Công nghệ wimax di động cho vùng kinh tế biển đảo việt nam

Một trong những giải pháp đang được nghiên cứu ứng dụng là việc triển khai tích hợp công nghệ không dây băng rộng WiMAX World Interoperability for Microwave Acess vào hệ thống thông tin

Trang 1

-[\ [\ -

TÁC GIẢ Trần Quốc Tuấn

TÊN ĐỀ TÀI

Công nghệ WIMAX cho vùng kinh tế biển đảo Việt Nam

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Hoàng Phương Chi

Hà Nội, năm 2011

Trang 2

Một vấn đề đặt ra là để phục vụ nhiệm vụ chiến lược phát triển vùng kinh tế biển

và hải đảo của Đảng và nhà nước ta thì vấn đề đảm bảo thông tin liên lạc thông suốt giữa các hải đảo hay giữa công trình biển, tàu thuyền và với đất liền phải được ưu tiên hàng đầu Không những vậy, hệ thống thông tin liên lạc cần phải nhanh chóng, chính xác và đạt hiệu quả cao, không những góp phần phát triển kinh tế - xã hội mà còn phục

vụ cho cả vấn đề cứu hộ, cứu nạn trên biển cũng như an ninh quốc phòng vùng biển đảo thiêng liêng của tổ quốc

Một trong những giải pháp đang được nghiên cứu ứng dụng là việc triển khai tích

hợp công nghệ không dây băng rộng WiMAX (World Interoperability for Microwave

Acess) vào hệ thống thông tin liên lạc cho vùng kinh tế biển đảo Đây là công nghệ mới

có nhiều ưu điểm vượt trội, như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, vùng phủ sóng lớn, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép

Trong khuôn khổ nội dung đề tài này tôi xin giới thiệu về hệ thống mạng WiMAX, các công nghệ nền tảng của hệ thống WiMAX, các dịch vụ trên nền WiMAX

di động cùng một số đánh giá, so sánh khác Đồng thời đưa ra giải pháp ứng dụng công nghệ WiMAX cho đặc thù vùng kinh tế biển và hải đảo Việt Nam

Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Hoàng Phương Chi đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm luận văn vừa qua

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo phòng Tích hợp và phát triển hệ thống, công ty Điện toán và Truyền số liệu (VDC) –đã tạo điều kiện giúp đỡ và tin tưởng cho phép tôi trực tiếp tham gia nhóm kỹ thuật thử nghiệm Công nghệ WiMAX tại Bưu Điện bờ hồ giai đoạn II Nhờ đó tôi có thể tiếp cận, nghiên cứu, thiết kế, triển khai hệ

Trang 3

thống WiMAX trong thực tế cũng như việc đánh giá các yếu tố kỹ thuật công nghệ, kinh tế và xã hội từ dự án thử nghiệm Đó là nền tảng kiến thức cũng như kinh nghiệm ban đầu để tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình

Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn anh Lê Quang Đạo – trưởng ban nghiên cứu, phát triển hệ thống WiMAX của tập đoàn VNPT, anh Nguyễn Minh Đức – chuyên gia

hệ thống của tập đoàn Motorola cùng các anh trong phòng Tích Hợp Hệ Thống - công

ty VDC đã giúp đỡ tôi hoàn thiện đề tài này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Viện Điện tử viễn thông, những người thân trong gia đình và bạn bè - những người đã hướng dẫn, giúp

đỡ, ủng hộ tôi suốt thời gian học tập tại trường cũng như trong việc hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Hà Nội, tháng 08 năm 2011

Học viên thực hiện

Trần Quốc Tuấn

Trang 4

TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tiếng Việt – Vietnamese:

Luận văn nghiên cứu tổng quan về công nghệ WiMAX trong đó tập trung vào chuẩn WiMAX di động IEEE 802.16e-2005, giới thiệu các mô hình ứng dụng tiêu biểu, nghiên cứu mô hình mẫu ứng dụng tích hợp WiMAX cho vùng kinh tế đặc thù Biển đảo Việt Nam

Luận văn đề cập tới bốn nội dung chính:

Giới thiệu tổng quan về công nghệ băng rộng và mạng di động băng rộng Tập trung giới thiệu về họ chuẩn IEEE 802 trong đó bao gồm cả chuẩn WiMAX di động 802.16e

Giới thiệu về công nghệ mạng WiMAX – quá trình phát triển và chuẩn hóa, mô hình và các đặc điểm chính của mạng WiMAX, trình bày một số vấn đề kỹ thuật và quy hoạch tần số của WiMAX Ngoài ra cung cấp các thông tin về tình hình thử nghiệm, triển khai thương mại WiMAX ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới

Nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật nền tảng của WiMAX, đây là những kỹ thuật cơ bản cần phải quan tâm khi thiết kế và triển khai một mạng WiMAX trên thực tế

Phần cuối luận văn đi sâu nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai WiMAX cho đặc thù vùng kinh tế biển đảo Đồng thời sẽ đánh giá một cách toàn diện các mặt: kỹ thuật công nghệ, kinh tế và xã hội khi triển khai công nghệ WiMAX vào thực tế của Việt Nam hiện nay

Trang 5

Tiếng Anh – English:

The thesis studies an overview of the WiMAX technology which focuses on the mobile WiMAX based on the IEEE802.16e-2005 standard, introduces some typical applying models, specially studies a sample applying model which integrating WiMAX technology for imformation system of Vietnamese Sea an Islands’economic zone This thesis refers to four main parts:

Firstly, the thesis introduces an overview of the mobile broadband network This part focus on introducing the WiMAX technology – the process of development an standardization, main features of the WiMAX network and presents some technical problems and the WiMAX’s planned frequency Besides, it also provides information

on testing, deploying the WiMAX commerce in Viet Nam as well as all over the world Secondly, this thesis presents WiMAX’s basic technical issues, which should be paid attention to when designing and deploying the WiMAX netword in practice

Thirdly, the thesis introduces model and features of the WiMAX mobile network, describes WiMAX network architecture in practice Beyond, it also presents some typical applying models in Viet Nam

Lastly, the thesis researches in details an builds the specimen model for WiMAX information systems of Vietnamese Sea and Islands’ economic zone And evaluating comprehensively all aspects of: technology, economy and society when deploying the WiMAX technology in the actual situation of Viet Nam today

Trang 6

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH SÁCH HÌNH VẼ 2

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 4

CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 5

PHẦN MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BĂNG RỘNG 11

1.1 Công nghệ truy nhập băng rộng 11

1.2 Một số mạng di động băng rộng 12

Kết luận 16

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG WIMAX 17

2.1 Công nghệ WiMAX - quá trình phát triển và chuẩn hóa 17

2.2 Đặc điểm của công nghệ mạng WiMAX 19

2.3 Quy hoạch tần số WiMAX 21

2.4 Kiến trúc hệ thống mạng WiMAX di động 25

2.5 Giới thiệu 1 số dịch vụ trên hạ tầng mạng WiMAX 27

2.6 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam 28

2.6.1 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới 28

2.6.2 Triển khai WiMAX tại Việt Nam – Thuận lợi và thách thức 30

2.7 Một số mô hình triển khai WIMAX tiêu biểu tại Việt Nam 31

2.7.1 Triển khai thử nghiệm WiMAX của VDC tại Tả Van 32

2.7.2 Triển khai thử nghiệm WiMAX của Bưu Điện Hà Nội 36

2.7.3 Mô hình triển khai ứng dụng WiMAX của VietSoPetrol 40

Kết luận 43

CHƯƠNG III: CÁC KỸ THUẬT NỀN TẢNG CỦA WIMAX 44

3.1 Kỹ thuật điều chế số 44

Trang 7

3.1.1 Kỹ thuật điều chế pha BPSK/QPSK 44

3.1.2 Kỹ thuật điều chế biên độ cầu phương QAM 45

3.2 Kỹ thuật điều chế OFDM 46

3.2.1 Lý thuyết cơ bản về kỹ thuật điều chế OFDM 47

3.2.2 Các ưu nhược điểm của phương pháp OFDM 50

3.3 Kỹ thuật song công FDD/TDD 51

3.4 Các kỹ thuật đa truy nhập 52

3.4.1 TDMA 52

3.4.2 OFDMA 53

3.4.3 Scalable OFDMA (SOFDMA) 57

3.5 Điều chế thích nghi và mã hóa AMC 58

3.6 Cơ chế H-ARQ 60

Hybrid ARQ 61

3.7 Phản hồi kênh nhanh CIQCH 62

3.8 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS 63

3.9 Kiểm soát hệ thống vô tuyến 65

3.9.1 Kỹ thuật đồng bộ 65

3.9.2 Kiểm soát tần số 65

3.9.3 Điều khiển công suất 65

3.9.4 Quản lý sự di động và giảm công suất tiêu thụ 66

3.10 Công nghệ MIMO – Anten thông minh 67

3.10.1 Công nghệ MIMO 67

3.10.2 Công nghệ Anten thông minh 68

Kết luận 69

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI TÍCH HỢP CÔNG NGHỆ WIMAX CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN BIỂN VÀ ĐẢO 70

