Cấu trúc lớp vật lý WirelessMAN OFDM .... Chương 4 MÔ HÌNH LỚP VẬT LÝ VÀ CÁC TÍNH NĂNG TIÊN TIẾN CỦA WIMAX DI DỘNG .... Cấu trúc khung OFDM đường xuống .... Cấu trúc ký hiệu đường xuốn
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐỖ MẠNH HẢI
CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG
Ngành: Công nghệ Điện Tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60.52.70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN MINH TUẤN
Hà Nội 2009
Trang 2MỤC LỤC
Chương 1
TỔNG QUAN HỌ TIÊU CHUẨN IEEE 802.16 VÀ WIMAX FORUM 13
1.1 TỔNG QUAN HỌ TIÊU CHUẨN IEEE 802.16 13
1.2 WiMAX FORUM Error! Bookmark not defined
1.3 WiMAX DI ĐỘNG Error! Bookmark not defined
1.4 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM WiMAX Error! Bookmark not defined
1.5 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.
Chương 2
GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CHO CÁC HỆ THỐNG KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ
ĐỊNH CỦA WIMAX Error! Bookmark not defined.
2.1 MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined
2.2 MÔ HÌNH THAM KHẢO Error! Bookmark not defined
2.3 TỔNG QUAN CÁC TÍNH NĂNG LỚP MAC Error! Bookmark not defined
2.4 TỔNG QUAN CÁC TÍNH NĂNG LỚP VẬT LÝ, PHY Error! Bookmark not defined
2.4.1 Băng tần Error! Bookmark not defined
2.4.1.1 Băng tần cấp phép 10-66 MHz Error! Bookmark not defined
2.4.1.2 Các tần số thấp hơn 11 MHz Error! Bookmark not defined
2.4.1.3 Các tần số miễn phép dưới 11 MHz (chủ yếu là 5-6MHz)Error! Bookmark not defined 2.4.2 Kỹ thuật ghép song công Error! Bookmark not defined
2.4.2.1 Ghép song công phân chia theo tần số, FDD Error! Bookmark not defined
2.4.2.2 Ghép song công phân chia theo thời gian, TDD Error! Bookmark not defined
2.5 CÁC TÙY CHỌN Error! Bookmark not defined
2.5.1 Hệ thống anten thích ứng, AAS Error! Bookmark not defined
2.5.2 Mã hóa không gian thời gian, STC Error! Bookmark not defined
2.5.3 Phát lại tự động, ARQ Error! Bookmark not defined
2.5.4 Cấu hình điểm đa điểm và lưới Error! Bookmark not defined
2.6 TỔNG KẾT CÁC ĐẶC TẢ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN KHÁC NHAU TRONG IEEE
802.16e – 2005 CHO TRUY NHẬP CỐ ĐỊNH Error! Bookmark not defined
2.7 WIRELESSMAN OFDM Error! Bookmark not defined
2.7.1 Tổng quan các tính năng của WirelessMAN OFDM Error! Bookmark not defined
2.7.2 Cấu trúc khung Error! Bookmark not defined
2.7.3 Cấu trúc lớp vật lý WirelessMAN OFDM Error! Bookmark not defined
2.7.3.1 Các thông số WirelessMAN OFDM Error! Bookmark not defined
2.7.3.2 Sơ đồ khối máy phát và máy thu WirelessMAN OFDMError! Bookmark not defined 2.7 4 Mô tả các khối Error! Bookmark not defined
Trang 32.7.4.1 Ngẫu nhiên hóa, PBRS Error! Bookmark not defined
2.7.4.2 Khối mã hóa kênh Error! Bookmark not defined
2.7.4.3 Bộ đan xen/ giải đan xen Error! Bookmark not defined
2.7.4.4 Điều chế/ giải điều chế Error! Bookmark not defined
2.7.4.5 IFFT và FFT Error! Bookmark not defined
2.7.4.6 Bộ ước tính kênh và cân bằng Error! Bookmark not defined
2.8 WirelessMAN OFDMA Error! Bookmark not defined
2.8.1 Mô tả ký hiệu OFDMA, các thông số ký hiệu và tín hiệu phátError! Bookmark not defined 2.8.2 Sắp xếp kênh con và khe OFDMA Error! Bookmark not defined
2.8.3 Ấn định các sóng mang con OFDMA Error! Bookmark not defined
2.8.4 Sắp xếp kênh con đường xuống Error! Bookmark not defined
2.8.4.1 Cấu trúc ký hiệu cho FUSC Error! Bookmark not defined
2.8.4.2 Cấu trúc ký hiệu đường xuống PUSC Error! Bookmark not defined
2.8.4.3 Cấu trúc ký hiệu đường xuống TUSC1 và TUSC2Error! Bookmark not defined
2.8.5 Cấu trúc ký hiệu đường lên PUSC Error! Bookmark not defined
2.8.6 Khe OFDMA và vùng số liệu Error! Bookmark not defined
2.8.7 Sắp xếp số liệu OFDMA Error! Bookmark not defined
2.8.8 Cấu trúc khung PMP Error! Bookmark not defined
2.9 TỔNG KẾT Error! Bookmark not defined.
Chương 3
LỚP MAC CỦA WIMAX DI DỘNG Error! Bookmark not defined.
3.1 MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined
3.2 CẤU TRÚC LỚP MAC Error! Bookmark not defined
3.3 LỚP CON PHẦN CHUNG CỦA MAC (MAC CPS) Error! Bookmark not defined
3.3.1 Khuôn dạng MACPDU Error! Bookmark not defined
3.3.2 Các dịch vụ MAC Error! Bookmark not defined
3.3.2.1 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QOS) Error! Bookmark not defined
3.3.2.2 Dịch vụ lập biểu MAC Error! Bookmark not defined
3.3.2.3 Cơ chế yêu cầu và ấn định băng thông Error! Bookmark not defined
3.3.3 Quản lý công suất và di động Error! Bookmark not defined
3.3.3.1 Quản lý công suất Error! Bookmark not defined
3.3.3.2 Chuyển giao Error! Bookmark not defined
3.3.4 An ninh Error! Bookmark not defined
3.4 TỔNG KẾT Error! Bookmark not defined.
Chương 4
MÔ HÌNH LỚP VẬT LÝ VÀ CÁC TÍNH NĂNG TIÊN TIẾN CỦA WIMAX DI
DỘNG Error! Bookmark not defined.
Trang 44.1 MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined
4.2 OFDMA KHẢ ĐỊNH CỠ Error! Bookmark not defined
4.3 CẤU TRÚC KÝ HIỆU OFDM Error! Bookmark not defined
4.4 SẮP XẾP KÊNH CON Error! Bookmark not defined
4.4.1 Sắp xếp kênh con sử dụng toàn bộ đường xuống (FUSC: Down Link Fully Used
Channelization) Error! Bookmark not defined
4.4.2 Sắp xếp kênh con sử dụng một phần (PUSC: Partially Used Subchannelization)Error! Bookmark not defined 4.4.3 Sắp xếp AMC Error! Bookmark not defined
4.5 ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA Error! Bookmark not defined
4.6 CÁC CÔNG NGHỆ ANTEN THÔNG MINH Error! Bookmark not defined
4.7 CẤU TRÚC KHUNG TDD Error! Bookmark not defined
4.8 CÁC TÍNH NĂNG TĂNG CƯỜNG KHÁC CỦA LỚP VẬT LÝError! Bookmark not defined
4.9 CÁC TÍNH NĂNG TIÊN TIẾN CỦA WiMAX Error! Bookmark not defined
4.9.1 Tái sử dụng tần số một phần Error! Bookmark not defined
4.9.2 Dịch vụ đa phương và quảng bá (MBS) Error! Bookmark not defined
4.10 QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG WiMAX DI ĐỘNGError! Bookmark not defined
4.10.1 Các thông số của hệ thống WiMAX di động Error! Bookmark not defined
4.10.2 Quỹ đường truyền WiMAX Error! Bookmark not defined
4.11 THÔNG TIN BỔ SUNG VÀ ĐỘ TIN CẬY MAP CỦA WiMAX DI ĐỘNGError! Bookmark not defined 4.12 PHỔ TẦN CỦA WiMAX Error! Bookmark not defined
4.13 TỔNG KẾT Error! Bookmark not defined.
Chương 5
ỨNG DỤNG CỦA WIMAX Error! Bookmark not defined.
