ứng dụng kỹ thuật ofdm trong wimax 4g

Lời cam đoan
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất
cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước.
Mục lục
MỤC LỤC
Nội dung Trang
MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
MỤC LỤC CÁC BẢNG
CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX
1.1. Giới thiệu chương 1
1.2. Khái niệm 1
1.3. Các chuẩn của WiMAX 5
1.3.1. Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 5
1.3.2. Chuẩn IEEE 802.16a 5
1.3.3. Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 6
1.3.4. Chuẩn IEEE 802.16e 6
1.4. Phổ WiMAX 8
1.4.1. Băng tần đăng ký 8
1.4.2. Băng tần không đăng ký 5GHz 9
1.5. Truyền sóng 9
1.6. Ưu điểm và nhược điểm của WiMAX 12
1.7. Tình hình triển khai WiMAX 14
1.7.1. Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới 14
1.7.2. Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam 14
1.8. Kết luận chương 15
Chương 2: CÁC KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG WiMAX
2.1. Giới thiệu chương 16
2.2. Kỹ thuật OFDM 17

Mục lục
2.2.1. Khái niệm 17
2.2.2. Sơ đồ khối OFDM 18
2.2.3. Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM 19
2.2.4. Nguyên tắc giải điều chế OFDM 21
2.2.5. Các ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM 21
2.3. Kỹ thuật OFDMA 23
2.3.1. Khái niệm 23
2.3.2. Đặc điểm 23
2.3.3. OFDMA nhảy tần 24
2.3.4. Hệ thống OFDMA 26
2.4. Điều chế thích nghi 27
2.5. Công nghệ sửa lỗi 28
2.6. Điều khiển công suất 28
2.7. Các công nghệ anten tiên tiến 28
2.7.1. Phân tập thu và phát 29
2.7.2. Các hệ thống anten thích nghi 30
2.8. Kết luận chương 31
Chương 3: KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX
3.1. Giới thiệu chương 32
3.2. Mô hình tham chiếu 32
3.3. Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) 34
3.3.1. Kết nối và địa chỉ 35
3.3.2. Lớp con hội tụ MAC 36
3.3.3. Lớp con phần chung MAC 37
3.3.4. Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông 41
3.3.5. Cơ chế lập lịch dịch vụ và chất lượng dịch vụ (QoS) 43
3.3.6. Lớp con bảo mật 44
3.4. Lớp vật lý 44
Mục lục

3.5. Kết luận chương 46
Chương 4: KIẾN TRÚC BẢO MẬT CHUẨN IEEE 802.16
4.1. Giới thiệu chương 47
4.2. Kiến trúc bảo mật 47
4.2.1. Kết hợp bảo mật 49
4.2.2. Giao thức quản lí khóa PKM 49
4.3. Quy trình bảo mật 50
4.3.1. Xác thực 51
4.3.2. Trao đổi khóa dữ liệu 53
4.3.3. Mã hóa dữ liệu 54
4.4. Hạn chế của kiến trúc bảo mật IEEE 802.16 55
4.5. Kết luận chương 56
Chương 5: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG WiMAX
5.1. Giới thiệu chương 57
5.2. Môi trường mô phỏng 57
5.3. Mô phỏng 59
5.3.1. Giả thuyết 59
5.3.2. Kịch bản mô phỏng 60
5.4. Phân tích kết quả mô phỏng 61
5.4.1. Hoạt động 61
5.4.2. Tính lượng băng thông được sử dụng trên BS 63
5.5. Nhận xét 65
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
Mục lục
PHỤ LỤC
Phụ lục A: Giá trị trường Type trong thông báo quản trị lớp MAC
Phụ lục B: Giao thức định tuyến DSDV
Phụ lục C: Cài đặt NS-2 trên nền Windows 9x/2000/XP sử dụng Cygwin
Mục lục các hình vẽ

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Minh họa họat động WiMAX [10] 11
Hình 1.2. Truyền sóng trong trường hợp NLOS [10] 11
Hình 2.1. So sánh giữa FDM và OFDM 17
Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống OFDM 18
Hình 2.3. Khái niệm về chuỗi bảo vệ 19
Hình 2.4. ISI và cyclic prefix 20
Hình 2.5. Tách chuỗi bảo vệ 21
Hình 2.6. ODFM và OFDMA 23
Hình 2.7. Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA 24
Hình 2.8. Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c
đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian 25
Hình 2.9. 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau 25
Hình 2.10. Tổng quan hệ thống sử dụng OFDMA 26
Hình 2.11. Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA 27
Hình 2.12. Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi 27
Hình 2.13. MISO 29
Hình 2.14. MIMO 30
Hình 2.15. Beam Shaping 30
Hình 2.16. AAS đường xuống 31
Hình 3.1. Mô hình tham chiếu. [5] 32
Hình 3.2. Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 33
Hình 3.3. Luồng dữ liệu qua các lớp 33
Hình 3.4. Định dạng MAC PDU 37
Hình 3.5. Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung 38
Hình 3.6. Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông 40
Hình 4.1. Mô hình kiến trúc bảo mật chuẩn IEEE 802.16 [7] 48
Mục lục các hình vẽ
Hình 4.2. Quy trình bảo mật 50

Hình 4.3. Quá trình xác thực SS với BS 51
Hình 4.4. Quá trình trao đổi khóa dữ liệu 53
Hình 4.5. Định dạng payload trước và sau khi mã hóa 55
Hình 5.1. Module WiMAX trong kiến trúc NS-2 [13] 58
Hình 5.2. Kiến trúc mạng mô phỏng 60
Hình 5.3. Các SS gửi yêu cầu ranging 61
Hình 5.4. BS gửi đáp ứng ranging 62
Hình 5.5. SS_2 gửi yêu cầu băng thông 62
Hình 5.6. SS_2 gửi dữ liệu (rtPS) cho BS 63
Hình 5.7. Đồ thị băng thông được sử dụng trên các kênh truyền 63
Hình 5.8. Thông tin trong file ~.tr được import vào excel 64
Mục lục các các bảng
MỤC LỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn WiMAX [6] 8
Bảng 3.1. Các trường tiêu đề MAC chung 39
Bảng 3.2. Các trường tiêu đề MAC yêu cầu dải thông 40
Bảng 3.3. Đặc tả vật lý chuẩn IEEE 802.16 45
Các từ viết tắt
CÁC TỪ VIẾT TẮT
AAS Advanced Antenna Systems - Các hệ thống anten thích nghi
AES Advanced Encryption Standard - Chuẩn mã hóa nâng cao
AK Authentication Key - Khóa chứng thực
ARQ Automatic Repeat reQuest - Tự động lặp lại yêu cầu
ATM Asynchronous Transfer Mode
AWGN Additive White Gaussian Noise - Nhiễu Gaussian trắng cộng
BE Best Effort
BER Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying - điều chế pha nhị phân
BS Base Station - Trạm gốc

CDMA Code Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã
CID Connection Identifier - Định danh kết nối
CP Cyclic Prefix - Tiền tố vòng
CPE Customer Premise Equipment
CRC Cyclic Redundancy Check - Kiểm tra lỗi dư vòng
DFS Dynamic Frequency Selection – Lựa chọn tần số động
FDD Frequency Division Duplex - Ghép kênh phân chia theo tần số
FFT Fast Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier nhanh
GSM Global System for Mobile communications - Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
ICI InterChannel Interference - Nhiễu xuyên kênh
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform - Biến đổi Fourirer rời rạc
ngược
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers - Học Viện của các
Kỹ Sư Điện và Điện Tử
IFFT Inverse Fast Fourier Transform - Biến đổi Fourier ngược nhanh
ISI Inter-Symbol Interference - Nhiễu xuyên ký tự
KEK Key Encryption Key
LOS Line Of Sight - Tầm nhìn thẳng
MAC Media Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường
MAN Metropolitan Area Network – Mạng đô thị
MIMO Multiple Input Multiple Output - Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra
MISO Multiple Input Single Output - Nhiều đầu vào, một đầu ra
MS Mobile Station - Trạm di động
NLOS Non–Line-Of-Sight - Không tầm nhìn thẳng
nrtPS non–real-time Polling Service
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Ghép kênh phân
chia theo tần số trực giao
Các từ viết tắt
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập ghép

