Tài liệu Nghiên cứu công nghệ mobile wimax và mô hình hệ thống triển khai vtc

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ MỤC LỤC MỤC LỤC ..............................................................................................................1 LỜI NÓI ðẦU ........................................................................................................3 TÓM TẮT LUẬN VĂN..........................................................................................5 THESIS SUMMARIZATION .................................................................................6 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..........................................................................7 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS ............................................11 1.1 PHÂN CHIA CÁC LOẠI MẠNG KHÔNG DÂY .......................................11 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX .................................................15 1.2.1 Giới thiệu chung về Wimax ...................................................................15 1.2.2 Sự ñi lên từ Wifi ñến Wimax .................................................................16 1.2.3 Một số ñặc ñiểm chung của công nghệ WiMAX....................................17 1.2.4 Hoạt ñộng của WiMAX.........................................................................19 1.2.5 Cấu hình mạng ......................................................................................21 1.2.5.1 Cấu hình mạng ñiểm – ña ñiểm (PMP)............................................21 1.2.5.2 Cấu hình mạng mặt lưới (MESH)....................................................22 1.2.6 Hai mô hình ứng dụng WiMAX ............................................................23 1.2.6.1 Mô hình ứng dụng cố ñịnh (Fixed WiMAX) ...................................24 1.2.6.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di ñộng ...............................................25 1.2.7 Các ưu ñiểm của mạng WiMAX............................................................26 1.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN 802.16.............................................................30 1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001 ....................................................................30 1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a .............................................................................31 1.3.3 Chuẩn IEEE 802.16c - 2002 ..................................................................31 1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16d - 2004 ..................................................................31 1.3.5 Chuẩn IEEE 802.16e – 2005.................................................................32 Chương 2 LỚP MAC VÀ PHY TRONG CHUẨN IEEE 802.16e.....................34 2.1 LỚP PHY.....................................................................................................35 2.1.1 Phương thức song công TDD và FDD ...................................................35 2.1.2 Kỹ thuật ñiều chế...................................................................................36 2.1.2.1 Cơ sở OFDM ..................................................................................36 2.1.2.2 Công nghệ OFDMA........................................................................40 2.1.2.3 Scalable OFDMA (S-OFDMA)......................................................43 2.1.3 Cấu trúc symbol OFDMA và các mô hình phân hoá kênh con (Subchannelization) ...............................................................................................44 2.1.4 Cấu trúc khung OFDMA chế ñộ TDD ...................................................50 2.2 LỚP MAC....................................................................................................53 2.2.1 Khái niệm ..............................................................................................53 2.2.2 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS ..............................................................54 2.2.3 Dịch vụ lập lịch MAC...........................................................................56 2.2.4 Quản trị di ñộng.....................................................................................58 2.2.4.1 ðiều khiển chuyển giao...................................................................58 2.2.4.2 Quản lí công suất tiêu thụ................................................................61 HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ Chương 3 CÁC KỸ THUẬT NÂNG CAO PHỦ SÓNG TRONG MOBILE WIMAX ...............................................................................................................63 3.1 CÁC KỸ THUẬT ANTEN NÂNG CAO TRONG MOBILE WIMAX........63 3.1.1 ðặc tính ñịnh hướng của Anten .............................................................63 3.1.2 Các công nghệ anten nâng cao ..............................................................65 3.1.2.1 Tạo chùm tia- (Beam-Forming).......................................................65 3.1.2.2 Công nghệ ña cổng vào ra (MIMO).................................................67 3.2 CÁC ðẶC TÍNH PHY CAO CẤP KHÁC ...................................................70 3.2.1 Mã hóa và ñiều chế thích nghi AMC .....................................................71 3.2.2 Phản hồi kênh nhanh CIQCH.................................................................73 3.2.3 Yêu cầu lặp lại tự ñộng kiểu kết hợp HARQ..........................................74 3.3 PHÂN ðOẠN TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ (FRACTIONAL FREQUENCY REUSE).............................................................................................................75 Chương 4 HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ TRIỂN KHAI MOBILE WIMAX TẠI VTC......................................................................................................................78 4.1. ðỊNH HƯỚNG THIẾT BỊ MẠNG .............................................................78 4.1.1 Xác ñịnh khu vực triển khai...................................................................78 4.1.2 ðối tượng sử dụng .................................................................................79 4.1.3 Yêu cầu tích hợp với các hệ thống hiện có ............................................81 4.2 VẤN ðỀ LỰA CHỌN TẦN SỐ ..................................................................82 4.3.1 Vị trí thử nghiệm cho VTC tại Hà Nội...................................................86 4.4.1 BS ñặt tại VTC ......................................................................................87 4.4.2 BS ñặt tại trường ðH Bách Khoa HN ....................................................89 4.4.3 Tỷ lệ lỗi gói ñường xuống - Downlink Packet Error Rate (DL PER)......91 4.4.4 Tỷ lệ lỗi gói ñường lên - Uplink Packet Error Rate (UL PER) ..............92 4.4.5 Truyền FTP (File Transfer Protocol) ñường xuống ................................93 4.4.6 Truyền FTP (File Transfer Protocol) ñường lên .....................................95 4.4.7 Truyền FPT ñường xuống trong chuyển giao Intra-WAC ......................96 KẾT LUẬN .......................................................................................................99 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 100 HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ LỜI NÓI ðẦU Từ khi Wimax ra ñời với chuẩn IEEE 802.16 ñầu tiên ñược hoàn thành năm 2001 và công bố vào năm 2002, nó ñã thực sự ñem ñến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập không dây. Nếu như Wireless LAN ñược phát triển ñể cung cấp dịch vụ truy nhập Internet cho mạng LAN không dây và nâng cao tính linh hoạt của truy nhập Internet cho những vùng tập trung ñông dân cư trong những phạm vi hẹp, thì với WiMAX, ngoài khả năng cung cấp dịch vụ ở vùng ñô thị, nó còn giải quyết ñược những vấn ñề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet cho những vùng thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ ADSL