Đồ Án Phân tích và qui hoạch vùng phủ sóng mạng Internet không dây băng rộng sử dụng công nghệ WiMax

Lời nói đầu

Ngày nay với các tiến bộ của kỹ thuật, mạng internet đang dần trở nên phổ
thông và tiện dụng. Người sử dụng có nhiều lựa chọn các dịch vụ internet khác
nhau từ ADSL, v.v và hướng tới để sử dụng các dịch vụ cao cấp hơn, chất lượng
tốt hơn. Công nghệ WiMax được nghiên cứu và triển khai để từng bước đáp ứng
những yêu cầu đó. Những dịch vụ theo thời gian thực, dịch vụ phục vụ công cộng
như giao thông; giáo dục v.v đã đưa khả năng sử dụng internet sang một phạm vi
mới.
Trong quá trình thực hiện đề tài “Phân tích và qui hoạch vùng phủ sóng
mạng Internet không dây băng rộng sử dụng công nghệ WiMax” tôi đã được sự
hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn và các kỹ sư của Công ty
Điện toán và truyền số liệu khu vực 1 VDC.
Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới: Thầy giáo hướng dẫn TS.Đào Ngọc
Chiến - bộ môn Hệ thống viễn thông Khoa Điện tử Viễn Thông trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội; Kỹ sư Nguyễn Thanh Tùng - Trưởng phòng kỹ thuật Công ty
Điện toán và truyền số liệu khu vực 1 VDC; Các bạn trong phòng thí nghiệm anten
và siêu cao tần - tầng 6 thư viện Tạ Quang Bửu – Đại học Bách Khoa Hà Nội và
gia đình đã quan tâm, tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành bản đồ án.

Tóm tắt đồ án

WiMax (World Interoperability Microwave Access) là hệ thống truy cập vi
ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên tiêu chuẩn kĩ thuật IEEE 802.16 – 2004.
Công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm
bổ sung cho mạng thông tin di động. Mạng Wifi chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ
LAN còn WiMax phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area
Network), cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao chất lượng tốt. WiMax ra đời
nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay
thế cho ADSL và Wifi. Nội dung đồ án được trình bày trong 4 chương. Trong đó:
- Chương 1: Khái quát chung về hệ thống thông tin vô tuyến đưa ra một cái nhìn
tổng quát về các hệ thống thông tin vô tuyến trước và đang sử dụng ngày nay đồng
thời giới thiệu qua về hệ thống WiMax.
- Chương 2: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMax – chương này trình bày
những đặc điểm kỹ thuật chính của hệ thống WiMax.
- Chương 3: Xây dựng mô hình tính toán mạng Wireless 802.16 – đưa các tiêu chí,
phương pháp tính toán, các thông số mô phỏng để áp dụng tính toán xây dựng hệ
thống WiMax.
- Chương 4: Định hướng quy hoạch mạng internet sử dụng công nghệ WiMax – dựa
vào các điều kiện thực tế về kĩ thuật, kinh tế, tính khả thi để định hướng ứng dụng
và lựa chọn phát triển hệ thống WiMax.

Mục lục
Lời nói đầu . 1
Tóm tắt đồ án . 2
Mục lục . 3
Danh sách các hình vẽ . 6
Danh sách bảng biểu . 8
Danh sách các từ viết tắt . 9
CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN
VÔ TUYẾN TẾ BÀO 10
1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 1 (1G) 10
1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) 10
1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2,5 (2,5G) 11
1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) 12
1.5 Giới thiệu về hệ thống WiMax 12
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 17
2.1 Khái niệm chung 17
2.2 Lớp vật lý (PHY) . 18
2.2.1 Cở sở OFDMA 18
2.2.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hoá . 22
2.2.3 S-OFDMA 24
2.2.4 Cấu trúc khung TDD . 25
2.2.5 Các đặc tính lớp PHY cao cấp khác 27
2.3 Mô tả lớp điều khiển truy nhập phương tiện (MAC-Media Access Control) 29
2.3.1 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) 29
2.3.2 Dịch vụ lập lịch trình MAC (Media Access Control) . 32
2.4 Quản lý di động và nguồn năng lượng . 32
2.4.1 Quản lý di động . 32
2.4.2 Quản lý nguồn năng lượng . 32
2.5 Bảo mật trong WiMax . 34
2.6 Các đặc tính khác của WiMax di động 34
2.6.1 Sử dụng Anten thông minh . 34
2.6.2 Sử dụng lại tần số 37
2.7 Phân tích hiệu suất hệ thống di động WiMax 38
2.7.1 Các thông số hệ thống di động WiMax 38
2.7.2 Quỹ đường truyền WiMax di động . 43
2.7.3 Hiệu suất hệ thống WiMax . 43
2.7.4 Hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng 48
2.7.5 Liên mạng và chuyển vùng (roaming) 48
2.8 Các ứng dụng, tiêu chuẩn áp dụng và tương lai của WiMax . 51
2.8.1 Các tiêu chuẩn mở của WiMax di động 51
2.8.2 Các ứng dụng WiMax di động 52
2.8.3 Các vấn đề về phổ của WiMax di động 52
2.8.4 Lộ trình cho các sản phẩm WiMax . 53
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN MẠNG WIRELESS
802.16 55
3.1 Khái quát về hệ thống được thiết kế 55
3.1.1 Vị trí và cân nhắc vị trí thực . 55
3.1.2 Nhận dạng các yêu cầu đối với thiết bị . 58
3.1.3 Năm chữ “C” trong thiết kế một hệ thống 61
3.2 Cấu trúc của hệ thống 62
3.2.1 Mô hình khả thi của hệ thống . 62
3.2.2 Tái sử dụng tần số và nhiễu giữa các cell lân cận . 65
3.2.3 Mô hình kênh truyền dẫn và nhiễu 68
3.2.4 Giả thiết mức mô hình hệ thống chung . 72
3.2.5 Các thông số đầu ra . 74
3.3 Các mô hình lưu lượng ứng dụng 75
3.3.1 Đặc điểm của mô hình lưu lượng HTTP . 75
3.3.2 Đặc tính của mô hình lưu lượng FTP . 77
3.3.3 Ứng dụng Video gần thời gian thật (NRTV - near real time video) . 78
3.3.4 Quan điểm trừu tượng về lớp PHY trong mô hình hệ thống 78
3.4 Tái sử dụng tần số và giao thoa giữa các cell 79
3.4.1 Tái sử dụng tần số . 79
3.4.2 Mô hình kênh truyền và giao thoa cho mô hình hệ thống 79
3.5 Các thông số cho hệ thống . 81
3.5.1 Các thông số kênh truyền theo mức . 81
3.5.2 Thông số cho BS và MS . 84
3.5.3 Các thông số định cỡ và thông số tham khảo . 85
3.5.4 Mô hình kênh truyền theo mức . 86
3.5.5 Suy hao đường truyền trong hệ thống WiMax . 94
3.5.6 Tạo ra các thông số của người sử dụng đối với các môi trường: cell lớn môi trường
thành phố và cell lớn môi trường vùng ngoại ô . 100
3.5.7 Đề xuất các thông số cho thuê bao trong môi trường cell nhỏ - thành phố 104
3.5.8 Tạo ra các hệ số kênh truyền 106
3.5.9 Định cỡ hệ thống theo mức . 108
CHƯƠNG 4: ĐỊNH HƯỚNG QUY HOẠCH MẠNG INTERNET SỬ DỤNG
CÔNG NGHỆ WIMAX 113
4.1 Tính toán đường truyền . 113
4.2 Nghiên cứu, khảo sát tổng quát về một site . 116
Kết luận 124
Tài liệu tham khảo 125