Ảnh hưởng của nhiễu và các biện pháp khắc phục trong wimax luận văn tốt nghiệp đại học

THUẬT NGỮ VIẾT TẮTAAA Authentication, Nhận thực, cấp phép và tính authorization and Account cước AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng AES Advance Ecryption Standard Chuẩn

Trêng §¹i häc vinh Khoa §IÖN Tö VIÔN TH¤NG

=====  =====

§å ¸N tèt nghiÖp §¹I HäC

§Ò tµi:

¶NH H¦ëNG CñA NHIÔU

Vµ C¸C BIÖN PH¸P KH¾C PHôC TRONG WIMAX

Gi¶ng viªn híng dÉn: ThS L£ §×NH C¤NG Sinh viªn thùc hiÖn : PH¹M VIÕT DòNG Líp : 47k - ®tvt

Vinh, 5/2011

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 Tổng quan về công nghệ truy nhập không dây 3

1.1 Quá trình phát triển của mạng truy nhập không dây 3

1.1.1 Công nghệ di dộng tế bào 3

1.1.2 Xu hướng công nghệ không giây khác 10

1.2 Các chuẩn cho hệ thống không giây băng rộng 12

1.2.1 Các chuẩn họ IEEE 802.16x 12

1.2.2 Các chuẩn họ IEEE 802.11x 15

1.2.3 Các chuẩn họ IEEE 802.15x 18

1.3 Kết luận chương 18

Chương 2 Công nghệ WIMAX 19

2.1 Tổng quan về Wimax 19

2.1.1 Khái niệm 19

2.1.2 So sánh Wimax với một số công nghệ khác 22

2.1.3 Hoạt động của Wimax 25

2.2 Các đặc điểm kỹ thuật trong Wimax 26

2.2.1 Băng tần cơ bản và độ rộng kênh được ứng dụng 26

2.2.2 Lớp vật lý 31

2.2.3 Mã hoá kênh 42

2.2.4 Điều chế 44

2.3 Một số kỹ thuật điều khiển lớp vật lý 47

2.3.1 Đồng bộ 47

2.3.2 Ranging 47

2.3.3 Điều khiển công suất 49

2.3.4 Lựa chọn tần số động (DFS) 50

2.4 Lớp MAC 51

2.4.1 Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ MAC-SSCS 52

2.4.2 Lớp con phần chung MAC-CPS 52

2.4.3 Lớp con bảo mật 60

2.5 Các công nghệ vô tuyến cải tiến trong Wimax 65

2.5.1 Phân tập thu và phát 65

2.5.2 Hệ thống anten thích ứng AAS 66

2.6 Ưu điểm và nhược điểm của Wimax 67

2.7 Kết luận chương 69

Chương 3 Ảnh hưởng của nhiễu trong WiMAX và các biện pháp khắc phục 70

3.1.Sơ đồ khối của hệ thống thông tin vô tuyến 70

3.2 Ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống vô tuyến 71

3.2.1.Suy hao (pathloss) 71

3.2.2 Che chắn (shadowing) 72

3.2.3 Nhiễu đồng kênh CCI 73

3.2.4 Hiện tượng đa đường (multipath) 74

2.5 Hiện tượng Doppler 76

3.3.Các biện pháp nhằm giảm ảnh hưởng của nhiễu được sử dụng trong WiMAX73 77

3.3.1.Tái sử dụng tần số phân đoạn 77

3.3.2 Các biện pháp giảm pha đinh 78

3.3.2.1.Pha đinh băng hẹp (pha đinh phẳng) 78

3.3.2.2 Pha-đinh băng rộng (pha đinh lựa chọn tần số) 81

3.3.2 3 Bộ cân bằng 81

3.3.2.4 Mã hóa và điều chế thích nghi 82

3.3.2.5 Mã hóa kênh (channel coding) 85

3.4 Kết luận chương 86

KẾT LUẬN 87TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trên

thế giới 6

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các mạng di động tế bào 9

Hình 1.3 Xu hướng phát triển của mạng truy nhập vô tuyến 12

Hình 2.1 Mô hình mạng Wimax cố định 19

Hình 2.2 Cấu trúc liên mạng 26

Hình 2.3 So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a), và kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) 32

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống OFDM 33

Hình 2.5 Phổ của sóng mang con OFDM 34

Hình 2.6 Minh họa việc chèn CP 36

Hình 2.7 Mô hình LOS 37

Hình 2.8 Mô hình NLOS 37

Hình 2.9 Kỹ thuật FDD và TDD 38

Hình 2.10 Khung TDD cho kiểu PMP 40

Hình 2.11 Khung FDD cho kiểu PMP 42

Hình 2.12 Quá trình đan xen 44

Hình 2.13 Kỹ thuật điều chế thích ứng 45

Hình 2.14 Mô hình lớp PHY và MAC 51

Hình 2.15 Định dạng MAC PDU 54

Hình 2.16 Định dạng MAC phần đầu tổng quát 55

Hình 2.17 Bandwidth request header 56

Hình 2.18 MAC management messages format 57

Hình 2.19 Ghép MAC PDU 58

Hình 2.20 MAC PDU encryption 59

Hình 2.21 Mô hình lớp con bảo mật 61

Hình 2.22 Giao thức chứng thực 64

Hình 3.1 Hệ thống thông tin vô tuyến số 70

Hình 3.2 Mô hình truyền sóng trong không gian tự do 72

Hình 3.3 Hiện tượng che chắn trên đường truyền tín hiệu 73

Hình 3.4.Giao thoa xuyên kênh 73

Hình 3.5 Hiện tượng multipath 74

Hình 3.6 Hai tín hiệu multipath 75

Hình 3.7 Hai tín hiệu multipath ngược pha nhau 1800 75

Hình 3.8 Hiện tượng pha đinh 76

Hình 3.9 Hiện tượng Duppler 76

Hình 3.10 Mô hình tái sử dụng tần số phân đoạn 78

Hình 3.11 Phân tập lựa chọn hai nhánh đơn loại đi hầu hết sự suy giảm mạnh 80

Hình 3.12 Sơ đồ khối của mô hình kênh truyền 81

Hình 3.13 Kênh truyền và bộ cân bằng 82

Hình 3.14 Mối quan hệ giữa vùng phủ sóng và phương pháp điều chế được sử dụng 82

Hình 3.15 Sơ đồ khối của hệ thống mã hóa điều chế thích nghi 83

Hình 3.16 Thông lượng của các phương pháp điều chế và tốc độ mã hóa khác nhau. 84

Hình 3.17 Vai trò của mã hóa kênh trong việc giảm BER và khắc phục lỗi gây ra cho tín hiệu truyền do pha-đinh 85

Hình 3.18 Sơ đồ khối chức năng của mã hóa kênh 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 So sánh giữa chuẩn 802.16-2004 và LMDS, MMDS 24

Bảng 2.2 Thông số điều chế OFDM 46

Bảng 2.3 Một số bản tin sử dụng kết nối cơ sở 53

Bảng 2.4 Một số bản tin sử dụng kết nối quản lý sơ cấp 53

Bảng 2.5 Nội dung khóa chứng thực AK trong PMK version giữa SS

và BS62

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAA Authentication, Nhận thực, cấp phép và tính

authorization and Account cước

AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng

AES Advance Ecryption Standard Chuẩn mật mã nâng cao

ARQ Automatic Retransmission Request Yêu cầu truyền lại tự độngASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhậpATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền

không đồng bộ

BPSK Binary Phase shift Keying Khóa chuyển pha nhị phân

BSN Block Sequence Number Số thứ tự khối

BWA Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng rộng

CBC Cipher Block Chaining Chuỗi khối mã hóa

CCI Co-Channel Interference Nhiễu kênh liên kết

CCK Complementary Coded Keying Khóa mã hóa bổ sung

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

mãC/I Carrier to Interference Ratio Tỉ số tín hiệu/ nhiễu

CP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn

CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truyền thông cá nhân

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư vòng tuần hoàn

CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận

sóng mangCSN Connection Service Network Mạng dịch vụ kết nối

CTC Concatenated Turbo Code Mã Turbo xoắn

DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy nhập ấn định

theo nhu cầuDCD Downlink Channel Descriptor Miêu tả kênh đường xuống

DCF Distributed Control Function Chức năng điều khiển phân

tánDES Data Encryption Standard Chuẩn mật mã hóa dữ liệu

DFS Dynamic Frequence Selecton Lựa chọn tần số động

DHCP Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình Host

DLFP Downlink Frame Preamble Tiền tố khung đường xuốngDSA Dynamic Services Addition Bổ sung các dịch vụ động

DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

ECB Electronic Code Book Sách mã điện tử

EDCA Enhanced Distributed Truy nhập điều khiển phân tán Control

EDGE Enhanced Data Rates Các tốc độ dữ liệu được nâng cấp

for GSM Evolution cho sự phát triển GSM

EV-DO Enhanced Version- Data Only Chỉ dữ liệu-phiên bản nâng

caoEKS Encryption Key Sequence Chuỗi khóa mật mã

ETSI European Telecommunications Viện các chuẩn viễn thông

FBSS Fast Base Station Switch Chuyển mạch trạm gốc nhanhFCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khungFDD Frequence Division Duplex Song công phân chia theo

tần sốFDM Frequence Division Mutiplexing Ghép kênh phân chia theo

tần sốFEC Forward Error Crrection Hiệu chỉnh lỗi trước

FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanhFSH Fragmentation Subheader Tiêu đề con phân đoạn

GPC Grant Per Connection Cấp phát trên mỗi trạm gốcGPRS Generalized Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chungGPSS Grant Per Subscriber Station Cấp phát trên mỗi trạm

thuê baoGSM Global System For Hệ thống toàn cầu cho truyền Mobile Communicatons thông di động

HARQ Hybrid Automatic Yêu cầu truyền lại tự động kết

Retransmission Request hợp

HCS Header Check Sequence Thứ tự kiểm tra tiêu đề

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên

tốc độ cao

IEEE Institute of Electrical and Viện các kĩ sư điện và điện tử

Electronic Engineers

IMT International Mobile Viễn thông di động quốc tế

Telecommunications

ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu giữa các Symbol

ISM Industrial Scientific and Medical Công nghiệp khoa học và hóa

họcISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

IV Initialization Vector Véc tơ khởi tạo

LSB Least Significant Bit Bít ít ý nghĩa nhất

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương

tiệnMAN Metropolitan Area Network Mạng vùng thành thị

MDHO Marco Diversity Handover Chuyển giao đa dạng bằng

MarcoMIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MIP Mobile Internet Protocol Giao thức Internet di động

MISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra

MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỉ số cực đại

MSB Most Significant Bit Bít ý nghĩa nhất

NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng

OECD Organisation for Economic Tổ chức hợp tác và phát triển

Co-operation Tand Development kinh tế

OFDM Orthogonal Frequence Ghép kênh phân chia theo

Division Multiplexing tần số trực giao

OFDMA Orthogonal Frequence Division Đa truy nhập phân chia theo Multiple Access tần số trực giao

PAN Personal Area Network Mạng cá nhân

PCF Point Control Function Chức năng điều khiển điểmPDA Personal Digital Assistant Hỗ trợ cá nhân dùng kĩ

thuật số PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PHS Payload Header Suppression Nén tiêu đề tải trọng

PKM Privacy Key Management Quản lí khóa bảo mật

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công

cộngPMP Point to Multipoint Điểm-đa điểm

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm-điểm

PSCN Packet Switched Core Network Mạng lõi chuyển mạch gói

QAM Quadrature Amplitude Điều chế biên độ

QPSK Quadratura Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phươngRAN Region Area Netwwork Mạng vùng địa phương

RLC Radio Link Controller Bộ điều khiển liên kết

vô tuyếnRNG Ranging

RS Reed-Solomon

RTG Receive Transition Gap Khoảng trống chuyển giao

đầu thu

SA Security Association Kết hợp bảo mật

SAID Security Association Identifier Nhận dạng kết hợp bảo mậtSAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SHA Secure Hash Algorithm Thuật toán xáo trộn bảo mậtSNMP Simple Network management Giao thức quản lí mạng

SOFDMA Scalable Orthogonal Frequence Ghép kênh phân chia theo tần Division Multiple Access số trực giao theo tỉ lệ

SOHO Small Office Home Office Văn phòng gia đình

văn phòng nhỏ

SSCS Specify Services Lớp con hội tụ các dịch vụ

Convergence Sublayer riêng

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo

thời gianTDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo

thời gian

Multiplexing Access theo thời gian

TEK Traffic Encryption Key Khóa mật mã lưu lượngTFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp thông

thườngTLV Type/Length/Value Loại/ Độ dài/ Giá trị

TTG Transmit Transition Gap Khoảng trống chuyển giao

đầu phátUCD Uplink Channel Descriptor Miêu tả kênh đường lênUGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ cấp phát không

kết hợp

UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông

Telecommunication System di động toàn cầu

UTRA UMTS terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến trên

mặt đất UMTSUTRAN UMTS terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến trên

WEP Wired Equivalent Privacy Bảo mật đương lượng

hữu tuyếnWi-Fi Wireless Fidelity

WMAN Wireless MAN Mạng MAN không dây

WME Wi-Fi Mutlimedia Extensions Những mở rộng

đa phương tiện Wi-FiWPA Wi-Fi Protected Access Truy nhập được bảo vệ Wi-FiWSM Wi-Fi Scheduled Multimedia Đa phương tiện được lập

danh mục theo Wi-Fi

MỞ ĐẦU

Ngày nay nhu cầu thông tin liên lạc của con người ngày càng cao, nhất làđối với các thiết bị không dây tốc độ cao, băng thông rộng như điện thoạikhông dây, internet không dây để mọi người có thể liên lạc với nhau ở mọilúc, mọi nơi và quan trọng hơn là việc mở rộng dân trí cho người dân ở cácvùng xa xôi hẻo lánh trên đất nước ta, nơi mà cơ sở hạ tầng viễn thông chưađến được Hiện nay đã có rất nhiều hệ thống mạng không dây ra đời như làWiFi, bluetooth và một trong số đó có thể đáp ứng được nhu cầu trên làWiMax

Hiện nay, ở nước ta WiMAX đang được thử nghiệm ở tỉnh miền núinhư: Lào Cai,Cao Bằng Mặc dù có những khó khăn bước đầu, nhưng em tinvới sự đầu tư đúng hướng của Đảng và nhà nước dành cho Wimax thì nó sẽđược phát triển ra toàn quốc

Tuy nhiên, việc triển khai hệ thống còn gặp nhiều khó khăn do nhữngảnh hưởng có tính truyền thống của mạng không dây Vì vậy, em đã

chọn đề tài “Ảnh hưởng của nhiễu và các biện pháp khắc phục trong

WiMAX” Trong đề tài này, em đi sâu tìm hiểu những kỹ thuật khắc phục

nhiễu của WiMAX mà ở các thế hệ trước chưa có được, ảnh hưởng của kênhtruyền đến chất lượng truyền tín hiệu

Đồ án gồm có ba chương:

Chương 3: Tổng quan về công nghệ truy nhập không dây

Chương 2: Giới thiệu về WiMAX

Chương 3: Ảnh hưởng của nhiễu trong WiMAX và các biện pháp khắc phục

Những nội dung và kiến thức trong tài liệu này là sự tổng hợp nhữngnghiên cứu mà em đã tìm hiểu và đúc rút được trong thời gian thực tập cũng

như trong thời gian nghiên cứu làm đồ án Vì thời gian không cho phép vàkiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc rằng không tránh khỏi những thiếusót Rất mong được sự đóng góp của thầy cô và bạn bè Em xin chân thànhcảm ơn thầy cô trong khoa, đặc biệt thầy giáo hướng dẫn ThS LÊ ĐÌNHCÔNG đã hướng dẫn tận tình cho em trong thời gian làm đồ án.

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên PHẠM VIẾT DŨNG Lớp 47K - ĐTVT

Chương 1 Tổng quan về công nghệ truy nhập không dây

1.1 Quá trình phát triển của mạng truy nhập không dây

Các mạng truy nhập vô tuyến phát triển theo hai hướng đó là côngnghệ di động tế bào và các công nghệ khác như WLAN, WIMAX,… Đó làhai xu hướng công nghệ phổ biến nhất hiện nay

1.1.1 Công nghệ di dộng tế bào

Chúng ta xem xét quá trình phát triển bắt đầu từ hệ thống di động tếbào thế hệ thứ 1(1G) Mạng di động thế hệ thứ nhất khơi mào ở Nhật vàonăm 1979 Đây là hệ thống truyền tín hiệu tương tự (analog) Những côngnghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là AMPS (AdvancedMobile Phone System), TACS (Tolal Aceess Communication System),JTACS (Japan TACS), NMT (Nordic Mobile Telephone) Tất cả các hệthống 1G sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA(Frequency Division Multiple Access) Các hệ thống mạng 1G chỉ đượcdùng để sử dụng cho dịch vụ thoại với chất lượng khá thấp do tình trạngnghẽn mạch và nhiễu xảy ra thường xuyên Tuy chưa hoàn hảo về mặtcông nghệ và kỹ thuật, thế hệ thông tin di động thứ nhất 1G này thực sự làmột mốc phát triển quan trọng của nghành viễn thông, khái niệm di động

đã bắt đầu đi vào phục vụ nhu cầu liên lạc của con người trong đời sốnghằng ngày

Tiếp đến là sự ra đời của hệ thống di dộng thứ 2(2G) Hệ thốngmạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số(DigitalCircuit-Switched) Kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên băng tầnhiệu quả hơn so với 1G Các hệ thống mạng di động 2G gồm có GSM,CDMA, TDMA, PCS Đầu tiên là hệ thống GSM, hệ thống toàn cầu chotruyền thông di động được chuẩn hóa ở Châu Âu nhưng không được sử

dụng rộng rãi, phổ trong băng 900MHz được cấp cho hoạt động GSM ởChâu Âu để thuận tiện cho việc Roaming giữa các quốc gia Vào năm

1989 đặc điểm kĩ thuật của GSM được hoàn thành và hệ thống được giớithiệu vào 1991,mặc dù vậy đến 1992 mới thật sự được triển khai GSM sửdụng kết hợp TDMA và nhảy tần chậm với khóa chuyển tần số FSK đểđiều chế thoại Ngược lại, các chuẩn sử dụng ở Mĩ cho hệ thống di động sốthế hệ hai gây ra một tranh cãi về các công nghệ, kết quả có nhiều chuẩnkhông tương thích với nhau ra đời Vào 1992,chuẩn di động tế bào số IS-

54 được hoàn thành và được triển khai vào 1994.Chuẩn này kết hợpTDMA để cải thiện chuyển giao và điều khiển tín hiệu qua FDMA ChuẩnIS-54 này cũng được gọi là chuẩn tế bào di động kĩ thuật số Bắc Mĩ đãđược cải thiện và những bổ sung của nó đã được mở rộng thành chuẩn IS-

136

Một chuẩn cạnh tranh với các hệ thống 2G dựa trên CDMA đã được

đề nghị bởi Qualcomn vào đầu những năm 1990 Chuẩn này là IS-95 hayIS-95A được hoàn thành vào 1993 và được triển khai về mặt thương mạidưới tên là CDMAOne 1995

Chuẩn di động tế bào kĩ thuật số thế hệ hai ở Nhật Bản được gọi làPDC được thiết lập năm 1991 và được triển khai vào 1994.Nó tương tự IS-

136 nhưng các kênh thoại 25KHz tương thích với các hệ thống tương tựNhật Bản Hệ thống này hoạt động trong cả các băng tần 900MHz và1500MHz (Hình 1.1 mô tả sự phát triển hệ thống thông tin di động thếgiới, từ năm 1983-2000)

Cụ thể, có hai chuẩn ở băng tần 900MHz là IS-54 sử dụng kết hợpTDMA và FDMA và điều chế khóa chuyển pha, và một hệ thống khác là IS-95hay IS-95a sử dụng CDMA chuỗi trực tiếp với điều chế và mã hóa nhị phân.Phổ cho hệ thống di động số trong băng tần 2GHz PCS bị bán đấu giá, vì thếcác nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng một chuẩn hiện có hay triển khai các

hệ thống độc quyền cho phổ mà họ mua được Kết quả có ba chuẩn di động tế

bào khác nhau cho băng tần này là IS-136 (về cơ bản giống với IS-54 ở mộttần số cao hơn), IS-95 và chuẩn GSM Châu Âu

Vào cuối những năm 1990, các hệ thống 2G được phát triển theo haihướng Chúng được chuyển đến các tần số cao hơn khi có nhiều băng rộng

di động tế bào trở nên sẵn có ở Châu Âu và Mĩ, và được sửa đổi để hỗ trợcác dịch vụ dữ liệu thêm vào thoại Đặc biệt vào năm 1994, Ủy ban truyềnthông liên bang (FCC) bắt đầu bán đấu giá phổ trong băng tần các hệ thốngtruyền thông cá nhân (PCS) 1.9GHz cho các hệ thống di động tế bào Cácnhà khai thác mua được phổ trong băng này có thể thông qua bất kì chuẩnnào Các nhà khai thác khác nhau chọn các chuẩn khác nhau, vì thế GSM,IS-136 và IS-95 đã được triển khai ở băng 1900MHz trong các khu vựckhác nhau làm cho việc Roaming trong nước gặp nhiều khó khăn Thực tế

có nhiều điện thoại di động tế bào số xuất hiện Các hệ thống GSM hoạtđộng trong băng tần PCS được xem như các hệ thống PCS 1900 Cácchuẩn IS-136 và IS-95 (CDMAOne) được chuyển sang băng PCS với têngọi giữ nguyên Châu Âu cấp phát thêm phổ di động tế bào trong băng1.8GHz

Chuẩn cho băng tần này được gọi là GSM 1800 hay DCS 1800 (Hệthống di động tế bào số), sử dụng GSM như chuẩn cơ bản với một số thayđổi để cho phép chồng lấn giữa các tế bào vi mô và vĩ mô Các điện thoạikhông dây thế hệ hai như DECT, hệ thống truyền thông truy nhập cá nhân(PACS) và hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân (PHS) cũng hoạt độngtrong băng tần 1.9GHz nhưng các hệ thống này hầu hết chỉ hỗ trợ các dịch

vụ tổng tài nhánh riêng (PBX)

Chuẩn IS-95 đã được sửa đổi để cung cấp các dịch vụ dữ liệubằng cách gán nhiều chức năng trải phổ trực giao cho một ngườidùng Tốc độ dữ liệu cực đại là 115.2Kbps, mặc dù trong thực tế chỉđạt khoảng 64Kbps Sự phát triển này được xem như IS-95b

I M T 2 0 0 0 / F P L M T S

U M T S

POCSAG

ERMES FLEX

Châu Âu

PS

Nhật

Bản

Hình 1.1 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trên thế giới[4 ]

Sự tăng trưởng về số lượng người sử dụng và sự phát triển mạnh củacác dịch vụ đa phương tiện như interner, điện thoại hội nghị…đòi hỏi các

hệ thống di động có tốc độ truyền dẫn cao Tuy nhiên, hệ thống di động thế

hệ thứ 2 không cung cấp tốc độ bit đủ lớn để đáp ứng nhu cầu này, do đóyêu cầu phải nâng cấp và phát triển mạng GSM hiện hữu Người ta đã đềxuất nâng cấp hệ thống GSM(General Packet Radio Services) vàEDGE(Enhanced Data Rate for GSM Envolution) Việc nâng cấp này đãdẫn đến sự ra đời của hệ thống di động 2.5G Các hệ thống 2,5G này như

là sự sát nhập hệ thống 2G lên hệ thống di động thế hệ thứ 3(3G) Chuẩnchính của thế hệ này là GPRS, EDGE và IS-95B GPRS là một bước phátriển tiếp theo để cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao cho người dùngGSM và IS-136 GPRS cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56 đến 114 kbps.GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ như truy cập giao thức ứng

dụng không giây (WAP), dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), dịch vụ tin nhắn đaphương tiện(MMS) và với các dịch vụ truy cập internet như email và truycập Word Wide Web Nó cung cấp tốc độ truyền tải vừa phải, bằng cách

sử dụng các kênh đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA đang còntrống Còn EDGE là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS chophép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384kbit/s cho người dùng cốđịnh hoặc di chuyển chậm và 144 kbit/s cho người dùng di chuyển với tốc

độ cao Chuẩn EDGE cho phép đạt được tốc độ bit này bằng việc sử dụngphương thức điều chế 8-PSK(8-Phase Shift Keying)và sử dụng hay kếthợp nhiều khe thời gian trong quá trình truyền dẫn như trong mạng GPRSthay vì chỉ sử dụng khe thời gian như trong mạng GSM EDGE cho phéptruyền tải các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip nhạc, tin nhắn đaphương tiện hoàn hảo, truy cập internet, e-mail tốc độ cao Vì thế EDGEđôi khi còn được trích dẫn như công nghệ 2,75G

Sự phân đoạn của các chuẩn và các băng tần trong hệ thống 2G và2,5G đã dẫn đến việc Liên Minh viễn thông quốc tế vào cuối 1996 đã làmthành công kế hoạch cho một băng tần toàn cầu và chuẩn hóa cho hệ thống

di động tế bào số hóa thế hệ ba (3G) Chuẩn này được đặt tên là viễn thông

di động quốc tế 2000 (IMT-2000) Thêm vào các dịch vụ thoại, IMT-2000

đã cung cấp tốc độ dữ liệu Mbps theo yêu cầu các ứng dụng như truy nhậpInternet băng rộng, trò chơi tương tác, và giải trí hình ảnh và tiếng chấtlượng cao Thỏa thuận về một chuẩn duy nhất không trở thành hiện thực,với hầu hết các quốc gia hỗ trợ một trong hai chuẩn cạnh tranh nhau làCDMA2000 (tiếp theo tích hợp với CDMAOne) được hỗ trợ bởi dự áncộng tác thế hệ ba thứ hai (3GPP2) và CDMA băng rộng (WCDMA, tiếptheo tích hợp với GSM và IS-136) được hỗ trợ bởi dự án cộng tác thế hệ ba(3GPP) Cả hai chuẩn này đều sử dụng CDMA với điều khiển công suất vàcác đầu thu RAKE nhưng tốc độ chip và chi tiết các đặc điểm khác là khác

nhau Cụ thể, CDMA2000 và WCDMA là các chuẩn không tương thích, vìthế điện thoại phải có hai chế độ để hoạt động với cả hai hệ thống

Chuẩn CDMA2000 được xây dựng trên CDMAOne để cung cấpmột sự mở rộng cho 3G Điểm chính của CDMA2000 là đưa raCDMA2000 1X hay CDMA2000 1XRTT, cho biết rằng công nghệ truyềndẫn vô tuyến (RTT) hoạt động trong một cặp kênh vô tuyến 1.25MHz, và

do đó tương thích với hệ thống CDMAOne Hệ thống CDMA2000 1X gấpđôi dung lượng thoại của hệ thống CDMAOne và cung cấp các dịch vụthoại tốc độ cao với tốc độ đỉnh theo dự án là khoảng 300Kbps với tốc độthực tế là khoảng 144Kbps Có hai sự phát triển của công nghệ lõi này đểcung cấp tốc độ dữ liệu cao (HDR) trên 1Mbps Những sự phát triển nàyđược xem là CDMA2000 1XEV Giai đoạn đầu tiên của sự phát triển,CDMA2000 1XEV-DO(chỉ dữ liệu), nâng cấp hệ thống CDMAOne sử dụngmột kênh dữ liệu tốc độ cao chuyên dụng 1.25MHz riêng biệt mà hỗ trợ tốc

độ dữ liệu đường xuống lên đến 3Mbps và tốc độ dữ liệu đường lên 1.8Mbpscho một tốc độ được kết hợp trung bình 2.4Mbps Giai đoạn thứ hai của quátrình phát triển, CDMA 1XEV-DV(thoại và dữ liệu), được lập dự án để hỗtrợ tốc độ dữ liệu lên đến 4.8Mbps cũng như thừa kế từ những người dùngthoại 1X, những người dùng dữ liệu 1XRTT và những người dùng dữ liệu1XEV-DO, tất cả trong cùng một kênh vô tuyến

Một sự nâng cấp khác được đề xuất cho CDMA2000 là gộp chung bakênh 1.25MHz thành một kênh 3.75MHz Việc gộp chung này được xem nhưCDMA2000 3X và các chi tiết kĩ thuật chính xác của nó vẫn còn đang đượctriển khai

WCDMA là chuẩn 3G cạnh tranh với CDMA2000 Nó được lựachọn như một sự kế vị 3G cho GSM và khái niệm này được xem như hệthống viễn thông di động toàn cầu UMTS WCDMA cũng được sử dụng ởFOMA Nhật Bản và các hệ thống điện thoại 3G Nhật Bản WCDMA hỗtrợ tốc độ đỉnh lên tới 2.4Mbps với tốc độ đặc trưng được dự đoán trong

phạm vi 384Kbps WCDMA sử dụng các kênh 5MHz, ngược với các kênh1.25MHz của CDMA2000 Một sự nâng cấp của WCDMA được gọi làtruy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) và truy nhập gói đườnglên tốc độ cao HSUPA cung cấp tốc độ dữ liệu khoản 9Mbps, và đây cóthể là tiền thân của các hệ thống 4G

EDGE/IS-W-CDMA

CDMA 2000 1X

0.144~2Mbps

HSDPA

CDMA 2000 1x EV

10Mbps

DỮ LIỆU GÓI TÍCH HỢP ĐA PHƯƠNG TIỆN DI ĐỘNG

~100Mbps/

1Gbps

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các mạng di động tế bào

3GPP (UTMS/WCDMA) đã triển khai HSDPA và HSUPA dựa trêncác mạng UTMS hiện nay Các mạng này thực sự đưa ra tốc độ dữ liệucao Với mạng thế hệ kế tiếp, 3GPP đã tạo ra một tổ chức giải pháp lâunăm (LTE) có nhiệm vụ xem xét các chọn lựa cho mạng thế hệ kế tiếp.Một số chọn lựa đang được thảo luận dựa trên OFDM, tuy nhiên vẫn chưakết thúc

3GPP2 (CDMA2000) đang đánh giá nhiều lựa chọn để phát triển từcác mạng 1×EV-DO Rev0 và Rev A-based Tổ chức phát triển giao diệnkhông gian (AIE) trong 3GPP2 được giao nhiệm vụ xem xét các lựa chọn

cho mạng thế hệ kế tiếp Một trong các chọn lựa là đa sóng mang

(MC)-DO, (Nx-HRPD(dữ liệu gói tốc độ cao)) Tổ chức này cũng thảo luận cáclựa chọn dựa trên OFDM Những gặt hái của Flarion bởi Qualcomm đưagiải pháp dựa trên FLASH-OFDM của Flarion vào cuộc đua như một chọnlựa cho giải pháp của mạng 3GPP2

Trong các mạng này giải pháp 4G được mong đợi để cung cấp lênđến 100Mbps Giải pháp này sẽ dựa trên sự kết hợp của định dạng tín hiệukhông gian- thời gian đa sóng mang Các kiến trúc mạng bao gồm cácmạng vi mô- vĩ mô và siêu nhỏ và các mạng vùng gia đình HAN và mạngvùng cá nhân PAN Quá trình phát triển mạng tế bào tóm tắt như hình 1.2

1.1.2 Xu hướng công nghệ không giây khác

Mạng truy nhập không dây băng rộng (BWA) miêu tả một phạm trùkhác của mạng không dây BWA điển hình hoạt động trong trải phổ vôtuyến có cấp phép Nó là thế hệ ngay trước khi WiMAX(Sự tương tác toàncầu đối với truy nhập vi ba) đi vào thực tế Các công nghệ không dây nàybao gồm: WLAN, WMAN, WPAN, IrDA, Bluetooth…

Công nghệ WLAN(Wireless Local Area Nework)

Các mạng không giây băng rộng đầu tiên là WLAN được xây dựngtrên cơ sở họ các chuẩn IEEE 802.11.Nó là một hệ thống mạng vô tuyếncục bộ, là hệ thống liên kết chia sẻ và trao đổi dữ liệu giữa cac máy tính sửdụng sóng Radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thế cho mạng Lan hữu tuyếntruyến thống Thiết bị mạng WLAN đã được lắp đặt tại nhiếu điểm đôngdân cư như nhà ga, trường học, khách sạn, sân bay, bến xe…

Ưu điển của mang WLAN lá cho phép ngưới dùng có thể truy xuấttài nguyên mạng ở bất kỳ đâu trong khu vực được triển khai, cho phépthay đổi, di chuyển và mở rộng một mạng một cách đơn giản tiết kiệm

Nhược điểm của WLAN là môi trường kết nối không giây là khôngkhí nên khả năng người dùng bị tấn công là rất cao, vùng phủ sóng hẹp chỉ

phù hợp trong một căn nhà, nhưng với một tòa nhà lớn thì không đáp ứngđược nhu cầu

Nổi bật trong công nghệ WLAN là công nghệ Wifi Công nghệ Wifi

đã gặt hái được rất nhiều thành công trong thời gian qua

Ở Việt Nam bây giờ, WLAN vẫn chưa phát triển, chỉ có một số ítnơi lắp đặt hệ thống WLAN do cơ sở hạ tầng, giá thành chưa phù hợp.Nhưng trong tương lai không xa, WLAN sẽ là một công nghệ thay thế chomạng LAN truyền thống

Công nghệ WPAN (Wireless Personal Area Network)

Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học công nghệ, sự

ra đời của các thiết bị ngoại vi cho máy tính, các thiết bị hỗ trợ cho cá nhânngày càng nhiều, nhu cầu trao đổi, chia sẻ thông tin giữa chúng ngày càng trỏnên cần thiết Các thiết bị này có đặc điểm là đơn giản, chuyên dụng, khôngđòi hỏi tốc độ quá cao và khả năng xử lý phức tạp cho nên việc sử dụng cáccông nghệ mạng có sẵn thực hiện những giao tiếp này trở nên đắt tiền vì khôngphù hợp WPAN gọi là mạng vô tuyến cá nhân Nó dùng để kết nối các thiết bịngoai vi như náy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng…với điện thoại di động, máytính cho phép chúng chia sẻ thông tin và dich vụ Điều đặc biệt của mạng này

là được ựng dụng trong khoảng cách ngắn, thông thường chỉ vài mét, côngsuất nhỏ

Công nghệ Bluetooth

Công nghệ này là một chuẩn công nghiệp lúc đầu được phát minh vàphát triển bởi hãng Ericson từ năm 1994, cho đến năm 1999 thì sự ra đời của tổchức Bluetooth là SIG (Special Interest Group), một cơ quan chuyên chuẩn hoácác hệ thống Bluetooth, tổ chức này gồm một loạt các công ty lớn như: SonyEricson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba, …Công nghệ này cung cấp băng thông lênđến 720 kbps trong phạm vi từ 10 đến 100m Khác với hồng ngoại, Bluetooth

sử dụng sóng vô tuyến đa hướng cho phép truyền qua vật cản không làm bằng

hướng liên tục, với sự thay đổi tín hiệu 1600 lần trong 1 giây Nếu bị nhiễu, sựtruyền dữ liệu sẽ không bị dừng lại mà chỉ giảm tốc độ

1.2 Các chuẩn cho hệ thống không giây băng rộng

Có ba tổ chức chuẩn hoá các mạng không ảnh hưởng gần như khắpthế giới dây băng rộng là IEEE, ETSI và 3GPP IEEE và ETSI chuẩn hoácác mạng không dây trên nền tảng các mạng gói còn 3GPP tập trung chủyếu vào các mạng tế bào và di động IEEE là tổ chức của Mỹ và ETSI là tổchức của Châu Âu có tầm

1.2.1 Các chuẩn họ IEEE 802.16x

Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và đượccông bố vào ngày 08/04/2002,định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gianWirelessMAN™ cho các mạng vùng đô thị Việc hoàn thành chuẩn báo trước

sự chấp nhận truy nhập không dây băng rộng như một công cụ chủ yếu mớitrong sự cố gắng liên kết các tòa nhà và cơ quan doanh nghiệp với các mạngviễn thông nòng cốt trên thế giới

Như trong định nghĩa chuẩn IEEE 802.16, một mạng vùng đô thị khôngdây cung cấp sự truy nhập mạng cho các tòa nhà thông qua ăngten ngoài trời cóthể truyền thông với các trạm cơ sở rađiô trung tâm (BS) Do hệ thống khôngdây có khả năng hướng vào những vùng địa lý rộng, hoang vắng mà không cần

Khoảng cách liên lạc

100m max 　 　

Hình 1.3 Xu hướng phát triển của mạng truy nhập vô tuyến[5]

phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém như trong việc triển khai các kết nối cáp nêncông nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong việc triển khai và như vậy dẫn đến sự truycập băng rộng tăng lên ở khắp mọi nơi Bản thiết kế MAC WirelessMAN có thểlàm thích nghi mọi kết nối với chất lượng dịch vụ (QoS) hoàn hảo Với côngnghệ được mở rộng theo hướng này, nó là chuẩn được phát triển để hỗ trợnhững người cung luôn cần sự di chuyển (ví dụ như trong xe cộ chẳng hạn)

Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diệnkhông gian (air interfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưngvới các đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ cóliên quan Chuẩn hướng vào các tần số từ 10 - 66 GHz, nơi phổ rộng hiện có sẵn

để sử dụng trên toàn cầu, nhưng tại đó những bước sóng ngắn được xem nhưnhững thách thức trong việc triển khai Chính vì lý do đó đã là tiền đề cho sự rađời của chuẩn mới, chuẩn 802.16a

Chuẩn IEEE 802.16a

Chuẩn 802.16a được hoàn thành vào tháng 11 - 2002 và được công bốvào tháng 4 - 2003.Chuẩn này cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây

ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2-11 GHz, bao gồm cả những phổ cấpphép và không cấp phép, với khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 kmtrong trường hợp kết nối điểm điểm và 7-10 km trong trường hợp kết nối từđiểm đa điểm Tốc độ truy nhập có thể đạt tới 70 Mbps

Trong khi với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16 - 2001 phải yêu cầu tầmnhìn 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 ngắnhay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệ thuê bao số hay mạng cápkhông tiếp cận được So sánh với những tần số cao hơn, những phổ như vậy tạo

cơ hội để thu được nhiều khách hàng hơn với chi phí chấp nhận được, mặc dù

các tốc độ dữ liệu là không cao Tuy nhiên, các dịch vụ sẽ hướng tới những toànhà riêng lẻ hay những xí nghiệp vừa và nhỏ

Chuẩn IEEE 802.16c - 2002

Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002.Chuẩn được nângcấp lên từ chuẩn 802.16 - 2001.Bản cập nhật đã sửa một số lỗi và sự mâu thuẫntrong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một số profiles hệ thống chi tiết chodẩi tần 10 - 66 GHz

Chuẩn IEEE 802.16d - 2004

Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/07/2004

và được 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 hợp cácchuẩn 802.16-2001,802.16a, 802.16c Chuẩn mới này đã được phát triển thànhmột tập các đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng đủ toàn diện đểphân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE 802.16 ban đầu

Chuẩn 802.16d hỗ trợ cả 2 dải tần số, cho phép kết nối thực hiện ở cácmôi trường khác nhau :

Băng tần 10 - 66 Ghz : với băng tần này thường được dung trong môitrường tầm nhìn thẳng (LOS) Độ rộng kênh được khuyến nghị cho dải tần này

là 25 đến 28 MHz Nó cung cấp khả năng hỗ trợ tốt trong những ứng dụng môhình điểm - đa điểm

Băng tần 2 - 11 GHz : với băng tần này thường được dung trong môitrường không trong tầm nhìn thẳng (NLOS) Nó cung cấp khả năng hỗ trợ tốttrong những ứng dụng mô hình Mesh

Chuẩn IEEE 802.16e - 2005

Chuẩn 802.16e - 2005 được tổ chức IEEE đưa ra vào tháng 11 - 2005.Đây là phiên bản phát triển dựa trên việc nâng cấp chuẩn 802.16 - 2004 nhằm

hỗ trợ thêm cho các dịch vụ di động Chuẩn này sử dụng kỹ thuật đa truy nhậpSOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), kỹthuật điều chế đa sóng mang sử dụng kênh phụ Băng tần được khuyến cáo dành

cho chuẩn là < 6Ghz để phục vụ cho các ứng dụng trong môi trường ko trongtầm nhìn thẳng và ứng dụng di động Tuy tốc độ và khả năng bao phủ khôngđược lớn như chuẩn cố định, nhưng với kênh băng thông 10 Mhz, nó cũng cóthể đạt tới tốc độ 30 MHz, với khả năng bao phủ tới 15 km Một đặc điểm nổibật của chuẩn này là có thể ứng dụng trong môi trường di động với tốc độ lýthuyết có thể lên tới đến 120 km/h

1.2.2 Các chuẩn họ IEEE 802.11x

Họ này chia sẻ hai băng tần không cấp phép ở 2.4Ghz và 5Gz,đưa ra năm 1997 Có 2 phiên bản của 802.11:một phiên bản trải phổ nhảytần(FHSS)và một phiên bản trải phổ chuổi trực tiếp(DSSS) hoạt độngtrong băng tần 2.4GHz

Chuẩn 802.11b

Chuẩn này được đưa ra từ năm 1999 Nó cải tiến từ chuẩn 802.11

Nó hoạt động ở dải tần 2.4Ghz nhưng chỉ sử dụng trải phổ trực tiếp DSSS

Ưu điểm của chuẩn này là vùng phủ sóng khá rộng có thể lên đến100m, chuẩn hóa 14 kênh trong đó tại Mỹ sử dụng từ kênh 1 đến kênh 11cho cấu hình điểm truy nhập AP Hầu hết các nhà thiết kế quy hoạch mạngWLAN sử dụng các kênh 1,6 và 11 lá các kênh chống lẵn để đảm bảo cáckênh lân cận không gây nhiễu cho nhau

Nhược điển của 802.11b gây nên chủ yếu do ảnh hưởng của nhiễu từcác thiết bị điện tử vô tuyến khác làm việc trong cùng băng tần 2.4Ghz nênchất lượng kết nối bị suy giảm

Chuẩn 802.11a

Chuẩn này hoạt động trong băng tần 5Ghz và có thể đạt đến54Mbps, hoàn thiện vào năm 1999 Nó sử dụng phương pháp ghép kênhphân chia theo tần số trực giao OFDM

Ưu điểm của chuẩn này là do làm việc ở băng tần 5Ghz nên hầu hếtcác thiết bị gây nhiễu như hệ thống điện thoại di động, thiết bị Bluetooth…

đều làm việc ở băng tần 2.4Ghz không ảnh hưởng tới hoạt động của cácthiết bị 802.11a kéo theo chất lượng kết nối tốt hơn

Nhược điểm của 892.11a là do tần sồ của nó cao hơn so với 802.11bchính vì vậy đã làm cho phạm vi của hệ thống này hẹp hơn so với cácmạng 802.11b

Do 802.11a và 802.11b sử dụng các tần số khác nhau nên 2 côngnghệ này không thể tương thích với nhau Chính vì vậy một số hãng cungcấp các thiết bị mạng hybrid cho 802.11a/b nhưng các sản phảm này chỉđơn thuần là bổ sung thêm hai chuẩn này

Chuẩn 802.11d

Chuẩn này được chuẩn hoá vào năm 2001,thực hiện chuẩn hoá một sốkhía cạnh liên quan đến Lớp vật lý quy định phân kênh (Channelization),mẫu nhảy tần (Hopping Patterns) nhằm mở rộng hoạt động của WLAN802.11 tại những nước chưa có quy định cụ thể vè việc triển khai ứng dụng802.11.Điểm truy cập AP có thể cung cấp thông tin cho người dùng biết sốhiệu kênh hợp pháp và mức truyền tương ứng

Chuẩn 802.11c

IEEE 802.11c cung cấp kỹ thuật bắc cầu các WLAN với nhau để tạothành một mạng riêng Sử dụng chuẩn 802.11c giữa nhiều AP chạy quamột mạng hữu tuyến truyền thống, các AP có thể kết hợp hoạt động củachúng do đó cho phép các thành viên gắn với các AP khác nhau để trao đổi

dữ liệu

Chuẩn 802.11f

Chuẩn này được hoàn thiện vào 2003 áp dụng đối với mạng WLAN

di động lớn, có thể sử dụng thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau Nó

là giao thức liên kết các điểm truy cập IAPP (Inter Access Pont Protocol)

mở rộng 802.11 nhằm khả năng liên kết vô tuyến giữa các AP của nhiềunhà sản xuất khác nhau thông qua một hệ thống phân phối DS(Distribution System) Nhờ đó việc trao đổi thông tin được liên tục vàđược bảo mật giữa các AP hiện tại và một AP mới trong quá trình chuyểngiao giữa các AP Căn cứ vào mức độ bảo mật, các khoá mã của phiên traođổi thông tin giữa các AP được ấn định bởi máy chủ nhận thực người dùngtruy nhập từ xa RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service).Máy chủ RADIUS cũng thực hiện dịch vụ ánh xạ giữa các địa chỉ MACcủa các AP và địa chỉ IP Đối với mạng WLAN phạm vi rộng thì cần đến802.11f

Chuẩn IEEE 802.11e

IEEE 802.11e hỗ trợ chất lượng dịch vụ thực hiện trên mạng

WLAN theo cả chế độ hoạt động DCF và PCF, tăng cường khả năng củalớp MAC trong chuẩn hiện tại để mở rộng hỗ trợ cho các ứng dụng yêucầu QoS, cải thiện tính bảo mật, khả năng cũng như hiệu quả của giaothức

Chuẩn 802.11g

IEEE 802.11g được đưa ra năm 2003, giới thiệu các lược đồ điều chế

và giao diện không gian giống như IEEE 802.11a nhưng trong băng tần ISM2.4GHz, mặc dù nó theo hướng khác so với IEEE 802.11b nhưng có một sốlợi ích về tốc độ dữ liệu đạt được trong các mạng trộn lẫn 802.11b và802.11g, tương thích với 802.11b và cải thiện tốc độ lên tới 54Mbps, dùngphương thức ghép kênh theo tần số trực giao OFDM

Ưu điểm: có khả năng tương thích với 802.11b Các mạng khôngdây 802.11b hiện tại có thể nâng cấp thiết bị truy nhập AP lên 802.11g mộtcách đơn giản Bên cạnh đó, các thiết bị của 2 chuẩn này có thể hoạt độngtrong môi trường WLAN trên cùng một băng tần 2,4GHz

Cũng giống như 802.11b thì 802.11g đều bị ảnh hưởng của nhiễu

vô tuyến do các thiết bị điện tử khác hoạt động trong cùng băng tần2,4GHz gây nên và bị hạn chế bởi số lượng đa 3 kênh vô tuyến không

bị chồng lẫn, dẫn đến hạn chế dung lượng của 802.11g so với 802.11a.[6]

Chuẩn 802.11i

IEEE 802.11i được chuẩn hoá vào năm 2004 nhằm tăng cường ở cơchế nhận thực và bảo mật cho 802.11,thay thế cơ chế bảo mật tương đươnghữu tuyến Chuẩn này hoạt động dựa trên giao thức thích hợp khoá tạmthời, đồng bộ hoá các thay đổi khoá giữa các trạm với AP và theo chuẩn

mã hoá tiên tiến AES (Advanced Encryption Standard) Nó cung cấp nhiềumức bảo vệ hơn các chuẩn trước đó, bảo mật đương lượng hữu tuyến(WEP).[6]

1.2.3 Các chuẩn họ IEEE 802.15x

IEEE 802.15 cho biết một số hệ thống mạng riêng không giây PAN.IEEE 802.15 định ngĩa ba loại mạng WPAN khác nhau về tốc độ dữ liệu,tiêu hao nguồn và QoS

IEEE 802.15.3 chỉ ra WPAN tốc độ dữ liệu cao phù hợp cho truyềnthông đa phương tiện với QoS rất cao

IEEE 802.15.1 chỉ định WPAN tốc độ dữ liệu trung bình với QoStrung bình Nó được so san với Bluetooth

IEEE 802.15.4 chỉ định WPAN có QoS thấp và tốc độ dữ liệu thấp

1.3 Kết luận chương

Qua chương này đã giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về quá trìnhphát triển của công nghệ truy nhập không giây, các xu hướng của công

nghệ không giây đang sử dụng Ngoài ra chương 1 còn giúp chúng ta tìmhiểu về các chuẩn của hệ thống băng rộng.

Chương 2 Công nghệ WiMAX

WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo

ra khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫnmạng không dây di động Hai phiên bản của WiMAX được đưa ra như sau:

Fixed WiMAX (WiMAX cố định): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE

802.16-2004, được thiết kế cho loại truy nhập cố định và lưu động Trongphiên bản này sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giaoOFDM (Orthogonnal Frequency Division Multiple) hoạt động trong cảmôi trường nhìn thẳng - LOS (line-of-sight) và không nhìn thẳng - NLOS(Non-line-of-sight) Sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn này hiện tai đã được cấpchứng chỉ và thương mại hóa

Hình 2.1 Mô hình mạng Wimax cố định

Mobile WiMAX (WiMAX di động): dựa trên tiêu chuẩn IEEE

802.16e, được thiết kế cho loại truy cập xách tay và di động Về cơ bản,tiêu chuẩn 802.16e được phát triển trên cơ sở sửa đổi tiêu chuẩn IEEE802.16-2004 để tối ưu cho các kênh vô tuyến di động, cung cấp khả năngchuyển vùng - handoff và chuyển mạng - roaming Tiêu chuẩn này sửdụng phương thức đa truy cập ghép kênh chia tần số trực giao OFDMA(Orthogonnal Frequency Division Multiple Access) - là sự phối hợp của kỹthuật ghép kênh và kỹ thuật phân chia tần số có tính chất trực giao, rất phùhợp với môi trường truyền dẫn đa đường nhằm tăng thông lượng cũng nhưdung lượng mạng, tăng độ linh hoạt trong việc quản lý tài nguyên, tậndụng tối đa phổ tần, cải thiện khả năng phủ sóng với các loại địa hình đadạng

WiMAX đã được phát triển và khắc phục được những nhược điểmcủa các công nghệ truy cập băng rộng trước đây, cụ thể:

Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồmđiểm - đa điểm, công nghệ lưới (mesh) và phủ sóng khắp mọi nơi Điềukhiển truy nhập môi trường - MAC, phương tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm -

đa điểm và dịch vụ rộng khắp bởi lập lịch một khe thời gian cho mỗi trạm

di động (MS) Nếu có duy nhất một MS trong mạng, trạm gốc (BS) sẽ liênlạc với MS trên cơ sở điểm - điểm Một BS trong một cấu hình điểm -điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xahơn

Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối vớihỗn hợp lưu lượng sẽ được mang Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụcấp phát tự nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụhỏi vòng không thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE)

Triển khai nhanh, chi phí thấp: So sánh với triển khai các giải pháp

có dây, WiMAX yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên

ra, dựa trên các chuẩn mở của WiMAX, sẽ không có sự độc quyền về tiêuchuẩn này, dẫn đến việc cạnh tranh của nhiều nhà sản xuất, làm cho chiphí đầu tư một hệ thống giảm đáng kể

Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chungdựa vào sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA - Service-Level Agreement) giữanhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng Chi tiết hơn, một nhàcung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau tới các thuê bao khácnhau, thậm chí tới những người dùng khác nhau sử dụng cùng MS Cungcấp truy nhập băng rộng cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô,nơi chất lượng cáp đồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn, khắc phục thiết

bị số trong những vùng mật độ thấp nơi mà các nhân tố công nghệ và kinh

tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức

Tính tương thích: WiMAX được xây dựng để trở thành một chuẩnquốc tế, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải và sửdụng MS của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụkhác nhau Tính tương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành banđầu vì nó có thể chọn lựa thiết bị từ các nhà đại lý thiết bị

Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khảnăng di động Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần

số trực giao) và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗtrợ các thiết bị và các dịch vụ trong một môi trường di động Những cảitiến này, bao gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (Multi In Multi Out -nhiều đầu vào nhiều đầu ra), và hỗ trợ đối với chế độ idle/sleep và handoff,

sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ ở tốc độ tới 160 km/h MạngWiMAX di động cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet khôngdây băng thông rộng tại bất cứ đâu có phủ sóng WiMAX

Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX màkhông đòi hỏi tầm nhìn thẳng giữa BS và MS Khả năng này của nó giúp

các sản phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trườngNLOS

Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, baogồm BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Khi yêu cầu với bộ khuếch đạicông suất cao và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặcQPSK) Các hệ thống WiMAX có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khiđường truyền giữa BS và MS không bị cản trở Mở rộng phạm vi bị giớihạn hiện tại của WLAN công cộng (hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone)

Ở những điều kiện tốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50 km vớitốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình làgần 5 km với CPE (NLOS) trong nhà và gần 15km với một CPE được nốivới một anten bên ngoài (LOS)

Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho cáctrạm gốc với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất

Tính mở rộng: Chuẩn 802.16 -2004 hỗ trợ các dải thông kênh tần số

vô tuyến (RF) mềm dẻo và sử dụng lại các kênh tần số này như là mộtcách để tăng dung lượng mạng Chuẩn cũng định rõ hỗ trợ đối với TPC(điều khiển công suất phát) và các phép đo chất lượng kênh như các công

cụ thêm vào để hỗ trợ sử dụng phổ hiệu quả Chuẩn đã được thiết kế để đạt

tỷ lệ lên tới hàng trăm thậm chí hàng nghìn người sử dụng trong một kênh

RF Hỗ trợ nhiều kênh cho phép các nhà chế tạo thiết bị cung cấp mộtphương tiện để chú trọng vào phạm vi sử dụng phổ và những quy định cấpphát được nói rõ bởi các nhà vận hành trong các thị trường quốc tế thayđổi khác nhau

2.1.2 So sánh Wimax với một số công nghệ khác

Phiên bản WiMAX 802.16-2004 nhằm cung cấp các truy nhập cốđịnh hoặc lưu động Các công nghệ vô tuyến cố định có khả năng cạnhtranh với WiMAX cố định hiện đang được xem xét bao gồm: Hệ thống

và Hệ thống phân bố đa điểm đa kênh (MMDS-Multichannel multipointdistribution service)

Hệ thống phân bố đa điểm nội vùng (LMDS)

Công nghệ LMDS cung cấp giải pháp mạng điểm-đa-điểm và làmviệc trong các dải tần số vi ba trên 10 GHz Hai băng tần số chính đượccấp phát là 26/28 GHz và 40 GHz Việc sử dụng các băng tần này có thểmang tới dung lượng rất lớn (Tốc độ lên tới 3 Gbps tại tần số 40 GHz)

Phạm vi phủ sóng của hệ thống bị giới hạn trong phạm vi 5 km dosuy hao mưa cao tại tần số này Ngoài ra hệ thống còn yêu cầu tầm nhìnthẳng (LOS)

Hệ thống LMDS hiện nay dựa trên các giải pháp riêng Từ 2001,cáctiêu chuẩn IEEE 802.16 và ETSI BRAN HYPERACCESS cũng hướngdẫn các mạng LMDS nhắm đến khả năng bắt tay của của các thiết bị trêntoàn cầu nhằm giảm chi phí

Tất cả các hệ thống LMDS hiện nay đều dựa trên các giao thức dùngriêng PHY & MAC Tốc độ truyền số liệu đạt được trên một kênh RF (ởbăng thông xấp xỉ 30 MHz) là 45 Mbps Tuy nhiên khi các kỹ thuật PHY

& MAC được chuẩn hóa bởi cả ETSI BRAN và IEEE thì giá thành thiết bịLMDS đã giảm xuống rất nhiều

LMDS là hoàn toàn phù hợp với các yêu cầu của dịch vụ vô tuyếnbăng rộng Các thử nghiệm thực tế cho thấy mạng được triển khai trên cơ

sở LMDS không bị hạn chế chỉ ứng dụng ở các hệ thống truyền hình tươngtác hay quảng bá, mà ta còn có thể thực hiện triển khai TCP/IP trên cơ sởLMDS Điều này đã được thực hiện bằng cách xây dựng các bộ tăngcường giao thức TCP trên nền MPEG Các mô phỏng và thử nghiệm đãchỉ ra rằng việc thực hiện IP trên LMDS có thể triển khai ngay trên các hệthống vô tuyến tiêu chuẩn Tuy nhiên, nhà khai thác cũng không nên đánhgiá thấp sự cần thiết sự điều chỉnh trong vấn đề thu vô tuyến, trong mạng,

và các tham số TCP/IP sao cho việc sử dụng phổ là hiệu quả nhất với giátrị QoS có thể chấp nhận được

Hệ thống phân bố đa điểm đa kênh (MMDS)

MMDS có kiến trúc tương tự như kiến trúc LMDS MMDS sử dụngtần số từ 2,1 GHz và 2.5-2.7 GHz Tín hiệu được phát đi từ trạm phát sóngthường được đặt trên các ngọn đồi, hay toà nhà cao tầng, tới các an ten đặcbiệt mà các an ten này như là trạm chuyển tiếp để phát tới các khách hàngtrong phạm vi nhìn thẳng (LOS)

Giống như cáp đồng, một kênh 6 MHz với điều chế có thể truyềnvới tốc độ khoảng 30 Mbit/s và do đó hộ trợ từ 500 đến 1500 thuê bao.MMDS cung cấp dịch vụ với trong vòng bán kính 60 km Đây là ưu điểmnếu so với công nghệ LMDS, bởi vì bán kính phục vụ tối đa của LMDSchỉ là 5 km MMDS là giải pháp lý tưởng cho các vùng nông thôn nơi mà

kỹ thuật viễn thông chưa phát triển

Những hệ thống này được phát triển lần đầu tiên tại US, HồngKông, Canada, và Úc Ở Châu Phi, MMDS được sử dụng tại các nướcGaBon và Senegal Ở Châu Âu, các hệ thống thử nghiệm và đang hoạtđộng tại các nước Ireland, Iceland, và Pháp Hầu hết các mạng MMDSđang hoạt động sử dụng băng tần 2,5-2,7 GHz, truyền dẫn khoảng 30 kênh

sử dụng định dạng NTSC (độ rộng 6 MHz) và khoảng 20 kênh sử dụngđịnh dạng PAL hoặc SECAM (độ rộng 8 MHz)

So sánh các đặc tính chính của hai công nghệ LMDS và MMDS vớiWiMAX cố định 802.16-2004 qua các thông số chính cụ thể như bảng 2.1

Băng thông kênh 1,25 - 28 MHz 1,25MHz

2.1.3 Hoạt động của Wimax

Về cơ bản WiMAX hoạt động trong mô hình mạng như Ví dụ 2.2.Xét mô hình mạng không dây điển hình, bộ chuyển đổi hay còn gọi làđiểm truy nhập AP sẽ kết nối tới mạng có dây từ một vị trí xác định thôngqua cáp Ethernet chuẩn AP sẽ nhận, lưu trữ tạm và truyền dữ liệu giữa cácthành phần của mạng không dây như máy tính xách tay, máy in hay bất cứthiết bị cầm tay nào với kiến trúc mạng có dây Một điểm truy nhập đơn giảncũng có thể hỗ trợ một nhóm nhỏ người dùng và có thể phủ sóng trongkhoảng chu vi từ 10 đến 100m đối với Wi-Fi và gần 50km đối với WiMAX

AP có nhiều loại khác nhau nhưng đa phần chúng được thiết kế khá gọn gàngvới kích thước khoảng hai bàn tay, được gắn sẵn 1 hoặc 2 Anten