sử dụng dây ñồng không thể ñạt tới. Có thể nói, trong hơn 10 năm qua, công nghệ Wimax với những ưu ñiểm vượt trội của nó luôn là 1 công nghệ “nóng “ dưới nhiều góc ñộ và ñược tập trung nghiên cứu, triển khai ở rất nhiều quốc gia. Năm 2005, việc IEEE công bố chuẩn 802.16e cho các ứng dụng dành cho di ñộng ñã ñánh dấu sự ra ñời của mạng băng rộng cá nhân - sự hội tụ của mạng băng rộng và mạng di dộng hứa hẹn ñây sẽ là một cuộc cách mạng quan trọng trong thông tin liên lạc. Công nghệ Wimax di ñộng nhanh chóng trở thành 1 công nghệ thu hút rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu và ñem lại nhiều tranh luận về các ưu ñiểm về khả năng phủ sóng, tốc ñộ, dung lượng, chất lượng dịch vụ QoS và ñặc biệt là về những loại hình ứng dụng băng rộng mà công nghệ này có thể hỗ trợ. Với sự ñịnh hướng và chỉ bảo tận tình của TS. Nguyễn Vũ Sơn và các Thày, Cô trong và ngoài Trường, cũng như với sự nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu của bản thân, em ñã chọn và hoàn thành luận văn là “Nghiên cứu Công nghệ Mobile Wimax và Mô hình hệ thống triển khai tại VTC “ ðể hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Vũ Sơn ñã chỉ bảo cho em nhiều kiến thức quý báu. HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ Tuy ñã có nhiều cố gắng nhưng Luận văn này cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót, do kiến thức và kinh nghiệm thực tế của em còn nhiều hạn chế. Em rất mong nhận ñược sự góp ý, chỉ bảo của các Thày Cô trong và ngoài Trường ñể em có thể hoàn thiện hơn vốn kiến thức của mình. Với tấm lòng trân trọng nhất, em chân thành cảm ơn những người ñã tạo ñiều kiện và giúp ñỡ, chỉ bảo cho em hoàn thành tốt Luận văn này! Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Học viên Nguyễn Văn Chình HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ TÓM TẮT LUẬN VĂN WiMAX di ñộng là giải pháp không dây băng rộng cho phép phủ sóng mạng băng rộng không dây nhờ công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng với kiến trúc mạng linh hoạt. Các hệ thống WiMAX di ñộng cung cấp khả năng mở rộng về cả công nghệ truy nhập vô tuyến và kiến trúc mạng, do ñó cung cấp khả năng linh ñộng cao trong các lựa chọn phát triển mạng và cung cấp dịch vụ. Các thuộc tính và khả năng thực thi của WiMAX di ñộng làm nó trở thành một giải pháp thuyết phục với khả năng thực thi cao và dịch vụ không dây băng rộng chi phí thấp. Thông qua công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng và kiến trúc mạng linh ñộng, WiMAX di ñộng ñang trên ñường hội nhập vào thị trường toàn cầu. Trong phạm vi Luận văn này, nội dung chính gồm có 4 chương:
Chương I : Tổng quan về mạng Wireless
Chương II : Lớp PHY và MAC trong chuẩn IEEE 802.16e
Chương III : Các kỹ thuật nâng cao trong Mobile WiMAX
Chương IV : Hệ thống và kết quả triển khai Mobile WiMAX tại VTC. Luận văn sẽ ñề cập ñến những kỹ thuật mới ñược sử dụng trong Mobile WiMAX, ứng dụng và việc triển khai hệ thống tại VTC HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ THESIS SUMMARIZATION The Mobile WiMAX technology, is rapidly proving itself as a technology that will play a key role in broadband wireless metropolitan area networks. Mobile WiMAX systems offer scalability in both radio access technology and network architecture, thus providing a great deal of flexibility in network deployment options and service offerings. The attributes and performance capability of Mobile WiMAX makes it a compelling solution for high performance, low cost broadband wireless services. Mobile WiMAX is on a path to address a global market through a common wide area broadband radio access technology and flexible network architecture. The thesis includes 4 chapters:
Chapter 1 : Overview of Wireless network
Chapter 2 : PHY class and MAC class in IEEE 802.16e standard
Chapter 3 : Advanced techniques in Mobile WiMAX
Chapter 4 : System and driving test result of mobile Wimax in VTC This thesis will point out new techniques use in Mobile WiMAX also the implementation and trend of Mobile WiMAX in VTC HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng ACK Acknowledgement Xác nhận ADSL Asymmetric Digital Subcriber ðường dây thuê bao số không ñối Line xứng AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hoá và ñiều chế thích nghi AMS Adaptive MIMO Switching Chuyển mạch thích ứng MIMO ARQ Automatic Repeat Request Tự ñộng lặp lại yêu cầu ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyễn dẫn ñồng bộ AP Access Point ðiểm truy nhập BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bít BS Base Station Trạm gốc BTS Base Transmit Station Trạm phát sóng gốc CDMA Code Division Multiple Access ða truy nhập phân chia theo mã CID Connection Identifier Nhận dạng kết nối CINR Carrier Interference Noise Ratio Tỉ số sóng mang trên nhiễu CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng CPE Customer Premise Equipment Thiết bị người dùng CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh CTC Convolutional Turbo Code Mã Turbo xoắn DL Down link ðường xuống DSL Digital Subcriber Line ðường dây thuê bao số EAP Extensible Authentication Giao thức xác thực mở rộng Protocol EVDO Evolution Data Only Nâng cấp của mạng CDMA 2000 FBSS Fast Base station Switching Chuyển giao trạm gốc nhanh FBWA Fixed Broadband Wireless Truy nhập băng rộng không dây Access cố ñịnh Forward Error Correction Sủa lỗi tiên tiến FEC HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple ða truy nhập phân chia theo tần số Access FFT Fast Fourier Tranform Biến ñổi Fourier Nhanh FCH Frame Control Header Mào ñầu ñiều khiển khung FUSC Full Used Sub-carrier Kênh con sử dụng hoàn toàn HARQ Hybrid Automatic Repeat Yêu cầu tự ñộng lặp lại kiểu kết Request hợp High Performance LAN LAN chất lượng cao Institute of Electrical and Hiệp hội các kỹ sư ñiện và ñiện tử Hiper LAN IEEE Electronic Engineers IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telecommunication Tở chức viễn thông thế giới Union ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu xuyên kí hiệu LAN Local Area Network Mạng cục bộ LDPC Low Density Parity Check Kiểm tra chẵn lẻ mật ñộ thấp LLC Logical Link Control (layer) Lớp ñiều khiển kiên kết vật lý LOS Line-Of-Sight Phương thức truyền vô tuyến cần phải thoả mãn tầm nhìn thẳng MAC Medium Access Control ðiều khiển truy nhập môi trường MAI Multiple Access Interference Nhiếu ña truy nhập MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực ñô thị MAP Media Access Protocol Giao thức truy nhập MHDO Macro Diversity Hand Over Chuyển giao phân tập vĩ mô MIMO Multiple-Input, Multiple-Output Nhiều ñầu vào, nhiều ñầu ra MPDU MAC Protocol Data Unit Khối dữ liệu giao thức MAC MSDU MAC Service Data Unit Khối dữ liệu dịch vụ MAC HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 8 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ MS Mobile Station Trạm di ñộng NLOS Non-Line-Of-Sight Không tầm nhìn thẳng OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép phân chia tần số trực giao Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division ða truy nhập phân chia theo tần số Multiple Access trực giao OSI Open Systems Interconnection Quan hệ giữa các hệ thống mở PDA Personal Digital Assistance Thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số PER Packet Error Rate Tỉ lệ gói lỗi PHY Physical Lớp vật lý PMP Point-to-multipoint ðiểm - ða ñiểm PSTN Public Switched Telephone Mạng ñiện thoại chuyển mạch Network công cộng PTP Point-to-point ðiểm-ñiểm PUSC Partially Used Sub-Carrier Kênh con sử dụng 1 phần QAM Quadrature Amplitude Phương pháp ñiều chế biên ñộ cầu Modulation phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch chuyển pha cầu phương SAP Service Access Point ðiểm kết nối dịch vụ SIMO Single Input Multile Output Một ñầu vào nhiều ñầu ra SM Spatial Multiplexing Ghép kênh không gian SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu / tập âm SS Subcriber Station Trạm thuê bao SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency ða truy nhập phân chia theo tần số Division Multiple Access trực giao thay ñổi tỉ lệ STC Space Time Coding Mã hóa không gian thời gian TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 9 LUẬN VĂN THẠC SĨ TDM CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ Time Division Multiplexing Sự truyền dồn kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access ða truy nhập phân chia theo thời gian UE User Equipment Thiết bị sử dụng UL Uplink ðường lên UMTS Universal Mobile Telephone Mạng thông tin di ñộng toàn cầu System Vo IP Voice Over Internet Protocol Thoại qua giao thức Internet WCDMA Wideband Code Division ða truy nhập băng rộng phân chia Multiple Access theo mã Worldwide Interoperability for Mạng truy nhập vi ba tương tác Microwave Access toàn cầu WLAN Wireless Local Area Network Mạng vô tuyến cục bộ WMAN Wireless Metropolitan Area Mạng vô tuyến khu vực ñô thị WIMAX Network HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS Sự bùng nổ về nhu cầu truyền số liệu tốc ñộ cao, sự yêu cầu thuận tiện trong lắp ñặt và sử dụng ,và ña dạng hóa các loại hình dịch vụ như: truy cập internet tốc ñộ cao, thư ñiện tử, thương mại ñiện tử, truyền file… ñã thúc ñấy sự nghiên cứu ra ñời và phát triển của các kỹ thuật không dây. Hiện nay các chuẩn không dây ñược nghiên cứu, phát triển và ñưa vào ứng dụng cho từng khu vực mạng tương ứng. Sau ñây là mô hình phân chia chuẩn không dây theo khu vưc hoạt ñộng. Hình 1.1: Mô hình các chuẩn Wireless theo khu vực 1.1 PHÂN CHIA CÁC LOẠI MẠNG KHÔNG DÂY * Mạng WPAN - PAN là một mạng kết nối giữa các thiết bị ở rất gần với nhau cho phép chúng chia sẻ thông tin và các dịch vụ. ðiểm ñặc biệt của mạng này là ñược ứng dụng trong khoảng cách rất ngắn, thông thường chỉ khoảng vài mét, công suất rất nhỏ,… HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ nó rất thích hợp ñể nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính. Các mạng PAN cũng ñược dùng ñể giao tiếp giữa các thiết bị cá nhân như ñiện thoại, PDA,… hoặc ñể kết nối với các mạng cấp cao hơn như mạng LAN, WAN, thậm chí cả Internet. Những ứng dụng thường thấy hiện nay của WPAN là trong không gian văn phòng,gia ñình hoặc không gian xung quanh của một cá nhân. Các thiết bị ñiện tử trong mạng có thể là máy tính ñể bàn, máy tính di ñộng, máy in, các thiết bị cầm tay, ñiện thoại di ñộng, máy nhắn tin,… - Các công nghệ về WPAN có rất nhiều với nhiều loại và ña dạng ñược phân ra làm hai loại, một loại dùng sóng hồng ngoại ñể truyền và một loại dùng sóng radio ñể truyền. Chuẩn WPAN có tốc ñộ truyền dẫn trong nhà có thể ñạt 480 MB/giây trong phạm vi 10m.Trong mô hình mạng WPAN có sự xuất hiện của các công nghệ IrDA và Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE 802.15 ( Institute for Electrical and Electronic Engineers ). Hiện nay 802.15 này ñang ñược phát triển thành 802.15.3 ñược biết ñến với tên công nghệ Ultrawideband - siêu băng thông. - ñược hứa hẹn sẽ là cuộc cách mạng không dây trong gia ñình * Mạng WLAN Hình 1.2. Mô hình mạng nội bộ WLAN HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ - WLAN (Wireless Local Area Network) là hệ thống liên kết, chia sẻ và trao ñổi dữ liệu giữa các máy tính sử dụng sóng radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thế mạng LAN truyền thống. Tổ chức chuẩn hóa các mạng WLAN chủ yếu là 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 ñộng, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn hay các sân bay… - WLAN cho phép thay ñổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một mạng một cách rất ñơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời với khả năng cơ ñộng mềm dẻo cao, thiết lập ñược mạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí ñi dây tốn kém. Bên cạnh ñó, việc cài ñặt mạng WLAN cũng khá dễ dàng và công nghệ WLAN cũng rất dễ hiểu và dễ sử dụng. Tốc ñộ của WLAN ñã lên tới vài chục Mbps, khoảng cách hàng kilomet còn giá thành thì ngày càng giảm. - Tại Việt Nam, WLAN ñã ñược triển khai ứng dụng ở nhiều nơi, xong cũng chưa phổ biến do cơ sỏ hạ tầng, giá thành chưa phù hợp. tuy nhiên nó cũng ñã cho phép người sử dụng có thể truy xuất thông tin, truy cập Internet với tốc ñộ cao hơn rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống. * Mạng WMAN - Mạng WMAN sử dụng chuẩn IEEE 802.16, ñược hoàn thành vào tháng 10/2001 và ñược công bố vào ngày 8/2002, ñịnh nghĩa ñặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN. ðặc ñiểm của công nghệ này là phạm vi bao phủ của nó từ vài km ñến vài chục km. Công nghệ này thích hợp cho việc triển khai các ứng dụng trong phạm vi một thành phố, hoặc một vùng ngoại ô,… Công nghệ này ñặc biệt có ý nghĩa trong việc ñưa thông tin tới các vùng sâu, vùng xa hoặc những nơi mà việc ñi cáp ñến thực sự khó khăn. - Việc ñưa 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 ñộng tới gần 50 km HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ và có thể truyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc ñộ nhanh hơn so với ñường truyền cáp. ðây sẽ là một giải pháp ñể một quốc gia có thể thực hiện việc ñưa công nghệ thông tin tới các vùng xa xôi hẻo lánh, ñịa hình hiểm trở, phức tạp, thực hiện việc phổ cập tin học cho toàn xã hội, ñộng thời cũng là một công cụ hoàn hảo cho 1 nước ñang phát triển như nước ta ñi tắt ñón ñầu trong việc bắt kịp với sự phát triển công nghệ thông tin với các nước trên thế giới. Hình 1.3 Mô hình mạng ñô thị MAN * Mạng WWAN - ðặc ñiểm của mạng WAN ñó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng ñịa lý rộng lớn. Có thể là một khu vực rộng, một quốc gia, thậm chí toàn cầu..Do các WAN kết nối các mạng user qua một phạm vi ñịa lý rộng lớn, nên chúng mở ra khả năng cung ứng hoạt ñộng thông tin cự ly xa cho doanh nghiệp. WAN cho phép người sử dụng trên một LAN có thể chia sẻ và ñược chia sẻ với các vị trí xa. WAN cung cấp truyền thông tức thời qua các miền ñịa lý rộng lớn. Khả năng truyền dữ HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ liệu, hình ảnh …, ñến một ai ñó ở bất kỳ nơi ñâu trên thế giới tạo ra một khả năng truyền thông tương tự như dạng truyền thông giữa hai người ở tại một vị trí vật lý. Trong tương lai, các kết nối Wireless WAN sẽ sử dụng chuẩn 802.20 ñể thực hiện các kết nối diện rộng. 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 1.2.1 Giới thiệu chung về Wimax Wimax, tên viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access, là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004. Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế ñưa ra: Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802, và Diễn ñàn WiMAX. Tổ công tác IEEE 802.16 là người chế ñịnh ra tiêu chuẩn; còn Diễn ñàn WiMAX là người triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16. WiMAX là một công nghệ ñược tao ra bởi sự ảnh hưởng của các thành phần truyền tin và sự trang bị của các công ty, nó ñã thúc ñẩy và chứng nhận tính tương thích của thiết bị truy nhập băng rộng không dây, nó tương thích với chuẩn IEEE 802.16 và chuẩn ETSI-HIPERMAN. WiMax hoạt ñộng gần giống với Wi-Fi nhưng ñược cải thiện khá nhiều ñể có thể tăng tốc ñộ truyền dẫn dữ liệu tới 70 Mbit/s với phạm vi hoạt ñộng 2-10 km trong khu vực thành thị và 50 km tại những vùng hẻo lánh. Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị và linh kiện truyền thông hàng ñầu thế giới ñang nỗ lực thúc ñẩy và xác nhận tính tương thích và khả năng hoạt ñộng tương tác của thiết bị truy cập không dây băng thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng tốc ñộ triển khai truy cập không dây băng thông rộng trên toàn cầu. Do ñó các chuẩn 802.16 thường ñược biết ñến với cái tên WiMAX. Công nghệ truy nhập không dây ñang ñược triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di ñộng. Mạng Wi-Fi chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ LAN, còn WiMAX phục vụ chủ yếu cho mạng ñô thị MAN (Metropolitan HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ Area Network). Mạng WiMAX cũng như mạng ñô thị hữu tuyến (truyền dẫn qua cáp) như mạng DSL ñều ñược sử dụng ñể phục vụ các thuê bao trong vùng tới 50km. 1.2.2 Sự ñi lên từ Wifi ñến Wimax Trên thực tế, trong thời gian qua, với sự ra ñời của Wifi ñã làm thay ñổi cách thức trao ñổi thông tin của người sử dụng.Tuy nhiên, do Wifi là công nghệ ñược thiết kế hướng tới các mạng