Download miễn phí Đề tài Phân tích và qui hoạch vùng phủ sóng mạng Internet không dây băng rộng sử dụng công nghệ WiMax
Lời nói đầu
Ngày nay với các tiến bộ của kỹ thuật, mạng internet đang dần trở nên phổ
thông và tiện dụng. Người sử dụng có nhiều lựa chọn các dịch vụ internet khác
nhau từ ADSL, v.v và hướng tới để sử dụng các dịch vụ cao cấp hơn, chất lượng
tốt hơn. Công nghệ WiMax được nghiên cứu và triển khai để từng bước đáp ứng
những yêu cầu đó. Những dịch vụ theo thời gian thực, dịch vụ phục vụ công cộng
như giao thông; giáo dục v.v đã đưa khả năng sử dụng internet sang một phạm vi
mới.
Trong quá trình thực hiện đề tài “Phân tích và qui hoạch vùng phủ sóng
mạng Internet không dây băng rộng sử dụng công nghệ WiMax” tui đã được sự
hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn và các kỹ sư của Công ty
Điện toán và truyền số liệu khu vực 1 VDC.
tui xin gửi lời Thank trân trọng tới: Thầy giáo hướng dẫn TS.Đào Ngọc
Chiến - bộ môn Hệ thống viễn thông Khoa Điện tử Viễn Thông trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội; Kỹ sư Nguyễn Thanh Tùng - Trưởng phòng kỹ thuật Công ty
Điện toán và truyền số liệu khu vực 1 VDC; các bạn trong phòng thí nghiệm anten
và siêu cao tần - tầng 6 thư viện Tạ Quang Bửu – Đại học Bách Khoa Hà Nội và
gia đình đã quan tâm, tạo điều kiện giúp tui hoàn thành bản đồ án.
Tóm tắt đồ án
WiMax (World Interoperability Microwave Access) là hệ thống truy cập vi
ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên tiêu chuẩn kĩ thuật IEEE 802.16 – 2004.
Công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm
bổ sung cho mạng thông tin di động. Mạng Wifi chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ
LAN còn WiMax phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area
Network), cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao chất lượng tốt. WiMax ra đời
nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay
thế cho ADSL và Wifi. Nội dung đồ án được trình bày trong 4 chương. Trong đó:
- Chương 1: Khái quát chung về hệ thống thông tin vô tuyến đưa ra một cái nhìn
tổng quát về các hệ thống thông tin vô tuyến trước và đang sử dụng ngày nay đồng
thời giới thiệu qua về hệ thống WiMax.
- Chương 2: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMax – chương này trình bày
những đặc điểm kỹ thuật chính của hệ thống WiMax.
- Chương 3: Xây dựng mô hình tính toán mạng Wireless 802.16 – đưa các tiêu chí,
phương pháp tính toán, các thông số mô phỏng để áp dụng tính toán xây dựng hệ
thống WiMax.
- Chương 4: Định hướng quy hoạch mạng internet sử dụng công nghệ WiMax – dựa
vào các điều kiện thực tế về kĩ thuật, kinh tế, tính khả thi để định hướng ứng dụng
và lựa chọn phát triển hệ thống 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
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
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
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ường NLOS với trễ lan truyền lớn. Nhờ ưu điểm của thời biểu trưng OFDMvà sử dụng một tiền tố vòng, dạng sóng OFDM đã loại bỏ được các vấn đề nhiễu
liên biểu trưng (inter-ký hiệu interference – ISI) và sự phức tạp của sự cân bằng
thích nghi. Bởi vì dạng sóng OFDM bao gồm nhiều sóng mang trực giao băng hẹp,
pha-đinh lựa chọn được định vị cho một tập con các sóng mang tương đối dễ cân
bằng. Một ví dụ chỉ ra dưới đây sẽ so sánh giữa một tín hiệu OFDM và một tín hiệu
sóng mang đơn, với thông tin được gửi song song cho OFDM và hàng loạt sóng
mang đơn.
Khả năng khắc phục trễ, đa đường và ISI một cách có hiệu quả cho phép tăng tốc độ
dữ liệu. Một ví dụ chỉ ra việc cân bằng các sóng mang OFDM riêng lẻ dễ dàng hơn
so với việc cân bằng tín hiệu sóng mang đơn.
Hình 3.18: Sóng mang đơn và tín hiệu thu OFDM
Hình bên trái là sóng mang đơn, nét chấm biểu diễn phổ phát, vùng nét liền biểu
diễn đầu vào phía thu.
Vì tất cả những lý do này, các tiêu chuẩn quốc tế đần đây (IEEE, 802.16, ETSI
BRAN, ETRI) thiết lập OFDM như một công nghệ để lựa chọn.
• Kênh con hóa:
Kênh con hoá (sub-channelization) trên đường lên là tuỳ chọn trong công nghệ
WiMax, khi không sử dụng kênh con hóa, những sự hạn chế điều tiết và yêu cầu các
CPE chi phí hiệu quả gây lên quỹ đường truyền không đối xứng, điều này cũng dẫn
đến phạm vi hệ thống trên đường truyền lên bị hạn chế. Kênh con hoá cho phép quỹ
đường truyền được cân bằng làm cho độ tăng ích (gain) của hệ thống là tương tự
nhau đối với cả đường truyền lên và xuống. Kênh con hoá tập trung công suất phát
vào một vài sóng mang OFDM; điều này làm tăng độ tăng ích hệ thống và mở rộng
90
hệ thống, khắc phục được tổn hao thâm nhập tòa nhà hay giảm công suất tiêu thụ
của CPE.
Việc sử dụng kênh con hoá còn được mở rộng hơn trong truy nhập đa sóng mang
phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) cho phép sử dụng linh hoạt hơn tài
nguyên cung cấp cho di động.
Hình 3.19: Hiệu ứng kênh con hoá (sub channelization)
b. Anten trong các ứng dụng không dây cố định
Các anten định hướng tăng độ dự trữ (fade margin) bằng cách thêm vào độ lợi, điều
này làm tăng độ khả dụng của đường truyền được chỉ ra bởi hệ số K - hệ số so sánh
giữa anten định hướng và anten đẳng hướng. Độ trễ truyền dẫn sẽ giảm bởi anten
định hướng tại cả trạm gốc và CPE. Mô hình anten ngăn bất kỳ tín hiệu đa đường
nào nhận được tại búp sóng chính (sidelobes) và búp sóng phụ (backlobes). Mức độ
hiệu quả của phương pháp này được chứng minh và thể hiện ở việc triển khai thành
công dịch vụ vận hành dưới sự ảnh hưởng đáng kể của pha-đinh NLOS.
Các hệ thống anten thích ứng (Adaptive antenna systems – AAS) là một phần tuỳ
chọn trong chuẩn 802.16. Chúng có các thuộc tính tạo tia mà có thể hướng sự tập
chung vào một hay nhiều hướng xác định. Điều này có nghĩa là trong khi truyền,
tín hiệu có thể bị giới hạn tới hướng yêu cầu của bộ thu như một tia sáng. Ngược lại
khi thu, hệ thống AAS có thể được thiết kế để chỉ tập chung vào hướng tín hiệu đến.
Chúng cũng có đặc tính khử nhiễu đồng kênh từ các trạm khác. Các hệ thống AAS
được coi là sự phát triển trong tương lai và thậm chí có thể cải tiến đế tái sử dụng lại
phổ và dung lượng của mạng WiMax.
91
Hình 3.20: Ứng dụng của hệ thống anten mimo đối với các trường hợp sử dụng
khác nhau
• Phân tập thu phát:
Nguyên lý phân tập được sử dụng để thu những tín hiệu đa đường và phản xạ xuất
hiện trong trường hợp truyền NLOS. Phân tập là một đặc điểm tuỳ chọn trong
WiMax. Thuật toán phân tập được cung cấp bởi WiMax trên cả phía phát và phía
thu làm tăng độ khả dụng của hệ thống. Tuỳ chọn phân tập trong WiMax sử dụng
mã hoá không gian thời gian để cung cấp tính độc lập nguồn phát; điều này làm
giảm yêu cầu về dự trữ suy giảm và chống nhiễu. Đối với phân tập thu, các kỹ thuật
kết hợp khác nhau có sẵn cải thiện được độ khả dụng của hệ thống. Ví dụ, tỉ số
truyền kết hợp cực đại (Maximum Radio Combining – MRC) mang lại lợi ích cho
hai chuỗi thu khác nhau giúp khắc phục pha-đinh và giảm tổn hao đường truyền.
Phân tập đã được chứng minh là một công cụ hiệu quả cho truyền NLOS.
• Điều chế thích nghi:
Điều chế thích nghi (adaptive modulation) cho phép hệ thống WiMax điều chỉnh
nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của đường truyền vô
tuyến. Khi đường truyền vô tuyến có chất lượng cao, nguyên lý điều chế cao nhất
92
được sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống. Trong quá trình suy giảm tín
hiệu, hệ thống WiMax có thể chuyển sang một nguyên lý điều chế thấp hơn để duy
trì chất lượng và sự ổn định của đường truyền. Đặc điểm này cho phép hệ thống
khắc phục hiệu ứng pha-đinh lựa chọn thời gian. Đặc điểm quan trọng của điều chế
thích nghi là khả năng tăng dải sử dụng của nguyên lý điều chế ở mức độ cao hơn,
do đó hệ thống có tính mềm dẻo đối với tình trạng pha-đinh thực tế. Hình dưới mô
tả tương quan bán kính cell trong điều chế thích nghi
Hình 3.21: Bán kính cell
• Các kĩ thuật hiệu chỉnh lỗi:
Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi đã được kết hợp vào WiMax để giảm yêu cầu tỉ lệ SNR
của hệ thống. Mã hoá xoắn vòng Reed Solomon FEC và các thuật toán ghép xen
được sử dụng để phát hiện và hiệu chỉnh các lỗi để cải tiến thông lượng. Các kỹ
thuật hiệu chỉnh lỗi tốt giúp khôi phục lại các khung bị lỗi đó là các khung bị mất do
pha-đinh lựa chọn tần số hay lỗi cụm. Thuật toán yêu cầu tự động gửi lại – ARQ
được sử dụng để hiệu chỉnh các lỗi mà không sửa được bằng thuật toán FEC. Thuật
toán này đã cải tiến đáng kể hiệu suất BER đối với cùng một mức ngưỡng
• Điều khiển công suất:
Các thuật toán điều khiển công suất được sử dụng để cải tiến hiệu suất tổng thể của
hệ thống, nó được thực hiện nhờ trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất tới
từng CPE để ổn định mức công suất phát sao cho mức thu được tại trạm gốc luôn ở
mức định trước. Trong một môi trường pha-đinh thay đổi không ngừng mức hiệu
suất định trước này có nghĩa là CPE chỉ truyền đủ công suất theo yêu cầu, ngược lại
mức công suất phát của CPE sẽ không phù hợp. Công suất phát sẽ làm giảm năng
lượng tiêu thụ tổng của CPE và nhiễu tiềm ẩn từ các trạm gốc lân cận. Với LOS,
93
công suất phát của CPE xấp xỉ tỉ lệ với khoảng cách của nó tới trạm gốc, với NLOS
nó phụ thuộc rất nhiều vào khoảng trống và trướng ngại vật.
c. Các định nghĩa, các tham số và các giả thiết tổng quát
Tín hiệu nhận được tại MS bao gồm: N lần trễ đa đường của tín hiệu truyền
“N paths” này được xác định bằng năng lượng và trễ được lựa chọn ngẫu nhiên theo
kênh truyền thông thường. Mỗi đường truyền bao gồm M đường truyền phụ
Hình 3.22: Các thông số góc của trạm gốc và thuê bao
Thông số góc của trạm gốc và thuê b...