ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐẶNG THỊ PHƯƠNG THẢO
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TV WHITE SPACE VÀ KHẢ
NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Hà Nội, 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan dưới đây là luận văn của riêng tôi. Luận văn được thực
hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Minh Tuấn – Phó Viện trưởng Viện
Chiến lược Thông tin và Truyền thông, Bộ Thông tin và Truyền thông. Những
kết quả đạt được trong quá trình tôi thực hiện luận văn là trung thực và có được
từ những nghiên cứu, tìm hiểu và khảo sát thực tế mà tôi đã tiến hành trong thời
gian qua.
Học viên
Đặng Thị Phương Thảo
4
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các các thầy cô
giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học
Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tận tình và chu đáo để tôi có môi trường tốt học tập
và nghiên cứu.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Trần
Minh Tuấn người trực tiếp đã hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt quá
trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này.
Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo, bạn
bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. Tôi xin kính chúc các
thầy cô giáo, các anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh phúc.
CHƯƠNG 2. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TV WHITE SPACE
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 31
2.1 Xu hướng hội tụ truyền hình/viễn thông trên thế giới và tại Việt Nam 31
2.1.1 Trên thế giới 31
2.1.2 Tại Việt Nam 33
2.2 Xu hướng triển khai công nghệ TVWS trên thế giới 34
6
2.2.1 Châu Mỹ 35
2.2.2 Châu Âu 37
2.2.3 Châu Phi 37
2.2.4 Châu Á 38
2.2.5 Việt Nam 39
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ TVWS TẠI VIỆT
NAM 42
3.1 Mục tiêu: 42
3.2 Sự cần thiết: 42
3.3 Ưu nhược điểm triển khai TVWS tại Việt Nam 42
3.3.1 Ưu điểm 42
3.3.2 Nhược điểm 47
CHƯƠNG 4. TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
CÔNG NGHỆ TVWS TẠI VIỆT NAM 48
4.1 Chuẩn bị thiết bị phục vụ cho thử nghiệm 48
4.1.1 Yêu cầu tần số 48
4.1.2 Quy mô thử nghiệm 48
4.1.3 Công nghệ 48
4.1.4 Thiết bị 49
4.2 Phương án kỹ thuật thử nghiệm 53
4.2.1 Phép đo nhiễu 54
4.2.2 Bench test 54
TÓM TẮT NỘI DUNG
TV White Space (TVWS) là công nghệ sử dụng các khoảng tần số trống
phân bổ giữa các kênh truyền hình quảng bá (băng tần VHF/UHF) để thiết lập
mạng truy nhập vô tuyến băng rộng nhằm cung cấp các dịch vụ viễn thông, dịch
vụ ứng dụng viễn thông tới người dùng.
Cùng với sự phát triển của công nghệ Phát thanh truyền hình và viễn
thông, việc chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số đã mở ra
những hướng phát triển mới cho công nghệ băng thông rộng trên nền tảng công
nghệ TVWS. Lựa chọn đề tài này, em muốn có cơ hội được học tập và tìm hiểu
về công nghệ TVWS, tìm kiếm cơ hội phát triển mới cho băng thông rộng không
dây tại Việt Nam.
Luận văn trình bày một cách ngắn gọn nhất về những vấn đề lý thuyết và
thực tế đã nghiên cứu. V ề mặt lý thuyết, luận văn giới thiệu lý thuyết chung về
công nghệ TVWS. Tiếp theo đó, là những nghiên cứu chi tiết đối với việc triển
khai thử nghiệm công nghệ này trên thế giới. Về mặt thực tiễn, luận văn đã tiến
hành nghiên cứu việc thử nghiệm công nghệ TVWS tại Việt Nam. Trên cơ sở
đó, luận văn đưa ra những đề xuất về khả năng phát triển công nghệ này tại
Việt Nam trong tương lai. Nội dung cụ thể được phân bố trong các chương như
sau:
Chương 1: Lý thuyết về công nghệ TVWS
Chương 2: Xu hướng phát triển công nghệ TVWS trên thế giới và tại Việt
Nam