LAN không dây, chính vì vậy trong những trượng hợp cụ thể, khi áp dụng công nghệ này cho mạng MAN, thì nó ñã bộc lộ rất nhiều những hạn chế. Trước hết Wifi ñược thiết kế cho mạng ít thuê bao,kênh truyền của nó cố ñịnh kích thước khoảng 20Mhz, do vậy rất kém linh hoạt. Bên cạnh ñó, Wifi không hỗ trợ kiến trúc Mesh, một kiến trúc ñảm bảo sự liên thông tốt trong mạng ñô thị.Hơn nữa, nếu ta truyền trong môi trường tốt, ít nhiễu, tầm nhìn thẳng ( LOS ), dụng các Anten ñịnh hướng với công suất ñủ lớn thì Wifi cũng chỉ ñạt tới khoảng cách vài km, rất hạn chế cho việc phủ song trong một pham vi lớn… Sự ra ñời của Wimax ñã khắc phục ñược những nhược ñiểm trên của Wifi. Hiện nay, Wimax ñược xem là một giải pháp toàn diện của công nghệ không dây băng rộng trong ñô thị, ngoại ô và những vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh… Wimax cho phép truyền không dây các loại dữ liệu, hình ảnh, âm thanh nhanh hơn cả DSL hay cáp, và tất nhiên là nhanh hơn nhiều lần các công nghệ không dây hiện hành như 802.11a hay 802.11b mà không yêu cầu ñiều kiện truyền thẳng. WiMax là mạng không dây phủ sóng một vùng rộng lớn, thuận tiện cho việc triển khai mạng nhanh, thuận lợi và có lợi ích kinh tế cao so với việc kéo cáp, ñặc biệt là vùng có ñịa hình phức tạp. Vì vậy, mạng truy nhập không dây băng rộng WiMAX sẽ ñáp ứng ñược các chương trình phổ cập Internet ở các vùng sâu, vùng xa, nơi có mật ñộ dân cư thưa. ðối với các vùng mật ñộ dân cư vừa phải (ngoại vi các thành phố lớn nơi ñòi hỏi cung cấp ña dịch vụ với chất lượng ñược ñảm bảo) thì việc triển khai WiMAX ñể cung cấp các dịch vụ ña phương tiện sẽ nhanh và có hiệu HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 16 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ quả kinh tế cao hơn và với việc cung cấp băng thông rộng sẽ ñáp ứng ñược các yêu cầu về chất lượng. WiMAX có những ưu thế vượt trội so với các công nghệ cung cấp dịch vụ băng thông rộng hiện nay về tốc ñộ truyền dữ liệu và giá cả thấp do cung cấp các dịch vụ trên nền IP. Với khả năng truy nhập từ xa, tốc ñộ dữ liệu cao ñáp ứng ña dạng các dịch vụ như Internet tốc ñộ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật... WiMAX phù hợp với các ứng dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong các máy tính xách tay và PDA, cho phép truy nhập không dây băng rộng ngoài trời ở các khu vực ñô thị, ñồng thời cũng thích ứng với các ứng dụng truy nhập băng rộng cố ñịnh ở những vùng xa xôi, hẻo lánh. WiMAX là một giải pháp tuyệt vời về mặt công nghệ kết nối nhưng sẽ cần một chi phí lớn phải bỏ ra ñể phát triển hạ tầng cho một hệ thống mới trong khi hệ thống cũ vẫn còn chưa ñược sử dụng hết. Quả thực, nếu phải ñầu tư một khoản kinh phí ñể triển khai WiMAX trên một quy mô lớn trong khi công nghệ 3G vẫn là tiềm năng chưa khai thác hết thì chắc chắn các công ty viễn thông sẽ phải tính toán và cân nhắc hết sức kỹ lưỡng trước khi bỏ tiền ñầu tư cho việc phát triển dịch vụ này. 1.2.3 Một số ñặc ñiểm chung của công nghệ WiMAX Công nghệ Wimax ñược ñưa ra trong bộ chuẩn IEEE 802.16 và nó có một số ñặc ñiểm chung nhất sau: - Phạm vi hoạt ñộng của Wimax có thể ñạt ñến 50km trong ñiều kiện tầm nhìn thẳng LOS. - Tốc ñộ truyền dữ liệu có thể thay ñổi, tối ña 70Mb/s. - Hoạt ñộng trong cả hai môi trường truyền dẫn: ñường truyền tầm nhìn thẳng LOS và ñường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS. HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 17 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ - Dải tần làm việc 2-11GHz cho ñường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS và từ 10-66GHz cho ñường truyền trong tầm nhìn thẳng LOS. - Băng thông mềm dẻo, có thể cho phép thay ñổi từ 1,75MHz ñến 20MHz. - Kỹ thuật QoS (chất lượng dịch vụ) trong WiMAX cho phép hỗ trợ nhiều loại dịch vụ, ñảm bảo chất lượng dịch vụ tối ưu nhất. - Giao diện vô tuyến sử dụng công nghệ OFDM (ghép kênh phân chia theo tần số trực giao). OFDM trong WiMax sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang, trong ñó có 1536 sóng mang dành cho thông tin ñược chia thành 