Luận Văn Cải thiện chất lượng dịch vụ IPTV trên mạng WiMAX

Cải thiện chất lượng dịch vụ IPTV trên mạng WiMAX


1. Lý do chọn đề tài
Truyền hình sử dụng giao thức IP (IPTV) là một hệ thống ở đó các dịch vụ truyền hình số được cung cấp tới người dùng đăng ký thuê bao sử dụng giao thức IP trên kết nối băng rộng. Mang đặc tính hội tụ giữa viễn thông và truyền hình, IPTV thường được cung cấp cùng với các dịch vụ khác như voice, data, do đó còn được gọi là “Triple Play”. IPTV được cung cấp bởi nhà khai thác dịch vụ băng rộng sử dụng chung một hạ tầng mạng. Với tốc độ phát triển mạnh mẽ của mạng băng thông rộng như hiện nay và nhu cầu thưởng thức các dịch vụ giải trí của khách hàng ngày càng cao là xu hướng tất yếu. Vì vậy, rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn trên thế giới đang triển khai IPTV và xem như một cơ hội mới để thu lợi nhuận từ thị trường hiện có của họ.

Tại thị trường cung cấp dịch vụ ở Việt Nam, dịch vụ IPTV đã được cung cấp với một số dịch vụ cơ bản. Điều này xem như là cơ hội kinh doanh dịch vụ mới của các nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam, khi mà cơ sở hạ tầng mạng băng rộng đã và đang phát triển mạnh mẽ cùng với sự đòi hỏi nhu cầu của khách hàng ngày càng cao.

Trong khi đó, công nghệ truy cập băng rộng không dây WiMAX với những ưu điểm vượt trội có khả năng hỗ trợ băng thông rộng và trễ thấp rất phù hợp cho việc phân phối các dịch vụ multimedia trong đó có dịch vụ IPTV. Hơn nữa, hệ thống này cũng cung cấp vùng phủ sóng rộng, hỗ trợ thu phát di động, hỗ trợ nghiêm ngặt QoS cho 4 loại dịch vụ: UGS, rtPS lưu lượng BE (Best Effort), và không yêu cầu tầm nhìn thẳng (line-of-sight). 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. WiMAX là giải pháp hứa hẹn để triển khai các dịch vụ IPTV với chi phí phân phối thấp nhưng chất lượng dịch vụ cao và hỗ trợ bất cứ khi nào và bất kỳ nơi đâu.

Multicasting hay là chia sẽ thông tin của tín hiệu đến một nhóm các bộ thu có cùng quan tâm đến một nội dung (ví dụ video, data, audio .). Tuy nhiên, sự phân tán kênh fading đa người dùng là tính chất nội tại trong môi trường truyền tin không dây, cho nên các bộ thu thường có điều kiện kênh khác nhau ở từng thời điểm khác nhau. Trong điều kiện kênh không đồng nhất xung quanh các bộ thu, sự tối ưu tốc độ truyền hoặc chiến lược multicast thông tin cho tất cả các bộ thu là vấn đề khó thực hiện. Trong WiMAX, tín hiệu multicasting được điều chế với phương pháp cho tốc độ truyền dẫn cao như 16QAM, 64QAM. Do điều kiện kênh truyền không đồng nhất xung quanh các SS ở từng thời điểm khác nhau nên tín hiệu multicast được điều chế 16QAM hay 64QAM sẽ không thể giải mã ở các SS có SNR thấp và khi đó chỉ có thể giải mã được với các tín hiệu điều chế BPSK (phương pháp này yêu cầu SNR thấp hơn cho việc giải mã nhưng tốc độ truyền cũng thấp hơn). Trạng thái kênh truyền của mỗi bộ thu thay đổi theo thời gian nghĩa là bộ thu có thể chỉ hỗ trợ BPSK ở thời điểm hiện tại nhưng trong thời điểm tiếp theo có thể hỗ trợ 16QAM hay 64QAM. Tuy nhiên, nếu BS vẫn cứ tiếp tục sử dụng điều chế BPSK cho dữ liệu multicasting ở tất cả các thời điểm, khi đó các kênh sẽ bị sử dụng lãng phí cho các SS hỗ trợ được 16QAM hay 64QAM khi kênh có trạng thái tốt. Vì vậy việc triển khai IPTV trên WiMAX gặp một trong những khó khăn lớn nhất là sự phân tán kênh fading đa người dùng. Vì vậy giải quyết vấn đề này là hết sức cần thiết.
Trong bài báo [6] các tác giả đã mô tả tổng quan về công nghệ WiMAX di động thế hệ tiếp theo (chuẩn 802.16m) với những tính năng vượt trội so với các chuẩn 802.16d, 802.16e. Trong chuẩn 802.16m này, ngoài việc sử dụng MIMO và OFDM thì tốc độ cũng được tăng lên rất lớn: 1Gbps đối với WiMAX cố định và 100Mbps đối với WiMAX di động. Thêm vào đó bài báo này cũng mô tả những cải tiến ở lớp vật lý và lớp MAC cho phép hỗ trợ tốt hơn sự triển khai các dịch vụ trên nền IP.

