Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Thiết lập mạng wimax
iBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAMHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG---------------------------------------------HOÀNG DŨNG SỸTHIẾT LẬP MẠNG WIMAXCHUYÊN NGÀNH: KỶ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60.52.70LUẬN VĂN THẠC SỸ KỶ THUẬTNGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BÙI THIỆN MINH HÀ NỘI, 2010 Luận văn được hoàn thành tại:Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thôngTập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt NamNgười hướng dẫn khoa học:TS. Bùi Thiện MinhPhản biện 1:Phản biện 2:Phản biện 3:Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thôngVào lúc: giờ .….ngày…….tháng…… năm 2010Có thể tìm hiểu luận văn tại:Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thôngii 1CHƯƠNG 1TỔNG QUAN HỌ TIÊU CHUẨN 802.161.1 Công nghệ WiMAX là gìWiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn, cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp và DSL. WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic, mang xách được và cuối cùng là di động mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng trực tiếp tới một trạm gốc. Trong một bán kính của một cell điển hình là từ 3 đến 10km, các hệ thống đã được Diễn đàn WiMAX chứng nhận sẽ có tốc độ lên tới 40Mbit/s mỗi kênh cho các ứng dụng truy cập cố định và mang xách được. 1.2 Những cơ sở quan trọng của công nghệ WiMAXCơ sở quan trọng của công nghệ WiMAX là sự tương thích của thiết bị WiMAX, được Diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo sự tin cậy và làm tăng số lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụ khi mua thiết bị không chỉ từ 1 công ty và tất cả đều tương thích với nhau. Các cơ sở quan trọng khác là chi phí, độ bao phủ, công suất và chuẩn cho cả truy cập vô tuyến cố định và di động.1.3 Diễn đàn WiMAXDiễn đàn WiMAX là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu. Mục tiêu của Diễn đàn WiMAX là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI. Diễn đàn WiMAX được thành lập để dỡ bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA. 1.4 Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho truy nhập băng rộng cung cấp công nghệ truy nhập "km cuối cùng" cho các điểm nóng với dịch vụ số liệu, video, và thoại tốc độ cao.Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.16, 16a, 16e802.16 802.16a 802.16eNgày hoàn thành8/2002 4/2003 2006Băng tần10-66GHz 2-11GHz 2-6GHzĐiều kiện kênhLOS NLOS NLOSĐiều chếQPSK, 16QAM, 64QAMOFDM 256 sóng mang, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAMOFDMA khả định cỡ, BPSK, QPSK, 16-QAM, 64QAMTính di độngCố định Cố định Di rời, xách tay, di độngBăng thông kênh20, 25, 28MHzKhả định cỡ từ 1,75 đến 20 MHzKhả định cỡ: 1,25; 5; 10; 20 MHzBán kính ô điển hình2-5 km 7-40 km 2-5 km1.5 WiMAX di độngWiMAX di động được xây dựng trên chuẩn IEEE 802.16e là một giải pháp không dây băng rộng cho phép hội tụ mạng di động và cố định thông qua một công nghệ vô tuyến băng rộng. Giao diện vô tuyến của WiMAX di động tiếp nhận đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) để cải thiện hiệu năng cho môi 2 trường truyền dẫn không trực xạ. S- OFDMA được đưa vào 802.16e để hỗ trợ băng thông khả định cỡ từ 1,25 đến 20 MHz. 1.6 Lộ trình phát triển sản phẩm WiMAXNăm 2006 cả hai phòng thí nghiệm tại Tây Ban Nha và Hàn Quốc cấp chứng nhận theo chuẩn của phát hành 1 WiMAX di động, nhằm triển khai sản phẩm có chứng nhận WiMAX di động vào cuối năm 2006. Năm 2007, toàn cầu có khoảng 50 mạng di động sử dụng công nghệ Mobile WiMAX theo tiêu chuẩn 802.16e, nhưng tất cả vẫn trong trạng thái thử nghiệm. ITU đã chấp nhận công nghệ WiMAX di động là chuẩn toàn cầu từ tháng 10/2007 và gọi đây là "công nghệ không dây thế hệ mới". Năm 2010 các nhà cung cấp dịch vụ dự kiến xây dựng và thử nghiệm phiên bản 2 dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16m. Hiện nay internet băng rộng vô tuyến phát triển dựa trên công nghệ WiMAX đã đạt đến con số 519 mạng trong 146 quốc gia 1.7 Kết luậnChương này đề tài xét quá trình hình thành các chuẩn khác nhau trong họ chuẩn 802.16 như: 802.16, 802.16a, 802.16-2004 và 802.16e. Trong đó 802.16e dành cho di động băng rộng. Ngoài ra, cũng xét sự hình thành của WiMAX Forum, vai trò của nó trong việc tương hợp toàn cầu các thiết bị dựa trên chuẩn mở của IEEE. 802.16 và lộ trình phát triển sản phẩm WiMAX. 3 CHƯƠNG 2CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG VÀ GIẢI PHÁPCÔNG NGHỆ2.1 Mô hình truyền sóng2.1.1 Truyền sóng LOS và NLOSThông thường, kênh vô tuyến của một hệ thống truyền thông không dây được mô tả hoặc ở kiểu tầm nhìn thẳng (LOS) hoặc không theo tầm nhìn thẳng (NLOS). Trong một đường truyền LOS, tín hiệu đi theo đường trực tiếp và không có chướng ngại vật giữa phía phát và phía thu. Một đường truyền LOS yêu cầu phải có đặc tính là toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật.Trên một đường truyền NLOS, tín hiệu tới phía thu thông qua sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ. Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp, các đường phản xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ. Những tín hiệu này có những khoảng trễ, sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan tới đường truyền trực tiếp là khác nhau. Điều kiện phủ sóng của cả LOS và NLOS bị chi phối bởi các đặc tính truyền sóng của môi trường, tổn hao đường truyền và quỹ đường truyền vô tuyến. Công nghệ NLOS cũng giảm được chi phí cài đặt do CPE có thể cài đặt được ở nhiều điều kiện địa hình phức tạp. Chính công nghệ NLOS và các đặc tính cao cấp trong WiMAX làm nó có thể sử dụng thiết bị tại nhà của khách hàng2.1.2 Các mô hình truyền sóng thường dùng trong WiMAXMột số mô hình truyền sóng được IEEE 802.16 khuyến nghị sử dụng trong WiMAX là : mô hình SUI, mô hình COST 231 Hata 4 biến đổi, mô hình ECC33, mô hình Hata-Okumura và mô hình Cost231- Walfisch-Ikegami2.1.2.1 Mô hình Hata-OkumuraDưới đây là các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao trung bình L. Vùng thành phố:LP [dB] = A + B logfC –13.82loghb – a(hm)+(44.9 – 6.55loghb) logR(2.1) Vùng ngoại ô:LP [dB] = LP(thành phố) ( )[ ]5.428log22−−cf (2.2) Vùng nông thôn (thông thoáng):LP [dB] = LP (thành phố) – 4,78(logfC)2 + 18,33logfC – 40,49 (2.3)2.1.2.2 Mô hình Cost123- Walfisch-Ikegami Mô hình này cho phép ước lượng tổn hao đường truyền chặt chẽ hơn thông qua việc xem xét nhiều dữ liệu đặc tả môi trường đô thị bao gồm: Độ cao các tòa nhà hr, độ rộng của các con đường w, khoảng cách giữa các tòa nhà b, hướng đường phố so với hướng truyền trực tiếp φ. Công thức tổn hao đường truyền khác với tổn hao trong không gian tự do sẽ được áp dụng:LP (dB) = 42,6 + 26.log10(R) + 20.log10(f) với R ≥ 20m (2.4) (2.5)Tổn hao không gian tự do được cho bởi:L0 (dB) = 32,4 + 20.log10(R) + 20.log10(f) với R ≥ 20m (2.6)Lrts (dB) = -16,9 - 10.log10(f) + 20.log10(mhm∆) + L0ri (2.7)Lp =L0 + Lrts + Lmsd L0Với Lrts + Lmsd > 0Với Lrts + Lmsd ≤ 05 (2.8)Lmsd (dB) = Lbsh + ka + kd.log10(R) + kf .log10(f) – 9.log10(mb) (2.9) (2.10)(2.11) (2.12) (2.13)2.1.2.3 Mô hình SUIMô hình SUI chính là mô hình mở rộng của nhóm Wireless AT&T và Erceg. Nó sử dụng cho ba loại địa hình cơ bản: Loại A, L0ri =-10 + 0,3544,0 –0,1142,5 + 0,075Với 0o ≤ ϕ ≤ 35oVới 35o ≤ ϕ ≤ 55oVới 55o ≤ ϕ ≤ 90oka =5454 –0,854 + 0,8Với hb ≥ hrVới R ≥ 0,5 km và hb ≤ hrVới R < 0,5 km và hb ≤ hrkd =18 - 1518Với hb > hrVới hb ≤ hrkf = 4 +1,50,7Với thành phố trung bình và vùng ngoại ô có mật độ cây trung bìnhVới trung tâm thành phốLbsh =-18.log10(1+ )0Với hb ≤ hrVới hb > hr6 B và C. Các mô hình kênh SUI đã được lựa chọn để thiết kế, xây dựng và kiểm thử cho công nghệ WiMAX với 6 kịch bản khác nhau (từ SUI-1 đến SUI-6). Công thức cơ bản tính tổn hao đường truyền cho mô hình là: 010 logsui f hdL A X X Sdγ = + + + + (2.14)Với 0420logdAπλ = ;bbca bhhγ= − +; 6log2000ffX = 10.8log2mhhX = − ,cho loại A và B;20log2mhhX = − ,loại C Trong các phương trình: L là tổng tổn hao đường truyền (dB), d0 là đóng trong khoảng cách tham chiếu (d0 =100m), d là khoảng cách giữa BS và SS (m), S là tổn hao phân bố chuẩn normal, λ là bước sóng của sóng mang, A tổn hao đường truyền trong không gian tự do, hb là độ cao BS, hm là độ cao SS, γ là hệ số tổn hao đường truyền; a,b, c hằng số phụ thuộc vào loại địa hình2.1.2.4 Mô hình Cost231-HataCost231 đã mở rộng mô hình của Hata cho dải 1500MHz ≤ f ≤ 2000MHz bằng cách phân tích các đường cong truyền sóng của Okumura ở dải tần cao hơn. Công thức tính tổn hao đường truyền cho mô hình này là:LP = 46.3 + 33.9 logfC – 13.82 loghb – a(hm) +(44,9– 6,55loghb)logd + Cm (2.15)a(hm) = (1.1 logfc – 0.7)hm – (1.56 logfc – 0.8) (2.16)2.1.2.5 Mô hình ECC33Mô hình ECC33 khác với mô hình Hata Okumura, trong đó suy luận của các phép đo Okumura và giả định thay đổi cho các hệ 7 thống băng rộng được tính đến. Mô hình tổn hao đường truyền được định nghĩa như sau: fs bm b rL A A G G= + − − (2.17) 92.4 20log( ) log( )fsA d f= + + (2.18)[ ]220.41 9.83log( ) 7.894log( ) 9.56 log( )bmA d f d= + + + (2.19) [ ]}{2log 13.958 5.8 log( )200bbhG d = + + (2.20) [ ] [ ]42.57 13.7log( ) log( ) 0.585r rG f h= + − (2.21)2.2 Các giải pháp công nghệ NLOS2.2.1 Công nghệ OFDMCông nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao – OFDM đem lại cho các nhà khai thác hiệu quả đáng kể khả năng khắc phục khó khăn khi truyền sóng trong điều kiện NLOS. Dạng sóng OFDM trong WiMAX có ưu điểm là hoạt động được trong môi trường NLOS với trễ lan truyền lớn. Nhờ ưu điểm của thời biểu trưng OFDM và sử dụng một tiền tố vòng, dạng sóng OFDM đã loại bỏ được các vấn đề nhiễu liên biểu trưng (ISI) và sự phức tạp của sự cân bằng thích nghi. Bởi vì dạng sóng OFDM bao gồm nhiều sóng mang trực giao băng hẹp, fading lựa chọn được định vị cho một tập con các sóng mang tương đối dễ cân bằng. Khả năng khắc phục trễ, đa đường và ISI một cách có hiệu quả cho phép tăng tốc độ dữ liệu. 2.2.2 Kênh con hóaKênh con hoá cho phép quỹ đường truyền được cân bằng làm cho độ lợi của hệ thống là tương tự nhau đối với cả đường truyền lên và xuống. Kênh con hoá tập trung công suất phát vào một vài sóng mang OFDM, điều này làm tăng độ lợi hệ thống và 8 [...]... trí site Các thông số đầu vào chính cần thiết cho việc định cỡ mạng là các tham số của thiết bị, đặc điểm thị trường, quy định về cấp phép và các mô hình truyền sóng Hình 3.2 cho thấy biểu đồ của các hoạt động thực hiện trong thiết kế mạng và lập kế hoạch, bắt đầu từ thu thập dữ liệu thị trường, nhập vào yêu cầu thiết kế và đạt được các mô hình kinh doanh để lập kế hoạch cung cấp một site danh nghĩa... (bán kính tế bào 1000m, cluster 7, 1 sector ) 3.2 Lập quy hoạch mạng WiMAX 3.2.1 Đặt vấn đề Mục tiêu của việc định cỡ và quy hoạch mạng là ước tính số lượng site cần thiết để cung cấp đủ vùng phủ sóng và dung lượng 13 cho vùng cần cung cấp dịch vụ và thuê bao được dự báo Trong phần này mô tả một nguyên tắc phù hợp cho việc định cỡ và quy hoạch mạng WiMAX trên cơ sở sử dụng OFDM và OFDMA PHY của IEEE... quan đến vấn đề định cỡ mạng tế bào như clustering, sectorazation, nhiễu khoảng cách của các tế bào đồng kênh và các kịch bản tế bào.Trong chương này cũng đã đưa ra được quy trình quy hoạch mạng Wiamx, đã phân tích được các vấn đề chủ yếu cho việc quy hoạch mạng như các thông số đầu vào, dung lượng mạng và vùng phủ sóng Đồng thời cũng đưa ra được phương pháp thiết kế cell cho mạng WiMAX Ngoài ra, trong... thu được tại trạm gốc luôn ở mức định trước 2.3 Kết luận Công nghệ WiMAX có thể cung cấp khả năng che phủ trong cả điều kiện tầm nhìn thằng và không theo tầm nhìn thẳng Trong đó NLOS có nhiều ưu điểm triển khai cho phép nhà khai thác cung cấp dữ liệu băng rộng đến nhiều đối tượng khách hàng Chương 3 THIẾT LẬP MẠNG WIMAX 3.1 Định cỡ cell WiMAX 3.1.1 Giới thiệu Trong đề tài chỉ tập trung nghiên cứu trên... sóng Phân tích vùng phủ sóng cơ bản vẫn là một bước quan trọng nhất trong việc thiết kế của bất kỳ một mạng lưới nào Sự lựa chọn của các mô hình truyền sóng và dự trữ fading cho xác suất vùng phủ sóng là những yếu tố quan trọng để loại trừ thiết kế cell bị nhiễu hoặc chất lượng kém ở trong mạng 3.2.4 Phân tích dung lượng mạng 15 Phân tích dung lượng liên quan đến yêu cầu truy cập và lưu lượng có thể... lượng cell yêu cầu cuối cùng cho mạng được tính toán 3.4 Thiết kế Cell WIMAX Một trong những kỹ thuật quan trọng nhất và các vấn đề kinh doanh của bất kỳ công nghệ không dây là hiệu quả (chi phí và hiệu suất) cung cấp vùng phủ sóng và dung lượng, trong khi tránh xây dựng một số lượng lớn BS mới Thiết kế Cell được thực hiện với sự trợ giúp của một hệ thống quy hoạch mạng sử dụng công cụ kỹ thuật số... phần này xem xét một giải pháp của ATDI cho việc thiết kế mạng Ở đây chúng ta chỉ xem xét các mô hình vùng phủ, dung lượng và phổ tần +Mô hình vùng phủ: cho phép người sử dụng định cỡ mạng +Mô hình dung lượng: đảm bảo chắc chắn các BS không bị quá tải cho yêu cầu lưu lượng của SS +Mô hình phổ tần: tối thiểu vùng nhiễu và cập nhật lưu lượng trong thiết kế mạng 3.5.1 Mô hình phủ sóng Mô hình truyền sóng... và dung lượng của mạng WiMAX 2.2.4 Phân tập thu phát Nguyên lý phân tập được sử dụng để thu những tín hiệu đa đường và phản xạ xuất hiện trong trường hợp truyền NLOS Phân tập là một đặc điểm tuỳ chọn trong WiMAX Thuật toán phân tập được cung cấp bởi WiMAX trên cả phía phát và phía thu làm tăng độ khả dụng của hệ thống 2.2.5 Điều chế thích nghi Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh nguyên... 14 3.2.2 Thông số đầu vào 3.2.2.1 Tính năng thiết bị BS và SS Thông số tính năng thiết bị bao gồm công suất phát của BS và SS, độ lợi ăng ten, độ suy hao phi đơ, độ cao BS và SS, cấu hình hỗ trợ OFDM/OFDMA và các đặc tính khác của thiết bị 3.2.2.2 Dân số học Dân số học đóng một vai trò then chốt trong việc xác định tính hiện thực của việc kinh doanh bất kì mạng viễn thông nào Theo truyền thông, các... cụ kỹ thuật số tốc độ cao và bản đồ về dân số Bước đầu tiên trong việc thiết kế một hệ thống không dây là phát triển một qũy đường truyền Quỹ đường truyền xác định bán kính tối đa của các tế bào của mỗi BS cho một mức độ nhất định về độ tin cậy Tổn hao đường truyền, tác động môi trường và địa hình là những yếu tố quan trọng khi lập kế hoạch cho một phạm vi phủ sóng tối ưu Các địa hình và môi trường . sở quan trọng của công nghệ WiMAXCơ sở quan trọng của công nghệ WiMAX là sự tương thích của thiết bị WiMAX, được Diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo sự tin. dữ liệu băng rộng đến nhiều đối tượng khách hàng.Chương 3THIẾT LẬP MẠNG WIMAX3 .1 Định cỡ cell WiMAX3 .1.1 Giới thiệu Trong đề tài chỉ tập trung nghiên cứu
