Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng truy nhập không dây wimax và khả năng ứng dụng tại việt nam

  • Số trang: 119 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 23 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Anh Dũng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY WIMAX VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội - 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Anh Dũng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY WIMAX VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Ngμnh : Công nghệ điện tử - viễn thông Chuyên ngμnh : Kỹ thuật vô tuyến điện tử viễn thông tin liên lạc Mã số : 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ THÁI TRỊ Hà Nội - 2007 i MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................. i THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................... x DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... xii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY .................................... 3 1.1. Tổng quan về các chuẩn không dây ................................................................. 3 1.2. Kiến trúc chung của các chuẩn IEEE 802.11 và 802.16 .................................. 4 1.3. Công nghệ Wifi ............................................................................................. 5 1.3.1. Giới thiệu .............................................................................................. 5 1.3.2. Các chuẩn IEEE 802.11 tiêu biểu........................................................... 7 1.4. Công nghệ WiMax........................................................................................... 8 1.4.1. Khái niệm .............................................................................................. 8 1.4.2. Đặc điểm ............................................................................................... 8 1.4.3. Các chuẩn của Wimax ......................................................................... 10 1.4.3.1. Chuẩn IEEE 802.16 - 2001...................................................... 10 1.4.3.2. Chuẩn IEEE 802.16a - 2003 .................................................... 11 1.4.3.3. Chuẩn IEEE 802.16 - 2004...................................................... 11 1.4.3.4. Chuẩn IEEE 802.16e ............................................................... 11 1.4.3.5. So sánh tóm tắt các chuẩn IEEE 802.16 cơ bản ....................... 12 1.5. So sánh công nghệ Wifi và WiMax ................................................................ 13 CHƯƠNG 2: LỚP PHY VÀ MAC CỦA CHUẨN IEEE 802.16 ....................... 14 2.1. Mô hình tham chiếu ....................................................................................... 14 2.2. Lớp vật lý ...................................................................................................... 15 2.2.1. Đặc tả WirelessMAN-SC PHY ............................................................ 15 2.2.2. Đặc tả PHY WirelessMAN-SCa ......................................................... 16 2.2.3. Đặc tả PHY WirelessMAN-OFDM ..................................................... 17 ii 2.2.3.1. Đặc điểm................................................................................ 17 2.2.3.2. Symbol OFDM ...................................................................... 18 2.2.3.3. Cấu trúc khung ....................................................................... 19 2.2.4. Đặc tả PHY WirelessMAN-OFDMA ................................................... 20 2.2.4.1. Đặc điểm................................................................................. 20 2.2.4.2. Symbol OFDMA.................................................................... 20 2.2.4.3. Cấu trúc khung ....................................................................... 21 2.3. Lớp MAC trong chuẩn IEEE 802.16 .............................................................. 22 2.3.1. Lớp con hội tụ MAC chuyên biệt về dịch vụ (CS).............................. 22 2.3.2. Lớp con phần chung MAC (Common Part Sublayer MAC) ............... 22 2.3.2.1. Các định dạng MAC PDU .................................................... 22 2.3.2.2. Cơ cấu ARQ ......................................................................... 23 2.3.2.3. Truy nhập kênh và QoS ........................................................ 23 2.3.3. Lớp con bảo mật ................................................................................ 