MỞ ĐẦU Từ khi chính thức được cung cấp tại Việt Nam năm 1997 đến nay, internet đã phát triển nhanh chóng, không chỉ về "lượng" mà cả về "chất". Việt Nam là nước nằm trong danh sách 20 quốc gia trên thế giới có số người sử dụng internet cao nhất. Ngoài các dịch vụ Internet thông thường, các dịch vụ Internet băng rộng cũng đang được phát triển ngày càng mạnh mẽ. Tuy nhiên, số lượng người dùng internet vẫn ở mức hơn 30 triệu người/gần 90 triệu dân và khoảng cách sử dụng internet giữa nông thôn và thành thị vẫn tương đối xa.
Có ba lý do chính khiến các nhà cung cấp dịch vụ Internet ADSL truyền thống không triển khai ở các vùng nông thôn là: - Vị trí địa lý phức tạp tạo ra khó khăn khi lắp đặt, duy trì và bảo dưỡng hệ thống mạng ở các vùng rừng núi trung du. - Mật độ dân số thấp yêu cầu nhiều hệ thống mạng có qui mô lớn do đó sẽ tăng các chi phí lắp đặt ban đầu cũng như chi phí hoạt động - Hiệu suất kinh doanh thấp do nhu cầu và sức sử dụng tại các vùng nông thôn rất thấp dẫn đến lợi nhuận không cao và thời gian thu hồi vốn đầu tư chậm. Để giảm đi sự mất cân bằng trên, một giải pháp kinh tế và thực tiễn là rất cần thiết để hòa mạng Internet tại các vùng nông thôn và trung du miền núi. Đề tài luận văn này đưa ra giải pháp nhằm kết nối Internet tại các vùng nông thôn bằng cách kết hợp công nghệ WiMAX với cơ sở hạ tầng của truyền hình sẵn có ở tần số không có sóng truyền hình để giảm thiểu chi phí lắp đặt ban đầu cũng như chi phí bảo dưỡng hệ thống trong quá trình khai thác.
Đề tài sẽ sử dụng phần mềm Wireless InSite để mô phỏng vùng phủ sóng WiMAX trên băng tần 450MHz tại tỉnh Bắc Ninh, một tỉnh có địa hình, dân số và kiến trúc cơ sở hạ tầng khá giống với nhiều tỉnh thành của Việt Nam và khu vực Đông Dương, do đó mà nó có tínhđiển hình rất cao. Từ đó đưa ra giải pháp triển khai Internet cho khu vực nông thôn của Việt Nam. Luận văn bao gồm các chương: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMAX và khả năng áp dụng cho vùng nông thôn ở Việt Nam Chƣơng 2: Hệ thống thông tin vô tuyến và các mô hình truyền sóng outdoor Chƣơng 3: Mô phỏng vùng phủ sóng di động tại tỉnh Bắc Ninh Nguyễn Thị Nhung Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2 CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CHO KHU VỰC NÔNG THÔN Ở VIỆT NAM 1. Tổng quan về công nghệ WiMAX 1.
Giới thiệu chung WiMAX viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access là tiêu chuẩn giao diện vô tuyến IEEE 802. Phiên bản tiêu chuẩn 802.16 ban đầu áp dụng cho các ứng dụng trong băng tần được cấp phép trong dải tần từ 10 đến 66 GHz, yêu cầu có các trạm phát trong tầm nhìn thẳng. Sau này tiêu chuẩn giao diện vô tuyến 802.16 được mở rộng cho các ứng dụng tầm nhìn hạn chế NLOS (non-line of sight) trên băng tần được cấp phép và không được cấp phép trong dải tần số từ 2 - 11GHz. Kết hợp với các tính năng của hai hệ thống Wireless LAN và WAN, hệ thống WiMAX đưa ra một giải pháp vô tuyến cố định hiệu quả để thay thế những đường dây DSL và các hệ thống cáp tại những khu vực mà công nghệ đã sẵn sàng.
Và quan trọng hơn công nghệ WiMAX có thể cung cấp một giải pháp truy nhập băng rộng hiệu quả tại những khu vực mà không thể thực hiện đối với các hệ thống cáp và DSL. Hiện nay IEEE 802.16 đã mở rộng tiêu chuẩn cho các ứng dụng di động do vậy có thể truy nhập trực tiếp từ các thiết bị xách tay từ smartphone và PD đến máy tính xách tay [4].1: Mô hình một hệ thống WiMAX[4] Nguyễn Thị Nhung Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3 Hệ thống MAN vô tuyến dựa trên tiêu chuẩn giao diện vô tuyến được cấu hình gần giống với cấu hình của mạng tế bào truyền thống. Các trạm gốc đặt tại các vị trí phù hợp để triển khai cấu trúc điểm – đa - điểm để phân phát các dịch vụ với các bán kính phủ sóng có thể lên đến vài km phụ thuộc vào tần số, công suất phát và độ nhạy phía thu. Trong những khu vực có mật độ cao phạm vi phủ sóng có thể được giới hạn hẹp hơn.
Các trạm gốc thường được kết nối với mạng lõi bằng hệ thống cáp quang hoặc kết hợp các tuyến vi ba điểm – điểm kết nối với các nút quang hoặc thông qua các đường leased line. Phạm vi phủ sóng và khả năng truyền trong môi trường tầm nhìn hạn chế NLOS của WiMAX đã tạo ra một công nghệ hiệu quả về mặt kinh tế hấp dẫn về mặt dịch vụ. Công nghệ này có thể cung cấp các dịch vụ truy nhập băng rộng tại mọi nơi trong mạng MAN với các đặc tính và chất lượng dịch vụ thậm trí còn tốt hơn các hệ thống DSL, cáp hay T1/E1 leased line truyền thống. Đặc điểm của công nghệ WiMAX [4] - Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm – đa điểm, công nghệ lưới (mesh) và phủ sóng khắp mọi nơi.
Điều khiển truy nhập – MAC) phương tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm – đa điểm và dịch vụ rộng khắp bởi lập lịch một khe thời gian cho mỗi trạm di động (MS). Nếu có duy nhất một MS trong mạng, trạm gốc (BS) sẽ liên lạc với MS trên cơ sở điểm – điểm. Một BS trong một cấu hình điểm – điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xa hơn. - Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗn hợp lưu lượng sẽ được mang.
Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tự nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng không thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE). - Triển khai nhanh: So sánh với triển khai các giải pháp có dây, WiMAX yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài. Ví dụ, đào hố để tạo rãnh các đường cáp thì không yêu cầu. Các nhà vận hành mà đã có được các đăng ký để sử dụng một trong các dải tần đăng ký, hoặc dự kiến sử dụng một trong các dải tần không đăng ký, không cần đệ trình các ứng dụng hơn nữa cho chính phủ.
- Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựa vào sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng. Chi tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các Nguyễn Thị Nhung Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 SLA khác nhau tới các thuê bao khác nhau, thậm chí tới những người dùng khác nhau sử dụng cùng MS. Cung cấp truy nhập băng rộng cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi mà các nhân tố công nghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức. - Tính tương thích: WiMAX dựa vào quốc tế, các chuẩn không có tính chất rõ rệt nhà cung cấp, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải và sử dụng MS của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau.
Tính tương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì nó có thể chọn lựa thiết bị từ các nhà đại lý thiết bị, và nó sẽ tiếp tục đưa chi phí thiết bị xuống khi có một sự chấp nhận đa số. - Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả năng di động. Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao) và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các thiết bị và các dịch vụ trong một môi trường di động. Những cải tiến này, bao gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (nhiều đầu ra nhiều đầu vào), và hỗ trợ đối với chế độ idle/sleep và hand – off, sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ ở tốc độ tới 160 km/h.
Mạng WiMax di động cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet không dây băng thông rộng tại bất cứ đâu trong thành phố nào. - Lợi nhuận: WiMAX dựa vào một chuẩn quốc tế mở. Sự chấp nhận đa số của chuẩn và sử dụng chi phí thấp, các chip được sản xuất hàng loạt, sẽ đưa chi phí giảm đột ngột và giá cạnh tranh xảy ra sẽ cung cấp sự tiết kiệm chi phí đáng kể cho các nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng. Môi trường không dây được sử dụng bởi WiMAX cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phá vỡ những chi phí gắn với triển khai có dây, như thời gian và công sức.
- Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà không đòi hỏi tầm nhìn thắng giữa BS và MS. Khả năng này của nó giúp các sản phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS. - Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồm BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM. Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặc QPSK).
Các hệ thống WiMAX có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và MS không bị cản trở. Mở rộng phạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công cộng (hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone) – cùng công nghệ thì có thể sử dụng cố Nguyễn Thị Nhung Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 định và di động. Ở những điều kiện tốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50 km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình là gần 5 km với CPE (NLOS) trong nhà và gần 15km với một CPE được nối với một anten bên ngoài (LOS). - Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các trạm gốc với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất.
- Tính mở rộng: Chuẩn 802.