Nghien cuu cong nghe khong day wimax 178679

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ KHƠNG DÂY WIMAX Lời nói đầu Một vài năm trở lại đây, công nghệ không dây đề cập đến nhiều coi giải pháp cho nhiều loại hình mạng Trong trình học tập trường đại học Bách khoa Hà Nội thực tập viện Công nghệ thông tin Quân đội, em tiếp xúc, đọc, tham khảo tài liệu công nghệ Một công nghệ không dây xuất có ưu điểm vượt trội so với cơng nghệ trước cơng nghệ Wimax Dù Wimax chưa triển khai, có hệ thống thử nghiệm hứa hẹn công nghệ cách mạng lĩnh vực không dây Dựa hợp chuẩn hai tổ chức chuẩn hóa lớn giới IEEE ETSI hậu thuẫn hàng loạt công ty lớn giới Intel, Alvarion… chắn tương lai không xa, Wimax trở nên phổ biến phạm vi toàn cầu Đối với Việt Nam, Wimax coi giải pháp tắt đón đầu hồn tồn phù hợp với hồn cảnh nước ta Để tìm hiểu trước cơng nghệ mẻ đầy tiềm năng, em thực đề tài “Nghiên cứu công nghệ không dây Wimax” Do thời gian có hạn, cơng nghệ Wimax lại công nghệ mới, phức tạp, kiến thức thân em nhiều hạn chế nên chắn đề tài tránh khỏi sai sót Mong thấy, cơ, bạn góp ý cho em để em có hiểu biết sâu, rộng công nghệ Đây đề tài thực thời gian dài thành lớn em trình học tập mái trường đại học Bách Khoa Hà Nội Ngoài cố gắng, nỗ lực thân, em động viên giúp đỡ nhiều người để hồn thành đề tài Em xin cảm ơn cô giáo PGS.TS Nguyễn Việt Hương, người tận tình hướng dẫn, định hướng, góp ý cho em nhiều điều vô quý báu trước trình em thực đề tài Em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông, thầy cô giáo trường đại học Bách Khoa Hà Nội truyền đạt cho em nhiều nhiều kiến thức, kinh nghiệm trình em học tập nghiên cứu trường NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX Xin cảm ơn anh, bạn nhóm Connek tạo điều kiện, cung cấp tài liệu, giải đáp, góp ý cho em đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến anh Trần Văn Tùng, Lê Ngọc Hồng (cơng ty ITC), bạn Hồng Ngọc Nam (công ty VDC) người bạn khác Xin chân thành cảm ơn tất người Hà Nội tháng 5-2005 Sinh viên Nguyễn Đức Tuân NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX MỤC LỤC Danh sách hình .VI Danh sách bảng VIII Bảng từ viết tắt IX Giải thích số thuật ngữ XIII CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Phạm vi đề tài CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG 2.1 Khái niệm công nghệ băng rộng 2.1.1 Nhu cầu công nghệ băng rộng .4 2.1.2 Lợi ích từ công nghệ truy nhập băng rộng 2.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng đáng lưu tâm .6 2.2 Công nghệ không dây băng rộng 2.2.1 Thế giới công nghệ không dây 2.2.2 Các hệ thống chuẩn cho mạng không dây băng rộng .11 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 16 3.1 Các hiệu ứng truyền thông không dây 16 3.1.1 Hiệu ứng suy hao đường truyền .16 3.1.2 Hiệu ứng fading 16 3.2 Các kĩ thuật điều chế .18 3.2.1 Điều chế BPSK/QPSK .18 3.2.2 Điều chế QAM 18 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX 3.3 Kĩ thuật OFDM .19 3.3.1 Khái niệm OFDM 19 3.3.2 Hệ thống OFDM 22 3.3.3 Lợi ích OFDM 24 3.3.4 Ứng dụng OFDM .24 3.4 Mã hóa kênh 25 3.5 Các kĩ thuật đa truy nhập 27 3.5.1 Kĩ thuật FDMA 27 3.5.2 Kĩ thuật TDMA 27 3.5.3 Kĩ thuật CDMA 28 3.5.4 Kĩ thuật OFDMA .28 3.6 Mã hóa bảo mật .29 3.6.1 Mã hóa đối xứng 29 3.6.2 Mã hóa khóa cơng cộng 33 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIMAX 35 4.1 Khái niệm công nghệ Wimax .35 4.2 Một số ứng dụng điển hình Wimax 37 4.3 Ưu điểm Wimax .37 4.4 Wimax Forum 38 CHƯƠNG 5: CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG WIMAX .40 5.1 Những băng tần sau sử dụng 802.16 40 5.2 Mơ hình tham chiếu .40 5.3 Lớp hội tụ CS 41 5.4 Lớp MCPS .44 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX 5.4.1 Đánh địa .46 5.4.2 Định dạng MAC PDU .47 5.4.3 Quá trình xây dựng MAC PDU 802.16 52 5.4.4 Cơ chế cấp phát yêu cầu băng thông 53 5.4.5 Quá trình thiết lập kết nối 54 5.4.6 Chất lượng dịch vụ 802.16 .56 5.5 Lớp bảo mật 802.16 59 5.5.1 Security Association .59 5.5.2 Giao thức quản lí khóa PKM 60 5.5.3 Mã hóa 64 5.6 Lớp vật lý 65 5.6.1 Tần số làm việc độ rộng kênh truyền 66 5.6.2 Duplexing đa truy nhập .66 5.6.3 OFDM Symbol 67 5.6.4 Sơ đồ khối trình truyền-nhận .68 5.6.5 Điều chế mã hóa