Chương 3: Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ TVWS tại Việt Nam
Chương 4: Triển khai thử nghiệm và kết quả thử nghiệm công nghệ
TVWS tại Việt Nam
Chương 5: Khả năng ứng dụng và phát triển công nghệ TVWS tại Việt
Nam
9
(Hoa Kỳ)
6
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
7
M2M
Machine-to-Machine
Máy tới máy / Trạm đến trạm
8
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
9
PMP
Point –to-Multi Point
Từ điểm tới đa điểm
10
SNR
Signal-to-Noise- Ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
11
TVWS
Television White Space
Truyền hình khoảng trắng
12
WSD
White Space Devices
Thiết bị khoảng trắng truyền
hình
Hình 1.12: Chuỗi các trao đổi dữ liệu 25
Hình 2.1: Bản đồ Google Earth cho thấy các địa điểm đang triển khai mạng
TVWS tại Mỹ 36
Hình 2.2: Quy hoạch sử dụng kênh tần số cho truyền hình mặt đất băng tần UHF
(470-806)MHz đến năm 2020 (Theo Thông tư số 26/2013/TT-BTTTT của Bộ
Thông tin và Truyền thông) 39
Hình 3.1: Băng tần truyền hình UHF và giải phóng phổ tần khi chuyển sang số
43
Hình 3.2: Phạm vi truyền sóng của TVWS 45
Hình 4.1: Thiết bị trạm cơ sở (bên trái) và thiết bị đầu cuối (CPE) (bên phải) của
hãng Carlson 50
Hình 4.2: Ăng – ten White Space không dây của hãng Carlson 51
Hình 4.3: Minh họa của hệ thống phương thức tránh nhiễu sử dụng Fairspectrum
của WSDB 51
11
Hình 4.4: Hệ thống thử nghiệm TVWS 54
Hình 4.5: Cài đặt cho bench test 55
Hình 4.6: Cài đặt và định vị trí cho tín hiệu trạm cơ sở (màu xanh lục) và ăng-
ten CPE cố định (màu xanh lá cây) 56
Hình 4.7: Cài đặt và định vị trí cho tín hiệu trạm cơ sở với ăng-ten CPE di động
57
Hình 4.8: Các tuyến của phép đo di động 58
Hình 4.9: Thiết lập cho thiết bị TV White Space di động 60
Hình 4.10: Thiết lập cho thiết bị TV White Space cố định 60
Hình 4.11: Thử nghiệm triển khai tại Hà Nội (trạm cơ sở - màu xanh lục, CPE –
màu xanh lá cây) 61
Hình 4.12: Cột VTV để đặt ăng-ten trạm cơ sở 62
Hình 4.13: Vị trí của toà nhà cao tầng giữa trạm cơ sở và CPE CATV, điểm
đánh dấu đỏ 63
Hình 5.4: Trường hợp băng thông rộng vùng nông thôn hoặc đọc từ xa mét tiện
ích (máy-máy) 85
Hình 5.5: Trường hợp băng thông rộng trong nhà, dịch vụ đa phương tiện tại
nhà, hay phủ các điểm nóng công cộng trong nhà 85
13
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các đoạn trống tần số được sử dụng cho công nghệ TV White Space
15
Bảng 4.1: Ngưỡng điều chế của thiết bị đầu cuối CPE đối với các điều chế khác
nhau cho băng thông 8 MHz. 50
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật của các ăng-ten được sử dụng trong các phép đo . 50
Bảng 4.3: Khoảng cách cần thiết để các cạnh của đường viền bảo vệ được xác
định bởi chiều cao của ăng-ten 52
Bảng 4.4: Kết quả đo các kênh tại vị trí đặt CPE2. 72
Bảng 4.5: Kết quả của phép đo bảo vệ đương nhiệm 73
Bảng 4.6: Các thông số năng lượng và cường độ trường Rx đo tại các địa điểm
khác nhau với chiều cao ăng ten khác nhau. 77
Bảng 4.7: Kết quả đo công suất Rx, SNR và BER trên đường lên và đường
xuống của kết nối CPE-BS. 77
Bảng 4.8: Kết quả đo tốc độ của 1 CPE kết nối với BS thông qua một kết nối vô
tuyến 77
Bảng 4.9: Kết quả đo tốc độ của 2 CPE kết nối với BS thông qua kết nối vô
tuyến 78
14
CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ TV WHITE
SPACE
1.1 Công nghệ TVWS là gì?
truyền hình.
White Space là khoảng tần số sóng truyền hình không sử dụng đến trong
các phổ tần số không dây. Các cung cấp tín hiệu TV để lại các khoảng trống
giữa các kênh để phục vụ các mục đích đệm và khoảng không này (tương tự với
cách người ta dùng cho 4G) có thể được dùng để cung cấp truy cập mạng
internet trên diện rộng.