24 2.4. Lớp con hội tụ truyền (TC) ............................................................................ 24 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG KHÔNG DÂY WIMAX.................................................. 25 3.1. Các băng tần cho WiMax .............................................................................. 25 3.1.1. Băng tần cấp phép .............................................................................. 26 3.1.1.1. Băng dưới 1 GHz ................................................................. 26 3.1.1.2. Băng tần 2.3 GHz .................................................................. 26 3.1.1.3. Băng tần 2,5 GHz .................................................................. 26 3.1.1.4. Băng tần 3.3 GHz ................................................................. 27 3.1.1.5. Băng tần 3,5 GHz ................................................................. 28 3.1.1.6. Băng 3,7 GHz ....................................................................... 28 3.1.1.7. Băng tần 10,5 GHz và 26 GHz .............................................. 28 3.1.2. Băng tần không đăng ký .................................................................... 28 3.1.2.1. Băng tần 5 GHz ................................................................... 28 3.1.2.2. Băng tần 5.8 GHz .................................................................. 29 iii 3.1.3. Lựa chọn băng tần WiMax tại Việt Nam ............................................. 29 3.2. Topo mạng WiMax ........................................................................................ 30 3.2.1. Phân loại topo mạng .......................................................................... 30 3.2.2. Cấu trúc mạng Điểm - Đa điểm (PMP) ............................................... 31 3.2.3. Tầm nhìn thẳng trong mạng điểm - đa điểm (PMP) ............................. 32 3.3. Điều chế và mã hóa ....................................................................................... 33 3.3.1. Các phương pháp điều chế đơn sóng mang ......................................... 34 3.3.1.1. Kỹ thuật điều chế pha............................................................. 34 3.3.1.2. Kỹ thuật điều chế biên độ cầu phương QAM.......................... 34 3.3.2. Các phương pháp điều chế đa sóng mang ............................................ 35 3.3.2.1. Điều chế đa sóng mang sử dụng OFDM ................................. 35 3.3.2.2. Điều chế đa sóng mang sử dụng OFDMA ............................. 38 3.3.2.3. Điều chế đa sóng mang sử dụng Scalable OFDMA ................ 39 3.3.3 Các phương pháp mã hoá ..................................................................... 39 3.4. Đa truy nhập và song công ............................................................................. 40 3.4.1. Các phương pháp song công ............................................................... 40 3.4.2. Các phương pháp đa truy nhập............................................................. 41 3.5. Kỹ thuật trải phổ ............................................................................................ 41 3.5.1. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS ............................................................. 41 3.5.2. Trải phổ nhảy tần FSSS ....................................................................... 43 3.5.3. So sánh FHSS và DSSS ....................................................................... 44 3.6. Mô hình kênh của mạng WiMax .................................................................... 45 3.6.1. Giới thiệu chung................................................................................... 45 3.6.2. Mô hình kênh SUI (Stanford University Interim) .................................. 46 3.7. Mô hình suy hao đường truyền ...................................................................... 46 3.7.1. Mô hình suy hao đường truyền kích thước lớn ..................................... 47 3.7.1.1. Các phương thức lan truyền cơ bản ........................................ 47 3.7.1.2. Mô hình mất mát theo loga khoảng cách ............................... 53 3.7.1.3. Mô hình che khuất loga chuẩn ................................................ 55 3.7.1.4. Các mô hình lan truyền ngoài trời (outdoor) ........................... 55 iv 3.7.1.5. Các mô hình lan truyền trong nhà (indoor) ............................. 57 3.7.1.6. Thẩm thấu tín hiệu trong tòa nhà ............................................ 57 3.7.1.7. Mô hình vẽ tia và vị trí riêng .................................................. 