Công nghệ vô tuyến băng rộng wimax và ứng dụng trong mạng viễn thông

Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
MỤC LỤC
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
1
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
2
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
DANH MỤC CÁC BẢNG
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
3
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
A
AAS adaptive antena system Hệ thống anten thích nghi
AK Authorization key Khoá Cấp phép
B
BE Best effort Cố gắng tối đa
BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit
BNI Base station network interface Giao diện giữa trạm gốc và mạng
BS Base station Trạm gốc
BW bandwidth Băng thông
BWA Broadband wireless access Truy nhập không dây băng rộng
C
CDMA code division multiple access Đa truy nhập chia mã
CA Certification authority Quyền Chứng thực
CP Cyclic Prefix Tiền tố Tuần hoàn
CPE Customer Premise 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
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DHCP Dynamic host configuration protocol Thủ tục cấu hình chủ không cố định
DL Downlink Hướng xuống
E
EDE Encrypt-Decrypt-Encrypt Mật mã-giải mã-mật mã
F
FEC
Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước
FBSS Fast Base Station Switching
Chuyển đổi trạm gốc nhanh
FDMA Frequency Division Multiple Access 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
FWA Fixed wireless access Truy nhập không dây cố định
H
H-FDD Half-duplex FDD FDD bán song công
HHO Hard Handoff Chuyển vùng cứng
I
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
IP Internet Protocol Thủ tục Internet
ITU International Telecommunications Hiệp hội viễn thông Quốc tế
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
4
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Union
K
KEK Key encryption key Khoá Mật mã Khoá

L
LAN Local area network Mạng nội bộ
LOS Line of sight Tia trực xạ
M
MAC Medium access control layer Lớp điều khiển truy nhập môi
trường
MAN Metropolitan area network Mạng khu vực thành phố
MIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường ra
MMDS Multichannel multipoint distribution
service
Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh
N
NLOS Non line of sight Tia không trực xạ
nrtPS Non-real-time polling service Dịch vụ thăm dò không thời gian
thực
O
OFDM Orthogonal frequency division
multiplexing
Ghép kênh chia tần số trực giao
OFDMA Orthogonal frequency division
multiple access
Đa truy nhập chia tần số trực giao
P
PARP Peak-to Average Power Ratio Công suất tương đối cực đại
PCMCIA Personal Computer Memory Card
International Association
Hiệp hội quốc tế về tấm mạch 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
PER Packet Error Rate Tỷ lệ lỗi gói
PHY Physical layer Lớp vật lý
PKM Privacy key management Quản lý khoá riêng
PMP Point - to - multipoint Điểm đa điểm
Q
QAM Quadrature amplitude 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
R
REQ Request Yêu cầu
rtPS Real-time polling service Dịch vụ thăm dò thời gian thực
Rx Reception Thu
S
SA Security association Tập hợp bảo mật
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
5
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
SAID Security association identifier Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật
SAP Service access point Điểm truy nhập dịch vụ
SC Single carrier Kênh mang đơn
SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ
SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SF Service flow Luồng dịch vụ
SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm
SS Subscriber Station Trạm thuê bao
T
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 gian

TEK Traffic encryption key Khoá mật mã lưu lượng
Tx Transmission Truyền dẫn
U
UL Uplink Hướng lên
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
6
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay Internet được coi như một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại
với những dịch vụ mới như: mua bán trực tuyến, chơi game trực tuyến, xem truyền hình,
hay như các dịch vụ ngân hàng, du lịch, học trực tuyến… Cùng với sự phát triển bùng nổ
của các loại hình dịch vụ tên Internet là sự phát triển của các công nghệ truy nhập nhằm
đáp ứng các đòi hỏi về băng thông cho truy cập Internet. Các công nghệ truy nhập được
phát triển rộng khắp từ công nghệ hữu tuyến cho đến các công nghệ vô tuyến.
Công nghệ WiMAX ra đời phù hợp với xu thế phát triển chung đó. Công nghệ
WiMAX là công nghệ vô tuyến băng rộng. Công nghệ WiMAX được ra đời dựa trên họ
tiêu chuẩn IEEE 802.16. Công nghệ WiMAX ra đời nhằm bổ sung vào các công nghệ vô
tuyến hiện tại với ưu điểm tốc độ cao, phạm vi phủ sóng rộng rãi.
Đồ án này tập trung vào nghiên cứu tìm hiểu các kĩ thuật được WiMAX sử dụng và
các ứng dụng của WiMAX trong mạng viễn thông. Bên cạnh đó đồ án cũng đưa ra các so
sánh giữa WiMAX với một số công nghệ khác, những công nghệ sẽ cạnh tranh trực tiếp
với công nghệ WiMAX ở hiện tại và trong tương lai
Đồ án gồm 4 chương như sau
Chương I: Tổng quan về WiMAX. Trong chương này sẽ chỉ ra khái niệm về WiMAX,
tình hình chuẩn hóa WiMAX và tình hình phát triển WiMAX trên thế giới và Việt Nam.
Chương II: Một số đặc điểm kĩ thuật của WiMAX. Trong chương này sẽ đi vào phân tích
và giới thiệu các kĩ thuật được sử dụng trong WiMAX.
Chương III: So sánh WiMAX với các công nghệ khác. Chương này sẽ đi vào so sánh
công nghệ WiMAX với một số công nghệ cạnh tranh trực tiếp với WiMAX như công
nghệ Wifi, HSPA, LTE.