Các mạng WiFi phổ biến tại gia có thể đi qua hai bức tường trong khi đó,
công nghệ WhiteSpace có thể đi xa đến 10 km, xuyên qua các thảm thực vật,
nhà cao tầng hay bất kỳ vật cản nào tương tự. Tất cả các máy tính bảng, điện
thoại và máy tính có thể truy cập internet không dây có thể sử dụng không gian
trắng thông qua các trạm phát sóng dịch vụ cố định hoặc di động. Số lượng thực
tế của quang phổ không gian trắng có thể sử dụng ở mỗi vùng là khác nhau,
nhưng khoảng trắng phổ dao động từ 470 MHz đến 790 Mhz.
Các đoạn trống tần số được sử dụng cho công nghệ TV White Space:
Kênh TV (quảng bá)
Tần số
Băng
2, 3, 4
54 – 72 MHz
VHF – Low band
5, 6
76 – 88 MHz
VHF – Low band
7 – 13
174 – 216 MHz
VHF – High band
14 – 51
470 – 698 MHz
UHF band
Bảng 1.1: Các đoạn trống tần số được sử dụng cho công nghệ TV White Space
Adaptive
modulation
MAC
Distances up
to 100 km
Hình 1.3: Một Cell TVWS với trạm phát (BTS) và trạm đầu cuối (CPE)
Có nhiều cách khác nhau mà TVWS có thể phát sinh ở các vị trí khác
nhau. Tuy nhiên, số lượng quang phổ có sẵn trong các hình thức TVWS có thể
khác nhau đáng kể giữa các địa điểm khác nhau và sẽ phụ thuộc vào các yếu tố
khác nhau, bao gồm: đặc điểm địa lý, mức độ can thiệp tiềm năng cho các dịch
vụ phát sóng truyền hình đương nhiệm, mục tiêu phủ sóng truyền hình và lập kế
hoạch có liên quan, và kênh truyền hình đang sử dụng. Các trường hợp của
TVWS sẵn có có thể được phân loại như sau:
Tần số: kênh còn thừa của một băng tần truyền hình đã có kế hoạch ở
một số khu vực địa lý do sự can thiệp tránh các kỹ thuật của phương tiện tách
tần số (kênh bảo vệ) .
Chiều cao: xác định sự sẵn có của TVWS tại một khu vực nhất định về
chiều cao của đại điểm truyền TVWS và chiều cao ăng-ten của nó, liên quan
đến sự tiếp sóng xung quanh vùng phủ sóng truyền hình . Về cơ bản, địa điểm
truyền TVWS và độ cao ăng-ten càng cao thì khả năng tín hiệu của thiết bị
TVWS nhận được bởi máy thu truyền hình trong khu vực xung quanh càng cao.
Và do đó có thể phát sinh tình huống có nhiễu có hại ảnh hướng đến dịch vụ
phát thanh truyền hình chính (đặc biệt là nếu không có trở ngại địa lý ở giữa).
Trong điều kiện xác suất nhiễu cao, các thiết bị TVWS sẽ không thể hoạt động
bằng cách sử dụng tần số truyền hình đương nhiệm.
18
Không gian: khu vực địa lý nằm ngoài vùng phủ sóng truyền hình hiện
nay và do đó không có tín hiệu phát sóng hiện tại. Ngoài ra còn có những khu
triển như vậy theo các tiêu chuẩn IEEE 802 (trong đó bao gồm các thiết bị Wi-
Fi), IEEE 802.22 là phiên bản cụ thể cho các thiết bị hoạt động trong TVWS.
Một trong những mục tiêu của tiêu chuẩn kỹ thuật này tập trung vào bảo vệ
nhiễu của các dịch vụ truyền hình đương nhiệm (kỹ thuật số và tương tự), xem
xét hoạt động chia sẻ cơ sở thiết bị TVWS với các dịch vụ phát thanh truyền
hình chính. Ngoài ra còn có một đặc điểm kỹ thuật dự thảo chưa hoàn thành là
tiêu chuẩn 802.11af, trong đó tập trung vào các kỹ thuật phát thanh nhận thức
cho TVWS.
20 Hình 1.6: Hệ thống TVWS sử dụng chuẩn công nghệ WRAN
Ngoài ra cũng cần một xem xét bảo vệ nhiễu cho các đường truyền phát
vô tuyến điện khác hoạt động trong băng tần, chẳng hạn như micro không dây,
được sử dụng trong một loạt các sự kiện, địa điểm và các cuộc tụ họp công
cộng. Một mục tiêu quan trọng của các trung tâm tiêu chuẩn này trên nền tảng
phát triển công nghệ vô tuyến nhận thức để thực hiện phổ tần không nhiễu sử
dụng trong một môi trường chia sẻ phổ với các dịch vụ phát thanh truyền hình
chính và bảo vệ. Hơn nữa, các thiết bị WRAN sẽ chủ yếu có sẵn trong chế độ cố
định và di động, mà một cơ sở dữ liệu đã được đề xuất để hoạt động , để ngăn
chặn nhiễu có hại cho các dịch vụ truyền hình . Phương pháp tiếp cận phân công
cơ sở dữ liệu này được thông qua ở Mỹ (FCC uỷ quyền) bao gồm một khả năng
vị trí địa lý nhúng trong các thiết bị hoạt động trong TVWS . Khả năng vị trí địa
lý này có khả năng kết hợp với một hệ thống cơ sở dữ liệu tần số đã được phê
duyệt, mà phục vụ như là một hình thức bảng tiêu chuẩn cho các thiết bị TVWS
để xác định và sử dụng các kênh phát sóng truyền hình không được sử dụng ở vị
trí địa lý của nó (và thực hiện các tính toán của mức năng lượng cần thiết và phù
hợp chiều cao ăng-ten để đạt được bảo vệ tiếp nhận truyền hình tại các vùng
xa).
21
Hình 1.9: Phạm vi hoạt động của thiết bị TVWS sử dụng công nghệ WRAN
1.3.1 Phân loại thiết bị TVWS
Một loạt các WSD có khả năng xuất hiện trong tương lai để đáp ứng yêu
cầu các trường hợp sử dụng khác nhau. Nó cũng có khả năng được cài đặt và
triển khai trong một số cách khác nhau đối với trường hợp sử dụng khác nhau.
23
Trong một số trường hợp sử dụng, chi phí thấp của thiết bị là ưu tiên, và điều
này có thể bao hàm mặt nạ phát xạ phổ nghèo. Trong trường hợp sử dụng khác,
WSD có thể yêu cầu công nghệ không dây cụ thể để đáp ứng yêu cầu chất
lượng của dịch vụ.
Thiết bị TV White Space (mạng Wifi nâng cao) là thiết bị không dây Wi-
fi hoạt động ở băng tần VHF/UHF tương tự các thiết bị Wifi hiện nay (phủ sóng
ở băng tần 2.4 GHz và băng tần 5 GHz), hệ thống 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 thiết bị kiểm soát.
Hình 1.10: Thiết bị TV White Space
Sử dụng hiệu quả phổ TVWS chỉ ra rằng các nhà sản xuất WSDB đưa ra
các loại WSD khác nhau, do đó xu hướng cao hơn của một loại WSD không là
nguyên nhân hạn chế việc sử dụng phổ tần của các WSD khác loại. Vì lý do
này, chúng ta phân loại WSD theo đặc điểm mô tả dưới đây.
Loại thiết bị
"Loại thiết bị" mô tả việc dự kiến triển khai của WSD. Hiện đang dự tính
hai loại WSD là loại A và loại B. Loại thiết bị A là loại có ăng-ten được gắn
vĩnh viễn trên một nền tảng ngoài trời không di chuyển. Thiết bị loại B là loại
có ăng-ten không được gắn vĩnh viễn trên một nền tảng ngoài trời không di
chuyển.
Với hai loại thiết bị khác nhau thì các nhà sản xuất WSDB có thể làm cho
độ rất khác nhau của nhiễu có hại, ngay cả khi các WSD tuân thủ cùng một điều
kiện mặt nạ phát xạ (tức là có cùng lớp phát xạ).
1.3.2 Trình tự hoạt động đối với WSD
Trình tự các sự kiện trong tương tác giữa WSD “chủ”, WSD “nô lệ” và
nhà cung cấp WSDB được mô tả dưới đây với bốn giai đoạn riêng biệt sau đây:
- Sinh ra và kết nối các thông số hoạt động cụ thể cho các WSD “chủ” cá
nhân.
25
- Sinh ra và kết nối các thông số hoạt động chung cho tất cả WSD “nô lệ”
trong vùng phủ sóng của một WSD “chủ” cụ thể.
- Liên kết một WSD “nô lệ” với một WSD “chủ”.
- Sinh ra và kết nối các thông số hoạt động cụ thể cho WSD “nô lệ” cá
nhân.
Các giai đoạn được minh họa trong hình 1.11 dưới đây, cùng với tương
ứng trình tự trao đổi tham số minh họa trong hình 1.12.
Hình 1.11: Minh họa các giai đoạn hoạt động
Hình 1.12: Chuỗi các trao đổi dữ liệu
Giai đoạn (a): thông số hoạt động cụ thể đối với một WSD “chủ”
Copyright: Tài liệu đại học ©