intTypePromotion=3

Đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu về WiMAX 2 (IEEE 802.16m)

Chia sẻ: Đức Trần | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:95

0
80
lượt xem
16
download

Đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu về WiMAX 2 (IEEE 802.16m)

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng tìm hiểu tổng quan về Wimax; tìm hiểu về Wimax di động; tổng quan về Wimax 2 và những đặc điểm cải tiến được trình bày cụ thể trong "Đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu về WiMAX 2 (IEEE 802.16m)". Hy vọng tài liệu là nguồn thông tin hữu ích cho quá trình học tập và nghiên cứu của các bạn.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu về WiMAX 2 (IEEE 802.16m)

  1. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4
  2. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA DANH MỤC BẢNG BIỂU SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4
  3. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAI Advanced Ari Inter face AAS Adaptive Antena System Hệ thống anten thích  nghi ACK Acknowledge character Ký tự xác nhận ASN.1 Abstract Syntax Notation  Ký hiệu cú pháp trừu  tượng BE Best Effort Service Dịch vụ tốt nhất BS Base Station Trạm gốc (trạm cơ  sở) CMAC Cipher­based Message  Bản tin CMAC Authentication Code CID Connection Identifier Kết nối định danh CP DL Down link Đường xuống DL FUSC Sóng mang con sử  dụng hoàn toàn ertPS Extended Real Time Polling  dịch vụ thời gian mở  Service rộng FBSS Fast Base Station Switching chuyển mạch trạm  gốc nhanh FDD Frequency division duplex Ghép song cong theo  tần số FID Flow Identifier Luồng danh định GMH Generic MAC Heade Tiêu đề MAC chung HARQ Hybird Automatic Repeat  Yêu cầu lặp tự động  reQuest lai ghép HHO Hard Handoff handoff cứng IE Imformation Element Phần tử thông tin IFFT Inverse fast Fourier transform Biến đổi fuorier  nhanh ngược MAC Media Access Control Điề khiểm truy nhập  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4
  4. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA MAC CPS MAC common part sublayer Lớp con phần chung MBS Multicast Broadcast Service  Dịch vụ multicas và  broadcast MDHO  Macro Diversity Handover Chuyển giao phân tập  vĩ mô MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vao nhiều  đầu ra NACK Negative Acknowledgment Báo nhậ từ chối nrtPS Non  Real Time Polling Service dịch vụ không theo  thời gian thực OFDMA Orthogonal Frequency Division  Đa truy nhập phân  Multiplexing Access chiatheo tần số trực  giao PHY Physical Lớp vật lý PHSI payload header suppression  chỉ số biểu diên tiêu  index dề tải trọng QoS Quality of service Chất lượng dich vụ RS Relay Station Trạm lặp RTG receive/transmit transition gap Khoảng thời gian quá  độ thu phát SFID Service Flow Identifier Dịch vụ luồng định  danh. SON Self­Organizing Network Tự tổ chức mạng TLV Type, Length and Value Định dạng TLV TTG transmit/receive transistion gap Khoảng thời gian quá  dộ phát thu UGS Unsolicited Grant Scheme Dịch vụ cho phép tự  nguyện UL Up link Đường lên VoIP Voice over IP Thoại qua giao thúc IP SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4
  5. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA LỜI NÓI ĐẦU WiMAX đã được dựng tại nhiều nơi trên thế giới. Chuẩn WiMAX Mobile  802.16e được chấp thuận từ  giữa thập kỉ trước, trước cả LTE, và xuất hiện lần   đầu tiên trên thế  giới tại Mỹ. IEEE 802.16m hay còn có tên gọi WirelessMAN­ Advanced hoặc WiMax­2, được phát triển để  kế  tiếp chuẩn 802.16e, là chuẩn  WiMAX   Mobile   đầu   tiên.   802.16m   được   phát   triển   trong   4   năm.   Năm   ngoái,  802.16m đã được ITU (International Telecommunication Union) công nhận là công   nghệ  4G thực sự.  