Công nghệ wimax

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ========== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CÔNG NGHỆ WIMAX Người hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRƯỜNG Lớp: 46K - ĐTVT VINH, 5/2010 MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH SÁCH HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP KHƠNG DÂY .17 1.1 Q trình phát triển mạng truy nhập không dây .17 1.1.1 Công nghệ di động tế bào .17 1.1.2 Xu hƣớng công nghệ không dây khác 22 1.2 Các chuẩn cho hệ thống không dây băng thông rộng 24 1.2.1 Các chuẩn họ IEEE 802.11x 25 1.2.2 Chuẩn IEEE 802.15x 28 1.2.3 Chuẩn IEEE 802.16x 28 1.2.4 Chuẩn IEEE 802.20x 29 1.3 So sánh chuẩn công nghệ 29 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ WIMAX .31 2.1 Tổng quan Wimax 31 2.1.1 Khái niệm 31 2.1.2 Wimax với công nghệ khác 32 2.1.3 Hoạt động Wimax 33 2.2 Các đặc điểm kỹ thuật Wimax .34 2.2.1 Băng tần độ rộng kênh đƣợc ứng dụng 34 2.2.2 Lớp vật lý 35 2.2.3 Mã hóa kênh 46 2.2.4 Điều chế 48 2.3 Một số kỹ thuật điều khiển lớp vật lý 50 2.3.1 Đồng 50 2.3.2 Ranging 50 2.3.3 Điều khiển công suất .52 2.3.4 Lựa chọn tần số động (DFS) 53 2.4 Phân lớp giao thức MAC 53 2.4.1 Lớp hội tụ dịch vụ riêng MAC-SSCS 54 2.4.2 Lớp phần chung MAC-CPS 56 2.4.3 MAC-PS 66 2.5 Các đặc điểm bổ sung WIMAX IEEE 802.16e .68 2.5.1 Nền tảng OFDMA 71 2.5.2 SOFDMA ( OFDMA theo tỉ lệ ) 74 2.5.3 Quản lí tính di động 75 2.5.4 Kỹ thuật Hybrid ARQ (HARQ) 77 2.5.5 Tái sử dụng tần số 78 2.5.6 Bảo mật 80 2.6 Các công nghệ vô tuyến cải tiến Wimax 81 2.6.1 Phân tập thu phát 81 2.6.2 Hệ thống anten thích ứng AAS .82 2.7 Kiến trúc mạng wimax 83 2.7.1 Mạng dịch vụ truy nhập ASN .83 2.7.2 Mạng dịch vụ kết nối CSN 83 2.7.3 Cấu hình mạng 84 2.7.4 Quá trình vào mạng .86 CHƢƠNG THIẾT KẾ MẠNG WIMAX 89 3.1 Thiết bị sử dung mạng wimax 89 3.1.1 Các thành phần hệ thống BreezeMax 3500 89 3.1.2 Tối ƣu hóa dịch vụ cho khách hàng với giá cạnh tranh BreezeMax .90 3.2 Thiết kế mạng wimax nghi lộc 91 3.2.1 Lựa chọn thông số kỹ thuật 91 3.2.2 Sơ đồ thiết kế tổng thể 92 KẾT LUẬN……………………………………………………………………………… 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 LỜI NÓI ĐẦU Đứng trƣớc phát triển không ngừng khoa học công nghệ, truyền thông băng thông rộng trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích cho ngƣời sử dụng Bên cạnh việc cung cấp dịch vụ nhƣ truy cập Internet, trị chơi tƣơng tác, hội nghị truyền hình,… truyền thơng băng thơng rộng di động đƣợc ứng dụng rộng rãi, cung cấp kết nối tin cậy cho ngƣời sử dụng di chuyển qua phạm vi rộng lớn Trong đó, truy cập băng rộng không dây lĩnh vực mang lại quan tâm đáng kể tổ chức nghiên cứu nhƣ nhà cung cấp thiết bị, nhà khai thác mạng Ngày giới hƣớng tới tƣơng tác tồn cầu truyền thơng băng rộng không dây, điều không mang lại hội tụ truyền thơng tồn cầu mà cịn mang lại nhiều lợi nhuận mặt kinh tế, giúp cho việc phát triển khoa học, cơng nghệ, trị, văn hố,… nƣớc tồn giới Đứng trƣớc thực tế đó, Wimax đời nhằm cung cấp phƣơng tiện truy cập Internet khơng dây tổng hợp thay ADSL Wi-Fi Hệ thống Wimax có khả cung cấp đƣờng truyền vô tuyến với tốc độ lên đến 70Mbps với bán kính phủ sóng lên đến 50km Với nhiều ƣu điểm vƣợt trội nhƣ tốc độ truyền dẫn cao, phạm vi phủ sóng rộng, chất lƣợng dịch vụ đƣợc thiết lập cho kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ cố định nhƣ di động, sử dụng phổ tần cấp phép không đƣợc cấp phép… theo đánh giá chuyên gia Wimax nhanh chóng vƣợt qua cơng nghệ có nhƣ Wi-Fi hay 3G Đồ án gồm chƣơng Chƣơng 1, tổng quan truy nhập không dây, chƣơng trình bày cách khái quát mạng khơng dây Chƣơng 2, cơng nghệ Wimax, trình bày công nghệ truy nhập Wimax, phải lại dùng Wimax Chƣơng 3, thiết kế mạng Wimax, với kiến thức tìm hiểu đƣợc trinh làm đồ án, thực tập tốt nghiệp em đƣa ý tƣởng thiết kế, triển khai Wimax huyện Nghi Lộc Những nội dung kiến thức tài liệu tổng hợp nghiên cứu mà em tìm hiểu đúc rút đƣợc thời gian thực tập nhƣ thời gian nghiên cứu làm đồ án Vì thời gian khơng cho phép kiến thức cịn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đƣợc đóng góp thầy cô bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa, đặc biệt cô giáo hƣớng dẫn TS.Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, hƣớng dẫn tận tình cho em thời gian làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Văn Trƣờng Lớp 46K-ĐTVT TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tìm hiểu cơng nghệ Wimax, qua đƣa thiết kế, triển khai mạng khu vực địa lý định Đồ án trình bày cách tóm tắt q trình phát triển, đặc điểm mạng không dây, so sánh chuẩn mạng khơng dây Phần tiếp trình bày tổng quan Wimax, đặc điểm kỹ thuật, số kỹ thuật điều khiển lớp vật lý PHY, phân lớp giao thức MAC, đặc điểm bổ sung chuẩn IEEE 802.16e, công nghệ cải tiến Wimax, kiến trúc mạng Wimax Phần cuối đồ án tìm hiểu thiết bị sử dụng mạng Wimax, thiết kế mơ hình triển khai mạng Wimax cho huyện Nghi Lộc Project learn about Wimax technology, and hence can provide design, network deployment in a certain geographic area somehow Project presented a summary of the development process, the characteristics of the wireless network, comparing the standard wireless network Next section presents an overview of Wimax, specifications, a number of technical controls the physical layer PHY, MAC protocol subclass, additional features of IEEE 802.16e, the WiMAX technology improvements, comments WiMAX network architecture The last part of the project to learn about the equipment used in WiMAX network design model for WiMax network deployment Nghi Loc district DANH SÁCH HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN Hình 1.1 Q trình phát triển hệ thống thơng tin di động giới 19 Hình 1.2 Quá trình phát triển mạng di động tế bào 21 Hình 1.3 Xu hƣớng phát triển mạng truy nhập vô tuyến 24 Hình 1.4 Quy mơ triển khai chuẩn truy nhập .25 Hình 2.1 So sánh phạm vi bao phủ thông qua tế bào Wi-Fi WiMAX 33 Hình 2.2 Cấu trúc liên mạng .34 Hình 2.3 So sánh kỹ thuật sóng mang khơng chồng xung (a), kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) 36 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống OFDM .37 Hình 2.5 Phổ sóng mang OFDM 38 Hình 2.6 Minh họa việc chèn CP 39 Hình 2.7 Mơ hình LOS 41 Hình 2.8 Mơ hình NLOS 41 Hình 2.9 Kỹ thuật FDD TDD .42 Hình 2.10 Khung TDD cho kiểu PMP .44 Hình 2.11 Khung FDD cho kiểu PMP .45 Hình 2.12 Quá trình đan xen 47 Hình 2.13 Kỹ thuật điều chế thích ứng 48 Hình 2.14 Phân lớp MAC chức 55 Hình 2.15 Định dạng MAC PDU .56 Hình 2.16 Định dạng tiêu đề MAC chung .57 Hình 2.17 Định dạng tiêu đề yêu cầu băng tần 58 Hình 2.18 Định dạng tin quản lý MAC .59 Hình 2.19 Nhiều MAC PDU đƣợc ghép vào PHY burst 60 Hình 2.20 Mỗi MAC PDU đƣợc phân đoạn thành nhiều