Tổng quan về các công nghệ băng rộng (Phần 2)

Nguồn: khonggianit.vn
2.2 Các công nghệ Không dây

Nói chung, băng rộng không dây hàm ý các công nghệ sử dụng vi ba điểm-nối-
điểm hoặc điểm-nối-đa điểm trong các tần số khác nhau giữa 2,5 và 43 GHz để
phát các tín hiệu giữa các điểm trung tâm và một máy thu người dùng đầu cuối.
Trong khi trên mức mạng, chúng rất thích hợp với cả hạ tầng cơ sở truy nhập và
đường trục, thì chúng lại nằm trong mạng truy nhập, nơi công nghệ băng rộng
không dây đang nở rộ. Kết quả là, các thuật ngữ “băng rộng không dây” và “truy
nhập băng rộng không dây” có thể đổi lẫn cho nhau.

Có một phạm vi rộng các tần số, trong đó các công nghệ băng rộng không dây có
thể khai thác với sự lựa chọn các băng tần được cấp phép và không cần cấp phép.
Nói một cách tổng quát, các tần số cao hơn là có lợi so với các tần số thấp hơn do
tại các tần số cao có nhiều phổ khả dụng hơn và có thể sử dụng các an ten nhỏ
hơn, cho phép lắp đặt được dễ dàng. Hầu hết các
hệ thống băng thông cao hơn đều
sử dụng các tần số trên 10 GHz. Tuy nhiên, các hệ thống tần số cao bị suy hao
nghiêm trọng bởi các điều kiện thời tiết xấu (chẳng hạn như mưa hoặc sương mù)
và phải chịu các giới hạn về cự li.

Các công nghệ không dây có thể được phân chia một cách rõ rệt thành loại yêu
cầu trực thị (LOS) và loại không yêu cầu trực trị (NLOS). Vi ba điểm-nối-điểm,
Hệ thống Phân phát Đa điểm Cục bộ (LMDS), Quang học Không gian Tự do
(FSO – Free Space Optics) và vệ tinh băng rộng đều đòi hỏi trực thị cho truyền
dẫn tín hiệu tin cậy, trong khi đó các công nghệ mạng tế bào như GSM, CDMA,
3G, WiFi, WiMAX và các công nghệ băng rộng không dây cố định như Hệ thống
Phân bố Đa Kênh Đa điểm (MMDS) không đòi hỏi trực thị giữa trung tâm phát và
thiết bị thu. Rõ ràng là các công nghệ NLOS dữ liệu có các lợi thế về mặt dễ triển

có nhược điểm lớn là bị hạn chế ở một tốc độ dữ liệu rất thấp và do vậy, ít được sử
dụng cho các tuyến dung lượng cao hoặc cho các mạng nơi việc bảo đảm rằng khả
năng băng thông luôn luôn vượt xa nhu cầu của khách hàng là hết sức quan trọng.
Dung lượng vi ba có thể được tăng cường nhờ lắp đặt nhiều tuyến hơn, song việc
triển khai thêm các tuyến chẳng mấy chốc sẽ đưa tổng chi phí của một mạng vi ba
tới một mức vượt quá xa chi phí cho một hệ thống cáp chôn truyền thống có băng
thông cao hơn nhiều. Đối với các mạng có dự báo lưu lượng thấp thì vi ba có thể
là giải pháp chi phí thấp nhất, nhưng vi ba sẽ ngăn cản việc mở rộng dung lượng
quá đáng và về lâu về dài sẽ dẫn đến mất cơ hội kinh doanh.

2.2.2 Dịch vụ Phân bố Đa điểm Đa kênh (MMDS)

Đối với một vùng phủ sóng rộng, một hệ thống vi ba sẽ đòi hỏi có nhiều tuyến
điểm-nối-điểm. MMDS cho phép hệ thống anten điểm-nối-điểm thường dùng cho
các tuyến vi ba được thay thế bằng một an ten hình rẻ quạt tại trạm gốc phía phát,
nơi gửi đi các tín hiệu tới nhiều địa điểm trong phạm vi một cung 60° đến 90°
(Hình 5). Bằng việc khắc phục các giới hạn điểm-nối-điểm của các tuyến vi ba và
cho phép một vùng phủ sóng rộng.

Hình 5. Kiến trúc Mạng MMDS (Dịch vụ Phân bố Đa kênh Đa điểm)

MMDS đưa ra một giải pháp vi ba với chi phí mỗi tuyến được giảm bớt. MMDS
sử dụng kiến trúc điểm-nối-đa điểm để phân phát các tín hiệu truyền hình và gần
đây nhất là thông tin thoại/fax và dữ liệu.

