Nghiên cứu công nghệ không dây Wimax

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
Lời nói đầu
Một vài năm trở lại đây, các công nghệ không dây được đề cập đến nhiều và được
coi là một trong những giải pháp cho nhiều loại hình mạng. Trong quá trình học tập tại
trường đại học Bách khoa Hà Nội cũng như thực tập tại viện Công nghệ thông tin Quân
đội, em đã được tiếp xúc, được đọc, tham khảo những tài liệu về các công nghệ này. Một
công nghệ không dây mới xuất hiện và có những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ
đi trước nó là công nghệ Wimax. Dù rằng Wimax chưa được triển khai, cũng mới chỉ có
các hệ thống thử nghiệm nhưng nó hứa hẹn là một công nghệ cách mạng trong lĩnh vực
không dây. Dựa trên sự hợp chuẩn của hai tổ chức chuẩn hóa lớn nhất thế giới là IEEE
và ETSI cũng như sự hậu thuẫn của hàng loạt các công ty lớn trên thế giới như Intel,
Alvarion… chắc chắn rằng trong tương lai không xa, Wimax sẽ trở nên phổ biến trên
phạm vi toàn cầu. Đối với Việt Nam, Wimax có thể được coi là một giải pháp đi tắt đón
đầu và hoàn toàn phù hợp với hoàn cảnh nước ta.
Để tìm hiểu trước về một công nghệ vẫn còn mới mẻ và đầy tiềm năng, em đã thực
hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ không dây Wimax”.
Do thời gian có hạn, công nghệ Wimax lại là một công nghệ mới, phức tạp, hơn
nữa kiến thức của bản thân em vẫn còn nhiều hạn chế nên chắc chắn rằng đề tài sẽ không
thể tránh khỏi những sai sót. Mong các thấy, cô, các bạn góp ý cho em để em có hiểu
biết sâu, rộng hơn về công nghệ này.
Đây là đề tài được thực hiện trong một thời gian dài và là thành quả lớn nhất của
em trong quá trình học tập dưới mái trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Ngoài sự cố
gắng, nỗ lực của bản thân, em còn được sự động viên giúp đỡ của rất nhiều người để có
thể hoàn thành đề tài.
Em xin cảm ơn cô giáo PGS.TS Nguyễn Việt Hương, người đã tận tình hướng
dẫn, định hướng, góp ý cho em nhiều điều vô cùng quý báu trước và trong quá trình em
thực hiện đề tài này.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông, các thầy cô giáo trường
đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền đạt cho em rất nhiều nhiều kiến thức, kinh nghiệm
trong quá trình em học tập và nghiên cứu tại trường.
I

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
Xin cảm ơn các anh, các bạn trong nhóm Connek đã tạo điều kiện, cung cấp tài
liệu, giải đáp, góp ý cho em về đề tài này.
Xin gửi lời cảm ơn đến anh Trần Văn Tùng, Lê Ngọc Hoàng (công ty ITC), bạn
Hoàng Ngọc Nam (công ty VDC) và các người bạn khác.
Xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người.
Hà Nội tháng 5-2005
Sinh viên
Nguyễn Đức Tuân
II
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
MỤC LỤC
Danh sách các hình........................................................................................................VI
Danh sách các bảng.......................................................................................................IX
Bảng từ viết tắt ..............................................................................................................X
Giải thích một số thuật ngữ.......................................................................................XIV
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU...................................................................................1
1.1 Tổng quan về đề tài....................................................................................................1
1.2 Phạm vi đề tài.............................................................................................................2
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG...................................3
2.1 Khái niệm công nghệ băng rộng.............................................................................3
2.1.1 Nhu cầu của công nghệ băng rộng....................................................................3
2.1.2 Lợi ích từ công nghệ truy nhập băng rộng......................................................5
2.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng đáng lưu tâm........................................5
2.2. Công nghệ không dây băng rộng............................................................................6
2.2.1 Thế giới công nghệ không dây...........................................................................6
2.2.2 Các hệ thống chuẩn cho mạng không dây băng rộng...................................11
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT.....................................................................14
3.1 Các hiệu ứng trong truyền thông không dây........................................................14
3.1.1 Hiệu ứng suy hao đường truyền......................................................................15

3.1.2 Hiệu ứng fading.................................................................................................15
3.2 Các kĩ thuật điều chế...............................................................................................17
3.2.1 Điều chế BPSK/QPSK......................................................................................17
3.2.2 Điều chế QAM...................................................................................................18
III
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
3.3 Kĩ thuật OFDM........................................................................................................19
3.3.1 Khái niệm OFDM.............................................................................................19
3.3.2 Hệ thống OFDM...............................................................................................22
3.3.3 Lợi ích của OFDM............................................................................................24
3.3.4 Ứng dụng của OFDM.......................................................................................24
3.4 Mã hóa kênh.............................................................................................................25
3.5 Các kĩ thuật đa truy nhập.......................................................................................26
3.5.1 Kĩ thuật FDMA.................................................................................................27
3.5.2 Kĩ thuật TDMA.................................................................................................27
3.5.3 Kĩ thuật CDMA.................................................................................................28
3.5.4 Kĩ thuật OFDMA..............................................................................................28
3.6 Mã hóa bảo mật........................................................................................................28
3.6.1 Mã hóa đối xứng...............................................................................................29
3.6.2 Mã hóa khóa công cộng....................................................................................32
CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIMAX.............................................34
4.1 Khái niệm công nghệ Wimax..................................................................................34
4.2 Một số các ứng dụng điển hình của Wimax..........................................................36
4.3 Ưu điểm của Wimax................................................................................................36
4.4 Wimax Forum..........................................................................................................37
CHƯƠNG 5: CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG WIMAX..................................39
5.1. Những băng tần cơ bản sau được sử dụng trong 802.16....................................39
5.2. Mô hình tham chiếu................................................................................................39
5.3. Lớp con hội tụ CS...................................................................................................40
5.4. Lớp con MCPS........................................................................................................43

IV
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
5.4.1 Đánh địa chỉ.......................................................................................................45
5.4.2 Định dạng của MAC PDU...............................................................................46
5.4.3 Quá trình xây dựng MAC PDU trong 802.16................................................51
5.4.4 Cơ chế cấp phát và yêu cầu băng thông.........................................................51
5.4.5 Quá trình thiết lập kết nối...............................................................................52
5.4.6 Chất lượng dịch vụ trong 802.16.....................................................................54
5.5. Lớp bảo mật trong 802.16......................................................................................57
5.5.1 Security Association........................................................................................58
5.5.2 Giao thức quản lí khóa PKM..........................................................................59
5.5.3 Mã hóa................................................................................................................62
5.6. Lớp vật lý63
5.6.1 Tần số làm việc và độ rộng kênh truyền........................................................64
5.6.2 Duplexing và đa truy nhập..............................................................................64
5.6.3 OFDM Symbol..................................................................................................65
5.6.4 Sơ đồ khối quá trình truyền-nhận..................................................................66
5.6.5 Điều chế và mã hóa thích ứng.........................................................................70
CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA WIMAX...........................................................73
6.1 Mô hình kết nối tổng quát.......................................................................................73
6.2 Mô hình ứng dụng của Wimax...............................................................................77
6.2.1 Mô hình ứng dụng cho mạng truy nhập........................................................77
6.2.3 Mô hình kết hợp với WiFi................................................................................79
KẾT LUẬN........................................................................................................80
PHỤ LỤC 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................85
V
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH 1-1: VÍ DỤ VỀ LIÊN KẾT GIỮA CÁC MẠNG............................................2

HÌNH 2-2: HỆ THỐNG CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY.............................11
HÌNH 2-3: QUAN HỆ GIỮA 802 VÀ OSI...........................................................12
HÌNH 2-4: HỆ THỐNG CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY CỦA IEEE............13
HÌNH 3-5: HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG TRONG TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN. 16
HÌNH 3-6: ĐIỀU CHẾ BPSK.............................................................................17
HÌNH 3-7: ĐIỀU CHẾ QPSK.............................................................................18
HÌNH 3-8: ĐIỀU CHẾ QAM...............................................................................19
HÌNH 3-9: SO SÁNH GIỮA FDM VÀ OFDM.....................................................20
HÌNH 3-10: NGUYÊN LÝ TẠO MỘT KÍ HIỆU OFDM........................................21
HÌNH 3-11: PHỔ NĂNG LƯỢNG TRONG OFDM.............................................22
HÌNH 3-12: DẢI BẢO VỆ TRONG MỘT KÍ HIỆU..............................................22
HÌNH 3-13: SƠ ĐỒ THU PHÁT CỦA HỆ THỐNG OFDM.................................23
HÌNH 3-14: MÃ HÓA KÊNH TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ..............25
HÌNH 3-15: MÃ KHỐI........................................................................................26
HÌNH 3-16: MÃ XOẮN.......................................................................................26
HÌNH 3-17: ĐA TRUY NHẬP THEO TẦN SỐ...................................................27
HÌNH 3-18: ĐA TRUY NHẬP THEO THỜI GIAN..............................................28
VI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
HÌNH 3-19: CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÃ HÓA..........................................29
HÌNH 3-20: MÃ HÓA DES.................................................................................30
HÌNH 3-21: MÃ HÓA VỚI IV.............................................................................31
HÌNH 3-22: MÃ HÓA TRONG FM.....................................................................32
HÌNH 3-23: MÃ HÓA CÔNG CỘNG..................................................................33
HÌNH 5-24: MÔ HÌNH THAM CHIẾU CỦA 802.16............................................40
HÌNH 5-25: CẤU TRÚC CỦA ATM-CS PDU CHẾ ĐỘ CHUYỂN MẠCH
ĐƯỜNG...........................................................................................42
HÌNH 5-26: CẤU TRÚC KHUNG ATM-CS PDU CHẾ ĐỘ CHUYỂN MẠCH
KÊNH...............................................................................................42
HÌNH 5-27: QUÁ TRÌNH PHÂN LOẠI MAC SDU..............................................43

HÌNH 5-28: CÁC KIẾN TRÚC TRONG 802.16..................................................44
HÌNH 5-29: CÁC SDU, PDU QUA TỪNG LỚP.................................................47
HÌNH 5-30: CẤU TRÚC CỦA MAC PDU...........................................................47
HÌNH 5-31: CẤU TRÚC TIÊU ĐỀ MAC PDU DẠNG THÔNG THƯỜNG..........48
HÌNH 5-32: CẤU TRÚC TIÊU ĐỀ MAC PDU DẠNG YÊU CẦU BĂNG THÔNG
.........................................................................................................50
HÌNH 5-33: QUÁ TRÌNH THIẾT LẬP KẾT NỐI.................................................53
HÌNH 5-34: MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THỰC THỂ QOS................................56
HÌNH 5-35: QUÁ TRÌNH CẤP PHÉP VÀ TRAO ĐỔI KHÓA AK.......................61
VII
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
HÌNH 5-36: QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHÓA TEK..............................................61
HÌNH 5-37: MỐI QUAN HỆ GIỮA TẢI TRƯỚC KHI MÃ HÓA VÀ SAU KHI MÃ
HÓA.................................................................................................62
HÌNH 5-38: QUÁ TRÌNH MÃ HÓA....................................................................63
HÌNH 5-39: CẤU TRÚC SYMBOL TRONG MIỀN THỜI GIAN.........................65
HÌNH 5-40: CẤU TRÚC SYMBOL TRONG MIỀN TẦN SỐ...............................65
HÌNH 5-41: QUÁ TRÌNH TRUYỀN-NHẬN.........................................................66
HÌNH 5-42: QUÁ TRÌNH XEN KẼ......................................................................68
HÌNH 5-43:ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA THÍCH ỨNG.............................................70
HÌNH 5-44: CẤU TRÚC KHUNG WMAN-OFDM PHY VỚI TRƯỜNG HỢP TDD
.........................................................................................................71
HÌNH 5-45:CẤU TRÚC KHUNG WMAN-OFDM PHY VỚI TRƯỜNG HỢP TDD
.........................................................................................................72
HÌNH 6-46: MÔ HÌNH CƠ BẢN CỦA MỘT WIMAX BS....................................74
HÌNH 6-47: TRUNG TÂM QUẢN LÍ...................................................................76
HÌNH 6-48: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG CHO MẠNG TRUY NHẬP.........................77
HÌNH 6-49: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG CHO MẠNG BACKHAUL..........................78
HÌNH 6-50: MÔ HÌNH KẾT HỢP GIỮA WIMAX VÀ WIFI.................................79
VIII

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 5.1: Ý nghĩa các trường trong tiêu đề MAC PDU................................................50
Bảng 5.2: Ý nghĩa các bit trong trường Type...............................................................51
Bảng 5.3: Các mô hình mã hóa.....................................................................................69
Bảng 5.4: Các mô hình xen kẽ......................................................................................71
Bảng 5.5: Thông số điều chế OFDM trong Wimax.......................................................71
Bảng 5.6: Tổng kết về Wimax......................................................................................82
IX
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
BẢNG TỪ VIẾT TẮT
Kí hiệu Từ viết tắt
AK Authorization Key
ATM Asynchronous Transfer Mode
BE Best Effort
BPSK Binary Phase Shift Keying
BS Base Station
CATV Cable Television
CDMA Code Division Multiple Access
CID Connection Identifier
CP Cyclic Prefix
CRC Cyclic Redundancy Check
CS Service-Specific Convergence Sublayer
CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
DCD Downlink Channel Descriptor
DES Data Encryption Standard
X
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
DL-MAP Download Map
DSL Digital Subcriber Line

ETSI European Telecommunications Standards Institute
FDD Frequency Division Duplexing
FDM Frequency Division Multiplexing
FDMA Frequency Division Multiple Access
FEC Forward Error Correction
FFT Fast Fourier Transform
FM Feedback Mode
GPC Grant Per Connection
GPSS Grant Per Subcriber Station
IEEE Institue of Electrical and Electronic Engineers
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
ISI Intersymbol Interference
ISM Industrial-Scientific- Medical
IV Initialization Vector
KEK Key Encryption Key
LMDS Local Multipoint Distribution Service
LOS Line-Of-Sight
MAN Metro Area Network
MCPS MAC Common Part Sublayer
NLOS None Line-Of-Sight
XI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
NNI Network-to-Network Interface
nrtPS Non-real-time Polling Service
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
OSI Open Systems Interconnection
PAN Personal Area Network
PDU Protocol Data Unit
PKM Privacy Key Management

PMP Point-to-Multipoint
QAM Quadrature Amplitude Modulation
QoS Quality of Service
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
rtPS
Real-time Polling Service
RSA Rivest, Shamir, and Adleman
SA Security Association
SC Single Carrier
SDU Service Data Unit
SFID Service Flow Identifier
SS Subcriber Station
TDD Time Division Duplexing
TDM Time Division Multiplexing
TDMA Time Division Multiple Access
XII
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
TEK Traffic Encryption Key
UCD Uplink Channel Descriptor
UGS Unsolicited Grant Service
UL-MAP Upload Map
UNI User-to-Network Interface
UNII Unlicensed National Information Infrastructure
VCI Virtual Channel Identifier
VPI Virtual Path Identifier
WiFi Wireless Fidelity
WIMAX Worldwide Interoperability Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network
WMAN Wireless Metro Area Network
WPAN Wireless Personal Area Network

XIII
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
GIẢI THÍCH MỘT SỐ THUẬT NGỮ
Backhaul: là mạng kết nối từ các điểm truy nhập (BS trong Wimax hoặc AP trong
WiFi) tới nhà cung cấp dịch vụ hoặc từ nhà cung cấp dịch vụ tới mạng lõi (mạng core).
Hotzone: là một vùng diện tích lớn mà ở đó có thể truy nhập Internet tốc độ cao.
Hotzone trong Wimax tương tự với hotspot trong WiFi, nhưng trong khi phạm vi của
hotspot chỉ vài chục đến vài trăm mét thì phạm vi của Hotzone có thể lên tới hàng chục
km.
RSA: là một thuật toán mã hóa công cộng rất nổi tiếng dùng để chứng thực và mã
hóa dữ liệu được Rivest, Shamir, and Adleman phát triển.
LOS: truyền trong tầm nhìn thẳng, cả trạm phát và trạm thu đều phải nằm trong
miền Fresnel thứ nhất. Truyền trong tầm nhìn thẳng thích hợp với dải tần cao.
NLOS: truyền không trong tầm nhìn thẳng, trạm phát và thu không cần nằm trong
miền Fresnel thứ nhất. Các tín hiệu truyền giữa trạm phát và thu có thể là tín hiệu trực
tiếp hoặc tín hiệu quan phản xạ, … truyền không trong tầm nhìn thẳng phức tạp hơn
truyền trong tầm nhìn thẳng do phải xử lí rất nhiều hiệu ứng do môi trường gây ra, nó
thích hợp với dải tần thấp.
WiFi: Là một chuẩn công nghiệp cho mạng WLAN, trước đây dựa theo chuẩn
802.11b, nhưng hiện nay thì gồm cả chuẩn 802.11g.
DCD: Trong Wimax, đây là một loại bản tin quản lí dùng để mô tả các đặc điểm
lớp vật lý của đường xuống.
DL-MAP: Trong Wimax, bản tin này dùng để chỉ định thời điểm bắt đầu của một
cụm thông tin đường xuống.
XIV
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
UCD: Trong Wimax, đây là một loại bản tin quản lí dùng để mô tả các đặc điểm
lớp vật lý của đường lên.
UL-MAP: Trong Wimax, bản tin này là tập hợp các thông tin định nghĩa việc truy
nhập đường xuống.

SC: Kĩ thuật điều chế tín hiệu trên một sóng mang.
XV

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan về đề tài
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. Trước
đây, khi nhu cầu ít, thông tin được trao đổi rất đơn giản, có khi chỉ là những kí hiệu,
những chữ thông thường… rồi dần dần đến các văn bản, email, tệp tin cỡ nhỏ,…
Nhưng như hiện nay, và cả trong tương lai, người ta không chỉ muốn trao đổi các loại
hình thông tin đơn giản cũ nữa mà người ta muốn trao đổi cả những thông tin có kích
thước lớn hơn, đa dạng hơn như âm thanh, hình ảnh, video,…
Trước thực tế đó, ngoài việc đưa ra các chính sách, các quy định,.. còn cần phải
có các công nghệ mới để hỗ trợ cho việc xây dựng và triển khai dịch vụ. Người ta cần
cải tạo toàn bộ hệ thống mạng để đáp ứng nhu cầu đó, từ mạng lõi, mạng phân tán
đến các mạng truy nhập. Hiện nay trên thế giới và cả Việt Nam, mạng lõi, mạng phân
tán cũng đã được cải thiện một cách đáng kể. Riêng mạng truy nhập thì gặp nhiều
khó khăn hơn. Mạng truy nhập là mạng nối từ nhà cung cấp dịch vụ tới khách hàng,
nó chiếm phần đầu tư rất lớn cho toàn bộ mạng nói chung. Đây cũng là nơi mà rất
nhiều giải các giải pháp được đưa ra nhằm cải thiện khả năng cung cấp dịch vụ cho
khách hàng đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí.
Mạng truy nhập được nói đến nhiều nhất hiện nay là các mạng truy nhập băng
rộng. Gọi là băng rộng vì nó cung cấp một tốc độ đủ lớn để triển khai các dịch vụ
tiên tiến như thoại, dữ liệu và có thể cả video,…Các công nghệ băng rộng cho mạng
này được phân ra làm hai loại, một là không dây và một là có dây.
Loại có dây vẫn được dùng phổ biến từ trước cho tới nay như DSL, CATV, cáp
quang,… Công nghệ có dây ưu điểm là tốc độ rất cao, không bị giới hạn nhiều về các
chính sách, quy định,… nhưng nhược điểm rõ ràng của nó là giá thành rất cao, việc
triển khai phức tạp và kém linh hoạt. Trái lại, đây lại là những ưu điểm của mạng
không dây. Dù rằng tốc độ của mạng không dây không cao lại bị ràng buộc chặt chẽ

bởi các quy định, nhất là các quy định về tần sổ… nhưng mạng không dây tiết kiệm
được giá thành, lại linh hoạt và dễ triển khai. Chính vì thế, dù chưa thể thay thế được
mạng có dây nhưng mạng không dây được coi là giải pháp khắc phục các hạn chế mà
mạng có dây không thể làm được.
Wimax là một công nghệ không dây băng rộng với mục đích hướng tới các
mạng MAN. So với một số công nghệ cũ như WiFi, LMDS, Wimax cho phép truyền
1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
tải với tốc độ cao, phạm vi bao phủ rộng và rất nhiều cơ chế hỗ trợ chất lượng dịch
vụ, bảo mật,… Nó cung cấp một giải pháp toàn diện cho mạng MAN. Trong đô thị,
người ta có thể sử dụng Wimax như một giải pháp kết nối các mạng khác nhau để tạo
nên một sự liên thông giữa các mạng như: mạng công an, mạng y tế, mạng giao
thông….
Hình 1-1: Ví dụ về liên kết giữa các mạng
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ Wimax” dưới đây nhằm mục đích nghiên cứu kĩ
về công nghệ Wimax: các vấn đề kĩ thuật và khả năng triển khai công nghệ Wimax.
Đề tài được nghiên cứu theo trình tự sau đây:
Đầu tiên sẽ tìm hiểu tổng quan về công nghệ băng rộng nói chung và công nghệ
không dây nói riêng, mục đích và khả năng của từng công nghệ.
Tiếp đến là phần tìm hiểu về lí thuyết chung trong không dây. Lí thuyết này là
nền tảng để nghiên cứu công nghệ Wimax.
Cuối cùng sẽ nghiên cứ về các vấn đề kĩ thuật chính trong Wimax, mô hình ứng
dụng cũng như khả năng triển khai của công nghệ này
1.2 Phạm vi đề tài
Công nghệ Wimax là công nghệ mới và có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu. Đề
tài “Nghiên cứu công nghệ Wimax” không tập trung vào nghiên cứu chuyên sâu một
2
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
vấn đề mà chỉ nghiên cứu Wimax với vai trò là một kĩ thuật không dây băng rộng cố
định. Làm nổi bật lên công nghệ Wimax, các ưu điểm cũng như khả năng ứng dụng

của công nghệ.
Đề tài được chia làm sáu chương:
• Chương I: Chương giới thiệu tổng quan, phạm vi đề tài như đã trình bày ở
trên.
• Chương II: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ băng rộng nói chung và công
nghệ băng rộng không dây nói riêng, hệ thống chuẩn của các công nghệ băng
rộng không dây và Wimax.
• Chương III: Chương này tổng kết nền tảng lí thuyết, kĩ thuật,… sẽ được ứng
dụng trong Wimax như các hiện tượng đa đường, suy hao, các kĩ thuật điều
chế, mã hóa….
• Chương IV: Chương này giới thiệu chung về công nghệ Wimax, Wimax là
gì? Ứng dụng của nó thế nào? Khả năng của nó ra sao? Chương này cũng giải
thích một số các yếu tố ngoài kĩ thuật mà có thể biến Wimax trở thành một
công nghệ phổ biến trong tương lai.
• Chương V: Chương này tập trung lí giải các vấn đề kĩ thuật trong Wimax như
mô hình phân lớp, chất lượng dịch vụ, bảo mật,…
• Chương VI: Giới thiệu một số mô hình triển khai Wimax, hiện trạng công
nghệ Wimax trên thế giới và ở Việt Nam.
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG
2.1 Khái niệm công nghệ băng rộng
2.1.1 Nhu cầu của công nghệ băng rộng
Mạng truy nhập là mạng nằm giữa tổng đài nội hạt CO (Central Office) và thiết
bị đầu cuối của khách hàng. Các dịch vụ viễn thông mà khách hàng có thể sử dụng
được xác định bởi tổng đài nội hạt. Mạng truy nhập có vai trò hết sức quan trọng
trong mạng viễn thông. Nó là phần lớn nhất của bất kỳ mạng viễn thông nào, trải dài
3
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
trên vùng địa lý rộng lớn. Thông thường chi phí xây dựng mạng truy nhập chiếm ít
nhất là một nửa chi phí xây dựng toàn bộ mạng viễn thông. Đó là con đường duy nhất
để cung cấp các dịch vụ (gồm cả thoại và dữ liệu). Chất lượng và hiệu năng của

mạng truy nhập ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cung cấp dịch vụ của toàn bộ
mạng viễn thông.
Theo phương phức truy nhập truyền thống mà hiện nay vẫn được sử dụng chủ
yếu, đặc biệt là tại Việt Nam là dùng cặp cáp đồng làm phương tiện truyền dẫn, như
vậy mỗi thuê bao cần có một lượng khá lớn cáp đồng kết nối với tổng đài. Mạng truy
nhập truyền thống vốn được thiết kế cho việc truyền thông tín hiệu thoại, nó sử dụng
chủ yếu là tín hiệu tương tự với dải tần hẹp (0,3 – 3,4KHz), chỉ thích hợp cho các
cuộc gọi ngắn cỡ vài phút. Các cuộc gọi dài sẽ gây ra quá tải và tắc nghẽn trên mạng.
Các thành phần, thiết bị của nó cũng chỉ được xây dựng để thích ứng với các điều
kiện này. Điều này đã làm cho mạng truy nhập có hiệu suất rất thấp.
Băng tần của các đường dây cáp đồng không được khai thác triệt để, gây ra lãng
phí lớn. Các đường dây cáp đồng có băng tần cỡ MHz nhưng chỉ được sử dụng một
lượng rất nhỏ, từ 0,3 đến 3,4KHz. Với băng tần 0,3 – 3,4 KHz, về mặt lí thuyết
33,6Kbps là tốc độ tối đa có thể đạt được. Sau này một số công ty chế tạo Modem
tìm cách lách khỏi các mạch lọc và có thể đưa tốc độ đường truyền lên tới 56Kbps
theo chiều từ ISP về thuê bao nhưng chiều ngược lại thì vẫn chỉ có 33,6Kbps.
Ngày nay, nhu cầu của khách hàng ngày càng cao gia tăng. Người tiêu dùng
không đơn thuần chỉ muốn truyền email, văn bản text, fax,… mà họ mong muốn sử
dụng các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh, hình ảnh… Khi đó tốc độ 33,6Kbps,
thậm chí 56Kbps không thể đủ để triển khai các dịch vụ loại này.
Hiện tại, khi mà tốc độ của mạng lõi đã được tăng đáng kể, khả năng xử lí tại
đấu cuối phía khách hàng cũng ngày một mạnh thì việc mạng truy nhập vẫn hạn chế
như vậy sẽ gây ra hiện tượng ngẽn cổ chai (bottleneck). Vấn đề được đặt ra là cần
phải cải thiện nốt mạng truy nhập để nó đáp ứng được nhu cầu của cả nhà cung cấp
dịch vụ lẫn khách hàng.
Công nghệ băng rộng chính là các công nghệ sinh ra để giải quyết vấn đề của
mạng truy nhập. Đó là thuật ngữ chỉ bất kì loại truy cập internet tốc độ cao nào. Công
nghệ băng rộng cho phép các cá nhân hoặc tổ chức có thể truy cập internet cả 24 giờ
trong một ngày, tạo môi trường cho việc sử dụng hoặc cung cấp các dịch vụ chất
lượng cao.

4
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
2.1.2 Lợi ích từ công nghệ truy nhập băng rộng
Trước tiên là nhanh, nó cho phép truy cập với một tốc độ gấp 10-20 lần so với
phương pháp quay số thông thường, thậm chí hơn nữa. Khi ta dùng modem để quay
số, tốc độ chỉ có thể đạt từ 30 đến 50Kbps còn với một kết nối băng rộng, tốc độ lên
tới từ 256Kbps đến 10Mbps, phụ thuộc vào dịch vụ mà ta chọn. Hãy tưởng tượng,
khi ta sử dụng modem kết nối 28,8Kbps, ta phải mất đến 18 phút để tải một tệp nhạc
MP3 3½ phút, trong khi nếu sử dụng kết nối băng rộng 1.5Mbps thì chỉ cần 20 giây.
Ưu điểm thứ hai là luôn kết nối. Bất kì khi nào máy tính được bật lên thì nó đều
ở trạng thái kết nối với internet. Điều này có nghĩa là không phải lãng phí thời gian
cho việc quay số và đợi modem kết nối mỗi lần muốn vào interntet. Sẽ không có
chuyện bị cảnh báo mạng bận hoặc hiếm khi bị rớt ra khỏi mạng.
Không bắt buộc phải ngừng dịch vụ điện thoại trong khi dùng dịch vụ internet.
Tức là thuê bao hoàn toàn không phải trả tiền cho đường dây thuê bao thứ hai. Hơn
thế nữa cũng có thể chia sẻ giữa nhiều máy với nhau thông qua một kết nối internet.
Lợi ích đáng nói nhất của công nghệ băng rộng chính là tốc độ. Chính vì đạt
được tốc độ cao như vậy nên có thể triển khai được rất nhiều các dịch vụ khác mà với
các kết nối quay số thông thường không thể làm được. Điều này đồng nghĩa với việc
thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của các dịch vụ xã hội khác. Có thể
kể qua ở đây một số dịch vụ đáng chú k y như là: dịch vụ cho phép truyền các tệp tin
với dung lượng lớn, có thể là tệp văn bản, tệp âm thanh, tập hình ảnh, tệp phim…,
các dịch vụ nhắn tin nhanh IM (Instant Message), dịch vụ hội tụ (Video
Conferencing) tốc độ cao.
2.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng đáng lưu tâm
Công nghệ DSL
DSL không phải là một công nghệ mà là một nhóm công nghệ. Nó sử dụng
đường cáp đồng có sẵn để truyền dữ liệu với tốc độ cao. Nó cho phép truyền đồng
thời dữ liệu và âm thanh trên đôi cáp đồng đó nhờ vào việc truyền dữ liệu và âm
thanh trên các tần số khác nhau.

DSL cũng có những lợi ích rõ ràng như: truyền tốc độ cao, không cần thêm
đường dây thuê bao, và cũng không cần phải thực hiện kết nối thường xuyên. Tuy
nhiên DSL cũng có những nhược điểm như: khoảng cách ngắn, tốc độ phụ thuộc vào
khoảng cách từ thuê bao tới tổng đài nội hạt gần nhất,…
5
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
Công nghệ được DSL được nói đến nhiều nhất là ADSL (Asymmechical
Digital Subcriber Line). Đây là công nghệ bất đối xứng, tức là tốc độ tải lên và tải
xuống là không giống nhau. Công nghệ này rất thích hợp đối với các hộ gia đình,
doanh nghiệp, khi mà nhu cầu lấy thông tin từ internet thường lớn hơn rất nhiều so
với nhu cầu tải thông tin lên. Chính vì vậy mà công nghệ này rất phát triển và thường
được dùng để triển khai cho mạng truy nhập.
CATV
Công nghệ cáp sử dụng đường cáp nối vào TV sẵn có làm môi trường truyền dữ
liệu băng rộng. Ưu điểm của công nghệ này cũng giống với DSL tuy nhiên hiện nay
cáp không phải nơi nào cũng có. Chính vì thể mà việc triển khai công nghệ này cùng
không dễ.
Công nghệ không dây WPAN, WLAN, WMAN, WWAN
Công nghệ không dây băng rộng là công nghệ sử dụng sóng radio để truyền tải
dữ liệu thay vì sử dụng cáp như các công nghệ ở trên. Công nghệ không dây đang
ngày càng tỏ rõ các ưu điểm của nó. Một số các lợi ích của công nghệ này được thể
hiện ở các điểm như là: cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một mạng
một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời với
khả năng cơ động mềm dẻo cao, có thể thiết lập mạng ở những khu vực rất khó nối
dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém. Bên cạnh đó, việc cài đặt mạng không dây cũng
khá dễ dàng.
Tuy nhiên công nghệ không dây băng rộng cũng có rất nhiều nhược điểm cần
khắc phục như tốc độ và bảo mật… Việc cải tiến tốc độ trong công nghệ không dây
khó hơn rất nhiều so với các công nghệ có dây khác bởi lẽ trong truyền thông không
dây gặp rất nhiều vấn đề, hiện tượng ảnh hưởng tới truyền dẫn. Hơn nữa, truyền

thông không dây không sử dụng dây dẫn nên khả năng bị xâm nhập, bị phá dữ liệu do
những yếu tố chủ quan là rất lớn.
2.2. Công nghệ không dây băng rộng
2.2.1 Thế giới công nghệ không dây.
Công nghệ WWAN - Wide Wireless Area Network
Đặc điểm của mạng WAN đó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng địa lý
rộng lớn. Có thể là một khu vực rộng, một quốc gia, thậm chí toàn cầu. Chính vì vậy,
mạng này ra đời chủ yếu với mục đích xây dựng nên các hệ thống thông tin di động.
6
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
Kể từ khi ra đời từ năm 80 tới nay, các mạng di động đã phát triển hết sức nhanh
chóng trên phạm vi toàn cầu. Kết quả thống kê ở một số nước cho thấy số lượng các
thuê bao di động đã vượt xa các thuê bao cố định. Trong tương lai, con số này sẽ vẫn
tăng cùng với nhu cầu của thuê bao. Điều này đã khiến cho các nhà khai thác cũng
như các tổ chức viễn thông không ngừng nghiên cứu, cải tiến, đưa ra các giải pháp kĩ
thuật nhằm nâng cao khả năng của mạng di động. Cho đến nay, mạng WWAN đã trải
qua 3 thế hệ với các giai đoạn khác nhau. Và mỗi thế hệ đều có những cải tiến vượt
bậc so với thế hệ đi trước.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Hệ thống mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) được phát triễn vào những năm
cuối thập niên 70, hệ thống này sử dụng kỹ thuật tương tự (analog).Tất cả các hệ
thống 1G sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA. Các hệ
thống mạng di động 1G chỉ được dùng để sử dụng cho dịch vụ thoại với chất lượng
khá thấp nguyên do tình trạng nghẽn mạch và nhiễu xảy ra thường xuyên .
Các hệ thống mạng di động 1G bao gồm các hệ thống: AMPS (Advaced Mobile
Phone System), ETACTS (Enhanced Total Access Cellular System) và NMT(Nordic
Mobile Telephone System).
Hệ thống thông tin di động thứ 2 (2G)
Hệ thống mạng 2G được triển khai vào năm 1990 và hiện nay vẫn được sử dụng
rộng rãi. Là một mạng thông tin di động số băng hẹp, sử dụng phương pháp chuyển

mạch (circuit switching) là chủ yếu. Phương pháp đa truy cập TDMA (Time Division
Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access) được sử dụng kết hợp
FDMA. Hệ thống mạng di động 2G sử dụng cho dịch vụ thoại và truyền số liệu.
Hệ thống mạng 2G bao gồm các hệ thống như PCS (Personal Communication
System), TDMA(Time Division Multiple Access), CDMA (Code Division Multiple
Access), GSM(Global System for Mobile Communication)
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2.5 (2.5 G)
Đặc điểm của hệ thống mạng 2.5G là mạng chuyển tiếp giữa hệ thống mạng di
động thế hệ thứ 2 (2G) và thứ 3 (3G). Hệ thống hoàn toàn dựa trên cơ chế chuyển
mạch gói. Ưu điểm củ hệ thống di động 2.5G là tiết kiệm được không gian và tăng
tốc độ truyền dẫn.
7
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
Việc nâng cấp hệ thống mạng 2G lên 2.5G nhanh hơn và có chi phí thấp hơn so
với việc nâng cấp mạng từ 2G lên 3G .Hệ thống 2.5G như một bước đệm chuyển
tiếp, không đòi hỏi môt sự thay đổi có tính chất đột biến.
Các hệ thống mạng 2.5G gồm có GPRS(Generic Packet Radio Services), EDGE
(Enhanced Data Rate for Global Evolution)
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)
Đây là thế hệ thông tin di động số cho phép chuyển mạng bất kỳ, có khả năng
truyền thông đa phương tiện chất lượng cao. Các hệ thống 3G được xây dựng trên cơ
sở CDMA hoặc CDMA kết hợp với TDMA, có khả năng cung cấp một băng tần rộng
theo yêu cầu, do đó có thể hỗ trợ các dịch vụ có nhiều tốc độ khác nhau. Ở thế hệ thứ
3, các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn chung duy
nhất và phục vụ lên đến 2Mbps. Mặc dù 3G được tính toán sẽ là một chuẩn mang tính
toàn cầu nhưng chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng cho hệ thống này rất tốn kém.
Các hệ thống mạng 3G gồm WCDMA (Wideband Code Division Multiple
Access), UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
Hiện nay ở Việt Nam, hệ thống mạng di động vẫn chủ yếu là 2G, mặc dù đã có
2.5G nhưng chưa được sử dụng rộng rãi. Hệ thống di động 3G tới đây cũng sẽ được

triển khai vào năm 2005.
Công nghệ WMAN
Đặc điểm của công nghệ này là phạm vi bao phủ của nó từ vài đến vài chục km.
Công nghệ này thích hợp cho việc triển khai các ứng dụng trong phạm vi một thành
phố, hoặc một vùng ngoại ô,… Công nghệ này đặc biệt có ý nghĩa trong việc đưa
thông tin tới các vùng sâu, vùng xa hoặc những nơi mà việc đi cáp đến thực sự khó
khăn. Hiện nay có hai tổ chức chính thực hiện việc chuẩn hóa công nghệ này là IEEE
với 802.16 và ETSI với HiperAccess/HiperMAN
Công nghệ WLAN
WLAN là hệ thống liên kết, chia sẻ và trao đổi dữ liệu giữa các máy tính sử
dụng sóng radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thế mạng LAN truyền thống. Tổ chức
chuẩn hóa các mạng WLAN chủ yếu vẫn là IEEE và ETSI. Các hệ thống WLAN có
thể đạt tới tốc độ hàng chục Mbps trong khoảng cách vài chục mét. Thiết bị WLAN
8
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
đã được lắp đặt tại nhiều địa điểm nhất là những nơi tập trung dân cư như khách sạn,
trạm, nhà ga,…
Một số lợi ích cơ bản của WLAN là: cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và
mở rộng một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có
tính chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, thiết lập được mạng ở những
khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém. Bên cạnh đó, việc cài đặt
mạng WLAN cũng khá dễ dàng và công nghệ WLAN cũng rất dễ hiểu và dễ sử dụng.
LAN và WLAN chỉ khác nhau ở một số đặc điểm nhưng nhìn chung tất cả những
công nghệ áp dụng trong LAN thì cũng đều đều áp dụng được cho WLAN. Chúng có
các tính năng giống nhau và thường được nối chung với mạng Ethernet đi dây.
WLAN ngày càng phát triển theo xu hướng “nhanh hơn, tốt hơn, rẻ hơn”, tốc độ
của WLAN đã lên tới vài chục Mbps, khoảng cách hàng kilomet còn giá thành thì
ngày càng giảm. Thậm chí sự phát triển của nó đã làm nó vượt khỏi ranh giới mạng
LAN thông thường
Ở Việt Nam hiện nay, WLAN vẫn chưa phát triển, chỉ có một số rất ít nơi lắp

đặt hệ thống WLAN do cơ sở hạ tầng, giá thành chưa phù hợp. Nhưng trong tương
lai không xa, WLAN sẽ là một công nghệ thay thế cho các công nghệ LAN truyền
thống.
Công nghệ WPAN
Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học, công nghệ, sự ra đời
của các thiết bị ngoại vi cho máy tinh, các thiết bị hỗ trợ cá nhân ngày càng nhiều,
nhu cầu trao đổi, chia sẻ thông tin giữa chúng cũng ngày càng trở nên cần thiết. Các
thiết bị này có đặc điểm là đơn giản, chuyên dụng, không đòi hỏi tốc độ quá cao, khả
năng xử lí phức tạp cho nên việc sử dụng các công nghệ mạng có sẵn thực hiện
những giao tiếp này trở nên đắt tiền và không phù hợp. Mạng PAN ra đời cũng nhằm
đáp ứng những đòi hỏi đó.
PAN là một mạng kết nối giữa các thiết bị ở rất gần với nhau cho phép chúng
chia sẻ thông tin và các dịch vụ. Điểm đặc biệt của mạng này là được ứng dụng trong
khoảng cách rất ngắn, thông thường chỉ khoảng vài mét, công suất rất nhỏ,… nó rất
thích hợp để nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính. Các mạng PAN cũng được dùng
để giao tiếp giữa các thiết bị cá nhân như điện thoại, PDA,… hoặc để kết nối với các
mạng cấp cao hơn như mạng LAN, WAN, thậm chí cả Internet. Những ứng dụng
9