Mạng viễn thông không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ÐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG MẠNG VIỄN THÔNG KHÔNG DÂY NGUYỄN NHƯ HOÀN HÀ NỘI 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131477031000000 Mạng viễn thông không d©y MỞ ĐẦU Trong khoảng 30 năm cuối kỷ XX đến nay, hai số phát minh có vai trò đặc biệt ảnh hưởng đến mặt đời sống người, đem lại bùng nổ kỷ ngun thơng tin, là: Internet mạng truy cập không dây Internet cung cấp cho người phương thức lưu trữ, cập nhật, chia sẻ, trao đổi thông tin với ưu việt mà không hệ thống trước có Thơng qua khả chất lượng cung ứng dịch vụ ngày tăng, mạng Internet đưa người đến với văn minh số với trụ cột như: eLearning, eCommerce, eGoverment Kết hợp ưu điểm vượt trội Internet công nghệ không dây sẵn có nhằm cung cấp cho người sử dụng khả truyền thông nơi, thời điểm, không phụ thuộc vào công nghệ đặc thù với chất lượng cao bước tất yếu trình phát triển ngành công nghệ thông tin truyền thông Với ý nghĩa quan trọng luận văn tập trung vào việc giới thiệu mạng thông tin viễn thông không dây như: Thông tin vệ tinh, thông tin viba, hệ thống tin quảng bá, mạng thông tin cá nhân Đồng thời nêu lên số thực trạng mạng viễn thông không dây Việt Nam Do khuôn khổ thời gian thực luận văn kinh nghiệm thân nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận đóng góp q báu thầy cô, đồng nghiệp người quan tâm Qua cho phép gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô Khoa Điện tử- Viễn thông, Trung tâm Đào tạo sau đại học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt thầy Kiều Vĩnh Khánh, người nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu trường thời gian thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày thỏng nm 2006 Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội I Mạng viễn thông không dây mục lục M U I 20T 20 T môc lôc II 20T 20 T MỤC LỤC HÌNH VẼ IV 20T 20T MỤC LỤC BẢNG VI 20T 20T PHẦN I: CÁC MẠNG KHÔNG DÂY HƯ thèng th«ng tin vƯ tinh 1.1 Giíi thiƯu 1.2 Các đặc tính cđa th«ng tin vƯ tinh 1.3 Tần số thông tin vÖ tinh 1.4 Các ứng dụng thông tin vÖ tinh 1.5 C¸c hƯ thèng vƯ tinh 1.6 C¸c hƯ thèng VSAT 10 HƯ th«ng tin viba mặt đất 11 2.1 Giíi thiƯu 11 2.2 Phân loại 13 2.3 C¸c mạng viba mặt đất 13 Hệ quảng bá 17 3.1 Hệ thống phát số liÖu 17 3.2 Hệ thống truyền hình số liệu 21 Các mạng thông tin cá nhân (Personal Communication Networks) 34 4.1 Hệ thông tin di động 34 4.2 Hệ thống tin cá nhân thoại số liệu 39 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T PHẦN II: MỘT SỐ MẠNG THÔNG TIN CÁ NHÂN KHÔNG DÂY CHƯƠNG 1: DI ĐỘNG THẾ HỆ 1.1 Giíi thiƯu 43 1.2 Qui ho¹ch tần số cho mạng 45 1.3 Các ứng dụng líp dÞch vơ 3G 47 1.3.1 Các lớp dịch vụ 3G 48 2.3.2 C¸c øng dơng 3G 49 1.4 C¸c chuÈn 3G 50 1.4.1 cdma2000 50 1.4.2 WCDMA 53 1.4.3 CDMA TDD 56 1.4.4 UWC-136 57 1.4.5 FDMA/TDMA 59 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T CHƯƠNG 2: MẠNG VÙNG CỤC BỘ KHƠNG DÂY -WLAN 2.1 Giíi thiƯu 61 2.2 Các yêu cầu mạng LAN không dây 63 2.3 C¸c chuÈn 802.11 64 2.3.1 KiÕn tróc chung IEEE 802.11 65 2.3.2.Các mô hình mạng 66 20T 20T 20T 20T 20T Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội II Mạng viễn thông không dây 2.3.3 Líp vËt lý 67 2.3.4 Líp MAC 68 2.4 ChuÈn HIPERLAN type2 69 2.4.1 KiÕn tróc chung cđa HIPERLAN 69 2.4.2 Các mô hình mạng 71 2.4.3 Đặc tính hệ thống 72 2.4.4 Líp vËt lý 72 2.4.5 Líp MAC 73 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T CHƯƠNG 3: MẠNG VÙNG CÁ NHÂN KHƠNG DÂY -WPAN 3.1 Giíi thiÖu 75 3.2 C¸c øng dơng cña PAN 76 3.3 Nguyªn lý kiÕn tróc hƯ thèng 77 3.4 ChuÈn bluetooth 79 3.4.1 KiÕn tróc chung Bluetooth 79 3.4.2 Mô hình tham chiếu giao thức Bluetooth 81 3.5 B-PAN 82 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T CHƯƠNG 4: MẠNG VÙNG ĐÔ THỊ KHÔNG DÂY -WMAN 4.1 Giíi thiƯu 84 4.2 C¸c chuÈn 802.16 84 4.2.1 Giíi thiƯu c¸c chn 802.16 84 4.2.2 KiÕn tróc chung 88 4.2.3 Líp MAC 90 4.2.4 Líp vËt lý (PHY) 92 4.2.5 ChuÈn IEEE 802.16-2004 93 4.2.6 ChuÈn IEEE 802.16e 94 4.3 DiƠn ®àn WiMAX 95 4.4 Các băng tần WiMAX 96 4.5 Các giai đoạn phát triển WiMAX 100 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T PHẦN III: MẠNG VIỄN THƠNG KHƠNG DÂY VIỆT NAM HiƯn trạng viễn thông không dây Việt Nam 102 1.1 HƯ thèng th«ng tin vÖ tinh 102 1.2 Hệ thống phát truyền hình 103 1.3 Hệ thống thông tin di động 104 C¸c hƯ thèng ®ang triĨn khai 106 2.1 Chơng trình mua vệ tinh viƠn th«ng VINASAT 106 2.2 Ph¸t sè 108 2.3 T×nh h×nh triĨn khai WiMAX t¹i ViƯt Nam 108 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T 20T DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ANH -VIỆT 111 20T 20T DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VIỆT ANH 116 20T 20T TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 20T 20T Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội III Mạng viễn thông không dây MC LC HèNH V PHN I: CC MNG KHƠNG DÂY Hình I 1: Các quĩ đạo vệ tinh Hình I 2: Hệ thống vệ tinh VSAT 10 Hỡnh I 3: Mô hình hệ thống viba số tiªu biĨu 12 Hỡnh I 4: Sơ đồ khối thiết bị thu phát viba sè 12 Hỡnh I 5: Mô hình hệ thống vi ba ®iĨm nèi ®iĨm tiªu biĨu 14 Hỡnh I 6: Mô hình hệ thống vi ba điểm nối đa điểm tiêu biểu 16 Hỡnh I 7: Hệ thống DAB điển hình 20 Hình I 8: Hiệu sử dụng phổ kỹ thuật điều chế khác 30 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T PHẦN II: MỘT SỐ MẠNG THÔNG TIN CÁ NHÂN KHÔNG DÂY Chương 1: Điện thoại di động hệ thứ Hình II.1 1:Dải tần số cho IMT-2000 số vùng giới 45 Hỡnh II.1 2: Định nghĩa dịch vụ ứng dụng 48 Hình II.1 3: TÇng giao thøc cdma2000 52 Hỡnh II.1 4: Mô tả kiến trúc giao thức giao diƯn v« tun WCDMA 54 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T Chương 2: Mạng vùng cục khơng dây-WLAN Hình II.2 1: Lớp giao thức 66 Hình II.2 2: KiĨu m¹ng WLAN : Ad hoc hÖ thèng 66 Hình II.2 3: Chi tiÕt tÇng giao thøc 802.11 67 Hình II.2 