Thiết lập mạng wimax

i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------------
HOÀNG DŨNG SỸ
THIẾT LẬP MẠNG WIMAX
CHUYÊN NGÀNH: KỶ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 60.52.70
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỶ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BÙI THIỆN MINH
HÀ NỘI, 2010
Luận văn được hoàn thành tại:
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam
Người hướng dẫn khoa học:
TS. Bùi Thiện Minh
Phản 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 thông
Vào lúc: giờ .….ngày…….tháng……..năm 2010
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
ii
1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỌ TIÊU CHUẨN 802.16
1.1 Công nghệ WiMAX là gì
WiMAX 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 WiMAX
Cơ 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 WiMAX
Diễn 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 802.16
Họ 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, 16e
802.16 802.16a 802.16e
Ngày hoàn thành
8/2002 4/2003 2006

Băng tần
10-66GHz 2-11GHz 2-6GHz
Điều kiện kênh
LOS NLOS NLOS
Điều chế
QPSK,
16QAM,
64QAM
OFDM 256
sóng mang,
BPSK, QPSK,
16QAM,
64QAM
OFDMA khả định
cỡ, BPSK, QPSK,
16-QAM, 64QAM
Tính di động
Cố định Cố định Di rời, xách tay, di
động
Băng thông kênh
20, 25,
28MHz
Khả định cỡ từ
1,75 đến 20
MHz
Khả định cỡ: 1,25;
5; 10; 20 MHz
Bán kính ô điển
hình
2-5 km 7-40 km 2-5 km

1.5 WiMAX di động
WiMAX 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 WiMAX
Năm 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 luận
Chương 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 2
CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG VÀ GIẢI PHÁP
CÔNG NGHỆ
2.1 Mô hình truyền sóng
2.1.1 Truyền sóng LOS và NLOS
Thông 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 hàng
2.1.2 Các mô hình truyền sóng thường dùng trong WiMAX
Một 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-Ikegami
2.1.2.1 Mô hình Hata-Okumura
Dưới đây là các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata
để xác định tổn hao trung bình L.
 Vùng thành phố:
L
P
[dB] = A + B logf
C
–13.82logh
b
– a(h
m
)+(44.9 – 6.55logh
b
) logR(2.1)
 Vùng ngoại ô:
L
P
[dB] = L
P(thành phố)

( )
[ ]
5.428log2
2
−−
c
f
(2.2)

 Vùng nông thôn (thông thoáng):
L
P
[dB] = L
P (thành phố)
– 4,78(logf
C
)
2
+ 18,33logf
C
– 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 h
r,
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:
L
P
(dB) = 42,6 + 26.log
10
(R) + 20.log
10
(f) với R ≥ 20m (2.4)
(2.5)
Tổn hao không gian tự do được cho bởi:

L
0
(dB) = 32,4 + 20.log
10
(R) + 20.log
10
(f) với R ≥ 20m (2.6)
L
rts
(dB) = -16,9 - 10.log
10
(f) + 20.log
10
(
m
h
m
∆
) + L
0ri
(2.7)
L
p
=
L
0
+ L
rts
+ L
msd

L
0
Với L
rts
+ L
msd
> 0
Với L
rts
+ L
msd
≤ 0
5
(2.8)
L
msd
(dB) = L
bsh
+ k
a
+ k
d
.log
10
(R) + k
f
.log
10
(f) – 9.log

10
(
m
b
) (2.9)
(2.10)
(2.11)


(2.12)

(2.13)
2.1.2.3 Mô hình SUI
Mô 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,
L
0ri
=
-10 + 0,354
4,0 –0,114
2,5 + 0,075
Với 0
o
≤
ϕ
≤ 35
o
Với 35
o
≤

ϕ
≤ 55
o
Với 55
o
≤
ϕ
≤ 90
o
k
a
=
54
54 –0,8
54 + 0,8
Với h
b
≥ h
r
Với R
≥
0,5 km và h
b
≤ h
r
Với R < 0,5 km và h
b
≤ h
r
k

d
=
18 - 15
18
Với h
b
> h
r
Với h
b
≤ h
r
k
f
= 4 +
1,5
0,7
Với thành phố trung bình và vùng
ngoại ô có mật độ cây trung bình
Với trung tâm thành phố
L
bsh
=
-18.log
10
(1+ )
0
Với h
b
≤ h

r
Với h
b
> h
r
6
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:

0
10 log
sui f h
d
L A X X S
d
γ
 
= + + + +
 
 
(2.14)
Với
0
4
20log
d
A
π

λ
 
=
 
 
;
b
b
c
a bh
h
γ
= − +
;
6log
2000
f
f
X
 
=
 
 

10.8log
2
m
h
h
X

 
= −
 
 
,cho loại A và B;
20log
2
m
h
h
X
 
= −
 
 
,loại C
Trong các phương trình: L là tổng tổn hao đường truyền (dB), d
0
là
đóng trong khoảng cách tham chiếu (d
0
=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, h
m
là độ cao SS, γ là hệ số tổn hao đường
truyền; a,b, c hằng số phụ thuộc vào loại địa hình
2.1.2.4 Mô hình Cost231-Hata
Cost231 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:
L
P
= 46.3 + 33.9 logf
C
– 13.82 logh
b
– a(h
m
) +(44,9– 6,55logh
b
)logd
+ C
m
(2.15)
a(h
m
) = (1.1 logf
c
– 0.7)h
m
– (1.56 logf
c
– 0.8) (2.16)
2.1.2.5 Mô hình ECC33
Mô 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