segment 62 Hình 2.21 Đóng gói MAC SDU kích cỡ cố định 62 Hình 2.22 Đóng gói MAC SDU kích cỡ thay đổi 63 Hình 2.23 Lớp bảo mật cung cấp nhận thực, quản lý khóa mật mã hóa .67 Hình 2.24 Cấu trúc sóng mang OFDMA 73 Hình 2.25 Ấn định khe thời gian OFDM 73 Hình 2.26 Ấn định khe thời gian OFDMA .73 Hình 2.27 Cấu trúc khung nhiều vùng .79 Hình 2.28 Tái sử dụng tần số phần 79 Hình 2.29 Kiến trúc mạng Wimax 84 Hình 2.30 Cấu hình điểm-đa điểm mạng WiMAX 85 Hình 2.31 Cấu hình Mesh mạng WiMAX 86 Hình 2.32 Quy trình vào mạng 88 Hình 3.1 Sơ đồ kết nối tổng thể .93 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối trạm gốc BS 95 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối đầu cuối ( End-User) 96 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP .96 CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN Bảng 1.1 So sánh chuẩn mạng không dây 30 Bảng 2.1 Thông số điều chế OFDM 49 Bảng 2.2 Các tham số SOFDMA 74 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAA Authentication, Nhận thực, cấp phép tính cƣớc authorization and Account 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 Phƣơng thức truyền không đồng BE Best Effort dịch vụ nỗ lực tốt 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 2.7.3 Cấu hình mạng a Cấu hình điểm-đa điểm PMP PMP mạng truy nhập với nhiều BS có công suất lớn nhiều SS nhỏ Ngƣời dùng truy nhập mạng sau lắp đặt thiết bị ngƣời dùng SS sử dụng anten tính hƣớng đến BS, BS có nhiều anten có hƣớng tác dụng theo hƣớng hay cung Với cấu hình trạm gốc BS điểm trung tâm cho trạm thuê bao SS Ở hƣớng DL quảng bá, đa điểm hay đơn điểm Kết nối SS đến BS đƣợc đặc trƣng qua nhận dạng kết nối CID nhƣ 2.30 Hình 2.30 Cấu hình điểm-đa điểm mạng WiMAX b Cấu hình mắt lưới MESH Hình 2.31 với cấu hình SS liên lạc trực tiếp với Trạm gốc Mesh BS kết nối với mạng bên mạng MESH Một số điểm phân biệt: - Neighbor: Kết nối trực tiếp đến Node - Neighborhood : Tất neighbor khác - Extended neighborhood: Tất neighbor từ neighborhood Kiểu MESH khác PMP kiểu PMP SS liên hệ với BS tất lƣu lƣợng qua BS trong kiểu MESH tất Node liên lạc với Node khác cách trƣc tiếp định tuyến nhiều bƣớc thông qua 85 SS khác Một hệ thống với truy nhập đến kết nối backhaul đƣợc gọi Mesh BS, hệ thống lại đƣợc gọi Mesh SS Dù cho MESH có hệ thống đƣợc gọi Mesh BS, hệ thống phải phối hợp quảng bá với Node khác Hình 2.31 Cấu hình Mesh mạng WiMAX [23] 2.7.4 Quá trình vào mạng Một trạm thuê bao WiMAX phải hoàn thành thủ tục vào mạng để liên lạc đƣợc với mạng Trạng thái vào mạng thay đổi để thiết lập lại bị lỗi để tiếp tục từ trạng thái Đồng kênh đường xuống Khi SS muốn vào mạng, quét kênh danh sách tần số định nghĩa Thông thƣờng SS đƣợc cấu hình để sử dụng BS cụ thể với tổ hợp cho trƣớc tham số vận hành, hoạt động băng tần đƣợc cấp phép Nếu SS tìm thấy kênh đƣờng xuống đồng mức vật lý sử dụng mào đầu chu kỳ khung Thông tin điều chế tham số UL DL khác giành đƣợc cách quan sát DCD UCD kênh đƣờng xuống Initial Ranging Khi SS đƣợc đồng với kênh DL nhận DL UL-MAP cho khung, bắt đầu thủ tục Initial Ranging cách gửi tin MAC yêu cầu Ranging sử dụng công suất truyền dẫn cực tiểu Nếu không nhận đƣợc trả lời từ BS, SS gửi lại tin khung sử dụng công suất truyền dẫn cao Cuối SS nhận trả lời Ranging.Trả lời thể công suất 86 hiệu chỉnh định thời mà SS phải làm thể thành công Nếu trả lời thị hiệu chỉnh, SS phải làm hiệu chỉnh gửi yêu cầu Ranging khác Nếu trả lời thị thành công, SS sẵn sàng để gửi liệu đƣờng lên Trao đổi khả Sau hoàn thành bƣớc Initial Ranging thành công, SS gửi tin yêu cầu khả cho BS miêu tả khả mức điều chế, lƣợc đồ mã hóa tốc độ, phƣơng pháp song công đƣợc hỗ trợ BS chấp nhận từ chối SS dựa vào khả Nhận thực Sau thƣơng lƣợng khả năng, BS nhận thực SS, cung cấp vật liệu khóa phép mật mã liệu SS gửi chứng nhận X.509 nhà sản xuất SS miêu tả thuật tốn mật mã hóa đƣợc hỗ trợ cho BS BS phê chuẩn nhận dạng SS, định thuật toán mật mã giao thức đƣợc sử dụng sau gửi tin trả lời nhận thực cho SS Trả lời chứa vật liệu khóa đƣợc sử dụng SS SS đƣợc yêu cầu để thực định kỳ thủ tục nhận thực trao đổi khóa để làm vật liệu khóa Đăng ký Sau nhận thực, SS gửi tin yêu cầu đăng ký cho BS BS gửi trả lời đăng ký tới SS Trao đổi đăng ký bao gồm hỗ trợ phiên IP, hỗ trợ SS đƣợc quản lý không đƣợc quản lý, hỗ trợ tham số ARQ, hỗ trợ tùy chọn phân loại, hỗ trợ CRC điều khiển luồng nhƣ 2.32 Kết nối IP Sau đăng ký, SS khởi động DHCP( IETF RFC 2131) để nhận đƣợc địa IP tham số khác để thiết lập kết nối IP BS SS trì ngày sử dụng giao thức the time of the day ( IETF RFC 868) SS tải tham số sẵn sàng cho việc hoạt động sử dụng TFTP (IETF RFC 1350) Tạo kết nối truyền tải Sau hoàn thành đăng ký trao đổi tham số vận hành, kết nối truyền tải đƣợc tạo Với luồng dịch vụ đƣợc dự trữ trƣớc, thủ tục tạo kết nối đƣợc khởi đầu BS BS gửi tin yêu cầu thêm luồng dịch vụ động cho SS SS xác nhận việc tạo kết nối Với luồng dịch vụ không dự trữ trƣớc, tạo kết nối đƣợc khởi tạo SS cách gửi tin yêu cầu thêm luồng dịch vụ động cho BS BS trả lời với xác nhận 87 Các kết nối tạo Periodic Ranging Tạo kết nối Quét kênh đường xuống Tạo kết nối lỗi không đồng Kết nối IP xong đồng kết nối IP Đạt tham số Kết nối lỗi Đợi UL MAP nhận khe thời gian tranh chấp ấn định tranh chấp để Initial Ranging đăng ký xong Đăng ký Khởi tạo Initial Ranging đăng ký lỗi nhận thực xong Trao đổi bị lỗi Ranging xong Nhận thực Trao đổi khả nhận thực bị lỗi Các khả thỏa thuận Hình 2.32 Quy trình vào mạng 88 Chương Thiết kế mạng Wimax, huyện Nghi Lộc 3.1 Thiết bị BreezeMax 3500 Đƣợc thành lập cách 10 năm, Alvarion không ngừng phát triển tạo tiêu chuẩn công nghiệp cho kết nối băng thơng rộng BreezeMax dịng sản phẩm công nghệ cung cấp giải pháp hữu hiệu operatots đảm bảo độ tin cậy, linh hoạt tính kinh tế cạnh tranh, dải tần 3,3 3,5GHz Xuất vào năm 2004 3.1.1 Các thành phần hệ thống BreezeMax 3500 Thiết bị trạm gốc có hai loại - Trạm gốc nhỏ - Trạm gốc Có cấu hình mật độ cao Trạm gốc mật độ cao Trạm gốc đặt khung 19” 22” Khung gồm có thiết bị xử lý mạng (Network processor Unit ) cá module Access Unit (6 module cho khung ) Cấp nguồn Power supply Power Feeding NPU: NPU trung tâm trạm gốc, NPU quản lý thành phần trạm gốc tất thiết bị đầu cuối đƣợc kết nối Chức tập hợp lƣu lƣợng tất AU đến/đi backbone qua giao diện mạng 100/1000 Base- T, phân loại lƣu lƣợng bắt đầu thiết lập kết nối, chuyển mạch liệu dựa quy định cho phép, quản lý cung ứng dịch vụ (Service level agreement), quản lý tất trạm gốc điều khiển hoạt động quản lý báo động Thiết bị truy nhập IDU/ODU: BreezeMax Access Unit gồm thiết bị indoor IDU thiết bị vô tuyến outdoor ODU Module IDU gồm có IEEE 802.16/Hiper MAN MAC khơng dây modem, có khả đáp ứng thiết lập kết nối không dây để quán lý mạng băng thông rộng Mỗi Access Unit IDU gồm 89 có hai kênh vật lý 3.5/1.75MHz hỗ trợ khả kết hợp RF đa dạng dƣ thừa liên kết vô tuyến Access Unit ODU thiết bị vô tuyến đa dịch vụ, kết nối Antenna ngồi Hoạt động song cơng hồn toàn, làm cho hiệu hệ thống tăng cách đột ngột Hệ thống để thiết kế để cung cấp độ tăng ích lớn khả chống chịu cao, sử dụng công suất cao lƣợng tạp âm thấp Có chức đa kênh hỗ trợ dải thơng 14Mbps, hình 3.1 cho ta thấy hình dạng thiết bị Trạm gốc nhỏ Trạm gốc loại nhỏ cung cấp dải rộng có lợi vùng nơng thơn mật độ thấp Nó gồm có module Stand-alone đƣợc kết nối đến thiết bị vô tuyến ODU (nhƣ mô tả ) Thiết bị IDU đƣợc đặt khung chuẩn 19” 22”, giao diện mạng 10/100BaseT đến backbone đƣợc cấp nguồn từ Mains (AC, DC) Các thành phần thiết bị trạm gốc biểu diễn nhƣ bảng 3.1 3.1.2 Tối ưu hóa dịch vụ cho khách hàng với giá cạnh tranh BreezeMax BreezeMax hỗ trợ số thiết bị đầu cuối khách hàng CPE nhằm cung cấp cho operator dịch vụ đa dạng BreezeMax CPE dựa khả tích hợp cao thiết kế VLSI đảm bảo độ tin cậy hiệu kinh tế Hệ thống BreezeMax hỗ trợ thuê bao với tốc độ truy cập cực nhanh 12,7 Mbps qua kênh 3,5KHz BreezeMax CPE hỗ trợ ứng dụng chủ yếu sau: truyền số liệu, thoại băng rộng Thiết bị trạm gốc BreezeMax CPEs gồm có: IDU ODU, CPE Diễn đàn WiMAX chứng nhận trạm thuê bao đƣợc lắp đặt trời giống với chảo vệ tinh nhỏ Thế hệ CPE thứ modem tự lắp nhà tƣơng tự nhƣ modem cáp Thế hệ CPE thứ đƣợc tích hợp vào laptop thiết bị xách tay khác ODU: gồm có Modem Radio, xử lý liệu thành phần quản lý Nó cịn tích hợp Antenna nên có độ lợi cao (Antenna phân cực ngang đứng) Cũng ODU dùng Antenna ngồi IDU: dùng đƣợc cấu hình mạng phục vụ tối ƣu cho thị trƣờng rộng đa dạng ứng dụng Mỗi version IDU kết nối trực tiếp 90 với ODU qua cáp CAT5 Ethernet Cáp truyền liệu IDU ODU, hinh 3.1 mô hinh Wimax thực tế [25] 3.2 Thiết kế mạng wimax nghi lộc 3.2.1 Lựa chọn thông số kỹ thuật Tính tốn đường truyền Trạm BS-WiMAX có cơng suất phát Pt (dB), nguồn phát đƣợc nối tới anten phát thông qua cáp (sự kết nối cần có phối hợp trở kháng để đạt cơng suất phát sóng lớn suy hao nhỏ nhất) gây suy hao cáp phát Lt (dB) suy hao đấu nối cáp L’t (dB) Tín hiệu đến anten phát đƣợc tăng ích lên với hệ số tăng ích Gt (dB) Q trình lan truyền không gian gây suy hao không gian tự Loss (dB), suy hao mƣa toàn tuyến Lm (dB) Khi thu, tín hiệu đƣợc tăng ích với hệ số tăng ích Gr (dB) Tín hiệu đƣa đến thiết bị thu cáp gây suy hao cáp thu Lr (dB) suy hao đấu nối cáp L’r (dB) Công suất thu đƣợc lý thuyết Pr (dB) Nhƣ công suất thu Pr đƣợc tính tốn nhƣ sau (khơng tính Fading): Pr = Pt + Gt + Gr – (Lt + Lt’ + Loss + Lm + Lr + Lr’) Trong đó: - Suy hao không gian tự Loss(dB) = 92.5 + 20*log f(Ghz) + 20*log d(km) với f(Ghz) tần số thu phát, d(km) khoảng cách thu phát - Suy hao mƣa toàn tuyến Lm = Suy hao mƣa trung bình km*d(km) Nếu tính tốn đến Fading ta cần quan tâm đến hệ số Fading nhiều tia Po: Po= 0.3 * a * (U/15)-13 * (f/4) * (d/50) 3, a gọi hệ số địa hình (chọn a=5), U độ cao địa hình, đại lƣợng (U/15)-1.3 gọi độ gồ ghề địa hình - Xác suất xảy lỗi bit BER > 10-3 : Pa = 10-FMa/10 - Xác suất xảy lỗi bit BER > 10-6 : Pb = 10-FMb/10 - Dự trữ fading FMa ứng với tỷ lệ lỗi bit BER =10-3 - Dự trữ fading FMb ứng với tỷ lệ lỗi bit BER =10-6 Gọi RXa ngƣỡng thu thiết bị ứng với BER =10-3 RXb ngƣỡng thu thiết bị ứng với BER =10-6 Khi độ dự trữ fading FMa