Kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong các mạng băng rộng

Hiện cha có số liệu nào so sánh sự giữa kinh phí thiết lập WiMax với việc nâng cấp mạng di động để triển khai Internet tốc độ cao...6 Một "điểm yếu" khác của WiMax là giá thiết bị đầu c

MỤC LỤC

DANH MụC CáC Ký HIệU, CáC CHữ viết tắt iii

DANH MụC CáC BảNG… vii

DANH MỤC CÁC HèNH VẼ , ĐỒ THỊ ……… vii

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CễNG NGHỆ, CẤU TRÚC PHÂN TẦNG TRONG MẠNG KHễNG DÂY BĂNG RỘNG VÀ WIMAX 1

1.1 Tổng quan về mạng khụng dõy băng rộng 1

1.1.1 Cỏc khỏi niệm về mạng khụng dõy băng rộng – Wimax và ứng dụng của wimax 2

a Cỏc khỏi niệm về mạng khụng dõy băng rộng 2

5

Nguồn: Motorola 5

Hỡnh 1.1 Yờu cầu băng thụng đối với cỏc thiết bị 5

Tại Nhật Bản, liên minh SoftBank - Motorola hiện đang triển khai WiMax di động trên dải tần 2,5 GHz từ tháng 9/2006 Trong khi đó, một đợt thử nghiệm công nghệ với quy mô lớn cũng đang diễn ra tại Nga Hãng thiết bị công nghệ Avalcom và Aperto ở nớc đã kết hợp với nhiều nhà cung cấp dịch vụ để thực hiện thực hoá dự án tại nhiều khu vực nh Moscow, Siberia 6

Wimax tại Việt Nam và cơ hội đón đầu 6

Sau khi Công ty điện toán và truyền số liệu VDC triển khai thành công điểm truy cập Wi-Fi tại Đại học Thủy Lợi vào năm 2003, hàng loạt các quán cafe kết nối internet không dây phạm vi hẹp đã mọc lên ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên, do tốc độ truy cập và khả năng phủ sóng còn hạn chế nên khi WiMax đợc giới thiệu, ngời sử dụng Việt Nam đã tỏ ra rất quan tâm đến công nghệ mới này 6 Tuy nhiên, WiMax là công nghệ hoàn toàn mới ở Việt Nam, hệ thống phải đợc

đầu t xây dựng mới toàn bộ Còn mạng thông tin di động lại có sẵn cơ sở hạ

tầng để triển khai dịch vụ kết nối Internet không dây Hiện cha có số liệu nào so sánh sự giữa kinh phí thiết lập WiMax với việc nâng cấp mạng di động

để triển khai Internet tốc độ cao 6

Một "điểm yếu" khác của WiMax là giá thiết bị đầu cuối cho ngời sử dụng còn khá cao, một phần vì số lợng nhà sản xuất không nhiều Bên cạnh đó, chính khả năng linh hoạt (flexibility) của WiMax khiến cho việc chuẩn hoá thiết bị khó đồng nhất 6

1.1.2 Đặc điểm mạng khụng dõy băng rộng WiMax 6

1.1.3 Vài nột về những mạng khụng dõy đang tồn tại 7

1.1.4 Một số chuẩn của cụng nghệ khụng dõy băng rộng 10

Hỡnh 1.2 Chuẩn khụng dõy toàn cầu 11

Hỡnh 1.3 Sự phỏt triển của chuẩn 802 11

* Một số chuẩn Wimax đầu tiờn 11

Hỡnh 1.4 OFDM với 9 súng mang con 13

Hỡnh 1.5 Cấu hỡnh di động chung của 802.16e 14

1.2 Khỏi niệm băng rộng 14

1.2.1 Khỏi niệm băng thụng rộng 14

1.2.2 Giới thiệu cỏc chuẩn IEEE 802.16 17

Hỡnh 1.6 Mụ hỡnh rạng Wimax 18

Hỡnh 1.7 Đặc điểm cụng nghệ Wimax 18

Hỡnh 1.8 Lịch sử phỏt triển cỏc chuẩn 802.16 20

* Một số chuẩn 802.16 20

Hỡnh 1.9 Kiến trỳc mạng-MMR thụng qua Wimax thụng thường 24

1.3 Đặc điểm của băng rộng 24

1.3.1 Đặc điểm Fixed băng rộng 24

Hình 1.10 Mô hình mạng Wimax cố định 25

1.3.2 Đặc điểm Mobile băng rộng 26

Hình 1.11 Mô hình ứng dụng Wimax di động 26

1.4 Mô tả lớp PHY và MAC 27

1.4.1 Chuẩn 802.16-2004 27

Hình 1.12 Cấu trúc khung TDD 28

Hình 1.13 Cấu trúc khung con hướng xuống 28

Hình 1.14 Cấu trúc khung con hướng xuống FDD 30

1.4.2 Chuẩn 802.16e 32

Hình 1.16 Sơ đồ khối chức năng lớp MAC 33

Hình 1.17 Quá trình mã hóa bảo mật trong Chuẩn 802.16 35

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG MẠNG BĂNG RỘNG VÀ WIMAX 36

2.1 Lịch sử phát triển kỹ thuật OFDM 36

2.2 Nguyªn lý trùc giao trong OFDM: 37

Hình 2.1 Các từ mã đan xen và kết quả 43

Hình 2.2 Dữ liệu vào và ra của khối Interleaving 43

2.3 Kỹ thuật điều chế OFDM 43

Hình 2.3 Quá trình điều chế 16-QAM 46

Hình 2.4 Biểu đồ IQ tại phía phát 47

Hình 2.5 Biểu đồ IQ tại phía thu 48

2.3.1 Thuật biến đổi DFT và thuật toán FFT 48

2.3.2 Tính trực giao 51

Hình 2.6 Bộ giản điều chế 51

Hình 2.7 Bổ sung khoảng bảo vệ cho tín hiệu OFDM 54

2.4 Giới hạn băng thông OFDM và cửa sổ 59

Hình 2.8 Dạng sóng theo thời gian của tín hiệu OFDM (3 symbol) 60

Hình 2.10 Phổ của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ 60

Hình 2.11 Phổ của tín hiệu OFDM 1536 tải phụ không có hạn chế băng thông 61

Hình 2.12: SNR hiệu dụng như là hàm của độ lệch thời gian của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ được lọc băng thông Khoảng bảo vệ trong hình này bằng 50% thời gian symbol toàn phần (độ dài khoảng bảo vệ bằng thời gian symbol có ích) .62

Hình 2.13: Biểu diễn ảnh hưởng của méo do tín hiệu 2-tone 63

Hình 2.14: Phổ của tín hiệu OFDM có cắt méo Tín hiệu OFDM có 100 tải phụ, có băng thông giới hạn khi dùng lọc FIR trước khi méo được áp dụng 64

Hình 2.15: Sự gia tăng mở rộng phổ như hàm của OBO 65

Hình 2.16: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc phức khi dùng kỹ thuật tương tự 65

Hình 2.17: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc khi dùng kỹ thuật số (DDS: Direct Digital Synthesis: tổng hợp số trực tiếp) 66

Hình 2.18: Dịch tín hiệu OFDM khỏi DC 67

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG WIMAX OFDM TRONG MATLAB 67

3.1 Mô hình kết nối tổng quát 67

Hình 3.1: Sơ đồ khối thu phát OFDM 68

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM cơ bản 68

3.2 Mô phỏng quá trình điều chế OFDM: 69

3.2.1 Sử dụng matlab: 69

Hình 3.3: Mô phỏng sự phát tín hiệu OFDM 69

Hình 3.4: Đáp ứng thời gian của tín hiệu các sóng mang tại điểm (B) 70

Hình 3.5: Đáp ứng tần số của tín hiệu 70

các sóng mang tại điểm (B) 70

Hình 3.6: Dạng xung g(t) 72

Hình 3.7: Đáp ứng bộ lọc D/A 72

Hình 3.8: Đáp ứng thời gian của tín hiệu U tại điểm (C) 74

Hình 3.9: Đáp ứng tần số của tín hiệu U tại điểm (C) 74

Hình 3.10: Đáp ứng thời gian của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4 74

Hình 3.11: Đáp ứng tần số của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4 và IFFT Điểm B .74 tín hiệu UOFT tại điểm (D) 74

Hình 3.13: Đáp ứng tần số của tín hiệu UOFT tại điểm (D) 74

Hình 3.14: Mô phỏng sự thu OFDM 75

Hình 3.15: Đáp ứng thời gian của 76

Hình 3.16: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_tilde tại điểm (F) 76

Hình 3.17: Đáp ứng thời gian của tín hiệu r_info tại điểm (G) 76

Hình 3.18: Đáp ứng tấn số của tín hiệu r_info tại điểm (G) 76

Hình 3.19: Đáp ứng thời gian của 76

Hình 3.20: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_data tại điểm (H) 76

Hình 3.21: Chòm điểm info_h 77

Hình 3.22: Chòm điểm a_hat 77

3.2.2 Một số ứng dụng của công nghệ OFDM : 77KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79TAI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MôC C¸C Ký HIÖU, C¸C CH÷ viÕt t¾t

3G 3rd Generation (of Mobile networks)

AAA Authentication, Authorization and Accounting

AES Advanced Encryption Standard

ARQ Automatic Repeat Request

ATM Asynchronous Transfer Mode

BPSK Binary Phase Shift Keying

BSIDU Base Station Indoor Unit

BSIDU Base Station Outdoor Unit

BWA Broadband Wireless Access

CDMA Code Division Multiple Access

CPE Customer Premise Equipment

CSMA/CA CSMA with Collision Avoidance

DFS Dynamic Frequency Selection

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution

FBWA Fixed Broadband Wireless Access

FDD Frequency Division Duplex

FSK Frequency Shift Keying

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio Service

GPSS Grant per Subcriber Station

GSM Global System for Mobile Communications

Hiper -LAN High Performance LAN

HLR Home Location Register

HMAC Hashed Message Authentication Code

HPLMN Home Public Land Mobile Network

IEEE Institute of Electrical and Electronic EngineersIMS IP Multimedia Subsystem

ISM Industry Science Medicine

ISO International Organization for Standardization

LLC Logical Link Control (layer)

MAN Metropolitan Area Network

MIMO Multiple-Input, Multiple-Output

MPDU MAC Protocol Data Unit

MSDU MAC Service Data Unit

nrtPS non-real time Polling Service

OFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple AccessPDA Personal Digital Assistance

PHS Payload Header Suppression

PMP Point-to-multipoint

PSS Portable Subcriber Station

PSTN Public Switched Telephone Network

PVC Permanent Virtual Circuit

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

RADIUS Remote Authentication Dial-in user service

RNC Radio Network Controller

rtPS real-time Polling Service

SGSN Serving GPRS Support Node

SNMP Simple Network Management Protocol

SOFDM Scalable Orthogonal Frequency Division MultiplexingSPVC Soft Permanent Virtual Circuit

SVC Switched Virtual Circuit

TCP Transmission Control Protocol

TDD Time Division Duplexing

TDES Triple Data Encryption Standard

TDM Time Division Multiplexing

TDMA Time Division Multiple Access

TEK Traffic Encryption Key

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

UNI User-Network Interface

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

UWB Ultra Wireless Broadband

VPLMN Visited Public Land Mobile Network

WEP Wire Encryption Protocol

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave AccessWLAN Wireless Local Area Network

WMAN Wireless Metropolitan Area Network

DANH MôC C¸C B¶NG

Bảng 1.1: Các kiểu truy nhập trong Wimax 12

Bảng 1.2 Độ dài khung vật lý 27

Bảng 1.3 Tốc độ baud và độ rộng kênh 32

Bảng 2.1: Giá trị điện áp đầu ra ứng với giá trị bit ngõ vào của bộ chuyển đổi 2 mức thành 4 mức 46

Bảng 2.2: Giá trị điện áp ngõ ra ứng với giá trị bít ngõ vào của bộ điều chế 16-QAM.47 DANH MôC C¸C H×NH VÏ, §å THÞ Hình 1.1 Yêu cầu băng thông đối với các thiết bị 5

Hình 1.2 Chuẩn không dây toàn cầu 11

Hình 1.3 Sự phát triển của chuẩn 802 11

Hình 1.4 OFDM với 9 sóng mang con 13

Hình 1.5 Cấu hình di động chung của 802.16e 14

Hình 1.6 Mô hình rạng Wimax 18

Hình 1.7 Đặc điểm công nghệ Wimax 18

Hình 1.8 Lịch sử phát triển các chuẩn 802.16 20

Hình 1.9 Kiến trúc mạng-MMR thông qua Wimax thông thường 24

Hình 1.10 Mô hình mạng Wimax cố định 25

Hình 1.11 Mô hình ứng dụng Wimax di động 26

Hình 1.12 Cấu trúc khung TDD 28

Hình 1.13 Cấu trúc khung con hướng xuống 28

Hình 1.14 Cấu trúc khung con hướng xuống FDD 30

Hình 1.16 Sơ đồ khối chức năng lớp MAC 33

Hình 1.17 Quá trình mã hóa bảo mật trong Chuẩn 802.16 35

Hình 2.1 Các từ mã đan xen và kết quả 43

Hình 2.2 Dữ liệu vào và ra của khối Interleaving 43

Hình 2.3 Quá trình điều chế 16-QAM 46

Hình 2.4 Biểu đồ IQ tại phía phát 47

Hình 2.5 Biểu đồ IQ tại phía thu 48

Hình 2.6 Bộ giản điều chế 51

Hình 2.7 Bổ sung khoảng bảo vệ cho tín hiệu OFDM 54

Hình 2.8 Dạng sóng theo thời gian của tín hiệu OFDM (3 symbol) 60

Hình 2.10 Phổ của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ 60

Hình 2.11 Phổ của tín hiệu OFDM 1536 tải phụ không có hạn chế băng thông 61

Hình 2.12: SNR hiệu dụng như là hàm của độ lệch thời gian của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ được lọc băng thông Khoảng bảo vệ trong hình này bằng 50% thời gian symbol toàn phần (độ dài khoảng bảo vệ bằng thời gian symbol có ích) 62

Hình 2.13: Biểu diễn ảnh hưởng của méo do tín hiệu 2-tone 63

Hình 2.14: Phổ của tín hiệu OFDM có cắt méo Tín hiệu OFDM có 100 tải phụ, có băng thông giới hạn khi dùng lọc FIR trước khi méo được áp dụng 64

Hình 2.15: Sự gia tăng mở rộng phổ như hàm của OBO 65

Hình 2.16: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc phức khi dùng kỹ thuật tương tự 65

Hình 2.17: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc khi dùng kỹ thuật số (DDS: Direct Digital Synthesis: tổng hợp số trực tiếp) 66

Hình 2.18: Dịch tín hiệu OFDM khỏi DC 67

Hình 3.1: Sơ đồ khối thu phát OFDM 68

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM cơ bản 68

Hình 3.3: Mô phỏng sự phát tín hiệu OFDM 69

Hình 3.4: Đáp ứng thời gian của tín hiệu các sóng mang tại điểm (B) 70

Hình 3.5: Đáp ứng tần số của tín hiệu 70

các sóng mang tại điểm (B) 70

Hình 3.6: Dạng xung g(t) 72

Hình 3.7: Đáp ứng bộ lọc D/A 72

Hình 3.8: Đáp ứng thời gian của tín hiệu U tại điểm (C) 74

Hình 3.9: Đáp ứng tần số của tín hiệu U tại điểm (C) 74

Hình 3.10: Đáp ứng thời gian của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4 74

Hình 3.11: Đáp ứng tần số của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4 và IFFT Điểm B 74

tín hiệu UOFT tại điểm (D) 74

Hình 3.13: Đáp ứng tần số của tín hiệu UOFT tại điểm (D) 74

Hình 3.14: Mô phỏng sự thu OFDM 75

Hình 3.15: Đáp ứng thời gian của 76

Hình 3.16: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_tilde tại điểm (F) 76

Hình 3.17: Đáp ứng thời gian của tín hiệu r_info tại điểm (G) 76

Hình 3.18: Đáp ứng tấn số của tín hiệu r_info tại điểm (G) 76

Hình 3.19: Đáp ứng thời gian của 76

Hình 3.20: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_data tại điểm (H) 76

Hình 3.21: Chòm điểm info_h 77

Hình 3.22: Chòm điểm a_hat 77

Lời nói đầu

Ngày nay, với xu thế phỏt triển của hệ thống mạng mỏy tớnh, sự xuất hiệnInternet băng rộng đó giỳp cho việc trao đổi thụng tin trở nờn nhanh chúng, dờ̃ dàng.Với địa hỡnh đất nước ta ắ là đồi nỳi, việc truyền thụng tin đi và đến trong mụi trườngnhư vậy gặp rất nhiều khú khăn, Wimax ra đời là mục tiờu và cũng là xu thế phỏt triểncủa đất nước ta từ 2,5G lờn đến 3G rồi lờn đến 4G Cỏc giao dịch với cỏc vựng sõu và

xa, cỏc vựng đồi nỳi sẽ chủ yếu sử dụng cỏc mạng khụng dõy băng rộng

Vỡ là mạng mỏy tớnh, được truyền trong mụi trường băng rộng với khoảng cỏch

xa và địa hỡnh phức tạp do vậy một kỹ thuật truyền tin được sử dụng đú là kỹ thuậtđiều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) OFDM là kỹ thuậtghộp kờnh phõn chia tần số trực giao cho phộp chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành cỏcluồng dữ liệu tốc độ thấp, truyền trờn nhiều súng mang trực giao nhau

Trong kỹ thuật ghộp kờnh phõn chia tần số trực giao OFDM, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành cỏc luồng con song song với tốc độ giảm và mỗi luồng con được điều chế và ký hiệu tăng sẽ cải thiện khả năng chống lại trờ̃ lan truyền của OFDM

Công nghệ WiMAX dùng sóng vô tuyến trong xây dựng giải pháp mạng hiện

đại Với giá thành và tính ổn định cao, giải pháp mạng không dây WiMAX sẽ là mộttrong những xu hớng tất yếu để mở rộng, và thay thế dần hệ thống mạng LAN truyềnthống sử dụng kết nối cáp, WiMAX hỗ trợ cho nhiều thiết bị ứng dụng dựa trên chuẩnTCP/IP và việc kết nối mạng đợc thực hiện bất cứ nơi đâu trong vùng phủ sóng Đồngthời, một trạm phát sóng có thể cho phép hỗ trợ nhiều kết nối cũng nh thiết bị truy xuất

Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng viễn thông sẽ giúp choviệc sử dụng và kết nối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đốivới những nơi hẻo lánh xa xôi mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn Đồng thời nócũng góp phần thu hẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc tiếp cậnthông tin

Với những lẽ đú nghiờn cứu kỹ thuật điều chế OFDM và thử nghiệm sử dụngtrong mạng băng thụng rộng ở nước ta Với sự chỉ bảo tận tình của PGS.TS Lờ Bỏ

Dũng, cũng nh sự nỗ lực học hỏi, nghiên cứu của bản thân, tôi đã chọn đề tài : “Kỹthuật OFDM và ỨNG DỤNG TRONG CÁC MẠNG BĂNG RỘNG” Cấu trúc luậnvăn tốt nghiệp gồm 3 chơng:

Chương 1: Giới thiệu cụng nghệ, cấu trỳc phõn tầng trong mạng khụng dõy băng rộng

và wimax Một số khỏi niệm và ứng dụng của mạng khụng dõy băng rộng và wimax

Mụ tả lớp PHY và lớp MAC

Chương 2 Kỹ thuật điều chế OFDM trong mạng băng rộng và wimax Giới thiệu về

lịch sử phỏt triển OFDM Nguyờn lý trực giao và thu phỏt tớn hiệu trong OFDM

Chương 3: Mễ HèNH Mễ PHỎNG WIMAX OFDM TRONG MATLAB.

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Bá Dũng đã ớng dẫn và chỉ bảo tận tình để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này Tuy đã có nhiều

h-cố gắng nhng do kiến thức, kinh nghiệm thực tế và thời gian còn nhiều hạn chế, bảnluận văn tốt nghiệp này cũng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đợc sựgóp ý, chỉ bảo của các thầy cô và tất cả các độc giả để tôi hoàn thiện hơn vốn kiến thứccủa mình

Tôi xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CễNG NGHỆ, CẤU TRÚC PHÂN TẦNG TRONG

MẠNG KHễNG DÂY BĂNG RỘNG VÀ WIMAX1.1 Tổng quan về mạng khụng dõy băng rộng

Trong những năm gần đây công nghệ viễn thông đã có sự phát triển bùng nổ đặcbiệt là trong lĩnh vực băng rộng và không dây Theo thống kê của ITU, trên thế giớidịch vụ di động đã có sự tăng trởng mạnh từ khoảng 11 triệu thuê bao năm 1990 đếnnăm 2005 đã vợt ngỡng 2 tỷ thuê bao Cùng thời gian này, Internet cũng đã đạt tớikhoảng 1 tỷ ngời sử dụng Sự phát triển nhanh chóng của Internet dẫn tới một nhu cầu

đòi hỏi các dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao Chính điều này thúc đẩy sự hợp táctrong việc phát triển băng rộng một cách song song Ngời sử dụng băng rộng thấy đợcnhững thay đổi đáng kinh ngạc trong phơng thức chia sẻ thông tin, quản lý kinh doanh

và tìm kiếm thông tin giải trí Truy cập băng rộng không chỉ cung cấp khả năng lớt webnhanh hơn, tải file tốn ít thời gian hơn mà nó còn cho phép nhiều ứng dụng đa phơngtiện nh: audio thời gian thực, luồng video, hội nghị đa phơng tiện và trò chơi tơng tác.Các kết nối băng rộng cũng đợc dùng cho dịch vụ thoại sử dụng kỹ thuật thoại quaInternet Rất nhiều hệ thống truy nhập băng rộng đã xuất hiện phục vụ các ứng dụng

đòi hỏi băng thông lớn nh các đờng dây thuê bao số tốc độ cao (VDSL), cáp quang tớinhà khách hàng (FTTH) Trong tơng lai di động băng rộng sẽ cung cấp một thế giới di

động băng rộng bằng cách phát triển các mạng vùng đô thị có giá cạnh tranh, hỗ trợ

ng-ời sử dụng đầu cuối (máy tính xách tay, thiết bị cầm tay) có thể di động dễ dàng trongkhi vẫn truy nhập đợc với tốc độ cao Ứng dụng OFDM vào các mạng băng rụ̣ng vàWimax đợc thiết kế để phục vụ cả các ứng dụng băng rộng không dây cố định và di

động

1.1.1 Các khái niệm về mạng không dây băng rộng – Wimax và ứng dụng của wimax.

a Các khái niệm về mạng không dây băng rộng

Hệ thống băng thông (system bandwidth) càng rộng thì tốc độ (băng thôngdigital) càng cao Băng thông digital đo lường lượng thông tin có thể truyền đi nơi nàyđến nơi khác trong một lượng thời gian cho trước Đơn vị cơ bản để đo lường băngthông digital là bit/giây (bit per second-bps).