Đặc tả  kỹ  thuật của WiMAX 2  được xây dựng trên IEEE  802.16m và kế thừa công nghệ WiMAX (IEEE 802.16e) trước đó bằng cách thêm  các tính năng mới mà vẫn đảm bảo khả năng tương thích ngược. Điểm cải thiện   nổi bật của WiMAX 2 so với WiMAX thế hệ đầu tiên là tốc độ ­ tốc độ WiMAX   2 lên đến 300Mbps. Trọng tâm của WiMAX 2 là làm thế  nào để có được tốc độ  truyền dữ  liệu cao hơn nhằm đáp  ứng cho tất cả  các khách hàng với số  lượng   người sử dụng ngày một tăng cao. Để   tìm   hiểu   về   công   nghệ   WiMAX   2   (IEEE   802.16m),   để   thấy  được  những   đặc   điểm   cải   tiến   so   với   802.16e   em   đã   chọn   đề   tài   “TÌM   HIỂ   VỂ  WiMAX 2 (IEEE 802.16m)”. Đồ án bao gồm ba chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ  WiMAX  giới thiệu tổng quan về  WiMAX,   mô hình truyền thông WiMAX và các băng thông WiMAX sử dụn trên thế giới và   băng thông sư dụng ở Việt Nam.  Chương 2:  TÌM HIỂU VỀ  WiMAX DI ĐỘNG  cung cấp các đặc tính kỹ  thuật của WiMAX di động, kỹ thuật sử dụng trong WiMAX di động. Chương   3:   TỔNG   QUAN   VỀ   WiMAX   2   VÀ   NHỮNG   ĐẶC   ĐIỂM   CẢI   TIẾN cung cấp những vấn đề cơ bản về WiMAX 2 và những đặc điểm cái tiến  của nó so với 802.16e để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng. Em xin chân thành cảm  ơn sự  giúp đỡ  tận tình của Th.S Lê Tùng Hoa và   các thầy cô trong khoa điện tử viễn thông học viện Công Nghệ Bưu Chính viễn  Thông để hoàn thành đồ án này. Hà Nội, tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực hiện SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 5
  6. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA Nguyễn Cao Cường CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ WiMAX 1.1. Giới thiệu về WiMAX Wimax tên viết tắt của (Worldwide Interoperability for Microwave Access­   Khả  năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) , là công nghệ  dựa trên cơ  sở  tiêu chuẩn kỹ  thuật IEEE 802.16­2004. Tiêu chuẩn này do hai tổ  chức quốc tế  đưa ra: Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802, và Diễn đàn WiMAX.  Tổ  chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị  và   linh kiện truyền thông hàng đầu thế  giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận tính   tương thích và khả  năng hoạt động tương tác của thiết bị  truy cập không dây  băng thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng tốc độ  triển khai  truy   cập   không   dây   băng   thông   rộng   trên   toàn   cầu.   Do   đó   các   chuẩn   802.16  thường được biết đến với cái tên WiMAX.  Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố  vào  năm 2002 thực sự  đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập  không dây. Nếu như  Wireless LAN đuợc phát triển để  cung cấp dịch vụ  truy  nhập Internet cho mạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truy nhập  Internet cho những vùng tập trung đông dân cư trong những phạm vi hẹp thì với   WiMAX ngoài khả năng cung cấp dịch vụ  ở vùng đô thị  nó còn giải quyết được  những vấn đề  khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ  Internet cho những vùng  thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử dụng dây đồng không  thể đạt tới.  WiMAX cũng là một sự phát triển kế tiếp từ dịch vụ cung cấp băng thông  giữa LAN nâng cấp lên mạng WAN. WiMAX sử dụng chuẩn kết nối 802.16 có   nhiều đặc điểm nổi trội hơn về tốc độ, phạm vi phủ sóng so với chuẩn kết nối   không dây hiện nay là 802.11. Không giống như chuẩn 802.11 chỉ có thể phủ sóng  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 6
  7. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể  phủ  sóng một vùng rộng tới 50 km với   tốc độ  lên đến 70Mbps. WiMAX cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố  định theo hai phương pháp điểm ­ điểm (Point to Point ) hoặc điểm ­ đa điểm  (Point to multipoint). Một hệ thống WiMax gồm hai phần: ­Trạm phát: giống như  các trạm BTS trong mạng thông tin di động với  công suất lớn có thể phủ sóng tới một vùng rộng tới 8000km2.  ­Trạm thu: Có thể là các anten nhỏ như các thẻ  (Card) mạng cắm vào hoặc  được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn   dùng.           Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường  truyền tốc độ  cao dành riêng hoặc có thể  được nối tới một BTS khác như  một   trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng LOS (Line of Sigh) và chính vì vậy  WiMAX có thể phủ sóng tới những vùng rất xa.            Các anten thu/phát có thể  trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng  truyền thẳng hoặc là các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng, các anten  được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc   độ  truyền có thể  đạt tối đa. Băng tần sử  dụng có thể  dựng  ở  tần số  cao đến  66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng  thông sử dụng cũng lớn hơn. Đối với trường hợp tia phản xạ, WiMAX sử dụng  băng tần thấp hơn, 2­11GHz, tương tự  như   ở  WiFi,  ở  tần số thấp, tín hiệu dễ  dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật   thể để đến đích.  WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử dụng  có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sử  dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và cuối cùng là di động mà không cần  thiết ở trong Tầm nhìn thẳng (Line­of­Sight) trực tiếp tới một trạm gốc. Hiện tại  công nghệ WiMAX đang được kết hợp vào trong các máy tính xách tay và các  PDA. SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 7
  8. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA Hình 1.1: Mô hình truyền thông của WiMAX 1.2. Băng tần cho WiMAX  Các băng được WiMAX Forum tập trung xem xét và vận động cơ  quan  quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMAX là:  ­Băng 3400­3600MHz (băng 3.5GHz):   Băng 3.5Ghz là băng tần đó được nhiều nước phân bổ  cho hệ thống truy   cập không dây cố  định (Fixed Wireless Access – FWA) hoặc cho hệ th ống truy   cập không dây băng rộng (WBA).  WiMax cũng được  xem là  một công nghệ  WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMAX. Vì vậy, WiMAX Forum đã  thống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMAX. Các hệ thống WiMax ở băng tần  này sử  dụng chuẩn 802.16­2004 để  cung cấp các  ứng dụng cố  định và nomadic,  độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế độ song công TDD hoặc FDD.  Đối với Việt Nam, do băng tần này được  ưu tiên dành cho hệ  thống vệ  tinh Vinasat nên hiện tại không thể triển khai cho WiMAX.   ­Băng 3600­3800MHz:    Băng 3600­3800MHz được một số  nước châu Âu xem xét để  cấp cho  WBA. Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ 3.7­3.8GHz) đang được nhiều hệ  thống vệ tinh viễn thông sử dụng (đường xuống băng C), đặc biệt là ở  khu vực  châu Á, nên ít khả năng băng tần này sẽ được chấp nhận cho WiMAX ở châu Á.  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 8
  9. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA ­Băng 3300­3400MHz (băng 3.3GHz):  Băng tần này đó được phân bổ   ở  Ấn Độ, Trung Quốc và Việt Nam đang  xem xét phân bổ  chính thức. Chuẩn WiMAX áp dụng  ở  băng tần này tương tự  như  với băng 3.5GHz, đó là WiMax cố định, chế  độ  song công FDD hoặc TDD,   độ rộng kênh 3.5MHz hoặc 7MHz. ­Băng 2500­2690MHz (băng 2.5 GHz):  Băng   tần   này   là   băng   tần   được   WiMAX   Forum   ưu   tiên   lựa   chọn   cho  WiMax di động theo chuẩn 802.16­2005. Có hai lý do cho sự  lựa chọn này. Thứ  nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này thích  hợp cho các ứng dụng di động. Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều   nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMAX. WiMax ở băng tần này có độ  rộng kênh là 5MHz, chế độ song công TDD, FDD. Quy hoạch phổ vô tuyến điện   quốc gia được Thủ tướng Chính phủ  phê duyệt cuối năm 2005 đã quy định băng   tần 2500­2690 MHz sẽ được sử dụng cho các hệ thống thông tin di động thế hệ  mới, không triển khai thêm các thiết bị  khác trong băng tần này. Vì vậy, có thể  hiểu công nghệ WiMAX di động cũng là một đối tượng của quy định này, nhưng   băng tần này sẽ  được sử  dụng cho loại hình công nghệ  cụ  thể  nào vẫn còn để  mở.  ­Băng 2300­2400MHz (băng 2.3 GHz):  Băng 2.3GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2.5GHz nên  là băng tần được WiMAX Forum xem xét cho WiMAX di động. Hiện có một số  nước phân bổ băng tần này cho WBA như Hàn Quốc (triển khai WiBro), Úc, Mỹ,   Canada, Singapore. Đối với Việt Nam, đây cũng là một băng tần có khả năng sẽ  được sử dụng để triển khai WBA/WiMAX.  ­ Băng 5725­5850MHz (băng 5.8 GHz):  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 9
  10. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA   Băng tần này được WiMAX Forum quan tâm vì đây là băng tần được   nhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn  so với các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125­5250MHz, 5250­5350MHz),   vốn thường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà. Theo WiMAX Forum thì   băng tần này thích hợp để  triển khai WiMAX cố   định, độ  rộng phân kênh là  10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD, không có FDD.  Băng dưới 1GHz: Với các tần số  càng thấp, sóng vô tuyến truyền lan càng xa, số trạm gốc  cần sử  dụng càng ít, tức mức đầu tư  cho hệ  thống thấp đi. Vì vậy, WiMAX   Forum cũng đang xem xét khả năng sử dụng các băng tần dưới 1GHz, đặc biệt là   băng 700­800MHz. Hiện nay, một số  nước đang thực hiện việc chuyển đổi từ  truyền hình tương tự sang truyền hình số, nên sẽ giải phúng được một phần phổ  tần sử dụng cho WBA/WiMAX.  Với Việt Nam, do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phương nên   các kênh trong giải 470­806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc cho   các hệ thống truyền hình tương tự. 1.3 Các chuẩn WiMAX         Ban đầu chuẩn IEEE 16 chỉ có một sự đặc tả lớp MAC. Sau một loạt những   nghiên cứu đã đưa thêm vào nhiều sự  khác biệt về  những đặc tả  lớp vật lý  (PHY) như  những sự chỉ định trải phổ  mới, cả  cấp phép và không cấp phép, đã  trở nên có giá trị. Dưới đây trình bày bản tóm tắt ngắn gọn các chuẩn 802.16 tiêu  biểu, về những sự mở rộng khác nhau và các dải tần của họ chuẩn IEEE 802.16.  1.3.1 IEEE 802.16 ­ 2001  Những đặc tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC và   PHY   có   khả   năng   cung   cấp   truy   nhập   băng   rộng   không   dây   cố   định   (Fixed  Wireless Access) theo mô hình điểm ­ điểm và điểm ­ đa điểm. Chuẩn này được  mở  rộng hỗ  trợ  giao diện không gian cho những tần số  trong băng tần 10 – 66   GHz. Với phương pháp điều chế  đơn sóng mang 802.16 hỗ  trợ  cả  hai phương   SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 10
  11. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA pháp song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) hay phân  chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing).  Trạm thuê bao (Subscriber Stations ­ SS) có thể thương lượng về độ rộng dải tần   được cấp phát trong một burst to ­ burst cơ  bản, cung cấp một lịch truy nhập   mềm dẻo. Các phương pháp điều chế  được định nghĩa bao gồm: PSK, 16­QAM   và 64­QAM. Chúng có thể thay đổi từ  khung (frame) này tới khung khác, hay từ  SS này tới SS khác tuỳ  thuộc vào tình trạng của kết nối. Khả  năng thay đổi   phương pháp điều chế  và phương pháp sửa lỗi không lần ngược FEC (forward   error correction) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích   ứng nhanh chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa.  1.3.2 IEEE 802.16a­2003   Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để  cung cấp khả  năng  truy cập băng rộng không dây  ở  đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2­11  GHz với khoảng cách kết nối tối đa có thể  đạt tới 50 km trong trường hợp kết   nối điểm điểm và 7­10 km trong trường hợp kết nối từ điểm­ đa điểm. Tốc độ  truy nhập có thể đạt tới 70 Mbps. Cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều  kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trên đường truyền như  cây cối, nhà cửa.   IEEE 802.16a bao gồm cả đặc tả  lớp PHY và cải tiến lớp MAC cho khả  năng truyền dẫn đa đường và giảm tối đa nhiễu. Các đặc tính được thêm vào cho  phép sử dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dăy anten thích ứng.   Phương   pháp   dồn   kênh   phân   chia   theo   tần   số   trực   giao   OFDM   (Orthogonal   Frequency Division Multiplexing OFDM) cung cấp thêm một sự  lựa chọn cho   phương pháp điều chế  đơn sóng mang. Để  cung cấp một kỹ  thuật giảm thiểu  can nhiễu trong các mạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũng định nghĩa  thêm   phương   pháp   điều   chế   đa   truy   nhập   phân   chia   theo   tần   số   trực   giao   OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) trong ph ạm vi d ải t ần   2 ­ 11 GHz. Vấn đề bảo mật cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con   riêng biệt được đưa thêm vào.          IEEE 802.16a cũng đưa thêm các tuỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh,  ở những   SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 11
  12. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA nơi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ SS tới SS. Đây là sự thay đổi từ chế  độ PMP, khi mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS và SS.  1.3.3 IEEE 802.16c­2002   Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002. Bản cập nhật đã sửa  một số  lỗi và sự  mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một số  profiles hệ thống chi tiết cho dẩi tần 10 – 66 GHz.  1.3.4 IEEE 802.16­2004   IEEE 802.16­2004 thường được gọi với tên 802.16­REVd. Chuẩn này được  hình thành dựa trên sự  tích hợp các chuẩn 802.16­2001, 802.16a, 802.16c. Chuẩn   mới này đã được phát triển thành một tập các đặc tả  hệ  thống có tên là IEEE   802.16­REVd, nhưng đủ toàn diện để phân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh   chuẩn IEEE 802.16 ban  đầu.Sử  dụng kỹ  thuật ghép kênh OFDM (Orthogonal   Frequency Division Multiplexing) hỗ trợ truy nhập cố định và nomadic trong môi  trường LOS (Line of Sight) và NLOS (Non Line of Sight). WiMAX Forum đưa ra   băng tần 3.5 GHz và 5.8 GHz cho 802.16­2004 WiMAX. 1.3.5 IEEE 802.16e và các chuẩn mở rộng.   Đây là phiên bản phát triển dựa trên việc nâng cấp 802.16­2004 nhằm hỗ  trợ  thêm cho các dịch vụ  di động. Sử  dụng kỹ  thuật  đa truy nhập SOFDMA   (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), k ỹ thuật điều chế  đa sóng mang sử  dụng kênh phụ. WiMAX Forum đưa ra băng tần sử  dụng cho   802.16e là 2.3GHz, 2.5GHz và 3,5GHz.           Phiên bản đầu tiên 802.16a có triển vọng được sử  dụng trong các kết nối   không dây cố  định thì các phiên bản kế  tiếp 802.16 e,f,g.....được dự  kiến cung   cấp kết nối cho các thiết bị  di động ­ máy tính xách tay và điện thoại di động.   Người   ta   cho   rằng   công   nghệ   này   sẽ   cạnh   tranh   với   xDSL,   cáp   và   UMTS  (Universal Mobile Telecommunications Systems) hoặc các chuẩn điện thoại di  động thế hệ thứ ba. 1.4 Mô hình ứng dụng WiMAX:  Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đề xuất 2 mô hình ứng dụng:  ­ Mô hình ứng dụng cố định.  ­ Mô hình ứng dụng di động.  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 12
  13. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA 1.4.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX):  Hình 1.2: Mô hình ứng dụng WiMAX cố định         Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16­2004. Tiêu  chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten   đặt cố định tại nhà các thuê bao. Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương   tự như chảo thông tin vệ tinh.        Tiêu chuẩn IEEE 802.16­2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất   nhiên tín hiệu thu không khỏe bằng anten ngoài trời. Băng tần công tác (theo quy   định và phân bổ  của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz. Độ  rộng băng  tầng là 3,5MHz. Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếp nối không dây  đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex   (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC­x (truyền tải qua sóng quang). Sơ  đồ  kết cấu mạng WiMAX được đưa ra trên hình trên. Trong mô hình này bộ phận vô   tuyến gồm các trạm gốc WiMAX BS (làm việc với anten đặt trên tháp cao) và   các trạm phụ  SS (SubStation). Các trạm WiMAX BS nối với mạng đô thị  MAN   hoặc mạng PSTN. 1.4.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động.           Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE   802.16e. Tiêu chuẩn 802.16e bổ  sung cho tiêu chuẩn 802.16­2004 hướng tới các  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 13
  14. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA user cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lưới này  phối hợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động   có vùng phủ sóng rộng. Hy vọng  các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để  thực hiện được mạng viễn   thông digital truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộng thỏa mãn được các  nhu cầu đa dạng của thuê bao. Tiêu chuẩn IEEE 802.16e được thông qua trong   năm 2005. Hình 1.3: Mô hình ứng dụng WiMAX di động SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 14
  15. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ WiMAX DI ĐỘNG 2.1. Giới thiệu chung WiMAX di động (Mobile WiMAX) là giải pháp không dây băng rộng cho  phép phủ  sóng mạng băng rộng không dây và cố  định nhờ  công nghệ  truy nhập   vô  tuyến  băng  rộng  trên   diện  rộng   với  kiến  trúc   mạng  linh  hoạt.   Giao  diện  WiMAX di động sử  dụng công nghệ  OFDM để  cải thiện hiệu suất đa đường   (multi­path) trong các môi trường không theo tầm nhìn thẳng (NLOS). OFDMA  thay đổi tỉ  lệ  (S­OFDMA) được giới thiệu trong phần bổ  sung IEEE 806.16e để  hỗ trợ băng thông kênh tỉ lệ (co dãn) từ 1.25 đến 2 MHz. Nhóm kỹ thuật di động   (Mobile Technical Group) trong diễn đàn WiMAX Forum đang phát triển tham số  hệ thống cho WiMAX di động qua đó xác định các đặc tính bắt buộc và tuỳ chọn  của chuẩn IEEE ­ là chuẩn giao diện vô tuyến tương thích với WiMAX di động. Tham số  WiMAX di động cho các hệ  thống di động được phép cấu hình  trên cơ sở một tập các đặc tính cơ bản để đảm bảo chức năng cơ bản nhất cho  các thiết bị đầu cuối (terminal) và các trạm gốc (base station). Đó là các cấu hình   được tối ưu về dung lượng hoặc được tối ưu về phủ sóng. Phiên bản WiMAX di  động phiên bản 1 sẽ bao gồm các băng thông kênh 5, 7, 8.75 và 10 MHz dành cho  các dải tần được cấp phép trên thế  giới như: 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz và 3.5   GHz. Các hệ  thống WiMAX di động cung cấp khả  năng mở  rộng về  cả  công   nghệ truy nhập vô tuyến và kiến trúc mạng, do đó cung cấp khả năng linh động  cao trong các lựa chọn phát triển mạng và cung cấp dịch vụ.   Một số  các đặc  điểm chính mà WiMAX di động hỗ trợ là:  Tốc độ  dữ liệu cao: Các kỹ  thuật anten MIMO cùng với các nguyên lý  chia nhỏ kênh (sub­channelization) linh hoạt, mã hoá và điều chế nâng cao, tất cả  làm cho công nghệ  WiMAX di động có khả  năng hỗ  trợ  tốc độ  dữ  liệu đường   xuống (DL) tối đa lên tới 63Mbps cho một sector và tốc độ  dữ  liệu đường lên  (UL) tối đa lên tới 28Mbps cho một sector trong một kênh 10MHz. SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 15
  16. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA  Chất lượng dịch vụ (QoS): Tiền đề cơ bản của kiến trúc MAC (Media  Access Control) trong IEEE 802.16 là QoS. Nó định nghĩa luồng dịch vụ  (Service   Flows) mà có thể ánh xạ  đến các điểm mã DiffServ hoặc các nhãn luồng MPLS   để cho phép kết nối đầu cuối tới đầu cuối (end­to­end) theo giao thức IP trên cơ  sở  QoS. Ngoài ra, các nguyên lý báo hiệu trên cơ  sở  kênh chia nhỏ  kênh (sub­ channelization) và MAP cung cấp một cơ chế linh động cho việc lập lịch tối  ưu   tài nguyên không gian, tần số  và thời gian trên giao diện vô tuyến theo khung   (frame by frame).  Tính mềm dẻo: Tài nguyên phổ cho băng rộng không dây được cấp phát  khác nhau. Vì vậy công nghệ WiMAX di động được thiết kế để có thể linh hoạt  (mềm dẻo) để hoạt động trong các kênh khác nhau từ 1.25 đến 20 MHz thoả mãn   các yêu cầu trên toàn cầu.  Khả  năng bảo mật: Các đặc tính khả  năng bảo mật trong WiMAX di   động là tốt nhất trong lớp với sự xác thực trên theo EAP, mã hoá được xác thực   theo AES­CCM, các nguyên bảo vệ  bản tin điều khiển theo CMAC và HMAC.  Các xác thực cho một tập các người dựng đang tồn tại bao gồm: thẻ SIM/USIM,   các   thẻ   thông   minh   (Smart   Card),   các   chứng   chỉ   số   (Digital   Certificate),   các  nguyên lý Username/Password theo các phương pháp EAP tương  ứng cho kiểu  nhận thực.  Khả  năng di động: WiMAX di động hỗ  trợ  các nguyên lý chuyển giao  tối  ưu với trễ  nhỏ  hơn 50 msec để  đảm bảo các  ứng dụng thời gian thực như  VoIP với dịch vụ  không bị  suy giảm. Các nguyên lý quản lý khoá linh động mà  bảo mật được duy trì trong quá trình chuyển giao. 2.2 Kĩ thuật truyền thông số 2.2.1 Mô tả lớp vật lý 2.2.1.1 Các khái niêm cơ bản về OFDM  Công nghệ WiMAX di động chọn phương pháp truy cập đa điểm dựa trên  việc phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiple Access ­   OFDMA) để  nâng cao hiệu suất truyền giữa các điểm trong môi trường không  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 16
  17. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA phát sóng trực tiếp. Tuy nhiên để hiểu rõ về OFDMA thì việc tìm hiểu những nét  cơ bản về OFDM là rất cần thiết.  Khái niệm: Kỹ  thuật điều chế  OFDM, về  cơ  bản, là một trường hợp đặc biệt của   phương pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng   hẹp trong vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ,  sub­carrier) trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này  được phép chồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu  ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử  dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ thuật điều chế thông thường. Hình 2.1: So sánh giữa FDMA và OFDM        Số lượng các sóng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh  và mức độ nhiễu. Con số này tương ứng với kích thước FFT. Chuẩn giao tiếp vô  tuyến 802.16d (2004) xác định 256 sóng mang con tương ứng FFT 256 điểm, hình   thành chuẩn Fixed WiMAX, với độ  rộng kênh cố  định.Chuẩn giao tiếp 802.16e  (2005) cho phép kích cỡ FFT từ  512 đến 2048 phù hợp với độ  rộng kênh 5MHz  đến 20MHz, hình thành chuẩn Mobile WiMAX (Scalable OFDMA), để  duy trì  tương đối khoảng thời gian không đổi của các kí hiệu và khoảng dãn cách giữa   các sóng mang với độ rộng kênh. SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 17
  18. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA Nguyên lý kỹ thuật OFDM Ở  dạng tổng quát ta có thể  trình bày tín hiệu OFDM băng tần gốc trong   dạng một tập N sóng mang con được điều chế  và được truyền song song như  sau: S(t) =         (2.1) i=­N/2, ­N/2+1,…,­1, 0, 1,…,N/2­1 với                                 (2.2) Thỏa mãn điều kiện trực giao sau:  (t). =                   (2.3) Và  =i/T; i=1, 2,…, N­1                                           (2.4) Trong đó T được gọi là thời gian của một ký hiệu OFDM; Xi,k  là ký hiệu điều  chế  thông thường được truyền trên sóng mang con trong khoảng thời gian ký   hiệu OFDM thứ k; N là số sóng mang con (được chọn bằng lũy thừa của 2) và fi  là tần số sóng mang con. Hình 2.1 cho thấy ví dụ về sử dụng bốn các sóng mang   con cho một ký hiệu OFDM Hình 2.2 Ví dụ về sử dụng bốn sóng mang con cho một ký hiệu OFDM Từ hình 2.2 ta thấy trong miền thời gian, để đảm bảo điều kiện trực giao,   các sóng mang con có số chu kỳ trong một ký hiệu OFDM (T) là một số nguyên.   Trong miền tần số mỗi sóng mang con của một ký hiệu OFDM có mật  độ  phổ  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 18
  19. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA công suất dạng sinx/x với . Giá trị  cực đại các búp chính của mật độ  phổ  công  suất của một sóng mang xảy ra tại các tần số  f=i/T. Tại đây mật độ  phổ  công  suất của các sóng mang khác đều bằng không. Nhờ tính trực giao (2.3), tại phía thu ta có thể giải điều chế để  tìm lại ký   hiệu theo quan hệ như sau:           (2.5) Nếu ta ký hiệu  (t) là ký hiệu OFDM trong thời điểmtruyền ký hiệu thứ k,   thì ta có thể viết lại công thức (2.1) như sau: S(t) = (2.6) ,m=0, 1, …, N­1            h t=(k+ Các tín hiệu OFDM chỉ được tạo ra bằng xử lý số do rất khó tạo ra các bộ  tạo sóng khóa pha và các máy thu trong miền tương tự. Để  xử  lý số  ta lấy mẫu  tín hiệu OFDM băng gốc trong (2.1) và (2.6) bằng tần số lấy mẫu N lớn hơn 1/T.   Khi này ta có thể biểu diễn ký hiệu OFDM thứ k,  như sau: =  =                                                                     (2.7) =IDFT Trong đó IDFT (inverse discrete fourrier transform) là biến Fourrierr rời rạc  ngược. Biến đổi Fourrier nhanh đảo (IFFT: inverse fast fourrier transform) thực  hiện  chức  năng  giống như   IDFT nhưng  hiệu suất  hơn về  mặt tính  toán nên  thường được sử  dụng trong các sơ  đồ  thực tiễn. Thời gian của ký hiệu OFDM   sau IFFT được ký hiệu là:  SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 19
  20. TÌM HIỂU VỀ WiMAX 802.16m GVHD: Th.S LÊ TÙNG HOA         OFDM là công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao­một kỹ thuật  hấp dẫn sử  dụng cho các hệ  thống truyền thông số  liệu tốc độ  cao. Nó được   phát triển từ  2 kĩ thuật quan trọng là ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) và  truyền thông đa sóng mang. OFDM là một kỹ  thuật ghép kênh mà chia băng tần   thành các tần số sóng mang nhỏ như được chỉ ra trong hình sau: Hình 2.3: Phân chia luồng số liệu trong OFDM              Trong hệ thống OFDM, luồng số liệu đầu vào được chia ra thành các   luồng con song song với tốc độ  số  liệu nhỏ  hơn và như  vậy tăng khoảng thời   gian của ký hiệu và mỗi luồng nhỏ được điều chế và truyền trên một sóng mang   trực giao. Hơn nữa, sự  sử  dụng tiền tố  lặp­CP (cyclic frefix) có thể  hoàn toàn  loại trừ  xuyên nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) miễn là thời lượng CP lâu hơn trễ  kênh lan truyền. CP là một sự  lập lại của một đoạn cuối của khối số  liệu và  được gán tới đầu của đoạn tải số liệu như được chỉ ra trong hình: SVTH: NGUYỄN CAO CƯỜNG­ LỚP L10CQVT4 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản