đồ án:Mô hình Mesh cho Wimax

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH
VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
o0o
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
o0o
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên : Vũ Việt Cường
Lớp : D2004VT1
Khóa : 2004 – 2008
Ngành : Điện tử - Viễn thông
Tên đồ án: Mô hình Mesh cho Wimax
Nội dung đồ án:
 Chương I : Giới thiệu chung về Wimax
 Chương II : Lớp truy nhập và lớp vật lý của Wimax
 Chương III : Mô hình Mesh trong Wimax
 Chương IV : Tổng kết
Ngày tháng năm 2008
Giáo viên hướng dẫn
Nguyễn Văn Đát
NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN
Điểm : (Bằng chữ : )
Ngày tháng năm 2008
Giáo viên hướng dẫn
Nguyễn Văn Đát
NHẬN XÉT CỦA GV PHẢN BIỆN
Điểm : (Bằng chữ : )
Ngày tháng năm 2008
Giáo viên phản biện

Mesh in Wimax
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH SÁCH HÌNH VẼ 3
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5
LỜI NÓI ĐẦU 12
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX 14

 !"#$%%%&
'()*+,-.$/01 2
1.3.1 Tổ chức WIMAX FORUM 20
1.3.2 Lịch sử WIMAX 21
1.3.3 Khái niệm WIMAX 22
1.3.4 Các chuẩn công nghệ của wimax 23
1.3.5 Băng tần cho WiMax 24
CHƯƠNG II LỚP TRUY NHẬP VÀ LỚP VẬT LÝ CỦA WIMAX 28
3456/6+,/7 8
9:;+<=>?@+,=>/0 &
2.2.1 Lớp vật lí: 29
2.2.2 Lớp MAC : 41
'AB9<C D
2.3.1 OFDM 54
2.3.2 OFDMA 65
2.3.3 SOFDMA 68
2.3.4 PSK M-QAM 69
CHƯƠNG III MÔ HÌNH MESH TRONG WIMAX 75
'ACE/74.FG HD
3.1.1 Định dạng khung 75
1
Vũ Việt Cường

Mesh in Wimax
3.1.2 Quy trình Entry 77
3.1.3 Lược đồ MSH-NENT trong khung con điều khiển 80
3.1.4 Lược đồ MSH-NCFG trong khung con điều khiển 81
3.1.5 Lược đồ dữ liệu khung con 82
3.1.6 Quản lý bảo mật trong chế độ Mesh 85
'IJ)K434./01C#=I>8D
''9=IJ+,L4FM./01N=I>88
3.3.1 Bộ mô phỏng WiMAX 89
3.3.2 Tính toán hiệu năng 90
CHƯƠNG IV TỔNG KẾT 94
34OFG+, &
PNF.FG &
'(IJNF.FG &Q
9RRN &Q
KẾT LUẬN 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99
2
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
DANH SÁCH HÌNH VẼ
3
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
MỤC LỤC 1
DANH SÁCH HÌNH VẼ 3
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5
LỜI NÓI ĐẦU 12
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX 14


Hình 1.1: Xu hướng phát triển của mạng truy nhập vô tuyến 16
 !"#$%%%&
Hình 1.2 Quy mô triển khai các chuẩn truy nhập băng rộng 20
'()*+,-.$/01 2
1.3.1 Tổ chức WIMAX FORUM 20
Hình 1.3 Các thành viên của tổ chức Wimax Forum 21
1.3.2 Lịch sử WIMAX 21
1.3.3 Khái niệm WIMAX 22
1.3.3.1 Khái niệm: 22
Hình 1.4 Các phân lớp giao thức của Wimax 23
1.3.4 Các chuẩn công nghệ của wimax 23
1.3.5 Băng tần cho WiMax 24
CHƯƠNG II LỚP TRUY NHẬP VÀ LỚP VẬT LÝ CỦA WIMAX 28
3456/6+,/7 8
Hình 2.1: Cấu hình điểm-đa điểm (PMP) 29
Hình 2.2 So sánh mô hình các mô hình kết nối 29
9:;+<=>?@+,=>/0 &
2.2.1 Lớp vật lí: 29
2.2.1.1 Giới thiệu chung về lớp vật lý 29
2.2.1.2 Truyền lan LOS và NLOS 31
Hình 2.3 Mô hình LOS 32
Hình 2.4 Mô hình NLOS 33
2.2.1.3 Các kĩ thuật song công FDD và TDD 33
Hình 2.5 Kĩ thuật TDD và FDD 34
2.2.1.4 Cấu trúc khung lớp vật lí 35
Khung TDD 35
Hình 2.6 Khung TDD cho kiểu PMP 36
Hình 2.7 Khung FDD cho kiểu PMP 37
4
Vũ Việt Cường

Mesh in Wimax
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAA Authentication, Nhận thực, cấp phép và tính cước
authorization and Account
AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng
ACK Acknowledgment Xác nhận
AES Advance Ecryption Standard Chuẩn mật mã nâng cao
AK Authorization Key Khóa nhận thực
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
BE Best Effort dịch vụ nỗ lực tốt nhất
BPSK Binary Phase shift Keying Khóa chuyển pha nhị phân
BR Bandwidth Request Yêu cầu băng thông
BS Base Station Trạm gốc
BSN Block Sequence Number Số thứ tự khối
BTC Block Turbo Code Mã Turbo khối
BW Bandwidth Băng thông
BWA Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng rộng
CA Collision Avoidance Tránh xung đột
CBC Cipher Block Chaining Chuỗi khối mã hóa
CC Confirmation Code Mã xác nhận
CCI Co-Channel Interference Nhiễu kênh liên kết
CCK Complementary Coded Keying Khóa mã hóa bổ sung
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
C/I Carrier to Interference Ratio Tỉ số tín hiệu/ nhiễu
CID Connection Identifier Nhận dạng kết nối
5
Vũ Việt Cường

Mesh in Wimax
CP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn
CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truyền thông cá nhân
CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung
CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư vòng tuần hoàn
CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ
CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận
sóng mang
CSN Connection Service Network Mạng dịch vụ kết nối
CTC Concatenated Turbo Code Mã Turbo xoắn
DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy nhập ấn định
theo nhu cầu
DCD Downlink Channel Descriptor Miêu tả kênh đường xuống
DCF Distributed Control Function Chức năng điều khiển phân tán
DES Data Encryption Standard Chuẩn mật mã hóa dữ liệu
DFS Dynamic Frequence Selecton Lựa chọn tần số động
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động
DL Downlink Đường xuống
DLFP Downlink Frame Preamble Tiền tố khung đường xuống
DSA Dynamic Services Addition Bổ sung các dịch vụ động
DSC Dynamic Services Change Chuyển đổi các dịch vụ động
DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số
EC Encryption Control Điều khiển mật mã hóa
ECB Electronic Code Book Sách mã điện tử
EDCA Enhanced Distributed Truy nhập điều khiển phân tán Control
Access nâng cao
EDGE Enhanced Data Rates Các tốc độ dữ liệu được nâng cấp cho
for GSM Evolution sự phát triển GSM
EV-DO Enhanced Version- Data Only Chỉ dữ liệu-phiên bản nâng cao
6

Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
EKS Encryption Key Sequence Chuỗi khóa mật mã
ETSI European Telecommunications Viện các chuẩn viễn thông Standards
Institute Châu Âu
FBSS Fast Base Station Switch Chuyển mạch trạm gốc nhanh
FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung
FDD Frequence Division Duplex Song công phân chia theo tần số
FDM Frequence Division Mutiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số
FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước
FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh
FSH Fragmentation Subheader Tiêu đề con phân đoạn
GPC Grant Per Connection Cấp phát trên mỗi trạm gốc
GPRS Generalized Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPSS Grant Per Subscriber Station Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao
GSM Global System For Hệ thống toàn cầu cho truyền Mobile
Communicatons thông di động
HARQ Hybrid Automatic Yêu cầu truyền lại tự động kết
Retransmission Request hợp
HCS Header Check Sequence Thứ tự kiểm tra tiêu đề
HHO Hard HandOver Chuyển giao cứng
HMAC Hashed Message Mã nhận thực bản tin đã xáo trộn
Authentication Code
HSDPA High Speed Downlink Truy nhập gói đường xuống
Packet Access tốc độ cao
HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ
cao
HT Header Type Loại tiêu đề
IEEE Institute of Electrical and Viện các kĩ sư điện và điện tử
Electronic Engineers

7
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
IMT International Mobile Viễn thông di động quốc tế
Telecommunications
IP Internet Protocol Giao thức liên mạng
ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu giữa các Symbol
ISM Industrial Scientific and Medical Công nghiệp khoa học và hóa học
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
IV Initialization Vector Véc tơ khởi tạo
KEK Key Encryption Key Khóa mật mã khóa
LAN Local Area Network Mạng vùng cục bộ
LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng
LSB Least Significant Bit Bít ít ý nghĩa nhất
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện
MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng thành thị
MBWA Mobile Broadband Truy nhập không dây
Wireless Access băng rộng di động
MDHO Marco Diversity Handover Chuyển giao đa dạng bằng Marco
MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
MIP Mobile Internet Protocol Giao thức Internet di động
MISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra
MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỉ số cực đại
MS Mobile Station Trạm di động
MSB Most Significant Bit Bít ý nghĩa nhất
NACK Non-ACK Không xác nhận
NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng
NLOS Non Line Of Sight Không tầm nhìn thẳng
OECD Organisation for Economic Tổ chức hợp tác và phát triển
Co-operation Tand Development kinh tế

OFDM Orthogonal Frequence Ghép kênh phân chia theo tần số
8
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
Division Multiplexing trực giao
OFDMA Orthogonal Frequence Division Đa truy nhập phân chia theo
Multiple Access tần số trực giao
PAN Personal Area Network Mạng cá nhân
PCF Point Control Function Chức năng điều khiển điểm
PDA Personal Digital Assistant Hỗ trợ cá nhân dùng kĩ thuật số
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PHS Payload Header Suppression Nén tiêu đề tải trọng
PKM Privacy Key Management Quản lí khóa bảo mật
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PMP Point to Multipoint Điểm-đa điểm
PN Packet Number Số gói
PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm-điểm
PS Physical Slot Khe vật lí
PSCN Packet Switched Core Network Mạng lõi chuyển mạch gói
PSH Packing Subheader Tiêu đề con gói
PSTN Public Swithched Mạng điện thoại chuyển
Telephone Network mạch chung
PTP Point to Point Điểm-điểm
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadratura Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phương
RAN Region Area Netwwork Mạng vùng địa phương
REQ Request Yêu cầu
RLC Radio Link Controller Bộ điều khiển liên kết vô tuyến
RNG Ranging

RS Reed-Solomon
RTG Receive Transition Gap Khoảng trống chuyển giao đầu thu
9
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
Rx Receiver Đầu thu
SA Security Association Kết hợp bảo mật
SAID Security Association Identifier Nhận dạng kết hợp bảo mật
SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SHA Secure Hash Algorithm Thuật toán xáo trộn bảo mật
SNMP Simple Network management Giao thức quản lí mạng
Protocol đơn giản
SOFDMA Scalable Orthogonal Frequence Ghép kênh phân chia theo tần
Division Multiple Access số trực giao theo tỉ lệ
SOHO Small Office Home Office Văn phòng gia đình
văn phòng nhỏ
SS Subscriber Station Trạm thuê bao
SSCS Specify Services Lớp con hội tụ các dịch vụ riêng
Convergence Sublayer
STC Space Time Code Mã không gian thời gian
TDD Time Division Duplex Song công phân chia
theo thời gian
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia
theo thời gian
TDMA Time Division Đa truy nhập phân chia
Multiplexing Access theo thời gian
TEK Traffic Encryption Key Khóa mật mã lưu lượng
TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp thông thường
TLV Type/Length/Value Loại/ Độ dài/ Giá trị

TTG Transmit Transition Gap Khoảng trống chuyển giao
đầu phát
Tx Transmiter Đầu phát
10
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
UCD Uplink Channel Descriptor Miêu tả kênh đường lên
UGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ cấp phát không kết hợp
UL Uplink Đường lên
UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông
Telecommunication System di động toàn cầu
UTRA UMTS terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến trên
mặt đất UMTS
UTRAN UMTS terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến trên
Access Network mặt đất UMTS
VoIP Voice Over IP Thoại qua IP
WAN Wide Area Network mạng diện rộng
WEP Wired Equivalent Privacy Bảo mật đương lượng hữu tuyến
Wi-Fi Wireless Fidelity
WLAN Wireless LAN Mạng LAN không dây
WMAN Wireless MAN Mạng MAN không dây
WME Wi-Fi Mutlimedia Extensions Những mở rộng
đa phương tiện Wi-Fi
WPA Wi-Fi Protected Access Truy nhập được bảo vệ Wi-Fi
WSM Wi-Fi Scheduled Multimedia Đa phương tiện được lập
danh mục theo Wi-Fi
11
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển chóng mặt của khoa học công nghệ, truyền thông băng rộng đang
trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. Bên cạnh việc cung
cấp các dịch vụ như truy nhập Internet, các trò chơi tương tác, hội nghị truyền hình, thì
truyền thông băng rộng di động cũng đang được ứng dụng rộng rãi, cung cấp các kết nối
tin cậy cho 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 tâm đáng kể của các tổ
chức nghiên cứu cũng như các nhà cung cấp thiết bị, các nhà khai thác mạng. Ngày nay
thế giới đang hướng tới tương tác toàn cầu trong truyền thông băng rộng không dây, điều
này không chỉ mang lại sự hội tụ về truyền thông toàn cầu mà con mang lại nhiều lợi
nhuận về mặt kinh tế, giúp cho việc phát triển khoa học, công nghệ, chính trị , văn hóa,…
giữa các nước trên toàn thế giới.
Mạng Internet đang trở thành phổ biến, 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 thoongs vô tuyến như điện thoại di động hay mạng Wi-Fi. Mỗi
phương pháp truy cập có một ưu điểm riêng. Bên cạnh đó vẫn còn nhiều nhược điểm,
chẳng hạn với Modem thoại thì tốc độ truy nhập quá thấp, ADSL thì tốc độ có thể lên đến
8Mbps nhưng cần đường dây kết nối, các đường thuê kênh riêng thì giá thành thấp và khó
triển khai, đặc biệt với các địa hình phức tạp. Hệ thống thông tin di động hiện tại cung
cấp tốc độ truyền 9,6Kbps quá thấp so với nhu cầu 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 đáp ứng nhu cầu và số lượng người sử dụng ngày càng tăng đối
với các dịch vụ mạng Internet. Ở hệ thống di động thế hệ tiếp theo 3G thì tốc độ truy
nhập Internet không vượt quá 2Mbps. Với mạng Wi-Fi chỉ có thể dáp dụng cho các máy
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 dây tổng hợp có thể thay thế ADSL và Wi-Fi. Hệ thống Wimax có khả
năng cung cấp đường truyền vô tuyến với tốc độ lên đến 70Mbps và với bán kính phủ
sóng lên đến 50km.
Trong tài liệu này em xin giới thiệu những nét tổng quát của công nghệ Wimax và
ứng dụng mô hình Mesh cho Wimax. Nội dung cụ thể được chia làm ba chương như sau:

Chương I: Giới thiệu chung về Wimax
Chương II: Lớp truy nhập và lớp vật lý của Wimax
Chương III: Mô hình Mesh trong Wimax
12
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax
Chương IV: Tổng Kết
Wimax là một công nghệ mới, vì vậy đòi hỏi sự nghiên cứu và tìm tòi nếu các bạn
muốn tìm hiểu. Những nội dung và kiến thức trong tài liệu này là sự tổng hợp những
nghiên cứu mà tem đã tìm hiểu và đúc rút trong thời gian làm đồ án. Vì thời gian không
cho phép và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ thầy cô và các bạn.
Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn tới tất cả quý thầy cô Học viện Công nghệ Bưu
chính Viễn thông-Cơ sở tại Hà Đông đã tận tình cung cấp cho em những kiến thức cơ
bản, cơ sở, chuyên ngành trong suốt thời gian học tập tại Học viện.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đát đã nhiệt tình hướng dẫn, cung
cấp tài liệu cần thiết giúp em hoàn thành luận văn và có tầm nhìn tổng quát khi tìm hiểu
thực hiện đề tài.
Ngoài ra, xin cám ơn tất cả bạn bè đồng môn đã cùng nhau học tập, thực hành, trao
đổi, cập nhật những thông tin, kiến thức bổ ích suốt 4 năm qua.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Vũ Việt Cường
Lớp D2004VT
13
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
Chương I Giới thiệu chung về WiMax
1.1 Lịch sử ra đời của truy cập không dây.
Các mạng truy nhập vô tuyến hiện nay phát triển theo hai hướng đó là công nghệ di

động tế bào và các công nghệ khác như WLAN, WIMAX, Đó cũng là hai xu hướng
công nghệ phổ biến nhất hiện nay.
Vào cuối những năm 1990, các hệ thống 2G được phát triển theo hai hướng. Chúng
được chuyển đến các tần số cao hơn khi có nhiều băng rộng di động tế bào trở nên sẵn có
ở Châu Âu và Mĩ, và được sửa đổi để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu thêm vào thoại. Đặc biệt
vào năm 1994, Ủy ban truyền thông liên bang (FCC) bắt đầu bán đấu giá phổ trong băng
tần các hệ thống truyền thông cá nhân (PCS) 1.9GHz cho các hệ thống di động tế bào.
Các nhà khai thác mua được phổ trong băng này có thể thông qua bất kì chuẩn nào. Các
nhà khai thác khác nhau chọn các chuẩn khác nhau, vì thế GSM, IS-136 và IS-95 đã được
triển khai ở băng 1900MHz trong các khu vực khác nhau làm cho việc Roaming trong
nước gặp nhiều khó khăn. Thực tế có nhiều điện thoại di động tế bào số xuất hiện. Các hệ
thống GSM hoạt động trong băng tần PCS được xem như các hệ thống PCS 1900. Các
chuẩn IS-136 và IS-95 (CDMAOne) được chuyển sang băng PCS với tên gọi giữ nguyên.
Châu Âu cấp phát thêm phổ di động tế bào trong băng 1.8GHz. Chuẩn cho băng tần này
được gọi là GSM 1800 hay DCS 1800 ( Hệ thống di động tế bào số), sử dụng GSM như
chuẩn cơ bản với một số thay đổi để cho phép chồng lấn giữa các tế bào vi mô và vĩ mô.
Các điện thoại không dây thế hệ hai như DECT, hệ thống truyền thông truy nhập cá nhân
(PACS) và hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân (PHS) cũng hoạt động trong băng tần
1.9GHz nhưng các hệ thống này hầu hết chỉ hỗ trợ các dịch vụ tổng tài nhánh riêng
(PBX).
Các hệ thống 2G thêm khả năng về dữ liệu được gọi là các hệ thống 2.5G. Các hệ
thống GSM theo các cách nâng cấp khác nhau để cung cấp các dịch vụ dữ liệu. Đơn giản
nhất được gọi là dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD), cho phép đến 4 khe thời
gian liên tiếp được gán cho một người dùng và cung cấp tốc độ truyền dẫn cực đại là
57.6Kbps. Chuyển mạch kênh khá bất lợi cho dữ liệu, vì thế sự nâng cấp hoàn thiện hơn
cung cấp cho dữ liệu chuyển mạch gói được phân lớp ở phần đầu của thoại chuyển mạch
kênh. Sự nâng cấp này được xem như dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS). Tốc độ dữ liệu
cực đại là 171.2Kbps có thể đạt được với GPRS khi 8 khe thời gian của khung GSM
được cấp cho một người dùng. Tốc độ dữ liệu của GPRS được nâng cấp lên thông qua
14

Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
điều chế và mã hóa tỉ lệ thay đổi, gọi là tốc độ dữ liệu được nâng cấp cho sự phát triển
của GSM (EDGE). EDGE cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến 384Kbps với tốc độ bit 48-
69.2Kbps trên mỗi khe thời gian. GPRS và EDGE tương thích với IS-136 cũng như
GSM, và do đó cung cấp hướng nâng cấp hội tụ của cả hai hệ thống này. Hệ thống IS-136
được nâng cấp lện tốc độ dữ liệu 40-60Kbps bằng cách gộp chung các khe thời gian và sử
dụng điều chế ở mức cao, sự phát triển này được gọi là IS-136HS (tốc độ cao).
Chuẩn IS-95 đã được sửa đổi để cung cấp các dịch vụ dữ liệu bằng cách gán nhiều
chức năng trải phổ trực giao cho một người dùng. Tốc độ dữ liệu cực đại là 115.2Kbps,
mặc dù trong thực tế chỉ đạt khoảng 64Kbps. Sự phát triển này được xem như IS-95b.
Sự phân đoạn của các chuẩn và các băng tần trong hệ thống 2G đã dẫn đến việc
Liên Minh viễn thông quốc tế vào cuối 1996 đã làm thành công kế hoạch cho một băng
tần toàn cầu và chuẩn hóa cho hệ thống di động tế bào số hóa thế hệ ba (3G). Chuẩn này
được đặt tên là viễn thông di động quốc tế 2000 (IMT-2000). Thêm vào các dịch vụ thoại,
IMT-2000 đã cung cấp tốc độ dữ liệu Mbps theo yêu cầu các ứng dụng như truy nhập
Internet băng rộng, trò chơi tương tác, và giải trí hình ảnh và tiếng chất lượng cao. Thỏa
thuận về một chuẩn duy nhất không trở thành hiện thực, với hầu hết các quốc gia hỗ trợ
một trong hai chuẩn cạnh tranh nhau là CDMA2000 (tiếp theo tích hợp với CDMA One)
được hỗ trợ bởi dự án cộng tác thế hệ ba thứ hai (3GPP2) và CDMA băng rộng
(WCDMA, tiếp theo tích hợp với GSM và IS-136) được hỗ trợ bởi dự án cộng tác thế hệ
ba (3GPP). Cả hai chuẩn này đều sử dụng CDMA với điều khiển công suất và các đầu
thu RAKE nhưng tốc độ chip và chi tiết các đặc điểm khác là khác nhau. Cụ thể,
CDMA2000 và WCDMA là các chuẩn không tương thích, vì thế điện thoại phải có hai
chế độ để hoạt động với cả hai hệ thống.
Nhằm nâng cao tốc độ truyền và nhận dữ liệu giải pháp 4G được mong đợi để cung
cấp lên đến 100Mbps. Giải pháp này sẽ dựa trên sự kết hợp của định dạng tín hiệu không
gian- thời gian đa sóng mang. Các kiến trúc mạng bao gồm các mạng vi mô- vĩ mô và
siêu nhỏ và các mạng vùng gia đình HAN và mạng vùng cá nhân PAN.
Mạng truy nhập không dây băng rộng (BWA) miêu tả một phạm trù khác của mạng

không dây. Mạng BWA điển hình hoạt động trong trải phổ vô tuyến có cấp phép. Nó là
thế hệ ngay trước khi Wimax (Sự tương tác toàn cầu đối với truy nhập vi ba) đi vào thực
tế. Các mạng không dây băng rộng đầu tiên là WLAN được xây dựng trên cơ sở họ các
chuẩn IEEE 802.11. Chuẩn 802.11 đầu tiên được phát hành vào 1997, chiếm 83.5MHz
băng thông trong băng tần 2.4GHz không cấp phép. Nó sử dụng điều chế PSK với trải
15
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
phổ nhảy tần FHSS và trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS. Tốc độ dữ liệu lên đến 2Mbps được
hỗ trợ với CSMA/CA được sử dụng cho truy nhập ngẫu nhiên.
Hình 1.1: Xu hướng phát triển của mạng truy nhập vô tuyến
Một đối thủ của các chuẩn 802.11 cũng như hệ thống di động tế bào là chuẩn IEEE
802.16 được gọi là Wimax. Chuẩn này đảm bảo truy nhập không dây băng rộng với tốc
độ dữ liệu được đề nghị 40Mbps cho người dùng cố định và 15Mbps cho người dùng di
động với một phạm vi vài kilomet.
Một phạm trù khác của công nghệ không dây là di động không dây. Mạng di động
không dây đã được phát triển rộng rãi khắp thế giới, chúng đã thay thế cho PSTN là dịch
vụ điện thoại cơ bản trong nhiều quốc gia. Có nhiều hơn một tỉ thuê bao di động khắp thế
giới. Ban đầu được thiết kế như một sự mở rộng không dây cho các mạng thoại, ngày nay
mạng di động không dây đưa ra truy nhập Internet và các dịch vụ đa phương tiện đầu
cuối tốc độ cao. Mặc dù tốc độ dữ liệu được đề nghị bởi mạng di động không dây về cơ
bản thấp hơn WLAN, sự bao phủ rộng của chúng đã làm cho chúng phù hợp với hoạt
động kinh doanh và những người dùng làm thương mại. Mạng di động không dây hoạt
động theo trải phổ vô tuyến có cấp phép.
16
Vũ Việt Cường
Khoảng cách liên lạc
2～3Km
Mobile speed
Data rate (Mbps)

Cao
Thấp
Cao
～100
～10
～3
～50
Thấp
802.11b
802.11a
802.11b
WiFi
802.16e 802.16a
WiMax
PHS
HSDPA
2/2.5G
3/3.5G
Di động tế bào
WLAN
4G, 802.20, etc.
100m max.　　
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
Trong những ngày đầu của truyền thông dữ liệu, lập nên mạng giữa các máy tính đã
được thực hiện bằng cách kết nối một số thiết bị đầu cuối đến một khung chính đắt tiền
để chia sẻ thông tin và xử lí công suất trong một tổ chức. Trong những năm 1990 với sự
xuất hiện của Internet và việc triển khai rộng rãi các mạng truyền thông di động, đến thời
đại của máy tính cá nhân và các truyền thông cá nhân trong đó các cá thể có thể trao đổi
thông tin bởi các máy tính cá nhân và các điện thoại di động. Ngày nay chúng ta bước
vào thời đại của truyền thông được hội tụ và máy tính trong cả các điện thoại di động và

các thiết bị máy tính cá nhân trở nên tích hợp.
Trong tương lai, được mong đợi là cơ sở hạ tầng truyền thông di động sẽ trở nên
phổ biến, và các loại mạng khác nhau sẽ được hợp nhất hoàn toàn. Các mạng thoại và dữ
liệu sẽ được hội tụ đến một mạng dữ liệu chung dựa trên IP. Các thiết bị đầu cuối di động
sẽ trở thành các thiết bị thông tin mạng lưới mà bao gồm tất cả hoặc một phần của các
chức năng điện thoại di động, các máy tính, các máy trợ lí cá nhân dùng kĩ thuật số
(PDA), truyền hình số, máy ghi âm video số và trò chơi giao tiếp người- máy. Các thiết bị
đầu cuối thông tin sẽ đưa ra chức năng của các bộ cảm biến thông minh mà hỗ trợ cuộc
sống hàng ngày của người dùng cả ở nhà và nơi làm việc. Điều này sẽ được thực hiện bởi
một nhóm lớn các thiết bị được đặt ở nhiều vị trí khác nhau trong môi trường nơi mà
chúng tự động cảm nhận các điều kiện trong thế giới thực, trao đổi thông tin được tập
hợp, làm một số hành động kết hợp và gửi thông tin được tập hợp đến một bộ điều khiển
từ xa nếu cần thiết. Yêu cầu của các mạng phổ biến trên cơ sở hạ tầng mạng được thảo
luận và sự hội tụ của các loại mạng khác nhau của các mạng truyền thông di động được
khảo sát. Cụ thể, chúng ta sẽ nghiên cứu hai phương pháp song song để hội tụ mạng,
chúng được đưa ra bởi công nghệ di động tế bào và các nhóm làm việc IEEE 802.
Đến thời điểm này, hầu hết các mạng tế bào bao gồm cả các hệ thống thế hệ hai và
một phần của thế hệ ba, là các hệ thống chuyển mạch kênh dựa trên giao thức báo hiệu
SS7. Các mạng dựa trên SS7 hoàn toàn tối ưu cho các người dùng di động về nhận thực,
cấp phép và thanh toán (AAA), quản lí tính di động và cung cấp dịch vụ. Do các loại
mạng truy nhập này tập trung vào thoại, chúng được thêm các yếu tố bởi các dịch vụ gói
như là GPRS và EDGE cho GSM, 1xEV-DO và 1xEV-DV cho CDMA 2000 và HSDPA
cho UTRAN. Trong các mạng này, không may các gói của các thuê bao phải qua nhiều
đường biên môi trường, vì thế chất lượng dịch vụ QoS có thể không đáp ứng được mong
đợi của khách hàng. Ngoài ra, chi phí đắt đỏ để duy trì hai mạng riêng biệt cho dữ liệu và
thoại. Hiện nay, các mạng 3GPP được nâng cấp theo hướng hoàn toàn IP và hợp nhất với
các mạng dựa trên IP khoảng cách ngắn tốc độ cao như các mạng LAN không dây
(WLAN). Mục tiêu được dự định trong tương lai là để cung cấp cho các mạng phổ biến
17
Vũ Việt Cường

Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
sử dụng IP như công nghệ mạng duy nhất và sử dụng các hệ thống nhận thực, cấp phép
và thanh toán hợp nhất được điều khiển bởi các nhà khai thác mạng tế bào. Hình dưới cho
thấy kiến trúc của hệ thống WLAN trên thực tế, trong đó các thiết bị đầu cuối WLAN
truy nhập mạng thông qua điểm truy nhập AP. Các điểm truy nhập khác nhau được kết
nối bởi một mạng phân phối lớp 2, mạng này được kết nối đến mạng đường trục IP qua
một router truy nhập AR. Profile người dùng được lưu trong cơ sở dữ liệu người dùng
(DB) và các chức năng nhận thực, cấp phép và thanh toán được phục vụ bởi máy chủ
AAA. Máy chủ AAA theo tiêu chuẩn dựa trên giao thức RADIUS, một giao thức nổi
tiếng được sử dụng trong các mạng truy nhập Internet.
Các nhà khai thác mạng tế bào có nền tảng khách hàng lớn, bảo mật đã được kiểm
tra, các báo cáo chăm sóc khách hàng đúng đắn và các hệ thống hóa đơn và tính cước tin
cậy. Do đó, nhóm tương tác mạng 3GPP-WLAN hiện nay tập trung vào phục phụ các
người dùng WLAN với máy chủ UTRA AAA và các máy chủ nhà thuê bao HSS. Khi
một đầu cuối WLAN truy nhập mạng WLAN, nó có thể chọn mạng tế bào nhà của nó
giữa một danh sách các mạng di động mặt đất công cộng ảo (PLMN) mà có thỏa thuận
Roaming với nhà khai thác WLAN. Phương pháp hợp nhất này có thuận lợi của việc bảo
vệ vốn đầu tư của các nhà khai thác 3G. Do các mạng UTRA cung cấp truy nhập IP qua
miền mạng lõi chuyển mạch gói (PSCN), nó hiệu quả về chi phí và có thể dễ dàng mở
rộng để hợp nhất các mạng tế bào với các mạng dữ liệu dựa trên nền IP khác như là các
mạng cá nhân không dây WPAN. Không may, mặc dù phương pháp này đề nghị một dịch
vụ hóa đơn và các Profile thuê bao thống nhất, nó không bảo đảm tính liên tục của phiên
qua các ranh giới mạng giữa WLAN và UTRAN.
Một phương pháp tương tác 3G-WLAN khác được đề xuất cho CDMA 2000 1x, tận
dụng IP di động để cho phép chuyển giao không ngắt quãng giữa các mạng để duy trì các
phiên đang xẩy ra. Mạng lõi CDMA 1x hỗ trợ IP di động. Do đó, nó có thể trực tiếp được
hợp nhất với một mạng WLAN qua một cổng WLAN. Cổng WLAN được yêu cầu để hỗ
trợ IP di động để điều khiển tính di động và các dịch vụ AAA để tương tác với các máy
chủ AAA trong mạng nhà CDMA 2000. Điều này sẽ cho phép các nhà khai thác CDMA
2000 1x tập hợp các báo cáo thanh toán WLAN và tạo ra các khai báo hóa đơn thống nhất

cho các thuê bao.
Các phương pháp ở trên cho sự tương tác 3G-WLAN được gọi là “cặp lỏng lẻo” khi
các mạng WLAN có thể được kết nối trực tiếp đến mạng Internet. Một cách khác của
việc hợp nhất các mạng 3G với các mạng WLAN được gọi là “cặp tương tác chặt chẽ”.
Khái niệm của nó là để làm cho WLAN xuất hiện tới mạng lõi 3G như một mạng truy
18
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
nhập vô tuyến khác. Trong trường hợp này, cổng WLAN ẩn đi các chi tiết của mạng
WLAN đến lõi 3G, và bổ sung tất cả giao thức 3G được yêu cầu trong mạng truy nhập vô
tuyến 3G như quản lí tính di động và nhận thực. Các đầu cuối di động trong phương pháp
này được yêu cầu để bổ sung chồng giao thức 3G tương ứng vào đỉnh của chồng giao
thức WLAN và chuyển mạch từ một lớp vật lí đến lớp khác nếu cần thiết. Trong thực tế,
tất cả lưu lượng được tạo ra bởi các máy khách trong mạng WLAN được xen vào mạng
lõi 3G sử dụng chồng giao thức 3G. Khó khăn của phương pháp này là nó yêu cầu những
thay đổi đáng kể cho các thiết bị đầu cuối WLAN và cần kết nối vật lí rõ ràng đến mạng
lõi CDMA 2000 1x. Do đó cặp tương tác lỏng lẻo được ưa thích hơn.
Trái ngược với hướng được đưa ra bởi 3GPP và hầu hết các nhà khai thác mạng tế
bào ở Châu Âu và Nhật bản, một phương pháp hoàn toàn IP trực tiếp để hội tụ mạng
được đưa ra bởi các nhóm làm việc IEEE 802. Phương pháp này không cố gắng để bảo vệ
vốn hay phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng chuyển mạch kênh hiện có. Để thay thế, nó cố gắng
xây dựng những mở rộng không dây phổ biến cho Internet.
Trong các nhóm làm việc IEEE 802 một họ các hệ thống không dây được phát triển
để cung cấp các nhu cầu cho các hệ thống khác nhau của truyền thông không dây bao
gồm các mạng vùng cục bộ không dây (WLAN) và các mang cá nhân không dây
(WPAN). Gần đây họ IEEE 802 đã mở rộng cho truy nhập không dây băng rộng cố định
(FBWA) (WIMAX), truy nhập không dây băng rộng di động và tương tác của các hệ
thống họ 802. Các hệ thống này phục vụ các ứng dụng khác nhau và đưa ra các mạng
thành phần cần thiết cho các mạng phổ biến.
Ngày nay các mạng Wimax đã bắt đầu được chào đón như các mạng BWA của

tương lai. Không như các mạng BWA ban đầu, Wimax tạo ra các chuẩn dựa trên phương
pháp để cung cấp truy nhập không dây băng rộng. Điều này nhằm tiết kiệm không gian
để góp phần hỗ trợ tương tác và phạm vi rộng lớn của các thiết bị và các dịch vụ.
Wimax là một thuật ngữ thương mại được dùng để nghiên cứu về một giải pháp
băng rộng không dây đã được chuẩn hóa, Wimax là Worldwide Interoperability for
Microwave Access. Wimax đã khởi đầu như một dịch vụ sóng vi ba tương đương, sau đó
nó phát triển vào việc giao dịch buôn bán với các mạng BWA cố định. Cuối cùng Wimax
nổi lên như một lựa chọn cạnh tranh với các mạng di động không dây.
1.2 Các chuẩn công nghệ truy nhập không dây băng rộng của IEEE
19
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax

Hình 1.2 Quy mô triển khai các chuẩn truy nhập băng rộng
1.3 Nguồn gốc và sự ra đời của chuẩn WIMAX
1.3.1 Tổ chức WIMAX FORUM
Wimax Forum là một tổ chức phi lợi nhuận được thành lập bởi sự liên hiệp của các
công ty nhằm mục đích tạo điều kiện cho việc triển khai và phát triển mạng truy cập
không dây băng rộng dựa trên 802.16.
Cuộc họp đầu tiên vào 04/2001 ở Antibe, Pháp. Với sự tham gia của các hãng sau:
Nokia, Harris. Cross Span, và Ensemble.
Tới 10/2005 thì tổ chức này đã có hơn 230 thành viên và có trong nhiều hãng nổi
tiếng như: Microsoft, Intel, Alvarion, Fujitsu Microeletronics Americal,…
Chủ tịch hiện nay là Non Resnick (Intel).
Tổ chức này sẽ quyết định và chỉ đạo việc kiểm tra tính tương tác và trao cho các
nhà sản xuất thiết bị nhãn chứng nhận Wimax (Wimax Certified). Mục đích cuối cùng là
mang lại lợi ích cho người dùng đầu cuối, họ có thể mua sản phẩm theo chọn lựa của
20
Vũ Việt Cường
IEEE 802.15.3

UWB, Bluetooth
Wi-Media, BTSIG,
MBOA
WAN
MAN
LAN
PAN
ETSI
HiperPAN
IEEE 802.11
Wi-Fi Alliance
ETSI-BRAN
HiperLAN2
IEEE 802.16d
WiMAX
ETSI HiperMAN &
HIPERACCESS
IEEE 802.20
IEEE 802.16e
3GPP (GPRS/UMTS)
3GPP2 (1X /CDMA2000)
GSMA, OMA
RAN
IEEE 802.22
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
mình mà đảm bảo chắc chắn sản phẩm đó sẽ tương thích với các sản phẩm đã được
chứng nhận khác.
+Airspan Networks +Intel +RF Magic
+Alvarion +L3 Primewave +SiWave
+Andrew Corporation +LCC +SiWorks

+Aperto Networks +NEWS IQ +Stratex Networks
+Atheros Comm. +Nokia +Tower Stream
+China Motion Telecom +OFDM Forum +The Telnecity Group
+Compliance +Powerwave +TurboConcept
Certification Services Technologies +Wavesat Wireless
+Engim +Proxim +WiLAN
Hình 1.3 Các thành viên của tổ chức Wimax Forum
1.3.2 Lịch sử WIMAX
Nhóm công tác IEEE 802.16 là nhóm đầu tiên chịu trách nhiệm phát triển chuẩn
802.16 bao gồm giao diện không gian cho truy nhập không dây băng rộng. Hoạt động
của nhóm khởi đầu trong một cuộc họp vào 08/1998. được gọi là kiểm tra hệ thống điện
tử không dây quốc gia( N-WEST), đây là một bộ phận của viện nghiên cứu công nghệ và
chuẩn hóa quốc gia Mĩ. Ban đầu nhóm tập trung vào việc phát triển các chuẩn và giao
diện không dây cho băng tần 10-676GHz. Sau đó dự án sửa đổi dẫn đến việc tán thành
chuẩn IEEE 802.16a tập trung vào băng tần 2-11GHz. Sự phê chuẩn cuối cùng chi tiết kĩ
thuật giao diện không gian 802.16a là vào 01/2003.
ETST đã tạo ra chuẩn MAN không dây cho băng tần 2-11GHz. Chuẩn ETSI
HiperMAN đã được đưa ra vào 10/2003. ETST làm việc gần gũi với nhóm IEEE 802.16
và chuẩn HiperMAN về cơ bản là theo chỉ dẫn 802.16. Chuẩn HiperMAN cung cấp việc
truyền thông cho mạng không dây trong các băng tần 2-11GHz ở Châu Âu. Nhóm làm
21
Vũ Việt Cường
Mesh in Wimax Chương I Giới thiệu chung vê Wimax
việc HiperMAN tận dụng lược đồ điều chế OFDM FFT 256 điểm. Là một trong những
lược đồ điều chế được định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.16a.
Wimax Forum giữ vai trò tương tự liên minh W-Fi trong WLAN, hỗ trợ phát triển
các sản phẩm MAN không dây dựa trên các chuẩn của Viện nghiên cứu của các kĩ sư
điện và điện tử (IEEE) và viện nghiên cứu các chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI). Wimax
Forum tin rằng một chuẩn chung cho truy nhập không dây băng rộng BWA sẽ làm giảm
chi phí thiết bị và thúc đẩy việc cải thiện hiệu năng. Bên cạnh đó, các nhà khai thác BWA

sẽ không bị ràng buộc trong một nhà cung cấp duy nhất do các trạm gốc BS sẽ tương
thích với thiết bị truyền thông cá nhân CPE của nhiều nhà cung cấp. Ban đầu tập trung
vào truyền thông cố định cho dải tần 10-66GHz, việc mở rộng quy mô lớn bắt đầu vào
01/2003 và chuyển sang cả lĩnh vực di động.
1.3.3 Khái niệm WIMAX
1.3.3.1 Khái niệm:
Wimax là khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba (Worldwide
Interoperability for Microwave Access)
Wimax là một công nghệ không dây dựa trên chuẩn 802.16 cung cấp các kết nối
băng rộng thông lượng cao qua khoảng cách xa. Công nghệ Wimax bao gồm các sóng vi
ba để truyền dữ liệu không dây. Wimax có thể được dùng cho một số ứng dụng như kết
nối băng rộng đầu cuối, các hotspot và các kết nối tốc độ cao cho các khách hàng kinh
doanh. Nó cung cấp kết nối mạng vùng thành thị không dây MAN với tốc độ lên tới
70Mbps và các trạm gốc Wimax trung bình có thể bao phủ từ 5 đến 10km.
Wimax dựa trên cơ sở tương thích toàn cầu được kết hợp bởi các chuẩn IEEE
802.16-2004 và IEEE 802.16e của IEEE và ETSI HiperMAN của ETSI. Trong đó
IEEE802.16-2004 cho cố định và 802.16e cho dữ liệu di động tốc độ cao. Các chuẩn cố
định và di động đều được sử dụng trong băng tần cấp phép và không cấp phép.
Tuy nhiên miền tần số cho chuẩn cố định là 2-11GHz trong khi chuẩn di động là
dưới 6GHz.
Wimax hỗ trợ cả tầm nhìn thẳng LOS ở phạm vi lên đến 50km và ở tầm nhìn không
thẳng NLOS khoảng từ 6-10km cho thiết bị truyền thông cá nhân CPE cố định.z
Tốc độ dữ liệu đỉnh cho chuẩn cố định sẽ hỗ trợ lên đến 70Mbps mỗi thuê bao,
trong phổ 20MHz, nhưng tốc độ dữ liệu tiêu chuẩn sẽ hơn 20-30Mbps. Các ứng dụng di
22
Vũ Việt Cường