Hệ thống băng rộng và hẹp:

Các hệ thống không dây có thể được phân loại dựa theo cấu trúc của chúngthuộc dạng băng thông hẹp hay băng thông rộng Các hệ thống băng thông hẹp hỗtrợ đường truyền tốc độ thấp, trong khi đó hệ thống băng thông rộng hỗ trợ đườngtruyền tốc độ cao Một hệ thống được xác định là thuộc băng thông hẹp hay băng thôngrộng phụ thuộc vào độ rộng dải tần của kênh truyền vật lý mà nó hoạt động

Độ rộng dải tần của kênh hệ thống được đánh giá dựa theo độ rộng dải tần cốkết Độ rộng dải tần cố kết được định nghĩa là: "dải tần số trong đó tất cả các tần sốchịu ảnh hưởng như nhau bởi việc giảm âm do hiện tượng nhiễu đường truyền" Các

hệ thống hoạt động với các kênh dẫn nhỏ hơn nhiều so với độ rộng dải tần cố kết đượcgọi là hệ thống băng thông hẹp Các hệ thống băng thông rộng hoạt động với các kênhrộng hơn nhiều so với độ rộng dải tần cố kết Trong các hệ thống băng thông hẹp, tất cảcác thành phần của tín hiệu bị ảnh hưởng như nhau bởi quá trình truyền nhiều đườngdẫn Theo đó, mặc dù với những biên độ khác nhau nhưng tín hiệu băng thông hẹpnhận được cũng cần phải giống với tín hiệu băng thông hẹp truyền đi Trong các hệthống băng thông rộng, các tần số khác nhau của tín hiệu có thể chịu tác động khácnhau bởi hiện tượng giảm âm Do đó, các hệ thống băng thông hẹp chịu ảnh hưởng củaviệc giảm âm có chọn lọc, trong khi đó hệ thống băng thông rộng không chịu ảnhhưởng của việc giảm âm có chọn lọc Băng thông rộng có độ rộng dải tần hơn 1 MHz

và hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu từ 1,5Mbps

Nguån: Motorola

Hình 1.1 Yêu cầu băng thông đối với các thiết bị

Tại Nhật Bản, liên minh SoftBank - Motorola hiện đang triển khai WiMax di

động trên dải tần 2,5 GHz từ tháng 9/2006 Trong khi đó, một đợt thử nghiệm côngnghệ với quy mô lớn cũng đang diễn ra tại Nga Hãng thiết bị công nghệ Avalcom vàAperto ở nớc đã kết hợp với nhiều nhà cung cấp dịch vụ để thực hiện thực hoá dự án tạinhiều khu vực nh Moscow, Siberia

Wimax tại Việt Nam và cơ hội đón đầu

Sau khi Công ty điện toán và truyền số liệu VDC triển khai thành công điểm truycập Wi-Fi tại Đại học Thủy Lợi vào năm 2003, hàng loạt các quán cafe kết nối internetkhông dây phạm vi hẹp đã mọc lên ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên, dotốc độ truy cập và khả năng phủ sóng còn hạn chế nên khi WiMax đợc giới thiệu, ngời

sử dụng Việt Nam đã tỏ ra rất quan tâm đến công nghệ mới này

Tuy nhiên, WiMax là công nghệ hoàn toàn mới ở Việt Nam, hệ thống phải đợc

đầu t xây dựng mới toàn bộ Còn mạng thông tin di động lại có sẵn cơ sở hạ tầng đểtriển khai dịch vụ kết nối Internet không dây Hiện cha có số liệu nào so sánh sự giữakinh phí thiết lập WiMax với việc nâng cấp mạng di động để triển khai Internet tốc độcao

Một "điểm yếu" khác của WiMax là giá thiết bị đầu cuối cho ngời sử dụng cònkhá cao, một phần vì số lợng nhà sản xuất không nhiều Bên cạnh đó, chính khả nănglinh hoạt (flexibility) của WiMax khiến cho việc chuẩn hoá thiết bị khó đồng nhất

1.1.2 Đặc điểm mạng khụng dõy băng rộng WiMax

Wimax đã đợc thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với các loại triểnkhai truy nhập có dây truyền thống nh:

- Backhaul Sử dụng các anten điểm - điểm để nối nhiều hotspot với nhau và đếncác trạm gốc qua những khoảng cách dài (đờng kết nối giữa điểm truy nhập WLAN vàmạng băng rộng cố định)

- Last mile Sử dụng các anten điểm - đa điểm để nối các thuê bao thuộc nhà riênghoặc doanh nghiệp tới trạm gốc

- Cấu trúc mềm dẻo của Wimax: Wimax hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm

điểm - đa điểm, công nghệ luwois (mesh) và phủ sóng khắp mọi nơi Điều khiển truycập – MAC) phơng tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm - đa điểm và dịch vụ rộng khắp bởi lậplịch một khe thời gian cho mỗi trạm di động (MS) Nếu có duy nhất một MS trongmạng, trạm gốc (BS) sẽ liên lạc với MS trên cơ sở điểm - điểm Một BS trong một cấu

hình điểm - điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xahơn.

- Chất lợng dịch vụ QoS: WiMax có thể đợc tối u động đối với hỗn hợp lu lợng sẽ

đợc mang Có 4 loại dịch vụ đợc hỗ trợ: dịch vụ hỏi vòng không thời gian thực (nrtPS),

nỗ lực tốt nhất (BE)

- Triển khai nhanh: So sánh với triển khai các giả pháp có dây, WiMax yêu cầu íthoặc không có bất cứ sự xây dựng thiế lập bên ngoài Ví dụ, đào hố để tạo rãnh các đ-ờng cáp thì không yêu cầu Các nhà vận hành mà đã có đợc các đăng ký để sử dụngmột trong các dải tần đăng ký, hoặc dự kiến sử dụng một trong các dải tần không đăng

ký, không cần đệ trình các ứng dụng hơn nữa cho chính phủ

- Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS đợc phân phát nói chung dựa vào sự thỏathuận mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và ngời sử dụng cuối cùng Chitiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau tới các thêu baokhác nhau, thậm chí tới những ngời dùng khác nhau sử dụng cùng MS Cung cấp truynhập băng rộng cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lợng cáp đồngthì kém hoặc đa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi

mà các nhân tố công nghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức

- Tính tơng thích: Wimax dựa vào quốc tế, các chuẩn không có tính chất rõ rệtnhà cung cấp, tạo ra sự dễ dàng đối với ngời dùng cuối cùng để truyền tải và sử dụng

MS của học ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Tínhtơng thích bảo vệ sự đầu t của một nhà vận hành ban đầu vì nó có thể chọn lựa thiết vị

từ các nhà đại lý thiết bị, và nó sẽ tiếp tục đa chi phí thiết bị xuống khi có một sự chấpnhận đa số

1.1.3 Vài nột về những mạng khụng dõy đang tồn tại

Hai chỉ tiờu kỹ thuật cơ bản để phõn loại mạng khụng dõy là phạm vi phủ súng

và giao thức bỏo hiệu Trờn cơ sở phạm vi phủ súng chỳng ta cú 4 loại mạng sau:

 Mạng cỏ nhõn khụng dõy (Wireless Personal Area Network - WPAN)

 Mạng cục bộ khụng dõy (Wireless Local Area Network - WLAN)

 Mạng đụ thị khụng dõy (Wireless Metropolitian Area Network - WMAN)

 Mạng diện rộng khụng dõy (Wireless Wide Area Network - WWAN)

WPAN (Wireless Personal Area Network)

Mạng các nhân là một mạng dữ liệu được sử dụng để truyền thông giữa các thiết

bị dữ liệu ở gần một người Phạm vi của mạng các nhân khoảng vài mét, thông thườngnhỏ hơn 10m, mặc dù vài công nghệ WPAN có thể lớn hơn Ví dụ công nghệ WPAN

là Bluetooth, UWB và Zigbee

WLAN (Wireless Local Area Network)

Mạng cục bộ là mạng được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị dữ liệu như:máy tính, điện thoại, máy in và các thiết bị số phụ trợ cá nhân Mức độ bao phủ củamạng này tương đối nhỏ, như một ngôi nhà, một văn phòng hay một khu trường sở(hoặc một phần trường sở) Phạm vi của mạng cục bộ khoảng 100m Hiện nay hầu hếtcác mạng LAN không dây WiFi

WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)

Mạng đô thị là mạng dữ liệu có độ bao phủ lên tới vài km, điển hình là một cơquan lớn hoặc 1 công ty Ví dụ, một trường đại học có thể có 1 mạng diện rộng vớinhiều mạng LAN ở xung quanh vị trí đó, mỗi mạng LAN cách nhau khoảng 1/2 km2.Sau đó từ mạng diện rộng của trường đại học này có thể liên kết tới các diện rộng kháctạo thanh mạng đô thị Mạng WiMAX cố định có thể được xem xét như là mạng đô thịkhông dây

WWAN (Wireless Wide Area Network)

Mạng diện rộng là mạng dữ liệu bao phủ một vùng địa lý rộng, lớn như là hànhtinh Các mạng diện rộng dựa trên sự kết nối của các mạng LAN, cho phép người sửdụng ở một vị trí truyền thông với những người sử dụng ở vị trí khác Điển hình, mộtmạng diện rộng bao gồm một số nút chuyển quan hệ nối liền nhau Sự kết nốinày được tạo ra bằng cách sử các đường thuê bao và các phương thức chuyển mạch vàchuyển đổi gói tin Mạng diện rộng được sử dụng phổ biến hiện nay là mạng Internet.Các ví dụ khác là 3G và các mạng WiMAX không dây, là các mạng diện rộng khôngdây Các mạng không dây thường có tỷ lệ dữ liệu nhỏ hơn các mạng LAN

Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng với công nghệ Wimax trớc tiên triển khai ở

2 thành phố lớn là Hà Nội và TP HCM Mạng cáp quang cho 2 thành phố này đợc triểnkhai cùng thời gian với việc cung cấp dịch vụ IPTV và Game Toàn bộ dự án đợc chialàm 2 giai đoạn, trớc tiên triển khai tại Hà Nội và sau là TP HCM Giai đoạn 1, đề xuấttriển khai hệ thống mạng Wimax tại Hà Nội, VTC và ZTE thống nhất tập trung vào 3vấn đề sau: mạng truy nhập không dây, mạng truyền dẫn cáp quang trong thành phố vàthiết bị đầu cuối IPTV

Hệ thống Wimax trên tập trung cung cấp các dịch vụ IP và VoIP Các thiết bịchính yêu cầu bao gồm mạng phân bổ nội dung (CDN), hệ thống thanh toán và thiết bị

đầu cuối, ZTE đề nghị VTC cung cấp dịch vụ IPTV trên mạng truy nhập ADSL khôngdây Giải pháp đề xuất ở đây, Wimax CPE với cổng POTS đợc sử dụng để cung cấp chocả dịch vụ truy nhập Internet và VoIP Hệ thống Wimax có thể truyền dẫn trong suốtgói tin IP và có thể cung cấp các loại hình dịch vụ IP khác nhau với những thông lợngdữ liệu khác nhau

Thời điểm đầu tổng lu lợng của mạng có thể không lớn, khi số lợng thuê bao giatăng, hệ thống mạng có thể đáp ứng bằng cách nâng cấp lắp đặt thêm CPE, tăng sốSector và BS Điều này làm giảm chi phí, bảo vệ nguồn vốn đầu t và tránh đợc rủi ro

• Các loại hình dịch vụ

Bốn loại hình dịch vụ VTC cung cấp đợc miêu tả chi tiết dới đây (tơng ứng theo

đó là cấu trúc mạng và các thiết bị đề xuất để triển khai):

(1) Truy nhập internet: Mạng có thể cung cấp dịch vụ này bằng cách đặt CPE ở

ngời sử dụng đầu cuối và đặt BS ở mạng lõi CPE có thể kết nối đến thuê bao qua cổngethernet của bộ chuyển mạch hoặc kết nối trực tiếp đến ngời sử dụng đầu cuối qua cổng10/100 Base-T BS và mạng lõi kết nối bằng cổng IP ở đây Wimax hoạt động nh thuêbao ADSL không dây Tình huống đặt ra nh sau, mỗi thuê bao truy nhập internet có băngthông 128kbps Tiếp theo ta phải tính đến hệ thống tính cớc, hệ thống quản lý mạng(NMS) với những luồng thông tin tĩnh tới máy chủ lõi AAA và máy chủ Billing

(2) Dịch vụ VoIP: Có 2 giải pháp sau có thể cung cấp dịch vụ VoIP Giải pháp

thứ nhất dựa trên nền giao thức H.323 cho cả IAD trong mạng truy nhập và GatewayGatekeeper trong mạng lõi Giải pháp này đợc sử dụng khi VTC cần cung cấp dịch vụcho một nhóm nhỏ ngời sử dụng VoIP và không cần nâng cấp mở rộng thêm số ngời sửdụng Giải pháp thứ hai là NGN + Wimax dựa trên nền chuẩn SIP, có thể nâng cấp mởrộng trong tơng lai ở giải pháp này, Switch mềm và TG đợc kết nối với mạng lõi

Wimax CPE đợc tích hợp với IAD đợc đặt trong mạng truy nhập Giả pháp thứ 2, NGN+ Wimax, đợc ZTE đề xuất cho thành phố Hà Nội và VTC có thể mở rộng cho số lợnglớn ngời sử dụng VoIP ở phía ngời sử dụng, Wimax CPE có thể trực tiết kết nối tới ng-

ời sử dụng bằng cổng POST hoặc kết nối đến tổng đài nội bộ PBX để truy nhập chonhiều ngời sử dụng Switch mềm và TG là những thiết bị chính để sử dụng dịch vụ nàyhoặc để dùng cho ngời sử dụng VoIP gọi đến ngời sử dụng dịch vụ điện thoại truyềnthống

(3) IPTV, VoD và Game: Dịch vụ này đợc chạy trên nền các giao thức đặc biệt

nh IGMP, RTSP,…Về mặt lý thuyết, hệ thống Wimax trong suốt trong môi trờng truyềndẫn gói tin IP và dịch vụ đó sẽ đợc cung cấp nếu hệ thống mạng có đủ băng thông Nh-

ng các giao thức trên có độ tin cậy cao và không có mạng không dây nào có thể cungcấp đợc loại hình dịch vụ này Thực tế, IPTV và VoD chỉ có thể cung cấp dịch vụ chất l-ợng trên công nghệ ADSL và không có phơng thức truyền dẫn khác nh FTTH hay mạngkhông dây có thế đáp ứng đợc

1.1.4 Một số chuẩn của cụng nghệ khụng dõy băng rộng

Kĩ thuật IEEE 802.16 BWA, với đớch hướng tới truy nhập vi ba tương thớch toàncầu để cung cấp một giải phỏp BWA chuẩn Ủy ban chuẩn IEEE đó tiến hành nghiờncứu về nhúm chuẩn 802.16 từ năm 1999, chuẩn bị cho việc phỏt triển cỏc mạng MANkhụng dõy toàn cầu, thường được gọi là WirelessMAN Nhúm chuẩn IEEE 802.16, làmột khối chuẩn của Ủy ban cỏc chuẩn IEEE 802 LAN/MAN, chịu trỏch nhiệm về cỏcđặc điểm kĩ thuật của nhúm chuẩn 802.16 Đặc biệt, IEEE 802.16 cũn tiếp tục đưa racỏc giải phỏp và mở rộng dung lượng để hỗ trợ tài nguyờn và phỏt triển Wimax Hệthống IEEE 802.16e được gọi là Mobile Wimax, đõy là chuẩn mà cú thờm cỏc người sửdụng di động vào trong hệ thống IEEE 802.16 ban đầu [E8]

Hình 1.2 Chuẩn không dây toàn cầu

Sau đây là một vài chuẩn IEEE 802.16 cụ thể:

 Chuẩn 802.16d-2004

 Chuẩn 802.16e-2005

 Một số chuẩn khác:802.16f, 802.16g, 802.16h, 802.16i, 802.16j, 802.16k

Hình 1.3 Sự phát triển của chuẩn 802.

* Một số chuẩn Wimax đầu tiênWimax là một công nghệ truy nhập không dây băng rộng mà hỗ trợ truy nhập cốđịnh, lưu trú, xách tay và di động Để có thể phù hợp với các kiểu truy nhập khác nhau,hai phiên bản chuẩn dùng Wimax đã được đưa ra Phiên bản đầu tiên IEEE 802.16d-

2004 sử dụng OFDM, tối ưu hóa truy nhập cố định và lưu trú Phiên bản hai IEEE802.16e-2005 sử dụng SOFDMA hỗ trợ khả năng xách tay và tính di động [E10][E11]

Bảng 1.1: Các kiểu truy nhập trong Wimax

Chuẩn đầu tiên của Wimax Forum CERTIFIED được áp dụng vào cuối năm

2005 và sẽ là chuẩn cho các dịch vụ băng rộng không dây trên nền IP đầu tiên cho cảtruy nhập cố định và bán cố định cho các ứng dụng PTP và MTP Hỗ trợ cho tính dichuyển và di động sẽ đưa ra sau đó trong một chương trình chứng nhận riêng WimaxForum chứng nhận chuẩn đầu tiên hỗ trợ tính di động vào đầu năm 2007, các mạng đầutiên sẽ được triển khai ngay trong năm này [E6]

Trong đó, OFDM thêm đặc điểm trực giao vào FDM đa sóng mang Trực giaonghĩa là không gây ra nhiễu lên nhau Trong OFDM các sóng mang con được thiết kế

để trực giao Điều này cho phép các sóng mang con chồng lên nhau và tiết kiệm băngtần Do đó, OFDM đạt được cả tốc độ dữ liệu cao và hiệu suất trải phổ cao OFDMAcho phép nhiều người dùng truy nhập các sóng mang con cùng một lúc Ở mỗi đơn vịthời gian, tất cả các người dùng có thể truy nhập Việc ấn định các sóng mang con chomột người dùng có thể thay đổi ở mỗi đơn vị thời gian Trong OFDM-TDMA vàOFDMA, số lượng sóng mang con thường được giữ bằng nhau với phổ có sẵn Số sóngmang con không thay đổi dẫn đến không gian sóng mang con thay đổi trong các hệthống khác nhau Điều này làm cho việc chuyển giao giữa các hệ thống gặp khó khăn

Ngoài ra, mỗi hệ thống cần một thiết kế riêng và chi phí cao OFDMA theo tỉ lệ SOFDMA) giải quyết các vấn đề này bằng cách giữ cho không gian sóng mang conkhông thay đổi Nói cách khác, số sóng mang con có thể tăng hoặc giảm với nhữngthay đổi trong một băng tần cho trước Ví dụ, nếu một băng tần 5MHz được chia thành

(-512 sóng mang con, một băng tần 10MHz sẽ được chia thành 1024 sóng mang con

Hình 1.4 OFDM với 9 sóng mang con a) Chuẩn IEEE 802.16d-2004

Chuẩn IEEE 802.16d-2004 hỗ trợ truyền thông LOS trong dải băng từ 66GHz và NLOS trong dải băng từ 2-11GHz Chuẩn này cũng tập trung hỗ trợ các ứngdụng cố định và lưu trú Hai kỹ thuật điều chế đa sóng mang hỗ trợ cho 802.16d-2004

11-là OFDM 256 sóng mang và OFDMA 2048 sóng mang

Các đặc tính của Wimax dựa trên 802.16d-2004 phù hợp với các ứng dụng cốđịnh, trong đó sử dụng các anten hướng tính, bởi vì OFDM ít phức tạp hơn so vớiSOFDMA Do đó, các mạng 802.16-2004 có thể được triển khai nhanh hơn, với chi phíthấp hơn [E10],[E11]

b) Chuẩn IEEE 802.16e-2005

Chuẩn IEEE 802.16e-2005 hỗ trợ SOFDMA cho phép thay đổi số lượng sóngmang, bổ sung cho các chế độ OFDM và OFDMA Sóng mang phân bổ để thiết kế saocho ảnh hưởng nhiễu ít nhất tới các thiết bị người dùng bằng các anten đẳng hướng.Hơn nữa, IEEE 802.16e-2005 còn muốn cung cấp hỗ trợ cho MIMO và AAS cũng như

hard và soft handoff Nú cũng cải thiện được khả năng tiết kiệm nguồn cho cỏc thiết bịmobile và tăng cường bảo mật hơn[E10], E11].

Hỡnh 1.5 Cấu hỡnh di động chung của 802.16e

OFDMA đưa ra đặc tớnh của 802.16e như linh hoạt hơn khi quản lý cỏc thiết bịngười dựng khỏc nhau với nhiều kiểu anten và cỏc yếu tố định dạng khỏc nhau.802.16e đưa ra cỏc yếu tố cần thiết khi hỗ trợ cỏc thuờ bao di động đú là việc giảmđược nhiờ̃u cho cỏc thiết bị người dựng nhờ cỏc anten đẳng hướng và cải thiện khảnăng truyền NLOS Cỏc kờnh phụ xỏc định cỏc kờnh con để cú thể gỏn cho cỏc thuờbao khỏc nhau tuỳ thuộc vào cỏc trạng thỏi kờnh và cỏc yờu cầu dữ liệu của chỳng.Điều này tạo điều kiện để nhà khai thỏc linh hoạt hơn trong việc quản lý băng thụng vàcụng suất phỏt, và dẫn đến việc sử dụng tài nguyờn hiệu quả hơn [E10], [E11]

1.2 Khỏi niệm băng rộng

1.2.1 Khỏi niệm băng thụng rộng.

a Khái niệm tần số: Tần số là số lần dao động trên một đơn vị thời gian và nó

bằng f=1/t Còn chu kỳ là khoảng thời gian đủ để thực hiện một dao động

b Băng thông của kênh truyền hình (Bandwidth)

Bởi vì một tín hiệu bất kỳ có thể đợc xem nh là một sự kết hợp của một chuỗicác sóng hình sin, nên ta có thể xem rằng, sự truyền tải một tín hiệu bất kỳ tơng đơng

với việc truyền tải các sóng hình sin thành phần Vì tần số của chúng là khác nhau,chúng có thể đến nơi với độ suy giảm là khác nhau, một trong số chúng có thể khôngcòn nhận ra đợc Nếu ta định nghĩa một ngỡng còn “nghe” đợc A0, thì tất cả các tín hiệuhình sin có tần số nhỏ hơn f1 đợc xem nh bị mất Tơng tự các tín hiệu có tần số lớn hơnf2 cũng đợc xem là bị mất Những tín hiệu có thể nhận ra đợc ở bên nghe là các tín hiệu

có tần số nằm giữa f1 và f2 Khoảng tần số này đợc gọi là băng thông của một kênhtruyền

Nói một cách khác, với một tín hiệu phức tạp bất kỳ, tín hiệu này sẽ truyền tải

đợc nếu nh tần số của các sóng hình sin thành phần của nó có tần số nằm trong khoảngbăng thông của kênh truyền Chúng ta cũng nhận thấy rằng, băng thông càng lớn thìcàng có nhiều tín hiệu đợc truyền đến nơi Chính vì thế cúng ta thờng quan tâm đếnkênh truyền có băng thông rộng

d Sóng mang cao tần:

Khái niệm điều chế: Điều chế là quá trình ghi tin tức vào dao động cao tần nhờbiến đổi một số nào đó nh biên độ, tần số hay góc pha của dao động cao tần theo tintức

Thông qua điều chế, tin tức ở miền tần số thấp đợc chuyển lên vùng tần số cao

để bức xạ truyền đi xa

- Tin tức đợc gọi là tín hiệu điều chế

- Dao động cao tần đợc gọi là tải tin hay tải tần

- Dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế

“Trong khái niệm về điều chế có nói đến giao động cao tần” đó chính là sóng mang cao

tần Nó đơn thuần là một dao động hình sin (nếu sóng mang là tơng tự) có tần số cao,hoặc là dao động hình xung vuông (nếu song mang là số)

e Tốc độ bít

Trong hệ thống viễn thông ngày nay hầu hết đều làm việc với tín hiệu số vì chochất lợng dịch vụ cao hơn rất nhiều so với tín hiệu tơng tự, ở tín hiệu tơng tự ta cần đềcập đến tần số trung tâm, băng thông tín hiệu thì ở tín hiệu số cần đề cập đến tốc độ bítcủa tín hiệu, tốc độ số liệu…

+ Nếu gọi thời gian tồn tại một bít của tín hiệu số là Tb thì ta có tốc độ bít củatín hiệu đó là: Rb = 1/Tb (bit/s) Tốc độ bít cho ta biết trong một khoảng thời gian thì sốbít của tín hiệu đợc truyền đi là bao nhiêu

+ Nếu kênh truyền có độ rộng băng tần là vô hạn thì có thể truyền tin với tốc

độ rất cao Để tăng tốc độ bít của tín hiệu ta chỉ cần làm giảm thời gian tồn tại mộtxung của tín hiệu đó (việc này đợc thực hiệu bằng các bộ ghép, tách kênh) nhng đấy chỉ

là giả thiết vì không có kênh truyền nào có băng thông vô hạn cả

f Tốc độ số liệu:

Tốc độ số liệu C hay còn gọi là dung lợng kênh truyền: là tốc độ bít lơn nhất

mà kênh truyền có thể đáp ứng mà không gây méo dạng tín hiệu Nếu gọi Rb max làtốc độ bít max mà nếu truyền tín hiệu có tốc độ lơn hơn Rbmax (dù 1 tí) thì tín hiệubên thu bị méo dạng và không thể khôi phục đợc Khi đó Rbmax chính là tốc độ số liệuC

Trong khi tố độ bít Rb có thể tăng hay giảm nhờ các bộ kênh ghép tách kênhthì, tốc độ số liệu C lại không hề thay đổi và phụ thuộc vào băng thông kênh truyền;nhiễu tác động vào kênh…

C = B log2[1+S/N] bit/s; (với B là độ rộng băng của kênh truyền) Tùy thuộcvào môi trờng truyền dẫn mà có độ rộng băng tần của kênh truyền lớn hay nhỏ và từ đóthì tốc độ dữ liệu lớn hay bé Hiện nay thì môi trờng truyền dẫn quang (cụ thể là sợi

đơn mod) có băng tần rộng 20khz và có thể truyền dẫn tốc độ dữ liệu lên tới 40Gbit/s

g Khái niệm trải phổ tín hiệu.

Kỹ thuật trải phổ về cơ bản là sử dụng một mã đặc biệt để trải phổ của tín hiệutrong một băng thông hẹp (thậm trí rất hẹp) ra một băng thông cực rộng làm cho tín

hiệu truyền đi rất giống với nhiễu trắng có trong tự nhiên Chính vì vậy, nếu nh trên ờng truyền, kẻ thù (trong quân sự) có thu đợc tín hiệu của ta nhng không biết cái mã

đ-đặc biệt kia để thu hẹp phổ của tín hiệu lại thì họ không thể hiểu đợc nội dung thông tin

đang đợc truyền đi là gì vì tín hiệu sau khi đợc trải rộng phổ giả rất giống với nhiễutrắng trong tự nhiên

1.2.2 Giới thiệu cỏc chuẩn IEEE 802.16

Chuẩn IEEE 802.16 cung cấp giải pháp kết nối không dây băng rộng cho ngờidùng cố định và di động có tính kinh tế hơn mạng dùng cơ sở hạ tầng hữu tuyến Nhómlàm việc IEEE 802.16 đang phát triển chuẩn dành cho mạng WMAN với khả năng ứngdụng trên phạm vi toàn cầu từ tháng 7 năm 1999 Chuẩn 802.16 liên quan đến giao tiếpkhông gian giữa các thuê bao và các trạm phát sóng Chuẩn 802.16 đợc công bố vàongày 8 tháng 4 năm 2002 Các chuẩn dành cho mạng WMAN có thể kết nối các điểmnóng chuẩn 802.11 tới Internet và đa ra giải pháp truy nhập băng rộng ở những chặngcuối thay thế cho DSL và cáp Chuẩn WMAN hỗ trợ các dịch vụ truy nhập không dâybăng rộng tới các tòa nhà, chủ yếu thông qua các anten ngoài trời tới các trạm phátsóng cơ sở Phạm vi phủ sóng có thể lên tới 50 km và cho phép ngời sử dụng đạt đợckết nối băng rộng mà không cần tầm nhìn thẳng tới các trạm phát sóng

Nhóm làm việc IEEE 802.16 phát triển các chuẩn truy nhập băng rộng khôngdây cho hệ thống ở băng tần 10- 66 GHz và dới 11 GHz Chuẩn này tập trung vào lớpMAC và lớp vật lý

Hỡnh 1.6 Mụ hỡnh rạng Wimax

Công nghệ WiMAX có một số đặc điểm sau

Hỡnh 1.7 Đặc điểm cụng nghệ Wimax

- Kiến trúc mềm dẻo

- Tính bảo mật cao

- Cung cấp QoS

- Triển khai nhanh chóng

- Cung cấp dịch vụ nhiều mức (Multi Level Service)

- Hoạt động tơng thích với các thiết bị khác nhau (Interoperability)

- Khả năng di động (Portability)

- Khả năng di động hoàn toàn (Mobility)

- Phạm vi phủ sóng rộng

- Hoạt động trong đờng truyền NLOS

Chuẩn 802.16 cho phép nhiều lớp vật lý do đó nó có thể hoạt động trong băngtần rộng từ 2GHz đến 66 GHz Vì sóng điện từ không thể lan truyền trong phạm virộng nh vậy, nên chuần Chuẩn 802.16 chia phạm vi tần số này thành các băng tần khácnhau, mỗi băng tần dùng một lớp vật lý riêng Có 3 dạng băng tần chính:

* 10-66 GHz (Licensed Band): Truyền dẫn trong băng tần này yêu cầu đờng

truyền LOS giữa BS và SS Vì thực tế là trong phạm vi tần số này bớc sóng ngắn do đóphải đảm bảo cân bằng sự ảnh hởng của suy hao do đặc điểm địa hình hay do giao thoa.Tuy nhiên u điểm của băng tần này là có thể đạt đợc tốc độ dữ liệu cao

* 2-11 GHz (Licensed Band): Truyền dẫn trong băng tần này không yêu cầu

đ-ờng truyền LOS, tuy nhiên nếu không có đđ-ờng truyền LOS thì công suất tín hiệu có thểrất khác nhau giữa BS và SS

* 2-11 GHz (Unlicensed Band): Đặc tính của băng tần 2-11GHz không cần cấp

phép gần giống nh băng tần đợc cấp phép 2-11 Ghz Tuy nhiên, vì chúng là băng tầnkhông cần cấp phép nên không có sự đảm bảo rằng sẽ không xảy ra sự giao thoa bởicác hệ thống khác hay ngời dùng khác dùng cùng một băng tần

Cũng nh nhiều chuẩn không dây khác, chuẩn 802.16 cũng có lịch sử phát triểnriêng của mình đợc mô tả bởi hình 1.8 sau:

IEEE 802.16f cung cấp chế độ quản lí tham khảo cho các mạng 802.16-2004 cơbản Chế độ này bao gồm một hệ quản lí mạng – NMS (Network ManagementSystem), các node mạng, cơ sở dữ liệu luồng dịch vụ BS và các node quản lí được lựachọn theo yêu cầu của thông tin quản lí và cung cấp tới các NMS thông qua các giao

ChuÈn 802.16a

(1/2003)

ChuÈn 802.16

ChuÈn 802.16e

(ChuÈn 2005)

802.16-(12/2005)

thức quản lí, như SNMP (Simple Network Management Protocol) qua kết nối quản líthứ 2 đã định nghĩa trong 802.16-2004 IEEE 802.16f dựa trên các SNMP phiên bản 2,

và có thể hướng về các SNMP phiên bản 1, và hiện này đang lựa chọn hỗ trợ SNMPphiên bản 3

b) IEEE 802.16i

Dự án IEEE 802.16i được bắt đầu vào tháng 12/2005 trong NMSG để hoànthiện hoặc thay thế cho 802.16f Mục đích của 802.16i là cung cấp cải tiến di độngtrong MIB 802.16 trong tầng MAC, tầng PHY và các quá trình liên quan tới quản lí

Nó sử dụng phương pháp luận giao thức trung bình (Protocol-neutral Methodology)cho việc quản lí mạng để xác định chế độ tài nguyên và liên hệ thiết lập giải pháp choquản lí các thiết bị trong mạng di động 802.16 đa nhà cung cấp

802.16g định nghĩa các lớp con hội tụ gói chung – GPCS (Generic PacketConvergence Sublayer), là lớp con không phụ thuộc vào giao thức lớp trên, nó hỗ trợ

đa giao thức thông qua giao diện không gian 802.16 GPCS được thiết kế cho việcquản lí kết nối linh hoạt hơn bằng các thông tin từ các giao thức của lớp trên mà khôngcần phân tích tiêu đề Đây là việc thực hiện cho phép các giao thức lớp trên để xácđịnh rõ thông tin tới các điểm truy nhập dịch vụ-SAP(Service Access Point) và hướngdẫn thông tin tới các kết nối MAC riêng GPCS cung cấp các cách lựa chọn tới để ghépnhiều mức giao thức qua kết nối 802.16 Hiện nay 802.16g vẫn đang được phát triển

d) IEEE 802.16k

IEEE 802.16k được thành lập vào tháng 3/2006 bởi NMSG để phát triển hàngloạt các chuẩn cho IEEE 802.16 và IEEE 802.1D cho lớp chuyển giao 802.16 MAC.Nhóm nghiên cứu 802.16k làm việc để định nghĩa các quá trình cần thiết và cải tiến lớpMAC để cho phép 802.16-2004 hỗ trợ liên kết các hàm định nghĩa trong 802.1D.Chuyển giao Transparent mà giống như LAN truyền thông của tất cả công nghệ 802.1x,

để truyền dẫn một node từ đầu bởi tất cả các node khác trong mạng LAN Tuy nhiên, cácthiết bị của 802.16-2004 có thể truyền dẫn đệm bởi các địa chỉ, tránh việc tập trungchuyển giao từ các địa chỉ đang học Vấn đề mà các địa chỉ của 802.16k miêu tả, chính

là cách mà dịch vụ lớp con bên trong-ISS(Internal Sublayer Service) được hướng dẫntrong lớp con 802 hội tụ và cách mà các gói tin được xử lí ở phía sau mà dịch vụ phíadưới ISS gần như các chế độ LAN hiệu quả hơn, do đó các liên kết có thể làm việc được.Hơn nữa, 802.16k cung cấp hỗ trợ cho 802.1p đầu cuối tới đầu cuối ưu tiên dữ liệu quahướng dẫn 1-1 ưu tiên người sử dụng

e) IEEE 802.16h

Nhóm làm việc được miễn đăng kí – LETG(License-Exempt Task Group)) củaIEEE 802.16 được bắt đầu vào tháng 12/2004 để phát triển chuẩn nhằm cải thiệnphương pháp cho hoạt động của phổ miễn đăng kí Mục đích chính của IEEE 802.16hnhằm phát triển cải thiện các thiết bị 802.16-2004 và tồn tại linh hoạt với các hệ thốngkhác mà sử dụng cùng băng tần Việc cải tiến trong xử lí với mục đích nhằm áp dụngcác phổ tần số đã định nghĩa trong 802.16-2004

Việc thiết kế 802.16h một giao thức tồn tại mà được định nghĩa trong mức IP và duytrì trong truyền thông BS-BS Giao thức tồn tại hướng dẫn các phương pháp cho việc tínhtoán và thỏa thuận của phổ tài nguyên vô tuyến giữa các BS trong dải nhiễu Việc xử lí được

sử dụng các giao thức tồn tại trong nhiễu nhằm giải quyết dựa trên hoạt động nhiễu trongmiền tần số và thời gian Đầu tiên là hoạt động nhiễu trong miền tần số nhận được, sau đó làhoạt động duy trì nhiễu trong miền thời gian

f) IEEE 802.16j

Nhóm làm việc chuyển tiếp – RTG (Relay Task Group) của IEEE 802.16 trongviệc tập hợp triển khai phát triển các cải tiến để mở rộng IEEE 802.16e - 2005 để hỗtrợ hoạt động chuyển tiếp đa hops Nhóm nghiên cứu chuyển tiếp đa hops di động –MMRSG (Mobile Multihop Relay Study Group) trong việc chi phí cho dự án IEEE802.16j kể từ tháng 7/2005 Nhóm nghiên cứu đã giải tán vào tháng 3/2006 và dự ánđược gán cho nhóm nghiên cứu chuyển tiếp, sẽ tiếp tục để làm việc trong dự án mà vẫntiếp tục những bản nháp phác thảo đầu tiên

Hình 1.9 Kiến trúc mạng-MMR thông qua Wimax thông thường

1.3 Đặc điểm của băng rộng

1.3.1 Đặc điểm Fixed băng rộng

Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004, được thiết kế cho loại truy nhập cốđịnh và lưu động Trong phiên bản này sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần

số trực giao OFDM (Orthogonnal Frequency Division Multiple) hoạt động trong cảmôi trường nhìn thẳng – LOS (line-of-sight) và không nhìn thẳng – NLOS (Non-line-of-sight) Sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn này hiện tại đã được cấp chứng chỉ và thươngmại hóa

Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004 Tiêuchuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cốđịnh tại nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảothông tin vệ tinh

Sơ đồ kết cấu mạng Wimax được đưa ra trên hình 1.10 Trong mô hình này bộphận vô tuyến gồm các trạm gốc Wimax BS (làm việc với anten đặt trên tháp cao) vàcác trạm phụ SS (SubStation) Các trạm Wimax BS nối với mạng đô thị MAN hoặcmạng PSTN

1.3.2 Đặc điểm Mobile băng rộng

Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e, được thiết kế cho loại truy cập xách tay và

di động Về cơ bản, tiêu chuẩn 802.16e được phát triển trên cơ sở sửa đổi tiêu chuẩnIEEE 802.16-2004 để tối ưu cho kênh vô tuyến di động, cung cấp khả năng chuyểnvùng – handoff và chuyển mạng – roaming Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức đatruy cập ghép kênh chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonnal Frequency DivisionMultiple Access) – là sự phối hợp của kỹ thuật ghép kênh và kỹ thuật phân chia tần số

có tính chất trực giao, rất phù hợp với môi trường truyền dẫn đa đường nhằm tăngthông lượng cũng như dung lượng, tăng độ linh hoạt trong việc quản lý tài nguyên, tậndụng tối đa phổ tần, cải thiện khả năng phủ sóng với các loại địa hình đa dạng

Hình 1.11 Mô hình ứng dụng Wimax di động

Mô hình Wimax di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE802.16e được thông qua trong năm 2005 Tiêu chuẩn 802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn802.16-2004 hướng tới các người dùng cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấphơn 6GHz Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạothành mạng di động có vùng phủ sóng rộng