58 3.7.2. Mô hình suy hao đường truyền kích thước nhỏ .................................... 59 3.7.2.1. Lan truyền đa đường kích thước nhỏ ....................................... 59 3.7.2.2. Các loại suy hao đường truyền kích thước nhỏ ........................ 59 3.7.3. Vấn đề suy hao đường truyền WiMax tại Việt Nam ............................. 62 3.8. Vấn đề dung lượng ........................................................................................ 63 3.8.1. Tổng lưu lượng và sự tập trung lưu lượng ............................................ 63 3.8.2. Điều chế thích nghi và dung lượng trung bình của một sector .............. 63 3.8.3. Số lượng sector và BS.......................................................................... 64 3.9. Phủ sóng, tần số và chỉ định kênh .................................................................. 65 3.9.1. Kế hoạch phủ sóng .............................................................................. 65 3.9.1.1. Bảng tính năng lượng liên kết ............................................... 65 3.9.1.2. Mối q/h giữa độ dự trữ fading với sự sẵn sàng c/c d/vụ ........... 67 3.9.1.3. Phạm vi của BS - FBWA ở dải tần 3,3 GHz ........................... 67 3.9.2. Lên kế hoạch tần số và chỉ định kênh ................................................... 68 3.10. Vấn đề bảo mật trong WiMax ...................................................................... 69 3.10.1. Kiến trúc bảo mật 802.16 .................................................................. 69 3.10.2. Các liên kết bảo mật (SA) .................................................................. 70 3.10.2.1. Những thành phần của SA .................................................... 71 3.10.2.2. Ánh xạ các kết nối tới SA..................................................... 71 3.10.3. Chứng nhận số X.509 ....................................................................... 72 3.10.4. Đánh giá khả năng bảo mật và ứng dụng tại Việt Nam ....................... 72 3.11. Hệ thống Anten trong WiMax ...................................................................... 73 3.11.1. Các đặc tính và tham số của anten ..................................................... 73 3.11.2. Vùng phủ sóng của anten trạm gốc .................................................... 75 3.11.3. Anten của CPE ................................................................................. 75 3.11.4. Hệ thống anten nâng cao .................................................................... 75 v CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MATLAB ĐỂ MÔ PHỎNG BER TRONG HỆ THỐNG WIMAX ................................................................. 77 4.1. Giới thiệu công cụ và chương trình mô phỏng ............................................... 77 4.1.1. Thiết lập sơ đồ khối mô phỏng WiMax ................................................ 77 4.1.2. Diễn giải các khối và thuật toán .......................................................... 78 4.1.3. Các tham số thiết lập trong mô phỏng ................................................... 80 4.2. Kết cấu của chương trình mô phỏng .............................................................. 80 4.3. Một số kết quả mô phỏng............................................................................... 82 4.3.1. Mô phỏng BER với các phương thức điều chế khác nhau ..................... 82 4.3.2. Mô phỏng BER với các tham số CP khác nhau ..................................... 84 4.3.3. Mô phỏng BER với các kênh SUI khác nhau (từ 1 đến 6) ..................... 86 4.3.4. Mô phỏng BER với các độ rộng băng (BW) khác nhau ........................ 86 4.4. Nhận xét kết quả mô phỏng ........................................................................... 88 CHƯƠNG 5: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG WIMAX TẠI VIỆT NAM ................ 89 5.1. Các ứng dụng của Wimax ............................................................................. 89 5.1.1. Các mô hình ứng dụng ........................................................................ 89 5.1.1.1. Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) .......................... 89 5.1.1.2. Mô hình ứng dụng WiMax di động (Mobile WiMax) ............. 90 5.1.2. CPE Wimax ......................................................................................... 91 5.2. Một số hệ thống WiMax hiện có trên thị trường............................................. 92 5.3. Thực tế triển khai WiMax tại Việt nam .......................................................... 