công nghệ wimax và ứng dụng tại thành phố thái nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN NGUYỄN XUÂN THÔNG Thái Nguyên 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 605270 Học viên: Nguyễn Xuân Thông Ngƣời HD khoa học: PGS.TS.Nguyễn Văn Khang Thái Nguyên, 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Nguyễn Xuân Thông Lớp: Cao học - K11 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Khang Ngày giao đề tài: 10 tháng 10 năm 2010. Ngày hoàn thành: 10 tháng 10 năm 2010. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Khang HỌC VIÊN Nguyễn Xuân Thông BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi, luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trƣớc đó. Thái Nguyên, ngày 22 tháng 11năm 2011 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Thông Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và tôi đặc biệt muốn cảm ơn: Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Văn Khang - Viện trƣởng viện điện tử viễn thông thuộc đại học Bách khoa Hà Nội Đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Vì đề tài liên quan tới nhiều lĩnh vực mới với kiến thức rất rộng, bản thân tôi phải tham khảo rất nhiều tài liệu và các bài báo quốc tế. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của các bạn bè, đồng nghiệp. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Thông Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn iv MỤC LỤC THUYẾT MINH i LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ix CHƢƠNG I: TỔNG QUAN - 1 - 1.1 Đặt vấn đề - 1 - 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - 1 - 1.3 Nội dung chính - 1 - 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu: - 2 - CHƢƠNG II. CƠ SỞ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG WIMAX - 3 - 2.1 Tổng quan về WiMAX - 3 - 2.1.1 Diễn đàn WiMAX - 3 - 2.1.2 Các đặc điểm của WiMAX - 3 - 2.1.3 Chuẩn IEEE 802.16 - 4 - 2.1.4 Các định dạng của diễn dàn WiMAX - 10 - 2.1.5 Các mô hình ứng dụng - 12 - 2.1.6 So sánh WiMAX 802.16-2004 và 802.16e - 15 - 2.1.7 Băng tần cho WiMAX - 18 - 2.2 CÁC KỸ THUẬT ĐƢỢC ỨNG DỤNG TRONG WIMAX - 21 - 2.2.1. Giới thiệu - 21 - 2.2.2. Kỹ thuật OFDM - 21 - 2.2.3 Kỹ thuât OFDMA - 26 - 2.2.4 Điều chế - 31 - 2.2.5 Công nghệ sửa lỗi - 33 - 2.2.6 Điều khiển công suất - 33 - 2.2.7 Các công nghệ anten tiên tiến - 33 - 2.3 Kết luận - 36 - CHƢƠNG III: CÔNG NGHỆ WIMAX - 37 - 3.1. Mô hình tham chiếu - 37 - 3.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trƣờng (MAC) - 38 - 3.2.1. Kết nối và địa chỉ - 39 - 3.2.2. Lớp con hội tụ MAC - 40 - 3.2.3 Lớp con phần chung MAC - 41 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn v 3.2.4. Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông - 45 - 3.2.5. Cơ chế lập lịch dịch vụ và chất lƣợng dịch vụ (QoS) - 46 - 3.2.6. Lớp con bảo mật - 47 - 3.3. Lớp vật lý - 47 - 3.4 Cấu hình mạng - 49 - 3.4.1 Cấu hình điểm-đa điểm PMP - 49 - 3.4.2 Cấu hình mắt lƣới MESH - 49 - 3.5 Kiến trúc mạng WIMAX - 51 - 3.5.1 Kiến trúc mạng - 51 - 3.5.2 Quá trình vào mạng - 54 - 3.6 Một số nguyên lí cơ bản trong triển khai mạng WiMAX - 56 - 3.7 Kết luận - 57 - CHƢƠNG IV - 58 - GIẢI PHÁP MẠNG WIMAX CHO THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN - 58 - 4.1 Khảo sát thực tế và yêu cầu - 58 - 4.1.1 Đặc điểm tự nhiên - 58 - 4.1.2 Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Thái nguyên - 59 - 4.1.3 Các khả năng triển khai công nghệ mạng WiMAX - 60 - 4.2 Thiết kế mạng Wimax di động cho thành phố Thái Nguyên - 67 - 4.2.1 Lựa chọn băng tần - 67 - 4.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến và dung lƣợng - 68 - 4.2.3 Tính toán vùng phủ sóng và dung lƣợng - 74 - 4.2.4 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến - 78 - 4.2.5 Quy hoạch mạng truyền dẫn vô tuyến WiMAX - 79 - 4.2.6 Quy hoạch mạng lõi - 80 - 4.2.7 Triển khai mạng WiMAX trên mạng hiện tại - 81 - 4.2.8 Nhiễu kênh lân cận giữa các nhà khai thác. - 82 - 4.3 Lựa chọn thiết bị - 84 - 4.3.1 Mô tả ULAP Wi4 của Motorola - 84 - 4.3.2 Cấu hình một số dịch vụ - 92 - 4.4 Kết luận - 96 - PHẦN KẾT LUẬN - 97 - TÀI LIỆU THAM KHẢO - 98 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 : Các chuẩn của IEEE 802.16 - 5 - Hình 2.2: Mô hình mạng Mesh trong WiMAX - 8 - Hình 2.3 :Mô hình ứng dụng WiMAX cố định - 13 - Hình 2.4: Mô hình ứng dụng WiMAX di động - 14 - Hình 2.5. So sánh giữa FDM và OFDM - 22 - Hình 2.6. Sơ đồ khối hệ thống OFDM - 23 - Hình 2.7. Khái niệm về chuỗi bảo vệ - 24 - Hình 2.8. ISI và cyclic prefix - 25 - Hình 2.9. Tách chuỗi bảo vệ - 25 - Hình 2.10. ODFM và OFDMA - 27 - Hình 2.11 Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA - 28 - Hình 2.12. Biểu đồ tần số thời gian với 3 ngƣời dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 bƣớc nhảy với 4 khe thời gian - 29 - Hình 2.13. 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau - 29 - Hình 2.14. Tổng quan hệ thống sử dụng OFDM - 30 - Hình 2.15. Mẫu tín hiệu dẫn đƣờng trong OFDMA - 31 - Hình 2.16 Điều chế thích ứng - 31 - Hình 2.17. MISO - 34 - Hình 2.18. MIMO - 35 - Hình 2.19. Beam Shaping - 35 - Hình 2.20. AAS đƣờng xuống - 36 - Hình 3.1. Mô hình tham chiếu - 37 - Hình 3. 2 Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 - 38 - Hình 3.3. Luồng dữ liệu qua các lớp - 38 - Hình 3.4. Định dạng MAC PDU - 42 - Hình 3.5. Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung - 42 - Hình 3.6. Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông - 44 - Hình 3.7 Cấu hình PMP - 49 - Hình 3.8 Cấu hình mesh - 50 - Hình 3.9 Mô hình truyền thông của WiMAX - 51 - Hình 3.11 Các thực thể và nhóm chức năng trong mạng - 53 - Hình 3.12 Quá trình vào mạng - 56 - Hình 4.1 Bản đồ hành phố Thái nguyên - 59 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn vii Hình 4.2. Cellular Backhaul. - 61 - Hình 4.3 WSP Backhaul - 61 - Hình 4.4 Mạng ngân hàng - 62 - Hình 4.5 Mạng giáo dục - 63 - Hình 4.6 Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng - 63 - Hình 4.7 Kết nối nhiều khu vực - 64 - Hình 4.8 Các công trình xây dựng - 64 - Hình 4.9 Các khu vực công cộng - 65 - Hình 4.10 Mạng truy nhập WSP - 66 - Hình 4.11 Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh - 67 - Hình 4.12. Các vệt phủ của cell cho các dịch vụ khác nhau - 68 - Hình 4.13: Triển khai mạng truy cập WiMAX - 82 - Hình 4.14: Nhiễu kênh lân cận đƣờng lên từ MS ô Macro đến BS ô Micro - 83 - Hình 4.16: Cấu hình cell điển hình (4 sector) - 85 - Hình 4.17: Module thuê bao ngoài trời - 86 - Hình 4.18 : Cấu hình đa sector của ULAP - 87 - Hình 4.19 Dịch vụ truyền file FTP - 93 - Hình 4.20 Dịch vụ duyệt Web internet - 94 - Hình 4.21 Dịch vụ VOIP PC-to-PC - 95 - Hình 4.22: Dịch vụ VOIP với VOIP server và Voice Gateway (TNPT) - 95 - Hình 4.23 Dịch vụ Game trực tuyến - 96 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: So sánh các chuẩn 802.16 - 8 - Bảng 2.2: các định dạng đã chứng nhận của điễn đàn WiMAX - 11 - Bảng 2.3 Thông số điều chế OFDM - 32 - Bảng 3.1. Các trƣờng tiêu đề MAC chung - 42 - Bảng 3.2. Các trƣờng tiêu đề MAC yêu cầu dải thông - 44 - Bảng 3.3. Đặc tả vật lý chuẩn IEEE 802.16 - 48 - Bảng 4.1: Tính toán quỹ đƣờng lên cho dịch vụ tiếng 128kbps - 72 - Bảng 4.2: Tính toán quỹ đƣờng xuống cho dịch vụ số liệu 2048kbps - 73 - Bảng 4. 3: Quan hệ giữa diện tích cell và bán kính - 75 - Bảng 4.4: Nhu cầu trung bình giờ cao điểm của ngƣời sử dụng - 76 - Bảng 4.5: Kết quả quy hoạch dung lƣợng - 77 - Bảng 4.6: Tổng hợp những đặc tính kỹ thuật chính của ULAP - 88 - Bảng 4.7: Đặc tính kỹ thuật vô tuyến của ULAP - 89 - Bảng 4.8: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao - 90 - Bảng 4.9: Đặc tính kỹ thuật anten của ULAP - 91 - [...]... tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang đƣợc tiêu chuẩn hoá Trong WiMAX hƣớng truyền tin đƣợc chia thành hai đƣờng lên và xuống Đƣờng lên có tần số thấp hơn đƣờng xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phƣơng... khai mạng WiMAX vào thực tế Chƣơng 4 của luận văn tập trung nghiên cứu và xây dựng mạng Wimax ứng dụng cho thành phố Thái Nguyên -1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Bố cục của luận văn gồm 4 chƣơng: Chƣơng I: Trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chƣơng II: Trình bày các kiến thức tổng quan về mạng truy nhập Wimax, cơ... http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên 2.1.5 Các mô hình ứng dụng WiMAX đƣợc đề xuất 2 mô hình ứng dụng là cố định và di động a Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004 Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao Anten... định Việc cấp chứng chỉ dự kiến sẽ đƣợc bắt đầu vào giữa năm 2006, khi khai trƣơng các phòng thí nghiệm chứng nhận WiMAX di động, với các sản phẩm đƣợc cấp chứng chỉ đầu tiên đã có mặt năm 2007 Điểm khác nhau giữa IEEE 802.16 và công nghệ WiMAX -9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Mục tiêu chính của Diễn đàn WiMAX là tạo... rộng Wimax Tính toán vùng phủ, đƣa ra phƣơng án quy hoạch hệ thống mạng truy nhập băng rộng Wimax cho thành phố Thái Nguyên -2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên CHƢƠNG II CƠ SỞ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG WIMAX 2.1 Tổng quan về WiMAX WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là hệ thống truy nhập vi ba có tính... các địa phƣơng nhƣ nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đƣa mạng cáp hữu tuyến đến đó b Mô hình ứng dụng WiMAX di động - 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Hình 2.4: Mô hình ứng dụng WiMAX di động Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e đƣợc thông qua trong năm 2005.Tiêu chuẩn... sử dụng cho các hệ thống thông tin di động thế hệ mới, không triển khai thêm các thiết bị khác trong băng tần này Vì vậy, có thể hiểu công nghệ WiMAX di động cũng là một đối tƣợng của quy định này, nhƣng băng tần này sẽ đƣợc sử dụng cho loại hình công nghệ cụ thể nào vẫn còn để mở - 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên. .. số, nên chƣa thấy có khả năng có băng tần để cấp cho WBA /WiMAX ở đây - 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên 2.2 CÁC KỸ THUẬT ĐƢỢC ỨNG DỤNG TRONG WIMAX 2.2.1 Giới thiệu Với kiến trúc mở, linh hoạt, dung lƣợng lớn và chi phí triển khai thấp đã làm cho WiMAX trở thành một giải pháp hàng đầu cho các dịch vụ vô tuyến băng... ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên 512, 1024 hay lớn nhất là 2048 Số sóng mang con này đựoc chia thành các kênh con với số lƣợng kênh con lớn nhất là 32 - Mobile WiMAX sử dụng phƣơng pháp điều chế và mã hóa thích ứng, hỗ trợ các kiểu điều chế QPSK, 16 QAM, 64 QAM Phƣơng pháp mã hóa sửa lỗi dùng mã xoắn CC (Convolutional Code) và mã CTC (Convolutional Turbo... Trung Quốc và Việt Nam đang xem xét phân bổ chính thức Do Ấn Độ và Trung Quốc là hai thị trƣờng lớn, nên dù chƣa có nhiều nƣớc cấp băng tần này cho WBA, nhƣng thiết bị WiMAX cũng đã đƣợc sản xuất - 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Chuẩn WiMAX áp dụng ở băng tần này tƣơng tự nhƣ với băng 3.5GHz, đó là WiMAX cố định, . của luận văn tập trung nghiên cứu và xây dựng mạng Wimax ứng dụng cho thành phố Thái Nguyên. Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN. Thái Nguyên 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN . hệ thống mạng truy nhập băng rộng Wimax cho thành phố Thái Nguyên Công nghệ Wimax và ứng dụng tại thành phố Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm