Nghiên cứu công nghệ Wimax và đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội

I
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN III
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT IV
DANH MỤC CÁC BẢNG VI
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII
MỞ ĐẦU VIII
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX IX
1.1. Truy nhập băng rộng IX
1.2. Quá trình phát triển của công nghệ truy nhập vô tuyến X
1.3. Công nghệ Wimax XIV
1.3.1. Các tiêu chuẩn công nghệ cho Wimax XIV
1.3.2. Một số đặc điểm của Wimax XV
1.4. Tính kinh tế và hiệu quả của Wimax XVIII
1.5. Động lực thúc đẩy của thị trường XIX
1.6. Kết luận XXI
Chương 2. KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX XXII
2.1. Kiến trúc mạng của Wimax XXII
2.1.1. Sơ đồ kiến trúc mạng của Wimax XXII
2.1.2. ASN và các chức năng chính XXIV
2.1.3. CSN và các chức năng chính XXV
2.1.4. Các điểm tham chiếu XXVI
2.2. Lớp vật lý trong Wimax XXVIII
2.3. Lớp MAC trong Wimax XXXV
2.4. Băng tần số đề xuất sử dụng cho Wimax XLIII
2.5. Mô hình kết nối mạng Wimax XLIV
2.6. Tương tác giữa Wimax với các mạng truy nhập khác XLVI
2.7. Wimax có thể cạch tranh với xDSL XLVIII
2.8. Kết luận XLIX
Chương 3. ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG

HÀ NỘI L
3.1. Tình hình phát triển mạng băng rộng trên thế giới và ở Việt Nam L
3.1.1. Phát triển mạng băng rộng trên thế giới L
3.1.2. Phát triển mạng băng rộng tại Việt Nam LI
3.2. Đề án nghiên cứu thử nghiệm Wimax tại Hà Nội LII
3.2.1. Phạm vi và mục tiêu nghiên cứu thử nghiệm LII
3.2.2. Nghiên cứu chọn vùng phủ sóng LII
3.2.3. Thử nghiệm dịch vụ LV
3.3. Nghiên cứu và đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội
LXI
II
3.3.1. Quy hoạch vùng phủ sóng và dự kiến dung lượng mạng LXI
3.3.2. Công nghệ sử dụng LXIV
3.3.3. Các ứng dụng được triển khai LXIV
3.3.4. Quy mô hệ thống LXIV
3.3.5. Băng tần sử dụng LXV
3.3.6. Phân bổ trạm BTS LXVI
3.4. Kết luận LXVIII
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ LXVIII
TÀI LIỆU THAM KHẢO LXIX
III
LỜI CẢM ƠN
Để tôi có được những kết quả như ngày hôm nay cũng như hoàn thành nội dung
luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật này, trước hết phải kể đến công lao đào tạo của tất
cả các Thầy, Cô giáo trong Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông, sự động viên
giúp đỡ của tất cả người thân, bạn bè, đặc biệt là sự quan tâm, hướng dẫn tận tình
của Thầy giáo TS. Vũ Ngọc Phàn trong thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cô giáo trong Học viện Công nghệ
Bưu chính Viễn thông, đặc biệt là các Thầy, Cô giáo trong khoa Quốc tế và Đào tạo
sau Đại học, các đồng chí Lãnh đạo, các anh chị đồng nghiệp trong Công ty Dịch vụ

Viễn thông Hà Nội nơi tôi đang công tác.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè của tôi, những người đã
động viên, khuyến khích tôi rất nhiều trong cuộc sống cũng như trong qúa trình công
tác và học tập.
Với năng lực và thời gian hạn chế luận văn này không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Tôi mong muốn nhận được sự chỉ bảo, góp ý chân thành của các Thầy Cô
giáo cùng các anh chị đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 9/2008
Trần Mạnh Cường
IV
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAS adaptive antena system Hệ thống anten thích nghi
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 vô tuyến băng rộng
CDMA code division multiple access Đa truy nhập chia mã
CPE Customer Premise Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao
CPS Common part sublayer Lớp con phần chung
CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra dư chu trình
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc
DHCP Dynamic host configuration protocol Thủ tục cấu hình chủ động
DL Downlink Hướng xuống
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 phân chia theo tần số
FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh
GPS Global positioning satellite Vệ tinh định vị toàn cầu

H-FDD Half-duplex FDD FDD bán song công
HHO Hard Handoff Chuyển giao cứng
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược
IFFT Inversion Fast Fourier transform Biến đổi Fourier ngược nhanh
LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng
MAC Medium access control layer Lớp điều khiển truy nhập môi
trường
MAN Metropolitan area network Mạng khu vực thành phố
MDHO
Macro Diversity Handover
Chuyển giao đa dạng phân tập
MIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường ra
NLOS Non line of sight Tầm nhìn bị che khuất
OFDM Orthogonal frequency division
multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
OFDMA Orthogonal frequency division
multiple access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị phục vụ số cá nhân
PDU Protocol data unit Đơn vị dữ liệu thủ tục
PER Packet Error Rate Tỷ lệ lỗi gói
PHY Physical layer Lớp vật lý
PMP Point - to - multipoint Điểm đa điểm
PPP Point-to-Point Protocol Thủ tục điểm-điểm
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

SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm
SS Subscriber Station Trạm thuê bao
TDD Time division duplex Song công chia thời gian
V
TDM Time division multiplex Ghép kênh chia thời gian
TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia thời gian
UL Uplink Hướng lên
VI
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các hệ thống thông tin di động XI
Bảng 1.2 Các dịch vụ triển khai ở IMT-2000 XIV
Bảng 2.1 Các thông số của OFDM sử dụng trong Wimax XXXI
Bảng 3.1 Thống kê số lượng thuê bao xDSL tại Hà Nội LXII
VII
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Con đường phát triển từ 2G đến 3G XII
Hình 1.2 Công nghệ vô tuyến cũ và mới XIII
Hình 1.3 Ứng dụng Wimax di động XIX
Hình 1.4 Sơ đồ mạng MAN sử dụng kết nối công nghệ Wimax XX
Hình 2.1 Kiến trúc mạng Wimax dựa trên nền IP XXII
Hình 2.3 Cấu trúc ASN XXIV
Hình 2.4 Kiến trúc mạng tham chiếu dựa trên các thực thể chức năng XXVI
Hình 2.5 Điểm tham chiếu R3 XXVII
Hình 2.6 Điểm tham chiếu R4 XXVIII
Hình 2.7 Ảnh hưởng của NLOS XXIX
Hình 2.8 Phổ tần OFDMA XXXIII
Hình 2.10 Kiến trúc giao thức Wimax XXXV
Hình 2.11 Cấu trúc khung MAC PDU XXXVII
Hình 2.12 Các kết nối quản lý MAC XXXVIII

Hình 2.13 Khởi tạo và đăng ký SS XXXIX
Hình 2.14 Chất lượng dịch vụ QoS XL
Hình 2.15 Mô hình kết nối mạng WIMAX di động XLV
Hình 2.16 Sơ đồ khối cấu trúc của DAP XLVI
Hình 2.17 Tương tác giữa mạng Wimax và mạng xDSL XLVII
Hình 2.18 Tương tác giữa mạng Wimax và mạng 3GPP, 3GPP2 XLVIII
Hình 2.19 Mô hình cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao của hệ thống Wimax
XLIX
Hình 3.1 Bản đồ phân bố độ cao khu vực : Bờ Hồ, Kim Liên, Cẩm Hội LIII
Hình 3.2 Bản đồ phủ sóng 3 site : Bờ Hồ, Kim Liên, Cẩm Hội LV
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối mạng phục vụ thử nghiệm Wimax tại Viễn thông Hà Nội LVII
Hình 3.4 Driving test khu vực nội thành LIX
Hình 3.5 Driving test khu vực ngoại thành LX
Hình 3.6 Băng tần 2.5Ghz sử dụng thử nghiệm Wimax Mobile LXV
Hình 3.7 Cấu hình tần số tại BTS 1:4:2 LXVI
Hình 3.8 Sơ đồ phân bố trạm BTS cho 8 quận nội thành Hà Nội LXVI
Hình 3.9 Bản đồ phủ sóng của 91 trạm BTS giai đoạn 1 cho 8 quận nội thành Hà Nội.LXVII
VIII
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông
tin, truyền thông thì nhu cầu băng thông rộng ngày càng cần thiết. Các ứng dụng đòi
hỏi băng thông rộng như là : Điện thoại có hình, Camera, truyền số liệu, truyền
hình, VoIP, IPTV.
Lịch sử phát triển của công nghệ truy nhập vô tuyến đã và đang trải qua các
thế hệ từ 1G, 2G, 2.5G. Mặc dù một số thế hệ gần đây đã sử dụng công nghệ số
nhưng vẫn là băng hẹp và xây dựng trên cơ sở chuyển mạch kênh nên không đáp
ứng được băng thông cho các dịch vụ mới.
Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin thế
hệ ba với tên gọi là IMT-2000. Công nghệ Wimax cũng được tổ chức liên minh
viễn thông quốc tế ITU đã chấp thuận vào bộ các tiêu chuẩn công nghệ viễn thông

3G toàn cầu (IMT-2000)
Các hệ thống 3G khi đưa vào triển khai sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn
thông bao gồm: dịch vụ thoại, dịch vụ số liệu tốc độ cao, video.
Đề tài : "Nghiên cứu công nghệ Wimax và đề xuất triển khai hệ thống
Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội" nhằm mục đích nghiên cứu, đề xuất triển
khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội.
Luận văn được trình bày thành 3 chương, bố cục và các nội dung chính như
sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ Wimax. Trong chương này sẽ tìm hiểu
sự phát triển của hệ thống truy nhập vô tuyến, các tiêu chuẩn công nghệ, sự phát
triển của hệ thống băng rộng trong tương lai.
Chương này cũng sẽ tìm hiểu quá trình ra đời, phát triển của công nghệ
Wimax, tiêu chuẩn 802.16-2004 cho Wimax cố định, tiêu chuẩn 802.16e cho
Wimax di động và đánh giá khả năng phát triển, cung cấp dịch vụ của Wimax.
Tiếp theo Chương 2 sẽ nghiên cứu về kiến trúc mạng Wimax. Tìm hiểu về
kiến trúc mạng Wimax, chức năng của các ASN, CSN. Nghiên cứu cấu trúc lớp vật
lý, lớp MAC trong Wimax.
Chương 3 : Đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà
Nội. Trong chương này sẽ tìm hiểu tình hình phát triển thuê bao băng rộng của Việt
Nam và thế giới, đồng thời dự báo nhu cầu phát triển thuê bao băng rộng ở Việt
IX
Nam. Trên cơ sở đó đề xuất mô hình triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn
thông Hà Nội.
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1. Truy nhập băng rộng
Các dịch vụ truy nhập băng rộng hiện tại được cung cấp dựa trên các truy nhập
hữu tuyến và vô tuyến. Một số dịch vụ truy nhập băng rộng đang được cung cấp
trên mạng Viễn thông Việt Nam :
• Dịch vụ xDSL :
Cung cấp việc truy cập băng rộng qua đôi cáp đồng có thể đi liền với điện

thoại cố định. Tốc độ tối đa cho đường lên là 2Mpbs, đường xuống là 8Mbps. Với
dịch vụ ADSL 2+ tốc độ tối đa đường xuống có thể đạt 24Mbps.
X
Các nhà cung cấp dịch vụ : Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT,
Công ty FPT, Công ty Viễn thông Quân đội Viettel.
• Dịch vụ kênh thuê riêng :
Là dịch vụ cho thuê kênh truyền dẫn vật lý dùng riêng để kết nối và truyền
thông tin giữa các thiết bị đầu cuối, mạng nội bộ, mạng viễn thông dùng riêng của
Khách hàng tại các địa điểm cố định khác nhau. Dịch vụ triển khai trên các đôi cáp
đồng.
• Dịch vụ MegaWAN
Là dịch vụ cung cấp kết nối mạng riêng cho khách hàng trên nền mạng
IP/MPLS. Dịch vụ VPN/MPLS cho phép triển khai các kết nối nhanh chóng, đơn
giản, thuận tiện.
• Dịch vụ truy nhập vô tuyến băng rộng đối với các mạng điện thoại di động như :
Vinaphone, Mobifone, Viettel,
Hiện đang triển khai dịch vụ truy nhập vô tuyến qua GPRS. Tuy nhiên tốc độ còn
hạn chế và giá thành vẫn cao. Công ty viễn thông điện lực đã cung cấp dịch vụ truy
nhập băng rộng qua hệ thống CDMA1x EV-DO làm việc tại tần số 450 MHz tuy
nhiên vùng phủ sóng vẫn còn hạn chế.
Việc cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng qua đôi cáp đồng dẫn đến sự hạn
chế về khoảng cách. Khoảng cách tối đa từ tổng đài đến thuê bao là 5km. Vì vậy
những khu vực vùng sâu, vùng xa sẽ gặp khó khăn trong việc triển khai cung cấp
dịch vụ. Với truy nhập vô tuyến hiện tại thì tốc độ vẫn thấp, đặc biệt là giá thành
dịch vụ vẫn cao do đó chưa khuyến khích được Khách hàng sử dụng.
1.2. Quá trình phát triển của công nghệ truy nhập vô tuyến
Xu hướng phát triển của công nghệ truyền thông đó là tính di động, đạt được
tốc độ cao trong một điều kiện môi trường có nhiều thay đổi và điều này đã trở
thành một trong những nhân tố quan trọng nhất. Hệ thống truyền thông vô tuyến
đáp ứng được việc cung cấp việc liên lạc mọi lúc, mọi nơi.

Lịch sử phát triển của công nghệ vô tuyến đã và đang trải qua các giai đoạn
phát triển từ thế hệ 1G, 2G, 2+, rồi đến 3G.
Bảng sau mô tả các thế hệ thông tin di động :
Thế hệ thông
tin di động
Hệ thống Dịch vụ chung Đặc điểm
Thế hệ 2 (2G) GSM, IS-136, Chủ yếu cho tiếng TDMA hoặc CDMA,
XI
IS-95 thoại kết hợp với dịch
vụ bản tin ngắn
số, băng hẹp (8-13
Kbps)
Trung gian 2 + GPRS, EDGE,
CDMA2000 1x
Trước hết là tiếng
thoại có đưa thêm các
dịch vụ số liệu gói
TDMA, CDMA, sử
dụng chồng lên phổ tần
của thế hệ hai nếu
không sử dụng phổ tần
mới. Tăng cường
truyền số liệu gói cho
thế hệ hai.
Thế hệ 3 (3G) CDMA2000,
W-CDMA
Hệ thống được thiết
kế để truyền thoại và
số liệu đa phương tiện.
Là nền tảng thực sự

