LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX
1.1 Giới thiệu về wimax
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên chuẩn 802.16 của IEEE cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối (last mile) như một cách thay thế cho cáp, DSL và WLAN.
Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa các giao diện vô tuyến trong mạng vô tuyến nội thị (WiMAX) cho việc truy nhập vô tuyến băng rộng cố định (BWA), nó cung cấp “chặng cuối” cho công nghệ truy nhập tới các hotpot với thoại, video và những dịch vụ dữ liệu tốc độ cao. Ưu điểm nổi bật nhất của BWA là nó có chi phí thấp cho sự lắp đặt và bảo trì so với những mạng hữu tuyến truyền thống hay so với mạng truy nhập quang, đặc biệt là cho những vùng xa xôi hay những vùng có địa hình khó khăn.WiMAX chính là một giải pháp cho việc mở rộng mạng truyền dẫn quang và nó có thể cung cấp một dung lượng lớn hơn so với các mạng cáp hay các đường thuê bao số (DSL). Các mạng WiMAX có thể được xây dựng dễ dàng trong một thời gian ngắn bằng cách triển khai một số lượng nhỏ các trạm gốc (BS) trên các toà nhà hay trên các cột điện để tạo ra những hệ thống truy nhập vô tuyến dung lượng lớn.
Hệ thống WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển ở tốc độ đi bộ), di động với khả năng phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS) và bán kính lên tới 8km không theo tầm nhìn thẳng (NLOS).
1.2 Mô hình hệ thống
Mô hình phủ sóng mạng WiMAX tương tự như một mạng điện thoại di động :
Hình 1.1 Mô hình hệ thống WiMAX
Một hệ thống WiMAX được mô tả như hình gồm có 2 phần :
Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn, có thể phủ sóng khu vực rộng tới 8000km2.
Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp (hay gắn thêm) trên các mainboard của máy tính như WLAN.
Các trạm phát được kết nối tới mạng Internet thông qua các đuờng truyền Internet tốc độ cao hay kết nối tới các trạm khác như là trạm trung chuyển theo đường truyền trực xạ (line of sight) nên WiMAX có thể phủ sóng đến những khu vực xa.
Các anten thu phát có thể trao đổi thông tin qua qua các đường truyền LOS hay NLOS.Trong trường hợp truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa. Băng tần sử dụng có thể ở tần số cao, khoảng 66GHz, vì ở tần số này ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng lớn. Một đường truyền LOS yêu cầu phải có đặc tính là toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật, nếu đặc tính này không được bảo đảm thì cường độ tín hiệu sẽ suy giảm đáng kể. Không gian miền Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu.
Hình 1.2 Miền Fresnel trong trường hợp LOS
Trong trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn 2- 11GHz, tương tự như WLAN, tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ ….để đến đích. Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp, các đường phản xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ. Những tín hiệu này có những khoảng trễ, sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan tới đường truyền trực tiếp là khác nhau.
Hiện tượng truyền sóng đa đường cũng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi phân cực tín hiệu. Do đó sử dụng phân cực cũng như tái sử dụng tần số mà được thực hiện bình thường trong triển khai LOS lại khó khăn trong các ứng dụng NLOS. Nếu chỉ đơn thuần tăng công suất phát để “vượt qua” các chướng ngại vật không phải là công nghệ NLOS. Điều kiện phủ sóng của cả LOS và NLOS bị chi phối bởi các đặc tính truyền sóng của môi trường, tổn hao trên đường truyền (path loss) và quỹ công suất của đường truyền vô tuyến.
Hình 1.3 Truyền sóng trong trường hợp NLOS
1.3 Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX
1.3.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX
1.3.1.1 Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân tần trực giao)
Kỹ thuật này giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phép WiMAX hoạt động tốt trong môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn, do đó khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có thể lên đến 50km.
Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ các sóng mang con có thể chồng lấn lên nhau nên sẽ tiết kiệm, sử dụng hiệu quả băng thông và cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt động ở chế độ TDD (song công phân thời) với tỉ số đường xuống/đường lên (downlink-to-uplink ratio) là 3:1 thì tốc độ đỉnh tương ứng sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps.
1.3.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao
Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường : hướng lên( uplink) và hướng xuống (downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng xuống và đều sử dụng kĩ thuật OFDM. OFDM sử dụng tối đa 2048 sóng mang, trong đó 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con, mỗi kênh con tương đương 48 sóng mang. WiMAX còn sử dụng thêm điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256 - QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi Reed Solomon,mã xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kết nối với hoạt động phân loại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn.
Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống.
1.3.1.3 Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access- truy nhập OFDM)
Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏ thành nhiều băng con 1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩ thuật OFDM, cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt, đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông.OFDMA cho phép thay đổi tốc độ dữ liệu để phù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay đổi số mức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt là: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tương ứng với băng thông kênh truyền là: 1.25MHz, 5MHz, 10MHz; nhờ vậy sẽ dễ dàng hơn cho user kết nối giữa các mạng có băng thông kênh truyền khác nhau.
1.3.1.4 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai
WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền 802.16, tập chuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và cố định của IEEE, nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do diễn đàn WiMAX chứng nhận phù hợp, tương thích ngược với HiperLAN của ETSI cũng như Wi-Fi.
Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá không gian, mã hoá thời gian.
Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP : QoS (trong các dịch vụ đa phương tiện, thoại), ARQ (giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), ….
1.3.1.5 Chi phí thấp
Thiết lập, cài đặt dịch vụ WiMAX dễ dàng sẽ giảm chi phí cho nhà cung dịch vụ cũng như khách hàng.
Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện ở các vùng sâu, vùng xa, những nơi khó phát triển hạ tầng mạng băng rộng, khắc phục những giới hạn của đường truyền Internet DSL và cáp.
CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử dụng trong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem có thể tự lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc có thể sử dụng cùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cập WiMAX chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việc đầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vô tuyến (RF), làm chi phí giảm hơn nữa.
1.3.2.1Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX
Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế sự phổ biến công nghệ rông rãi.
Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo mật.
Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do hiện giờ đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau. Theo diễn dàn WiMAX chỉ mới có khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứng nhận bao gồm : Alvarion, Selex Communication, Airspan, Proxim Wilreless, Redline, Sequnas, Siemens, SR Telecom, Telsim, Wavesat, Aperto, Axxcelera.
Về giá thành: Dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (như Intel, Alcatel, Alvarion, Motorola…) tham gia nghiên cứu phát triển nhưng giá thành vẫn còn rất cao.
Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tin chính thức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự cố ra sao. Ngay cả ở Việt Nam,VNPT ( với nhà thầu nước ngoài là Motorola, Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụ thể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh, huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quả đáng kể của hệ thống.
1.4 Cấu trúc của WiMAX
Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp:
Lớp con tiếp ứng (convergence) làm giữ vai trò giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp bên trên.
Lớp đa truy nhập ( MAC layer).
Lớp truyền dẫn (transmission).
Lớp vật lý (physical layer)
Các lớp này tương đương với 2 lớp dưới cùng cùng của mô hình OSI,được tiêu chuẩn hoá để giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên.
1.4.1 Các đặc tính của lớp vật lý ( PHY)
Có 3 kiểu lớp vật lý ( PHY) được đưa ra trong chuẩn 802.16 :
WirelessMAN PHY SC: Sử dụng điều chế đơn sóng mang.
WirelessMAN PHY OFDM 256 điểm FFT: Sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có 256 điểm biến đổi Fourier nhanh (FFT). Điều này là bắt buộc cho các băng tần được miễn cấp phép.
WirelessMAN PHY OFDMA 2048 điểm FFT: Sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao có 2048 điểm FFT. Đa truy nhập được sử dụng bằng cách gửi một tập con nhiều sóng mang cho các máy thu riêng biệt.
Đầu tiên là Wireless Metropolitan Area Network - Single carrier physical layer (MAN vô tuyến - lớp vật lý đơn sóng mang) dựa trên tập chuẩn 802.16c, hoạt động ở băng tần 11-66GHz. Trạm gốc (Base Station-BS) chỉ cần một anten đẳng hướng, truyền dữ liệu hướng xuống các user đã có mã số nhận dạng kết nối (Connection Identifer - CID). Các máy thu (Subcriber Station - SS) với các anten định hướng, hướng về phía các BS (máy phát). Tín hiệu xử lí phía máy phát bao gồm: ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi, sắp xếp các kí hiệu, sửa dạng xung (pulse shaping) truớc
Hình 4.2 và 4.3 cho thấy tác động của kênh truyền đến phổ tín hiệu OFDM.
Vì kênh truyền là một kênh fading chọn lọc tần số nên phổ tín hiệu OFDM nhận ở những tần số khác nhau chịu sự tác động khác nhau. Hình 4.4 và 4.5 cho thấy biên độ tín hiệu OFDM nhận nhỏ hơn biên độ tín hiệu OFDM truyền đi.
Hình 4.6 và 4.7 cho thấy tác dụng của bộ ước lượng và bù kênh.Hình 4.6 chòm sao QPSK trước khi ước lượng kênh có biên độ và pha rất không ổn định. Hình 4.7 chòm sao QPSK sau khi ước lượng kênh những điểm chỉ dao động nhỏ quanh một vị trí cố định tức là biên độ và pha gần như ổn định.
Ngày nay, kĩ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã hóa kênh sử dụng trong thông tin vô tuyến, gọi là Coded OFDM, nghĩa là tín hiệu trước khi điều chế sẽ được mã hóa với nhiều loại mã khác nhau để hạn chế các lỗi xảy ra trên kênh truyền. Do chất lượng kênh (độ fading và tỉ số S/N) của mỗi sóng mang con phụ là khác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang đó với các mức điều chế khác nhau, gọi là điều chế thích nghi (adaptive modulation) hiện đang được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAN của ETSI ở Châu Âu.
2.1.3 Các ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM
Ngoài ưu điểm tiết kiệm băng thông kênh truyền kể trên, OFDM còn có một số ưu điểm sau đây :
• Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter-Symbol Interference) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn hơn độ trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền.
• OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng.
• Cấu trúc máy thu đơn giản.
Tuy nhiên, bên cạnh đó, OFDM cũng có một số nhược điểm sau :
• Việc sử dụng chuỗi bảo vệ giúp giảm hiện tượng ISI do phân tập đa đường nhưng chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích, chiếm một phần băng thông của đường truyền làm giảm hiệu suất đường truyền.
• Do yêu cầu về tính trực giao giữa các sóng mang phụ nên hệ thống OFDM khá nhạy cảm với hiệu ứng Dopler, dịch tần (frequency offset) và dịch thời
( time offset) do sai số đồng bộ.
KẾT LUẬN
Chuẩn WirelessMAN IEEE 802.16 nói chung và WiMAX nói riêng đã định nghĩa các chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động.Nó chứa đựng nhiều ưu điểm vượt trội, như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, có khi lên tới 70 Mb/s trong phạm vi 50 km, chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di động, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép. WiMAX thực sự đang được các nhà cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm. Chính vì thế mà đồ án đã chọn công nghệ WiMAX cũng như ứng dụng của nó làm chủ đề nghiên cứu.Đồ án đã tập trung nghiên cứu các vấn đề liên quan đến công nghệ WiMAX như sau:
Giới thiệu một cách tổng quát nhất về công nghệ WiMAX, nêu ra được sự hình thành của chuẩn IEEE 802.16, nêu vắn tắt các chuẩn của chuẩn IEEE 802.16, đồng thời so sánh được WiMAX và WIFI. Ngoài ra cũng đưa ra các mô hình ứng dụng và minh hoạ nổi bật nhất của công nghệ WiMAX, qua đó làm rõ được tính khả thi của công nghệ WiMAX.
Trình bày những khái niệm cơ bản, ưu nhược điểm, nguyên lý điều chế và giải điều chế của kỹ thuật điều chế OFDM, và những ứng dụng của kỹ thuật này.
Trình bày về những khái niệm cơ bản, các đặc điểm và tính chất nổi bật của kỹ thuật đa truy nhập phân tần trực giao OFDMA.Qua đó chúng ta có thể thấy được những ưu điểm của kỹ thuật này trong việc xử lý truyền nhận tín hiệu nói chung và ứng dụng trong công nghệ WiMAX nói riêng.
Thực hiện chương trình mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu trong WiMAX dựa trên kỹ thuật điều chế OFDM.Đây là chương trình được viết bằng Matlab,chương trình bao gồm sơ đồ khối mô phỏng sự phát và thu OFDM, mô phỏng kênh truyền, tính BER, so sánh tín hiệu OFDM và QAM, sơ đồ khối mô phỏng hệ thống OFDM bằng simulink của Matlab.
Nghiên cứu về công nghệ WiMAX là một quá trình lâu dài về cả lý thuyết và thực nghiệm. Trên cơ sở những nội dung mà em đã trình bày, hướng phát triển tiếp theo của đề tài là:
Thứ nhất, hoàn thiện phần mô phỏng để nêu bật được đặc điểm của công nghệ WiMAX
Thứ hai, tìm hiểu nghiên cứu về quy hoạch mạng WiMAX.
Thứ ba, tìm hiểu khả năng ứng dụng của công nghệ WiMAX ở Việt Nam
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX
1.1 Giới thiệu về wimax
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên chuẩn 802.16 của IEEE cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối (last mile) như một cách thay thế cho cáp, DSL và WLAN.
Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa các giao diện vô tuyến trong mạng vô tuyến nội thị (WiMAX) cho việc truy nhập vô tuyến băng rộng cố định (BWA), nó cung cấp “chặng cuối” cho công nghệ truy nhập tới các hotpot với thoại, video và những dịch vụ dữ liệu tốc độ cao. Ưu điểm nổi bật nhất của BWA là nó có chi phí thấp cho sự lắp đặt và bảo trì so với những mạng hữu tuyến truyền thống hay so với mạng truy nhập quang, đặc biệt là cho những vùng xa xôi hay những vùng có địa hình khó khăn.WiMAX chính là một giải pháp cho việc mở rộng mạng truyền dẫn quang và nó có thể cung cấp một dung lượng lớn hơn so với các mạng cáp hay các đường thuê bao số (DSL). Các mạng WiMAX có thể được xây dựng dễ dàng trong một thời gian ngắn bằng cách triển khai một số lượng nhỏ các trạm gốc (BS) trên các toà nhà hay trên các cột điện để tạo ra những hệ thống truy nhập vô tuyến dung lượng lớn.
Hệ thống WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển ở tốc độ đi bộ), di động với khả năng phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS) và bán kính lên tới 8km không theo tầm nhìn thẳng (NLOS).
1.2 Mô hình hệ thống
Mô hình phủ sóng mạng WiMAX tương tự như một mạng điện thoại di động :
Hình 1.1 Mô hình hệ thống WiMAX
Một hệ thống WiMAX được mô tả như hình gồm có 2 phần :
Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn, có thể phủ sóng khu vực rộng tới 8000km2.
Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp (hay gắn thêm) trên các mainboard của máy tính như WLAN.
Các trạm phát được kết nối tới mạng Internet thông qua các đuờng truyền Internet tốc độ cao hay kết nối tới các trạm khác như là trạm trung chuyển theo đường truyền trực xạ (line of sight) nên WiMAX có thể phủ sóng đến những khu vực xa.
Các anten thu phát có thể trao đổi thông tin qua qua các đường truyền LOS hay NLOS.Trong trường hợp truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa. Băng tần sử dụng có thể ở tần số cao, khoảng 66GHz, vì ở tần số này ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng lớn. Một đường truyền LOS yêu cầu phải có đặc tính là toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật, nếu đặc tính này không được bảo đảm thì cường độ tín hiệu sẽ suy giảm đáng kể. Không gian miền Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu.
Hình 1.2 Miền Fresnel trong trường hợp LOS
Trong trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn 2- 11GHz, tương tự như WLAN, tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ ….để đến đích. Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp, các đường phản xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ. Những tín hiệu này có những khoảng trễ, sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan tới đường truyền trực tiếp là khác nhau.
Hiện tượng truyền sóng đa đường cũng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi phân cực tín hiệu. Do đó sử dụng phân cực cũng như tái sử dụng tần số mà được thực hiện bình thường trong triển khai LOS lại khó khăn trong các ứng dụng NLOS. Nếu chỉ đơn thuần tăng công suất phát để “vượt qua” các chướng ngại vật không phải là công nghệ NLOS. Điều kiện phủ sóng của cả LOS và NLOS bị chi phối bởi các đặc tính truyền sóng của môi trường, tổn hao trên đường truyền (path loss) và quỹ công suất của đường truyền vô tuyến.
Hình 1.3 Truyền sóng trong trường hợp NLOS
1.3 Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX
1.3.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX
1.3.1.1 Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân tần trực giao)
Kỹ thuật này giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phép WiMAX hoạt động tốt trong môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn, do đó khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có thể lên đến 50km.
Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ các sóng mang con có thể chồng lấn lên nhau nên sẽ tiết kiệm, sử dụng hiệu quả băng thông và cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt động ở chế độ TDD (song công phân thời) với tỉ số đường xuống/đường lên (downlink-to-uplink ratio) là 3:1 thì tốc độ đỉnh tương ứng sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps.
1.3.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao
Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường : hướng lên( uplink) và hướng xuống (downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng xuống và đều sử dụng kĩ thuật OFDM. OFDM sử dụng tối đa 2048 sóng mang, trong đó 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con, mỗi kênh con tương đương 48 sóng mang. WiMAX còn sử dụng thêm điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256 - QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi Reed Solomon,mã xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kết nối với hoạt động phân loại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn.
Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống.
1.3.1.3 Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access- truy nhập OFDM)
Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏ thành nhiều băng con 1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩ thuật OFDM, cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt, đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông.OFDMA cho phép thay đổi tốc độ dữ liệu để phù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay đổi số mức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt là: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tương ứng với băng thông kênh truyền là: 1.25MHz, 5MHz, 10MHz; nhờ vậy sẽ dễ dàng hơn cho user kết nối giữa các mạng có băng thông kênh truyền khác nhau.
1.3.1.4 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai
WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền 802.16, tập chuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và cố định của IEEE, nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do diễn đàn WiMAX chứng nhận phù hợp, tương thích ngược với HiperLAN của ETSI cũng như Wi-Fi.
Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá không gian, mã hoá thời gian.
Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP : QoS (trong các dịch vụ đa phương tiện, thoại), ARQ (giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), ….
1.3.1.5 Chi phí thấp
Thiết lập, cài đặt dịch vụ WiMAX dễ dàng sẽ giảm chi phí cho nhà cung dịch vụ cũng như khách hàng.
Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện ở các vùng sâu, vùng xa, những nơi khó phát triển hạ tầng mạng băng rộng, khắc phục những giới hạn của đường truyền Internet DSL và cáp.
CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử dụng trong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem có thể tự lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc có thể sử dụng cùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cập WiMAX chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việc đầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vô tuyến (RF), làm chi phí giảm hơn nữa.
1.3.2.1Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX
Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế sự phổ biến công nghệ rông rãi.
Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo mật.
Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do hiện giờ đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau. Theo diễn dàn WiMAX chỉ mới có khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứng nhận bao gồm : Alvarion, Selex Communication, Airspan, Proxim Wilreless, Redline, Sequnas, Siemens, SR Telecom, Telsim, Wavesat, Aperto, Axxcelera.
Về giá thành: Dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (như Intel, Alcatel, Alvarion, Motorola…) tham gia nghiên cứu phát triển nhưng giá thành vẫn còn rất cao.
Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tin chính thức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự cố ra sao. Ngay cả ở Việt Nam,VNPT ( với nhà thầu nước ngoài là Motorola, Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụ thể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh, huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quả đáng kể của hệ thống.
1.4 Cấu trúc của WiMAX
Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp:
Lớp con tiếp ứng (convergence) làm giữ vai trò giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp bên trên.
Lớp đa truy nhập ( MAC layer).
Lớp truyền dẫn (transmission).
Lớp vật lý (physical layer)
Các lớp này tương đương với 2 lớp dưới cùng cùng của mô hình OSI,được tiêu chuẩn hoá để giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên.
1.4.1 Các đặc tính của lớp vật lý ( PHY)
Có 3 kiểu lớp vật lý ( PHY) được đưa ra trong chuẩn 802.16 :
WirelessMAN PHY SC: Sử dụng điều chế đơn sóng mang.
WirelessMAN PHY OFDM 256 điểm FFT: Sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có 256 điểm biến đổi Fourier nhanh (FFT). Điều này là bắt buộc cho các băng tần được miễn cấp phép.
WirelessMAN PHY OFDMA 2048 điểm FFT: Sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao có 2048 điểm FFT. Đa truy nhập được sử dụng bằng cách gửi một tập con nhiều sóng mang cho các máy thu riêng biệt.
Đầu tiên là Wireless Metropolitan Area Network - Single carrier physical layer (MAN vô tuyến - lớp vật lý đơn sóng mang) dựa trên tập chuẩn 802.16c, hoạt động ở băng tần 11-66GHz. Trạm gốc (Base Station-BS) chỉ cần một anten đẳng hướng, truyền dữ liệu hướng xuống các user đã có mã số nhận dạng kết nối (Connection Identifer - CID). Các máy thu (Subcriber Station - SS) với các anten định hướng, hướng về phía các BS (máy phát). Tín hiệu xử lí phía máy phát bao gồm: ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi, sắp xếp các kí hiệu, sửa dạng xung (pulse shaping) truớc
Hình 4.2 và 4.3 cho thấy tác động của kênh truyền đến phổ tín hiệu OFDM.
Vì kênh truyền là một kênh fading chọn lọc tần số nên phổ tín hiệu OFDM nhận ở những tần số khác nhau chịu sự tác động khác nhau. Hình 4.4 và 4.5 cho thấy biên độ tín hiệu OFDM nhận nhỏ hơn biên độ tín hiệu OFDM truyền đi.
Hình 4.6 và 4.7 cho thấy tác dụng của bộ ước lượng và bù kênh.Hình 4.6 chòm sao QPSK trước khi ước lượng kênh có biên độ và pha rất không ổn định. Hình 4.7 chòm sao QPSK sau khi ước lượng kênh những điểm chỉ dao động nhỏ quanh một vị trí cố định tức là biên độ và pha gần như ổn định.
Ngày nay, kĩ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã hóa kênh sử dụng trong thông tin vô tuyến, gọi là Coded OFDM, nghĩa là tín hiệu trước khi điều chế sẽ được mã hóa với nhiều loại mã khác nhau để hạn chế các lỗi xảy ra trên kênh truyền. Do chất lượng kênh (độ fading và tỉ số S/N) của mỗi sóng mang con phụ là khác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang đó với các mức điều chế khác nhau, gọi là điều chế thích nghi (adaptive modulation) hiện đang được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAN của ETSI ở Châu Âu.
2.1.3 Các ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM
Ngoài ưu điểm tiết kiệm băng thông kênh truyền kể trên, OFDM còn có một số ưu điểm sau đây :
• Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter-Symbol Interference) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn hơn độ trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền.
• OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng.
• Cấu trúc máy thu đơn giản.
Tuy nhiên, bên cạnh đó, OFDM cũng có một số nhược điểm sau :
• Việc sử dụng chuỗi bảo vệ giúp giảm hiện tượng ISI do phân tập đa đường nhưng chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích, chiếm một phần băng thông của đường truyền làm giảm hiệu suất đường truyền.
• Do yêu cầu về tính trực giao giữa các sóng mang phụ nên hệ thống OFDM khá nhạy cảm với hiệu ứng Dopler, dịch tần (frequency offset) và dịch thời
( time offset) do sai số đồng bộ.
KẾT LUẬN
Chuẩn WirelessMAN IEEE 802.16 nói chung và WiMAX nói riêng đã định nghĩa các chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động.Nó chứa đựng nhiều ưu điểm vượt trội, như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, có khi lên tới 70 Mb/s trong phạm vi 50 km, chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di động, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép. WiMAX thực sự đang được các nhà cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm. Chính vì thế mà đồ án đã chọn công nghệ WiMAX cũng như ứng dụng của nó làm chủ đề nghiên cứu.Đồ án đã tập trung nghiên cứu các vấn đề liên quan đến công nghệ WiMAX như sau:
Giới thiệu một cách tổng quát nhất về công nghệ WiMAX, nêu ra được sự hình thành của chuẩn IEEE 802.16, nêu vắn tắt các chuẩn của chuẩn IEEE 802.16, đồng thời so sánh được WiMAX và WIFI. Ngoài ra cũng đưa ra các mô hình ứng dụng và minh hoạ nổi bật nhất của công nghệ WiMAX, qua đó làm rõ được tính khả thi của công nghệ WiMAX.
Trình bày những khái niệm cơ bản, ưu nhược điểm, nguyên lý điều chế và giải điều chế của kỹ thuật điều chế OFDM, và những ứng dụng của kỹ thuật này.
Trình bày về những khái niệm cơ bản, các đặc điểm và tính chất nổi bật của kỹ thuật đa truy nhập phân tần trực giao OFDMA.Qua đó chúng ta có thể thấy được những ưu điểm của kỹ thuật này trong việc xử lý truyền nhận tín hiệu nói chung và ứng dụng trong công nghệ WiMAX nói riêng.
Thực hiện chương trình mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu trong WiMAX dựa trên kỹ thuật điều chế OFDM.Đây là chương trình được viết bằng Matlab,chương trình bao gồm sơ đồ khối mô phỏng sự phát và thu OFDM, mô phỏng kênh truyền, tính BER, so sánh tín hiệu OFDM và QAM, sơ đồ khối mô phỏng hệ thống OFDM bằng simulink của Matlab.
Nghiên cứu về công nghệ WiMAX là một quá trình lâu dài về cả lý thuyết và thực nghiệm. Trên cơ sở những nội dung mà em đã trình bày, hướng phát triển tiếp theo của đề tài là:
Thứ nhất, hoàn thiện phần mô phỏng để nêu bật được đặc điểm của công nghệ WiMAX
Thứ hai, tìm hiểu nghiên cứu về quy hoạch mạng WiMAX.
Thứ ba, tìm hiểu khả năng ứng dụng của công nghệ WiMAX ở Việt Nam
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: