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
1 24/03/2007 TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC MẠNG MÁY TÍNH ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX Sinh viªn :Cao Ngäc Quang :Đặng Việt Anh Líp :§T6-K48 Khoa :§TVT 24/03/2007 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 6.Tương lai ứng dụng của WIMAX 2 24/03/2007 .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 nh ận 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 (dướ i 1GHz). 3 24/03/2007 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 k ế 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. 24/03/2007 4 24/03/2007 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 th ể 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 đượ c 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 đóhệ 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. 5 24/03/2007 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 hợ p, 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). 24/03/2007 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 l ớp 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 6 24/03/2007 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 b ắt 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 su ất 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. 7 24/03/2007 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 24/03/2007 Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế OFDM 8 24/03/2007 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 ω s =2Пfs là khoảng cách tần số giữa 2 sóng mang. • Điều này được kiểm chứng như sau: • • { qp qpTs Tkt kTt tqpj s Tk kT tqpjtjq Tk kT tjp s s s s s ss s s s e qpj dtedtee #,0 , )1( )( )1( )( * )1( )( 1 )( = += = − + − + = − == ∫∫ ωωωω ω tjp s e ω 24/03/2007 Mô hình tổng thế điều chế OFDM như sau: • tjn L Ln nkk s ekTtsdtm ω )(')(' , −= ∑ + −= == ∑ ∞ −∞= )()(' ' tmtm k k ∑ ∞ −∞=k tjn L Ln nk s ekTtsd ω )(' , − ∑ + −= tín hiệu trước bộ tổng Tín hiệu sau bộ tổng 9 24/03/2007 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 24/03/2007 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" 10 24/03/2007 Tỉ lệ lỗi bit •Với : – Ps xác suất lỗi kí tự. –P b xác suất lỗi bít. –E b năng lượng của mỗi bit –N 0 nhiễu mật độ công suất phổ. – Q(x) hàm xác suất P s = P b = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ 0 2 N E Q b 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 [...]... dẻo,linh hoạt (flexibility) của WiMAX 24/03/2007 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... chế 24/03/2007 24/03/2007 13 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... 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 24/03/2007 14 5 Nhận xét WIMAX có công suất cao hơn và băng thông rộng: sử dụng kĩ thuật OFDM qua các cơ chế điều... trễ thấp hoạt động được 24/03/2007 15 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... 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... 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... 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... 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... 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 . chế 24/03/2007 14 24/03/2007 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 chỉ có thể thực hiện ở vùng đô thị đông dân cư . Chính vì lí do đómàWIMAX l công nghệ 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. 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