wimax

Mục lục

MỤC LỤCMỤC LỤC ..................................................................................................... I

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG ......................................................... IV

CHƯƠNG 1. ................................................................................................ 1

CÔNG NGHỆ WIMAX ............................................................................... 1

1.1 Khái niệm chung về WiMAX ....................................................................... 1

1.1.1 Khái niệm WiMAX ...................................................................................... 1

1.1.2 Các đặc điểm của WiMAX ........................................................................... 1

1.1.3 Hoạt động của WiMAX .............................................................................. 2

1.2 Cấu hình mạng ............................................................................................... 4

1.2.1 Cấu hình mạng điểm – đa điểm (PMP) ........................................................ 4

1.2.2 Cấu hình mạng mắt lưới (MESH) ................................................................. 5

1.3 Các dịch vụ của WiMAX ............................................................................... 7

1.3.1 Các tham số QoS cho luồng dịch vụ ............................................................. 7

1.3.2 Dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu (UGS) ............................................... 8

1.3.3 Dịch vụ kiểm tra vòng theo thời gian thực (rtPS) ........................................ 8

1.3.4 Dịch vụ kiểm tra vòng không theo thời gian thực (nrtPS) ........................... 9

1.3.5 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort - BE) ................................................... 9

1.4 Chuẩn WiMAX ........................................................................................... 10

1.4.1 Hệ thống chuẩn IEEE 802.16 ..................................................................... 10

1.4.2 Chuẩn WiMAX cố đinh (IEEE 802.16d) ................................................... 12

1.4.3 Chuẩn WiMAX di động (IEEE 802.16e) .................................................... 12

1.4.4 Kiến trúc giao thức WiMAX ...................................................................... 13

1.5 Truy nhập vô tuyến ...................................................................................... 16

1.5.1 Môi trường truyền sóng LOS và NLOS ..................................................... 16

1.5.2 Công nghệ OFDM cho truyền dẫn vô tuyến ............................................... 17

1.5.3 Đa truy nhập và kênh con hóa .................................................................... 17

1.5.4 Kỹ thuật song công TDD và FDD ............................................................. 19

1.6 Điều chế và mã hóa ...................................................................................... 20

1.6.1 Mã hóa kênh ............................................................................................... 20

1.6.2 Điều chế ...................................................................................................... 21

1.7 Bảo mật ......................................................................................................... 24

1.7.1 Kiến trúc bảo mật trong WiMAX .............................................................. 24

I

Mục lục

1.7.2 Bảo mật qua giao diện vô tuyến ................................................................. 26

1.7.3 Mật mã hóa dữ liệu ..................................................................................... 28

1.8 Các mô hình ứng dụng WiMAX ................................................................. 29

1.9 Các ưu điểm của mạng WiMAX ................................................................ 30

Tổng kết chương 1 ............................................................................................. 32

CHƯƠNG 2. .............................................................................................. 34

BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG WIMAX ............................................... 34

CỐ ĐỊNH & DI TRÚ CHO THÀNH PHỐ HÀ NỘI ............................... 34

2.1 Mục đích thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú .................................. 34

2.2 Bài toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú .................................... 34

2.2.1 Các tham số hệ thống của mạng WiMAX cố đinh & di trú ....................... 34

2.2.2 Các tham số dịch vụ cho WiMAX cố đinh & di trú ................................... 37

2.2.3 Phương pháp tính toán lưu lượng .............................................................. 38

2.2.4 Đánh giá khả năng triển khai mạng WiMAX cố đinh & di trú ................. 39

2.2.5 Các bước thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú .................................... 40

2.3 Các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà

Nội ....................................................................................................................... 41

2.3.1 Chỉ tiêu chất lượng cho mạng WiMAX cố đinh & di trú .......................... 41

2.3.2 Các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội

............................................................................................................................. 44

2.3.3 Lựa chọn thiết bị theo yêu cầu thiết kế ....................................................... 52

2.4 Tính toán suy hao ........................................................................................ 56

2.4.1 Tính toán suy hao đường truyền (path loss) ............................................... 56

2.4.2 Dự trữ suy hao phụ ..................................................................................... 66

2.5 Tính toán phạm vi phủ sóng ........................................................................ 69

2.5.1 Tính toán quỹ đường truyền ....................................................................... 69

2.5.2 Tính toán phạm vi phủ sóng ....................................................................... 71

2.6 Định cỡ mạng và quy hoạch vùng phủ sóng .............................................. 73

2.6.1 Định cỡ mạng ............................................................................................. 73

2.6.2 Quy hoạch vùng phủ sóng .......................................................................... 75

Tổng kết chương 2 ............................................................................................. 77

CHƯƠNG 3. .............................................................................................. 79

MÔ HÌNH HÓA MẠNG WiMAX CỐ ĐỊNH .......................................... 79

3.1 Các tham số đầu vào .................................................................................... 79

II

Mục lục

3.2 Mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ ....................... 80

3.2.1 Mô hình mạng trên bản đồ địa lý ................................................................ 80

3.2.2 Mô hình mạng trên bản đồ kiến trúc ........................................................... 83

3.3 Mô hình chi tiết cho một cell ...................................................................... 85

3.4 Xác định vị trí đặt trạm gốc ....................................................................... 86

Tổng kết chương 3 ............................................................................................. 87

CHƯƠNG 4. .............................................................................................. 88

CÁC CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG .................................................... 88

4.1 Chương trình tính toán suy hao .................................................................. 88

4.1.1 Tính toán suy hao theo mô hình COST 231 Hata ...................................... 88

4.1.2 Tính toán suy hao theo mô hình COST 231 Walfish-Ikegami .................. 89

4.2 Chương trình tính toán phạm vi phủ sóng ................................................. 91

4.3 Chương trình tính toán định cỡ và mô phỏng mạng ................................. 92

KẾT LUẬN ................................................................................................ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 95

III

Danh mục hình vẽ và bảng

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG

Hình 1.1 Mạng WiMAX .............................................................................4

Hình 1.2 Cấu hình mạng PMP ...................................................................5

Hình 1.3 Cấu hình mạng MESH ................................................................6

Hình 1.4 Bộ tiêu chuẩn IEEE802.16.........................................................10

Hình 1.5 Mô hình kiến trúc giao thức WiMAX.......................................13

Hình 1.6 Cấu trúc khung OFDM với kỹ thuật song công TDD.............19

Hình 1.7 Bộ tạo mã giả ngẫu nhiên...........................................................20

Hình 1.8 Chòm sao BPSK, QPSK, 16 QAM và 64 QAM.......................22

Hình 1.10 Lược đồ điều chế thích ứng......................................................23

Hình 1.11 Mô hình bảo mật......................................................................25

Hình 1.12 Quá trình nhận thực thuê bao................................................26

Hình 1.13 Quá trình trao đổi khóa dữ liệu..............................................27

Hình 1.14 Mật mã hóa dữ liệu.................................................................28

Hình 1.15 Khả năng mở rộng dung lượng của một trạm gốc BS...........31

Bảng 2.1 Bảng các tham số hệ thống tham khảo cho WiMAX cố đinh &

di trú...........................................................................................................36

Bảng 2.2 Bảng các tham số dịch vụ tham khảo cho WiMAX cố đinh &

di trú ..........................................................................................................38

Hình 2.1 Sơ đồ các bước thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú.........40

Hình 2.2 Chỉ tiêu chất lượng cho mạng Internet.....................................42

Bảng 2.3 Bảng tiêu chuẩn chất lượng cho mạng WiMAX cố đinh & di

trú................................................................................................................43

Hình 2.3 Khu vực cần phủ sóng chụp từ vệ tinh.....................................45

Hình 2.4 Khu vực cần phủ sóng trên bản đồ địa lý.................................46

Hình 2.5 Bản đồ kiến trúc Hà Nội chụp từ vệ tinh..................................49

Bảng 2.4 Tỉ lệ thuê bao trên từng ứng dụng............................................51

Bảng 2.5 Tổng hợp thông số thiết bị lựa chọn.........................................55

Hình 2.6 Bán kính cell với suy hao đường truyền...................................56

Hình 2.7 Đồ thị suy hao sử dụng mô hình COST 231 Hata....................58

Hình 2.8 Mô hình COST 231 Walfisch-Ikegami môi trường NLOS......60

Hình 2.9 Đồ thị suy hao sử dụng mô hình COST 231 Walfish-Ikegami

.....................................................................................................................63

IV

Danh mục hình vẽ và bảng

Bảng 2.6 Các tham số địa hình..................................................................65

Hình 2.10 Đồ thị suy hao mô hình SUI ....................................................65

Bảng 2.7 Mức suy hao thâm nhập một số loại vật cản............................68

Bảng 2.8 Tổng hợp các mức dự trữ suy hao phụ.....................................69

Bảng 2.9 Quỹ đường truyền cho đường xuống........................................70

Bảng 2.10 Quỹ đường truyền cho đường lên...........................................71

Hình 2.11 Kết quả tính toán phạm vi phủ sóng ......................................72

Hình 2.12 Vùng phủ sóng tối đa của một sector 120o ............................73

Bảng 2.11 Kết quả định cỡ mạng..............................................................75

Hình 2.13 Vùng phủ sóng của một sector 120o .......................................76

Hình 2.14 Mô hình mạng lưới cell lục giác ..............................................77

Bảng 2.12 Tổng hợp kết quả tính toán thiết kế mạng.............................78

Hình 3.1 Mô hình mạng trên bản đồ địa lý (chưa hiệu chỉnh)...............80

Hình 3.2 Mô hình mạng trên bản đồ địa lý (đã hiệu chỉnh)....................82

Hình 3.3 Mô hình mạng WiMAX trên bản đồ kiến trúc ........................83

Hình 3.4 Mô hình mạng đường trục (backhaul) .....................................84

Hình 3.5 Chi tiết vùng phủ sóng cell 10...................................................85

Hình 3.6 Vị trí đặt trạm gốc cell 10..........................................................86

Hình 4.1 Chương trình tính toán suy hao theo mô hình COST 231 Hata

.....................................................................................................................88

Hình 4.2 Chương trình tính toán suy hao theo mô hình COST 231 W-I

.....................................................................................................................89

Hình 4.3 Chương trình tính toán suy hao theo mô hình SUI ................90

Hình 4.4 Chương trình tính toán phạm vi phủ sóng ..............................91

Hình 4.5 Chương trình tính toán định cỡ và mô phỏng .........................92

V

Chương 1. Công nghệ WiMAX

CHƯƠNG 1.

CÔNG NGHỆ WIMAX________________________________________________________________________

Trước khi xây dựng một mạng WiMAX cố đinh & di trú chúng ta cần tìm hiểu

về công nghệ WiMAX, về các đặc điểm và những ứng dụng của công nghệ WiMAX.

Việc hiểu rõ về công nghệ cũng như các ứng dụng của WiMAX cố đinh & di trú là

cơ sở cho việc xây dựng, thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú trong thực tế.

Chương 1 sẽ trình bày các khái niệm cơ bản và các đặc trưng của công nghệ

WiMAX, bộ chuẩn WiMAX, các dịch vụ và mô hình ứng dụng WiMAX.

1.1 Khái niệm chung về WiMAX

1.1.1 Khái niệm WiMAX

WiMax (viết tắt từ Worldwide Interoperability for Microwave Access) là một công

nghệ truy cập không dây băng thông rộng (Broadband Wireless Access - BWA) với

khả năng cung cấp đường truyền số liệu với tốc độ lên đến 70Mb/s và với bán kính

phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50 km.

Công nghệ WiMAX dựa trên cơ sở tương thích toàn cầu được kết hợp bởi bộ chuẩn

IEEE 802.16 và ETSI HiperMAN. Đây là các tiêu chuẩn cho mạng WirelessMAN

(mạng đô thị không dây). WiMAX cố đinh & di trú dựa theo chuẩn 802.16d,

WiMAX di động theo chuẩn 802.16e. Chuẩn WiMAX cố đinh hỗ trợ tốc độ dữ liệu

đỉnh 70Mb/s, đảm bảo tốc độ tiêu chuẩn lớn hơn 30Mb/s. Chuẩn WiMAX di động

cho thuê bao di chuyển ở tốc độ cao hỗ trợ truy nhập tốc độ dữ liệu đỉnh 30Mb/s,

đảm bảo tốc độ tiêu chuẩn lớn hơn 5Mb/s. WiMAX có thể hoạt động trong tầm nhìn

thẳng (Light of Sight – LOS) hay không trong tầm nhìn thẳng (None Light of Sight –

NLOS).

Công nghệ này có thể được sử dụng để thay thế các đường truyển DSL, ADSL,

đường cáp hữu tuyến bằng truy nhập không dây, làm trạm chuyển tiếp (backhaul) cho

mạng Wifi, hỗ trợ và bổ sung cho các dịch vụ điện thoại di động, cung cấp các kết

nối băng thông rộng di động với rất nhiều các cấp dịch vụ khác nhau.

1.1.2 Các đặc điểm của WiMAX

- Phạm vi phủ sóng của một BS trên lý thuyết có thể lên tới 50km.

1


- Tốc độ truyền dữ liệu có thể thay đổi, tối đa 70Mb/s.

- Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS

và đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS.

- Dải tần làm việc 2-11GHz cho đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS và

từ 10-66GHz cho đường truyền trong tầm nhìn thẳng LOS.

- Băng thông mềm dẻo, có thể cho phép thay đổi từ 1,75MHz đến 20MHz.

- Kỹ thuật QoS (chất lượng dịch vụ) trong WiMAX cho phép hỗ trợ nhiều loại dịch

vụ, đảm bảo chất lượng dịch vụ tối ưu nhất.

- Giao diện vô tuyến sử dụng công nghệ OFDM (ghép kênh phân chia theo tần số

trực giao). OFDM trong WiMax sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang, trong đó có

1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con mỗi kênh con tương

đương với 48 sóng mang, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay

nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần.

- Trên mỗi sóng mang phụ sử dụng phương thức điều chế nhiều mức thích ứng từ

BPSK, QPSK đến 64-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên

hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8 để đảm bảo

chất lượng thông tin.

- Đa truy nhập OFDMA, chế độ song công cho phép sử dụng cả hai công nghệ song

công phân chia theo thời gian TDD (time division duplex) và song công phân chia

theo tần số FDD (frequency division duplex) cho việc phân chia truyền dẫn của

đường lên (uplink) và đường xuống (downlink).

- Tính bảo mật cao, hỗ trợ chuẩn mã mật dữ liệu DES (Data Encryption Standard) và

chuẩn mã mật tiên tiến AES (Advance Encryption Standard) cho quá trình bảo mật

bảo mật.

1.1.3 Hoạt động của WiMAX

Một mạng WiMax gồm 2 thành phần:

+ Trạm gốc (BS-Base Station): giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di

động số tế bào, sử dụng hệ thống anten thông minh AAS (Adaptive Antenna System)

và kỹ thuật đa thu đa phát MIMO (Multi input multi output) với bán kính phủ sóng có

thể đạt 50km với đường truyền LOS (trên điều kiện thực tế đạt khoảng 10km).

2


+ Trạm thuê bao (SS-Subscriber Station): có thể là các anten nhỏ nối với thiết bị thu

đặt tại nhà thuê bao hoặc các thiết bị truyền thông cá nhân hỗ trợ WiMAX (CPE)

hoặc các card PCMCIA gắn bên trong các thiết bị di động.

Các trạm gốc BS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường truyền

hữu tuyến tốc độ cao (cáp quang) hoặc sử dụng mạng đường trục backhaul với một

trạm gốc làm trạm chuyển tiếp lưu lượng. Nhờ việc sử dụng các trạm chuyển tiếp,

phạm vi phủ sóng rộng và chi phí rẻ nên WiMAX có khả năng phủ sóng đến những

vùng hẻo lánh nơi mà các đường cáp hữu tuyến không thể triển khai được.

Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các đường truyền

trong tầm nhìn thẳng LOS hoặc đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS.

Trong trường hợp đường truyền trong tầm nhìn thẳng LOS, các anten được đặt cố

đinh & di trú trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ

truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66GHz vì ở

tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng

cũng lớn hơn. Đối với trường hợp đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS,

WiMax sử dụng băng tần thấp hơn ở khoảng 2-11GHz, ở tần số thấp tín hiệu dễ dàng

vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến

đích.

WiMAX cố đinh & di trú có thể sử dụng để cung cấp dịch vụ cho các hộ gia

đình hoặc các doanh nghiệp, cơ quan tổ chức, trường học, bệnh viện … hoặc làm

đường trục cho mạng di động, làm backhaul cho các hotspost của Wifi thay cho các

mạng cáp hữu tuyến đắt tiền. Mạng nomadic cho phép người dùng đầu cuối có thể di

chuyển vị trí trong vùng phủ sóng, khi kết nối vẫn phải cố đinh tương tự Wifi.

WiMAX di động là triển vọng lớn nhất của WiMAX với khả năng cung cấp đường

truyền tốc độ cao ở tốc độ di chuyển lớn, có khả năng bổ sung các di vụ di động mới

ngoài các dịch vụ được cung cấp bởi mạng di động truyền thống.

Hình 1.1 mô tả các mô hình ứng dụng mạng WiMAX bao gồm mạng WiMAX cố

đinh, mạng WiMAX di trú (nomadic) và mạng WiMAX di động. Riêng WiMAX di

động có thể tương thích với WiMAX cố đinh và di trú, điều này có nghĩa là một

mạng WiMAX di động với lưu lượng mạng đủ lớn có thể cung cấp cho cả nhu cầu

mạng cố đinh, di trú và di động.

3


Hình 1.1 Mạng WiMAX

1.2 Cấu hình mạng

WiMAX hỗ trợ hai cấu hình mạng là cấu hình mạng điểm – đa điểm (PMP –

point to multipoint) và mạng mắt lưới (MESH).

1.2.1 Cấu hình mạng điểm – đa điểm (PMP)

Cấu hình mạng điểm – đa điểm PMP tương tự mạng thông tin di động tế bào.

Mạng điểm – đa điểm PMP bao gồm một trạm gốc BS kết nối với mạng công cộng

và một số lượng lớn các trạm thuê bao SS xung quanh. Trạm gốc BS sử dụng hệ

thống các anten chia theo cung (sectoral antennas) là các anten chảo có độ định

hướng cao, được hướng theo từng cung và được sắp xếp xung quanh cột anten.

Trong mạng điểm – đa điểm PMP các trạm thuê bao SS chỉ trao đổi thông tin

trực tiếp với trạm gốc BS. Đường xuống (Down link) là quảng bá và đa điểm. Các

trạm thuê bao SS chia sẻ đường lên (up link) tới trạm gốc BS trên cơ sở yêu cầu băng

thông. Kết nối từ trạm thuê bao SS đến trạm gốc BS thông qua nhận dạng kết nối

CID (connection ID), trạm thuê bao SS sẽ kiểm tra CID trong các PDU nhận được và

chỉ giữ các PDU có địa chỉ tới chúng. Tùy thuộc loại dịch vụ sử dụng mà trạm thuê

4


bao SS được phép tiến hành truyền dữ liệu ngay hoặc chờ sự cho phép của trạm gốc

BS sau khi đã chấp nhận một yêu cầu từ trạm thuê bao SS.

Mạng điểm – đa điểm PMP được thiết kế để cho phép số lượng người sử

dụng lớn với chi phí thấp, lắp đặt đơn giản và giới hạn được số lượng router, switch

cần thiết. Tần số sử dụng ở dải tần thấp dưới 6GHz để có phạm vi phủ sóng lớn.

Cấu hình mạng điểm – đa điểm PMP là cấu hình mạng cơ bản cho mạng

WiMAX.

Hình 1.2 Cấu hình mạng PMP

1.2.2 Cấu hình mạng mắt lưới (MESH)

Cấu hình mạng mắt lưới MESH gồm các trạm gốc MESH BS là các trạm gốc

BS được kết nối với mạng bên ngoài và các MESH SS là các thành phần còn lại trong

mạng mà chỉ có các kết nối bên trong mạng MESH (có thể là các trạm thuê bao SS

hoặc trạm gốc BS). Mạng MESH thường được gọi là mạng mắt lưới, mỗi mắt lưới là

một node mà trong đó các node đều có thể liên lạc được với nhau trực tiếp hoặc gián

tiếp bên trong mạng. Đường lên và đường xuống trong mạng MESH là theo hướng

dữ liệu tới và ra khỏi MESH BS. Kết nối trong mạng MESH cũng thông qua nhận

5


dạng kết nối CID, MESH SS sẽ kiểm tra CID trong các PDU nhận được và chỉ giữ

các PDU có địa chỉ tới chúng

Trong mạng MESH mỗi node có một router do đó lưu lượng có thể được định

tuyến qua các MESH SS. Nhờ đặc điểm này các MESH SS có thể trao đổi dữ liệu với

nhau ngoài trao đổi dữ liệu trực tiếp với MESH BS, đây là khác biệt cơ bản so với

cấu hình PMP.

Do mỗi node đều có liên kết đa đường đến các node khác nên mỗi node có

khả năng lựa chọn liên kết tốt nhất từ node khác và tránh được node ẩn (node không

nhận được tín hiệu. Ngoài ra khả năng mở rộng của mạng mắt lưới MESH cho phép

lớn hơn nhiều so với mạng điểm – đa điểm PMP nên chi phí bao phủ mạng trên một

đơn vị diện tích là thấp hơn điểm – đa điểm PMP. Ngoài ra chất lượng kết nối cũng

được đảm bảo hơn mạng điểm – đa điểm PMP.

Cấu hình mạng mắt lưới MESH là tùy chọn cho WiMAX do chi phí cho thiết

bị đầu cuối lớn và quản lý mạng phức tạp. Mạng mắt lưới MESH chỉ thích hợp cho

các dịch vụ cố đinh & di trú.

Hình 1.3 Cấu hình mạng MESH

6


1.3 Các dịch vụ của WiMAX

WiMAX hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) cho các dịch vụ

được cung cấp, chủ yếu để hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực. Mỗi loại dịch vụ có một

tập các tham số QoS và kỹ thuật quản lý chất lượng dịch vụ cho phép đảm bảo chất

lượng cho từng kết nối (connection). Đối với mạng Internet truyền thống thì dịch vụ

phổ biến là Best Effort và không hỗ trợ QoS do đó không đáp ứng được các dịch vụ

đòi hỏi độ trễ thấp, yêu cầu về thời gian thực. Để hỗ trợ các dịch vụ này cần phải xây

dựng thêm các bộ giao thức mới cũng như cần nâng cấp mạng. Với kỹ thuật quản lý

chất lượng dịch vụ QoS, WiMAX hỗ trợ được nhiều loại dịch vụ khác nhau và có khả

năng đảm bảo chất lượng cho các ứng dụng trên từng loại dịch vụ.

WiMAX hỗ trợ 4 loại hình dịch vụ là dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu

(Unsolicited Grant Service - UGS), dịch vụ kiểm tra vòng theo thời gian thực (Real-

Time Polling Service - rtPS), dịch vụ kiểm tra vòng không theo thời gian thực (Non-

Real-Time Polling Service - nrtPS), dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort - BE).

1.3.1 Các tham số QoS cho luồng dịch vụ

Tốc độ lưu lượng dự trự tối thiểu

Là giới hạn dưới của tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ dữ liệu được đảm bảo luôn lớn

hơn giới hạn dưới này.

Tốc độ lưu lượng cho phép tối đa

Là giới hạn trên cho phép của tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ dữ liệu không được lớn

hơn giới hạn trên này.

Độ trễ tối đa

Là độ trễ toàn trình trong quá trình truyền dẫn. Tham số này được yêu cầu đối với

các dịch vụ có hỗ trợ thời gian thực. Độ trễ tối đa không được phép vượt quá mức

ngưỡng cho trước để đảm bảo chất lượng dịch vụ.

Độ trễ pha ”Jitter”

Là độ trễ của từng gói khi đến đích khiến cho dữ liệu bị đứt quãng (không liên tục).

Tham số này được yêu cầu với dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu (Unsolicited

Grant Service) dùng cho ứng dụng thoại VoIP hoặc T1/E1 vì nếu Jitter lớn chất lượng

đàm thoại sẽ bị giảm nghiêm trọng.

7


Mức ưu tiên của tải lưu lượng

Xác định tải lưu lượng nào được ưu tiên phục vụ trước. Tham số này được sử dụng

cho dịch vụ phi thời gian thực (none-realtime Polling Service) và dịch vụ cố gắng tối

đa (Best Effort) trong đó băng thông được yêu cầu trên cơ sở tranh chấp.

Cách thức yêu cầu / truyền dẫn

Chỉ ra cách thức đưa các bản tin yêu cầu (request) và cách thức truyền dẫn dữ liệu.

Tham số này có mặt ở tất cả các loại dịch vụ.

1.3.2 Dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu (UGS)

Đối với dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu, tài nguyên vô tuyến được cấp

phát bởi trạm gốc BS theo một khoảng thời gian định kỳ, băng thông cố đinh & di trú

đồng thời loại bỏ yêu cầu băng thông từ trạm thuê bao SS (các trạm thuê bao SS sử

dụng dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu sẽ không được trạm gốc BS kiểm tra yêu

cầu băng thông).

UGS được thiết kế để hỗ trợ cho các ứng dụng yêu cầu thời gian thực, gói có

kích thước cố đinh & di trú, phát định kỳ. Chủ yếu là các ứng dụng cho thoại như

T1/E1 và VoIP (Voice over IP).

Các tham số QoS cho luồng dịch vụ này là tốc độ lưu lượng cho phép tối đa,

độ trễ tối đa, độ trễ pha (Jitter), cách thức yêu cầu / truyền dẫn. Băng thông được cấp

phát phụ thuộc tham số tốc độ lưu lượng cho phép tối đa và được đảm bảo luôn cố

đinh & di trú. Độ trễ tối đa, độ trễ pha (Jitter) là hai tham số quan trọng có ảnh hưởng

trực tiếp đến chất lượng thoại, hai tham số này chỉ ra mức giới hạn cho phép của độ

trễ toàn trình và Jitter.

1.3.3 Dịch vụ kiểm tra vòng theo thời gian thực (rtPS)

Đối với dịch vụ kiểm tra vòng theo thời gian thực, băng thông được cung cấp

dựa trên sự cấp phát các cơ hội yêu cầu băng thông từ trạm gốc BS và kiểm tra vòng

các yêu cầu băng thông từ các trạm thuê bao SS. Trạm BS phát định kỳ các bản tin

đơn điểm unicast cấp phát cơ hội yêu cầu đến từng trạm thuê bao SS, các trạm thuê

bao sẽ sử dụng các bản tin unicast cấp phát cơ hội yêu cầu để yêu cầu được cấp phát

băng thông đường lên. Trạm gốc BS sẽ kiểm tra lần lượt từng trạm thuê bao xem

trạm thuê bao nào có yêu cầu băng thông đường lên. Các trạm thuê bao không được

phép yêu cầu băng thông trên cơ sở tranh chấp (không được tranh chấp băng thông

8


đường lên). Điều đó đảm bảo băng thông cho các trạm thuê bao là ổn định, tránh

xung đột, cho phép hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực.

Dịch vụ kiểm tra vòng theo thời gian thực rtPS được thiết kế để hỗ trợ các ứng

dụng yêu cầu thời gian thực, gói có độ dài thay đổi, phát định kỳ như MPEG video.

Nói chung là cho các ứng dụng video trực tuyến như xem phim trực tuyến, hội nghị

từ xa, truyền hình ...

Các tham số QoS cho luồng dịch vụ này là tốc độ lưu lượng dự trữ tối thiểu,

tốc độ lưu lượng cho phép tối đa, độ trễ tối đa, cách thức yêu cầu / truyền dẫn. Trong

đó tốc độ dữ liệu luôn được đảm bảo ở mức lớn hơn tốc độ lưu lượng dự trữ tối thiểu

và độ trễ nhỏ hơn độ trễ tối đa để hỗ trợ tốt các ứng dụng thời gian thực.

1.3.4 Dịch vụ kiểm tra vòng không theo thời gian thực (nrtPS)

Đối với dịch vụ kiểm tra vòng không theo thời gian thực, băng thông được

cung cấp dựa trên sự cấp phát các cơ hội yêu cầu băng thông từ trạm gốc BS và kiểm

tra vòng các yêu cầu băng thông từ các trạm thuê bao SS. Trạm BS phát các bản tin

đơn điểm unicast cấp phát cơ hội yêu cầu một cách bình thường, không nhất thiết

theo chu kỳ (định kỳ). Khi đó các trạm SS có thể sử dụng các bản tin unicast cấp phát

cơ hội yêu cầu băng thông hoặc trên cơ sở tranh chấp để được cấp phát băng thông

đường lên. Điều đó có nghĩa là băng thông sẽ được đảm bảo ở mức tốt nhất có thể và

vẫn có tranh chấp trong yêu cầu băng thông đường lên do đó sẽ có trễ đáng kể.

Dịch vụ kiểm tra vòng không theo thời gian thực nrtPS được thiết kế để hỗ trợ

các ứng dụng chấp nhận độ trễ (không yêu cầu thời gian thực), có độ dài gói thay đổi

và có yêu cầu về tốc độ dữ liệu tối thiểu như FTP (giao thức truyền file).

Các tham số QoS cho luồng dịch vụ này là tốc độ lưu lượng dự trữ tối thiểu,

tốc độ lưu lượng cho phép tối đa, mức ưu tiên của tải lưu lượng, cách thức yêu cầu /

truyền dẫn. Dịch vụ này vẫn đảm bảo tốc độ dữ liệu tối thiểu nhưng không đảm bảo

về trễ như dịch vụ kiểm tra vòng theo thời gian thực (rtPS). Tuy nhiên thay vào đó có

thêm tham số mức ưu tiên của tải lưu lượng cho phép phục vụ trước tải lưu lượng có

mức ưu tiên lớn hơn.

1.3.5 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort - BE)

Dịch vụ cố gắng tối đa là dịch vụ phổ biến nhất trên mạng Internet, cung cấp

khả năng đáp ứng cho lưu lượng best effort. Lưu lượng best effort dựa trên nguyên

tắc gói thông tin đến trước được phục vụ trước, các luồng best effort sẽ phải tranh

9


chấp băng thông chia sẻ mà không có sự đảm bảo về băng thông tối thiểu. Các trạm

thuê bao SS đưa yêu cầu băng thông trên cơ sở tranh chấp hoặc cũng có thể sử dụng

các bản tin đơn điểm unicast cung cấp cơ hội yêu cầu băng thông từ trạm gốc

BS.Dịch vụ BE được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng mà không yêu cầu mức chất

lượng dịch vụ tối thiểu. Dùng cho các ứng dụng phổ biến trên mạng Internet như

HTTP, SMTP, Web.

Các tham số QoS cho luồng dịch vụ này là tốc độ lưu lượng cho phép tối đa,

mức ưu tiên của tải lưu lượng, cách thức yêu cầu / truyền dẫn. Dịch vụ cố gắng tối đa

không có sự đảm bảo về tốc độ lưu lượng tối thiểu tuy nhiên vẫn được hỗ trợ mức ưu

tiên của tải lưu lượng.

1.4 Chuẩn WiMAX

1.4.1 Hệ thống chuẩn IEEE 802.16

Chuẩn WiMAX dựa trên bộ chuẩn 802.16 của IEEE kết hợp với chuẩn

HiperMAN của ETSI (chuẩn cho mạng MAN không dây của Châu Âu). Về cơ bản

mô hình 256-OFDM PHY trong chuẩn IEEE 802.16 so với chuẩn ETSI HiperMAN

là giống nhau về lớp vật lý và lớp MAC. Mô hình 256-OFDM PHY trong chuẩn

IEEE 802.16 đã được lựa chọn cho WiMAX. Hệ thống chuẩn IEEE 802.16 được xây

dựng cho các mạng truy nhập vô tuyến băng thông rộng BWA (Broadband Wireless

Access). Bao gồm các chuẩn IEEE 802.16–2001 (chuẩn cơ bản), 802.16a, 802.16b,

802.16c, 802.16d, 802.16e.

Hình 1.4 Bộ tiêu chuẩn IEEE802.16

Chuẩn IEEE 802.16–2001 là bộ chuẩn cơ bản, mô tả sự chuẩn hóa các lớp PHY và

MAC cho truy nhập vô tuyến băng rộng.

10


- Sử dụng kỹ thuật điều chế dơn sóng mang SC (Single Carrier) trong dải tần 10-66

GHz

- Đường truyền trong tầm nhìn thẳng LOS

- Hỗ trợ song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và song

công phân chia theo tần số FDD (Frequecy Division Duplex)

- Cấu hinh mạng điểm-điểm hoặc điểm-đa điểm

- Hỗ trợ truy nhập không dây cố đinh & di trú

- Hỗ trợ QoS (Quality of Service) để đảm bảo chất lượng dịch vụ

- Sử dụng kỹ thuật điều chế thích ứng

- Kiến trúc bảo mật được xây dựng trong lớp con MAC-PS

Chuẩn IEEE 802.16a được sửa đổi, bổ sung từ chuẩn 802.16-2001 để hỗ trợ đường

truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS.

- Bổ sung kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM và đa truy

nhập OFDMA

- Mở rộng thêm dải tần 2-11 Ghz

- Hỗ trợ đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS

- Hỗ trợ thêm cấu hình mạng mắt lưới MESH

- Kỹ thuật anten thông minh và điều khiển công suất tiên tiến

Chuẩn IEEE 802.16b được sửa đổi, bổ sung từ chuẩn 802.16-2001

- Bổ sung lớp vật lý vô tuyến HUMAN-OFDM256

- Dải tần công tác 5-6GHz

- Cung cấp QoS hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực (voice và video)

Chuẩn IEEE 802.16c mô tả chi tiết hệ thống trong dải tần 10-66 GHz

Chuẩn IEEE 802.16d (802.16-2004) kết hợp các chuẩn 802.16-2001, 802.16a,

802.16b và 802.16c, cải thiện các chuẩn cơ bản và mô tả chi tiết cho hệ thống truy

nhập băng thông rộng không dây cố đinh & di trú. Chuẩn 802.16d được sử dụng cho

chuẩn WiMAX cố đinh.

11


Chuẩn IEEE 802.16e (802.16-2005) bổ sung tính di động cho các chuẩn hiện tại,

sử dụng kỹ thuật OFDM theo tỉ lệ S-OFDM (Scalabe-OFDM) thay OFDM, hỗ trợ

chuyển giao ở tốc độ di chuyển cao. Chuẩn 802.16e được sử dụng cho chuẩn

WiMAX di động.

1.4.2 Chuẩn WiMAX cố đinh (IEEE 802.16d)

Chuẩn WiMAX cố đinh dựa trên chuẩn IEEE 802.16d được chứng nhận vào tháng

6-2004. Các đặc điểm cơ bản của WiMAX cố đinh:

- Kỹ thuật đa truy nhập OFDM-TDMA hoặc sử dụng kỹ thuật đa truy nhập OFDMA,

lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDM

- Dải tần dưới 11GHz. Các băng tần đang được xem xét cho WiMAX cố đinh: băng

tần cấp phép 5,8GHz và không cấp phép 2,5GHz, 3,5GHz.

- Đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS

- Kỹ thuật song công TDD và FDD

- Hỗ trợ truy nhập không dây cố đinh và nomadic (thiết bị đầu cuối như laptop, PDA

có thể di chuyển vị trí nhưng cố đinh khi kết nối).

- Độ rộng băng tần có thể lựa chọn từ 1,25 đến 20 MHz

- Tốc độ dữ liệu tối đa 75Mb/s với độ rộng băng tần 20 MHz

- Kỹ thuật điều chế thích ứng từ BPSK/QPSK đến 64QAM

- Kỹ thuật điều chế đa sóng mang FFT 256-OFDM (256 sóng mang phụ)

- Cấu hình mạng điểm-đa điểm PMP và mạng mắt lưới MESH

- Hỗ trợ QoS

1.4.3 Chuẩn WiMAX di động (IEEE 802.16e)

Chuẩn WiMAX di động dựa trên chuẩn IEEE 802.16e được chứng nhận vào tháng

12-2005. Chuẩn WiMAX di động có thay đổi và bổ sung so với chuẩn cố đinh để hỗ

trợ tính di động và chuyển giao. Các đặc điểm cơ bản của WiMAX di động:

- Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao theo tỉ lệ S-OFDMA, lớp vật

lý vô tuyến MAN-OFDMA

- Dải tần dưới 11GHz. Các băng tần đang được xem xét cho WiMAX di động: băng

tần không cấp phép 2,5GHz, 3,5GHz.

12


- Đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS


- Hỗ trợ truy nhập di động, chuyển giao ở tốc độ di chuyển cao

- Độ rộng băng tần có thể lựa chọn từ 1,25 đến 20 MHz

- Tốc độ dữ liệu tối đa 15Mb/s với độ rộng băng tần 5 MHz (khi di chuyển) và tối đa

75Mb/s với độ rộng băng tần 20 MHz (khi đứng yên)

- Kỹ thuật điều chế thích ứng từ BPSK/QPSK đến 64QAM

- Kỹ thuật điều chế đa sóng mang theo tỉ lệ FFT S-OFDMA

- Cấu hình mạng điểm-đa điểm PMP

- Hỗ trợ QoS

1.4.4 Kiến trúc giao thức WiMAX

Hình 1.5 Mô hình kiến trúc giao thức WiMAX

Mô hình kiến trúc giao thức WiMAX mô tả cho lớp vật lý PHY và lớp lớp

điều khiển truy nhập môi trường MAC (Media Access Control ). Trong đó lớp MAC

được chia thành 3 lớp con bao gồm lớp con bảo mật (Privacy Sublayer – PS), lớp con

phần chung điều khiển truy nhập môi trường (MAC Common Part Sublayer – MAC

13


CPS), lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng (Service Specific Convergence Sublayer –

CS).

a. Lớp PHY

Lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDM

- Sử dụng công nghệ OFDM thiết kế cho đường truyền không trong tầm nhìn thẳng

NLOS trong dải tần dưới 11GHz.

- Kỹ thuật điều chế thích ứng

- Sử dụng hệ thống anten định hướng

- Kỹ thuật kênh con hóa


WiMAX di động sử dụng công nghệ S-OFDMA nhằm mục đích:

- Bổ sung khả năng di động

- Cho phép chuyển giao ở tốc độ di chuyển cao

Kỹ thuật ở lớp vật lý

- Kỹ thuật đồng bộ

- Kỹ thuật điều khiển công suất

- Kỹ thuật lựa chọn tần số động

b. Lớp MAC

Lớp MAC được chia thành 3 lớp con

Lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng MAC-CS

- Chức năng của lớp con hội tụ CS:

+ Nhận dữ liệu từ các lớp cao hơn

+ Phân loại dữ liệu ra các tế bào ATM (ATM cell) hoặc gói dữ liệu (packet)

+ Chuyển các khung đến lớp con phần chung CPS

- Phân chia lớp con hội tụ CS cho các giao thức của ATM và gói dữ liệu

+ Lớp con hội tụ gói dữ liệu (Packet CS): hỗ trợ Ethernet, VLAN, IPv4 và IPv6;

chặn lấy tiêu đề tải dữ liệu (payload header); hỗ trợ QoS đầy đủ.

14


+ Lớp con hội tụ ATM (ATM CS): hỗ trợ kết nối chuyển mạch đường ảo kênh ảo

VP/VC (Virtual Path/Virtual Channel); hỗ trợ báo hiệu đầu cuối tới đầu cuối (end

to end) của kết nối động; chặn lấy tiêu đề ATM (ATM header); hỗ trợ QoS đầy

đủ.

Lớp con phần chung điều khiển truy nhập môi trường MAC-CPS

- Thực hiện các chức năng điều khiển truy nhập môi trường điển hình như đánh địa

chỉ

+ Mỗi trạm thuê bao SS được chỉ định một địa chỉ MAC 48 bỉt

+ Xác nhận kết nối được sử dụng như là địa chỉ sơ cấp sau khi khởi tạo

- Cách thức truy nhập môi trường được xác định theo hướng truyền dữ liệu

+ Hướng lên là đa truy nhập chỉ định theo yêu cầu – ghép kênh phân chia theo thời

gian DAMA-TDM (Demand Assigned Multiple Access – Time Division

Multiplexing)

+ Hướng xuống là ghép kênh phân chia theo thời gian TDM

- Dữ liệu được đóng gói theo định dạng chung

Lớp con bảo mật MAC-PS

- Chức năng chính của lớp con bảo mật:

+ Cung cấp sự bảo mật kết nối bằng cách mật mã hóa dữ liệu với chuẩn mã mật dữ

liệu DES trong mô hình chuỗi liên kết khối mật mã CBC (Cipher Block Chaining).

+ Chống ăn cắp dịch vụ bằng cách sử dụng giao thức quản lý khóa bảo mật để xác

nhận trạm thuê bao SS.

Đánh địa chỉ MAC

- Trạm thuê bao SS có địa chỉ MAC 48 bit

- Trạm gốc BS có số hiệu trạm gốc 48 bit

- Nhận dạng kết nối CID 16 bit, sử dụng trong đơn vị dữ liệu giao thức MAC PDU,

dịch vụ kết nối định hướng.

Đơn vị dữ liệu giao thức MAC PDU

- Khung dữ liệu MAC PDU có định dạng

15


Tiêu đề MAC (6 byte) Tải trọng (tùy chọn) CRC (tùy chọn)

+ Tiêu đề MAC 6 byte chứa thông tin điều khiển khung

+ Tải trọng (payload) có độ dài tùy biến chứa thông tin đặc trưng theo loại khung

MAC PDU. Có 3 loại MAC PDU.

+ Phần kiểm tra thứ tự khung chứa mã kiểm tra độ dư vòng CRC (tùy chọn)

- Các loại MAC PDU

+ MAC PDU dữ liệu: tải trọng là các đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC SDU (Service

Data Unit), được truyền trong kết nối dữ liệu (data connection).

+ MAC PDU quản lý: tải trọng là các bản tin quản lý MAC, được truyền trong kết

nối quản lý (management connection).

+ MAC PDU yêu cầu băng thông: không có tải trọng mà chỉ có tiên đề

1.5 Truy nhập vô tuyến

1.5.1 Môi trường truyền sóng LOS và NLOS

WiMAX cho phép truyền tín hiệu trong môi trường trong tầm nhìn thẳng LOS

(Light of Sight) với dải tần 10-66GHz và không trong tầm nhìn thẳng NLOS (None

Light of Sight) với dải tần 2-11GHz.

Truyền sóng trong tầm nhìn thẳng LOS yêu cầu anten phát và thu phải nhìn thấy

nhau, đồng thời khoảng hở phải lớn hơn 0,6F1 (F1 là bán kính miền Fresnel thứ nhất).

Giá trị F1 phụ thuộc vào tần số sử dụng và khoảng cách truyền sóng. Nếu khoảng hở

nhỏ hơn 0,6F1 do có vật cản trên đường truyền thì tín hiệu sẽ bị suy giảm nghiêm

trọng. Đường truyền trong tầm nhìn thẳng được sử dụng cho các trạm chuyển tiếp với

phạm vi phủ sóng tối đa 50km.

Truyền sóng không trong tầm nhìn thẳng NLOS không yêu cầu anten thu và phát

phải nhìn thấy nhau. Tín hiệu được truyền đến thông qua phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ.

Tín hiệu tại đầu thu là các tín hiệu đa đường, khác nhau về độ trễ, cường độ tín hiệu,

độ ổn định… Ưu điểm của truyền sóng không trong tầm nhìn thẳng NLOS là đáp ứng

được các điều kiện khác nhau về đường truyền, quy hoạch mạng, giảm được chiều

cao anten, cho phép đặt các thiết bị WiMAX ở trong nhà… Để tận dụng ưu thế của

truyền sóng không trong tầm nhìn thẳng và khắc phục các hạn chế của nó, WiMAX

16


đã sử dụng công nghệ OFDM, kênh con hóa, kỹ thuật điều chế thích ứng, hệ thống

anten thông minh, thu phát đa đầu vào đa đầu ra (MIMO-multi input multi output).

1.5.2 Công nghệ OFDM cho truyền dẫn vô tuyến

WiMAX sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM

ở giao diện vô tuyến. Công nghệ OFDM có nhiều ưu điểm so với FDM, CDM về tốc

độ truyền dữ liệu, tỷ lệ lỗi bit, hiệu quả sử dụng phổ tần.

+ Kỹ thuật điều chế OFDM là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong đó các sóng

mang phụ trực giao với nhau. Băng tần của hệ thống được chia thành nhiều băng con

với các sóng mang phụ cho mỗi băng con. Các sóng mang con thỏa mãn điều kiện

trực giao cho phép chúng giữ được khoảng cách rất gần nhau mà không cần dải chắn

như trong FDMA, không cần ghép kênh theo thời gian như TDMA, điều này làm

tăng hiệu quả sử dụng phổ tần.

+ Dữ liệu sẽ được chia thành nhiều luồng song song và được đưa vào từng sóng

mang phụ để truyền đi. Mỗi sóng mang trong các tín hiệu OFDM có một băng thông

rất hẹp, do đó tốc độ ký tự thấp nên thời gian truyền ký tự dài. Ngoài ra giữa các ký

tự OFDM còn được chèn một khoảng thời gian bảo vệ lớn hơn thời gian trễ tối đa

của kênh truyền. Nhờ vậy hệ thống sử dụng OFDM có khả năng chống lại nhiễu

xuyên ký tự ISI.

+ Hệ thống sử dụng OFDM có khả năng khôi phục hàm truyền kênh vô tuyến thông

qua bản tin dẫn đường pilot.

+ Công nghệ OFDM cho phép sử dụng kỹ thuật điều chế thích ứng để đảm bảo chất

lượng kênh truyền.

1.5.3 Đa truy nhập và kênh con hóa

Đa truy nhập OFDM-TDMA

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian trên cơ sở ghép kênh phân chia

theo tần số trực giao (OFDM-TDMA). Kỹ thuật này chia băng tần thành các băng

con, mỗi băng con có một sóng mang phụ. Mỗi thuê cao được cấp phát một khe thời

gian. Trạm thuê bao SS sẽ sử dụng toàn bộ không gian sóng mang con trong khe thời

gian được cấp phát. Ngoài ra các khe thời gian có thể co giãn cho phép chế độ truyền

dẫn vẫn hoạt động ổn định ngay cả khi mạng quá tải (co hẹp khe thời gian cho mỗi

trạm thuê bao).

17


Đa truy nhập OFDMA

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA chia băng tần

thành các băng con, mỗi băng con có một sóng mang phụ. Khác với OFDM-TDMA,

trong OFDMA mỗi trạm thuê bao không sử dụng toàn bộ không gian sóng mang phụ

mà không gian sóng mang phụ được chia cho nhiều thuê bao cùng sử dụng một lúc.

Mỗi trạm thuê bao sẽ được cấp một hoặc vài sóng mang phụ. Kỹ thuật kênh con hóa

cho phép ánh xạ các sóng mang phụ cấp cho một trạm thuê bao vào một kênh con.

Khi các trạm thuê bao không sử dụng hết không gian sóng mang phụ thì tất cả

công suất phát của trạm gốc sẽ chỉ tập trung vào số sóng mang con được sử dụng.

Trong quá trình truyền dẫn mỗi trạm thuê bao được cấp phát một kênh con riêng.

Đa truy nhập S-OFDMA (kỹ thuật bổ sung cho WiMAX di động)

Kỹ thuật đa truy nhập OFDMA theo tỉ lệ (S-OFDMA) được bổ sung cho

WiMAX di động để hỗ trợ quá trình chuyển giao. Kỹ thuật OFDMA chia băng tần ra

nhiều băng con với số băng con cố đinh là 2048 băng con. Với các hệ thống (trạm

gốc) có độ rộng băng tần khác nhau, thay đổi từ 5MHz đến 20MHz thì độ rộng phổ

mỗi băng con của các hệ thống đó cũng khác nhau gây khó khăn cho việc chuyển

giao giữa các hệ thống. Kỹ thuật S-OFDMA cho phép phân chia số băng con một

cách tỉ lệ theo độ rộng băng tần. Ví dụ độ rộng băng tần 20MHz chia ra 2048 băng

con thì độ rộng băng tần 5MHz chia ra 512 băng con. Như vậy độ rộng phổ của các

băng con là như nhau trong các hệ thống khác nhau, giúp quá trình chuyển giao thuận

lợi hơn. Ngoài ra việc tương thích giữa các hệ thống sẽ làm giảm chi phí thiết kế, xây

dựng mạng.

Kênh con hóa

Kỹ thuật kênh con hóa cho phép ánh xạ một số sóng mang phụ vào một kênh

con. Mỗi kênh con sẽ được cấp cho một trạm thuê bao. Các sóng mang phụ của một

kênh con không kề nhau mà được lựa chọn nhờ thuật toán lập lịch trình. Ví dụ các

sóng mang phụ số 1, 3, 5 gán cho kênh con 1; các sóng mang phụ 2, 4, 6 gán cho

kênh con 2. Thuật toán lập lịch trình sẽ cho phép lựa chọn các sóng mang phụ tốt

nhất cho từng trạm thuê bao thông qua việc đo chất lượng tín hiệu trên từng sóng

mang phụ của kênh con được cấp cho trạm thuê bao.

18


Trong đường xuống một kênh con có thể được chia cho các máy thu khác

nhau, trong đường lên các trạm thuê bao có thể được gán một hoặc vài kênh con để

phát lên.

1.5.4 Kỹ thuật song công TDD và FDD

WiMAX hỗ trợ hai phương thức song công TDD và FDD. Trong băng tần

được cấp phép, phương thức song công có thể là TDD hoặc FDD. Trong băng tần

không cấp phép phương thức song công là TDD.

Song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex)

Các khung dữ liệu đường lên và đường xuống chia sẻ cùng một kênh tần số và

được ghép luân phiên theo thời gian. Các khung TDD có độ dài cố đinh, chứa một

khung đường lên và một khung đường xuống. Việc chia khung TDD có tính chất

thích nghi, các khoảng thời gian cho một khung TDD có thể là 0,5ms, 1ms hoặc 2ms.

Khung đường lên lại được chia thành nhiều khe thời gian con nhờ công nghệ

OFDM, mỗi khe dành cho một trạm thuê bao SS gửi các khung PHY PDU của mình,

mỗi khung PHY PDU có một burst dữ liệu đường lên. Khung dữ liệu đường xuống

chỉ có một khung PHY PDU, trong đó bao gồm nhiều burst dữ liệu đường xuống.

Hình 1.6 Cấu trúc khung OFDM với kỹ thuật song công TDD

Các tham số trong cấu trúc khung OFDM

+ Preamble: tiền đồng bộ, được dùng để thiết lập tính đồng bộ.

+ FCH (Frame Control Header): tiêu đề điều khiển khung

+ PDU: đơn vị dữ liệu giao thức

19


+ Ranging: thiết lập các thông số truyền dẫn chính trong dải cho phép giữa SS và BS

để có thể liên lạc được với BS, ví dụ như độ lệch thời gian, mức công suất phát.

Song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplex)

Đường xuống và đường lên sử dụng hai tần số khác nhau. Đường xuống cho

phép song công hoàn toàn, đường lên có thể là song công hoàn toàn (SS thu phát

đồng thời) hoặc bán song công (SS thu hoặc phát tại một thời điểm).

1.6 Điều chế và mã hóa

Lớp vật lý vô tuyến của WiMAX dựa theo lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDM

mô tả trong chuẩn 802.16, trên cơ sở kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực

giao OFDM.

1.6.1 Mã hóa kênh

Mã hóa kênh bao gồm 3 quá trình: ngẫu nhiên hóa, mã hóa FEC, cài xen

a. Ngẫu nhiên hóa

Ngẫu nhiên hóa dữ liệu được thực hiện trên mỗi burst dữ liệu cả đường lên và

đường xuống. Ngẫu nhiên hóa được thực hiện trên từng đường lên hoặc xuống, nghĩa

là với một khối dữ liệu (được xác định bởi các kênh con trên miền tần số và các ký

hiệu OFDM trên miền thời gian) của mỗi đường sẽ được dùng một cách độc lập.

Mã giả ngẫu nhiên có đa thức sinh 1 + x14 + x15. Mỗi byte dữ liệu được phát sẽ

đi vào bộ tạo mã giả ngẫu nhiên một cách tuần tự từ bit già nhất MSB. Ngẫu nhiên

hóa chỉ áp dụng cho các bit thông tin, không dùng cho bit tiêu đề. Các bit sau ngẫu

nhiên hóa sẽ được đưa vào bộ mã hóa sửa lỗi trước FEC (Forward Error Correction).

Hình 1.7 Bộ tạo mã giả ngẫu nhiên

b. Mã hóa sửa lỗi trước FEC (Forward error correction)

20


Mã hóa sửa lỗi trước FEC bao gồm việc kết hợp mã Reed-Solomon (RS) bên

ngoài và mã xoắn Convolutional code với tỉ lệ phù hợp bên trong, hỗ trợ trên cả

đường lên và đường xuống. Ngoài ra có thể hỗ trợ mã hóa Turbo khối BTC (Block

Turbo Coding) và mã Turbo xoắn CTC (Convolutional Turbo Codes) như các tùy

chọn. Mã Reed-Solomon – Convolutional coding tỉ lệ ½ luôn được dùng làm chế độ

mã hóa khi yêu cầu truy nhập mạng (ngoại trừ trong các chế độ tạo kênh con chỉ sử

dụng mã xoắn tỉ lệ ½) và trong burst tiêu đề điều khiển khung FCH (Frame Control

Header).

Mã hóa được thực hiện bằng cách biến đổi dữ liệu theo định dạng khối thông

qua mã hóa RS và sau đó đưa qua một mã xoắn tận cùng 0 (zero-terminating).

c. Cài xen

Tất cả các bit dữ liệu sau khi đã mã hóa sẽ được cài xen bởi một bộ cài xen

khối với kích thước tương ứng với số bit đã mã hóa trên các kênh con được cung cấp

trên mỗi ký tự OFDM. Hàm cài xen được định nghĩa bởi một phép hoán vị 2 bước.

Bước đầu tiên đảm bảo các bit đã mã hóa gần nhau được ánh xạ vào một sóng mang

phụ không kề nhau. Phép hoán vị thứ hai đảm bảo các bit đã mã hóa gần nhau được

ánh xạ luân phiên vào các bit ít hay nhiều ý nghĩa hơn của chùm ký hiệu, do đó tránh

được việc xảy ra các bit có độ tin cậy thấp trong thời gian dài.

1.6.2 Điều chế

a. Điều chế số

Sau quá trình đan xen bit, các bit dữ liệu được đưa vào theo thứ tự tới bộ tạo

ánh xạ chùm. Các kỹ thuật điều chế được hỗ trợ bao gồm BPSK, QPSK ánh xạ Gray,

16 QAM và 64 QAM. Các chùm ánh xạ sẽ được khôi phục lại bằng cách ghép chùm

điểm với hệ số chỉ thị c để đạt được công suất trung bình là như nhau.

21


Hình 1.8 Chòm sao BPSK, QPSK, 16 QAM và 64 QAM

b. Điều chế pilot

Sóng mang phụ chứa pilot (mẫu tin dẫn đường) sẽ được chèn vào mỗi burst

(nhóm bit) dữ liệu để cấu thành ký tự và được điều chế theo sóng mang xác định bên

trong ký tự OFDM. Pilot được sử dụng để khôi phục hàm truyền kênh vô tuyến và

được lấy ra sau khi giải điều chế OFDM.

c. Mã hóa chỉ thị tốc độ

Chỉ thị tốc độ (Rate_ID) được dùng để chỉ thị loại điều chế. Chỉ thị tốc độ

được mã hóa ở burts đầu tiên ở đường xuống ngay sau tiêu đề điều khiển khung

(Frame Control Header – FCH). Chỉ thị tốc độ được mã hóa cố đinh và không thể

thay đổi.

d. Kỹ thuật điều chế thích ứng

Một trong những đặc điểm nổi bật trong công nghệ WiMAX là việc sử dụng

kỹ thuật điều chế thích ứng từ BPSK, QPSK đến 64-QAM để tối ưu hóa quá trình

truyền dẫn. Mức điều chế phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu thông qua tỉ số tí hiệu

trên nhiễu SNR. Với kênh truyền tốt (có SNR cao) có thể điều chế 64 QAM, khi SNR

giảm thì giảm mức điều chế xuống để duy trì chất lượng kết nối và độ ổn định của

liên kết. Mức điều chế càng cao thì hiệu suất sử dụng băng thông (tính theo số

bit/s/Hz) càng lớn nhưng đòi hỏi tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm

CNR lớn hơn do đó đòi hỏi tỉ số SNR cao hơn, nếu không sẽ làm tăng tỉ lệ lỗi bit

22


BER. Với mức điều chế thấp cho phép với tỉ số SNR thấp mà vẫn có thể đảm bảo

BER< 10-3 (giới hạn trên cho tỉ lệ lỗi bit).

Để quyết định lựa chọn mức điều chế hệ thống sẽ dựa trên kết quả đo SNR tại

đầu cuối thu và trên cơ sở đảm bảo một tỉ lệ lỗi bit BER cho trước. Cụ thể hệ thống

sẽ sử dụng lược đồ điều chế thích ứng và đảm bảo BER thấp hơn 10-3 sẽ cho hiệu

suất phổ là cao nhất. Với SNR<10dB thì phải sử phương pháp điều chế BPSK. Với

SNR trong khoảng 10dB<SNR<17dB sử dụng phương pháp điều chế BPSK hoặc

QPSK, 17dB<SNR<23dB sử dụng điều chế 16 QAM, với SNR>23dB có thể sử dụng

mức điều chế 64 QAM.

Hình 1.10 Lược đồ điều chế thích ứng

Các điểm gần trạm gốc BS (trong phạm vi 5km) có tỉ số SNR>23dB nên sẽ sử

dụng loại điều chế 64QAM. Nhìn chung càng ra xa trạm gốc tỉ số SNR càng giảm do

đó mức điều chế giảm. Tại rìa vùng phủ sóng khi SNR xuống thấp (khoảng 10dB) sẽ

phải sử dụng điều chế BPSK. Ngoài ra với các điểm ở gần trạm gốc nhưng bị che

khuất bởi nhiều vật cản làm tỉ số SNR giảm cũng có thể sử dụng phương pháp điều

chế mức thấp.

23


1.7 Bảo mật

1.7.1 Kiến trúc bảo mật trong WiMAX

Bảo mật trong trong WiMAX bao gồm:

- Bảo mật dữ liệu người dùng qua đường truyền không dây.

- Chống các truy nhập không cho phép (unauthorized) vào luồng dịch vụ (chống đánh

cắp dịch vụ) bằng cách mật mã hóa trên các luồng dịch vụ.

- Mật mã hóa kết nối giữa trạm gốc BS và trạm thuê bao SS.

- Cơ cấu bảo mật

+ Nhận thực

+ Điều khiển truy nhập

+ Mật mã hóa bản tin

+ Phát hiện sự thay đổi trong bản tin (đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu)

+ Quản lý khóa bảo mật: tạo khóa, vận chuyển khóa, bảo vệ khóa, sử dụng khóa.

Trong kiến trúc giao thức WiMAX, kiến trúc bảo mật được định nghĩa trong lớp

con bảo mật MAC-PS. Kiến trúc bảo mật trong WiMAX gồm có hai giao thức thành

phần là:

- Giao thức mã mật hóa dữ liệu sử dụng chuẩn mã mật dữ liệu DES (Data Encryption

Standard) và có thể sử dụng thêm chuẩn mã mật tiên tiến AES (Advance Encryption

Standard).

- Giao thức quản lý khóa bảo mật PKM (Privacy Key Management)

Giao thức bảo mật của WiMAX dựa trên các liên kết bảo mật SA (security

association). Một liên kết bảo mật bao gồm các thông số bảo mật của một kết nối đó

là các khóa và các thuật toán mật mã hóa được lựa chọn.

Các liên kết bảo mật được chia thành các liên kết bảo mật dữ liệu và các liên kết

bảo mật nhận thực.

- Liên kết bảo mật dữ liệu (Data SA) bao gồm:

+ Bộ nhận dạng SA 16 bit.

+ Mật mã bảo vệ dữ liệu sử dụng chuẩn DES.

24


+ Hai khóa mã mật lưu lượng TEK (Traffic Encryption Key).

+ Bộ nhận dạng khóa TEK.

+ Thời gian sống của TEK.

+ Vector khởi tạo 64bit (vector khởi tạo cho mỗi TEK)

- Liên kết bảo mật nhận thực (Authorization SA) bao gồm:

+ Chứng nhận X.509 của từng trạm thuê bao SS.

+ Khóa nhận thực AK (authorization key) 160 bit.

+ Nhãn nhận dạng AK 4 bit.

+ Thời gian sống của AK.

+ Khóa mã mật khóa KEK (Key Encryption Key).

+ Khóa mã xác nhận bản tin HMAC (Hashed Message Authentication Code) đường

xuống và đường lên.

+ Danh sách các liên kết bảo mật dữ liệu đã nhận thực.

Hình 1.11 Mô hình bảo mật

25


Có 3 loại liên kết bảo mật SA là SA cơ bản, SA tĩnh, SA động. Mỗi SS được

quản lý sẽ được thiết lập một SA sơ cấp trong quá trính khởi tạo liên kết, SA tĩnh

được cấp trong BS, SA động được tạo ra và hủy đi theo đáp ứng với quá trình khởi

tạo và kết thúc một luồng dịch vụ cụ thể. SA tĩnh và SA động có thể chia sẻ với nhiều

SS. Các SA được xác định bởi nhận dạng liên kết bảo mật SAID (Security

Association Identifier).

Các kết nối vận chuyển lưu lượng đều phải ánh xạ đến một SA. Các kết nối

quản lý thứ cấp phải ánh xạ đến SA cơ bản. Các kết nối quản lý cơ bản không cần

ánh xạ đến SA.

Quá trình bảo mật bao gồm 3 quá trình

- Nhận thực

- Trao đổi khóa dữ liệu

- Mật mã hóa dữ liệu

1.7.2 Bảo mật qua giao diện vô tuyến

a. Nhận thực

Hình 1.12 Quá trình nhận thực thuê bao

Trạm thuê bao SS đưa yêu cầu nhận thực tới trạm gốc BS. Trạm gốc BS sẽ tiến

hành xác nhận thuê bao và trả lời nhận thực. Trạm thuê bao SS nhận được khóa nhận

26


thực AK. Toàn bộ quá trình nhận thực được bảo mật bởi các liên kết bảo mật nhận

thực. Điều này nhằm chống ăn cắp dịch vụ.

b. Trao đổi khóa dữ liệu

Hình 1.13 Quá trình trao đổi khóa dữ liệu

Trao đổi khóa dữ liệu nhằm ngăn chặn việc đánh cắp thông tin qua giao diện

vô tuyến. Được thực hiện thông qua việc trao đổi khóa mã mật lưu lượng TEK. Trạm

thuê bao SS đưa yêu cầu khóa TEK đến trạm gốc BS. Trạm gốc BS sẽ tạo khóa TEK

và trả lời lại trạm thuê bao SS.

Để bảo mật cho quá trình trao đổi khóa TEK, BS sẽ tạo khóa TEK một cách

ngẫu nhiên và mật mã hóa khóa TEK với mã DES gấp 3 (Triple-DES) hoặc mã AES,

đều sử dụng khóa mã mật khóa KEK 128 bit. Bản tin trao đổi khóa được xác nhận

bởi khóa mã xác nhận bản tin HMAC-SHA1.

c. Quản lý khóa

Bản tin 1:

BS →SS: Số thứ tự | SAID | HMAC(1)

Bản tin 2:

SS →BS: Số thứ tự | SAID | HMAC(2)

Bản tin 3:

BS →SS: Số thứ tự | SAID | khóa TEK cũ | khóa TEK mới | HMAC(3)

Bản tin 1 dùng trong quá trình tạo một liên kết bảo mật SA mới

27


Bản tin 3 dùng trong quá trình tạo khóa mã mật lưu lượng TEK mới

Khóa TEK được mã mật hóa với mã DES-ECB gấp ba (Triple-DES-ECB)

1.7.3 Mật mã hóa dữ liệu

Hình 1.14 Mật mã hóa dữ liệu

Trạm thuê bao SS yêu cầu khóa mã mật lưu lượng TEK từ trạm gốc BS. Trạm

gốc BS sẽ tạo khóa TEK và trả lời lại SS. Khóa mã mật lưu lượng TEK cho phép giải

mã được dữ liệu đã được mã hóa.

Mật mã hóa dữ liệu sử dụng tiêu chuẩn mã mật dữ liệu DES ở chế độ chuỗi

liên kết khối mã mật CBC (Cipher Block Chaining):

- Khóa DES 56 bit

- Không có sự phát hiện sự toàn vẹn bản tin

Ngoài ra có thể sử dụng tiêu chuẩn mã mật tiên tiến AES cho quá trình mật mã hóa

dữ liệu.

Sự mật mã hóa chỉ thực hiện với các bản tin dữ liệu (mật mã hóa dữ liệu tải

lưu lượng), không thực hiện với các bản tin mang thông tin quản lý.

28


1.8 Các mô hình ứng dụng WiMAX

Các mô hình ứng dụng WiMAX được chia thành hai loại: mạng riêng và mạng

công cộng.

Các mạng riêng được sử dụng cho các cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp. Cấu hình

mạng được sử dụng là điểm – điểm hoặc điểm – đa điểm. Ưu thế của các mạng này

là triển khai nhanh, đơn giản và chi phí thấp.

+ Mạng đường trục cho các nhà cung cấp dịch vụ di động thay thế đường cáp hữu

tuyến.

+ Mạng đường trục cho mạng truy nhập vô tuyến băng rộng BWA, ví dụ các nhà

cung cấp dịch vụ Wifi, WiMAX đồng thời cho phép phủ sóng đến những vùng hẻo

lánh mà đường truyền Internet không thể lắp đặt.

+ Mạng ngân hàng: phục vụ việc kết nối các chi nhánh ngân hàng và các điểm đặt

máy rút tiền tự động tới trụ sở chính. Ưu điểm khi sử dụng WiMAX là khả năng bảo

mật cao và có tính linh hoạt cho phép tái lập mạng nhanh chóng khi có sự thay đổi vị

trí của các điểm kết nối.

+ Mạng giáo dục: kết nối các trường học, tăng cường được công tác quản lý

+ Mạng an toàn công cộng được thiết lập và quản lý bởi các ngành công an, an ninh,

giao thông, cứu hỏa, cấp cứu, tìm kiếm cứu nạn. Mạng an toàn công cộng cung cấp

các thông tin về các vấn đề khẩn cấp. WiMAX cho phép thiết lập các mạng vô tuyến

tạm thời ngay cả ở nơi đang xảy ra thảm họa (nơi mà mạng hữu tuyến không thể triển

khai được), cho phép cung cấp những thông tin cập nhật nhất.

+ Mạng thông tin xa bờ kết nối các trung tâm trên bờ với các trạm ngoài biển, sử

dụng đường truyền LOS với khoảng cách lên tới 50km.

Các mạng công cộng được cung cấp cho các đối tượng người dùng riêng lẻ như

các hộ gia đình, trung tâm dịch vụ internet, văn phòng, doanh nghiệp, trường học.

Các dịch vụ được cung cấp phục vụ chủ yếu cho truy nhập internet băng rộng, VoIP,

nghe nhạc, xem phim trực tuyến… Khác với mạng riêng, tài nguyên vô tuyến trong

mạng công cộng được chia sẻ giữa những người sử dụng. Mạng WiMAX cho phép

cung cấp các mạng công cộng cho nhiều người sử dụng thỏa mãn được các điều kiện

về bảo mật dữ liệu người dùng, chi phí thấp và vùng phủ sóng rộng.

29


1.9 Các ưu điểm của mạng WiMAX

So với việc triển khai các mạng số liệu có dây và không dây khác, mạng

WiMAX có những ưu điểm nổi bật sau

► Triển khai nhanh hơn nhưng đầu tư ít hơn

Thời gian lắp đặt và triển khai hệ thống mạng WiMAX ngắn hơn các hệ thống

khác. So sánh với mạng cáp, hệ thống này sẽ giúp nhà khai thác đưa dịch vụ đến

khách hàng nhanh hơn rất nhiều. Nói cách khác, chi phí đầu tư sẽ thấp hơn mạng cáp

hữu tuyến. Ngoài ra mạng WiMAX cho phép triển khai được ở những vùng mà mạng

cáp hữu tuyến không thể triển khai được. Còn các mạng di động yêu cầu quản lý

mạng phức tạp do đó quá trình triển khai chậm hơn cũng như chi phí cao hơn.

► Dung lượng mạng lớn hơn

Tốc độ dữ liệu của trạm gốc WiMAX có thể đạt được 75Mbps trong một

sector và cho phép lên đến 300Mbps trong một cell. Trong trường hợp làm mạng

đường trục (backhaul) tốc độ dữ liệu có thể lên tới vài Gbps (mạng WiMAX cố đinh,

đường truyền LOS). Mạng WiMAX có thể cung cấp tốc độ dữ liệu cao nhiều hơn các

hệ thống khác như Dial-up, ADSL, DSL và 3G. Mạng Wifi về lý thuyết có thể cung

cấp tốc độ dữ liệu 54 Mbps nhưng tốc độ dữ liệu thực phụ thuộc kết nối giữa hotpost

với đường ADSL hoặc cáp. Trạm gốc WiMAX có thể kết nối thông qua đường cáp

quang hoặc qua các backhaul WiMAX, trong đó khả năng lớn nhất là sử dụng các

backhaul.

► Độ bảo mật cao

Hệ thống WiMAX có sử dụng bộ lọc địa chỉ IP/MAC, mật khẩu, trên các giao

diện vô tuyến sử dụng các phương thức bảo mật tiên tiến. Toàn bộ các quá trình nhận

thực, thiết lập kết nối được quản lý bởi giao thức quản lý khóa bảo mật và các liên

kết bảo mật đi kèm từng kết nối. Dữ liệu được mã hóa bảo mật theo chuẩn DES,

AES.

► Kỹ thuật OFDM

Kỹ thuật OFDM cho phép giảm nhiễu ISI, tăng hiệu suất sử dụng phổ, giảm

lỗi đường truyền cho phép đảm bảo tốt chất lượng tín hiệu thu. OFDM đặc biệt hiệu

quả trong truyền dẫn đa đường trong môi trường NLOS.

► Kỹ thuật điều chế thích ứng

30


Kỹ thuật điều chế thích ứng cho phép hệ thống phản ứng linh hoạt với chất

lượng đường truyền, khi tỉ số SNR giảm thì mức điều chế giảm để đảm bảo tỉ lệ lỗi

bit đạt mức tiêu chuẩn (tỉ lệ lỗi bit BER không vượt quá 10-3).

►Khả năng điều chỉnh dung lượng dễ dàng

Công nghệ WiMAX cho phép việc sử dụng băng thông một cách mềm dẻo.

Tùy theo điều kiện sử dụng mà có thể lựa chọn các băng thông từ 3.5 MHz, 5 MHz,

10 MHz và tối đa 20 MHz. Khi đó có thể tăng dung lượng mạng theo yêu cầu. Đối

với Wifi thì băng thông cố đinh là 20 MHz.

Hình 1.15 Khả năng mở rộng dung lượng của một trạm gốc BS

(nguồn nhà cung cấp thiết bị WiMAX Alvarion)

Xét một ví dụ một trạm phát WiMAX sử dụng các modun kết nối số liệu, mỗi

modun sử dụng băng thông 3.5 MHz. Trong giai đoạn đầu tiên, số lượng thuê bao ít,

dung lượng mạng yêu cầu thấp ta có thể sử dụng một modun thu phát sử dụng băng

31


thông 3.5 MHz, mỗi modun cho phép tốc độ dữ liệu 18 Mbps. Khi số thuê bao tăng

lên, khi đó chỉ cần lắp thêm modun và tăng băng thông lên để tăng dung lượng mạng.

Với 4 modun có thể đạt được dung lượng tối đa 72 Mbps.

►Hiện nay công nghệ WiMAX đang được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất thiết bị viễn

thông. Với phiên bản thiết bị (Multiple vendors) sẽ cho phép giảm rủi ro cho các

công ty kinh doanh dịch vụ WiMAX nhờ khả năng lựa chọn thiết bị và sự cạnh tranh

giữa các nhà cung cấp. Ngoài ra hệ thống WiMAX có nhiều cơ sở về công nghệ và

kỹ thuật cho các giải pháp hiệu quả và cạnh tranh.

+ Chipset theo tiêu chuẩn.

+ Công nghệ mới giúp giảm sản xuất chi phí dẫn đến giá thành thiết bị giảm

+ Khả năng tích hợp chip tương thích WiMAX bên trong laptops và PDA cũng như

các thiết bị di động khác (tương tự Wifi) do đó chi phí thiết bị đầu cuối CPE sẽ giảm

rất nhiều (người dùng không cần mua các anten hoặc card chuyên dụng).

► Dịch vụ phong phú

Mạng WiMAX cho phép cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cho các

tổ chức, doanh nghiệp, hộ gia đình và cá nhân. Tất cả các dịch vụ đều được đảm bảo

chất lượng dịch vụ QoS.

+ Dịch vụ thoại truyền thống hoặc thoại qua internet (VoIP)

+ Truy cập internet tốc độ cao

+ Hội nghị truyền hình

+ Mạng riêng ảo

+ Truyền hình di động

+ Giải trí trực tuyến và nhiều dịch vụ gia tăng khác

Các dich vụ phong phú và chất lượng dịch vụ cao với mức cước không quá

lớn là điểm hấp dẫn của công nghệ WiMAX.

Tổng kết chương 1

Qua sự tìm hiểu, phân tích các khái niệm và đặc điểm của công nghệ WiMAX

chúng ta đã thấy được WiMAX là một công nghệ tiên tiến, là bước đột phá trong

công nghệ truy nhập vô tuyến băng thông rộng hiện nay. Việc tìm hiểu các công nghệ

32


và khả năng ứng dụng của mạng WiMAX cố đinh là cơ sở để tiến hành việc xây

dựng thiết kế một mạng WiMAX cố đinh & di trú trong thực tế. Thêm vào đó nhu

cầu sử dụng các dịch vụ số liệu không dây ngày càng tăng, cho phép tin tưởng vào sự

thành công của WiMAX.

33

Chương 2. Bài toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội

CHƯƠNG 2.

BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG WIMAX

CỐ ĐỊNH & DI TRÚ CHO THÀNH PHỐ HÀ

NỘI

_________________________________________________________________________

Chương 2 sẽ trình bày quá trình thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú thông

qua việc giải quyết bài toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú. Việc thiết kế

một mạng WiMAX cố đinh & di trú cụ thể cho thành phố Hà Nội sẽ dựa trên các

bước thiết kế được đưa ra trong mục 2.2 với các tham số và các yêu cầu thiết kế

mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội trong mục 2.3.

2.1 Mục đích thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú

Bài toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh nhằm thực hiện các mục đích chính

► Đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu không dây tốc độ cao (truy nhập vô

tuyến băng thông rộng) ngày càng tăng

► Cung cấp một dải rộng các ứng dụng đa dịch vụ, tốc độ cao với chất lượng đảm

bảo, đặc biệt là các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực.

► Thỏa mãn tính đa dạng trong công nghệ truy nhập vô tuyến và hỗ trợ các mạng

truy nhập vô tuyến hiện tại như mạng di động, các hotspot của Wifi

► Theo xu hướng phát triển và ứng dụng công nghệ mới

► Thành phố Hà Nội luôn là nơi được triển khai sớm các công nghệ mới, gần đây

nhất là truyền hình di động, dịch vụ điện thoại cố đinh & di trú không dây

2.2 Bài toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú

2.2.1 Các tham số hệ thống của mạng WiMAX cố đinh & di trú

Trước khi thực hiện bài toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú chúng ta

phải biết các tham số hệ thống cho một mạng WiMAX cố đinh & di trú. Các tham số

hệ thống này được xác định theo yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú và

phụ thuộc vào chính sách của từng quốc gia. Ví dụ băng tần hoạt động có thể là 2.3

34


GHz, 2.5 GHz hoặc 3.5 GHz. Các tham số hệ thống theo yêu cầu là cơ sở cho phép

lựa chọn các thông số thiết bị cần thiết. Với mỗi yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố

đinh & di trú khác nhau ta sẽ có một bộ tham số hệ thống mạng WiMAX cố đinh &

di trú khác nhau. Tham số quan trọng nhất chính là băng tần hoạt động vì nó có quan

tới tất cả các quá trình tính toán thiết kế mạng cũng như việc lựa chọn mô hình dự

đoán suy hao thích hợp.

Hiện nay WiMAX cố đinh & di trú đang được xem xét để được cấp băng tần

hoạt động 3.5 GHz và các băng thấp hơn. Tại Việt Nam băng tần 3.5 GHz cũng đang

được đề nghị cấp cho WiMAX cố đinh & di trú và nhiều khả năng WiMAX cố đinh

& di trú tại Việt Nam sẽ được cấp phép hoạt động ở băng tần 3.5 GHz. Chính vì vậy

đồ án “thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú & di trú cho thành phố Hà Nội” sẽ lựa

chọn sử dụng băng tần 3.5 GHz cho mạng WiMAX cố đinh & di trú.

Chúng ta có thể tham khảo bảng tham số hệ thống cho WiMAX cố đinh & di

trú được cho bởi WiMAX Forum sử dụng băng tần 3.5 GHz trong bảng 2.1

Tham số Giá trị

Tần số hoạt động 3500 MHz

Song công TDD, FDD

Đa truy nhập TDMA

Băng thông kênh 10MHz

Khoảng cách BS-BS 4 km

Khoảng cách tối thiểu từ SS tới BS 36 m

Độ cao trạm gốc 50 m – 100 m

Độ cao thiết bị cố đinh & di trú 2 m – 40 m

Tăng ích anten BS 17 dBi

Tăng ích anten SS Cố đinh & di trú (trên nóc

nhà)

15 dBi

Di trú (gắn trên thiết bị) 8 dBi

Công suất phát của BS trên 1 anten 50 dBm

35


Công suất phát của SS trên 1 anten 30 dBm

Số lượng anten phát/thu của BS Phát: 2 hoặc 4, thu: 2 hoặc 4

Số lượng anten phát/thu của SS Phát: 1, thu: 2

Mẫu anten 70o (- 3dB)

Tạp âm trạm gốc 4 dB

Tạp âm trạm cố đinh & di trú 7 dB

Bảng 2.1 Bảng các tham số hệ thống tham khảo cho WiMAX cố đinh & di trú

(nguồn WiMAX Forum)

Giải thích các tham số hệ thống chính của WiMAX cố đinh & di trú

► Tham số tần số hoạt động cho biết băng tần hoạt động của mạng WiMAX cố

đinh & di trú. Tham số này được sử dụng trong quá trình tính toán suy hao.

► Tham số băng thông kênh là giá trị độ rộng băng thông của kênh tần số được

cấp. Băng thông của kênh càng lớn thì tốc độ dữ liệu tối đa cho phép càng cao. Tham

số này được sử dụng trong quá trình tính toán lưu lượng.

► Tham số độ cao trạm gốc cho biết dải độ cao cho phép của trạm gốc. Tham số

này được sử dụng trong quá trình tính toán suy hao.

► Tham số độ cao thiết bị cố đinh & di trú cho biết dải độ cao cho phép của trạm

cố đinh & di trú. Tham số này được sử dụng trong quá trình tính toán suy hao.

► Tham số tăng ích anten BS/SS cho biết khả năng khuếch đại tín hiệu của anten

BS/SS. Tham số này được sử dụng trong quá trình tính toán suy hao.

► Tham số công suất của BS/SS phát trên một anten cho biết công suất phát tối đa

trên 1 anten phát từ đó tính EIRP (công suất bức xạ đẳng hướng hiệu quả). Tham số

này được sử dụng trong quá trình tính toán suy hao.

► Tham số khoảng cách BS-BS được xác định ước lượng sao cho ảnh hưởng của

nhiễu từ các trạm lân cận ở trong giới hạn chp phép, kết quả của quá trình tính toán sẽ

cho ra khoảng cách BS-BS cụ thể.

36


► Tham số khoảng cách tối thiểu từ SS tới BS phụ thuộc góc phát của anten trạm

gốc BS.

► Tham số số lượng anten phát/thu tùy thuộc từng thiết bị, số lượng anten thu phát

càng lớn thì hiệu suất sử dụng phổ càng tăng dẫn đến tốc độ dữ liệu tối đa tăng.

► Tham số tạp âm trạm gốc, trạm cố đinh & di trú được tính vào trong độ nhạy thu

của trạm gốc và trạm cố đinh & di trú.

2.2.2 Các tham số dịch vụ cho WiMAX cố đinh & di trú

Để phục vụ cho quá trình định cỡ mạng cần phải biết được tổng nhu cầu sử

dụng. Tổng nhu cầu sử dụng sẽ được xác định thông qua các tham số dịch vụ và số

lượng thuê bao trên từng dịch vụ. Các tham số dịch vụ theo các mức tiêu chuẩn dịch

vụ của từng nhà cung cấp.

Bảng 2.2 đưa ra các tham số dịch vụ tham khảo cho WiMAX cố đinh & di trú

(nguồn WiMAX Forum).

STT Ứng dụng Tốc độ dữ liệu Độ trễ Độ trễ pha

1 Trò chơi tương tác trực tuyến 50 kbps ~ 85 kbps < 25 SS N/A1

2 VoIP 4 kbps ~ 64 kbps <160 SS < 50 SS

3 Hội nghị truyền hình 32 kbps ~ 384 kbps <160 SS < 50 SS

4 Nhạc, lời (speech) 5 kbps ~ 128 kbps N/A < 100 SS

5 Đoạn phim ngắn độ phân giải

thấp (Video Clip)

20 kbps ~ 384 kbps N/A < 100 SS

6 Luồng phim độ phân giải cao

phục vụ xem trực tuyến

Cho phép > 2 Mbps N/A < 100 SS

7 Duyệt WEB, nhắn tin,

thư điện tử có đính kèm file

5 kbps ~ >500 kbps N/A N/A

8 Tải dữ liệu (download) Cho phép > 1 Mbps N/A N/A

1 N/A (Not applicable): không được áp dụng. Tùy thuộc vào loại hình dịch vụ mà sẽ không áp dụng một vài tham số dịch vụ, ví dụ như tham số độ trễ chỉ có ở các ứng dụng yêu cầu thời gian thực như VoIP còn các ứng dụng không yêu cầu thời gian thực như tải dữ liệu thì không cần tham số trễ.

37


Bảng 2.2 Bảng các tham số dịch vụ tham khảo cho WiMAX cố đinh & di trú

(nguồn WiMAX Forum)

Bảng các tham số dịch vụ cho WiMAX cố đinh & di trú đưa ra một số dịch vụ

cơ bản với 3 tham số dịch vụ là tốc độ dữ liệu, độ trễ (delay) và độ trễ pha (jitter).

Chúng ta chỉ sử dụng tham số tốc độ dữ liệu cho quá trình tính toán định cỡ mạng,

các tham số về độ trễ được sử dụng trong kỹ thuật QoS nhằm đảm bảo chất lượng

dịch vụ.

2.2.3 Phương pháp tính toán lưu lượng

Các tham số đầu vào cho tính toán lưu lượng bao gồm loại hình dịch vụ (tốc

độ dữ liệu, các tham số tính toán cho từng loại hình dịch vụ) và số lượng thuê bao sử

dụng dịch vụ đó. Từ các tham số đầu vào này sử dụng phương pháp tính toán lưu

lượng để xác định lưu lượng dữ liệu yêu cầu.

Khi tính toán lưu lượng dịch vụ dữ liệu phải sử dụng tham số tỉ số tranh chấp

băng thông (contention ratio – CR). Tỉ số tranh chấp băng thông xác định số lượng

thuê bao sử dụng chung trên một băng thông kênh truyền. Tỉ số tranh chấp băng

thông được định nghĩa CR = 1:N với N là số thuê bao sử dụng chung băng thông một

kênh. Ví dụ CR = 1:10 nghĩa là có 10 thuê bao sử dụng chung một kênh.

Lưu lượng dịch vụ số liệu được tính toán dựa trên tỉ số tranh chấp băng thông

CR như sau

C = Σ [M . (D + L)] . CR (2.1)

+ Lưu lượng dịch vụ C (kbps)

+ Số lượng thuê bao trên từng loại dịch vụ M

+ Tốc độ từng loại dịch vụ D/L (kbps)

+ Tỉ số tranh chấp băng thông CR = 1:N

Với dịch vụ yêu cầu thời gian thực như VoIP sử dụng tỉ số tranh chấp băng

thông thấp CR = 1:4, với dịch vụ không yêu cầu thời gian thực sử dụng tỉ số tranh

chấp băng thông cao CR = 1:10 ~ 1:20.

Ví dụ tính toán lưu lượng dịch vụ dữ liệu

20 thuê bao sử dụng dịch vụ VoIP có tốc độ dữ liệu DL/UP 64/64 kbps

+ Tỉ số tranh chấp băng thông CR = 1:4

38


60 thuê bao dịch vụ dữ liệu

+ 50 thuê bao sử dụng dịch vụ có tốc độ dữ liệu DL/UP 512/128 kbps

+ 10 thuê bao sử dụng dịch vụ có tốc độ dữ liệu DL/UP 1536/384 kbps


Tổng lưu lượng cần đáp ứng cho nhu cầu sử dụng

C = (64 + 64).20. 1/4 + [(512 + 128).50 + (1536 + 384).10] . 1/10 = 5760 (kbps).

c. Tổng lưu lượng và thông lượng (mật độ lưu lượng)

► Tổng lưu lượng dịch vụ C Mbps

► Thông lượng hay mật độ lưu lượng là lưu lượng dịch vụ xét trên một đơn vị diện

tích (thường dùng km2) với điều kiện thuê bao phân bố đều trên diện tích phủ sóng.

Thông lượng dữ liệu được sử dụng để tính toán lưu lượng và định cỡ mạng.

+ Lưu lượng dịch vụ C Mbps

+ Diện tích phủ sóng S (km2)

+ Thông lượng dịch vụ

T = C / S (Mbps/km2) (2.2)

2.2.4 Đánh giá khả năng triển khai mạng WiMAX cố đinh & di trú

Hiện nay mạng WiMAX cố đinh & di trú đang được triển khai thử nghiệm

trên một số quốc gia do các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hàng đầu trên thế giới

tiến hành. Tại Việt Nam WiMAX cố đinh & di trú đang được sự hỗ trợ của tập đoàn

Alvarion, Alvarion hiện đã hỗ trợ thiết BreezeMAX cho thử nghiệm mạng WiMAX

cố đinh & di trú tại Việt Nam và sẵn sàng giúp đỡ Việt Nam xây dựng mạng

WiMAX cố đinh & di trú (nguồn Vnmedia).

Nhu cầu sử dụng các dịch vụ số liệu không dây và VoIP đang tăng mạnh,

ngoài ra các mạng cố đinh & di trú hiện tại chưa đáp ứng đủ nhu cầu. Ngoài ra các

phiên bản thiết bị WiMAX cố đinh & di trú ngày càng phổ biến cho phép các nhà

cung cấp dịch vụ có nhiều sự chọn lựa hơn.

Tất cả các yếu tố trên cho phép khả năng mạng WiMAX cố đinh & di trú trở

thành hiện thực tại Việt Nam.

39


2.2.5 Các bước thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú

Hình 2.1 Sơ đồ các bước thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú

Trước khi thiết kế một mạng WiMAX cố đinh & di trú cần xem xét các yêu

cầu thiết kế mạng cụ thể để lựa chọn các bước tính toán tính toán hợp lý. Các yêu cầu

thiết kế mạng là đầu vào cho các quá trình tính toán thiết kế mạng.

Các bước thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú gồm các quá trình tính toán

suy hao, tính toán quỹ đường truyền và định cỡ mạng.

► Trước hết phải xem xét các tham số yêu cầu thực tế cho mạng WiMAX cố đinh &

di trú. Trong đó quan trọng nhất là băng tần được phép sử dụng, các yếu tố địa hình

có liên quan tới việc tính toán suy hao và bản đồ vùng địa lý để xây dựng mô hình

mạng, các tham số dịch vụ để tính toán dung lượng mạng. Các tham số đầu vào còn

là cơ sở để lựa chọn sơ bộ thông số thiết bị yêu cầu. Sau quá trình tính toán nếu thiết

bị đã lựa chọn không đáp ứng được các yêu cầu thì phải lựa chọn các thông số thiết

bị khác, tất nhiên khi đó quá trình tính toán sẽ phải thực hiện lại cho đến khi thỏa

mãn mọi yêu cầu thiết kế mạng..

► Quá trình tính toán suy hao và tính toán quỹ đường truyền nhằm mục đích xác

định phạm vi phủ sóng và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền, đó là

các vấn đề quan trọng trong mạng thông tin vô tuyến. Kết quả tính toán sẽ cho ta biết

phạm vi phủ sóng tối đa (bán kính cell lớn nhất) từ đó tính được diện tích phủ sóng

lớn nhất của một cell.

40


► Quá trình định cỡ mạng nhằm xác định số cell cần thiết để đáp ứng được nhu cầu

sử dụng. Trước hết phải tính toán thông lượng mạng yêu cầu thông qua việc xác định

số lượng thuê bao, loại hình dịch vụ, tỉ số tranh chấp băng thông cho dịch vụ số liệu.

Kết quả ta tính toán thông lượng dịch vụ số liệu T (Mbps/km2). Sau đó dựa vào kết

quả tính toán diện tích phủ sóng lớn nhất của một cell và lưu lượng trung bình của

một cell (tính theo các tham số thiết bị và băng thông sử dụng) sẽ tính được thông

lượng dữ liệu trung bình của một cell T’2 Mbps/km2. Nếu T’2 ≥ T2 tức là thông lượng

dữ liệu trung bình của một cell đã đáp ứng đủ thông lượng mạng yêu cầu, khi đó thiết

bị đã lựa chọn thỏa mãn. Nếu T’2 < T2 tức là thông lượng trung bình của một cell thấp

hơn thông lượng mạng yêu cầu khi đó phải tăng số cell hoặc thay đổi thiết bị khác có

dung lượng lớn hơn và thực hiện quá trình định cỡ lại.

► Các kết quả đạt được sau khi tính toán là số cell (số trạm gốc), bán kính cell,

khoảng cách các trạm gốc và vị trí đặt trạm gốc trên bản đồ địa lý. Mô hình mạng sẽ

được thể hiện trên bản đồ địa lý dưới dạng ô lưới lục giác với trung tâm ô lục giác là

một trạm gốc BS.

Vị trí đặt trạm cụ thể sẽ dao động xung quanh vị trí trạm trên bản đồ địa lý,

tùy theo điều kiện cụ thể. Để xác định vị trí đặt trạm phải sử dụng bản đồ kiến trúc hạ

tầng hay bản đồ chụp từ vệ tinh.

2.3 Các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho

thành phố Hà Nội

2.3.1 Chỉ tiêu chất lượng cho mạng WiMAX cố đinh & di trú

Mỗi hệ thống mạng đều có những chỉ tiêu chất lượng được quy định nhằm

đưa ra mức chất lượng dịch vụ cho các nhà cung cấp. Các yêu cầu thiết kế mạng phải

thỏa mãn các mức chỉ tiêu chất lượng mạng tiêu chuẩn do đó quá trình thiết kế mạng

phải đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng theo mức tiêu chuẩn. Ngoài ra chỉ tiêu

chất lượng còn là cơ sở kiểm định chất lượng mạng trong quá trình vận hành.

Đối với mạng WiMAX cố đinh & di trú do là mạng cung cấp các dịch vụ dữ

liệu nên các chỉ tiêu chất lượng cho mạng WiMAX cố đinh & di trú sẽ bao gồm các

chỉ tiêu chất lượng dịch vụ số liệu tương tự mạng Internet truyền thống (mạng dữ liệu

có dây).

41


Hình 2.2 Chỉ tiêu chất lượng cho mạng Internet

(nguồn fpt.com.vn)

Hình 2.2 bao gồm bảng tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ Internet theo tiêu chuẩn

ngành TCN 68-218-2003 và đăng ký chỉ tiêu chất lượng dịch vụ truy nhập Internet

gián tiếp qua mạng điện thoại công cộng của công ty cổ phần phát triển đầu tư công

nghệ FPT (nguồn fpt.com.vn). Các chỉ tiêu của mạng Internet được sử dụng cho

mạng WiMAX cố đinh & di trú bao gồm các chỉ tiêu về tỷ lệ truy nhập mạng thành

công, tỷ lệ kết nối không gián đoạn, thời gian thiết lập kết nối trung bình, tốc độ tải

dữ liệu trung bình, thời gian trung bình truy nhập trang WEB, lưu lượng sử dụng

42


trung bình. Ngoài các chỉ tiêu kỹ thuật đặc trưng cho từng loại mạng, WiMAX cũng

có các chỉ tiêu kỹ thuật chung cho mọi loại mạng bao gồm

+ Độ khả dụng của mạng

+ Các vấn đề về khiếu nại và giải quyết khiếu nại

+ Dịch vụ hỗ trợ khách hàng

STT Tên chỉ tiêu Mức tiêu chuẩn

1 Độ khả dụng của mạng ≥ 99,5 %

2 Tỷ lệ truy nhập mạng thành công ≥ 95 %

3 Tỷ lệ kết nối không gián đoạn ≥ 97 %

4 Thời gian thiết lập kết nối trung bình ≤ 35 s

5 Tốc độ tải dữ liệu trung bình > 8 KB/s

6 Thời gian trung bình truy nhập trang WEB ≤ 35 s

7 Lưu lượng sử dụng trung bình ≤ 70 %

8 Chỉ số thỏa mãn của khách hàng về chất

lượng dịch vụ QoS

≥ 90 %

9 Khiếu nại và giải quyết khiếu nại

+ Tỉ lệ khiếu nại

+ Khiếu nại về cước

+ Tiếp nhận và hồi âm (trong 48 giờ)

≤ 0,5 %

≤ 0,25 %

100 %

10 Dịch vụ hỗ trợ khách hàng 24/24 giờ

Bảng 2.3 Bảng tiêu chuẩn chất lượng cho mạng WiMAX cố đinh & di trú

Bảng 2.3 là bảng tiêu chuẩn chất lượng cho mạng WiMAX cố đinh & di trú

với tất cả các tiêu chuẩn chất lượng cho dịch vụ số liệu và thoại. Do chưa có một bộ

tiêu chuẩn chất lượng chính thức cho WiMAX cố đinh & di trú nên trong đồ án này

không đưa ra các mức đăng ký chỉ tiêu mà sử dụng các mức tiêu chuẩn cho việc tính

toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội.

Các chỉ tiêu chất lượng cho mạng WiMAX cố đinh & di trú có liên quan tới

quá trình thiết kế mạng bao gồm:

+ Lưu lượng sử dụng trung bình A % xác định lưu lượng sử dụng dịch vụ trung bình.

Sau khi tính được lưu lượng sử dụng dịch vụ yêu cầu C Mbps, lưu lượng cần đáp ứng

được tính C’ = C * A / 100.

43


+ Các chỉ tiêu khác được đảm bảo bởi các kỹ thuật và công nghệ sử dụng trong

WiMAX cố đinh & di trú, đặc biệt là kỹ thuật QoS đảm bảo chất lượng dịch vụ, công

nghệ anten thông minh đảm bảo chất lượng kết nối và độ khả dụng của mạng (mạng

WiMAX cố đinh & di trú có độ khả dụng lên tới > 99,9 %).

2.3.2 Các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố

Hà Nội

Các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội là

cơ sở để tiến hành các bước tính toán thiết kế mạng, qua trình tính toán thiết kế mạng

sẽ phải sử dụng các thông số yêu cầu thiết kế mạng. Một vấn đề nữa là trong điều

kiện Việt Nam hiện nay, WiMAX cố đinh & di trú sẽ được triển khai trước ở các

trung tâm đô thị lớn. Vì lý do này nên đồ án “thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú

& di trú cho thành phố Hà Nội” sẽ thực hiện việc thiết kế mạng WiMAX cố đinh &

di trú cho khu vực trung tâm Hà Nội nơi có mật độ dân đông nhất, bao gồm các quận

Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng và một phần các quận Thanh Xuân,

Hoàng Mai, Cầu Giấy.

Các yêu cầu thiết kế mạng bao gồm tần số được phép sử dụng, độ rộng băng

thông kênh tối đa, các điều kiện địa hình, kiến trúc đô thị, lưu lượng sử dụng (phụ

thuộc dịch vụ) và mật độ thuê bao.

a. Quỹ tần số có thể cấp phát

Tại Việt Nam băng tần có thể cấp phát cho WiMAX là băng 3,5 GHz với phổ

tổng cộng khoảng 200 MHz.

Phổ dành cho một kênh có thể là 3.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz. Một

trạm gốc có thể được cấp tổng cộng 20 MHz, với mẫu tái sử dụng tần số (1, 1, 3).

b. Thông tin vùng phủ sóng

Hình 2.3 là bản đồ chụp từ vệ tinh nhằm xác định khu vực cần phủ sóng. Vùng

cần phủ sóng là khu vực có mật độ nhà ở lớn nhất nằm trong giới hạn vùng phủ sóng

được chỉ ra trên hình. Tổng diện tích khu vực cần phủ sóng là 42 km2, yêu cầu xác

suất phủ sóng 95 % trên toàn bộ diện tích cell và 75 % tại lề cell (xét với macro cell,

bán kính trên 1 km).

44


Hình 2.3 Khu vực cần phủ sóng chụp từ vệ tinh

(Nguồn Google Earth)

Xem xét ảnh chụp từ vệ tinh có thể thấy khu vực trung tâm Hà Nội có mật độ

nhà dày đặc, cao hơn hẳn tất cả các khu vực xung quanh và đây cũng là khu vực có

mật độ dân cư cao nhất do đó sẽ có mật độ thuê bao WiMAX cố đinh & di trú lớn

nhất. Vì lý do trên nên mạng WiMAX cố đinh & di trú bước đầu sẽ được triển khai

tại khu vực này.

Hình 2.4 thể hiện khu vực cần phủ sóng trên bản đồ địa lý để tiện cho việc quy

hoạch vùng phủ sóng

45


Hình 2.4 Khu vực cần phủ sóng trên bản đồ địa lý

(Nguồn Google Earth)

c. Điều kiện và môi trường truyền sóng

46


Xem xét bản đồ kiến trúc Hà Nội chụp từ vệ tinh (nguồn Google Earth2 ),

Hình 2.5 để xác định điều kiện và môi trường truyền sóng. Các phân tích về điều kiện

và môi trường truyền sóng quyết định đến việc lựa chọn mô hình tính toán suy hao và

quá trình tính toán quỹ đường truyền. Hình 2.5a là bản đồ khu vực nội thành Hà Nội

chụp từ vệ tinh và chi tiết một số khu vực như quận Hoàn Kiếm (Hình 2.5b) và

phường Bách Khoa (Hình 2.5c).

Qua bản đồ chụp từ vệ tinh có thể đưa ra các nhận định sau về kiến trúc đô thị

khu vực nội thành Hà Nội như sau:

Địa hình tương đối bằng phẳng, không có núi đồi, nền địa hình thấp

Mật độ nhà ở dày đặc và tạo thành từng khối, chiều cao nhà trung bình 15 m,

khoảng cách giữa các khối nhà khoảng 15m, các công trình cao tầng phân bố thưa và

số lượng ít.

Các đường phố chính có độ rộng trung bình 20 m, ngoài ra có rất nhiều các con

phố nhỏ với độ rộng từ 5~12 m.

Có nhiều hồ và sông nhỏ trong khu vực nội thành

d. Các vị trí có thể đặt trạm gốc

Qua các nhận định về kiến trúc khu vực nội thành Hà Nội có thể đưa ra các

yêu cầu thiết kế về các vị trí có thể đặt trạm gốc

+ Do các trong khu vực trung tâm thành phố mật độ thuê bao cao, mặt khác nhà ở có

độ cao thấp nên sử dụng các anten có độ cao từ 30 ~ 40 m. Các cột anten phải đặt

trên đỉnh các công trình cao tầng có độ cao khoảng 25 m trở lên hoặc sử dụng cột

anten cao 40 m. Các mạng thông tin cố đinh & di trú hiện nay đặt tại trung tâm thành

phố Hà Nội (khu vực đông thuê bao) sử dụng các cột anten BTS có độ cao tính từ

mặt đất lên anten trong khoảng 30 ~ 40 m.

+ Vị trí các trạm gốc không được rơi vào các sông hồ, đường phố, bệnh viện và các

khu vực dành cho quốc phòng. Trong trường hợp vị trí trạm gốc (tâm cell) rơi vào

các khu vực này cần dịch vị trí trạm gốc.

2 Google Earth là một sản phẩm của Google nhằm cung cấp hình ảnh các hình ảnh về bề mặt trái

đất chụp từ vệ tinh. Các hình ảnh cung cấp bởi Google Earth cho phép xem xét điều kiện địa hình,

kiến trúc các thành phố lớn trên thế giới

47


+ Vị trí các trạm gốc phải thỏa mãn sao cho tổng diện tích phủ sóng của các cell đủ

che phủ toàn bộ diện tích cần phủ sóng hoặc ít nhất > 98 % diện tích vùng cần phủ

sóng.

+ Các vị trí trạm gốc sẽ được chỉnh thô trên bản đồ kiến trúc toàn bô khu vực trung

tâm Hà Nội chụp từ vệ tinh (Hình 2.5a), các vị trí cụ thể sẽ được xác định trên bản đồ

chi tiết từng cell. Trong đồ án này bản đồ chi tiết khu vực quận Hoàn Kiếm sẽ được

sử dụng để minh họa cho quá trình xác định vị trí trạm gốc trên bản đồ.

(2.5a Khu vực nội thành Hà Nội)

(Sử dụng thước tỉ lệ 1km)

48


(2.5b Khu vực quận Hoàn Kiếm)

(2.5c Khu vực phường Bách Khoa)

Hình 2.5 Bản đồ kiến trúc Hà Nội chụp từ vệ tinh

e. Các dịch vụ có thể triển khai

49


Xét với nhu cầu sử dụng và điều kiện kinh tế hiện nay của người dân Hà Nội

thì các ứng dụng WiMAX cố đinh & di trú có thể triển khai trong giai đoạn đầu là

ứng dụng thoại VoIP cố đinh & di trú và truy nhập Internet tốc độ cao (dịch vụ Best

Effort), các dịch vụ giải trí thời gian thực khác như truyền hình online, multimedia sẽ

được cung cấp sau do giá dịch vụ thời gian thực còn tương đối cao và nhu cầu không

quá lớn. Trong các mạng cố đinh & di trú hiện tại lưu lượng lớn nhất vẫn là voice,

trong mạng Internet tốc độ cao ADSL cũng chỉ cung cấp dịch vụ Best Effort do giá

rẻ. Ngoài ra dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao được cung cấp bởi WiMAX cố

đinh & di trú còn được hỗ trợ chất lượng dịch vụ bởi kỹ thuật QoS do đó vẫn có thể

đáp ứng tốt các nhu cầu của người sử dụng với giá cước hợp lý.

Các dịch vụ WiMAX sẽ được triển khai trong giai đoạn đầu bao gồm

Thoại VoIP

+ Tốc độ dữ liệu UL/DL 64/64 kbps


+ Lưu lượng sử dụng trung bình A % = 70 %

Dịch vụ dữ liệu Best Effort

+ Tốc độ DL/UL: 256/64 kbps, 512/128 kbps, 1024/256 kbps, 2048/512 kbps

+ Tỉ số tranh chấp băng thông CR = 1:10 (dịch vụ ADSL sử dụng CR = 1:20)

+ Lưu lượng sử dụng trung bình A % = 70 %

f. Dự đoán thuê bao

Số lượng và mật độ thuê bao phụ thuộc tổng số dân và phân bố dân cư trên

vùng phủ sóng. Trong điều kiện phân bố dân cư không đều nhau sẽ phải tính toán chi

tiết cho từng khu vực để xác định lưu lượng yêu cầu. Xem xét trên bản đồ chụp từ vệ

tinh Hình 2.5 a có thể thấy trong khu vực trung tâm mật độ nhà ở tương đương trên

toàn diện tích phủ sóng do đó mật độ dân cư gần như là đều nhau. Vậy có thể coi các

thuê bao phân bố đều trên toàn bộ diện tích phủ sóng.

Theo các số liệu thống kê năm 2005 dân số khu vực trung tâm Hà Nội xét

trong phạm vi vùng phủ sóng khoảng 1 triệu dân. Tổng diện tích vùng cần phủ sóng

42 km2, mật độ dân cư 1.106/42 = 23800 (người/km2).

50


Tỉ lệ thuê bao của mạng WiMAX cố đinh & di trú trên tổng số dân (xét trong

vùng phủ sóng) trong giai đoạn đầu khoảng 2 % tức là 20000 thuê bao.

Các dịch vụ cơ bản được triển khai là thoại VoIP và Internet tốc độ cao với

các yêu cầu dịch vụ như trong mục 2.2.2 e.

Tỉ lệ phần trãm thuê bao trên từng ứng dụng được cho trong bảng 2.4

STT Dịch vụ (DL/UL) Tỉ lệ thuê bao Số lượng thuê bao

1 VoIP 20 % 4000

2 Dữ liệu 256/64 Kbps 60 % 12000

3 Dữ liệu 512/128 Kbps 18 % 3600

4 Dữ liệu 1024/256 Kbps 1,5 % 300

5 Dữ liệu 2048/512 Kbps 0,5 % 100

Tổng cộng 100 % 19200

Bảng 2.4 Tỉ lệ thuê bao trên từng ứng dụng

g. Tính toán lưu lượng yêu cầu

► Lưu lượng dịch vụ

Tổng lưu lượng dịch vụ dữ liệu

Tổng lưu lượng = tổng thuê bao*Σ(tốc độ dữ liệu*tỉ lệ thuê bao)*CR*A/100 (2.4)

Tổng lưu lượng = 4000 * (64 + 64) * 1 / 4 * 70 / 100 + 20000 * [(256 + 64) * 60 +

(512 + 128)*18 + (1024 + 256)*1,5 + (2048 + 512)*0,5]/100 * 1/10 * 70/100 =

564475 (Kbps) = 551,24 (Mbps)

Thông lượng dịch vụ dữ liệu trung bình 551,24 / 42 = 13,12 (Mbps/km2)

Tổng hợp các yêu cầu thiết kế

Diện tích vùng phủ 42 km2

Yêu cầu xác suất phủ sóng 95 % trên toàn bộ diện tích cell và 75 % tại lề cell

Yêu cầu lưu lượng 551,24 Mbps

Tần số hoạt động của mạng 3,5 GHz

51


Thỏa mãn các yêu cầu về điều kiện kiến trúc, địa hình

Đáp ứng các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ theo mức tiêu chuẩn.

2.3.3 Lựa chọn thiết bị theo yêu cầu thiết kế

Vấn đề lựa chọn thiết bị phải theo yêu cầu lưu lượng, nhất là đối với các khu

vực trung tâm độ thị có mật độ thuê bao lớn. Trong khi đó quá trình tính toán suy hao

và quỹ đường truyền nhằm mục đích xác định bán kính cell tối đa và đảm bảo được

chất lượng tín hiệu thu. Bán kính cell càng lớn mật độ lưu lượng đáp ứng càng nhỏ và

ngược lại, giá trị bán kính cell sẽ được tính toán sao cho thỏa mãn quỹ đường truyền

và đáp ứng được thông lượng dữ liệu yêu cầu.

a. Các yêu cầu

Yêu cầu thông lượng

+ Thông lượng trung bình T = 13,12 Mbps/km2

Tần số hoạt động của mạng 3,5 GHz

b. Lựa chọn thiết bị

► Các trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú hiện nay có khả năng cung cấp lưu lượng

dữ liệu trung bình 30 Mbps trên 1 sector, độ rộng kênh 10 MHz. Với cấu hình 3

sector/cell khả năng cung cấp trung bình của một cell 90 Mbps lưu lượng dữ liệu.

Khả năng khi sử dụng cấu hình 6 sector/1 cell, mức điều chế dữ liệu cao nhất

64QAM, độ rộng kênh 20 MHz, khi đó có thể cung cấp tối đa 540 Mbps lưu lượng

dữ liệu.

► Các thiết bị WiMAX cố đinh & di trú bao gồm trạm gốc và các trạm thuê bao cố

đinh & di trú. Quan trọng nhất là lựa chọn trạm gốc sao cho thỏa mãn các yêu cầu

thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú. Đối với các trạm thuê bao cố đinh & di trú

do có rất nhiều hãng sản xuất và sự lựa chọn thuộc về người sử dụng nên việc lựa

chọn thông số trạm thuê bao cố đinh & di trú chỉ lấy các thông số tiêu chuẩn.

► Lựa chọn trạm gốc

Các trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú có thể lựa chọn sản phẩm trạm gốc cố

đinh & di trú của các hãng Alvarion, Axxcelera, Airspan, SR-Telecom, Telsima.

52


Hãng Alvarion có phiên bản trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú đó là BreezMAX

BST

+ Đa truy nhập TDMA, song công TDD

+ Điều chế OFDM FFT 256 điều chế dữ liệu BPSK tới 64QAM

+ Độ rộng kênh cho phép 1,75 / 3,5 / 5 / 10 MHz

+ Hỗ trợ các băng tần 3.5 / 5.8 GHz

+ Sector 60o / 90o / 120o / 180o / vô hướng

+ Tốc độ dữ liệu 30 Mbps trên một sector (độ rộng kênh 10 MHz)

+ Công suất phát 40 dBm trên một phần tử anten3

+ Tăng ích anten 15 dBi

+ Độ nhạy thu – 115 dBm (QPSK4) tới – 108 dBm (QPSK)

Hãng Axxcelera với phiên bản trạm gốc ExcelMAX


+ Điều chế OFDM FFT 256, điều chế dữ liệu BPSK tới 64QAM

+ Độ rộng kênh cho phép 1,5 / 3 / 7 / 10 / 14 MHz

+ Sử dụng cho băng tần 3.5 GHz

+ Sector 45o / 60o / 90o / 120o / 180o / vô hướng


+ Công suất phát 32 dBm trên một phần tử anten


+ Độ nhạy thu – 101 dBm (BPSK)

Hãng Airspan có 2 phiên bản trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú đó là HiperMAX

dành cho macro cell và MicroMAX-SDR dành cho micro cell.

+ Đa truy nhập TDMA

3 Với kỹ thuật MIMO trạm gốc WiMAX có thể sử dụng nhiều hơn 1 phần tử anten phát, khi đó sẽ

tăng công suất phát trong một anten.4 Độ nhạy thu cũng phụ thuộc vào mức điều chế dữ liệu, độ nhạy thu với mức điều chế cao yêu cầu

lớn hơn với khi điều chế mức thấp

53


+ Song công TDD

+ Điều chế OFDM FFT 256 , điều chế dữ liệu BPSK tới 64QAM


+ Hỗ trợ các băng tần 2.5 / 3.5 / 5 GHz


+ Tốc độ dữ liệu trung bình 30 Mbps trên một sector (độ rộng kênh 10 MHz)



+ Độ nhạy thu – 117 dBm (BPSK6) tới – 108 dBm (16QAM)

Hãng SR-Telecom với phiên bản trạm gốc CBS5000 hỗ trợ WiMAX cố đinh & di

trú



+ Độ rộng kênh cho phép 1,25 / 2,5 / 5 / 7 / 10 MHz

+ Hỗ trợ các băng tần 1.5 / 2.3 / 2.5 / 3.5 / 10 GHz

+ Sector 90o / 120o / 180o / vô hướng



+ Tăng ích anten 17,5 dBi

+ Độ nhạy thu – 110.5 dBm (BPSK) tới – 92 dBm (16QAM)

Hãng Telsima với phiên bản trạm gốc StarMAX 6400-2.5G dành cho WiMAX cố

đinh & di trú ở băng tần 3.5 GHz



5 Công nghệ anten thông minh và kỹ thuật MIMO cho phép trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú có

thể sử dụng nhiều phần tử anten trên một anten thu hoặc phát.6 Độ nhạy thu cũng phụ thuộc vào mức điều chế dữ liệu, sử dụng mức điều chế cao yêu cầu độ nhạy

thu lớn hơn khi sử dụng mức điều chế thấp

54


+ Độ rộng kênh cho phép 1,5 / 3 / 7 / 10 / 14 MHz

+ Sử dụng cho băng tần 3.5 GHz

+ Sector 45o / 60o / 90o / 120o / 180o / vô hướng




+ Độ nhạy thu – 110 dBm (BPSK) – 91 dBm (16QAM)

Qua sự xem xét và so sánh thông số trạm gốc cho WiMAX cố đinh và di trú ,

trạm gốc BreezMAX BST của Alvarion thích hợp nhất với mạng WiMAX cố đinh và

di trú do hỗ trợ đầy đủ các đặc tính của công nghệ WiMAX cố đinh và di trú . Vì vậy

có thể lựa chọn trạm gốc HiperMAX của Airspan cho việc thiết kế mạng WiMAX cố

đinh và di trú của thành phố Hà Nội.

► Thông số trạm thuê bao cố đinh & di trú có thể lựa chọn các thông số tiêu chuẩn

sau (dựa trên sự tham khảo thông số trạm thuê bao cố đinh và đi trú SSU5000 của

SR-Telecom và BreezeMAX-3500 của hãng Alvarion).


+ 2 phần tử anten thu, 1 phần tử anten phát


+ Độ nhạy thu – 100 dBm (BPSK) tới – 90 dBm (64QAM ¾)

Tổng hợp các thông số thiết bị sử dụng trong tính toán

Thông số Trạm gốc BreezMAX

BST của Alvarion

Trạm thuê bao

BreezeMAX-3500Tốc độ dữ liệu trung bình 30 Mbps/sectorCông suất phát trên một phần tử anten 40 dBm 22 dBmSố phần tử anten phát 4 1Số phần tử anten thu 2 2Tăng ích anten 17 dBi 8 dBiĐộ nhạy thu Mức điều chế thấp nhất - 117 dBm (BPSK) - 100 dBm (BPSK)

Mức điều chế cao nhất - 108 dBm (16QAM) - 90 dBm (64 QAM)

Bảng 2.5 Tổng hợp thông số thiết bị lựa chọn

55


2.4 Tính toán suy hao

Tổng suy hao tín hiệu trên đường truyền từ trạm phát đến trạm thu bao gồm

suy hao đường truyền vô tuyến (path loss) và các suy hao phụ. Suy hao đường truyền

là suy hao cơ bản trong quá trình truyền dẫn phụ thuộc tần số, khoảng cách truyền

sóng và môi trường truyền sóng. Các suy hao phụ tùy thuộc vào các điều kiện truyền

dẫn và kiến trúc đô thị bao gồm các suy hao do fading, suy hao thâm nhập hay đâm

xuyên vật chắn (do sự hấp thụ sóng điện từ của vật chắn đối với khi xuyên qua), các

loại tạp âm và nhiễu, suy hao trong các đường dây và suy hao mối nối…

2.4.1 Tính toán suy hao đường truyền (path loss)

Suy hao đường truyền (path loss) là sự suy giảm công suất tín hiệu trên đường

truyền vô tuyến, suy hao đường truyền được tính thông qua các mô hình tính toán suy

hao. Yếu tố lớn nhất ảnh hưởng tới suy hao đường truyền là tần số hoạt động của

mạng. Với mỗi dải tần khác nhau ảnh hưởng của suy hao đường truyền là khác nhau,

tần số càng lớn thì suy hao càng lớn và càng khó truyền trong môi trường NLOS.

Hình 2.6 thể hiện thấy mối quan hệ giữa bán kính cell với suy hao đường truyền,

được xem xét ở một số dải tần có thể được sử dụng cho WiMAX trong đó có

WiMAX cố đinh & di trú (băng 3,5 GHz).

Hình 2.6 Bán kính cell với suy hao đường truyền

Để tính suy hao đường truyền cần phải sử dụng một mô hình tính toán suy hao

phù hợp. Các mô hình tính toán suy hao thường dùng là mô hình không gian tự do,

mô hình Hata, mô hình Okumura, mô hình COST 231 Hata, mô hình COST 231

56


Walfisch-Ikegami, mô hình ITU, mô hình Young, mô hình Erceg-Greensteis, mô hình

SUI và nhiều mô hình khác. Mô hình tính toán suy hao dùng để dự đoán mức suy

hao theo khoảng cách với một số điều kiện nhất định. Điều này có nghĩa là việc lựa

chọn mô hình tính toán suy hao phải dựa vào các điều kiện thiết kế mạng như địa

hình, kiến trúc hạ tầng, băng tần sử dụng, loại vùng (đô thị, ngoại ô, nông thôn).

Với mạng WiMAX cố đinh và di trú sử dụng băng tần 3.5 GHz, môi trường

truyền dẫn NLOS và điều kiện truyền đa đường được WiMAX ForumTM khuyến nghị

sử dụng mô hình COST 231 Suburban (vùng ngoại ô) hoặc mô hình SUI . Mô hình

SUI được sử dụng cho băng tần 3.5 GHz, mô hình này được dùng để tính toán cho

WiMAX cố đinh và di trú.

Mô hình COST 231 là mô hình tính toán suy hao được sử dụng phổ biến cho

mạng di động với dải tần từ 1.5 GHz tới 2 GHz tuy nhiên vẫn hoàn toàn có khả năng

dự đoán suy hao ở băng tần 3.5 GHz. Hai mô hình COST 231 thường dùng là COST

231 Hata và COST 231 Walfish-Ikegami.

Mô hình SUI là mô hình tính toán suy hao thường được sử dụng cho băng tần

2.5 GHz và 3.5 GHz.

► Mô hình COST 231 Hata

Mô hình COST 231 Hata là mô hình tính toán suy hao được sử dụng phổ biến

trong các mạng di động. Mô hình này thích hợp khi sử dụng tính toán suy hao trong

thành phố lớn hoặc trung bình với anten trạm gốc đặt cao.

Công thức tính suy hao của mô hình COST 231 Hata

Lp = 46,3 + 33,9logf −13,82loghb − a(hm) + (44,9 − 6,55loghb)logd + Cm (2.13)

Trong đó

Lp là giá trị suy hao, tính theo dB

f là tần số sử dụng, tính theo MHz

hb là chiều cao hiệu dụng của anten trạm gốc, tính theo m

hm là chiều cao anten trạm di động, tính theo m

d là khoảng cách từ trạm di động đến trạm gốc, tính theo km

a(hm ) là hệ số hiệu chỉnh anten MS, tính theo dB

a(hm ) = (1,1.log f − 0,7).hm − (1,56.log f − 0,8) (2.14)

57


Cm là hệ số điều chỉnh loại vùng

Cm = 0 dB với thành phố cỡ trung bình hoặc trung tâm ngoại ô

Cm = 3 dB với trung tâm đô thị

Các khoảng giá trị được sử dụng cho mô hình COST 231 Hata

+ Dải tần 1500 ~ 2000 MHz, tuy nhiên có thể sử dụng cho băng tần 2500 MHz

+ Độ cao anten trạm gốc 30 m < hb < 100 m

+ Độ cao anten trạm di động 1 m < hm < 10 m

+ Khoảng cách truyền sóng cho phép 100 m < d < 20 km.

Hình 2.7 Đồ thị suy hao sử dụng mô hình COST 231 Hata

Hình 2.7 là kết quả mô phỏng tính toán suy hao sử dụng mô hình COST 231

Hata – Suburban với các thông số lựa chọn

+ Tần số hoạt động 2500 MHz

+ Độ cao anten trạm gốc 60 m (đồ thị Lp-1)

+ Độ cao anten trạm gốc 40 m (đồ thị Lp-2)

+ Độ cao anten trạm di động 1,5 m

58


+ Khoảng cách truyền sóng 100 m <d < 3 km

► Mô hình COST 231 Walfish-Ikegami

Mô hình COST 231 Walfish-Ikegami là mô hình tính toán suy hao có xem xét

đến ảnh hưởng của các tòa nhà bao gồm độ cao các tào nhà, khoảng cách giữa các

toàn nhà và ảnh hưởng độ rộng đường phố tới suy hao đường truyền. Mô hình COST

231 Walfish-Ikegami được chia ra để tính trong hai môi trường truyền sóng LOS (có

tồn tại đường truyền trong tầm nhìn thẳng) và NLOS.

Mô hình COST 231 Walfish-Ikegami thích hợp với các thành phố có mật độ

các công trình cao tầng lớn, anten trạm gốc có độ cao trung bình.

Mô hình COST 231 Walfish-Ikegami trong môi trường truyền sóng LOS

Điều kiện tồn tại đường truyền thẳng LOS (Line of sight) thường chỉ có ở

vùng nông thôn hoặc các khu vực có ít nhà cửa. Trong các thành phố chỉ tại các

quảng trường rộng, trên các đường phố lớn và đường truyền không bị chắn bởi một

tòa nhà cao tầng mới tồn tại đường truyền LOS.

Trong môi trường truyền sóng LOS mô hình COST 231 Walfish-Ikegami

không có các tham số về kiến trúc hạ tầng. Tuy nhiên so với mô hình không gian tự

do, mức suy hao theo mô hình COST 231 Walfish-Ikegami trong môi trường truyền

sóng LOS lớn hơn 10 dB do đã tính tới các yếu tố ảnh hưởng tới suy hao có liên quan

tới kiến trúc đô thị (ảnh hưởng của tán xạ khi không thỏa mãn điều kiện khoảng hở

của miền Fresnel thứ nhất).

Công thức tính suy hao (2.5)

Lp = 42,6 + 26logd + 20logf (2.7)

Trong đó

Lp là giá trị suy hao, tính theo dB

d là khoảng cách từ trạm phát tới trạm thu, tính theo km

f là tần số hoạt động, tính theo Mhz

Mô hình COST 231 Walfish-Ikegami trong môi trường truyền sóng NLOS

Trong các thành phố môi trường truyền sóng chủ yếu là NLOS. Trong điều

kiện truyền dẫn NLOS mô hình COST 231 Walfish-Ikegami có tính đến ảnh hưởng

của những tòa nhà dọc theo đường truyền từ trạm phát đến trạm thu, độ rộng đường

59


phố và ảnh hưởng của tán xạ, nhiễu xạ qua vật chắn. Theo mô hình COST 231

Walfish-Ikegami tín hiệu từ trạm phát tới trạm thu thông qua sự phản xạ, khúc xạ,

nhiễu xạ qua các vật chắn mà ở đây chủ yếu là các tòa nhà.

Mô hình COST 231 Walfish-Ikegami cho đường truyền NLOS tính toán tổng

suy hao bao gồm suy hao trong đường truyền không gian tự do, suy hao tán xạ đa vật

chắn, suy hao do nhiễu xạ qua vật chắn (chủ yếu là các mái nhà). Theo mô hình

COST 231 Walfish-Ikegami tia sóng từ anten phát tới anten thu phải truyền qua

không gian tự do, tán xạ và nhiễu xạ khi qua vật chắn (mái nhà) sau đó tới anten

thông qua sự phản xạ từ tòa nhà bên cạnh. Các yếu tố được tính đến trong quá trình

truyền dẫn trên bao gồm khoảng cách truyền sóng qua không gian tự do, độ cao vật

chắn (độ cao tòa nhà tính đến mái), khoảng cách các tòa nhà và độ rộng đường phố.

Hình 2.8 minh họa mô hình COST 231 Walfish-Ikegami trong điều kiện

truyền dẫn NLOS.

Hình 2.8 Mô hình COST 231 Walfisch-Ikegami môi trường NLOS

Các tham số được sử dụng trong mô hình này bao gồm:

- Tần số công tác f (MHz)

- Chiều cao anten trạm phát hb (m)

60


- Chiều cao anten trạm thu hm (m)

- Khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu d (m)

- Chiều cao trung bình của các toà nhà hr (m)

- Độ rộng đường phố w (m)

- Khoảng cách trung bình giữa các toà nhà b (m)

- Góc tới của tia sóng so với chiều di chuyển φ (độ o)

Công thức tính suy hao trong môi trường truyền dẫn NLOS

LP = Lf + Lrts + Lms (2.8)

LP = Lf nếu Lrts + Lms ≤ 0 (2.9)

Trong đó

Lp là tổng suy hao, tính theo dB

Lf là suy hao không gian tự do, tính theo dB

(Lf : free space loss)

Lrts là suy hao do tán xạ và nhiễu xạ bởi vật chắn, tính theo dB

(Lrts: rooftop to street diffraction and scatter-loss)

Lms suy hao tán xạ đa vật chắn, tính theo dB

(Lms: multiscreen diffraction loss)

Chú ý công thức 2.9 suy từ công thức 2.8 trong điều kiện Lrts + Lms ≤ 0, khi đó

coi như không có suy hao Lrts và Lms. Nếu tính được Lrts + Lms ≤ 0 mà vẫn sử dụng

công thức 2.8 khi đó giá trị suy hao Lrts + Lms sẽ trở thành tăng ích, đây là điều phi

thực tế. Do đó nếu Lrts + Lms ≤ 0 thì phải sử dụng công thức 2.9

+ Suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức (2.10)

Lf = 32,4 + 20.logd + 20.logf (2.10)

Trong đó

Lf là giá trị suy hao trong không gian tự do, tính theo dB

d là khoảng cách từ trạm phát đến trạm thu, tính theo km

f là tần số hoạt động, tính theo MHz

+ Suy hao do tán xạ và nhiễu xạ bởi vật chắn tính theo công thức (2.11)

61


Lrts = -16,9 − 10.logW + 10.logf + 20.log(hr − hm) + L0 (2.11)

Trong đó

Lf là giá trị suy hao do tán xạ và nhiễu xạ bởi vật chắn, tính theo dB

W là độ rộng đường phố, tính theo m

hr là chiều cao trung bình của các toà nhà, tính theo m

hm là chiều cao anten trạm thu, tính theo m

L0 là sai số do suy hao tán xạ và nhiễu xạ, tính theo dB

L0 = -10 + 0,354. φ với 0 ≤ φ ≤ 35º

L0 = 2,5 + 0,075.(φ - 35) với 35º ≤ φ ≤ 55º

L0 = 4,0 - 0,114.(φ - 55) với 55º ≤ φ ≤ 90º

+ Suy hao tán xạ đa vật chắn tính theo công thức (2.12)

Lms = Lbsh + Ka + Kd .logd + Kf. logf – 9.logb (2.12)

Trong đó

Lf là giá trị suy hao tán xạ đa vật chắn, tính theo dB

b là khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền, tính theo m

hb là chiều cao trạm phát

hr là chiều cao tòa nhà

d là khoảng cách từ trạm phát đến trạm thu

Giá trị Lbsh tính trong các trường hợp

Lbsh = -18log(1 + hb – hr) khi hb > hr

Lbsh = 0 khi hb < hr

Giá trị Ka tính trong các trường hợp

Ka = 54 khi hb> hr

Ka = 54 - 0,8hb khi hb ≤ hr và d ≥ 500m

Ka = 54 - 1,6(hb – hr).d khi hb ≤ hr và d ≤ 500m

Giá trị Kd tính trong các trường hợp

Kd = 18 khi hb > hr

Kd = 18 – 15(hb – hr)/hr khi hb < hr

Giá trị Kf tính trong các trường hợp

62


Kf = -4 + 0,7(f/925 - 1) đối với thành phố trung bình và vùng

ngoại ô có mật độ cây trung bình

Kf = -4 + 1,5(f/925 - 1) đối với trung tâm thành phố

Độ cao tòa nhà tính đến mái nhà

hr = 3(số tầng) + nóc nhà. nóc nhà 3 m cho nóc nhà có mái

nóc nhà 0 m cho nóc nhà phẳng

Hình 2.9 Đồ thị suy hao sử dụng mô hình COST 231 Walfish-Ikegami

Với các giá trị tham số cho trước ta có thể tính được giá trị suy hao Lp theo

khoảng cách d và vẽ được đồ thị suy hao. Hình 2.9 thể hiện kết quả mô phỏng tính

toán suy hao sử dụng mô hình COST 231 Walfish-Ikegami với hai bộ thông số khác

nhau. Xét tần số hoạt động 2500 Mhz, khoảng cách 20 m < d < 3 km.

> Bộ thông số thứ nhất (trung tâm thành phố): độ cao anten trạm phát 60 m, độ cao

anten trạm thu 1,5 m, số tầng nhà 15, nóc nhà chọn 0 m, khoảng cách giữa các tòa

nhà b = 30 m, độ rộng đường phố w = 30 m, φ lấy mặc định. Thể hiện trên đường đồ

thị (Lp-1)

63


> Bộ thông số thứ hai (thành phố trung bình): độ cao anten phát 40 m, độ cao anten

trạm thu 1,5 m, số tầng nhà 4, nóc nhà 3 m, khoảng cách giữa các tòa nhà b = 15 m,

độ rộng đường phố w = 20 m, φ lấy mặc định. Thể hiện trên đường đồ thị (Lp-2)

Các khoảng giá trị được sử dụng cho mô hình COST 231 Walfish-Ikegami

+ Khoảng cách toà nhà 10 m < b < 50 m

+ Độ rộng đường phố 10m < w < 40 m

+ Khi không xác định φ lấy mặc định φ = 30o hoặc φ = 90o khi đó Lo = 0.5 dB



+ Khoảng cách truyền sóng cho phép 20 m < d < 5 km.

► Mô hình SUI

Mô hình SUI là mô hình suy hao tính toán dựa trên yếu tố địa hình của vùng

phủ sóng. Mô hình SUI được áp dụng cho 3 loại địa hình đặt tên là A, B và C. Loại

địa hình A là địa hình đồi núi, mật độ cây cối từ vừa đến rậm rạp, tương ứng với mức

suy hao cực đại. Loại địa hình C địa hình bằng phẳng với mật độ cây cối thưa, tương

ứng với mức suy hao tối thiểu. Loại B được mô tả với đặc điểm địa thế phần lớn

phẳng có mật độ cây cối rậm rạp hoặc là địa hình đồi núi với mật độ cây cối thưa.

Phương trình suy hao cơ bản với những hệ số chính theo công thức (2.1)

PL = A + 10.γ.log10(d/d0) + Xf + Xh + s (2.1)

Trong đó:

+ PL là giá trị suy hao (dB)

+ d là khoảng cách giữa anten trạm gốc và anten của trạm di động (m)

+ do = 100 m

+ s là hệ số fading chuẩn loga, được dùng để dự trữ fading chậm do các vật cản như

cây cối và những vật cản khác gây ra, có giá trị trong khoảng từ 8dB đến 10dB

Các tham số A và γ được tính như sau:

A = 20log10(4.л.d0/λ) (2.2)

γ = a – b.hb + c/hb (2.3)

+ hb là độ cao của trạm gốc tính từ mặt đất (m)

Các tham số a, b, c lấy các giá trị theo loại địa hình như trong bảng 2.6

Tham số Địa hình loại A Địa hình loại B Địa hình loại C

64


a 4.6 4.0 3.6

b (m-1) 0.0075 0.0065 0.005

c (m) 12.6 17.7 20

Bảng 2.6 Các tham số địa hình

Các hệ số hiệu chỉnh cho tần số làm việc và chiều cao anten trạm di động

Xf = 6.0 log10(f /2000) (2.4)

Xh = -10.8 log10 (hr /2) cho địa hình loại A và B (2.5 a)

= -20.0 log10 (hr /2) cho địa hình loại C (2.5 b)

Trong đó

+ f là tần số hoạt động (MHz)

+ hr là chiều cao của anten trạm di động tính từ mặt đất (m).

Hình 2.10 Đồ thị suy hao mô hình SUI

Hình 2.10 là kết quả mô phỏng suy hao sử dụng mô hình SUI với 3 loại địa hình A, B và C

Các tham số đầu vào

+ Tần số 3500 MHz

+ Độ cao anten trạm gốc 60 m

65


+ Độ cao anten trạm thuê bao 2 m

+ Hệ số fading chuẩn loga 8 dB

Xem xét điều kiện thành phố Hà Nội là vùng đồng bằng, địa hình bằng phẳng

do đó sử dụng mô hình SUI với loại địa hình C. Đồ thị suy hao tương ứng loại địa

hình C được chỉ ra trên Hình 2.10

2.4.2 Dự trữ suy hao phụ

Các suy hao phụ góp phần làm tăng tổng suy hao tín hiệu cũng như làm giảm

tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR tại điểm thu (làm tăng công suất nhiễu). Để đảm bảo

chất lượng tín hiệu và đảm bảo thông tin liên lạc giữa trạm phát và trạm thu cần có

dữ trữ suy hao phụ. Mức dự trữ suy hao phụ thuộc vào các loại suy hao gặp phải

trong quá trình truyền tín hiệu. Các suy hao phụ được chia ra hai loại bao gồm suy

hao hệ thống và suy hao do môi trường truyền sóng.

a. Suy hao hệ thống

Suy hao hệ thống bao gồm các yếu tố gây suy hao có liên quan tới hệ thống

như tạp âm trạm gốc, tạp âm trạm thuê bao, suy hao cáp, suy hao mối nối… Tất cả

các yếu tố suy hao hệ thống phụ thuộc thiết bị sử dụng và không liên quan tới quá

trình truyền sóng trong không gian.

► Tạp âm trạm gốc, tạp âm trạm thuê bao làm tăng công suất nhiễu do đó làm giảm

độ nhạy thu. Tạp âm trạm được tính vào trong độ nhạy thu. Do đó ta không cần quan

tâm đến thông số này.

► Suy hao do cáp và mối nối làm suy giảm công suất tín hiệu trên đường truyền cáp

từ trạm phát lên anten. Giá trị suy hao phụ thuộc loại cáp, độ dài cáp và số lượng các

vị trí nối cáp.

+ Công thức tính suy hao do cáp

LC = l . α (2.12)

Trong đó

LC là giá trị suy hao do cáp (dB)

l là độ dài cáp (m)

α là hệ số suy hao (dB/m)

66


Với loại cáp tiêu chuẩn sử dụng cho tần số 2,5 GHz thì α = 0,05 dB/m

Với độ dài cáp trung bình từ trạm phát lên anten l = 20 m thì suy hao do cáp được xác

định LC = 20 * 0,05 = 1 (dB)

+ Suy hao mối nối có thể lấy giá trị chuẩn 1 dB

+ Giá trị suy hao cáp và suy hao mối nối được lấy 2dB

b. Suy hao do môi trường truyền sóng

Suy hao do môi trường là các yếu tố suy hao do các điều kiện truyền sóng bao

gồm suy hao do fading, suy hao thâm nhập (hấp thụ) qua vật chắn và nhiễu.

► Suy hao do fading

Fading là hiện tượng cường độ tín hiệu tại điểm thu thay đổi theo thời gian bởi

những biến động trong môi trường truyền dẫn hoặc trên đường truyền vô tuyến. Hai

loại fading phổ biến là fading chậm và fading nhanh, được áp dụng trong môi trường

truyền sóng vô tuyến cố đinh & di trú (thông tin cố đinh & di trú).

Fading chậm là sự che khuất tín hiệu (Shadowing) hay fading phạm vi rộng

(Large-Scale fading). Fading chậm gây ra bởi sự di chuyển trong phạm vi rộng của

đầu cuối cố đinh & di trú hoặc do các vật chắn trên đường truyền sóng (các công

trình cao tầng, cây cối… ). Fading chậm thường được mô hình hóa như là phân bố

chuẩn loga (log normal) và còn được gọi là fading chuẩn loga.

Fading nhanh là fading đa đường (Multipath fading) hay fading phạm vi hẹp

(Small-Scale fading). Fading nhanh xuất hiện với sự di chuyển trong phạm vi hẹp của

đầu cuối cố đinh & di trú hoặc do các vật chắn trên đường truyền sóng (các công

trình cao tầng, cây cối… )

Đối với WiMAX cố đinh & di trú sử dụng mô hình tính toán suy hao SUI đã

tính đến hệ số suy hao do fading chuẩn loga hay fading chậm.

Ngoài ra WiMAX cố đinh & di trú không chịu ảnh hưởng của fading nhanh

►Suy hao thâm nhập (hấp thụ)

Khi trạm thu nằm sau các vật cản thì sóng vô tuyến phải xuyên qua các vật cản

để đến anten thu. Tín hiệu thu sẽ chịu suy hao thâm nhập hay suy hao do sự hấp thụ

của vật cản. Đối với mạng WiMAX cố đinh & di trú khả năng tín hiệu chịu suy hao

67

http://en.wikipedia.org/wiki/Multipath


thâm nhập khi trạm thu và trạm gốc bị chắn bởi một tòa nhà cao tầng hoặc khi thuê

bao ở trong nhà hay trong xe ô tô.

Các vật cản có chất liệu khác nhau như tường gạch, tường bê tông, cửa kính,

cửa gỗ, cửa sắt… Mỗi loại chất liệu có hệ số hấp thụ khác nhau do đó gây ra mức suy

hao khác nhau. Suy hao thâm nhập sẽ làm giảm đáng kể phạm vi phủ sóng trong một

cell. Do đó để đảm bảo thông tin liên lạc tốt trong quá trình truyền dẫn cần có dự trữ

suy hao thâm nhập. Mức dự trữ sẽ lấy giá trị trong điều kiện suy hao thâm nhập lớn

nhất

Bảng 2.7 cho biết mức suy hao thâm nhập khi xuyên qua một số loại vật cản

thông dụng xét với tần số 3.5 GHz (nguồn Radionet.com). Các giá trị suy hao được

tính với độ dày các lớp vật liệu theo tiêu chuẩn kiến trúc.

Vật cản Mức suy hao (dB)

Tường gạch có cửa sổ 2

Tường gạch 3

Tường bê tông 10

Kim loại (cửa sắt, mái tôn) 6

Tường gạch xỉ, tường đá bọt (núi lửa) 4

Vỏ xe ô tô 2

Bảng 2.7 Mức suy hao thâm nhập một số loại vật cản

Xét trong điều kiện kiến trúc Hà Nội, các ngôi nhà có tường gạch, nhiều cửa

sổ, mái bê tông hoặc mái tôn. Các công trình lớn, cao tầng không có nhiều, phân bố

thưa. Để đảm bảo điều kiện truyền dẫn phải lấy mức dự trữ suy hao thâm nhập lớn

nhất là suy hao khi xuyên qua các tòa nhà cao tầng hoặc qua tường bê tông 10 dB.

► Dự trữ nhiễu

Nhiễu trên đường truyền làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) do đó giảm

chất lượng tín hiệu thu. Ngoài ra nhiễu liền kênh có thể gây ảnh hưởng xấu đến việc

tái sử dụng tần số. Vì vậy phải có dự trữ nhiễu để đảm bảo công suất tín hiệu thu đủ

lớn, tăng cường chất lượng tín hiệu thu. Mức dự trữ nhiễu đường xuống là 2 dB, mức

68


dự trữ nhiễu đường lên 3 dB (tham khảo WiMAX Forum). Ngoài ra với đặc điểm sử

dụng công nghệ OFDM trong điều chế sóng mang nên WiMAX có khả năng chống

được nhiễu xuyên ký tự ISI.

Các mức dự trữ nhiễu

+ Dự trữ nhiễu đường xuống 2 dB

+ Dự trữ nhiễu đường lên 3 dB

Tổng hợp các mức dự trữ suy hao phụ

Loại suy hao Mức dữ trữ

Suy hao thâm nhập 10 dB

Suy hao cáp và mối nối 2 dB

Nhiễu đường xuống 2 dB

Nhiễu đường lên 3 dB

Bảng 2.8 Tổng hợp các mức dự trữ suy hao phụ

2.5 Tính toán phạm vi phủ sóng

2.5.1 Tính toán quỹ đường truyền

Tính toán quỹ đường truyền là tính toán tổng tăng ích hệ thống và tổng suy

hao khi tín hiệu truyền qua môi trường tới phía thu sao cho công suất tín hiệu nhận

được tại phía thu không nhỏ hơn độ nhạy thu. Tổng tăng ích hệ thống bao gồm các

thông số công suất phát, độ nhạy thu, tăng ích anten, tăng ích do sử dụng đa anten và

độ lợi chuyển giao mềm. Độ lợi chuyển giao mềm tạo ra tăng ích 2 dB.

Tính toán quỹ đường truyền là tính toán tổng tăng ích hệ thống và tổng suy

hao. Quỹ đường truyền đường xuống được cho trong bảng 2.9, quỹ đường truyền

đường lên được cho trong bảng bảng 2.10. Các thông số được sử dụng bao gồm

thông số thiết bị được lựa chọn trong mục 2.2.3 (trạm gốc BreezMAX BST của

Alvarion, trạm thuê bao lấy theo tiêu chuẩn) và mức dự trữ suy hao được xác định

trong mục 2.3.1 b.

Thông số Giá trị Đơn vị Công thức

Thông số trạm gốc (BreezMAX BST của Alvarion)

69


Công suất phát trên một phần tử anten 40 dBm a

Số phần tử anten phát 4 b

Tăng ích kết hợp phần tử anten 6 dB c = 10logb

Tăng ích anten 15 dBi d

Suy hao cáp 2 dB e

EIRP 59 dBm f = a + c + d - e

Thông số trạm thuê bao

Tăng ích anten 5 dBi g

Số phần tử anten thu 2 h

Tăng ích kết hợp phần tử anten 3 dB i = 10logh

Độ nhạy thu – 100

(BPSK)

– 90

(64QAM)

dBm j

Tổng tăng ích hệ thống 167 157 dB k = f + g + i – j

Dự trữ suy hao phụ

Dự trữ nhiễu 2 dB k

Dự trữ suy hao thâm nhập 10 dB l

Tổng tăng dữ trữ suy hao phụ 12 dB m = k + l

Suy hao đường truyền cho phép 155 145 dB n = k - m

Bảng 2.9 Quỹ đường truyền cho đường xuống

Quỹ đường truyền cho đường xuống xác định suy hao đường truyền tối đa cho

phép sao cho trạm thuê bao có thể thu được tín hiệu từ trạm gốc. Quỹ đường truyền

cho đường lên xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép sao cho trạm gốc có

thể thu được tín hiệu từ trạm thuê bao. Giá trị suy hao đường truyền cho phép lấy giá

trị nhỏ hơn của giá trị suy hao đường truyền tối đa cho phép đường lên hoặc đường

xuống để đảm bảo thông tin hai chiều.

Thông số Giá trị Đơn vị Công thức

Thông số trạm thuê bao

Công suất phát trên một phần tử anten 22 dBm a

70


Số phần tử anten phát 1 b

Tăng ích kết hợp phần tử anten 0 dB c = 10logb

Tăng ích anten 8 dBi d

EIRP 30 dBm e = a + c + d

Thông số trạm gốc (BreezMAX BST của Alvarion)

Tăng ích anten 15 dBi f

Số phần tử anten thu 2 g

Tăng ích kết hợp phần tử anten 3 dB h = 10logg

Suy hao cáp 2 dB i

Độ nhạy thu – 115

(BPSK)

– 108

(QPSK)

dBm j

Tổng tăng ích hệ thống 161 154 dB k =e +f +h –i –j

Dự trữ suy hao phụ

Dự trữ nhiễu 3 dB l

Dự trữ suy hao thâm nhập 10 dB m

Tổng tăng dữ trữ suy hao phụ 13 dB n = l+ m

Suy hao đường truyền cho phép 148 141 dB o = k - n

Bảng 2.10 Quỹ đường truyền cho đường lên

► Kết quả xác định suy hao đường truyền cho phép phải lấy giá trị suy hao đường

truyền cho phép theo đường lên do đường lên có giá trị suy hao đường truyền cho

phép nhỏ hơn.

Ta có các kết quả tính toán như sau

+ Ở mức điều chế thấp nhất BPSK suy hao đường truyền cho phép 148 dB

+ Ở mức điều chế cao nhất 64 QAM suy hao đường truyền cho phép 141 dB

2.5.2 Tính toán phạm vi phủ sóng

Sử dụng mô hình tính toán suy hao SUI để tính toán phạm vi phủ sóng ứng

với giá trị suy hao đường truyền cho phép đã xác định trong mục 2.4.1.

► Các tham số đầu vào

+ Suy hao đường truyền cho phép ứng với mức điều chế cao nhất là 141 dB

+ Suy hao đường truyền cho phép ứng với mức điều chế thấp nhất là 148 dB

71


+ Mô hình tính toán suy hao SUI với các tham số cho mô hình theo điều kiện khu

vực nội thành Hà Nội (khu vực cần phủ sóng)

► Kết quả tính toán mô phỏng được thể hiện trong hình 2.9

Hình 2.11 Kết quả tính toán phạm vi phủ sóng

Hình 2.11 thể hiện kết quả tính toán phạm vi phủ sóng. Phạm vi phủ sóng

được xác định bởi giao điểm của đồ thị suy hao theo khoảng cách (sử dụng mô hình

tính toán suy hao SUI điều kiện thành phố Hà Nội) với các mức suy hao cho phép.

Kết quả tính toán phạm vi phủ sóng:

+ Với suy hao cho phép 148 dB tính được phạm vi phủ sóng tối đa 3,31 km

+ Với suy hao cho phép 141 dB tính được phạm vi phủ sóng tối đa 2,12 km

► Sử dụng cấu hình 3 sector/cell, sector 120o ta có kết quả mô phỏng vùng phủ sóng

trong một sector, hình 2.10, đồng thời thể hiện mức điều chế cho phép đối với mỗi

vùng phủ sóng.

72


Hình 2.12 Vùng phủ sóng tối đa của một sector 120o

Phạm vi phủ sóng lớn nhất cho phép với mức điều chế thấp nhất BPSK, với

mức điều chế cao nhất 64QAM giới hạn vùng phủ nhỏ hơn.

Phạm vi phủ sóng tối đa của một cell là 3,31 km tương ứng bán kính cell là

3,31 km, với cell lục giác diện tích của cell S = 2,6.3,312 = 28,48 (km2).

Kết quả tính toán phạm vi phủ sóng

+ Bán kính cell (phạm vi phủ sóng tối đa của một cell) 3,31 km

+ Diện tích phủ sóng lớn nhất của một cell 28,48 km2

2.6 Định cỡ mạng và quy hoạch vùng phủ sóng

2.6.1 Định cỡ mạng

Quá trình định cỡ mạng truy nhập vô tuyến nhằm xác định số lượng cell cần

thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ (thỏa mãn các yêu cầu thông lượng).

a. Các tham số đầu vào

Diện tích vùng phủ 42 km2

Yêu cầu lưu lượng

Tổng lưu lượng 551,24 Mbps

73


Diện tích phủ sóng lớn nhất của một cell theo tính toán suy hao 28,48 km2

b. Tính toán lưu lượng đáp ứng

► Sử dụng thông số trạm gốc BreezeMAX BST dành cho macro cell


+ Điều chế OFDM FFT 256 điều chế dữ liệu BPSK tới 64QAM


+ Hỗ trợ các băng tần 3.5 / 5.8 GHz





+ Độ nhạy thu – 115 dBm (QPSK8) tới – 108 dBm (QPSK)

► Quá trình tính toán lưu lượng đáp ứng

+ Lưu lượng dữ liệu 30 Mbps trên một sector.

+ Tổng lưu lượng yêu cầu 551,24 Mbps

+ Số sector cần 551,24/30 = 18,37 (sector), làm tròn lấy 19 sector

+ Số cell 19/2,6 = 7,3 (cell), làm tròn lấy 8 cell (cấu hình cell 3 sector/cell)

c. Định cỡ mạng

+ Kết quả tính toán lưu lượng cho ta số cell cần sử dụng để đáp ứng nhu cầu sử dụng

là 8 cell.

+ Diện tích cell 42/8 = 5,25 (km2) nhỏ hơn diện tích cell tối đa cho phép

+ Bán kính cell 1,42 km

+ Vậy số cell cần dùng là 8 cell

d. Tổng hợp kết quả định cỡ mạng

7 Với kỹ thuật MIMO trạm gốc WiMAX có thể sử dụng nhiều hơn 1 phần tử anten phát, khi đó sẽ

tăng công suất phát trong một anten.8 Độ nhạy thu cũng phụ thuộc vào mức điều chế dữ liệu, độ nhạy thu với mức điều chế cao yêu cầu

lớn hơn với khi điều chế mức thấp

74


Thông số Giá trị

Tổng số cell cần dùng 8 cell

Bán kính cell 1,42 km

Diện tích cell 5,25 km2

Cấu hình 3 sector/cell, sector 120o

Tổng lưu lượng cấn đáp ứng 551,24 Mbps

Bảng 2.11 Kết quả định cỡ mạng

2.6.2 Quy hoạch vùng phủ sóng

a. Các thông số đầu vào

+ Tổng số cell cần dùng 8 cell

+ Cấu hình 3 sector/cell, sử dụng sector 120o

+ Bán kính cell 1,42 km

+ Diện tích cell 5,25 km2

+ Mô hình cell ô lục giác đều

+ Diện tích vùng phủ sóng 42 km2

Các thông số trên là kết quả tính toán định cỡ mạng thực hiện trong mục 2.5.1

và đã đáp ứng được các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành

phố Hà Nội. Trong phần quy hoạch vùng phủ sóng sẽ đưa ra mô hình mạng dưới

dạng ô lục giác đều trên hệ trục tọa độ. Quá trình mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh

& di trú trên bản đồ sẽ được trình bày trong chương 3.

b. Quy hoạch vùng phủ sóng

► Vùng phủ sóng của một sector

Các thông số đầu vào

+ Bán kính cell (theo định cỡ mạng) 1,42 km

+ Bán kính phủ sóng nhỏ nhất 36 m (lấy theo khoảng cách tối thiểu cho phép từ trạm

thu tới trạm gốc)

+ Sector 120o

+ Điều kiện suy hao đường truyền như nhau theo mọi hướng

75


Hình 2.13 Vùng phủ sóng của một sector 120o

Kết quả mô phỏng vùng phủ sóng của một sector 120o được thể hiện trên Hình

2.13. Kết quả mô phỏng thể hiện một cung tròn do sử dụng điều kiện suy hao như

nhau theo mọi hướng. Xét với điều kiện kiến trúc hạ tầng ở nội thành Ha Nội đa phần

các ngôi nhà có độ cao tương đối bằng nhau (12~15 m) và ở khá sát nhau, các tòa nhà

cao tầng có số lượng nhỏ và mật độ không lớn, mặt khác các anten phát sẽ được ưu

tiên đặt trên các công trình cao tầng trong quá trình thiết kế mạng, do đó suy hao

đường truyền theo mọi hướng hầu như là bằng nhau.

► Vùng phủ sóng toàn bộ mạng

Kết quả mô phỏng mạng được thể hiện trên Hình 2.14 dưới dạng mô hình ô

lưới lục giác với các thông số:

+ Mô hình cell dưới dạng ô lục giác đều

+ Bán kính cell 1,42 km, diện tích cell 5,25 km2

+ Số cell cần thiết 8 cell

+ Diện tích cần phủ sóng 42 km2

Giả thiết coi khu vực phủ sóng có dạng hình vuông với diện tích 42 km2 chiều

dài cạnh 6,48 km. Giả thiết này nhằm đơn giản hóa quá trình mô phỏng. Số lượng

76


cell cần thiết 10 cell sẽ được giới hạn trong hình trên. Các cell nằm ngoài khu vực

phủ sóng sẽ bị loại bỏ. Trong chương 3 khi mô hình hóa mạng WiMAX trên bản đồ,

mô hình cell sẽ được điều chỉnh lại sao cho phù hợp với hình dạng của vùng phủ

sóng, đồng thời xác định lại vị trí các trạm gốc theo yêu cầu thiết kế.

Hình 2.14 Mô hình mạng lưới cell lục giác

Tổng kết chương 2

Chương 2 thể hiện toàn bộ quá trình phân tích, tính toán thiết kế mạng

WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội. Các kết quả thu được từ chương 2 là

cơ sở để thực hiện các bước mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ

thành phố Hà Nội

Tổng hợp các kết quả tính toán thiết kế mạng

Thông số đầu vào Giá trị

Diện tích cần phủ sóng 42 km2

77


Điều kiện địa hình, kiến trúc Mục 2.2.2 c

Lưu lượng yêu cầu 551,24 Mbps

Tiêu chuẩn chất lượng mạng Mức tiêu chuẩn (bảng 2.3)

Kết quả Giá trị

Thiết bị trạm gốc BreezeMAX BST của Alvarion

Thiết bị cố đinh & di trú Giá trị tiêu chuẩn

Mô hình tính toán suy hao SUI

Số cell cần thiết 8 cell



Lưu lượng cho phép 720 Mbps

Cấu hình 3 sector/cell, cell 120o

Mô hình mạng lưới cell Mạng lưới cell ô lục giác đều

Bảng 2.12 Tổng hợp kết quả tính toán thiết kế mạng

78

Chương 3. Mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú

CHƯƠNG 3.

MÔ HÌNH HÓA MẠNG WiMAX CỐ ĐỊNH

________________________________________________________________________

Quá trình mô hình mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ phục vụ việc

việc quy hoạch mạng, xác định vị trí các cell và vùng phủ của từng cell trên bản đồ,

xác định các vị trí có thể đặt trạm gốc.

3.1 Các tham số đầu vào

► Kết quả định cỡ mạng

Thông số Giá trị

Tổng số cell cần dùng 8 cell



Phạm vi phủ sóng lớn nhất của một cell

(Theo tính toán quỹ đường truyền)

3,31 km

Cấu hình 3 sector/cell, sector 120o

Mẫu tái sử dụng tần số (1, 1, 3)

► Bản đồ khu vực cần phủ sóng trên bản đồ địa lý Hình 2.4

► Bản đồ kiến trúc ha tầng, ảnh chụp từ vệ tinh Hình 2.3

► Mô hình mạng dưới dạng mạng lưới ô lục giác, hình 2.15

Quá trình mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú đưa mô hình mạng vào

khu vực cần phủ sóng trên bản đồ địa lý để hiệu chỉnh lại các cell sao cho tổng diện

tích phủ sóng của các cell che phủ hết khu vực cần phủ sóng. Sau đó mô hình cell đã

hiệu chỉnh sẽ được đưa sang bản đồ kiến trúc hạ tầng (ảnh chụp từ vệ tinh) để xác

định các vị trí đặt trạm gốc.

79


3.2 Mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ

3.2.1 Mô hình mạng trên bản đồ địa lý

Hình 3.1 Mô hình mạng trên bản đồ địa lý (chưa hiệu chỉnh)

Hình 3.1 mô tả mô hình mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ địa lý

(chưa hiệu chỉnh). Mô hình mạng được đặt lên bản đồ là kết quả mô phỏng vùng phủ

sóng với quy ước vùng phủ sóng có dạng hình vuông và mô hình mạng ô lục giác

đều. Số cell được xác định trên lý thuyết là 8 cell.

Trên bản đồ địa lý vùng cần phủ sóng thực tế có hình dạng phức tạp nên mô

hình mạng lý thuyết không thể phủ kín hết toàn bộ, có những phần không được phủ

sóng do vùng phủ của một số cell rơi ra ngoài giới hạn vùng cần phủ sóng. Chính vì

vậy cần có bước hiệu chỉnh lại mô hình mạng để đảm bảo phủ sóng hết toàn bộ khu

80


vực cần phủ sóng. Để có thể thực hiện yêu cầu trên, trong quá trình hiệu chỉnh các

cell có thể thay đổi dạng ô lục giác và thêm một vài cell 60o, 90o, 120o, 180o để phủ

sóng những chỗ có hình dạng phức tạp mà việc sử dụng cell 360o không thích hợp.

Quá trình chỉnh lại các cell được thực hiện như sau

Xác định giới hạn vùng phủ tối đa của một cell dưới dạng hình tròn ngoại tiếp ô

lục giác có bán kính bằng bán kính phủ sóng cực đại của cell là 1,42 km.

Đặt các hình tròn vào vị trí các ô lục giác trong mô hình lưới ô lục giác cũ sau đó

hiệu chỉnh vị trí các hình tròn sao cho biên của các hình tròn giao nhau và diện tích

các hình tròn bao phủ toàn bộ diện tích cần phủ sóng. Kết quả trên hình 3.2 a

(3.2 a)

81


Điều kiện biên của các hình tròn giao nhau trên nhằm đảm bảo điều kiện

chuyển giao mềm. Nếu biên của các hình tròn không giao nhau thì tại lề cell sẽ không

tồn tại cùng lúc sóng của cả hai cell kề nhau, như vậy không thể chuyển giao mềm

được. Điều kiện diện tích các hình tròn bao phủ toàn bộ diện tích cần phủ sóng để

thỏa mãn yêu cầu phủ sóng.

Hình 3.2 Mô hình mạng trên bản đồ địa lý (đã hiệu chỉnh)

Từ vị trí các hình tròn và các điểm giao nhau ta xác định lại ranh giới và phạm

vi phủ sóng tương ứng của từng cell như trên hình 3.2 b.

Các cell thỏa mãn điều kiện về phạm vi phủ sóng tối đa do các cell đều nằm trong

đường tròn bán kính 1,42 km bằng phạm vi phủ sóng tối đa của một cell (theo kết quả

định cỡ mạng). Ngoài ra phạm vi phủ sóng tối đa cho phép của một cell theo tính

82


toán quỹ đường truyền là 3,31 km và trong điều kiện không bị chắn bởi các toàn nhà

là 7 km. Tổng diện tích phủ sóng của tất cả các cell phủ kín toàn bộ khu vực cần phủ

sóng.

Số lượng cell được xác định 11 cell.

Vị trí đặt trạm gốc sẽ nằm tại các vị trí đã đánh dấu.

3.2.2 Mô hình mạng trên bản đồ kiến trúc

Hình 3.3 Mô hình mạng WiMAX trên bản đồ kiến trúc

Hình 3.3 thể hiện mô hình mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ kiến

trúc thành phố Hà Nội chụp từ vệ tinh. Mô hình mạng WiMAX cố đinh & di trú trên

bản đồ kiến trúc được chuyển sang từ mô hình mạng WiMAX cố đinh & di trú trên

83


bản đồ địa lý. Mô hình mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ kiến trúc là cơ sở

để xác định vị trí chính xác của trạm gốc.

Vị trí chính xác của trạm gốc được xác định trong từng cell thông qua bản đồ

chi tiết cho từng cell. Trong khuôn khổ đồ án thiết kế này sẽ xác định vị trí chính xác

trạm gốc của một cell, mục đích để minh họa. Vị trí các trạm gốc khác được xác định

hoàn toàn tương tự.

Các trạm gốc được kết nối với mạng Internet thông qua đường cáp quang hoặc

sử dụng mạng đường trục WiMAX (WiMAX backhaul). Khả năng lựa chọn kết nối

thông qua mạng đường trục WiMAX cho hiệu quả cao hơn. Mạng đường trục

WiMAX là một trong các mô hình ứng dụng WiMAX cố đinh & di trú , sử dụng một

(hoặc nhiều) trạm chuyển tiếp lưu lượng được kết nối với đường cáp quang 1 Gbps,

cung cấp tải lưu lượng đến các trạm gốc WiMAX thông qua các kết nối điểm điểm,

đường truyền LOS.

Hình 3.4 Mô hình mạng đường trục (backhaul)

Hình 3.4 mô tả mô hình mạng đường trục. Trạm chuyển tiếp sử dụng cột anten

đặt cao khoảng 80 ~ 100 m, các anten có độ định hướng cao phát về phía các trạm

gốc WiMAX (công nghệ phát sóng dạng chùm), tần số sử dụng từ 10 GHz tới 60

GHz. Trạm chuyển tiếp kết nối với mạng Internet qua tuyến cáp quang 1 Gbps và kết

84


nối với đường PSTN thông qua các đường T1/E1. Với độ cao antan trạm chuyển tiếp

> 80 m, độ cao anten trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú 60 m có thể đảm bảo điều

kiện truyền sóng LOS trong điều kiện kiến trúc thành phố Hà Nội.

Việc sử dụng mạng đường trục làm giảm bớt thời gian triển khai mạng và chi

phí kéo dây, lắp cáp đến từng trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú, đây chính là một

điểm mạnh khi triển khai mạng WiMAX cố đinh & di trú.

3.3 Mô hình chi tiết cho một cell

► Các tham số đầu vào

+ Vùng phủ sóng của cell 10,

+ Cấu hình cell 120o, sử dụng 1 sector 120o

+ Khu vực phủ sóng tại quận Hoàn Kiếm

Hình 3.5 Chi tiết vùng phủ sóng cell 10

► Kết quả

+ Bản đồ chi tiết vùng phủ sóng của cell 10 thể hiện trong hình 3.5, thước tỉ lệ 800m

85


3.4 Xác định vị trí đặt trạm gốc

Sử dụng bản đồ chi tiết khu vực vị trí trạm gốc cell 10 với thước tỉ lệ 300 m

(đạt được độ chi tiết tối đa với bản đồ GoogleEarth, để có độ chi tiết cao hơn cần sử

dụng ảnh chụp từ máy bay). Với độ chi tiết của bản đồ ở mức này có thể xác định

chính xác các vị trí cho phép đặt trạm gốc.

Hình 3.6 Vị trí đặt trạm gốc cell 10

► Kết quả xác định vị trí trạm gốc

+ Các vị trí đặt trạm gốc được xác định trong phạm vi 100 m

+ Vị trí nhà cao nhất được xác định trên bản đồ

+ Vị trí nhà cao nhất là vị trí lý tưởng nhất để đặt cột anten trạm gốc.

+ Trong trường hợp không đặt được trạm gốc tại vị trí nhà cao nhất có thể đặt ở các

tòa nhà thấp hơn nhưng yêu cầu anten đặt cao hơn.

86


Tổng kết chương 3Chương 3 thực hiện quá trình mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú

trên bản đồ địa lý và bản đồ kiến trúc. Kết quả mô hình hóa cho ta mô hình mạng

chính xác với vùng phủ sóng thực.

Các kết quả đạt được

Số cell cần dùng 11 cell

Tổng diện tích phủ sóng 42 km2, phủ kín toàn bộ khu vực cần phủ sóng

Cấu hình cell

+ Các cell 2, 3, 4, 5, 7, 9, 10 sử dụng cấu hình cell 360o, 3 sector/cell, cell 120o.

+ Cell 11 có cấu hình cell 120o, sử dụng 1 sector 120o.

+ Cell 1, 6 có cấu hình cell 180o, sử dụng 1 sector 180o

+ Cell 8 có cấu hình cell 90o, sử dụng 1 sector 90o

Mô hình chi tiết vùng phủ sóng một cell, sử dụng cell 10

Xác định vị trí có thể đặt trạm gốc cell 10 và vị trí đặt trạm tốt nhất

87

Chương4. Các chương trình mô phỏng

CHƯƠNG 4.

CÁC CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

___________________________________________________________________

4.1 Chương trình tính toán suy hao

4.1.1 Tính toán suy hao theo mô hình COST 231 Hata

► Giao diện chương trình

Hình 4.1 Chương trình tính toán suy hao theo mô hình COST 231 Hata

Hình 4.1 là giao diện chương trình tính toán suy hao sử dụng mô hình tính

toán suy hao COST 231 Hata.

► Thông số đầu vào

+ Tần số: 1500 ~ 2500 MHz

+ Độ cao anten trạm gốc BS: 30 m < hb < 100 m

+ Độ cao anten trạm di động MS: 1 m < hm < 10 m

88


+ Hệ số hiệu chỉnh vùng: 0 dB với thành phố cỡ trung bình hoặc trung tâm ngoại ô

3 dB với trung tâm đô thị

► Kết quả

+ Đồ thị suy hao theo khoảng cách

+ Sử dụng trong mục 2.4.1 tính toán suy hao đường truyền, kết quả mô phỏng thể

hiện trong Hình 2.7

4.1.2 Tính toán suy hao theo mô hình COST 231 Walfish-Ikegami


Hình 4.2 Chương trình tính toán suy hao theo mô hình COST 231 W-I


toán suy hao COST 231 Walfish-Ikegami .


+ Tần số 1500 ~ 2500 MHz


89



+ Độ cao tòa nhà (không giới hạn)

+ Khoảng cách toà nhà 10 m < b < 50 m

+ Độ rộng đường phố 10 m < w < 40 m

► Kết quả



hiện trong hình 2.9 và 2.11


Hình 4.3 Chương trình tính toán suy hao theo mô hình SUI


toán suy hao SUI .


+ Tần số 3500 MHz

+ Độ cao anten trạm gốc 60 m

90


+ Độ cao anten trạm thuê bao 2 m

+ Loại vùng C

► Kết quả



hiện trong Hình 2.10

4.2 Chương trình tính toán phạm vi phủ sóng


Hình 4.4 Chương trình tính toán phạm vi phủ sóng

Hình 4.2 là giao diện chương trình tính toán phạm vi phủ sóng. Chương trình

lấy thông số đầu vào là các thông số thiết bị và dự trữ suy hao để tính toán quỹ đường

truyền, sau đó sử mô hình tính toán suy hao SUI để xác định phạm vi phủ sóng tối đa

theo kết quả tính toán quỹ đường truyền.


+ Lựa chọn trạm gốc

91


+ Lựa chọn thiết bị cố đinh & di trú

+ Xác định các mức dự trữ suy hao theo yêu cầu thiết kế và điều kiện truyền sóng

► Kết quả

+ Tự động tính toán quỹ đường truyền theo quy trình mô tả trong bảng 2.9 và 2.10

+ Sử dụng mô hình tính toán suy hao SUI với các thông số của mô hình theo điều kiện thành phố Hà Nội

+ Từ kết quả tính toán quỹ đường truyền xác định suy hao tối đa cho phép, sử dụng mô hình tính toán suy hao để xác định phạm vi phủ sóng tối đa tương ứng

+ Chương trình được sử dụng trong mục 2.5.2, hình 2.11 và 2.13

4.3 Chương trình tính toán định cỡ và mô phỏng mạng


Hình 4.5 Chương trình tính toán định cỡ và mô phỏng

Hình 4.4 là giao diện chương trình tính toán định cỡ và mô phỏng mạng.

Chương trình lấy thông số đầu vào là các giá trị lưu lượng dịch vụ yêu cầu, diện tích

vùng phủ sóng, lưu lượng tối đa của một sector và bán kính phủ sóng tối đa. Bán kính

phủ sóng tối đa cho phép xác định diện tích phủ sóng tối đa của một cell theo tính

92


toán phạm vi phủ sóng. Chương trình sẽ dựa vào yêu cầu lưu lượng và lưu lượng tối

đa của một sector để xác định số sector tối thiểu cần thiết, sau đó tính số cell theo cấu

hình 3 sector/cell và xác định diện tích của cell tính được. Nếu diện tích của cell tính

được nhỏ hơn diện tích phủ sóng tối đa của một cell thì cell đó thỏa mãn yêu cầu.

Nếu diện tích của cell tính được lớn hơn diện tích phủ sóng tối đa của một cell thì

cell không thỏa mãn yêu cầu và phải lấy cell theo tính toán phạm vi phủ sóng. Kết

quả tính toán được đưa ra là số cell cần thiết và diện tích cell. Trên hình vẽ thể hiện

mô hình cell và giới hạn vùng phủ lý thuyết (dạng hình vuông).


+ Lưu lượng dịch vụ dữ liệu

+ Diện tích vùng phủ

+ Lưu lượng sector (tối đa)

+ Bán kính phủ sóng tối đa, theo tính toán phạm vi phủ sóng mục

+ Sử dụng cấu hình trạm gốc WiMAX cố đinh & di trú

► Kết quả

+ Tính ra số lượng cell cần thiết

+ Diện tích cell

+ Vẽ mô hình mạng dạng ô lưới lục giác đều

+ Chương trình được sử dụng trong mục 2.6.2, Hình 2.14

Các quá trình thực hiện mô hình hóa mạng trên bản đồ thực hiện thủ công do

chưa có phần mềm mô phỏng. Để có thể thực hiện phần mềm mô phỏng cần có bản

đồ số khu vực Hà Nội gồm các lớp địa hình và lớp kiến trúc nhà (mô hình 3-D) để từ

đó xác định thêm lớp mô hình cell và lớp vị trí trạm gốc. Tuy nhiên phần lập trình

này rất phức tạp, nếu có điều kiện em sẽ thực hiện sau.

93

Kết luận

KẾT LUẬN

Đồ án thiết kế đã hoàn thành các bước tính toán thiết kế mạng WiMAX theo

các yêu cầu thiết kế mạng cho thành phố Hà Nội. Kết quả đạt được bao gồm mô hình

mạng lý thuyết (mô hình lưới ô lục giác), xác định được tổng số cell cần thiết để đáp

ứng nhu cầu sử dụng và các kết quả mô hình hóa mạng trên vùng phủ sóng thực thể

hiện trên bản đồ. Kết quả mô hình hóa đã xác định được số lượng, vị trí và giới hạn

các cell trên vùng phủ sóng thực đồng thời chỉ ra các vị trí có thể đặt trạm gốc, có mô

tả chi tiết cho một cell.

Các kết quả đạt được của đồ án là cơ sở ban đầu để thực hiện việc xây dựng

một mạng WiMAX cố đinh & di trú trên thực tế. Hướng phát triển của đồ án tập

trung nghiên cứu sâu hơn vào các công nghệ sử dụng cho WiMAX cố đinh & di trú,

các quá trình phân tích tính toán suy hao tín hiệu, xây dựng phần mạng lõi, phát triển

dịch vụ mới và thiết kế được một chương trình mô phỏng thực hiện được toàn bộ quá

trình phân tích tính toán trên.

94

Tài liệu tham khảo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lý thuyết và ứng dụng của kỹ thuật OFDM, TS.Nguyễn Văn Đức

[2] Tạp chí bưu chính viễn thông và công nghệ thông tin, Bộ bưu chính viễn

thông

[3] “Can WiMAX Address Your Applications?”, WiMAX Forum, 2006

[4] “Mobile WiMAX – Part I:A Technical Overview and Performance

Evaluation”, WiMAX Forum, August 2006

[5] “Mobile WiMAX Usage Scenarios”, WiMAX Forum, 2006

[6] “WiMAX End-to-End Network Systems Architecture - Stage 2: Architecture

Tenets, Reference Model and Reference Points”, WiMAX Forum, 2005.

[7] Andriy Luntovskyy, Dietbert Gütter, Alexander Schill, Ulrich Winkler,

“DESIGN PARTICULARITIES FOR WIRELESS NETWORKS”, Dresden

University of Technology.

[8] G. Nair, J. Chou, T. Madejski, K. Perycz, P. Putzolu and J. Sydir “IEEE

802.16 Medium Access Control and Service Provisioning”, Intel Technology

Journal, vol 08, August 2004.

[9] Hassan Yagoobi, “Scalable OFDMA Physical Layer in IEEE 802.16

WirelessMAN”, Intel Technology Journal, Vol 08, August 2004.

[10] John Wiley and Sons “The Business of WiMAX”, Jun 2006

[11] “Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems” IEEE STD

802.16 – 2004, October, 2004.

[12] “Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems”

IEEE P802.16e/D12,February, 2005.

[13] Các hãng sản xuất thiết bị WiMAX: Airspan, Alvarion, SR-Telecom, Telsima

[14] http://wikipedia.com

[15] http://www.wimaxforum.org

95

http://www.wimaxforum.org/

http://wikipedia.com/

wimax

Documents