Đề tài Phân tích và qui hoạch vùng phủ sóng mạng Internet không dây băng rộng sử dụng công nghệ WiMax

Mục lục

Lời nói đầu . 1

Tóm tắt đồ án . 2

Mục lục . 3

Danh sách các hình vẽ . 6

Danh sách bảng biểu . 8

Danh sách các từ viết tắt . 9

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN

VÔ TUYẾN TẾ BÀO . 10

1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 1 (1G) . 10

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) . 10

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2,5 (2,5G) . 11

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) . 12

1.5 Giới thiệu về hệ thống WiMax . 12

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX . 17

2.1 Khái niệm chung . 17

2.2 Lớp vật lý (PHY) . 18

2.2.1 Cở sở OFDMA . 18

2.2.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hoá . 22

2.2.3 S-OFDMA . 24

2.2.4 Cấu trúc khung TDD . 25

2.2.5 Các đặc tính lớp PHY cao cấp khác . 27

2.3 Mô tả lớp điều khiển truy nhập phương tiện (MAC-Media Access Control) . 29

2.3.1 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) . 29

2.3.2 Dịch vụ lập lịch trình MAC (Media Access Control) . 32

2.4 Quản lý di động và nguồn năng lượng . 32

2.4.1 Quản lý di động . 32

2.4.2 Quản lý nguồn năng lượng . 32

2.5 Bảo mật trong WiMax . 34

2.6 Các đặc tính khác của WiMax di động . 34

2.6.1 Sử dụng Anten thông minh . 34

2.6.2 Sử dụng lại tần số . 37

2.7 Phân tích hiệu suất hệ thống di động WiMax . 38

4

2.7.1 Các thông số hệ thống di động WiMax . 38

2.7.2 Quỹ đường truyền WiMax di động . 43

2.7.3 Hiệu suất hệ thống WiMax . 43

2.7.4 Hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng . 48

2.7.5 Liên mạng và chuyển vùng (roaming) . 48

2.8 Các ứng dụng, tiêu chuẩn áp dụng và tương lai của WiMax . 51

2.8.1 Các tiêu chuẩn mở của WiMax di động . 51

2.8.2 Các ứng dụng WiMax di động . 52

2.8.3 Các vấn đề về phổ của WiMax di động . 52

2.8.4 Lộ trình cho các sản phẩm WiMax . 53

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN MẠNG WIRELESS

802.16 . 55

3.1 Khái quát về hệ thống được thiết kế . 55

3.1.1 Vị trí và cân nhắc vị trí thực . 55

3.1.2 Nhận dạng các yêu cầu đối với thiết bị . 58

3.1.3 Năm chữ “C” trong thiết kế một hệ thống . 61

3.2 Cấu trúc của hệ thống . 62

3.2.1 Mô hình khả thi của hệ thống . 62

3.2.2 Tái sử dụng tần số và nhiễu giữa các cell lân cận . 65

3.2.3 Mô hình kênh truyền dẫn và nhiễu . 68

3.2.4 Giả thiết mức mô hình hệ thống chung . 72

3.2.5 Các thông số đầu ra . 74

3.3 Các mô hình lưu lượng ứng dụng . 75

3.3.1 Đặc điểm của mô hình lưu lượng HTTP . 75

3.3.2 Đặc tính của mô hình lưu lượng FTP . 77

3.3.3 Ứng dụng Video gần thời gian thật (NRTV - near real time video) . 78

3.3.4 Quan điểm trừu tượng về lớp PHY trong mô hình hệ thống . 78

3.4 Tái sử dụng tần số và giao thoa giữa các cell . 79

3.4.1 Tái sử dụng tần số . 79

3.4.2 Mô hình kênh truyền và giao thoa cho mô hình hệ thống . 79

3.5 Các thông số cho hệ thống . 81

3.5.1 Các thông số kênh truyền theo mức . 81

3.5.2 Thông số cho BS và MS . 84

5

3.5.3 Các thông số định cỡ và thông số tham khảo . 85

3.5.4 Mô hình kênh truyền theo mức . 86

3.5.5 Suy hao đường truyền trong hệ thống WiMax . 94

3.5.6 Tạo ra các thông số của người sử dụng đối với các môi trường: cell lớn môi trường

thành phố và cell lớn môi trường vùng ngoại ô . 100

3.5.7 Đề xuất các thông số cho thuê bao trong môi trường cell nhỏ - thành phố . 104

3.5.8 Tạo ra các hệ số kênh truyền . 106

3.5.9 Định cỡ hệ thống theo mức . 108

CHƯƠNG 4: ĐỊNH HƯỚNG QUY HOẠCH MẠNG INTERNET SỬ DỤNG

CÔNG NGHỆ WIMAX . 113

4.1 Tính toán đường truyền . 113

4.2 Nghiên cứu, khảo sát tổng quát về một site . 116

Kết luận . 124

Tài liệu tham khảo . 125

pdf125 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 04/02/2013 | Lượt xem: 1648 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Phân tích và qui hoạch vùng phủ sóng mạng Internet không dây băng rộng sử dụng công nghệ WiMax, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MIMO DL Alamouti STC, VSM UL Cộng tác sóng mang Chuyển mạch MIMO Chuyển mạch STC/VSM thích ứng HARQ CC, 3 sự chuyển tiếp Mã hóa CTC Duy trì khung 11 ký hiệu OFDM (7 DL, 3UL, 1TTG) Ký hiệu dữ liệu khung 37 46 Sự phân chia DL/UL A 28:9 B 22:15 Bảng 2.14: Các giả định cấu hình WiMax Di động Các trường hợp DL: 28 ký hiệu dữ liệu UL: 9 ký hiệu dữ liệu DL: 22 ký hiệu dữ liệu UL: 15 ký hiệu dữ liệu Anten Liên kết Thông lượng vùng Hiệu suất quang phổ Thông lượng vùng Hiệu suất quang phổ SIMO DL 8,8 Mbps 1,21 bps/Hz 6,6 Mbps 1,09 bps/Hz UL 1,38 Mbps 0,55 bps/Hz 2,20 Mbps 0,59 bps/Hz MIMO DL 13,60 Mbps 1,87 bps/Hz 10,63 Mbps 1,76 bps/Hz UL 1,83 Mbps 0,73 bps/Hz 2,74 Mpbs 0,83 bps/Hz Bảng 2.15: Hiệu suất hệ thống di động WiMax Hình 2.9: Cải thiện hiệu suất phổ với WiMax tối ưu Một thuận lợi khác của hệ thống WiMax là khả năng cấu hình lại một cách tự động tỉ số DL/UL để đáp ứng lưu lượng mạng với sự tận dụng phổ tối đa, thông lượng sector đường xuống DL tối đa có thể lớn hơn 20Mbs và thông lượng sector đường 1.87 1.76 0.0 1.0 2.0 3.0 28:9 22:15 M bp s Tỉ lệ DL/UL MIMO hiệu quả quang phổ DL (2x2) +30% +20% Đường cơ sở 0.73 0.83 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 28:9 22:15 M bp s Tỉ lệ DL/UL MIMO hiệu quả quang phổ UL (2x2) +30% +20% Đường cơ sở 47 lên UL tối đa có thể lớn hơn 8Mbs. Với một tỉ lệ DL/UL nhất định thuộc dải từ 3:1 đến 1:1, thông lượng sector đường xuống có thể biến thiên từ 10 – 17 Mbs; thông lượng sector đường lên có thể biến thiên từ 2 – 4 Mbs. Kết quả này dựa trên cấu hình MIMO cơ bản của WiMax di động, các cải tiến hiệu suất tốt hơn có thể được thực hiện với các đặc tính cao cấp của WiMax chẳng hạn như AAS. IEEE chỉ định nghĩa các lớp vật lý và lớp điều khiển truy nhập phương tiện trong chuẩn 802.16. Cách tiếp cận này phù hợp với các công nghệ như Ethernet và WiFi dựa vào IETF để thiết lập các tiêu chuẩn cho các giao thức ở lớp cao hơn như TCP/IP, SIP, VoIP và IPSec. Trong truyền thông di động không dây, 3GPP và 2GPP2 xác lập các tiêu chuẩn thông qua một phạm vị rộng lớn của các giao diện và giao thức bởi vì chúng cần không chỉ thao thao tác giữa các phần của đường truyền vô tuyến mà còn thao tác giữa các phần của nhà cung cấp, của các mạng để chuyển vùng (roaming), các mạng truy nhập có thiết bị của nhiều nhà cung cấp, đối soát cước giữa các công ty. Các nhà cung cấp và khai thác đều phải nhận ra vấn đề này và thành lập nên các nhóm làm việc chung để phát triển các mô hình khuyến nghị mạng tiêu chuẩn cho các giao diện liên mạng mở. Hai trong số đó là nhóm làm việc về mạng của diễn đàn WiMax – tập trung vào tạo đặc tả mạng mức cao cho các hệ thống WiMax cố định, di động và xách tay theo tiêu chuẩn IEEE 802.16, và nhóm làm việc cung cấp dịch vụ - chủ yếu là soạn thảo các dự luật và dành ưu tiên để giúp đỡ cho nhóm làm việc về mạng. Kiến trúc mạng đầu cuối WiMax di động được dựa trên nền tảng IP, tất cả là mạch gói và không hề thừa kế từ mạch thoại. Điều này tạo thuận lợi cho việc giảm tổng chi phí của chủ sở hữu