỏi phải nhìn thấy (non line-of-sight) + Dung lượng tải tin lớn băng rộng Những ứng dụng tiềm TV White Spcae không giới hạn Chỉ tần số vô tuyến chưa cấp phép sử dụng để cấp phát dịch vụ băng rộng TV White Space dùng cho dịch vụ mở rộng khác như: Internet không dây diện rộng (Wide Area Wireless Internet): Hoa kỳ có nhiều kinh nghiệm việc triển khai dịch vụ kết nối băng rộng Tuy nhiên, khu vực chưa có dịch vụ băng rộng vùng nơng thơn Hiện theo ước tính có khoảng 4.7 tỷ chương trình kết nối băng rộng cần thực địa Tivi White space giải pháp mang lại hiệu cao; khả triển khai nhanh, cung cấp dịch vụ băng thông rộng cho địa điểm Video: Dung lượng băng rộng đặc tính tín hiệu mạnh TVWS ý tưởng để ứng dụng cho video TV White Space cung cấp thông tin video chiều (oneway) chiều (two-way) cho dịch vụ bảo mật, quan sát, theo dõi, giải trí ứng dụng video khác tần số khác theo vị trí, hệ thống cáp đồng cáp quang khơng hiệu giá Mạng không dây cho doanh nghiệp gia đình (Home & Enterprise Wireless Networking): TV White Space cung cấp vùng phủ sóng rộng khả xuyên tường cấu trúc xây dựng khác tốt so với hệ thống Wifi hoạt động băng tần 2.4 GHz GHz Với ứng dụng kết nối mạng máy tính khơng dây, TV White Space xem giải pháp cho việc cung cấp dịch vụ băng rộng mơi trường khơng dây cho doanh nghiệp, tịa nhà cao tần nối mạng thiết bị giải trí nhà, lưu trữ phân phối Thành phố thông minh (Smart City Network): Một giải pháp hỗn hợp giúp cho lãnh đạo cư dân thành phố sử dụng cơng cụ để đo đạt, giám sát, đồng thời thay đổi cách họ sử dụng nguồn tài nguyên số Ứng dụng không dây mở rộng hầu hết dịch vụ: Chăm sóc sức khỏe, công nghiệp, giáo dục, xây dựng, sở hạ tầng, môi trường, an ninh công cộng, kinh doanh bán lẻ, điện, nước…Công nghệ TV White Space sử dụng để hổ trợ phát triển dịch vụ Những ứng dụng thiết bị TV White Space (WSD): mạng Wifi nâng cao TV White space thiết bị không dây (Wi-fi) hoạt động băng tần VHF/UHF, tương tự thiết bị Wifi hữu 2.4 GHz GHz Mạng TV White space có nhiều lợi thế: • Vùng phủ sóng wifi TVWS rộng nhiều so với mạng wifi thơng thường • Dễ thu nhận tín hiệu TVWS • Dễ dàng triển khai hiệu cao phủ sóng cho tịa nhà cao tần so với thiết bị wifi thông thường Những ứng dụng TV White Space (WSD) Băng rộng nông thôn Dùng TV White Space để cung cấp kết nối vô tuyến băng rộng đến khu vực nơng thơn Bán kính phủ sóng lên đến 100Km Chi phí giá thấp để cung cấp dịch vụ băng rộng đến khu vực nông thôn so với dịch vụ khác Khả triển khai chuẩn IEEE 802.22 Đài THVN • Trở thành nhà cung cấp dịch vụ internet băng thông rộng không dây, • Cung cấp dịch vụ truyền hình mạng Internet khơng dây, • Kết hợp với mạng truyền hình số mặt đất DVBT2 VTV cung cấp dịch vụ truyền hình tương tác từ thành thị đến nơng thơn • Cung cấp dịch vụ smart home TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM NETWORK MANAGEMENT DATABASE INTERNET CUSTOMER MGNT SYTEM BTS CPE BTS CPE CPE BTS n CPE CPE MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM TVWS CỦA NGT CẤU HÌNH THỬ NGHIỆM CỦA BRAC TRUNG TÂM QUẢN LÝ TẠI HNI NETWORK MANAGEMENT DATABASE CUSTOMER MGNT SYTEM CPE CPE HCM ZONE BTS INTERNET HNI ZONE CPE CPE CPE BTS CPE DNG ZONE Internet Access CPE CPE BTS CPE XIN CẢM ƠN ! 26 PHỤ LỤC (CÁC TỪ VIẾT TẮT) • • • • • • • • • • • • • • • • • • BS: Base Station – Trạm gốc CPE: Customer Premises Equipment- Thiết bị đầu cuối khách hàng DTV: Digital Television- Truyền hình số EIRP: Effective Isotropic Radiated Power- Công suất 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 nhiễu WSD: White Space Devices-Thiết bị khoảng trắng truyền hình WSDBs: White Space Device Database – Cơ sở liệu thiết bị khoảng trắng truyền hình WRAN: Wireless Regional Area Network – Mạng khơng dây diện rộng ... lục Khoảng trắng truyền hình (TV White space) Tiêu chuẩn IEEE 802.22 (Mạng không dây diện rộng) Những ứng dụng chuẩn IEEE 802.22 Khả triển khai mạng không dây diện rộng Đài THVN Khoảng khơng gian. .. nhiễu Ở vùng không gian trống truyền hình sử dụng để lắp đặt máy phát vô tuyến công suất thấp Nguồn: Quy hoạch tần số mạng phát sóng truyền hình Việt nam đến 2020 2 Chuẩn Mạng không dây diện rộng, ... Devices-Thiết bị khoảng trắng truyền hình WSDBs: White Space Device Database – Cơ sở liệu thiết bị khoảng trắng truyền hình WRAN: Wireless Regional Area Network – Mạng không dây diện rộng