công nghệ wimax và khả năng phủ sóng trên địa bàn tỉnh hà tĩnh

1 LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập và rèn luyện tại khoa Điện Tử- Viễn Thông, trường đại học Khoa Học, Đại Học Huế tôi đã hoàn thành đồ án này. Trước hết cho tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới  , người đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian tôi làm đồ án. Và xin được cảm ơn các thầy cô giáo, các anh/chị và các bạn trong khoaĐiện tử viễn thông đã tạo điều kiện giúp đỡ và cho tôi những lời khuyên vô cùng quý báu. Tôi xin chân thành cảm ơn. Huế, tháng 5 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Xuân Đức  2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong đồ án là do tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của . Các số liệu kết quả nêu trong đồ án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Huế, tháng 5 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Xuân Đức  3 MỤC LỤC  4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BS : Base Station - Trạm gốc DSL : Digital Subcriber Line - Các Kênh thuê bao số FDD : Frequency Division Duplex - Ghép kênh phân chia theo tần số FDM : Frequency Division multiplexing - Đa truy cập phân chia tần số IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers - Học Viện của các Kỹ Sư Điện và Điện Tử LOS : Line of Sight- Tầm nhìn thẳng MAC : Media Access Control - Điều khiển truy nhập MAN : Metropolitan Area Network - Mạng đô thị MS : Mobile Station - Trạm di động NLOS : No - Line of Sight - Không tầm nhìn thẳng OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập ghép kênh chia tần số trực giao WLAN : Wireless Local Area Network - Mạng cục bộ không dây WCDM : Wideband Code Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã băng thông rộng TDM : Time Division Multiplexing - Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA : Time Division Multiplexing Access - Đa truy cập phân chia theo thời gian WiMAX : Worldwide Interoperability for Microwave Access QAM : Quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ trực giao QoS : Quality of Service - Chất lượng dịch vụ QPSK : Quadature Phase Shift Keying - điều chế pha trực giao SLA : Service-Level Agreement - Thỏa thuận mức dịch vụ SNR : Signal-to-Noise Ratio - Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu VLAN : Virtural local area networks - Mạng cục bộ riêng ảo  5 DANH MỤC HÌNH VẼ  6 DANH MỤC BẢNG  7 LỜI MỞ ĐẦU Trong bối cảnh sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ truyền thông vô tuyến băng rộng qua khoảng cách xa, nhiều công nghệ nổi lên như để chứng tỏ tiềm năng và tính khả thi của mình như công nghệ DSL, ADSL, WiFi. Nhưng cho tới nay tất cả những công nghệ này tuy hiện nay rất phổ biến nhưng dường như vẫn không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người dùng về mặt tốc độ, khả năng phủ sóng… WiMAX với những đặc tính vượt trội đã chứng tỏ mình là một giải pháp tích cực có thể giải quyết các vấn đề đa truy nhập về khoảng cách phủ sóng, tốc độ đường truyền, đồng thời thu hút được sự tham gia hợp tác của các tập đoàn điện tử lớn trong việc sản xuất thúc đẩy sự hoàn thiện của công nghệ mới này. Đề tài đồ án tốt nghiệp với tiêu đề: “Công nghệ Wimax và khả năng phủ sóng trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh” được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về công nghệ WiMAX đồng thời nghiên cứu khả năng phủ sóng của công nghệ mới này trong điều kiện thực tế ở Việt Nam (cụ thể là tỉnh Hà Tĩnh) và đưa ra giải pháp nhằm kết nối Internet tại các vùng trong nước bằng cách kết hợp công nghệ WiMAX với cơ sở hạ tầng của truyền hình sẵn có ở tần số không có sóng truyền hình để giảm thiểu chi phí lắp đặt ban đầu cũng như chi phí bảo dưỡng hệ thống trong quá trình khai thác. Đề tài sẽ sử dụng phần mềm Wireless InSite để mô phỏng vùng phủ sóng WiMAX trên băng tần 700MHz và 2.5Ghz tại tỉnh. Hà Tĩnh, một tỉnh có địa hình, dân số và kiến trúc cơ sở hạ tầng khá giống với nhiều tỉnh thành của Việt Nam và khu vực Đông Dương, do đó mà nó có tính điển hình rất cao. Từ đó đưa ra giải pháp triển thực tế tại Việt Nam. Đồ án bao gồm các chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ WiMAX. Chương 2: Hệ thống thông tin vô tuyến và các mô hình truyền sóng ngoài trời. Chương 3: Khả năng phủ sóng tại tỉnh Hà Tĩnh và mô phỏng vùng phủ sóng WiMAX di động bằng phần mềm Wireless Insite.  8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX 1.1 Tổng quan về công nghệ WiMAX 1.1.1 Khái niệm WiMAX [7] WiMAX là một mạng không dây băng thông rộng viết tắt là Worldwide Interoperability for Microwave Access. WiMAX được thiết kế dựa vào tiêu chuẩn IEEE 802.16. WiMAX đã giải quyết tốt những vấn đề khó khăn trong việc quản lý đầu cuối. WiMAX sử dụng kỹ thuật sóng vô tuyến để kết nối các máy tính trong mạng internet thay vì dùng dây để kết nối như DSL hay cáp moden. WiMAX như một tổng đài trong vùng lân cận hợp lý đến một trạm chủ mà nó yêu cầu thiết lập một đường dữ liệu đến internet. Người sử dụng trong phạm vi từ 3 đến 5 dặm so với trạm chủ sẽ được thiết lập một đường dẫn công nghệ NLOS (No-Line Of Sight) với tốc độ truyền dữ liệu rất cao là 75Mbps. Còn nếu người sử dụng trong phạm vi lớn hơn 30 dặm so với trạm chủ thì sẽ có anten sử dụng công nghệ LOS (Line Of Sight) với tốc độ truyền dữ liệu gần bằng 280Mbps. WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo ra khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây di động, phạm vi phủ sóng được mở rộng. Hình 1.1 Mô hình một hệ thống mạng WiMAX 1.1.2 Chuẩn IEEE 802.16 [5] [6] Chuẩn IEEE 802.16 được hình thành từ năm 1998 dành cho những ứng dụng của wireless băng rộng. Ban đầu nó tập trung vào phát triển cho việc truyền điểm - đa điểm cho đường truyền theo tầm nhìn thẳng LOS (Line Of Sight) của những hệ thống không dây băng rộng. Đến năm 2004, một phiên bản sửa đổi được ra đời gọi là IEEE 802.16-2004 tạo nền tảng cơ bản cho giải pháp  9 WiMAX. Những giải pháp WiMAX đầu tiên này được đưa ra dành cho những ứng dụng cố định, được gọi là WiMAX cố định. Vào tháng 12 năm 2005, nhóm IEEE hoàn thành và phê chuẩn cho IEEE 802.16e-2005, một sự bổ sung cho chuẩn IEEE 802.16-2004 để nó có thể hỗ trợ những ứng dụng di động, thường được gọi là WiMAX di động. Theo mô tả của IEEE 802.16, WiMAX có phạm vi phủ sóng đạt tới hơn 50km và sẽ hoạt động ở dải tần từ 2GHz đến 11GHz, kết hợp được với nhiều dạng Anten như Parabol, Panel, Yagi, Ommi Với dải tần số hoạt động này, WiMAX cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng NLOS (No- Line of Sight), tránh được tác động của các vật cản trên đường truyền như cây cối, nhà cửa Đây là một giải pháp lý tưởng cho việc truyền dữ liệu, hình ảnh, điện thoại IP. Thiết bị WiMAX phải được thiết kế có thể hoạt động tốt trong các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm của môi trường và sức gió Với băng tần như trên, dữ liệu truyền đi của WiMAX có thể đạt tới tốc độ 70Mbps, độ bảo mật cao và ổn định tuyệt đối. Bảng 1.1 bên dưới mô tả cụ thể hơn chuẩn IEEE 802.16.  10 Bảng 1.1 Các chuẩn IEEE 802.16 802.16 802.16- 2004 802.16e- 2005 Tình trạng Hoàn thiện vào Tháng 12/2001 Hoàn thiện vào tháng 6/2004 Hoàn thiện vào tháng 12/2005 Dải tần 10- 66GHz 2- 11GHz 2- 11GHz cố định, 2- 6GHz cho di động Ứng dụng Cố định, tầm nhìn thẳng (LOS) Cố định, không nhìn thẳng (NLOS) Cố định và di động, không nhìn thẳng (NLOS) Cấu trúc lớp MAC Điểm-điểm,điểm - đa điểm, mạng lưới Điểm-điểm,điểm - đa điểm, mạng lưới Điểm-điểm,điểm - đa điểm, mạng lưới Mô hình truyền sóng Đơn sóng mang Đơn sóng mang, 256 OFDM, 2048 OFDM Đơn sóng mang, 256 OFDM hoặc S-OFDM với 128, 512, 1024, 2048 sóng mang con. Điều chế QPSK,16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM Tốc độ 32-134.4 Mbps 1-75 Mbps 1-75 Mbps Ghép kênh Khối TDM/TDMA Khối TDM/TDMA/OFDMA Khối TDM/TDMA/OFDMA Song kênh TDD và FDD TDD và FDD TDD và FDD Độ rộng truyền kênh (MHz) 20, 25, 28 1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10, 15, 8.75 1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10, 15, 8.75,20 Giao diện không gian WirelessMAN-SC WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN- OFDMA WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN- OFDMA  [...]