Mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60-52.70 NGUYỄN HỮU KHÁNH Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VŨ SƠN -i- HÀ NỘI 2006 LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy NGUYỄN VŨ SƠN, Khoa Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu tham khảo cho suốt q trình thực luận văn tốt nghiệp Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Trung tâm Đào tạo Sau đại học Thầy Cô Bộ môn Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giảng dạy kiến thức chun mơn làm sở để tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp kiến thức quý giá Thầy Cô truyền đạt bổ ích hành trang giúp cho cơng việc chuyên môn sau Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Chi Cục Quản lý chất lượng khu vực quan tâm tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn tất khóa học này, đồng thời gửi lời cảm ơn chân thành đến tất đồng nghiệp công tác Chi Cục giúp đỡ nhiều thời gian qua Cuối xin cảm ơn tất bạn bè anh chị giúp đỡ, động viên hướng dẫn giải vấn đề nảy sinh thực luận văn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người thực NGUYỄN HỮU KHÁNH -i- MỤC LỤC Lời cảm ơn …………………………………………………………………………………i Mục lục ……………………………………………………………………………………ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ………………………………………………… iv Danh mục bảng …………………………………………………………………….xviii Danh mục hình vẽ, đồ thị ……………………………………………………………xix MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………… xxi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH 1.1 Giới thiệu hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định ………………………… 1.2 Các băng tần số cho mạng truy nhập không dây băng rộng cố định ………………… 1.3 Các ứng dụng ……………………………………………………………… .9 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC TỔ CHỨC CỦA MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH THEO CHUẨN IEEE 802.16-2004 2.1 Giới thiệu phiên chuẩn IEEE 802.16…………………… 13 2.2 Lớp hội tụ ……………………………………………………… 15 2.2.1- Lớp hội tụ ATM 16 2.2.2- Lớp hội tụ gói 20 2.3 Lớp MAC - Phần chung ……………………………………………………… 27 2.3.1- Giới thiệu kiến trúc điểm - đa điểm (PMP) ….…………………………………….27 2.3.2- Định nghĩa dịch vụ MAC PMP……………………………………………30 2.3.3- Mức liệu / điều khiển ………………………………………………………… 35 2.3.3.1 Đánh địa kết nối điểm – đa điểm ………………………………… 35 2.3.3.2 Định dạng MAC PDU ………………………………………………………….36 2.3.3.3 Dịch vụ hoạch định hướng lên ……………………………………………… 46 2.3.3.4 Các chế yêu cầu ấn định băng thông ………………………………… 47 2.3.3.5 MAC hỗ trợ lớp PHY ……………………………………………………… 51 2.3.3.6 Chất lượng dịch vụ ………………………………………………………… 55 2.4 Lớp Bảo mật ………………………………………………………………………… 63 2.4.1- Cấu trúc ……………………………………………………………………………63 2.4.2- Thủ tục PKM …………………………………………………………………… 65 - ii - 2.4.2.1 Trao đổi AK cấp phép cho SS ………………………………………………65 2.4.2.2 Trao đổi TEK cấu hình PMP ………………………………………… 67 2.4.2.3 Lựa chọn khả bảo mật ……………………………………………… 69 2.4.2.4 Cơ chế trạng thái cấp phép …………………………………………………… 70 2.4.2.5 Cơ chế trạng thái TEK ……………………………………………………… 72 2.5 Lớp Vật lý …………………………………………………………………………… 74 2.5.1- Đặc tả lớp vật lý WMAN – SC ……………………………………………………74 2.5.1.1 Tổng quan ………………………………………………………………………74 2.5.1.2 Định dạng khung ……………………………………………………………….75 2.5.1.3 Các kỹ thuật song cơng mã hóa tham số dạng PHY ……………………… 76 2.5.1.4 Khung hướng xuống ……………………………………………………….78 2.5.1.5 Khung hướng lên ………………………………………………………… 80 2.5.2- Nội dung Lớp PHY WMAN – SCa ………………………………… 82 2.5.3- Nội dung Lớp PHY WMAN – OFDM ……………………………… 84 2.5.4- Nội dung Lớp PHY WMAN – OFDMA …………………………… 88 CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG VÀ TƯƠNG LAI SỰ PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH (BFWA) 3.1 Khái quát trình phát triển mạng BFWA ……… 91 3.2 Tình hình triển khai mạng BFWA Việt Nam …………………………………… 93 3.3 Tình hình triển khai mạng BFWA nước giới ………………………… 99 3.4 Các hệ thống BFWA nhà cung cấp thiết bị giới ……………… … 103 3.5 Hướng phát triển thị trường BFWA …………………………………………… 109 3.5.1- Nhận định thị trường giới …………………………………………….109 3.5.2- Sự hình thành trình phát triển IEEE Std 802.16 …………………… 111 3.5.3- Hướng phát triển nhà cung cấp thiết bị ………………………………….112 3.5.4- WiMAX - Sự đổi mạnh mẽ công nghệ ………………………………… 116 KẾT LUẬN …………………………………………………………………………… 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………………….122 - iii - DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS Adaptive antenna system Hệ thống anten thích ứng AP Access point Điểm truy nhập ARQ Automatic repeat request Yêu cầu tự động lặp lại ATM Asynchronous transfer mode Chế độ truyền tải không đồng BE Best effort Cố gắng tối đa BER Bit error ratio Tỉ lệ lỗi bit BFWA Broadband access BR Bandwidth request Yêu cầu băng thông BS Base station Trạm gốc BTC Block turbo code Mã Turbo khối BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BW Bandwidth Băng thông BWA Broadband wireless access Truy nhập không dây băng rộng CBC Cipher block chaining Chuỗi liên kết khối mật mã CBR Constant bit rate Tốc độ bit không đổi CCITT Uỷ ban tư vấn quốc tế điện thoại điện báo CID International Telegraph and Telephone Consultative Committee Collision detection European Conference of Postal and Telecommunications Administrations Connection identifier Bộ nhận dạng kết nối CP Cyclic prefix Tiền tố tuần hoàn CPE CPS CS CSMA Customer premises equipment Common part sublayer Convergence sublayer Carrier sense multiple access Thiết bị phía khách hàng Lớp phần chung Lớp hội tụ Đa truy nhập dị sóng mang CTC Convolutional Turbo code Mã Turbo xoắn CD CEPT fixed wireless Truy nhập không dây băng rộng cố định - iv - Phát xung đột Hội nghị tổ chức bưu viễn thông Châu Âu Demand access DCD Downlink channel descriptor DCE DES DIUC Data communication equipment Thiết bị truyền thông liệu Data encryption standard Tiêu chuẩn mật mã liệu Downlink Interval Usage Code Mã sử dụng khoảng thời gian hướng xuống Dynamic host configuration Giao thức cấu hình máy chủ động protocol DHCP assigned multiple Đa truy nhập cấp phát theo yêu cầu DAMA Bộ mô tả kênh hướng xuống DIUC Downlink interval usage code Mã sử dụng khoảng thời gian hướng xuống DL Downlink Hướng xuống DSS Distribution system service Dịch vụ hệ thống phân phối DSSS Direct sequence spectrum EDE Encrypt – Decrypt - Encrypt EIRP Effective power ERC European Radiocommunications Committee European Telecommunications Standard Institute European Union ETSI EU isotropic spread Trải phổ trực tiếp Mật mã - Giải mã - Mật mã radiated Công suất xạ đẳng hướng hiệu dụng Ủy ban thông tin vô tuyến Châu Âu Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Liên minh Châu Âu Federal Communications Commission Frame control header Frequency division duplex Frequency division multiple access Ủy ban truyền thông liên bang Mỹ Mào đầu điều khiển khung Song công chia tần số Đa truy nhập chia tần số FEC Forward error correction Sữa lỗi hướng FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh FHSS Frequency-hopping spectrum FSH Fragmentation subheader Mào đầu mảnh FTTH Fibre to the home Cáp quang đến thuê bao FCC FCH FDD FDMA spread Trải phổ nhảy tần -v- shift Điều chế dịch tần Gaussian GFSK Gaussian keying GM Grant management Quản lý cấp phát HEC Header error check Kiểm tra lỗi mào đầu HFC Hybrid Fibre - Coax Lai ghép cáp quang – cáp đồng trục H-FDD Half-duplex FDD FDD bán song công HT Header type Dạng mào đầu I Inphase Cùng pha IE Information element Phần tử thông tin IEEE Institute of Electrical Electronics Engineers IETF Internet Force IFFT Inversion transform ISI Inter Symbol Interference ISM Industrial, medical IP IWF Internet protocol International Telecommunications Union Interworking function Chức liên kết hoạt động KEK Key encryption key Khóa mật mã khóa LAN Local area network Mạng nội LMDS Local multipoint distribution Dịch vụ phân phối đa điểm theo vùng service LOS Line of sight Hướng truyền thẳng lsb Least significant bit Bit có ý nghĩa LSB Least significant byte Byte có ý nghĩa MAC Medium access control layer Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAN Metro Area Network Mạng đô thị MDMS Marconi ITU frequency and Viện kỹ thuật điện điện tử Task Lực lượng đặc trách kỹ thuật Internet Engineering Fourier Biến đổi Fourier ngược nhanh Fast scientific, Digital Nhiễu nội ký tự and Băng tần dành cho Công nghiệp, khoa học y học Giao thức internet Liên minh viễn thông quốc tế Multipoint Hệ thống đa điểm số Marconi - vi - System Cơ sở thông tin quản lý MIB Management information base MMDS Multichannel distribution service MMPDU MAC management data unit MPDU MAC protocol data unit Đơn vị liệu giao thức lớp MAC msb Most significant bit Bit có ý nghĩa lớn MSB Most significant byte Byte có ý nghĩa lớn MSDU MAC service data unit Đơn vị liệu dịch vụ lớp MAC NLOS Non line of sight Hướng truyền không thẳng NNI Network to Network interface Giao diện mạng với mạng (or Network node interface) nrtPS Non-real-time polling service OFDM Orthogonal frequency division Ghép kênh chia tần số trực giao multiplexing Orthogonal frequency division Đa truy nhập chia tần số trực multiple access giao Piggyback request Yêu cầu mang OFDMA PBR multipoint Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh protocol Đơn vị liệu giao thức quản lý MAC Dịch vụ thăm dị khơng thời gian thực digital Phân cấp số cận đồng PDH Plesiochronous hierarchy PDU Protocol data unit Đơn vị liệu giao thức PHS Payload header suppression Nén mào đầu khung tải PHSI Payload index PHY Physical layer PHY-SAP Physical layer service access Điểm truy cập dịch vụ lớp vật lý point PKM Privacy key management PLCP Physical protocol layer convergence Giao thức hội tụ lớp vật lý PLME Physical entity layer management Thực thể quản lý lớp vật lý header suppression Chỉ số nén mào đầu khung tải Lớp vật lý - vii - Quản lý khóa riêng Phụ thuộc mơi trường vật lý PMD Physical medium dependent PMD-SAP Physical medium dependent Điểm truy cập dịch vụ phụ thuộc môi trường vật lý service access point PS Physical slot Khe vật lý PSH Packing subheader Mào đầu gói PSTN Public switched network telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PVC Permanent virtual circuit Mạch ảo cố định Q Quadrature Trực pha QAM quadrature modulation QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ QPSK quadrature phase shift keying Điều chế dịch pha bốn vị trí REQ Request Yêu cầu RF Radio frequency Tần số vô tuyến RNG Ranging Phân loại RS Reed-Solomon Mã Reed-Solomon RSP Response Đáp ứng RTG rtPS Rx Receive/Transmit Transition Gap Real-time polling service Receiver Khoảng trống chuyển đổi thu/phát Dịch vụ thăm dò thời gian thực Máy thu SA Security association Tập hợp bảo mật SAID Security association identifier Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật SAP Service access point Điểm truy cập dịch vụ SDU SF SFID SNMP Service data unit Service flow Service flow identifier Simple Network Management Protocol Signal-to-noise ratio Subscriber Station Space time coding Switched virtual circuit Transmission convergence Đơn vị liệu dịch vụ Luồng dịch vụ Bộ nhận dạng luồng dịch vụ Giao thức quản lý mạng đơn giản Tỉ lệ tín hiệu/tạp âm Trạm thuê bao Mã thời gian không gian Mạch ảo chuyển mạch Lớp hội tụ truyền dẫn SNR SS STC SVC TC amplitude Điều chế biên độ phần tư - viii - TDD TDM sublayer Time division duplex Time division multiplex Song công chia thời gian Ghép kênh chia thời gian TDMA Time division multiple access Đa truy nhập chia thời gian TEK Traffic encryption key Khóa mật mã lưu lượng TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền file đơn giản TLV Type – length - value Dạng - độ dài – giá trị TTG Transmit/Receive Gap Tx Transmitter Máy phát UCD Uplink channel Descriptor Bộ mô tả kênh hướng lên UGS Unsolicited grant service Dịch vụ cấp phát tự nguyện UIUC Uplink Interval Usage Code Mã sử dụng khoảng thời gian hướng lên UL Uplink Hướng lên UNI User-to-network interface Giao diện đối tượng sử dụng với mạng U-NII unlicensed national information Hạ tầng thông tin quốc gia không giấy phép infrastructure VBR Variable bit rate Tốc độ bit thay đổi VC Virtual channel Kênh ảo VCI Virtual channel identifier Bộ nhận dạng kênh ảo VLAN Virtual local area network Mạng nội ảo VP Virtual path Tuyến ảo VPI Virtual path identifier Bộ nhận dạng tuyến ảo WCA Wireless Association WLAN Wireless local area network Mạng nội hạt không dây WLL Wireless local loop Mạch vịng vơ tuyến nội hạt WMAN Wireless metropolitan network xDSL x–type Digital Subscriber Line Transition Khoảng trống phát/thu chuyển đổi Communication Hiệp hội truyền thông không dây - ix - area Mạng đô thị không dây Đường dây thuê bao số loại x Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập khơng dây băng rộng cố định • 1024 Mbps trạm gốc - Hệ thống chế tạo dạng modul mở rộng cấp độ để giảm chi phí triển khai ban đầu - Tối ưu hóa với cấu hình tế bào - Hỗ trợ tế bào để tăng khả tầm nhìn thẳng (LOS) Các ứng dụng chính: - Ứng dụng MDMS hệ thống truy nhập không dây băng rộng điểm – đa điểm, cung cấp dải rộng dịch vụ cho khách hàng thường khách hàng thương mại - Mạng backhaul thường sử dụng công nghệ PDH điểm - điểm để kết nối trạm gốc với trung tâm điều khiển Với dung lượng tăng nhanh mạng tế bào 2G; 2.5G 3G, số lượng cell tăng theo nhanh chóng Để đáp ứng phát triển này, công nghệ không dây băng rộng điểm – đa điểm chiếm ưu hệ thống MDMS lựa chọn Nhà khai thác Các tính kỹ thuật chính: - Dải tần hoạt động, GHz: 3.5; 3.7; 10; 26; 28 32 - Độ rộng kênh, MHz: 14; 28 30 - Biểu đồ điều chế: QPSK (1/2, 3/4, 7/8), 8-PSK (2/3), 16-PSK (3/4) - Phương pháp truy nhập: FDMA - Tốc độ tối đa: 4Mbps modem; 8Mbps đầu cuối; 2Mbps sóng mang - Phạm vi hoạt động: • 3.5 GHz 20 km; • 10 GHz 10 km; • 26 - 32 GHz - km (tùy theo loại anten) - 108 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định 3.5 Hướng phát triển thị trường truy nhập không dây băng rộng cố định Hiện truy nhập không dây băng rộng cố định (BFWA) lựa chọn có sức hút để cung cấp dịch vụ cho khách hàng môi trường khác nhau, khu vực địa lý khác (thí dụ trung tâm thành phố, khu công nghiệp, nhiều miền sâu, vùng xa…), giá thành cao CPE bù lại so với chi phí đào đường để triển khai cáp Các Nhà khai thác BFWA bắt đầu triển khai dịch vụ: - Các kết nối đối xứng tốc độ từ 384 kbps đến Mbps - Kết nối không đối xứng tương tự mạch vòng thuê bao số hay Cable Modem (dịch vụ nối Internet qua truyền hình cáp) - Truy nhập Internet băng rộng không dây sử dụng công nghệ WiFi - Truy nhập Internet băng rộng không dây sử dụng công nghệ WiMAX Sản phẩm với số lượng lớn giảm giá thành thiết bị BFWA, nhiên cịn phụ thuộc vào việc ấn định tần số, cấp phép biểu đồ mã, truyền dẫn Xu hướng phân nhỏ nay, nghĩa thiết bị thay đổi theo yêu cầu Nhà khai thác nước Nhà sản xuất đạt giá thành thấp yêu cầu Hiện Nhà khai thác mạng BFWA xác định giải pháp trì tạm thời tốt dựa cơng nghệ tích hợp có Những tiêu chuẩn “hướng thị trường” chiếm ưu so với tiêu chuẩn thơng qua thức 3.5.1 Nhận định thị trường giới Yêu cầu thị trường công nghiệp thương mại truy nhập không dây băng rộng backhaul cho mạng tế bào nâng thị trường vơ tuyến sóng - 109 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định ngắn lên tới 3.3 tỷ USD năm 2001 Nhu cầu vô tuyến điểm - điểm điểm – đa điểm tăng 10% năm 2001 Nhu cầu cao thị trường vơ tuyến sóng ngắn Châu Âu, Mỹ Latinh Châu Á nâng thị trường chung toàn cầu Sự phát triển bùng nổ mạng thông tin tế bào Trung Quốc tạo nhu cầu xúc dịch vụ backhaul Châu Âu thị trường lớn cho hệ thống không dây băng rộng băng tần 3.5 GHz 26 GHz Tại Bắc Mỹ, thị trường sở hạ tầng backhaul không thay đổi Nhà cung cấp dịch vụ IP nhỏ triển khai hệ thống không dây băng rộng Các băng tần không phép hấp dẫn Nhà cung cấp dịch vụ IP khả triển khai nhanh khả nâng cấp linh hoạt lưu lượng tăng Theo dự báo, nhu cầu truy nhập vô tuyến băng rộng backhaul nâng thị trường vơ tuyến sóng ngắn lên 5.5 tỷ USD năm tới 5,0 4,5 Tây Trung Phi Châu Á Châu Âu Châu Mỹ 4,0 3,5 Thuê bao (triệu) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Hình 3.1 Dự báo số lượng thuê bao mạng truy nhập không dây băng rộng theo chuẩn 802.16a (Nguồn: Thống kê PennWell Corporation 07/01/2002) - 110 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Tại Bắc Mỹ, năm 2001, thị trường MMDS LMDS gây thất vọng lớn, AT & T tuyên bố rời khỏi thị trường không dây băng rộng Sprint phải tạm ngừng triển khai MMDS Winstar Teligent phá sản dự án thử nghiệm LMDS Thị trường Internet không dây băng rộng hy vọng phát triển với tốc độ 20% năm vòng năm tới, đặc biệt thị trường Châu Âu Châu Á 3.5.2 Sự hình thành trình phát triển IEEE 802.16 Sự lựa chọn công nghệ mạng không dây WiFi, biết đến với chuẩn IEEE 802.11 802.11a, 802.11b 802.11g WiFi chuẩn mạng LAN không dây, tùy theo phiên mà tốc độ lên tới 54 Mbps (xem bảng 3.4) Bảng 3.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật họ IEEE 802.11 Stt Tiêu chuẩn Băng tần Phương thức ghép kênh Tốc độ tối đa IEEE 802.11 2.4 GHz DSSS, FHSS 1; Mbps IEEE 802.11a GHz OFDM 54 Mbps IEEE 802.11b 2.4 GHz DSSS 11 Mbps IEEE 802.11g 2.4 GHz OFDM 54 Mbps WiFi có nhiều ưu điểm giá thành thấp, hỗ trợ nhiều tính có hai nhược điểm chính: - Giới hạn khoảng cách, tối đa khoảng 90m WiFi khơng thể có dạng phủ sóng mạng phủ sóng tế bào Ứng dụng chủ yếu indoor, ví dụ tịa nhà trụ sở - WiFi khơng thiết kế để truyền thoại Với thiết bị chuyên dụng truyền thoại qua mạng WiFi, giải pháp tối ưu Để khắc phục nhược điểm WiFi để đáp ứng nhu cầu ngày cao, IEEE phát triển tiêu chuẩn băng rộng khơng dây vượt ngồi - 111 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định phạm vi WiFi, tiêu chuẩn IEEE 802.16 với tham gia 130 thành viên hàng trăm cộng từ 19 Quốc gia khác Dự án 802.16 bắt đầu năm 1998 hoàn thiện giai đoạn 2000 – 2005 IEEE thông qua chuẩn 802.16 ban đầu cho mạng WMAN vào tháng 12/2001; chuẩn 802.16a-2003 (còn gọi 802.16a) tập trung vào khả truy nhập băng rộng cố định; chuẩn mở rộng 802.16-2004 (còn gọi 802.16d) cải tiến nhờ hỗ trợ cho CPE nhà IEEE thông qua tháng 7/2004; chuẩn 802.16-2005 (hay 802.16e) tập mở rộng 802.16d, hướng tới user cá nhân di động thông qua tháng 12/2005 IEEE 802.16-2001 định nghĩa giao diện không gian tần số từ 10 GHz đến 66 GHz với biểu đồ điều chế sóng mang đơn SC Với dải tần này, điều kiện lan truyền sóng địi hỏi phải có tầm nhìn thẳng bù lại có độ rộng băng tần lớn (thí dụ 1.3 GHz cho dịch vụ LMDS Mỹ) Tiêu chuẩn có ưu điểm bật ấn định tần số, đặc biệt tốc độ 120Mbps kênh 25 MHz sử dụng lại Trong lớp MAC tiêu chuẩn 802.16 tạo tảng cho ngành cơng nghiệp WMAN, lớp vật lý (PHY) lại khơng phù hợp với ứng dụng tần số thấp, độ rộng băng tần nhỏ hơn, lại hoạt động điều kiện khơng có tầm nhìn thẳng NLOS Vì lý mà tiêu chuẩn 802.16-2004 cho mạng cố định đời với phổ tần số thấp 11GHz; khơng địi hỏi tầm nhìn thẳng; sử dụng ba chế độ vật lý: SCa, OFDM OFDMA; tốc độ truyền cực đại: 75 Mbit/s với độ rộng băng tần 20 MHz, 4-18 Mbit/s với độ rộng băng tần MHz; bán kính vùng phủ sóng cell 2-10 km tuỳ thuộc vào tần số mật độ người dùng 3.5.3 Hướng phát triển Nhà cung cấp thiết bị 3.5.3.1 Aperto Network - 112 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định - Ngày 09/7/2003 Aperto Networks, Nhà cung cấp hệ thống truy nhập không dây băng rộng đa dịch vụ, công bố hội nghị Hiệp hội truyền thơng khơng dây (WCA) hàng năm có kế hoạch làm việc với Nhà cung cấp bán dẫn hàng đầu để thúc đẩy việc chứng nhận hệ thống truy nhập không dây băng rộng chipset tuân thủ chuẩn IEEE 802.16a - Các Nhà cung cấp chipset hướng tới sản phẩm tuân thủ 802.16a điều có tác động lớn vào mức chất lượng giá hệ thống BWA Mối quan hệ gần gũi Nhà cung cấp hệ thống Nhà cung cấp chipset hàng đầu, thí dụ Aperto Network Intel, tạo điều kiện để hệ thống tuân thủ 802.16a giảm đáng kể giá thành qua thời gian, tương tự xảy 802.11 vài năm gần Với cam kết phát triển sản phẩm tuân thủ chuẩn 802.16a Nhà cung cấp chipset Intel, Fujitsu thúc đẩy mạnh mẽ thị trường BWA - Ngoài ra, thành viên sáng lập diễn đàn WiMAX, Aperto coi hợp tác đánh dấu điểm mốc quan trọng việc hướng tới sản phẩm tuân thủ 802.16a Diễn đàn WiMAX hỗ trợ việc chứng nhận tuân thủ tiêu chuẩn khả phối hợp hoạt động Nhà cung cấp thiết bị 3.5.3.2 ALVARION - Tháng 7/2003 Alvarion Intel ký thoả thuận hợp tác phát triển hệ thống truy nhập không dây băng rộng chứng nhận WiMAX - Intel công bố phát triển chipset tuân thủ 802.16a Với hợp tác chặc chẽ với Intel, Alvarion phát triển sản phẩm hệ dựa chipset này, với mong muốn hệ thống cấp chứng WiMAX - Alvarion nhận định rằng: “WiMAX chất xúc tác cho phát triển thị trường truy nhập không dây băng rộng, tương tự tác động WiFi - 113 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định vào thị trường LAN không dây Nếu chuẩn 802.16a, Nhà sản xuất phải tự làm phận, bao gồm chipset, CPE, trạm gốc phần mềm quản lý mạng Với tiêu chuẩn này, Nhà sản xuất thiết bị cải tiến thiết bị lĩnh vực mà họ trội đạt nhiều cải thiện chất lượng giá cả” - Cả hai Intel Alvarion, thành viên tích cực diễn đàn WiMAX, thành viên thúc đẩy việc chấp nhận chuẩn IEEE802.16a, chứng nhận thiết bị tuân thủ có khả phối hợp hoạt động 3.5.3.3 INTEL Tháng 09/2003 tập đồn Intel cơng bố phát triển sản phẩm chipset tuân thủ chuẩn IEEE 802.16a, điều có tác động địn bẩy thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất hệ thống thiết bị truy nhập không dây băng rộng nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm Intel phối hợp với Alvarion Israel, hãng đứng đầu thiết bị truy nhập không dây băng rộng, sản phẩm chứng nhận WiMAX dựa chipset Intel 802.16a Chuẩn 802.16a cơng nghệ WMAN, kết nối hotspot không dây hỗ trợ thuê bao truy nhập Internet không dây theo chuẩn 802.11 vị trí khác khu vực thương mại hay nhà riêng với mạng lõi Internet Các mạng truy nhập dựa chuẩn 802.16a có cự ly kết nối lên tới 48 km tốc độ truyền thoại, ảnh liệu tới 70 Mbps Ơng Sean Maloney, phó chủ tịch thường trực phụ trách Nhóm Nền tảng Di động tập đồn Intel nói: “Intel giao phó trách nhiệm hỗ trợ ngành cơng nghiệp máy tính viễn thông lúc nào, đâu dựa thiết bị nhận thấy WiMAX công nghệ đỉnh cao Các sản phẩm chipset cho thiết bị WiMAX bổ sung vào - 114 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định danh mục sản phẩm tương tự có Intel CentrinoTM cho notebooks di động không dây, Intel PROTM cho ứng dụng kết nối mạng Intel IXP4XX xử lý cho thiết bị hạ tầng không dây” Ngày 22/9/2005, tập đồn Intel cơng bố “Chương trình băng thơng rộng Châu Á” (Asian Broadband Campaign) nhằm đẩy nhanh việc triển khai băng thông rộng không dây quốc gia thuộc khu vực Đơng Nam Á có Việt Nam, góp phần thúc đẩy xây dựng ASEAN số Trong chương trình này, Intel mang kinh nghiệm q báu từ cơng tác chuẩn bị đến thử nghiệm triển khai WiMAX Nam Mỹ Châu Âu để triển khai thử nghiệm Malaysia, Thái Lan Philippines vào cuối năm 2005 Việc triển khai thử nghiệm Indonesia Việt Nam thực vào năm 2006 3.5.3.4 SIEMENS Siemens bắt đầu tập trung vào công nghệ WiMAX từ năm 2002 đến năm 2003 Siemens tham gia Diễn đàn WiMAX thành viên động việc đưa tiêu chuẩn IEEE 802.16.2004 Siemens tham gia hoạt động tiêu chuẩn hố hoạch định tiến trình sản phẩm WayMAX để mở rộng tính tăng cường khả di động Hệ thống WayMAX Siemens trở thành sản phẩm tuân theo chuẩn thị trường WiMAX WayMAX sử dụng công nghệ Non-Line-Of-Sight OFDM dựa theo tiêu chuẩn IEEE802.16, ETSI HiperMAN WiMAX baseline profiles để cung cấp dịch vụ thoại, truyền hình liệu với tốc độ đa mức Mbps đồng thời với việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) hạng dịch vụ (GoS) Thành phần hệ thống WayMAX thiết bị đầu cuối thuê bao hay gọi CPE, trạm gốc (BS) Một trạm gốc hay nhiều thiết bị đầu cuối thuê bao tạo nên tế bào với kiến trúc điểm-đa điểm (PMP) - 115 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Trong không trung, trạm gốc điều khiển hoạt động tế bào, bao gồm việc truy cập vào tài nguyên thiết bị đầu cuối thuê bao, việc cấp phát tài nguyên để đạt chất lượng dịch vụ (QoS), truy cập vào mạng dựa theo chế bảo mật mạng Hệ thống thiết kế để làm việc với chuẩn OFDM 256 nâng cấp phần mềm để làm việc với chuẩn SOFDMA Trạm gốc chia thành khu vực vơ tuyến Các module thiết kế với chế bảo vệ 1+1 giao diện mạng mặc định 10/100/1000 BaseT Hệ thống sử dụng kỹ thuật FDD TDD, trường hợp FDD hỗ trợ thiết bị đầu cuối H-FDD Trong trường hợp sử dụng TDD, hệ thống đồng theo GPS để kiểm soát nhiễu trạm gốc 3.5.4 WiMAX - Sự đổi mạnh mẽ công nghệ WiMAX/IEEE 802.16 cơng nghệ dựa tiêu chuẩn tồn cầu cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng hỗ trợ mạnh mẽ cơng nghiệp máy tính viễn thơng với chi phí thấp chuẩn hóa WiMAX cung cấp dịch vụ cố định không dây VoIP, công nghệ thông tin Video với chi phí thấp Hệ thống WiMAX bao phủ vùng diện tích rộng lớn tới 50km cung cấp băng thông đáng kể lên tới 72Mb/s cho người dùng So sánh với giải pháp có dây khác ADSL, giải pháp khơng dây hay hệ thống vệ tinh, hệ thống truy nhập dựa WiMAX cho phép nhà khai thác nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ tới hàng triệu khách hàng tiềm với chi phí thấp Điều với nước phát triển vùng nơng thơn nhân tố chi phí/lợi nhuận nhân tố yêu cầu vấn đề thiết yếu WiMAX bảo đảm tất yêu cầu độ che phủ, độ tin cậy, hiệu năng, dung lượng ứng dụng 3.5.4.1 Khả lắp đặt dễ dàng - 116 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Dễ dàng, đơn giản việc lắp đặt vấn đề quan trọng để giảm thiểu chi phí triển khai nước phát triển vùng nông thôn Tại vùng nông thôn, khoảng cách xa từ điểm truy nhập mạng lõi tới điểm phân phối làng, trang trại… làm cho chi phí triển khai tăng Tại nước phát triển, thiếu hụt sở hạ tầng điện, giao thơng… điều kiện mơi trường (nhiệt độ, độ ẩm) gây khó khăn cho việc lắp đặt thiết bị Nhờ có thuận lợi vùng che phủ tầm nhìn thẳng khơng tầm nhìn thẳng (LOS/NLOS), nhà khai thác cung cấp dịch vụ đảm bảo 95% diện tích bao phủ với tỉ lệ lắp đặt thành cơng cao chi phí triển khai quản lý Điều có nghĩa nhà khai thác phải đầu tư thấp cho mạng lưới họ Khả không tầm nhìn thẳng WiMAX cho phép lắp đặt thiết bị khách hàng nhà khách hàng phạm vi bán kính vài km 3.5.4.2 Độ che phủ rộng lớn WiMAX Độ che phủ hệ thống nhân tố quan trọng cho nhà khai thác cung cấp dịch vụ để tiếp cận khách hàng tiềm Trong nhiều giải pháp khơng dây băng rộng cung cấp vùng bao phủ tầm nhìn thẳng, WiMAX với cơng nghệ OFDM cho phép tối ưu hóa vùng bao phủ tầm nhìn khơng thẳng NLOS tới 15km tính từ trạm gốc tới 50km điều kiện tầm nhìn thẳng LOS Kết hợp vùng bao phủ tầm nhìn thẳng LOS vùng bao phủ tầm nhìn khơng thẳng NLOS, WiMAX giải pháp tối ưu để đạt độ bao phủ theo yêu cầu với chi phí thấp 3.5.4.3 Sự linh hoạt, mềm dẻo WiMAX - 117 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Sự mềm dẻo linh hoạt công nghệ không dây cho phép nhà khai thác triển khai nhanh chóng hệ thống theo yêu cầu thị trường Hầu hết công nghệ không dây có giới hạn khoảng cách độ rộng vùng bao phủ (thường khoảng vài trăm mét tính từ trạm gốc) Cơng nghệ WiMAX với vùng che phủ rộng lớn cho phép triển khai hệ thống khơng với cấu hình kết nối điểm – đa điểm (Point to MultiPoint) mà cịn phần mạng PSTN điểm truy cập Internet Vai trị WiMAX mạng truy nhập mơ tả hình 3.2 Wireless Network SME PSTN Residential Fiber Network Global Internet Multi - Tenant Customer Site Wireless Point -MultiPint Access Base Station Base Station Backhaul Edge Core/Central Office Hình 3.2 Vai trị WiMAX mạng truy nhập Với khoảng cách lên tới từ 30km đến 50km điều kiện tầm nhìn thẳng, WiMAX mang lại cải thiện đáng kể so với cơng nghệ khơng dây có Trong điều kiện lực nhà khai thác cho phép cấu hình mạng đáp ứng chiến lược kinh doanh (vùng che phủ, thông lượng, dịch vụ cấp độ dịch vụ GoS), WiMAX mang lại giải pháp hữu hiệu để đáp ứng mục tiêu kinh doanh nhà khai thác 3.5.4.4 WiMAX công nghệ đa ứng dụng Theo phát triển xu hướng chuyển mạch truyền dẫn số gói, WiMAX sử dụng giao thức Internet hỗ trợ tất dịch vụ dựa đa phương tiện từ VoIP đến truyền dẫn Internet video tốc độ cao - 118 - Chương 3: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định WiMAX cho phép nhà khai thác dịch vụ cung cấp cho khách hàng dịch vụ hệ với băng thơng lên tới 10Mb/s WiMAX cung cấp dịch vụ cho hộ gia đình khách hàng SME, SOHO, Cybercafes, Multimedia Telecentres, trường học, bệnh viện… 3.5.4.5 Sự linh hoạt dải phổ Với mục tiêu trở thành công nghệ toàn cầu dựa tiêu chuẩn cho dịch vụ băng rộng, WiMAX sử dụng dải tần số bao gồm tất dải băng tần có quyền dải băng tần khơng cần quyền ITU quy định:  Hai dải tần có quyền: 3.3-3.8 GHz 2.3-2.7 GHz  Một dải tần miễn phí: 5.725 – 5.85 GHz Cùng với mềm dẻo việc phân chia dải phổ quốc gia kích thước nhỏ gọn, thiết bị WiMAX trạm gốc (BS), thiết bị người dùng CPE có giá hợp lý 3.5.4.6 Giải pháp cho truy nhập cố định di động Mạng WiMAX hỗ trợ kết nối cố định, tạm thời, di động không dây băng rộng mạng 3.5.4.7 WiMAX công nghệ đa ứng dụng Theo phát triển xu hướng chuyển mạch truyền dẫn số gói, WiMAX sử dụng giao thức Internet hỗ trợ tất dịch vụ dựa đa phương tiện từ VoIP đến truyền dẫn Internet video tốc độ cao WiMAX cho phép nhà khai thác dịch vụ cung cấp cho khách hàng dịch vụ hệ với băng thơng lên tới 10Mb/s WiMAX cung cấp dịch vụ cho hộ gia đình khách hàng SME, SOHO, Cybercafes, Multimedia Telecentres, trường học, bệnh viện… - 119 - Kết luận KẾT LUẬN Công nghệ mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định nhận quan tâm đặc biệt từ nhà nghiên cứu, sản xuất thiết bị nhà cung cấp dịch vụ Các giải pháp truy nhập vô tuyến băng rộng cho phép truy cập băng rộng đến “chặng cuối” phương thức thay cho cáp DSL giảm bớt lưu lượng liệu qua chuyển mạch mạng PSTN Chuẩn IEEE 802.16-2004 với giao diện không gian WirlessMAN™ hướng tới tần số băng tần 2–66 GHz, bao gồm phổ cấp phép không cấp phép đặt phạm vi hoạt động cho triển khai rộng khắp hiệu toàn cầu Chuẩn thiết kế để mở tập giao diện không gian (air interfaces) dựa giao thức MAC thông thường với đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn sở quan trọng cho việc đề tiêu chí lựa chọn loại hình thiết bị, đánh giá khả thực nhà cung cấp thiết bị giải pháp mạng, khai thác bảo dưỡng hệ thống Hiện nay, công nghệ truy nhập không dây băng rộng triển khai thử nghiệm có triển vọng Việt Nam mơ hình ứng dụng WiMAX cố định sử dụng thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 (chuẩn mở rộng chuẩn 802.16a-2003 cải tiến nhờ hỗ trợ cho CPE nhà) Cơ sở quan trọng hệ thống WiMAX tương thích thiết bị WiMAX, diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo tin cậy làm tăng số lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụ mua thiết bị không từ công ty tất tương thích 1.3 Hướng mở đề tài - Xây dựng tiêu chuẩn ngành tiếng Việt “Xác định giao diện không gian hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định điểm – đa điểm dải tần 2- 66 GHz” sở chấp thuận áp dụng yêu cầu kỹ thuật tiêu - 120 - Kết luận chuẩn IEEE 802.16-2004 Viện kỹ thuật điện điện tử (IEEE) Mục đích xây dựng tiêu chuẩn dùng làm sở để: Lựa chọn thiết bị, hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định cho mạng viễn thông Việt Nam Đánh giá nghiệm thu, hợp chuẩn thiết bị, hệ thống triển khai mạng viễn thông Việt Nam Thiết kế, chế tạo, khai thác, bảo dưỡng thiết bị, hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định - 121 - Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IEEE Std 802.16-2004 - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems [2].WiMAX Handbook - Building 802.16 Wireless Networks, Frank Ohrtman [3] Wireless Communication, Theodore S Rappaport [4] Security Architecture of the IEEE 802.16 Standard for Mesh Networks, Suthida Wattanachai [5] ITU, ITU World Telecommunication Development report 2003 [6] Quy hoạch phổ tần số vô tuyến điện quốc gia [7] Từ điển thuật ngữ viễn thông, TS Phùng Văn Vận [8] http://www.rfd.gov.vn [9] http://www.tapchibcvt.gov.vn [10] http://www.wimaxforum.org [11] http://standards.ieee.org/getieee802/802.16.html [12] http://www.skydsp.com/publications/4thythesis/index.htm [13] http://www.irishbroadband.ie [14] http://www.alvarion.com [15] http://www.commspeed.net [16] http://www.cefib.com [17] http://www.alcatel.com [18] http://www.chinaunicom.com.hk [19] http://www.netro-corp.com [20] http://www.apertonet.com [21] http://www.intel.com [22] http://www.siemens.com - 122 - ... TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH 1.1 Giới thiệu hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định ………………………… 1.2 Các băng tần số cho mạng truy nhập không dây băng rộng cố định …………………... mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định sở áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004, bao gồm ba phần chính: Tổng quan mạng truy nhập không dây băng rộng cố định; Cấu trúc tổ chức mạng truy. .. Tổng quan mạng truy nhập không dây băng rộng cố định CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH Tốc độ phát triển bùng nổ Internet đặt yêu cầu cấp thiết độ rộng băng tần Trước