Nghiên cứu về công nghệ không dây wimax và các ứng dụng của công nghệ này

Với chiều hướng giá thành của máy tính xách tay ngày cànggiảm và nhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nước phát triển cácdịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, giới công nghệ thông tin đã chứng kiến sự bùng

nổ của nền công nghiệp mạng không dây Khả năng liên lạc không dây đã gần nhưtất yếu trong các thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động vàcác thiết bị số khác Với các tính năng ưu việt về vùng phục vụ kết nối linh động,khả năng triển khai nhanh chóng, giá thành ngày càng giảm

Xu hướng kết nối không dây/vô tuyến ngày càng trở nên phổ cập trong kếtnối mạng máy tính Với chiều hướng giá thành của máy tính xách tay ngày cànggiảm và nhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nước phát triển cácdịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ cập, bạn có thể ngồi trongtiền sảnh của một khách sạn và truy nhập Internet từ máy tính xách tay của mìnhmột cách dễ dàng thông qua kết nối không dây và công nghệ dịch chuyển địa chỉ

IP Công nghệ hiện tại đã đem đến Bluetooth kết nối không dây, Wi-Fi truy xuấtInternet không dây, điện thoại di động Nhưng bên cạnh ưu điểm, công nghệ kếtnối không dây hiện nay còn hạn chế và chưa thật sự liên thông với nhau Vấn đềchính với truy nhập WiFi đó là các hotspot thì rất nhỏ, vì vậy phủ sóng rải rác.Cần có một hệ thống không dây mà cung cấp tốc độ băng rộng cao khả năng phủ

sóng lớn hơn Đó chính là WiMAX(Worldwide Interoperability Microwave

Access) Nó cũng được biết đến như là IEEE 802.16 WiMAX là một công nghệdựa trên nền tảng một chuẩn tiến hóa cho mạng không dây điểm- đa điểm Là giảipháp cho mạng đô thị không dây băng rộng với phạm vi phủ sóng tới 50km và tốc

độ bit lên tới 70Mbps với kênh 20MHz, bán kính cell từ 2-9km

Chuẩn được thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tương đương cáp, DSL, trục T1 phổ biến hiện nay.Công nghệ WiMax đang

là xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập khôngdây băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động Chất lượng dịch

vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di động,

sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép WiMax thực sự đang được các nhà cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm

Chính vì những ưu điểm này mà hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều các hãng, các công ty đang tiến hành triển khai thử nghiệm, trong đó có Tổng Công Ty Truyền Thông Đa Phương Tiện, trong quá trình thực tập tại đây em đã được đọc, tham khảo và nghiên cứu về công nghệ này, một công nghệ đi tắt đón đầu ở Việt Nam

Để tìm hiểu về một công nghệ vẫn còn mới mẻ và đầy tiềm năng, em đã

thực hiện đề tài “Nghiên cứu về công nghệ không dây WiMax và các ứng dụng

của công nghệ này”.

I Tổng quan về công nghệ không dây băn rộng

1.Giới thiệu chung

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng.Trước đây, khi nhu cầu ít, thông tin được trao đổi rất đơn giản, có khi chỉ là những

kí hiệu, những chữ thông thường… rồi dần dần đến các văn bản, email, tệp tin cỡnhỏ,… Nhưng như hiện nay, và cả trong tương lai, người ta không chỉ muốn traođổi các loại hình thông tin đơn giản cũ nữa mà người ta muốn trao đổi cả nhữngthông tin có kích thước lớn hơn, đa dạng hơn như âm thanh, hình ảnh, video,…Trước thực tế đó, ngoài việc đưa ra các chính sách, các quy định, còn cầnphải có các công nghệ mới để hỗ trợ cho việc xây dựng và triển khai dịch vụ.Người ta cần cải tạo toàn bộ hệ thống mạng để đáp ứng nhu cầu đó, từ mạng lõi,mạng phân tán đến các mạng truy nhập Hiện nay trên thế giới và cả Việt Nam,mạng lõi, mạng phân tán cũng đã được cải thiện một cách đáng kể Riêng mạngtruy nhập thì gặp nhiều khó khăn hơn Mạng truy nhập là mạng nối từ nhà cungcấp dịch vụ tới khách hàng, nó chiếm phần đầu tư rất lớn cho toàn bộ mạng nóichung Đây cũng là nơi mà rất nhiều các giải pháp được đưa ra nhằm cải thiện khảnăng cung cấp dịch vụ cho khách hàng đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí

Mạng truy nhập được nói đến nhiều nhất hiện nay là các mạng truy nhập băngrộng Gọi là băng rộng vì nó cung cấp một tốc độ đủ lớn để triển khai các dịch vụtiên tiến như thoại, dữ liệu và có thể cả video.

2.Các đặc điểm 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 tạmthời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, có thể thiết lập mạng ở những khu vựcrất 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 dùngmodem để quay số, tốc độ chỉ có thể đạt từ 30 đến 50Kbps còn với một kết nốibăng rộng, tốc độ lên tới từ 256Kbps đến 10Mbps, phụ thuộc vào dịch vụ mà tachọn Hãy tưởng tượng, khi ta sử dụng modem kết nối 28,8Kbps, ta phải mất đến

18 phút để tải một tệp nhạc MP3 31/2 phút, trong khi nếu sử dụng kết nối băngrộng 1.5Mbps thì chỉ cần 20 giây

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 thờigian cho việc quay số và đợi modem kết nối mỗi lần muốn vào internet Sẽ không

có chuyện bị cảnh báo mạng bận hoặc hiếm khi bị rớt ra khỏi mạng Không bắtbuộc phải ngừng dịch vụ điện thoại trong khi dùng dịch vụ internet Tức là thuêbao hoàn toàn không phải trả tiền cho đường dây thuê bao thứ hai Hơn thế nữacũng có thể chia sẻ giữa nhiều máy với nhau thông qua một kết nối internet

Đặc điểm nổi bật 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 màvới các kết nối quay số thông thường không thể làm được Điều này đồng nghĩavới việc thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của các dịch vụ xã hộikhác Có thể kể qua ở đây một số dịch vụ đáng chú ý như là: dịch vụ cho phéptruyền các tệp tin với dung lượng lớn, có thể là tệp văn bản, tệp âm thanh, tập hình

ảnh, tệp phim…, các dịch vụ nhắn tin nhanh với những tệp với dung lượng tùy ý,dịch vụ hội tụ tốc độ cao.

3.Các loại mạng không dây tiêu biểu

3.1 Mạng PAN

- PAN là một mạng kết nối giữa các thiết bị ở rất gần với nhau cho phép

chúng chia sẻ thông tin và các dịch vụ Điểm đặc biệt của mạng này là được ứngdụng trong khoảng cách rất ngắn, thông thường chỉ khoảng vài mét, công suất rấtnhỏ,… nó rất thích hợp để nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính Các mạng PANcũng được dùng để giao tiếp giữa các thiết bị cá nhân như điện thoại, PDA,…hoặc để kết nối với các mạng cấp cao hơn như mạng LAN, WAN, thậm chí cảInternet Những ứng dụng thường thấy hiện nay của WPAN là trong không gianvăn phòng, gia đình hoặc không gian xung quanh của một cá nhân Các thiết bịđiện tử trong mạng có thể là máy tính để bàn, máy tính di động, máy in, các thiết

bị cầm tay, điện thoại di động, máy nhắn tin,…

- Các công nghệ về WPAN có rất nhiều với nhiều loại và đa dạng được phân

ra làm hai loại, một loại dùng sóng hồng ngoại để truyền và một loại dùng sóngradio để truyền Chuẩn WPAN có tốc độ truyền dẫn trong nhà có thể đạt 480MB/giây trong phạm vi 10m.Trong mô hình mạng WPAN có sự xuất hiện của các

công nghệ IrDA và Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE 802.15 (Institute for Electricaland Electronic Engineers ) Hiện nay 802.15 này đang được phát triển thành802.15.3 được biết đến với tên công nghệ Ultrawideband - siêu băng thông - đượchứa hẹn sẽ là cuộc cách mạng không dây trong gia đình.

3.2 Mạng LAN

- WLAN (Wireless Local Area Network) là hệ thống liên kết, chia sẻ và traođổi dữ liệu giữa các máy tính sử dụng sóng radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thếmạng LAN truyền thống Tổ chức chuẩn hóa các mạng WLAN chủ yếu là IEEE802.11, bao gồm các chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n… WLAN là mộtphần của giải pháp vǎn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN

từ các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn hay các sân bay…

- WLAN cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một mạng mộtcách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời vớikhả năng cơ động mềm dẻo cao, thiết lập được mạng ở những khu vực rất khó nốidây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém Bên cạnh đó, việc cài đặt mạng WLAN cũngkhá dễ dàng và công nghệ WLAN cũng rất dễ hiểu và dễ sử dụng Tốc độ củaWLAN đã lên tới vài chục Mbps, khoảng cách hàng kilomet còn giá thành thìngày càng giảm

- Tại Việt Nam, WLAN đã được triển khai ứng dụng ở nhiều nơi, xong cũngchưa phổ biến do cơ sở hạ tầng, giá thành chưa phù hợp tuy nhiên nó cũng đã chophép người sử dụng có thể truy xuất thông tin, truy cập Internet với tốc độ cao hơnrất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống

3.3 Mạng MAN

- Mạng WMAN sử dụng chuẩn IEEE 802.16, được hoàn thành vào tháng10/2001 và được công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diệnkhông gian WirelessMAN Đặc điểm của công nghệ này là phạm vi bao phủ của

nó từ vài km đến vài chục km Công nghệ này thích hợp cho việc triển khai cácứng dụng trong phạm vi một thành phố, hoặc một vùng ngoại ô,… Công nghệ này

đặc biệt có ý nghĩa trong việc đưa thông tin tới các vùng sâu, vùng xa hoặc nhữngnơi mà việc đi cáp đến thực sự khó khăn.

- Việc đưa ra chuẩn này mở ra một công nghệ mới truy nhập không dây băngrộng WiMAX cho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50

km và có thể truyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn sovới đường truyền cáp Đây sẽ là một giải pháp để một quốc gia có thể thực hiệnviệc đưa công nghệ thông tin tới các vùng xa xôi hẻo lánh, địa hình hiểm trở, phứctạp, thực hiện việc phổ cập tin học cho toàn xã hội, đồng thời cũng là một công cụhoàn hảo cho 1 nước đang phát triển như nước ta đi tắt đón đầu trong việc bắt kịpvới sự phát triển công nghệ thông tin với các nước trên thế giới

3.4 Mạng WAN

- Đặc điểm của mạng WAN đó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng địa

lý rộng lớn Có thể là một khu vực rộng, một quốc gia, thậm chí toàn cầu Do cácWAN kết nối các mạng user qua một phạm vi địa lý rộng lớn, nên chúng mở rakhả năng cung ứng hoạt động thông tin cự ly xa cho doanh nghiệp WAN chophép người sử dụng trên một LAN có thể chia sẻ và được chia sẻ với các vị trí xa.WAN cung cấp truyền thông tức thời qua các miền địa lý rộng lớn Khả năngtruyền dữ liệu, hình ảnh …, đến một ai đó ở bất kỳ nơi đâu trên thế giới tạo ra mộtkhả năng truyền thông tương tự như dạng truyền thông giữa hai người ở tại một vịtrí vật lý Trong tương lai, các kết nối Wireless WAN sẽ sử dụng chuẩn 802.20 đểthực hiện các kết nối diện rộng

II.Tổng quan về Wimax.

1.Sự ra đời của Wimax

Wi-Fi hiện đang là công nghệ kết nối không dây "nóng" xét từ nhiều góc độ.

Tuy nhiên theo nhìn nhận của nhiều chuyên gia, Wi-Fi chẳng qua cũng chỉ là

"công nghệ mở đường" cho hàng loạt chuẩn kết nối không dây mới ưu việt hơnnhư WiMAX, 802.16e, 802.11n và Ultrawideband

Wimax , tên viết tắt của (Worldwide Interoperability for Microwave Access),

là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn kỹthuật IEEE 802.16-2004 Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa ra: Tổ côngtác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802, và Diễn đàn WiMAX Tổ công tácIEEE 802.16 là người chế định ra tiêu chuẩn; còn Diễn đàn WiMAX là người triểnkhai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16 WiMAX là một công nghệ được tao rabởi sự ảnh hưởng của các thành phần truyền tin và sự trang bị của các công ty, nó

đã thúc đẩy và chứng nhận tính tương thích của thiết bị truy nhập băng rộngkhông dây, nó tương thích với chuẩn IEEE 802.16 và chuẩn ETSI-HIPERMAN

Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị và linh kiệntruyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận tính tương thích

và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập không dây băng thông rộngtuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng tốc độ triển khai truy cập không dâybăng thông rộng trên toàn cầu Do đó các chuẩn 802.16 thường được biết đến vớicái tên WiMAX

Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vào năm

2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập không dây.Nếu như Wireless LAN đuợc phát triển để cung cấp dịch vụ truy nhập Internet chomạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truy nhập Internet cho nhữngvùng tập trung đông dân cư trong những phạm vi hẹp thì với WiMAX ngoài khảnăng cung cấp dịch vụ ở vùng đô thị nó còn giải quyết được những vấn đề khókhăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet cho những vùng thưa dân, ở nhữngkhoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử dụng dây đồng không thể đạt tới Áp dụngWiMAX về cơ bản sẽ mang lại khả năng kết nối không dây cho toàn bộ một thịtrấn Giải pháp này giúp thu ngắn khoảng cách giữa những vùng quê xa xôi hẻolánh với những vùng thành thị hiện đại

WiMAX cũng là một sự phát triển kế tiếp từ dịch vụ cung cấp băng thônggiữa LAN nâng cấp lên mạng WAN WiMAX sử dụng chuẩn kết nối 802.16 cónhiều đặc điểm nổi trội hơn về tốc độ, phạm vi phủ sóng so với chuẩn kết nối

không dây hiện nay là 802.11 Không giống như chuẩn 802.11 chỉ có thể phủsóng trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể phủ sóng một vùng rộng tới 50 kmvới tốc độ lên đến 70Mbps WiMAX cung cấp truy nhập băng rộng không dây cốđịnh theo hai phương pháp điểm - điểm (Point to Point ) hoặc điểm - đa điểm(Point to multipoint).

Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác như một trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng LOS (Line of Sigh) và chính vì vậy WiMax có thể phủ sóng tới những vùng rất xa

Hình 1: Mô hình truyền thông của WiMax

Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc là các tia phản xạ Trong trường hợp truyền thẳng, các anten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66GHz

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

sử dụng cũng lớn hơn Đối với trường hợp tia phản xạ, WiMax sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở WiFi, ở tần số thấp, tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể

để đến đích

Chuẩn IEEE 802.16, một mạng vùng đô thị không dây cung cấp sự truy nhậpmạng cho các tòa nhà thông qua anten ngoài trời có thể truyền thông với các trạmphát sóng cơ sở (BS) Do hệ thống không dây có khả năng hướng vào những vùngđịa lý rộng, hoang vắng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém như trongviệc triển khai các kết nối cáp nên công nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong việc triểnkhai và như vậy dẫn đến sự truy cập băng rộng tăng lên ở khắp mọi nơi Một ăngten WiMAX có hiệu quả đầu tư cao hơn khi cung cấp băng thông rộng tới các hộgia đình trong bán kính lên tới 50 km, loại bỏ hoàn toàn các chi phí liên quan tớiviệc triển khai các hệ thống dây kết nối Với công nghệ được mở rộng, nó là chuẩnđược phát triển để hỗ trợ những người dùng luôn cần sự di chuyển

2.Các chuẩn 802.16 tiêu biểu

Ban đầu chuẩn IEEE 16 chỉ có một sự đặc tả lớp MAC Sau một loạt nhữngnghiên cứu đã đưa thêm vào nhiều sự khác biệt về những đặc tả lớp vật lý (PHY)như những sự chỉ định trải phổ mới, cả cấp phép và không cấp phép, đã trở nên cógiá trị Dưới đây trình bày bản tóm tắt ngắn gọn về những sự mở rộng khác nhau

và các dải tần của họ chuẩn IEEE 802.16

* IEEE 802.16 - 2001

Những đặc tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC và

PHY có khả năng cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố định ( FixedWireless Access) theo mô hình điểm - điểm và điểm - đa điểm Chuẩn IEEE802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (air interfaces)dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớp vật lý phụthuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn này được mởrộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 10 – 66 GHz.Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ cả hai phương pháp songcông phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) hay phân chia theotần số FDD (Frequency Division Duplexing)

Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảm sóngmang có cơ chế tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance - CSMA/CA) để cho phép khi nào một node trên mạng được phéptruyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một mô hình hoàntoàn khác để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng Trong thời gian truyền dẫn,phương pháp điều chế được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất cả các node trongmạng trong thông tin broadcast cho cả đường lên và đường xuống Bằng việc lậplịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ Thuê bao chỉ cầnnghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trong phạm vi phủ sóng của BS đó.Ngoài ra, thuật toán lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số thuê baotăng lên quá nhiều

Trạm thuê bao (Subscriber Stations - SS) có thể thương lượng về độ rộng dảitần được cấp phát trong một burst to - burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhậpmềm dẻo Các phương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM và64-QAM Chúng có thể thay đổi từ khung (frame) này tới khung khác, hay từ SSnày tới SS khác tuỳ thuộc vào tình trạng của kết nối Khả năng thay đổi phươngpháp điều chế và phương pháp sửa lỗi không lần ngược FEC (forward errorcorrection) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích ứngnhanh chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa Các tham số truyền dẫn

ban đầu được thoả thuận thông qua một quá trình tương tác gọi là Initial Ranging.Trong quá trình này thì năng lượng, phương pháp điều chế và timing feedbackđược cung cấp bởi BS được kiểm soát và quản lý theo điều kiện hiện thời của kếtnối.

Phương pháp song công của kênh đường lên và đường xuống được sử dụnghoàn toàn theo một trong hai phương pháp TDD (time division duplexing) hoặcFDD (frequency division duplexing)

Quan trọng hơn nữa, chuẩn IEEE 802.16-2001 kết hợp chặt chẽ các đặc tính

có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống lớp vật lý Khả năng hỗtrợ chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa theo khái niệm về luồng dịch vụ(service flows), nó được xác định một cách vừa đủ bởi một ID luồng dịch vụ.Những luồng dịch vụ này được mô tả bởi các tham số QoS của chúng như thờigian trễ tối đa và lượng jitter cho phép Luồng dịch vụ là đơn hướng và nó có thểđược tạo ra bởi BS hoặc SS

Đóng vai trò cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớp conriêng biệt (privacy sublayer) Mục đích chính của lớp con riêng biệt là cung cấp sựbảo mật trên các kết nối không dây của mạng Nó được thực hiện thông qua việcmật mã hoá dữ liệu gửi giữa BS và SS Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, SS có thểđược nhận thực qua chứng chỉ số X.509 Chứng chỉ này bao gồm khoá công khaicủa SS và địa chỉ MAC

* IEEE 802.16a-2003

Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khả năng truycập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2-11 GHz vớikhoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểmđiểm và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm- đa điểm Tốc độ truy nhập cóthể đạt tới 70 Mbps Trong khi, với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16 phải yêu cầu

tầm nhìn thẳng thì với dải tần 2-11Ghz chuẩn 802.16a cho phép kết nối mà khôngcần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trênđường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽ giúp ngành viễn thông có cácgiải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thời gian thi công ngắn haybăng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệ thuê bao số hay mạng cáp khôngtiếp cận được

IEEE 802.16a bao gồm cả đặc tả lớp PHY và cải tiến lớp MAC cho khả năngtruyền dẫn đa đường và giảm tối đa nhiễu Các đặc tính được thêm vào cho phép

sử dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dãy anten thích ứng Phươngpháp dồn kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing OFDM) cung cấp thêm một sự lựa chọn cho phương phápđiều chế đơn sóng mang Để cung cấp một kỹ thuật giảm thiểu can nhiễu trong cácmạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũng định nghĩa thêm phương pháp điềuchế đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access – OFDMA – Modulation) trong phạm vi dải tần 2 – 11 GHz Vấn đề bảo mật cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con riêng biệtđược đưa thêm vào Các đặc tính riêng biệt được sử dụng để nhận thực tác nhângửi (sender) của một thông điệp MAC nào đó

IEEE 802.16a cũng đưa thêm các tuỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ở nhữngnơi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ SS tới SS Đây là sự thay đổi từ chế

độ PMP, khi mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS và SS Sự bổ sungnhững đặc tả lớp MAC thích hợp cho phép việc lập lịch truyền dẫn giữa các SScủa mạng Mesh mà không cần phải có sự kiểm soát của BS

* IEEE 802.16c-2002

Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002 Bản cập nhật đã sửa một

số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một số profiles

hệ thống chi tiết cho dẩi tần 10 – 66 GHz.

* IEEE 802.16-2004

• Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/07/2004 vàđược công bố rộng rãi vào tháng 9/2004 IEEE 802.16 – 2004 thường đượcgọi với tên 802.16-REVd Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợpcác chuẩn 802.16-2001, 802.16a, 802.16c Chuẩn mới này đã được pháttriển thành một tập các đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng

đủ toàn diện để phân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE802.16 ban đầu.Sử dụng kỹ thuật ghép kênh OFDM (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing) hỗ trợ truy nhập cố định và nomadic trong môitrường LOS (Line of Sight) và NLOS (Non Line of Sight) WiMAX Forumđưa ra băng tần 3.5 GHz và 5.8 GHz cho 802.16-2004 WiMAX

IEEE 802.16e và các chuẩn mở rộng.

Đây là phiên bản phát triển dựa trên việc nâng cấp 802.16-2004 nhằm hỗ trợ thêm cho các dịch vụ di động Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng kênh phụ WiMAX Forum đưa ra băng tần sử dụngcho 802.16e là 2.3GHz, 2.5GHz và 3,5GHz

So sánh tóm tắt các chuẩn IEEE 802.16 cơ bản:

Môi trường

truyền Line of Sight Non Light of Sight

Non Light of Sight

Mbps

Điều chế QPSK OFDM 256 sub-carrier,

QPSK,16QAM,64QAM

Tương tự 802.16aMức di động Cố định Cố định

Có thể cho tốc

độ di chuyển thấp

Băng thông

kênh 20,25,28MHz Dải kênh 1.25-20 MHz

Tương tự 802.16a

Bán kính cell 1.7-5km 5 tới 10km; tối đa 50 km tùy

thuộc vào điều kiện truyền 1.7-5km

Bảng 1- So sánh các chuẩn IEEE 802.16

Phiên bản đầu tiên 802.16a có triển vọng được sử dụng trong các kết nốikhông dây cố định thì các phiên bản kế tiếp 802.16 e,f,g được dự kiến cung cấpkết nối cho các thiết bị di động - máy tính xách tay và điện thoại di động Người tacho rằng công nghệ này sẽ cạnh tranh với xDSL, cáp và UMTS (Universal MobileTelecommunications Systems) hoặc các chuẩn điện thoại di động thế hệ thứ ba

3.Một số ứng dụng của Wimax

Wimax ra đời cung cấp một giải pháp mới thay thế và bổ sung cho các giảipháp băng rộng cũng như băng rộng không dây truyền thống Các giải pháp thaythế DSL, các mạng trục, bổ sung Wifi là các ứng dụng điển hình

Ứng dụng cho các mạng backhaul Các nhà cung cấp dịch vụ internet thường

phải thuê các đường truyền của một nhà cung cấp khác, điều này đã làm giá thànhcủa dịch vụ trở nên đắt hơn Với tốc độ mà Wimax đạt được, họ có thể giảm đượcphần nào sự lệ thuộc này

Các ứng dụng băng thông theo yêu cầu Việc sử dụng Wimax là giải pháp cho

mạng truy nhập sẽ thúc đẩy sự triển khai các mạng WLAN cũng như các điểmhotspot, đặc biệt là tại những nơi mà cable hoặc DSL không thể tới được Wimaxcũng cung cấp băng thông tùy vào các thỏa thuận đối với từng thuê bao

Cung cấp dịch vụ băng thông rộng đến người dùng riêng lẻ Hạn chế của

Cable cũng như DSL là khả năng mở rộng, với tới khách hàng Với DSL, khoảngcách chỉ có thể đạt tới 3 dặm, từ tổng đài trung tâm đến khách hàng Giới hạn nàylàm cho nhiều người có nhu cầu nhưng không được cung cấp dịch vụ Cable cũng

có các giới hạn của nó Rất nhiều các nhà cung cấp dịch vụ Cable cũ đã khôngtrang bị, cải tiến hệ thống cũ thành hệ thống băng thông rộng bởi vì giá thành choviệc đó là quá đắt Hơn thế nữa, cũng không có một chuẩn cụ thể cho việc triểnkhai này, tính tin cậy sẽ không được đảm bảo Và giải pháp cho điều này chính làWimax Những tính năng như băng thông cao, không yêu cầu LOS, mềm dẻo, linhhoạt, giá thành rẻ chính là những điểm khắc phục hạn chế của mạng có dây

Khả năng triển khai đến các vùng ngoại ô, nông thôn, vùng có mật độ dân cư

ít Với những ưu điểm của mình, việc Wimax được chọn tại những vùng như thếnày là hết sức tự nhiên Điều này là bởi các mạng có dây khó có thể được đưa tớinhững nơi thế này, vừa triển khai khó, vừa lợi nhuận thấp

4/Mô hình ứng dụng wimax

Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đề xuất 2 mô hình ứng dụng:

- Mô hình ứng dụng cố định

- Mô hình ứng dụng di động

4.1/ Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)

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 việcvới các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặc trêncột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh

Hình 2Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưngtất nhiên tín hiệu thu không khỏe bằng anten ngoài trời Băng tần công tác(theo quy định và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz Độrộng băng tầng là 3,5MHz Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếpnối không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSLhoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải quasóng quang) WiMAX cố định có thể phục vụ cho các loại người dùng (user)như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN côngcộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và cácmạch điều khiển trạm BS Về cách phân bố theo địa lý, các user thì có thể phântán tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạngcáp hữu tuyến đến đó

Sơ đồ kết cấu mạng WiMAX được đưa ra trên hình 2 Trong mô hìnhnày bộ phận vô tuyến gồm các trạm gốc WiMAX BS (làm việc với anten đặttrên tháp cao) và các trạm phụ SS (SubStation) Các trạm WiMAX BS nối vớimạng đô thị MAN hoặc mạng PSTN

4.2 / Mô hình ứng dụng WiMAX di động