Công nghệ WIMAX và khả năng triển khai thực tế luận văn tốt nghiệp đại học

Trờng Đại học vinh Khoa ĐIệN Tử VIễN THÔNG ===== ===== Đồ áN tốt nghiệp ĐạI HọC Đề tài: công nghệ wimax và khả năng triển khai thực tế Giảng viên hớng dẫn : ThS. Phạm Mạnh Toàn Sinh viên thực hiện : trần nhật thể Lớp : 47k - đtvt Vinh, 5/2011 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX .3 1.1 Giới thiệu về WIMAX .3 1.2 Đặc điểm của WIMAX [1] 6 1.2.1 Đặc điểm của WIMAX cố định (Fixed WIMAX) 6 1.2.2 Đặc điểm của WIMAX di động (Mobile WIMAX ) 7 1.2.3 Ưu điểm 8 1.2.4 Nhược điểm 11 1.3 Các chuẩn của WIMAX [1] .11 1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001 .11 1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a .12 1.3.3 Chuẩn IEEE 802.16d - 2004 .13 1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e .13 1.4 Các băng tần của Wimax [1] 14 1.4.1 Các băng tần được đề xuất cho WIMAX trên thế giới .14 1.4.2. Các băng tần ở Việt Nam có khả năng dành cho WIMAX [2] 14 1.5 Truyền sóng .16 1.6 Kiến trúc mạng wimax [3] .17 1.6.1 Mạng dịch vụ truy nhập ASN .18 1.6.2 Mạng dịch vụ kết nối CSN .18 1.6.3 Cấu hình mạng 19 1.6.4 Quá trình vào mạng .20 1.7 Mô hình hệ thống WIMAX [2] 23 1.7.1 Mô hình ứng dụng WIMAX cố định (Fixed WIMAX) 24 1.7.2 Mô hình ứng dụng WIMAX di động (Mobile WIMAX) .25 1.7.3 Các ứng dụng 26 1.8 Kết luận chương .26 Chương 2. KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX .27 2.1 Giới thiệu chương 27 2.2 Mô hình tham chiếu .27 2.3 Lớp MAC .28 2.3.1 Lớp con hội tụ MAC .28 2.3.2 Lớp con phần chung MAC .29 2.3.2.1 Địa chỉ và kết nối .29 2.3.2.2 Các định dạng MAC PDU .29 2.3.2.3 Xây dựng và truyền các MAC PDU 30 2.3.2.4 Cơ cấu ARQ 30 2.3.2.5 Truy nhập kênh QoS .31 2.3.2.6 Các cơ cấu yêu cầu và cấp phát dải thông 31 2.3.2.7 Hỗ trợ PHY 32 2.3.2.8 Vào mạng 33 2.3.3 Lớp con bảo mật .34 2.4 Lớp vật lý .34 2.4.1 Đặc tả WirelessMAN-SC PHY .35 2.4.2 Đặc tả PHY WirelessMAN-SCa .36 2.4.3 Đặc tả PHY WirelessMAN - OFDM 36 2.4.3.1 Đặc điểm 37 2.4.3.2. Symbol OFDM .37 2.4.3.3 Cấu trúc khung .37 2.4.4 Đặc tả PHY WirelessMAN- OFDMA 39 2.4.4.1 Đặc điểm 39 2.4.4.2 Symbol OFDMA .40 2.4.4.3 Cấu trúc khung .41 2.4.5 Lớp con hội tụ truyền dẫn TC .42 2.5 Kết luận chương .43 Chương 3. SO SÁNH WIMAX VỚI CÁC CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG KHÁC VÀ GIẢI PHÁP CỦA CÁC NHÀ SẢN XUẤT .44 3.1 Giới thiệu chương 44 3.2 Tổng quan về các chuẩn truy cập vô tuyến băng rộng .44 3.3 So sánh WIMAX cố định và LMDS, MMDS 46 3.4 So sánh WIMAX di động với 3G 48 3.5 So sánh WIMAX di động với WiBro 50 3.6 Giải pháp của các nhà sản xuất 51 3.6.1 Giải pháp của intel 52 3.6.2 Giải pháp sản phẩm của SR-Telecom .53 3.6.3 Giải pháp sản phẩm của Alvarion .54 3.6.4 Giải pháp sản phẩm của Motorola cho ISP .56 3.6.5 Giải pháp Chipset của Fujitsu .57 3.6.5.1 Mô tả 57 3.6.5.2 Tính năng .57 3.6.5.2 Ứng dụng .58 3.6.5.3 Thiết kế có liên quan 58 3.7 Kết luận chương .59 Chương 4. KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM 60 4.1. Nhu cầu hiện trạng các hệ thống truy nhập băng rộng tại Việt Nam 60 4.1.1. Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam .60 4.1.2. Hiện trạng truy nhập băng rộng tại Việt Nam .60 4.2. Các mô hình triển khai công nghệ mạng WiMAX .62 4.2.1. Mạng dùng riêng 62 4.2.2. Các mạng phục vụ cộng đồng 69 4.3. Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới .71 4.4. Tình hình triển khai WiMAX ở Việt Nam 73 4.4.1. Tình hình chung .73 4.4.2. Triển khai thí điểm WiMAX tại Lào Cai .75 4.5. Kết luận chương 83 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các loại dịch vụ của WiMAX .10 Bảng 1.2. Các ứng dụng trong WiMAX 26 Bảng 3.1 So sánh giữa chuẩn 802.16-2004 và LMDS, MMDS 47 Bảng 3.2 So sánh WiMAX di động và 3G 49 Bảng 3.3 Các đặc tính chính của WiMAX di động và WiBro 51 Bảng 4.1 Các thống số kỹ thuật thiết bị WiMAX thử nghiệm tại Lào Cai .82 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mô hình truyền thông của WiMAX .5 Hình 1.2. Các đặc tính của Wimax 8 Hình 1.3. Kiến trúc mạng Wimax .19 Hình 1.4. Cấu hình điểm - đa điểm mạng WiMAX 19 Hình 1.5. Cấu hình Mesh mạng WiMAX .20 Hình 1.6.Quy trình vào mạng 22 Hình 1.7.Mô hình hệ thống WiMAX 23 Hình 1.8. Mô hình ứng dụng WiMAX cố định .24 Hình 1.9. Mô hình ứng dụng WiMAX di động .25 Hình 2.1. Mô hình tham chiếu .27 Hình 2.2. Các định dạng MAC PDU .30 Hình 2.3. Cấu trúc thời gian symbol OFDM .37 Hình 2.4. Cấu trúc khung TDD cho kiểu PMP .39 Hình 2.5. Cấu trúc thời gian symbol OFDMA 40 Hình 2.6. Mô tả tần số OFDMA (ví dụ với lược đồ 3 kênh con) 40 Hình 2.7. Phân bố thời gian-khung TDD (chỉ với miền bắt buộc) .42 Hình 2.8. Phân bố thời gian - khung TDD 42 Hình 3.1. Các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến băng rộng .44 Hình 3.2. Phạm vi của WiMAX di động và WiBro trong chuẩn 802.16e 51 Hình 3.3. Sơ đồ ứng dụng tổng thể Wimax của ABS4000 .54 Hình 4.1. Cellular Backhaul .63 Hình 4.2. WSP Backhaul .63 Hình 4.3. Mạng ngân hàng .64 Hình 4.4. Mạng giáo dục .65 Hình 4.5. Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng 66 Hình 4.6. Sử dụng Wimax cho việc thông tin liên lạc xa bờ .67 Hình 4.7. Kết nối nhiều khu vực 67 Hình 4.8. Các khu vực công cộng 68 Hình 4.9. Mạng truy nhập WSP .70 Hình 4.10. Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh 71 Hình 4.11. Sơ đồ kết nối tổng thể 78 Hình 4.12. Sơ đồ kết nối trạm gốc BS .79 Hình 4.13. Sơ đồ kết nối đầu cuối (End - User) 80 Hình 4.14. Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP 81 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS adaptive antena system Hệ thống anten thích nghi AK Authorization key Khoá Cấp phép BE Best effort Cố gắng tối đa BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit BNI Base station network interface Giao diện giữa trạm gốc và mạng BS Base station Trạm gốc BW bandwidth Băng thông BWA Broadband wireless access Truy nhập không dây băng rộng CDMA code division multiple access Đa truy nhập chia mã CA Certification authority Quyền Chứng thực CP Cyclic Prefix Tiền tố Tuần hoàn CPE Customer Premise Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao CPS Common part sublayer Lớp con phần chung CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra vòng dư CS Convergence sublayer Lớp con hội tụ DES Data encryption standard Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu DFS Dynamic frequency selection Lựa chọn tần số động DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DHCP Dynamic host configuration protocol Thủ tục cấu hình chủ không cố định DL Downlink Hướng xuống EC Encryption control Điều khiển mật mã ECB Electronic code book Bảng mật mã điện tử EDE Encrypt-Decrypt-Encrypt Mật mã-giải mã-mật mã FEC Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước LỜI NÓI ĐẦU Thế giới đang đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, truyền thông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. Bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy nhập Internet, các trò chơi tương tác, hội nghị truyền hình, . thì truyền thông băng rộng di động cũng đang được ứng dụng rộng rãi, cung cấp các kết nối tin cậy cho người sử dụng ngay cả khi di chuyển qua một phạm vi rộng lớn. Trong đó, truy nhập băng rộng không dây là một lĩnh vực mang lại sự quan tâm đáng kể của các tổ chức nghiên cứu cũng như các nhà cung cấp thiết bị, các nhà khai thác mạng. Ngày nay thế giới đang hướng tới tương tác toàn cầu trong truyền thông băng rộng không dây, điều này không chỉ mang lại sự hội tụ về truyền thông toàn cầu mà con mang lại nhiều lợi nhuận về mặt kinh tế, giúp cho việc phát triển khoa học, công nghệ, chính trị , văn hóa,… giữa các nước trên toàn thế giới. Mạng Internet đang trở thành phổ biến, chúng ta đã biết đến các công nghệ truy nhập Internet hiện nay như quay số qua modem thoại, ADSL, hay các đường thuê kênh riêng hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di động hay mạng Wi-Fi. Mỗi phương pháp truy cập có một ưu điểm riêng. Bên cạnh đó vẫn còn nhiều nhược điểm, chẳng hạn với Modem thoại thì tốc độ truy nhập quá thấp, ADSL thì tốc độ có thể lên đến 8Mbps nhưng cần đường dây kết nối, các đường thuê kênh riêng thì giá thành thấp và khó triển khai, đặc biệt với các địa hình phức tạp. Hệ thống thông tin di động hiện tại cung cấp tốc độ truyền 9,6Kbps quá thấp so với nhu cầu người sử dụng, ngay cả các mạng thế hệ sau GSM như 2.5G cho phép tốc độ lên đến 171,2Kbps hay EDGE khoảng 300 - 400Kbps cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu và số lượng người sử dụng ngày càng tăng đối với các dịch vụ mạng Internet. Ở hệ thống di động thế hệ tiếp theo 3G thì tốc độ truy nhập Internet không vượt quá 2Mbps. Với mạng Wi-Fi chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao đổi thông tin khoảng cách ngắn. Đứng trước thực tế đó, WiMAX ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế ADSL và Wi-Fi. Hệ thống WiMAX có khả năng cung cấp đường truyền vô tuyến với tốc độ lên đến 70Mbps và với bán kính phủ sóng lên đến 50km. Chính vì những điều đó, em nhận thấy WiMAX là công nghệ có tiềm năng nhất hiện nay với khả năng phát triển vững chắc và lâu dài…cho nên em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “Công nghệ WIMAX và khả năng triển khai trong thực tế”. Đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương: . Trờng Đại học vinh Khoa ĐIệN Tử VIễN THÔNG ===== ===== Đồ áN tốt nghiệp ĐạI HọC Đề tài: công nghệ wimax và khả năng triển khai thực tế Giảng viên. vững chắc và lâu dài…cho nên em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là Công nghệ WIMAX và khả năng triển khai trong thực tế . Đồ án tốt nghiệp gồm