ứng dụng dịch vụ voip vào trong mạng wimax

- Mặc dù hiện tại công nghệ mạng điện thoại tế bào 3G và mạng LAN không dây đã hỗ trợ các phiên bản sơ cấp của các dịch vụ tin tức thời gian thực, nghe nhạc trực tuyến và xem phim theo y

PHẦN GIỚI THI U

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập tại trường, nhờ sự giúp đỡ và dạy dỗ của quý thầy cô Nh m thực hiện đề tài đã tích lũy được một số kiến thức nền tảng cho nghề nghiệp sau này Với tấm lòng tôn sư trọng đạo và tri ân sâu sắc, nh m sinh viên thực hiện xin bày tỏ lòng

biết ơn đến cô Phạm Hồng Liên, người đã tận tình hướng dẫn, g p ý, động viên trong

suốt quá trình thực hiện đề tài Với phương pháp làm việc khoa học, kinh nghiệm thực tiễn, cô đã truyền đạt cho nh m những lời khuyên quí báu để đồ án tốt nghiệp này hoàn thành tốt đẹp

Nh m thực hiện đề tài xin chân thành biết ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong trường

n i chung và thầy cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông n i riêng

Cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã luôn động viên, khuyến khích, giúp đỡ để đồ án này hoàn thành đúng tiến độ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011

Sinh viên thực hiện



QUYẾT ĐỊNH GI O ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh viên: Huỳnh Hoàng Triều MSSV: 06117087

Ngành: Công Nghệ Điện Tử Viễn Thông

Tên đề tài: Tìm Hiểu Công Nghệ Voip Trong Mạng Wimax

1) Cơ sở ban đầu:

2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

3) Các bản vẽ:

4) Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Hồng Liên

5) Ngày giao nhiệm vụ: 27/9/2010

6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/1/2011

Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng năm 20…

Chủ nhiệm bộ môn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP

HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦ GIÁO VIÊN PHẢN BI N

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011

Giáo viên phản biện

LỜI NÓI ĐẦU

Đặt vấn đề

- Mặc dù dịch vụ truyền số liệu ngày càng phổ biến nhưng dịch vụ truyền thoại vẫn là nguồn doanh thu chính của nhà cung cấp dịch vụ mạng Hai loại mạng cung cấp dịch vụ thoại phổ biến nhất là mạng điện thoại cố định PSTN và mạng điện thoại di động Việc triển khai hai công nghệ mạng này đòi hỏi cơ sở hạ tầng rất đắt tiền Do đó, người ta ra sức tìm kiếm các giải pháp khác để có thể cung cấp dịch vụ thoại chất lượng tốt với chi phí thấp hơn Sử dụng cơ sở hạ tầng IP có sẵn là một giải pháp có chi phí thấp Giao thức dùng để truyền tín hiệu thoại trong mạng IP được gọi là giao thức VoIP

- Chúng ta gặp phải nhiều khó khăn khi nghiên cứu triển khai các ứng dụng thời gian thực trên mạng Internet Những dịch vụ như VoIP đòi hỏi sự bảo đảm chất lượng dịch vụ tối thiểu Trong khi đó, mạng IP lại có cấu trúc nỗ lực tối đa nghĩa là không có bất cứ một sự bảo đảm nào về chất lượng dịch vụ hay độ ưu tiên Xác suất mất gói và độ trễ tùy thuộc vào hiện trạng tải trên mạng Mặc dù một số bộ mã hóa

có khả năng hạn chế lỗi ở một mức độ nào đó nhưng chất lượng cuộc gọi VoIP vẫn còn nhạy đối với sự giảm sút công năng trong mạng Duy trì những cuộc gọi VoIP chất lượng tốt lại trở nên thách thức hơn khi mạng IP được mở rộng sang lĩnh vực không dây, thông qua mạng LAN không dây dựa trên chuẩn 802.11 hay mạng điện thoại tế bào thế hệ thứ ba (3G) Việc cung cấp các dịch vụ trong mạng không dây trở nên cấp thiết vì nhu cầu sử dụng dịch vụ thời gian thực qua mạng không dây là rất cao

- Mặc dù hiện tại công nghệ mạng điện thoại tế bào 3G và mạng LAN không dây

đã hỗ trợ các phiên bản sơ cấp của các dịch vụ tin tức thời gian thực, nghe nhạc trực tuyến và xem phim theo yêu cầu, nhưng lại không có khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng rộng rãi và đòi hỏi băng thông cao cho những chương trình ứng dụng multimedia này Ngoài ra, hầu hết công nghệ truy cập đều không có đặc tính phân biệt nhu cầu của từng ứng dụng cụ thể Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ không dây, nhiệm vụ cung cấp kết nối đoạn đường cuối băng rộng vẫn còn là một thử thách Đoạn đường cuối là thuật ngữ chỉ kết nối từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ đến người dùng gia đình hoặc doanh nghiệp Trong số những công nghệ truy cập băng rộng không dây đang được phát triển, WiMAX có lẽ là đối thủ nặng ký nhất

Mục tiêu đề tài

 Tìm hiểu khái niệm Wimax, các ưu điểm chính của Wimax

 Tìm hiểu những đặc tính của dịch vụ Voip qua mạng Wimax

 Tìm hiểu phần mềm mô phỏng Opnet

 Khảo sát chất lượng cuộc gọi Voip đơn giản qua mạng Wimax sử dụng Opnet

 Thông qua quá trình làm đề tài, nhóm thực hiện đề tài cũng mong muốn củng cố lại những kiến thức đã học, rèn luyện thói quen và tác phong nghiên cứu khoa học nhằm trang bị hành trang chuẩn bị sau khi ra trường Cuối cùng, nhóm thực hiện đề tài mong muốn bằng kiến thức nhỏ bé của mình có thể giúp đẩy nhanh tốc độ tiếp cận công nghệ mới của nền công nghiệp nước ta trong tương lai

Đối tượng nghiên cứu

 Hệ thống Wimax và việc ứng dụng công nghệ Voip vào trong Wimax nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ

MỤC LỤC

PHẦN A GIỚI THIỆU i

LỜI CẢM ƠN ii

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN v

LỜI NÓI ĐẦU vi

MỤC LỤC viii

LIỆT KÊ BẢNG xi

LIỆT KÊ HÌNH xii

PHẦN B NỘI DUNG xiv

CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIMAX 15

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG DỮ LIỆU KHÔNG DÂY 15

1.1.1 Mạng không dây băng rộng 15

1.1.2 Các mạng dữ liệu không dây 16

1.2 GIỚI THIỆU VỀ WIMAX 17

1.2.1 Giới thiệu chung 17

1.2.2 Quá trình phát triển, xu thế chung và phân loại wimax 18

1.2.3 Mô hình hệ thống 19

1.3 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA WIMAX 20

1.3.1 Ưu điểm 21

1.3.2 Nhược điểm 23

1.4 CẤU TRÖC CỦA WIMAX 23

1.4.1 Lớp vật lý (PHY) 24

1.4.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) 25

1.5 CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG WIMAX 31

1.5.1 Kỹ thuật OFDM 31

1.5.2 Kỹ thuật OFDMA 34

1.5.3 Các công nghệ anten tiên tiến 36

1.6 ỨNG DỤNG CỦA WIMAX 37

1.6.1 Mạng dùng riêng 39

1.6.2 Các mạng phục vụ cộng đồng 41

1.7 WIMAX VỚI CÁC CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG KHÁC 42

1.7.1 So sánh WiMAX cố định và LMDS, MMDS 43

1.7.2 So sánh WiMAX di động với 3G 44

1.7.3 So sánh WiMAX di động với WiBro 46

1.7.4 So sánh WiMAX với WiFi 47

CHƯƠNG 2-TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VOIP 50

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VOIP 50

2.1.1 Giới thiệu chung 50

2.1.2 Nguyên lý làm việc 51

2.1.3 Đặc tính của mạng VoIP 53

2.2 CÁC GIAO THỨC SỬ DỤNG TRONG VOIP 55

2.2.1 Các giao thức truyền tải trong mạng Voip 55

2.2.2 Các giao thức báo hiệu Voip 61

2.3 YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG ĐỐI VỚI VOIP 70

2.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CUỘC GỌI VOIP 71

2.4.1 Điểm số ý kiến trung bình MOS 73

2.4.2 R-Score 74

2.4.3 Đánh giá chất lượng cuộc gọi từ R-score 77

2.4.4 Độ nhạy trễ và mất gói của VoIP 78

2.5 KẾT NỐI MẠNG VOIP VỚI MẠNG PSTN 80

2.5.1 Cuộc gọi bắt đầu từ mạng VoIP (SIP) và kết thúc tại PSTN 80

2.5.2 Cuộc gọi bắt đầu từ PSTN và kết thúc ở mạng VoIP 82

CHƯƠNG 3-ỨNG DỤNG VOIP TRONG MẠNG WIMAX 83

3.1 MÔ HÌNH VOIP TRONG MẠNG WIMAX 83

3.2 XÁC SUẤT KHÔI PHỤC GÓI 84

3.1.1 Giảm tải trọng, với kích thước mã cố định 84

3.1.2 Tăng kích thước mã với tải trọng cố định 85

3.1.3 Tăng cả kích thước tải trọng lẫn kích thước mã 85

3.3 CHO PHÉP CƠ CHẾ ARQ 85

3.4 KÍCH THƯỚC MPDU TỐI ƯU 86

3.5 CẤP PHÁT ĐỘNG MINISLOT 88

CHƯƠNG 4-MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 89

4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPNET 89

4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 89

PHẦN C KẾT LUẬN 99

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 101

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Bảng 1.5 Các đặc tính chính của WiMAX di động và WiBro

Bảng 2.1 Các chuẩn mã hóa thoại

Bảng 2.2 So sánh các đặc tính của TCP, UDP và SCTP

Bảng 2.3 Phân chia các lớp Response

Bảng 2.4 So sánh giữa H.323 và SIP

Bảng 2.5 Các giá trị của MOS

Bảng 2.6 Ví dụ tạm thời cho hệ số thuận lợi A

Bảng 2.7 Thông số suy hao mất gói

Bảng 3.1 Phân loại feedback

LI T KÊ HÌNH

Hình 1.1 Minh họa các loại mạng không dây

Hình 1.2 Các cấu hình mạng trong các vùng thành thị và nông thôn

Hình 1.3 Mô hình phân lớp trong hệ thống WIMAX so với OSI

Hình 1.4 Lớp MAC với các điểm truy nhập dịch vụ

Hình 1.5 Các định dạng MAC PDU

Hình 1.6 So sánh giữa FDM và OFDM

Hình 1.7 Sơ đồ khối hệ thống OFDM

Hình 1.8 Khái niệm về chuỗi bảo vệ

Hình 1.9 ISI và cyclic prefix

Hình 1.15 Minh họa một số ứng dụng dặm cuối của WiMAX

Hình 1.16 Các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến băng rộng

Hình 1.17 Phạm vi của WiMAX di động và WiBro trong chuẩn 802.16e

Hình 2.1 Kiến trúc VoIP đơn giản hóa

Hình 2.2 Giao thức báo hiệu H.323

Hình 2.3 Q.931 trong thiết lập cuộc gọi

Hình 2.4 Thiết lập cuộc gọi SIP với Proxy Server

Hình 2.5 Tổng trễ từ miệng đến tai trong cuộc gọi Voip

Hình 2.6 Việc tạo gói dữ liệu dựa vào tín hiệu tích cực

Hình 2.7 Kết nối tham chiếu của E-model

Hình 2.8 R và các tính toán suy hao

Hình 2.9 Hàm MOS theo R

Hinh 2.10 R-score theo độ trễ

Hình 2.11 R-score theo độ mất gói

Hình 2.12 Quá trình thiết lập cuộc gọi SIP-PSTN

Hình 2.13 Quá trình thiết lập cuộc gọi PSTN – SIP

Hình 3.1 Mô hình triển khai mạng Wimax-Voip

Hình 3.2 Ghép nhiều MSDU thành MPDU (aggregation)

Hình 3.3 Một MSDU đƣợc phân mảnh đến cho nhiều MPDU

Hình 4.1 Mô hình hệ thống Wimax cơ bản

Hình 4.2 Thiết lập thông số cho BS

Hình 4.3 Thiết lập thông số cho WS

Hình 4.4 Thiết lập thông số điều chế wimax

Hình 4.5 Cấu hình Wimax

Hình 4.6 Thiết lập modul application

Hình 4.7 Thiết lập modul Profile

Hình 4.8 So sánh Jitter của các WS

Hình 4.9 So sánh mất gói giữa 2 WS ở xa BS

Hình 4.10 So sánh mất gói giữa 2 WS ở gần BS

Hình 4.11 So sánh delay giữa 2 WS ở các khoảng cách khác nhau

Hình 4.12 Jitter của các WS khi thay đổi thông số của WS

Hình 4.13 Mất gói giữa 2 WS ở xa BS khi thay đổi thông số của WS

Hình 4.14 Mất gói giữa 2 WS ở gần BS khi thay đổi thông số của WS

Hình 4.15 Delay của các WS khi thay đổi thông số của WS

Hình 4.16 Jitter của các WS khi thay đổi thông số của BS

Hình 4.17 Mất gói giữa 2 WS ở xa BS khi thay đổi thông số của BS

Hình 4.18 Mất gói giữa 2 WS ở gần BS khi thay đổi thông số của BS

Hình 4.19 Delay giữa các WS khi thay đổi thông số của BS

Hình 4.20 Jitter của các WS khi thay đổi thông số của WS và BS

Hình 4.21 Mất gói giữa 2 WS ở xa BS khi thay đổi thông số của WS và BS

Hình 4.22 Mất gói giữa 2 WS ở gần BS khi thay đổi thông số của WS và BS Hình 4.23 Delay giữa các WS khi thay đổi thông số của WS và BS

PHẦN B NỘI DUNG

CHƯƠNG 1-TỔNG QU N VỀ MẠNG WIM X

1.1 GIỚI THI U CHUNG VỀ MẠNG DỮ LI U KHÔNG DÂY

1.1.1 Mạng không dây băng rộng

- Ngày nay, nhu cầu của khách hàng ngày càng cao gia tăng Người tiêu dùng không đơn thuần chỉ muốn truyền email, văn bản text, fax,… mà họ mong muốn sử dụng các dịch vụ đa phương tiện như: hội nghị truyền hình, nghe nhạc, xem phim trực tuyến, xem tivi trực tuyến, các chương trình trực tuyến trên mạng Khi đó tốc

độ 33,6Kbps, thậm chí 56Kbps trên đôi cáp đồng bằng phương thức dial-up không thể đủ để triển khai các dịch vụ loại này

- Hiện tại, khi mà tốc độ của mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP)

đã được tăng đáng kể, khả năng xử lí tại đầu cuối phía khách hàng cũng ngày một mạnh thì việc mạng truy nhập vẫn hạn chế như vậy sẽ gây ra hiện tượng nghẽn cổ chai (bottleneck) Vấn đề được đặt ra là cần phải cải thiện nốt mạng truy nhập để nó đáp ứng được nhu cầu của cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng

Công nghệ băng rộng: chính là các công nghệ sinh ra để giải quyết vấn đề về

mạng truy nhập Đó là thuật ngữ chỉ bất kì loại truy cập internet tốc độ cao nào Công nghệ băng rộng cho phép các cá nhân hoặc tổ chức có thể truy cập internet cả

24 giờ trong một ngày, tạo môi trường cho việc sử dụng hoặc cung cấp các dịch vụ chất lượng cao

Đặc điểm nổi bật của mạng không dây băng rộng:

- Đặc điểm đầu tiên là cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một

mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, có thể thiết lập mạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém

- Đặc điểm thứ hai là nhanh, nó cho phép truy cập với một tốc độ gấp 10-20 lần so

với phương pháp quay số thông thường, thậm chí hơn nữa Khi ta dùng modem để quay số, tốc độ chỉ có thể đạt từ 30 đến 50Kbps còn với một kết nối băng rộng, tốc

độ lên tới từ 256Kbps đến 10Mbps, phụ thuộc vào dịch vụ mà ta chọn

- Đặc điểm thứ ba là luôn kết nối Bất kì khi nào máy tính được bật lên thì nó đều

ở trạng thái kết nối với internet Điều này có nghĩa là không phải lãng phí thời gian cho việc quay số và đợi modem kết nối mỗi lần muốn vào interntet Sẽ không có chuyện bị cảnh báo mạng bận hoặc hiếm khi bị rớt ra khỏi mạng Không bắt buộc phải ngừng dịch vụ điện thoại trong khi dùng dịch vụ internet Tức là thuê bao hoàn toàn không phải trả tiền cho đường dây thuê bao thứ hai Hơn thế nữa cũng có thể chia sẻ giữa nhiều máy với nhau thông qua một kết nối internet

- Trong 3 đặc điểm trên, đặc điểm đáng nói nhất của công nghệ băng rộng chính là tốc độ Chính vì đạt được tốc độ cao như vậy nên có thể triển khai được rất nhiều các dịch vụ khác mà với các kết nối quay số thông thường không thể làm được

Điều này đồng nghĩa với việc thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của các dịch vụ xã hội khác Có thể kể qua ở đây một số dịch vụ đáng chú ý như: dịch

vụ cho phép truyền các tệp tin với dung lượng lớn, có thể là tệp văn bản, tệp âm thanh, tệp hình ảnh, tệp phim…; các dịch vụ nhắn tin nhanh (instant message); dịch

- vụ hội tụ tốc độ cao (video conferencing)

1.1.2 Các mạng dữ liệu không dây

- Một số lượng lớn công nghệ truyền dẫn không dây đang tồn tại, những hệ thống khác vẫn còn đang được thiết kế Những công nghệ này có thể được phân phối trên những họ mạng khác nhau Trong hình 1.1, chúng ta thấy các loại mạng không dây cùng với các công nghệ nổi tiếng nhất cho mỗi loại mạng

Hình 1.1 Minh họa các loại mạng không dây

- PAN là một mạng dữ liệu không dây được sử dụng để giao tiếp giữa những thiết

bị gần người dùng Phạm vi của PAN là khoảng vài mét, nói chung là dưới 10m, mặc dù một số công nghệ WPAN có thể truyền xa hơn Một số ví dụ công nghệ WPAN là Bluetooth, UWB và Zigbee

- LAN là mạng dữ liệu được sử dụng cho giao tiếp giữa các thiết bị như máy tính, điện thoại, máy in và PDA Mạng này phủ sóng một khu vực tương đối nhỏ, như một ngôi nhà, một văn phòng hay một khuôn viên nhỏ Phạm vi của LAN khoảng 100m Hiện tại các mạng LAN được sử dụng nhiều nhất là Ethernet (LAN cố định)

và WiFi (Wireless LAN, hay WLAN)

- MAN là mạng dữ liệu có thể phủ sóng lên đến vài km, điển hình là một trường học lớn hay một thành phố Ví dụ như một trường đại học có một mạng MAN được liên kết từ nhiều mạng LAN, mỗi mạng LAN phủ sóng khoảng 1/2 km2 Từ mạng MAN này, trường đại học có thể liên kết với nhiều mạng MAN khác hình thành nên một mạng WAN Những ví dụ về công nghệ MAN là FDDI, DQDB và Ethernet-based MAN WiMAX cố định có thể được xem như là một mạng MAN không dây (WMAN)

- WAN mạng dữ liệu phủ sóng một vùng địa lý rộng lớn, cỡ một quốc gia Mạng WAN dựa trên những kết nối LAN, cho phép người dùng ở thành phố này có thể giao tiếp với người dùng ở thành phố khác Thông thường, một mạng WAN bao gồm nhiều node chuyển mạch Những kết nối này sử dụng kênh thuê riêng, phương

pháp chuyển mạch mạch và chuyển mạch gói Hiện tại mạng WAN được sử dụng nhiều nhất là mạng Internet Những ví dụ khác là mạng WiMAX di động và 3G, chúng được gọi là mạng WAN không dây Mạng WAN thường có tốc độ truyền dữ liệu nhỏ hơn nhiều so với LAN (ví dụ như Internet và Ethernet)

1.2 GIỚI THI U VỀ WIM X

1.2.1 Giới thiệu chung

- Như chúng ta đã thấy ở trên, hệ thống các công nghệ vô tuyến là một hệ thống rất rộng và đã phát triển từ lâu với những công nghệ hiện nay đang được sử dụng khá rộng rãi như wifi, vệ tinh, vi ba… tuy nhiên người ta vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ vô tuyến do những công nghệ cũ chưa đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường WiMAX là một công nghệ mới với những tính năng vượt trội đã và đang được lắp đặt thử nghiệm cũng như đi vào hoạt động chính thức trên quy mô toàn cầu

- WiMAX (Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên chuẩn 802.16 của IEEE cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp, DSL và WLAN

- Công nghệ WiMAX, hay còn gọi là chuẩn 802.16 là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và được coi là có tiềm năng to lớn để trở thành giải pháp “dặm cuối” lý tưởng nhằm mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở

- Công nghệ WiMAX có khả năng phủ sóng rộng hơn, bao phủ cả một khu vực thành thị hay một khu vực nông thôn nhất định Công nghệ này có thể cung cấp với tốc độ truyền dữ liệu đến 75 Mbps tại mỗi trạm phát sóng với tầm phủ sóng từ 2 km đến 10 km Với băng thông như vậy, công nghệ này có đủ khả năng để hỗ trợ cùng lúc (thông qua một trạm phát sóng đơn lẻ) khả năng kết nối của hơn 60 doanh nghiệp với tốc độ kết nối của đường T1/E1 và hàng trăm gia đình với tốc độ kết nối DSL

- Sự bùng nổ mạng WLAN ở Mỹ và Châu Âu đã cho thấy nhu cầu về mạng không dây đặc biệt là truy cập Internet không dây là rất lớn Trong khi nhu cầu đối với các dịch vụ băng thông rộng trên toàn thế giới ngày càng gia tăng, WiMAX chính là giải pháp tiềm năng giúp cho hàng triệu người có thể truy cập Internet băng thông rộng mà không cần dây nối ở khoảng cách xa

- WiMAX là công nghệ mới, do IEEE phát triển nhằm giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến băng rộng điểm – điểm, điểm – đa điểm WiMAX có nhiều ứng dụng, như kết nối xa cho nhà riêng và cơ sở kinh doanh và kết nối đường trục giữa các điểm truy cập nóng của mạng WiFi

- Có thể nói rằng WiMAX hoạt động tương tự như mạng LAN không dây WiFi nhưng với tốc độ cao hơn, khoảng cách xa hơn và số lượng người sử dụng nhiều hơn Công nghệ này có thể giúp “phủ sóng” những khu vực không có dịch vụ Internet băng rộng ở các vùng ngoại ô và nông thôn

1.2.2 Quá trình phát triển, xu thế chung và phân loại wimax

- Trải qua số năm không nhiều, WiMAX đã phát triển và đổi mới khá nhanh,hiện nay WiMAX đang được thử nghiệm và đi vào hoạt động

- Xu hướng băng thông rộng di động :

 Ông Michael Lai, Giám đốc điều hành Packet One, công ty viễn thông đang triển khai thử nghiệm WiMAX tại Malaysia, cho rằng WiMAX nằm trong xu hướng phát triển mới Theo đó, xu hướng lớn đầu tiên trong ngành viễn thông là xu hướng di động, xu hướng lớn thứ hai là băng thông rộng

 Băng thông rộng hiện nay vẫn chủ yếu ở dạng cố định và chia sẻ, tức là nhiều nguời dùng chung một băng thông (ADSL, cáp ) Tuy nhiên, xu hướng lớn thứ ba đang bắt đầu diễn ra là băng thông rộng di động, hay còn được coi

là băng thông rộng cá nhân, nghĩa là mỗi người có một băng thông riêng tới thiết bị cá nhân của riêng mình WiMAX ra đời nhằm đáp ứng xu hướng này

- Quá trình phát triển của WiMAX trải qua một số các chuẩn như là:

 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2 - 11 GHz Đây là băng tần thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với

BS thông qua một thiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới rộng

 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a

 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tần từ 10-66GHz với mục đích cải tiến interoperability

 802.16d : Có một số cải tiến nhỏ so với chuẩn 802.16a Chuẩn này được chuẩn hóa 2004 Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này

 802.16e : Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hóa Đặc điểm nổi bật của chuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn nhất mà vẫn có thể dùng tốt dịch vụ này là 100km/h) IEEE 802.16e hay IEEE 802.16e-2005 là một chuẩn mở rộng (amendment) của chuẩn 802.16-

2004, thường được gọi là WiMAX di động (Mobile WiMAX) vì nó có khả năng đáp ứng dịch vụ cho người dùng di động thông qua các giao thức chuyển giao 802.16e dùng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA, sử dụng kỹ thuật MIMO

và AAS để cải thiện vùng phủ và năng suất, mã Turbo và LDPC để tăng tính

an toàn và cải thiện hiệu năng của NLOS

 Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hóa như 802.16g, 802.16f, 802.16h

- Có hai mô hình ứng dụng WiMAX là: Mô hình ứng dụng cố định và mô hình ứng dụng di động

 Mô hình cố định: sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004

Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các ăng ten đặt cố định tại nhà các thuê bao Ứng dụng LOS ở dải tần số 10-

66 GHz và NLOS ở dải 2- 11 GHz

 Mô hình ứng dụng di động: Sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn

IEEE 802.16e Tiêu chuẩn 802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hướng tới những người dùng di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz Tiêu chuẩn IEEE 802.16e mới được thông qua trong năm 2005

1.2.3 Mô hình hệ thống

Thành phần hệ thống:

- Hệ thống WIMAX gồm 2 phần:

 Trạm gốc WIMAX: trạm gốc bao gồm thiết bịđiện tử trong nhà và tháp

WIMAX Thông thường, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 10 km (theo lý thuyết, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 50 km) Mọi node vô tuyến bên trong vùng phủ sóng có thể truy cập internet

 Máy thu WIMAX: máy thu và anten có thể là hộp riêng lẻ hoặc card PC ở

trong máy tính hay máy tính xách tay Truy cập tới trạm gốc WIMAX tương đương với truy cập tới điểm truy cập vô tuyến trong mạng WiFi, nhưng vùng phủ sóng lớn hơn Một vài trạm gốc được kết nối với một trạm gốc khác với việc sử dụng các liên kết sóng vi ba backhaul tốc độ cao

Hình 1.2 Các cấu hình mạng trong các vùng thành thị và nông thôn

- Một vài trạm gốc có thể được nối với một trạm gốc khác sử dụng các liên kết backhaul tốc độ cao Điều này cho phép thuê bao WIMAX chuyển vùng từ một trạm gốc này tới vùng trạm gốc khác, giống như chuyển vùng được cho phép bởi các công ty điện thoại tổ ong

- Một vài lựa chọn backhauling và cấu hình được hỗ trợ cho các trạm gốc WIMAX: backhauling có dây (thường qua Ethernet), kết nối vi ba điểm tới điểm, cũng như backhaul WIMAX Đối với lựa chọn sau cùng, trạm gốc có khả năng backhaul chính nó Điều này có thể đạt được bằng cách dự trữ phần độ rộng băng tần thường được dùng cho lưu lượng người sử dụng đầu cuối và sử dụng nó cho các mục đích backhauling

- Đối với WIMAX di động thì do đặc thù của tính di động nên người ta còn phải chú trọng nhiều đến những vấn đề liên quan để tăng khả năng phát sóng và thu sóng của thiết bị di động

1.3 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦ WIM X

- Chúng ta có thể hình dung cơ chế hoạt động của mạng WiMAX như mạng điện thoại di động Nghĩa là có một tổng đài phát sóng và một mạng lưới các trạm phát WiMAX để phủ sóng đến từng người dùng cuối Phạm vi phủ sóng lớn nhất của trạm WiMAX đạt 50km

- Vì công nghệ WiMAX hỗ trợ cho cả dạng truy nhập cố định (Fix) và di động (mobile) nên hệ thống WiMAX cũng có những đặc điểm khác nhau đối với 2 dạng truy nhập khác nhau này

Đặc điểm Fixed WiMAX:

- Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km

- Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa là 70Mb/s

- Hoạt động trong cả 2 môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS

và đường truyền che khuất NLOS

- Dải tần làm việc 2-11GHz và 10-66GHz

- Hướng truyền tin được chia thành 2 đường lên và xuống Phân chia đường lên và xuống có thể dùng cả 2 công nghệ: TDD và FDD

- Fixed WiMAX sử dụng phương pháp điều chế OFDM, định nghĩa kích thước của FFT là 256 với 192 sóng mang dữ liệu, 8 sóng mang dẫn đường và 55 sóng mang bảo vệ

- Các phương pháp điều chế số được sử dụng là: QPSK, 16QAM, 64QAM; dùng phối hợp các phương pháp mã hóa sửa lỗi là mã khối (Reed Salomon) và mã xoắn (mã chập) CC

- Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con 1,75MHz Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, 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

- Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được chia thành 4 lớp: Lớp con hội tụ (convergence layer) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp bảo mật (Security) và lớp vật lý (Physical) Các lớp này tương đương với hai lớp dưới cùng của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hóa để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên

Đặc điểm Mobile WiMAX:

- Khoảng cách giữa trạm thu và phát trong khoảng 1.7 – 5 km

- Tốc độ truyền: 10 – 30Mb/s

- Không yêu cầu truyền trong tầm nhìn thẳng

- Dải tần làm việc của Mobile WiMAX tập trung trong khoảng tần số dưới 6GHz ( 2,3 GHz; 2,5 GHz; 3,3 GHz; 3,5 GHz)

128, 512, 1024 hay lớn nhất là 2048 Số sóng mang con này được chia thành các kênh con với số lượng kênh con lớn nhất là 32

- Mobile WiMAX sử dụng phương pháp điều chế và mã hóa thích ứng, hỗ trợ các kiểu điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM Phương pháp mã hóa sửa lỗi dùng mã xoắn

CC và mã CTC

1.3.1 Ưu điểm

- Được xây dựng trên tiêu chuẩn IEEE.802.16, WIMAX là hệ thống đa truy nhập không dây băng rộng dùng công nghệ OFDM với cả hai kiểu đường truyền LOS và NLOS

- Kiến trúc mềm dẻo: WIMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống, bao gồm điểm

tới điểm, điểm tới đa điểm, và bao phủ khắp nơi MAC WIMAX hỗ trợ điểm tới đa điểm và các dịch vụ ở khắp nơi bằng cách sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm

thuê bao (SS) Nếu chỉ có một SS trong mạng, thì trạm gốc WIMAX sẽ thông tin với SS trên cơ sở điểm tới điểm Một BS trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng một anten búp hẹp hơn để phủ các vùng lớn hơn

- Bảo mật cao: WIMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hóa tiên tiến) và DES (trong

đó là chuẩn mật mã hóa số liệu) Bằng cách mật mã hóa các liên kết giữa BS và SS, WIMAX cung cấp các thuê bao riêng (chống nghe trộm) và bảo mật trên giao diện không dây băng rộng Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà khai thác sự bảo vệ mạnh mẽ chống ăn trộm dịch vụ WIMAX cũng được xây dựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp sự bảo vệ dữ liệu được truyền bởi các người sử dụng khác nhau trên cùng một BS

- Triển khai nhanh: so với sự triển khai của các giải pháp dây, WIMAX yêu cầu ít

hoặc không yêu cầu xây dựng kế hoạch mở rộng Ví dụ, đào hố để hỗ trợ rãnh của các cáp không được yêu cầu Các nhà khai thác có giấy phép để sử dụng một trong

số các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sử dụng một trong các băng tần không được cấp phép, không cần thiết xem xét sâu hơn các ứng dụng cho Chính Phủ Khi anten và thiết bị được lắp đặt và được cấp nguồn, WIMAX sẽ sẵn sàng phục vụ Trong hầu hết các trường hợp, triển khai WIMAX có thể hoàn thành trong khoảng mấy giờ, so với mấy tháng cho các giải pháp khác

- Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng tần (hiện

tại là 7 MHz), các hệ thống WIMAX có thể cung cấp độ rộng băng tần đáng kể cho các người sử dụng đầu cuối

- Độ bao phủ rộng hơn: WIMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồm BPSK,

QPSK, 16-QAM, và 64-QAM Khi được trang bị với một bộ khuyếch đại công suất lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK hoặc QPSK), các hệ thống WIMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi đường giữa BS và SS thông suốt

- Mang lại lợi nhuận: WIMAX dựa trên chuẩn quốc tế mở Chuẩn được thông qua

đa số, sử dụng chi phí thấp, các chipset được sản xuất hàng loạt, sẽ điều khiển giá

hạ xuống; và cạnh tranh giá cả làm cho các nhà cung cấp dịch vụ, người sử dụng đầu cuối tiết kiệm được chi phí

- Dịch vụ đa mức: Là loại mà QoS đạt được dựa vào hợp đồng mức dịch vụ (SLA)

giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng Hơn nữa, một nhà cung cấp dịch vụ

có thể đưa ra các SLA khác nhau cho những người đăng ký khác nhau, hoặc thậm chí cho những người sử dụng khác nhau trong cùng một SS

- Khả năng cùng vận hành: WIMAX dựa vào các chuẩn cung cấp trung lập, quốc

tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải và sử dụng SS của họ tại các

vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Khả năng cùng vận hành bảo vệ vốn đầu tư ban đầu của nhà khai thác vì nó có thể chọn thiết bị từ các đại lý thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làm giảm giá thiết bị

- Khả năng mang theo được: Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi SS WIMAX

được cấp công suất, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kết với BS, chỉ

cần SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàm phán các đặc tính truyền dẫn phù hợp

- Tính di động: Chuẩn 802.16e IEEE được thêm một số đặc điểm chủ yếu trong

việc hỗ trợ tính di động Các cải tiến được tạo ra cho lớp vật lí OFDMA và OFDM

để cung cấp các thiết bị và dịch vụ trong môi trường di động Các môi trường này bao gồm: OFDMA có thể chia tỷ lệ được, MIMO, và hỗ trợ chế độ idle/sleep, chuyển giao, cho phép tính di động hoàn toàn tại tốc độ 160 km/h Chuẩn hỗ trợ bởi Forum WIMAX được hưởng hiệu năng NLOS tốt hơn của OFDM và hoạt động chịu được đa đường, làm cho nó phù hợp hơn với môi trường di động

- Quá trình hoạt động tầm nhìn không thẳng: NLOS thường ám chỉ đường dẫn vô

tuyến có miền Fresnel thứ nhất bị chặn hoàn toàn WIMAX dựa vào công nghệ OFDM có dung lượng vốn có của các môi trường NLOS Dung lượng này giúp các sản phẩm WIMAX phân phát độ rộng băng tần rộng trong môi trường NLOS, mà các sản phẩm vô tuyến khác không làm được

- Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống

1.3.2 Nhược điểm

- Với bất cứ hệ thống truyền thông vô tuyến nào thì ảnh hưởng của môi trường truyền sóng là không thể tránh khỏi Hệ thống WIMAX cũng có những hạn chế về đường truyền:

 Ảnh hưởng của thời tiết xấu đặc biệt là mưa to có thể làm gián đoạn các dịch vụ

 Các sóng vô tuyến điện lân cận có thể gây nhiễu với kết nối WIMAX và là nguyên nhân gây suy giảm dữ liệu trên đường truyền hoặc làm mất kết nối

 Ngoài ra vì đây là công nghệ hoàn toàn mới do đó việc chuẩn hóa chưa thực sự trên phạm vi toàn thế giới nên khó khăn trong lắp ráp, thay thế ở các khu vực khác nhau

- Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tin chính thức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự

cố ra sao Ngay cả ở Việt Nam, VNPT ( với nhà thầu nước ngoài là Motorola, Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụ thể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh, huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quả đáng kể của hệ thống

1.4 CẤU TRÚC CỦ WIM X

- Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp:

 Lớp con tiếp ứng (Convergence) làm giữ vai trò giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp bên trên

 Lớp đa truy nhập ( MAC )

 Lớp truyền dẫn (Transmission)

 Băng tần 10-66 GHz hỗ trợ cho các môi trường truyền dẫn yêu cầu tầm nhìn thẳng LOS, không có vật cản giữa trạm phát và trạm thu Đặc tả giao tiếp không gian (air interface) tại băng tần 10-66 Ghz được gọi là WirelessMAN-

SC, sử dụng phương thức truy cập TDMA cho hướng truyền uplink và phương thức truy cập TDM cho hướng truyền downlink

 Băng tần 2-11 GHz (cấp phép và không cấp phép) hỗ trợ môi trường truyền dẫn không có tầm nhìn thẳng NLOS, tín hiệu có thể truyền qua các vật cản theo nhiều cách khác nhau

- Có 5 đặc tả lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16 được mô tả như sau:

Bảng 1.1 Đặc tả vật lý chuẩn IEEE 802.16

- Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16 sử dụng phương pháp điều chế OFDM, băng tần được chia thành nhiều sóng mang con trực giao với nhau nhằm đạt được thông lượng dữ liệu và khoảng cách truyền tối đa, chống nhiễu hiệu quả

- Ngoài ra, lớp vật lý còn cung cấp một số phương thức điều chế nhiều mức như BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM…cho phép truyền nhiều đơn vị thông tin trên một đơn vị thời gian

- Các quá trình Ranging và DFS được thực thi tại lớp vật lý

 Ranging là quá trình thực hiện điều chỉnh công suất phát của trạm BS đến trạm SS phù hợp với vị trí của trạm SS

 DFS là quá trình tự động quét dải tần dành riêng cho SS để tìm một tần số hoạt động phù hợp

1.4.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trường (M C)

- Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cung cấp giao diện hoạt động độc lập với lớp vật

lý do giao diện lớp vật lý là giao diện vô tuyến Phần chủ yếu của lớp MAC tập trung vào việc quản lý tài nguyên trên airlink Giải quyết được bài toán yêu cầu tốc

độ dữ liệu cao trên cả hai kênh downlink và uplink Các cơ chế điều khiển truy cập

và thuật toán cấp phát băng thông hiệu quả có khả năng đáp ứng cho hàng trăm đầu cuối trên mỗi kênh Tài nguyên được cấp phát cho một người dùng bởi trình lập lịch MAC có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn đến toàn bộ khung, do đó cung cấp thông lượng năng động đến người dùng riêng tại bất cứ thời gian nào Hơn thế, do thông tin cấp phát tài nguyên được vận chuyển trong thông điệp MAC ở đầu mỗi khung, trình lập lịch có thể thay đổi hiệu quả sự cấp phát tài nguyên theo kiểu từng khung một (frame by frame) để thích ứng với trạng thái tự nhiên của lưu lượng

- Lớp MAC của chuẩn IEEE 802.16 được thiết kế cho những ứng dụng truy cập không dây băng rộng điểm-đa điểm Nhiệm vụ cơ bản của lớp MAC WiMAX là cung cấp một giao diện giữa những lớp cao hơn và lớp vật lý

- Lớp MAC nhận packet từ lớp bên trên, những packet này được gọi là MSDU, và đưa chúng vào trong MPDU để phát trong không khí Đối với phía thu, lớp MAC làm ngược lại

- Thiết kế lớp MAC của chuẩn IEEE 802.16-2004 và chuẩn IEEE 802.16e-2005 bao gồm một phân lớp convergence có thể giao tiếp với nhiều giao thức lớp cao hơn, chẳng hạn như ATM TDM Voice, Ethernet, IP, và các giao thức khác trong tương lai

Hình 1.4 Lớp MAC với các điểm truy nhập dịch vụ

- Các giao thức lớp MAC chuẩn 802.16 là hướng kết nối Vào thời điểm truy nhập mạng, mỗi SS sẽ tạo một hoặc nhiều kết nối để truyền tải dữ liệu trên cả hai hướng (downlink và uplink) Đơn vị lập lịch lớp MAC sẽ sử dụng tài nguyên airlink để cung cấp các mức QoS phân biệt Lớp MAC cũng thực hiện chức năng tương thích liên kết (link adaption) và truyền lại tự động ARQ nhằm duy trì thông lượng dữ liệu đối đa với tỉ lệ lỗi bit BER chấp nhận được Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cũng điều khiển quá trình truy nhập và rời khỏi mạng của SS, thực hiện tạo và truyền các đơn vị dữ liệu giao thức PDU Ngoài ra, lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 còn cung cấp lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ hỗ trợ lớp mạng tế bào ATM và lớp mạng gói (Packet)

- Lớp MAC kết hợp nhiều tính năng thích hợp cho nhiều ứng dụng ở các tốc độ di chuyển khác nhau, chẳng hạn như các tính năng sau:

 PKM cho bảo mật lớp MAC PKM phiên bản 2 kết hợp hỗ trợ giao thức chứng thực mở rộng EAP

 Hỗ trợ quảng bá broadcast and multicast

 Handover tốc độ cao

 Ba cấp độ quản lý nguồn: hoạt động bình thường, sleep và idle

 Header suppression, packing và fragmentation để sử dụng hiệu quả phổ tần

 Năm lớp dịch vụ: unsolicited grant service (UGS), real-time polling service (rtPS), non-real-time polling service (nrtPS), best effort (BE) và Extended real-time variable rate (ERT-VR) service

- Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 bao gồm 3 lớp con

1.4.2.1 Lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng (CS):

- Lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ tiếp nhận các gói dữ liệu từ các lớp cao thông qua các điểm truy nhập dịch vụ lớp con hội tụ CS SAP, ánh xạ thành các đơn vị dữ liệu dịch vụ lớp MAC SDU

 Tiếp nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) của lớp cao hơn

 Thực hiện phân loại các PDU

 Xử lý (nếu cần thiết) các PDU dựa vào việc phân loại

 Chuyển giao các PDU CS thành MAC SAP

 Nhận các CS PDU từ thực thể ngang hàng

- Hiện tại CS cung cấp 2 đặc tính khả dụng: CS ATM (kiểu truyền dẫn không đồng bộ), để thích ứng lưu lượng ATM và CS gói, để thích ứng lưu lượng IP và Internet

- Lớp MAC là hướng kết nối Điều này có nghĩa là trước khi gửi thông tin người

sử dụng, nó cần thiết lập một kết nối giữa SS và BS hoặc một SS và một SS khác, phụ thuộc vào cấu hình sử dụng Hỗ trợ multicast Mỗi kết nối có một định danh kết nối (CID) 16 bit

- Có 2 loại kết nối: các kết nối quản lý và kết nối vận chuyển dữ liệu

 Kết nối quản lý có 3 loại: cơ bản, sơ cấp và thứ cấp Kết nối cơ bản là kết nối được tạo ra cho mỗi SS khi nó đăng nhập vào mạng Kết nối này được dùng cho các bản tin quản lý khẩn và ngắn Kết nối sơ cấp cũng được tạo ra cho mỗi SS vào lúc nó gia nhập mạng, nhưng nó được sử dụng cho các bản tin quản lý dung sai trễ Kết nối thứ cấp được sử dụng cho các bản tin quản lý việc đóng gói IP (như là DHCP, SNMP, TFP)

 Kết nối vận chuyển có thể là dự phòng hoặc có thể được thiết lập tuỳ theo yêu cầu Kết nối này được dùng cho luồng lưu lượng người sử dụng

- Kết nối dữ liệu thường được sử dụng để truyền thông tin người sử dụng trên một đường không trực tiếp, trong khi đó ba loại còn lại được sử dụng để truyền thông tin điều khiển

b) MAC PDU:

- Các MAC PDU được chia làm ba phần: một tiêu đề chung (6 byte); một tải trọng

độ dài thay đổi và một mã kiểm tra dư vòng (4 byte)

Hình 1.5 Các định dạng MAC PDU

- Độ dài PDU lớn nhất là 2 Kbyte Tải trọng có thể được sử dụng để truyền thông tin điều khiển qua các tiêu đề con Tải trọng có thể rỗng hoặc đầy các tiêu đề con, các MAC PDU hoặc các đoạn Để đàm phán băng thông, nó được phát triển một MAC PDU dành riêng PDU này có một tiêu đề đặc biệt, chứa các thông số băng thông

- Có 5 loại tiêu đề con: phân đoạn, gói, quản lý trợ cấp, lưới và cấp phát hồi tiếp nhanh Tiêu đề con phân đoạn được sử dụng để điều khiển phân đoạn MAC SDU thành hai hoặc nhiều MAC PDU, trong khi đó tiêu đề con gói được sử dụng để tập

hợp một hoặc nhiều MAC SDU thành một MAC PDU Tiêu đề con quản lý trợ cấp cho phép yêu cầu băng thông mà không cần gửi một PDU dành riêng Yêu cầu được xác nhận cùng với một MAC PDU chung Các MAC PDU được sắp xếp trong các khung lớp vật lý

c) Phân kênh:

- Không chỉ TDD mà cả FDD cũng được hỗ trợ Trong FDD cả hai phía phát đồng thời với các tần số khác nhau, còn trong TDD chỉ một tần số được sử dụng và nó được chia sẻ dựa vào thời gian Khung TDD có hai phần: khung con đường xuống

và khung con đường lên Mỗi khung con được phân chia thành các khe vật lý (PL) đối với các giao diện vô tuyến đơn sóng mang và thành các cụm đối với các giao diện vô tuyến OFDM Các MAC PDU được chèn trong các PL hoặc các cụm theo các giao diện vô tuyến được triển khai Với FDD, mô hình song công và bán song công được cho phép

d) Sắp xếp:

- Sắp xếp được triển khai để cấp phát băng thông cho các kết nối Đối với giao diện không gian đơn sóng mang, BS gửi trong khung con đường xuống một sắp xếp đường lên (UL-MAP) và một sắp xếp đường xuống (DL-MAP) UL-MAP chứa các PL mà một SS có thể sử dụng để phát trên đường lên DL-MAP chứa các khe thời gian mà một SS phải nghe trong đường xuống Khung con đường xuống bắt đầu với các sắp xếp này, được gửi qua giao diện không gian tới tất cả các SS Vì vậy, UL-MAP và DL-MAP xác định băng thông được cấp phát cho các kết nối (qua

số các PL khả dụng), các PL mỗi trạm phải phát và nhận và hồ sơ cụm được sử dụng Với giao diện vô tuyến OFDM, sắp xếp được thực hiện sử dụng các ký hiệu thay vì các PL Với giao diện không gian OFDMA, các ký hiệu OFDM và các kênh con được sử dụng

e) Lập lịch, yêu cầu và cấp phát băng thông:

- Lập lịch được triển khai để xác định quyền ưu tiên truyền dẫn các MAC SDU qua các kết nối MAC đang tồn tại Với mỗi kết nối nó được kết hợp với một loại lập lịch được xác định trước Mỗi loại có một tập các thông số xác định các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) Có bốn loại được định nghĩa: dịch vụ cấp phát tự nguyện (UGS), dịch vụ thăm dò thời gian thực (rtPS), dịch vụ thăm dò phi thời gian thực (nrtPS) và nỗ lực tốt nhất (BE: best effort) UGS được định nghĩa cho lưu lượng tốc

độ bít không đổi thời gian thực rtPS được định nghĩa cho lưu lượng tốc độ bít thay đổi thời gian thực như lưu lượng video nrtPS liên quan tới lưu lượng tốc độ bít thay đổi phi thời gian thực dung sai trễ Đối với lưu lượng dữ liệu tốc độ bit thay đổi, nó được định nghĩa bởi lớp nỗ lực tốt nhất (BE) Đối với các kết nối UGS, BS cấp phát một cách định kỳ một lượng băng thông cố định, mà được đàm phán khi thiết lập kết nối Các loại khác phải yêu cầu định kỳ băng thông, được cấp phát tự động trong suốt thời gian truyền dẫn

- Băng thông có thể được yêu cầu bởi các yêu cầu riêng lẻ (BW yêu cầu MAC PDU) hoặc một yêu cầu xác nhận (tiêu đề con MAC PDU) Các yêu cầu có thể tăng lên hoặc kết hợp lại Các yêu cầu kết hợp thay thế các kết nối trước được yêu cầu băng thông, trong khi đó các yêu cầu tăng cải thiện băng thông hiện tại bởi số lượng yêu cầu Các SS phải yêu cầu băng thông theo chu kì đối với các kết nối BE, rtPS, nrtPS, vìvậy giảm sử dụng băng thông Chu kì cập nhật phụ thuộc loại lập lịch và chất lượng liên kết Thêm vào các yêu cầu riêng lẻ, BS có thể cấp phát một khoảng thời gian yêu cầu, trong đó một hoặc nhiều SS có thể gửi các bản tin yêu cầu băng thông Quá trình này được gọi là thăm dò Thăm dò có thể được thực hiện theo hai cách: thăm dò đơn hướng và thăm dò dựa vào tranh chấp Trong thăm dò đơn hướng, BS cấp phát băng thông lắng nghe các yêu cầu của chỉ một SS, còn trong thăm dò dựa vào tranh chấp, BS cấp phát băng thông lắng nghe yêu cầu của một nhóm đa hướng các SS hoặc tất cả các SS

- Băng thông có thể được trợ cấp trên kết nối (GPC) hoặc trên SS (GPSS) Trong

cả hai trường hợp, các yêu cầu băng thông được thông tin trên kết nối, để mà cải thiện cấp phát băng thông BS Tuy nhiên, trong GPC băng thông được cấp phát cho các kết nối đặc biệt, còn trong GPSS nó được cấp phát cho SS

f) Giải quyết tranh chấp:

- Mặc dù BS điều khiển cấp phát băng thông trong đường lên, nhưng có thể xuất hiện xung đột trong khoảng thiết lập và khoảng thời gian yêu cầu băng thông Thuật toán backoff mũ nhị phân rút gọn được triển khai để giải quyết các tình huống xung đột

g) ARQ:

- ARQ là quá trình phát lại các MAC PDU đã bị mất hoặc sai lạc Theo IEEE 802.16TM-2004, kỹ thuật ARQ dựa vào số chuỗi phân đoạn của các tiêu đề con phân đoạn hoặc gói

- Hỗ trợ ARQ là tuỳ chọn và có thể được lựa chọn cho mỗi kết nối Lựa chọn được thực hiện trong khoảng thiết lập kết nối ARQ không có thể được sử dụng cùng với giao diện không gian sóng mang đơn Khi ARQ được cho phép, các MAC PDU có thể được phân đoạn trong các khối ARQ Xác nhận ARQ được gửi hoặc trong bản tin MAC riêng lẻ qua một kết nối quản lý cơ bản hoặc được mang trên một MAC PDU qua một kết nối dữ liệu tồn tại

h) Mô tả thích ứng cụm:

- Để thích ứng các thay đổi trong điều kiện liên kết vô tuyến, IEEE

802.16TM-2004 đã triển khai một kỹ thuật tiến bộ để mã hoá, điều chế, sắp xếp và công suất truyền dẫn động Mô tả thích ứng cụm được sử dụng để thay đổi các đặc tính truyền dẫn dựa vào trạng thái liên kết Mục tiêu là cân bằng giữa sức mạnh và hiệu quả

Kỹ thuật là khác nhau giữa đường xuống và đường lên Bản tin được sử dụng để thông tin trao đổi giữa các thiết bị BS không chỉ điều khiển SS mô tả cụm đường

lên sử dụng UL-MAP mà còn tính toán mô tả cụm đường xuống theo chất lượng của tín hiệu thu được từ mỗi SS Tuy nhiên các SS có thể yêu cầu thay đổi trong mô

tả cụm đường xuống nếu điều kiện môi trường quá xấu

1.4.2.3 Lớp con bảo mật:

- Toàn bộ bảo mật của 802.16 dựa vào lớp con bảo mật Lớp con bảo mật là lớp con giữa MAC CPS và lớp vật lý Mục tiêu của nó là để cung cấp điều khiển truy nhập và sự cẩn mật của liên kết dữ liệu, chịu trách nhiệm mã hóa và giải mã dữ liệu

mà đưa đến và đi ra khỏi lớp vật lý PHY và cũng được sử dụng cho cấp phép và trao đổi khóa bảo mật, ngăn chặn đánh cắp dịch vụ

1.5 CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG WIM X

- Với kiến trúc mở, linh hoạt, dung lượng lớn và chi phí triển khai thấp đã làm cho WiMAX trở thành một giải pháp hàng đầu cho các dịch vụ vô tuyến băng rộng

- OFDM, OFDMA và S-OFDMA là những công nghệ truy nhập mới cải tiến hỗ trợ kênh cần thiết để đạt được hiệu quả trải phổ tốt hơn và thông lượng kênh cao hơn Những công nghệ truy nhập mới này là nền tảng cho WiMAX và là lựa chọn cho các hệ thống băng rộng di động tiếp theo khác nhằm cung cấp nhiều loại hình dịch vụ truyền thông đa phương tiện tốc độ cao

- Chúng ta sẽ khảo sát tổng quan các kỹ thuật tiên tiến được áp dụng trong công nghệ WiMAX như là kỹ thuật OFDM, OFDMA, hệ thống anten tiên tiến…

1.5.1 Kỹ thuật OFDM

- Kỹ thuật OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Trong OFDM, chuỗi dữ liệu tới đầu phát thường có tốc độ rất cao Dòng dữ liệu này được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P) Mỗi dòng dữ liệu song song sau đó được điều chế bởi một sóng mang, các sóng mang này được chọn trực giao với nhau để đảm bảo có thể tách riêng từng luồng dữ liệu tại đầu thu Kế đến các sóng mang này được tổng hợp lại và đưa lên tần số phát

Hình 1.6 So sánh giữa FDM và OFDM

- Số lượng các sóng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh và mức độ nhiễu Con số này tương ứng với kích thước FFT Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16-2004 xác định 256 sóng mang con tương ứng FFT 256 điểm, hình thành chuẩn Fixed WiMAX, với độ rộng kênh cố định Chuẩn giao tiếp 802.16-2005 cho phép kích cỡ FFT từ 512 đến 2048 phù hợp với độ rộng kênh 5MHz đến 20MHz, hình thành chuẩn Mobile WiMAX (Scalable OFDMA), để duy trì tương đối khoảng thời gian không đổi của các kí hiệu và khoảng dãn cách giữa các sóng mang với độ rộng kênh

Hình 1.7 Sơ đồ khối hệ thống OFDM

- Đầu tiên, dòng dữ liệu vào với tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P) Mỗi dòng

dữ liệu song song sau đó được mã hóa (Coding) sử dụng thuật toán FEC và được sắp xếp (Mapping) theo một trình tự hỗn hợp Những ký tự hỗn hợp được đưa đến đầu vào của khối IDFT (ở đây để thực hiện phép biến đổi IDFT người ta dùng thuật toán IFFT) Sau đó khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI), nhiễu xuyên kênh (ICI) do truyền trên các kênh vô tuyến di động đa đường Dòng

dữ liệu song song lại được chuyển thành nối tiếp nhờ bộ chuyển đổi song song-nối tiếp (P/S) Cuối cùng, bộ A/D phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục và chuyển đổi lên miền tần số cao để truyền đi xa

- Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu tác động đến như nhiễu Gausian trắng cộng AWGN

- Ở phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc nhận được sau bộ D/A thu Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT (khối FFT) Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các sóng mang nhánh sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã Cuối cùng, chúng ta nhận lại được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu

Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM:

Dữ liệu

Dữ liệu

S/P

Mã hóa&

sắp xếp

Chèn Pilot

IFFT

Chèn dải bảo vệ

P/S

Kênh truyền

P/S

Sắp xếp lại &

giải

mã

Ước lượng kênh FFT

Loại bỏ dải bảo

vệ S/P AWGN w(n)

- Ưu điểm của phương pháp điều chế OFDM không chỉ thể hiện ở hiệu quả sử dụng băng thông mà còn có khả năng làm giảm hay loại trừ nhiễu xuyên kí hiệu ISI nhờ sử dụng chuỗi bảo vệ GI Một mẫu tín hiệu có độ dài là TS, chuỗi bảo vệ tương ứng là một chuỗi tín hiệu có độ dài TG ở phía sau được sao chép lên phần phía trước của mẫu tín hiệu này như hình vẽ sau (do đó, GI còn được gọi là Cyclic Prefix-CP) Sự sao chép này có tác dụng chống lại nhiễu xuyên kí hiệu ISI do hiệu ứng phân tập đa đường

Hình 1.8 Khái niệm về chuỗi bảo vệ

- Nguyên tắc này giải thích như sau: Giả sử máy phát đi một khoảng tín hiệu có chiều dài là TS, sau khi chèn thêm chuỗi bảo vệ có chiều dài TG thì tín hiệu này có chiều dài là T=TS+TG Do hiệu ứng đa đường multipath, tín hiệu này sẽ tới máy thu theo nhiều đường khác nhau Trong hình vẽ mô tả dưới đây, hình a, tín hiệu theo đường thứ nhất không có trễ, các đường thứ hai và thứ ba đều bị trễ một khoảng thời gian so với đường thứ nhất.Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tổng hợp của tất cả các tuyến, cho thấy kí hiệu đứng trước sẽ chồng lấn vào kí hiệu ngay sau

đó, đây chính là hiện tượng ISI Do trong OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ có độ dài

TG sẽ dễ dàng loại bỏ hiện tượng này Trong trường hợp TG ≥τ MAX như hình vẽ

mô tả thì phần bị chồng lấn ISI nằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ, còn thành phần tín hiệu có ích vẫn an toàn Ở phía máy thu sẽ gạt bỏ chuỗi bảo vệ trước khi gửi tín hiệu đến bộ giải điều chế OFDM Do đó, điều kiện cần thiết để cho hệ thống OFDM không bị ảnh hưởng bởi ISI là:T G   max với τmaxlà trễ truyền dẫn tối đa của kênh

Hình 1.9 ISI và cyclic prefix

Phần tín hiệu có ích Phần tín hiệu có ích

GI

Các ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM:

- Qua việc phân tích về cơ bản kỹ thuật OFDM như trên, chúng ta có thể rút ra một

số ưu điểm, nhược điểm chính của OFDM như sau:

 Kỹ thuật OFDM là một phương pháp hiệu quả để giải quyết đa đường, kháng nhiễu băng hẹp tốt vì nhiễu này chỉ ảnh hưởng một tỷ lệ nhỏ các sóng mang con

 Thực hiện đơn giản trong miền tần số bằng cách dùng giải thuật FFT Đồng thời máy thu đơn giản do không cần bộ khử ICI và ISI nếu khoảng dự trữ đủ dài

Nhược điểm:

 OFDM là tập hợp của tín hiệu trên nhiều sóng mang, dải động của tín hiệu lớn nên có tỷ số công suất đỉnh/trung bình tương đối lớn sẽ làm hạn chế hiệu suất của bộ khuếch đại âm tần

 Mất mát hiệu suất phổ do chèn khoảng dự trữ

 Nhiễu pha do sự không phối hợp giữa các bộ dao động ở máy phát và máy thu, có thể làm ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống

 Phải có sự đồng bộ chính xác về tần số và thời gian, đặc biệt là tần số

- Như vậy, kỹ thuật OFDM là giải pháp rất phù hợp cho truyền dẫn vô tuyến tốc

độ cao nói chung và cho công nghệ Wimax nói riêng.Với công nghệ OFDM, nhờ sự kết hợp của các sóng mang con trực giao truyền song song với các ký hiệu có khoảng thời gian dài đảm bảo rằng lưu lượng băng thông rộng không bị hạn chế do môi trường không theo tầm nhìn thẳng NLOS và nhiễu do hiện tượng đa đường dẫn

1.5.2 Kỹ thuật OFDM

- OFDMA là một công nghệ đa sóng mang phát triển dựa trên nền kĩ thuật OFDM Trong OFDMA, một số các sóng mang con, không nhất thiết phải nằm kề nhau, được gộp lại thành một kênh con (sub-channel) và các user khi truy cập vào tài

nguyên sẽ được cấp cho một hay nhiều kênh con để truyền nhận tùy theo nhu cầu lưu lượng cụ thể

- OFDMA có một số ưu điểm như là tăng khả năng linh hoạt, thông lượng và tính

ổn định được cải thiện Việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền nhận từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu những tác động như nhiễu đa truy xuất (Multi access Interfearence - MAI)

- Hình 1.11 mô tả một ví dụ về bảng tần số - thời gian của OFDMA, trong đó có 7 người dùng từ a đến g và mỗi người sử dụng một phần xác định của các sóng mang phụ có sẵn, khác với những người còn lại

- Thí dụ cụ thể này thực tế là sự hỗn hợp của OFDMA và TDMA bởi vì mỗi người

sử dụng chỉ phát ở một trong 4 khe thời gian, chứa 1 hoặc vài symbol OFDM, 7 người sử dụng từ a đến g đều được đặt cố định (fix set) cho các sóng mang theo bốn khe thời gian

1.5.3 Các công nghệ anten tiên tiến

- Công nghệ anten có thể dùng để cải thiện truyền dẫn theo hai cách – sử dụng công nghệ phân tập và sử dụng các hệ thống anten cùng các công nghệ chuyển mạch tiên tiến Các công nghệ này có thể cải thiện tính co dãn và tỉ số tín hiệu trên tạp âm nhưng không bảo đảm phát dẫn sẽ không bị ảnh hưởng của nhiễu

- Các lược đồ phân tập được sử dụng để lợi dụng các tín hiệu đa đường và phản xạ xảy ra trong các môi trường NLOS Bằng cách sử dụng nhiều ăng ten (truyền và/hoặc nhận), fading, nhiễu và tổn hao đường truyền có thể được làm giảm Phân tập truyền sử dụng mã thời gian không gian STC Đối với phân tập nhận, các công nghệ như kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC) mang lại ưu điểm của hai đường thu riêng biệt

Về MISO (nhiều đầu vào một đầu ra)

Hình 1.12 MISO

- Mở rộng tới MIMO, sử dụng MIMO cũng sẽ nâng cao thông lượng và tăng các đường tín hiệu MIMO sử dụng nhiều ăng ten thu và/hoặc phát cho ghép kênh theo không gian Mỗi ăng ten có thể truyền dữ liệu khác nhau mà sau đó có thể được giải

mã ở máy thu Đối với OFDMA, bởi vì mỗi sóng mang con là các kênh băng hẹp tương tự, fading lựa chọn tần số xuất hiện như là fading phẳng tới mỗi sóng mang Hiệu ứng này có thể sau đó được mô hình hóa như là một sự khuếch đại không đổi phức hợp và có thể đơn giản hóa sự thực hiện của một máy thu MIMO cho OFDMA

Hình 1.13 MIMO

- Các hệ thống anten thích nghi (AAS) là một phần tùy chọn Các trạm gốc có trang bị AAS có thể tạo ra các chùm mà có thể được lái, tập trung năng lượng truyền để đạt được phạm vi lớn hơn Khi nhận, chúng có thể tập trung ở hướng cụ thể của máy thu Điều này giúp cho loại bỏ nhiễu không mong muốn từ các vị trí khác

Hình 1.14 Beam Shaping

1.6 ỨNG DỤNG CỦ WIM X

- Nói tới WiMAX, người ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà công nghệ này có thể mang lại Đó chính là khả năng thay thế đường xDSL giúp tiếp cận nhanh hơn các đối tượng người dùng băng rộng mà không cần phải đầu tư lớn Đặc biệt, WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở những vùng xa xôi mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém Ở những nước đang phát triển như Việt Nam, nơi mà Internet băng thông rộng chưa phổ biến, WiMAX là một giải pháp kinh tế Ngoài ra WiMAX còn giúp việc triển khai WiFi thêm nhanh chóng do các hotspot WiFi sẽ không cần đường leased-line mà sẽ nối trực tiếp với WiMAX BS Khả năng roaming giữa các dịch vụ Wi-Fi và WiMax sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng

Hình 1.15Minh họa một số ứng dụng dặm cuối của WiMAX

- Để có thể dùng dịch vụ Internet băng thông rộng của WiMAX (fixed WiMAX), nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần lắp đặt một ăng ten BS ở giữa khu dân cư Mỗi người dùng sẽ được cung cấp một ăng ten thu (CPE), lắp trên mái nhà/cửa sổ CPE có thể được nối trực tiếp với máy vi tính hoặc thông qua một Access Point WiFi Việc triển khai khá đơn giản, mà giá thành lại thấp hơn nhiều so với công nghệ hiện hành

- Bên cạnh dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động Trong tương lai, các thiết bị mobile mà hiện nay được tích hợp WiFi sẽ được tích hợp WiMAX Khi đó, người dùng có thể kết nối mạng mọi lúc mọi nơi thông qua WiMAX, và đặc biệt là vẫn có thể dùng các dịch vụ giống như những dịch vụ của mạng tế bào 3G Hơn nữa, tốc độ truyền của WiMAX cao hơn hẳn 3G mà giá hứa hẹn sẽ rẻ Đối với các nhà cung cấp mạng, giá thành của một WiMAX BS rẻ hơn rất nhiều so với giá của một BS UMTS Do đó, có thể nhà cung ứng mạng 3G sẽ dùng WiMAX thay thế 3G ở những khu vực thưa dân cư

- Trong tương lai gần WiMAX sẽ được sử dụng nhiều nhất bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và các hãng lớn Tiếp đến sẽ là các ứng dụng với kết nối trực tiếp với người sử dụng WiMAX sẽ giúp đưa ra những giải pháp cho các ứng dụng băng thông rộng đa cấp

- Điều quan tâm chủ yếu của các nhà nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai mạng WIMAX hiện nay là:

 Giảm chi phí vận hành

 Tăng lợi nhuận

 Giảm chi phí đầu tư

 Tăng thị phần

 Đưa các dịch vụ mới vào nhằm làm tăng doanh thu trên mỗi người sử dụng (ARPU)

- Thuật ngữ WiMax có thể được hiểu tương tự như Wi-Fi, mặc dù trong khi phạm

vi của Wi-Fi được tính bằng mét thì phạm vi của WiMax được tính bằng kilômét Với phạm vi rộng lớn của WiMax, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ có thể phủ sóng toàn bộ các khu vực đô thị với chỉ một vài tháp WiMax không phải là giải pháp duy nhất dành cho mạng băng rộng không dây - Hiperman của châu Âu (Mạng khu vực đô thị vô tuyến hiệu năng cao) đang được phát triển nhưng không được xem như một ứng viên nặng ký

- Ứng dụng công nghệ WiMAX có thể phân vào hai dạng chính: Khách hàng truy cập theo hình thức cá nhân, xây dựng hệ thống truyền dẫn riêng và khách hàng ứng dụng WiMax để cung cấp mạng truy cập công cộng

1.6.1 Mạng dùng riêng

- Sử dụng làm mạng đường trục cho các mạng điện thoại di động tế bào (cellular backhaul):

Trong môi trường ngày càng cạnh tranh các dịch vụ không dây cấu trúc theo kiểu

tế bào, một nhà kinh doanh truy cập thông tin liên tục với mong muốn thông tin nhanh, nhưng giảm thiểu chi phí bằng việc lựa chọn các gói cước phù hợp WiMAX

sẽ cung cấp đường truyền điểm – điểm với khoảng cách lên đến 50 km, tốc độ dữ liệu hỗ trợ lên đến tốc độ của các trung kế E1, T1, thiết bị WiMAX xây dựng nên

hạ tầng mạnh tại trạm gốc từ đó mở rộng ra các cell ở xa

- Mạng ngân hàng:

Các ngân hàng trung tâm có thể kết nối đến các chi nhánh của mình thông qua mạng WiMAX cá nhân để chuyển tải thoại, data và video Thông thường các ngân hàng thường nằm phân bố ở trong các khu vực rộng, nhưng lại cần băng thông lớn

và an ninh cao, do vậy WiMAX chính là một giải pháp rất tốt cho liên lạc dữ liệu giữa các bộ phận của một ngân hàng

- Mạng giáo dục:

Các tổ chức dùng mạng WiMAX để kết nối các trường và các văn phòng trong cùng một khu vực quận, huyện Chẳng hạn với yêu cầu băng thông cao (lớn hơn 15Mbps), khả năng thông tin điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm với một vùng phủ sóng trải rộng cung cấp các dịch vụ như: điện thoại, data (số liệu về sinh viên), email, internet, đào tạo từ xa giữa văn phòng ban phụ trách trường với các trường trong quận hay giữa các trường với nhau Trong môi trường giáo dục đó, một camera ở trường B có thể truyền tín hiệu từ lớp học (trong thời gian thực) đến trường A

WiMAX có vùng phủ sóng rộng, chi phí hợp lý nên sẽ đặc biệt hiệu quả đối với các trường ở nông thôn nơi có hạ tầng cơ sở truyền dẫn kém, nơi mà các giải pháp kéo cáp luôn đòi hỏi mức chi phí cao

- Đảm bảo an toàn cho các truy nhập công cộng (Public Safety):

WiMAX có thể ứng dụng để bảo vệ các cơ quan chính phủ như: công an, chữa cháy, cứu hộ Có thể dùng mạng WiMAX để hỗ trợ trong các tình huống cần trợ

giúp khẩn cấp, cung cấp chức năng thoại hai chiều giữa trung tâm và các đội ứng cứu v.v Chất lượng dịch vụ này cũng cho phép thay đổi lưu thoại theo những yêu cầu khác nhau Giải pháp WiMAX có phủ sóng rộng, điều đó giúp cho các đội cứu

hộ tại nơi xảy ra tai nạn, các sự kiện, sự việc hay các thảm họa thiên nhiên có thể cài đặt một mạng tạm thời trong một vài phút để gửi tín hiệu về trung tâm Họ cũng

có thể chủ động được lưu lượng khi gửi tín hiệu về trung tâm thông qua mạng WiMAX

Đối với mục tiêu di động cũng vậy, chẳng hạn như một người cảnh sát có thể truy cập dữ liệu trên một chiếc xe đang chạy, một người lính chữa cháy có thể truy cập thông tin về đường đi ngắn nhất đến nơi xảy ra hỏa hoạn Một camera trên xe cứu thương có thể đưa hình ảnh về tình trạng của bệnh nhân để chủ động cấp cứu trước khi xe đưa bệnh nhân về đến bệnh viện Tất cả trường hợp trên đều có thể ứng dụng WiMAX băng thông rộng, trong khi các hệ thống băng thông hẹp khác không thể đáp ứng được

- Thông tin liên lạc xa bờ:

WiMax có thể ứng dụng trong các công ty dầu khí trong thông tin liên lạc giữa đất liền và giàn khoan

Trong các hoạt động thao tác thiết bị, đối diện với các vấn đề phức tạp, các công việc đòi hỏi mức độ giám sát cao và cần truy xuất dữ liệu nóng… Các tín hiệu này

có thể gửi về trạm ở đất liền để các bộ phận chuyên môn kịp thời phân tích xử lý Công việc khai thác dầu khí cần đảm bảo yếu tố an toàn, trực cảnh báo, giám sát bằng camera, bên cạnh đó truyền tải được các thông tin cơ bản như: thoại, internet, email , hội nghị truyền hình

WiMAX triển khai lắp đặt nhanh chóng, cần thiết điều chuyển đến nơi mới cũng

dễ dàng, có thể không cần người trực thiết bị, thiết bị tự hoạt động bằng cách trang

bị thêm pin năng lượng

- Kết nối nhiều khu vực:

WiMAX có thể dùng để kết nối nhiều tòa nhà trong phạm vi một khu vực địa lý nào

đó thay vì phải dùng các đường cáp hữu tuyến

- Các công trình xây dựng (mang tính tạm thời):

Các công ty xây dựng có thể dùng mạng WiMAX để thiết lập đường liên lạc đến văn phòng trung tâm tại công trường nơi đang xây dựng tại nơi chỉ huy tại chỗ: những người quản đốc, các kỹ sư, kiến trúc sư có thể liên lạc với văn phòng của mình qua WiMAX

Trong trường hợp này ứng dụng WiMAX dựa trên ưu điểm triển khai nhanh, điều này quan trọng đối với các công trình đang thi công vì nó cho phép cung cấp nhanh thông tin về công trường bao gồm cả thoại lẫn dữ liệu, cung cấp cả dịch vụ theo dõi qua hình ảnh tại những điểm nóng trong điều kiện giám sát khó khăn Cũng có thể cài đặt một điểm hotspot tại công trường cho phép một cá nhân có thể thông tin liên lạc, trao đổi dữ liệu, thông tin về các tiến trình công việc đang diễn ra