Đồ Án Công nghệ Wima nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai cho các vùng địa hình đặc thù tại Việt

CÔNG NGHỆ WiMAX
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẪU TRIỂN KHAI
CHO VÙNG ĐỊA HÌNH ĐẶC THÙ TẠI VIỆT NAM

PHẦN MỞ ĐẦU

Giới thiệu đề tài nghiên cứu
Hiện nay công nghệ WiMAX là một trong những công nghệ băng rộng không
dây được nghiên cứu, thử nghiệm và triển khai rộng rãi trên toàn thế giới cũng như
Việt Nam.

Với tốc độ truy cập lên tới 70Mbps trong bán kính phủ sóng 40km của chuẩn
WiMAX cố định, cũng như khả năng duy trì kết nối với tốc độ di chuyển lên tới
120km/h của WiMAX di động, công nghệ WiMAX nói chung hứa hẹn sẽ mang lại
cuộc cách mạng thực sự trong việc thay đổi cách thức truy cập Internet của con
người trong vài năm tới.

Việc thử nghiệm kỹ thuật và nghiên cứu các yếu tố kinh tế, xã hội ảnh hưởng
bởi WiMAX đang được các doanh nghiệp kinh doanh hàng đầu trong lĩnh vực viễn
thông nước ta như: VNPT, Viettel, VTC, FPT, EVN tiến hành đối với WiMAX cố
định từ tháng 03 năm 2006 và WiMAX di động từ 01 tháng 10 năm 2007 đã chứng
tỏ vai trò quan trọng của WiMAX trong chiến lược phát triển của các doanh nghiệp
cũng như lợi ích mang lại cho người tiêu dùng không chỉ ở thành thị mà còn tới tất
cả các khu vực được coi là khó khăn nhất trên cả nước.

Việc nghiên cứu mô hình triển khai WiMAX cho hai khu vực thành thị và
nông thôn trên tất cả các khía cạnh kỹ thuật công nghệ, kinh tế xã hội cũng như giáo
dục là một vấn đề cấp thiết hiện nay. Việc triển khai WiMAX tại khu vực thành thị
là một điều có thể dễ dàng nhìn nhận được lợi ích mang lại cho cả doanh nghiệp
cũng như người tiêu dùng.

Vậy bài toán còn lại là triển khai WiMAX cho khu vực nông thôn, những khu
vực khó khăn nhất về địa hình hiểm trở liệu có khả thi trên tất cả các phương diện
kỹ thuật công nghệ, kinh tế, xã hội hay không? Luận văn này sẽ đi sâu phân tích và
trả lời cho câu hỏi đó.

Phạm vi nghiên cứu và nội dung luận văn
Luận văn này nghiên cứu một cách tổng quan nhất về công nghệ WiMAX (Cả
di động và cố định), mô hình ứng dụng và các vấn đề kỹ thuật cơ bản cần quan tâm
khi tiến hành thiết kế, triển khai mạng WiMAX vào thực tế. Chương 4 của luận văn
tập trung nghiên cứu và xây dựng một mô hình mẫu để triển khai WiMAX về
những vùng khó khăn nhất về địa lý của Việt Nam.
Bố cục và nội dung chính của luận văn:
- Chương I: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMAX, các đặc điểm
chính của WiMAX cố định, WiMAX di động. Tình hình thử nghiệm, triển
khai thương mại WiMAX ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới.
- Chương II: Đi sâu nghiên cứu các đặc tả về lớp vật lý và lớp MAC
của các chuẩn WiMAX cố định (IEEE 802.16 – 2004) và WiMAX di động
(IEEE 802.16e – 2005).
- Chương III: Mô hình triển khai ứng dụng WiMAX với yêu cầu truy
cập di động cũng như cố định và các vấn đề kỹ thuật cơ bản nhất cần quan
tâm khi thiết kế và triển khai một mạng WiMAX vào thực tế.
- Chương IV: Nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai ứng
dụng WiMAX để cung cấp dịch vụ Internet và thoại VoIP cho những người
dân nông thôn, những vùng đặc thù khó khăn về địa lý điển hình của Việt
Nam. Nghiên cứu đề cập một cách toàn diện trên các mặt: kỹ thuật công
nghệ, kinh tế xã hội cũng như giáo dục khi triển khai.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . i
MỤC LỤC ii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .v
DANH SÁCH HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ . vi
THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT . vii
PHẦN MỞ ĐẦU .1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX .3
1.1 Khái niệm về mạng không dây băng rộng 3
1.2 Công nghệ WiMAX 5
1.2.1 WiMAX là gì? 5
1.2.2 Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16 8
1.2.3 WiMAX được công nhận là chuẩn toàn cầu .12
1.3 Đặc điểm cơ bản của WiMAX 14
1.3.1 Đặc điểm Fixed WiMAX 14
1.3.2 Đặc điểm Mobile WiMAX .15
1.4 Tình hình thử nghiệm, thương mại hóa WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam 16
1.4.1 Thử nghiệm và thương mại hóa WiMAX trên thế giới 16
1.4.2 Thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam 18
1.5 Kết luận .19
CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ WIMAX .20
2.1 WiMAX cố định - IEEE 802.16d-2004 21
2.1.1 Lớp MAC 21
2.1.2 Lớp PHY .30
2.2. WiMAX di động - IEEE 802.16e - 2005 .38
2.2.1 Lớp PHY .38
2.2.2 Lớp MAC 45
2.3 Kết luận .50
CHƯƠNG III: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN
QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ MẠNG WiMAX 51
3.1 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập di động 51
3.2 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập cố định .52
3.3 Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế và triển khai mạng WiMAX. 54
3.3.1 Lựa chọn băng tần .54
3.3.2 Lựa chọn phương thức song công .57
3.3.3 Tổng lưu lượng, bán kính phủ sóng và số sector của mỗi trạm gốc .61
3.3.4 Quy hoạch và tái sử dụng tần số có tính toán tới các loại nhiễu .63
3.3.5 Anten và các công nghệ nâng cao .65
3.3.6 Quản lý sự di động (Đối với ứng dụng Mobile WiMAX) 73
3.3.7 Trung tâm quản lý .76
3.3.8 Sơ đồ kết nối mạng WiMAX 78
3.4 Kết luận .80
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẪU ỨNG DỤNG
WiMAX CUNG CẤP DỊCH VỤ INTERNET VÀ THOẠI CHO KHU VỰC
ĐỊA HÌNH ĐẶC THÙ TẠI VIỆT NAM 81
4.1 Giới thiệu dự án thử nghiệm WiMAX tại Tả Van 81
4.1.1 Đặc điểm điển hình của địa điểm thử nghiệm 82
4.1.2 Mục tiêu của việc nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu để triển khai ứng dụng
thực tiễn từ thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Tả Van .84
4.1.3 Chuẩn WiMAX và thời gian thử nghiệm .84
4.2 Hệ thống WiMAX thử nghiệm thực tế tại xã Tả Van .85
4.2.1 Đặc điểm công nghệ của dự án thử nghiệm 85
4.2.2 Thiết bị WiMAX được thử nghiệm 85
4.2.3 Các địa điểm tham gia thử nghiệm .86
4.2.4 Các ứng dụng được thử nghiệm 88
4.2.5 Kiến trúc hệ thống .89
4.2.6 Mô hình kết nối tại trạm gốc .91
4.2.7 Mô hình kết nối phía khách hàng 92
4.2.8 Hệ thống VoIP trên nền WiMAX .93
4.2.9 Cài đặt và cấu hình hệ thống WiMAX .97
4.3 Kết quả nghiên cứu, đánh giá trên phương diện kỹ thuật của hệ thống WiMAX
thử nghiệm .100
4.3.1 Khả năng bao phủ của mạng .100
4.3.2 Khả năng quản lý từ xa của hệ thống triển khai tại Tả Van 100
4.3.3 Độ ổn định/tin cậy của hệ thống .101
4.3.4 Tốc độ truy nhập tối đa/trung bình đạt được 101
4.3.5 Các ứng dụng chạy tốt trên nền WiMAX .102
4.3.6 Độ trễ 102
4.3.7 Jitter của hệ thống vệ tinh .102
4.3.8 Chất lượng dịch vụ VoIP trên nền hệ thống WiMAX: .103
4.4 Kết quả nghiên cứu, đánh giá về hiệu quả kinh tế xã hội, giáo dục và nâng cao
dân trí .104
4.4.1 Nhu cầu sử dụng và lợi ích mang lại từ việc truy cập Internet tốc độ cao của
người dân nông thôn là rất lớn .104
4.4.2 Cách thức đào tạo dựa trên phương thức truyền đạt kinh nghiệm thực tế phát huy
hiệu quả cao .108
4.4.3 Chia sẻ băng thông giữa các người dùng khác nhau .109
4.4.4 Bưu điện văn hóa xã và UBND xã đóng vai trò quan trọng trong sự thành công
của việc mang băng thông rộng tới người dân nông thôn: 109
4.5 Mô hình bền vững được khuyến nghị khi triển khai băng thông rộng tới vùng
nông thôn Việt Nam 110
4.5.1 Mô hình kỹ thuật, công nghệ và các đối tượng được thụ hưởng dịch vụ băng
thông rộng không dây: .110
4.4.2 Cung cấp nội dung thông tin được chuẩn hóa tới mọi người dân .111
4.5.3 Chi phí đầu tư hệ thống ban đầu và chi phí khai thác hàng tháng 112
4.5.4 Mô hình kinh doanh bền vững với sự hỗ trợ của nhà nước 114
4.6 Kết luận .115
PHẦN KẾT LUẬN .116
TÀI LIỆU THAM KHẢO .117
TÓM TẮT LUẬN VĂN .119
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.16 12
Bảng 2.1: Các loại khoá bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16-2004 . 29
Bảng 2.2: Thông số symbol OFDM theo chuẩn 802.16-2004 32
Bảng 2.3: Mã sửa lỗi đối với các phương thức điều chế 34
Bảng 2.4: Kích cỡ khối bit xen kẽ 35
Bảng 2.5: Thông số SOFDMA 41
Bảng 2.6: Các phương thức điều chế và Mã hóa được hỗ trợ trong 802.16e 42
Bảng 2.7: Tốc độ dữ liệu lớp PHY Mobile WiMAX 43
Bảng 2.8: Các dịch vụ WiMAX di động và QoS . 47
Bảng 3.1: Phân bổ tần số cho các công nghệ không dây . 56
Bảng 3.2 Tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO . 71