4: Định dạng khung MAC 68 Hình II.2 5: Các chuẩn BRAN 69 Hỡnh II.2 6: Mô hình tham chiÕu giao thøc HIPERLAN 70 Hình II.2 7:Kiến trúc tập trung HIPERLAN-2 72 Hình II.2 8: CÊu t¹o khung MAC 74 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T Chương 3: Mạng vùng cá nhân khơng dây-WPAN Hình II.3 1:PAN đợc xem nh mạng 75 Hình II.3 2: VÞ trÝ cña PAN 76 Hỡnh II.3 3:Mạng PAN đứng riềng lỴ 77 Hỡnh II.3 4: Mô hình mạng PAN 78 Hình II.3 5: Mô hình kết nối với mạng bên ngoµi 78 Hình II.3 6: Các giải tần MBS 79 Hình II.3 7:C¸c kiĨu kết nối trạm 80 Hỡnh II.3 8: Mô hình tham chiÕu giao thøc Bluetooth 81 20TU 20TU U 20T U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T Chương 4: Mạng MAN khơng dây Hình II.4 1: KiÕn tróc WiMAX 85 Hình II.4 2: C¸c chn WiMAX 93 Hình II.4 3: Giải pháp truy cập không dây băng rộng cố định 94 Hỡnh II.4 4: Các đặc điểm chuẩn IEEE 802.16 95 Hỡnh II.4.5: Phân bố phổ ton cầu 99 Hình II.4 6:Phỉ tÇn WiMAX 100 Hình II.4.7: C¸c giai đoạn phát triển WiMAX 101 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU 20TU 20TU U20T U20T U20T Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội IV Mạng viễn thông không dây PHN III: MNG VIN THƠNG KHƠNG DÂY VIỆT NAM Hình III 1: Qui ho¹ch băng tần 821-960 MHz 105 Hỡnh III 2: Qui hoạch băng tần 1710 - 2200 MHz 105 20TU 20TU U20T U20T Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội V Mạng viễn thông không dây MC LC BNG PHN I: CC MNG KHễNG DY Bng I 1: Bảng tần số sử dụng th«ng tin vƯ tinh Bng I 2: Tóm tắt ứng dụng đặc điểm viba tần số 17Ghz 15 Bng I 3: Đặc tính hệ thống viba dải tần 2-12GHz dùng đờng SDH 15 Bng I 4: Một số đặc điểm hệ thống viba điểm-đa ®iÓm dïng kü thuËt TDMA 17 Bảng I 5: Th«ng sè cđa chn FCC vµ OIRT 23 Bảng I 6: Mét sè chn trun h×nh cđa FCC 23 Bảng I 7: So sánh số chuẩn truyền hình quảng b¸ 26 Bảng I 8: C¸c hƯ thèng HDTV theo CCIR 27 Bảng I 9: TËp hỵp đặt trng ATSC 28 Bảng I 10: Tèc ®é bÝt ®èi víi mét hƯ thèng DVB-T sư dơng kªnh 8MHz (Mbit/s) 30 Bng I 11: Đặc tính kỹ thuật ISDB-S 32 Bng I 12: Đặc tính kênh tần số vệ tinh Nhật sử dụng ISDB-S 32 Bng I 13: Đặc tính kỹ thuật ISDB-T đợc tãm t¾t nh sau: 33 Bảng I 14: Đặc tính kênh quảng bá số mặt đất sư dơng ISDB-T 34 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U 20T 20TU U20T 20TU U20T PHẦN II: MỘT SỐ MẠNG THÔNG TIN CÁ NHÂN KHÔNG DÂY CHƯƠNG 1: Điện thoại di động hệ thứ Bảng II.1.1Mét sè tham sè chÝnh cña cdma2000 53 Bảng II.1.2: Mét sè tham sè chÝnh cña chuÈn WCDMA 56 Bảng II.1.3: C¸c tham sè tham sè kü tht chÝnh cđa UTRA TDD 56 Bảng II.1.4: C¸c tham sè kü thuËt chÝnh cña UWC-136 58 Bảng II.1.5: Mét sè tham sè chÝnh cña chuÈn IMT-2000 FDMA/TDMA 59 20TU U20T 20TU U2 0T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T CHƯƠNG 2: Mạng vùng cục không dây-WLAN Bảng II.2.1: Mét số băng tần đợc đề xuất tốc độ liƯu cđa RLAN 61 Bảng II.2.2: Mét sè kỹ thuật điều chế đa truy cập ITU-R ®Ị xt 62 Bảng II.2.3: C¸c chn IEEE 802.11 