32 kênh con mỗi kênh con tương ñương với 48 sóng mang, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập ñồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt ñể ñảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần. - Trên mỗi sóng mang phụ sử dụng phương thức ñiều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK ñến 64-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 ñến 7/8 ñể ñảm bảo chất lượng thông tin. - ða truy nhập OFDMA, chế ñộ song công cho phép sử dụng cả hai công nghệ song công phân chia theo thời gian TDD (time division duplex) và song công phân chia theo tần số FDD (frequency division duplex) cho việc phân chia truyền dẫn của ñường lên (uplink) và ñường xuống (downlink). - Tính bảo mật cao, hỗ trợ chuẩn mã mật dữ liệu DES (Data Encryption Standard) và chuẩn mã mật tiên tiến AES (Advance Encryption Standard) cho quá trình bảo mật bảo mật. - Giao diện vô tuyến sử dụng giao thức quản lý khóa bảo mật, mỗi liên kết từ trạm gốc ñến trạm thuê bao gắn với một bộ kết hợp bảo mật. HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ - Sử dụng hệ thống Anten thích ứng AAS (Adaptive Antenna System) với các kỹ thuật Beamforming( tạo dạng chùm sóng), kỹ thuật ña thu – phát MIMO 1.2.4 Hoạt ñộng của WiMAX Một mạng WiMax gồm 2 thành phần: + Trạm gốc (BS-Base Station): giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di ñộng số tế bào, sử dụng hệ thống anten thông minh AAS (Adaptive Antenna System) và kỹ thuật ña thu ña phát MIMO (Multi input multi output) với bán kính phủ sóng có thể ñạt 50km với ñường truyền LOS (trên ñiều kiện thực tế ñạt khoảng 10km). + Trạm thuê bao (SS-Subscriber Station): có thể là các anten nhỏ nối với thiết bị thu ñặt tại nhà thuê bao hoặc các thiết bị truyền thông cá nhân hỗ trợ WiMAX (CPE) hoặc các card PCMCIA gắn bên trong các thiết bị di ñộng. Các trạm gốc BS ñược kết nối tới mạng Internet thông qua các ñường truyền hữu tuyến tốc ñộ cao (cáp quang) hoặc sử dụng mạng ñường trục backhaul với một trạm gốc làm trạm chuyển tiếp lưu lượng. Nhờ việc sử dụng các trạm chuyển tiếp, phạm vi phủ sóng rộng và chi phí rẻ nên WiMAX có khả năng phủ sóng ñến những vùng hẻo lánh nơi mà các ñường cáp hữu tuyến không thể triển khai ñược. Các anten thu/phát có thể trao ñổi thông tin với nhau qua các ñường truyền trong tầm nhìn thẳng LOS hoặc ñường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS. Trong trường hợp ñường truyền trong tầm nhìn thẳng LOS, các anten ñược ñặt cố ñinh & di trú trên các ñiểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn ñịnh và tốc ñộ truyền có thể ñạt tối ña. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao ñến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. ðối với trường hợp ñường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS, WiMax sử dụng băng tần thấp hơn ở khoảng 2-11GHz, ở tần số thấp tín HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 19 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ðIỆN TỬ hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể ñể ñến ñích. WiMAX cố ñinh & di trú có thể sử dụng ñể cung cấp dịch vụ cho các hộ gia ñình hoặc các doanh nghiệp, cơ quan tổ chức, trường học, bệnh viện … hoặc làm ñường trục cho mạng di ñộng, làm backhaul cho các hotspost của Wifi thay cho các mạng cáp hữu tuyến ñắt tiền. Mạng nomadic cho phép người dùng ñầu cuối có thể di chuyển vị trí trong vùng phủ sóng, khi kết nối vẫn phải cố ñinh tương tự Wifi. WiMAX di ñộng là triển vọng lớn nhất của WiMAX với khả năng cung cấp ñường truyền tốc ñộ cao ở tốc ñộ di chuyển lớn, có khả năng bổ sung các di vụ di ñộng mới ngoài các dịch vụ ñược cung cấp bởi mạng di ñộng truyền thống. Hình 1.4 mô tả các mô hình ứng dụng mạng WiMAX bao gồm mạng WiMAX cố ñinh, mạng WiMAX di trú (nomadic) và mạng WiMAX di ñộng. Riêng WiMAX di ñộng có thể tương thích với WiMAX cố ñinh và di trú, ñiều này có nghĩa là một mạng WiMAX di ñộng với lưu lượng mạng ñủ lớn có thể cung cấp cho cả nhu cầu mạng cố ñinh, di trú và di ñộng. Hình 1.4 Mạng WiMAX HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 20