Công nghệ wi max DT8 Báo cáo bài tập lớn môn Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông Đại học Bách Khoa Hà Nội
1 Công nghệ wimax Sinh viên thực hiện: Đỗ Xuân Hiệu Phạm Thị Thanh Vân Lớp : Điện tử 8-K48 Nội dung: 1.Giới thiệu về wimax 2.Hoạt động của hệ thống wimax 3.Đặc điểm hệ thống wimax 4.Công nghệ truyền dẫn của hệ thống 5.Công nghệ truy nhập kênh 6.Một số mô hình ứng dụng 7.Thị trờngvàhớng phát triển 2 1.Giới thiệu chung Wimax(Worldwide Interoperability for Micorowave Accees) là công nghệ truy nhập mạng không dây băng rộng. Wimaxrađờinhằmcungcấpmộtphơng tiện truy nhập mạng Internet không dây tổng hợp,có thể thay thế cho ADSL và WiFi. Wimax có khả năng cung cấp đờng truyền tốc độ 70Mb/s,bán kính phủ sóng của một trạm anten phát có thể lên đến 50km Mô hình phủ sóng của mạng wimax tơng tự nh mạng điện thoại tế bào Wimaxcũnghoạt độngnh wifi khi truy nhập mạng.Mỗi khi bạn truy nhập mạng,nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten wimax gần nhất Mô hình truyền thông của Wimax 3 2. Hoạt động của một hệ thống wimax Thực tế wimax hoạt động tơng tự WiFi nhng ở tốc độ cao và khoảng cách rất xa cũng nh số lợng lớn ngời dùng. Một hệ thống wimax gồm 2 phần: Trạm phát:giống nh các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng lớn 8000km2. Trạm thu :có thể là các Card mạng cắm vào hoặc thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính theo cách mà WILAN vẫn dùng. Các trạm BTS đợc kết nối với mạng Internet thông qua các đờng truyền tốc độ cao riêng hoặc có thể đợc nối với các trạm BTS khác nh một trạm trung chuyển bằng đờng truyền thẳng LOS (light of sight), vì vây Wimax có thể phủ sóng đến những nơi rất xa. Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ.Trong trờng hợp truyền thẳng (LOS) các anten đợc đặt cố định trên các điểm cao,tín hiệu truyền ổn định và có thể đạt tối đa.Băng tần sử dụng có thể dùng cao đến 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 Đối với trờng hợp có vật chắn (NLOS),wimax sử dụng băng tần thấp hơn:2-11GHz,tơng tự nh ở WLAN, tínhiệucóthểvợt qua các vật cản thông qua phản xạ,nhiễu xạ,uốn cong,vòng qua các vật thể để đến đích. 4 3. Đặc điểm của hệ thống WiMax . Wimaxđãđợc chuẩn hóa bởi IEEE 802.16.Hệ thống này là hệ thống truy nhập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm chính sau: Khoảngcáchgiữatrạm thuvàphátcóthểtới50km. Tốc độ truyền có thể thay đổi,tối đa là 70Mb/s. Hoạt động trong cả hai môi trờng truyền dẫn:đờng truyền tầm nhìn thẳng(LOS) và đờng truyền che khuất(NLOS). Dải tần làm việc 2-11Ghz và từ 10-66Ghz, hiện đã và đang đợc chuẩn hoá. Trong wimax,hớng truyền tin đợc chia thành hai đờng lên và xuống.Đờng lên có tần số thấp hơn đờng xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM để truyền. Độ rộng băng tần của wimax từ 5MHz đến trên 20MHz đợc chia thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này đợc chia nhỏ hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối u hiệu quả sử dụng băng tần. Công nghệ này đợc gọi là công nghệ đa truy nhập OFDMA( OFDM acces). Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD( time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc đờng truyền dẫn của hớng lên (uplink) và (downlink). Về cấu trúc phân lớp,hệ thống đợc chia thành 4 lớp:lớp con tiếp ứng(Convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên, lớp đa truy nhập ( Multi-accees control-MAC layer) ,lớp truyền dẫn (tranmission), lớp vật lý (Physical). Các lớp này tơng đơng với hai mô hình lớp dớicủamôhìnhOSI và đợc tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên. 5 Hỡnh 2: Mụ hỡnh phõn lp trong h thng WiMax so sỏnh viOSI 4. Công nghệ truyền dẫn vô tuyến trong mạng wimax . WimaxsửdụngcôngnghệOFDM ởgiaodiệnvôtuyến để truyền tải dữ liệu và cho phép các thuê bao truy nhập kênh.Cũng có các công nghệ khác nhau ở giao diện này nh FDM,CDMA.Tuy nhiên IEEE đã chọn OFDM bởi nó có những u việt hơn rất nhiều về tốc độ truyền,tỷ lệ lỗi bit,cũng nh hiệu quả sử dụng phổ tần. OFDM sử dụng kỹ thuât truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền một ký tự lên nhiều lân,điều nay giúp khắc phục nhiễu xuyên ký tự(ISI) gây bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau,từ các hớng khác nhau trong quá trình truyền dẫn đa đờng.Ngoài ra,OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ (guard interval-GI),thờng lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền,giữa hai ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn. 6 Nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề gây ảnh hởng đến chất lợng truyền thông tín hiệu.Tuy nhiên,OFDM cũng u điểm hơn CDMA khi giải quyết vấn đề này.OFDM có thể khôi phục lại kênh truyền thông qua tín hiệu dẫn đờng(Pilot) đợc truyền đI cùng với dòng tín hiệu thông tin. Ngoài ra đối với các kênh con suy giảm nghiêm trọng tần số thì OFDM còn có một lựa chọn na để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm bớt số bit mã hoá cho một tín hiệu điều chế tại kênh tần số đó. Mặc dù vậy,OFDM không phải không có nhợc điểm,nó đòi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ,vì sự sai lệch về tần số,ảnh hởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số (intercarrier interterence-ICI),kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và lam tăng tỷ lệ lỗi bit.Khắc phục OFDM dùng khoảng bảo vệ(GI),cho phép điều chỉnh tần số thích hợp mặc dù có thể lam giảm hiêu quả sử dụng phổ tần số Ngoàira,OFDMcònchịusựảnhhởng của nhiễu xung,có nghĩa là một xung tín hiệu nhiễu có thể ảnh hởng đến cả một chùm tín hiệu thay vì một ký tự nh trong CDMA và điều này làmtăngtỷlệlỗibítcủaOFDM so vớiCDMA. 7 5.Phơng thức truy nhập kênh: sử dụng phơng thức OFDMA Tiêu chuẩn 802.16e dùng phơng thức truy nhập đa kênh OFDMA phân chia tần số trực giao tơng tự nh OFDM,trong đó các sóng mang đợc chia thành nhiều sóng mang phụ(subcarrier). Hoạt động truy nhập kênh ở lớp MAC của wimax hoàn toàn khác so với wifi. WiMax hỗ trợ phơng pháp truyền song công FDD và TDD, sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA. Ưu điểm của phơng pháp này là nó cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống,dẫn đến có thể thay đổi tốc độ phát(Upload) hoặc thu(Download)dữ liệu chứ không phảI cố định nh trong ADSL hay CDMA. Tại lớp MAC của 802.16,lịch trình hoạt động củamỗi thuê bao đợc định trớc , do vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm gia nhập mạng.Sau thời điểm này , mỗi trạm đợc trạm phát gốc gắn cho một khe thời gian.Khe thời gian có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn. Ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độ truyền đẫn vẫn hoạt động ổ định trong trờng hợp quá tải và số lợng thuêbaođăngkývợt quá cho phép,và nó cũng có thể tăng đợc hiệu quả sử dụng băng tần.Việc sử dụng thuật toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc điều khiển chất lợng dịch vụ(Quality of Service-QoS) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao. Để làm đợc điều này hệ thống thực hiện việc mã hoá và điều chế thích nghi để tối u hoá băng thông tuỳ thuộc vào điều kiện của kênh truyền. 8 Bảng so sánh một số thông số giữa OFDM và CDMA 8,544903,0340 WCDMA(RAKE) 3,5611703,8340 WCDMA(MMSE) 2,3318024,4540 OFDM Tr truyn dõn trung bỡnh ca mt gúi (s) Thụng lng trung bỡnh camt thuờ bao (kbit/s) Thụng lng trung bỡnh camng (Mbit/s) S lng thuờ bao trong mt trmph súng Công nghệ Kỹ thuật điều chế và mã hoá thích nghi là một trong những u việt của OFDM vì nó cho phép tối u hóa mức điều chế tren mỗi kênh con dựa trên chất lợng tín hiệu(tỷ lệ SNR) và chất lợng kênh truyền dẫn.Trong công nghệ đa truy nhập OFDMA,các thuê bao đợc phân chia tài nguyên vô tuyến thông qua việc truy nhập vào các sóng mang phụ khác nhau. 9 6.Một số mô hình ứng dụng của hệ thống Wimax Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đã đề xuất 2 mô hình ứng dụng sau: Mô hình ứng dụng cố định Mô hình ứng dụng di động 1. Mô hình ứng dụng cố định(Fixed Wimax) Mô hình cố định sử dụng các thiết bị tiêu chuẩn IEEE802.16.Tiêu chuẩn này gọi là không dây cố địnhvì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặ cố định tại nhà các thuê bao.Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tơng tự nh chảo thông tin vệ tinh. Băng tần công tác(theo phân bổ của quốc gia) là 2,5GHz hoặc 3,5GHz.Độ rộng băng tần là 3,5MHz. Wimaxcốđịnhcóthểdùngchocácuser nh:các xí nghiệp,các khu dân c nhỏ lẻ.Về cách phân bố địa lý, các user có thể phân tán tại các vùng nông thôn,vùng sâu,vùng xa nơi mạng cáp hữu tuyến khó đa đến đó. 2. Mô hình ứng dụng di động Mô hình WiMAX di động sủ dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE802.16e.Tiêu chuẩn này bổ xung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hớng tới các user cá nhân di động,làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lới này phối hợp cùng WLAN,mạng di động 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng. Tiêu chuẩn IEEE 802.16e đợc thông qua năm 2005. 10 Sơ đồ kết cấu mạng Wimax. Trong mô hình này gồm các trạm gốc BS(làm việc với anten đặt trên tháp cao)và các trạm phụ SS (Substation). 7.Thị trờng và hớng phát triển ắ Phủ sóng trong phạm vi rộng,tốc độ truyền tin lớn,hỗ trợ đồng thời nhiều thuê bao và cung cấp các dịch vụ nh VoIP,Video mà ngay cả ADSL hiện tại cũng cha đáp ứng đợc là những đặc tính u việt cơ bản của Wimax.Các đờng ADSL ở những khu vực mà trớc đây đờng dây cha tới đợc thì nayđã có thể truy cập đợc Internet. ắ Bên cạnh đó ,hệ thống Wimax sẽ giúp cho các nhà khai thác di động không còn phải phụ thuộc vào các đờng truyền phải đi thuê của các nhà khai thác mạng hữu tuyến,cũng là đối thủ cạnh tranh của họ. [...]... Ngoài ra,Wimax với khả năng phủ sóng rộng,khắp mọi ngõ ngách ở thành thị cũng nh nông thôn,sẽ là một công cụ hỗ trợ đắc lực trong các lực lợng nh công an,cứu hoảcó thể duy trì liên lạc trong nhiều điều kiện thời tiểt,địa hình khác nhau Hiện tại,có nhiều thành phố trên thế giới nh Mỹ,Nhât,Trung Quốc,Hàn Quốcđã có kế hoạch triển khai Wimax, và ngay cả Microsoft cũng quan tâm và coi Wimax nh là một... dịch vụ băng thông rộng cá nhân dựa trên công nghệ Wimax với các nhà sản xuất hàng đầu.Hiện tợng gia tăng sử dụng các thiết bị cầm tay đang mở rộng các cơ hội kinh doanh cho các dịch vụ dữ liệu băng thông di động bởi vì các dịch vụ này mang lại cho các nhà cung cấp dịch vụ một phần doanh thu đáng kể Điều quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai Wimax hiện nay là: Giảm chi phí vận hành... vận hành Tăng lợi nhuận Giảm chi phí đầu t Tăng thị phần Đa các dịch vụ mới vào nhằm lam tăng doanh thu trên mỗi ngời sử dụng 11 Trong tơng lai,mạng WiFi kết hợp với mạng Wimax để nâng cao hiệu quả truy cập mạng không dây: WiFi co tính cơ động, WiMax vơn tới cự ly xa 12 . hoạt để đảm bảo tối u hiệu quả sử dụng băng tần. Công nghệ này đợc gọi là công nghệ đa truy nhập OFDMA( OFDM acces). Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD( time division duplexing) và FDD (frequency. sỏnh viOSI 4. Công nghệ truyền dẫn vô tuyến trong mạng wimax . WimaxsửdụngcôngnghệOFDM ởgiaodiệnvôtuyến để truyền tải dữ liệu và cho phép các thuê bao truy nhập kênh.Cũng có các công nghệ khác. xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM để truyền. Độ rộng băng tần của wimax từ 5MHz đến trên 20MHz đợc chia thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này đợc chia nhỏ hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, cho