đồ án kỹ thuật viễn thông WiMAX – CÔNG NGHỆ TRUY CẬP BĂNG RỘNG KHÔNG DÂY

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, t

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

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

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 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

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

Mạng cáp hiện nay cung cấp dịch vụ truyền hình đến người sử dụng và đang được điều chỉnh để cung cấp truy cập băng rộng với tốc độ download lớn hơn, lên đến 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 dây 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

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 mode

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

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 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:

có thể điều khiển toàn bộ thông tin của họ Khách hàng luôn luôn được phục vụ bất cứ nơi nào, và bất cứ thời gian nào trong ngày.

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

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 nơi quanh toà nhà hoặc khu tập thể và NIC sẽ tự động chuyển mạch giữa các Access

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

(Wi-Fi)

Lên tới 54Mbps ởbăng tần 2.4GHz

OFDM trên20Mbps, DSSSvới CCK dưới20Mbps

WEP & WPA

Dữ liệu được gửi với thuật toán mật mã hóa 56 bit.HiperLAN/1 Lên đến 20 Mbps ở CSMA/CA Mật mã hóa phiên làm

HiperLAN/2

(Europe)

Lên đến 54Mbps ởbăng tần 5GHz

mạnh mẽ với hỗ trợ cho nhận thực cá nhân và khóa mật mã trên phiên làm việc

hopping tần số và tốc độ 0.8 và 1.6Mbps

CSMA/CA vớitruyền lại MAC

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

1.2.2.2Hoạt 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)

1.2.2.3Các 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 truyền ở công suất nhỏ nhất cần thiết trong các kênh vô tuyến khác nhau

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:

- 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.

- 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:

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

- Mạng tập thể (thành phố tự trị, các quốc gia, chính phủ)

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

- 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)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)

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

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

1.3.3 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

1.3.3.1 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

1.3.3.2 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

1.3.3.3 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 Trong đó tốc độ dữ liệu rất nhanh so với các tốc độ dữ liệu công nghệ viễn thông di động, khoảng cách rất ngắn

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

Thay thế cápHồng ngoại

(Infrared) 115Kbps

Chi phí rấtthấp

Tầm nhìnthẳng

Bị thay thếbởiBluetooth

thấp

Nhiễu, bảomật

Bluetoothđược nghi thức hoá

Trường hợpnày chưa được chứng minh

Không đượcPhê chuẩn, đắt

Dưới cườngđiệu Công nghệ cách mạng tiềm năng

1.3.3.4 Mạng vùng WRAN

Được thiết kế cho phép người sử dụng truy cập Internet và các

dịch vụ đa phương tiện thông qua mạng WRAN Trong đó tốc độ dữ liệu rất

nhanh so với tốc độ dữ liệu công nghệ viễn thông di động cũng như các công

nghệ mạng không dây khác, phạm vi cũng khá quan trọng

Hình 1.8 – Các công nghệ BWA khác nhau

1.3.4 Các công nghệ không dây băng rộng

Một số công nghệ không dây băng rộng bao gồm:

1.3.4.1 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

Hình 1.9 - Sự tiến hoá của công nghệ không dây tế bào

1.3.4.2 3G

Tế bào 3G có khoảng cách dài, di động, đáng tin cậy, plug-n-play, bảo mật, cá nhân và giải pháp dữ liệu có thể quản lý dựa trên UMTS - Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

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

1.3.4.3 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

1.3.4.4 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

1.3.4.5 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 lớpMAC, 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 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:

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

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

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:

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

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

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 gọi là 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 2GHz 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)

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- Factor Trường hợp phađing tệ nhất xuất hiện khi Pc=0 và

sự phân phối này được xem 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)

3.1.6 Nhóm điều kiện

Nhóm điều kiện được định nghĩa như tỉ số của giá trị riêng lớn nhất và nhỏ nhất của ma trận kênh

3.2 RF và phần cứng

Tồn tại một số lượng lớn các nguồn méo ở cả hai đầu phát và thu của hệ thống không dây băng rộng, nhưng đáng kể nhất là:

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 đến 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 có thêm nhiều khách hàng Tương tự, họ có thể sử dụng một kênh hẹp để cung cấp 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 độ cao và di động

Khả năng tương tác toàn cầu của truy cập vi ba (WiMAX) là một công nghệ dựa trên chuẩn IEEE 802.16 cho phép chuyển truy cập băng rộng không dây last-mile như sự thay thế cho cáp và DSL WiMAX sẽ cung cấp kết nối băng rộng không dây cố định, nomadic, mang xách được, thậm chí di động mà không cần tầm nhìn thẳng trực tiếp đến trạm gốc Thiết kế của mạng WiMAX được dựa trên các nguyên lý chính theo sau:

• 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

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

3.5 Các loại WiMAX

Các chuẩn WiMAX chỉ ra hai loại mô hình sử dụng: mô hình sử dụng cố định (IEEE 802.16-2004) và mô hình sử dụng mang xách (802.16 REV E, được lập kế hoạch cho việc phê chuẩn trong năm 2005) Trước khi chúng ta thảo luận nhiều hơn 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 gian 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 trong khoảng 2-11 GHz, cho phép kết nối tầm nhìn không thẳng

Hình 3.3 – Các loại WiMAX

IEEE 802.16e sẽ thêm khả năng di động và mang xách đến các ứng dụng như notebook và PDA Cả phổ được cấp phép và không được cấp phép sẽ được sử dụng trong những triển khai này 802.16e lên kế hoạch phê chuẩn vào năm 2005.

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 xách là di động hoàn toàn và di động bị giới hạn Trường hợp đơn giản nhất của dịch vụ có thể mang xách (được đề cập như nay đây mai đó) bao gồm việc người sử dụng chuyển một modem 802.16 đến vị trí khác Vị trí trường trú này được phục vụ bởi dịch vụ băng rộng không dây, trong viễn cảnh này, người sử dụng xác nhận lại và thiết lập lại bằng tay một địa chỉ IP mới và được cấp cho dịch vụ băng rộng ở vị trí tạm trú

Với di động một cách hoàn toàn, người sử dụng có thể di chuyển đồng thời trong khi đang đăng ký truy cập dữ liệu hoặc các phiên truyền dẫn các luồng đa phương tiện

3.6 Công nghệ WiMAX

WiMAX là một hệ thống được tích hợp nhiều công nghệ mới và tiến bộ bao gồm điều chế, phân tập anten, Các công nghệ và thiết kế đổi mới này cần thiết nhu cầu phát triển truy cập Internet băng rộng, yêu cầu kỹ thuật của kênh không dây băng rộng, các yêu cầu thực tế của phần cứng và RF

Mục tiêu chủ yếu các công nghệ tiến bộ này là để cung cấp vùng phủ tốt trong môi trường tầm nhìn không thẳng (NLOS) (lớn hơn 90% người sử dụng trong một cell), truyền dẫn tin cậy (lớn hơn 99.9 phần trăm độ tin cậy), tốc độ

dữ liệu cao (lớn hơn 2 Mbps) và hiệu quả phổ tần cao (lớn hơn 4 bit/s/Hz/sector)

Cung cấp băng thông cao 802.16 được tối tưu hoá để chuyển tốc độ dữ liệu cao đến các trạm thuê bao Điều này có nghĩa là IEEE 802.16 được xác định một cách duy nhất để mở rộng vô tuyến băng rộng ra xa những giới hạn của các hệ thống ngày nay, cả về khoảng cách và khả năng hỗ trợ các ứng dụng.

3.6.2 Chất lượng dịch vụ

Khả năng thoại thì vô cùng quan trọng, đặc biệt ở thị trường quốc tế sâu

xa Chính nguyên nhân này làm cho chuẩn IEEE 802.16a bao gồm các đặc trưng chất lượng dịch vụ để cho phép các dịch vụ bao gồm thoại và video yêu cầu trễ thấp

3.6.3 Liên kết thích nghi

Cung cấp độ tin cậy cao

Điều chế và mã hoá thích nghi – subscriber-by- subscriber, burst by burst, đường lên và đường xuống Sự thích nghi truyền dẫn với điều chế phụ thuộc vào điều kiện kênh, cung cấp độ tin cậy cao đến hệ thống

Giữ cho nhiều người sử dụng hơn được kết nối bởi việc sử dụng độ rộng kênh linh hoạt và điều chế thích nghi của nó Bởi vì nó sử dụng các kênh hẹp hơn các kênh cố định 20 MHz được sử dụng ở 802.11, chuẩn 802.16-2004 có thể phục vụ các thuê bao tốc độ dữ liệu thấp hơn mà không lãng phí băng thông

Điều chế thích nghi cho phép trạm gốc điều chỉnh thông lượng Cho ví

dụ, nếu trạm gốc không thể thiết lập một liên kết thiết thực đến một thuê bao xa bằng cách sử dụng kế hoạch điều chế bậc cao nhất, 64 QAM (điều chế biên độ cầu phương), bậc điều chế được giảm đến 16 QAM hoặc QPSK (khoá dịch pha cầu phương), nó cho phép giảm thông lượng và tăng phạm vi khoảng cách hiệu quả

3.6.4 Hỗ trợ tầm nhìn không thẳng

Cung cấp thị trường rộng hơn và chi phí thấp hơn

Điểm dịch vụ tầm nhìn thẳng LOS là một anten cố định trên đỉnh của một

kết nối mạnh và ổn định khi gửi một lượng lớn dữ liệu với suy hao và lỗi ít Truyền dẫn LOS sử dụng tần số cao hơn như 60-100 GHz, cho phép nhiễu thấp

và băng thông cao

WiMAX giải quyết và làm nhẹ các vấn đề gây ra từ điều kiện NLOS bằng cách sửdụng: cấp phát nhiều tần số hỗ trợ từ 2-11 GHz – OFDM và OFDMA cho các ứng dụng NLOS (phổ được cấp phép và không được cấp phép), chia kênh, anten định hướng, phân tập phát và thu, điều chế thích nghi, công nghệ sửa lỗi

và điều khiển công suất

WiMAX cung cấp cả dịch vụ LOS và NLOS Các trạm truyền dẫn LOS WiMAX gửi dữ liệu đến các máy tính được cho phép WiMAX hoặc các router trong bán kính 30 dặm (có lẽ là 3600 dặm vuông hoặc 9300 km vuông của vùng phủ)

3.6.5 Việc sử dụng phổ hiệu quả cao

Cung cấp hiệu suất cao

MAC được thiết kế cho việc sử dụng hiệu quả phổ Hiệu quả phổ, có thể được xác định như thông tin được chuyển đi trên một đơn vị phổ và được

đo bằng bits/s/Herzt/cell, chịu ảnh hưởng bởi các nhân tố khác nhau bao gồm:

• Phương pháp đa truy cập

• Phương pháp điều chế

• Tổ chức kênh

• Việc sử dụng lại tài nguyên (mã, khe thời gian, sóng mang)

Hiệu quả phổ đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định công nghệ, cấu hình, đặc điểm kỹ thuật và các thông số thiết kế khác của mạng không dây băng rộng (thậm chí mạng băng hẹp hoặc không dây thoại khác)

Vài điều quan trọng liên quan đến chi phí, phụ thuộc vào hiệu quả của việc sử dụng phổ là:

• Số lượng lớn phổ được yêu cầu (CapEx)

• Số lượng vị trí, trạm gốc và bảo dưỡng được liên kết (CapEx, OpEx)

Cung cấp băng thông theo yêu cầu và tỉ lệ

Khi khoảng cách giữa thuê bao và trạm gốc (hoặc AP) tăng, hoặc khi thuê bao bắt đầu di chuyển bằng đi bộ hoặc khi đang lái xe hơn, nó trở thành một thách thức cho thuê bao để phát thành công trở về trạm gốc với mức công suất đã cho Với laptop hoặc thiết bị cầm tay, chúng thường không có khả năng phát đến trạm gốc qua khoảng cách dài nếu băng thông kênh rộng

Chuẩn IEEE 802.16-2004 và 802.16e có các băng thông kênh linh hoạt giữa 1.5 và 20 MHz để thuận tiện cho việc truyền dẫn qua khoảng cách dài hơn

và đến các loại khác nhau của thuê bao Thêm vào đó, sự linh hoạt của băng thông kênh cũng quyết định cho việc lập kế hoạch cell, đặc biệt trong phổ tần được cấp phép

Cung cấp thông lượng tốt hơn liên quan vùng phủ

Anten thông minh đang được sử dụng để gia tăng mật độ phổ (đó là, số bit

nó có thể được thông tin qua kênh đã cho trong thời gian đã cho) và để gia tăng tỉ

số tín hiệu trên nhiễu (SNR) cho cả giải pháp WiMAX (có thể được sử dụng cho công nghệ không dây khác như Wi-Fi) Trong đó, anten thông minh mở rộng khoảng cách, duy trì công suất và cải thiện bảo mật Anten thông minh cải thiện vùng phủ đáng kể và dung lượng băng thông, thỉnh thoảng mở rộng xa hơn 100 lần so với anten đẳng hướng

Một anten thông minh bao gồm nhiều phần tử anten Tín hiệu đến các phần tử này được tính toán và xử lý giúp anten xác định được hướng của nguồn tín hiệu, tập trung bức xạ theo hướng mong muốn và tự điều chỉnh theo sự thay đổi của môi trường tín hiệu

Công việc tính toán này đòi hỏi thời gian thực để anten thông minh có thể bám theo nguồn tín hiệu khi nó chuyển động Vì vậy, anten thông minh còn được gọi là anten thích nghi

Anten thông minh có búp sóng hẹp hơn và tính định hướng cao hơn

thông minh được tạo ra do quá trình xử lý số các tín hiệu đến các phần tử anten, quá trình kết hợp tín hiệu và sau đó bức xạ theo một hướng đặt biệt được gọi là beam-forming.

Một

số ư u đi ể m chủ y ế u của anten t hông min h :

• Cải thiện chất lượng tín hiệu của các hệ thống truyền thông vô tuyến bằng cách triệt can nhiễu, loại bỏ hiệu ứng đa đường, và thu phát đúng hướng mong muốn

• Cải thiện dung lượng hệ thống do tăng khả năng sử dụng lại tần số trong cùng một cell

• Công suất phát thấp, cho phép thời gian sử dụng năng lượng lâu hơn, và

do đó có thể giảm kích thước và khối lượng của các thiết bị đầu cuối Hơn nữa, việc phát công suất thấp sẽ làm giảm ảnh hưởng đến các kênh

kế cận

• Anten thông minh thích hợp với hầu hết các hệ thống anten vô tuyến hiện nay.

Hình 3.4 – Làm việc với anten thông minh

3.6.8 Các kỹ thuật phát hiện lỗi

Cung cấp hiệu suất tốt hơn

Các kỹ thuật phát hiện lỗi đã được áp dụng chặt chẽ trong WiMAX để giảm yêu cầu tỉ số tín hiệu trên nhiễu hệ thống Phát hiện lỗi trước (FEC), mã hoá Convolutional và các thuật toán xen rẽ được sử dụng để tìm và phát hiện lỗi nhằm cải thiện dung lượng Các kỹ thuật phát hiện lỗi này giúp phục

cầu phát lại tự động (ARQ) được sử dụng để phát hiện lỗi mà không được phát hiện bởi FEC, bằng cách gửi lại thông tin bị lỗi Điều này cải thiện đáng kể tỉ số lỗi bit (BER).

3.6.9 Điều khiển công suất

Cung cấp hiệu quả công suất tốt hơn

Các thuật toán điều khiển công suất được sử dụng để cải thiện toàn bộ công suất của hệ thống, trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất đến mỗi CPE để điều chỉnh mức công suất phát, đảm bảo mức công suất nhận được ở trạm gốc là xác định trước Trong môi trường phađing, mức công suất được xác định trước có nghĩa là CPE chỉ phát đủ công suất để có thể kết nối trong điều kiện tệ nhất Điều khiển công suất giảm toàn bộ công suất tiêu thụ của CPE và nhiễu với các trạm gốc đồng vị trí khác Với LOS, công suất phát của CPE phụ thuộc vào khoảng cách của nó tới trạm gốc, với NLOS nó cũng phụ thuộc vào khoảng cách và chướng ngại vật

3.6.10 Bảo mật dữ liệu

Cung cấp thông tin được bảo mật

WiMAX đảm bảo trao đổi dữ liệu được bảo mật bao gồm: nhận thực bằng cách trao đổi chứng nhận để ngăn chặn các thiết bị xấu, chứng thực người dùng bằng cách sử dụng giao thức nhận thực mở rộng (EAP), mật mã hoá dữ liệu bằng cách sử dụng chuẩn mật mã hoá dữ liệu (DES) hoặc chuẩn mật mã hoá tiến

bộ (AES)

3.6.11 Công nghệ ghép kênh

WiMAX sử dụng OFDM (Orthogonal Frenquency Division

Multiplexing –ghép kênh phân chia theo tần số trực giao), một kỹ thuật đa sóng mang cho phép truyền dẫn băng rộng trong môi trường di động với ảnh hưởng

đa đường ít hơn tín hiệu đơn với điều chế băng thông rộng