93 5.3.1. VNPT triển khai thử nghiệm Wimax .................................................. 93 5.3.2. Viettel triển khai thử nghiệm Wimax ................................................... 95 5.3.3. VTC triển khai thử nghiệm Wimax ...................................................... 96 5.3.4. FPT triển khai thử nghiệm Wimax ....................................................... 96 5.4. Đề xuất về triển khai WiMax tại Việt Nam ................................................... 97 5.5. Kết luận ......................................................................................................... 99 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 102 vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích nghi ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường thuê bao số không đối AES Advanced Encryption Standard xứng chuẩn mã hóa tiên tiến Tiêu AK Authorization Key Khóa cấp phép AP Access Point Điểm truy nhập ARQ Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp lại tự động AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng tính BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BTC Block Turbo Code Mã khối Turbo BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát cơ sở CC Convolution Code Mã chập (xoắn) CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo Connection Identifier mã Định danh kết nối Carrier to Interference-plus-Noise Tỷ số sóng mang trên nhiễu CP Ratio Cycle Prefix giao thoa cộng nhiễu Tiền tố lặp CPE Customer Premise Equipment Thiết bị giao tiếp đầu cuối CPS Common Part Sublayer kháchcon hàng Lớp phần chung CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư thừa theo chu kỳ (Service-Specific) Convergence Lớp con hội tụ (chuyên biệt về Sublayer dịch vụ) CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập nhạy cảm sóng CTC Convolutional Turbo Codes mang Mã Turbo chập DCD Downlink Channel Descriptor Mô tả kênh đường xuống DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol CID CINR CS Giao thức cấu hình IP (máy tính) động vii DL Down Link Đường xuống DLFP DownLink Frame Prefix Tiền tố khung đường xuống DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp EKS Encryption Key Sequence Tuần tự khóa mật hóa FBWA Fixed Broadband Wireless Access FCH Frame Control Header FDD Frequency Division Duplexing FDMA Frequency-Division Multiple Access FEC Forward Error Correction FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần GMH Generic MAC Header Mào đầu MAC chung Hybrid Frequency Division Song công phân chia theo tần Duplexing số Hybrid HFDD HMAC IEEE Hashed Message Authenication Code Mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Mào đầu điều khiển khung Song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Sửa lỗi trước Mã nhận thực bản tin được băm Institute for Electrical and Electronics Viện Các kỹ sư Điện và Điện IP Engineers Internet Protocol tử Giao thức Internet ISM Industrial Scientific & Medical Công nghiệp y tế và khoa học ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ KEK Key Encryption Key Khóa mật hóa khóa LAN Local Area Network Mạng cục bộ LOS Line Of Sight MAC Medium Access Control MAN Metropolitan Area Network trường Mạng đô thị diện rộng MIMO Multiple-Input, Multiple-Output Nhiều đầu ra nhiều đầu vào MS Mobile Station Trạm di động Đường truyền nằm tầm nhìn thẳng Điều khiển truy nhập môi viii NLOS Non-Light Of Sight Đường truyền không nằm tầm Orthogonal Frequency Division nhìn thẳng Ghép kênh phân chia tần số Multiplexing trực giao Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia tần số Multiplex Access trực giao PAN Personal Area Network Mạng cá nhân PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PHY Physical Layer Lớp vật lý PKM Privacy Key Management Quản lý khóa riêng tư PMP Point to Multi Point Điểm - đa điểm PTP Point To Point Điểm - điểm PUSC Partial Usage of Subchannels Phần có ích của kênh con QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc RTG Receive/Transmit Transition Gap Khoảng chuyển Thu/Phát RS-CC Reed Solomon - Convolution Code Mã chập - Reed Solomon SA Security Association Liên kết bảo mật SAID Security Association IDentifier Định danh liên kết bảo mật SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SDMA Space-Division Multiple Access OFDM OFDMA Đa truy nhập phân chia theo Secure Hash Algorithm không gian Thuật toán hàm băm an toàn Simple Network Management Giao thức quản lý mạng đơn Protocol giản Scalable Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia tần số Division Multiplexing trực