kênh chia tần số trực giao
PDU Packet Data Unit - Đơn vị gói dữ liệu
PKM Privacy and Key Management - Quản lý sự riêng tư và khóa
QAM Quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ trực giao
QoS Quality of Service - Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadature Phase Shift Keying - điều chế pha trực giao
RF Radio Frequency - Tần số vô tuyến
rtPS real-time Polling Service
SA Security Association – Tập hợp bảo mật
SDU Service Data Unit - Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SLA Service-Level Agreement - Thỏa thuận mức dịch vụ
SNR Signal-to-Noise Ratio – Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SS Subscriber Station - Trạm thuê bao
TDM Time Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiplexing Access – Đa truy cập phân chia theo
thời gian
TEK Traffic Encryption Key - Khóa mã hóa lưu lượng
UDP User Datagram Protocol
UGS Unsolicited Grant Services
UMTS Universal Mobile Telephone System
WiFi Wireless Fidelity
WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network – Mạng cục bộ không dây
Mở đầu
MỞ ĐẦU
Xu hướng phát triển của các mạng thế hệ sau được đặc trưng bởi khả năng hội
tụ, tốc độ dữ liệu cao, hỗ trợ nhiều mức chất lượng dịch vụ (QoS) đi đôi với khả
năng di động bên trong mạng hoặc giữa các mạng sử dụng các công nghệ khác nhau
và giữa các nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Một khía cạnh quan trọng trong xu
hướng phát triển đó là việc chuẩn hóa, cho phép xây dựng kiểu mạng độc lập với

thiết bị và khả năng tương tác giữa các kiểu mạng khác nhau ở mức cao. Một công
nghệ đang được phát triển đáp ứng được những đặc tính kể trên, được chuẩn hóa
bởi tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đó là công nghệ
IEEE 802.16, thường được gọi là công nghệ WiMAX.
WiMAX được thiết kế nhằm mục đích bổ sung vào các công nghệ truy cập
không dây hiện tại với ưu điểm tốc độ dữ liệu cao, hỗ trợ QoS linh hoạt, phạm vi
phủ sóng rộng và chi phí triển khai thấp trong phạm vi vùng đô thị MAN
(Metropolian Access Network).
Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường
MAC trong công nghệ WIMAX. Đồ án sẽ trình bày những vấn đề cơ bản nhất về
công nghệ WiMAX như các chuẩn WiMAX, các kỹ thuật được ứng dụng trong
WiMAX, mô hình phân lớp và bảo mật trong WiMAX.
Ngoài ra, đồ án cũng giới thiệu một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống
WiMAX nhằm mục đích làm rõ quá trình làm việc của hệ thống WiMAX.
Đồ án bao gồm 5 chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX.
Chương 2: Các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX.
Chương 3: Kiến trúc mạng truy cập WiMAX
Chương 4: Kiến trúc bảo mật chuẩn IEEE 802.16.
Chương 5: Mô phỏng hoạt động hệ thống WiMAX.
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
WiMAX là một công nghệ cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối
như một phương thức thay thế cho cáp và đường dây thuê bao số DSL. WiMAX
cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử dụng có thể di
động nhưng cố định trong lúc kết nối), portable (người sử dụng có thể di chuyển với
tốc độ chậm) và cuối cùng là di động mà không cần ở trong tầm nhìn thẳng LOS
(Line-Of-Sight) trực tiếp với trạm gốc BS (Base Station). WiMAX khắc phục được

các nhược điểm của các phương pháp truy nhập hiện tại, cung cấp một phương tiện
truy nhập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi. Hệ thống
WiMAX có khả năng cung cấp đường truyền có tốc độ lên đến 70Mbit/s và với bán
kính phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50Km. Mô hình phủ sóng của mạng
WiMAX tương tự như mạng điện thoại tế bào. Bên cạnh đó, WiMAX cũng hoạt
động mềm dẻo như WiFi khi truy cập mạng. Mỗi khi máy tính muốn truy nhập
mạng nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WiMAX gần nhất.
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái niệm cơ bản về WiMAX, các
chuẩn WiMAX hiện nay, các băng tần có thể sử dụng cho WiMAX, các ưu điểm và
lợi ích của WiMAX mang lại, đồng thời là tình hình triển khai WiMAX trên thế
giới và tại Việt Nam
1.2. KHÁI NIỆM
WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là hệ thống truy
nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16
WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Họ 802.16 này đưa ra những
tiêu chuẩn, chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô
tuyến băng rộng điểm – đa điểm về giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều khiển
truy cập môi trường (MAC) và lớp vật lý (PHY).
- 1 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo ra khả
năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây
di động. Hai phiên bản của WiMAX được đưa ra như sau:
• Fixed WiMAX (WiMAX cố định): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16-
2004, được thiết kế cho loại truy nhập cố định và lưu động. Trong phiên bản
này sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
(Orthogonnal Frequency Division Multiple) hoạt động trong cả môi trường
nhìn thẳng – LOS (line-of-sight) và không nhìn thẳng – NLOS (Non-line-of-
sight). Sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn này hiện tai đã được cấp chứng chỉ và
thương mại hóa.

• Mobile WiMAX (WiMAX di động): dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e,
được thiết kế cho loại truy cập xách tay và di động. về cơ bản, tiêu chuẩn
802.16e được phát triển trên cơ sở sửa đổi tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 để
tối ưu cho các kênh vô tuyến di động, cung cấp khả năng chuyển vùng –
handoff và chuyển mạng – roaming. Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức đa
truy cập ghép kênh chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonnal Frequency
Division Multiple Access) – là sự phối hợp của kỹ thuật ghép kênh và kỹ thuật
phân chia tần số có tính chất trực giao, rất phù hợp với môi trường truyền dẫn
đa đường nhằm tăng thông lượng cũng như dung lượng mạng, tăng độ linh
hoạt trong việc quản lý tài nguyên, tận dụng tối đa phổ tần, cải thiện khả năng
phủ sóng với các loại địa hình đa dạng.
WiMAX đã được phát triển và khắc phục được những nhược điểm của các
công nghệ truy cập băng rộng trước đây, cụ thể:
o Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm
điểm – đa điểm, công nghệ lưới (mesh) và phủ sóng khắp mọi nơi. Điều khiển
truy nhập môi trường – MAC, phương tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm – đa điểm
và dịch vụ rộng khắp bởi lập lịch một khe thời gian cho mỗi trạm di động
(MS). Nếu có duy nhất một MS trong mạng, trạm gốc (BS) sẽ liên lạc với MS
- 2 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
trên cơ sở điểm – điểm. Một BS trong một cấu hình điểm – điểm có thể sử
dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xa hơn.
o Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗn
hợp lưu lượng sẽ được mang. Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát
tự nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng
không thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE).
o Triển khai nhanh, chi phí thấp: So sánh với triển khai các giải pháp có
dây, WiMAX yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài.
Ví dụ, đào hố để tạo rãnh các đường cáp thì không yêu cầu. Ngoài ra, dựa trên
các chuẩn mở của WiMAX, sẽ không có sự độc quyền về tiêu chuẩn này, dẫn

đến việc cạnh tranh của nhiều nhà sản xuất, làm cho chi phí đầu tư một hệ
thống giảm đáng kể.
o Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựa
vào sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA - Service-Level Agreement) giữa nhà
cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng. Chi tiết hơn, một nhà cung cấp
dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau tới các thuê bao khác nhau, thậm
chí tới những người dùng khác nhau sử dụng cùng MS. Cung cấp truy nhập
băng rộng cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp
đồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng
mật độ thấp nơi mà các nhân tố công nghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng
rộng rất thách thức.
o Tính tương thích: WiMAX được xây dựng để trở thành một chuẩn
quốc tế, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải và sử
dụng MS của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ
khác nhau. Tính tương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì
nó có thể chọn lựa thiết bị từ các nhà đại lý thiết bị.
o Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả
năng di động. Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số
trực giao) và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các
- 3 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
thiết bị và các dịch vụ trong một môi trường di động. Những cải tiến này, bao
gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (Multi In Multi Out - nhiều đầu vào
nhiều đầu ra), và hỗ trợ đối với chế độ idle/sleep và handoff, sẽ cho phép khả
năng di động đầy đủ ở tốc độ tới 160 km/h. Mạng WiMAX di động cho phép
người sử dụng có thể truy cập Internet không dây băng thông rộng tại bất cứ
đâu có phủ sóng WiMAX.
o Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà không
đòi hỏi tầm nhìn thẳng giữa BS và MS. Khả năng này của nó giúp các sản
phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS.

o Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồm
BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM. Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao
và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặc QPSK). Các hệ thống
WiMAX có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và
MS không bị cản trở. Mở rộng phạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công
cộng (hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone). Ở những điều kiện tốt nhất có thể
đạt được phạm vi phủ sóng 50 km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài
Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình là gần 5 km với CPE (NLOS) trong nhà
và gần 15km với một CPE được nối với một anten bên ngoài (LOS).
o Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các trạm
gốc với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất.
o Tính mở rộng: Chuẩn 802.16 -2004 hỗ trợ các dải thông kênh tần số vô
tuyến (RF) mềm dẻo và sử dụng lại các kênh tần số này như là một cách để
tăng dung lượng mạng. Chuẩn cũng định rõ hỗ trợ đối với TPC (điều khiển
công suất phát) và các phép đo chất lượng kênh như các công cụ thêm vào để
hỗ trợ sử dụng phổ hiệu quả. Chuẩn đã được thiết kế để đạt tỷ lệ lên tới hàng
trăm thậm chí hàng nghìn người sử dụng trong một kênh RF. Hỗ trợ nhiều
kênh cho phép các nhà chế tạo thiết bị cung cấp một phương tiện để chú trọng
vào phạm vi sử dụng phổ và những quy định cấp phát được nói rõ bởi các nhà
vận hành trong các thị trường quốc tế thay đổi khác nhau.
- 4 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
o Bảo mật: Bằng cách mã hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và MS, sử
dụng chuẩn mã hóa tiên tiến AES, đảm bảo sự toàn vẹn của dữ liệu trao đổi
qua giao diện vô tuyến. Cung cấp cho các nhà vận hành với sự bảo vệ mạnh
chống lại những hành vi đánh cắp dịch vụ.
1.3. CÁC CHUẨN CỦA WiMAX
1.3.1. Chuẩn IEEE 802.16 - 2001
Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công bố
vào 4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™ cho

các mạng vùng đô thị. Đặc điểm chính của IEEE 802.16 – 2001:
 Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố
định họat động ở dải tần 10 – 66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng.
 Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC.
 Tốc độ bit: 32 – 134 Mbps với kênh 28 MHz.
 Điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM.
 Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz.
 Bán kính cell: 2 – 5 km.
 Kết nối có định hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật.
1.3.2. Chuẩn IEEE 802.16a
Vì những khó khăn trong triển khai chuẩn IEEE 802.16, hướng vào việc sử
dụng tần số từ 10 – 66 GHz, một dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a đã được hoàn
thành vào tháng 11/2002 và được công bố vào tháng 4/2003. Chuẩn này được mở
rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 2–11 GHz, bao
gồm cả những phổ cấp phép và không cấp phép và không cần thoả mãn điều kiện
tầm nhìn thẳng. Đặc điểm chính của IEEE 802.16a như sau:
 Bổ sung 802.16, các hiệu chỉnh MAC và các đặc điểm PHY thêm vào
cho dải 2 – 11 GHz (NLOS).
- 5 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
 Tốc độ bit: tới 75Mbps với kênh 20 MHz.
 Điều chế OFDMA với 2048 sóng mang, OFDM 256 sóng mang,
QPSK, 16 QAM, 64 QAM.
 Dải thông kênh có thể thay đổi giữa 1,25MHz và 20MHz.
 Bán kính cell: 6 – 9 km.
 Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-OFDM, OFDMA, SCa.
 Các chức năng MAC thêm vào: hỗ trợ PHY OFDM và OFDMA, hỗ
trợ công nghệ Mesh, ARQ.
1.3.3. Chuẩn IEEE 802.16 - 2004
Tháng 7/2004, chuẩn IEEE 802.16 – 2004 hay IEEE 802.16d được chấp thông

