Tìm hiểu công nghệ WIMAX và mô hình thử nghiệm ở vietetl luận văn tốt nghiệp đại học

1 ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TƯ-VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HOC Đề tài : TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM Ở VIETTEL Người hướng dẫn : PGS.TS.Nguyễn Hoa Lư Sinh viên thực hiện : VÕ THĂNG LONG Lớp : 47K -DTVT VINH, 5-2011 MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .2 DANH MỤC CÁC BẢNG 3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .4 Hình 1.1. Các chuẩn mạng không dây .16 Hình 2.1. Một mẫu cấu trúc khung TDD cho WiMAX di động.49 Hình 2.3. Kiến trúc mạng WIMAX IP cơ sở 68 Hình 2.4. Các chức năng được biểu diễn qua các điểm tham chiếu. .69 Hình 3.1.Mô hình WIMAX thử nghiệm 78 Hình 3.2. Thiết bị đầu cuối trong nhà .82 Hình 3.3. Thiết bị đầu cuối ngoài trời .83 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 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 CPE Customer Premise Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao CPS Common part sublayer Lớp con phần chung CRC Cyclic redundancy check Chu kì kiểm tra dư thừa 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 2 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 ETSI European Telecommunications Standard Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu FBSS Fast Base Station Switching Chuyển đổi trạm gốc nhanh FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần số FDD Frequency division duplex Song công chia tần số FEC Forward error correction Sửa lỗi hướng đi FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh FSS Fixed satellite service Dịch vụ vệ tinh cố định FWA Fixed wireless access Truy nhập không dây cố định GPS Global positioning satellite Vệ tinh định vị toàn cầu GMH Generic MAC Header Tiêu đề MAC chung GPSS Grant Per Subscriber Station Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao IE Information element Phần tử thông tin IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức kỹ sư thiết kế Internet IFFT Inversion Fast Fourier transform Biến đổi Fourier ngược nhanh IP Internet Protocol Thủ tục Internet LAN Local area network Mạng nội bộ MAN Metropolitan area network Mạng khu vực thành phố MDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao đa dạng riêng MIP Mobile Internet Protocol Giao thức Internet di động MMDS Multichannel multipoint distribution service Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh NLOS Non line of sight Tia không trực xạ OFDM Orthogonal frequency division multiplexing Ghép kênh chia tần số trực giao OFDMA Orthogonal frequency division multiple access Đa truy nhập chia tần số trực giao PDA Personal Digital Assistant Thiết bị vụ số cá nhân PDH Plesiochronous digital hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ PHY Physical layer Lớp vật lý PMP Point - to - multipoint Điểm đa điểm PPP Point-to-Point Protocol Thủ tục điểm-điểm QAM Quadrature amplitude Điều chế biên độ cầu 3 modulation phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature phase-shift keying Khoá dịch pha cầu phương SAID Security association identifier Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật SAP Service access point Điểm truy nhập dịch vụ SC Single carrier Kênh mang đơn SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SF Service flow Luồng dịch vụ SFID Service Flow Identifier Bộ Nhận dạng Luồng Dịch vụ SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm SS Subscriber Station Trạm thuê bao STC Space time coding Mã thời gian không gian TDD Time division duplex Song công chia thời gian TDM Time division multiplex Ghép kênh chia thời gian TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia thời gian Wi-Fi Transmission Truyền dẫn WLAN Wireless LAN Mạng LAN không dây WMAN Wireless MAN Mạng MAN không dây 4 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các chuẩn mạng không dây .16 Hình 2.1. Một mẫu cấu trúc khung TDD cho WiMAX di động.49 Hình 2.3. Kiến trúc mạng WIMAX IP cơ sở 68 Hình 2.4. Các chức năng được biểu diễn qua các điểm tham chiếu. .69 Hình 3.1.Mô hình WIMAX thử nghiệm 78 Hình 3.2. Thiết bị đầu cuối trong nhà .82 Hình 3.3. Thiết bị đầu cuối ngoài trời .83 5 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 6 Bảng 1.1. Các chuẩn WLAN .19 Bảng 2.1. So sánh các chuẩn IEEE 802.16 .30 Bảng 2.2. Các thông số OFDM được sử dụng trong WIMAX 44 Bảng 2.3. Mã hóa và điều chế được hỗ trợ trong WIMAX .51 Bảng 2.4. Tốc độ dữ liệu lớp vật lí tại các băng tần kênh 51 Bảng 2.5. Các luồng dịch vụ hỗ trợ trong WIMAX .58 Bảng 2.6. Hiệu suất phổ và thông lượng của WIMAX .71 Bảng 3.1. Các dịch vụ thử nghiệm 77 Bảng 3.2. Thiết bị hãng Acatel và hãng Motola .80 Bảng 3.3. Các địa điểm lắp đặt 80 6 MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kĩ thuật đang ngày càng góp phần nâng cao năng suất lao động. Đặc biệt, sự ra đời và phát triển của các công nghệ mới đã tạo nhiều tiện lợi trong đời sống xã hội cũng như trong công nghiệp. WIMAX là một điển hình của công nghệ mới, một bước đột phá trong lĩnh vực truyền thông. Sự xuất hiện của công nghệ băng rộng không dây cố định WIMAX đã thu hút được nhiều quan tâm của người dùng, những người luôn có yêu cầu kết nối và chia sẻ thông tin với tốc độ cao mọi lúc mọi nơi. Công nghệ này hiện nay đang phát triển mạnh và từng bước đi vào ứng dụng thực tế ở một số nước có cơ sở hạ tầng mạng viễn thông mạnh như Hàn Quốc, Nhật bản, Mỹ và một số nước Tây Âu. Ở Việt Nam, công nghệ WIMAX cũng đang thu hút được nhiều sự quan tâm và đánh giá cao của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Với các ưu điểm nổi trội như vùng phủ rộng, khả năng hoạt động ngay cả trong tầm nhìn bị che khuất, WIMAX được kỳ vọng trở thành một công nghệ đầy triển vọng trong tương lai gần của ngành công nghiệp Viễn thông Việt Nam. WIMAX được xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ băng rộng từ cố định cho đến di động, với nhiều ưu điểm nổi bật về chi phí cũng như hiệu quả khi triển khai.Với vùng phủ sóng rộng rãi, hoạt động tốt trong các điều kiện truyền sóng bị che khuất cùng với một nền tảng băng thông rộng, WIMAX đan g được các nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam quan tâm và đánh giá cao. Xuất phát từ nhu cầu tìm hiểu và ứng dụng công nghệ WIMAX trong thực tế, đồ án này sẽ nghiên cứu các đặc điểm cơ bản nhất của WIMAX và ứng dụng của WIMAX ở VIỆT NAM.Nội dung đồ án gồm 3 chương: Chương 1. Giới thiệu về mạng và các chuẩn băng rộng không dây Chương 2. Tổng quan về công nghệ WIMAX Chương 3. Ứng dụng WIMAX ở VIỆT NAM và mô hình thử nghiệm ở Viettell 7 WIMAX là một công nghệ rất mới nên các tài liệu tham khảo viết về vấn đề này chưa có nhiều và phổ biến. Hơn nữa do trình độ có hạn ,trong khuôn khổ thời gian hạn chế nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì vậy rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư cùng các thầy cô giáo trong khoa ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG đã giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm đồ án. 8 CHUƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG VÀ CÁC CHUẨN BĂNG RỘNG KHÔNG DÂY 1.1. Băng rộng không dây Băng rộng không dây là một khái niệm tương đối rộng và mới. Để có thể trình bày tổng quan về các chuẩn băng rộng không dây không thể chỉ tóm lược được trong một chương. Vì thế, chương này chỉ trình bày những nét khái quát nhất liên quan đến mạng và chuẩn băng rộng không dây. Trước hết ta phải hiểu thế nào là băng rộng? Theo nghĩa chung, thì băng rộng được nhắc đến trong viễn thông với ý nghĩa là cái mà có dải tần số khá rộng, sẵn sàng để truyền tin. Với một dải tần số rộng sẵn sàng, thông tin sẽ được dồn và được gửi đi đồng thời trên nhiều tần số, hoặc nhiều kênh khác nhau trong phạm vi của dải tần. Như thế, lượng thông tin được truyền trong một thời gian quy định sẽ là nhiều hơn (ví dụ như có nhiều con đường nhỏ trên một con đường cao tốc sẽ cho phép nhiều phương tiện giao thông di chuyển trên nó hơn trong cùng một khoảng thời gian). Băng rộng luôn là một khái niệm tương đối, được hiểu tuỳ theo phạm vi sử dụng của nó. Một dải tần rộng hơn sẽ mang được nhiều thông tin hơn. Ví dụ như trong phát thanh vô tuyến, một tín hiệu dải hẹp sẽ mang một mã moóc, như thế với một dải rộng hơn sẽ mang được cả một đoạn văn bản. Trong anten truyền hình, một anten theo nghĩa “bình thường” chỉ thu được các kênh trong một phạm vi nào đó, còn với một anten dải rộng sẽ thu được nhiều kênh hơn. Trong truyền thông dữ liệu, một modem sẽ chỉ phát được một dải tần là 64 Kb/s qua đường điện thoại, nhưng qua đường DSL, dải tần có thể lên tới vài Mb/s. Tất cả những sử sử dụng như trên đều được coi là băng rộng. QA, nói chung được nhắc đến trong truyền dữ liệu với tốc độ cao (tối thiểu cũng phải vài trăm kilo bít trên giây) giữa các cơ sở hạ tầng gồm: một số 9 các điểm cố định, các thiết bị đầu cuối của các thuê bao cố định và các trạm của các nhà cung cấp dịch vụ cơ sở. Thuật ngữ “băng rộng không dây” không nên bị lẫn lộn là mang đặc điểm chung của khái niệm “ mạng băng rộng” hay “mạng dịch vụ số tích hợp băng rộng-BISDN”, đã được nhắc đến khi nói về các công nghệ mạng khác nhau (sợi hoặc cáp quang) được cung cấp qua các dịch vụ ISP, để đạt được các tốc độ truyền cao hơn (khoảng 155 Mb/s) cho đường truyền internet xương sống. Theo một cách hiểu khác nữa, khi nói đến băng rộng không dây là nói đến các công nghệ mạng không dây. Nhờ các công nghệ này, chúng ta có thể kết nối được các khách hành đơn lẻ với dịch vụ ISP hoặc mạng xương sống mà không cần thuê luồng T1 hoặc E1 truyền thống, hoặc các kênh cáp quang hay cáp đồng tốc độ cao từ nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tại khu vực đó. Hiện nay, băng rộng không dây đang được khai thác trong các kết nối không dây cố định, được sử dụng cho các khách hàng khác nhau như: các xí nghiệp, công sở, các hộ gia đình, những người dùng làm việc từ xa luôn có sự di chuyển từ một vị trí cố định này tới một vị trí cố định khác. Ngoài ra, các ứng dụng băng rộng không dây trong truyền dữ liệu di động (các thuê bao có thể truy cập được vào mạng trong khi đang di chuyển và đang ở trong vùng cố định, được phủ sóng bởi các trạm gốc (BS) của nhà điều hành mạng) cũng đang được nghiên cứu, và được mong đợi sẽ trở nên rõ ràng hơn trong tương lai. Gần đây, một vài nhà sản xuất đã có kế hoạch phát triển các thiết bị mạng không dây với tốc độ cao, điều này sẽ hỗ trợ cho việc sử dụng di động hoặc cố định với chất lượng tốt ngang nhau. Hiện nay, không dây băng rộng là sự cạnh tranh thích đáng với cáp quang, cáp đồng trục (với cơ sở hạ tầng vật lý đã được thiết lập hầu hết từ trước của hệ thống vô tuyến truyền hình), DSL, và các dịch vụ có phạm vi nhỏ hơn nhiều là vệ tinh băng rộng. Về mặt công nghệ, băng rộng không dây là sự mở rộng của kiến trúc mạng điểm - điểm và mạng cục bộ không dây WLAN, để có thể phân phối được các đường truyền có tốc độ và dung lượng cao cho các ứng dụng như: 10