Đề tài Công nghệ Wimax nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai cho các vùng địa hình đặc thù tại Việt Nam

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.i

MỤC LỤC.ii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU.v

DANH SÁCH HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ.vi

THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT.vii

PHẦN MỞ ĐẦU.1

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX.3

1.1 Khái niệm về mạng không dây băng rộng.3

1.2 Công nghệ WiMAX.5

1.2.1 WiMAX là gì?.5

1.2.2 Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16.8

1.2.3 WiMAX được công nhận là chuẩn toàn cầu.12

1.3 Đặc điểm cơ bản của WiMAX.14

1.3.1 Đặc điểm Fixed WiMAX.14

1.3.2 Đặc điểm Mobile WiMAX.15

1.4 Tình hình thử nghiệm, thương mại hóa WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam16

1.4.1 Thử nghiệm và thương mại hóa WiMAX trên thế giới.16

1.4.2 Thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam.18

1.5 Kết luận.19

CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ WIMAX.20

2.1 WiMAX cố định - IEEE 802.16d-2004.21

2.1.1 Lớp MAC.21

2.1.2 Lớp PHY.30

2.2. WiMAX di động - IEEE 802.16e - 2005.38

2.2.1 Lớp PHY.38

2.2.2 Lớp MAC.45

2.3 Kết luận.50

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ MẠNG WiMAX.

3.1 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập di động.51

3.2 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập cố định.52

3.3 Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế và triển khai mạng WiMAX.54

3.3.1 Lựa chọn băng tần.54

3.3.2 Lựa chọn phương thức song công.57

3.3.3 Tổng lưu lượng, bán kính phủ sóng và số sector của mỗi trạm gốc.61

3.3.4 Quy hoạch và tái sử dụng tần số có tính toán tới các loại nhiễu.63

3.3.5 Anten và các công nghệ nâng cao.65

3.3.6 Quản lý sự di động (Đối với ứng dụng Mobile WiMAX).73

3.3.7 Trung tâm quản lý.76

3.3.8 Sơ đồ kết nối mạng WiMAX.78

3.4 Kết luận.80

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẪU ỨNG DỤNG WiMAX CUNG CẤP DỊCH VỤ INTERNET VÀ THOẠI CHO KHU VỰC ĐỊA HÌNH ĐẶC THÙ TẠI VIỆT NAM.81

4.1 Giới thiệu dự án thử nghiệm WiMAX tại Tả Van.81

4.1.1 Đặc điểm điển hình của địa điểm thử nghiệm.82

4.1.2 Mục tiêu của việc nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu để triển khai ứng dụng thực tiễn từ thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Tả Van.84

4.1.3 Chuẩn WiMAX và thời gian thử nghiệm.84

4.2 Hệ thống WiMAX thử nghiệm thực tế tại xã Tả Van.85

4.2.1 Đặc điểm công nghệ của dự án thử nghiệm.85

4.2.2 Thiết bị WiMAX được thử nghiệm.85

4.2.3 Các địa điểm tham gia thử nghiệm.86

4.2.4 Các ứng dụng được thử nghiệm.88

4.2.5 Kiến trúc hệ thống.89

4.2.6 Mô hình kết nối tại trạm gốc.91

4.2.7 Mô hình kết nối phía khách hàng.92

4.2.8 Hệ thống VoIP trên nền WiMAX.93

4.2.9 Cài đặt và cấu hình hệ thống WiMAX.97

4.3 Kết quả nghiên cứu, đánh giá trên phương diện kỹ thuật của hệ thống WiMAX thử nghiệm.100

4.3.1 Khả năng bao phủ của mạng.100

4.3.2 Khả năng quản lý từ xa của hệ thống triển khai tại Tả Van.100

4.3.3 Độ ổn định/tin cậy của hệ thống.101

4.3.4 Tốc độ truy nhập tối đa/trung bình đạt được.101

4.3.5 Các ứng dụng chạy tốt trên nền WiMAX.102

4.3.6 Độ trễ.102

4.3.7 Jitter của hệ thống vệ tinh.102

4.3.8 Chất lượng dịch vụ VoIP trên nền hệ thống WiMAX:.103

4.4 Kết quả nghiên cứu, đánh giá về hiệu quả kinh tế xã hội, giáo dục và nâng cao dân trí.104

4.4.1 Nhu cầu sử dụng và lợi ích mang lại từ việc truy cập Internet tốc độ cao của người dân nông thôn là rất lớn.104

4.4.2 Cách thức đào tạo dựa trên phương thức truyền đạt kinh nghiệm thực tế phát huy hiệu quả cao.108

4.4.3 Chia sẻ băng thông giữa các người dùng khác nhau.109

4.4.4 Bưu điện văn hóa xã và UBND xã đóng vai trò quan trọng trong sự thành công của việc mang băng thông rộng tới người dân nông thôn:.109