5.1 GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined
5.1.1 Ứng dụng cho mạng không dây Error! Bookmark not defined
5.1.2 Ứng dụng trong y học Error! Bookmark not defined
5.1.3 Hệ thống bảo mật Error! Bookmark not defined
5.1.4 Kết nối mạng ngân hàng Error! Bookmark not defined
5.1.5 VoIP Error! Bookmark not defined
5.1.6 Truy nhập tới nhà Error! Bookmark not defined
5.1.7 Kết luận Error! Bookmark not defined
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu hình topo của WMAN 13
Hình 1.2 Lộ trình phát triển công nghệ WiMAX Error! Bookmark not defined
Trang 5Hình 2.1 Mô hình tham khảo ngăn xếp giao thức của 802.16.Error! Bookmark not defined
Hình 2.3 Cấu trúc khung TDD Error! Bookmark not defined
Hình 2.4 Vùng AAS, FDD Error! Bookmark not defined
Hình 2.5 Vùng AAS, TDD Error! Bookmark not defined
Hình 2.6 Nguyên lý STC Error! Bookmark not defined
Hình 2.7 Điều chế thích ứng trong lớp vật lý Error! Bookmark not defined
Hình 2.8 Cấu trúc khung OFDM đường xuống Error! Bookmark not defined
Hình 2.9 Cấu trúc khung OFDM đường lên Error! Bookmark not defined
Hình 2.10 Tiền tố dài đường xuống Error! Bookmark not defined
Hình 2.11 Sơ đồ khối máy phát và máy thu WirelessMAN OFDMError! Bookmark not defined
Hình 2.12 Sơ đồ khối băng gốc của máy phát và máy thu WirelessMAN OFDMError! Bookmark not defined Hình 2.13 Bộ ngẫu nhiên hóa Error! Bookmark not defined
Hình 2.14 Bộ mã hóa xoắn Error! Bookmark not defined
Hình 2.15 Các chùm tín hiệu điều chê BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAMError! Bookmark not defined
Hình 2.16 Cấu trúc thời gian của ký hiệu OFDM Error! Bookmark not defined
Hình 2.17 Mô tả miền tần số OFDMA (ba kênh) Error! Bookmark not defined
Hình 2.18 Cấu trúc truyền dẫn cơ sở đường xuống Error! Bookmark not defined
Hình 2.19 Cấu trúc ký hiệu đường xuống cho đoạn 0 trên ký hiệu số 1 sử dụng FUSCError! Bookmark not defined Hình 2.20 Cấu trúc cụm Error! Bookmark not defined
Hình 2.21 Mô tả lát đường lên Error! Bookmark not defined
Hình 2.22 Thí dụ về vùng số liệu trong ấn định OFDM Error! Bookmark not defined
Hình 2.23 Thí dụ về sắp xếp các khe OFDMA vào các kênh con và các ký hiệu trên
đường xuống (trong chế độ PUSC) Error! Bookmark not defined
Hình 2.24 Thí dụ về sắp xếp các khe OFDMA vào các kênh con và các ký hiệu cho
đường lên Error! Bookmark not defined
Hình 2.25 Thí dụ về cấu trúc khung theo thời gian TDD (vùng bắt buộc)Error! Bookmark not defined
Hình 2.26 Khung OFDM có nhiều vùng Error! Bookmark not defined
Hình 3.1 Chế độ PMP trong các mạng 802.16 Error! Bookmark not defined
Hình 3.2 Chế độ mạng 802.16 hỗ hợp Error! Bookmark not defined
Hình 3.3 Cấu trúc lớp MAC của WiMAX Error! Bookmark not defined
Hình 3.4 Khuôn dạng MACPDU Error! Bookmark not defined
Hình 3.5 Hỗ trợ QoS của WiMAX di động Error! Bookmark not defined
Hình 3.6 Quá trình chuyển giao Error! Bookmark not defined
Hình 4.1 Cấu trúc lớp vật lý của S-OFDMA của WiMAX Error! Bookmark not defined
Hình 4.2 Cấu trúc sóng mang con OFDMA Error! Bookmark not defined
Hình 4.3 Cấu hình sóng mang con cho 1024-FFT OFDMA DL FUSCError! Bookmark not defined
Hình 4.4 Các cấu trúc DL PUSC và UL PUSC Error! Bookmark not defined
Hình 4.5 Các cấu hình kênh con đựơc tổ chức theo BIN trong AMCError! Bookmark not defined
Hình 4.6 Chuyển mạch thích ứng cho các chế độ MIMO Error! Bookmark not defined
Hình 4.7 Cấu trúc khung OFDMA TDD (chỉ cho vùng bắt buộc)Error! Bookmark not defined
Trang 6Hình 4.8 Cấu trúc khung đa vùng Error! Bookmark not defined
Hình 4.9 Tái sử dụng tần số một phần Error! Bookmark not defined
Hình 4.10 Hỗ trợ MBS nhúng bằng các vùng MBS Error! Bookmark not defined
Hình 4.11 Kết quả mô phỏng hiệu năng kênh điều khiển cho kênh mô hình truyền sóng
TU (thành phố điển hình) [7,8] Error! Bookmark not defined
Hình 4.12 Cụm MAP con Error! Bookmark not defined
Hình 5.1 Kiến trúc mạng di động sử dụng T1 như là luồng truyền dẫn giữa các MSC.Error! Bookmark not defined Hình 5.2 Ứng dụng y tế Error! Bookmark not defined
Hình 5.3 Kiến trúc Wimax cho ứng dụng bảo mật Error! Bookmark not defined
Hình 5.4 Kiến trúc Wimax cho hoạt động giám sát Error! Bookmark not defined
Hình 5.5 Kết nối Wimax cho hệ thống ngân hàng Error! Bookmark not defined
Hình 5.6 Kiến trúc hệ thống VoIP đơn giản Error! Bookmark not defined
Hình 5.7 Mạch vòng nội hạt trong mạng PSTN Error! Bookmark not defined
Trang 7DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.2 Các loại ứng dụng cho hệ thống dựa trên 802.16e Error! Bookmark not defined Bảng 2.1 Các đặc tả giao diện vô tuyến Error! Bookmark not defined Bảng 2.2 Các tính năng của WirelessMAN OFDM Error! Bookmark not defined Bảng 2.3 Các thông số chính WirelessMAN OFDM Error! Bookmark not defined Bảng 2.4 Thí dụ về đặt kênh cho các băng cấp phép Error! Bookmark not defined Bảng 2.5 Các thông số của một ký hiệu Error! Bookmark not defined Bảng 2.6 Ấn định sóng mang con đường xuống OFDM-PUSCError! Bookmark not defined Bảng 2.7 Các thông số của một ký hiệu Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Các trường trong tiêu đề MAC PDU Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 QoS và các ứng dụng của WiMAX Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Các tùy chọn lập biểu dịch vụ Error! Bookmark not defined Bảng 4.1 Các ứng dụng của WiMAX Error! Bookmark not defined Bảng 4.2 Các thông số cuả S-OFDMA Error! Bookmark not defined Bảng 4.3 Các cấu hình kênh FUSC cơ sở Error! Bookmark not defined Bảng 4.4 Các dạng điều chế và mã hóa được sử dụng ở lớp vật lýError! Bookmark not defined Bảng 4.5 Tốc độ số liệu vật lý cho các kênh con PUSC Error! Bookmark not defined Bảng 4.6 Các tính năng tùy chọn anten tiên tiến Error! Bookmark not defined
Bảng 4.7 Các tốc độ số liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO khác nhau (cho kênh 10
MHz, khung 5ms, kênh con PUSC, 44 ký hiệu OFDM số liệu)Error! Bookmark not defined Bảng 4.8 Các thông số hệ thống WiMAX di động Error! Bookmark not defined Bảng 4.9 Các thông số OFDMA Error! Bookmark not defined Bảng 4.10 Mô hình truyền sóng Error! Bookmark not defined Bảng 4.11 Quỹ đường truyền DL cho Mibile WiMAX Error! Bookmark not defined Bảng 4.12 Quỹ đường truyền UL cho WiMAX di động Error! Bookmark not defined
Trang 8THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
A
A AS Adaptive Atenna System Hệ thống anten thích ứng
ACK Acknowledge Công nhận
AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mật mã tiên tiến
AG Absolute Grant Cho phép tuyệt đối
AMC Adaptive Modulation and Codding Điều chế và mã hoá thích ứng A-MIMO Adaptive Multiple Input Multiple
Output
Đa đầu vào đa đầu ra thích ứng
AMS Adaptive MIMO Switching Chuyển mạch MIMO thích ứng ARQ Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lặp tự động
ASP Application Service Network Mạng dịch vụ ứng dụng
B
BE Best Effort Nỗ lực nhất
BRAN Broadband Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến băng
rộng
C
CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh
CINR Carrier to Interference +Noise Ratio Tỉ số sóng mang trên nhiễu cộng
tạp âm
CP Cyclic Prefix Tiền tố chu trình
CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh
CSN Connectivity Service Network Mạng dịch vụ kết nối
CSTD Cyclic Shift Transmit Diversity Phân tập phát dịch tuần hoàn CTC Convolutional Turbo Code Mã turbo xoắn
D
DL Downlink Đường xuống
DOCSIS Data Over Cable Service Interface
Specification
Đặc tả giao diện dịch vụ dữ liệu qua cáp
DSL Digital Subcriber Line Đường thuê bao số
Trang 9DVB Digital Video Broadcast Quảng bá video số
E
EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức nhận thực khả
mở rộng EIRP Equivalent Isotropic Radiated
Power
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương
F
FBSS Fast Base Station Switching Chuyển mạch trạm gốc nhanh FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung
FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần
số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh
FUSC Fully Used Sub-Channel Kênh con sử dụng toàn bộ
G
GKEK Group Key Encryption Key Khóa mật mã của khóa nhóm GMH Generic MAC Header Tiêu đề MAC chung
GTEK Group Traffic Encryption Key Khóa mật mã lưu lượng nhóm
H
HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động ai ghép HiperMAN High Performance Metropolitan
Area Network
Mạng vùng đô thị hiệu năng cao
HO Hand-off Chuyển giao
HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản
I
IE Information Element Phần tử thông tin
IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng đặc trách kĩ thuật
Internet IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược
IR Incremental Redundancy Tích luỹ tăng dần
ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu giữa các ký hiệu
L
Trang 10LDPC Low-Density-Parity-Check Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LOS Line of Sight Trực xạ (Tầm nhìn thẳng)
M
MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập
MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng đô thị
MBS Multicast and Broadcast Service Dịch vụ đa phương và quảng bá MDHO Macro Diversity Hand Over Chuyển giao phân tập vĩ mô MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra
MMS Multimedia Message Service Dịch vụ bản tin đa phương tiện MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MS Mobile Station Trạm di động
N
NACK Not Acknowledge Không công nhận nhận
NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng NLOS Non Line of Sight Không trực xạ (Tầm nhìn không
thẳng) NRM Network Reference Model Mô hình tham khảo mạng
nrtPS Non-Real-Time Polling Service Dịch vụ tham dò phi thời gian thực NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng
O
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplex
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OFDMA Orthogonal Frequency Division
Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao
P
PER Packet Error Rate Tỷ lệ độ lỗi gói
PKM Public Key Management Quản lí khoá công cộng
PUSC Partially Used Sub-Channel Kênh con sử dụng một phần
Q
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc