Công nghệ wi max DT8

Công nghệ wi max DT8 Báo cáo bài tập lớn môn Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông Đại học Bách Khoa Hà Nội

Công nghệ wimax

Sinh viên thực hiện: Đỗ Xuân Hiệu

Phạm Thị Thanh Vân Lớp : Điện tử 8-K48

Nội dung:

1.Giới thiệu về wimax

2.Hoạt động của hệ thống wimax

3.Đặc điểm hệ thống wimax

4.Công nghệ truyền dẫn của hệ thống

5.Công nghệ truy nhập kênh

6.Một số mô hình ứng dụng

7.Thị trường và hướng phát triển

1.Giới thiệu chung

• Wimax(Worldwide Interoperability for Micorowave Accees)

là công nghệ truy nhập mạng không dây băng rộng.

• Wimax ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy nhập

mạng Internet không dây tổng hợp,có thể thay thế cho ADSL

và WiFi.

70Mb/s,bán kính phủ sóng của một trạm anten phát có thể lên

đến 50km

• Mô hình phủ sóng của mạng wimax tương tự như mạng điện

thoại tế bào

• Wimax cũng hoạt động như wifi khi truy nhập mạng.Mỗi khi

bạn truy nhập mạng,nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten

wimax gần nhất

Mô hình truyền thông của Wimax

2 Hoạt động của một hệ thống wimax

• Thực tế wimax hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao

và khoảng cách rất xa cũng như số lượng lớn người dùng

• Một hệ thống wimax gồm 2 phần:

– Trạm phát:giống như các trạm BTS trong mạng thông tin

di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng

lớn 8000km2

– Trạm thu :có thể là các Card mạng cắm vào hoặc thiết lập

sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính theo cách mà

WILAN vẫn dùng

• Các trạm BTS được kết nối với mạng Internet thông qua các

đường truyền tốc độ cao riêng hoặc có thể được nối với các

trạm BTS khác như một trạm trung chuyển bằng đường truyền

thẳng LOS (light of sight), vì vây Wimax có thể phủ sóng đến

những nơi rất xa

• Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau

qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ.Trong

trường hợp truyền thẳng (LOS) các anten được đặt cố

định trên các điểm cao,tín hiệu truyền ổn định và có thể

đạt tối đa.Băng tần sử dụng có thể dùng cao đến 66GHz vì

ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu

khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn

Đối với trường hợp có vật chắn (NLOS),wimax sử

dụng băng tần thấp hơn:2-11GHz,tương tự như ở WLAN,

tín hiệu có thể vượt qua các vật cản thông qua phản

xạ,nhiễu xạ,uốn cong,vòng qua các vật thể để đến đích

3 Đặc điểm của hệ thống WiMax

Wimax đã được chuẩn hóa bởi IEEE 802.16.Hệ

thống này là hệ thống truy nhập không dây sử dụng

công nghệ OFDMA có các đặc điểm chính sau:

• Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km.

• Tốc độ truyền có thể thay đổi,tối đa là 70Mb/s.

• Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn:đường

truyền tầm nhìn thẳng(LOS) và đường truyền che

khuất(NLOS).

• Dải tần làm việc 2-11Ghz và từ 10-66Ghz, hiện đã và đang

được chuẩn hoá.

• Trong wimax,hướng truyền tin được chia thành hai đường

lên và xuống.Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống

và đều sử dụng công nghệ OFDM để truyền.

• Độ rộng băng tần của wimax từ 5MHz đến trên 20MHz được chia

thành nhiều băng con 1,75MHz Mỗi băng con này được chia nhỏ

hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể

truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm

bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần Công nghệ này được gọi là

công nghệ đa truy nhập OFDMA( OFDM acces).

• Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD( time division duplexing)

và FDD (frequency division duplexing) cho việc đường truyền dẫn

của hướng lên (uplink) và (downlink).

• Về cấu trúc phân lớp,hệ thống được chia thành 4 lớp:lớp con tiếp

ứng(Convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập

và các lớp trên, lớp đa truy nhập ( Multi-accees control-MAC

layer) ,lớp truyền dẫn (tranmission), lớp vật lý (Physical) Các lớp

này tương đương với hai mô hình lớp dưới của mô hình OSI và

được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp

trên.

Hỡnh 2: Mụ hỡnh phõn lớp trong hệ thống

WiMax so sỏnh với OSI

4 Công nghệ truyền dẫn vô tuyến trong mạng

wimax

• Wimax sử dụng công nghệ OFDM ở giao diện vô tuyến

để truyền tải dữ liệu và cho phép các thuê bao truy nhập

kênh.Cũng có các công nghệ khác nhau ở giao diện này

như FDM,CDMA.Tuy nhiên IEEE đã chọn OFDM bởi nó

có những ưu việt hơn rất nhiều về tốc độ truyền,tỷ lệ lỗi

bit,cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần.

• OFDM sử dụng kỹ thuât truyền song song nhiều băng

tần con nên kéo dài thời gian truyền một ký tự lên nhiều

lân,điều nay giúp khắc phục nhiễu xuyên ký tự(ISI) gây

bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau,từ các

hướng khác nhau trong quá trình truyền dẫn đa

đường.Ngoài ra,OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ

(guard interval-GI),thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của

kênh truyền,giữa hai ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ

hoàn toàn.

• Nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề gây ảnh hưởng đến

chất lượng truyền thông tín hiệu.Tuy nhiên,OFDM cũng ưu

điểm hơn CDMA khi giải quyết vấn đề này.OFDM có thể khôi

phục lại kênh truyền thông qua tín hiệu dẫn đường(Pilot) được

truyền đI cùng với dòng tín hiệu thông tin

• Ngoài ra đối với các kênh con suy giảm nghiêm trọng tần số

thì OFDM còn có một lựa chọn nưa để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm

bớt số bit mã hoá cho một tín hiệu điều chế tại kênh tần số đó

• Mặc dù vậy,OFDM không phải không có nhược điểm,nó đòi

hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ,vì sự sai lệch về tần số,ảnh

hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây

ra nhiễu giao thoa tần số (intercarrier interterence-ICI),kết quả

là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và lam tăng

tỷ lệ lỗi bit.Khắc phục OFDM dùng khoảng bảo vệ(GI),cho

phép điều chỉnh tần số thích hợp mặc dù có thể lam giảm hiêu

quả sử dụng phổ tần số

• Ngoài ra,OFDM còn chịu sự ảnh hưởng của nhiễu xung,có

nghĩa là một xung tín hiệu nhiễu có thể ảnh hưởng đến cả một

chùm tín hiệu thay vì một ký tự như trong CDMA và điều này

làm tăng tỷ lệ lỗi bít của OFDM so với CDMA

5.Phương thức truy nhập kênh: sử dụng phương thức

OFDMA

• Tiêu chuẩn 802.16e dùng phương thức truy nhập đa kênh

OFDMA phân chia tần số trực giao tương tự như

OFDM,trong đó các sóng mang được chia thành nhiều

sóng mang phụ(subcarrier).

• Hoạt động truy nhập kênh ở lớp MAC của wimax hoàn

toàn khác so với wifi WiMax hỗ trợ phương pháp truyền

song công FDD và TDD, sử dụng kỹ thuật truy nhập

TDMA/OFDMA Ưu điểm của phương pháp này là nó cho

phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc

xuống,dẫn đến có thể thay đổi tốc độ phát(Upload) hoặc

thu(Download)dữ liệu chứ không phảI cố định như trong

ADSL hay CDMA.

• Tại lớp MAC của 802.16,lịch trình hoạt động củamỗi

thuê bao được định trước , do vậy các trạm chỉ có duy

nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm gia

nhập mạng.Sau thời điểm này , mỗi trạm được trạm phát

gốc gắn cho một khe thời gian.Khe thời gian có thể mở

rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn

• Ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độ truyền đẫn vẫn

hoạt động ổ định trong trường hợp quá tải và số lượng

thuê bao đăng ký vượt quá cho phép,và nó cũng có thể

tăng được hiệu quả sử dụng băng tần.Việc sử dụng thuật

toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc điều khiển

chất lượng dịch vụ(Quality of Service-QoS) bằng việc cân

bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao.

• Để làm được điều này hệ thống thực hiện việc mã hoá và điều

chế thích nghi để tối ưu hoá băng thông tuỳ thuộc vào điều kiện

của kênh truyền.

B¶ng so s¸nh mét sè th«ng sè gi÷a OFDM vµ CDMA

8,54 490

3,03 40

WCDMA(RAKE)

3,56 1170

3,83 40

WCDMA(MMSE)

2,33 1802

4,45 40

OFDM

Trễ truyền dân trung bình của một gói (s)

Thông lượng trung bình của một thuê bao (kbit/s)

Thông lượng trung bình của mạng (Mbit/s)

Số lượng thuê bao trong một trạm phủ sóng

C«ng nghÖ

Kü thuËt ®iÒu chÕ vµ m· ho¸ thÝch nghi lµ mét trong

nh÷ng −u viÖt cña OFDM v× nã cho phÐp tèi −u hãa møc

®iÒu chÕ tren mçi kªnh con dùa trªn chÊt l−îng tÝn hiÖu(tû lÖ

SNR) vµ chÊt l−îng kªnh truyÒn dÉn.Trong c«ng nghÖ ®a truy

nhËp OFDMA,c¸c thuª bao ®−îc ph©n chia tµi nguyªn v« tuyÕn

th«ng qua viÖc truy nhËp vµo c¸c sãng mang phô kh¸c nhau

6.Một số mô hình ứng dụng của hệ thống

Wimax

Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đã đề xuất 2 mô hình ứng dụng sau:

Mô hình ứng dụng cố định

Mô hình ứng dụng di động

1 Mô hình ứng dụng cố định(Fixed Wimax)

– Mô hình cố định sử dụng các thiết bị tiêu chuẩn

IEEE802.16.Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố

định”vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặ cố

định tại nhà các thuê bao.Anten đặt trên nóc nhà

hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ

tinh.

– Băng tần công tác(theo phân bổ của quốc gia) là

2,5GHz hoặc 3,5GHz.Độ rộng băng tần là 3,5MHz.

– Wimax cố định có thể dùng cho các user như:các xí

nghiệp,các khu dân cư nhỏ lẻ.Về cách phân bố địa lý,

các user có thể phân tán tại các vùng nông thôn,vùng

sâu,vùng xa nơi mạng cáp hữu tuyến khó đưa đến đó.

2 Mô hình ứng dụng di động

– Mô hình WiMAX di động sủ dụng các thiết bị phù

hợp với tiêu chuẩn IEEE802.16e.Tiêu chuẩn này bổ

xung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hướng tới các user

cá nhân di động,làm việc trong băng tần thấp hơn

6GHz

– Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN,mạng di

động 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ

sóng rộng.

– Tiêu chuẩn IEEE 802.16e được thông qua năm

2005.

Sơ đồ kết cấu mạng Wimax.

Trong mô hình này gồm các trạm gốc BS(làm việc với anten

đặt trên tháp cao)và các trạm phụ SS (Substation)

7.Thị trường và hướng phát triển

ắ Phủ sóng trong phạm vi rộng,tốc độ truyền tin lớn,hỗ

trợ đồng thời nhiều thuê bao và cung cấp các dịch vụ

như VoIP,Video mà ngay cả ADSL hiện tại cũng chưa

đáp ứng được là những đặc tính ưu việt cơ bản của

Wimax.Các đường ADSL ở những khu vực mà trước

đây đường dây chưa tới được thì nayđã có thể truy cập

được Internet.

ắ Bên cạnh đó ,hệ thống Wimax sẽ giúp cho các nhà khai

thác di động không còn phải phụ thuộc vào các đường

truyền phải đi thuê của các nhà khai thác mạng hữu

tuyến,cũng là đối thủ cạnh tranh của họ

• Ngoài ra,Wimax với khả năng phủ sóng rộng,khắp mọi

ngõ ngách ở thành thị cũng như nông thôn,sẽ là một công

cụ hỗ trợ đắc lực trong các lực lượng như công an,cứu

hoả…có thể duy trì liên lạc trong nhiều điều kiện thời

tiểt,địa hình khác nhau

• Hiện tại,có nhiều thành phố trên thế giới như

Mỹ,Nhât,Trung Quốc,Hàn Quốc…đã có kế hoạch triển

khai Wimax, và ngay cả Microsoft cũng quan tâm và coi

Wimax như là một tiêu chuẩn và sẽ tích hợp vào trong

các phần của mình vào mạng

Thị trường đang tiến tới các dịch vụ băng thông rộng cá

nhân dựa trên công nghệ Wimax với các nhà sản xuất

hàng đầu.Hiện tượng gia tăng sử dụng các thiết bị cầm

tay đang mở rộng các cơ hội kinh doanh cho các dịch

vụ dữ liệu băng thông di động bởi vì các dịch vụ này

mang lại cho các nhà cung cấp dịch vụ một phần doanh

thu đáng kể.

Điều quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ đang triển

khai Wimax hiện nay là:

– Giảm chi phí vận hành

– Tăng lợi nhuận

– Giảm chi phí đầu tư

– Tăng thị phần

– Đưa các dịch vụ mới vào nhằm lam tăng doanh

thu trên mỗi người sử dụng

• Trong tương lai,mạng WiFi kết hợp với mạng Wimax để

nâng cao hiệu quả truy cập mạng không dây: WiFi co tính

cơ động, WiMax vươn tới cự ly xa.