Tài liệu Công nghệ wimax và ứng dụng tại thành phố thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN NGUYỄN XUÂN THÔNG Thái Nguyên 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 605270 Học viên: Nguyễn Xuân Thông Ngƣời HD khoa học: PGS.TS.Nguyễn Văn Khang Thái Nguyên, 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Nguyễn Xuân Thông Lớp: Cao học - K11 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Khang Ngày giao đề tài: 10 tháng 10 năm 2010. Ngày hoàn thành: 10 tháng 10 năm 2010. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Văn Khang Nguyễn Xuân Thông BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi, luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trƣớc đó. Thái Nguyên, ngày 22 tháng 11năm 2011 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Thông ii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và tôi đặc biệt muốn cảm ơn: Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Văn Khang - Viện trƣởng viện điện tử viễn thông thuộc đại học Bách khoa Hà Nội Đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Vì đề tài liên quan tới nhiều lĩnh vực mới với kiến thức rất rộng, bản thân tôi phải tham khảo rất nhiều tài liệu và các bài báo quốc tế. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của các bạn bè, đồng nghiệp. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Thông iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC THUYẾT MINH ......................................................................................................................... i LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ......................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................iii MỤC LỤC ................................................................................................................................. iv DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................................ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................................viii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ......................................................................................................... ix CHƢƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................................. - 1 1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................... - 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... - 1 1.3 Nội dung chính ............................................................................................................ - 1 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu: ............................................................................................ - 2 CHƢƠNG II. CƠ SỞ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG WIMAX ............................... - 3 2.1 Tổng quan về WiMAX ................................................................................................ - 3 2.1.1 Diễn đàn WiMAX ............................................................................................... - 3 2.1.2 Các đặc điểm của WiMAX................................................................................... - 3 2.1.3 Chuẩn IEEE 802.16 ............................................................................................. - 4 2.1.4 Các định dạng của diễn dàn WiMAX ................................................................. - 10 2.1.5 Các mô hình ứng dụng........................................................................................ - 12 2.1.6 So sánh WiMAX 802.16-2004 và 802.16e ....................................................... - 15 2.1.7 Băng tần cho WiMAX ........................................................................................ - 18 2.2 CÁC KỸ THUẬT ĐƢỢC ỨNG DỤNG TRONG WIMAX .................................... - 21 2.2.1. Giới thiệu ........................................................................................................... - 21 2.2.2. Kỹ thuật OFDM ................................................................................................. - 21 2.2.3 Kỹ thuât OFDMA ............................................................................................... - 26 2.2.4 Điều chế .............................................................................................................. - 31 2.2.5 Công nghệ sửa lỗi ............................................................................................... - 33 2.2.6 Điều khiển công suất .......................................................................................... - 33 2.2.7 Các công nghệ anten tiên tiến ............................................................................. - 33 2.3 Kết luận ..................................................................................................................... - 36 CHƢƠNG III: CÔNG NGHỆ WIMAX .............................................................................. - 37 3.1. Mô hình tham chiếu .................................................................................................. - 37 3.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trƣờng (MAC) ........................................................... - 38 3.2.1. Kết nối và địa chỉ ............................................................................................... - 39 3.2.2. Lớp con hội tụ MAC ......................................................................................... - 40 3.2.3 Lớp con phần chung MAC ................................................................................. - 41 - iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.4. Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông ............................................................ - 45 3.2.5. Cơ chế lập lịch dịch vụ và chất lƣợng dịch vụ (QoS)........................................ - 46 3.2.6. Lớp con bảo mật ................................................................................................ - 47 3.3. Lớp vật lý.................................................................................................................. - 47 3.4 Cấu hình mạng ........................................................................................................... - 49 3.4.1 Cấu hình điểm-đa điểm PMP ............................................................................. - 49 3.4.2 Cấu hình mắt lƣới MESH ................................................................................... - 49 3.5 Kiến trúc mạng WIMAX ........................................................................................... - 51 3.5.1 Kiến trúc mạng ................................................................................................... - 51 3.5.2 Quá trình vào mạng ............................................................................................ - 54 3.6 Một số nguyên lí cơ bản trong triển khai mạng WiMAX......................................... - 56 3.7 Kết luận ..................................................................................................................... - 57 CHƢƠNG IV....................................................................................................................... - 58 GIẢI PHÁP MẠNG WIMAX CHO THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN ............................... - 58 4.1 Khảo sát thực tế và yêu cầu ....................................................................................... - 58 4.1.1 Đặc điểm tự nhiên............................................................................................... - 58 4.1.2 Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Thái nguyên ................................................... - 59 4.1.3 Các khả năng triển khai công nghệ mạng WiMAX............................................ - 60 4.2 Thiết kế mạng Wimax di động cho thành phố Thái Nguyên..................................... - 67 4.2.1 Lựa chọn băng tần .............................................................................................. - 67 4.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến và dung lƣợng .................................................... - 68 4.2.3 Tính toán vùng phủ sóng và dung lƣợng ............................................................ - 74 4.2.4 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến ................................................................. - 78 4.2.5 Quy hoạch mạng truyền dẫn vô tuyến WiMAX ................................................. - 79 4.2.6 Quy hoạch mạng lõi............................................................................................ - 80 4.2.7 Triển khai mạng WiMAX trên mạng hiện tại .................................................... - 81 4.2.8 Nhiễu kênh lân cận giữa các nhà khai thác. ....................................................... - 82 4.3 Lựa chọn thiết bị ........................................................................................................ - 84 4.3.1 Mô tả ULAP Wi4 của Motorola ......................................................................... - 84 4.3.2 Cấu hình một số dịch vụ ..................................................................................... - 92 4.4 Kết luận ................................................................................................................. - 96 PHẦN KẾT LUẬN ............................................................................................................. - 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... - 98 - v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 : Các chuẩn của IEEE 802.16 ................................................................................. - 5 Hình 2.2: Mô hình mạng Mesh trong WiMAX ..................................................................... - 8 Hình 2.3 :Mô hình ứng dụng WiMAX cố định ................................................................... - 13 Hình 2.4: Mô hình ứng dụng WiMAX di động ................................................................... - 14 Hình 2.5. So sánh giữa FDM và OFDM.............................................................................. - 22 Hình 2.6. Sơ đồ khối hệ thống OFDM ................................................................................ - 23 Hình 2.7. Khái niệm về chuỗi bảo vệ .................................................................................. - 24 Hình 2.8. ISI và cyclic prefix .............................................................................................. - 25 Hình 2.9. Tách chuỗi bảo vệ ................................................................................................ - 25 Hình 2.10. ODFM và OFDMA ........................................................................................... - 27 Hình 2.11 Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA ............................................... - 28 Hình 2.12. Biểu đồ tần số thời gian với 3 ngƣời dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 bƣớc nhảy với 4 khe thời gian ..................................................................................................................... - 29 Hình 2.13. 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau...................................... - 29 Hình 2.14. Tổng quan hệ thống sử dụng OFDM ................................................................. - 30 Hình 2.15. Mẫu tín hiệu dẫn đƣờng trong OFDMA ............................................................ - 31 Hình 2.16 Điều chế thích ứng .............................................................................................. - 31 Hình 2.17. MISO ................................................................................................................. - 34 Hình 2.18. MIMO ................................................................................................................ - 35 Hình 2.19. Beam Shaping .................................................................................................... - 35 Hình 2.20. AAS đƣờng xuống ............................................................................................. - 36 Hình 3.1. Mô hình tham chiếu ............................................................................................. - 37 Hình 3. 2 Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 ........................ - 38 Hình 3.3. Luồng dữ liệu qua các lớp ................................................................................... - 38 Hình 3.4. Định dạng MAC PDU ......................................................................................... - 42 Hình 3.5. Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung ............................................................ - 42 Hình 3.6. Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông ................................................................... - 44 Hình 3.7 Cấu hình PMP....................................................................................................... - 49 Hình 3.8 Cấu hình mesh ...................................................................................................... - 50 Hình 3.9 Mô hình truyền thông của WiMAX ..................................................................... - 51 Hình 3.11 Các thực thể và nhóm chức năng trong mạng .................................................... - 53 Hình 3.12 Quá trình vào mạng ............................................................................................ - 56 Hình 4.1 Bản đồ hành phố Thái nguyên .............................................................................. - 59 - vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4.2. Cellular Backhaul. .............................................................................................. - 61 Hình 4.3 WSP Backhaul ..................................................................................................... - 61 Hình 4.4 Mạng ngân hàng .................................................................................................. - 62 Hình 4.5 Mạng giáo dục ...................................................................................................... - 63 Hình 4.6 Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng ..................................................... - 63 Hình 4.7 Kết nối nhiều khu vực .......................................................................................... - 64 Hình 4.8 Các công trình xây dựng ....................................................................................... - 64 Hình 4.9 Các khu vực công cộng ........................................................................................ - 65 Hình 4.10 Mạng truy nhập WSP ......................................................................................... - 66 Hình 4.11 Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh ..................................................... - 67 Hình 4.12. Các vệt phủ của cell cho các dịch vụ khác nhau ............................................... - 68 Hình 4.13: Triển khai mạng truy cập WiMAX ................................................................... - 82 Hình 4.14: Nhiễu kênh lân cận đƣờng lên từ MS ô Macro đến BS ô Micro ....................... - 83 Hình 4.16: Cấu hình cell điển hình (4 sector) ..................................................................... - 85 Hình 4.17: Module thuê bao ngoài trời ............................................................................... - 86 Hình 4.18 : Cấu hình đa sector của ULAP .......................................................................... - 87 Hình 4.19 Dịch vụ truyền file FTP ..................................................................................... - 93 Hình 4.20 Dịch vụ duyệt Web internet ................................................................................ - 94 Hình 4.21 Dịch vụ VOIP PC-to-PC .................................................................................... - 95 Hình 4.22: Dịch vụ VOIP với VOIP server và Voice Gateway (TNPT) ........................... - 95 Hình 4.23 Dịch vụ Game trực tuyến.................................................................................... - 96 - vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: So sánh các chuẩn 802.16 ..................................................................................... - 8 Bảng 2.2: các định dạng đã chứng nhận của điễn đàn WiMAX ......................................... - 11 Bảng 2.3 Thông số điều chế OFDM .................................................................................... - 32 Bảng 3.1. Các trƣờng tiêu đề MAC chung .......................................................................... - 42 Bảng 3.2. Các trƣờng tiêu đề MAC yêu cầu dải thông........................................................ - 44 Bảng 3.3. Đặc tả vật lý chuẩn IEEE 802.16 ........................................................................ - 48 Bảng 4.1: Tính toán quỹ đƣờng lên cho dịch vụ tiếng 128kbps .......................................... - 72 Bảng 4.2: Tính toán quỹ đƣờng xuống cho dịch vụ số liệu 2048kbps ................................ - 73 Bảng 4. 3: Quan hệ giữa diện tích cell và bán kính ............................................................. - 75 Bảng 4.4: Nhu cầu trung bình giờ cao điểm của ngƣời sử dụng ......................................... - 76 Bảng 4.5: Kết quả quy hoạch dung lƣợng ........................................................................... - 77 Bảng 4.6: Tổng hợp những đặc tính kỹ thuật chính của ULAP .......................................... - 88 Bảng 4.7: Đặc tính kỹ thuật vô tuyến của ULAP ................................................................ - 89 Bảng 4.8: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao .............................................. - 90 Bảng 4.9: Đặc tính kỹ thuật anten của ULAP ..................................................................... - 91 - viii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAA Authentication, authorization and Account Nhận thực, cấp phép và lập tài khoản ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đƣờng dây thuê bao bất đối xứng AES-CCM AES-CCM-based authenticated. encryption Thuật toán bảo mật mã hoã nhật thực AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích ứng ARPU Average Revenue Per User Chỉ số doanh thu bình quân của một thuê bao/tháng ASN gateway Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập BS Base Station Trạm gốc ix Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn CCMP Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol Giao thức CCMP CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung CQI Channel quality indicator Chỉ thị chất lƣợng kênh CQI Channel quality indicator Một kênh chỉ thị chất lƣợng kênh CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ CSN Core Service Network Mạng dịch vụ lõi DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động DL Downlink Đƣờng xuống DL FUSC Fully Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng hoàn toàn DL PUSC Partially Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng một phần DOCSIS Data Over Cable Service Interface Specification Dịch vụ truyền data bằng đƣờng cáp DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực có thể mở rộng EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng FBSS Fast Base Station Switching Chuyển mạch trạm gốc nhanh FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung x Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn FDMA Frequence Division Mutiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo tần số HARQ Hybrid Automatic Retransmission Request Yêu cầu truyền lại tự động kết nối HHO Hard Handoff Handoff cứng HMAC Hashed Message Authentication Code Khóa mã nhận thực bản tin băm IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện các kỹ sƣ điện và điện tử LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng MAI Multi Access Interfearence Nhiễu đa truy xuất MDHO Macro Diversity Handover Handover chuyển giao phân tập vĩ mô MIMO Multiple-input and multiple-output Kỹ thuật sử dụng nhiều ăngten phát và nhiều ăng-ten thu để truyền và nhận dữ liệu MS Mobile Station Trạm di động NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng NOSL None-light of sight Không theo tầm nhìn thẳng NRM Network Reference Model Mô hình tham chiếu mạng NSP Network Service Provider Nhà cung câp dịch vụ mạng OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo xi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Multiple Access tần số trực giao PKM Protocal of Key Management Phƣơng thức quản lý khóa QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ QPSK Quadratura Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phƣơng RTG Receive Transition Gap Khoảng trống chuyển giao đầu thu RUIM Removable User Identity Module Mô đun xác nhận ngƣời sử dụng có thể di chuyển đƣợc SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SFN Single Frequency Network Mạng một tần số SIM Subscriber Identity Module Mô dun xác nhận thuê bao SNMP Simple Network management Giao thức quản lí mạng Protocol đơn giản SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao theo tỉ lệ SSCS Specify Services Convergence Sublayer Lớp con hội tụ các dịch vụ riêng TDMA Time Division Multiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TTG Transmit Transition Gap Khoảng trống chuyển giao đầu phát UL Uplink Đƣờng lên ULAP Ultra Light Access Point Điểm truy cập xii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn WAC Wireless Access Controlle Điều khiển truy cập không dây WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Khả năng tƣơng tác toàn cầu với truy nhập vi ba xiii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Wimax thực hiện việc truyền tải dữ liệu tốc độ cao không dây bằng sóng siêu cao tần theo độ chuẩn IEEE 802.16 với khoảng cách rất lớn, Wimax đƣợc phát triển dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh chia theo tần số trực giao vì thế các nhà cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụ truy nhập không dây. Hiện nay, công nghệ Wimax đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộ chuẩn IEEE 802. 16 - 2004 đang đƣợc thử nghiệm và chế tạo chipset. Giai đoạn phát triển tiếp theo của Wimax đƣợc dựa trên bộ chuân IEEE 802.16e. Giống nhƣ Wi- fi, Wimax có thể kết nối băng thông rộng cho cả khách hàng sử dụng máy tính xách tay trong phạm vi điểm nóng truy cập hoặc trong một toà nhà có thể di chuyển mà vẫn giữ đƣợc kết nối băng rộng. Việc sử dụng công nghệ Wimax đem lại nhiều lợi ích, nhất là ở khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa và những nơi dân cƣ đông đúc khó triển khai hạ tầng cơ sở mạng dây dẫn băng rộng....Vì thế, Wimax đƣợc xem nhƣ công nghệ có hiệu quả kinh tế cao cho việc triển khai nhanh trong các khu vực mà các công nghệ khác khó có thể cung cấp dịch vụ băng thông rộng. Theo đánh giá của các chuyên gia, Wimax sẽ nhanh chóng vƣợt qua các công nghệ hiện có nhƣ Wi- Fi hay 3G, bởi khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao trong phạm vi rộng lớn hơn. Hơn nữa, việc cài đặt Wimax dễ dàng, tiết kiện chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ và giảm giá thành dịch vụ cho ngƣời sử dụng. Việc nghiên cứu công nghệ WIMAX và các giải pháp triển khai thực tế là một yêu cầu cấp thiết đối với các nhà nghiên cứu và cung cấp dịch vụ. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là: - Nghiên cứu các đặc điểm công nghệ WIMAX và các yêu cầu triển khai - Đƣa ra giải pháp thiết kế hệ thống mạng WIMax cho thành phố Thái Nguyên 1.3 Nội dung chính Luận văn này nghiên cứu một cách tổng quan nhất về công nghệ WiMAX , mô hình ứng dụng và các vấn đề kỹ thuật cơ bản cần quan tâm khi tiến hành thiết kế, triển khai mạng WiMAX vào thực tế. Chƣơng 4 của luận văn tập trung nghiên cứu và xây dựng mạng Wimax ứng dụng cho thành phố Thái Nguyên. -1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Bố cục của luận văn gồm 4 chƣơng: Chƣơng I: Trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Chƣơng II: Trình bày các kiến thức tổng quan về mạng truy nhập Wimax, cơ sở về lý thuyết OFDM và các chuẩn Wimax, các kỹ thuật triển khai trong Wimax. Chƣơng III: Nghiên cứu kiến thức tổng quan về mô hình tham chiếu, cấu trúc của mạng Wimax. Chƣơng IV: Trình bày phƣơng pháp tính toán thiết kế mạng Wimax áp dụng cho thành phố Thái Nguyên. 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tổng quan và các đặc điểm chính, then chốt của mạng truy nhập băng rộng Wimax Tính toán vùng phủ, đƣa ra phƣơng án quy hoạch hệ thống mạng truy nhập băng rộng Wimax cho thành phố Thái Nguyên -2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên CHƢƠNG II. CƠ SỞ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG WIMAX 2.1 Tổng quan về WiMAX WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là hệ thống truy nhập vi ba có tính tƣơng thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16 WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Họ 802.16 này đƣa ra những tiêu chuẩn, chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến băng rộng điểm – đa điểm về giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều khiển truy cập môi trƣờng (MAC) và lớp vật lý (PHY). Công nghệ WiMAX, là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và đƣợc coi là có tiềm năng to lớn để trở thành giải pháp “dặm cuối” lý tƣởng nhằm mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở 2.1.1 Diễn đàn WiMAX Diễn đàn WiMAX là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu. Mục tiêu của Diễn đàn WiMAX là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tƣơng thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI. Diễn đàn đã hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản lý .Đảm bảo các hệ thống đƣợc diễn đàn phê chuẩn sẽ đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và của các chính phủ nhằm loại bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA (Broadband Wireless Access), vì riêng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi một công nghệ. 2.1.2 Các đặc điểm của WiMAX WiMAX đã đƣợc tiêu chuẩn hoá ở IEEE 802.16. Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau : Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s. Hoạt động trong cả hai môi trƣờng truyền dẫn: đƣờng truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đƣờng truyền bị che khuất NLOS (Non line of sight). -3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang đƣợc tiêu chuẩn hoá. Trong WiMAX hƣớng truyền tin đƣợc chia thành hai đƣờng lên và xuống. Đƣờng lên có tần số thấp hơn đƣờng xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phƣơng pháp sửa lỗi dữ liệu nhƣ ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz đƣợc chia thành nhiều băng con . Với công nghệ OFDMA, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ƣu hiệu quả sử dụng băng tần. Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hƣớng lên (uplink) và hƣớng xuống (downlink). Hệ thống WiMAX đƣợc phân chia thành 4 lớp con : Các lớp này tƣơng đƣơng với hai lớp dƣới của mô hình OSI và đƣợc tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên . 2.1.3 Chuẩn IEEE 802.16 WiMAX dựa trên tiêu chuẩn 802.16 của IEEE và HiperMAN của ETSI. IEEE 802.16-2001: Chuẩn này đƣợc xây dựng từ tháng 9/2000 và đƣợc IEEE thông qua vào tháng 12/2001. 802.16-2001 xác định giao diện vô tuyến gồm lớp MAC và PHY của hệ thống truy nhập vô tuyến cố định điểm – đa điểm với những mục đích: Cho phép triển khai nhanh chóng và rộng rãi các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng với chi phí hiệu quả. Đảm bảo khả năng tƣơng thích giữa các thiết bị truy nhập vô tuyến băng rộng của các hãng khác nhau. Tăng tốc quá trình thƣơng mại hóa, phổ cập truy nhập vô tuyến băng rộng, đƣa ra các giải pháp thay thế cho truy nhập băng rộng hữu tuyến. -4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Hình 2.1 : Các chuẩn của IEEE 802.16 Đặc điểm của 802.16-2001: Dải tần từ 10 – 66GHz kênh vật lý thƣờng là 25/28 MHz Đƣờng truyền LOS. Phƣơng pháp điều chế là QPSK,16/64QAM Tầm hoạt động từ 2-7 km Ta nhận thấy nhƣợc điểm của truyền LOS vì hầu hết trên thực tế là kiểu NLOS hoặc đƣờng truyền thẳng nhƣng có vật cản (OLOS),trƣớc những hạn chế đó thì bản 802.16.2 đƣợc đƣa ra. IEEE 802.16.2-2001 Đề cập vào tháng 10/2007 tập trung vào giải quyết vấn đề can nhiễu.trong dải hoạt động cố định 10 – 66GHz nhƣng đặc biệt quan tâm tới dải từ 23.5-43.5GHz. IEEE802.16 Con 1-2003: chuẩn này công bố sự phù hợp về thực thi giao diện không gian MAN-SC vô tuyến trong dải 10-66GHz. Tiêu chuẩn này công bố sự phù hợp về thực thi giao thức các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian MAN-SC (10-66GHz) đƣợc xác định trong tiêu chuẩn 802.16. IEEE 802.16 Con 2-2003: Tiêu chuẩn này giới thiệu cấu trúc thiết bị đo và mục đích đo ,kiểm tra sự phù hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian đƣợc xác định trong chuẩn 802.16. IEEE 802.16a. đƣợc thông qua tháng 1/2003.phiên bản này bổ sung cho thiếu sót của 802.16-2001 với việc bổ xung thêm dải tần số 2- 11 GHz. Giúp cho việc -5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn