Đang tải... (xem toàn văn)
Chương I LỜI MỞ ĐẦU Khi thế giới bước vào kỷ nguyên của Internet, thiết bị di động và truyền tải thông tin băng rộng thì có rất nhiều công nghệ mới được nghiên cứu, thử nghiệm và đi vào sử dụng Trong[.]
LỜI MỞ ĐẦU Khi giới bước vào kỷ nguyên Internet, thiết bị di động truyền tải thông tin băng rộng có nhiều cơng nghệ nghiên cứu, thử nghiệm vào sử dụng Trong vài năm lại đây, bùng nổ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – tên thương mại chuẩn 802.16 với nghĩa khả tương tác toàn cầu với viba – tạo quan tâm lớn người ngành quan chuyên môn Là công nghệ vô tuyến tiên tiến, WiMAX có đặc điểm vượt trội khả truyền dẫn tốc độ cực cao, chất lượng dịch vụ tốt, an ninh đảm bảo, dễ dàng lắp đặt…chính phát triển nhanh chóng WiMAX tất yếu WiMAX truyền tải tốc độ liệu cao nhờ cơng nghệ khơng dây sóng viba theo họ chuẩn 802.16 Nó xây dựng tảng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM lớp MAC linh hoạt, mềm dẻo… Trải qua giai đoạn phát triển, họ 802.16 đưa nhiều chuẩn công nghệ 802.16a, 802.16b, 802.16c, 802.16d, 802.16e, 802.16g…tuy nhiên nhà khai thác thử nghiêm sử dụng chủ yếu họ chuẩn 802.16e họ chuẩn phù hợp với nhiều lĩnh vực kinh doanh thị trường thiêt bị di động, thiết bị cầm tay, thiết bị cố định…chuẩn số WiMAX rộng đa dạng, theo khuyến khích tần số sử dụng cho WiMAX tốt dải tần là: 2,3GHz, 2,4 GHz 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, 3,7 GHz, 5,8 GHz Đây tần số áp dụng tốt cho chuẩn 802.16e Khóa luận chia thành chương Chương giới thiệu chung WiMAX Chương trình bày chuẩn IEEE 802.16, tập trung vào lớp giao thức chuẩn: lớp PHYsical, lớp MAC Chương phần trọng tâm trình bày thuật tốn u cầu-cấp phát băng thơng động dựa phản tiếp kép Chương phần mô chương phần kết luận Khóa luận nghiên cứu cơng nghệ truy cập mạng khơng dây cịn thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng Thầy, Cơ bạn để phát triển hướng nghiên cứu LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo, giáo bạn giúp đỡ em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TSKH Nguyễn Đình Thơng, người trực tiếp hướng dẫn em làm khóa luận ! Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19/5/2009 Sinh viên Phan Thanh Tùng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .3 HÌNH VẼ CHƯƠNG Giới thiệu chung WiMAX .9 1.1 Tổng quan WiMAX 1.2 Đặc điểm bật công nghệ WiMAX 1.3 Quá trình phát triển chuẩn WiMAX 10 CHƯƠNG Chuẩn IEEE 802.16 .12 2.1 Lớp giao thức IEEE 802.16 12 2.1.1 Lớp PHYsical 13 2.1.1.1 Cơ OFDM .14 2.1.1.2 Cơ OFDMA .17 2.1.1.3 Các hình thức kênh (subchannelization) 19 2.1.1.4 Mã hóa điều biến thích nghi (AMC) 21 2.1.2 Đặc trưng lớp MAC IEEE 802.16 22 2.1.2.1 Lớp hội tụ dịch vụ đặc trưng(CS) 22 2.1.2.2 Lớp phần chung ( MAC CPS) 24 2.1.2.3 Lớp an ninh 32 2.1.3 Cấu trúc MAC frame TDD 33 2.1.3.1 Frame Downlink OFDM PHY .33 2.1.3.2 Frame Uplink OFDM PHY 35 2.2 Luồng dịch vụ lớp dịch vụ 35 2.2.1 Service Flow 35 2.2.2 Classes of service 37 2.3 Kiểu kiến trúc QoS QoS Scheduling 37 2.3.1 Kiến trúc QoS 37 2.3.2 QoS Scheduling 38 2.3.2.1 UGS scheduling 39 2.3.2.2 rtPS scheduling 40 2.3.2.3 nrtPS scheduling 40 2.3.2.4 BE scheduling .40 2.3.2.5 ErtPS scheduling 40 CHƯƠNG Thuật toán yêu cầu-cấp phát băng thông động dựa phản tiếp kép .41 3.1 Giới thiệu 41 3.2 Kiến trúc QoS IEEE 802.16 43 3.2.1 Cơ cấu lập lịch (Scheduling framework) .43 3.2.2 Kỹ thuật yêu cầu-cấp phát băng thơng uplink .44 3.3 Thuật tốn u cầu băng thông động 45 3.3.1 Cơ sở thiết kế 45 3.3.1.1 Giới thiệu mục tiêu trễ (target delay) .45 3.3.1.2 Phương pháp phản tiếp kép (dual feedback) .47 3.3.2 Thuật toán vấn đề thực thi 49 3.4 Phân tích thuật tốn 51 3.4.1 Mơ hình hệ thống .51 3.4.2 Ảnh hưởng tham số điều khiển 52 3.4.3 Phân tích tính ổn định .53 CHƯƠNG Mô sử dụng Matlab 54 4.1 Thuật toán cải tiến 54 4.2 Mô 55 CHƯƠNG Kết luận 60 HÌNH VẼ Hình 2.1: Mơ hình OSI bảy lớp cho ứng dụng Trong WiMAX/802.16 lớp định nghĩa 12 Hình 2.2: Các lớp giao thức chuẩn BWA 802.16 13 Hình 2.3: So sánh sóng OFDM với hình thức truyền thống 15 Hình 2.4: Chèn thêm tuần tố vòng (Cyclic Prefix) 16 Hình 2.5: Khác OFDM OFDMA 18 Hình 2.6: Cấu trúc sóng mang OFDMA 19 Hình 2.7: Kênh phân tập tần số DL 20 Hình 2.8: Cấu trúc tile cho UL PUSC 20 Hình 2.9: Bán kính cell 22 Hình 2.10: Phân loại ánh xạ CID Nguyên lý cho hai chiều: BS đến SS SS đến BS 23 Hình 2.11: Cấu trúc khung TDD WiMAX 34 Hình 2.12: Kiến trúc QoS IEEE 802.16 38 Hình 2.13: Việc lập thời biểu DL UL BS 39 Hình 3.1: Một vài hàm để tính tốn băng thông bổ sung yêu cầu phụ thuộc vào chiều dài hàng đợi 47 Hình 3.2: Đáp ứng xung hệ thống với giá trị khác tham số điều khiển .52 Hình 4.1: Đáp ứng xung hệ thống với Ta=0.02, Cr=0.25, Kq=0.2 Error! Bookmark not defined Hình 4.2: Đáp ứng xung hệ thống với Ta=0.02, Cr=0.15, Kq=0.2 Error! Bookmark not defined Hình 4.3: Đáp ứng xung với Ta=0.01, Cr=0.25, Kq=0.2 Error! Bookmark not defined Hình 4.4: Đáp ứng xung với Ta=0.01, Cr=0.15, Kq=0.2 .Error! Bookmark not defined Hình 4.5: Ảnh hưởng Kq tới tính ổn định Error! Bookmark not defined Hình 4.6: Ảnh hưởng Kr tới tính ổn định Error! Bookmark not defined THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AMC Adaptive Modulation and Coding BE Best Effort BER Bit Error Ratio BS Base Station BPSK Binary Phase Shift Keying CID Connection Identifier DS-CDMA Direct-Sequence Code Division Multiple Access ertPS Extended Real-Time Polling Service FDD Frequency division duplexing FFT Fast Fourier Tranform IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IFFT Inverse Fast Fourier Tranform LDPC Low-density parity-check LLC Logical Link Control LOS Line of Sight MAC Media Access Control MIMO Multi input multi output NLOS Non line of sight nrtPS Non-Real-Time Polling Service OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access OSI Open Systems Interconnection PDA Personal Digital Assistant PDU Protocol data unit PMP Point-to-multipoint QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of service QPSK Quadrature Phase Shift Keying rtPS Real-Time Polling Service SNR Signal-to-Noise Ratio SS Subscriber Station TDD Time division duplexing TDMA Time division multiple access UGS Unsolicited Grant Service WiFi Wireless Fidelity WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WMAN Wireless Metropolitan Area Network CHƯƠNG Giới thiệu chung WiMAX 1.1 Tổng quan WiMAX WiMAX tên thương mại chuẩn IEEE 802.16 Ban đầu chuẩn tổ chức IEEE đưa nhằm giải vấn đề kết nối cuối mạng không dây thị WMAN hoạt động tầm nhìn thẳng (Line of Sight) với khoảng cách từ 30 tới 50 km Nó thiết kế để thực đường trục lưu lượng cho nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây, kết nối điểm nóng WiFi, hộ gia đình doanh nghiệp….