Nội dung

Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt LỜI MỞ ĐẦU Trong bối cảnh sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ truyền thông vô tuyến băng rộng qua khoảng cách xa, nhiều công nghệ nổi lên như để chứng tỏ tiềm năng và tính khả thi của mình như công nghệ DSL, ADSL, WiFi. Nhưng cho tới nay tất cả những công nghệ này tuy hiện nay rất phổ biến nhưng dường như vẫn không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người dùng về mặt tốc độ, khả năng phủ sóng… WiMAX nói chung và đặc biệt là WiMAX di động nói riêng với những đặc tính vượt trội đã chứng tỏ mình là một giải pháp tích cực có thể giải quyết các vấn đề đa truy nhập về mặt chi phí lắp đặt, khoảng cách phủ sóng, tốc độ đường truyền, đồng thời thu hút được sự tham gia hợp tác của các tập đoàn điện tử lớn trong việc sản xuất thúc đẩy sự hoàn thiện của công nghệ mới này. Đề tài khóa luận tốt nghiệp với tiêu đề: “Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt” được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về công nghệ WiMAX di động đồng thời nghiên cứu tình hình triển khai của công nghệ mới này trong điều kiện thực tế ở Việt Nam để trả lời các câu hỏi như: “Tại sao công nghệ mới này lại hấp dẫn các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng cũng như các khách hàng như vậy?” và “Quá trình triển khai trên thực tế được thực hiện như thế nào, kết quả thu được là gì?”. Đồng thời, việc nghiên cứu tìm hiểu về WiMAX di động trong tình hình mạng viễn thông Việt Nam hiện nay là điều cần thiết không chỉ đối với thị trường nói chung cũng như các các nhà quản lý mà quan trọng hơn sẽ giúp trang bị cho sinh viên khoa điện tử - viễn thông của trường Đại học Công Nghệ những nền tảng kiến thức thực tế cơ bản về việc ứng dụng và phát triển công nghệ mới này. Trên cơ sở những thông tin có sẵn từ các tài liệu trong và ngoài nước, phần nội dung của bài viết được thực hiện thông qua đọc và phân tích đồng thời nêu lên quan điểm của bản thân về những vấn đề cần nghiên cứu. Nội dung bài khóa luận bao gồm 2 phần chính:  Chương 1: Tổng quan về chuẩn 802.16e và WiMAX di động.  Chương 2: Các đặc tính kỹ thuật của WiMAX di động.  Chương 3: Ứng dụng triển khai WiMAX di động trên mạng nội hạt tại Việt Nam -1- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 MỤC LỤC ................................................................................................................ 2-4 DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... 5-6 DANH MỤC BẢNG................................................................................................. 7 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... 8-11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN 802.16e VÀ WiMAX DI ĐỘNG ......... 12 1.1 Giới thiệu chung về WiMAX di động .................................................................12 1.2 Mô hình hệ thống ................................................................................................ 14 1.3 Kiến trúc mạng WiMAX di động ......................................................................... 15 1.4 Kỹ thuật truyền thông số ..................................................................................... 16 1.4.1 Mô tả lớp vật lý ........................................................................................ 16 1.4.1.1 Các khái niêm cơ bản về OFDM ....................................................... 16 1.4.1.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa ...................................... 19 1.4.1.3 SOFDMA theo tỷ lệ (S-OFDMA) ..................................................... 22 1.4.1.4 So sánh OFDM và OFDMA ............................................................. 23 CHƯƠNG 2: CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA WIMAX DI ĐỘNG............... 26 2.1 Cấu trúc khung TDD ............................................................................................ 26 2.2 Các đặc điểm lớp PHY cải tiến khác .................................................................... 28 2.3 Mô tả lớp MAC (Media Access Control) ............................................................ 30 2.3.1 Dịch vụ lập lịch MAC ............................................................................... 32 2.3.2 Hỗ trợ QoS ............................................................................................... 33 2.3.3 Quản lý nguồn .......................................................................................... 35 2.3.4 Quản lý di động ........................................................................................ 36 2.3.5 Bảo mật .................................................................................................... 37 -2- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt 2.3.6 Truy nhập kênh truyền .............................................................................. 38 2.4 Các đặc điểm cải tiến của WiMAX di động ......................................................... 39 2.4.1 Công nghệ anten thông minh .................................................................... 39 2.4.1.1 MIMO .......................................................................................... 39 2.4.1.2 Công nghệ anten thông minh ................................................................ 40 2.4.2 Sử dụng lại tần số phân đoạn ...................................................................42 2.4.3 Dịch vụ Multicast và Broadcast (MBS) .................................................... 44 2.5 Các vấn đề về phổ của WIMAX di động .............................................................. 45 2.6 Kiến trúc WiMAX end-end .................................................................................. 46 2.6.1 Hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng ................................................................ 48 2.6.2 Liên mạng và chuyển vùng ...................................................................... 48 2.6.3 Bảo mật .................................................................................................... 51 2.6.4 Tính di động và chuyển giao ..................................................................... 52 2.6.5 Khả năng mở rộng, vùng bao phủ và lựa chọn nhà khai thác. .................... 53 2.6.6 Khả năng liên hoạt động của đa nhà sản xuất ............................................ 54 2.6.7 Chất lượng dịch vụ .................................................................................. 54 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI WiMAX DI ĐỘNG TRÊN MẠNG NỘI HẠT TẠI VIỆT NAM ............................................................................................ 55 3.1 Tổng quan ............................................................................................................ 55 3.2 Triển khai WIMAX di động của công ty Viễn Thông Hà Nội (HNPT) ................ 56 3.2.1 Mục tiêu triển khai.................................................................................... 56 3.2.1.1 Yêu cầu về dịch vụ cho hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng ........ 56 3.2.1.2 Đối tượng khách hàng của hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng ...56 3.2.2 Qui mô triển khai WIMAX di động tại Hà Nội ........................................ 56 3.2.3 Phối hợp thử nghiệm triển khai Wimax giữa Motorola và HNPT .............. 57 -3- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt 3.2.3.1 Mục đích của cuộc Phối hợp Thử nghiệm Công nghệ (PTC)............. 59 3.2.3.2 Nội dung công việc triển khai ........................................................... 69 3.2.3.3 Sơ đồ chung về mạng của ULAP WiMAX ...................................... 70 3.2.3.4 Các thành phần hệ thống và thiết bị kiểm tra được yêu cầu ............... 71 3.2.3.4.1 Phần mềm ................................................................................. 72 3.2.4 Cấu hình thử nghiệm ............................................................................... 73 3.2.4.1 Các mô hình thử nghiệm ..................................................................74 3.2.4.1.1 Dịch vụ dữ liệu .................................................................74 3.2.4.1.2 Dịch vụ thoại trên nền IP .................................................. 75 3.2.4.1.3 Dịch vụ game tương tác .................................................... 77 3.2.4.1.4 Dịch vụ mạng riêng ảo ...................................................... 78 3.2.4.1.5 Dịch vụ cấp phát địa chỉ IP-DHCP .................................... 79 3.2.4.1.6 Thử nghiệm VOIP với VOIP Server và Voice Gateway .... 80 3.2.5 Kết quả thử nghiệm triển khai Wimax di động ......................................... 82 KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 84 -4- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Profile hệ thống WiMAX di động Hình 1.2: Lộ trình phát triển công nghệ WiMAX Hình 1.3: Mô hình hệ thống WiMAX Hình 1.4: Kiến trục mạng WiMAX di động Hình 1.5: Phân chia luồng số liệu trong OFDM Hình 1.6: Mặt cắt của Cyclic Prefix Hình 1.7: Mật độ phổ năng lượng của tin hiệu điều chế OFDM Hình 1.8: Miền tần số OFDM Hình 1.9: Mô hình kênh con hóa OFDM Hình 1.10: Cấu trúc sóng mang con OFDMA Hình 1.11: Sự phân bổ pilot và dữ liệu trong các ký hiệu chẵn lẻ Hình 1.12: Cấu trúc tile của UL PUSC Hình 1.13: So sánh OFDM và OFDMA Hình 1.14: Tương quan so sánh giữa OFDM và SOFDMA Hình 1.15: Tuyến lên trong OFDM và OFDMA Hình 2.1: Cấu trúc khung WiMAX OFDMA Hình 2.2: Mô hình điều chế trong 802.16e Hình 2.3: Phân lớp MAC và các chức năng Hình 2.4: Qos hỗ trợ WiMAX di động Hình 2.5: Các bước kết nối với trạm BS Hình 2.6 : Kỹ thuật MIMO Hình 2.7: Chuyển mạch thích ứng cho anten thông minh Hình 2.8 Cấu trúc khung đa miền Hình 2.9: Sử dụng lại tần số -5- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt Hình 2.10: Hỗ trợ MBS nhúng với những vùng WiMAX-MBS di động Hình 2.11: Mô hình tham chiếu mạng WIMAX Hình 2.12: Cấu trúc mạng WiMAX trên nền IP Hình 3.1: Sơ đồ các khu vực triển khai WiMAX di động Hình 3.2: Cấu hình sản phẩm Ultra Light Hình 3.3: Cấu hình sản phẩm ULAP Hình 3.4: Framework quản lý các phần tử ULAP Hình 3.5: Cấu hình cell điển hình (4 sector) Hình 3.6: Module thuê bao ngoài trời Hình 3.7: Cấu hình đa sector của ULAP Hình 3.8: Cấu hình mạng chung ULAP Hình 3.9: Cấu hình mạng Hình 3.10: Cấu hình thử nghiệm WiMAX di động của HNPT Hình 3.11: Thử nghiệm dịch vụ truyền file FTP Hình 3.12: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web intranet Hình 3.13: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web internet Hình 3.14: Thử nghiệm dịch vụ VOIP PC-to-PC Hình 3.15: Thử nghiệm dịch vụ Game trực tuyến Hình 3.16: Thử nghiệm dịch vụ mạng riêng ảo VPN Hình 3.17: SM built-in DHCP Server Hình 3.18: External DHCP Server Hình 3.19: Thử nghiệm VOIP với VOIP server (HNPT) và Voice Gateway (HNPT) -6- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các tham số tỉ lệ OFDMA Bảng 2.1: Các kỹ thuật mã hóa và điều chế được hỗ trợ Bảng 2.2: Tốc độ dữ liệu PHY với các kênh con PUSC trong WiMAX di động Bảng 2.3: Các dịch vụ trong QoS Bảng 2.4: Các tùy chọn của Anten cao cấp Bảng 2.5: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO Bảng 3.1: Tổng hợp những đặc tính kỹ thuật chính của ULAP Bảng3.2: Đặc tính kỹ thuật vô tuyến của ULAP Bảng 3.4: Đặc tính kỹ thuật anten của ULAP Bảng 3.5: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao Bảng 3.6: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao (tiếp...) -7- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT AAA Authentication, authorization and Account Nhận thực, cấp phép và lập tài khoản Đường dây thuê bao bất đối ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line AES-CCM AES-CCM-based authenticated. encryption Thuật toán bảo mật mã hoã nhật thực AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích ứng ARPU Average Revenue Per User ASN gateway Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập BS Base Station Trạm gốc CCMP Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol xứng Chỉ số doanh thu bình quân của một thuê bao/tháng Giao thức CCMP CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung CQI Channel quality indicator Chỉ thị chất lượng kênh CQI Channel quality indicator Một kênh chỉ thị chất lượng kênh CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ CSN Core Service Network Mạng dịch vụ lõi DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host -8- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt động Đường xuống DL Downlink DL FUSC Fully Used Sub-Carrier DL PUSC Partially Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng một phần DOCSIS Data Over Cable Service Interface Specification Dịch vụ truyền data bằng đường cáp DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực có thể mở rộng EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng FBSS Fast Base Station Switching Chuyển mạch trạm gốc nhanh FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung FDMA Frequence Division Mutiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo tần số HARQ Hybrid Automatic Retransmission Request Yêu cầu truyền lại tự động kết nối HHO Hard Handoff Handoff cứng HMAC Hashed Message Authentication Code Khóa mã nhận thực bản tin băm IEEE Institute of Electrical and Electronics Viện các kỹ sư điện và điện Sóng mang con sử dụng hoàn toàn -9- Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt Engineers tử LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng MAI Multi Access Interfearence Nhiễu đa truy xuất MDHO Macro Diversity Handover Handover chuyển giao phân tập vĩ mô Kỹ thuật sử dụng nhiều ăng- MIMO Multiple-input and multiple-output ten phát và nhiều ăng-ten thu để truyền và nhận dữ liệu MS Mobile Station Trạm di động NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng NOSL None-light of sight Không theo tầm nhìn thẳng NRM Network Reference Model Mô hình tham chiếu mạng NSP Network Service Provider Nhà cung câp dịch vụ mạng OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PKM Protocal of Key Management Phương thức quản lý khóa QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadratura Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phương RTG Receive Transition Gap Khoảng trống chuyển giao đầu thu - 10 -