FMb đƣợc tính tốn nhƣ sau: FMa = Pr – RXa ; FMb = Pr – RXb Tính tốn thông số kỹ thuật 91 Band F: Tx=3331-3335MHz; Rx=3381-3400Mhz Độ rộng kênh truyền: 3.5MHz Phƣơng thức song công: FDD Dạng IP: Sử dụng kiểu IP động tĩnh Chọ thiết bị BreezeMax 3500 Với diện tích gần 350km dân số gần 200.000 ngƣời, quy hoạch diện tích tính gần theo diện tích hình trịn ( S   R ) cần 12 cell, 12 trạm BTS Wimax (một trạm phục vụ khoảng 250 khách hàng) Công suất 40Mbit/s kênh cho ứng dụng truy cập cố định mang xách đƣợc, điều có nghĩa đủ băng thông để đồng thời hỗ trợ hàng trăm doanh nghiệp với kết nối tốc độ T-1 hàng ngàn hộ dân với kết nối tốc độ DSL Công suất cho mạng di động triển khai 15Mbit/s phạm vi bán kính cell điển hình lên tới 3km [27] 3.2.2 Sơ đồ thiết kế tổng thể Hệ thống trạm gốc WiMAX đƣợc lắp đặt cột anten Bƣu điện Tại điểm truy nhập WiMAX đƣợc cấp đƣờng ADSL với tốc độ 8Mbps từ Bƣu điện trung tâm Nghi Lộc Hệ thống cịn có NMS Server chạy phần mềm BreezeLITE để quản lý giám sát CPE Một Voice Gatway để chuyển lƣu lƣợng VoIP đến mạng PSTN ngƣợc lại Tín hiệu IP sau qua điểm truy nhập WiMAX đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu sóng truyền đến CPE Các CPE sau nhận đƣợc tín hiệu sóng WiMAX chuyển đổi thành tín hiệu IP cung cấp truy nhập Internet cho PC ứng dụng dựa Internet nhƣ VoIP 92 Router+ Modem Switch Điểm truy nhập WiMAX FXO PSTN FXO Voice Gatway NMS Server WiMAX CPE (Breeze LITE) WiMAX CPE Switch Switch IP SIP Phone PC IP SIP Phone PC Hình 3.1 Sơ đồ kết nối tổng thể Triển khai trạm gốc (BS) (hình 3.2) Lắp đặt anten BTS độ cao 50m cột anten Lắp đặt dây tín hiệu vào phịng máy Đảm bảo hệ thống nguồn UPS Cài đặt đƣờng trung kế Internet cho trạm BTS, phối hợp thực bên Cài đặt hệ thống Mail server Cài đặt hệ thống VoIP Cài đặt hệ thống NMS Triển khai trạm đầu cuối (hình 3.3) 93 Khối ngồi trời: Anten lắp trời, hƣớng tháp anten BTS Anten nằm tầm nhìn thẳng LOS khơng tầm nhìn thẳng NLOS Ngồi ra, nguồn ni cho thiết bị ngồi trời đƣợc đƣa qua đƣờng cáp tín hiệu CAT5 nên thuận tiện cho việc lắp đặt Khối nhà: Đƣợc đặt nhà ngƣời dùng đầu cuối Thiết bị có chức nhƣ Router Thiết bị trời thiết bị nhà đƣợc kết nối với dây cáp truyền tín hiệu điện (theo chuẩn CAT5) Thiết bị nhà đƣợc nối với Switch sau đƣợc nối tới máy tính thiết bị điện thoại VoIP Phương pháp triển khai VoIP Ứng dụng VoIP đƣợc thử nghiệm triển khai cách độc lập với thiết bị mạng truyền dẫn WiMAX Việc ứng dụng VoIP đƣợc triển khai cách độc lập có ý nghĩa quan trọng với lý do: Khi WiMAX đƣợc triển khai thành dịch vụ WiMAX CPE nhà sản xuất thiết bị khác sản xuất, phụ thuộc thiết bị khó cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng WiMAX nhƣ VoIP Về mơ hình ứng dụng, hình 3.4 đầu cuối đƣợc trang bị một vài điện thoại IP điện thoại cầm tay IP Các máy điện thoại đƣợc đánh số nội gọi lẫn Khi máy điện thoại IP thực gọi đến thuê bao PSTN bấm số mở rộng sau bấm số cần gọi Khi thuê bao từ PSTN, di động muốn gọi đến điện thoại IP trƣớc hết cần quay số đến hai đƣờng đƣợc kết nối với Voice Gatway, sau bấm số điện thoại IP cần gọi Cơ chế làm việc mạng VoIP Tại VDC đặt SIP Server (phần mềm thiết bị phần cứng USAID trang bị), SIP Server có nhiệm vụ trao đổi tín hiệu gọi quản lý thuê bao điện thoại IP Phần mềm đƣợc cung cấp với giấy phép sử dụng năm Khi điện thoại IP muốn gọi lẫn muốn gọi mạng PSTN truy nhập đến SIP Server để