Thiết Bị Đầu Cuối Wimax Nhóm: 29 Nguyễn Văn Đại Nguyễn Đức Anh Phần tổng quan wimax 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: • WiMAX cơng nghệ cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối phương thức thay cho cáp đường dây thuê bao số DSL • WiMAX khắc phục nhược điểm phương pháp truy nhập tại, cung cấp phương tiện truy nhập Internet khơng dây tổng hợp thay cho ADSL WiFi • Hệ thống WiMAX có khả cung cấp đường truyền có tốc độ lên đến 70Mbit/s với bán kính phủ sóng trạm anten phát lên đến 50Km • WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử dụng di động cố định lúc kết nối), portable (người sử dụng di chuyển với tốc độ chậm) cuối di động mà khơng cần tầm nhìn thẳng LOS (Line-Of-Sight) trực tiếp với trạm gốc BS (Base Station) 1.2 KHÁI NIỆM : o WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) hệ thống truy nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa sở tiêu chuẩn IEEE 802.16 WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network) Họ 802.16 đưa tiêu chuẩn, tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải vấn đề mạng vô tuyến băng rộng điểm – đa điểm giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) lớp vật lý (PHY) o WiMAX chuẩn không dây phát triển nhanh, hứa hẹn tạo khả kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho mạng cố định lẫn mạng không dây di động Hai phiên WiMAX đưa sau: * Fixed WiMAX (WiMAX cố định): Dựa tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004, thiết kế cho loại truy nhập cố định lưu động * Mobile WiMAX (WiMAX di động): dựa tiêu chuẩn IEEE 802.16e, thiết kế cho loại truy cập xách tay di động o WiMAX phát triển khắc phục nhược điểm công nghệ truy cập băng rộng trước đây, cụ thể:          Cấu trúc mềm dẻo Chất lượng dịch vụ QoS Triển khai nhanh, chi phí thấp Dịch vụ đa mức Tính tương thích Hoạt động NLOS Phủ sóng rộng Dung lượng cao Tính mở rộng 1.3 CÁC CHUẨN WIMAX 1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 Chuẩn IEEE 802.16-2001 hoàn thành vào tháng 10/2001 công bố vào 4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™ cho mạng vùng thị Đặc điểm IEEE 802.16 – 2001:  Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định họat động dải tần 10 – 66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng  Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC  Tốc độ bit: 32 – 134 Mbps với kênh 28 MHz  Điều chế QPSK, 16 QAM 64 QAM  Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz  Bán kính cell: – km  Kết nối có định hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật 1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a Vì khó khăn triển khai chuẩn IEEE 802.16, hướng vào việc sử dụng tần số từ 10 – 66 GHz, dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a hồn thành vào tháng 11/2002 công bố vào tháng 4/2003 Chuẩn mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho tần số băng tần 2–11 GHz, bao gồm phổ cấp phép không cấp phép không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng Đặc điểm IEEE 802.16a sau:  Bổ sung 802.16, hiệu chỉnh MAC đặc điểm PHY thêm vào cho dải – 11 GHz (NLOS)  Tốc độ bit: tới 75Mbps với kênh 20 MHz  Điều chế OFDMA với 2048 sóng mang, OFDM 256 sóng mang, QPSK, 16 QAM, 64 QAM  Dải thơng kênh thay đổi 1,25MHz 20MHz  Bán kính cell: – km  Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-OFDM, OFDMA, SCa  Các chức MAC thêm vào: hỗ trợ PHY OFDM OFDMA, hỗ trợ công nghệ Mesh, ARQ 1.3.3 Chuẩn IEEE 802.16 - 2004 Chuẩn 802.16-2004 (trước 802.16 REVd) IEEE đưa tháng năm 2004 Tiêu chuẩn sử dụng phương thức điều chế OFDM cung cấp dịch vụ cố định, nomadic (người sử dụng di chuyển cố định lúc kết nối) theo tầm nhìn thẳng (LOS) khơng theo tầm nhìn thẳng (NLOS) 1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e  Chuẩn không dây băng thông rộng 802.16e với tên gọi Mobile WiMAX phê chuẩn, cho phép trạm gốc kết nối tới thiết bị di chuyển.   Chuẩn giúp cho thiết bị từ nhà sản xuất làm việc, tương thích tốt với thiết bị từ nhà sản xuất khác  802.16e họat động băng tần nhỏ GHz, tốc độ lên tới 15 Mbps với kênh MHz, bán kính cell từ – km  Sử dụng SOFDMA, cơng nghệ điều chế đa sóng mang Các nhà cung cấp dịch vụ mà triển khai 802.16e sử dụng mạng để cung cấp dịch vụ cố định 802.16e hỗ trợ cho SOFDMA cho phép số sóng mang thay đổi, ngồi mơ hình OFDM OFDMA  Sự phân chia sóng mang mơ hình OFDMA thiết kế để tối thiểu ảnh hưởng nhiễu phía thiết bị người dùng với anten đa hướng 802.16-2001 802.16-2004 802.16e Tình trạng Hồn thiện tháng 12-2001 Hoàn thiện tháng 6-2004 Hoàn thiện tháng 12-2005 Dải tần 10-66 GHz 2-11 GHz Cố đinh : 2-11 GHz Di động : 2-6 GHz Ứng dụng Cố định , tầm nhìn thẳng ( LOS ) Cấu trúc lớp MAC Mơ hình truyền sóng Cố định , khơng nhìn thẳng Cố định di động , khơng nhìn thẳng ( NLOS) (NLOS) Điểm – đa điểm , mạng lưới Điểm – đa điểm , mạng lưới Điểm – đa điểm , mạng lưới Đơn sóng mang Đơn sóng mang, 256 OFDM, 2048 OFDM Đơn sóng mang, 256 OFDM S-OFDM với 128, 512, 1024, 2048 sóng mang Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM Tổng tần số liệu 32-134.4 Mbps 1-75 Mbps 1-75 Mbps Ghép kênh Khối TDM/TDMA Khối TDM/TDMA/OFDMA Khối TDM/TDMA/OFDMA Song công TDD FDD TDD FDD TDD FDD Độ rộng kênh truyền 20, 25, 28 1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10, 15, 8.75 1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10, 15, 8.75 WirelessMAN-SC WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN-OFDMA WirelessMAN-OFDMA 256-OFDM WiMAX cố định S-OFDMA WiMAX di động QPSK, 16QAM, 64QAM (MHz) Giao diện không gian Xử lý WiMAX Không Bảng : Các đặc trưng Wimax 1.4 PHỔ CỦA WIMAX 1.4.1 Băng tần đăng kí Các giải pháp đăng ký cung cấp ưu điểm chất lượng dịch vụ cải thiện cao giải pháp không đăng ký, chấp nhận NLOS tốt tần số thấp, có ngân qũy công suất đường xuống rộng hỗ trợ anten nhà tốt Giải pháp đăng ký cho phép kiểm soát qua cách sử dụng phổ nhiễu  Băng tần đăng kí 2.5 GHz Đã cấp phát phần lớn nước giới, bao gồm bắc Mỹ, Mỹ Latin, đông tây Âu nhiều vùng châu Á thái bình dương Mỗi quốc gia thường cấp phát dải khác nhau, phổ cấp phát qua vùng từ 2,495 GHz đến 2,690 GHz Tổng phổ khả dụng 195 MHz, bao gồm dải phòng vệ kênh MDS, gữa 2.495 GHz 2.690 GHz Hỗ trợ FDD, TDD Phổ đăng ký 22.5 MHz, block 16.5 MHz block MHz, tổng số đăng ký  Băng tần đăng kí 3.5 GHz Ở châu Âu, viện chuẩn viễn thông châu âu phân phối dải 3,5 GHz, bắt đầu sử dụng cho WPLL, cho giải pháp WiMAX đăng ký Tổng phổ khả dụng, thay đổi theo quốc gia nói chung khoảng 200MHz 3,4 GHz 3,8 GHz Hỗ trợ FDD TDD, vài quốc gia sử dụng FDD quốc gia khác cho phép sử dụng FDD TDD Phổ đăng ký thay đổi từ 2×5MHz đến 2×56 MHz 1.4.2 Băng tần khơng đăng kí GHz  Phần lớn quốc gia toàn giới sử dụng phổ GHz cho phương tiện liên lạc không đăng ký Các băng 5,15 GHz 5,85 GHz định không đăng ký phần lớn giới  Các giải pháp khơng đăng ký cung cấp vài thuận lợi giải pháp đăng ký, bao gồm chi phí ban đầu thấp hơn, rút nhanh hơn, băng chung sử dụng phần lớn giới  Tuy nhiên giải pháp không đăng ký khả nhiễu cao hơn, nhiều cạnh tranh nhà kinh doanh bất động sản cho việc triển khai Một giải pháp không đăng ký không xem thay cho giải pháp đăng ký Mỗi giải pháp cung cấp thị trường khác dựa vào thỏa hiệp chi phí QoS 10 1.5 TRUYỀN SĨNG TRONG WIMAX  Trong mạng băng rộng cố định với nhiều cơng nghệ sẵn có mạng vơ tuyến cung cấp khả phủ sóng tầm nhìn thẳng (Line of sight – LOS) Vì tảng cơng nghệ WiMAX tối ưu hố đời khả phủ sóng khơng theo tầm nhìn thẳng (Non line of sight – NLOS)  Cơng nghệ tiên tiến WiMAX cung cấp tốt khoảng cách phủ sóng lên tới 50km điều kiện tầm nhìn thẳng – LOS bán kính cell lên tới 8km điệu kiện không theo tầm nhìn thẳng – NLOS 11 1.5.1 Truyền sóng LOS  Trong đường truyền LOS, tín hiệu theo đường trực tiếp khơng có chướng ngại vật phía phát phía thu  Một đường truyền LOS u cầu phải có đặc tính tồn miền Fresnel thứ khơng có chướng ngại vật (hình 1), đặc tính khơng đảm bảo cường độ tín hiệu suy giảm đáng kể  Không gian miền Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động khoảng cách trạm phát trạm thu Hình 2: Miền Fresnen LOS 12 1.5.2 Truyền sóng NLOS  Trên đường truyền NLOS, tín hiệu tới phía thu thơng qua phản xạ, tán xạ nhiễu xạ  Các tín hiệu nhận phía thu bao gồm tổng hợp thành phần nhận từ đường trực tiếp, đường phản xạ, lượng tán xạ thành phần nhiễu xạ Những tín hiệu có khoảng trễ, suy giảm, phân cực trạng thái ổn định liên quan tới đường truyền trực tiếp khác  Hiện tượng đa đường nguyên nhân dẫn đến thay đổi phân cực tín hiệu Do sử dụng phân cực sử dụng lại tần số mà thực bình thường triển khai LOS lại khó khăn ứng dụng NLOS  Điều kiện phủ sóng LOS NLOS bị chi phối đặc tính truyền sóng mơi trường, tổn hao đường truyền (path loss) quỹ đường truyền vơ tuyến Hình : Truyền sóng NLOS 13  Ưu điểm NLOS :    Công nghệ NLOS giảm chi phí cài đặt CPE cài đặt nhiều điều kiện địa hình phức tạp Cơng nghệ giảm thiểu yêu cầu khảo sát vị trí trạm (trước lắp đặt) nâng cao độ xác cơng cụ hoạch định NLOS Nhược điểm cần khắc phục : Công nghệ NLOS tính nâng cao WiMAX tạo khả sử dụng thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) nhà Điều có hai trở ngại chính:   Thứ phải khắc phục tổn hao thâm nhập tồ nhà, Thứ hai phủ sóng tới khoảng hợp lý với công suất phát thấp độ lợi anten phù hợp với CPE nhà 14 ... với anten đa hướng 802 .16 -20 01 802 .16 -2004 802 .16 e Tình trạng Hồn thiện tháng 12 -20 01 Hồn thiện tháng 6-2004 Hoàn thiện tháng 12 -2005 Dải tần 10 -66 GHz 2 -11 GHz Cố đinh : 2 -11 GHz Di động : 2-6... Phủ sóng rộng Dung lượng cao Tính mở rộng 1. 3 CÁC CHUẨN WIMAX 1. 3 .1 Chuẩn IEEE 802 .16 – 20 01 Chuẩn IEEE 802 .16 -20 01 hồn thành vào tháng 10 /20 01 cơng bố vào 4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật... công TDD FDD TDD FDD TDD FDD Độ rộng kênh truyền 20, 25, 28 1. 75, 3.5, 7, 14 , 1. 25, 5, 10 , 15 , 8.75 1. 75, 3.5, 7, 14 , 1. 25, 5, 10 , 15 , 8.75 WirelessMAN-SC WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN-SCa,