Các công nghệ sửa lỗi đã được sử dụng trong WiMAX để đạt các yêu cầu về tỉ số tín hiệu trên tạp âm hệ thống. Các thuật toán FEC, mã hóa xoắn và chèn được dùng để phát hiện và sửa các lỗi cải thiện thông lượng. Các công nghệ sửa lỗi mạnh giúp khôi phục các khung bị lỗi mà có thể bị mất do fading lựa chọn tần số và các lỗi cụm. Tự động yêu cầu lặp lại (ARQ) được dùng để sửa lỗi mà không thể được sửa bởi FEC, gửi lại thông tin bị lỗi. Điều này có ý nghĩa cải thiện chất lượng tỉ lệ lỗi bit (BER) đối với một mức ngưỡng như nhau.
5. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
Các thuật tốn điều khiển cơng suất được dùng để cải thiện chất lượng toàn bộ hệ thống, nó được thực hiện bởi trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất đến mỗi CPE để điều chỉnh mức công suất truyền sao cho mức đã nhận ở trạm gốc thì ở một mức đã xác định trước. Trong môi trường fading thay đổi động, mức chỉ tiêu đã định trước này có nghĩa là CPE chỉ truyền đủ cơng suất thỏa mãn yêu cầu này. Điều khiển công suất giảm sự tiêu thụ công suất tổng thể của CPE và nhiễu với những trạm gốc cùng vị trí. Với LOS, cơng suất truyền của CPE gần tương ứng với khoảng cách của nó đến trạm gốc, với NLOS, tùy thuộc nhiều vào độ hở và vật cản.
6. CÁC CƠNG NGHỆ ANTEN TIÊN TIẾN
Cơng nghệ anten có thể dùng để cải thiện truyền dẫn theo hai cách – sử dụng công nghệ phân tập và sử dụng các hệ thống anten và các công nghệ chuyển mạch tiên tiến. Các cơng nghệ này có thể cải thiện tính co dãn và tỉ số tín hiệu trên tạp âm nhưng không bảo đảm phát dẫn sẽ khơng bị ảnh hưởng của nhiễu.
Chương 2 đã trình bày các đặc điểm kỹ thuật của WiMAX, nổi bật là các kỹ thuật OFDM, OFDMA, cùng với các kỹ thuật điều chế thích nghi, sửa lỗi và các hệ thống anten thông minh.
Phần 3: TRIỂN KHAI MẠNG WIMAX ỨNG DỤNG DỊCH VỤ IPTV
I.Các nhân tố thành cơng chính khi triển khai IPTV trên WiMAX
Giảm chi phí: Việc giảm chi phí thể hiện trong quá trình sản xuất hoặc điều
hành dịch vụ, như muốn gia tăng chương trình sản xuất phải giảm chi phí sản xuất trung bình cho mỗi chương trình. Nếu tối ưu được khả năng giảm chi phí cho hoạt động của các dịch vụ IPTV sẽ tối thiểu được rủi ro và tăng khả năng thành công. Điều này dẫn đến yêu cầu cao về kỹ thuật đối với mạng truy cập để có thể hỗ trợ cho nhiều thuê bao hơn và cung cấp khả năng mobileTV.
Phân phối nội dung trực tiếp và đảm bảo chất lượng: đối với người sử dụng
chất lượng dịch vụ và chất lượng trải nghiệm đã được nhận định như là các yêu cầu bắt buộc của các dịch vụ IPTV. Nội dung IPTV có thể được xem lướt như thực hiện với các Website trên Internet. Việc xem trực tiếp hoặc theo yêu cầu các nội dung không được quản lý (nội dung hỗ trợ từ các dịch vụ và nhà cung cấp media thứ 3 trên toàn thế giới) sẽ được đáp ứng theo khả năng thực tế tại thời điểm truy cập (phụ thuộc vào băng thông mạng, khả năng đáp ứng của nhà cung cấp dịch vụ,…). Trên thực tế, một kênh IPTV vẫn có những hạn chế về đảm bảo chất lượng dịch vụ và trải nghiệm so với các dịch vụ TV truyền thống trên cáp, vệ tinh, mặt đất,… Do đó, việc hỗ trợ quản lý và đảm bảo chất lượng theo thời gian biểu phát sóng các chương trình SDTV mới phần nào đáp ứng được yêu cầu bước đầu để phát triển thành công dịch vụ IPTV.
Khả năng truyền multicasting: ưu điểm lớn nhất của WiMAX là khả năng
multicasting của nó. Kỹ thuật multicasting cho phép trạm cơ sở BS gởi các gói video đến một tập các trạm. Ví dụ, trực tiếp một chương trình với một số lớn người xem có thể xem được chương trình đồng thời. Dùng đặc điểm multicasting của WiMAX, tất cả người sử dụng đều được phục vụ chương trình mà chỉ cần một băng thơng nhỏ. Điều này có thể ứng dụng mở rộng cho bất kỳ chương trình TV nào muốn phục vụ cho nhiều người xem.
Chuyển kênh tức thời: Trên mạng IP, việc chuyển kênh gặp nhiều thách thức
hơn vì tại một thời điểm chỉ một dòng truyền video được truyền đến TV. Khi người xem TV muốn thay đổi kênh, họ nhấn remote để gửi tín hiệu đến router trên mạng. Sau đó, router dừng gửi dòng truyền đang thực thi để gửi dòng truyền mới dựa trên yêu cầu kênh. Điều này tạo ra một thời gian trễ giữa thời gian router dừng gửi kênh cũ và sau đó bắt đầu gửi kênh yêu cầu mới.
Điều này sẽ thực sự tồi tệ khi router nhận nhiều yêu cầu chuyển kênh ở cùng thời điểm.
Thông tin cộng thêm vào dữ liệu: Trong hệ thống làm việc theo gói, mỗi lớp
được cộng thêm một lượng thơng tin đáng kể vào đầu gói, do đó làm giảm hiệu quả băng thơng của dữ liệu chính nằm trong phần payload. WiMAX giải đóng gói các frame ở lớp MAC, do đó nó có thể loại bỏ thơng tin header payload và kỹ thuật nén theo thứ tự sẽ giảm số lượng thông tin cộng thêm ở lớp vật lý và lớp MAC.
Thiết kế máy thu phát: Các hệ thống WiMAX dùng máy thu phát vơ tuyến có
hiệu suất cao. Các thơng số của máy thu phát có độ ổn định cao, nhiễu thấp, mức tuyến tính cao và dải động rộng. Bên cạnh đó, để hỗ trợ IPTV và các ứng dụng video thì yêu cầu băng thông rộng cũng được đáp ứng.
Tiêu thụ nguồn: Việc tiêu thụ nguồn là một vấn đề quan trọng khác trong
thiết kế hệ thống WiMAX nhằm hỗ trợ các dịch vụ IPTV. Một chương trình TV có thể diễn ra trong vài giờ, do đó hệ thống phân phối sẽ tiêu thụ nguồn nhiều. Một cách tốt để giảm tiêu thụ nguồn là thực thi các chế độ hoạt động khác nhau thay đổi theo yêu cầu (ví dụ chế độ khơng sử dụng, chế độ ngủ,…) Một cách khác để tiết kiệm năng lượng là dùng máy thu có độ nhạy cao.
Khả năng hệ thống: hệ thống phải có khả năng hỗ trợ nhiều người sử dụng.
Cách tốt để gia tăng khả năng của hệ thống là dùng anten có độ lợi cao có thể phân phối trên nhiều hướng đến một lượng lớn khách hàng.
Khả năng di động: IPTV được kỳ vọng cung cấp khả năng truy cập mọi nơi
với khả năng hỗ trợ di động. Việc cung cấp các dịch vụ đến người dùng di động luôn gặp nhiều thách thức, đặc biệt là với các dịch vụ multimedia. Tuy nhiên, với ưu điểm của WiMAX là hỗ trợ truyền dữ liệu ở tốc độ di chuyển cao, đặc điểm mà các hệ thống truyền hình cáp khơng có được đã tạo ra ưu thế lớn cho WiMAX.
Tối đa số thuê bao: Rõ ràng, sự thành công của việc triển khai các dịch vụ
IPTV được xác định theo thời gian phát triển và của các hoạt động mang lại lợi nhuận. Việc đạt được số thuê bao tối đa sớm nhất có thể với chương trình, dịch vụ IPTV triển khai mới là đích đến cho bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào. Trong thực tế, việc truy cập dựa trên mạng xDSL và cáp băng rộng không phải luôn sẵn sàng đáp ứng nhất là trong một số vùng có khoảng cách địa lý lớn hoặc mật độ người sử dụng thưa.
Như một giải pháp mới hiệu quả về kỹ thuật để triển khai mạng truy cập, WiMAX có khả năng phát triển mạng dễ dàng tương tự như các kỹ thuật mạng không
dây khác, nhưng WiMAX có cùng phủ sóng dịch vụ lớn hơn và băng thơng rộng. Chi phí cho phát triển cơ sở hạ tầng và cung cấp dịch vụ có thể giảm đến mức kinh ngạc. Việc phân phối các dịch vụ IPTV trên WiMAX bổ sung cho khả năng cung cấp IPTV hiện nay đó là: khả năng cung cấp dịch vụ cho số lượng tối đa các thuê bao trên cùng một cơ sở hạ tầng, và đặc biệt là cung cấp khả năng truy cập tốt hơn đến nguốn tài nguyên nội dung video cho người sử dụng di động.
