Ảnh hưởng của nhiễu và các biện pháp khắc phục trong wimax luận văn tốt nghiệp đại học

Trờng Đại học vinh Khoa ĐIệN Tử VIễN THÔNG ===== ===== Đồ áN tốt nghiệp ĐạI HọC Đề tài: ảNH HƯởNG CủA NHIễU Và CáC BIệN PHáP KHắC PHụC TRONG WIMAX Giảng viên hớng dẫn: ThS. LÊ ĐìNH CÔNG Sinh viên thực hiện : PHạM VIếT DũNG Lớp : 47k - đtvt Vinh, 5/2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1. Tổng quan về công nghệ truy nhập không dây .3 1.1 Quá trình phát triển của mạng truy nhập không dây 3 1.1.1 Công nghệ di dộng tế bào 3 1.1.2 Xu hướng công nghệ không giây khác 10 1.2 Các chuẩn cho hệ thống không giây băng rộng .12 1.2.1 Các chuẩn họ IEEE 802.16x .12 1.2.2 Các chuẩn họ IEEE 802.11x 15 1.2.3. Các chuẩn họ IEEE 802.15x .18 1.3. Kết luận chương .18 Chương 2. Công nghệ WIMAX .19 2.1 Tổng quan về Wimax 19 2.1.1 Khái niệm .19 2.1.2 So sánh Wimax với một số công nghệ khác 22 2.1.3 Hoạt động của Wimax .25 2.2 Các đặc điểm kỹ thuật trong Wimax 26 2.2.1 Băng tần cơ bản và độ rộng kênh được ứng dụng 26 2.2.2 Lớp vật lý .31 2.2.3 Mã hoá kênh 42 2.2.4 Điều chế 44 2.3 Một số kỹ thuật điều khiển lớp vật lý .47 2.3.1 Đồng bộ .47 2.3.2 Ranging 47 2.3.3 Điều khiển công suất .49 2.3.4 Lựa chọn tần số động (DFS) 50 2.4 Lớp MAC 51 2.4.1 Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ MAC-SSCS .52 2.4.2. Lớp con phần chung MAC-CPS .52 2.4.3 Lớp con bảo mật 60 2.5 Các công nghệ vô tuyến cải tiến trong Wimax .65 2.5.1 Phân tập thu và phát .65 2.5.2 Hệ thống anten thích ứng AAS .66 2.6 Ưu điểm và nhược điểm của Wimax 67 2.7. Kết luận chương .69 Chương 3. Ảnh hưởng của nhiễu trong WiMAX và các biện pháp khắc phục .70 3.1.Sơ đồ khối của hệ thống thông tin vô tuyến .70 3.2. Ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống vô tuyến 71 3.2.1.Suy hao (pathloss) 71 3.2.2. Che chắn (shadowing) 72 3.2.3. Nhiễu đồng kênh CCI .73 3.2.4. Hiện tượng đa đường (multipath) .74 2.5. Hiện tượng Doppler .76 3.3.Các biện pháp nhằm giảm ảnh hưởng của nhiễu được sử dụng trong WiMAX73 .77 3.3.1.Tái sử dụng tần số phân đoạn 77 3.3.2. Các biện pháp giảm pha đinh 78 3.3.2.1.Pha đinh băng hẹp (pha đinh phẳng) .78 3.3.2.2. Pha-đinh băng rộng (pha đinh lựa chọn tần số) 81 3.3.2 3. Bộ cân bằng .81 3.3.2.4. Mã hóa và điều chế thích nghi 82 3.3.2.5. Mã hóa kênh (channel coding) .85 3.4. Kết luận chương .86 KẾT LUẬN 87TÀI LIỆU THAM KHẢO .88 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trên thế giới 6 Hình 1.2 Quá trình phát triển của các mạng di động tế bào .9 Hình 1.3 Xu hướng phát triển của mạng truy nhập vô tuyến .12 Hình 2.1 Mô hình mạng Wimax cố định .19 Hình 2.2 Cấu trúc liên mạng 26 Hình 2.3 So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a), và kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) 32 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống OFDM 33 Hình 2.5 Phổ của sóng mang con OFDM 34 Hình 2.6 Minh họa việc chèn CP .36 Hình 2.7 Mô hình LOS .37 Hình 2.8 Mô hình NLOS 37 Hình 2.9. Kỹ thuật FDD và TDD .38 Hình 2.10 Khung TDD cho kiểu PMP .40 Hình 2.11 Khung FDD cho kiểu PMP .42 Hình 2.12 Quá trình đan xen .44 Hình 2.13 Kỹ thuật điều chế thích ứng 45 Hình 2.14 Mô hình lớp PHY và MAC .51 Hình 2.15 Định dạng MAC PDU 54 Hình 2.16 Định dạng MAC phần đầu tổng quát 55 Hình 2.17 Bandwidth request header .56 Hình 2.18 MAC management messages format .57 Hình 2.19. Ghép MAC PDU .58 Hình 2.20 MAC PDU encryption 59 Hình 2.21 Mô hình lớp con bảo mật .61 Hình 2.22 Giao thức chứng thực .64 Hình 3.1. Hệ thống thông tin vô tuyến số .70 Hình 3.2. Mô hình truyền sóng trong không gian tự do .72 Hình 3.3. Hiện tượng che chắn trên đường truyền tín hiệu .73 Hình 3.4.Giao thoa xuyên kênh .73 Hình 3.5. Hiện tượng multipath .74 Hình 3.6. Hai tín hiệu multipath 75 Hình 3.7. Hai tín hiệu multipath ngược pha nhau 180 0 75 Hình 3.8. Hiện tượng pha đinh .76 Hình 3.9. Hiện tượng Duppler 76 Hình 3.10. Mô hình tái sử dụng tần số phân đoạn .78 Hình 3.11. Phân tập lựa chọn hai nhánh đơn loại đi hầu hết sự suy giảm mạnh .80 Hình 3.12. Sơ đồ khối của mô hình kênh truyền 81 Hình 3.13. Kênh truyền và bộ cân bằng 82 Hình 3.14. Mối quan hệ giữa vùng phủ sóng và phương pháp điều chế được sử dụng 82 Hình 3.15 Sơ đồ khối của hệ thống mã hóa điều chế thích nghi .83 Hình 3.16. Thông lượng của các phương pháp điều chế và tốc độ mã hóa khác nhau 84 Hình 3.17. Vai trò của mã hóa kênh trong việc giảm BER và khắc phục lỗi gây ra cho tín hiệu truyền do pha-đinh 85 Hình 3.18. Sơ đồ khối chức năng của mã hóa kênh .86 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. So sánh giữa chuẩn 802.16-2004 và LMDS, MMDS .24 Bảng 2.2 Thông số điều chế OFDM .46 Bảng 2.3. Một số bản tin sử dụng kết nối cơ sở 53 Bảng 2.4 Một số bản tin sử dụng kết nối quản lý sơ cấp .53 Bảng 