Công nghệ wimax và khả năng ứng dụng tại việt nam luận văn tốt nghiệp đại học

Trong đó, truy nhập băng rộng không dây là một lĩnh vực mang lại sự quan tâmđáng kể của các tổ chức nghiên cứu cũng như các nhà cung cấp thiết bị, cácnhà khai thác mạng.. TÓM TẮT ĐỒ ÁNĐứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ KHẢ NĂNG

ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Người hướng dẫn : ThS Cao Thành Nghĩa Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Quân Lớp : 47K - ĐTVT

Vinh, 5-2010

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 8

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 10

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 11

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 16

1.1 Giới thiệu về WiMAX 16

1.2 Đặc điểm của WiMAX 19

1.2.1 Đặc điểm của WiMAX cố định ( Fixed WiMAX) 19

1.2.2 Đặc điểm của WiMAX di động ( Mobile WiMAX ) 20

1.2.3 Ưu điểm 21

1.2.4 Nhược điểm 24

1.3 Các chuẩn của WiMAX 24

1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001 24

1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a 25

1.3.3 Chuẩn IEEE 802.16d - 2004 26

1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e 26

1.4 Các băng tần của WiMAX 26

1.4.1 Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới 26

1.4.2 Các băng tần ở Việt Nam có khả năng dành cho WiMAX 27

1.5 Truyền sóng 29

1.6 Kiến trúc mạng WiMAX 30

1.6.1 Mạng dịch vụ truy nhập ASN 30

1.6.2 Mạng dịch vụ kết nối CSN 31

1.6.3 Cấu hình mạng 32

1.6.4 Quá trình vào mạng 33

1.7 Mô hình hệ thống WiMAX 36

1.7.1 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định (Fixed WiMAX) 37

1.7.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động (Mobile WiMAX) 38

1.7.3 Các ứng dụng 39

1.8 Kết luận chương 1 40

Chương 2 CÁC KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG WIMAX VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 41

2.1 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM 41

2.1.1 Khái niệm 41

2.1.2 Sơ đồ khối OFDM 43

2.1.3 Tạo các ký hiệu OFDM 44

2.1.4 Mô tả ký hiệu OFDM 45

2.1.5 Nguyên tắc giải điều chế OFDM 46

2.1.6 Các thông số và tín hiệu được phát của ký hiệu OFDM 46

2.1.7 Các ưu và nhược điểm của kỹ thuật OFDM 48

2.2 Đa truy xuất phân chia theo tần số trực giao OFDMA 50

2.2.1 Khái niệm 50

2.2.2 Đặc điểm 51

2.2.3 OFDMA nhảy tần 52

2.2.4 Sơ đồ hệ thống OFDMA 54

2.2.5 Các giao thức OFDMA 55

2.2.6 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và phân kênh con 56

2.2.7 OFDMA theo tỉ lệ (scalable) 58

2.3 Điều Chế Thích Nghi 59

2.4 Công nghệ sữa lỗi 60

2.5 Điều khiển công suất 60

2.6 Các công nghệ vô tuyến cải tiến trong Wimax 60

2.6.1 Phân tập thu và phát 60

2.6.2 Hệ thống anten thích ứng AAS 61

2.7 Các yếu tố ảnh hưởng trong WiMAX 62

2.7.1 Sự suy giảm tín hiệu (Attenuation) 63

2.7.2 Hiệu ứng đa đường 63

2.7.3 Dịch Doppler 67

2.7.4 Nhiễu AWGN 67

2.8 Kết luận chương 2 68

Chương 3 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM 69

3.1 Nhu cầu và hiện trạng các hệ thống truy nhập băng rộng tại Việt Nam 69

3.1.1 Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam 69

3.1.2 Hiện trạng truy nhập băng rộng tại Việt Nam 69

3.2 Các mô hình triển khai công nghệ mạng WiMAX 71

3.2.1 Mạng dùng riêng 71

3.2.2 Các mạng phục vụ cộng đồng 78

3.3 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới 80

3.4 Tình hình triển khai WiMAX ở Việt Nam 82

3.4.1 Tình hình chung 82

3.4.2 Triển khai thí điểm WiMAX tại Lào Cai 84

3.4.3 Một số ý kiến của tác giả……….………84

3.5 Kết luận chương 3 91

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới đang đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học côngnghệ, truyền thông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiềulợi ích cho người sử dụng Bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy nhậpInternet, các trò chơi tương tác, hội nghị truyền hình, thì truyền thông băngrộng di động cũng đang được ứng dụng rộng rãi, cung cấp các kết nối tin cậycho người sử dụng ngay cả khi di chuyển qua một phạm vi rộng lớn Trong

đó, truy nhập băng rộng không dây là một lĩnh vực mang lại sự quan tâmđáng kể của các tổ chức nghiên cứu cũng như các nhà cung cấp thiết bị, cácnhà khai thác mạng Ngày nay thế giới đang hướng tới tương tác toàn cầutrong truyền thông băng rộng không dây, điều này không chỉ mang lại sự hội

tụ về truyền thông toàn cầu mà còn mang lại nhiều lợi nhuận về mặt kinh tế,giúp cho việc phát triển khoa học, công nghệ, chính trị, văn hóa,… giữa cácnước trên toàn thế giới

Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy nhập Internet hiện nay như quay

số qua modem thoại, ADSL, hay các đường thuê kênh riêng hoặc sử dụng các

hệ thống vô tuyến như điện thoại di động hay mạng Wi-Fi Mỗi phương pháptruy cập có một ưu điểm riêng Bên cạnh đó vẫn còn nhiều nhược điểm, chẳnghạn với Modem thoại thì tốc độ truy nhập quá thấp, ADSL thì tốc độ có thểlên đến 8Mbps nhưng cần đường dây kết nối, các đường thuê kênh riêng thìgiá thành thấp và khó triển khai, đặc biệt với các địa hình phức tạp Hệ thốngthông tin di động hiện tại cung cấp tốc độ truyền 9,6Kbps quá thấp so với nhucầu người sử dụng, ngay cả các mạng thế hệ sau GSM như 2.5G cho phép tốc

độ lên đến 171,2Kbps hay EDGE khoảng 300 - 400Kbps cũng chưa đủ đápứng nhu cầu và số lượng người sử dụng ngày càng tăng đối với các dịch vụmạng Internet Ở hệ thống di động thế hệ tiếp theo 3G thì tốc độ truy nhậpInternet không vượt quá 2Mbps Với mạng Wi-Fi chỉ có thể áp dụng cho cácmáy tính trao đổi thông tin khoảng cách ngắn Đứng trước thực tế đó,

WiMAX ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dâytổng hợp có thể thay thế ADSL và Wi-Fi Hệ thống WiMAX có khả năngcung cấp đường truyền vô tuyến với tốc độ lên đến 70Mbps và với bán kínhphủ sóng lên đến 50km

Chính vì những ưu thế đó, em nhận thấy WiMAX là công nghệ có tiềmnăng nhất hiện nay với khả năng phát triển vững chắc và lâu dài, cho nên em

chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “Công nghệ WiMAX và khả năng ứng dụng tại Việt Nam”.

Bố cục đồ án gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ WiMAX.

Chương 2 Các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX và các yếu tố ảnh hưởng.

Chương 3 Khả năng triển khai và ứng dụng hệ thống WiMAX trên mạng Viễn thông Việt Nam.

WiMAX là một công nghệ mới, vì vậy đòi hỏi sự nghiên cứu và tìm tòinếu các bạn muốn tìm hiểu Nội dung và kiến thức trong bản đồ án này là sựtổng hợp những kiến thức trong quá trình học tập, tìm hiểu, nghiên cứu từ cáctài liệu Vì thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên bản đồ án nàychắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ýkiến đóng góp từ các thầy, cô giáo và các bạn đọc

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáotrong khoa Điện tử Viễn thông đã giúp đỡ và góp ý cho em trong quá trìnhlàm đồ án Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn

ThS Cao Thành Nghĩa, đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này.

Em xin chân th nh c m n! ành cảm ơn! ảm ơn! ơn!

Vinh, tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Tiến Quân

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ truyềnthông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi íchcho người sử dụng, bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy cậpInternet quay số qua modem thoại ADSL hay các đường kênh riêng hoặc

sử dụng các hệ thống điện thoại di động hay mạng Wi-Fi WiMAX ra đờinhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp cóthể thay thế ADSL và Wi-Fi Đồ án trình bày một cách tóm tắt quá trìnhphát triển, đặc điểm kỹ thuật, các băng tần, chuẩn, các kỹ thuật điều chếOFDM và OFDMA, các công nghệ cải tiến trong WiMAX, kiến trúc mạngWiMAX Từ đó nghiên cứu khả năng triễn khai và ứng dụng hệ thốngWiMAX trên mạng viễn thông Việt Nam

In the face of ongoing development of science and technologycommunication broadband is becoming essential requirements brought manybenefits to users, in addition to providing services such as Internet access viamodem dial phone ADSL lines or separate channels or use the mobile system

or Wi-Fi network WiMAX been formed to provide a means to access thewireless Internet can replace synthetic ADSL and Wi-Fi Project presented asummary of the development process, specifications, in depth bands, thestandard, modulation technique OFDM and OFDMA, the WiMAXtechnology improvements, comments WiMAX network architecture Whichstudies the ability to deploy WiMAX systems and applications on the networkVietnam Telecommunications

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Mô hình truyền thông của WiMAX 18

Hình 1.2 Các đặc tính của WiMAX 21

Hình 1.3 Kiến trúc mạng WiMAX 32

Hình 1.4 Cấu hình điểm - đa điểm mạng WiMAX 32

Hình 1.5 Cấu hình Mesh mạng WiMAX 33

Hình 1.6 Quy trình vào mạng 36

Hình 1.7 Mô hình hệ thống WiMAX 37

Hình 1.8 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định 38

Hình 1.9 Mô hình ứng dụng WiMAX di động 39

Hình 2.1 So sánh giữa FDM và OFDM 42

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 43

Hình 2.3 Bộ phát OFDM 4 sóng mang 45

Hình 2.4 Miêu tả tần số OFDM 45

Hình 2.5 Tách chuỗi bảo vệ 46

Hình 2.6 ODFM và OFDMA 51

Hình 2.7 Tổng quan hệ thống sử dụng OFDM 54

Hình 2.8 Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA 54

Hình 2.9 Cấu trúc sóng mang con OFDMA 57

Hình 2.10 Kênh con phân tập tần số DL 57

Hình 2.11 Cấu trúc tile cho UL PUSC 58

Hình 2.12 Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi 59

Hình 2.13 Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến 63

Hình 2.14 Tín hiệu đa đường 64

Hình 2.15 Fading Rayleigh khi thiết bị di động di chuyển (ở tần số 900MHz) .64 Hình 2.16 Trải trể đa đường 66

Hình 3.1 Cellular Backhaul 72

Hình 3.2 WSP Backhaul 72

Hình 3.3 Mạng ngân hàng 73

Hình 3.4 Mạng giáo dục 74

Hình 3.5 Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng 75

Hình 3.6 Sử dụng WiMAX cho việc thông tin liên lạc xa bờ 75

Hình 3.7 Kết nối nhiều khu vực 76

Hình 3.8 Các khu vực công cộng 78

Hình 3.9 Mạng truy nhập WSP……… 788

Hình 3.10 Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh 80

Hình 3.11 Sơ đồ kết nối tổng thể 87

Hình 3.12 Sơ đồ kết nối trạm gốc BS 88

Hình 3.13 Sơ đồ kết nối đầu cuối (End-User) 89

Hình 3.14 Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP 90

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Trang Bảng 1.1 Các loại dịch vụ của

WiMAX 23

Bảng 1.2 Các ứng dụng trong WiMAX 40

Bảng 2.1 Các thông số lớp PHY OFDM-256 48

Bảng 2.2 Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA 52

Bảng 2.3 Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian 53

Bảng 2.4 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau 53

Bảng 2.5 Các thông số S - OFDMA 59

Bảng 2.6 Sự phân bố lũy tích đối với phân bố Rayleigh 65

Bảng 2.7 Các giá trị trải trễ thông dụng 66

Bảng 3.1 Các thống số kỹ thuật thiết bị WiMAX thử nghiệm tại Lào Cai 91

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

AAA Authentication, authorization

and Account

Nhận thực, cấp phép và tính cước

AAS Adaptive Antena System Hệ thống anten thích nghi

ARQ Automatic Retransmission

Request

Yêu cầu truyền lại tự động

ASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không

đồng bộ

BNI Base station network interface Giao diện giữa trạm gốc và

mạng

BWA Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng

rộngCDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập chia mã

CA Certification Authority Quyền Chứng thực

CPE Customer Premise Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao

CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra vòng dư

DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu

DFS Dynamic Frequency Selection Lựa chọn tần số động

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DHCP Dynamic host configuration

protocol

Thủ tục cấu hình chủ không

cố định

EDE Encrypt-Decrypt-Encrypt Mật mã - giải mã - mật mãFEC Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước

ETSI European Telecommunications

Đa truy nhập phân chia tần số

FDD Frequency Division Duplex Song công chia tần số

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng đi

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FSS Fixed Satellite Service Dịch vụ vệ tinh cố định