mạng LAN không dây 62 Bảng II.2.4:C¸c chn IHIPERLAN cđa ETSI 62 Bng II.2.5: Các yêu cầu băng thông theo chuẩn IEEE P802.11/92-112 (9/1992) 64 Bng II.2.6: Đặc điểm kỹ thuật lớp vật lý 68 Bảng II.2.7: Một số đặc điểm hệ thống HIPERLAN à2 72 Bảng II.2.8: C¸c tham sè líp vËt lý 73 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T 20TU 20TU U20T U20T CHƯƠNG 3: Mng vựng cỏ nhõn khụng dõy WPAN Bng II.3.1:Đặc ®iĨm chÝnh cđa Bluetooth 80 Bng II.3.2: Các kỹ thuật khác c¸c øng dơng 83 20TU U20T 20TU U20T CHƯƠNG 4: Mạng vùng đô thị khơng dây-WMAN Bảng II.4 1: C¸c chn IEEE 802.16 87 Bảng II.4 2: Các đặc tính MAC 802.16 91 Bảng II.4 3: C¸c ®Ỉc tÝnh cđa PHY 802.16 92 20TU U20T 20TU U20T 20TU U20T PHẦN III: MẠNG VIỄN THÔNG KHÔNG DÂY VIỆT NAM Bảng III.1: Các nhà cung cấp dịch vụ, công nghệ băng tần phân bổ 104 Bng III.2: Thị phần nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động Việt Nam 106 Bng III.3: Các công nghệ triển khai nhà cung cấp di động Việt Nam 106 20TU U20T 20TU 20TU U20T U20T LuËn văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội VI Mạng viễn thông không dây PHN I: CC MNG KHễNG DY Mặc có lịch sử kỷ nhng thông tin không dây thực bùng nổ hệ thống thông tin vòng 15-20 năm lại Hiện lĩnh vực thông tin không dây l lĩnh vực phát triển nhanh công nghệ viễn thông Các hệ thống thông tin không dây nh mạng điện thoại tế bào, điện thoại không dây, thông tin vệ tinh, thông tin viba, nh mạng LAN không dây đợc sử dụng rộng rÃi trở thành phơng tiện thiếu đời sống ngày Thị trờng viễn thông ®ang cã sù chun hãa râ rƯt, sè lỵng ngêi dùng không dây tăng trởng nhanh vợt số lợng ngời dùng mạng có dây vài năm tới Các mạng không dây thực mang lại lợi ích việc giảm chi phí triển khai bảo dỡng mạng số trờng hợp Khái niệm liên quan đến việc triển khai, mạng không dây yêu cầu số lợng cáp mạng có dây không cần phải dây Lợi ích mạng không dây mô tả nh sau: Triển khai mạng trờng hợp khó dây Trong trờng hợp vị trí cáp phải chạy qua sông đại dơng Một ví dụ khác phải thực dây tòa nhà đợc sử dụng điều gây xáo trộn, ảnh hởng tới hoạt động công ty Trong trờng hợp cấm dây Ví dụ nh trờng hợp tòa nhà lịch sử đợc bảo tồn Trong trờng hợp triển khai tạm thời Mạng đợc sử dụng thời gian ngắn không thuận tiện cho việc dây Hệ thống thông tin vệ tinh 1.1 Giới thiệu Hệ thống thông tin vệ tinh đợc đề cập đến vào năm 1940 Arther Clarke Trong Clarke mô tả số vấn đề liên quan đến việc xây dựng mạng vệ tinh bao phủ xung quanh trái đất bao gồm vấn đề sử dụng tần số, công suất mạng cách đa vệ tinh lên quĩ đạo Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Mạng viễn thông không dây Cách mạng công nghệ vệ tinh không xảy thời gian ngắn nhng đà theo lộ trình phát triển định Trong chiến tranh giới thứ II chiến tranh lạnh đà phát triển từ công nghệ vô tuyến đo đạc từ xa, công nghệ tên lửa Nhng kỷ nguyên vệ tinh thực năm 1957 với việc phóng vệ tinh Sputnik Liên Xô Tuy nhiên khả thông tin Sputnik hạn chế Thế hệ vệ tinh thông tin thực AT&T Telstar đợc phóng NASA năm 1962 Vệ tinh có khả cung cấp thông tin chiều có khả chuyển tiếp 600 kênh thoại kênh truyền hình Telstar đợc cải tiến năm 1963 thành Telstar Từ kỷ nguyên Telstar tới nay, công nghiệp vệ tinh đà phát triển nhanh chóng cung cấp dịch vụ nh liệu, tìm kiếm, thoại, truyền hình số ứng dụng di động Tuy nhiên, vị trí vệ tinh hoàn cảnh thông tin đà có thay đổi vài thập kỹ qua Hiện tại, băng thông cao độ phủ sóng rộng rÃi hệ thống vệ tinh dẫn tới tơng lai thông tin gắn liền với vệ tinh Một số u điểm hệ thống thông tin vệ tinh là: - Tính linh động: Cung cấp ứng dụng yêu cầu tính linh động, nơi mà hệ thống cáp quang triển khai - Quảng bá: Các vệ tinh đa khả dễ dàng quảng bá tin tới lợng lớn trạm mặt đất Dễ dàng triển khai quảng bá mạng có dây - Các môi trờng khắc nghiệt: Vệ tinh cã thĨ cung cÊp vïng phđ sãng cho c¸c vïng khó khăn việc triển khai chi phí cao Ví dụ nh cung cấp dịch vụ điện thoại ë Indonesia - TriĨn khai nhanh: B»ng c¸ch sư dơng vệ tinh, mạng đợc triển khai nhanh chóng so với mạng dây, điều quan trọng điều kiện thảm họa ứng dụng quân 1.2 Các đặc tính thông tin vƯ tinh HƯ thèng th«ng tin vƯ tinh cã số đặc tính nh sau: - Vùng phủ sóng rộng: Do độ cao vệ tinh nên khả phủ sóng vệ tinh lớn bề mặt trái đất Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Mạng viễn thông không dây - Nhiễu: Cờng độ tín hiệu vô tuyến giảm khoảng cách từ trạm phát tới trạm thu tăng lên Do đó, khoảng cách trạm mặt đất ES vệ tinh lớn tín hiệu thu đợc yếu - Khả quảng bá: Nh đà nói vệ tinh vốn thiết bị quảng bá Điều có nghĩa phát tín hiệu lợng lớn trạm ES thu đợc - Trễ truyền dẫn lớn: Do có quĩ đạo vệ tinh cao nên thời gian yêu cầu cho việc truyền dẫn từ bên phát tới bên thu lớn so với phơng tiƯn trun dÉn kh¸c TrƠ trun sãng cã thĨ tõ 250ms đến 300ms - Bảo mật: Tất hệ thống thông tin không dây vấn đề bảo mật vấn đề thông tin vệ tinh - Chi phí truyền dẫn không phụ thuộc vào khoảng cách: Trong hệ thống vệ tinh, chi phí dịch vụ cố định không phụ thuộc vào khoảng cách 1.3 Tần số thông tin vệ tinh Việc phân bổ tần số cho dịch vụ vệ tinh trình xử lý phức tạp với yêu cầu qui hoạch phối hợp quốc tế đà đợc đa ITU Để thuận tiện cho việc qui hoạch tần số, giới đợc chia thành vùng nh sau: - Vùng 1: Châu âu Châu Phi, Các nớc Xô viết cũ Mongolia - Vùng 2: Gồm Nam Mỹ Bắc Mỹ, đảo Greenland - Vùng 3: Châu (ngoại từ nớc vùng 1), Australia Nam Thái Bình Dơng Với vùng khác dải tần đợc cấp phát cho dịch vụ vệ tinh thay đổi, dịch vụ đợc phân bổ dải tần khác vùng khác Một số dịch vụ đợc cung cấp vệ tinh nh sau: - Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS): Cung cấp liên kết cho mạng điện thoại cố định, truyền hình cáp - Dịch vụ vệ tinh quảng bá (BSS): Cung cấp dịch vụ nh quảng bá nh dịch vụ DBS (direct broadcast satellite), dịch vụ DTH (direct-to-home) Luận văn cao học ngành ĐTVT - Trờng Đại học Bách khoa Hµ Néi