Phát triển nhanh mạng truy cập băng rộng không dây: Các công ty viễn
thông đã và đang nỗ lực tìm cách để hỗ trợ các dịch vụ triple hoặc quadruple. WiMAX được xem như một giải pháp để cung cấp các dịch vụ mới như truy cập mạng băng rộng không dây và voice di động trên nền IP. Việc triển khai IPTV trên WiMAX có thể đạt được hiệu quả cao như giảm chi phí khi cung cấp được nhiều dịch vụ hơn so với các dịch vụ hiện có trên cùng một cơ sở hạ tầng.
Hỗ trợ các xu hướng tương lai: Các xu hướng tương lai của IPTV đã trình
bày ở trên như: hỗ trợ di động, cung cấp khả năng truy cập đến các nội dung không được quản lý, hỗ trợ video chất lượng cao HDTV. Về kỹ thuật, WiMAX được hỗ trợ về cấp phát băng thông dành riêng, và hỗ trợ nghiêm ngặt QoS cho 4 loại dịch vụ: UGS, rtPS, BE, NLOS. Việc hỗ trợ rtPS trong truy cập băng rộng không dây sẽ đảm bảo các yêu cầu về băng thông đối với các nội dung được quản lý của các nhà cung cấp dịch vụ IPTV, đặc biệt là đối với các kênh HDTV và SDTV có trả tiền. Hiện nay, ngày càng nhiều cổng thông tin trên mạng Internet cung cấp phong phú nguồn nội dung và video theo yêu cầu miễn phí, sức thu hút sẽ rất lớn khi cho phép không chỉ các thuê bao IPTV mà còn các người dùng di động truy cập đến nguồn nội dung không được quản lý này mà không ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu năng của các nội dung có trả tiền khác. Sự kết hợp của các dịch vụ rtPS và BE có thể được tính tốn để hỗ trợ các yêu cầu này nhằm đạt được sự linh hoạt và kinh tế nhất mà không làm ảnh hưởng chất lượng của hệ thống phân phối. Việc mở rộng khả năng hỗ trợ các xu hướng tương lai của dịch vụ IPTV trên cơ sở hạ tầng mạng truy cập WiMAX tạo ra viễn cảnh phát triển lâu dài hứa hẹn mang đến hiệu quả kinh tế cho hoạt động IPTV.
II.Các dịch vụ IPTV
Nội dung theo yêu cầu: nội dung ở đây được nén và mã hóa, khách hàng
được cho phép xem lướt một mục lục gồm các phim online, khách hàng có thể xem trailer để chọn phim thích xem. Khác với trường hợp xem video trực tiếp, khách hàng có thể yêu cầu hoặc dừng xem video bất kỳ lúc nào mà không cần phải chờ đến đúng thời gian biểu phát sóng. Việc trình chiếu phim trên TV hoặc máy tính của khách hàng gần như diễn ra tức thì ngay sau khi bắt đầu chọn lựa.
Nội dung trực tiếp: Trong trường hợp này, khách hàng được yêu cầu truy cập
đến một kênh riêng để xem nội dung vào một thời điểm xác định, tương tự việc chuyển kênh đến một kênh truyền hình thực hiện chương trình truyền trực tiếp như truyền hình truyền thống. Khách hàng khơng thể yêu cầu xem nội dung lại từ đầu nếu họ truy cập vào kênh trễ. Tương tự với quảng bá vệ tinh trực tiếp, nội dung trực tiếp trên IPTV có thể là một show của sự kiện hoặc một trận bóng đá trực tiếp…
Các dịch vụ được quản lý: Nội dung video có thể được hỗ trợ từ các công ty
điện thoại nơi kinh doanh và điều hành IPTV hoặc lấy từ các nhà cung cấp nội dung khác. Nội dung này thường được quản lý bằng mã hóa và chất luợng hình ảnh cung cấp và thường được cho biết kèm theo tiêu đề của phim. Băng thông để phân phối và thiết bị khách hàng được yêu cầu nghiêm ngặt để đảm bảo việc cung cấp nội dung đạt hiện quả và chất lượng cao cho khách hàng.
Các dịch vụ không được quản lý: Về kỹ thuật, bản thân IPTV cho phép trình
diễn bất kỳ nội dung trực tiếp hoặc theo yêu cầu từ bất kỳ đối tác thứ ba trên Internet. Do đó, khơng có ràng buộc nào để ngăn khách hàng truy cập đến các nội dung video cung cấp từ các công ty online như YouTube (hoặc Google Video), các cá nhân, hoặc một tổ chức nào đó. Với một khả năng rộng mở về chọn lựa nội dung, rõ ràng các dịch vụ khơng được quản lý có nguồn nội dung phong phú, khổng lồ tuy nhiên lại không được đảm bảo yêu cầu về chất lượng và băng thơng trong q trình trình chiếu.
III.Cấu trúc hệ thống triển khai IPTV trên WiMAX.
1. Cấu trúc hệ thống IPTV trên nền WiMAX
Sơ đồ cấu trúc một hệ thống phân phối IPTV trên WiMAX (đến một thuê bao cố định) minh họa trong hình 1.6.
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc dịch vụ IPTV trên WiMAX (cho thuê bao cố định)
Hình 3.2: Phân bố dịch vụ IPTV trên WiMAX cho thuê bao cố định và di động thuê bao cố định và di động
Từ nhà cung cấp dịch vụ (tính từ trạm WiMAX BS) các dịng truyền IPTV được đóng gói vào các frame OFDM. Trước đó, một link trung gian sẽ được thiết lập giữa nhà cung cấp dịch vụ đến trạm WiMAX. Link này thường được thiết lập dựa trên mạng SONET, vì thế cần bộ SONET-WiMAX mapping ở phía nhà cung cấp dịch vụ và một bộ SONET-WiMAX demaping ở trạm WiMAX Base Station. Sau đó, các frame OFDM được trạm WiMAX phát theo các link không dây đến thuê bao. Tại trạm thuê bao (WiMAX CPE) các frame sẽ được thu nhận và tái tạo lại các dòng truyền. Các dòng truyền này sẽ được gửi đến client IPTV để hiển thị.
IPTV trên WiMAX như đã trình bày ở trên chỉ mới đáp ứng vai trò phân phối dịch vụ cố định Tuy nhiên, vấn đề hướng đến ở đây là khả năng hỗ trợ di động. Hình 1.7 sẽ mơ tả hệ thống mà IPTV được phân phối từ nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều mạng khác nhau, từ mạng cố định đến mạng không dây…
Bộ thich nghi chịu trách nhiệm chuyển đổi dịch vụ IPTV băng rộng thành dịch vụ băng rộng trên WiMAX, và thực hiện phân giải lại các gói IP sau đó chuyển thành các dịng truyền video. Q trình thích nghi phụ thuộc vào loại mạng và chia thành 2 bước như sau:
• Chuyển đổi thích nghi về mặt tốc độ
• Chuyển đổi thích nghi, phù hợp về dạng thức nội dung.
2. Mơ hình đề nghị
Mơ hình đề nghị cho ứng dụng IPTV gồm sơ đố khối cho trong hình 1.8, và hình 1.9 là ngăn xếp giao thức của dịch vụ IPTV. Mơ hình này chú trọng đến phân loại lưu lượng ở lớp MAC, điều chế và mã hóa thích nghi ở lớp vật lý nhằm cung cấp sự cải thiện về tiêu chí trải nghiệm multimedia cho người dùng IPTV.
Ở headend video, các dòng truyền video được mã hóa và nén từ các chương trình trực tiếp và lưu trữ. Các kênh MPEG được đóng gói theo giao thức RTP và truyền theo dịng truyền UDP hoặc TCP đến lớp IP.
Hình 3.3: Mơ hình hệ thống đề nghị cho các ứng dụng IPTV trên WiMAX
Hình 3.4: Ngăn xếp để truyền dịch vụ IPTV trên WiMAX
Các gói IP được đóng gói vào các frame Ethernet sau đó gửi trên mạng thơng qua lớp vật lý. WiMAX BS nhận dữ liệu này và giải đóng gói chúng vào lớp IP, sau đó đóng gói trở lại chúng cho phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật của MAC và PHY PDU. Lớp vật lý thực hiện sửa lỗi tiến FEC, ánh xạ symbol và điều chế, bộ phát vơ tuyến sẽ truyền các tín hiệu kết quả đến các node di động. Từ đó, các dịng video được gửi đến bộ giải mã của STB hoặc PC để tái tạo lại nội dung video.
a) Lớp MAC
WiMAX là hệ thống điểm – đa điểm kết nối định hướng. Giao thức lớp MAC là một giao thức biên tập dịch vụ động gồm các chức năng: cộng thêm, thay đổi, xóa, hủy các dịch vụ nhằm cho phép việc quản lý định dạng payload thông điệp. Một trong những ưu điểm lớn nhất là nó hỗ trợ chất lượng QoS linh hoạt. Hình 1.10 Trình bày một lớp MAC điển hình. BS nhận lưu lượng IP có thể chứa các loại