giao tỷ lệ SFID Service Flow IDentifier Định danh luồng dịch vụ SS Subcriber Station Trạm thuê bao SHA SNMP SOFDMA ix Subscriber Station Receive/Transmit Khoảng chuyển bộ Thu/Phát Transition Gap Subscriber Station Transmit/Receive trạm thuê bao Khoảng chuyển bộ Phát/Thu STC Transition Gap Space Time Coding trạm thuê bao Mã hóa thời gian không gian SUI (Channel model) Stanford University (Mô hình kênh) tạm thời của TC Interim Transmission Convergence trường Đại học Standford Lớp con hội tụ truyền TDD Time Division Duplexing Song công phân chia thời gian TDMA Time Division Multiple Access TDM Time Division Multiplexer thời gian Ghép kênh phân chia thời gian TEK Traffic Encryption Key Khóa mật mã lưu lượng TFTP Trivial File Transfer Protocol TTG Transmit/Receive Transition Gap thường Khoảng chuyển Phát/Thu UCD Uplink Channel Descriptor Mô tả kênh đường lên SSRTG SSTTG Đa truy nhập phân chia theo Giao thức truyền file thông UL-MAP UpLink-MAP Ánh xạ đường lên WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WBA Wireless Broadband Access Wireless MAN - SC Wireless WirelessMAN - Single Carier WirelessMAN - Single Carier Truy nhập không dây băng rộng Mạng không dây đô thị diện rộng - Sóng mang đơn. Mạng không dây đô thị diện MAN- SCa Multiple Access rộng - Sóng mang đơn đa truy WLAN Wireless Local Area Network nhập Mạng cục bộ không dây WMAN Wireless Metropolitan Area Network Mạng đô thị diện rộng không WBS Wireless Base Station dây Trạm cơ sở không dây WPAN Wireless Personal Area Network Mạng cá nhân không dây WWAN Wireless Wide Area Network Mạng không dây diện rộng Worldwide Interoperability Truy cập vi ba có tính tương Microwave Access thích toàn cầu WiMax x DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Tổng quan về các chuẩn không dây ......................................................... 3 Hình 1.2: 802.11 và 802.16 trong hệ thống các chuẩn của IEEE 802.xx ................ 5 Hình 1.3: Cấu hình một mạng WLAN điển hình .................................................... 5 Hình 1.4: Mô hình mạng WiMAX .......................................................................... 8 Hình 2.1: Vị trí tương đối của các lớp MAC và PHY............................................. 14 Hình 2.2: Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI ..................... 14 Hình 2.3: Cấu trúc thời gian symbol OFDM .......................................................... 18 Hình 2.4: Cấu trúc symbol OFDM miền tần số ...................................................... 18 Hình 2.5. Cấu trúc khung OFDM với TDD............................................................ 19 Hình 2.6: Cấu trúc sóng mang con OFDMA .......................................................... 20 Hình 2.7: Cấu trúc symbol OFDMA trong WiMax ............................................... 20 Hình 2.8: Cấu trúc khung OFDMA WiMax ........................................................... 21 Hình 2.9. Các định dạng MAC PDU ...................................................................... 22 Hình 2.10: Định dạng TC PDU.............................................................................. 24 Hình 3.1: Dải tần số triển khai WiMax ở một số khu vực trên thế giới................... 29 Hình 3.2: Ví dụ về kiến trúc của một mạng Fixed WiMax ..................................... 31 Hình 3.3: Ví dụ về một mạng PMP có thể triển khai trong thực tế ......................... 32 Hình 3.4: Sơ đồ khối bộ điều chế QPSK ................................................................ 34 Hình 3.5: Trực giao sub-carrier OFDM trong miền tần số ..................................... 35 Hình 3.6: OFDM với 256 sóng mang..................................................................... 36 Hình 3.7: Cấu trúc cơ bản của hệ thống OFDM ..................................................... 36 Hình 2.8: Các kênh con trong OFDMA ................................................................. 38 Hình 3.9: Trải phổ chuỗi trực tiếp ......................................................................... 42 Hình 3.10: Trải phổ nhảy tần ................................................................................. 44 Hình 3.11: Mô hình suy hao do phản xạ, tán xạ, đa đường trong thực tế ................ 47 Hình 3.12: Mô hình phản xạ mặt đất ...................................................................... 48 Hình 3.13: Mô hình nhiễu xạ lưỡi dao ................................................................... 50 Hình 3.14: Vùng Fresnel trong tầm nhìn thẳng (LOS) ........................................... 