Trang 8

4.1 Mô hình triển khai hệ thống thông tin tích hợp công nghệ WiMAX cho biển đảo

Việt Nam 70

4.1.1 Nhu cầu phát triển hệ thống thông tin liên lạc cho vùng kinh tế biển đảo Việt Nam 70

4.1.2 Các đặc trưng và yêu cầu của hệ thống thông tin xa bờ 71

4.1.3 Tích hợp công nghệ WiMAX cho hệ thống thông tin liên lạc xa bờ 72

4.2 Giải pháp kỹ thuật 75

4.2.1 Lựa chọn băng tần 75

4.2.2 Tính toán đường truyền 76

4.2.3 Mô hình giải pháp tổng thể 79

4.2.4 Các thành phần chức năng của hệ thống 81

4.3 Vấn đề bảo mật và đảm bảo chất lượng dịch vụ 83

4.3.1 An ninh mạng và chính sách bảo mật 83

4.3.2 Đảm bảo chất lượng dịch vụ 85

4.4 Triển khai ứng dụng 91

4.4.1 Dịch vụ truy cập Internet di động băng rộng 91

4.4.2 Dịch vụ thoại trên nền hệ thống WiMAX 91

4.4.3 Các ứng dụng băng rộng khác 103

4.5 Kết luận 104

PHẦN KẾT LUẬN 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

Trang 9

Trần Quốc Tuấn – CH2009 – Đại học Bách Khoa Hà Nội

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan ngoài những phần tham khảo trong các tài liệu trích dẫn, nội dung bản luận văn là kết quả nghiên cứu của bản thân, tôi không sao chép nội dung

từ bất kỳ bản luận văn nào khác

Hà Nội, Tháng 08 năm 2011

Học viên thực hiện

Trần Quốc Tuấn

Trang 10

2

Hình 1.1: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây [1] 13

Hình 1.2: Quan hệ giữa 802 và OSI 13

Hình 1.3: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây của IEEE [3] 14

Hình 2.1: Minh họa 1 mạng WiMAX 17

Hình 2.2: Quy hoạch tần số cho WiMAX trên toàn cầu 22

Hình 2.3: Kiến trúc mạng WiMAX di động theo khuyến nghị của Cisco [9] 25

Hình 2.4: Mô hình tổng thể hệ thống thông tin Tả Van 33

Hình 2.5: Một số thiết bị thử nghiệm WiMAX tại Tả Van 34

Hình 2.6 : Kiến trúc tổng thể hệ thống mạng theo khuyến nghị của Motorola [7] 38

Hình 2.7 : Mô hình hệ thống thử nghiệm WiMAX tại Bưu Điện Bờ Hồ .39

Hình 2.8: Mô hình triển khai ứng dụng công nghệ WiMAX cho hệ thống thông tin liên lạc cho VietSoPetrol 41

Hình 3.1: Điều chế BPSK 44

Hình 3.2: Điều chế QPSK 44

Hình 3.3: Sơ đồ khối điều chế QPSK 45

Hình 3.4: Điều chế 64QAM 45

Hình 3.5: Sơ đồ khối phương pháp điều chế M_QAM 46

Hình 3.6: Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao 48

Hình 3.7: Cấu trúc của một ký hiệu OFDM 49

Hình 3.8: Hai chế độ song công TDD và FDD 51

Hình 3.9: Cấu trúc sóng mang con OFDMA 54

Hình 3.10: Kênh con hóa trong OFDMA 54

Hình 3.11: Cấu trúc khung công nghệ đa truy nhâp OFDMA [10] 55

Hình 3.12: Nhóm các sóng mang con cho mỗi người dùng khác nhau [10] 56

Hình 3.13: Điều chế thích nghi và mã hóa dựa trên khoảng cách với BS [10] 58

Hình 3.14: Cơ chế yêu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra [5] 61

Hình 3.15: Hỗ trợ QoS WiMAX di động 63

Trang 11

3

Hình 3.16: Kỹ thuật MIMO/OFDM trong WiMAX [5] 68

Hình 4.1 : Ứng dụng Wimax cho việc thông tin liên lạc xa bờ 72

Hình 4.2: Đảo quốc Singapore triển khai dự án WisePort 73

Hình 4.3: Đảo Phú Quốc một mô hình tốt để ứng dụng công nghệ WiMAX 74

Hình 4.4: Mô hình kết nối PMP WiMAX [10] 77

Hình 4.5: Mô hình tổng thể hệ thống thông tin xa bờ tích hợp công nghệ WiMAX 80

Hình 4.6: Cấu trúc QoS E2E [1] 86

Hình 4.7: Giao diện NSM Symmetry MX 88

Hình 4.8 Cấu hình GoS cho Downlink Void trên Symmetry MX 89

Hình 4.9: Mô hình ứng dụng truy cập Internet băng rộng di động 91

Hình 4.10: Mô hình tổng thể hệ thống thoại 92

Hình 4.11: Mô hình mạng thoại tại Trung tâm – Đất liền 94

Hình 4.12: Mô hình logical hệ thoại 95

Hình 4.13: Cuộc gọi giữa 2 IP phone cùng 1 Site 96

Hình 4.14: Cuộc gọi giữa IP phone và Điện thoại Analog cùng 1 Site .97

Hình 4.15: Cuộc gọi giữa hai Analog Phone cùng Site 98

Hình 4.16: Cuộc gọi giữa hai IP Phone thuộc hai Site khác nhau .98

Hình 4.17: Cuộc gọi giữa IP Phone và Analog phone thuộc hai Site khác nhau 99

Hình 4.18: Cuộc gọi giữa hai Analog Phone thuộc 2 Site khác nhau 99

Hình 4.19: Cuộc gọi giữa hai IP phone thuộc biển và bờ 100

Hình 4.20: Cuộc gọi giữa IP Phone và Analog Phone thuộc biển và bờ 101

Hình 4.21: Cuộc gọi giữa hai Analog Phone thuộc biển và bờ 102

Trang 12

4

Bảng 3.1: Các tham số tỉ lệ OFDMA [10] 57Bảng 3.2: Thông số điều chế WiMAX [1] 59Bảng 3.3: Tốc độ dữ liệu PHY trong WiMAX di động với các kênh con PUSH [4] 60Bảng 3.4: Các dịch vụ WiMAX và QoS [9] 64Bảng 4.1: Phân bố tần số cho các công nghệ không dây [8] 76Bảng 4.2: Thiết lập 1 profile GoS trong thực tế 87

Trang 13

5

AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích nghi

BPSK Binary Phase - Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc (trong mạng di

động tổ ong)

CC Convolutional Code Mã xoắn (Mã chập)

CID Conection IDentifier Nhận dạng kết nối

CINR Carrier to Interference + Noise Ratio Tỉ số nhiễu tạp

CPE Customer Premises Equipment Thiết bị tại nhà khách hàng

CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung

CQICH Channel Quality Indicator CHannel Kênh chỉ báo chất lượng kênh truyền

CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ

CTC Convolutional Turbo Code Mã xoắn Turbo

DAMA Demand Assinged Multiple Access Đa truy nhập cấp phát theo nhu cầu DCD Downlink Channel Descriptor Chỉ báo kênh đường xuống

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức thiết lập địa chỉ động DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông Châu

Âu

FBSS Fast Base Station Switching Chuyển trạm gốc nhanh

FCH Frame Control Header Tiếp đầu điều khiển khung

Trang 14

6

FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Mã sửa lỗi bên thu

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp tự động kiểu kết hợp

IEEE Institute of Electrical and Electronics

Engineers

Hiệp hội kĩ sư điện tử và điện

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược

IP Internet Protocol Giao thức liên mạng

ISI Inter – Symbol Interference Nhiễu liên kí hiệu

ISM Industrial, Scientific, and Medical Dải tần dành cho công nghiệp, khoa

học và y tế

ITP Internet Time Protocol Giao thức định thời liên mạng

LDPC Low Density Parity Check Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LMDS Local Multipoint Distribution System Hệ thống phân phối đa điểm nội bộ

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập đường truyền MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị

MDHO Macro Diversity Hand Over Chuyển giao phân tập vĩ mô

MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống đa đầu vào đa đầu ra

NACK Not ACKnowledge Báo không nhận hoăc nhận sai dữ

Trang 15

7

liệu bên phát

NLOS Non Line Of Sight Không trong tầm nhìn thẳng

NMS Network Management Software Phần mềm quản lý mạng

OFDM Orthogonal Frequency Division

OSI Open Systems Interconnection Mô hình liên kết các hệ thống mở

PAN Personal Area Network Mạng cá nhân

PDA Personal Digital Assistant Máy trợ giúp số cá nhân

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PKM Privacy Key Management Giao thức Quản lý khóa bảo mật PMP Point to Multi Point Mô hình mạng điểm – đa điểm PSK Phase - Shift Keying Khóa dịch pha

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại công cộng

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase- Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RSA Ronald Rivest, Adi Shamir, Leonard

Adleman

Mã hóa theo kiểu khóa công khai

SCADA Supervisory Control And Data Hệ thống giám sát điều khiển và thu

thập dữ liệu

Trang 16

8

Acquisition

SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency

Division Mutiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

SVC Switched Virtual Connection Kết nối chuyển mạch ảo

TC Transmission Convergence sublayer Lớp con hội tụ truyền

TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Mutiplexing Ghép kênh theo thời gian

TDMA Time Division Mutiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gian TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp tin

UCD Uplink Channel Descriptor Phần mô tả kênh đường lên

UGS Unsolicited Grand Service Dịch vụ cấp phát tự nguyện

UNII Unlicensed National Information

Infrastructure

Cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia miễn cấp phép

VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức liên mạng

WiFi Wireless Fidelity

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

WisePort Wireless broadband access for SEaPort

Trang 17

9

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Hiện nay khái niệm mạng băng rộng không còn xa lạ với nhiều người, tuy nhiên mạng di động băng rộng vẫn là một đề tài mới mẻ và thu hút được nhiều sự quan tâm Công nghệ băng rộng không dây đã nâng tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn và tầm phủ sóng xa hơn nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng di động

Hiện tại trên thị trường đang hiện diện một số công nghệ băng rộng đã được thương mại hóa thành công là: WCDMA-3G, HSDPA … và công nghệ WiMAX WiMAX là một công nghệ không dây chứng tỏ được những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ đi trước nó Với tốc độ truy cập lên tới 70Mbps trong bán kính phủ sóng 40km của chuẩn WiMAX cố định, cũng như khả năng duy trì kết nối với tốc độ di chuyển lên tới 120km/h của WiMAX di động, công nghệ WiMAX sẽ là công nghệ tiên phong làm thay đổi cách thức truy cập Internet truyền thống của con người trong vài năm tới

Với nền tảng công nghệ đó, WiMAX được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin băng rộng Từ tích hợp cho đến triển khai độc lập, WiMAX luôn cho thấy khả năng vượt trội và lợi thế cạnh tranh so với các công nghệ khác Đặc biệt trong các

mô hình ứng dụng đặc thù như hệ thống thông tin biển và hải đảo, WiMAX càng chứng tỏ được hiệu quả to lớn của mình

Cùng với sự hội nhập kinh tế quốc tế, tăng cường năng lực xuất nhập khẩu, khai thác dầu khí, phát triển thủy hải sản, du lịch …vùng kinh tế biển đảo Việt Nam đang được chú trọng phát triển và trở thành chiến lược hàng đầu của nước ta

Tuy nhiên hạ tầng thông tin phục vụ các hoạt động kinh tế biển tỏ ra yếu kém trước sự phát triển nhanh chóng về số lượng giao dịch, dung lượng cũng như yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng cao Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển đó, luận văn tốt nghiệp này sẽ trình bày giải pháp tổng thể; từ giới thiệu công nghệ, mô hình thiết kế

Trang 18

10

cho tới triển khai ứng dụng cụ thể công nghệ WiMAX cho hệ thống thông tin liên lạc vùng kinh tế biển đảo Việt Nam

PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Luận văn tốt nghiệp này nghiên cứu một cách tổng quan về công nghệ WiMAX, trong đó tập trung vào chuẩn 802.16e – WiMAX di động Đồng thời trình bày các vấn

đề kỹ thuật cơ bản cần quan tâm khi tiến hành thiết kế, triển khai mạng WiMAX vào thực tế Đặc biệt trong chương 4 của luận văn đi sâu nghiên cứu và xây dựng một mô hình mẫu để triển khai WiMAX cho đặc thù vùng kinh tế biển đảo Việt Nam

Bố cục và nội dung chính của luận văn:

− Chương I: Giới thiệu tổng quan về công nghệ băng rộng và mạng di động

băng rộng Nội dung của chương này sẽ tập trung giới thiệu về họ chuẩn IEEE 802 trong đó bao gồm cả chuẩn WiMAX di động 802.16e

− Chương II: Giới thiệu về công nghệ mạng WiMAX – quá trình phát triển và

chuẩn hóa, nêu các đặc điểm chính của mạng WiMAX, mô tả kiến trúc một

hệ thống WiMAX di động, trình bày một số vấn đề kỹ thuật và quy hoạch tần

số của WiMAX Đưa ra các so sánh, nhận xét giữa WiMAX và các mạng băng rộng khác Ngoài ra cung cấp các thông tin về tình hình thử nghiệm, triển khai thương mại WiMAX ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới

− Chương III: Nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật nền tảng của WiMAX, đây là

những kỹ thuật cơ bản cần phải quan tâm khi thiết kế và triển khai một mạng WiMAX trên thực tế

− Chương IV: Phần này đi sâu cứu và xây dựng mô hình triển khai ứng dụng

WiMAX cho đặc thù vùng kinh tế biển đảo Đồng thời sẽ đánh giá một cách toàn diện các mặt: kỹ thuật công nghệ, kinh tế và xã hội khi triển khai vào thực tế của Việt Nam hiện nay

Trang 19

sử dụng ngày càng gia tăng và đa dạng, đòi hỏi khả năng kết nối mọi nơi mọi lúc và tốc

độ truy cập cao Mạng băng thông rộng (Broadband Network) là hướng phát triển tất

yếu để đáp ứng nhu cầu này

Công nghệ băng rộng chính là các kỹ thuật công nghệ sinh ra để nhằm giải quyết

nhu cầu đó Thuật ngữ này chỉ bất kì loại truy cập tốc độ cao nào từ truy cập Internet tới di động băng rộng Công nghệ băng rộng cho phép người dùng có thể truy cập internet với độ tin cậy, tốc độ ngày càng cao là cơ sở tạo nên hạ tầng mạng cho phép sử dụng hoặc cung cấp các dịch vụ viễn thông chất lượng cao theo hướng hội tụ đa dịch

vụ …Các công nghệ băng rộng có thể kể tên như: DSL, CATV, công nghệ băng rộng

không dây WPAN, WLAN, WMAN, WWAN …

Hiện nay trên thế giới và cả Việt Nam, mạng lõi và mạng truy nhập cũng đã được cải thiện một cách đáng kể Riêng mạng truy nhập thì gặp nhiều khó khăn hơn Mạng truy nhập là mạng nối từ nhà cung cấp dịch vụ tới khách hàng, nó chiếm phần đầu tư rất lớn cho toàn bộ mạng nói chung Mạng truy nhập được nói đến nhiều nhất hiện nay

Trang 20

12

• Tính sẵn sàng cao và hội tụ dịch vụ: Mạng truy nhập băng rộng tạo ra cách tiếp cận internet hay truyền thông thân thiện và tiện dụng hơn nhiều Bạn có thể gọi điện OverIP trong khi đang lướt Web thậm chí xem phim trực tuyến cùng lúc…

• Mạng truy nhập băng rộng là giải pháp kinh tế hiệu quả vì khả năng hội tụ hạ tầng mạng thoại, dữ liệu và truyền hình

1.2 Một số mạng di động băng rộng

Băng rộng di động là một bước ngoặt cho ngành công nghiệp di động, giống như việc chuyển từ kết nối quay số sang truy cập Internet băng thông rộng vậy, nó đã làm thay đổi hẳn diện mạo ngành công nghiệp cố định Sau đây sẽ giới thiệu về các tổ chức tiêu chuẩn hóa và một số chuẩn di động băng rộng

Có ba tổ chức chuẩn hóa các mạng không dây băng rộng là : IEEE- viện kỹ thuật điện và điện tử - một tổ chức của nước Mỹ chuyên phát triển nhiều loại tiêu chuẩn (trong đó có các tiêu chuẩn về truyền dữ liệu), ETSI- viện chuẩn hóa viễn thông liên hiệp Châu Âu và 3GPP- tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào Nhiệm vụ chính của IEEE và ETSI là chuẩn hóa các mạng không dây trên nền tảng các mạng gói trong khi 3GPP tập trung chủ yếu vào các di động mạng tế bào IEEE và ETSI chính là hai tổ chức chuẩn hóa các mạng không dây băng rộng Mặc dù IEEE là tổ chức của Mỹ còn ETSI là của châu Âu nhưng tầm ảnh hưởng của các chuẩn

do hai tổ chức này tạo ra là gần như khắp thế giới

Trong phạm vi đề tài, nội dung của mục này sẽ tập trung giới thiệu về họ chuẩn IEEE 802 trong đó bao gồm cả chuẩn WiMAX di động 802.16e Việc tìm hiểu họ chuẩn này là cần thiết để có 1 cái nhìn tổng quan về chức năng, nhiệm vụ, mối liên hệ giữa các chuẩn

Hình 1.1 cho biết về các tổ chức chuẩn hóa mạng không dây, các chuẩn cũng như khả năng, phạm vi của từng chuẩn

Trang 21

13

Hình 1.1: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây [1]

Các đặc tả của IEEE 802 thường tập trung vào giao diện mạng về mặt vật lý chẳng hạn như card giao diện mạng, cầu nối, router, đầu nối, cáp và tất cả những gì thuộc về lĩnh vực truyền tín hiệu và phương pháp truy cập có liên quan đến việc nối mạng về mặt vật lý Tức là các mô tả 802 chủ yếu quan tâm đến lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI

Hình 1.2 mô tả mối quan hệ giữa 802 và OSI

Hình 1.2: Quan hệ giữa 802 và OSI

Trang 22

14

Trong các mô tả của IEEE, có một số lớn các mô tả tập trung vào các mạng không dây, từ các mạng nhỏ như mạng WPAN đến các mạng lớn như mạng WWAN Hình 1.3 mô tả các đặc tả của IEEE đối với các loại mạng không dây

Hình 1.3: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây của IEEE [3]

Chuẩn 802.15 dựa trên công nghệ Bluetooth, một công nghệ được khởi xướng bởi công ty điện thoại di động Erricson năm 1994 Đến năm 2002 chính thức được IEEE chuẩn hóa và đưa vào sử dụng

Họ chuẩn 802.11x là chuẩn dành cho mạng WLAN Họ chuẩn 802.11 ra đời lần đầu tiên năm 1999, đưa ra tốc độ truyền lên đến 2 Mbps trên băng tần 2,4GHz sử dụng

kỹ thuật trải phổ nhẩy tần FHSS và trải phổ dãy trực tiếp DDSS

Chuẩn 802.11b là chuẩn thương mại đầu tiên còn có tên là Wi-Fi, hiện là chuẩn WLAN phổ biến nhất hiện nay, hoạt động trên băng tần 2,4GHz, tốc độ dữ liệu có thể lên tới 11Mbps Các chuẩn 802.11a, g ra đời sau này với mục đích cải thiện chất lượng, khả năng cho chuẩn 802.11b Tốc độ của hai chuẩn này lên tới 54Mbps Tuy nhiên trong khi 802.11g vẫn làm việc ở dải tần 2,4 GHz thì 802.11a lại làm việc ở dải tần 5,8GHz Chính vì vậy 802.11g có khả năng tương thích ngược với 802.11b còn 802.11a thì không có khả năng đó

Trang 23

15

Chuẩn 802.16 là một chuẩn mới dành để mô tả các mạng WMAN, được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công bố vào ngày 08/04/2002 Chuẩn này định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WMAN cho các mạng vùng đô thị Chuẩn này có một loạt các ưu điểm so với các chuẩn không dây băng rộng truyền thống như thông lượng, khả năng mở rộng, phạm vi phủ sóng, chất lượng dịch vụ, tính năng bảo mật… 802.16e và 802.20 là hai đặc tả hướng tới mạng WWAN, hay chính xác hơn là các mạng di động thế hệ 3 (3G) Chuẩn 802.16e hay chuẩn WiMAX di động được thừa

kế từ 802.16a nhưng hỗ trợ thêm các tính năng di động, trong khi đó 802.20 được xây dựng hoàn toàn từ đầu 802.16 nhấn mạnh vào tốc độ thông lượng còn 802.20 nhấn mạnh vào việc hỗ trợ truy cập cho người dùng đang chuyển động rất nhanh

Chuẩn IEEE 802.20 còn được gọi là truy nhập vô tuyến băng rộng di động WBMA (Mobile Broadband Wireless Access) Nó có thể hỗ trợ ngay cả khi đang di chuyển với vận tốc lên tới 250 km/h Trong khi chuyển vùng (roaming), thì chuẩn IEEE 802.20 giống như 3G có khả năng hỗ trợ chuyển vùng toàn cầu Ngoài ra, cũng giống như WiMAX, IEEE 802.20 cũng hỗ trợ các kỹ thuật QoS nhằm cung cấp những dịch vụ có yêu cầu cao về độ trễ, jitter

Ngoài ra phải nói đến công nghệ WiBro (Wireless Broadband) đã được khai thác

ở Hàn Quốc Là một công nghệ truy nhập băng rộng vô tuyến di động mới nhất WiBro cũng dựa trên chuẩn IEEE 802.16 giống như WiMAX, nhưng được thiết kế để duy trì kết nối khi di chuyển, tự động hiệu chỉnh bộ thu ở tốc độ lên tới 60km/h WiBro sử dụng định dạng của hệ thống WiMAX di động nên có các đặc điểm và các tính năng tương đồng như các hệ thống WiMAX di động

Đặc biệt gần đây khi nhắc tới công nghệ di động băng rộng ta không thể bỏ qua LTE (Long Term Evolution) mặc dù hiện tại công nghệ này còn chưa được chuẩn hóa LTE là thế hệ tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới Mặc dù 3GPP đã phát triển HSDPA, HSUPA để tăng dung lượng truyền (data rate) đến tốc độ lý thuyết max

Trang 24

Trang 25

17

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG WIMAX

2.1 Công nghệ WiMAX - quá trình phát triển và chuẩn hóa

Chuẩn WiMAX đầu tiên – 802.16a đã được IEEE chấp nhận là chuẩn truy nhập

băng rộng không dây diện rộng vào năm 2004 Tên “WiMAX” do WiMAX Forum tạo

ra, bắt đầu từ tháng 6 năm 2001, đề xướng việc xây dựng một tiêu chuẩn cho phép kết

nối giữa các hệ thống khác nhau Diễn đàn này cũng miêu tả WiMAX là "tiêu chuẩn

dựa trên kỹ thuật cho phép truyền dữ liệu không dây băng thông rộng giống như với cáp và DSL" [3]

WiMAX có tốc độ truyền dữ liệu cao, vùng phủ rộng, 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 cho tốc độ cao một phần nhờ kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), ngoài ra Mobile WiMAX còn dùng công nghệ anten thông minh MIMO (Multiple Input Multiple Output) cho phép phát và thu qua nhiều anten để cải thiện tốc độ và chất lượng tín hiệu

Hình 2.1: Minh họa 1 mạng WiMAX

Công nghệ WiMAX đôi khi được nhiều người lầm hiểu là phiên bản nâng cấp của Wi-Fi theo chuẩn IEEE 802.11, WiMAX và Wi-Fi tuy gần gũi về kỹ thuật nhưng là 2

Trang 26

Phiên bản này đã được hoàn thiện vào cuối năm 2009, như là một bước tiến để vượt trội hơn 3G LTE và xâm nhập sâu rộng hơn vào thị trường di động hiện nay Phiên bản 802.16m vẫn dựa trên kỹ thuật ăng-ten MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của 802.16m đã được hoàn thành vào cuối năm 2010

Sau đây ta điểm lại một số dấu mốc quan trọng trong quá trình phát triển và

chuẩn hóa WiMAX từ khi khởi lập đến nay :

• Tháng 7/1999, IEEE thành lập nhóm làm việc về truy cập vô tuyến băng rộng gọi là BWA để xây dựng chuẩn mạng MAN vô tuyến có khả năng ứng dụng toàn cầu

• Kết quả sau 2 năm làm việc công bố chuẩn đầu tiên họat động ở băng tần 10-66 GHz được chấp nhận vào 12/2001

Trang 27

• Dự án 802.16d được thay thế bởi 802.16-RE-VD được IEEE-SA standards Board chấp nhận vào ngày 11/09/2003 và công bố như chuẩn IEEE 802.16-2004 thay thế các bộ tiêu chuẩn 802.16-2001, 802.16c-2002 và 802.16a-2003

• Dự án 802.16e về lớp MAC và lớp vật lý cho di động và cố định ở băng tần cấp phép, được IEEE-SA Standards Board chấp nhận vào 07/12/2005 và chờ được công bố vào 01/2006

• Dự án 802.16f về quản lý thông tin được IEEE-SA Standards Board chấp nhận vào 22/09/2005 và công bố vào ngày 01/12/2005

• Dự án 802.16g về quản lý thủ tục và dịch vụ, dự án 802.16h đang phát triển

• Tại khoá họp Hội đồng thông tin vô tuyến 2007 (RA-07) của Liên minh viễn thông thế giới (ITU), được tổ chức tại Genneve, Thụy Sĩ, đã thông qua việc bổ sung giao diện vô tuyến OFDMA TDD WMAN (WiMAX di động) vào họ giao diện vô tuyến IMT-2000

2.2 Đặc điểm của công nghệ mạng WiMAX

• Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX có một vài kiến trúc như Point to Point dùng cho

backhaul, Point to Multipoint cho BS (base station) đến SS (subscriber) Nếu chỉ

Trang 28

20

có một SS trong mạng WiMAX thì BS sẽ giao tiếp với SS trên nền tảng Point to Point

• Khả năng di dộng hoàn toàn (Mobility): Chuẩn IEEE 802.16e sửa đổi được

thêm đặc tính quan trọng là hỗ trợ di động Để đáp ứng khả năng di động lớp vật

lý dùng OFDM và OFDMA được nâng cấp đáng kể Sự cải thiện này bao gồm Scaleable OFDM, MIMO (multi input- multi output) và hỗ trợ dạng Idle/sleep

và handoff cho phép sự di động ở tốc độ lên tới 160 km/h

• An ninh mạnh: WiMAX hỗ trợ AES (advanced Encryption Standard) và 3DES

(triple Data Encryption Standard) Với việc bảo mật tuyến giữa BS và SS, WiMAX cung cấp sự riêng tư và an toàn ở giao tiếp không dây băng rộng An ninh mạng WiMAX còn cho phép các nhà vận hành mạng chống lại sự đánh cắp các dịch vụ Ngoài ra WiMAX cũng cho phép xây dựng mạng riêng ảo (VPN), cho phép bảo vệ những dữ liệu được gửi đi từ những người sử dụng khác nhau trong cùng một BS

• Cung cấp QoS: WiMAX cung cấp QoS trên từng kết nối đáp ứng tất cả các dịch

vụ nhạy cảm với trễ như thoại, truyền hình…và các dịch vụ đa phương tiện

• Sự triển khai nhanh chóng: So với sự triển khai mạng hữu tuyến thì WiMAX

có thể được triển khai nhanh hơn rất nhiều Chỉ với một anten và thiết bị cài đặt được cung cấp nguồn là WiMAX sẵn sàng phục vụ các dịch vụ Trong nhiều trường hợp sự triển khai WiMAX có thể được tính bằng giờ so với hàng tháng đối với các giải pháp khác

• Phạm vi phủ sóng rộng khắp: WiMAX hỗ trợ nhiều mức điều chế bao gồm

BPSK, QPSK, 16_QAM, 64_QAM Khi hoạt động với bộ khuếch đại công suất lớn và mức điều chế thấp BPSK, QPSK WiMAX vẫn có thể bao phủ một vùng rộng với đường truyền giữa BS và SS trong môi trường LOS

• Cung cấp dịch vụ nhiều mức (multi_level service): Với việc đáp ứng các mức

độ QoS khác nhau dựa trên thoả thuận về mức dịch vụ SLA (giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng của mạng WiMAX) Ngoài ra WiMAX còn cho phép một nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau tới các

Trang 29

21

thuê bao khác nhau hoặc thậm chí tới những người sử dụng khác nhau trên cùng một SS

• Khả năng hoạt động cùng các thiết bị khác( Interoperability): WiMAX là một

công nghệ phát triển sau này nên cần phải đảm bảo khả năng tương thích với các thiết bị trước đó để có thể được thị trường chấp nhận

• Hoạt động trong đường truyền NLOS: WiMAX dựa trên công nghệ OFDM có khả năng xử lý trong môi trường NLOS (non light of sight) [2]

2.3 Quy hoạch tần số WiMAX

Một dấu mốc quan trọng trong sự phát triển của WiMAX cần phải nhắc tới là khoá họp Hội đồng thông tin vô tuyến 2007 (RA-07) của Liên minh viễn thông thế giới (ITU), được tổ chức tại Genneve, Thụy Sĩ Tại khóa họp lần đó đã thông qua việc bổ xung giao diện vô tuyến OFDMA TDD WMAN (WiMAX di động) vào họ giao diện

vô tuyến IMT-2000 (thường vẫn được biết dưới tên 3G) Sau khi được bổ sung, chuẩn giao diện OFDMA TDD WMAN sẽ là chuẩn giao diện vô tuyến thứ 6 của họ IMT-

2000 (cùng 5 giao diện trước là CDMA Direct Spread (hay WCDMA), CDMA Carrier (thường được biết dưới tên CDMA 2000), CDMA TDD, TDMA Single-Carrier, FDMA/TDMA…) Như vậy thực chất chuẩn WiMAX 802.16e có thể xem là một công nghệ thuộc thế hệ mạng 3G

Multi-Do định nghĩa về IMT-2000 (3G) của ITU đã được xây dựng từ nhiều năm trước, nhiều công nghệ sau này như HSDPA, HSUPA, LTE, WiMAX di động có khả năng cung cấp tốc độ kết nối cao hơn so với tốc độ do ITU định nghĩa, nên nhiều hãng đã tận dụng để PR cho các hệ thống của mình là 3.5G, 3.75G hay 3.9G thậm chí là 4G

RA-07 cũng thông qua khuyến nghị về việc sử dụng băng tần 2500-2690 MHz cho IMT-2000 Theo đó có 3 phương án (C1, C2, C3) sử dụng băng tần Phương án C1

và C2 dành 2x70 MHz (đoạn 2500-2570 MHz và 2620-2690 MHz) sử dụng cho phương thức song công FDD để phù hợp với các công nghệ di động truyền thống như HSPA, LTE Phương án C3 cho phép dùng linh hoạt giữa FDD và TDD, tạo thuận lợi

Trang 30

22

cho việc sử dụng công nghệ TDD như WiMAX di động Đây sẽ là cơ sở quan trọng cho việc quy hoạch tần số cho băng tần 2500-2690 MHz của các nước, cũng như ở Việt Nam

Hình 2.2: Quy hoạch tần số cho WiMAX trên toàn cầu

Ở đây ta có thể thấy việc WiMAX được khuyến nghị và cấp phép tần số hoạt động khá cao là 2.3, 2.5 - 2.6, 3.3 – 3.6, 5.0 – 6.0 GHz Ở các giải tần này có thể tránh

“đụng độ” với những ứng dụng không dây khác Tuy nhiên một hệ thống di động khi hoạt động ở dải tần cao lại có những khó khăn không dễ khắc phục như: Suy hao lớn, hấp thụ do vật cản cao …dẫn tới vùng phủ giảm đi khá nhiều so với các hệ thống di động hoạt động ở tần số thấp hơn Đồng thời giải quyết bài toán sử dụng nguồn pin hạn chế trong các thiết bị cầm tay khi mà công suất phát tuyến Uplink là khá cao

Nói thêm rằng không phải bất cứ công nghệ cao nào cũng dễ dàng được chấp nhận rộng rãi, việc đón nhận nó còn phụ thuộc phần nhiều vào tính tương hợp với nhu

Trang 31

23

cầu hiện tại của đa số người dùng Chẳng hạn kỹ thuật OFDM/OFDMA thực sự là giải pháp tiên tiến cho nhiều vấn đề như: Hiệu suất sử dụng phổ tần được nâng cao, cải thiện chất lượng truyền tin nhờ giảm thiểu tác hại của hiệu ứng đa đường, giảm tỉ lệ lỗi bít… Tuy nhiên một trong các nhược điểm chính của hệ thống OFDM là tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) lớn và do đường bao tín hiệu thay đổi theo tin tức, bộ khuếch đại cần độ tuyến tính cao hoặc phải làm việc ở một độ lùi khá lớn Trong hệ thống OFDM, việc giảm PAPR và nâng cao dung lượng hệ thống là hai yêu cầu trái ngược nhau Ở thời điểm hiện tại khi các thiết bị cầm tay còn bị hạn chế bởi nguồn pin trong thì kỹ thuật OFDM lại là một trở ngại không nhỏ để thuyết phục người dùng di động sử dụng hệ thống WiMAX Chính vì nhược điểm này mà dự kiến

hệ thống LTE phiên bản đầu sẽ thay vì dùng kỹ thuật OFDMA cho đường UPLINK sẽ

sử dụng kỹ thuật SC-FDMA nhằm tăng vùng phủ và giảm công suất phát cho Mobile Handset

WiMAX được cả 2 tổ chức lớn đỡ đầu và tiêu chuẩn hóa là IEEE và WiMAX Forum Tuy nhiên, cả IEEE lẫn WiMAX Forum lại không có vai trò trong việc đưa ra các quyết định liên quan đến băng tần được sử dụng Mà các quyết định này được thông qua bởi ITU- liên hiệp viễn thông quốc tế

Băng tần của WiMAX

802.16 cho phép nhiều lớp vật lý do đó nó có thể hoạt động trong băng tần rộng

từ 2GHz đến 66 GHz Vì sóng điện từ không thể lan truyền trong phạm vi rộng như vậy, nên chuần 802.16 chia phạm vi tần số này thành các băng tần khác nhau, mỗi băng tần dùng một lớp vật lý riêng Có 3 dải băng tần chính:

• 10-66 GHz (licensed band): Truyền dẫn trong băng tần này yêu cầu đường

truyền LOS giữa BS và SS Trong phạm vi tần số này có bước sóng ngắn do đó phải đảm bảo cân bằng sự ảnh hưởng của suy hao do đặc điểm địa hình hay do giao thoa Tuy nhiên ưu điểm của băng tần này là có thể đạt được tốc độ dữ liệu cao

Trang 32

24

• 2-11 GHz (licensed band): Truyền dẫn trong băng tần này không yêu cầu đường

truyền LOS, tuy nhiên nếu không có đường truyền LOS thì công suất tín hiệu có thể rất khác nhau giữa BS và SS

• 2-11 GHz (unlicensed band): ở đây đặc tính của băng tần 2-11GHz không cần

cấp phép Tuy nhiên vì chúng là băng tần không cần cấp phép nên không có sự đảm bảo rằng sẽ không xảy ra sự giao thoa bởi các hệ thống khác hay người dùng khác dùng cùng một băng tần [3]

Băng tần 2500-2690 MHz, băng tần chính của WiMAX di động, lại được ITU phân bổ và hiện được nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là Châu Âu dành cho IMT-

2000 Dự kiến đây sẽ là băng tần của các công nghệ mới phát triển từ công nghệ di động thế hệ 2 (GSM, CDMA) lên như HSPA, LTE, UMB sử dụng phương thức song công FDD Vì vậy, WiMAX ít có hoặc không có cơ hội được sử dụng tại các nước đó

Do đó, việc được kết nạp vào họ tiêu chuẩn IMT-2000 của ITU, sẽ giúp gạt bỏ các trở ngại pháp lý, mở ra cơ hội để WiMAX di động có thể được sử dụng các băng tần dành cho IMT-2000, được tham gia vào một thị trường rộng lớn

Tuy nhiên, tại RA-07, Trung quốc, Đức và một số nhà sản xuất viễn thông cho rằng WiMAX di động chưa đáp ứng được các tiêu chí kỹ thuật cần thiết của IMT-2000 như các tham số về đặc tính phát xạ, hệ số dò kênh lân cận (ACLR), chất lượng các dịch vụ của mạng chuyển mạch kênh, yêu cầu về chuyển vùng (seamless handover)

Vì vậy, mặc dù thông qua việc bổ sung WiMAX di động, nhưng RA-07 yêu cầu cần tiếp tục nghiên cứu gấp về các vấn đề còn tồn tại này

Hơn nữa, việc được kết nạp vào họ IMT-2000 không nghĩa sẽ đảm bảo được thành công về mặt thương mại cho WiMAX di động Ngay trong 5 chuẩn của họ IMT-

2000 trước đây, chỉ có WCDMA là đang có sự thành công tương đối trên thị trường, 4 chuẩn còn lại vẫn còn rất ít được sử dụng trong thực tế

WiMAX sau 8 năm chuẩn hóa và phát triển hiện tại đã được thương mại hóa, bước đầu cung cấp dịch vụ tại một số thị trường như: Mỹ, Hàn Quốc, Ấn Độ, Nga, một

Trang 33

25

số nước Đông Nam Á…Tuy nhiên chặng đường chiếm lĩnh thị trường di động băng rộng của WiMAX còn gặp nhiều khó khăn và thánh thức

2.4 Kiến trúc hệ thống mạng WiMAX di động

Hình 2.3: Kiến trúc mạng WiMAX di động theo khuyến nghị của Cisco [9]

Ta thấy trong hình trên, một hệ thống WiMAX hoàn chỉnh có 4 vùng chức năng chính như sau:

• Vùng thiết bị truy cập đầu cuối người dùng – Access Devices có thể là:

− CPE (Customer Provided Equipment)

− Data Card cho máy xách tay

− Mobile WiMAX

− Thiết bị tiếp phát WiMAX…

• Vùng mạng dịch vụ truy cập vô tuyến: Bao gồm 2 phân vùng:

− Các trạm gốc WiMAX (các BTS) – Radio Access

Trang 34

26

− Phần mạng Tập trung và Biên – Aggregation and Adge

• Vùng Mạng liên kết dịch vụ– Connectivity Services Network: Đây là phần mạng lõi của hệ thống WiMAX bao gồm các Router, Switch mạnh có chức năng định tuyến và chuyển mạch nhanh Đồng thời thực hiện kết nối tới các phân vùng máy chủ như:

− Services Anchoring: Mobile IP Home Agent

− Consumer Services: Bao gồm các máy chủ dịch vụ giá trị gia tăng

− Operations: DHCP Sever, AAA Sever, Billing and Accouting, Network

Management Sever, Policy Management Sever…

− Business Services: Bao gồm các máy chủ, hạ tầng thiết bị phục vụ nghiệp

tả tập hợp các thực thể chức năng và các luồng bản tin tương ứng kết hợp với các dịch

vụ truy cập ASN biểu diễn đường biên cho chức năng liên kết nối với các mạng WiMAX khách, các chức năng dịch vụ kết nối WiMAX và tập các chức năng của nhiều nhà cung cấp khác nhau CSN được định nghĩa là một tập các chức năng mạng cung cấp các dịch vụ kết nối IP cho các thuê bao WiMAX Một CSN có thể gồm các phần tử mạng như router (bộ định tuyến), máy chủ/proxy xác thực AAA, máy chủ phân

Trang 35

27

giải địa chỉ IP, cơ sở dữ liệu người dùng và thiết bị cổng liên mạng Một CSN có thể được triển khai như một phần của nhà cung cấp dịch vụ mạng WiMAX

2.5 Giới thiệu 1 số dịch vụ trên hạ tầng mạng WiMAX

• Dịch vụ VoIP: gọi điện thoại hoàn toàn trên hạ tầng mạng IP Với dịch vụ này

có thể phát triển thành dịch vụ nâng cao như gọi điện truyền hình ảnh hay gọi điện theo nhóm – Room Voice

• Dịch vụ cung cấp nhạc số, film ảnh chất lượng cao theo yêu cầu hay nghe nhạc trực truyến…

• Các ứng dụng băng rộng như Dịch vụ Video Conference – Hội nghị truyền hình /Cho thuê kênh và thiết bị hội thảo truyền hình, các ứng dụng truyền hình trực tuyến Điểm – đa Điểm, đào tạo từ xa…

• Dịch vụ Tivi theo yêu cầu, truyền hình trực tuyến chất lượng cao Sự lựa chọn các gói kênh theo yêu cầu của khách hàng có thể bao gồm các kênh truyền hình công cộng (public), các kênh truyền hình trả tiền (pay TV), các kênh truyền hình được ưa thích, các kênh về mua sắm, các kênh về thời trang, v.v

• Các dịch vụ truyền hình tương tác như tham dự vào các trò chơi truyền hình, bình chọn qua truyền hình, phản hồi của người xem truyền hình, các chương trình thương mại, sổ xố v.v

• Các dịch vụ thông tin nhanh: các dịch vụ thông tin có thể bao gồm tin tức thời

sự, tin thể thao, dự báo thời tiết, thông tin về các chuyến bay, tàu, xe, thông tin thị trường như tỷ giá, giá vàng, xem chỉ số chứng khoán v.v

• Các ứng dụng tương tác: sự tương tác không chỉ được liên kết đến một chương trình trực tuyến truyền thống như truyền hình theo yêu cầu mà hơn thế còn cho phép Đấu giá, mua sắm, đặt chổ chuyến bay, đăng ký đặt lệnh mua bán chứng khoán, các dịch vụ ngân hàng … là các ứng dụng tương tác được sử dụng rộng rãi

• Hệ thống WiMAX là sự kết hợp giữa hệ thống truy cập băng rộng và tính di động cho phép hiện thực ý tưởng theo dõi, giám sát an ninh di động từ xa Điều

Trang 36

28

mà các hệ thống giám sát an ninh cố định hiện nay không thể thực hiện được do kết nối có dây

2.6 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam

2.6.1 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới

Theo nhận định chung của các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triển công nghệ thì WiMAX hiện đã sẵn sàng về mặt công nghệ cũng như thương mại Đối với các nhà cung cấp dịch vụ, việc triển khai WiMAX hết sức đơn giản và ít tốn kém, mỗi điểm truy cập chỉ cần một thiết bị nhỏ gọn, mất chưa đầy 1 giờ để lắp đặt

Tại các triển lãm viễn thông lớn, WiMax đã khẳng định lợi thế cạnh tranh trong thế giới mạng khi đã hội tụ đủ mặt các công nghệ hàng đầu như như Wi-Fi chuẩn n, 3G

và các hệ thống không dây khác với tốc độ, băng thông và những ưu thế riêng

Mặt khác WiMax đã có một nền tảng tốt nhờ nhận được sự hỗ trợ từ các công ty sản xuất thiết bị và hạ tầng hàng đầu thế giới như Intel, Motorola, Samsung và cả Nokia… Theo một báo cáo mới nhất của Technology Research Solutions, các điều kiện

và hành lang pháp lý hiện nay đang rất hứa hẹn một tương lai sáng sủa cho việc phát triển và ứng dụng công nghệ WiMAX di động Còn đối với thị trường WiMAX cố định, nhận định Châu Phi và Đông Âu sẽ là những khu vực phát triển tiềm năng nhất Tính đến thời điểm tháng 4 năm 2009, trên thế giới đã có hơn 800 điểm thử nghiệm WiMAX và hơn 400 hệ thống WiMAX thương mại

Thị trường châu Á tỏ ra nhanh nhạy với công nghệ không dây này hơn so với các khu vực khác Các hãng viễn thông trên thế giới đã sẵn sàng triển khai WiMax với một

cơ sở hạ tầng vững chắc Tại Nhật, chính phủ đã phân cấp phổ WiMax vào đầu năm

2008 Trong khi đó, nhà cung cấp dịch vụ Korea Telecom của Hàn Quốc cũng đã khai trương dịch vụ WiMax Đặc biệt, Đài Loan đã dành 1 tỷ USD để khuyến khích sản xuất và phát triển các thiết bị và ứng dụng WiMax 2,5GHz

Thực tế những hợp đồng triển khai WiMAX lớn đã được thỏa thuận ở những nơi từng được coi là phát triển mạng kém trên thế giới, trong đó có Jordan, Đông Malaysia

Trang 37

29

và Pakistan Trên thực tế, Wateen Telecom ở Pakistan đã đặt một trong những đơn hàng thiết bị WiMAX lớn nhất thế giới trong năm 2008 với tổng cộng 198,000 thiết bị

có tổng trị giá lên tới hàng trăm triệu USD

Hãng Sprint – Công ty viễn thông lớn thứ 3 của Mỹ đã triển khai mạng XOHM ứng dụng công nghệ WiMAX đầu tiên bao trùm thành phố Baltimore trong đầu tháng 10/2008 Sprint đã lập dự án chi 3 tỷ USD trong vòng 2 năm để xây dựng mạng WiMax nhằm đáp ứng nhu cầu cho 100 triệu người dùng

Vào tháng ba năm 2008, công ty Qmax Communications Pte Ltd đã trở thành nhà cung cấp dịch vụ đầu tiên ở Singapore triển khai thành công và thương mại hóa dịch vụ băng thông rộng không dây WiMax Dự án này được người viết đặc biệt quan tâm tham khảo, hệ thống WisePost tính đến nay đã có những thành công bước đầu và xác lập được vị thế trong tổng thể hạ tầng công nghệ thông tin của Singapore Như chúng

ta biết đảo quốc Singapore là quốc gia hàng đầu thế giới về phát triển chính phủ điện tử

- ứng dụng CNTT vào quản lý hành chính công Hệ thống WiMAX đã mở rộng hơn nhiều nút thắt thông tin tại siêu thương cảng này nhằm thúc đẩy thương mại và giảm thời gian giao dịch Và còn rất nhiều dự án triển khai WiMAX trên toàn thế giới bước đầu cho những kết quả khả quan

Việc tìm hiểu thị trường công nghệ viễn thông nói chung và tình hình triển khai WiMAX trên thế giới nói riêng là thực sự cần thiết để có 1 chiến lược đúng đắn hướng tới sự phát triển bền vững và đem lại hiệu quả lâu dài cho các dự án viễn thông Cân nhắc trước khi lựa chọn 1 công nghệ mới luôn là bài toán khó cho người quản lý và các nhà hoạch định chính sách

Không nằm ngoài xu thế phát triển chung của công nghệ, Việt Nam không những theo dõi, quan tâm tới sự phát triển của WiMAX mà còn cho phép các công ty viễn thông lớn triển khai thử nghiệm công nghệ này Với những bước thử nghiệm thận trọng

và yêu cầu chặt chẽ khi triển khai các hệ thống WiMAX là sự đảm bảo cho thành công cho công nghệ này tại thị trường Việt Nam Mục sau sẽ đề cập cụ thể hơn về các thuận lợi và thách thức khi triển khai WiMAX tại Việt Nam hiện nay [10]

Trang 38

30

2.6.2 Triển khai WiMAX tại Việt Nam – Thuận lợi và thách thức

Đầu năm 2006, Bộ Bưu chính viễn thông đã cấp phép thử nghiệm trong 1 năm dịch vụ WiMAX cố định cho 4 doanh nghiệp gồm: Viettel, VTC, VDC và FPT Telecom

Đặc biệt trong số các nhà cung cấp dịch vụ đó thì VNPT (trực tiếp thực hiện là VDC) là có những bước khảo sát và thử nghiệm quy mô nhất VNPT đang triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Hà Nội, Đà Nẵng, TP.HCM, Lào Cai và Bắc Ninh Các doanh nghiệp đều khẳng định kết quả thử nghiệm rất khả quan Tuy nhiên, việc cấp phép WiMAX cố định vẫn chưa được thực hiện vì nhiều lý do Trong khi đó, phía Bộ nhận định khả năng thương mại của công nghệ này ở thị trường Việt Nam phụ thuộc phần lớn vào giá cả thiết bị đầu cuối Thời điểm kết thúc thử nghiệm (năm 2007), giá thiết bị còn cao và không phong phú

Tuy nhiên WiMAX di động mới là triển vọng lớn nhất của WiMAX Thiết bị đầu cuối của dịch vụ WiMAX di động có thể là các card PCMCIA, USB, hoặc đã được tích hợp sẵn vào trong con chip máy tính (như công nghệ Centrino của Intel)

Bộ TT&TT đã cấp phép cho 6 doanh nghiệp được thử nghiệm công nghệ vô tuyến băng rộng (WiMAX) Trong đó bốn doanh nghiệp viễn thông Việt Nam đã thử nghiệm thành công công nghệ WiMAX di động là: VNPT, Viettel, EVN Telecom và

FPT Telecom

Thời hạn được thử nghiệm dịch vụ trong vòng 01 năm với quy mô không quá

1000 thuê bao Cụ thể, Tập đoàn VNPT được thử nghiệm ở băng tần 2,5 GHz tại Hà Nội, TP.HCM và Đà Nẵng Viettel sử dụng băng tần 2,3-2,4 GHz tại Hà Nội và Thái Nguyên EVN Telecom thử nghiệm tại băng tần 2,3-2,4 GHz khu vực Hà Nội và Đồng Nai FPT Telecom được thử nghiệm công nghệ WiMAX di động ở băng tần 2,3-2,4 GHz tại Hà Nội và Hải Phòng

Tuy nhiên, xây dựng hạ tầng mạng mới chỉ là thách thức nhỏ trong việc triển khai WiMax, việc thay đổi hình thức kinh doanh mới là vấn đề mà các nhà cung cấp dịch vụ không dây đang phải đối mặt vì công nghệ tân tiến này sẽ được dùng trong điện thoại

di động và cả những thiết bị cầm tay khác, như máy nghe nhạc MP3, máy ảnh số …

Trang 39

31

Hiện nay, người dùng phải thuê bao từng dịch vụ riêng rẽ nếu muốn truy cập mạng di động Nhưng trong thế giới WiMAX, khi người dùng sở hữu đến 3 hoặc 4 thiết bị kết nối WiMAX thì việc thuê bao cho từng sản phẩm sẽ không khả thi Khi mà đồng thời nhiều thiết bị truy cập vào mạng thì các công ty sẽ phải thích ứng với hình thức thu phí dịch vụ theo thuê bao trọn gói hoặc chấp nhận sự phức tạp trong việc kiểm soát cước hay đưa ra các chính sách về dịch vụ mới Điều này không thực sự hấp dẫn các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông di động vốn đã quen với cách tính cước theo kiểu truyền thống

Bên cạnh đó, các nhà cung cấp dịch vụ WiMAX và các công ty phân phối nội dung sẽ phải hợp tác để mở rộng thêm nhiều ứng dụng, như chia sẻ ảnh trực tuyến hay nhạc số, video trên mạng…Khi mà công nghiệp nội dung số còn chưa phát triển như ở Việt Nam thì việc triển khai mạng WiMAX sẽ gặp khó khăn để mang lại sự khác biệt trong các dịch vụ giá trị gia tăng so với 3G Nhưng mặt khác WiMAX sẽ là động lực kích thích ngành này phát triển nhanh hơn trong những năm tới Rõ ràng triển khai WiMAX gặp không ít khó khăn nhưng những lợi ích mà công nghệ này mang lại là rất lớn

Khi đã hội đủ yếu tố thương mại hóa, triển khai sớm các ứng dụng của WiMAX tại Việt Nam là điều không chỉ doanh nghiệp Việt Nam mà ngay cả các nhà quản lý cũng mong muốn Tuy nhiên, công nghệ WiMax di động ở Việt Nam vẫn trong giai đoạn thử nghiệm Những kết quả thử nghiệm sẽ là cơ sở để các nhà quản lý đưa ra quyết định Việc cấp phép băng tần dịch vụ WiMAX (di động và cố định) sẽ phải tiến hành theo hình thức thi tuyển

2.7 Một số mô hình triển khai WIMAX tiêu biểu tại Việt Nam

Do khuôn khổ có hạn của luận văn nên không thể đề cập được chi tiết hơn về các

mô hình ứng dụng (đã triển khai và đang thử nghiệm ) WiMAX tại Việt Nam Ở đây người viết chỉ giới thiệu 3 mô hình ứng dụng tiêu biểu là :

Trang 40

2.7.1 Triển khai thử nghiệm WiMAX của VDC tại Tả Van

Bắt đầu từ năm 2006, Tập Đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT (đại diện

là Công ty điện toán và truyền số liệu VDC), Tập đoàn Intel, Cơ quan phát triển quốc

tế Mỹ (USAID) ký kết một dự án hợp tác nghiên cứu và thử nghiệm WiMAX, trong nỗ lực chung nhằm đưa WiMAX vào Việt Nam

Hệ thống WiMAX tại Lào Cai sử dụng chuẩn WiMAX cố định: “802.16-2004 Rev d”, chạy ở dải tần số 3,3-3,4 Ghz Có thời gian thử nghiệm: từ 01 tháng 05 tới 31 tháng 10 năm 2007 Vào thời điểm thiết kế hệ thống thử nghiệm, trên thị trường chưa

có thiết bị Mobile WiMAX, nên thử nghiệm chỉ dừng lại ở mô hình Fixed WiMAX

Mục tiêu dự án

Dự án thử nghiệm WiMAX tại Tả Van chú trọng vào việc nghiên cứu và đánh giá một mô hình chuẩn, điển hình nhằm chứng minh tính khả thi khi ứng dụng mạng băng rộng WiMAX vào đặc thù vùng nông thôn, miền núi Việt Nam

Dựa trên hệ thống thử nghiệm WiMAX phải giải quyết được các yêu cầu sau:

− Chứng minh rằng công nghệ đó đủ chín muồi để triển khai trong những môi

trường thách thức nhất

− Chứng minh tính khả thi về các mặt kinh tế - xã hội của việc triển khai

WiMAX chỉ với các thiết bị thương mại sẵn có và với mức giá thực tế

− Minh họa các lợi ích giáo dục và kinh tế mang lại khi sử dụng hệ thống như:

truy nhập Internet băng rộng và truyền thông VoIP giá rẻ …

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	3,7 MB