Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ, chuyên ngành tin học Nghiên cứu công nghệ không dây Wimax
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXLời nói đầuMột vài năm trở lại đây, các công nghệ không dây được đề cập đến nhiều và được coi là một trong những giải pháp cho nhiều loại hình mạng. Trong quá trình học tập tại trường đại học Bách khoa Hà Nội cũng như thực tập tại viện Công nghệ thông tin Quân đội, em đã được tiếp xúc, được đọc, tham khảo những tài liệu về các công nghệ này. Một công nghệ không dây mới xuất hiện và có những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ đi trước nó là công nghệ Wimax. Dù rằng Wimax chưa được triển khai, cũng mới chỉ có các hệ thống thử nghiệm nhưng nó hứa hẹn là một công nghệ cách mạng trong lĩnh vực không dây. Dựa trên sự hợp chuẩn của hai tổ chức chuẩn hóa lớn nhất thế giới là IEEE và ETSI cũng như sự hậu thuẫn của hàng loạt các công ty lớn trên thế giới như Intel, Alvarion… chắc chắn rằng trong tương lai không xa, Wimax sẽ trở nên phổ biến trên phạm vi toàn cầu. Đối với Việt Nam, Wimax có thể được coi là một giải pháp đi tắt đón đầu và hoàn toàn phù hợp với hoàn cảnh nước ta. Để tìm hiểu trước về một công nghệ vẫn còn mới mẻ và đầy tiềm năng, em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ không dây Wimax”.Do thời gian có hạn, công nghệ Wimax lại là một công nghệ mới, phức tạp, hơn nữa kiến thức của bản thân em vẫn còn nhiều hạn chế nên chắc chắn rằng đề tài sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Mong các thấy, cô, các bạn góp ý cho em để em có hiểu biết sâu, rộng hơn về công nghệ này.Đây là đề tài được thực hiện trong một thời gian dài và là thành quả lớn nhất của em trong quá trình học tập dưới mái trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, em còn được sự động viên giúp đỡ của rất nhiều người để có thể hoàn thành đề tài.Em xin cảm ơn cô giáo PGS.TS Nguyễn Việt Hương, người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, góp ý cho em nhiều điều vô cùng quý báu trước và trong quá trình em thực hiện đề tài này.Em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông, các thầy cô giáo trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền đạt cho em rất nhiều nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình em học tập và nghiên cứu tại trường.I NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXXin cảm ơn các anh, các bạn trong nhóm Connek đã tạo điều kiện, cung cấp tài liệu, giải đáp, góp ý cho em về đề tài này.Xin gửi lời cảm ơn đến anh Trần Văn Tùng, Lê Ngọc Hoàng (công ty ITC), bạn Hoàng Ngọc Nam (công ty VDC) và các người bạn khác.Xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người.Hà Nội tháng 5-2005Sinh viênNguyễn Đức TuânII NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXMỤC LỤCDanh sách các hình VIDanh sách các bảng .IX Bảng từ viết tắt XGiải thích một số thuật ngữ .XIVCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .11.1 Tổng quan về đề tài 11.2 Phạm vi đề tài .2CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG .32.1 Khái niệm công nghệ băng rộng .32.1.1 Nhu cầu của công nghệ băng rộng 32.1.2 Lợi ích từ công nghệ truy nhập băng rộng 52.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng đáng lưu tâm 52.2. Công nghệ không dây băng rộng 62.2.1 Thế giới công nghệ không dây .62.2.2 Các hệ thống chuẩn cho mạng không dây băng rộng .11CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT .143.1 Các hiệu ứng trong truyền thông không dây 143.1.1 Hiệu ứng suy hao đường truyền 153.1.2 Hiệu ứng fading .153.2 Các kĩ thuật điều chế .173.2.1 Điều chế BPSK/QPSK 173.2.2 Điều chế QAM .18III NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX3.3 Kĩ thuật OFDM 193.3.1 Khái niệm OFDM .193.3.2 Hệ thống OFDM .223.3.3 Lợi ích của OFDM 243.3.4 Ứng dụng của OFDM .243.4 Mã hóa kênh .253.5 Các kĩ thuật đa truy nhập .263.5.1 Kĩ thuật FDMA .273.5.2 Kĩ thuật TDMA .273.5.3 Kĩ thuật CDMA .283.5.4 Kĩ thuật OFDMA 283.6 Mã hóa bảo mật 283.6.1 Mã hóa đối xứng .293.6.2 Mã hóa khóa công cộng 32CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIMAX .344.1 Khái niệm công nghệ Wimax 344.2 Một số các ứng dụng điển hình của Wimax 364.3 Ưu điểm của Wimax 364.4 Wimax Forum 37CHƯƠNG 5: CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG WIMAX 395.1. Những băng tần cơ bản sau được sử dụng trong 802.16 395.2. Mô hình tham chiếu 395.3. Lớp con hội tụ CS .405.4. Lớp con MCPS 43IV NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX5.4.1 Đánh địa chỉ .455.4.2 Định dạng của MAC PDU .465.4.3 Quá trình xây dựng MAC PDU trong 802.16 515.4.4 Cơ chế cấp phát và yêu cầu băng thông .515.4.5 Quá trình thiết lập kết nối .525.4.6 Chất lượng dịch vụ trong 802.16 .545.5. Lớp bảo mật trong 802.16 575.5.1 Security Association 585.5.2 Giao thức quản lí khóa PKM 595.5.3 Mã hóa 625.6. Lớp vật lý635.6.1 Tần số làm việc và độ rộng kênh truyền 645.6.2 Duplexing và đa truy nhập 645.6.3 OFDM Symbol 655.6.4 Sơ đồ khối quá trình truyền-nhận 665.6.5 Điều chế và mã hóa thích ứng .70CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA WIMAX .736.1 Mô hình kết nối tổng quát .736.2 Mô hình ứng dụng của Wimax .776.2.1 Mô hình ứng dụng cho mạng truy nhập 776.2.3 Mô hình kết hợp với WiFi 79KẾT LUẬN 80PHỤ LỤC 82TÀI LIỆU THAM KHẢO .85V NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXDANH SÁCH CÁC HÌNHHÌNH 1-1: VÍ DỤ VỀ LIÊN KẾT GIỮA CÁC MẠNG 2HÌNH 2-2: HỆ THỐNG CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY .11HÌNH 2-3: QUAN HỆ GIỮA 802 VÀ OSI .12HÌNH 2-4: HỆ THỐNG CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY CỦA IEEE 13HÌNH 3-5: HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG TRONG TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN. 16HÌNH 3-6: ĐIỀU CHẾ BPSK .17HÌNH 3-7: ĐIỀU CHẾ QPSK .18HÌNH 3-8: ĐIỀU CHẾ QAM .19HÌNH 3-9: SO SÁNH GIỮA FDM VÀ OFDM .20HÌNH 3-10: NGUYÊN LÝ TẠO MỘT KÍ HIỆU OFDM 21HÌNH 3-11: PHỔ NĂNG LƯỢNG TRONG OFDM .22HÌNH 3-12: DẢI BẢO VỆ TRONG MỘT KÍ HIỆU 22HÌNH 3-13: SƠ ĐỒ THU PHÁT CỦA HỆ THỐNG OFDM .23HÌNH 3-14: MÃ HÓA KÊNH TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ 25HÌNH 3-15: MÃ KHỐI 26HÌNH 3-16: MÃ XOẮN .26HÌNH 3-17: ĐA TRUY NHẬP THEO TẦN SỐ .27HÌNH 3-18: ĐA TRUY NHẬP THEO THỜI GIAN 28VI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXHÌNH 3-19: CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÃ HÓA 29HÌNH 3-20: MÃ HÓA DES .30HÌNH 3-21: MÃ HÓA VỚI IV .31HÌNH 3-22: MÃ HÓA TRONG FM .32HÌNH 3-23: MÃ HÓA CÔNG CỘNG 33HÌNH 5-24: MÔ HÌNH THAM CHIẾU CỦA 802.16 40HÌNH 5-25: CẤU TRÚC CỦA ATM-CS PDU CHẾ ĐỘ CHUYỂN MẠCH ĐƯỜNG .42HÌNH 5-26: CẤU TRÚC KHUNG ATM-CS PDU CHẾ ĐỘ CHUYỂN MẠCH KÊNH .42HÌNH 5-27: QUÁ TRÌNH PHÂN LOẠI MAC SDU 43HÌNH 5-28: CÁC KIẾN TRÚC TRONG 802.16 44HÌNH 5-29: CÁC SDU, PDU QUA TỪNG LỚP .47HÌNH 5-30: CẤU TRÚC CỦA MAC PDU .47HÌNH 5-31: CẤU TRÚC TIÊU ĐỀ MAC PDU DẠNG THÔNG THƯỜNG 48HÌNH 5-32: CẤU TRÚC TIÊU ĐỀ MAC PDU DẠNG YÊU CẦU BĂNG THÔNG .50HÌNH 5-33: QUÁ TRÌNH THIẾT LẬP KẾT NỐI .53HÌNH 5-34: MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THỰC THỂ QOS 56HÌNH 5-35: QUÁ TRÌNH CẤP PHÉP VÀ TRAO ĐỔI KHÓA AK .61VII NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXHÌNH 5-36: QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHÓA TEK 61HÌNH 5-37: MỐI QUAN HỆ GIỮA TẢI TRƯỚC KHI MÃ HÓA VÀ SAU KHI MÃ HÓA .62HÌNH 5-38: QUÁ TRÌNH MÃ HÓA 63HÌNH 5-39: CẤU TRÚC SYMBOL TRONG MIỀN THỜI GIAN .65HÌNH 5-40: CẤU TRÚC SYMBOL TRONG MIỀN TẦN SỐ .65HÌNH 5-41: QUÁ TRÌNH TRUYỀN-NHẬN .66HÌNH 5-42: QUÁ TRÌNH XEN KẼ 68HÌNH 5-43:ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA THÍCH ỨNG .70HÌNH 5-44: CẤU TRÚC KHUNG WMAN-OFDM PHY VỚI TRƯỜNG HỢP TDD .71HÌNH 5-45:CẤU TRÚC KHUNG WMAN-OFDM PHY VỚI TRƯỜNG HỢP TDD .72HÌNH 6-46: MÔ HÌNH CƠ BẢN CỦA MỘT WIMAX BS 74HÌNH 6-47: TRUNG TÂM QUẢN LÍ .76HÌNH 6-48: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG CHO MẠNG TRUY NHẬP .77HÌNH 6-49: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG CHO MẠNG BACKHAUL 78HÌNH 6-50: MÔ HÌNH KẾT HỢP GIỮA WIMAX VÀ WIFI .79VIII NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXDANH SÁCH CÁC BẢNGBảng 5.1: Ý nghĩa các trường trong tiêu đề MAC PDU 50Bảng 5.2: Ý nghĩa các bit trong trường Type .51Bảng 5.3: Các mô hình mã hóa .69Bảng 5.4: Các mô hình xen kẽ 71Bảng 5.5: Thông số điều chế OFDM trong Wimax .71Bảng 5.6: Tổng kết về Wimax 82IX NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAXBẢNG TỪ VIẾT TẮTKí hiệu Từ viết tắtAK Authorization KeyATM Asynchronous Transfer ModeBE Best EffortBPSK Binary Phase Shift KeyingBS Base StationCATV Cable TelevisionCDMA Code Division Multiple AccessCID Connection IdentifierCP Cyclic PrefixCRC Cyclic Redundancy CheckCS Service-Specific Convergence SublayerCSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision AvoidanceDCD Downlink Channel DescriptorDES Data Encryption StandardX [...]... là nền tảng để nghiên cứu công nghệ Wimax Cuối cùng sẽ nghiên cứ về các vấn đề kĩ thuật chính trong Wimax, mô hình ứng dụng cũng như khả năng triển khai của công nghệ này 1.2 Phạm vi đề tài Công nghệ Wimax là công nghệ mới và có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu Đề tài Nghiên cứu công nghệ Wimax không tập trung vào nghiên cứu chuyên sâu một 2 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU vấn đề mà chỉ nghiên cứu Wimax với vai... Đề tài Nghiên cứu công nghệ Wimax dưới đây nhằm mục đích nghiên cứu kĩ về công nghệ Wimax: các vấn đề kĩ thuật và khả năng triển khai công nghệ Wimax Đề tài được nghiên cứu theo trình tự sau đây: Đầu tiên sẽ tìm hiểu tổng quan về công nghệ băng rộng nói chung và công nghệ không dây nói riêng, mục đích và khả năng của từng công nghệ Tiếp đến là phần tìm hiểu về lí thuyết chung trong không dây Lí thuyết... thuật không dây băng rộng cố định Làm nổi bật lên công nghệ Wimax, các ưu điểm cũng như khả năng ứng dụng của công nghệ Đề tài được chia làm sáu chương: • Chương I: Chương giới thiệu tổng quan, phạm vi đề tài như đã trình bày ở trên • Chương II: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ băng rộng nói chung và công nghệ băng rộng không dây nói riêng, hệ thống chuẩn của các công nghệ băng rộng không dây và Wimax. .. vậy mà công nghệ này rất phát triển và thường được dùng để triển khai cho mạng truy nhập CATV Công nghệ cáp sử dụng đường cáp nối vào TV sẵn có làm môi trường truyền dữ liệu băng rộng Ưu điểm của công nghệ này cũng giống với DSL tuy nhiên hiện nay cáp không phải nơi nào cũng có Chính vì thể mà việc triển khai công nghệ này cùng không dễ Công nghệ không dây WPAN, WLAN, WMAN, WWAN Công nghệ không dây băng... của mạng không dây Dù rằng tốc độ của mạng không dây không cao lại bị ràng buộc chặt chẽ bởi các quy định, nhất là các quy định về tần sổ… nhưng mạng không dây tiết kiệm được giá thành, lại linh hoạt và dễ triển khai Chính vì thế, dù chưa thể thay thế được mạng có dây nhưng mạng không dây được coi là giải pháp khắc phục các hạn chế mà mạng có dây không thể làm được Wimax là một công nghệ không dây băng... lập mạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém Bên cạnh đó, việc cài đặt mạng không dây cũng khá dễ dàng Tuy nhiên công nghệ không dây băng rộng cũng có rất nhiều nhược điểm cần khắc phục như tốc độ và bảo mật… Việc cải tiến tốc độ trong công nghệ không dây khó hơn rất nhiều so với các công nghệ có dây khác bởi lẽ trong truyền thông không dây gặp rất nhiều vấn đề, hiện tượng... trong truyền thông không dây gặp rất nhiều vấn đề, hiện tượng ảnh hưởng tới truyền dẫn Hơn nữa, truyền thông không dây không sử dụng dây dẫn nên khả năng bị xâm nhập, bị phá dữ liệu do những yếu tố chủ quan là rất lớn 2.2 Công nghệ không dây băng rộng 2.2.1 Thế giới công nghệ không dây Công nghệ WWAN - Wide Wireless Area Network Đặc điểm của mạng WAN đó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng địa... kĩ thuật trong Wimax như mô hình phân lớp, chất lượng dịch vụ, bảo mật,… • Chương VI: Giới thiệu một số mô hình triển khai Wimax, hiện trạng công nghệ Wimax trên thế giới và ở Việt Nam CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG 2.1 Khái niệm công nghệ băng rộng 2.1.1 Nhu cầu của công nghệ băng rộng Mạng truy nhập là mạng nằm giữa tổng đài nội hạt CO (Central Office) và thiết bị đầu cuối của khách hàng Các... Các công nghệ truy nhập băng rộng đáng lưu tâm Công nghệ DSL DSL không phải là một công nghệ mà là một nhóm công nghệ Nó sử dụng đường cáp đồng có sẵn để truyền dữ liệu với tốc độ cao Nó cho phép truyền đồng thời dữ liệu và âm thanh trên đôi cáp đồng đó nhờ vào việc truyền dữ liệu và âm thanh trên các tần số khác nhau DSL cũng có những lợi ích rõ ràng như: truyền tốc độ cao, không cần thêm đường dây. .. IEEE, có một số lớn các mô tả tập trung vào các mạng không dây Từ các mạng nhỏ như mạng WPAN đến các mạng vô cùng rộng lớn như mạng WWAN Hình 2.3 mô tả các đặc tả của IEEE đối với các loại mạng không dây 12 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU Hình 2-4: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây của IEEE Chuẩn 802.15 dựa trên công nghệ Bluetooth, một công nghệ được khởi xướng bởi công ty điện thoại di động Erricson năm 1994 Đến . mạngĐề tài Nghiên cứu công nghệ Wimax dưới đây nhằm mục đích nghiên cứu kĩ về công nghệ Wimax: các vấn đề kĩ thuật và khả năng triển khai công nghệ Wimax. Đề. về một công nghệ vẫn còn mới mẻ và đầy tiềm năng, em đã thực hiện đề tài Nghiên cứu công nghệ không dây Wimax .Do thời gian có hạn, công nghệ Wimax lại