đảm bảo QoS cho dịch vụ thoại, video, hội nghị truyền hình thời gian thực dịch vụ khác với tốc độ hỗ trợ lên tới 280 Mbit/s trạm gốc Chuẩn IEEE 802.16-2004 hỗ trợ thêm hoạt động khơng tầm nhìn thẳng tần số hoạt động từ tới 11 GHz với kết nối dạng mesh (lưới) cho người dùng cố định khả chuyển Chuẩn IEEE 802.16e, giới thiệu vào ngày 28/2/2006 bổ sung thêm khả hỗ trợ người dùng di động hoạt động băng tần từ tới GHz với phạm vi phủ sóng từ - km Chuẩn hy vọng mang lại dịch vụ băng rộng thực cho người dùng thường xuyên di động với thiết bị laptop, PDA tích hợp cơng nghệ WiMAX 1.2 Đặc điểm bật cơng nghệ WiMAX WiMAX tiêu chuẩn hố IEEE 802.16 Hệ thống hệ thống đa truy cập khơng dây sử dụng cơng nghệ OFDMA có đặc điểm sau : - Khoảng cách trạm thu phát tới 50km - Tốc độ truyền thay đổi, tối đa 70Mbit/s - Hoạt động hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) đường truyền bị che khuất NLOS (Non line of sight) - Dải tần làm việc 2-11GHz từ 10-66GHz tiêu chuẩn hoá - Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường lên xuống Đường lên có tần số thấp đường xuống sử dụng công nghệ OFDM - WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp phương pháp sửa lỗi liệu 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 WiMAX từ 5MHz đến 20MHz chia thành nhiều băng Với cơng nghệ OFDMA, cho phép nhiều th bao truy cập đồng thời hay nhiều kênh cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu sử dụng băng tần - Cho phép sử dụng hai công nghệ TDD (time division duplexing) FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn hướng lên (uplink) hướng xuống (downlink) - Hệ thống WiMAX phân chia thành lớp : Các lớp tương đương với hai lớp mơ hình OSI tiêu chuẩn hố để giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp 1.3 Quá trình phát triển chuẩn WiMAX - 802.16a : Chuẩn sử dụng băng tần có quyền từ - 11 GHz Đây băng tần thu hút nhiều quan tâm tín hiệu truyền vượt chướng ngại đường truyền 802.16a cịn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà thiết bị cuối (terminal) liên lạc vớiBS thơng qua thiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ sóng 802.16a BS nới rộng - 802.16b: Chuẩn hoạt động băng tần từ – Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin ứng dụng video, thoại, real-time thông qua lớp dịch vụ khác (class of service) Chuẩn sau kết hợp vào chuẩn 802.16a - 802.16c : Chuẩn định nghĩa thêm profile cho dãi băng tần từ 1066GHz với mục đích cải tiến interoperability - 802.16d : Có số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802.16a Chuẩn chuẩn hóa 2004 Các thiết bị pre-WiMAX có thị trường dựa chuẩn 10 ... nên IEEE chọn làm công nghệ truy? ??n dẫn cho truy? ??n dẫn vô tuyến băng rộng chuẩn IEEE. 802. 16 Các kĩ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA chuẩn 802. 11b dễ bị ảnh hưởng nhiễu đa đường thời gian. .. 1.25 tới 1.5 tới 20 11 thơng (MHz) Bán kính cell 20 – km 7-10 km max 50 -7 km -7 km CHƯƠNG Chuẩn IEEE 802. 16 2.1 Lớp giao thức IEEE 802. 16 [6] [7] Chuẩn IEEE 802. 16 áp dụng mơ hình lớp OSI Mơ hình... 802. 16e dùng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA; sử -dụng kỹ thuật MIMO AAS để cải thiện vùng phủ suất; mã Turbo LDPC để tăng tính an tồn cải thiện hiệu NLOS Bảng :So sánh chuẩn 802. 16 802. 16 802. 16a