Ban đầu được coi là “cáp không dây”, MMDS đã được đưa vào sử dụng từ những
năm 70 của thế kỷ trước. Nó được giới thiệu như một phương án thay thế cho TV
Cáp để phủ sóng cho các vùng xa xôi hoặc địa hình khó khăn, nơi chi phí lắp đặt
cáp quá cao. Dịch vụ MMDS được phân phát nhờ sử dụng các máy phát vô tuyến
đặt trên mặt đất. Các máy phát này sử dụng các tần số ở phần phía dưới của băng

trong các tần số vô tuyến UHF phía cao hơn (27,5 GHz đến 31 GHz), LMDS có
thể cung cấp băng thông rộng hơn, nhưng tầm xa của các tín hiệu vô tuyến bị hạn
chế tại khoảng 8 km, do suy giảm không gian tự do cao hơn. Do vậy mà nó là một
dịch vụ hết sức cục bộ. Ở Hoa Kỳ, LMDS đã được phân bổ băng tần 27,5 đến 29,5
GHz và hiện tại được dự kiến để phân phát các dịch vụ TV số với mỗi kênh chiếm
20 MHz băng thông. LMDS còn có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ
băng rộng hai chiều, chẳng hạn như thoại, dữ liệu, video và Internet. Mỗi kênh
LMDS có thể có luồng xuống 45 Mbit/s (với một giới hạn luồng lên 155 Mbit/s),
nhưng đòi hỏi LOS giữa trạm gốc và máy thu phát của khách hàng. Giống như
MMDS, LMDS cung cấp một giải pháp rẻ tiền hơn cho một vùng phủ sóng rộng
hơn so với các tuyến vi ba điểm-nối-điểm. Tuy nhiên, LMDS bị hạn chế về cự li,
dung lượng thuê bao cao nhất và tốc độ dữ liệu cực đại tương ứng của chúng cũng
bị giới hạn trong phạm vi phổ vô tuyến khả dụng.

Hình 6. Kiến trúc mạng Dịch vụ Phân bố Đa điểm cục bộ (LMDS)

2.1.4 FSO (Free Space Optics)

Hệ thống quang học không gian tự do (FSO) sử dụng các nguồn hồng ngoại hoặc
các tia laze để hỗ trợ các tốc độ truyền dữ liệu trong không gian tự do trong
khoảng từ 10 Mbit/s đến 1,25 Gbit/s giữa một máy phát và một máy thu trên các
cự li lên tới 4 km. Hoạt động tại các tần số THz trong phổ vô tuyến, các hệ thống
như thế cũng đòi hỏi LOS. Những ưu điểm chính của các hệ thống FSO là chi phí
lắp đặt thấp và tránh được các yêu cầu cấp phép phổ vô tuyến do các hệ thống
FSO sử dụng một tín hiệu ánh sáng thay vì một sóng vô tuyến. Tuy nhiên, do bản
chất điểm-nối-điểm của các hệ thống FSO cho nên chúng không có hiệu quả kinh
tế đối với vùng bao phủ rộng cần tính cạnh tranh trong thị trường khách hàng băng
rộng ngày nay. Ngoài ra, quang học không gian tự do bị ngừng trệ trong các điều
kiện thời tiết xấu. Do vậy, các hệ thống FSO chủ yếu chỉ phù hợp với các ứng
dụng tư nhân.

Mặc dù các hệ thống LOS có các khả năng vươn xa lớn hơn nhiều, nhưng chúng
không thuận tiện cho một vùng bao phủ dịch vụ khách hàng lớn và chính vì vậy
mà các hệ thống NLOS có tầm với ngắn hơn nhiều đang được triển khai để cung
cấp một công nghệ thay thế của dịch vụ băng rộng có quy mô khách hàng lớn.
WiMAX dựa trên chuẩn IEEE 802.16, và các sửa đổi mới nhất để tạo thuận tiện
cho các dịch vụ di động chỉ vừa mới được tiêu chuẩn hóa. Các nhà cung cấp thiết
bị WiMAX đang đi theo hướng cung cấp khả năng kết nối băng rộng cố định, lưu
chuyển, xách tay và cuối cùng là di động mà không cần có tầm nhìn thẳng trực
tiếp tới một trạm gốc. Theo triển khai điển hình với bán kính tế bào từ 3 đến 9 km,
các hệ thống được nhận chứng chỉ Diễn đàn WiMAX (WiMAX Forum
Certified™) có mục đích phân phát dung lượng tối đa 75 Mbit/s mỗi kênh cho các
ứng dụng cố định và xách tay. Các triển khai di động đang hướng tới việc cung
cấp tới 15 Mbit/s dung lượng trong phạm vi bán kính tế bào điển hình 3 km. Tuy
nhiên, các khả năng băng thông thực tế hiện tại thấp hơn rất nhiều, và nếu như
WiMAX là một công nghệ có băng thông dùng chung thì băng thông cơ bản phân
phát cho một thuê bao có thể thấp hơn so với dung lượng kênh và sẽ phụ thuộc
vào hệ số tranh chấp khách hàng/kênh.

Đối với các hệ thống NLOS, còn có thêm một sự lựa chọn giữa các thiết bị CPE tự
lắp đặt trong nhà hay ngoài trời. Thiết bị tự lắp đặt trong nhà được thị trường
người tiêu dùng ưa chuộng hơn vì nó có những lợi thế nổi bật về lắp đặt đơn giản,
nhưng tầm xa bị giảm đi đáng kể do tín hiệu bị suy hao bởi cơ sở hạ tầng của cao
ốc. Còn có hai cấp độ lắp đặt mạng WiMAX là tiêu chuẩn và đủ-tính năng (full-
featured). Bảng 2 chỉ ra rằng, hiệu năng của WiMAX thay đổi lớn và là một hàm
số rất phức tạp của loại WiMAX được triển khai, là LOS hay NLOS, là thiết bị tự
lắp đặt trong nhà tiện dụng với khách hàng hay ngoài trời, lắp đặt tiêu chuẩn hay
lắp đặt đủ-tính năng.

Bảng 2 cho thấy rằng thiết bị WiMAX chuẩn có mục đích phân phát băng thông
luồng lên và luồng xuống cho mỗi kênh giữa 8 và 11 Mbit/s, nhưng chỉ trên cự li 1

mỗi CPE
tại mép tế
bào
Tiêu chuẩn
LOS 10 – 16
km
8-11,3 Mbit/s 8-11.3
Mbit/s
2,8-11,3
Mbit/s
2,8-
11,3Mbit/s
NLOS 1 – 2 km
0,3 –
0,5km
(Tự lắp đặt
trong nhà)
8-11,3 Mbit/s 8-11,3
Mbit/s
2,8-11,3
Mbit/s
2,8-
11,3Mbit/s
Đủ Tính năng
LOS 30 – 50
km
8 – 11.3
Mbit/s
8-11,3
Mbit/s

sử dụng các vệ tinh địa tĩnh hoạt động ở băng tần Ku với một tuyến lên 12 GHz và
một tuyến xuống 14 GHz. Hình 7 trình bày kiến trúc của một mạng băng rộng
không dây DBS, trong đó vệ tinh chuyển tiếp tín hiệu phức hợp của các dịch vụ dữ
liệu và video số hóa từ một headend qua một trạm mặt đất rồi sau đó phát quảng
bá tín hiệu này tới vùng thuê bao mục tiêu. Có thể đạt được các tốc độ dữ liệu nằm
giữa 16 kbit/s và 155 Mbit/s, nhưng trở ngại chính là ở chỗ các vệ tinh địa tĩnh
cách bề mặt trái đất 22.300 km đưa vào mạng một độ trễ 250 ms. Đối với hầu hết
các dịch vụ băng rộng, thời gian trễ này là không thể chấp nhận. Việc sử dụng một
mạng có các vệ tinh LEO (quỹ đạo trái đất thấp) quay xung quanh trái đất ở độ cao
1.000 km sẽ giảm thời gian trễ này xuống còn 50 ms, nhưng cho đến bây giờ các
hệ thống như vậy vẫn chưa được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, cũng giống như tất
cả các hệ thống khác sử dụng phổ vô tuyến, các vệ tinh cũng bị hạn chế về dung
lượng bởi băng thông khả dụng. Đối với các vệ tinh hoạt động ở băng Ku dó là
giới hạn 2 GHz băng thông khả dụng.

Hình 7. Kiến trúc Mạng vệ tinh quảng bá Trực tiếp (DBS)

2.1.7 Các mạng ĐTDĐ: Các mạng 2G và 3G

UMTS (Các hệ thống viễn thông di động toàn cầu), còn được gọi là 3G, là hệ
thống di động tốc độ cao thế hệ tiếp sau của các hệ thống tế bào số 2G và 2,5G
đang hoạt động - những hệ thống dựa trên GSM (Global Systems for Mobile). Do
việc đưa vào sử dụng GPRS (Dịch vụ Vô tuyến gói chung) mà các máy ĐTDĐ đã
có thể chuyển dữ liệu và kết nối Internet, và kết quả là có thể được xem như một
giải pháp băng rộng.

Các dịch vụ ĐTDĐ dựa trên GSM số tiêu chuẩn của kỷ nguyên 2G cung cấp đàm
thoại và tốc độ dữ liệu thấp. Các mạng GSM là chuyển mạch kênh và sử dụng kết
hợp các chuẩn TDMA và FDMA để cho phép truy nhập băng thông đa thuê bao
tại các tốc độ truyền số liệu tối đa là 14,4 kbit/s. Một công nghệ truy nhập băng

thuê bao tiên tiến hơn so với cả FDMA và TDMA mà các hệ thống GSM sử dụng.
W-CDMA là con đường nâng cấp mà các nhà khai thác GSM nên chọn, trong khi
CDMA2000 là con đường di trú cho đa phần các nhà khai thác có hệ thống
cdmaOne kế thừa.