Nghiên cứu công nghệ WiMAX và ứng dụng

Nghiên cứu công nghệ WiMAX và ứng dụng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ……… 4

DANH MỤC BẢNG……….5

LỜI MỞ ĐẦU……… 6

Chương 1 Tổng quan về công nghệ truy cập băng rộng không dây 8

1.1 Tổng quan về băng rộng 8

1.1.1 Băng rộng là gì? 9

1.1.2 Các công nghệ băng rộng 11

1.1.2.1 Cáp 11

1.1.2.2 Đường dây thuê bao số (DSL) và ADSL 12

1.1.2.3 Vệ tinh 14

1.1.2.4 Không dây – Truy cập vô tuyến 14

1.1.2.4.1 Vô tuyến tế bào 14

1.1.2.4.2 Ethernet không dây 15

1.1.2.5 Sợi quang 15

1.2 Tổng quan về vô tuyến và băng rộng 16

1.2.1 Sức thu hút của vô tuyến 16

1.2.2 WLAN 17

1.2.2.1 Các tiêu chuẩn mạng không dây 18

1.2.2.2 Hoạt động của mạng WLAN 19

1.2.2.3 Các mạng vô tuyến 19

1.3 Ưu điểm của Băng rộng không dây 20

1.3.1 Sức thu hút của băng rộng không dây 21

1.3.2 Nhu cầu của băng rộng không dây 21

1.3.3 Truy cập không dây băng rộng 22

1.3.4 Các mạng không dây băng rộng 22

1.3.4.1 Mạng diện rộng không dây (WWAN) 23

1.3.4.2 Mạng nội bộ không dây (WLAN) 23

1.3.4.3 Mạng cá nhân không dây (WPAN) 23

1.3.4.4 Mạng vùng WRAN 24

1.3.5 Các công nghệ không dây băng rộng 25

1.3.5.1 Truy cập không dây cố định (FWA) 25

1.3.5.2 3G 26

1.3.5.3 Wi-Fi 26

1.3.5.4 WiMAX 27

1.3.5.5 Mobile-Fi 27

2.1.1 Không giống với không dây băng hẹp: 28

2.1.2 Không giống không dây băng rộng có quyền sở hữu: 28

2.1.3 Không giống với có dây băng rộng 28

2.1.4 Không giống WLAN: 29

2.2 Khả năng đột phá của WiMAX 29

2.3 WiMAX là gì? 30

2.4 Tại sao dùng WiMAX? 30

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của WiMAX 32

3.1 Các đặc tính kênh 33

3.1.1 Tán xạ kênh 33

3.1.2 K-Factor 33

3.1.3 Doppler 34

3.1.4 Sự phân cực nối xuyên 34

3.1.5 Sự tương quan anten 34

3.1.6 Nhóm điều kiện 34

3.2 RF và phần cứng 34

3.2.1 Bộ chuyển đổi số/tương tự và tương tự/số (DAC/ADC) 35

3.2.2 Đồng hồ DAC/ADC 35

3.2.3 Bộ dao động chuyển đổi lên xuống 35

3.3 Tradeoff linh động 35

3.4 Các mạng WiMAX 36

3.5 Các loại WiMAX 38

3.5.1 Cố định 39

3.5.2 Mang xách hoặc di động 40

3.6 Công nghệ WiMAX 41

3.6.1 Chế độ khe thời gian động TDMA MAC 41

3.6.2 Chất lượng dịch vụ 42

3.6.3 Liên kết thích nghi 42

3.6.4 Hỗ trợ tầm nhìn không thẳng 42

3.6.5 Việc sử dụng phổ hiệu quả cao 43

3.6.6 Băng thông kênh linh hoạt 43

3.6.7 Hỗ trợ anten thông minh 44

3.6.8 Các kỹ thuật phát hiện lỗi 45

3.6.9 Điều khiển công suất 46

3.6.10 Bảo mật dữ liệu 46

3.6.11 Công nghệ ghép kênh 46

3.6.12 Công nghệ điều chế 50

3.6.13 Công nghệ song công 52

3.7 Các chuẩn WiMAX 53

3.8 Các profile cơ bản 56

3.8.1 Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) 58

3.8.2 Lớp vật lý (PHY Layer) 64

3.9 Xây dựng các khối của WiMAX 65

3.9.1 Trạm gốc WiMAX (BS) 66

3.9.2 Thiết bị nhận WiMAX 70

3.9.3 Đường trục (backhual) 71

3.9.4 Cơ chế làm việc 71

3.10 Kiến trúc WiMAX 73

3.11 Cấu hình mạng (Topo mạng) 75

3.11.1 Điểm tới điểm (Point to Point) 75

3.11.2 Điểm tới đa điểm (Point-to-multipoint) 75

3.12 Ưu nhược điểm của WiMAX 76

3.12.1 Ưu điểm của WiMAX 76

3.12.1.1 Dung lượng cao 76

3.12.1.2 Chất lượng dịch vụ 76

3.12.1.3 Kiến trúc linh hoạt 76

3.12.1.4 Tính di động 76

3.12.1.5 Kết nối người sử dụng được cải thiện 77

3.12.1.6 Hoạt động lớp sóng mang mạnh 77

3.12.1.7 Khả năng tỉ lệ (scalability) 77

3.12.1.8 Kết nối tầm nhìn không thẳng 77

3.12.1.9 Hiệu quả chi phí 78

3.12.1.10 Truy cập cố định và nay đây mai đó 78

3.12.2 Nhược điểm của WiMAX 78

Chương 4: Ứng dụng của WiMAX 79

4.1 Mạng đô thị (MAN-Metropolitan Are Networks) 79

4.2 Truy cập Internet tốc độ cao Last Mile hoặc DSL không dây 81

4.2.1 Các xí nghiệp lớn và vừa 81

4.2.2 Kinh doanh nhỏ và vừa 82

4.2.3 Truy cập Internet tốc độ cao thuộc nhà riêng và HO 82

4.2.4 Các vùng sâu 83

4.2.5 Băng thông theo nhu cầu 83

4.3 Backhaul 84

4.4 Những ứng dụng khác 85

KẾT LUẬN 89

CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… ………… 101

DANH MỤC HÌNH

Chương 1 Tổng quan về công nghệ truy cập băng rộng không dây 8

Hình 1.1 Sự triển khai băng rộng 8

Hình 1.2 Những ứng dụng của Internet tốc độ cao 11

Hình 1.3 Các công nghệ và tốc độ truy cập 13

Hình 1.4 Các công nghệ truy cập Internet 14

Hình 1.5 Các thuê bao dịch vụ thoại cố định so với di động 16

Hình 1.6 - Sử dụng dữ liệu di động 21

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của WiMAX 32

Hình 3.1 Một giải pháp cho nhiều nhu cầu 33

Hình 3.2 Vùng phủ WiMAX với các loại trạm thuê bao khác nhau 38

Hình 3.3 Các loại WiMAX 40

Hình 3.4 Làm việc với anten thông minh 45

Hình 3.5 Dạng sóng OFDM 47

Hình 3.6 Kênh OFDM 49

Hình 3.7 Điều chế thích nghi 51

Hình 3.8 Mô hình phân lớp của chuẩn WiMAX 57

Hình 3.9 Các lớp của giao thức 802.16 58

Hình 3.10 Định dạng MAC PDU 59

Hình 3.11 Các giai đoạn truyền PSDU 60

Hình 3.12 Burst FDD - với Scheduling linh hoạt 65

DANH MỤC BẢNG

Chương 1 Tổng quan về công nghệ truy cập băng rộng không dây 8

Bảng 1.1 Thông lượng băng rộng của các loại truy cập theo thời gian 15

Bảng 1.2 Những đặc trưng của các tiêu chuẩn mạng không dây 18

Bảng 1.3 So sánh các công nghệ mạng cá nhân không dây (WPAN) 24

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của WiMAX 32

Bảng 3.1 Các số liệu cơ bản của chuẩn IEEE 802.16 55

Bảng 3.2 Các đặc điểm của 802.16 MAC 68

Bảng 3.3 Đặc điểm 802.16 PHY 70

Bảng 3.4 Cơ chế làm việc cho kết nối WiMAX 71

về truy nhập có dây nên chi phí đầu tư lớn Wi-Fi cho phép truy nhập băng rộng nhưng bán kính phủ sóng hẹp và còn nhiều vấn đề về bảo mật

Có một công nghệ không dây băng rộng mới đang được nhiều nhà nghiên cứu, triển khai viễn thông trên thế giới quan tâm phát triển Đó là WiMAX

WiMAX là viết tắt của từ Worldwide Interoperability for Microwave Access – khả năng tương tác toàn cầu cho truy cập vi ba

WiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn, cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp và xDSL WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định (người sử dụng có thể di chuyển trong lúc kết nối), mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và di động mà không cần tầm nhìn thẳng (LOS) trực tiếp với một trạm gốc

WiMAX không phải là một công nghệ mới nhưng là công nghệ không dây đã được cải tiến rất nhiều để có được những tính năng ưu việt Về cơ bản, công nghệ WiMAX có nhiều khác biệt so với công nghệ WiFi WiFi được thực hiện trên bộ tiêu chuẩn kết nối mạng không dây nội bộ được phát triển bởi nhóm làm việc theo tiêu chuẩn IEEE 802.11 và được thiết kế để tạo ra kết nối không dây, cho phép kết nối Internet tới một nhóm các máy tính khác trong một tòa nhà, văn phòng làm việc trong

một phạm vi nhỏ hẹp (100m) Trong khi đó WiMAX được thiết kế cho phép truy cập không dây băng rộng trong phạm vi rộng lớn (50 km), là phương thức mới để người

sử dụng có thể truy cập Internet băng rộng mọi nơi, mọi lúc với giá thảnh rẻ hơn, thuận lợi hơn so với việc sử dụng các công nghệ dây dẫn khác DSL và cáp

Với các tính năng nổi trội của Wimax như đã nói ở trên đây cùng với nhu cầu băng rộng và khả năng cung cấp tại Việt Nam Hiện tại thì việc triển khai Wimax tại Việt Nam đang được đặc biệt quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ Một số doanh nghiệp đã được Bộ Thông Tin và Truyền Thông cấp giấy phép thử nghiệp WiMAX như: VNPT, FPT, Viettel, VTC Chính vì vậy em đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học

là “Nghiên cứu công nghệ WiMAX và ứng dụng” Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng quan

về công nghệ WiMAX cũng như những kỹ thuật được sử dụng để có thể hiểu rõ thêm

về những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại

Đề tài được chia thành 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ truy cập băng rộng không dây

Chương 2: Công nghệ truy cập băng rộng không dây WiMAX

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của WiMAX

Chương 4 : Ứng dụng Wimax

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã nhiệt tình giảng dạy chúng em trong suốt khóa học, đặc biệt cảm ơn Thầy Võ Trường Sơn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm đề tài

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng do thời gian và kiến thức có hạn nên đề tài của em có nhiều thiếu sót và khuyết điểm, vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý của qu ý thầy trong bộ môn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hành

Lê Thị Kim Cương

Chương 1 Tổng quan về công nghệ truy cập băng rộng không dây

1.1 Tổng quan về băng rộng

Lịch sử công nghệ thông tin hiện đại bắt đầu khi Samuel Morse phát hiện ra điện tín có dây vào năm 1832 Tuy nhiên, phát minh ra điện thoại của Alexander Graham Bell vào năm 1874 đã dẫn tới sự phát triển của công nghệ thông tin ngày nay

c W iM A

Hình 1.1 Sự triển khai băng rộng

Internet được phát triển đầu tiên vào năm khai 1973, ban đầu được gọi là

Arpanet, nó liên kết vài trường đại học, và các phòng thí nghiệm, sau đó đã phát triển thành World Wide Web (WWW) Sự ra đời của mạng máy tính thực sự là cuộc cách mạng về mặt xử lý thông tin, chia sẻ dữ liệu và lưu trữ dữ liệu Vào những năm 1990, Internet thậm chí hơn một cuộc cách mạng về mặt truyền thông và xa hơn quá trình chia sẻ dữ liệu, từ mức độ cá nhân đến mức độ toàn cầu

Trước năm 2004, các nhà cung cấp viễn thông đã dự báo về nhu cầu phát triển,

hỗ trợ và thiết kế mạng cho mục đích truyền dữ liệu số tốc độ cao thay cho các mạng

tập trung vào thoại Vào khoảng những năm 1970 đến những năm 1980 sẽ được nhớ như “Thời đại thông tin”, và những năm 1990 rõ ràng sẽ được chọn như bắt đầu của

“Thời đại Internet”, những thập niên đầu tiên của thế kỉ 21 có lẽ là “Thời đại băng rộng”

Ngày nay, các nguồn băng rộng như sợi quang, truy cập không dây và các modem cáp cung cấp truy cập tốc độ rất cao để truyền thông tất cả các dịch vụ qua mạng hợp tác và World Wide Web, tạo ra một môi trường luôn luôn mở Mạng truy cập băng rộng thì kết nối nhanh hơn quay số truyền thống Mạng băng rộng đủ nhanh

để chuyển các dịch vụ khác nhau một cách đồng thời, chẳng hạn truyền file, đa phương tiện (âm thanh và truyền hình) và quan trọng nhất là thoại

1.1.1 Băng rộng là gì?

Có nhiều định nghĩa khác nhau về băng rộng, và các định nghĩa thay đổi theo không gian và thời gian Một khái niệm đơn giản là bất cứ thứ gì có thể nhận biết được tốt hơn một đường ISDN cơ bản Điều này ngụ ý một tốc độ xung quanh hoặc vượt quá 256 kbps, mặc dù khách hàng có thể nhận ít hơn Một khái niệm chung chung là “một dịch vụ luôn luôn mở, và tốc độ tối thiểu là 2 Mbps”

Một số công nghệ truy cập băng rộng có một kênh riêng đến mỗi người sử dụng (ví dụ ADSL hoặc cáp quang đến người sử dụng), trong khi những công nghệ khác có một kênh chia sẻ đi đến nhiều người sử dụng Một đặc điểm của loại thứ hai là sự tranh chấp băng thông, bởi vì nó bị chia sẻ Trong loại hệ thống này, băng thông tức thời lớn nhất có thể lớn hơn băng thông trung bình một người sử dụng có được

Nhiều ứng dụng được cho phép bởi các dịch vụ băng rộng, và mỗi ứng dụng có các yêu cầu kỹ thuật riêng của nó Sau đây là các ứng dụng và các dịch vụ phổ biến nhất

Loại 1: Các dịch vụ tin nhắn

Các dịch vụ này bao gồm email đơn giản, tin nhắn văn bản ngay lập tức, đăng nhập từ xa, web đơn giản và truy cập Internet, kinh doanh và mua sắm điện tử, quản

từ 256 hoặc 512 kbps Hầu hết người sử dụng nhận nhiều dữ liệu hơn họ gửi, vì thế các dịch vụ này thích hợp với băng thông không đối xứng (dung lượng luồng xuống cao hơn luồng lên)

Loại 2: Các dịch vụ truyền file lớn

Các dịch vụ này tương tự như gửi tin nhắn, nhưng các tin nhắn bao gồm lượng

dữ liệu lớn hơn, hàng trăm kilobyte hoặc megabyte Chúng có thể vượt trội so với các dịch vụ tin nhắn đơn giản, ví dụ truy cập Internet với nhiều nội dung, mua sắm bằng catalogue điện tử, chăm sóc sức khoẻ từ xa, làm việc ở nhà, làm việc từ xa và mạng riêng ảo kinh doanh (VPN) Các dịch vụ truyền file tốc độ lớn hơn bao gồm download game, phần mềm, tài liệu giáo dục, phim ảnh và các nội dung giải trí khác Các dịch

vụ này đòi hỏi 1 đến 2 Mbps hoặc cao hơn Với các dịch vụ loại 1 và loại 2 thì thích hợp với các liên kết không đối xứng và trễ có thể tha thứ

Loại 3: Các dịch vụ thời gian thực đơn hướng

Các dịch vụ này chủ yếu là các dịch vụ quảng bá như các luồng âm thanh và truyền hình, quảng bá radio và truyền hình Các dịch vụ này cơ bản yêu cầu các băng thông cao (ít nhất là 1.5 Mbps cho truyền hình) hoặc băng thông rất cao, và vốn đã không đối xứng Chúng có thể tha thứ trễ, khi đó luồng dữ liệu chỉ có một đường đi

Loại 4: Các dịch vụ tin nhắn thời gian thực tương tác

Các dịch vụ tin nhắn này hoạt động giữa những người sử dụng, những người này đang tương tác với một người khác, các dịch vụ thời gian thực hai hướng bao gồm: hội nghị truyền hình, truyền hình tương tác, game tương tác, kinh doanh từ xa, giáo dục từ xa và các dịch vụ họp mặt từ xa được cung cấp qua liên kết băng rộng và mạng phạm vi rộng Các dịch vụ này yêu cầu 1 đến 2 Mbps hoặc cao hơn, cần đối xứng và không thể tha thứ trễ

Hình 1.2 Những ứng dụng của Internet tốc độ cao

1.1.2 Các công nghệ băng rộng

Có nhiều công nghệ truyền dẫn có thể được sử dụng để cung cấp truy cập băng rộng Mỗi công nghệ có ưu điểm và nhược điểm riêng của nó, và có thể cạnh tranh với những công nghệ khác dựa trên việc thực hiện, giá cả, chất lượng dịch vụ, địa lý,

sự thân thiện của người sử dụng và các nhân tố khác

Cáp và DSL là công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay để cung cấp truy cập băng rộng

1.1.2.1 Cáp

6 Mbps Các công ty cáp đã cung cấp truy cập băng rộng bằng cách mang các dịch vụ thoại và dữ liệu thêm vào các dịch vụ truyền hình

Hệ thống đầu cuối modem cáp (CMTS) liên lạc với modem cáp được đặt ở phía khách hàng để cung cấp các dịch vụ truy cập băng rộng Modem cáp cơ bản cung cấp một giao tiếp Ethernet với một PC hoặc đến một router nhỏ khi nhiều PC được kết nối Tuy nhiên, việc chia sẻ mạng thì không đảm bảo vấn đề bảo mật

Các mạng cáp ngày nay truyền dữ liệu với tốc độ download từ 50 kbps đến 6 Mbps và tốc độ upload là 128 kbps Khi có nhiều khách hàng chia sẻ băng thông ở cùng thời gian thì tốc độ bị giảm xuống

1.1.2.2 Đường dây thuê bao số (DSL) và ADSL

DSL là một công nghệ điều chế và giải điều chế, nó chuyển đổi các đường dây điện thoại đang tồn tại trên đây đồng thành hai đường dẫn dữ liệu tốc độ cao Tốc độ truyền dẫn dữ liệu cơ bản lên đến 3 Mbps cho đường xuống và 768 kbps cho đường lên Các tốc độ có thể phụ thuộc vào điều kiện đường dây điện thoại và khoảng cách giữa CO và nhà thuê bao

Công nghệ DSL là một công nghệ truyền dẫn trên vòng cáp đồng cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao qua các dây điện thoại thông thường Một modem DSL được lắp đặt ở phía khách hàng và ở văn phòng trung tâm (CO)

DSL không đối xứng, hoặc ADSL, chủ yếu được sử dụng cho các dịch vụ thuộc nhà riêng ADSL có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến 8 Mbps theo hướng từ mạng đến thuê bao, và lên đến 1 Mbps theo hướng từ thuê bao đến mạng Tính không đối xứng của ADSL phù hợp cho các ứng dụng ở nhà ngày nay, ở nơi mà phần lớn băng thông được dùng theo hướng từ mạng đến người sử dụng

ADSL sử dụng các tần số cao hơn các tần số được sử dụng cho thông tin thoại,

cả thoại và dữ liệu có thể được gửi qua đường dây điện thoại giống nhau Do đó, khách hàng có thể nói trên điện thoại của họ trong khi đó họ vẫn có thể online Giống như công nghệ cáp băng rộng, một đường ADSL luôn mở ngay cả khi quay số không được yêu cầu Tuy nhiên không giống với cáp, ADSL có ưu điểm là không bị chia sẻ

giữa khách hàng và CO Do đó, tốc độ truyền dẫn dữ liệu không giảm suốt thời gian

sử dụng Internet

DSL đối xứng, hoặc SDSL, là một giải pháp có hiệu quả chi phí cho các xí nghiệp nhỏ và trung bình, cạnh tranh thay thế cho các đường T1 và E1 Tiêu chuẩn G.991.2 của ITU-T cũng được biết như G.shdsl, là tiêu chuẩn thay thế cho SDSL G.shdsl cho tốc độ dữ liệu từ 192 kbps đến 2.3 Mbps trong khi đó cung cấp khoảng cách dài hơn 30% so với SDSL

DSL tốc độ dữ liệu rất cao, hoặc VDSL, có thể hỗ trợ các dịch vụ đối xứng hoặc không đối xứng VDSL không đối xứng có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến

52 Mbps, phù hợp với việc truyền các ứng dụng tốc độ cao như truyền hình thời gian thực

Hình 1.3 Các công nghệ và tốc độ truy cập

1.1.2.3 Vệ tinh

Dịch vụ Internet băng rộng qua vệ tinh giống như cáp, là phương tiện bị chia

sẻ Một nhược điểm khác của Internet qua vệ tinh là sự suy giảm tín hiệu khi thời tiết xấu Tuy nhiên, lợi ích to lớn của vệ tinh là giá trị toàn cầu của nó Điều này làm cho truy cập Internet vệ tinh là một giải pháp có thể triển khai cho các vùng nông thôn và vùng xa mà các công nghệ khác không thể phục vụ được

155 Mbps 14.4 Kbps

Analog modem 14.4-56 Kbps

56-128 Kbps ISDN

ADSL Lite 128 Kbps – 1.5 Mbps

56 kbps – 10 Mbps Cabble modem (HFC)

1.5-45 Mbps Không dây băng rộng

PON

Tốc độ truy cập bởi công nghệ

Hình 1.4 Các công nghệ truy cập Internet

1.1.2.4 Không dây – Truy cập vô tuyến

1.1.2.4.1 Vô tuyến tế bào

GSM được bắt đầu vào đầu những năm 1990 Các dịch vụ tế bào 2G hiện tại chỉ cung cấp dữ liệu tốc độ 9.6 kbps Các dịch vụ 2.5G sẽ gia tăng băng thông có nghĩa đến người sử dụng Về phía mạng 2.5G, có hai công nghệ chủ yếu: dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (GPRS) và EDGE Công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ

3 (3G) thậm chí hỗ trợ tốc độ cao hơn Băng thông cao hơn cho phép tích hợp tín hiệu thoại, dữ liệu, và truyền hình tốt hơn

Tuy nhiên sự triển khai tế bào sau đó tăng tốc độ từ 384 kbps đến 2Mbps, và không dừng lại ở 3G Ngành công nghiệp thì đang hướng tới 200 Mbps ở 3.9G và thậm chí trên 1 Gbps ở 4G

HSPA (truy nhập gói tốc độ cao) là sự cải tiến của WCDMA (thỉnh thoảng được xem như 3.9G) đã được thảo luận trong 3GPP

1.1.2.4.2 Ethernet không dây

Ethernet không dây là công nghệ được sử dụng cho hộ gia đình và xí nghiệp, đang được sử dụng cho truy cập băng rộng ở các vùng công cộng như sân bay, khách sạn, đấu trường thể thao, trung tâm hội nghị và các quán cà phê Điều này cho phép người sử dụng laptop và các thiết bị PDA truy cập Internet mọi lúc, mọi nơi

1.1.2.5 Sợi quang

Công nghệ sợi quang chuyển các dịch vụ Internet, thoại và truyền hình ở tốc

độ từ 2 Mbps đến 100 Mbps và cao hơn Trên mạng cáp sợi quang, dữ liệu được phát như các xung ánh sáng dọc theo các bờ mỏng của thuỷ tinh silica

Không giống như cáp đồng, cáp sợi quang không lệ thuộc vào nhiễu điện từ bởi vì nó sử dụng ánh sáng, không sử dụng điện Hơn nữa, các sợi quang có thể truyền dữ liệu qua các khoảng cách dài; 6.2 đến 49.6 dặm qua cáp sợi quang đơn

1.2 Tổng quan về vô tuyến và băng rộng

Vào năm 1894, khi Guglielmo Marconi (người Ý) đã phát minh ra hệ thống có thể gửi các thông điệp xuyên qua không khí Tuy nhiên, Chính phủ Ý thậm chí bác bỏ việc đưa ra những quyền lợi đầu tiên của ông bởi vì họ thấy rằng nó thì không sử dụng được cho điện thoại

Hình 1.5 Các thuê bao dịch vụ thoại cố định so với di động

1.2.1 Sức thu hút của vô tuyến

Vài đặc tính vốn có của hệ thống truyền thông vô tuyến làm nó hấp dẫn người sử dụng là:

Tính di động

Vô tuyến cho phép truyền thông tốt hơn, nâng cao năng suất và cho phép phục vụ khách hàng tốt hơn Một hệ thống truyền thông vô tuyến cho phép người sử dụng truy cập thông tin ở xa bàn làm việc của họ và điều khiển kinh doanh từ bất cứ nơi nào

Chi phí

Chi phí ban đầu của một hệ thống truyền thông vô tuyến thì rẻ hơn so với hệ thống có dây và cáp truyền thống

Khả năng truy cập toàn cầu

Dịch vụ chuyển vùng được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ đảm bảo cho các thuê bao có thể kết nối ở bất cứ nơi nào

Khả năng dịch vụ thông minh

Hệ thống truyền thông vô tuyến có khả năng xử lý dữ liệu, chuyển các dịch vụ thông minh khác nhau như SMS, MMS, M-Banking

1.2.2 WLAN

WLAN là viết tắt của mạng nội bộ không dây Nó là một loại của mạng cục bộ sử dụng sóng vô tuyến tần số cao hơn có dây để truyền thông giữa các nút Mạng LAN không dây được sử dụng để cung cấp dịch vụ cho hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ và các tổ chức

Tốc độ WLAN theo chuẩn Ethernet giảm xuống 2 Mbps nếu có nhiễu đáng kể hoặc người sử dụng ở quá xa điểm truy cập (Access Point) Nếu Card giao tiếp mạng (NIC) và điểm truy cập hỗ trợ chuyển vùng (roaming), người sử dụng có thể đi khắp

Point dựa trên độ mạnh của tín hiệu dẫn đường nó nhận được từ các Access Point gần

nó Tín hiệu mạnh nhất thì chiến thắng

1.2.2.1 Các tiêu chuẩn mạng không dây

Có nhiều chuẩn mạng không dây mới, chúng được chỉ ra trong bảng dưới đây:

Bảng 1.2 - Những đặc trưng của các tiêu chuẩn mạng không dây

IEEE 802.11 Lên đến 2Mbps ở

băng tần 2.4GHz

FHSS hoặc DSSS

WEP & WPA

IEEE 802.11a

(Wi-Fi)

Lên đến 54Mbps ở băng tần 5GHz

OFDM WEP & WPA

IEEE 802.11b

(Wi-Fi)

Lên đến 11Mbps ở băng tần 2.4GHz

DSSS với CCK WEP & WPA

IEEE 802.11g

(Wi-Fi)

Lên tới 54Mbps ở băng tần 2.4GHz

OFDM trên 20Mbps, DSSS với CCK dưới 20Mbps

WEP & WPA

mã hóa 56 bit

HiperLAN/1 Lên đến 20 Mbps ở CSMA/CA Mật mã hóa phiên làm

(Europe) băng tần 5 GHz việc và nhân thực cá

nhân

HiperLAN/2

(Europe)

Lên đến 54Mbps ở băng tần 5GHz

OFDM Đặc tính bảo mật

mạnh mẽ với hỗ trợ cho nhận thực cá nhân

và khóa mật mã trên phiên làm việc

OpenAir Giao thức

Pre-802.11 sử dụng hopping tần số và tốc độ 0.8 và 1.6 Mbps

CSMA/CA với truyền lại MAC

OpenAir không thực hiện bất kỳ mật mã hóa nào ở lớp MAC, nhưng phát ra ID mạng dựa trên password (Securiry ID)

1.2.2.2 Hoạt động của mạng WLAN

Các mạng LAN không dây sử dụng sóng vô tuyến điện từ để truyền dữ liệu giữa các máy tính trong mạng nội bộ (LAN

1.2.2.3 Các mạng vô tuyến

Sóng vô tuyến thường được gọi là các sóng mang vô tuyến khi chúng được sử dụng để mang thông tin Dữ liệu cần truyền sẽ được chồng lên sóng mang vô tuyến bằng các kỹ thuật điều chế khác nhau, nó cho phép dữ liệu được khôi phục chính xác

ở đầu thu

Dãy tần số cần để chứa một sóng vô tuyến được gọi là một kênh Đầu thu sẽ nhận các tín hiệu trong một kênh và từ chối các tín hiệu trên các kênh khác Các tín hiệu vô tuyến đến (hoặc từ) nhiều người sử dụng có thể cùng tồn tại với nhau ở cùng thời gian và địa điểm mà không bị nhiễu với những tín hiệu khác nếu sóng vô tuyến được

Trong cấu hình WLAN thương mại cơ bản, một bộ phát/thu (máy thu phát) được gọi là điểm truy cập không dây (WAP), kết nối đến mạng có dây từ một vị trí cố định bằng cách sử dụng kết nối cáp Ethernet chuẩn IEEE 802.3 WAP cơ bản bao gồm một anten (có thể ở bên trong hoặc bên ngoài) làm việc với tín hiệu điện được kết nối với cáp đồng trục

Người sử dụng truy cập mạng LAN thông qua các WLAN Adapter, nó thực hiện như các card PCIMCIA trong các máy tính notebook, hoặc sử dụng ISA hoặc PCI adapter trong các máy tính để bàn hoặc các thiết bị được tích hợp đầy đủ trong các máy tính cầm tay Các WLAN adapter cung cấp giao diện giữa hệ thống vận hành mạng khách (NOS) và sóng vô tuyến (thông qua anten) Bản chất của kết nối vô tuyến

là trong suốt đến NOS

1.3 Ưu điểm của Băng rộng không dây

Một số ưu điểm của băng rộng không dây bao gồm:

v Tự do truy cập

Khách hàng đang sử dụng các công nghệ băng rộng có tự do để truy cập Internet tốc độ cao từ các quán cà phê, đang di chuyển trên xe lửa, và ở sân sau của riêng

họ

v Thiết bị mở trên toàn thế giới

Khách hàng có thể truy cập Internet bằng cách sử dụng các thiết bị đơn giản - để gọi điện thoại, thanh toán hoá đơn điện tử và truy cập giải trí và dữ liệu - tất cả với kết nối vô tuýên tốc độ cao

Hình 1.6 - Sử dụng dữ liệu di động

1.3.1 Sức thu hút của băng rộng không dây

Các công nghệ thoại vô tuyến cho phép người sử dụng di chuyển hàng ngày,

họ luôn luôn được kết nối bất kể thế nào và nơi nào họ đang ở Tương tự, các công nghệ băng rộng không dây truy cập thông tin một cách dễ dàng trong lúc di chuyển

Các công nghệ không dây có khả năng tới được các vùng địa lý xa xôi, cụ thể là vùng nông thôn và vùng sâu, những nơi mà không thể phục vụ hiệu quả bởi những công nghệ khác Bởi vì công nghệ không dây không đòi hỏi việc đi dây đồng, cáp hoặc sợi quang đến nhà riêng, do đó chi phí của việc triển khai thường thấp hơn các công nghệ khác

1.3.2 Nhu cầu của băng rộng không dây

Một đặc điểm duy nhất để phân biệt công nghệ băng rộng không dây với các công nghệ khác là khả năng của để cung cấp khả năng mang xách và tính di động Nhiều ứng dụng ngày nay có thể được cung cấp bởi băng rộng không dây Các ứng dụng đó bao gồm:

v Hotspots và hotzones (các cửa hiệu, sân bay, thành phố, trụ sở)

v Đang trên đường đi (tàu lửa, quốc lộ và tàu bè)

v Các ứng dụng an toàn công cộng (liên lạc giữa cảnh sát ở chiến trường với sở của họ, cho phép truyền thông nhanh hơn các thông tin khẩn cấp)

v Ứng dụng giám sát (bảo vệ toà nhà, bảo vệ căn cứ quân đội, cải thiện việc giám sát vận tải, ngăn chặn trộm vào các trung tâm mua sắm)

v Truy cập di động cá nhân đến giải trí nhạc và truyền hình

v Các ứng dụng giáo dục (tạo một “wireless campus” kết nối sinh viên với mạng trường)

1.3.3 Truy cập không dây băng rộng

Truy cập không dây băng rộng (BWA) cung cấp hiệu quả chi phí, băng thông vô tuyến ở mọi nơi Một số ưu điểm của công nghệ không dây bao gồm:

• Các công nghệ BWA có khả năng phục vụ khách hàng mọi nơi và cung cấp dung lượng thích hợp với chi phí thích hợp và vẫn kết nối khi di chuyển

• BWA hứa hẹn các dịch vụ dữ liệu, thoại và video tốc độ cao

• BWA cung cấp kết nối dặm-cuối (last-mile), khi nhiều khách hàng ở bên ngoài phạm vi của DSL hoặc cáp băng rộng

• BWA cung cấp thời gian nhanh hơn đến khách hàng, và chi phí tổng cộng thấp Hơn nữa, nó nhanh hơn để triển khai, và linh hoạt hơn

• BWA sẽ không bị hạn chế bởi khoảng cách, chi phí, truy cập và thời gian

• Việc kinh doanh có thể tạo ra lợi tức trong khoảng thời gian ngắn thông qua việc triển khai các giải pháp không dây bởi vì một hệ thống không dây có thể thu thập và mang trực tuyến với khoảng thời gian ngắn từ 2 đến 3 giờ

• Các công nghệ không dây mở rộng phạm vi hoạt động của cáp, sợi quang, DSL một cách nhanh chóng và hiệu quả

1.3.4 Các mạng không dây băng rộng

Các công nghệ mạng không dây có thể được phân loại như sau:

Hình 1.7 – Các loại mạng không dây

1.3.4.1 Mạng diện rộng không dây (WWAN)

Được thiết kế để cho phép người sử dụng truy cập vào Internet thông qua card truy cập mạng diện rộng không dây (WWAN) và thiết bị số cá nhân (PDA) hoặc laptop Trong đó tốc độ dữ liệu rất nhanh so với tốc độ dữ liệu công nghệ viễn thông

di động, khoảng cách của chúng cũng cao hơn Các mạng di động tế bào và di động dựa trên CDMA và GSM là những ví dụ của WWAN

1.3.4.2 Mạng nội bộ không dây (WLAN)

Được thiết kế cho phép người sử dụng truy cập vào Internet ở các ‘hotspots’ cố định thông qua card truy cập WLAN và một thiết bị số cá nhân (PDA) hoặc laptop Trong đó, tốc độ tương đối nhanh so với các tốc độ dữ liệu công nghệ viễn thông di động, khoảng cách ngắn Trong WLAN, Wifi được xem là phổ biến và phổ cập nhất

1.3.4.3 Mạng cá nhân không dây (WPAN)

Được thiết kế để cho phép người sử dụng truy cập Internet thông qua card truy nhập mạng cá nhân không dây (WPAN) và thiết bị số cá nhân (PDA) hoặc laptop

Bảng 1.3 – So sánh các công nghệ mạng cá nhân không dây (WPAN)

Bị thay thế bởi

Bluetooth 802.15.1 723.2Kbp

s

thấp

Nhiễu, bảo mật

Bluetooth được nghi thức hoá 802.15.3 tốc độ

Trường hợp này chưa được chứng minh

Không được phê chuẩn, đắt

Dưới cường điệu Công nghệ cách mạng tiềm năng

Hình 1.8 – Các công nghệ BWA khác nhau

1.3.5 Các công nghệ không dây băng rộng

Một số công nghệ không dây băng rộng bao gồm:

1.3.5.1 Truy cập không dây cố định (FWA)

FWA cung cấp truy cập băng rộng không dây cố định Các mạng được xem là

“không dây cố định” khi các bộ thu ở các vị trí cố định

Có hai loại hệ thống FWA cơ bản dựa trên cấu hình mạng của chúng bao gồm điểm-đến-điểm (P-P: point-to-point) và điểm tới đa điểm (P-MP: point-to-multipoint) P-P là cấu hình mà trong đó một trạm gốc có thể cung cấp truy cập băng rộng không dây đến một thuê bao đơn Trong khi đó, trạm gốc của P-MP có thể cung cấp truy cập băng rộng không dây đến nhiều thuê bao

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA) là phương thức truy cập được sử dụng trong UMTS Thông thường, WCDMA được sử dụng như một từ đồng nghĩa của UMTS Nó được phát triển để tạo ra chuẩn toàn cầu cho các dịch vụ đa phương tiện không dây thời gian thực, đảm bảo việc chuyển vùng quốc tế

1.3.5.3 Wi-Fi

Wi-Fi là viết tắt của từ Wireless Fidelity và nó dựa trên chuẩn IEEE 802.11 Chúng ta đã nhìn thấy sự triển khai Wi-Fi ở các công ty, ở nhà, và ở các khu vực công cộng như các khách sạn, sân bay và các quán cà phê, cung cấp truy cập Internet dễ dàng 802.11b hiện nay vẫn là chuẩn Wi-Fi được sử dụng phổ biến nhất, cho tốc độ truyền dẫn lên đến 11Mbps Chuẩn 802.11g mới hơn, nó cho phép truyền dẫn lên đến

54 Mbps, đang thu được tính phổ biến và tính tương thích ngược đầy đủ với phiên bản

802.11b sớm hơn Hai chuẩn này hoạt động ở phổ tần số 2.4 GHz Chuẩn 802.11a cho tốc độ truyền dẫn lên đến 54Mbps ở 5GHz

1.3.5.4 WiMAX

WiMAX hoặc chuẩn IEEE 802.16 được bắt đầu vào năm 1999 Nó là một chuẩn truy cập không dây băng rộng, được xác định lúc đầu như việc bổ sung của Wi-Fi Trong khi Wi-Fi chủ yếu như công nghệ thay thế cáp và dây được yêu cầu cho kết nối LAN, WiMAX được thấy như lớn hơn của công nghệ mạng đô thị (MAN) cung cấp vùng phủ lớn hơn WiMAX thực tế có hai dạng, một là “WiMAX cố định” và một là

“WiMAX di động” Vào năm 2004, cả hai tiêu chuẩn này được kết hợp thành 802.16 rev.2004

WiMAX có khả năng thay thế việc triển khai cáp và sợi quang đắt tiền WiMAX đang là chuẩn truy cập băng rộng không dây, có khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng, ngang hàng với truy cập sợi quang và cáp Nó được triển khai nhanh chóng và

rẻ hơn các đường truyền có dây

1.3.5.5 Mobile-Fi

Công nghệ truy cập không dây băng rộng là Mobile-Fi hoặc MBWA, dựa trên chuẩn IEEE 802.20 Đây là chuẩn không dây mới nhất của IEEE và sẽ hoạt động trong băng tần được cấp phép bên dưới 3.5 GHz và có tốc độ truy cập Internet băng rộng vượt qua các lựa chọn truy cập cáp và DSL ngày nay IEEE giới thiệu 802.20 để tối ưu hoá việc truyền dữ liệu IP với tốc độ lớn hơn trong môi trường di động lên đến

250 km/h

Chương 2: WiMAX – Công nghệ truy cập băng rộng không dây

2.1 Sự khác biệt giữa WiMAX với các công nghệ khác

Không giống như các công nghệ băng rộng khác, WiMAX mang đến cho người dùng “băng rộng trong lúc di chuyển”

Một đặc điểm rất quan trọng của chuẩn WiMAX, nó định nghĩa profile cho lớp MAC, phát ra các profile được tiêu chuẩn hoá đã được định nghĩa trước

WiMAX sẽ đóng vai quan trọng trong việc mang lợi ích của băng rộng đến các vùng nông thôn và vùng sâu xa trên đất nước, ở nơi đó WiMAX là phương tiện truyền dẫn hiệu quả nhất của việc mang các dịch vụ băng rộng

2.1.1 Không giống với không dây băng hẹp:

WiMAX, truy cập băng rộng được chứng thực, không giống với các giải pháp không dây băng hẹp đang tồn tại, nó cho phép cung cấp dịch vụ băng rộng cho xí nghiệp, doanh nghiệp nhỏ và hộ gia đình Hơn nữa, nó cũng hoạt động như thiết bị thông tin từ xa cung cấp các mạng đường trục cho các dịch vụ tế bào và các kết nối LAN WiMAX là:

• Multi-Mbps, không bị giới hạn đến vài trăm kbps

• Luôn luôn mở, băng thông theo nhu cầu, không định hướng

2.1.2 Không giống không dây băng rộng có quyền sở hữu:

WiMAX, truy cập băng rộng được chứng thực, không giống với các giải pháp không dây băng rộng có chủ sở hữu đang tồn tại, chi phí sẽ ít hơn Hơn nữa, không giống các giải pháp không dây băng rộng có chủ sở hữu nó sẽ không bị hạn chế của LOS WiMAX có thể làm việc tốt trong các điều kiện phađing, nhiễu, hiện tượng đa đường, NLOS và OLOS

2.1.3 Không giống với có dây băng rộng

WiMAX, truy cập băng rộng được chứng thực, không giống với các giải pháp băng rộng có dây đang tồn tại, sẽ phục vụ các vùng ở xa mà không cần các con quay

xe tải Việc lắp đặt và chi phí thiết bị thì rẻ hơn so với có dây băng rộng WiMAX có thể cung cấp

• Chi phí thấp thay thế cho giải pháp có dây

• Cơ hội để chọn lựa các khách hàng từ các vùng địa lý rộng lớn

2.1.4 Không giống WLAN:

WiMAX mặc dù chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi Wi-F, nhất là việc tiêu chuẩn hoá và việc cấp giấy chứng nhận, tuy nhiên không giống với các giải pháp WLAN đang tồn tại, WiMAX sẽ phục vụ nhiều khách hàng hơn qua vùng rộng lớn ở thông lượng cao hơn trong điều kiện bảo mật hơn Đó là

• Có thể phục vụ hàng trăm người sử dụng

• Hiệu quả phổ

• Hỗ trợ các yêu cầu chất lượng dịch vụ

• Thuộc tính đặc biệt của băng rộng không dây

2.2 Khả năng đột phá của WiMAX

Trong những năm gần đây, truyền thông dữ liệu băng rộng đã nhìn thấy một nhu cầu lớn Truy cập băng rộng không dây là thị trường viễn thông phát triển nhanh chóng một cách toàn cầu và có tiềm năng thị trường lớn Một vài khả năng của nó là:

• WiMAX được tối ưu cho các hệ thống NLOS và tự lắp đặt, có nghĩa là người

sử dụng không cần thêm các kỹ năng để làm việc với hệ thống này

• WiMAX được giúp đỡ bởi SoCs, RFICs, khả năng tương tác và âm lượng, nó giảm chi phí của hệ thống phần cứng xuống một mức độ không được nhìn thấy trong quá khứ Hơn nữa nó không cần các con lăn xe tải cho việc lắp đặt

• WiMAX có hiệu quả chi phí hơn, cung cấp QoS, độ ưu tiên của thoại/truyền hình và dữ liệu và dung lượng mạng cao hơn

• WiMAX có khả năng triển khai trên thị trường ở những nơi mà băng rộng có dây không có hiệu quả chi phí, chẳng hạn ở vùng sâu và ở các nước đang phát triển, cho phép sự truyền bá băng rộng nhanh chóng hơn, cho phép tốc độ cao hơn và xa hơn

2.3 WiMAX là gì?

Thông thường được đề cập như WiMAX hoặc WirelessMAN hoặc chuẩn giao tiếp vô tuyến, IEEE 802.16 là một chuẩn cho mạng truy cập đô thị không dây băng rộng cố định sử dụng kiến trúc điểm-tới-đa điểm Được công bố và ngày 8 tháng

4 năm 2002, tiêu chuẩn xác định việc sử dụng dải tần số được cấp phép giữa 10 GHz đến 66 GHz, và dải tần được cấp phép và không được cấp phép giữa 2 GHz và 11 GHz, và định nghĩa lớp MAC hỗ trợ các chuẩn lớp vật lý được đặc chế cho băng tần

số sử dụng và điều lệ liên kết chúng 802.16 hỗ trợ tốc độ bit cao cả hai đường lên và đường xuống từ trạm gốc lên đến khoảng cách 30 dặm

WiMAX là phiên bản không dây được chuẩn hoá của Ethernet để thay thế các công nghệ có dây (như các modems cáp, DSL và các liên kết T1/E1), cung cấp truy cập băng rộng đến khách hàng

WiMAX là diễn đàn tương tác toàn cầu cho truy cập vi ba, một tổ chức phi lợi

Chuẩn 802.16 rộng, phức tạp và đang phát triển, cung cấp nhiều tuỳ chọn và

mở rộng, vì thế khả năng tương tác là vấn đề chủ yếu

2.4 Tại sao dùng WiMAX?

WiMAX có thể đáp ứng các nhu cầu truy cập khác nhau Cung cấp các dịch

vụ băng rộng đến các thuê bao, lắp đầy các lỗ hổng của cáp, DSL và các dịch vụ T1, Wi-Fi và đường trục tế bào

WiMAX có thể hỗ trợ các giải pháp băng thông rất cao (lớn hơn 10 MHz)

WiMAX có thể cung cấp vùng phủ rộng và chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng thời gian thực VoIP đến các luồng video thời gian thực và các download không thời gian thực

WiMAX là công nghệ băng rộng không dây dựa trên IP, có thể được tích hợp trong cả hai mạng di động thế hệ thứ ba diện rộng (3G) và mạng không dây và

có dây, cho phép nó trở thành một phần của giải pháp truy cập băng rộng bất cứ thời gian nào, bất cứ thời điểm nào một cách liên tục

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của WiMAX

WiMAX làm việc giống như một WLAN (hoặc Wi-Fi), nó chỉ là một mạng nội hạt Ethernet (LAN) sử dụng vô tuyến thay cho các dây để kết nối Tuy nhiên WiMAX không bị giới hạn về phạm vi và dung lượng như WLAN, bởi vì nó đựơc thiết kế để làm việc qua các khoảng cách lên đến 50 km và tạo ra các mạng đô thị không dây (WMAN) Vì thế không giống với WLAN, nó được thiết kế để làm việc bên ngoài và qua các khoảng cách khá xa

Một mạng WiMAX có một số các trạm gốc và được kết hợp với các anten truyền thông vô tuyến đến các thiết bị khách hàng (hoặc các trạm thuê bao) WiMAX MAN dưới dạng giản đồ thì tương tự như sơ đồ điểm nối đa điểm của mạng tế bào

Nó quay tròn xung quanh bộ phận được định vị trí, các trạm gốc được đưa lên cao để các chùm tín hiệu đến CPE trong bán kính của chúng

Trạm gốc WiMAX được kết nối đến các mạng công cộng bằng cách sử dụng sợi quang, cáp, liên kết vi ba hoặc bất cứ kết nối điểm tới điểm tốc độ cao khác được biết như đường trục Các trạm gốc WiMAX cũng nối dây trực tiếp đến Internet hoặc

sử dụng các liên kết WiMAX đến các trạm gốc khác được kết nối Liên kết WiMAX điểm tới đa điểm đến các trạm gốc khác được sử dụng như một đường trục

Mỗi trạm gốc phục vụ nhiều trạm thuê bao bằng cách sử dụng kết nối điểm tới điểm tầm nhìn không thẳng hoặc tầm nhìn thẳng được biết như “last – mile” Trạm gốc cung cấp vùng phủ vô tuyến qua một vùng được gọi là cell Bán kính lớn nhất của cell về mặt lý thuyết là 50 km (phụ thuộc vào băng tần số được chọn

Với các mạng di động tế bào, anten trạm gốc có thể là đẳng hướng, cho dạng

tế bào tròn, hoặc định hướng cho phạm vi đường vạch hoặc dạng hình quạt cho điểm tới điểm hoặc sự gia tăng dung lượng mạng bởi việc phân chia các tế bào lớn một cách hiệu quả thành vài vùng hình quạt nhỏ hơn

Trạm thuê bao phục vụ một toà nhà (kinh doanh hoặc nhà riêng) bằng cách

sử dụng LAN không dây hoặc có dây Các trạm thuê bao ban đầu nói chung là các hệ

thống anten/máy thu phát nhỏ được gắn trên toà nhà để các mạng LAN trong toà nhà

đó được kết nối (như WLAN)

Hình 3.1 - Một giải pháp cho nhiều nhu cầu

3.1.2 K-Factor

Độ lớn tín hiệu phađing theo sự phân bố Rice, nó có thể được đặc trưng bởi hai thông số: Công suất Pc của các thành phần kênh không đổi và công suất Ps từ các thành phần kênh phân tán Tỉ số của hai thông số này (Pc/Ps) được gọi là Ricean K-

như là phân phối Rayleigh (K=0) Cả hệ thống thông tin cố định và di động phải được thiết kế cho các điều kiện phađing xấu nhất đảm bảo hệ thống hoạt động tin cậy (chẳng hạn phađing Rayleigh)

3.1.3 Doppler

Phổ Doppler kênh không dây cố định khác với phổ Doppler kênh di động Đối với các kênh không dây cố định, Doppler nằm trong dải tần số 0.1-2 Hz và gần theo luật số mũ Đối với các kênh không dây di động có thể trên 100 Hz

3.1.4 Sự phân cực nối xuyên

Sự phân cực nối xuyên (XPD) được định nghĩa như tỉ số của công suất thu trung bình đồng phân cực Pll với công suất thu trung bình phân cực nối xuyên, Po XPD xác định lượng khác nhau giữa hai kênh truyền dẫn sử dụng các định hướng phân cực khác nhau Giá trị XPD giảm khi khoảng cách tăng

3.1.5 Sự tương quan anten

Sự tương quan anten đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO), đa đầu vào đơn đầu ra (MISO) và đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) Nếu

hệ số tương quan phức tạp cao (chẳng hạn lớn hơn 07), sự phân tập và độ lợi ghép kênh có thể bị giảm đáng kể (hoặc bị giảm nhỏ một cách hoàn toàn trong trường hợp tương quan của 1

3.2.1 Bộ chuyển đổi số/tương tự và tương tự/số (DAC/ADC)

Các bộ chuyển đổi số/tương tự và tương tự/số, thiết bị trộn tín hiệu, tạo ra méo, nhiễu lượng tử

3.2.2 Đồng hồ DAC/ADC

Việc lấy mẫu xãy ra ở hai đầu phát và đầu thu sẽ không giống nhau và do đó sẽ

có tốc độ hơi khác nhau

3.2.3 Bộ dao động chuyển đổi lên xuống

Bộ chuyển đổi tần số sẽ đưa vào độ lệch tần số và gây ra nhiễu pha

3.3 Tradeoff linh động

WiMAX cung cấp sự linh hoạt lớn đến các nhà cung cấp dịch vụ, như chúng có thể điều chỉnh vi cấp nhiều thông số để chuyển dịch vụ thích hợp phụ thuộc vào nhu cầu khách hàng

WiMAX hoạt động ở phạm vi lên đến 30 dặm và cung cấp tốc độ dữ liệu lên đên 70 Mbps Khi một SS ở gần trạm gốc, nó sẽ yêu cầu điều chế QAM với bậc cao (64QAM), khi đó nó sẽ nhận tốc độ dữ liệu cao nhất Một SS ở xa hơn nó có thể yêu cầu điều chế với bậc thấp hơn (như 16QAM), khi đó hiệu suất thấp hơn, sẽ cung cấp tốc độ thấp hơn, nhưng tối thiểu giữ cho SS được kết nối

Hơn nữa, phương pháp điều chế có thể thay đổi thời gian thực, từ người sử dụng đến người sử dụng và thậm chí từ giây đến giây cho người sử dụng đơn Một hệ thống 802.16a do đó có thể cung cấp một cách liên tục các tốc độ dữ liệu cao nhất ở các điều kiện nó tồn tại

WiMAX cũng cung cấp sự thoả hiệp giữa độ rộng kênh và số người dùng Không giống như động rộng kênh cố định 20 MHz của Wi-Fi, các kênh WiMAX có thể thay đổi độ rộng từ 1.5 đến 20 MHz Vào thời điểm ban đầu, khi có ít thuê bao thì

sẽ sử dụng các kênh hẹp và sau đó thêm các kênh hoặc sử dụng các kênh rộng hơn khi

truy cập không dây băng rộng đến vài khách hàng ở nông thôn và một kênh rộng để cung cấp tương đương một kết nối T1 đến nhiều khách hàng kinh doanh đồng thời

3.4 Các mạng WiMAX

802.16 được thiết kế ban đầu để cung cấp kết nối băng rộng last-mile dựa trên chuẩn linh hoạt, hiệu quả chi phí để lắp đầy lỗ hổng vùng phủ băng rộng hiện không được phục vụ bởi giải pháp có dây như cáp hoặc DSL, các phiên bản được phát triển của chuẩn đang nhắm đến việc tạo ra các dạng mới của dịch vụ băng rộng với cả tốc

• Phổ - Có thể được triển khai ở cả hai phổ được cấp phép và không được cấp phép

• Cấu hình mạng (Topo) - Hỗ trợ các cấu hình mạng truy cập vô tuyến (RAN) khác nhau

• Làm việc ảnh hưởng lẫn nhau - kiến trúc mạng truy cập vô tuyến độc lập (RAN) cho phép hợp nhất và ảnh hưởng lẫn nhau với các mạng Wi-Fi, 3GPP

và 3GPP2 và các mạng lõi hoạt động IP đang tồn tại (chẳng hạn DSL, cáp, 3G) thông qua các giao tiếp dựa trên IP nó không có miền hoạt động rõ ràng

• Kết nối IP - hỗ trợ sự pha trộn của các kết nối IPv4 và IPv6 ở máy khách và máy chủ ứng dụng

• Quản lý di động - khả năng mở rộng truy cập cố định đến việc chuyển nhiều dịch vụ di động và băng rộng

WiMAX đã định nghĩa hai profile hệ thống MAC, đó là profile MAC hệ thống ATM cơ bản và profile MAC hệ thống IP cơ bản Cũng vậy, họ đã định nghĩa hai profile hệ thống PHY cơ bản, đó là kênh độ rộng 25 MHz cho việc sử dụng ở dải 10 –

66 GHz (chủ yếu được triển khai ở Mỹ) và kênh rộng 28 MHz cho sử dụng ở 10 – 66 GHz (được triển khai chủ yếu ở Châu Âu)

Nhóm làm việc kỹ thuật WiMAX đang định nghĩa các profile hệ thống MAC và PHY cho các chuẩn IEEE 802.16a và HiperMan Profile MAC bao gồm phiên bản dựa trên IP cho cả WirelessMAN (được cấp phép) và WirelessHUMAN (miễn cấp phép)

Chuẩn IEEE 802.16 được thiết kế để phát triển một tập hợp các chuẩn giao tiếp

vô tuyến cho WMAN dựa trên giao thức MAC thông thường nhưng với chuẩn lớp vật

lý phụ thuộc vào phổ sử dụng và sự điều chỉnh được liên kết Nhóm làm việc IEEE 802.16 thiết kết lớp điều khiển truy cập trung gian linh hoạt (MAC) và đi kèm lớp vật

lý (PHY) cho 10-66 GHz

SS WIMAX với

WiFi

Vùng phủ bên ngoài WiMAX

Vùng phủ bên trong WiMAX

Trạm gốc WiMAX

SS WIMAX với WiFi

về các loại WiMAX riêng biệt này thì điều quan trọng để hiểu và đánh giá những khác nhau chủ yếu giữa hệ thống truy cập không dây di động, nay đây mai đó và cố định

Đặc tính cơ bản phân biệt các hệ thống này là tốc độ mặt đất nơi mà hệ thống được thiết kế để hoạt động Dựa trên truy cập không dây di động có thể được chia thành bốn loại đó là: đứng yên một chỗ (0 km/h), đi bộ (lên đến 10 km/h), xe cộ (được phân nhỏ hơn tiêu biểu lên đến 100 km/h và tốc độ cao lên đến 500 km/h)

Hệ thống truy cập không dây di động có thể được biết như xe cộ, trong khi cố định mặt khác được xem như đứng yên một chỗ thậm chí đi bộ Điều này đặt ra câu hỏi về hệ thống truy cập không dây nay đây mai đó, nó được hiểu như một hệ thống truy cập không dây cố định nhưng thuê bao có thể thay đổi vị trí của nó, bên trong cũng như bên ngoài cell của nó Ví dụ, một thuê bao WiMAX hoạt động ở văn phòng suốt thời gian của ngày, và di chuyển về nhà riêng vào buổi tối, nếu hệ thống truy cập không dây này làm việc ở cả hai vị trí đó thì nó có thể được xem như “nay đây mai đó”

3.5.1 Cố định

Thêm một thách thức cho giao tiếp không khí truy cập cố định là nhu cầu thiết lập khả năng liên kết vô tuyến hiệu suất cao của tốc độ dữ liệu so với dịch vụ băng rộng có dây, bằng cách sử dụng thiết bị có thể tự lắp đặt bên trong nhà bởi người sử dụng, như là trường hợp cho các modem DSL và cáp Chuẩn IEEE 802.16 cung cấp công nghệ lớp vật lý (PHY) tiến bộ để tạo ra giới hạn liên kết có khả năng hỗ trợ thông lượng cao trong các môi trường NLOS Sự mở rộng 802.16a, được phê chuẩn vào tháng một năm 2003, sử dụng tần số thấp hơn của 2-11 GHz, cho phép kết nối tầm nhìn không thẳng

Nhóm làm việc 802.16e mới đây cho phép các khách hàng 802.16 di động Các khách hàng này sẽ có thể chuyển giao giữa các trạm gốc 802.16, cho phép người sử dụng di chuyển giữa các vùng dịch vụ Có thể có hai trường hợp của khả năng mang