Tổng quan về công nghệ WINAX và một số mô hình ứng dụng luận văn tốt nghiệp đại học

LỜI NÓI ĐẦUVới sự tiến bộ không ngừng về mặt khoa học công nghệ, đặc biệt lànghành viễn thông thế giới, công nghệ truy nhập băng rộng không dây là côngnghệ mới ra đời nhằm đa dạng hoá cá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 2

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 2

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 2

PHẦN MỞ ĐẦU 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 2

1.1 Giới thiệu chương 2

1.2 Khái niệm 2

1.3 Sự đi lên từ WiFi đến WiMAX 2

1.4 Đặc điểm 2

1.5 Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX 2

1.5.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX 2

1.5.2 Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX 2

1.6 Các chuẩn của Wimax 2

1.6.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 2

1.6.2 Chuẩn IEEE 802.16a 2

1.6.3 Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 2

1.6.4 Chuẩn IEEE 802.16e 2

1.7 Các băng tần của Wimax 2

1.7.1 Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới 2

1.7.2 Các băng tần ở Việt nam có khả năng dành cho WiMAX 2

1.8 Truyền sóng 2

1.8.1 Công nghệ OFDM 2

1.8.2 Công nghệ OFDMA 2

1.8.3 Điều chế thích nghi 2

1.8.4 Công nghệ sửa lỗi 2

1.8.5 Điều khiển công suất 2

1.8.6 Các công nghệ vô tuyến tiên tiến 2

1.9 Các ứng dụng 2

1.9.1 Các mô hình ứng dụng 2

1.9.2 Mô hình hệ thống WiMAX 2

1.9.3 Các ứng dụng 2

1.10 Kết luận chương 2

Chương 2: KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX 2

2.1 Giới thiệu chương 2

2.2 Mô hình tham chiếu 2

2.3 Lớp MAC 2

2.3.1 Lớp con hội tụ MAC 2

2.3.2 Lớp con phần chung MAC 2

2.3.3 Lớp con bảo mật 2

2.4 Lớp vật lý 2

2.4.1 Đặc tả WirelessMAN- SC PHY 2

2.4.2 Đặc tả PHY WirelessMAN- SCA 2

2.4.3 Đặc tả PHY WirelessMAN- OFDM 2

2.4.4 Đặc tả PHY WirelessMAN- OFDMA 2

2.4.5 Lớp con hội tụ truyền dẫn TC 2

2.5 Kết luận chương 2

Chương 3: SO SÁNH WIMAX VỚI MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG KHÁC 2

3.1 Giới thiệu chương 2

3.2 Tổng quan về các chuẩn truy nhập vô tuyến băng rộng 2

3.3 So sánh WiMAX cố định và LMDS, MMDS 2

3.4 So sánh WiMAX di động với 3G 2

3.5 So sánh WiMAX di động với WiBro 2

3.6 So sánh WiMAX và 3G LTE 2

3.7 Giải pháp của các nhà sản xuất 2

3.7.1 Giải pháp của Intel 2

3.7.2 Giải pháp sản phẩm của SR- Telecom 2

3.7.3 Giải pháp sản phẩm của Alvarion 2

3.7.4 Giải pháp sản phẩm của Motorola cho ISP 2

3.7.5 Giải pháp Chipset của Fujitsu 2

3.8 Kết luận chương 2

Chương 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM 2

4.1 Giới thiệu chương 2

4.2 Nhu cầu và hiện trạng các hệ thống truy nhập băng rộng tại Việt Nam 2

4.2.1 Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam 2

4.2.2 Hiện trạng truy nhập băng rộng tại Việt Nam 2

4.3 Các mô hình triển khai công nghệ mạng WiMAX 2

4.3.1 Mạng dùng riêng 2

4.3.2 Các mạng phục vụ cộng đồng 2

4.4 Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam 2

4.5 Kết luận chương 2

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO 2

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự tiến bộ không ngừng về mặt khoa học công nghệ, đặc biệt lànghành viễn thông thế giới, công nghệ truy nhập băng rộng không dây là côngnghệ mới ra đời nhằm đa dạng hoá các hình thức truy nhập và truyền dẫn.Cùng với sự tồn tại của các giải pháp truy nhập truyền thống như: Modemthoại (Dial- up), ISDN, thuê kênh kết nối trực tiếp (lease- line), xDSL…BWA ra đời áp dụng cho các hệ thống đòi hỏi băng thông rộng với các dịch

vụ yêu cầu tốc độ cao như truyền dữ liệu, truy cập Internet… Với các tínhnăng dùng kỹ thuật không dây nên công nghệ này đặc biệt phù hợp với môhình kết nối các văn phòng, nhà cao tầng… mà việc dùng cáp gặp nhiều khókhăn

Công nghệ WiMAX dùng sóng vô tuyến trong xây dựng giải pháp mạnghiện đại Với nhiều ưu điểm nổi trội, giải pháp mạng không dây WiMAX sẽ làmột trong những xu hướng tất yếu để mở rộng, và thay thế dần hệ thống LANtruyền thống sử dụng kết nối cáp, WiMAX hỗ trợ cho nhiều thiết bị ứng dụngdựa trên chuẩn TCP/IP và việc kết nối mạng được thực hiện bất cứ nơi đâutrong vùng phủ sóng Đồng thời, một trạm phát sóng có thể cho phép hỗ trợnhiều kết nối cũng như thiết bị truy xuất

Mạng không dây WiMAX sẽ tiết kiệm được thời gian lắp đặt chạy dây,tiết kiệm công sức nhân lực vì không cần phải lắp đặt các điểm truy cập mạngLAN thông thường Việc kết nối được tự động hóa giữa các mạng cài đặt vàphần cứng khác nhau, giúp việc triển khai cũng như bố trí lại đơn giản và linhhoạt

Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng sẽ giúp sử dụng,kết nối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối vớinhững nơi hẻo lánh mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn Góp phần thuhẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc chiếm lĩnh thông tin

Với sự chỉ bảo tận tình của Cô giáo Th.S Nguyễn Thị Minh, cũng như

sự nỗ lực học hỏi, tìm tòi nghiên cứu của bản thân, em đã chọn đề tài tốt

nghiệp là: “Tổng quan công nghệ WiMAX và một số mô hình ứng dụng”.

Cấu trúc Đồ án tốt nghiệp gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ WiMAX

Chương 2: Kiến trúc mạng truy cập WiMAX

Chương 3: So sánh WiMAX với một số công nghệ đa truy cập vô tuyến băng rộng khác và giải pháp của các nhà sản xuất

Chương 4: Nghiên cứu khả năng triển khai và ứng dụng hệ thống WiMAX trên mạng viễn thông Việt Nam.

Tuy đồ án đã hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi được thiếu sót cần

bổ sung và phát triển mong quý thầy cô và bạn đọc góp ý để đề tài đượchoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa ĐIỆN

TỬ-VIỄN THÔNG, đặc biệt là Cô giáo ThS Nguyễn Thị Minh đã hướng

dẫn em hoàn thành đồ án này

Vinh, tháng 5 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Chu Văn Hào

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMAX, các đặc điểm

chính của WiMAX cố định, WiMAX di động, Các chuẩn của Wimax,các băng tần của Wimax ở Việt Nam và trên thế giới

Chương 2: Đi sâu nghiên cứu các đặc tả về lớp vật lý và lớp MAC

của các chuẩn WiMAX cố định (IEEE 802.16 – 2004) và WiMAX diđộng (IEEE 802.16e – 2005)

Chương 3: So sánh công nghệ Wimax với một số công nghệ truy cập vô

tuyến băng rộng khác và giải pháp của các nhà sản xuất như Intel, Telecom, Alvarion, Motorola, Fujitsu

SR-Chương 4: Nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai ứng dụng

WiMAX để cung cấp dịch vụ Internet và thoại VoIP cho những người dânnông thôn, những vùng đặc thù khó khăn về địa lý điển hình của Việt Nam.Nghiên cứu đề cập một cách toàn diện trên các mặt: kỹ thuật công nghệ, kinh

tế xã hội cũng như giáo dục khi triển khai

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Minh họa họat động WiMAX 2

Hình 1.2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao 2

Hình 1.3 Cấu trúc của một ký hiệu OFDM 2

Hình 1.4 Tiền tố vòng CP và hiện tượng đa đường 2

Hình 1.5 Các kênh con trong OFDMA 2

Hình 1.6 Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi 2

Hình 1.7 MISO 2

Hình 1.8 MIMO 2

Hình 1.9 Beam Shaping 2

Hình 1.10 Mô hình hệ thống WiMAX 2

Hình 1.11 Các ứng dụng WiMAX 2

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu 2

Hình 2.2 Cấu trúc thời gian symbol OFDM 2

Hình 2.3 Mô tả symbol OFDM miền tần số 2

Hình 2.4 Cấu trúc khung OFDM với TDD 2

Hình 2.5 Cấu trúc thời gian symbol OFDMA 2

Hình 2.6 Cấu trúc sóng mang con OFDMA 2

Hình 2.7 Cấu trúc khung của OFDMA 2

Hình 2.8 Định dạng TC PDU 2

Hình 3.1 Các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến băng rộng 2

Hình 3.2 Phạm vi của WiMAX di động và WiBro trong chuẩn 802.16e 2

Hình 3.3 Sơ đồ ứng dụng tổng thể Wimax của ABS4000 2

Hình 4.1 Cellular Backhaul 2

Hình 4.2 WSP Backhaul 2

Hình 4.3 Mạng ngân hàng 2

Hình 4.4 Mạng giáo dục 2

Hình 4.5 Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng 2

Hình 4.6 Sử dụng Wimax cho việc thông tin liên lạc xa bờ 2

Hình 4.7 Kết nối nhiều khu vực 2

Hình 4.8 Các công trình xây dựng 2

Hình 4.9 Các khu vực công cộng 2

Hình 4.10 Mạng truy nhập WSP 2

Hình 4.11 Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh 2

Hình 4.12 Cấu hình thử nghiệm WiMAX của VNPT 2

Hình 4.13 Sơ đồ kết nối tại trạm gốc 2

Hình 4.14 Sơ đồ kết nối trạm đầu cuối thuê bao 2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn Wimax 27

Bảng 3.1 So sánh giữa chuẩn 802.16- 2004 và LMDS, MMDS 64

Bảng 3.2 So sánh WiMAX di động và 3G 66

Bảng 3.3 Các đặc tính chính của WiMAX di động và WiBro 68

Bảng 3.4 So sánh đặc điểm nổi bật của WiMAX và 3G LTE 68

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AAS adaptive antena system Hệ thống anten thích nghi

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 Provided Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao

CPS Common part sublayer Lớp con phần chung

CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra vòng dư

CS Convergence sublayer Lớp con hội tụ

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 cốđịnh

EC Encryption control Điều khiển mật mã

ECB Electronic code book Bảng mật mã điện tử

EDE Encrypt- Decrypt- Encrypt Mật mã- giải mã- mật mã

FEC 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

H- FDD Half- duplex FDD FDD bán song công

IE Information element Phần tử thông tin

IETF Internet Engineering Task

Force

Tổ chức kỹ sư thiết kế Internet

IDFT Inverse Discrete Fourier

Transform

Biến đổi Fourier rời rạc ngược

IFFT Inversion Fast Fourier

transform

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 nộihạt

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 riêng

MIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường ra

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 nhớ của máy tính 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

PKM Privacy key management Quản lý khoá riêng

PMP Point - to - multipoint Điểm đa điểm

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

modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature phase- shift keying Khoá dịch pha cầu phương

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

SA Security association Tập hợp bảo mật

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

SDU Service data unit Khối dữ liệu dịch vụ

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

STC Space time coding Mã thời gian không gian

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

PHẦN MỞ ĐẦU

Giới thiệu đề tài nghiên cứu

Hiện nay công nghệ WiMAX là một trong những công nghệ băng rộngkhông dây được nghiên cứu, thử nghiệm và triển khai rộng rãi trên toàn thếgiới cũng như Việt Nam

Với tốc độ truy cập lên tới 70Mbps trong bán kính phủ sóng 40km củachuẩn WiMAX cố định, cũng như khả năng duy trì kết nối với tốc độ dichuyển lên tới 120km/h của WiMAX di động, công nghệ WiMAX nói chunghứa hẹn sẽ mang lại cuộc cách mạng thực sự trong việc thay đổi cách thứctruy cập Internet của con người trong vài năm tới

Việc thử nghiệm kỹ thuật và nghiên cứu các yếu tố kinh tế, xã hội ảnhhưởng bởi WiMAX đang được các doanh nghiệp kinh doanh hàng đầu tronglĩnh vực viễn thông nước ta như: VNPT, Viettel, VTC, FPT, EVN tiến hànhđối với WiMAX cố định từ tháng 03 năm 2006 và WiMAX di động từ 01tháng 10 năm 2007 đã chứng tỏ vai trò quan trọng của WiMAX trong chiếnlược phát triển của các doanh nghiệp cũng như lợi ích mang lại cho người tiêudùng không chỉ ở thành thị mà còn tới tất cả các khu vực được coi là khókhăn nhất trên cả nước

Việc nghiên cứu mô hình triển khai WiMAX cho hai khu vực thành thị

và nông thôn trên tất cả các khía cạnh kỹ thuật công nghệ, kinh tế xã hội cũngnhư giáo dục là một vấn đề cấp thiết hiện nay Việc triển khai WiMAX tạikhu vực thành thị là một điều có thể dễ dàng nhìn nhận được lợi ích mang lạicho cả doanh nghiệp cũng như người tiêu dùng

Vậy bài toán còn lại là triển khai WiMAX cho khu vực nông thôn, nhữngkhu vực khó khăn nhất về địa hình hiểm trở liệu có khả thi trên tất cả cácphương diện kỹ thuật công nghệ, kinh tế, xã hội hay không? Luận văn này sẽ

đi sâu phân tích và trả lời cho câu hỏi đó

Phạm vi nghiên cứu và nội dung luận văn

Luận văn này nghiên cứu một cách tổng quan nhất về công nghệWiMAX (Cả di động và cố định), mô hình ứng dụng và các vấn đề kỹ thuật

cơ bản cần quan tâm khi tiến hành thiết kế, triển khai mạng WiMAX vào thực

tế Chương 4 của luận văn tập trung nghiên cứu và xây dựng một mô hìnhmẫu để triển khai WiMAX về những vùng khó khăn nhất về địa lý của ViệtNam

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX

1.1 Giới thiệu chương

Trong chương này trình bày tổng quát về công nghệ truy nhập vô tuyếnbăng rộng, đặc điểm, các chuẩn của WiMAX, băng tần sử dụng, cách thứctruyền sóng, các mô hình ứng dụng, lộ trình phát triển và tình hình triển khaiWiMAX

1.2 Khái niệm

Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), là hệ thốngtruy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuậtIEEE 802.16- 2004 Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa ra: Tổ côngtác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và Diễn đàn WiMAX Tổ công tácIEEE 802.16 là người chế định ra tiêu chuẩn, còn Diễn đàn WiMAX là ngườitriển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16

WiMax sử dụng kỹ thuật sóng vô tuyến để kết nối các máy tính trongmạng Internet thay vì dùng dây để kết nối như DSL(Digital Subcriber Line)hay cáp modem WiMax như một tổng đài trong vùng lân cận hợp lý đến mộttrạm chủ mà nó được yêu cầu thiết lập một đường dữ liệu đến Internet Người

sử dụng trong phạm vi từ 3 đến 5 dặm so với trạm chủ sẽ được thiết lập mộtđường dẫn công nghệ NLOS (Non- Line- Of- Sight) với tốc độ truyền dữ liệurất cao là 75Mbps Còn nếu người sử dụng trong phạm vi lớn hơn 30 dặm sovới trạm chủ thì sẽ có anten sử dụng công nghệ LOS (Line- Of- Sight) với tốc

độ truyền dữ liệu gần bằng 280Mbps WiMAX là một chuẩn không dây đangphát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo ra khả năng kết nối băng thông rộng tốc độcao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây di động, phạm vi phủ sóngđược mở rộng

1.3 Sự đi lên từ WiFi đến WiMAX

Trên thực tế, trong thời gian qua, với sự ra đời của Wifi đã làm thay đổicách thức trao đổi thông tin của người sử dụng.Tuy nhiên, do Wifi là côngnghệ được thiết kế hướng tới các mạng LAN không dây, chính vì vậy trongnhững trượng hợp cụ thể, khi áp dụng công nghệ này cho mạng MAN, thì nó

đã bộc lộ rất nhiều những hạn chế Trước hết Wifi được thiết kế cho mạng ítthuê bao, kênh truyền của nó cố định kích thước khoảng 20Mhz, do vậy rấtkém linh hoạt Bên cạnh đó, Wifi không hỗ trợ kiến trúc Mesh, một kiến trúcđảm bảo sự liên thông tốt trong mạng đô thị.Hơn nữa, nếu ta truyền trong môitrường tốt, ít nhiễu, tầm nhìn thẳng (LOS), dùng các Anten định hướng vớicông suất đủ lớn thì Wifi cũng chỉ đạt tới khoảng cách vài km, rất hạn chế choviệc phủ sóng trong một pham vi lớn

Sự ra đời của Wimax đã khắc phục được những nhược điểm trên củaWifi Hiện nay, Wimax được xem là một giải pháp toàn diện của công nghệkhông dây băng rộng trong đô thị, ngoại ô và những vùng nông thôn xa xôihẻo lánh… Wimax cho phép truyền không dây các loại dữ liệu, hình ảnh, âmthanh nhanh hơn cả DSL hay cáp, và tất nhiên là nhanh hơn nhiều lần cáccông nghệ không dây hiện hành như 802.11a hay 802.11b mà không yêu cầuđiều kiện truyền thẳng

WiMAX là mạng không dây phủ sóng một vùng rộng lớn, thuận tiện choviệc triển khai mạng nhanh, thuận lợi và có lợi ích kinh tế cao so với việc kéocáp, đặc biệt là vùng có địa hình phức tạp Vì vậy, mạng truy nhập không dâybăng rộng WiMAX sẽ đáp ứng được các chương trình phổ cập Internet ở cácvùng sâu, vùng xa, nơi có mật độ dân cư thưa Đối với các vùng mật độ dân

cư vừa phải (ngoại vi các thành phố lớn nơi đòi hỏi cung cấp đa dịch vụ vớichất lượng được đảm bảo) thì việc triển khai WiMAX để cung cấp các dịch

vụ đa phương tiện sẽ nhanh và có hiệu quả kinh tế cao hơn và với việc cungcấp băng thông rộng sẽ đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng WiMAX cónhững ưu thế vượt trội so với các công nghệ cung cấp dịch vụ băng thông

rộng hiện nay về tốc độ truyền dữ liệu và giá cả thấp do cung cấp các dịch vụtrên nền IP Với khả năng truy nhập từ xa, tốc độ dữ liệu cao đáp ứng đa dạngcác dịch vụ như Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trựctuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video

và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật WiMAX phù hợp với các ứngdụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong các máy tính xách tay và PDA,cho phép truy nhập không dây băng rộng ngoài trời ở các khu vực đô thị,đồng thời cũng thích ứng với các ứng dụng truy nhập băng rộng cố định ởnhững vùng xa xôi, hẻo lánh

WiMAX là một giải pháp tuyệt vời về mặt công nghệ kết nối nhưng sẽcần một chi phí lớn phải bỏ ra để phát triển hạ tầng cho một hệ thống mớitrong khi hệ thống cũ vẫn còn chưa được sử dụng hết Quả thực, nếu phải đầu

tư một khoản kinh phí để triển khai WiMAX trên một quy mô lớn trong khicông nghệ 3G vẫn là tiềm năng chưa khai thác hết thì chắc chắn các công tyviễn thông sẽ phải tính toán và cân nhắc hết sức kỹ lưỡng trước khi bỏ tiềnđầu tư cho việc phát triển dịch vụ này

1.4 Đặc điểm

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

 Backhaul Sử dụng các anten điểm – điểm để nối nhiều hotspot với

nhau và đến các trạm gốc qua những khoảng cách dài (đường kết nối giữađiểm truy nhập WLAN và mạng băng rộng cố định)

 Last mile Sử dụng các anten điểm – đa điểm để nối các thuê bao

thuộc nhà riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc

WiMAX đã được phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như:

o Cấu trúc mềm dẻo: Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy

nhập internet hiện nay như ADSL, thuê kênh riêng, các thiết bị di động haywifi, chúng đều có những đặc điểm riêng ,nhưng đa phần đều có những hạnchế mà không đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng truy nhập internet của khách

hàng trong thời điểm hiện tại và tương lai Ví như truy nhập ADSL thì cho tốc

độ tối đa là 8Mbit/s với loại hình này thì cần phải có đường dây đấu nối, vàcũng rất phức tạp, khó triển khai tại các địa điểm có địa hình phức tạp, haynhư công nghệ truy nhập bằng thiết bị di động ở thế hệ 2G thì hỗ trợ tốc độ là9,6 kbit/s làm sao có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng internet được với lạigiá thành của nó quá cao, hiện nay kể cả các thế hệ sau như GPRS (2,5G) thìcũng chỉ hỗ trợ tốc độ số liệu truy nhập là 172kbit/s hay EDGE (2,75G) thìcũng cho phép tối đa 384 kbit/s Kể cả với thế hệ 3G sắp tới thì cũng chỉ chophép hỗ trợ tốc độ truy nhập tối đa là 2M bit/s cũng không thể nào đáp ứngđược Với công nghệ WiFi thì cho tốc độ cao hơn nhưng chỉ có thể cho phépkết nối với các máy tính gần nhau mà thôi khoảng cách phủ sóng cũng cự kỳhạn chế Chính vì lẽ đó lên WIMAX đã ra đời , nó phát triển từ năm 1998 vàđến năm 2004 cho ra chuẩn 802.16a là loại truy nhập cố định; năm 2005 thìcho ra chuẩn 802.16e cho phép các thiết bị đầu cuối có thể di động được VớiWimax thì tốc độ tối đa cho phép truy nhập lên tới 70 Mbit/s

o Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối

với hỗn 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 vụ hỏi

vòng không thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE).

o Lắp đặt dễ dàng: Lắp đặt dễ dàng là một chìa khóa để giảm các

chi phí triển khai tại các nước đang phát triển hoặc các vùng nông thôn Tạicác vùng nông thôn, các khoảng cách lớn từ điểm truy cập tới mạng lõi, cáclàng, các trang trại, nằm rải rác ở vùng nông thôn cũng là chìa khóa làm chobất kỳ sự triển khai công nghệ khác nào đó đều rất tốn kém Tại các nướcđang phát triển, ngoài những khó khăn trên là việc thiếu cơ sở hạ tầng chính(điện, đường, ) và điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ) Nhờ vào các lợiích bao phủ NLOS/LOS (Non - Light Of Sight), nhà vận hành/cung cấp dịch

vụ có thể dễ dàng lập kế hoạch dự đoán trước 95% mức độ bao phủ chắc chắn

và sẽ thành công khi ước tính chi phí lắp đặt và triển khai Việc lắp đặt nhanhchóng và dễ dàng với tỷ lệ kết nối có chất lượng thành công cao có nghĩa làcác nhà vận hành tiêu tốn ít tiền khi đầu tư, vận hành và khai thác mạng của

họ WiMAX NLOS cũng có khả năng cho phép tự lắp đặt các thiết bị CPE(Customer Provided Equipment) trong nhà trong bán kính vài km

o Vùng phủ sóng rộng: Thậm chí quan trọng hơn sự hạn chế về

dải thông, vùng bao phủ, tức là khả năng vươn tới bất kỳ khách hàng tiềmnăng nào trong khu vực bao phủ của trạm gốc là cơ sở cho nhà khai thác vàcung cấp dịch vụ đạt được mục tiêu kinh doanh của mình Trong khi rất nhiềucác giải pháp băng rộng không dây sẵn có hiện nay có thể chỉ cung cấp dảibao phủ trong tầm nhìn thẳng (LOS), WiMAX nhờ vào công nghệ OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing) của nó đã tối ưu hoá để cungcấp vùng bao phủ không trong tầm nhìn thẳng (NLOS) lên tới 15km xungquanh trạm gốc và phát trong cự ly dài tới 50 km trong các điều kiện LOS.Kết hợp cả vùng bao phủ LOS và NLOS, WiMAX là một giải pháp lý tưởng

để nhận được vùng bao phủ theo yêu cầu chính xác và là kinh tế nhất

o Tính tương thích: WiMAX được phát triển trợ giúp bởi diễn

đàn WiMAX (hơn 300 thành viên), WiMAX sẽ trở thành một công nghệ toàncầu theo tiêu chuẩn băng rộng và sẽ bảo đảm khả năng làm việc liên kết (tức

là có nhiều nhà khai thác các đầu cuối khách hàng (CPE)), một công nghệđáng tin cậy và đang phát triển, nhưng cũng nhờ vào sự tổ hợp và số lượngcao, nó sẽ bảo đảm các thiết bị với chi phí rất thấp Với CPE có giá dưới 100USD là một trong các mục tiêu đầu tiên có lợi cho các nước đang phát triển

o Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ

khả năng 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 hỗ trợcác thiết bị và các dịch vụ trong một môi trường di động Những cải tiến này,bao gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (nhiều đầu ra nhiều đầu vào), và hỗ

trợ đối với chế độ idle/sleep và hand – off, sẽ cho phép khả năng di động đầy

đủ ở tốc độ tới 160 km/h Mạng WiMax di động cho phép người sử dụng cóthể truy cập Internet không dây băng thông rộng tại bất cứ trong thành phốnào.

o Khả năng linh hoạt: Vô tuyến là linh hoạt hơn và do vậy dễ

dàng để triển khai theo yêu cầu của thị trường (đáp ứng theo các yêu cầu).Mặc dù hầu hết các công nghệ vô tuyến hiện hữu đều có dải thông hạn chếhoặc có vùng bao phủ (thường là vài trăm mét xung quanh trạm gốc) dẫn đếnchi phí rất cao cho sự kết hợp của các công nghệ (có dây và/hoặc không dây),các lợi ích của công nghệ WiMAX là mang lại một vùng bao phủ rộng và cóthể được triển khai như là một sự kết nối trên “chặng cuối cùng” điểm đađiểm nhưng cũng như là phần sức mạnh phía PSTN và các điểm truy cậpinternet WiMAX có thể được triển khai như một mạng truy cập Với vùngphủ sóng 30- 50 km trong các điều kiện nhìn thẳng (LOS), WiMAX đưa ramột sự cải thiện to lớn bao trùm lên tất cả các công nghệ vô tuyến băng rộnghiện hữu Với sự thêm vào khả năng cho nhà vận hành khai thác để thích nghivới sự cấu hình mạng sẽ giúp cho nhà khai thác dễ dàng có được vùng baophủ, tốc độ kết nối, các dịch vụ và phân cấp dịch vụ theo chiến lược củamình WiMAX cung cấp một giải pháp rất hữu ích để đáp ứng mục đích củanhà khai thác

o Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà

không đòi hỏi tầm nhìn thắng giữa BS và MS Khả năng này của nó giúp các

sản phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS.

o Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các

trạm gốc với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất

o Một công nghệ đa ứng dụng: Từ thoại thông qua IP (VoIP) tới

internet tốc độ cao và phát video quảng bá (IPTV), WiMAX cho phép các nhàcung cấp dịch vụ đưa ra tất cả các thế hệ hiện đại nhất của các dịch vụ và tiếpsau nhờ vào thông lượng lên tới hàng chục Mbps Với sự quan tâm tới cáckhách hàng tiềm năng, điều này có nghĩa là WiMAX có dung lượng để phân

phối các dịch vụ từ gia đình đến doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME- Small toMedium Enterprise), doanh nghiệp nhỏ và hộ kinh doanh (SOHO- SmallOffice/Home Office), các quán cà phê, các trung tâm đa truyền thông, cáctrường học và bệnh viện,

o Khả năng linh hoạt về phổ: Cùng với mục tiêu trở thành công

nghệ chuẩn hóa toàn cầu cho băng rộng, WiMAX sẽ sử dụng một thiết bị vôtuyến đơn bao phủ tất cả các băng tần có cấp phép và không cấp phép đượcphân định bởi ITU cho các dịch vụ như: Hai băng tần có cấp phép (3,3- 3,8)GHz và (2,3- 2,7)GHz Một băng tần không cấp phép (5,725- 5,85) GHz.Thêm vào tính linh hoạt được cung cấp để định địa chỉ tất cả các vị trí phổquốc gia, nhờ hiệu quả cao về chi phí cho thiết bị vô tuyến đơn này sẽ làmcho các trạm gốc và các thiết bị phía khách hàng CPE là rất hấp dẫn

o Cho phép truy cập cố định và di động: Các mạng WiMAX sẽ

cho phép cung cấp dịch vụ dữ liệu băng rộng theo hình thức cố định, di động

và băng rộng vô tuyến di động liên kết trên cùng một mạng

o Bảo mật: Bằng cách mật hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và

MS, sử dụng chuẩn mật hóa tiên tiến AES ở chế độ CCM, đảm bảo sự toàn

vẹn của dữ liệu trao đổi qua giao diện vô tuyến Cung cấp cho các nhà vậnhành với sự bảo vệ mạnh chống lại những hành vi đánh cắp dịch vụ

1.5 Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX

1.5.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX

1.5.1.1 Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân

tần trực giao)

Kỹ thuật này giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phépWiMAX hoạt động tốt trong môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn, do

đó khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có thể lên đến 50km

Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ các sóng mang con có thể chồng lấn lênnhau nên sẽ tiết kiệm, sử dụng hiệu quả băng thông và cho phép truyền dữliệu với tốc độ cao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt động ở chế độ TDD (song công

phân thời) với tỉ số đường xuống/đường lên (downlink- to- uplink ratio) là 3:1thì tốc độ đỉnh tương ứng sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps.

1.5.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao

Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường: hướnglên(uplink) và hướng xuống (downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướngxuống và đều sử dụng kĩ thuật OFDM OFDM sử dụng tối đa 2048 sóngmang, trong đó 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênhcon, mỗi kênh con tương đương 48 sóng mang WiMAX còn sử dụng thêmđiều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256 - QAM kết hợp cácphương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mãxoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kết nối với hoạt động phânloại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn

Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD choviệc phân chia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống

1.5.1.3 Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access- truy nhập OFDM)

Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏthành nhiều băng con 1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩthuật OFDM, cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời một hay nhiều kênhmột cách linh hoạt, đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông.OFDMA cho phépthay đổi tốc độ dữ liệu để phù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay đổi sốmức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượtlà: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tương ứng với băng thông kênh truyền là:1.25MHz, 5MHz, 10MHz; nhờ vậy sẽ dễ dàng hơn cho user kết nối giữa cácmạng có băng thông kênh truyền khác nhau

1.5.1.4 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai

WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền802.16, tập chuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và

cố định của IEEE, nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do diễn đànWiMAX chứng nhận phù hợp, tương thích ngược với HiperLAN của ETSIcũng như Wi- Fi.

Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá không gian, mãhoá thời gian

Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP: QoS (trong các dịch vụ đaphương tiện, thoại), ARQ (giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), …

CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sửdụng trong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem

có thể tự lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc cóthể sử dụng cùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cậpWiMAX chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việcđầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vô tuyến (RF),làm chi phí giảm hơn nữa

1.5.2 Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX

Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làmhạn chế sự phổ biến công nghệ rông rãi

Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảomật

Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” dohiện giờ đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau Theo diễn dànWiMAX chỉ mới có khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứng

nhận bao gồm: Alvarion, Selex Communication, Airspan, Proxim Wilreless,Redline, Sequnas, Siemens, SR Telecom, Telsim, Wavesat, Aperto, Axxcelera.

Về giá thành: Dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (nhưIntel, Alcatel, Alvarion, Motorola…) tham gia nghiên cứu phát triển nhưnggiá thành vẫn còn rất cao

Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thôngtin chính thức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắcphục hậu quả sự cố ra sao Ngay cả ở Việt Nam,VNPT (với nhà thầu nướcngoài là Motorola, Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phíaBắc, cụ thể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internettại Bưu điện tỉnh, huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về tính hiệuquả đáng kể của hệ thống

1.6 Các chuẩn của Wimax

1.6.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001

Chuẩn IEEE 802.16- 2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công

bố vào 4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™cho các mạng vùng đô thị Đặc điểm chính của IEEE 802.16 – 2001:

 Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cốđịnh 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

1.6.2 Chuẩn IEEE 802.16a

Vì những khó khăn trong triển khai chuẩn IEEE 802.16, hướng vào việc

sử dụng tần số từ 10 – 66 GHz, một dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a đã

được hoàn thành vào tháng 11/2002 và được công bố vào tháng 4/2003.Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trongbăng tần 2–11 GHz, bao gồm cả những phổ cấp phép và không cấp phép vàkhông cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng Đặc điểm chính của IEEE802.16a 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

1.6.3 Chuẩn IEEE 802.16 – 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 Khả năng vôtuyến bổ sung như là “beam forming” và kênh con OFDM

1.6.4 Chuẩn IEEE 802.16e

Đầu năm 2005, chuẩn không dây băng thông rộng 802.16e với têngọi Mobile WiMax đã được phê chuẩn, cho phép trạm gốc kết nối tới nhữngthiết bị đang di chuyển Chuẩn này giúp cho các thiết bị từ các nhà sản xuấtnày có thể làm việc, tương thích tốt với các thiết bị từ các nhà sản xuất khác.802.16e họat động ở các băng tần nhỏ hơn 6 GHz, tốc độ lên tới 15 Mbps với

kênh 5 MHz, bán kính cell từ 2 – 5 km.

WiMAX 802.16e có hỗ trợ handoff và roaming Sử dụng SOFDMA,

một công nghệ điều chế đa sóng mang Các nhà cung cấp dịch vụ mà triển

khai 802.16e cũng có thể sử dụng mạng để cung cấp dịch vụ cố định 802.16e

hỗ trợ cho SOFDMA cho phép số sóng mang thay đổi, ngoài các mô hìnhOFDM và OFDMA Sự phân chia sóng mang trong mô hình OFDMA đượcthiết kế để tối thiểu ảnh hưởng của nhiễu phía thiết bị người dùng với anten

đa hướng Cụ thể hơn, 802.16e đưa ra hỗ trợ cải tiến hỗ trợ MIMO và AAS, cũng như các handoff cứng và mềm Nó cũng cải tiến các khả năng tiết kiệm

công suất cho các thiết bị di động và các đặc điểm bảo mật linh hoạt hơn

Bảng 1.1 Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn WiMAX[8]

2- 6 GHz cho di độngỨng

dụng

Cố định, tầm

nhìn thẳng(LOS)

Cố định, không nhìnthẳng (NLOS)

Cố định và di động,không nhìn thẳng (NLOS)

Cấu trúc

lớp MAC

Điểm – đađiểm, mạnglưới

Điểm – đa điểm, mạng

QPSK,16QAM,64QAM

QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM

KhốiTDM/TDMA/OFDMA

KhốiTDM/TDMA/OFDMASong

WirelessMAN- SCa,WirelessMAN- OFDM,WirelessMAN- OFDMA

Xử lý

256- OFDM như làWiMAX cố định

S- OFDMA như làWiMAX di động

1.7 Các băng tần của Wimax

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

Các băng được Diễn đàn WiMax tập trung xem xét và vận động cơ quanquản 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

Mobile WiMAX 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 trong

tương lai

● Băng tần 2,5- 2,69GHz (2,5GHz Band): được đề xuất sử dụng cho

WiMAX di động trong giai đoạn đầu

● Băng tần 3,3- 3,4GHz (3,3GHz Band): được đề xuất sử dụng cho

WiMAX cố định

● Băng tần 3,4- 3,6GHz (3,5GHz Band): được đề xuất sử dụng cho

WiMAX 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 dung cho

vệ tinh viễn thông Châu Á, nên băng tần này không được sử dụng cho WimaxChâu Á

● Băng tần 5,725- 5,850GHz: được đề xuất sử dụng cho WiMAX cố

định 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

1.7.2 Các băng tần ở Việt nam có khả năng dành cho WiMAX

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 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 cập khôngdây băng rộng, kể cả WiMAX

–Băng tần 5,725- 5,850GHz cho các hệ thống truy cập không dây băngrộng, kể cả WiMAX nhưng các hệ thống này phải dùng chung băng tần vớicác hệ thống WiFi với điều kiện bảo vệ các hệ thống WiFi hoạt động trongbăng 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 số5535/VPCP- CN của Văn phòng Chính phủ)

1.8 Truyền sóng

Trong khi nhiều công nghệ hiện 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 truyền môitrường 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 kềnhau 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 trạmgốc

Hình 1.1 Minh họa họat động WiMAX

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 cácđịa điểm đặt CPE thích hợp Công nghệ cũng giảm bớt nhu cầu quan sát vị tríthiết bị phía trước và cải thiện độ chính xác của các công cụ lập kế hoạchNLOS Xem minh họa trên hình 1.1.

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 các điềukiện NLOS bằng cách sử dụng: công nghệ OFDM, OFDMA, điều chế thíchnghi, các công nghệ sửa lỗi, các công nghệ anten, điều khiển công suất, kênhcon Dưới đây trình bày khái quát về những giải pháp nêu trên

1.8.1 Công nghệ OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là công nghệ điềuchế đa sóng mang theo tần số trực giao, gần đây đã được công nhận là phươngthức tốt nhất dành cho việc truyền dữ liệu không dây hai chiều tốc độ cao Nó

ra đời từ những thập kỷ 60 nhưng gần đây mới trở nên phổ biến, bởi các nhàsản xuất có thể cung ứng ra thị trường những IC với chi phí rất kinh tế nhưngvẫn có thể đáp ứng được những hoạt động số tốc độ cao OFDM cho phépđiều chế các sóng mang phụ chồng lấn lên nhau rất hiệu quả, làm giảm yêucầu về băng thông nhưng vẫn giữ được các tín hiệu trực giao mà không gâynhiễu cho các tín hiệu khác Ngày nay, công nghệ này được sử dụng trong các

hệ thống ADSL cũng như trong các hệ thống không dây như 802.11 a/g fi) và 802.16 (WiMAX) Nó cũng được dùng cho tín hiệu số âm thanh và hìnhảnh quảng bá không dây

(Wi-Điều chế đa sóng mang theo tần số trực giao OFDM là một dạng đặc biệtcủa phép điều chế đa sóng mang thông thường FDM, là công nghệ sử dụngnhiều tần số để truyền tín hiệu song song trong cùng một thời điểm

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao này được thực hiệnbằng cách chia dòng số liệu truyền đi thành nhiều các dòng số liệu song song

với tôc độ dữ liệu giảm đi Mỗi một dòng dữ liệu này sau đó được truyền lên

những sóng mang riêng biệt, được gọi là các sóng mang con (Sub – carrier).

Các sóng mang này được điều chế trực giao với nhau bằng cách chọn tần sốcách quãng thích hợp giữa chúng, nghĩa là các kênh con được xếp đặt trênmiền tần số cách nhau một khoảng đều đặn sao cho điểm cực đại của mộtkênh con này là điểm không của kênh con lân cận Những sóng mang này sau

đó ghép thành các kênh tần số để truyền vô tuyến

Hình 1.2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao

Điều này làm nguyên lý trực giao thoả mãn và cho phép chồng phổ giữacác sóng mang vì tính trực giao vẫn đảm bảo cho thiết bị thu nhận có thể phânbiệt được các sóng mang con OFDM và khôi phục lại các tín hiệu này

Hiệu quả của OFDM có thể thấy được là yêu cầu về băng thông giảm đirất nhiều nhờ việc bỏ đi khoảng bảo vệ Do đó OFDM hiệu quả hơn FDMtrong trải phổ bởi khoảng cách giữa các kênh con gần nhau hơn (gần nhưchúng chồng lẫn lên nhau) Nhờ sự trựu giao này mà hiệu quả sử dụng phổ tinhiệu của toần bộ hệ thống tăng lên rõ rệt mà không gây ra nhiễu

Một ký hiệu OFDM được tạo thành từ các sóng mang con Số lượng cácsóng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh và mức độnhiễu Con số này tương ứng với kích thước FFT (Fast Fourier Transformer).Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16- 2004 xác định rõ 256 sóng mang con, tương

ứng với kích cỡ FFT 256 độ rộng kênh độc lập Theo cách khác, chuẩn802.16e- 2005 cung cấp các kích cỡ FFT từ 512 tới 2048 phù hợp với các độrộng kênh từ 1.25 tới 20MHz để duy trì tương đối khoảng thời gian không đổicủa ký tự và khoảng dãn cách giữa các sóng mang con độc lập với độ rộngkênh Vì thế với công nghệ OFDM, sự kết hợp của các sóng mang con trựcgiao truyền song song với các ký tự có khoảng thời gian dài đảm bảo rằng lưulượng băng thông rộng không bị hạn chế do môi trường bị che chắn tầm nhìn(NLOS) và nhiễu do hiện tượng đa đường dẫn.

Cấu trúc theo miền thời gian của một symbol có dạng sau:

Hình 1.3 Cấu trúc của một ký hiệu OFDM[10]

Mẫu tín hiệu OFDM có độ dài là Ts, trong đó Tb là khoảng thời gianthực của ký hiệu, ngoài ra còn có một chuỗi bảo vệ (Guard Interval) có đọ dài

Tg, thực chất là một chuỗi tín hiệu được sao chép từ phần phía sau Tb rồi đưalên phần trước của ký hiệu này Do đó cấu trúc của ký hiệu OFDM sẽ là:

Ts = Tb + Tg

Sự sao chép này có tác dụng chống lại nhiễu xuyên tín hiệu gây ra bởihiệu ứng phân tập đa đường Nguyên tắc này được giải thích như sau:

Nếu như máy phát phát đi một khoảng tín hiệu hình sin có chiều dài là

Tb Sau khi chèn chuối bảo vệ, tín hiêu này có chu kỳ là Ts = Tb + Tg Dohiệu ứng phân tập đa đường, tín hiệu này sẽ đến máy thu qua nhiều tuyếnđường truyền với trễ truyền dẫn khác nhau Giả sử thời gian trễ truyền của tínhiệu ở đây là τ Khi đó mẫu tín hiệu sau bị dịch sang mẫu tín hiệu trước một

khoảng là τ do trễ truyền dẫn Cứ như vậy các tín hiệu tiếp theo cũng sẽ bịdịch đi một khoảng τ so với tín hiệu trước nó Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ

là tổng của tín hiệu tất cả các tuyến Sự dịch tín hiệu do trễ truyền dẫn trongcác phương pháp điều chế thông thường sẽ gây ra nhiễu xuyên tín hiệu ISI.Tuy nhiên trong hệ thống OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ sẽ loại bỏ đượcnhiễu này

Trong trường hợp Tg ≥ τ thì phần bị chồng lấn tín hiệu gây nhiễu ISI chỉnằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ Khoảng tín hiệu có ích có độ dài Tskhông bị chồng lấn bởi các mẫu tín hiệu khác Ở phía thu, chuỗi bảo vệ sẽ bịgạt bỏ trước khi gửi đến bộ giải điều chế OFDM Như vậy điều kiện quyếtđịnh để đảm bảo hệ thông OFDM không bị ảnh hưởng bởi nhiễu ISI là:

Tg ≥ τViệc sử dụng chuỗi bảo vệ đảm bảo tính trực giao của các sóng mangphụ, do vậy đơn giản hoá cấu trúc bộ đánh giá kênh truyền, bộ cân bằng tínhiệu ở phía máy thu Tuy nhiên chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích nênphổ tín hiệu của hệ thống giảm đi một hệ số là:

η = Tg Ts

Hình 1.4 Tiền tố vòng CP và hiện tượng đa đường

Các ưu nhược điểm của phương pháp OFDM

Ưu điểm:

- Tăng hiệu suất phổ và tốc độ dữ liệu

- Ảnh hưởng của nhiễu xuyên kí hiệu ISI giảm đi đáng kể

- Ảnh hưởng của hiệu ứng lựa chọn tần số kênh cũng giảm do kênh đượcchia ra làm nhiều kênh phụ

- Độ phúc tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu cho hệ thống cũng giảm đi

Nhược điểm

- Tỉ số công suất đỉnh trên trung bình (PAPR) cao

- Nhạy cảm với sự dịch tần số Sự dịch tần số sẽ làm giảm tính trực giaocủa các sóng mang

1.8.2 Công nghệ OFDMA

Công nghệ OFDMA cho phép một vài sóng mang con được gán tớinhững người dùng khác nhau Ví dụ các sóng mang con 1, 3 và 7 có thể đượcgán cho người dùng 1, và các sóng mang con 2, 5 và 9 cho người dùng 2.Những nhóm sóng mang con này được xem như các kênh con OFDMA mởrộng được cho phép các kích thước FFT nhỏ hơn để cải thiện chất lượng đốivới các kênh dải thông thấp hơn

Hình 1.5 Các kênh con trong OFDMA

Để giảm bớt fading lựa chọn tần số, các sóng mang của một trong cáckênh con được trải rộng theo phổ kênh

Hình 1.5 miêu tả nguyên lý của sự phân chia thành các kênh con Khoảngsóng mang có thể dùng được được phân thành một số nhóm liên tiếp Mỗinhóm chứa một số các sóng mang liên tiếp NE, sau đó loại trừ các kênh conpilot được gán ban đầu Một kênh con có một thành phần từ mỗi nhóm đượcđịnh vị qua một quá trình giả ngẫu nhiên dựa vào sự hoán vị, vì vậy NG là số

thành phần kênh con Với N = 2048, đường xuống NG = 48 và NE =32, đườnglên NG = 53 và NE =32.

Hình 1.6 Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi

Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống WiMAX có thể dịch đến một

sơ đồ điều chế thấp hơn để duy trì chất lượng kết nối và ổn định liên kết Đặcđiểm này cho phép hệ thống khắc phục fading lựa chọn thời gian

1.8.4 Công nghệ sửa lỗi

Các công nghệ sửa lỗi đã được hợp nhất trong WiMAX để giảm các yêucầu tỉ số tín hiệu trên tạp âm hệ thống Các thuật toán FEC, mã hóa xoắn vàchèn được dùng để phát hiện và sửa các lỗi cải thiện thông lượng Các côngnghệ sửa lỗi mạnh giúp khôi phục các khung bị lỗi mà có thể bị mất do fadinglựa chọn tần số và các lỗi cụm Tự động yêu cầu lặp lại (ARQ) được dùng đểsửa lỗi mà không thể được sửa bởi FEC, gửi lại thông tin bị lỗi Điều này có ýnghĩa cải thiện chất lượng tốc độ lỗi bit (BER) đối với một mức ngưỡng nhưnhau

1.8.5 Điều khiển công suất

Các thuật toán điều khiển công suất được dùng để cải thiện chất lượngtoàn bộ hệ thống, nó được thực hiện bởi trạm gốc gửi thông tin điều khiểncông suất đến mỗi CPE để điều chỉnh mức công suất truyền sao cho mức đãnhận ở trạm gốc thì ở một mức đã xác định trước Trong môi trường fadingthay đổi động, mức chỉ tiêu đã định trước này có nghĩa là CPE chỉ truyền đủcông suất thỏa mãn yêu cầu này Điều khiển công suất giảm sự tiêu thụ côngsuất tổng thể của CPE và nhiễu với những trạm gốc cùng vị trí Với LOS,công suất truyền của CPE gần tương ứng với khoảng cách của nó đến trạmgốc, với NLOS, tùy thuộc nhiều vào độ hở và vật cản

1.8.6 Các công nghệ vô tuyến tiên tiến

1.8.6.1 Phân tập thu và phát

Các lược đồ phân tập được sử dụng để lợi dụng các tín hiệu đa đường vàphản xạ xảy ra trong các môi trường NLOS Bằng cách sử dụng nhiều ăng ten(truyền và/hoặc nhận), fading, nhiễu và tổn hao đường truyền có thể được làmgiảm Phân tập truyền sử dụng mã thời gian không gian STC Đối với phântập nhận, các công nghệ như kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC) mang lại ưu điểm củahai đường thu riêng biệt Về MISO (một đầu ra nhiều đầu vào) xem Hình 1.7

Hình 1.7 MISO

Mở rộng tới MIMO (xem Hình 1 8), sử dụng MIMO cũng sẽ nâng caothông lượng và tăng các đường tín hiệu MIMO sử dụng nhiều ăng ten thu và/hoặc phát cho ghép kênh theo không gian Mỗi ăng ten có thể truyền dữ liệukhác nhau mà sau đó có thể được giải mã ở máy thu Đối với OFDMA, bởi vìmỗi sóng mang con là các kênh băng hẹp tương tự, fading lựa chọn tần sốxuất hiện như là fading phẳng tới mối sóng mang Hiệu ứng này có thể sau đóđược mô hình hóa như là một sự khuếch đại không đổi phức hợp và có thểđơn giản hóa sự thực hiện của một máy thu MIMO cho OFDMA.

Hình 1.8 MIMO

1.8.6.2 Các hệ thống ăng ten thích nghi

Các hệ thống anten thích nghi (Adaptive Antenna systems – AAS) là mộtphần tùy chọn Các trạm gốc có trang bị AAS có thể tạo ra các chùm mà cóthể được lái, tập trung năng lượng truyền để đạt được phạm vi lớn hơn Khinhận, chúng có thể tập trung ở hướng cụ thể của máy thu Điều này giúp choloại bỏ nhiễu không mong muốn từ các vị trí khác

1.9.1.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)

Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16

-2004 Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việcvới các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặctrên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh

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 địa