thích ứng 72 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA WIMAX 76 6.1 Mơ hình kết nối tổng qt 76 6.2 Mơ hình ứng dụng Wimax 79 6.2.1 Mơ hình ứng dụng cho mạng truy nhập 79 6.2.3 Mơ hình kết hợp với WiFi 81 KẾT LUẬN .83 PHỤ LỤC 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ KHƠNG DÂY WIMAX DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1-1: Ví dụ liên kết mạng Hình 2-1: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây 12 Hình 2-2: Quan hệ 802 OSI .13 Hình 2-3: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây IEEE 14 Hình 3-1: Hiện tượng đa đường truyền sóng vơ tuyến .17 Hình 3-2: Điều chế BPSK 18 Hình 3-3: Điều chế QPSK 18 Hình 3-4: Điều chế QAM .19 Hình 3-5: So sánh FDM OFDM 20 Hình 3-6: Nguyên lý tạo kí hiệu OFDM .21 Hình 3-7: Phổ lượng OFDM 22 Hình 3-8: Dải bảo vệ kí hiệu .22 Hình 3-9: Sơ đồ thu phát hệ thống OFDM 23 Hình 3-10: Mã hóa kênh hệ thống truyền dẫn số .25 Hình 3-11: Mã khối 26 Hình 3-12: Mã xoắn .26 Hình 3-13: Đa truy nhập theo tần số 27 Hình 3-14: Đa truy nhập theo thời gian .28 Hình 3-15: Các thành phần mã hóa 29 Hình 3-16: Mã hóa DES .31 Hình 3-17: Mã hóa với IV 32 Hình 3-18: Mã hóa FM .32 Hình 3-19: Mã hóa cơng cộng 33 Hình 5-1: Mơ hình tham chiếu 802.16 41 Hình 5-2: Cấu trúc ATM-CS PDU chế độ chuyển mạch đường 43 Hình 5-3: Cấu trúc khung ATM-CS PDU chế độ chuyển mạch kênh 43 Hình 5-4: Quá trình phân loại MAC SDU 44 Hình 5-5: Các kiến trúc 802.16 45 Hình 5-6: Các SDU, PDU qua lớp .48 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHƠNG DÂY WIMAX Hình 5-7: Cấu trúc MAC PDU 48 Hình 5-8: Cấu trúc tiêu đề MAC PDU dạng thơng thường 49 Hình 5-9: Cấu trúc tiêu đề MAC PDU dạng yêu cầu băng thông 52 Hình 5-10: Quá trình thiết lập kết nối 55 Hình 5-11: Mối quan hệ thực thể QoS 57 Hình 5-12: Quá trình cấp phép trao đổi khóa AK 63 Hình 5-13: Q trình trao đổi khóa TEK .63 Hình 5-14: Mối quan hệ tải trước mã hóa sau mã hóa 64 Hình 5-15: Q trình mã hóa .65 Hình 5-16: Cấu trúc symbol miền thời gian .67 Hình 5-17: Cấu trúc symbol miền tần số 68 Hình 5-18: Quá trình truyền-nhận 68 Hình 5-19: Quá trình xen kẽ 70 Hình 5-20:Điều chế mã hóa thích ứng 73 Hình 5-21: Cấu trúc khung WMAN-OFDM PHY với trường hợp TDD 74 Hình 5-22:Cấu trúc khung WMAN-OFDM PHY với trường hợp TDD .74 Hình 6-1: Mơ hình Wimax BS 76 Hình 6-2: Trung tâm quản lí 79 Hình 6-3: Mơ hình ứng dụng cho mạng truy nhập .80 Hình 6-4: Mơ hình ứng dụng cho mạng backhaul .81 Hình 6-5: Mơ hình kết hợp Wimax WiFi 82 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 5.1: Ý nghĩa trường tiêu đề MAC PDU .50 Bảng 5.2: Ý nghĩa bit trường Type 51 Bảng 5.3: Các mơ hình mã hóa 69 Bảng 5.4: Các mơ hình xen kẽ 71 Bảng 5.5: Thông số điều chế OFDM Wimax 71 Bảng 5.6: Tổng kết Wimax 82 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHƠNG DÂY WIMAX BẢNG TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Từ viết tắt AK Authorization Key ATM Asynchronous Transfer Mode BE Best Effort BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CATV Cable Television CDMA Code Division Multiple Access CID Connection Identifier CP Cyclic Prefix CRC Cyclic Redundancy Check CS Service-Specific Convergence Sublayer CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance DCD Downlink Channel Descriptor DES Data Encryption Standard DL-MAP Download Map DSL Digital Subcriber Line ETSI European Telecommunications Standards Institute FDD Frequency Division Duplexing FDM Frequency Division Multiplexing FDMA Frequency Division Multiple Access NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform FM Feedback Mode GPC Grant Per Connection GPSS Grant Per Subcriber Station IEEE Institue of Electrical and Electronic Engineers IFFT Inverse Fast Fourier Transform ISI Intersymbol Interference ISM Industrial-Scientific- Medical IV Initialization Vector KEK Key Encryption Key LMDS Local Multipoint Distribution Service LOS Line-Of-Sight MAN Metro Area Network MCPS MAC Common Part Sublayer NLOS None Line-Of-Sight NNI Network-to-Network Interface nrtPS Non-real-time Polling Service OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access OSI Open Systems Interconnection PAN Personal Area Network PDU Protocol Data Unit