trong cả vòng đời phát triển của mạng WiMax. Sử dụng toàn bộ là IP có nghĩa một lõi mạng chung được sử dụng mà không cần thiết duy trì cả mạng lõi kênh và mạng lõi gói. Sự phát triển của bộ xử lý máy tính xuất hiện nhanh hơn sự phát triển của thiết bị viễn thông vì phần cứng nói chung không bị giới hạn bởi các chu kỳ thiết bị viễn thông - có xu hướng lâu dài và nặng nề. Kết quả cuối cùng là một mạng hoạt động một cách liên tục với chi phí và hiệu suất làm việc cao hơn đã đem lại thuận lợi cho nhà cung cấp thứ 3 phát triển từ truyền thông Internet. Điều này đem chi phí thấp, khả năng mở rộng cao và khả năng triển khai nhanh do tính năng mạng chính là các dịch vụ chủ yếu là các dịch vụ dựa trên phần mềm. 48 Để triển khai hệ thống thương mại hoạt động và thành công cần sự hỗ trợ ngoài đặc điểm kỹ thuật là giao diện vô tuyến 802.16 (PHY/MAC). Người lãnh đạo cần thiết được hỗ trợ về thiết lập các chức năng của mạng như một phần của toàn bộ kiến trúc hệ thống WiMax đầu cuối. Trước khi nghiên cứu một số chi tiết của kiến trúc này, cần chú ý đến một vài nguyên lý cơ bản. Kiến trúc này dựa trên nền tảng chuyển mạch kênh, bao gồm các thủ tục riêng theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 và sự sửa đổi tương ứng, các tiêu chuẩn IEFT RFC và Ethernet phù hợp. Kiến trúc này cho phép tách đôi kiến trúc truy nhập (và các giao thức được hỗ trợ) từ dịch vụ kết nối IP. Các thành phần mạng của hệ thống kết nối là các chi tiết vô tuyến theo chuẩn IEEE 802.16. Kiến trúc này cho phép điều chỉnh linh hoạt để cung cấp một dải rộng các lựa chọn để triển khai như: - Phạm vị hẹp đến phạm vi rộng của các mạng WiMax - Các môi trường truyền sóng vô tuyến ở nông thôn, thành thị và miền núi. - Giấy phép cung cấp các băng tần. - Các topology dạng phẳng, lưới hoặc có thứ tự. - Cùng tồn tại với các mô hình sử dụng trước đó. 2.7.4 Hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng Kiến trúc đầu cuối bao gồm sự hỗ trợ đối với: a) Thoại, dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ điều chỉnh uỷ nhiệm khác như dịch vụ khẩn cấp và an ninh hợp pháp. b) Truy cập tới nhiều mạng ASSP (nhà cung cấp dịch vụ) độc lập. c) Truyền thông thoại di động sử dụng VoIP d) Hỗ trợ giao diện cho nhiều loại gateway đa phương tiện cho phép phân phối dịch vụ cụ thể thông qua IP (ví dụ như: SMS qua IP, MMS, WAP). e) Hỗ trợ phân phối dịch vụ IP Multicast và Broadcast qua mạng truy cập WiMax. 2.7.5 Liên mạng và chuyển vùng (roaming) Là một chìa khoá quan trọng khác của kiến trúc mạng đầu cuối có hỗ trợ cho một số các kịch bản triển khai. Nó được hỗ trợ cho các trường hợp: a) Liên mạng với các mạng không dây đã tồn tại như 3GPP, 3GPP2 hay DSL, MSO với giao diện liên mạng dựa trên tiêu chuẩn IETF phù hợp với các giao thức 49 b) Roaming toàn cầu thông qua mạng WiMax, bao gồm các tính năng nhận thực và tính cước. c) Nhiều định dạng khả năng nhận thực người dùng như username/password, chứng thực số, Module nhận dạng thuê bao (SIM), Universal SIM (USIM) và Module nhận dạng người sử dụng di động (RUIM). Hình 2.10: Mô hình tham chiếu mạng WiMax Hình 2.10 minh họa mô hình NRM bao gồm các thực thể logic: MS, ASN, và CSN và các điểm tham chiếu nhận dạng duy nhất cho chức năng kết nỗi liên mạng của các thực thể này. Hình 2.10 cũng mô tả các điểm tham chiếu chuẩn R1-R5. Mỗi thực thể, MS, ASN và CSN biểu diễn cho một nhóm thực thể chức năng. Mỗi chức năng có thể được thực hiện trong một thiết bị vật lý riêng lẻ hoặc có thể được phân phối qua nhiều thiết bị vật lý. Các chức năng nhóm và phân phối trong các thiết bị vật lý trong phạm vi một thực thể chức năng (chẳng hạn ASN) là một lựa chọn triển khai; một nhà máy có thể chọn sản xuất bất kỳ chức năng nào, hoặc là chức năng đơn lẻ hoặc kết hợp, nhưng phải thoả mãn yêu cầu chức năng và tính liên kết nỗi mạng. Xu hướng của NRM là cho phép nhiều tuỳ chọn triển khai cho một thực thể chức năng, và đạt được tính liên kết nối mạng giữa các thực thể khác nhau. Tính liên kết nối mạng dựa trên định nghĩa các giao thức truyền thông và xử lý loại dữ liệu giữa các thực thể để đạt được chức năng tổng thể từ đầu cuối đến đầu cuối chẳng hạn như chức năng quản lý di động và bảo mật. Do vậy các thực thể chức năng ở phía kia của điểm tham chiếu đại diện một tập các điều khiển và các điểm đầu cuối trên mặt phẳng truyền. 50 ASN định nghĩa một đường biên logic và biểu diễn theo một cách thuận lợi để mô tả tập hợp các thực thể chức năng và các luồng bản tin tương ứng kết hợp với các dịch vụ truy cập. ASN biểu diễn đường biên cho chức năng liên kết nối với các mạng WiMax khách (client), các chức năng dịch vụ kết nối WiMax và tập các chức năng của nhiều nhà cung cấp khác nhau. Việc ánh xạ các thực thể chức năng bằng các thực thể logic trong phạm vi các ASN được mô tả trong mô hình NRM có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. WiMax Forum đang trong quá trình xây dựng các tiêu chuẩn mạng theo cách có thể cho phép nhiều hình thức triển khai của các nhà cung cấp. Chính điều này tạo nên tính liên kết nối và thích hợp cho phân tập diện rộng các yêu cầu triển khai. Hình 2.11: Cấu trúc mạng WiMax trên nền IP Hình 2.11 minh hoạ các thực thể trong các nhóm chức năng của ASN Mạng dịch vụ kết nối – CSN được định nghĩa là một tập các chức năng mạng cung cấp các dịch vụ kết nối IP cho các thuê bao WiMax. Một CSN có thể gồm các phần tử mạng như router (bộ định tuyến), máy chủ/ proxy nhận thực AAA, cơ sở dữ liệu người dung và thiết bị cổng liên mạng. Một CSN có thể được triển khai như một phần của nhà cung cấp dịch vụ mạng WiMax GreenField – NSP WiMax. Các đặc tính mạng cho các hệ thống WiMax dựa trên các nguyên lý kiến trúc mạng cơ bản bao gồm: 51 - Cung cấp khả năng tách biệt logic giữa các thủ tục và đánh địa chỉ IP, thủ tục điều hành kết nối - định tuyến và các giao thức cho phép sử dụng nguyên gốc kiến trúc truy nhập trong các hình thức thực hiện liên mạng và riêng mạng, - Hỗ trợ khả năng chia sẻ ASN của nhà cung cấp NAP giữa các nhà cung cấp NSP, - Hỗ trợ dịch vụ cung cấp NSP đơn lẻ trên nhiều ASN – được quản lý bởi một hoặc nhiều NAP - Hỗ trợ khả năng phát hiện và lựa chọn NSP khả nhập bởi một MS hoặc SS - Hỗ trợ NAP để triển khai một hoặc nhiều sơ đồ mạng ASN - Hỗ trợ truy nhập dịch vụ của nhà cung cấp hiện hành thông qua các chức năng liên mạng - Đặc tính của các điểm tham chiếu mở và và xác định giữa các nhóm thực thể chức năng mạng (trong phạm vi ASN, giữa các ASN, giữa một ASN và một CSN, và giữa CSN), và giữa một MS, ASN và CSN để cho phép kết nối nhiều nhà cung cấp - Hỗ trợ các đường tiến hoá giữa các mô hình khác nhau bằng các ràng buộc và giả định kỹ thuật hợp lý; cho phép các triển khai của các nhà cung cấp khác nhau dựa trên sự kết hợp khác nhau các thực thể chức năng trên các thực thể mạng vật lý, cũng như các triển khai tương thích với các giao thức chuẩn và các thủ tục của các điểm tham chiếu khả dụng, được định nghĩa trong các đặc tính mạng. - Hỗ trợ hình thức thử để triển khai đơn lẻ một ASN cùng với một tập hữu hạn các chức năng CSN, nhờ đó nhà khai thác có thể cung cấp dịch vụ truy nhập Internet mà không cần quan tâm đến chuyển vùng (roaming) hoặc kết nối với mạng khác (interworking). Kiến trúc WiMax cũng cho phép cả dịch vụ IP và Ethernet trong một mạng tương thích IP di động chuẩn. Độ linh động và khả năng liên kết nối mà mạng WiMax hỗ trợ cung cấp cho các nhà khai thác khả khả năng triển khai mạng WiMax với chi phí thấp ngay cả khi triển khai ASN kết hợp giữa phân tập và tập trung. 2.8 Các ứng dụng, tiêu chuẩn áp dụng và tương lai của WiMax 2.8.1 Các tiêu chuẩn mở của WiMax di động Hệ thống WiMax dựa trên chuẩn giao diện IEEE 802.16, tiêu chuẩn này đã phát triển vài năm. Tuy nhiên, tiêu chuẩn IEEE không đảm bảo rằng thiết bị từ một nhà cung cấp này sẽ tương thích với thiết bị của nhà cung cấp khác. Trong diễn đàn 52 WiMax Forum, một tổ chức thương mại phi lợi nhuận bao gồm hơn 350 công ty thành viên đã tiếp tục những gì mà IEEE để lại. 2.8.2 Các ứng dụng WiMax di động Diễn đàn WiMax nhận biết một số ứng dụng cho các hệ thống dựa trên chuẩn 802.16e. Những ứng dụng này có thể bị hỏng bởi năm lớp chính. Những lớp ứng dụng này được tổng kết trong bảng dưới đây cùng với thông số về góc trễ và jitter để đảm bảo chất lượng kinh nghiệm user. Nhóm Ứng dụng Nguyên tắc thông dải Nguyên tắc góc trễ Nguyên tắc nhiễu 1 Trò chơi tương tác đa người chơi Thấp 50 Kbps Thấp <25ms N/A 2 Hội nghị hình ảnh và Voip Thấp 32-64 Kbps Thấp <160ms Thấp <50ms 3 Xếp loại phương tiện Thấp và cao 5 Kbps đến 2Mbps N/A Thấp <100ms 4 Thông báo nhãn và trình duyệt Web Trung bình 10 Kbps đến 2Mbps N/A N/A 5 Tải nội dung phương tiện Cao >2Mbps N/A N/A Bảng 2.16: Các lớp ứng dụng của WiMax 2.8.3 Các vấn đề về phổ của WiMax di động Để thu được lợi nhuận tốt nhất từ hệ thống WiMax, các ấn định phổ với lượng lớn là đáng quan tâm nhất. Điều này cho phép các hệ thống được triển khai theo kiểu TDD với dải thông kênh lớn, sử dụng lại tần số linh hoạt và sự kém hiệu quả của phổ tần nhỏ chấp nhận cùng tồn tại với vận hành viền bên cạnh. Phạm vi hoạt động khác của diễn đàn WiMax là đang cộng tác với các tổ chức tiêu chuẩn toàn cầu để phân cấp phổ của dải tần số thấp (<6 GHz) là trung lập về ứng dụng và công nghệ. Hơn nữa, sự thúc đẩy chính để tạo sự hòa hợp tốt hơn cho phân cấp phổ như tối thiểu số lượng thiết bị cần thay đổi khi bao phủ hệ thống toàn cầu. Hiệu suất hệ thống sẽ được phát triển bởi diễn đàn WiMax đối với chuẩn giao diện vô tuyến 802.16e-2005 được mong đợi cấp phép trong dải tần 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz và 3,5 GHz. Băng tần 2.3 GHz phân cho vùng phía Nam Hàn Quốc cho 53 dịch vụ WiBro dựa trên công nghệ di động WiMax. Với 27 MHz của phổ dành cho mỗi nhà vận hành, dài tần này được hỗ trợ triển khai TDD với 3 kênh trên một trạm gốc và một dải thông kênh nhỏ là 8,75 MHz. Dịch vụ WiBro sẽ ra mắt trong năm 2006 với các sản phẩm theo chuẩn WiMax. Băng thông từ 2,5 đến 2,7 GHz sẵn sàng cho dịch vụ cố định không dây và di động của nước Mỹ. Dải thông này hiện đang sử dụng không đúng mực và tiềm năng sẵn có trong nhiều quốc gia từ Bắc Mỹ đến châu Âu cũng như một số quốc gia vùng châu Á Thái Bình Dương. Dải thông 3,3 đến 3,5 GHz cũng sử dụng cho các dịch vụ cố định không dây tại nhiều nước trên thế giới và cũng phù hợp với giải pháp của WiMax cho cả dịch vụ di động và cố định. 2.8.4 Lộ trình cho các sản phẩm WiMax Phòng thí nghiệm hệ thống WiMax được thành lập là Cetecom Labs tại Malaga, Tây Ban Nha tháng 7 năm 2005 và các sản phẩm theo chuẩn WiMax đối với các dịch vụ cố định là sẵn có và đang được triển khai trên băng tần cấp phép 3,5GHz và băng tần 5,8 GHz. Phòng thí nghiệm thứ 2 là TTA được thành lập ở Hàn Quốc. Cả hai phòng thí nghiệm này sẽ sẵn sàng hoạt động cho chứng chỉ WiMax di động phát hành 1 (release 1) vào quý 3 năm 2006 do vậy vào cuối năm 2006 sẽ cho phép triển khai các sản phẩm WiMax di động đã được chứng nhận. Diễn đàn xem xét hiệu suất di động WiMax một cách đều đặn dựa trên cơ hội của thị trường. Điều này sẽ dùng cho các dải băng tần khác, băng tần kênh và có thể bao gồm sự thay đổi FDD song công hoặc bán song công tuân theo sự cần thiết của vùng trong thị trường được lựa chọn. 54 Hình 2.12 Cung cấp một cách tiếp cận về các sản phẩm liên quan của WiMax. Hình 2.13: Biểu đồ chỉ dẫn hướng phát triển công nghệ WiMax Các thuộc tính và khả năng thực thi của WiMax di động làm nó trở thành một giải pháp thuyết phục với khả năng thực thi cao và dịch vụ không dây băng rộng chi phí thấp. Thông qua công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng và kiến trúc mạng linh động, WiMax di động đang trên đường hội nhập vào thị trường toàn cầu. Công nghệ này dựa trên giao diện tiêu chuẩn mở được phát triến bởi gần 400 công ty làm nền tảng cho sự chấp nhận của thế giới và yêu cầu của thị trường rộng lớn. 55 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN MẠNG WIRELESS 802.16 3.1 Khái quát về hệ thống được thiết kế Cách nhìn tổng quan về hệ thống được thiết kế: Khi thiết kế một hệ thống cần phải tính đến rất nhiều các yếu tố, một hệ thống được triển khai có rất nhiều vấn đề tưởng như riêng rẽ độc lập nhưng lại có sự liên quan với nhau. Đơn cử như để lựa chọn vị trí đặt thiết bị phát sóng sẽ liên quan đến các yếu tố: chi phí, tầm phủ sóng, công suất cần thiết của hệ thống, tầm phủ sóng và lưu lượng chịu ảnh hưởng của việc lựa chọn thiết bị phát sóng và tần số hoạt động. Do đó một phần nào ta có thể hình dung được mức độ phức tạp khi thiết kế một hệ thống lớn. Để đơn giản hóa những vấn đề trên, ở phần này em xin trình bày từng vấn đề riêng biệt với những giải pháp riêng. 3.1.1 Vị trí và cân nhắc vị trí thực Vấn đề đầu tiên khi xây dựng một hệ thống là ta cần biết hệ thống được triển khai ở đâu, phủ sóng cho khu vực nào và công suất cần thiết là bao nhiêu. Càng nhiều thông số được xác định chính xác càng tốt. Các bản thiết kế, sơ đồ hoặc tài liệu liên quan đến cấu trúc hiện tại của tòa nhà,v.v... sẽ có hữu ích trong việc ước lượng lưu lượng vùng phủ sóng... Trong một vùng phủ sóng có rất nhiều trạm phát sóng được đặt ở những vị trí khác nhau, ta phải lựa chọn vị trí nào tập trung các trạm phát sóng để đạt được kết quả tốt nhất theo một quan điểm thiết kế RF Do đó người thiết kế phải tìm hiểu các đặc tính hoạt động của thiết bị. Để lập một sơ đồ thiết kế cho một hệ thống, người thiết kế cần phải tìm ra câu trả lời cho những câu hỏi sau: + Độ dự trữ suy hao cần thiết cho hệ thống là bao nhiêu? + Mức độ suy hao hệ thống cần khắc phục được là bao nhiêu? + Thiết bị của người sử dụng được gắn ở bên ngoài có anten có độ tăng ích cao hay không? 56 Bởi vì khi truyền sóng vô tuyến xảy ra hiệu ứng đa đường, tín hiệu bị phản xạ và tán xạ hay còn gọi là hiện tượng pha-đinh.Thông thường độ dự trữ pha-đinh cho hệ thống từ 8 đến 10 dB. Nếu tại phía thu, thiết bị được đặt trong tòa nhà (indoor) thì bản thân tòa nhà đó là nguyên nhân gây suy hao. Một số giá trị suy hao tương ứng : 5 đến 7 dB nếu vật liệu là gỗ; cho tới trên 25 dB nếu như tòa nhà đó được thiết kế gồm các vật liệu là kim loại và kính. Nếu thiết bị của người sử dụng có anten có độ tăng ích và độ định hướng tốt, nó có thể khắc phục một phần suy hao đường truyền và làm tăng độ nhạy cho thiết bị thu. Khi một vị trí được xác định, mô hình truyền sóng sẽ được lựa chọn dựa trên các tiêu chí về kinh độ, vĩ độ, độ cao. Điều này sẽ giúp người thiết kế một giải pháp để ước lượng trước phạm vi phủ sóng tại mỗi vị trí và nhanh chóng xác định phương án phù hợp. [4] 57 Hình 3.1: Đưa ra phương án để lựa chọn một site Xác định một khu vực site phủ sóng Site được lựa chọn Chi phí có chấp nhận Site có thể chia thành khu vực Không gian có phù hợp với thiêt bị và anten Site này có thỏa mãn phủ sóng Khả năng kết nối có khả thi Có thể kết nối sóng vô tuyến Site này hoạt động được 58 3.1.2 Nhận dạng các yêu cầu đối với thiết bị Ở trong một hệ thống, thiết bị được lựa chọn phải thích hợp với những thiết bị mà người sử dụng đã có.Tiêu chuẩn để lựa chọn thiết bị là sự cân bằng giữa công nghệ phổ biến đang sử dụng có ở mọi nơi, giá thành thấp và công nghệ giải pháp trong tương lai, đồng thời cũng có khả năng thương mại hóa. Hình 3.2: Một số tiêu chuẩn để lựa chọn 59 Xác định các yêu cầu về vị trí đặt thiết bị cho hệ thống: Sau khi xác định được thiết bị phù hợp cho hệ thống, vấn đề cần giải quyết tiếp theo là triển khai các site ở đâu và như thế nào để đạt được phạm vi phủ sóng và công suất mong muốn của hệ thống. Một vị trí được lựa chọn phải đạt được những yêu cầu: - Cung cấp phạm vi phủ sóng RF tối ưu: phủ sóng cho tất cả các vị trí trong khu vực, dễ lắp đặt và dễ bảo mật… Trên thực tế khi xây dựng một hệ thống, việc xác định một vị trí thuận tiện trong phạm vi năng lượng và kết nối với mạng có thể còn quan trọng hơn việc xác định vị trí để có RF tối ưu. Xét diện tích khu vực cần được phủ sóng, mật độ thuê bao sử dụng, đối tượng đầu tiên trong thiết kế một hệ thống là tính toán băng thông yêu cầu của người sử dụng. Chỉ cần tính được mức độ sử dụng thông thường của một thuê bao từ đó có thể xác định được mức độ sử dụng của tổng các thuê bao trên một trạm gốc bằng công thức tính toán đơn giản: ܫ௧ ܤ ௨ܹ௦௘௥ ܫ௧: Băng thông Ví dụ: chuẩn 802.11b có It = 11Mbps ܤ ௨ܹ௦௘௥ : băng thông trung bình theo mức độ sử dụng của thuê bao Đây không phải là giá trị cao nhất theo yêu cầu của thuê bao nhưng là giá trị trung bình của những người sử dụng dịch vụ. Để xác định thông số này còn phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí các thuê bao đến trạm phát sóng, mật độ thuê bao, số lượng thuê bao. - Sau đó ta lập kế hoạch lắp đặt các thiết bị theo yêu cầu triển khai Sử dụng các bản vẽ, bản thiết kế, các dữ liệu liên quan kết hợp lại với một cách nhìn tổng quát về site vật lý để xác định những vị trí có thể lắp đặt để đạt tối ưu các yêu cầu nêu trên. Tùy theo vị trí lắp đặt thiết bị mà vùng được phủ sóng và khả năng thu được tín hiệu, kết nối, lựa chọn. • Cấp phát kênh truyền, nhiễu tín hiệu và kế hoạch tái sử dụng lại tần số: 60 Số lượng kênh có giá trị trong một hệ thống có thể dự tính được dựa vào các yếu tố: + Dải tần được cấp phát + Dải tần của thiết bị ta lựa chọn + Yếu tố liên quan đến người sử dụng và nhiễu trong băng tần sử dụng Khi lập một bản khảo sát về site, một trong những yếu tố còn lưu ý là mức nhiễu thấp nhất, lựa chọn kênh truyền với mức nhiễu thấp nhất, sử dụng độ mở của anten, góc nghiêng, chia nhỏ khoảng cách trong một site để đảm bảo sự tách biệt về mặt tín hiệu giữa các kênh kết hợp. - Góc hướng xuống của anten: Bởi vì hệ thống của WISP (wireless internet service provider) được đặt ở bên ngoài và thậm chí là có thể được đặt nâng cao, góc nghiêng xuống trở thành một thông số quan trọng để tối ưu vùng phủ sóng và hạn chế tối thiểu nhiễu. Có thể nói như sau: Anten ta sử dụng phân cực thẳng đứng, tập trung năng lượng trực giao với sự định hướng của anten. Hình 3.3: Mô hình trạm phát sóng WiMax Góc hướng xuống chính xác được xác định từ hai thành phần: cơ và điện Phần cơ của góc hướng xuống có tác dụng để định hướng anten 61 Phần điện của góc hướng xuống thu được sau khi thiết kế anten, có thể sử dụng cho nhiều hướng hoặc anten omni định hướng. Giá trị góc hướng xuống của anten được tính theo công thức = arctgு஽ H: chiều cao hiệu dụng D: khoảng cách từ đỉnh của trạm phát tới khu vực cần phủ sóng Hình 3.4: Mô hình trạm phát sóng WiMax 3.1.3 Năm chữ “C” trong thiết kế một hệ thống Năm chữ C này là chữ viết tắt của 5 yếu tố sẽ giúp ta đưa ra quyết định đối với công nghệ được lựa chọn và triển khai: + Cost – chi phí + Coverage – Vùng phủ sóng + Capacity – Dung lượng + Complexity – Độ phức tạp + C/I - tỷ số tín hiệu/can nhiễu Chi phí bao gồm chi phí ban đầu và chi phí sau khi triển khai thiết bị Vùng phủ sóng có thể là cả khu vực được phủ sóng hoặc khu vực được phủ sóng trong khả năng của một trạm gốc Dung lượng: có thể là công suất cần thiết hoặc công suất của riêng một kênh truyền trong một trạm gốc Độ phức tạp: Có thể xác định như toàn bộ quy mô của mạng 62 Tỷ số C/I: mức độ nhiễu mà hệ thống có thể khắc phục được Nhiễu này xác định từ hai nguồn: xuất phát từ bên trong thông qua kênh được sử dụng lại trong hệ thống hoặc có thể xuất phát từ các hệ thống khác mà ta không kiểm soát được. [6] Các thành phần này có mối quan hệ mật thiết với nhau và ảnh hưởng lẫn nhau 3.2 Cấu trúc của hệ thống 3.2.1 Mô hình khả thi của hệ thống Mẫu anten Anten được sử dụng bởi các cell và MS là các phần tử quan trọng của hệ thống thông tin. Hệ thống anten dùng cho mạng thông tin di động có thể được chia thành 2 nhóm chính tuỳ thuộc vào mẫu bức xạ của chúng: -Anten đẳng hướng (omnidirectional antenna): Trong mặt phẳng ngang, trường bức xạ sóng điện từ của anten ra mọi hướng là như nhau. Kiểu anten này được dùng cho các cell với một anten đặt ở chính giữa cell, những cell như vậy được gọi là omnidirectional. -Anten định hướng (sector antenna): Trong mặt phẳng ngang, trường bức xạ sóng điện từ theo một hướng chính với độ rộng chùm tia ở mức 1/2 công suất vào khoảng 600, kiểu anten này thường được sử dụng trong các trạm được sector hóa. Công suất phát thường được tập trung vào một hướng do đó nó được dùng phổ biến do 2 lý do mở rộng vùng phủ sóng và sử dụng lại tần số - Anten thông minh (MIMO): Trong hệ thống anten MIMO (đa đầu vào, đa đầu ra), dòng số liệu từ một thiết bị đầu cuối được tách thành n dòng số liệu riêng biệt có tốc độ thấp hơn (N là số anten phát). Mỗi dòng số liệu này sẽ được điều chế vào các ký hiệu (tín hiệu) của các kênh truyền. Các dòng số liệu lúc này có tốc độ chỉ bằng 1/N tốc độ dòng số liệu ban đầu, được phát đồng thời, vì vậy, về mặt lý thuyết, hiệu suất phổ tần được tăng lên gấp N lần. Các tín hiệu được phát đồng thời qua kênh vô tuyến trên cùng một phổ tần và được thu bởi M anten của hệ thống thu. Hình 3.5 mô tả cấu trúc của hệ thống thông tin vô tuyến MIMO. Hệ thống MIMO có hiệu suất sử dụng phổ tần cao bởi hệ thống có thể làm việc được trong môi trường phân tán. Tín hiệu từ các anten phát hoàn toàn khác biệt nhau tại vị trí của các anten thu. Khi truyền qua các kênh không tương quan giữa hệ thống phát và thu, tín hiệu từ mỗi 63 anten phát tại vị trí thu có sự khác nhau về tham số không gian. Hệ thống máy thu có thể sử dụng sự khác biệt này để tách các tín hiệu có cùng tần số được phát đồng thời từ các anten khác nhau. Hình 3.5: Hệ thống anten MIMO có thể làm tăng đáng kể dung lượng của hệ thống vô tuyến Các

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfPhân tích và qui hoạch vùng phủ sóng mạng Internet không dây băng rộng sử dụng công nghệ WiMax.pdf
Tài liệu liên quan