Chương IV: Ứng dụng WiMAX trong viễn thông. Chương này sẽ đi vào tìm hiểu một số
ứng dụng của WiMAX trong mạng viễn thông.

Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
7
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ WIMAX
1.1 Khái niệm
WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là hệ thống truy nhập
vô tuyến liên mạng toàn cầu được xây dựng dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16
WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Mục đích của tiêu chuẩn này là tập
trung vào giải quyết và phát triển các vấn đề liên quan tới giao diện mạng vô tuyến băng
rộng điểm-đa điểm trên cơ sở tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) ở băng tần hoạt động từ
10 cho tới 66 GHz và dưới 11 GHz gồm: các vấn đề kĩ thuật trong lớp vật lý PHY, lớp
điều khiển truy nhập MAC (Medium Access Control). WiMAX có hai phiên bản chính và
hai phiên bản này đã được chuẩn hóa bởi tổ chức IEEE đó là:
- WiMAX cố định: Được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004. Wiamx cố
định sử dụng các phương pháp kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
(OFDM) hoạt động ở cả hai môi trường LOS và NLOS.
- WiMAX di động: Được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e. Tiêu chuẩn này
được phát triển lên từ tiêu chuẩn 802.16-2004, với các kĩ thuật khác phục vụ cho các thiết
bị người dùng là di động gồm: chuyển giao (handoff), chuyển vùng (roaming). Hệ thống
này sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao.
1.2 Các loại truy nhập trong wimax
WiMAX có 5 hình thức truy nhập khác nhau dựa trên hai phiên bản WiMAX cố
định và di động. Các hình thức truy nhập trong WiMAX bao gồm:
Truy nhập cố định: thiết bị người sử dụng luôn cố định tại một vị trí trong suốt thời
gian hoạt động và luôn được kết nối với chạm gốc
Truy nhập lưu động (nomadic) : tức là thiết bị người sử dụng là cố định trong trong

thời gian kết nối mạng. Khi mà người sử dụng di chuyển sang một vị trí khác, ví dụ như
là một ô khác thì thiết bị người sử dụng sẽ được nhận dạng và sẽ được kết nối với mạng.
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
8
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Trong quá trình kết nối với mạng thiết bị người sử dụng có thể được lựa chon trạm gốc tốt
nhất.
Truy nhập xách tay (Laptop): Với kiểu truy nhập này, thiết bị người sử dụng luôn
được kết nối với mạng khi người sử dụng di chuyển với tốc độ người đi bộ trong vùng
mạng phủ sóng. Khả năng chuyển vùng hạn chế có thể được sử dụng để chuyển vùng khi
mà người sử dụng di chuyển từ ô này sang ô khác trong cùng một mạng.
Truy nhập di động hạn chế: Với kiểu truy nhập này người sử dụng có thể được kết
nối liên tục khi đang sử dụng các ứng dụng phi thời gian thực với tốc độ di chuyển của
ôtô trong vùng phủ sóng của mạng. Khả năng chuyển vùng được sử dụng để chuyển vùng
khi người sử dụng di chuyển từ ô này sang ô khác trong cùng một mạng với ứng dụng phi
thời gian thực ví dụ : dịch vụ số liệu, đọc báo, nghe nhạc…
Truy nhập di động: Người sử dụng luôn được kết nối với mạng với tốc độ di
chuyển cáo với tất cả các ứng dụng phi thời gian thực và thời gian thực. Khả năng chuyển
vùng sẽ được sử dụng để người sử dụng di chuyển từ ô này sang ô khác khi đang sử dụng
các dịch vụ thời gian thực: thoại, thoại có hình…
Bảng 1.1 Các loại truy nhập trong WiMAX
TT
Loại truy
nhập
Thiết bị
Vị trí/
Tốc độ
Chuyển
vùng
802.16 -

2004
802.16 e
1.
Cố định Outdoor và Indoor
CPE
1 vị trí/
Đứng im
Không Có Có
2.
Lưu động Indoor CPE
PCMIA card
Nhiều vị trí/
Đứng im
Không Có Có
3.
Xách tay Laptop PCMCIA
mini card
Nhiều vị trí/
Đi bộ
Chuyển
vùng cứng
Không Có
4.
Di động thông
thường
Laptop PCMCIA
mini card PDA
hoặc smartphone
Nhiều vị trí/
Tốc độ xe cộ

thấp
Chuyển
vùng cứng
Không Có
5.
Di động đầy đủ
(Full)
Laptop PCMCIA
mini card PDA
hoặc Smarphone
Nhiều vị trí/
Tốc độ xe cộ
cao
Chuyển
vùng mềm
Không Có
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
9
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
1.3 Mô hình hệ thống WiMAX
Về cơ bản, mô hình hệ thống WiMAX chung cũng giống như mạng di động tế bào
truyền thống. Hệ thống WiMAX bao gồm hai phần: Trạm gốc WiMAX và thiết bị người
sử dụng. Thiết bị người sử dụng có thể là di động hoặc cố định.
Trạm gốc WiMAX: Các hệ thống trạm gốc WiMAX chịu trách nhiệm cung cấp
giao diện vô tuyến đến các thiết bị người dùng. Ngoài ra trạm gốc WiMAX cũng là thiết
bị giao tiếp với các hệ thống cung cấp dịch vụ mạng lõi thông qua hệ thống cáp quang,
hay là kết hợp với các tuyến viba điểm – điểm để kết nối các nude.
Thiết bị người sử dụng: Đây là thiết bị giao tiếp với người sử dụng. Các thiết bị
người dùng có thể là cố định hoặc di động. Đối với các thiết bị người sử dụng là cố định
thì có thể có các ăng-ten thu sóng vô tuyến. Các ăng-ten này có thể đặt ngoài trời hay là

trong nhà. Còn đối với các thiết bị người dùng là di động như: PDA, laptop, mobile…
Hình 1.1 Mô hình hệ thống WiMAX
Về cơ bản hệ thống WiMAX chung có hai phần là trạm gốc và thiết bị người sử
dụng. Nhưng đối với mỗi mô hình WiMAX di động và WiMAX cố định sẽ được xây
dựng theo các tiêu chuẩn khác nhau mà IEEE đã đưa ra
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
10
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Đối với hệ thống WiMAX cố định, hệ thống này được xây dựng dựa trên tiểu chuẩn
IEEE 802.16-2004. Theo tiêu chuẩn này các thiết bị ăng ten người sử dụng có thể được
đặt trong nhà hay ngoài trời, và các ăng ten này là được đặt cố định. Băng tần công tác
(theo qui định và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5 GHz hoặc 3,5 GHz, độ rộng băng
tần là 3,5 MHz. Hệ thống WiMAX cố định có thể phục vụ cho các người sử dụng (user)
là, hộ gia đình, các công ty, xi nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ. Các người sử dụng này có
thể phân tán ở vùng sâu, vùng xa, khó có khẳ năng đưa hệ thống cáp hữu tuyến vào phục
vụ.
Đối với hệ thống WiMAX di động, hệ thống này được xây dựng dựa trên tiêu
chuẩn IEEE 802.16e. Hệ thống này sử dụng trong băng nhỏ hơn 6GHz. Hệ thống
WiMAX di động được xây dựng để hướng tới phục vụ cho các cá nhân di động, hệ thống
wimax di động này có thể kết hợp với hệ thống thông tin di động cellular để tạo nên một
vùng phủ sóng rộng.
1.4 Phân bổ băng tần trong WiMAX
Các băng tần sử dụng trong WiMAX được group IEEE 802.16 và WiMAX forum
tập trung xem xét. Theo các tổ chức này đã đưa ra các khuyến cáo, tập trung xem xét và
vận động các cơ quan quản lý tần số các nước phân bố cho WiMAX. Các băng tần được
sử dụng trong WiMAX bao gồm: băng (3600-3800 MHz), băng 3.5 GHz (3400-3600
MHz), băng 3.3 GHz (3300-3400 MHz), băng 2.5GHz (2500-2690 MHz), băng 2.3 GHz
(2300-2400 MHz), băng 5.8 GHz (5725-5850 MHz), băng dưới 1 GHz (700-800 MHz).
Băng 3.5 GHz (3400-3600 MHz)
Băng tần 3.5 GHz là băng tần được nhiều nước đưa vào để phân bổ cho hệ thống

truy nhập không dây băng rộng (WBA). Và WiMAX là một công nghệ không dây băng
rộng nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMAX. Vì vậy mà WiMAX forum đã thống
nhất sử dụng băng tần này cho công nghệ WiMAX.
Các hệ thống WiMAX ở băng tần này sử chuẩn 802.16-2004 cho các ứng dụng
WiMAX cố định và nomadic. Độ rộng mỗi kênh là 3.5 MHz hoặc là 7 MHz, chế độ song
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
11
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
công TDD hoặc FDD. Ở một số quốc gia cũng qui định băng tần này chỉ cho các ứng
dụng WiMAX cố định mà không kèm theo các ứng dụng của nomadic.
Ở Việt Nam hiện nay đã sử dụng băng tần này cho Vinasat nên việc sử dụng cho
WiMAX là không thể.
Băng 3600-3800 MHz
Băng tần này đang được sử dụng nhiều ở một số nước châu âu cho các hệ thống
băng rộng không dây của họ. Mặt khác một phần trong băng này (3.7-3.8 GHz) được sử
dụng nhiều cho hệ thống thông tin vệ tinh viễn thông, đặc biệt là khu vực châu á. Do vậy
băng tần này ít có khả năng sử dụng ở châu á.
Băng 3.3 GHz (3300-3400 GHz)
Băng tần này hiện tại đựơc phân bổ cho Trung Quốc và Ấn Độ. Và Việt Nam cũng
đang xem xét băng tần này để cấp phát chính thức. Hiện tại chưa có nhiều nước cấp băng
tần này nhưng các thiết bị WiMAX cho băng tần này vẫn được sản xuất với lý do là
Trung Quốc và Ấn Độ là hai thị trường lớn.
Chuẩn WiMAX áp dụng cho băng tần này tương tự như với băng 3.5 GHz: độ rộng
mỗi kênh là 3.5 MHz, và sử dụng cho WiMAX cố định, sử dụng các chế độ song công
TDD hoặc là FDD.
Băng 2.5 GHz (2500-2690 MHz)
Băng tần này được WiMAX forum ưu tiên sử dụng cho WiMAX di động theo
chuẩn 802.16e. Độ rộng băng tần sử dụng là 5 MHz và sử dụng chế độ song công TDD
hoặc FDD. Băng này sử dụng cho WiMAX di động được đánh giá là có thuận lợi hơn so
với các băng khác với lý do. Thứ nhất, so với các băng trên 3 GHz thì điều kiện truyền

sóng của băng tần này thích hợp hơn cho các ứng dụng di động. Thứ hai, băng tần này có
khả năng được triển khai ở nhiều nước cho các hệ thống không dây băng rộng và
WiMAX.
Băng tần này trước đây đựơc sử dụng cho các hệ thống truyền hình MMDS trên thế
giới, nhưng do MMDS không phát triển nên tại hội nghị thông tin vô tuyến thế giới năm
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
12
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
2000 đã xác định có thể sử dụng băng tần này cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
(3G). Tuy nhiên do hệ thống thông tin di động 3G chưa đưa vào sử dụng nên hiện tại ở
một số quốc gia đã sử dụng băng tần này cho hệ thống không dây băng rộng : Mỹ,
Mexico, Liên hiệp Anh
Băng tần 2.3 GHz
Băng này cũng có đặc tính giống như băng 2.5 GHz nên WiMAX forum cũng ưu
tiên băng tần này cho WiMAX di động. Ở Việt Nam hiện nay băng tần này cũng có khả
năng được triển khai cho WiMAX và hệ thống không dây băng rộng. Hiện tại đã sử dụng
băng tần này cho các thử nghiệm WiMAX ở Việt Nam.
Băng 5.8 GHz (5725-5850 MHz)
Băng tần này được WiMAX forum quan tâm vì đây là băng tần được nhiều nước
cho phép sử dụng mà không cần cấp phép. Băng tần này thíc hợp để triểm khai cho
WiMAX cố định, độ rộng phân kênh là 10 MHz, phướng thức song công được sử dụng là
TDD, không có FDD.
Băng tần dưới 1G
Với các tần số thấp sóng vô tuyến có khả năng truyền lan càng xa, do vậy việc đầu
tư cho hệ thống sẽ thấp đi. Vì vậy WiMAX forum cũng đang xem xét sử dụng các băng
tần dưới 1 GHz đặc biệt là băng 700-800 MHz.
Đối với một số quốc gia phát triển ví dụ như Mĩ. Nước này đang thực hiện chuyển
đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số nên sẽ giải phóng được một số băng tần
để sử dụng cho WiMAX và hệ thống không dây băng rộng.
Còn ở Việt Nam hiện nay chưa có lộ trình chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang

truyền hình số, mặt khác nhiều đài truyền hình địa phương cũng đang sử dụng băng tần từ
470-806 MHz. Do vậy việc sử dụng băng tần dưới 1 GHz cho WiMAX ở Việt Nam hiện
nay chưa được đề cập tới.
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
13
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
1.4 Tình hình chuẩn hóa WiMAX
Nhóm IEEE 802.16 được thành lập vào năm 1998. Nhóm được thành lập với mục
đích nhằm phát triển một tiêu chuẩn giao diện vô tuyến cho mạng không dây băng rộng.
Ban đầu, nhóm tập trung thảo luận nhằm phát triển một tiêu chuẩn cơ sở dựa trên yêu cầu
về tầm nhìn thẳng (LOS), hoạt động ở băng tần từ 10-66 Ghz bước sóng milimet. Kết quả
sau khi chuẩn hóa là vào tháng 12-2001 bộ tiêu chuẩn 802.16 đầu tiên được chấp nhận và
được công bố vào ngày 8/4/2002. Bô tiêu chuẩn này được gọi là bộ tiêu chuẩn IEEE
802.16-2001 (hay còn gọi là bộ tiêu chuẩn 802.16 original).
Ngay sau khi tiêu chuẩn đầu tiên ra đời thì nhóm tiếp tục nghiên cứu và đưa ra các
chuẩn tiếp theo.
Việc nghiên cứu và bổ xung thêm băng tần từ 2-11GHz vào bộ tiêu chuẩn 802.16-
2001 đã được ủy ban quản lý IEEE 802 chấp thuận vào chuẩn 802.16a, chuẩn này được
đưa ra vào ngày 29/1/2003 và được công bố vào ngày 1/4/2003. Ngoài việc bổ xung thêm
băng tần sử dụng thì tiêu chuẩn này cũng cho phép người sử dụng không cần phải các yêu
cầu về kết nối thẳng (tức là NLOS), ngoài ra tiêu chuẩn này còn bổ xung thêm phương
pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao vào lớp vật lý cơ sở.
Nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ cung ứng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian
thực (real time), thoại có hình (video call), video thông qua nhưng lớp dịch vụ khác nhau
thì chuẩn 802.16b đã được đưa ra. Chuẩn 802.16b sử dụng băng tần từ 5-6GHz. Sau này
thì chuẩn này đã được ghép vào với chuẩn 802.16a.
Ngày 11/12/2002 chuẩn IEEE 802.16c đã được đưa ra. Chuẩn này được đưa ra dựa
trên sự nghiên cứu sửa đổi bổ xung từ chuẩn IEEE 802.16. Chuẩn này đã bổ xung thêm
các định nghĩa về profile ở dải băng tần 10-66 GHz.
Với việc bổ xung thêm vào lớp MAC kiểu đa truy nhập phân chia theo tần số trực

giao (OFDMA) nhằm cải tiến các tiêu chuẩn trước đó, IEEE đã cho ra đời một tiêu chuẩn
mới. Tiêu chuẩn này đã thay thế toàn bộ cho các giải pháp WiMAX trước đó. Các giải
pháp trong bộ tiêu chuẩn này nhằm đưa ra các giải pháp cho hệ thống WiMAX cố định.
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
14
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Bộ tiêu chuẩn này được công bố vào ngày 24/6/2004, nó có tên là bộ tiêu chuẩn IEEE
802.16-2004.
Tháng 12/2005 tổ chức IEEE đã hoàn thành và công bố một chuẩn WiMAX mới.
Chuẩn WiMAX này được đưa ra nhằm mở rộng cho chuẩn WiMAX cố định trước đo
IEEE 802.16-2004. Chuẩn WiMAX này được đưa ra nhằm hỗ chợ cho các truy nhập di
động. Ngoài ra tiêu chuẩn này còn hỗ chợ cho đa đường vào, đa đường ra (MIMO), và
các hệ thống ăng-ten thích ứng. Mặt khác nó còn cải thiện khả năng tiết kiệm điện cho các
thiết bị di động và và các vấn đề liên quan đến bảo mật. Chuẩn này được công bố vào
01/2006 và có tên là IEEE 802.16e.
Ngoài ra còn rất nhiều các chuẩn bổ xung khác được IEEE đã và đang chuẩn hóa
như: 802.16f, 802.16j, 802.16k….
Mặc dù đã có rất nhiều tiêu chuẩn được IEEE đưa ra, nhưng hiện nay có hai tiêu
chuẩn chính đang được áp dụng để sản xuất thiết bị, và triển khai các ứng dụng WiMAX
đó là IEEE 802.16-2004 và 802.16e.
Dựa trên các tiêu chuẩn về chuẩn hóa, ta có thấy những lợi ích mà bộ tiêu chuẩn
IEEE 802.16 đã đem lại
- Xây dựng một phạm vi chuẩn để dễ dàng cho sự phát triển và phối hợp giữa các
nhà sản xuất, nhà cung cấp và cả người sử dụng.
- Thúc đẩy quá trình chứng nhận phối hợp hoạt động và tuân thủ cho các hệ thống
truy nhập vô tuyến băng rộng trên toàn cầu.
Như vậy, với mục tiêu đề ra, các tiêu chuẩn cho WiMAX có lợi ích hết sức to lớn đối
với các nhà sản xuất, các nhà cung cấp dịch vụ và cả người sử dụng dịch vụ.
 Đối với nhà sản xuất:
- Trên cơ sở tiêu chuẩn chung, nhà sản xuất có thể nhanh chóng phát triển các sản

phẩm mà ít phải chi phí cho việc nghiên cứu, tạo thánh phần và dịch vụ mới.
- Một nhà sản xuất có thể tập trung vào một lĩnh vực (chẳng hạn trạm gốc hay
CPE) mà không cần thực hiện đầy đủ giải pháp từ đầu cuối đến đầu cuối.
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
15
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
 Đối với nhà cung cấp dịch vụ:
- Trên cơ sở nền tảng chung cho phép nhà cung cấp dịch vụ giảm giá thành, tăng
khả năng cạnh tranh cũng như khuyến khích sự đổi mới.
- Khả năng giảm các chi phí và mức đầu tư cho phép nhà khai thác tăng phạm vi
phục vụ của mình.
- Nhà khai thác không cón phụ thuộc vào một nhà cung cấp thiết bị riêng do các
sản phẩm riêng biệt của từng hãng.
- Hệ thống vô tuyến cho phép giảm các rủi ro cho nhà khai thác.
 Đối với người sử dụng dịch vụ:
- Người sử dụng tại các khu vực trước đây chưa được cung cấp dịch vụ truy cập
băng rộng nay có thể được sử dụng nhờ khả năng phủ sóng rộng của WiMAX.
- Nhiều nhà cung cấp dịch vụ trên thị trường tạo điều kiện cho người sử dụng có
thêm nhiều lựa chọn cho dịch vụ truy nhập băng rộng.
- Tạo sự cạnh tranh có lợi cho người sử dụng, giảm các chi phí dịch vụ.
Các nhược điểm của công nghệ WiMAX:
- Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế sự
phổ biến công nghệ rộng rãi.
- Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo mật.
- Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do hiện giờ
đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau. Theo diễn dàn WiMAX 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.
- Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tin chính

thức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự
cố ra sao. Ngay cả ở Việt Nam, VNPT (với nhà thầu nước ngoài là Motorola,
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
16
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụ thể là ở Lào Cai
nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh, huyện chứ
chưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quả đáng kể của hệ thống.
Như vậy, có thể thấy rằng khả năng cũng như lợi ích của các hệ thống WiMAX dựa
trên họ chuẩn 802.16 là hết sức to lớn mặc dù nó vẫn tồn tại một số hạn chế. Nó cho phép
nhà cung cấp dịch vụ triển khai nhanh chóng các hệ thống mạng của mình, tăng khả năng
cạnh tranh đồng thời cho phép người tiêu dùng có thêm nhiều lựa chọn, tiết kiệm hơn
trong các chi phí. Điều này chính là động lực thúc đẩy các nhà sản xuất và các nhà cung
cấp dịch vụ phát triển hệ thống WiMAX.
Bảng 1.2 Tóm tắt các chỉ tiêu chính trong các chuẩn WiMAX
Chuẩn 802.16 802.16a 802.16e
Hoàn thành Tháng 12-2001 Tháng 1 - 2003 Tháng 12- 2005
Phổ tần số 10 - 66 GHz 2-11GHz < 6 GHz
Điều kiện truyền
Nhìn thẳng (Light
of Sight)
(Không nhìn thẳng)
Non Light of Sight
Không nhìn thẳng
Tốc độ tối đa 134 Mbps 75 Mbps 15 Mbps
Phương thức điều
chế
QPSK,
16 QAM,
64 QAM

OFDM 256, OFDMA 64
QAM, 16QAM, QPAK,
BPSK
Tương tự như
802.16a
Mức di động Cố định Cố định và xách tay Tới 120 Km/h
Độ rộng kênh 20, 25 và 28 MHz 1.25 - 20 MHz 5 MHz
Khoảng truyền
50 Km
(Bán kính cell 1,7
-> 5 Km)
50 Km
(Bán kính cell 5 -> 10 Km)
( Bán kính cell 1,7
-> 5 Km)
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
17
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
1.5 Tình hình phát triển WiMAX ở thế giới và Việt Nam
Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều nước thử nghiệm hoặc đã đưa vào sử dụng và
thương mại hóa công nghệ WiMAX. Đi đầu là các quốc gia Mĩ, Đức, Braxin…Hiện tại
WiMAX được coi là công nghệ đã vào thời kì chín muồi khi mà đã có rất nhiều sản phẩm
sử dụng công nghệ WiMAX được đưa ra bởi các nhà sản xuất thiết bị Alcatel, Alvarion,
Aperto, Airspan, Ericsson, Intel, IP Wireless, Lucent, Motorola, Nortel, Proxim, Redline,
Samsung, Siemens, Fujitsu Theo đó tất cả các nhà cung cấp thiết bị này cũng đều dựa
trên chíp của intel. Do vậy, lộ trình phát triển công nghệ WiMAX của Intel sẽ đóng vai trò
quyết định lộ trình triển khai của công nghệ WiMAX ra thị trường.
Hiện nay trên thế giới đã có một số nhà mạng triển khai, thương mại hóa WiMAX
như: Utah ở Nga, P1 ở Malaysia, Clearwire ở Nhật. Đặc biệt P1 đã triển khai WiMAX rất
thành công ở Malaysia. Tháng 3/2007, P1 là một trong bốn doanh nghiệp được cấp phép

triển khai WiMAX tại Malaysia với băng tần 2.3 GHz qua hình thức thi tuyển. Vào tháng
8/2008, P1 là công ty đầu tiên chính thức cung cấp dịch vụ WiMAX cho khách hàng tại
Malaysia. Hiện P1 đã có 200.000 khách hàng và vùng phủ sóng WiMAX đạt 40% và dự
kiến trong năm 2010 sẽ đạt trên 50%.
Năm 2006, tại Việt Nam, đã có 4 doanh nghiệp được Bộ Bưu chính Viễn thông cho
phép cung cấp thử nghiệm dịch vụ WiMAX cố định là Viettel, VTC, VNPT và FPT
Telecom. Sau khi thử nghiệm xong. Bộ sẽ lựa chọn 3 nhà cung cấp chính thứ cho loại
hình băng rộng không dây này.
Ngày 1/10/2007, Chính phủ đã cấp phép triển khai dịch vụ thông tin di động 3G và
dịch vụ truy nhập băng rộng không dây WiMAX (theo công văn 5535/VPCP-CN của văn
phòng Chính phủ). Đồng thời, Phó thủ tướng đã đồng ý cấp phép thử nghiệm dịch vụ
WiMAX di động cho 4 doanh nghiệp EVN Telecom, Viettel, FPT và VTC thử nghiệm tại
băng tần 2.3 - 2.4 GHz; VNPT thử nghiệm tại băng tần 3.4 – 3.6 GHz.
Ngày 27/10/2006 tập đoàn bưu chính viễn thông việt nam VNPT đã chính thức
triển khai thử nghiệm WiMAX cố định tại Việt Nam. VNPT đã triển khai thử nghiệm này
ở tỉnh Lào Cai. Thử nghiệm này đã được nghiệm thu thành công vào tháng 4 năm 2007.
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
18
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Ngày 11/12/2006 Viettel đã chính thức thử nghiệm cung cấp dịch vụ WiMAX trên
địa bàn Hà Nội. Trong quá trình thử nghiệm, khách hàng sử dụng ba lại thiết bị đầu cuối
là các thiết bị trong nhà, ngoài trời và di động. Đặc biệt là đối với thiết bị di động đã có
kết quả tốt với tốc độ download là từ 1Mbps đến 3Mbps với tốc độ di chuyển là 100
km/h.
Tháng 2/2009 công ty cổ phần FPT đã chính thức triển khai thử nghiệm WiMAX
tại Hà Nội. Hàng loạt ứng dụng đã được FPT Telecom đưa ra thử nghiệm cho người đang
di chuyển trên các phương tiện trong khu vực nội thành Hà Nội như truy cập web, xem
video, trao đổi dữ liệu, đàm thoại qua Internet (VoIP)… mà không cần bất kỳ một đường
cáp nào. Tốc độ truyền tải đạt được trong khoảng 14-15 Mb/giây (cố định) và 6,4
Mb/giây (di động).

Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
19
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
CHƯƠNG II
MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA CÔNG NGHỆ WIMAX
2.1 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM)
2.1.1 Nguyên lý
Nguyên lý của ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là phân chia
luồng dữ liệu thành nhiều luồng giữ liệu song song có tốc độ bit thấp hơn nhiều và sử
dụng các luồng con này để điều chế sóng mang với nhiều sóng mang con có tần số trực
giao với nhau. Hệ thống OFDM sẽ phân chia giải tần công tác thành các băng tần con
khác nhau cho điều chế, các băng tần con này trực giao với nhau về mặt toán học, tức là
các băng tần con có thể chèn lấn nhau để làm tăng hiệu quả về mặt phổ tần mà không gây
can nhiễu.
Sực trực giao giữa các sóng mang con được mô tả ở hình 2.1. Có thể hiểu sự trực
giao như sau: Tần số trung tâm của sóng mang con này sẽ rơi vào điểm 0 (null) của sóng
mang con khác.

Hình 2.1 Mô tả sự trực giao trong OFDM
Công nghệ OFDM sử dụng kĩ thuật đa sóng mang có sự chồng phổ đã có ưu điểm
hơn so với kĩ thuật đa sóng mang không chồng phổ là tiết kiệm được băng thông. Chính
sự chèn lấn giữa các phổ đã cho ta tiết kiệm được băng thông này.
Bên cạnh đó, công nghệ OFDM cũng cho ta giải quyết được một số các vấn đề của
FDMA và TDMA gặp phải. OFDM chia băng tần khả dụng thành nhiều kênh băng hẹp,
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
20
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
các sóng mang cho mỗi kênh này trực giao với nhau cho phép chúng giữ được khoảng
cách rất gần nhau mà không cần dải chắn như trong FDMA, không cần ghép kênh theo
thời gian như TDMA.

Mỗi sóng mang trong các tín hiệu OFDM có một băng thông rất hẹp, do đó tốc độ
ký tự thấp, điều này làm tín hiệu chịu đựng được ảnh hưởng trễ truyền đa đường, trễ
truyền đa đường phải rất lớn mới gây giao thoa ký tự ISI đáng kể (khoảng trên 100µS).
Hình 2.2 So sánh giữa FDM và OFDM
Cấu trúc cơ sở của một ký tự OFDM trong miền tần số được mô tả như hình dưới.
Kªnh mang d÷ liÖu
Kªnh mang DC
Kªnh mang pilot
Kªnh
D¶i b¶o vÖ
D¶i b¶o vÖ
Hình 2.3 Mô tả tần số OFDM
Trong đó một ký tự OFDM được hình thành từ rất nhiều các kênh mang con. Số lượng
các kênh mang con này sẽ ảnh hưởng đến độ dài của một ký tự. Trong một ký tự OFDM
thì sẽ bao gồm một số các kênh con sau:
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
21
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
- Các kênh con mang dữ liệu: để truyền dữ liệu
- Các kênh con mang pilot: để thực hiện cho các mục đích ước lượng khác nhau
- Các kênh con trống: sử dụng để bảo vệ và dành con kênh mang con DC
2.1.2 Điều chế đa sóng mang trực giao
Điều chế đa sóng mang trực giao là phương pháp điều chế có tập sóng mang bao
gồm các sóng mang con trực giao với nhau. Các tập sóng mang con được lựa chọn để
điều chế trong OFDM là :




=<<

=
#0
3,2,10)2cos(
)(
0
t
NkTttkf
t
k
π
φ
(2.1)
Với f
0
là khoảng cách giữa các sóng mang, và T là độ dài của ký tự OFDM
Hình 2.4 mô tả các sóng mang con trực giao với nhau được sử dụng trong OFDM

Hình 2.4 Các sóng mang trực giao với nhau
Sơ đồ nguyên tắc điều chế OFDM được minh họa tại hình 2.5
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
22
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên tắc điều chế OFDM
Tín hiệu OFDM được tạo ra giống như cách tạo các tín hiệu điều chế thông
thường. Mỗi sóng mang bị điều chế bởi số phức X
n,m
lấy từ tập các số phức trong phép
ánh xạ đa mức QAM, QPSK … của dữ liệu đầu vào. Chỉ số m cho biết thứ tự của toàn bộ
ký tự OFDM theo thời gian, m có thể nhận bất kỳ giá trị nguyên nào. Chỉ số n cho biết đó
là sóng mang thứ n trong tập N sóng mang (n =1, 2, …, N) hay chỉ số của ký tự dữ liệu

trong một ký tự OFDM. Một ký tự OFDM cần truyền là tổng của N tín hiệu sóng mang
con đã được điều chế.
∑
−
=
−=
1
0
,
)()(
N
n
nmnm
mTtXtx
φ
(2.2)
Trong miền thời gian tín hiệu OFDM là tổng của các ký tự OFDM theo thời gian.
∑ ∑∑
∞
−∞=
−
=
∞
−∞=
−==
m
N
n
nmn
m

m
mTtXtxtx
1
0
,
)()()(
φ
(2.3)
Nhờ các sóng mang trực giao với nhau nên giữa các kênh con cạnh nhau có thể
chồng phổ lên nhau mà không gây nhiễu giữa các kênh con với nhau (ICI). Hình 2.6 mô
tả mật độ phổ năng lượng của tín hiệu OFDM.
Hình 2.6 Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu OFDM
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
23
Dữ liệu
Dữ liệu
S/P Mã hóa & sắp xếp
Chèn Pilot
IFFT
Chèn dải bảo vệ
P/S
Kênh truyền
P/S
sắp xếp lại & giải mã
ước lưọng kênh

FFT
Loại bỏ dải bảo vệ
S/P
AWGN w(n)

Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Trong điều chế OFDM các thành phần mở rộng phổ (
N
T/)
εβ
+
của các kênh con
sẽ không ảnh hưởng tới băng thông của cả hệ thống, ngoại trừ hai kênh con đầu tiên và
cuối cùng. Do vậy băng thông của cả hệ thống là:

NN
T
N
T
N
B
≈
++
=
εβ
(2.4)
Hình 2.7 (a) Biên độ phổ của tín hiệu trên kênh con, b) Biên độ phổ
của tín hiệu OFDM gồm 4 sóng mang
2.1.3 Sơ đồ khối hệ thống OFDM

Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
24
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống OFDM
Đầu tiên, dòng dữ liệu vào với tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu song

song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P). Mỗi dòng dữ liệu song
song sau đó được mã hóa (Coding) sử dụng thuật toán FEC (Forward Error Correcting) và
được sắp xếp (Mapping) theo một trình tự hỗn hợp. Những ký tự hỗn hợp được đưa đến
đầu vào của khối IDFT (ở đây để thực hiện phép biến đổi IDFT người ta dùng thuật toán
IFFT). Sau đó khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI), nhiễu
xuyên kênh (ICI) do truyền trên các kênh vô tuyến di động đa đường. Dòng dữ liệu song
song lại được chuyển thành nối tiếp nhờ bộ chuyển đổi song song-nối tiếp (P/S). Cuối
cùng, bộ A/D phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục và chuyển đổi lên miền tần số
cao để truyền đi xa.
Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu tác động đến như nhiễu
Gausian trắng cộng (Additive White Gaussian Noise-AWGN).
Ở phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc nhận
được sau bộ D/A thu. Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển đổi từ miền
thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT (khối FFT). Sau
đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các sóng
mang nhánh sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã. Cuối cùng, chúng ta nhận lại
được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu.
Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (Serial-Parallel) và song song-nối tiếp (Parallel-
Serial)
Theo Shanon tốc độ dữ liệu cao nhất của một kênh truyền chỉ có nhiễu trắng
AWGN (không có phading) là:
C
max
= B.log
2
(1+) (bps)
Trong đó B là băng thông của kênh truyền (Hz).
là tỉ số tín hiệu trên nhiễu của kênh truyền.
Nguyễn Đức Hoàn-D06VT2 Đồ án tốt nghiệp
25