1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TRONG THỰC TẾ Người hướng dẫn : ThS. NGUYỄN ANH QUỲNH Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THÁI HỮU Lớp : 47K ĐTVT VINH - 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN .5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG . DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 12 1.1. Khái niệm 12 1.2. Đặc điểm 12 1.3. Các chuẩn của Wimax .16 1.3.1. Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 16 1.3.2. Chuẩn IEEE 802.16a 16 1.3.3. Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 17 1.3.4. Chuẩn IEEE 802.16e 17 1.4. Các băng tần của Wimax .18 1.4.1. Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới 18 1.4.2. Các băng tần ở Việt nam có khả năng dành cho WiMAX .18 1.5. Truyền sóng .20 1.5.1. Công nghệ OFDM 22 1.5.2. Công nghệ OFDMA .23 1.5.3. Điều chế thích nghi .24 1.5.4. Công nghệ sửa lỗi .25 1.5.5. Điều khiển công suất 25 1.5.6. Các công nghệ vô tuyến tiên tiến .26 1.6. Các ứng dụng .27 1.6.1. Các mô hình ứng dụng .27 1.6.2. Mô hình hệ thống WiMAX 28 1.6.3. Các ứng dụng .28 1.7. Tình hình triển khai WiMAX 29 1.7.1 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới .29 1.7.2. Tình hình triển khai thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam 31 Kết luận .31 Chương 2. KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX .32 2.1. Mô hình tham chiếu .32 2.2. Lớp MAC 33 2.2.1. Lớp con hội tụ MAC 33 2 2.2.2. Lớp con phần chung MAC .33 2.2.3. Lớp con bảo mật .33 2.3. Lớp vật lý 39 Kết luận 47 Chương 3. SO SÁNH WIMAX VỚI MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG KHÁC VÀ GIẢI PHÁP CỦA CÁC NHÀ SẢN XUẤT 48 3.1. Tổng quan về các chuẩn truy nhập vô tuyến băng rộng 48 3.2. So sánh WiMAX cố định và LMDS, MMDS 49 3.3. So sánh WiMAX di động với 3G 52 3.4. So sánh WiMAX di động với WiBro 54 3.5. Giải pháp của các nhà sản xuất .55 3.5.1. Giải pháp của Intel .55 3.5.2. Giải pháp sản phẩm của SR-Telecom 56 3.5.3. Giải pháp sản phẩm của Alvarion 58 3.5.4. Giải pháp sản phẩm của Motorola cho ISP 59 3.5.5. Giải pháp Chipset của Fujitsu 60 Kết luận 63 Chương 4. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM 64 4.1. Nhu cầu và hiện trạng các hệ thống truy nhập băng rộng tại Việt Nam 64 4.1.1. Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam .64 4.1.2. Hiện trạng truy nhập băng rộng tại Việt Nam 64 4.2. Các mô hình triển khai công nghệ mạng WiMAX 66 4.2.1. Mạng dùng riêng 66 4.2.2. Các mạng phục vụ cộng đồng 73 4.3. Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam .75 Kết luận .80 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 3 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, các dịch vụ ứng dụng trên Internet đã có bước phát triển bùng nổ với nhiều loại hình dịch vụ mới như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, du lịch hay các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến . Cùng với sự phát triển bùng nổ của các loại hình dịch vụ trên Internet, các công nghệ truy cập cũng liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao về băng thông cho truy cập Internet. Các công nghệ truy cập băng rộng đã được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ truy cập hữu tuyến và công nghệ vô tuyến. Một loạt các chuẩn về mạng truy cập vô tuyến băng rộng đã được nhiều tổ chức nghiên cứu, xây dựng và phát triển như chuẩn IEEE 802.11x, IEEE 802.15, IEEE 802.16, IEEE 802.20, HIPERLAN 1/2, HomeRF, chuẩn Bluetooth,vv . Phạm vi ứng dụng của các chuẩn này bao trùm từ mạng cá nhân (PAN), mạng nội bộ (LAN), mạng diện rộng (MAN) và mạng diện rộng (WAN). Hệ thống WiMAX được sản xuất dựa trên họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 đang được các hãng cung cấp thiết bị cũng như nhà cung cấp dịch vụ quan tâm đặc biệt. Các hệ thống WiMAX cố định dựa trên chuẩn 802.16-2004 đã được sản xuất, đưa vào thử nghiệm và đã được diễn đàn WIMAX cấp chứng nhận đã cho thấy rõ những ưu điểm của công nghệ này. Hệ thống WiMAX di động dựa trên tiêu chuẩn 802.16e cũng đang được các nhà cung cấp thiết bị lên kế hoạch để đưa thiết bị vào thử nghiệm trong thời gian tới. Mạng Viễn thông Việt Nam trong những năm qua đã có sự phát triển mạnh mẽ, các hệ thống cung cấp dịch vụ truy cập băng rộng đã và đang được triển khai tại hầu hết các tỉnh thành. Tuy nhiên, phần lớn vẫn là các hệ thống 4 ADSL cung cấp truy cập hữu tuyến và hệ thống WiFi với phạm vi phục vụ còn rất hạn chế. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng lại đang đòi hỏi rất cấp thiết tại nhiều vùng, nhiều khu vực mà các giải pháp hiện có rất khó triển khai hoặc triển khai chậm. Để có thể triển khai nhanh chóng và hiệu quả hệ thống truy cập băng rộng tại các khu vực này thì việc nghiên cứu triển khai các hệ thống truy cập vô tuyến băng rộng WiMAX là hết sức cần thiết. Với mục đích tìm hiểu về công nghệ WiMAX để đánh giá, lựa chọn giải pháp, thiết bị và hệ thống mạng phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam, đồ án tốt nghiệp sẽ gồm 4 chương cụ thể như sau: ● Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX ● Chương 2. KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX ● Chương 3. SO SÁNH WIMAX VỚI MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG KHÁC VÀ GIẢI PHÁP CỦA CÁC NHÀ SẢN XUẤT ● Chương 4. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM Những nội dung và kiến thức trong tài liệu này là sự tổng hợp những nghiên cứu mà em đã tìm hiểu và đúc rút được trong thời gian thực tập cũng như trong thời gian nghiên cứu làm đồ án. Vì thời gian không cho phép và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp của thầy cô và bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa, đặc biệt Th.S Nguyễn Anh Quỳnh, đã hướng dẫn tận tình cho em trong thời gian làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên 5 Nguyễn Thái Hữu Lớp 47k-ĐTVT TÓM TẮT ĐỒ ÁN Mục đích của đồ án tìm hiểu về công nghệ Wimax, và qua đó ta có cái nhìn tổng quát về đặc điểm kỹ thuật, một số kỹ thuật điều khiển lớp vật lý PHY, phân lớp giao thức MAC, đặc điểm bổ sung của chuẩn IEEE 802.16e, các công nghệ cải tiến trong Wimax, kiến trúc mạng Wimax. Phần tiếp theo ta so sánh với một số công nghệ có phạm vi ứng dụng tương tự như wimax, tìm hiểu các giải pháp của nhà sản xuất. Phần cuối của đồ án nghiên cứu khả năng triển khai và ứng dụng hệ thống wimax trên mạng viễn thông Việt Nam. The purpose of the scheme to learn about Wimax technology, and thus have an overview of the specification, a number of technical controls physical layer PHY, MAC protocol layering, additional features of the standard IEEE 802.16e, the WiMAX technology improvements, WiMAX network architecture. The next section we compare a range of technology similar to WiMax applications, find out the author's law makers. The last part of the research project and the ability to deploy applications on the network system Wimax Telecom Vietnam. 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Minh họa họat động WiMAX .21 Hình 1.2. So sánh FDM và OFDM .23 Hình 1.3. OFDM với 256 sóng mang .23 Hình 1.4. Các kênh con trong OFDMA 24 Hình 1.5. Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi 25 Hình 1.6. MISO .26 Hình 1.7. MIMO .27 Hình 1.8. Mô hình hệ thống WiMAX .28 Hình 1.9. Các ứng dụng WiMAX .29 Hình 2.1. Mô hình tham chiếu .32 Hình 2.2. Các định dạng MAC PDU 34 Hình 2.3. Cấu trúc thời gian symbol OFDM 42 Hình 2.4. Mô tả symbol OFDM miền tần số 42 Hình 2.5. Cấu trúc khung OFDM với TDD 43 Hình 2.6. Cấu trúc thời gian symbol OFDMA 45 Hình 2.7. Mô tả tần số OFDMA (ví dụ với lược đồ 3 kênh con) 45 Hình 2.8. Phân bố thời gian-khung TDD (chỉ với miền bắt buộc) 46 Hình 2.9. Định dạng TC PDU .47 Hình 3.1. Các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến băng rộng .48 Hình 3.2. Phạm vi của WiMAX di động và WiBro trong chuẩn 802.16e 55 Hình 3.3. Sơ đồ ứng dụng tổng thể Wimax của ABS4000 .57 Hình 4.1. Cellular Backhaul 67 Hình 4.2. WSP Backhaul 68 Hình 4.3. Mạng ngân hang .68 Hình 4.4. Mạng giáo dục .69 Hình 4.5. Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng .70 Hình 4.6. Sử dụng Wimax cho việc thông tin liên lạc xa bờ 70 7 Hình 4.7. Kết nối nhiều khu vực .71 Hình 4.8. Các công trình xây dựng .72 Hình 4.9. Các khu vực công cộng .73 Hình 4.10. Mạng truy nhập WSP 74 Hình 4.11. Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh .75 Hình 4.12. Cấu hình thử nghiệm WiMAX của VNPT 77 Hình 4.13. Sơ đồ kết nối tại trạm gốc .78 Hình 4.14. Sơ đồ kết nối trạm đầu cuối thuê bao 89 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. So sánh giữa chuẩn 802.16-2004 và LMDS, MMDS .52 Bảng 3.2. So sánh WiMAX di động và 3G .53 Bảng 3.3. Các đặc tính chính của WiMAX di động và WiBro .55 Bảng 4.1. Các thống số kỹ thuật thiết bị WiMAX thử nghiệm tại Lào Cai 79 9 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS adaptive antena system Hệ thống anten thích nghi AK Authorization key Khoá Cấp phép BE Best effort Cố gắng tối đa BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit BNI Base station network interface Giao diện giữa trạm gốc và mạng BS Base station Trạm gốc BW bandwidth Băng thông BWA Broadband wireless access Truy nhập không dây băng rộng CDMA code division multiple access Đa truy nhập chia mã CA Certification authority Quyền Chứng thực CP Cyclic Prefix Tiền tố Tuần hoàn CPE Customer Premise Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao CPS Common part sublayer Lớp con phần chung CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra vòng dư CS Convergence sublayer Lớp con hội tụ DES Data encryption standard Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu DFS Dynamic frequency selection Lựa chọn tần số động DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DHCP Dynamic host configuration protocol Thủ tục cấu hình chủ không cố định DL Downlink Hướng xuống EC Encryption control Điều khiển mật mã ECB Electronic code book Bảng mật mã điện tử EDE Encrypt-Decrypt-Encrypt Mật mã-giải mã-mật mã FEC Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước ETSI European Telecommunications Standard Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu FBSS Fast Base Station Switching Chuyển đổi trạm gốc nhanh FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần số FDD Frequency division duplex Song công chia tần số 10