Wimax và ứng dụng nghiên cứu công nghệ wimax và ứng dụng cho khu vực hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vương Văn Dũng WiMAX ỨNG DỤNG: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ WiMAX VÀ ỨNG DỤNG CHO KHU VỰC HÀ NỘI Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Phạm Minh Hà Hà Nội – Năm 2014 MỤC LỤC Danh mục thuật ngữ Danh mục hình vẽ, bảng LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG……………………………1 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRUYỀN THÔNG……………………………… 1.2 MẠNG 4G VÀ CÁC TỔ CHỨC TIÊU CHUẨN…………………………….5 1.2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ MẠNG 4G…………………………………………….5 1.2.2 ITU VÀ IMT-ADVANCED……………………………………………….6 1.2.2.1 TỔ CHỨC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ ITU……………………………6 1.2.2.2 IMT-ADVANCED…………………………………………………… 1.3 CÁC ỨNG VIÊN CHO MẠNG THẾ HỆ THỨ TƯ………………………… 1.3.1 WIFI VÀ IEEE 802.11ac………………………………………………… 1.3.1.1 WIFI VÀ CÁC CHUẨN ĐÃ THƯƠNG MẠI HÓA………………… 1.3.1.2 IEEE 802.11ac …………………………………………………………8 1.3.2 WiMAX…………………………………………………………………….9 1.3.3 LTE LTE-A…………………………………………………………… 1.3.3.1 LTE…………………………………………………………………… 10 1.3.3.2 LTE-A………………………………………………………………… 10 1.3.4 NHẬN XÉT CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI…………… 11 PHẦN II WIMAX VÀ ỨNG DỤNG……………………………………………………13 2.1 LỊCH SỬ VÀ CÁC TIÊU CHUẨN WiMAX……………………………….13 2.2 KIẾN TRÚC WiMAX ……………………………………………………….18 2.2.1 MƠ HÌNH THAM CHIẾU QUẢN LÝ ………………………………… 20 2.2.2 GIAO DIỆN SS/MS BS ……………………………………………… 22 2.3 CÁC LỚP CON TRONG CHUẨN IEEE 802.16 ……………………………24 2.3.1 LỚP CON HỘI TỤ ĐẶC TRƯNG………………………………… 24 2.3.2 LỚP CON PHẦN CHUNG …………………………………….…….26 2.3.3 LỚP CON BẢO MẬT ………………………………………….…….27 2.3.4 LỚP VẬT LÝ ………………………………………………….…… 29 2.3.5 CÁC ĐẶC TẢ BỔ SUNG …………………………………………… 30 2.3.5.1 IEEE 802.16.1 …………………………………………… …….………30 2.3.5.2 IEEE 802.16.1b …………………………………………………… … 31 2.4 ĐẶC ĐIỂM TIÊN TIẾN TRONG CÔNG NGHỆ WiMAX ……………….32 2.4.1 KỸ THUẬT TRUY NHẬP KHÔNG DÂY TIÊN TIẾN……………… 32 2.4.1.1 KỸ THUẬT OFDM ……………………………………………… 32 2.4.1.2 OFDMA ỨNG DỤNG TRONG WIMAX ……………………… …41 2.4.1.2.1 TÍN HIỆU VÀ THAM SỐ OFDMA………………………………… 42 2.4.1.2.2 CẤU TRÚC KHUNG …………………………………………………45 2.4.2 KỸ THUẬT THU PHÁT HIỆU SUẤT CAO ỨNG DỤNG TRONG WiMAX ………………………………………………………………….48 2.4.2.1 KỸ THUẬT ĐA THU PHÁT MIMO……………………………… 49 2.4.2.2 SỬ DỤNG ANTEN THÍCH NGHI AAS…………………………….52 2.4.3 ĐÁP ỨNG CÁC YÊU CẦU BẢO MẬT……………………………… 53 2.4.3.1 CHỨNG CHỈ X.509 ……………………………….…………………53 2.4.3.2 MÃ HÓA DỮ LIỆU AES…………………………………………… 55 2.4.4 HỖ TRỢ HỘI TỤ VỚI CÁC CHUẨN KHÁC……….………………… 60 2.4.5 CUNG CẤP DỊCH VỤ ĐA MỨC VÀ TRIỂN KHAI LINH HOẠT……60 2.4.5.1 DỊCH VỤ ĐA MỨC …………………………………………………60 2.4.5.2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG QoS ………………….…………………60 2.4.5.3 TRIỂN KHAI LINH HOẠT …………………………….……………63 2.4.5.3.1 CẤU HÌNH PMP …………………………………………………….65 2.4.5.3.2 CẤU HÌNH MESH ………………………………………………… 66 2.4.5.4 HỖ TRỢ TỪ CÁC NHÀ SẢN XUẤT LỚN ……………………… 67 2.4.6 TRIỂN KHAI VỚI CÁC KỸ THUẬT TIÊN TIẾN KHÁC…………… 72 2.4.6.1 SDR ………………………………………………………………… 72 2.4.6.2 HAPs ……………………………………………………………… 74 2.5 ỨNG DỤNG CỦA WIMAX…………………………………………… 76 PHẦN III PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP CHO KHU VỰC HÀ NỘI …78 3.1 KHẢO SÁT KHU VỰC …………………………………………………….78 3.1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ VÀ DÂN CƯ………………………………………78 3.1.2 BĂNG TẦN CẤP PHÉP………………………………………………….78 3.1.3 CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TẠI ĐỊA BÀN………………… 81 3.1.4 CÁC UE ĐANG HOẠT ĐỘNG……………………………………… 83 3.1.5 NHU CẦU VÀ XU HƯỚNG SỬ DỤNG…………………………….