Công nghệ wimax DT6

Công nghệ wi max DT6 Báo cáo bài tập lớn môn Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO MÔN HỌC

MẠNG MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX

:Đặng Việt Anh

Khoa :§TVT

NỘI DUNG BÁO CÁO

1 Giới thiệu chung

2 Các đặc điểm về kĩ thuật của WIMAX

2.1 Dải tần làm việc

2.2 Lớp vật lý PHY (physical layer)

2.3 Lớp điều khiển truy nhập đường truyền MAC (Media Access

Control)

2.4 IEEE 802.16e

3 Các phương pháp điều chế

3.1 OFDM

3.2 PSK,M-QAM

4 So sánh, đánh giá WIMAX với các công nghệ khác.

5 Nhận xét

.Giới thiệu chung WIMAX là gì?

WiMAX” là từ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave

Access – Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba

WiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn, cho phép truy cập

băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế

cho cáp và DSL

WiMax xây dựng theo chuẩn 802.16 được viện kĩ thuật điện và điện tử

đưa ra vào năm 1999.Nhưng tiêu chuẩn đầu tiên được đưa ra và cả thế

giới chấp nhận phải vào 12/2001

802.16a ra đời 10/2003 (Fixed WIMAX) 802.16d ra đời 7/2004

802.16e ra đời 12/2005 (Mobile WIMAX)

24/03/2007

2 Các đặc điểm về kĩ thuật của WIMAX

2.1 Dải tần làm việc

Dải tần làm việc của WIMAX rất rộng Phiên bản đầu tiên WIMAX

(IEEE 802.16) cho phép giải tần hoạt động từ 10 đến >66 GHz Đến

năm 2004, phiên bản 802.16a được cập nhật thành 802.16d thêm vào

dải tần từ 2 đến 11 GHz

Các băng tần cụ thể của WiMax đang tập trung xem xét và vận động

cơ quan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMax là:

3600-3800MHz, 3400-3600MHz (băng 3.5GHz), 3300-3400MHz (băng

3.3GHz), 2500-2690MHz (băng 2.5GHz), 2300-2400MHz (băng

2.3GHz), 5725-5850MHz (băng 5.8GHz) và băng 700-800MHz

(dưới 1GHz)

2.2 Lớp vật lý PHY (physical layer)

Lớp vật lý PHY được 802.16 định nghĩa có ba biến thể: Sóng mang đơn,

OFDM 256 và OFDM 2048

10 – 66 GHz: Trong thiết kế của đặc tả PHY cho 10–66 GHz, sự truyền lan

“line-of-sight” (tầm nhìn không bị vật cản) là cần thiết Do kiến trúc

“điểm-nhiều điểm”, về cơ bản, BS truyền một tín hiệu TDM với những trạm thuê

bao riêng lẻ được định vị những khe thời gian theo chu kỳ

2–11 GHz: Lớp vật lý 2–11 GHz được thiết kế do nhu cầu theo hướng hoạt

động NLOS (non-line-of-sight) Vì các ứng dụng mang tính dân cư, sự

truyền phải được thực hiện theo nhiều đường Hơn nữa, những ăngten gắn

ngoài trời thường đắt do cả chi phí phần cứng và cài đặt cao

FEC (forward error correction) - sửa lỗi trực tiếp bên thu - có khả năng

thay đổi kích thước block và khả năng sửa lỗi FEC này được liên kết

với một mã nhân chập khối bên trong để truyền dữ liệu tới hạn một cách

thông suốt như các truy nhập điều khiển khung và truy nhập khởi đầu

Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (transmission

convergence) Lớp này thực hiện sự biến đổi các PDU (protocol data

units) MAC độ dài có thể thay đổi vào trong các block FEC độ dài cố

định (cộng thêm có thể là một block được rút ngắn vào đoạn cuối) của

mỗi “burst” Lớp TC có một PDU có kích thước khớp với block FEC

hiện thời bị đầy Nó bắt đầu với một con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục PDU

MAC tiếp theo bắt đầu bên trong block FEC

24/03/2007

2.3 Lớp điều khiển truy nhập đường truyền MAC

(Media Access Control)

MAC được thiết kế đặc biệt cho môi trường truy cập không dây điểm tới đa

điểm (point-to-multipoint PMP) Nó hỗ trợ cho các lớp cao hơn và giao

thức giao vận như ATM, Ethernet hay Internet Protocol IP và cũng được

thiết kế sao cho có khả năng phù hợp với các giao thức trong tương lai

MAC có tốc độ bit rất cao lên đến 268 mbps mỗi chiều

Chuẩn 802.16 của IEEE đưa ra cùng một lớp MAC cho tất cả các lớp PHY

Lớp MAC này là kết nối được định hướng và chuẩn bị cho kết nói TDM

đường xuống kết hợp với truy cập TDMA ở đường lên Chuẩn cũng được

thiết kế hỗ trợ cho cả phương thức song công theo thời gian (Time Division

Duplex TDD) và song công theo tần số (Frequency Division Duplex

-FDD) TDD là một kĩ thuật mà ở đó hệ thống phát và nhận ở cùng kênh gán

các khe thời gian cho phương thức phát và nhận FDD yêu cầu hai phổ tần

riêng rẽ

Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ

• Chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa hai lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ

tổng thể để ánh xạ các dịch vụ đến và từ những kết nối MAC 802.16 Lớp

con quy tụ ATM được định nghĩa cho những dịch vụ ATM và lớp con

quy tụ gói được định nghĩa để ánh xạ các dịch vụ gói như IPv4, IPv6,

Ethernet và VLAN (virtual local area network) Nhiệm vụ chủ yếu của

lớp con là phân loại các SDU (service data unit) theo kết nối MAC thích

hợp, bảo toàn hay cho phép QoS và cho phép định vị dải thông Ngoài

những chức năng cơ bản này, các lớp con quy tụ có thể cũng thực hiện

nhiều chức năng phức tạp hơn như chặn và xây dựng lại đầu mục tải tối

đa (payload header) để nâng cao hiệu suất kết nối không gian (airlink)

Lớp con phần chung (common part sublayer)

Nhìn chung, MAC 802.16 được thiết kế để hỗ trợ kiến trúc “điểm-nhiều

điểm” với một BS trung tâm điều khiển nhiều khu vực độc lập đồng thời

Trên đường xuống, dữ liệu đến các SS được dồn kênh theo kiểu TDM

Đường lên được dùng chung giữa các SS theo kiểu TDMA

Việc truyền các MAC-PDU — MAC của IEEE 802.16 MAC hỗ trợ các

giao thức lớp cao hơn khác nhau như ATM hay IP Những MAC-SDU

mới đến từ các lớp con quy tụ tương ứng được định dạng theo khuôn dạng

của MAC-PDU, có thể với sự phân mảnh và/hoặc đóng gói, trước khi

được chuyên trở qua một hay nhiều kết nối với sự đồng ý của giao thức

MAC

Hỗ trợ PHY và cấu trúc khung — MAC IEEE 802.16 hỗ trợ cả TDD lẫn

FDD Trong FDD, các đường xuống "continuous" (liên tục) và "burst"

(không liên tục)

Đều được hỗ trợ Các đường xuống “continuous” có tính đến các kỹ thuật

nâng cao hiệu suất như “interleaving” (chèn) Các đường xuống “burst”

(hoặc FDD hoặc TDD) cho phép sử dụng nhiều kỹ thuật nâng cao khả năng

và dung lượng hơn như burst-profiling thích ứng mức thuê bao và các hệ

thống anten cải tiến

MAC xây dựng khung con (subframe) của đường xuống bắt đầu với một

đoạn điều khiển khung có chứa các thông điệp DL-MAP và UL-MAP

Chúng chỉ ra những chuyển tiếp PHY trên đường xuống cũng như những

định vị dải thông và các burst-profile ở đường lên

24/03/2007

2.4 IEEE 802.16e

IEEE 802.16-2005 hay IEEE 802.16e (WIMAX di động) là phiên bản cải tiến

của chuẩn WIMAX cố định, cho phép truy cập không dây cố định hay đang di

chuyển Non Light of Sight bằng cách sử dụng kĩ thuật OFDMA (Orthogonal

Frequency Division Multiple Access – Đa truy cập phân chia theo tần số trực

giao) Kĩ thuật SOFDMA (Scalable OFDMA – OFDMA có thể thay đổi tỉ lệ)

– Cải tiến vùng bao phủ NLOS bằng cách sử dụng thuật toán Tự động

yêu cầu truyền lại lai – hybrid Automatic Retransmission Request

(hARQ)

– Sử dụng kĩ thuật mã có hiệu suất cao như Turbo Coding và Kiểm tra

tính chẵn lẻ mật độ thấp – Low Density Parity Check (LDPC), tăng

cường tính bảo mật và hiệu suất truyền NLOS

– Tăng vùng bao phủ bằng cách sử dụng Hệ thống anten thích ứng

(Adaptive Antenna Systems - AAS) và công nghệ nhiều đầu vào nhiều

đầu ra (Multiple Input Multiple Output MIMO)

– Sử dụng thuật toán biến đổi Fourier nhanh FFT tránh được trễ do thời

gian truyền sóng và nhiễu do phân tập đa đường

3.Các phương pháp điều chế

3.1 Điều chế phân chia tần số trực giao(OFDM)

Mật độ phổ năng lượng của hệ thống đa sóng mang FDM

Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế OFDM

OFDM đã dựa vào tính chất toán học trực giao

• Các phổ tín hiệu sóng mang phụ thứ p được dịch chuyển vào phổ của kênh

phụ thứ q bằng cách nhân với hàm phức với ωs =2Пfs là khoảng cách

tần số giữa 2 sóng mang

• Điều này được kiểm chứng như sau:

•

q Ts T k t kT t t q j s

T k kT

t q j t

jq T

k

kT

t

s s s

s

s s

s

s

q p j dt e

dt e

, ) 1 ( ) ( )

1 ( ) (

* )

1

(

) (

1 )

(

= +

=

=

− +

− +

=

−

=

= ∫

ω

t

jp s

24/03/2007

Mô hình tổng thế điều chế OFDM như sau:

•

t jn L

L k n

m' ) = ∑+− , ' ( − ) ω

=

= ∑ ∞

−∞

= ) ) 't m't m

−∞

=

k

t jn L

s e kT t s

d, ' ( − ) ω

∑ +

−

tín hiệu trước bộ tổng

Tín hiệu sau bộ tổng

3.2 Điều chế PSK,M-QAM.

3.2.1 Điều chế PSK

* BPSK hay là 2-PSK là điều chế dịch pha nhị phân là kiểu điểu chế đơn giản nhất

của PSK.sử dụng hai pha lệch nhau 180 0 và được biểu diễn trên lược đồ chòm sao

như sau

Sơ đồ thực hiện như sau:

dữ liệu nhị phân được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự

với quy luật :

thay cho bit "0"

thay cho bit "1"

Tỉ lệ lỗi bit

• Với :

– Ps xác suất lỗi kí tự

– Pbxác suất lỗi bít

– Eb năng lượng của mỗi bit

– N0nhiễu mật độ công suất phổ

– Q(x) hàm xác suất

Ps= Pb= ⎟⎟⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

0

2

N

E

24/03/2007

* QPSK dùng 4 trạng thái pha để thay thế cho dòng bit vào

• mô tả qua lược đồ chòm sao

• Lược đồ chòm sao với mã Gray

Sơ đồ thực hiện

Sơ đồ tín hiệu trong miền thời gian như sau

3.2.2 Điều chế M-QAM

• Là phương pháp điều chế mà tín hiệu được điều chế làm thay đổi biên độ của

sóng mang.Hai sóng mang thường được sử dụng ở đây là hàm Sin và Cos lệch

pha nhau 900

Sơ đồ thực hiện

tín hiệu thu được:

S(t) =x(t) Cosωct –y(t) Sinωct Đường bao phức(Ánh xạ hàm s(t) trên miền phức):

g(t)=x(t) + jy(t) =R(t).ejθt

lược đồ chòm sao để biểu diễn

24/03/2007

Mô hình chòm sao hình chữ nhật cho Điều chế

16-QAM.ở đây phương pháp mã hóa Gray vẫn sử dụng

với mục đích giảm lỗi và dễ sửa.

sự tương quan giữa PSK và AQM

Lược đồ chòm sao hình tròn cho 16-QAM

Đường bao thể hiện tỉ lệ lỗi bít của các phương pháp điều chế

4 So sánh, đánh giá WIMAX với các công nghệ khác

• WI-FI : Wi-Fi hay Wireless Fidelity là công nghệ mạng nội bộ không dây

(WLAN) dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11 Trong khi đó, WiMax

(Worldwide Interoperability for Microwave) là tập rút gọn của IEEE

802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng ở khoảng cách lớn

• Trong công nghệ Wi-Fi, các trạm đầu cuối (máy tính của người dùng) sẽ

cạnh tranh để thu hút "sự chú ý" của điểm truy cập (access point) trên cơ sở

ngẫu nhiên Vì thế, trạm xa điểm truy cập dễ bị đứt kết nối hơn so với trạm

ở gần Điều này hạn chế việc triển khai những dịch vụ chất lượng cao như

IPTV, VoIP Ngược lại, WiMax "lên lịch" cho các trạm đầu cuối kết nối

vào hệ thống, duy trì liên tục với những trạm đã đăng ký trong mạng mặc

dù thời gian và băng thông dành cho mỗi trạm sẽ được điều chỉnh tăng lên

hoặc giảm xuống tuỳ thuộc vào dịch vụ được yêu cầu và khả năng đáp ứng

của trạm phát

24/03/2007

• 3G : được phát triển trên nền công nghệ thông tin di động và thích hợp với

những người dùng di chuyển liên tục ở tốc độ lớn.Tuy WIMAX 802.16e có

thể mang đến cho người sử dụng khả năng truy cập dữ liệu khi đang di

chuyển với tốc độ dưới 100 km/giờ nhưng cũng chưa phù hợp với những

dịch vụ không gián đoạn dù giá cước có thể rẻ hơn

• Công nghệ cáp: nghệ cáp khẳng định vị thế ở những nơi không có tính di

động nhưng đòi hỏi chất lượng kết nối cao như thoại video, truyền hình

Internet.Nhưng những ứng dụng có tính di động thì Cap không thể,mặt

khác việc triển khai cáp rất tốn kém và chỉ có thể thực hiện ở vùng đô thị

đông dân cư

Chính vì lí do đó mà WIMAX là công nghệ ở vị trí trung gian giữa 2

công nghệ 3G và Cáp tức là vừa voice vừa data cho những mục tiêu có

vận tốc chung bình Nó có khả năng linh hoạt hơn trong ứng dụng và

đồng thời hỗ trợ đắc lực cho WI-FI.

5 Nhận xét WIMAX có công suất cao hơn và băng thông rộng: sử dụng kĩ thuật

OFDM qua các cơ chế điều chế đơn sóng mang với khả năng cung cấp hiệu

suất băng thông cao hơn và do đó thông lượng dữ liệu cao hơn với luồng

dữ liệu xuống hơn 1 Mbit/s Trạm gốc có thể đánh đổi thông lượng lấy

khoảng cách

WIMAX có độ bao phủ rộng hơn: WIMAX đã được tối ưu để mang đến

độ bao phủ NLOS (Non Light of Sight) tốt nhất.Nhờ có các kĩ thuật cải

tiến độ bao phủ NLOS như phân tập, mã hóa thời gian không gian và yêu

cầu truyền lại tự động (Automatic Retransmission Request – ARQ), các

khoảng cách bao phủ sẽ được tăng lên

Chi phí thấp hơn: 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

Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động: WIMAX sẽ trở thành

một giải pháp chi phí hợp lý nhất cho các nhà khai thác triển khai các ứng

dụng vô tuyến cố định và di động cho các máy xách tay và PDA

WIMAX bổ sung trọn vẹn cho 3G vì hiệu suất truyền dữ liệu luồng

xuống cao hơn 1Mbit/s và bổ sung cho Wi-Fi nhờ độ bao phủ rộng hơn

WIMAX cho phép các dịch vụ như thoại và email là những dịch vụ đòi

hỏi mạng có độ trễ thấp hoạt động được

6.Tương lai ứng dụng của WIMAX

Công nghệ WIMAX là giải pháp cho nhiều loại ứng dụng băng rộng tốc độ

cao cùng thời điểm với khoảng cách xa và cho phép các nhà khai thác dịch

vụ hội tụ tất cả trên mạng IP để cung cấp các dịch vụ: dữ liệu, thoại và video

WIMAX với sự hỗ trợ QoS, khả năng vươn dài và công suất dữ liệu cao được

dành cho các ứng dụng truy cập băng rộng cố định ở những vùng xa xôi, hẻo

lánh cũng như khu vực thành thị ở các nước đang phát triển

24/03/2007

WIMAX có khả năng thay thế đường Leased-line - giúp triển khai dịch vụ

nhanh hơn đường cáp quang; đường DSL – giúp tiếp cận nhanh hơn các đối

tượng người dùng băng rộng; các điểm hotspot Wi-Fi – giúp giảm giá thành

đường Leased-line và triển khai các điểm hostspot một cách nhanh chóng hơn;

khả năng roaming giữa các dịch vụ Wi-Fi và WiMax – mang lại nhiều lợi ích

cho người sử dụng

WIMAX cũng cho phép các ứng dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong

các máy tính xách tay và PDA, cho phép các khu vực nội thị và thành phô trở

thành những “khu vực diện rộng” nghĩa là có thể truy cập vô tuyến băng rộng

ngoài trời

khó khăn

giá cả thiết bị đầu cuối hiện còn đắt

Có số lượng hạn chế các nhà sản xuất các thiết bị đầu cuối

việc chuẩn hoá thiết bị khó đồng nhất do khả năng mềm dẻo,linh

hoạt (flexibility) của WiMAX

Tình hình triển khai WiMAX

• Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam-VNPT

• Tổng công ty truyền thông đa phương tiện-VTC (forumwimax)

• Công ty cổ phần viễn thông FPT Telecom

• Tổng công ty viễn thông quân đội-Viettel

• VDC (thuộc VNPT) chính là đơn vị đầu tiên cho triển khai thử nghiệm loại

hình dịch vụ và công nghệ tiên tiến này WiMax do VDC triển khai thử

nghiệm hoạt động trong dải tần từ 3,3GHz đến 3,4GHz, với thiết bị nhập từ

Danh mục tài liệu tham khảo

Hệ Thống Viễn Thông tác giả Phạm Minh Việt

Điều chế OFDM tác giả Nguyễn Văn Đức

Các tài liệu trích dẫn từ Internet

24/03/2007

Cảm ơn sự theo dõi của mọi người!