biết đƣợc địa IP đích đến, sau hai thiết bị gọi đƣợc gọi làm việc trực tiếp lẫn thông qua giao thức RTP theo mơ hình ngang hàng Số lƣợng th bao VoIP không 40 thuê bao Số lƣợng đƣờng thoại kết nối tới mạng PSTN đƣờng Các đƣờng PSTN làm trung kế đƣợc cấu hình cho phép sử dụng cho gọi nội Nghi Lộc hai chiều 94 Bên cạnh thiết bị điện thoại IP SIP, cịn có máy điện thoại cầm tay Wi-Fi VoIP Đây thiết bị cầm tay, kết nối tới điểm truy nhập Wi-Fi để thiết lập gọi VoIP Vì ứng dụng VoIP ứng dụng nhạy cảm thời gian nên việc áp dụng công nghệ WiMAX Wi-Fi để chạy ứng dụng hội tốt để thử nghiệm tích hợp cơng nghệ thoại qua kết nối không dây [28] Router+ Modem ADSL upload: 1Mbps Download: 8Mbps Internet 34Mbps Switch DSLAM/BRAS Anten nhiều hướng WiMAX FXO PSTN FXO Voice Gatway NMS Server (Breeze LITE) Điểm truy nhập WiMAX Hình 3.2 Sơ đồ kết nối trạm gốc BS 95 Sóng Wimax Anten Wimax ODU Wimax CPE (IDU) Switch ` Điện thoại IP SIP PC ` ` PC PC Hình 3.3 Sơ đồ kết nối đầu cuối ( End-User) Nghi Lộc Nghi Lộc Voice Gateway PSTN Wimax CPE WI-FI Wimax CPE Điện thoại di động Phía trạm gốc Internet Điện thoại IP SIP Tại bưu điện tỉnh Nghệ An Phía đầu cuối Hình 3.4 Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP 96 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu cơng nghệ WiMAX từ đƣa nhìn tổng quan chi tiết kỹ thuật, đặc điểm Lớp vật lý PHY lớp MAC cơng nghệ Bên cạnh khả ứng dụng WiMAX vùng khác khó khăn trƣớc cạnh tranh cơng nghệ khác Truy nhập băng rộng nói chung WiMAX nói riêng ngày trở nên cần thiết mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà đầu tƣ Vì việc cải thiện phát triển công nghệ điều thiết yếu Đặc biệt WiMAX vấn đề bảo mật mở nhiều thách thức đòi hỏi nhà nghiên cứu bổ sung nâng cấp để mang lại an toàn cho mạng sử dụng WiMAX cơng nghệ mới, việc khai thác ƣu điểm nhƣ hạn chế khuyết điểm để ứng dụng phù hợp cho môi trƣờng cụ thể mục tiêu nhiệm vụ hàng đầu Vì khả kiến thức thân nhiều hạn chế nên sau thời gian tìm hiểu, nội dung mà em đƣa đồ án chƣa thật đầy đủ cịn nhiều thiếu sót Em chƣa đƣa đƣợc cách đầy đủ đặc điểm kỹ thuật WiMAX, chƣa đƣa đƣợc hiệu WiMAX, cụ thể định hƣớng phát triển tƣơng lai, nhƣ việc chƣa mô đƣợc phần thiết kế mạng Nghi Lộc Nếu có điều kiện kiến thức em vào triển khai mơ hình mạng tỉnh Nghệ An, để khắc phục đƣợc nhƣợc điểm, mạng phải đối mặt, nhƣ địa hình phức tạp số nơi, phân bố dân cƣ khơng đồng đều….Vì em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy giáo nhƣ bạn sinh viên để giúp em hồn thiện mặt kiến thức nhƣ đồ án Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo khoa, tạo điều kiện tốt để em hồn thành đồ án Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo hƣớng dẫn TS.Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, giúp đỡ em suốt thời gian làm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Nguyễn Văn Trƣờng 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động, Nhà xuất Bƣu Điện, 06/2002 [2] Trịnh Quốc Tiến, Hướng dẫn sử dụng WiMAX-Công nghệ truy nhập mạng không dây băng tần rộng đời mới, Nhà xuất Hồng Đức, 06/2008 [3] http://www.quantrimang.com.vn/kienthuc/kien-thuc-co-ban/47723_Cac-chuanWireless-802-11b-802-11a-802-11g-va-802-11n.aspx [4] http://vn.360plus.yahoo.com/trandat_hp84/article?mid=53&fid=-1&action=next [5] http://www.scribd.com/doc/7064700/Nghien-Cuu-Chuan-Ket-Noi-Khong-DayZIGBEEIEEE-80215 [6] http://www.scribd.com/doc/8774539/Wimax [7] Trịnh Quốc Tiến, Hướng dẫn sử dụng WiMAX-Công nghệ truy nhập mạng không dây băng tần rộng đời mới, Nhà xuất Hồng Đức, 06/2008 [8] http://kenhsinhvien.net/@forum/showthread.php?t=307 [9]http://truongxuan.vn/Article.aspx?ArticleID=26&CategoryID=14&AspxAutoDet ectCookieSupport=1 [10] Trịnh Quốc Tiến, Hướng dẫn sử dụng WiMAX-Công nghệ truy nhập mạng không dây băng tần rộng đời mới, Nhà xuất Hồng Đức, 06/2008 [11] Trịnh Quốc Tiến, Hướng dẫn sử dụng WiMAX-Công nghệ truy nhập mạng không dây băng tần rộng đời mới, Nhà xuất Hồng Đức, 06/2008 [12] http://www.scribd.com/doc/24985026/5-Chuong-1-Tong-Quan-Ve-OFDM [13]http://www.scribd.com/doc/2521370/WIMAX-TRONG-MOI-TRNG-LOS-VA-NLOS [14] Trịnh Quốc Tiến, Hướng dẫn sử dụng WiMAX-Công nghệ truy nhập mạng không dây băng tần rộng đời mới, Nhà xuất Hồng Đức, 06/2008 [15] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến, Nhà xuất Bƣu Điện, 2004 [16] http://www.ebook.edu.vn/?page=1.4&view=7182 [17] http://kythuatvien.vn/forum/Bao-mat-tr-111-ng-WiMAX_posts_2365.aspx [18] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến, Nhà xuất Bƣu Điện, 2004 [19] Trịnh Quốc Tiến, Hướng dẫn sử dụng WiMAX-Công nghệ truy nhập mạng không dây băng tần rộng đời mới, Nhà xuất Hồng Đức, 06/2008 98 [20] http://www.conniq.com/WiMAX/fdm-ofdm-ofdma-sofdma-03.htm [21] http://www.scribd.com/doc/3338397/Cong-Ngh-Truy-Nhp-trong-mng-NGN [22] http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:sWbppHQwwiIJ:www.tapchibcvt.gov.vn/Uploaded/ad min/WiMAX%2520di%2520dong%2520_Phan%25204_031106.pdf+Qu%E1%BA%A3n+l%C3 %AD+t%C3%ADnh+di+%C4%91%E1%BB%99ng+trong+Wimax&hl=vi&gl=vn&pid=bl&srci d=ADGEESgvDSxayhzqecgaC_zpG5b5C88t_HDJ1D0pTpDAoVc2Vc2divBpsW1N5F7T3vAPP KcGiKrfW_am6uQGAZTllujnDjYFV6RVK7iEVcwKr8JLqcUvDjlrCncOHWigEIzCKlb8s2Fy& sig=AHIEtbTGE5EMobNZWM24_HhBm9uQ9JfmCg [23] http://www.scribd.com/doc/3338397/Cong-Ngh-Truy-Nhp-trong-mng-NGN [24] Trịnh Quốc Tiến, Hướng dẫn sử dụng WiMAX-Công nghệ truy nhập mạng không dây băng tần rộng đời mới, Nhà xuất Hồng Đức, 06/2008 [25] http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:qIUOT0bgcpsJ:www.vegastar.com.v n/webplus/attachments/2045ef6520e392b9a67ddc304ebae530-BreezeMAX%2520to%2520acr.pdf+BreezeMax+3500&hl=vi&gl=vn&pid=bl&srcid=ADGEES jjCYrcDesmv24BXuCONMnGWxwD1KBI5oPDZdTsDz76iMIZecV5OkQFXfAR 1etvalWCoJ-KDakikp1-GVesePw9-6z9AssrDa1C5DvyQkyZmOmzdct2ugZRmmIcKJCyvCPvCeE&sig=AHIEtbQw fH9tVB_BFuyYiu6uk6ZRcO7A [26] http://vi.wikipedia.org/wiki/Nghi_L%E1%BB%99c [27] http://www.itgatevn.com.vn/?u=nws&su=d&cid=83&id=28458 http://www6.vnmedia.vn/newsdetail.asp?NewsId=54859&Catid=279 http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=17853 [28] http://www.book360.net/e-book/view/detail/c1/16330/wimax.html 99 ... chuẩn công nghệ 29 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ WIMAX .31 2.1 Tổng quan Wimax 31 2.1.1 Khái niệm 31 2.1.2 Wimax với công nghệ khác 32 2.1.3 Hoạt động Wimax ... 64QAM 30 Chương Công nghệ Wimax 2.1 Tổng quan Wimax 2.1.1 Khái niệm Wimax khả tƣơng tác toàn cầu với truy nhập vi ba (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Wimax công nghệ không dây... phép xây dựng nên hệ thống WiMAX hiệu quả, tối ƣu phổ rộng Nó làm cho WiMAX trở nên ƣu việt so với công nghệ khác, thúc đẩy phát triển công nghệ [11] 2.2.2 Lớp vật lý WiMAX Forum định mặt phẳng