qua, kết hợp của các chuẩn IEEE 802.16 – 2001, IEEE 802.16a, ứng dụng LOS ở
dải tần số 10 - 66 GHz và NLOS ở dải 2 - 11 GHz. Khả năng vô tuyến bổ sung như
là “beam forming” và kênh con OFDM.
1.3.4. Chuẩn IEEE 802.16e
Đầu năm 2005, chuẩn không dây băng thông rộng 802.16e với tên gọi Mobile
WiMAX đã được phê chuẩn, cho phép trạm gốc kết nối tới những thiết bị đang di
chuyển. Chuẩn này giúp cho các thiết bị từ các nhà sản xuất này có thể làm việc,
tương thích tốt với các thiết bị từ các nhà sản xuất khác. 802.16e họat động ở các
băng tần nhỏ hơn 6 GHz, tốc độ lên tới 15 Mbps với kênh 5 MHz, bán kính cell từ 2
– 5 km.
WiMAX 802.16e có hỗ trợ handoff và roaming. Sử dụng SOFDMA, một công
nghệ điều chế đa sóng mang. Các nhà cung cấp dịch vụ mà triển khai 802.16e cũng
có thể sử dụng mạng để cung cấp dịch vụ cố định. 802.16e hỗ trợ cho SOFDMA
cho phép số sóng mang thay đổi, ngoài các mô hình OFDM và OFDMA. Sự phân
chia sóng mang trong mô hình OFDMA được thiết kế để tối thiểu ảnh hưởng của
nhiễu phía thiết bị người dùng với anten đa hướng. Cụ thể hơn, 802.16e đưa ra hỗ
trợ cải tiến hỗ trợ MIMO và AAS, cũng như các handoff cứng và mềm. Nó cũng cải
- 6 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
tiến các khả năng tiết kiệm công suất cho các thiết bị di động và các đặc điểm bảo
mật linh hoạt hơn.
802.16 802.16-2004 802.16-2005
Tình trạng
Hoàn thiện vào
tháng 12-2001
Hoàn thiện vào tháng 6-
2004
Hoàn thiện vào tháng 12-
2005
Dải tần 10-66 GHz 2-11 GHz

2-11 GHz cho cố định;
2-6 GHz cho di động
Ứng dụng
Cố định, tầm
nhìn thẳng
(LOS)
Cố định, không nhìn thẳng
(NLOS)
Cố định và di động, không
nhìn thẳng (NLOS)
Cấu trúc
lớp MAC
Điểm – đa điểm,
mạng lưới
Điểm – đa điểm, mạng lưới Điểm – đa điểm, mạng lưới
Mô hình
truyền
sóng
Đơn sóng mang
Đơn sóng mang, 256
OFDM, 2048 OFDM
Đơn sóng mang, 256 OFDM
hoặc S-OFDM với 128, 512,
1024, 2048 sóng mang con.
Điều chế
QPSK, 16QAM,
64QAM
QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM
Tổng tần
số dữ liệu

32-134.4 Mbps 1-75 Mbps 1-75 Mbps
Ghép
kênh
Khối
TDM/TDMA
Khối
TDM/TDMA/OFDMA
Khối TDM/TDMA/OFDMA
Song công TDD và FDD TDD và FDD TDD và FDD
Độ rộng
kênh
truyền
(MHz)
20, 25, 28
1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10,
15, 8.75
1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10,
15, 8.75
Giao diện
không
gian
WirelessMAN-
SC
WirelessMAN-SCa,
WirelessMAN-OFDM,
WirelessMAN-OFDMA
WirelessMAN-SCa,
WirelessMAN-OFDM,
WirelessMAN-OFDMA
- 7 -

Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
Xử lý
WiMAX
Không
256-OFDM như là
WiMAX cố định
S-OFDMA như là WiMAX
di động
Bảng 1.1. Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn WiMAX [6]
1.4. PHỔ WiMAX
1.4.1. Băng tần đăng ký
Các giải pháp đăng ký cung cấp các ưu điểm chất lượng dịch vụ được cải thiện
cao hơn các giải pháp không đăng ký, chấp nhận NLOS tốt hơn ở các tần số thấp,
nó có một ngân qũy công suất đường xuống rộng hơn và có thể hỗ trợ các anten
trong nhà tốt hơn. Giải pháp đăng ký cho phép kiểm soát qua cách sử dụng phổ và
nhiễu.
• Băng tần đăng ký 2,5 GHz
Đã được cấp phát trong phần lớn các nước trên thế giới, bao gồm bắc Mỹ, Mỹ
Latin, đông và tây Âu và nhiều vùng của châu Á - thái bình dương. Mỗi quốc gia
thường cấp phát dải khác nhau, vì vậy phổ được cấp phát qua các vùng có thể từ
2,495 GHz đến 2,690 GHz. Tổng phổ khả dụng là 195 MHz, bao gồm các dải
phòng vệ và các kênh MDS, gữa 2.495 GHz và 2.690 GHz. Hỗ trợ FDD, TDD. Phổ
trên mỗi đăng ký là 22.5 MHz, một block 16.5 MHz và một block 6 MHz, tổng số 8
đăng ký.
• Băng tần đăng ký 3,5 GHz.
Ở châu Âu, viện chuẩn viễn thông châu âu đã phân phối dải 3,5 GHz, bắt đầu
được sử dụng cho WPLL, cho các giải pháp WiMAX đăng ký. Tổng phổ khả dụng,
thay đổi theo quốc gia nhưng nói chung khoảng 200MHz giữa 3,4 GHz và 3,8 GHz.
Hỗ trợ cả FDD và TDD, một vài quốc gia chỉ sử dụng FDD trong khi các quốc gia
khác cho phép sử dụng FDD hoặc TDD. Phổ trên mỗi đăng ký thay đổi từ 2×5MHz

đến 2×56 MHz.
- 8 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
1.4.2. Băng tần không đăng ký 5GHz
Phần lớn các quốc gia toàn thế giới đã sử dụng phổ 5 GHz cho các phương tiện
liên lạc không đăng ký. Các băng 5,15 GHz và 5,85 GHz đã được chỉ định như
không đăng ký trong phần lớn thế giới.
Các giải pháp không đăng ký cung cấp một vài thuận lợi chính hơn các giải
pháp đăng ký, bao gồm chi phí ban đầu thấp hơn, rút ra nhanh hơn, và một băng
chung có thể được sử dụng ở phần lớn thế giới. Các lợi ích này đang thu hút sự
quan tâm và có khả năng cho sự chấp nhận băng rộng nhanh chóng.
Tuy nhiên một giải pháp không đăng ký thì khả năng nhiễu cao hơn, và nhiều
sự cạnh tranh đối với các nhà kinh doanh bất động sản cho việc triển khai. Một giải
pháp không đăng ký sẽ không được xem như một sự thay thế cho giải pháp đăng ký.
Mỗi giải pháp cung cấp một thị trường khác nhau dựa vào sự thỏa hiệp giữa chi phí
và QoS.
1.5. TRUYỀN SÓNG
Trong khi nhiều công nghệ hiện đang tồn tại cho không dây băng rộng chỉ có
thể cung cấp phủ sóng LOS, công nghệ WiMAX được tối ưu để cung cấp phủ sóng
NLOS. Công nghệ tiên tiến của WiMAX cung cấp tốt nhất cho cả hai. Cả LOS và
NLOS bị ảnh hưởng bởi các đặc tính đường truyền môi trường của chúng, tổn thất
đường dẫn, và ngân quỹ kết nối vô tuyến.
Trong liên lạc LOS, một tín hiệu đi qua một đường trực tiếp và không bị tắc
nghẽn từ máy phát đến máy thu. Một liên lạc LOS yêu cầu phẩn lớn miền Fresnel
thứ nhất thì không bị ngăn cản của bất kì vật cản nào, nếu tiêu chuẩn này không
thỏa mãn thì có sự thu nhỏ đáng kể cường độ tín hiệu quan sát. Độ hở Fresnel được
yêu cầu phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa vị trí máy phát và máy
thu.
Trong liên lạc NLOS, tín hiệu đến máy thu qua phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ. Các
tín hiệu đến máy thu bao gồm các thành phần từ đường trực tiếp, các đường được

- 9 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
phản xạ nhiều lần, năng lượng bị tán xạ, và các đường truyền bị nhiễu xạ. Các tín
hiệu này có khoảng trễ khác nhau, suy hao, phân cực, và độ ổn định quan hệ với
đường truyền trực tiếp. Là nguyên nhân gây ra nhiễu ISI và méo tín hiệu. Điều đó
không phải là vấn đề đối với LOS, nhưng với NLOS thì lại là vấn đề chính.
Hiện tượng đa đường cũng có thể gây ra sự phân cực tín hiệu bị thay đổi. Vì
vậy sử dụng phân cực như là biện pháp sử dụng lại tần số, như được thực hiện
thông thường trong các triển khai LOS có thể khó giải quyết trong các ứng dụng
NLOS.
Một hệ thống vô tuyến sử dụng các tín hiệu đa đường này như thế nào hướng
tới một thuận lợi là chìa khóa để cung cấp dịch vụ trong các điều kiện NLOS. Một
sản phẩm mà chỉ đơn thuần tăng công suất để xuyên qua các vật cản (đôi lúc được
gọi là “gần tầm nhìn thẳng”) thì không phải là công nghệ NLOS bởi vì phương pháp
này vẫn còn dựa vào đường truyền trực tiếp đủ mạnh mà không sử dụng năng lượng
xuất hiện trong các tín hiệu gián tiếp.
Có nhiều ưu điểm mà những triển khai NLOS tạo ra đáng mong muốn. Ví dụ,
các yêu cầu lập kế hoạch chặt chẽ và giới hạn chiều cao anten mà thường không cho
phép anten được bố trí cho LOS. Với những triển khai tế bào kề nhau phạm vi rộng,
nơi tần số được sử dụng lại là tới hạn, hạ thấp anten là thuận lợi để giảm nhiễu kênh
chung giữa các vị trí cell liền kề. Điều này thường có tác dụng thúc đẩy các trạm
gốc hoạt động trong các điều kiện NLOS. Các hệ thống LOS không thể giảm chiều
cao anten bởi vì làm như vậy sẽ có tác động đến đường quan sát trực tiếp được yêu
cầu từ CPE đến trạm gốc.
- 10 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
Hình 1.1. Minh họa họat động WiMAX [10]
Công nghệ NLOS cũng giảm phí tổn cài đặt bằng cách đặt dưới các mái che
thiết bị CPE đúng như nguyên bản và giảm bớt khó khăn định vị trí các địa điểm đặt
CPE thích hợp. Công nghệ cũng giảm bớt nhu cầu quan sát vị trí thiết bị phía trước

và cải thiện độ chính xác của các công cụ lập kế hoạch NLOS.
Công nghệ NLOS và những tính năng được nâng cao trong WiMAX tạo khả
năng sử dụng thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) trong nhà. Điều này có hai khó
khăn chính; đầu tiên là khắc phục những tổn hao xuyên qua tòa nhà và thứ hai, phủ
sóng các khoảng cách hợp lý với công suất truyền và các anten thấp hơn mà thường
được kết hợp với các CPE trong nhà.
Hình 1.2. Truyền sóng trong trường hợp NLOS [10]
- 11 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
1.6. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ WiMAX
Mục tiêu của tổ chức IEEE khi phát triển tiêu chuẩn 802.16:
- 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.
• 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.
- 12 -
Chương 1: Giới thiệu chung về 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, 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.
- 13 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
1.7. TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI WiMAX
1.7.1. Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới, đã có các mạng thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định
và di động. Theo đánh giá của Maravedis Inc. thì thị trường viễn thông băng rộng
cố định đến năm 2010 có doanh thu vượt 2 tỷ USD. Hiện nay, tốc độ tăng trưởng
hằng năm là 30%. Việc xuất hiện một công nghệ truy cập không dây băng rộng mới
như WiMAX cho phép triển khai nhanh dịch vụ, sẽ làm bùng nổ thị trường trong
những năm tới.
Đến nay, đã có một số nước đã đi vào triển khai và khai thác thử nghiệm các
dịch vụ trên nền Mobile WiMAX như Mỹ, Úc, Brazil…
Một sự kiện có thể coi là một bước ngoặt quan trọng của WiMAX – từ ngày 15-
19/10/2007 – cơ quan viễn thông quốc tế thuộc liên hiệp quốc ITU đã phê duyệt
công nghệ băng rộng không dây này vào bộ chuẩn IMT-2000. Quyết đinh này đã
đưa WiMAX lên ngang tầm với những kỹ thuật kết nối vô tuyến hàng đầu hiện nay
trong bộ chuẩn IMT-2000 gồm có GSM, CDMA và UMTS. Điều này đảm bảo cho
các nhà khai thác và quản lý trên toàn thế giới yên tâm đầu tư vào băng rộng di
động thực sự dùng WiMAX.
1.7.2. Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam
VNPT triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai vào tháng
10/2006 và đã nghiệm thu thành công vào tháng 4/2007.
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
- 14 -