51 xi Hình 3.15: Sơ đồ lưỡi dao tương đương................................................................. 51 Hình 3.16: Mô tả đường truyền NLOS bị tán xạ bởi tòa nhà .................................. 52 Hình 3.17: Vị trị của CPE trên đường truyền NLOS bị tán xạ bởi cây cối.............. 52 Hình 3.18: Đường cong mẫu suy hao đường truyền theo chuẩn IEEE 802.16 và giá trị suy hao đường truyền trong không gian tự do theo mô hình Friis ..................... 54 Hình 3.19: Xây dựng mặt cắt địa hình từ bản đồ số ............................................... 56 Hình 3.20: Kênh Fading phẳng .............................................................................. 61 Hình 3.21: Kênh Fading chọn lọc tần số ................................................................ 61 Hình 3.22: Mô hình sử dụng lại tần số sử dụng 8 kênh tần số ............................... 69 Hình 3.23: Hình dạng của chùm sóng (Beam Shaping) .......................................... 74 Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống Wimax ở phía phát và thu ................................ 77 Hình 4.2: Tạo chuỗi nhị phân ngẫu nhiên giả PRBS .............................................. 78 Hình 4.3: Sơ đồ tạo mã hóa chập ........................................................................... 78 Hình 4.4: Giao diện chính của chương trình mô phỏng .......................................... 81 Hình 4.5: Kết quả mô phỏng BER với các p/thức điều chế khác nhau (SUI-1) ....... 82 Hình 4.6: Kết quả mô phỏng BER với các p/thức điều chế khác nhau (AWGN) .... 83 Hình 4.7: Kết quả mô phỏng với khoảng bảo vệ khác nhau (kênh SUI-3) .............. 84 Hình 4.8: K/quả m/phỏng với khoảng bảo vệ khác nhau (kênh AWGN, BPSK) .... 85 Hình 4.9: K/quả m/phỏng với khoảng bảo vệ khác nhau (AWGN,64QAM) .......... 85 Hình 4.10: K/quả m/phỏng với các kênh SUI khác nhau (Từ SUI-1 đến SUI-6) .... 86 Hình 4.11: Kết quả mô phỏng với độ rộng băng thông khác nhau (kênh SUI-4) .... 87 Hình 4.12: K/quả mô phỏng với độ rộng băng thông khác nhau (kênh AWGN) .... 87 Hình 5.1: Mô hình ứng dụng WiMax cố định ........................................................ 89 Hình 5.2: Mô hình ứng dụng WiMax di dộng ........................................................ 90 Hình 5.3: CPE WiMAX cho truy nhập cố định, card WiMAX PC ......................... 91 Hình 5.4: Ứng dụng CPE WiMAX trong hệ thống 802.16 .................................... 91 Hình 5.5: Mô hình thử nghiệm WiMax tại Lào Cai của VDC (VNPT)………… ... 94 Hình 5.6: Mô hình đề xuất triển khai thử nghiệm Fixed WiMax giai đoạn 1 .......... 97 xii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.11 ............................................................. 7 Bảng 1.2: So sánh các chuẩn IEEE 802.16 ........................................................... 12 Bảng 1.3: So sánh công nghệ Wifi và WiMax ..................................................... 13 Bảng 3.1: Các dải tần có thể sử dụng cho hệ thống WiMax ................................... 25 Bảng 3.2: So sánh hệ thống LOS và NLOS ........................................................... 33 Bảng 3.3: Mô hình kênh SUI phân loại theo địa hình............................................. 46 Bảng 3.4: Đặc tính chung của các kênh SUI .......................................................... 46 Bảng 3.5: Các thông số địa hình cho mô hình kênh theo chuẩn IEEE 802.16 ......... 54 Bảng 3.6: Bán kính và diện tích phủ sóng theo các p/p điều chế khác nhau ........... 64 Bảng 3.7: Bảng tính năng lượng liên kết cơ bản..................................................... 66 Bảng 3.8: Mức độ nhạy nhỏ nhất của máy thu (dBm) (IEEE 802.16-2004) ........... 67 Bảng 3.9: Phạm vi cell trong các điều kiện môi trường truyền sóng khác nhau ...... 68 Bảng 3.10: Các loại khoá bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16a ........................... 70 Bảng 4.1: Các tham số của mã hóa chập ................................................................ 79 Bảng 5.1: Các đặc điểm kỹ thuật cơ bản của một số hệ thống FBWA .................... 92 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến sự bùng nổ của công nghệ mạng không dây. Khả năng liên lạc không dây đã gần nhƣ tất yếu trong các thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị kỹ thuật số khác. Với các tính năng ƣu việt về vùng phục vụ kết nối linh động, khả năng triển khai nhanh chóng, giá thành ngày càng giảm. Xu hƣớng kết nối không dây (vô tuyến) ngày càng trở nên phổ cập trong kết nối mạng máy tính. Với chiều hƣớng giá thành của máy tính xách tay ngày càng giảm và nhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nƣớc phát triển các dịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ cập, bạn có thể ngồi ở bất cứ nơi đâu và truy nhập Internet từ máy tính xách tay của mình một cách dễ dàng thông qua kết nối không dây và công nghệ dịch chuyển địa chỉ IP. Các công nghệ hiện tại đã đem đến cho ngƣời sử dụng những khả năng kết nối không dây thật hoàn hảo. Ví nhƣ Bluetooth kết nối không dây, Wi-Fi truy xuất Internet không dây, điện thoại di động... Nhƣng bên cạnh ƣu điểm, công nghệ kết nối không dây hiện nay còn hạn chế và chƣa thật sự liên thông với nhau. Vấn đề chính với truy nhập WiFi đó là các hotspot thì rất nhỏ, vì vậy phủ sóng rải rác. Cần có một hệ thống không dây mà cung cấp tốc độ băng rộng cao khả năng phủ sóng lớn hơn. Đó chính là WiMAX (Worldwide Interoperability Microwave Access). Nó cũng đƣợc biết đến nhƣ là IEEE 802.16. WiMAX là một công nghệ dựa trên nền tảng một chuẩn tiến hóa cho mạng không dây điểm- đa điểm. Là giải pháp cho mạng đô thị không dây băng rộng với phạm vi phủ sóng tới 50km và tốc độ bit có thể lên tới 75Mbps với kênh 20MHz, bán kính cell từ 2-9km. Chuẩn đƣợc thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tƣơng đƣơng xDSL, trục T1/E1 phổ biến hiện nay. Công nghệ WiMax đang là xu hƣớng mới cho các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động. Chất lƣợng dịch vụ đƣợc thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng nhƣ di động, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không đƣợc cấp phép. WiMax thực sự đang đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ cũng nhƣ các nhà sản xuất quan tâm. 2 Nhận thấy Wimax là công nghệ mới có nhiều ứng dụng ở các nƣớc trên thế giới cũng nhƣ tại Việt nam trong tƣơng lai, vì vậy em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng truy nhập không dây Wimax và khả năng ứng dụng tại Việt Nam”. Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 5 chƣơng nhƣ sau : Chƣơng 1: Tổng quan về mạng không dây. Chƣơng 2: Lớp PHY và MAC của chuẩn 802.16a. Chƣơng 3: Nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây WiMax. Chƣơng 4: Xây dựng chƣơng trình Matlab để mô phỏng BER trong hệ thống WiMax. Chƣơng 5: Khả năng ứng dụng WiMax tại Việt Nam. Nội dung nghiên cứu luận văn này đƣợc xây dựng trên cơ sở những kiến thức đã đƣợc tiếp thu trong quá trình học tập, nghiên cứu tại khoa Điện tử Viễn thông Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội cũng nhƣ thời gian công tác tại Tổng Công ty truyền thông đa phƣơng tiện (VTC). Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu có giới hạn, do vậy luận văn chỉ tập trung nghiên cứu, đi sâu về một số vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây cố định (FBWA), đặc biệt là suy hao đƣờng truyền vô tuyến của WiMax. Hơn nữa, do khả năng hạn chế của bản thân, bài luận văn này không tránh khỏi có những sai sót, tác giả mong đƣợc sự góp ý chỉ bảo của các Thầy Cô và bạn bè đồng nghiệp. Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Ngô Thái Trị - TT tin học và đo lƣờng, Đài THVN đã giúp đỡ tận tình và có nhiều góp ý, cùng nhiều tài liệu bổ ích để bản luận văn này đƣợc hoàn thành. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo Khoa Điện tử viễn thông thuộc Đại học Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội đã tạo điều kiện học tập và nghiên cứu cho tác giả trong khóa học vừa qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, các bạn học cùng lớp đã có những lời động viên quí báu trong suốt thời gian thực hiện bài luận văn này. Hà Nội, ngày .... tháng ..... năm 2007 Học viên Lê Anh Dũng 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CHUẨN KHÔNG DÂY [2] Sự bùng nổ về nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng hoá các loại hình dịch vụ cung cấp nhƣ: truy nhập Internet, thƣ điện tử, thƣơng mại điện tử, truyền file,... là sự thúc đẩy cho sự xuất hiện của hàng loạt các chuẩn không dây. Hiện nay, căn cứ vào phạm vi sử dụng, tốc độ kết nối, chúng ta có những chuẩn không dây tƣơng ứng với các mô hình mạng truyền thống. Hình 1.1: Tổng quan về các chuẩn không dây - Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network): Đƣợc ứng dụng trong phạm vi gia đình, hoặc trong không gian xung quanh cá nhân nào đó, tốc độ truyền dẫn trong nhà có thể đạt 480 Mb/s trong phạm vi 10m. Trong mô hình mạng WPAN, có sự xuất hiện của các công nghệ Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE 802.15 (Institute for Electrical and Electronics Engineers). Hiện nay 802.15 này đang đƣợc phát triển thành 802.15.3 đƣợc biết đến với tên công nghệ Ultrawideband - siêu băng thông. 4 - Mạng WLAN (Wireless Local Area Network): Sử dụng chuẩn IEEE 802.11 bao gồm các chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n… WLAN là một phần của giải pháp vǎn phòng di động, cho phép ngƣời sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng nhƣ văn phòng, khách sạn hay các sân bay. Tại Việt Nam WLAN đã đƣợc triển khai ứng dụng ở nhiều nơi. Công nghệ này cho phép ngƣời sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cấp Internet với tốc độ lớn hơn rất nhiều so với phƣơng thức truy nhập gián tiếp truyền thống. - Mạng WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): Sử dụng chuẩn IEEE 802.16, đƣợc hoàn thành vào tháng 10/2001 và đƣợc công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN cho các mạng vùng đô thị. Việc đƣa ra chuẩn này mở ra một công nghệ mới truy nhập không dây băng rộng WiMAX cho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50 km và có thể truyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn so với đƣờng truyền cáp hoặc ADSL. - Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network): Hệ thống WWAN đƣợc triển khai bởi một công ty hay tổ chức trên phạm vi rộng, khai thác băng tần đã đăng ký trƣớc với cơ quan chức năng và sử dụng chuẩn mở nhƣ AMPS, GSM, TDMA và CDMA. Khoảng cách hàng trăm km, tốc độ từ 5 kb/s đến 20 kb/s. Trong tƣơng lai, các kết nối WirelessWAN sẽ dùng chuẩn 802.20 để thực hiện các kết nối diện rộng. 1.2. KIẾN TRÚC CHUNG CỦA CÁC CHUẨN IEEE 802.11 VÀ 802.16 [7] Chuẩn IEEE 802.11 và 16 đặc tả lớp vật lý - PHY (Physical) và lớp điều khiển truy nhập môi trƣờng - MAC (Medium Access Control) cho truy nhập băng rộng không dây cố định - FBWA (Fixed Broadband Wireless Access) cho phạm vi mạng khu vực đô thị - MAN (Metropolitan Area Network). Hình 1.2 minh hoạ vị trí của các chuẩn IEEE 802.11 và 16 trong hệ thống các chuẩn IEEE 802. 5 Hình 1.2: 802.11 và 802.16 trong hệ thống các chuẩn của IEEE 802.xx 1.3. CÔNG NGHỆ WIFI [2,7] 1.3.1. Giới thiệu Subscriber Gateway RADIUS AAA Server Billing System INTERNET SHDSL SHDSL Hotspot Hotspot CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT AP AP AP AP CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT AP AP Hình 1.3: Cấu hình một mạng WLAN điển hình WLAN là một hệ thống truyền thông dữ liệu mở để truy nhập vô tuyến đến mạng Internet và các mạng Intranet. Nó cũng cho phép kết nối LAN tới LAN trong một toà nhà hoặc một khu tập thể, hoặc một khu trƣờng đại học... Một hệ thống WLAN có thể đƣợc tích hợp với mạng vô tuyến diện rộng. Tốc độ đạt đƣợc trong WLAN cần phải đƣợc hỗ trợ truyền dẫn thích hợp từ mạng đƣờng trục. 6 Về mặt vật lý, WLAN có hai thành phần cơ bản là: - Trạm gốc không dây (WBS) hay còn gọi là AP (Access Point) - Khối giao tiếp ngƣời sử dụng đầu cuối hay còn gọi là CPE.  AP là thiết bị đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, nó phải đƣợc đấu nối với mạng của nhà cung cấp đó để truy cập vào mạng Internet. Thông thƣờng AP đƣợc đấu với Router, Hub hoặc Switch để đƣợc cấp một địa chỉ IP riêng. Sau đó kết nối tới mạng của nhà cung cấp dịch vụ thông qua các hệ thống truyền dẫn thông dụng nhƣ cáp quang, cáp đồng hoặc viba. AP có khả năng chuyển đổi tín hiệu số đến từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ thành dạng tín hiệu số tƣơng thích với các chuẩn truyền dẫn vô tuyến. AP bao gồm một bộ thu phát (Transceiver) và một bộ điều khiển (Controller) thực hiện các chức năng chủ yếu nhƣ:  Cung cấp giao diện cho kết nối với mạng của nhà khai thác, giao diện vô tuyến hƣớng phía khách hàng.  Đảm bảo chức năng an toàn thông tin trên giao tiếp vô tuyến, chứng thực giao diện kết nối với khách hàng.  Quản trị tài nguyên vô tuyến.  Đăng ký khối giao diện ngƣời sử dụng.  Định tuyến, tính cƣớc.  Duy trì và chuyển đổi giao thức, mã hoá và giải mã, nén và giải nén.  CPE là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nó có một địa chỉ ngoài nhƣ là một node trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của khách hàng. CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các AP và chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu tƣơng thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng (tƣơng tự hoặc số). CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một số chức năng nhƣ:  Cung cấp giao diện vô tuyến hƣớng tới trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ.  Cung cấp giao diện cho các thiết bị đầu cuối của khách hàng.  Chuyển đổi giao thức, chuyển đổi mã, cấp nguồn
- Xem thêm -