Chương 1: tổng quan hệ thống. Chương 2: mô hình hệ thống. Chương 3: kết quả thực nghiệm. Nội dung các phần sẽ được trình bày chi tiết trong những chương sau.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHÔNG DÂY Chương này sẽ trình bày mô hình truyền thanh hiện tại, cái nhìn về mô hình truyền thanh sử dụng công nghệ 4G, mô hình thực tế được triển khai, các giao thức truyền tải thông tin trong truyền thanh nói riêng và trong viễn thông nói chung.1 Tầm quan trọng của truyền thanh Việc truyền tải thông tin đến người dân một cách nhanh chóng vô cùng cần thiết giúp người dân cập nhật tin tức, diễn biến tình hình trong và ngoài nước, trao đổi thông tin giữa các địa phương. Hình 1-1 Loa phát thanh được sử dụng rộng rãi Dù đời sống phát triển, cách tiếp cận thông tin qua các phương tiện truyền thông hiện đại bằng mạng di động hay internet đã rất phổ biến và tiện lợi, nhưng hệ thống truyền thanh vẫn có một vai trò rất quan trọng khó có thể thay thế. Do đó khi công nghệ phát triển thì hệ thống truyền thanh cũng phát triển theo. Từ khi ra đời, hệ thống truyền thanh đã trải qua 3 thế hệ.
Thế hệ thức nhất, cổ điển và đơn giản nhất là hệ thống truyền thanh có dây. Hệ thống này với ưu điểm là đơn giản và chi phí thấp nên hiện nay còn khá phổ biến ở các xã, phường Việt Nam. Tuy nhiên việc truyền tải bằng dây lại bộc lộ nhiều nhược 1 điểm. Các dây truyền tín hiệu thường có độ dài từ vài trăm mét đến vài km dẫn đến tín hiệu bị ảnh hưởng, công suất tổn hao lớn.
Dây truyền tải dài nên việc lắp đặt gặp nhiều khó khăn ở những địa phương có diện tích rộng và địa hình phức tạp và dây dẫn có thể đứt hay hỏng bất cữ chỗ nào nên việc bảo trì cũng khó khăn không kém. Từ những nhược điểm đó hệ thống truyền thanh không dây qua sóng RF ra đời. Hình 1-2 Mô hình hệ thống truyền thanh có dây thế hệ thứ nhất Thế hệ thứ hai, hệ thống truyền thanh qua sóng RF (dải tần 87.5-108 MHz) để khắc phục nhược điểm của việc truyền có dây. Do không dây nên việc lắp đặt thi công dễ hơn do không phải kéo dây, khắc phục được tổn hao công suất trên đường truyền.
Áp dụng được cho những địa phương có diện tích rộng. Tuy vậy hệ thống này cũng bộc lộ nhiều nhược điểm: ● Các cụm loa không dây rất dễ bị nhiễu sóng lạ, phát tiếng ồn vào ban đêm, gây phiền hà cho người dân. ● Việc tiếp tục sử dụng băng tần FM cho truyền thanh cơ sở là đi ngược lại với lộ trình phát triển toàn cầu và vi phạm các luật lệ Quốc tế về viễn thông 2 và phát thanh truyền hình (ITU-T và ITU-R). Hiện nay thế giới, các nước chỉ sử dụng băng tần FM này cho phát thanh cấp tỉnh và huyện thị … không sử dụng nó cho truyền thanh cấp xã phường.
Do vậy khi gia nhập WTO, hoạt động của các hệ thống truyền thanh không dây công nghệ cũ (FM 87,5-108 MHz) sẽ bị đình chỉ là điều tất yếu. ● Do sử dụng tần số không phù hợp, cho nên khi thiết kế chọn tần số FM để phân chia cho mỗi Xã (phường) là điều rất nan giải! Phải làm sao để tần số của một xã A không trùng với tần số các xã khác trong Huyện và các xã của Huyện lân cận, không trùng tần số với các Đài Huyện, Đài Tỉnh của chính nó và vùng lân cận …. Khó khăn nhất là hiện tượng sóng đài FM của Xã sẽ gây nhiễu sóng truyền hình và xóa sóng FM của Đài Huyện, gây cản trở cho việc tiếp sóng chương trình Đài Huyện. Tình trạng này làm giảm hiệu quả của Hệ thống truyền thanh 4 cấp.
● Phải lắp đặt các cột anten cao để phủ sóng đến tất cả các cụm loa, do đó nếu gặp phải những địa hình nhiều đồi núi hay nhà cao tầng cũng ảnh hưởng quá trình thu phát. Hình 1-3 Mô hình hệ thống truyền thanh không dây thế hệ hai 3 Hệ thống truyền thanh không dây thế hệ thứ 3 ra đời ứng dụng internet và mạng viễn thông đã khắc phục được nhược điểm của các hệ thống trên. Khi thông tin được truyền tải trên mạng viễn thông rất ổn định đến các cụm loa giúp đảm bảo chất lượng âm thanh ổn định và tốt nhất đến với mọi người dân. Mạng di động truyền tải dữ liệu chất lượng cao phổ biến hiện nay là mạng 4G (sắp tới là 5G).
Sau đây là tóm tắt đôi chút về mạng 4G. Công nghệ mạng di động 4G được ứng dụng giúp thông tin truyền tải được duy trì liên tục, giúp người dùng có một trải nghiệm sử dụng tuyệt vời. 4G(fourth-generation), là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 - 1,5 Gb/s. Tên 4G do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa rằng công nghệ này vượt trội hơn so với 3G.
Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/s khi di chuyển và tới 1 Gb/s khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao. Mạng điện thoại 3G hiện tại của DoCoMo có tốc độ tải là 384 kb/s và truyền dữ liệu lên với tốc độ 129 kb/s. NTT DoCoMo hy vọng đến năm 2010 sẽ có thể đưa mạng 4G vào kinh doanh.
Mạng viễn thông 4G hay 5G sắp ra mắt, sử dụng chung các giao thức truyền tải thông tin phổ biến với mạng internet. Tín hiệu truyền tải đã được số hoá khác hoàn toàn so với hệ thống truyền thanh thế hệ 1, 2 khi tín hiệu truyền tải là dạng tương tự. Trong phần sau chũng ta sẽ tìm hiểu giao thức truyền tải và định dạng âm thanh sẽ, yếu tố quan trọng nhất quyết định đến chất của hệ thống truyền thanh, sử dụng trong hệ thống truyền thanh không dây thế hệ 3.2 Giao thức truyền tải, định dạng dữ liệu 1.1 Giao thức truyền tải Việc truyền tải thông tin kịp thời, rõ nét là mục đích hướng tới của đề tài. Thông tin truyền tải từ trạm phát đến các trạm thu sử dụng giao thức UDP.
Dùng UDP, chương trình trên mạng máy tính có thể gửi những dữ liệu ngắn được gọi là datagram tới máy khác. UDP không cung cấp sự tin cậy và thứ tự truyền nhận mà TCP làm; các gói dữ liệu có thể đến không đúng thứ tự hoặc bị mất mà không có thông báo. Tuy nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối với các mục tiêu như kích thước nhỏ và yêu cầu khắt khe về thời gian. Do bản chất không trạng thái của nó nên nó hữu dụng đối với việc trả lời các truy vấn nhỏ với số lượng lớn người yêu cầu.
UDP gửi ngẫu nhiên các gói dữ liệu hoặc sơ đồ dữ liệu đến người nhận mà không cần kiểm tra các gói bị bỏ sót. Nó được sử dụng khi không cần sửa lỗi và tốc độ là mong muốn. UDP thường được sử dụng cho các trò chơi trực tuyến và chương trình phát sóng trực tiếp. Hình 1-4 Sự khác nhau giữa TCP và UDP Xét về việc giao tiếp giữa ứng dụng người dùng điều khiển và máy chủ, kết hợp với UDP thì chúng ta sẽ sử dụng giao thức HTTP để giao tiếp ứng dụng trên nền tảng Web-App.
Hypertext Transfer Protocol (HTTP) là một giao thức thuộc tầng ứng dụng được dùng để truyền tải các tài liệu đa phương tiện, ví dụ như HTML. Giao thức này được thiết kế để truyền thông giữa các trình duyệt web và máy chủ web, tuy nhiên nó cũng được dùng cho nhiều mục đích khác. HTTP tuân theo một mô hình client-server truyền thống, với một client mở một kết nối (connection) để tạo ra một yêu cầu (request), sau đó chờ đợi cho đến khi nó nhận được phản một phản hồi (response). HTTP là một giao thức không lưu lại trạng thái (stateless protocol), có nghĩa là máy chủ không lưu giữ bất cữ dữ liệu (state) gì giữa các yêu cầu.
Bởi thường được dựa trên một lớp TCP/IP, nó có thể được sử dụng trên bất cứ tầng giao vận đáng tin cậy nào (reliable transport layer) – những giao thức không bị mất dữ liệu, như là TCP. 5 Hình 1-5 Khái niệm về HTTP Việc xác định rõ định dạng dữ liệu truyền tải cũng vô cùng quan trọng, thông tin truyền tải được chọn lọc. Dữ liệu truyền tải được sử dụng dưới dạng mp3, định dạng âm thanh nén nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu chất lượng âm thanh phổ thông được dùng phổ biến hiện nay. Với hệ thống truyền thanh thì chất lượng âm thanh không đòi hỏi quá cao thì định dạng mp3 là lựa chọn phù hợp.2 Định dạng dữ liệu MP3 là một dạng file đã được nén bằng cách nén dữ liệu có tổn hao (lossy).
Nó là một dạng âm thanh được mã hóa PCM pulse-code modulation và có dung lượng nhỏ hơn rất nhiều so với dữ liệu ban đầu do nó bỏ đi những phần âm thanh được cho là không quan trọng trong khoảng nghe được của con người, tương tự như cách nén JPEG dành cho hình ảnh. MPEG-1 Audio Lớp I hoặc II là một bộ mã hóa băng phụ (subband coder) hoạt động ở tốc độ bít trong khoảng 32-448 kb/s và hỗ trợ tần số mẫu tại 32; 44,1 và 48 kHz. Tốc độ bít điển hình cho Lớp II trong khoảng 128-256 kb/s và 384 kb/s cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao. MPEG-1 Lớp I và II (MP1 hoặc MP2) là bộ mã hóa âm thanh điển hình cho nội dung âm thanh 1 hoặc 2 kênh.
Lớp I được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu mã hóa và giải mã có độ phức tạp thấp. Lớp II sẽ cho hiệu quả nén cao hơn với độ phức tạp cao hơn một chút. Sử dụng MPEG-1 Lớp I, có thể nén dữ liệu CD (Compact Disc là định dạng lưu trữ dữ liệu đĩa quang kỹ thuật số, chế tạo bằng chất dẻo, đường kính 4,75 inch hay 120 mm, lưu trữ được khoảng 80 phút âm thanh hoặc khoảng 700 MB dữ liệu) âm thanh với chất lượng cao với tốc độ bít trung bình là 384 kb/s trong khi vẫn bảo đảm chất lượng âm thanh cao sau khi giải mã. Lớp II đòi hỏi tốc độ bít trong khoảng 192 -256 kb/s cho chất lượng gần bằng CD.
Một bộ giải mã Lớp II cũng có thể giải mã dữ liệu Lớp I.