... triển khai, ưu nhược điểm và tình hình phát triển của WiMAX ở trên thế giới và Việt Nam Để từ đó chúng ta có thể đi sâu vào nghiên cứu khả năng phủ sóng trong điều kiện thực tế Trước khi đi vào chi tiết về phần mềm và chương trình mô phỏng Tôi xin giới thiệu tổng quát về hệ thống vô tuyến, các mô hình phủ sóng outdoor và những ảnh hưởng của môi trường tới khả năng truyền sóng tromg môi trường outdoor... đưa WiMAX lên ngang tầm với những kỹ thuật kết nối vô tuyến hàng đầu hiện nay trong bộ chuẩn IMT-2000 gồm có GSM, CDMA và UMTS Điều này đảm bảo cho các nhà khai thác và quản lý trên toàn thế giới yên tâm đầu tư vào băng rộng di động thực sự dùng WiMAX • Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam VNPT triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai vào tháng 10/2006 và đã nghiệm thu thành công. .. khoảng cách của nó đến trạm gốc, với NLOS, tùy thuộc nhiều vào độ hở và vật cản • Các công nghệ Anten tiên tiến Công nghệ anten có thể dùng để cải thiện truyền dẫn theo hai cách - sử dụng công nghệ phân tập và sử dụng các hệ thống anten và các công nghệ chuyển mạch tiên tiến Các công nghệ này có thể cải thiện tính co dãn và tỉ số tín hiệu trên tạp âm nhưng không bảo đảm phát dẫn sẽ không bị ảnh hưởng... QPSK) Các hệ thống WiMAX có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và MS không bị cản trở Mở rộng phạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công cộng (hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone) - cùng công nghệ thì có thể sử dụng ở nhà và di chuyển Ở những điều kiện tốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50 km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình là... đường (multi - path) trong các môi trường NLOS Các hệ thống Wimax di động cung cấp khả năng mở rộng về cả công nghệ truy nhập vô tuyến và kiến trúc mạng, do đó cung cấp khả năng linh động cao trong các lựa chọn phát triển mạng và cung cấp dịch vụ SVTH: Nguyễn Xuân Đức 27 Hình 1.13 Mô hình ứng dụng Wimax di động 1.1.7 Ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX Mục tiêu của tổ chức IEEE khi phát triển tiêu chuẩn... triển khai có dây, như thời gian và công sức • Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà không đòi hỏi tầm nhìn thẳng giữa BS và MS Khả năng này của nó giúp các sản phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS • Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồm BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao và hoạt động với điều chế mức... mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng Chuẩn WiMAX được phát triển mang lại một phạm vi rộng các ứng dụng Wimax di động là giải pháp không dây băng rộng cho phép phủ sóng mạng băng rộng di động và cố định nhờ công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng với kiến trúc mạng linh hoạt Giao diện Wimax di động sử dụng công nghệ OFDMA để cải thiện hiệu suất đa... thành phần và dịch vụ mới - Một nhà sản xuất có thể tập trung vào một lĩnh vực (chẳng hạn trạm gốc hay CPE) mà không cần thực hiện đầy đủ giải pháp từ đầu cuối đến đầu cuối • Đối với nhà cung cấp dịch vụ: - Trên cơ sở nền tảng chung cho phép nhà cung cấp dịch vụ giảm giá thành, tăng khả năng cạnh tranh cũng như khuyến khích sự đổi mới - Khả năng giảm các chi phí và mức đầu tư cho phép nhà khai thác... không dây hiện tại và trong tương lai Hỗ trợ đồng thời được cả 3 loại hình kết nối P2P và PMP và Mesh Điểm đặc biệt của công nghệ Wimax là không phụ thuộc vào vấn đề LOS Đây là một ưu điểm vượt trội lớn so với công nghệ WiFi trước đây Điều này có nghĩa là nó vừa có thể giao tiếp với nhau, vừa có thể cung cấp các dịch vụ cho đầu cuối Khả năng tương thích với nhiều loại đầu cuối của Wimax BS Cho phép... thời trên cả hai hướng 1.1.6Mô hình triển khai mạng Wimax • Mô hình triển khai tổng quát Mô hình tổ chức tổng của hệ thống wimax bao gồm các thành phần sau: Trạm gốc- wimax BS(base station): Giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn, là nơi tiếp nhận các kết nối và giao tiếp với các thiết bị đầu cuối và có thể phủ sóng khu vực rộng lớn Hình 1.10 Mô hình cơ bản của một Wimax . tiêu đề: Công nghệ Wimax và khả năng phủ sóng trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về công nghệ WiMAX đồng thời nghiên cứu khả năng phủ sóng của công nghệ mới. Tổng quan về công nghệ WiMAX. Chương 2: Hệ thống thông tin vô tuyến và các mô hình truyền sóng ngoài trời. Chương 3: Khả năng phủ sóng tại tỉnh Hà Tĩnh và mô phỏng vùng phủ sóng WiMAX di động. mô phỏng vùng phủ sóng WiMAX trên băng tần 700MHz và 2.5Ghz tại tỉnh. Hà Tĩnh, một tỉnh có địa hình, dân số và kiến trúc cơ sở hạ tầng khá giống với nhiều tỉnh thành của Việt Nam và khu vực Đông