… 83 3.1.5.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 3G HIỆN TẠI……………………….… 83 3.1.5.2 NHU CẦU VÀ XU HƯỚNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG….….… 84 3.2 XÂY DỰNG GIẢI PHÁP SỬ DỤNG WiMAX…………………….…….…86 PHẦN IV ỨNG DỤNG WiMAX CHO KHU VỰC HÀ NỘI………………………… 89 4.1 TÍNH TỐN LƯU LƯỢNG U CẦU ………………………….…… ….89 4.2 MƠ HÌNH KÊNH TRUYỀN ……………………………….………… … 93 4.3 QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN …………………………………….…………… 97 4.4 PHẠM VI BAO PHỦ ………………………………………….… ……….99 4.5 ĐỊNH CỠ MẠNG …………………………………………….…… …….100 4.6 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ………………………….…………… ….… 101 KẾT LUẬN …………………………………………………… ……….…… 102 Filename: Directory: Template: MUCLUC C:\Users\vuong_000\SkyDrive\defagproject C:\Users\vuong_000\AppData\Roaming\Microsoft\Temp lates\Normal.dotm Title: Subject: Author: vuong truongyen Keywords: Comments: Creation Date: 12/25/2013 9:54:00 AM Change Number: 60 Last Saved On: 3/30/2014 12:10:00 PM Last Saved By: vuong truongyen Total Editing Time: 2,320 Minutes Last Printed On: 3/30/2014 12:10:00 PM As of Last Complete Printing Number of Pages: Number of Words: 493 (approx.) Number of Characters: 2,816 (approx.) Filename: Directory: C:\Users\vuong_000\SkyDrive\defagproject\Giaytochuan bi\hoso Template: C:\Users\vuong_000\AppData\Roaming\Microsoft\Temp lates\Normal.dotm Title: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Subject: Author: Hungnh Keywords: Comments: Creation Date: 6/27/2013 9:31:00 PM Change Number: Last Saved On: 3/31/2014 10:57:00 AM Last Saved By: vuong truongyen Total Editing Time: Minutes Last Printed On: 3/31/2014 10:57:00 AM As of Last Complete Printing Number of Pages: Number of Words: 77 (approx.) Number of Characters: 439 (approx.) LỜI MỞ ĐẦU Trong giới ngày nay, hoạt động trao đổi thông tin nhu cầu thiết yếu diễn ngày lĩnh vực kinh tế xã hội Hoạt động trao đổi thông tin ngày cần nhiều tài nguyên từ hạ tầng viễn thông Những cơng nghệ truyền thơng trước khơng cịn đủ đáp ứng cho hoạt động xử lý tiêu thụ lượng thông tin cần trao đổi Các dịch vụ cần nhiều tài nguyên người sử dụng cần hạ tầng tốt đáp ứng nhu cầu Trong bối cảnh đó, cơng nghệ truyền thơng phát triển mạnh mẽ xuất nhiều tảng với đặc điểm khác hướng vào mục đích phục vụ tốt cho nhu cầu trao đổi thông tin Hiện giới diễn hoạt động chuyển đổi tảng truyền thông, với cơng nghệ có nhiều đặc điểm, ưu khác Tiến trình chuyển đổi theo hướng tận dụng tảng cũ phổ biến, bên cạnh áp dụng cơng nghệ hồn tồn mở nhiều thách thức hội Do việc nghiên cứu thử nghiệm công nghệ tiên tiến cần thiết trước áp dụng phổ biến lý em chọn đề tài “ WiMAX Ứng Dụng: Nghiên cứu công nghệ WiMAX ứng dụng cho khu vực Hà Nội” Filename: Directory: Template: loimodau C:\Users\vuong_000\SkyDrive\defagproject C:\Users\vuong_000\AppData\Roaming\Microsoft\Temp lates\Normal.dotm Title: Subject: Author: vuong truongyen Keywords: Comments: Creation Date: 3/30/2014 1:21:00 PM Change Number: Last Saved On: 3/30/2014 2:01:00 PM Last Saved By: vuong truongyen Total Editing Time: 40 Minutes Last Printed On: 3/30/2014 2:01:00 PM As of Last Complete Printing Number of Pages: Number of Words: 178 (approx.) Number of Characters: 1,015 (approx.) WiMAX Ứng Dụng PHẦN I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRUYỀN THÔNG Lịch sử truyền thơng có từ xa xưa lịch sử lồi người Truyền thơng định nghĩa việc trao đổi thông tin từ nơi đến nơi khác với khoảng cách địa lý hay khoảng cách không gian Khi lượng thực thể thay đổi với thơng tin sinh truyền thông tin bắt đầu Xa xưa người truyền thông tin vật liệu sẵn có, diện xung quanh người đưa tin hay dùng chim bồ câu, khoảng cách xa họ sử dụng cách thức báo hiệu đốt lửa núi thiết lập trạm trung gian tồn tuyến truyền tin Những phương pháp có ý nghĩa truyền tải thơng điệp đạt mục đích tối thiểu truyền tin Cùng với thời gian, phát triển khoa học kỹ thuật, phát minh khám phá khoa học lý thuyết thực nghiệm mang tính kiện nâng mức độ việc truyền tin lên mức cao hơn, truyền thơng từ từ tách khỏi hệ thống ban đầu từ nguồn tạo tin môi trường truyền dẫn nơi nhận tin Truyền tin khơng cịn liên tục phục hồi tồn phần hệ thống tự nhiên trước mà phục vụ ngày cụ thể cho mục đích sử dụng ngày tách biệt Cũng từ hệ thống tin tức tách khỏi chu trình khép kín xuất theo phát triển khoa học kỹ thuật Ở điểm truyền thơng ngày có ý nghĩa với người ngày cho người - phục vụ mục đích người Truyền thơng q trình phát triển ngày tỏ quan trọng trình phát triển xã hội nhân loại, đâu tính cộng đồng, tính trật tự, thứ bậc xuất truyền thơng theo mà quan trọng theo trở thành thiếu hoạt động cộng đồng Q trình phát triển nhân loại đồng nghĩa với q trình phát triển tính tồn cầu hóa Nhu cầu trao đổi thơng tin ngày cấp thiết dạng truyền thông quan trọng làm xóa nhịa ranh giới địa lý khoảng cách khơng gian q trình hội tụ trường thông tin đồng hẳn lên định hướng thành phần lại vấn đề truyền thơng viễn thơng WiMAX Ứng Dụng Những mốc lớn lịch sử truyền thông lĩnh vực phát triển quan trọng liên quan phải kể đến là: - Năm 1820, George Ohm đưa phương trình tốn học để giải thích tín hiệu điện chạy qua dây dẫn - Năm 1830 Michall Faraday tìm định luật cảm ứng điện từ - Năm 1844 đường dây điện tín thiết lập Baltimore Washington DC - Năm 1849, tin in - Năm 1850, đại số Boole George Boole tạo móng cho logic học - James Clerk Maxwell đưa học thuyết trường điện từ phương trình tốn học Căn vào học thuyết Henrich Hertz truyền nhận thành cơng sóng vơ tuyến - Tổng đài điện thoại thiết lập vào năm 1876 (ngay sau Alexander Graham Bell phát minh điện thoại) Năm năm sau Bell bắt đầu dịch vụ gọi đường dài New York Chocago Cùng khoảng thời gian đó, Guglieno Marconi Italia lắp đặt trạm phát sóng vơ tuyến để phát tín hiệu điện tín - Năm 1900 nhà vật lý Einstein đưa nhiều tài liệu quan trọng vật lý chất rắn, thống kê học, điện từ trường học lượng tử Vào khoảng thời gian này, phòng thí nghiệm Bell Mỹ phát minh sáng chế ống phóng điện cực cho kính thiên văn xoay Tiếp theo đó, Le De Forest trở thành nguươì khởi xướng lĩnh vực vi mạch điện tử thông qua phát minh ông ống chân không ba cực Lúc này, hệ thống tổng đài tương tự tự động có khả hoạt động khơng cần bảng chuyển mạch - Năm 1910, Erwin Schrodinger thiết lập tảng cho học lượng tử thông qua phương trình sóng để giải thích cấu tạo ngun tử đặc điểm chúng Vào khảng thời gian này, phát công cộng bắt đầu phát sóng - Năm 1920, Harold S Black phịng thí nghiệm Bell phát minh máy khuếch đại phản hồi âm mà ngày dùng lĩnh vực viễn thông công ngệ máy điện đàm WiMAX Ứng Dụng ỨNG DỤNG WiMAX CHO KHU VỰC HÀ NỘI 4.1 TÍNH TỐN LƯU LƯỢNG YÊU CẦU Lưu lượng yêu cầu đặt vào đầu cuối tiêu thụ liệu, chuỗi cung cấp dồn tất UE Số lượng UE phụ thuộc vào người sử dụng thuê bao SS/AMS/MS Để đơn giản giả thuyết UE tỉ lệ 1-1 với người sử dụng Để tính số lượng mật độ thuê toán phức tạp gồm tham số như: số thuê bao tại, số thuê bao phát sinh, suy giảm dịch vụ , đặt giả thuyết thứ hai số thuê bao phụ thuộc trực tiếp vào đặc điểm dân số phân bố dân cư vùng định triển khai Mật độ dân cư tập trung cao khu trung tâm, giảm dần đến vùng ngoại thành, huyện thuộc tỉnh Hà Tây cũ có mật độ thấp Mục đích phủ sóng giai đoạn thứ tập trung khu trung tâm Hà Nội, nơi có nhu cầu truy nhập cao Hình 35 Bản đồ vệ tinh khu vực trung tâm Hà Nội 89 WiMAX Ứng Dụng Xem xét đồ chụp từ vệ tinh thấy khu vực trung tâm mật độ nhà dày đặc vùng triển khai mạng coi mật độ dân cư gần phân bố Chọn vùng cung cấp giai đoạn khu vực trung tâm đánh dấu đồ: Hình 36 Vùng quy hoạch mạng Diện tích cần triển khai khoảng 42 km2 * Phân tích đối tượng yêu cầu lưu lượng Dịch vụ liệu có thời gian phục vụ lâu dài phổ biến, q trình rút nhiều thống kê quan trọng + Nhu cầu sử dụng dịch vụ liệu thường xuất tòa nhà 90 WiMAX Ứng Dụng + Thiết bị thường đứng yên yêu cầu liệu + Thời điểm yêu cầu truy nhập tăng đột biến + Yêu cầu liệu phụ thuộc mạnh vào loại dịch vụ sử dụng liệu, dịch vụ VoIP mạng 3G, HSPA, LTE, 4G với người sử dụng + Khu vực Hà Nội có mật độ dân số biến động lớn theo ngày đêm * Khảo sát thiết bị thị trường làm vài phép tính cho thấy: cung cấp dung lượng theo yêu cầu theo tiêu chuẩn 4G cho người dùng không khả thi Hiện đường truyền cáp quang có dung lượng 1Gbps cho cá nhân (từ 2013 đến 2014) Mỹ triển khai bang Tại Việt Nam đường cáp quang 1Gbps tồn gói thầu cho quan lớn doanh nghiệp lớn Nếu cung cấp cho người dùng theo chuẩn 4G 100Mpbs lúc di chuyển với tốc độ >350km/h(không phổ biến) 1Gbps lúc đứng n/di chuyển chậm khơng khả thi Nếu tính toán trực tiếp với thiết bị thị trường đồng thời thỏa mãn yêu cầu tốc độ số BS nhiều số xanh khu vực cần triển khai ** Hiện gói cước đăng ký phổ biến khơng giới hạn dung lượng gói có giá trị thấp nhà mạng cung cấp Gói hợp đồng phân làm hai giai đoạn Giai đoạn thứ có tốc độ 3G khoảng 300÷500MB Giai đoạn thứ truy cập miễn phí khơng tính cước phát sinh tốc độ khoảng 30kbps tốc độ tốc độ chủ yếu thời gian dịch vụ Gói cước có giá thấp hiệu sử dụng không cao, đặc biệt thời kỳ dịch vụ OTT bùng nổ *** Cung cấp dịch vụ truy cập Internet miễn phí có tốc độ trung bình 256kbps nhanh từ đến 10 lần tốc độ chấp nhận + Khi đồng thời nhiều người dùng truy cập vào tài nguyên xuất tranh chấp Do cần phải đưa vào tỉ số cạnh tranh để giải cạnh tranh, biện pháp phổ biến giới tồn từ lâu đường cáp DSL Tỉ số cạnh tranh biểu diễn 1:N gồm N người sử dụng yêu cầu tài nguyên 91 WiMAX Ứng Dụng + Khi số lượng thuê bao biến động gồm đăng ký hủy đăng ký, yêu cầu truy nhập tháo kết nối có thăng giáng q lớn cần đưa yếu tố trung bình vào dung lượng yêu cầu cần tính tốn Biểu thức lưu lượng trung bình: C   M i A% i Cri i Trong đó: + Lưu lượng dịch vụ trung bình C (Mbps) + Số lượng thuê bao theo loại lưu lượng M + Tỉ số tranh chấp băng thông theo loại lưu lượng CR = 1:N + Tỷ lệ phần trăm sử dụng dịch vụ A% Dịch vụ cung cấp chia làm hai loại dịch vụ thoại internet nói chung Dịch vụ thoại bao gồm tất dịch vụ OTT có chứa chức Voice IM Với dịch vụ VoIP yêu cầu tốc độ 64kbps, dịch vụ truy nhập Internet yêu cầu gấp từ đến10 lần tốc độ 30kpbs gói dịch vụ Do chọn tốc độ dịch vụ truy nhập 256kbps Cả hai dịch vụ có hệ số cạnh tranh 1:10 Trong thời gian đầu triển khai, dự tính số người sử dụng khu vực khoảng triệu người(do miễn phí, nhanh “3G”, tốc độ vừa đủ dùng dịch vụ có) STT Dịch vụ Tỉ lệ thuê bao SSs VoIP (128kbps) 80 % 800.000 Data (256kbps) 20 % 200.000 Bảng 10 Tỷ lệ người dùng theo dịch vụ = >Dung lượng trung bình =800000.128.0,8.0,1+200000.256.0,2.0,1= 9000Mbps * Thiết bị lựa chọn cho triển khai trạm BreezMAX BST hãng Alvarion Các đặc điểm khóa gồm: + Đa truy nhập TDMA, song công TDD + Điều chế OFDM FFT 256, BPSK tới 64QAM 92 WiMAX Ứng Dụng + Độ rộng kênh cho phép 1,75 / 3,5 / / 10 (MHz) + Hỗ trợ băng tần 3.5 / 5.8 (GHz) + Sector 60o / 90o / 120o / 180o / vô hướng + Tốc độ 30Mbps sector (độ rộng kênh 10MHz) + Công suất phát 40dBm phần tử anten + Tăng ích anten 15dBi + Độ nhạy thu –115dBm (QPSK) tới –90dBm (64QAM) Hãng Alvarion cung cấp thiết bị viễn thông cho thị trường Việt Nam trình thử nghiệm WiMAX năm 2007 4.2 MƠ HÌNH KÊNH TRUYỀN Trong mơi trường khơng dây, tín hiệu đường truyền từ trạm phát đến trạm thu bị suy hao theo đường truyền vô tuyến (path loss) suy hao phụ Suy hao đường truyền suy hao trình truyền dẫn phụ thuộc tần số, khoảng cách truyền sóng mơi trường truyền sóng Các suy hao phụ tùy thuộc vào điều kiện truyền dẫn kiến trúc đô thị bao gồm suy hao fading, suy hao thâm nhập hay đâm xuyên vật chắn, loại tạp âm nhiễu, suy hao đường dây suy hao mối nối… Nhân tố lớn ảnh hưởng tới suy hao đường truyền tần số triển khai Với băng khác suy hao đường truyền khác nhau, tần số lớn suy hao lớn khó truyền mơi trường NLOS Để tính suy hao đường truyền cần phải sử dụng mơ hình tính tốn suy hao phù hợp Các mơ hình tính tốn suy hao thường dùng mơ hình khơng gian tự do, mơ hình Hata, mơ hình Okumura, mơ hình COST 231 Hata, mơ hình SUI nhiều mơ hình khác Mơ hình tính tốn suy hao dùng để dự đoán mức suy hao theo khoảng cách với số điều kiện định Các điều kiện địa hình, kiến trúc hạ tầng, băng tần sử dụng, loại vùng (đô thị, ngoại ô, nông thôn) WiMAX forum khuyến nghị sử dụng mơ hình SUI cho băng tần cần triển khai Mơ hình SUI sử dụng cho băng tần 3.5GHz, mơ hình dùng để tính tốn cho WiMAX cố đinh di trú 93 WiMAX Ứng Dụng * Mơ hình SUI -Stanford University Interim mơ hình suy hao tính tốn dựa yếu tố địa hình vùng phủ sóng Mơ hình SUI áp dụng cho loại địa hình đặt tên A, B C Loại địa hình A địa hình đồi núi, mật độ cối từ vừa đến rậm rạp, tương ứng với mức suy hao cực đại Loại địa hình C địa hình phẳng với mật độ cối thưa, tương ứng với mức suy hao tối thiểu Loại B mô tả với đặc điểm địa phần lớn phẳng có mật độ cối rậm rạp địa hình đồi núi với mật độ cối thưa Phương trình suy hao với hệ số theo công thức PL = A + 10.γ.log10(d/d0) + Xf + Xh + s [13] Trong đó: + PL giá trị suy hao (dB) + d khoảng cách anten trạm gốc anten trạm di động (m) + = 100m + s hệ số fading chuẩn loga, dùng để dự trữ fading chậm vật cản cối vật cản khác gây ra, có giá trị khoảng từ 8dB đến 10dB Các tham số A γ tính sau: A  20log10 4 d   a  bhb  Với :  c hb + hb: độ cao trạm gốc tính từ mặt đất (m) + a, b, c lấy giá trị theo loại địa hình Tham số a b (m-1) c (m) Địa hình loại A 0.0075 Địa hình loại B Địa hình loại C 4.0 3.6 0.0065 0.005 17.7 20 Bảng 11 Bảng tham số địa hình 94 WiMAX Ứng Dụng Các hệ số hiệu chỉnh cho tần số làm việc chiều cao anten trạm di động X f  6.0log10 f 2000 X h  10.8log10 hr cho địa hình loại A B X h  20.0 log10 hr cho địa hình loại C Trong + f : tần số hoạt động (MHz) + hr: chiều cao anten trạm di động tính từ mặt đất (m) ** Suy hao phụ Các suy hao phụ góp phần làm tăng tổng suy hao tín hiệu làm giảm tỉ số tín hiệu nhiễu SNR điểm thu Để đảm bảo chất lượng tín hiệu đảm bảo thông tin liên lạc trạm phát trạm thu cần có trữ suy hao phụ Mức dự trữ suy hao phụ thuộc vào loại suy hao gặp phải q trình truyền tín hiệu Các suy hao phụ chia hai loại bao gồm suy hao hệ thống suy hao môi trường truyền sóng + Suy hao cáp mối nối làm suy giảm cơng suất tín hiệu đường truyền cáp từ trạm phát lên anten Giá trị suy hao phụ thuộc loại cáp, độ dài cáp số lượng vị trí nối cáp Suy hao cáp: Lc  l (dB) l: độ dài cáp (m) α : hệ số suy hao (dB/m) + Suy hao thâm nhập: Tín hiệu thu chịu suy hao thâm nhập hay suy hao hấp thụ vật cản Các vật cản có chất liệu khác tường gạch, tường bê tơng, cửa kính, cửa gỗ, cửa sắt… Mỗi loại chất liệu có hệ số hấp thụ khác gây mức suy hao khác Các giá trị suy hao tính với độ dày lớp vật liệu theo tiêu chuẩn kiến trúc 95 WiMAX Ứng Dụng Vật cản Mức suy hao (dB) Tường gạch có cửa sổ Tường gạch Tường bê tông 10 Kim loại (cửa sắt, mái tôn) Tường gạch xỉ, tường đá bọt (núi lửa) Vỏ xe ô tô Bảng 12 Mức suy hao thâm nhập[13] + Dự trữ nhiễu: Nhiễu đường truyền làm giảm tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) giảm chất lượng tín hiệu thu Ngồi nhiễu liền kênh gây ảnh hưởng xấu đến việc tái sử dụng tần số Vì phải có dự trữ nhiễu để đảm bảo cơng suất tín hiệu thu đủ lớn, tăng cường chất lượng tín hiệu thu Mức dự trữ nhiễu đường xuống 2dB, mức dự trữ nhiễu đường lên 3dB[13] Ngoài với đặc điểm sử dụng cơng nghệ OFDM điều chế sóng mang nên WiMAX có khả chống nhiễu xuyên ký tự ISI *** Chọn thơng số cho mơ hình: + Tần số: 3.5GHz + Địa hình Hà Nội loại: C + Độ cao anten trạm gốc: 60m + Độ cao anten trạm thuê bao: 2m + Hệ số fading chuẩn loga: 8dB + Suy hao cáp Lc = 20.0,05 = (dB) (Với loại cáp tiêu chuẩn sử dụng cho tần số 2.5GHz α = 0,05dB/m Với độ dài cáp trung bình từ trạm phát lên anten l = 20m) + Suy hao mối nối: 1dB (lấy giá trị chuẩn) + Suy hao thâm nhập: 10dB (địa hình Hà Nội chủ yếu nhà bê tông) + Giá trị suy hao cáp mối nối: 2dB 96 WiMAX Ứng Dụng + Dự trữ nhiễu đường xuống: 2dB + Dự trữ nhiễu đường lên: 3dB 4.3 QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN Tính tốn quỹ đường truyền tính tốn tổng tăng ích hệ thống tổng suy hao tín hiệu truyền qua mơi trường tới phía thu cho cơng suất tín hiệu nhận phía thu khơng nhỏ độ nhạy thu Tổng tăng ích hệ thống bao gồm thơng số cơng suất phát, độ nhạy thu, tăng ích anten, tăng ích sử dụng đa anten độ lợi chuyển giao mềm Độ lợi chuyển giao mềm tạo tăng ích 2dB Tính tốn quỹ đường truyền tính tốn tổng tăng ích hệ thống tổng suy hao Trong mơ hình sử dụng tham số SS wimaxforum cung cấp làm mơ hình chuẩn Tổng hợp thơng số ta có: Thơng số Giá trị Thông số trạm gốc BreezMAX BST Alvarion P phát phần tử anten 40 Số phần tử anten phát Tăng ích kết hợp phần tử anten Tăng ích anten 15 Suy hao cáp EIRP 59 Thơng số trạm th bao Tăng ích anten Số phần tử anten thu Tăng ích kết hợp phần tử anten Độ nhạy thu – 100 – 90 (BPSK) (64QAM) Tổng tăng ích hệ thống 167 157 Dự trữ suy hao phụ Dự trữ nhiễu Dự trữ suy hao thâm nhập 10 Tổng tăng trữ suy hao phụ 12 L đường truyền cho phép 155 145 Đơn vị Công thức dBm a b c = 10logb d e f=a+c+d-e dB dBi dB dBm dBi dB dBm g h i = 10logh j dB k= f+ g+ i– j dB dB dB dB k l m=k+l n=k-m Bảng 13 Quỹ đường truyền cho đường xuống 97 WiMAX Ứng Dụng Quỹ đường truyền cho đường xuống xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép cho trạm th bao thu tín hiệu từ trạm gốc Quỹ đường truyền cho đường lên xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép cho trạm gốc thu tín hiệu từ trạm thuê bao Giá trị suy hao đường truyền cho phép lấy giá trị nhỏ giá trị suy hao đường truyền tối đa cho phép đường lên đường xuống để đảm bảo thông tin hai chiều Thông số Giá trị Thông số trạm thuê bao Công suất phát phần tử anten 22 Số phần tử anten phát Tăng ích kết hợp phần tử anten Tăng ích anten EIRP 30 Thơng số trạm gốc (BreezMAX BST Alvarion) Tăng ích anten 15 Số phần tử anten thu Tăng ích kết hợp phần tử anten Suy hao cáp Độ nhạy thu – 115 – 108 (BPSK) (QPSK) Tổng tăng ích hệ thống 161 154 Dự trữ suy hao phụ Dự trữ nhiễu Dự trữ suy hao thâm nhập 10 Tổng tăng trữ suy hao phụ 13 Suy hao đường truyền cho phép 148 141 Đơn vị Công thức dBm a b c = 10logb d e=a+c+d dB dBi dBm dBi dB dB dBm f g h = 10logg i j dB k =e +f +h –i –j dB dB dB dB l m n = l+ m o=k-n Bảng 14 Quỹ đường truyền cho đường lên Trong đó: EIRP: cơng suất xạ đẳng hướng tính theo cơng thức EIRP[3]  PTxR  10log10 NTxR  Pbackoff  GTxR  LTxR (dBm) Với PTxR: Công suất NTxR : Số anten Pbackoff : công suất khuếch đại LTxR : Suy hao GTxR : Độ lợi anten 98 WiMAX Ứng Dụng Kết xác định suy hao đường truyền cho phép phải lấy giá trị suy hao đường truyền cho phép theo đường lên đường lên có giá trị suy hao đường truyền cho phép nhỏ + Ở mức điều chế thấp BPSK suy hao đường truyền cho phép 148dB + Ở mức điều chế cao 64QAM suy hao đường truyền cho phép 141dB 4.4 PHẠM VI BAO PHỦ Sử dụng mơ hình tính tốn suy hao SUI để tính tốn phạm vi phủ sóng ứng với giá trị suy hao đường truyền cho phép * Từ phương trình suy hao: PL = A + 10.γ.log10(d/d0) + Xf + Xh + s ** Và kết tính quỹ đường truyền: + Suy hao đường truyền cho phép ứng với mức điều chế cao 141dB + Suy hao đường truyền cho phép ứng với mức điều chế thấp 148dB *** Thay vào phương trình tìm khoảng cách hiệu dụng d : + Với suy hao 148dB tính phạm vi phủ sóng tối đa 3,31km + Với suy hao 141dB tính phạm vi phủ sóng tối đa 2,12km Kết quả: * Bán kính phủ sóng chọn: 2,12km ** Diện tích phủ sóng với bán kính chọn: S=3,14.2.122 = 14,12km2 *** Diện tích lục giác nội tiếp : 11,68km2 99 WiMAX Ứng Dụng 4.5 ĐỊNH CỠ MẠNG Quá trình định cỡ mạng truy nhập vô tuyến nhằm xác định số lượng cell cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ Với thông số tính tốn bao gồm: + Diện tích vùng phủ: 42km2 + Lưu lượng: 9000Mpbs + Diện tích phủ sóng lớn nhất: 11,68km2 Q trình tính tốn lưu lượng đáp ứng + Lưu lượng liệu thiết bị : 30Mbps/sector + Tổng lưu lượng yêu cầu: 9000Mbps + Số sector cần 9000/30 = 300 (sector) + Số cell 300/6 = 50 (cell) * Các cell lục giác đều, phân bố diện tích cell chiếm: 0,84km2 Có bán kính tương ứng 0,56km < 2,12km cho phép Tổng hợp kết ta có: Thơng số Giá trị Tổng số cell cần dùng 50 cell Bán kính cell 0,56km Diện tích cell 0,84 km2 sector/cell, sector 60o Cấu hình Tổng lưu lượng cần đáp ứng 9000Mbps Bảng 15 Kết định cỡ mạng 100 WiMAX Ứng Dụng 4.6 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ Xắp xếp mạng tổ ong lên sơ đồ chụp từ vệ tinh Do có tính sai số tính tốn xếp chưa tối ưu nhất, xếp site xuất vùng không bao phủ bổ sung thêm cell để lấp đầy vùng triển khai số cell 52 cell Hình 37 Mạng lưới thiết kế cho khu vực trung tâm Hà Nội 101 WiMAX Ứng Dụng KẾT LUẬN Qua trình phân tích tính tốn, cơng nghệ WiMAX có đặc điểm tiên tiến phù hợp với công nghệ đại Các biện pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn với hệ thống mã hóa kênh, điều chế thích nghi cho mơi trường lan truyền khác nhau, nâng cao thông lượng kỹ thuật phân tập truyền nhận Hoạt động phát triển kỹ thuật theo kiến trúc mở thúc đẩy cải tiến nâng cấp chất lượng mạnh mẽ, tạo tiêu chuẩn tương tác rộng rãi tồn cầu Có thể xây dựng giải pháp đa dạng đáp ứng nhu cầu băng thông rộng, dịch vụ đa dạng bối cảnh triển khai linh triển khai Thiết bị có kích thước nhỏ gọn, dung lượng cao thời gian triển khai nhanh Giá trị hiệu mạng lưới ứng dụng cơng nghệ WiMAX cịn phát triển phiên tiêu chuẩn *** 102 Filename: Directory: Template: banthao2 C:\Users\vuong_000\SkyDrive\defagproject C:\Users\vuong_000\AppData\Roaming\Microsoft\Temp lates\Normal.dotm Title: Subject: Author: vuong truongyen Keywords: Comments: Creation Date: 12/30/2013 10:32:00 AM Change Number: 255 Last Saved On: 3/30/2014 10:23:00 AM Last Saved By: vuong truongyen Total Editing Time: 5,319 Minutes Last Printed On: 3/30/2014 10:26:00 AM As of Last Complete Printing Number of Pages: 102 Number of Words: 21,991 (approx.) Number of Characters: 125,349 (approx.) ... nghiệm công nghệ tiên tiến cần thiết trước áp dụng phổ biến lý em chọn đề tài “ WiMAX Ứng Dụng: Nghiên cứu công nghệ WiMAX ứng dụng cho khu vực Hà Nội? ?? Filename: Directory: Template: loimodau... trợ cho thiếu sót tảng phục vụ Trước yêu cầu thực tế nêu trên, cần nghiên cứu công nghệ WiMAX 12 WiMAX Ứng Dụng PHẦN WiMAX VÀ ỨNG DỤNG 2.1 LỊCH SỬ VÀ CÁC TIÊU CHUẨN WiMAX Năm 1998, IEEE hình thành... công nghệ tiên tiến 11 WiMAX Ứng Dụng sử dụng rộng rãi; Hàn Quốc Nhật Bản hai quốc gia có sách phát triển truyền thơng, họ áp dụng đại trà công nghệ tiền 4G từ năm 2009 Việt Nam sử dụng công nghệ