Trong bài báo [7] các tác giả trình bày những ứng dụng và những khó khăn gặp phải khi triển khai dịch vụ IPTV qua mạng WiMAX. Các tác giả cũng đưa ra giải pháp cải tiến framework ở lớp vật lý và lớp MAC để cải thiện chất lượng IPTV qua mạng WiMAX.
Trong khi đó bài báo thứ [8] trình bày những yếu tố dẫn đến thành công cũng như những lợi ích của việc triển khai dịch vụ IPTV qua mạng WiMAX. Bài báo chỉ ra thách thức lớn khi thực hiện triển khai dịch vụ IPTV qua mạng WiMAX là sự phân tán của các kênh fading. Đồng thời bài báo cũng đưa ra phương pháp khắc phục sự phân tán kênh fading là dùng mã hóa multicast xếp chồng 2 lớp.

Cũng gần giống với bài báo [7], bài báo thứ [9] trình bày những khó khăn, thách thức ở lớp MAC, lớp vật lý, thiết kế thu phát vô tuyến. Bài báo cũng đưa ra mô hình triển khai dịch vụ qua mạng WiMAX.

Trong bài báo [10] các tác giả trình bày một framework thiết kế xuyên lớp để tăng cường hiệu quả của việc triển khai dịch vụ IPTV qua WiMAX. Trong framework này, mã hóa nguồn MDC kết hợp với mã hóa SCM ở kênh nhằm khắc phục hiện tượng phân tán kênh fading đa người dùng.

Từ sự tham khảo những bài báo nghiên cứu trên, trong luận văn của mình, Tôi sẽ trình bày phương pháp dùng điều chế mã hóa xếp chồng gồm BPSK và 16QAM hoặc 64QAM ở lớp vật lý kết hợp với mã hóa MDC ở lớp ứng dụng để khắc phục hiện tượng phân tán kênh fading đa người dùng nhằm cải thiện chất lượng IPTV trên WiMAX.

2. Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng triển khai các dịch vụ IPTV trên WiMAX.
Phân tích những thách thức ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ IPTV trên hệ thống mạng không dây băng rộng WiMAX. Trong đó tập trung vào phương án dùng MDC kết hợp với SCM để khắc phục phân tán kênh fading đa người dùng nhằm đàm bảo được khả năng cung cấp dịch vụ IPTV trên WiMAX đạt chất lượng cao.
Mô phỏng phương án đã trình bày.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

IPTV
WiMAX.
Chất lượng dịch vụ
Sự phân tán kênh fading
Biện pháp dùng điều chế mã xếp chồng SCM kết hợp MDC để giải quyết vấn đề phân tán kênh fading đa người dùng.
4. Phương pháp nghiên cứu

Trình bày biện pháp dùng điều chế mã xếp chồng gồm BPSK và 16QAM hoặc 64QAM kết hợp với MDC để giải quyết vấn đề phân tán kênh fading đa người dùng.
Kết hợp với mô phỏng để làm sáng tỏ vấn đề nêu ra.
5. Bố cục luận văn
Luận văn được chia làm 3 chương

Chương 1: Tổng quan IPTV trên WiMAX
Chương này sẽ trình bày các đặc điểm của công nghệ WiMAX, cấu trúc hệ thống cũng như chất lượng dịch vụ IPTV trên WiMAX (chuẩn 802.16m). Đầu tiên sẽ trình bày về đặc điểm của các lớp MAC và lớp vật lý, các đặc tính và công nghệ tiên tiến của WiMAX như OFDMA, MIMO và cấu trúc mạng tham chiếu nhằm nêu rõ những ứng dụng của WiMAX. Tiếp theo trình bày các dịch vụ của IPTV, cấu trúc hệ thống khi triển khai IPTV qua WiMAX bao gồm: mô hình hệ thống, các thiết bị phía khách hàng để hỗ trợ cho triển khai dịch vụ IPTV qua WiMAX, mạng truyền dẫn. Cuối cùng sẽ trình bày chất lượng dịch vụ IPTV trên WiMAX trong đó sẽ tập trung vào MDI, MOS và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ IPTV trên WiMAX .

Chương 2: Mô hình kênh truyền và cải thiện chất lượng dịch vụ IPTV trên WiMAX dùng SCM
Đầu tiên chương này sẽ trình bày tổng quan về mô hình kênh truyền vô tuyến số và các mô hình kênh AWGN, fading. Đây là kênh truyền sẽ ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ IPTV khi triển khai qua mạng WiMAX. Sau đó sẽ trình bày về các kỹ thuật điều chế BPSK, QAM và SCM, MDC. Trong đó tập trung vào SCM và MDC vì dùng kỹ thuật điều chế SCM kết hợp với MDC để cải thiện chất lượng dịch vụ IPTV trên WiMAX do khắc phục được hiện tương phân tán kênh fading đa người dùng, tiết kiệm băng thông. Cuối cùng sẽ trình bày cải thiện chất lượng IPTV khi triển khai trên WiMAX.

Chương 3: Mô phỏng và kết quả
Chương này sẽ trình bày mô hình kênh truyền, các thông số mô phỏng khi sử dụng điều chế mã xếp chồng bao gồm BPSK và 16QAM hoặc 64QAM để khắc phục phân tán kênh fading, tiết kiệm băng thông nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ IPTV qua WiMAX. Cuối cùng sẽ mô phỏng để chứng minh cho phương pháp mã xếp chồng 2 lớp đã trình bày.