2.5 Nội dung khóa chứng thực AK trong PMK version giữa SS và BS 62 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAA Authentication, Nhận thực, cấp phép và tính authorization and Account cước AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng ACK Acknowledgment Xác nhận AES Advance Ecryption Standard Chuẩn mật mã nâng cao AK Authorization Key Khóa nhận thực ARQ Automatic Retransmission Request Yêu cầu truyền lại tự động ASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ BE Best Effort dịch vụ nỗ lực tốt nhất BPSK Binary Phase shift Keying Khóa chuyển pha nhị phân BR Bandwidth Request Yêu cầu băng thông BS Base Station Trạm gốc BSN Block Sequence Number Số thứ tự khối BTC Block Turbo Code Mã Turbo khối BW Bandwidth Băng thông BWA Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng rộng CA Collision Avoidance Tránh xung đột CBC Cipher Block Chaining Chuỗi khối mã hóa CC Confirmation Code Mã xác nhận CCI Co-Channel Interference Nhiễu kênh liên kết CCK Complementary Coded Keying Khóa mã hóa bổ sung CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã C/I Carrier to Interference Ratio Tỉ số tín hiệu/ nhiễu CID Connection Identifier Nhận dạng kết nối CP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truyền thông cá nhân CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư vòng tuần hoàn CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận sóng mang CSN Connection Service Network Mạng dịch vụ kết nối CTC Concatenated Turbo Code Mã Turbo xoắn DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy nhập ấn định theo nhu cầu DCD Downlink Channel Descriptor Miêu tả kênh đường xuống DCF Distributed Control Function Chức năng điều khiển phân tán DES Data Encryption Standard Chuẩn mật mã hóa dữ liệu DFS Dynamic Frequence Selecton Lựa chọn tần số động DHCP Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình Host Protocol động DL Downlink Đường xuống DLFP Downlink Frame Preamble Tiền tố khung đường xuống DSA Dynamic Services Addition Bổ sung các dịch vụ động DSC Dynamic Services Change Chuyển đổi các dịch vụ động DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số EC Encryption Control Điều khiển mật mã hóa ECB Electronic Code Book Sách mã điện tử EDCA Enhanced Distributed Truy nhập điều khiển phân tán Control Access nâng cao EDGE Enhanced Data Rates Các tốc độ dữ liệu được nâng cấp for GSM Evolution cho sự phát triển GSM EV-DO Enhanced Version- Data Only Chỉ dữ liệu-phiên bản nâng cao EKS Encryption Key Sequence Chuỗi khóa mật mã ETSI European Telecommunications Viện các chuẩn viễn thông Institute Châu Âu FBSS Fast Base Station Switch Chuyển mạch trạm gốc nhanh FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung FDD Frequence Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDM Frequence Division Mutiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Crrection Hiệu chỉnh lỗi trước FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh FSH Fragmentation Subheader Tiêu đề con phân đoạn GPC Grant Per Connection Cấp phát trên mỗi trạm gốc GPRS Generalized Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPSS Grant Per Subscriber Station Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao GSM Global System For Hệ thống toàn cầu cho truyền Mobile Communicatons thông di động HARQ Hybrid Automatic Yêu cầu truyền lại tự động kết Retransmission Request hợp HCS Header Check Sequence Thứ tự kiểm tra tiêu đề HHO Hard HandOver Chuyển giao cứng HMAC Hashed Message Mã nhận thực bản tin đã xáo Authentication Code trộn HSDPA High Speed Downlink Truy nhập gói đường xuống Packet Access tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HT Header Type Loại tiêu đề IEEE Institute of Electrical and Viện các kĩ sư điện và điện tử Electronic Engineers IMT International Mobile Viễn thông di động quốc tế Telecommunications IP Internet Protocol Giao thức liên mạng ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu giữa các Symbol ISM Industrial Scientific and Medical Công nghiệp khoa học và hóa học ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet IV Initialization Vector Véc tơ khởi tạo KEK Key Encryption Key Khóa mật mã khóa LAN Local Area Network Mạng vùng cục bộ LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng LSB Least Significant Bit Bít ít ý nghĩa nhất MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng thành thị MBWA Mobile Broadband Truy nhập không dây Wireless Access băng rộng di động MDHO Marco Diversity Handover Chuyển giao đa dạng bằng Marco MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra MIP Mobile Internet Protocol Giao thức Internet di động MISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỉ số cực đại MS Mobile Station Trạm di động