4.5 Mô hình bền vững được khuyến nghị khi triển khai băng thông rộng tới vùng nông thôn Việt Nam.110

4.5.1 Mô hình kỹ thuật, công nghệ và các đối tượng được thụ hưởng dịch vụ băng thông rộng không dây:.110

4.4.2 Cung cấp nội dung thông tin được chuẩn hóa tới mọi người dân.111

4.5.3 Chi phí đầu tư hệ thống ban đầu và chi phí khai thác hàng tháng.112

4.5.4 Mô hình kinh doanh bền vững với sự hỗ trợ của nhà nước.114

4.6 Kết luận.115

PHẦN KẾT LUẬN.116

TÀI LIỆU THAM KHẢO.117

TÓM TẮT LUẬN VĂN.119

pdf130 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 04/02/2013 | Lượt xem: 1470 | Lượt tải: 18download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Công nghệ Wimax nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai cho các vùng địa hình đặc thù tại Việt Nam, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
dữ liệu trong quá trình tái truyền phát, về mặt khác, đường truyền trở nên bị lỗi. Khi quá trình duy trì các thiết lập tối ưu này trong môi trường thời gian không ổn định trở thành một thách thức cho các dịch vụ băng thông rộng di động, kỹ thuật Hyprid-ARQ (H-ARQ) được phát triển. H-ARQ trở thành 1 phần của thông số Wimax di động, khối thu tập hợp các thông tin từ một gói tin bị lỗi với hiện tượng tái truyền phát tín hiệu của cùng một gói tin cho tới khi thông tin tập hợp đủ lại để lấy lại toàn bộ gói tin. Hình 2.15 thể hiện cơ chế yêu cầu lặp lại tự động khi lỗi xảy ra. Hình 2.15: Cơ chế yêu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 45 HARQ được phép sử dụng giao thức N kênh “ Dừng và đợi “ để cung cấp khả năng đáp ứng nhanh cho đóng gói lỗi và cải thiện khả năng phủ sóng đường biên cell. Với khả năng kết hợp và tùy chọn, tính tăng cường sự dư thừa (Incremental Redundancy) được hỗ trợ để cải thiện độ tin cậy của đường truyền dẫn. Một kênh ACK chuyên dụng cũng được cung cấp tính hiệu HARQ ACK / NACK cho đường uplink. Hoạt động đa kênh cũng được hỗ trợ. ARQ đa kênh dừng và đợi với một số lượng nhỏ các kênh là một giao thức đơn giản mà hiệu quả, yêu cầu bộ nhớ tối thiểu cho HARQ và sự dừng. Wimax cung cấp tín hiệu cho phép hoạt động hoàn toàn ở chế độ không đồng bộ. Chế độ không đồng bộ cho phép độ trễ thay đổi giữa những lần truyền lại cho nên có thể đem lại sự linh hoạt hơn cho việc lập lịch do hiệu quả của phần đầu được thêm vào cho mỗi sự cấp phát việc truyền lại. HARQ kết hợp với nhau, cùng với CQICH và AMC đã tăng cường khả năng thích ứng đường truyền trong môi trường di động với tốc độ của phương tiện có thể lên tới 120 km/h. 2.2.2 Lớp MAC Hệ thống WiMAX (cả di động và cố định) thích hợp cho nhiều loại dịch vụ bao gồm thoại, dữ liệu, truyền hình ảnh. Mỗi dịch vụ có những yêu cầu riêng về tốc độ và các tham số khác, vì vậy lớp MAC hỗ trợ phân loại dịch vụ và gán cho nó những QoS (chất lượng dịch vụ) khác nhau. Tài nguyên đựoc cấp phát cho một người dùng bởi trình lập lịch MAC có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn đến toàn bộ khung, do đó, cung cấp thông lượng năng động đến người dùng riêng tại bất cứ thời gian nào. Hơn thế, do thông tin cấp phát tài nguyên được vận chuyển trong thông điệp MAC ở đầu mỗi khung, trình lập lịch có thể thay đổi hiệu quả sự cấp phát tài nguyên theo kiểu từng khung một (frame by frame) để thích ứng với trạng thái tự nhiên của lưu lượng. 2.2.2.1 MAC hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS Với tốc độ đường truyền vô tuyến cao, khả năng truyền đối xứng đường lên/đường xuống, tài nguyên lớn và cơ chế cấp phát tài nguyên linh hoạt, Wimax di động hoàn toàn có thể đáp ứng được những yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS cho các dịch vụ và ứng dụng thông tin băng rộng Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 46 Lớp MAC trong Wimax đi động, QoS được cung cấp qua các luồng dịch vụ như minh họa ở hình dưới. Đó là các luồn gói tin vô hướng được cung cấp bởi 1 tập các tham số QoS. Trước khi cung cấp một loại hình dịch vụ dữ liệu, trạm gốc và thiết bị người sử dụng đầu cuối trước tiên được thiết lập một đường liên kết logic vô hướng giữa các lớp MAC ngang hàng, được gọi là thực hiện kết nối. Đầu ra MAC sau đó sẽ kết hợp các gói tin đi qua giao diện MAC rồi đi vào trong luồng dịch vụ để được gửi đi thông qua kết nối. Hình 2.16 chỉ ra QoS được hỗ trợ trong Mobile WiMAX. Hình 2.16: Hỗ trợ QoS trong Mobile WiMAX Các thông số QoS kết hợp với luồng dịch vụ xác định trình tự truyền và lập lịch trong giao diên vô tuyến. Do vậy QoS kết nối có hướng này có khả năng cung cấp thông tin điều khiển thông qua giao diện vô tuyến. Do đường truyền vô tuyến thường xảy ra hiện thắt nút cổ chai, QoS kết nối có hướng có thể cho phép điều khiển QoS đầu cuối đến đầu cuối (end to end) một cách hiệu quả. Các thông số luồng dịch vụ có thể được quản lý một cách linh hoạt thông qua các bản tin MAC để thỏa mãn những yêu cầu đa dạng của dịch vụ. Luồng dữ liệu dựa trên cơ chế QoS được ứng dụng cho cả đường lên và đường xuống đã cải thiện được QoS cho cả hai hướng. Wimax đi động hỗ trợ nhiều dịch vụ dữ liệu và ứng dụng với các yêu cầu QoS khác nhau. Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 47 Bảng 2.8 tổng hợp về QoS trong Mobile WiMAX Bảng 2.8: Các dịch vụ WiMAX di động và QoS Yêu cầu QoS Ứng dụng Các đặc tính QoS UGS (Unsolicited Grant Servive) VoIP (Voice over IP) -Duy trì tốc độ tối đa -Tối ưu hóa chống trễ -Triệt Jitter rtPS (Real time Packet Service) Luồng Audio hoặc Video (Streaming Audio or Video) -Tốc độ tối thiểu định trước -Duy trì tốc độ tối đa -Tối ưu hóa chống trễ -Ưu tiên lưu lượng ErtPS (Extended Real time Packet Service) Thoại với sự bảo vệ tích cực (VoIP with Activity Detection) -Tốc độ tối thiểu định trước -Duy trì tốc độ tối đa -Tối ưu hóa chống trễ -Triệt Jitter -Ưu tiên lưu lượng nrtPS (Non Real time Packet Service) Giao thức truyền tải file (File Transfer Protocol) -Tốc độ tối thiêu định trước -Duy trì tốc độ tối đa -Ưu tiên lưu lượng BE (Best Effort) Truyền dữ liệu, duyệt Web … -Duy trì tốc độ tối đa -Ưu tiên lưu lượng 2.2.2.2 Dịch vụ lập lịch MAC (MAC Scheduling Service) Dịch vụ lập lịch trình MAC trong Wimax di động được thiết kế để truyền tải một cách hiệu quả các dịch vụ dữ liệu băng rộng bao gồm có thoại, dữ liệu , và hình ảnh thông qua sự thay đổi thời gian kênh không dây băng rộng. Dịch vụ lập lịch trình với các thuộc tính kèm theo có thể thực thi các dịch vụ dữ liệu băng rộng sau đây: - Bộ lập lịch dữ liệu nhanh: Bộ lập lịch MAC phải cấp phát tài nguyên hữu dụng một cách hiệu quả để đáp ứng được những điều kiện lưu lượng dữ liệu tăng lên và thời gian kênh thay đổi. Bộ lập lich được cấp phát tại mỗi trạm gốc để có thể đáp ứng nhanh chóng những yêu cầu về lưu lượng và tình trạng kênh. Những gói dữ liệu kết hợp với các luồng dịch vụ sẽ xác định tốt nhất các thông số QoS tại lớp MAC, do vậy bộ lập lịch có thể xác định một cách chính xác những yêu cầu truyền gói dữ liệu qua giao diện vô tuyến. Kênh CQICH cung cấp phản hồi thông tin kênh nhanh để thực hiện lập lịch giúp Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 48 cho việc chọn phương pháp điều chế và mã hóa thích hợp cho mỗi sự cấp phát. Kỹ thuật điều chế / mã hóa thích ứng kết hợp với HARQ cung cấp khả năng truyền dẫn cao qua kênh thay đổi thời gian. - Lập lịch cho cả đường lên và đường xuống: Dịch vụ lập lịch được cung cấp cho cả lưu lượng đường lên và đường xuống. Để bộ lập lịch MAC có thể cấp phát tài nguyên một cách hiệu quả và đáp ứng yêu cầu QoS trên đường xuống, thì đường xuống phải phản hồi một cách chính xác, đúng thời điểm những thông tin về tình trạng lưu lượng và những yêu cầu QoS. Băng thông đường lên đa đường yêu cầu những cơ chế, ví dụ như yêu cầu băng thông thông qua dải kênh, yêu cầu kích thước tải và bầu chọn được thiết kế để hỗ trợ cho những yêu cầu băng thông đường lên. Các luồng dịch vụ đường lên xác định cơ chế phản hồi cho mỗi kết nối đường lên để bảo đảm viêc dự đoán cho việc xử lý lập lịch đường lên. Hơn thế nữa, với các kênh con đường lên trực giao không hề xuất hiện nhiễu giữa các cell. Bộ lập lịch đuờng lên cấp phát tài nguyên hiệu qủa hơn và tốt hơn là sử dụng QoS. - Cấp phát tài nguyên động: Lớp MAC hỗ trợ việc cấp phát tài nguyên tần số - thời gian ở cả đường xuống và đường lên trên cơ sở từng frame. Việc cấp phát tài nguyên được gửi đi trong bản tin MAC vào phần đầu của mỗi khung. Do vậy, sự cấp phát tài nguyên có thể được thay đổi trên từng khung để đáp ứng với các tình trạng kênh và lưu lượng. Thêm vào đó, số lượng các tài nguyên trong mỗi sự cấp phát có thể thay đổi từ một khe cho tới toàn bộ khung. - QoS có hướng: bộ lập lịch MAC điều khiển việc vận chuyển dữ liệu dựa trên nền tảng liên kết các kết nối. Mỗi một kết nối kết hợp với một dịch vụ dữ liệu riêng lẻ cùng với việc điều chỉnh các thông số QoS mà có thể xác định được chất lượng những đáp ứng bên ngoài của nó. Với khả năng cấp phát tài nguyên động trên cả đường lên và đường xuống, bộ lập lịch có thể cung cấp QoS cao cấp cho cả lưu lượng đường lên và đường xuống. Thông thường với bộ lập lịch cho đường lên, nguồn tài nguyên đường lên được cấp phát hiệu quả hơn, có thể dự đoán hoạt động chính xác hơn, và thực thi QoS tốt hơn. - Bộ lập lịch lựa chọn tần số: Bộ lập lịch có thể hoạt động với nhiều loại kênh con khác nhau. Với những kênh con thay đổi tần số như là hoán vị PUSH, nơi mà những sóng mang con trên những kênh con được phân bố một cách ngẫu nhiên qua băng thông, các kênh con sẽ có chất lượng tương đương. Bộ lập lịch thay đổi tần số có thể hỗ trợ cho QoS với thuộc tính tốt và bộ lập lịch tài nguyên thời gian – tần số linh hoạt. Với sự hoán vị lân cận như hoán vị AMC, các kênh con có thể có những suy giảm khác nhau . Bộ lập lịch lựa Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 49 chọn tần số có thể cấp phát cho người dùng di động để có sự tương ứng tốt nhất cho các kênh con. Bộ lập lịch lựa chọn tần số có thể tăng cuờng dung lượng hệ thống với mức vừa phải cho phần đầu của CQI trên đường lên. 2.2.2.3Bảo mật WiMAX di động hỗ trợ tốt nhất các đặc tính lớp bảo mật nhờ áp dụng các công nghệ tốt nhất đang sẵn có hiện nay. Nó hỗ trợ cho xác thực giữa thiết bị/người dùng, giao thức quản lý khoá linh động, mã hoá lưu lượng, bảo vệ bản tin mặt phẳng quản lý và tối ưu hoá giao thức bảo mật cho các chuyển giao nhanh. Các nội dung chính của đặc điểm bảo mật là: - Giao thức quản lý khoá: Privacy và giao thức quản lý khóa phiên bản 2 là nền tảng bảo mật cho Wimax di động đã được định nghĩa trong chuẩn 802.16e. Giao thức này quản lý bảo mật MAC sử dụng bản tin PKM-REQ / RSP , xác thực PKM EAP, Điều khiển mã hóa lưu lượng (Traffic Ecryption Control), trao đổi khóa chuyển giao (Handover Key Device) và tất cả bản tin bảo mật Multicast / Broadcast đèu dựa trên giao thức này - Xác thực thiết bị/người sử dụng: Wimax di động hỗ trợ Xác thực thiết bị và người sử dụng bằng giao thức IETF hỗ trợ cho khả năng xác thực trên cơ sở SIM, USIM , xác thực số hay Username / Password. Tương ứng với các phượng thức xác thực EAP – SIM, EAP – AKA, EAP – TLS hay EAP – MSCHAP phiên bản 2 được hỗ trợ thông qua giao thức EAP. Phương pháp chuyển hóa khóa chỉ được hỗ trợ bởi phương thức EAP. - Mã hóa lưu lượng: AES-CCM là mật mã được sử dụng để bảo vệ tất cả các dữ liệu của người dung thông qua giao diện MAC trong Wimax di động. Khóa được sử dụng để điều khiển mật mã thông thường là xác thực EAP. Trạng thái mã hóa lưu lượng (Traffic Encryption State) mà có cơ chế nạp lại khóa tuần hoàn có khả năng chống lại sự thay đổi của các khóa, do đó cải thiện hơn nữa quá trình bảo vệ. - Bảo vệ bản tin điều khiển: Dữ liệu điều khiển được bảo vệ bằng cách sử dụng AES dựa trên CMAC, hay MD5 dựa trên nguyên lý HMAC - Hỗ trợ chuyển giao nhanh: nguyên lý bắt tay 3 bước được Wimax di động hỗ trợ đã đưa ra cơ chế tái xác thực tích cực để phục vụ cho chuyển giao nhanh. Cơ chế này rất hữu ích đối với việc ngăn chặn người ở giữa có thể thực hiện tấn công. Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 50 2.3 Kết luận Chương hai đã trình bày những vấn đề kỹ thuật chính trong chuẩn IEEE 802.16-2004 Fixed WiMAX và IEEE 802.16e Mobile WiMAX. Từ đó ta có thể dễ dàng nhìn ra được những điểm giống và khác nhau giữa hai chuẩn này. Chuẩn IEEE 802.16d – 2004 thích hợp cho ứng dụng truy cập cố định. Chuẩn IEEE 802.16e – 2005 thích hợp cho cả hai loại đầu cuối di động cũng như cố định. Việc các nhà cung cấp lựa chọn 802.16-2004 hay 802.16e phụ thuộc vào loại dịch vụ mà họ cung cấp và chiến lược kinh doanh của họ, tuy nhiên những lợi ích thu được từ ưu điểm của mỗi phiên bản này cũng cần được tính đến. Chi tiết vấn đề này sẽ được trình bày trong chương 3. Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 51 CHƯƠNG III: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ MẠNG WiMAX Chương này sẽ trình bày các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế mạng WiMAX và đề xuất một số mô hình triển khai vào thực tế. 3.1 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập di động Mô hình sẽ được triển khai tương tự như hệ thống thông tin di động hiện nay. Trong đó hệ thống mạng lưới các trạm gốc WiMAX sẽ được thiết lập và phủ sóng kín cả khu vực, ví dụ cả thành phố. Các thiết bị đầu cuối có thể di động trong toàn bộ phạm vi khu vực được phủ sóng. Tổ chức trạm gốc BS Các trạm gốc của hệ thống được tổ chức tương tự như với trạm gốc của hệ thống di động hiện nay. Vì WiMAX và các hệ thống thông tin di động chạy ở các tần số khác nhau, nên sẽ không có nhiễu tần số xảy ra khi chúng ta sử dụng chung cột anten thông tin di động để triển khai WiMAX. Với các khu vực đô thị, tập trung đông dân cư, yêu cầu trạm gốc phải được xây dựng nhiều hơn để phục vụ cho nhu cầu truy cập cao. Khi đó công suất phát của mỗi trạm gốc sẽ được tính toán phù hợp để tối ưu việc phục vụ nhu cầu người dùng. Đối với các khu vực dân cư thưa thớt hơn, công suất phát sẽ được tăng lên, để mỗi BS có thể phủ sóng một khu vực rộng hơn. Tính di động của người dùng Người dùng Mobile WiMAX có thể vừa di động vừa giữ được kết nối Internet với tốc độ di chuyển theo quy định của chuẩn lên tới 120km/h. Chip Mobile WiMAX sẽ được tích hợp vào các thiết bị di động hiện nay như: laptop, PDA, .... thậm chí là cả điện thoại (theo công bố của Samsung). Khi đó WiMAX hy vọng sẽ thay đổi cách thức truy nhập Internet hiện nay của người dùng, Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 52 tương tự như trước kia điện thoại di động đã thay đổi cách thức sử dụng điện thoại của người dùng sử dụng điện thoại cố định. Với nhu cầu di chuyển cao và đòi hỏi luôn luôn kết nối, mọi lúc mọi nơi có thể nói ứng dụng WiMAX di động là lựa chọn tối ưu. Chuẩn sử dụng Chuẩn được khuyến nghị sử dụng là 802.16e ở dải tần 2.3Ghz và 2.5Ghz. Theo Motorola, hiện nay trên thế giới đã có 580 dự án được cấp phép, một số lớn trong số đó đã đi vào triển khai Mobile WiMAX sử dụng dải tần này. Do đó, Việt Nam cũng nên sử dụng dải tần này để triển khai Mobile WiMAX. Vì khi tập trung theo chuẩn của thế giới, thiết bị trạm gốc cũng như đầu cuối được sản xuất đồng loạt sẽ làm giảm chi phí trên mỗi đầu thiết bị. 3.2 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập cố định Khác với việc hướng tới người dùng yêu cầu tính năng di động, mô hình triển khai WiMAX cho ứng dụng truy cập cố định sẽ hướng tới việc mang băng thông lớn tới người dùng thông qua hệ thống vô tuyến. Khách hàng của các hệ thống này có thể là văn phòng làm việc của các doanh nghiệp, công sở, các hộ gia đình... Loại ứng dụng này có đặc điểm là yêu cầu một tốc độ truy cập cao, ổn định nhưng không nhất thiết phải di động. Dịch vụ WiMAX khi đó sẽ thiết lập một loại dịch vụ có QoS được định nghĩa cho phép cung cấp một băng thông lớn, cam kết cả tốc độ tối đa và tốc độ tối thiểu cho người dùng. Thiết bị đầu cuối khách hàng Thiết bị đầu cuối khách hàng có thể được lắp đặt ngoài trời (outdoor), hoặc để trên bàn trong nhà (indoor). Phía sau thiết bị đầu cuối khách hàng có thể nối với mạng LAN của doanh nghiệp hay hộ gia đình, tương tự mô hình kết nối hiện nay của các công nghệ có dây. Trong trường hợp này, WiMAX đóng vai trò cung cấp kết nối tới địa điểm người dùng, thay cho hệ thống cáp đồng hay cáp quang hiện nay. Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 53 Chuẩn sử dụng Khi nói tới ứng dụng cố định, nhiều người sẽ nghĩ ngay tới việc sử dụng WiMAX cố định theo chuẩn IEEE 802.16 – 2004. Cho đến thời điểm hiện nay, Fixed WiMAX đã có thiết bị được sản xuất đồng loạt và triển khai vào thực tế. Các thử nghiệm ở Việt Nam cũng như theo công bố cuả các hãng đã triển khai thương mại hóa chuẩn Fixed WiMAX, cho thấy chuẩn này đã hoàn toàn chín muồi để triển khai các ứng dụng truy cập cố định, hoặc có thể di chuyển được - portable (nhưng trong quá trình di chuyển nhanh thì không giữ được kết nối). Theo quan điểm người viết, chuẩn IEEE 802.16e sẽ được khuyến nghị để sử dụng chung cho cả hai loại ứng dụng truy cập cố định và di động với các loại thiết bị đầu cuối khác nhau: - Với yêu cầu truy cập di động, các chip WiMAX sẽ được tích hợp vào các thiết bị cầm tay như laptop, PDA, điện thoại.... - Với các yêu cầu truy cập cố định: Sẽ sản xuất các loại thiết bị đầu cuối khách hàng SS theo chuẩn 802.16e nhưng là thiết bị để bàn, thiết bị này cho phép kết nối các máy tính của người dùng cố định với mạng Internet không dây WiMAX. Hình 3.1: Ứng dụng đa dạng của Mobile WiMAX Việc triển khai chỉ một chuẩn Mibile WiMAX cho cả hai loại ứng dụng di động và cố định sẽ tiết kiệm được tài nguyên về tần số cũng như chi phí triển khai trạm gốc BTS. Tuy nhiên chuẩn Fixed WiMAX có thể được tính toán sử dụng để cung cấp kết nối backbone cho các trạm BS Mobile WiMAX. Hoặc sử dụng Fixed WiMAX Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 54 để cung cấp cho các khách hàng theo mô hình lease line mà hiện nay đang dùng cáp quang để cung cấp kết nối. Việc tính toán có nên sử dụng Fixed WiMAX hay không xin dành cho các nhà quản lý, các doanh nghiệp, phần viết của luận văn này chỉ để cập tới ứng dụng WiMAX vào việc cung cấp băng thông rộng tới người dùng đầu cuối với các tính năng ưu việt của nó. 3.3 Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế và triển khai mạng WiMAX. Phần này đề cập tới các vấn đề kỹ thuật cơ bản cần lưu ý khi chúng ta thiết kế và triển khai thương mại hóa WiMAX. 3.3.1 Lựa chọn băng tần Khi thiết kế một mạng WiMAX, ta phải lựa chọn băng tần hoạt động cho mạng trong số các băng tần được phép sử dụng.Thông thường, lựa chọn băng tần hoạt động là việc đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế các mạng di động nói chung. Những băng tần thấp tín hiệu được truyền tốt hơn nhưng băng thông lại nhỏ hơn. Các tiêu chí để lựa chọn băng tần hoạt động bao gồm: - Dải tần cấp phép - Dung lượng tập trung phụ thuộc vào vùng dịch vụ - Mật độ thuê bao trong vùng dịch vụ - Địa hình của vùng dịch vụ - Mức độ nhiễu trong các băng tần không cần cấp phép - Giá thành thiết bị hoạt động trong băng tần đó Do phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vậy nên việc lựa chọn băng tần nào đòi hỏi phải có một sự tính toán rất kỹ lưỡng. Sau đây là một số tần số có thể dành cho việc triển khai WiMAX: Băng 3400 – 3600 MHz (băng 3.5 GHz): 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 thống truy cập Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 55 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 đó thống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMax. Tuy nhiên ở Việt Nam, băng tần này được ưu tiên sử dụng cho hệ thống vệ tinh nên không thể triển khai. Băng tần 3300 – 3400 MHz (băng 3.3 GHz) Băng tần này đã được phân bổ ở những nước đang phát triển có thị trường lớn như Ấn Độ và Trung Quốc. Tuy chưa có nhiều nước cấp băng tần này cho WBA, nhưng thiết bị WiMAX cũng đã được phân bổ chính thức tại Việt Nam. Các hệ thống WiMax ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16-2004 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 Như đã nói ở trên, băng tần 3300 – 3400 đã được lựa chọn để triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định với các doanh nghiệp VNPT/VDC, FPT, VTC, Viettel và EVN. Băng tần 2500 – 2690 MHz (băng 2.5 GHz) Băng tần này là băng tần được WiMax Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMax di động theo chuẩn 802.16-2005. Trước đây băng tần này trước đây được sử dụng phổ biến cho các hệ thống truyền hình MMDS, nhưng do hệ thống này không phát triển nên rất có thể băng tần đó sẽ được cấp phép sử dụng cho mạng WBA tại Việt Nam. Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT được cấp phép thử nghiệm Mobile WiMAX ở dải tần số này. Băng 2300 - 2400 MHz (băng 2.4 GHz) Đây cũng là một băng tân được ưu tiên lựa chọn cho WiMAX di động. 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. Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 56 Băng 2.3 GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2.5 GHz do đó cũng sẽ là một lựa chọn cho mạng WiMAX di động tại Việt Nam. Hiện tại các đơn vị FPT, VTC, EVN và Viettel được chính phủ cấp phép thử nghiệm Mobile WiMAX ở dải tần số này. Băng 5725 – 5850 (băng 5.8 GHz) 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 (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), 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. Bên canh các băng tần số trên còn có một số băng tần số khác cũng được Diễn đàn WiMAX đề cập đến, tuy nhiên xét trong điều kiện triển khai tại Việt Nam thì nhưng băng tần số này là không phù hợp. Ta có thể tóm tắt các băng tần số có thể lựa chọn trong bảng 3.1 dưới đây. Bảng 3.1: Phân bổ tần số cho các công nghệ không dây Băng tần Khả năng ứng dụng 3400 – 3600 MHz FWA, WBA, Fix WiMAX 3600 – 3800 MHz Hệ thống vệ tinh viễn thông 3300 – 3400 MHz Fix WiMAX 2500 – 2690 MHz MMDS, WBA 2300 – 2400 MHz Mobile WiMAX 5725 – 5850 MHz Fix WiMAX < 1 GHz Truyền hình địa phương Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 57 3.3.2 Lựa chọn phương thức song công WiMAX hỗ trợ cả hai phương thức song công FDD và TDD trong các mô hình ứng dụng của nó. - FDD (Frequency Division Duplexing): kỹ thuật này chia kênh tần số ra làm hai kênh riêng biệt, một tần số được sủ dụng cho chiều lên, còn tần số còn lại được sử dụng cho chiều xuống. - TDD (Time Division Duplexing): kỹ thuật này cho phép các khung đường lên và đường xuống có thể nằm trên cùng một kênh, tuy chúng ở những khe thời gian khác nhau . Hai chế độ song công TDD và FDD được thể hiện trong hình vẽ 3.2 dưới đây: Hình 3.2: Hai chế độ song công TDD và FDD Đối với các vấn đề nhiễu, TDD yêu cầu sự đồng bộ hóa hệ thống diện rộng. Tuy nhiên, trong WiMAX TDD được thường ưu tiên ở chế độ song công vì những lý do sau: - TDD cho phép điều chỉnh tỷ lệ DL / UL (đường xuống / đường lên) để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống, trong khi với FDD, đường lên và đường xuống luôn được giữ cố định, và thông thường băng thông đường lên và đường xuống bằng nhau - TDD bảo đảm sự trao đổi kênh nhằm hỗ trợ tốt hơn cho các kết nối thích ứng, MIMO và các công nghệ anten nâng cao khác. - Không giống như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh duy nhất cho cả đường lên và đường xuống, đem lại sự thích ứng linh động hơn cho việc cấp phát phổ tần số khác nhau. - Bộ thu phát được thiết kế cho việc thực hiện TDD cũng đơn giản hơn và do vậy đỡ tốn kém hơn. Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 58 Cấu trúc khung PMP Trong hệ thống sử dụng TDD và FDD bán song công, các trạm thuê bao chấp nhận phải được tạo bởi khoảng hở truyền dẫn giữa các trạm thuê bao thu/phát SSRTG (Subscriber Station Receive/Transmit Transition Gap) và khoảng hở truyền dẫn giữa các trạm thuê bao phát/thu SSTTG (Subscriber Station Transmit/Receive Transition Gap). Trạm gốc sẽ không thể truyền thông tin đường xuống tới một trạm muộn hơn thời gian SSRTG và trễ vòng lặp RTD (Round Trip Delay ) trước khi bắt đầu việc lập lịch cấp phát đường lên đầu tiên của nó. Thêm vào đó, trạm thuê bao không những được phép để thu nhận mào đầu đường xuống (preamble downlink) cho mỗi khung mà nó còn chứa đựng dữ liệu DL trong đó, bảo đảm cho các khoảng được chỉ định ở trên không được chồng lấp vào phần mào đầu. Các thông số SSRTG và SSTTG được cung cấp bởi BS và SS dựa trên những yêu cầu trong quá trình đi vào mạng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfCông nghệ Wima nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai cho các vùng địa hình đặc thù tại Việt Nam.pdf