FWA Fixed Wireless Access Truy nhập không dây cố định

GPS Global Positioning Satellite Vệ tinh định vị toàn cầu

IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức kỹ sư thiết kế

InternetIDFT Inverse Discrete Fourier

Biến đổi Fourier ngược nhanh

ITU International

Telecommunications Union

Hiệp hội viễn thông Quốc tế

LMDS Local multipoint distriution

service

Dịch vụ phân phối đa điểm nội hạt

MAC Medium Access Control layer Lớp điều khiển truy nhập môi

trườngMAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thành phố

MDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao đa dạng riêngMIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường raMMDS Multichannel multipoint

nrtPS Non-real-time polling service Dịch vụ thăm dò không thời

gian thựcOFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh chia tần số trực giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division

Card International Association

Hiệp hội quốc tế về tấm mạchnhớ của máy tính cá nhânPAN Propressional Area Network Mạng cá nhân

PDA Personal Digital Assistant Thiết bị vụ số cá nhân

PDH Plesiochronous digital hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu thủ tục

PER Packet Error Rate Tỷ lệ lỗi gói

PKM Privacy Key Management Quản lý khoá riêng

PMP Point - to - multipoint Điểm đa điểm

PPP Point-to-Point Protocol Thủ tục điểm-điểm

QAM Quadrature Amplitude

Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QPSK Quadrature phase-shift keying Khoá dịch pha cầu phương

rtPS Real-time polling service Dịch vụ thăm dò thời gian

thực

SAID Security Association IDentifier Bộ nhận dạng tập hợp bảo

mậtSAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

SAR Synthetic Aperture Radar Rada khe hở nhân tạo

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SFID Service Flow IDentifier Bộ Nhận dạng Luồng Dịch vụSNMP Simple Network Management

Protocol

Thủ tục quản lý mạng đơn giản

SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm

TDD Time Division Duplex Song công chia thời gian

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh chia thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia thời

gianTEK Traffic encryption key Khoá mật mã lưu lượng

UGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ cấp phát tự nguyện

UMTS Universal Mobile

Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UTRA UMTS terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến trên mặt

đất UMTSUTRAN UMTS terrestrial Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến trênmặt đất UMTS

WiMAX Worldwide Interoperability for

Microwave Access

Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba

WEP Wired Equivalent Privacy Bảo mật đương lượng hữu

tuyến

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

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX

Trong chương này trình bày tổng quát về công nghệ WiMAX, đặc điểm,các chuẩn của WiMAX, băng tần sử dụng, cách thức truyền sóng, đặc điểmcủa WiMAX cố định, WiMAX di động và kiến trúc mạng WiMAX.

1.1 Giới thiệu về WiMAX

Ngày nay tỷ lệ người truy cập băng rộng còn rất ít, thấp hơn 20% dân sốthế giới Là vì công nghệ đang tồn tại như xDSL, cáp và vô tuyến cố định cócác hạn chế như chi phí lắp đặt cao, có vấn đề lặp vòng, tốc độ đường lên(upstream) cần nâng cấp, giới hạn LOS và tính hướng mở kém, với sự ra đờicủa Wifi đã làm thay đổi cách thức trao đổi thông tin của người sử dụng Tuynhiên, do Wifi là công nghệ được thiết kế hướng tới các mạng LAN khôngdây, chính vì vậy trong những trượng hợp cụ thể, khi áp dụng công nghệ nàycho mạng MAN (MAN: Metropolitan Area Network: là mạng dữ liệu băngrộng được thiết kế cho phạm vi trong thành phố, thị xã Khoảng cách thườngnhỏ hơn 50 km), thì nó đã bộc lộ rất nhiều những hạn chế Trước hết Wifiđược thiết kế cho mạng ít thuê bao, kênh truyền của nó cố định kích thướckhoảng 20Mhz, do vậy rất kém linh hoạt Bên cạnh đó, Wifi không hỗ trợkiến trúc Mesh, (Mesh là một kiến trúc đảm bảo sự liên thông tốt trong mạng

đô thị) Hơn nữa, nếu ta truyền trong môi trường tốt, ít nhiễu, tầm nhìn thẳngdựng các Anten định hướng với công suất đủ lớn thì Wifi cũng chỉ đạt tớikhoảng cách vài km, rất hạn chế cho việc phủ sóng trong một phạm vi lớn…Chính vì sự hạn chế này mà chúng ta đưa ra giải pháp truy cập Internet băngrộng cố định, di động có thể sẽ thay thế những công nghệ hiện nay và truy cậpbất cứ nơi đâu và bất cứ khi nào với tốc độ cao, đó chính là công nghệ truycập vô tuyến băng rộng WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là công nghệ dựa trên cơ sở tiêu

chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004 Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưara: Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và Diễn đàn WiMAX.

Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị

và linh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xácnhận tính tương thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cậpkhông dây băng thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăngtốc độ triển khai truy cập không dây băng thông rộng trên toàn cầu Do đócác chuẩn 802.16 thường được biết đến với cái tên WiMAX

Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vàonăm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cậpkhông dây Nếu như Wireless LAN đuợc phát triển để cung cấp dịch vụ truynhập Internet cho mạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truynhập Internet cho những vùng tập trung đông dân cư trong những phạm vihẹp thì với WiMAX ngoài khả năng cung cấp dịch vụ ở vùng đô thị nó còngiải quyết được những vấn đề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internetcho những vùng thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sửdụng dây đồng không thể đạt tới

WiMAX cũng là một sự phát triển kế tiếp từ dịch vụ cung cấp băngthông giữa LAN nâng cấp lên mạng WAN WiMAX sử dụng chuẩn kết nối802.16 có nhiều đặc điểm nổi trội hơn về tốc độ, phạm vi phủ sóng so vớichuẩn kết nối không dây hiện nay là 802.11 Không giống như chuẩn 802.11chỉ có thể phủ sóng trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể phủ sóng mộtvùng rộng tới 50 km với tốc độ lên đến 70Mbps WiMAX cung cấp truy nhậpbăng rộng không dây cố định theo hai phương pháp điểm - điểm (Point to

Point ) hoặc điểm - đa điểm (Point to multipoint) [1]

Một hệ thống WiMAX gồm hai phần:

- Trạm phát: Giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động vớicông suất lớn có thể phủ sóng tới một vùng rộng tới 8000km2

- Trạm thu: Có thể là các anten nhỏ như các thẻ (Card) mạng cắm vàohoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách màWiFi vẫn dùng.

Hình 1.1 Mô hình truyền thông của WiMAX

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

Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóngtruyền thẳng hoặc là các tia phản xạ Trong trường hợp truyền thẳng, cácanten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổnđịnh và tốc độ truyền có thể đạt tối đa Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần sốcao đến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệukhác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn Đối với trường hợp tia phản xạ,WiMAX sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở WiFi, ở tần sốthấp, tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốncong, vòng qua các vật thể để đến đích

WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sửdụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được(người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và cuối cùng là di động màkhông cần thiết ở trong Tầm nhìn thẳng (Line-of-Sight) trực tiếp tới một trạmgốc Hiện tại công nghệ WiMAX đang được kết hợp vào trong các máy tínhxách tay và các PDA.

1.2 Đặc điểm của WiMAX [1]

WiMAX đã được thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với cácloại triển khai truy nhập có dây truyền thống như:

Backhau: Sử dụng các Anten điểm - điểm để nối nhiều hotspot với nhau

và đến các trạm gốc qua những khoảng các dài (đường kết nối giữa điểm truynhập WLAN và mạng băng rộng cố định)

Last mile: Sử dụng các anten điểm - đa điểm để nối các thuê bao thuộcnhà riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc

1.2.1 Đặc điểm của WiMAX cố định ( Fixed WiMAX)

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

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

- Hoạt động trong cả 2 môi trường truyền dẫn: Đường truyền tầm nhìnthẳng LOS và đường truyền che khuất N-LOS

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

- Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đếnt rên 20MHz được chia

thành nhiều băng con 1,75MHz Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữanhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy nhập đồng thờimột hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụngbăng tần.

- Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX đựoc chia thành 4 lớp: Lớpcon hội tụ (Convergence Layer) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập

và các lớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp bảo mật (Security) và lớpvật lý (Physical) Các lớp này tương đưong với hai lớp dưới cùng của mô hìnhOSI và được tiêu chuẩn hóa để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên.1.2.2 Đặc điểm của WiMAX di động ( Mobile WiMAX )

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

- Tốc độ truyền: 10 – 30Mb/s

- Không yêu cầu truyền trong tầm nhìn thẳng

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

- Độ rộng băng tần của hệ thống từ 1,25 – 20MHz

- Đường lên và xuống có thể được phân chia theo công nghệ TDD hoặcFDD nhưng TDD được khuyến nghị sử dụng nhiều hơn vì những tính năng ưuviệt của nó

- Điểm khác biệt rõ nét với Fixed WiMAX là Mobile WiMAX sử dụngcông nghệ điều chế hỗ trợ đa truy nhập Scalable OFDMA (S-OFDMA), chophép thay đổi kích thước FFT tức là thay đổi số sóng mang con Số song con

có thể là 128, 256, 512 1024 hay lớn nhất là 2048 Số sóng mang con nàyđược chia thành các kênh con với số lượng kênh con lớn nhất là 32

- Mobile WiMAX sử dụng phương pháp điều chế và mã hóa thíchứng, hỗ trợ các kiểu điều chế QPSK, 16 QAM, 64 QAM Phương pháp mãhóa sửa lỗi dùng mã xoắn CC (Convolutional Code) và mã CTC(Convolutional Turbo Code)

1.2.3 Ưu điểm

Chuẩn WiMAX phát triển với nhiều mục tiêu:

- Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống, bao

gồm điểm tới điểm, điểm tới đa điểm, và bao phủ khắp nơi MAC (điều khiểntruy nhập phương tiện) WiMAX hỗ trợ điểm tới đa điểm và các dịch vụ ởkhắp nơi bằng cách sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao (SS).Nếu chỉ có một SS trong mạng, thì trạm gốc WiMAX sẽ thông tin với SS trên

cơ sở điểm tới điểm Một BS trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng mộtanten búp hẹp hơn để phủ các vùng lớn hơn

Dung lượng cao

Kiến trúc mềm

Khả năng mang theo được

Vùng phủ rộng

Tính

di động QoS

Triển

khai

nhanh

Hình 1.2 Các đặc tính của WiMAX

- Bảo mật cao: WiMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hoá tiên tiến) và

3DES (chuẩn mật mã hoá số liệu) Bằng cách mật mã hoá các liên kết giữa

BS và SS, WiMAX phục vụ các thuê bao tách biệt (chống nghe trộm) và bảomật trên giao diện không dây băng rộng Bảo mật cũng cung cấp cho các nhàkhai thác hệ thống an ninh chống ăn trộm dịch vụ WiMAX cũng được xâydựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp bảo vệ dữ liệu được truyền từ các người sửdụng khác nhau trên cùng một BS

- Triển khai nhanh: So với sự triển khai của các giải pháp dây, WiMAXyêu cầu ít hoặc không yêu cầu xây dựng kế hoạch mở rộng Ví dụ, đào hố để

hỗ trợ rãnh của các cáp không được yêu cầu Các nhà khai thác có giấy phép

để sử dụng một trong số các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sửdụng một trong các băng tần không được cấp phép, không cần thiết xem xétsâu hơn các ứng dụng cho chính phủ Khi anten và thiết bị được lắp đặt vàđược cấp nguồn, WiMAX sẽ sẵn sàng phục vụ Trong hầu hết các trường hợp,triển khai WiMAX có thể hoàn thành trong khoảng mấy giờ, so với mấytháng cho các giải pháp khác.

- QoS WiMAX: WiMAX có thể được tối ưu hoá hỗn hợp lưu lương

được mang Bốn loại dịch vụ được hỗ trợ như trong bảng 1.1

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

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

- Độ bao phủ rộng hơn: WiMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồmBPSK, QPSK, 16-QAM, và 64-QAM Khi được trang bị với một bộ khuyếchđại công suất lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK hoặcQPSK), các hệ thống WiMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi đườnggiữa BS và SS thông suốt

- Mang lại lợi nhuận: WiMAX dựa trên chuẩn quốc tế mở Chuẩn đượcthông qua đa số, sử dụng chi phí thấp, các chipset được sản xuất hàng loạt, sẽlàm cho giá hạ xuống; và cạnh tranh giá cả làm cho các nhà cung cấp dich vụ,người sử dụng đầu cuối tiết kiệm được chi phí

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

vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng Hơn nữa, một nhà cungcấp dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau cho những người đăng ký khácnhau, hoặc thậm chí cho những người sử dụng khác nhau trong cùng một SS

- Khả năng cùng vận hành: WiMAX dựa vào các chuẩn cung cấp trunglập, quốc tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải và sử dụng

SS của họ tại các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khácnhau Khả năng cùng vận hành bảo vệ vốn đầu tư ban đầu của nhà khai thác

vì nó có thể chọn thiết bị từ các đại lý thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làmgiảm giá thiết bị.

Bảng 1.1 Các loại dịch vụ của WiMAX

Best Effort (BS)

nỗ lực tối đa

Dịch vụ BS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu màkhông yêu cầu mức dịch vụ tối thiểu và có thể xử lý trên

cơ sở giá trị không gian

- Khả năng mang theo được: Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi SSWiMAX được cấp nguồn, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kếtvới BS, chỉ cần SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàmphán các đặc tính truyền dẫn phù hợp

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

yếu trong việc hỗ trợ tính di động Các cải tiến được tạo ra cho lớp vật lýOFDMA và OFDM để cung cấp các thiết bị và dịch vụ trong môi trường diđộng Các môi trường này bao gồm: OFDMA có thể chia tỷ lệ được, MIMO,

và hỗ trợ chế độ idle/sleep, chuyển giao, cho phép tính di động hoàn toàn tạitốc độ 160 km/h Chuẩn hỗ trợ bởi Forum WiMAX được thừa hưởng hiệu

năng NLOS (tầm nhìn không thẳng) tốt hơn của OFDM và hoạt động chịuđược đa đường, làm cho nó phù hợp hơn với môi trường di động.

- Hoạt động tầm nhìn không thẳng: NLOS thường ám chỉ đường dẫn vô

tuyến có miền Fresnel thứ nhất bị chặn hoàn toàn WiMAX dựa vào côngnghệ OFDM đã có sẵn khả năng xử lý các môi trường NLOS Dung lượngnày giúp các sản phẩm WiMAX phân phát độ rộng băng tần rộng trong môitrường NLOS, mà các sản phẩm vô tuyến khác không làm được

1.2.4 Nhược điểm

Với bất kỳ hệ thống truyền thông vô tuyến nào thì ảnh hưởng của môitrường truyền sóng là không thể tránh khỏi Hệ thống WiMAX cũng có nhữnghạn chế về đường truyền

- Ảnh hưởng của thời tiết xấu đặc biệt là mưa to có thể làm gián đoạncác dịch vụ

- Các sóng vô tuyến điện lân cận có thể gây nhiễu với kết nối WiMAX và

là nguyên nhân gây suy giảm dữ liệu trên đường truyền hoặc làm mất kết nối

- Ngoài ra vì đây là công nghệ hoàn toàn mới do đó có việc chuẩn hoáchưa thực sự trên phạm vi toàn thế giới nên khó khăn trong lắp ráp, thay thế ởcác khu vực khác nhau

1.3 Các chuẩn của WiMAX [1]

1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001

Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên ra đời vào tháng 10/2001 và được công

bố vào 4/2002, IEEE 802.16 WiMAX có thể hoạt động trong băng tần số từ

2 - 66GHz, với các ứng dụng khác nhau, WiMAX sẽ sử dụng các băng tần

số khác nhau để tránh sự giao thoa

Đặc điểm chính của IEEE 802.16 - 2001:

- Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định họat động ở dải tần 10 - 66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng

- Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC

- Tốc độ bit: 32 - 134 Mbps với kênh 28 MHz

- Điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM.

- Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz

- Bán kính cell: 2 - 5 Km

- Kết nối có định hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật

1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a

Chuẩn 802.16a được hoàn thành vào tháng 11/2002 và được công bố vàotháng 4/2003 Chuẩn này cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ởđầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2 - 11 GHz, bao gồm cả những phổcấp phép và không cấp phép, với khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50

km trong trường hợp kết nối điểm điểm và 7 - 10 km trong trường hợp kết nối

từ điểm đa điểm Tốc độ truy nhập có thể đạt tới 70 Mbps

Trong khi với dải tần 10 - 66 Ghz chuẩn 802.16 - 2001 phải yêu cầu tầmnhìn thẳng, thì với dải tần 2 - 11Ghz chuẩn 802.16a cho phép kết nối màkhông cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của cácvật cản trên đường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽ giúp ngànhviễn thông có các giải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thờigian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệ thuêbao số hay mạng cáp không 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 phíchấp nhận được, mặc dù các tốc độ dữ liệu là không cao Tuy nhiên, các dịch

vụ sẽ hướng tới những toà nhà riêng lẻ hay những xí nghiệp vừa và nhỏ

Đặc điểm chính của IEEE 802.16a như sau:

- Bổ sung 802.16, các hiệu chỉnh MAC và các đặc điểm PHY thêm vàocho dải 2 -11 GHz (NLOS)

- Tốc độ bit tới 75Mbps với kênh 20 MHz

- Điều chế OFDMA với 2048 sóng mang, OFDM 256 sóng mang,QPSK, 16 QAM, 64 QAM

- Dải thông kênh có thể thay đổi giữa 1,25MHz và 20MHz

- Bán kính Cell: 6 - 9 km

- Lớp vật lý PHY: WirelessMAN - OFDM, OFDMA, SCa.

- Các chức năng MAC thêm vào: Hỗ trợ PHY OFDM và OFDMA, hỗtrợ công nghệ Mesh, ARQ

1.3.3 Chuẩn IEEE 802.16d - 2004

Tháng 7/2004, chuẩn IEEE 802.16 - 2004 hay IEEE 802.16d được chấpthông qua, kết hợp của các chuẩn IEEE 802.16 - 2001, IEEE 802.16a, ứngdụng LOS ở dải tần số 10 - 66 GHz và NLOS ở dải 2 - 11 GHz Nó cung cấpkhả năng hỗ trợ tốt trong những ứng dụng mô hình điểm - đa điểm, cũng nhưnhững ứng dụng mô hình kiến trúc Mesh

1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e

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 truynhập SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division MultiplexingAccess ), kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng kênh phụ Băng tần đượckhuyến cáo dành cho chuẩn là < 6Ghz để phục vụ cho các ứng dụng trongmôi trường không trong tầm nhìn thẳng và ứng dụng di động Tuy tốc độ vàkhả năng bao phủ không được lớn như chuẩn cố định, nhưng với kênh băngthông 10 Mhz, nó cũng có thể đạt tới tốc độ 30 MHz, với khả năng bao phủtới 15 km Một đặc điểm nổi bật của chuẩn này là có thể ứng dụng trong môitrường di động với tốc độ lý thuyết có thể lên tới đến 120 Km/h

1.4 Các băng tần của WiMAX [1]

1.4.1 Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới

Các băng tần được Diễn đàn WiMAX tập trung xem xét và vận động cơquan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMAX là:

- Băng tần 2,3 - 2,4GHz (2,3GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho MobileWiMAX Tại Hàn Quốc băng này đã được triển khai cho WBA (WiBro)

- Băng tần 2,4 - 2,4835GHz: Được đề xuất sử dụng cho WiMAX trongtương lai.

- Băng tần 2,5 - 2,69GHz (2,5GHz Band): Được đề xuất sử dụng choWiMAX di động trong giai đoạn đầu

- Băng tần 3,3 - 3,4GHz (3,3GHz Band): Được đề xuất sử dụng choWiMAX cố định

- Băng tần 3,4 - 3,6GHz (3,5GHz Band): Được đề xuất sử dụng choWiMAX cố định trong giai đoạn đầu: FWA (Fixed Wireless Access)/WBA(WideBand Access)

- Băng tần 3,6 - 3,8GHz: Được đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định

(WBA) và cấp cho Châu Âu Tuy nhiên, băng 3,7-3,8 GHz đã được dungcho vệ tinh viễn thông Châu Á, nên băng tần này không được sử dụng choWiMAX Châu Á

- Băng tần 5,725 - 5,850GHz: Được đề xuất sử dụng cho WiMAX cốđịnh trong giai đoạn đầu

Ngoài ra, một số băng tần khác phân bổ cho BWA cũng được một sốnước xem xét cho BWA/WiMAX là: Băng tần 700 - 800MHz (< 1GHz), băng4,9 - 5,1GHz

1.4.2 Các băng tần ở Việt Nam có khả năng dành cho WiMAX [2]

Băng tần này lại là băng tần được đánh giá là thích hợp nhất choWiMAX di động và đã được Diễn đàn WiMAX xác nhận chính thức là băngtần WiMAX Một số nước cũng đã dành băng tần này cho WiMAX như Mỹ,

Mêhicô, Brazil, Canada, Singapo Vì vậy, đề nghị dành băng tần 2,5 2,69GHz cho WiMAX.

Băng tần 3,3 3,4GHz:

Theo Qui hoạch phổ tần số VTĐ quốc gia, băng tần này được phân bổcho các nghiệp vụ Vô tuyến định vị, cố định và lưu động Hiện nay, về phíadân sự và quân sự vẫn chưa có hệ thống nào được triển khai trong băng tầnnày Do đó, có thể cho phép sử dụng WiMAX trong băng tần 3,3 - 3,4GHz

- Băng tần 3,4 - 3,6GHz, 3,6 - 3,8GHz:

Đối với Việt Nam, hệ thống vệ tinh VINASAT dự kiến sẽ sử dụngmột số đoạn băng tần trong băng C và Ku, trong đó cả băng tần 3,4 -3,7GHz Ngoài ra, đoạn băng tần 3,7 - 3,8GHz mặc dù chưa sử dụng choVINASAT nhưng có thể được sử dụng cho các trạm mặt đất liên lạc vớicác hệ thống vệ tinh khác Vì vậy, không nên triển khai WiMAX trongbăng tần 3,4 - 3,8 GHz

- Băng tần 5,725 - 5,850GHz:

Hiện nay, băng tần này đã được Bộ qui định dành cho WiFi Nếu chophép triển khai WiMAX trong băng tần này thì cũng sẽ hạn chế băng tần dànhcho WiFi Băng tần này có thể thích hợp cho các hệ thống WiMAX ở vùngnông thôn, vùng sâu, vùng xa, ở đó có thể cho phép hệ thống WiMAX phátvới công suất cao hơn để giảm giá thành triển khai hệ thống WiMAX Vì vậy,

đề nghị cho phép triển khai WiMAX trong băng tần 5,725 - 5,850GHz nhưngWiMAX phải dùng chung băng tần và phải bảo vệ các hệ thống WiFi

Như vậy, với hiện trạng sử dụng băng tần tại Việt Nam như trên, cácbăng tần có khả năng dành cho WiMAX ở Việt Nam là:

- Băng tần 2,3 - 2,4GHz và 3,3 - 3,4GHz cho các hệ thống truy cậpkhông dây băng rộng, kể cả WiMAX

- Băng tần 5,725 - 5,850GHz cho các hệ thống truy cập không dâybăng rộng, kể cả WiMAX nhưng các hệ thống này phải dùng chung băng

tần với các hệ thống WiFi với điều kiện bảo vệ các hệ thống WiFi hoạtđộng trong băng tần này.

- Băng tần 2,5 - 2,690GHz cho các hệ thống truy cập không dây băngrộng, kể cả IMT-2000 và WiMAX

Hiện tại, Chính phủ đã cấp phép thử nghiệm dịch vụ WiMAX di động tạibăng tần 2,3 - 2,4 GHz; và băng tần 2,5 - 2,69 GHz (theo công văn số

5535/VPCP-CN của Văn phòng Chính phủ).[4]

1.5 Truyền sóng

Trong khi nhiều công nghệ hiện nay đang tồn tại cho không dây băng

rộng chỉ có thể cung cấp phủ sóng LOS, Công nghệ WiMAX được tối ưu để cung cấp phủ sóng NLOS Công nghệ tiên tiến của WiMAX cung cấp tốt nhất

cho cả hai Cả LOS và NLOS bị ảnh hưởng bởi các đặc tính đường truyềnmôi trường của chúng, tổn thất đường dẫn, và ngân quỹ kết nối vô tuyến.Trong liên lạc LOS, một tín hiệu đi qua một đường trực tiếp và không bịtắc nghẽn từ máy phát đến máy thu Một liên lạc LOS yêu cầu phẩn lớn miềnFresnel thứ nhất thì không bị ngăn cản của bất kì vật cản nào, nếu tiêu chuẩnnày không thỏa mãn thì có sự thu nhỏ đáng kể cường độ tín hiệu quan sát Độ

hở Fresnel được yêu cầu phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa

vị trí máy phát và máy thu

Trong liên lạc NLOS, tín hiệu đến máy thu qua phản xạ, tán xạ, nhiễu

xạ Các tín hiệu đến máy thu bao gồm các thành phần từ đường trực tiếp, cácđường được phản xạ nhiều lần, năng lượng bị tán xạ, và các đường truyền bịnhiễu xạ Các tín hiệu này có khoảng trễ khác nhau, suy hao, phân cực, và độ

ổn định quan hệ với đường truyền trực tiếp Là nguyên nhân gây ra nhiễu ISI

và méo tín hiệu Điều đó không phải là vấn đề đối với LOS, nhưng với NLOSthì lại là vấn đề chính

Có nhiều ưu điểm mà những triển khai NLOS tạo ra đáng khao khát Ví

dụ, các yêu cầu lập kế hoạch chặt chẽ và giới hạn chiều cao Anten mà thườngkhông cho phép Anten được bố trí cho LOS Với những triển khai tế bào kề

nhau phạm vi rộng, nơi tần số được sử dụng lại là tới hạn, hạ thấp anten làthuận lợi để giảm nhiễu kênh chung giữa các vị trí cell liền kề Điều nàythường có tác dụng thúc đẩy các trạm gốc hoạt động trong các điều kiệnNLOS Các hệ thống LOS không thể giảm chiều cao anten bởi vì làm như vậy

sẽ có tác động đến đường quan sát trực tiếp được yêu cầu từ CPE đến trạm gốc.Công nghệ NLOS cũng giảm phí tổn cài đặt bằng cách đặt dưới các máiche thiết bị CPE đúng như nguyên bản và giảm bớt khó khăn định vị trí các địađiểm đặt CPE thích hợp Công nghệ cũng giảm bớt nhu cầu quan sát vị trí thiết

bị phía trước và cải thiện độ chính xác của các công cụ lập kế hoạch NLOS [5]

Công nghệ NLOS và những tính năng được nâng cao trong WiMAX tạokhả năng sử dụng thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) trong nhà

Công nghệ WiMAX, giải quyết và giảm nhẹ các vấn đề do bởi cácđiều kiện NLOS bằng cách sử dụng: Công nghệ OFDM, OFDMA, điều chếthích nghi, các công nghệ sửa lỗi, các công nghệ anten, điều khiển côngsuất, kênh con

1.6 Kiến trúc mạng WiMAX [3]

Kiến trúc mạng đầu cuối - đầu cuối được WiMAX Forum đưa ra cho biết

về các hệ thống truy nhập lõi và các chức năng của chúng Nó chứa các thủtục và các quy tắc để làm cách nào mà mạng hỗ trợ tính di động, bảo mật,tương tác mạng và nhận thực với một trạm thuê bao WiMAX Nó chứa cácthực thể như các trạm thuê bao (di động) SS (MSS), mạng dịch vụ truy nhậpASN, và mạng dịch vụ kết nối CSN Hình 1.3 cũng chứa các giao diện giữacác thực thể khác nhau Các giao diện này định nghĩa các thủ tục và các giaothức và các liên kết logic, liên kết vật lý truy nhập các thực thể

1.6.1 Mạng dịch vụ truy nhập ASN

ASN bao gồm một hay nhiều cổng ASN và các trạm gốc, bao phủ vôtuyến WiMAX được cung cấp tới một vùng địa lý Một ASN quản lý truynhập MAC về mặt chức năng như đệm, định vị, quản lý nguồn vô tuyến RRM

và tính di động giữa các BS

ASN do đó cung cấp chỉ như sự quản lý các liên kết vô tuyến WiMAX,đưa ra nhiều mức quản lý cao đến CSN ASN có thể cũng được dùng như một

sự ủy quyền, như trong trường hợp của IP di động ủy quyền (MIP)

ASN được triển khai bởi một thực thể kinh doanh đuợc gọi là nhà cung cấptruy nhập mạng (NAP) cung cấp một SS/MSS với kết nối L2 đến một mạng vôtuyến WiMAX và kết nối các người dùng đến các nhà cung cấp dịch vụ mạng(NSP) quản lý một CSN ASN cổng cung cấp các liên kết giữa ASN và CSN.Phần dành riêng logic của mạng truy nhập từ mạng dịch vụ cho phép cácmạng truy nhập cụ thể được triển khai, ví dụ trong trường hợp nơi mà nhiềuNAP có thể thiết lập sự cộng tác hay các hợp đồng roaming theo thỏa thuậnvới một NAP khác hay một hoặc nhiều NSP

1.6.2 Mạng dịch vụ kết nối CSN

Một CSN là một tập hợp các chức năng mạng mà cung cấp kết nối IP đếncác trạm thuê bao WiMAX CSN chứa các cổng để truy nhập Internet, các bộđịnh tuyến, các máy chủ hay các ủy quyền cho AAA, phân phối IP, cơ sở dữliệu của người dùng và các thiết bị tương tác mạng Nó cũng quản lý việc chấpnhận và chính sách điều khiển, tính di động giữa ASN và các dịch vụ WiMAX

cụ thể như các dịch vụ trên cơ sở định vị hay các dịch vụ tuân theo quy luật.CSN được triển khai bởi một thực thể kinh doanh gọi là NSP, các thuêbao WiMAX gia nhập các hợp đồng theo thỏa thuận trên các dịch vụ vớiNSP, ví dụ như QoS, băng tần…vv và truy nhập các dịch vụ này thông quaASN mà nó hiện đang được đặt trong đó

Người dùng sau đó có thể sử dụng mạng các nhà cung cấp dịch vụ hayvươn đến các mạng được triển khai bởi các công ty khác ngay khi mạng nhà cómột hợp đồng roaming với mạng khách ASN ngoài sử dụng các chức năngquản lý của CSN ngoài thuộc sở hữu của nó và ủy quyền chúng đến mạng nhàhay liên lạc trực tiếp với CSN mạng nhà

SS/MS ASN CSN CSN

ASN khác

Mạng ASP hoặc internet

Mạng ASP hoặc internet NAP

a Cấu hình điểm - đa điểm PMP

PMP là một mạng truy nhập với một hoặc nhiều BS có công suất lớn vànhiều SS nhỏ hơn Người dùng có thể ngay lập tức truy nhập mạng chỉ sau khilắp đặt thiết bị người dùng SS có thể sử dụng các anten tính hướng đến các

BS, ở các BS có thể có nhiều anten có hướng tác dụng theo mọi hướng haymột cung Với cấu hình này trạm gốc BS là điểm trung tâm cho các trạm thuêbao SS Ở hướng DL có thể là quảng bá, đa điểm hay đơn điểm Kết nối củamột SS đến BS được đặc trưng qua nhận dạng kết nối CID như hình 1.4

Hình 1.4 Cấu hình điểm - đa điểm mạng WiMAX

b Cấu hình mắt lưới MESH

Hình 1.5 với cấu hình này SS có thể liên lạc trực tiếp với nhau Trạm gốcMesh BS kết nối với một mạng ở bên ngoài mạng MESH

Một số điểm phân biệt:

- Neighbor: Kết nối trực tiếp đến một Node

- Neighborhood : Tất cả các neighbor khác

- Extended neighborhood: Tất cả các neighbor từ neighborhood

Kiểu MESH khác PMP là trong kiểu PMP các SS chỉ liên hệ với BS vàtất cả lưu lượng đi qua BS trong khi trong kiểu MESH tất cả các Node có thểliên lạc với mỗi Node khác một cách trưc tiếp hoặc bằng định tuyến nhiềubước thông qua các SS khác Một hệ thống với truy nhập đến một kết nốibackhaul được gọi là Mesh BS, trong khi các hệ thống còn lại được gọi làMesh SS Dù cho MESH có một hệ thống được gọi là Mesh BS, hệ thống nàycũng phải phối hợp quảng bá với các Node khác

Hình 1.5 Cấu hình Mesh mạng WiMAX

1.6.4 Quá trình vào mạng

Một trạm thuê bao WiMAX phải hoàn thành thủ tục vào mạng để liên lạcđược với mạng Trạng thái vào mạng thay đổi để thiết lập lại nếu nó bị lỗi đểtiếp tục từ bất kỳ trạng thái nào

Đồng bộ kênh đường xuống

Khi SS muốn vào mạng, nó quét một kênh trong danh sách tần số đãđịnh nghĩa Thông thường một SS được cấu hình để sử dụng một BS cụ thểvới một tổ hợp cho trước các tham số vận hành, khi hoạt động trong băng tầnđược cấp phép Nếu SS tìm thấy một kênh đường xuống và có thể đồng bộ ởmức vật lý sử dụng mào đầu chu kỳ khung Thông tin về điều chế và cáctham số UL và DL khác giành được bằng cách quan sát DCD và UCD củakênh đường xuống

Initial Ranging

Khi một SS đã được đồng bộ với kênh DL và nhận DL và UL-MAP chomột khung, nó bắt đầu một thủ tục Initial Ranging bằng cách gửi một bản tinMAC yêu cầu Ranging sử dụng công suất truyền dẫn cực tiểu Nếu khôngnhận được trả lời từ BS, SS gửi lại bản tin đó trên một khung kế tiếp sử dụngcông suất truyền dẫn cao hơn Cuối cùng là SS nhận một trả lời Ranging.Trảlời thể hiện công suất và những hiệu chỉnh định thời mà SS phải làm hoặc thểhiện sự thành công Nếu trả lời chỉ thị hiệu chỉnh, SS phải làm các hiệu chỉnhnày và gửi một yêu cầu Ranging khác Nếu trả lời chỉ thị thành công, SS sẵnsàng để gửi dữ liệu ở đường lên

Trao đổi các khả năng

Sau khi hoàn thành bước Initial Ranging thành công, SS gửi bản tin yêucầu khả năng cho BS miêu tả khả năng của nó về mức điều chế, lược đồ mãhóa và tốc độ, phương pháp song công được hỗ trợ BS chấp nhận hoặc từchối SS dựa vào khả năng của nó

khóa được sử dụng bởi SS SS được yêu cầu để thực hiện định kỳ thủ tục nhậnthực và trao đổi khóa để làm mới vật liệu khóa của nó

Đăng ký

Sau khi nhận thực, SS gửi một bản tin yêu cầu đăng ký cho BS và BSgửi trả lời đăng ký tới SS Trao đổi đăng ký bao gồm hỗ trợ phiên bản IP, hỗtrợ SS được quản lý hoặc không được quản lý, hỗ trợ các tham số ARQ, hỗtrợ các tùy chọn phân loại, hỗ trợ CRC và điều khiển luồng

Kết nối IP

Sau khi đăng ký, SS khởi động DHCP (IETF RFC 2131) để nhận đượcđịa chỉ IP và các tham số khác để thiết lập kết nối IP BS và SS duy trì ngàygiờ hiện tại sử dụng giao thức the time of the day (IETF RFC 868) SScũng tải về các tham số sẵn sàng cho việc hoạt động sử dụng TFTP (IETFRFC 1350)

Tạo kết nối truyền tải

Sau khi hoàn thành đăng ký và trao đổi các tham số vận hành, các kết nốitruyền tải được tạo ra Với các luồng dịch vụ được dự trữ trước, thủ tục tạokết nối được khởi đầu bởi BS BS gửi một bản tin yêu cầu thêm luồng dịch vụđộng cho SS và SS xác nhận việc tạo kết nối Với các luồng dịch vụ không dựtrữ trước, tạo kết nối được khởi tạo bởi SS bằng cách gửi một bản tin yêu cầuthêm luồng dịch vụ động cho BS BS trả lời với xác nhận

Reriodic ranging

Các kết nối đã được tạo

Tạo các liên kết

Quét kênh đường xuống

Tạo kết nối lối

Không đồng bộ

Kết nối IP

Đạt được các tham số

Kết nối lối

ấn định tranh chấp để Initial Ranging

Trao đổi bị lỗi

Đăng ký

Khởi tạo Initial Ranging

Nhận thực

Trao đổi các khả năng

Nhận thực bị lỗi

Các khả năng được thoả thuận

Hình 1.6 Quy trình vào mạng 1.7 Mô hình hệ thống WiMAX [2]

Mô hình hệ thống WiMAX cũng giống như các hệ thống thông tin diđộng tế bào truyền thống như hình 1.7

Hình 1.7 Mô hình hệ thống WiMAX

1.7.1 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định (Fixed WiMAX)

Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 - 2004.Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với cácanten đặt cố định tại nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cộttháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh Nó được thể hiện ở hình 1.8

Tiêu chuẩn IEEE 802.16 - 2004 cũng cho phép đặt anten trong nhànhưng tất nhiên thu không khỏe bằng anten ngoài trời Băng tần công tác(theo quy định và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5 GHz hoặc 3,5 GHz.WiMAX cố định có thể phục vụ cho các loại người dùng như: các xí nghiệp,các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đôthị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm

BS Về cách phân bố theo địa lý, các User thì có thể phân tán tại các địaphương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyếnđến đó Sơ đồ kết cấu mạng WiMAX được đưa ra trên hình trên Trong môhình này bộ phận vô tuyến gồm các trạm gốc WiMAX BS (làm việc với anten

đặt trên tháp cao) và các trạm phụ SS (SubStation) Các trạm WiMAX BS nốivới mạng đô thị MAN hoặc mạng PSTN.

Điểm tới điểm WIMAX 802.16-2004

Đường dây điện

Cáp

Mạng diện rộng

WIMAX

Mạng diện rộng

Internet

Hình 1.8 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định

1.7.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động (Mobile WiMAX)

Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn IEEE 802.16 - 2004 hướng tới các user cánhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6 GHz Mạng lưới này phốihợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động cóvùng phủ sóng rộng

Hy vọng các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để thực hiệnđược mạng viễn thông digital truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộngthỏa mãn được các nhu cầu đa dạng của thuê bao Tiêu chuẩn IEEE 802.16e

được thông qua trong năm 2005 [2]

Chuẩn WiMAX được phát triển mang lại một phạm vi rộng các ứng dụng.

- Truy nhập băng rộng last - mile cố định như một sự thay thế cho DSL

có dây, cable, hoặc các kết nối T1

- Backhaul chi phí rẻ cho các vị trí cell và các hotspot WiFi

- Khả năng kết nối tốc độ cao cho các doanh nghiệp

- VoIP