cho thế hệ ba.
CDMA, CDMA kết
hợp với TDMA, băng
rộng (tới 2 Mbps), sử
dụng chồng lấn lên thế
hệ hai hiện có, nếu
không sẽ sử dụng phổ
tần mới.
Bảng 1.1 Các hệ thống thông tin di động
a) Hệ thống di động thế hệ thứ hai (2G)
Hệ thống thế hệ thứ 2 sử dụng công nghệ số đa truy nhập như là: đa truy nhập
phân chia theo thời gian (TDMA - time division multiple access), đa truy nhập phân
chia theo mã (CDMA - code division multiple access)
Ví dụ về hệ thống thế hệ thứ 2 là hệ thống GSM của Vinaphone, MobiFone, Viettel.
Hệ thống thế hệ thứ 2 sử dụng các trạm điều khiển gốc (BSC), giao diện giữa MSC
và BSC được tiêu chuẩn hóa.
Một đặc điểm mở rộng trong MSC là cơ chế chuyển vùng (handoff). Bằng cách
giám sát tín hiệu thu được từ trạm gốc các máy di động có thể thực hiện việc
chuyển vùng bằng cách gửi một tín hiệu thông báo cho mạng.
Các giao thức ở thế hệ thứ 2 hỗ trợ thoại, giới hạn trong truyền số liệu như fax, dịch
vụ bản tin ngắn (SMS – short messaging service).
b) Hệ thống di động thế hệ 2+
Thế hệ 2+ là sự phát triển, cải tiến thêm của thế hệ 2 nhằm mục đích cung cấp
thêm các dịch vụ số liệu mà không làm thay đổi căn bản cơ sở hạ tầng 2G đã có.
Một số công nghệ được áp dụng nhằm tăng tốc truyền số liệu như :
Công nghệ HSCSD (High-speed circuit-switched data): được thiết kế cho phép
mạng GSM có thể truyền số liệu với tốc độ tăng gấp bốn lần so với tốc độ cơ bản
ban đầu.
XII
Công nghệ GPRS (General packet radio service): là công nghệ vô tuyến cho mạng

GSM nhằm cung cấp giao thức chuyển mạch gói. GPRS tăng tốc độ dữ liệu và việc
tính cước dựa trên cơ sở tính tổng số dung lượng dữ liệu truyền, thời gian truyền dữ
liệu.
Công nghệ EDGE (Enhanced data GSM environment) : Cho phép GSM hoạt động
sử dụng băng tần vô tuyến sẵn có để cung cấp dịch vụ multimedia dựa trên nền IP.
Theo lý thuyết thì tốc độ có thể đạt đến 384 Kbps.
c) Hệ thống di động thế hệ 3G
Hệ thống 3G được đưa ra với dựa trên một số các yêu cầu về công nghệ. Ở
Châu Âu có 2 tổ chức nghiên cứu là : UMTS (Universal Mobile
Telecommunications Systems) và MBS (Mobile Broadband Systems) nghiên cứu.
Một số công nghệ được sử dụng trong 3G :
CDMA 2000 : Đưa ra với tiêu chuẩn IS-95.
W-CDMA : Công nghệ W-CDMA được xem như là nền tảng cho hệ thống 3G .
Con đường phát triển từ 2G đến sau 3G
Hình 1.1 Con đường phát triển từ 2G đến 3G
Hình vẽ sau minh họa các công nghệ vô tuyến cũ và mới
XIII
Công
nghệ
không
dây
cũ
Công
nghệ
không
dây
mới
Hình 1.2 Công nghệ vô tuyến cũ và mới
d) Các dịch vụ cung cấp ở IMT-2000
Các thế hệ công nghệ di động có chu kỳ phát triển khoảng 10 năm. Hiện nay

với việc đưa ra công nghệ di động thế hệ thứ 3, nhưng chỉ ít năm nữa nó là tiền đề
để thiết kế hệ thống tương lai đó là các hệ thống 4G.
Bảng thống kê các dịch vụ được cung cấp ở IMT-2000
Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết
Dịch vụ viễn thông Dịch vụ âm thanh
• Dịch vụ âm thanh chất lượng
cao (16-64kbps).
• Dịch vụ truyền thanh AM (32-
64kbps)
• Dịch vụ truyền thanh FM (64-
384 kbps)
Dịch vụ số liệu
• Dịch vụ số liệu tốc độ trung
bình (64-144 kbps)
• Dịch vụ số liệu tốc độ tương
đối cao (144 kbps- 2 Mbps)
• Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥2
Mbps)
XIV
Dịch vụ đa phương tiện
• Dịch vụ Video (384 kbps)
• Dịch vụ hình chuyển động
(384 kbps- 2 Mbps)
• Dịch vụ hình chuyển động thời
gian thực (≥ 2 Mbps)
Dịch vụ Internet Dịch vụ internet đơn
giản
• Dịch vụ truy cập Web (384
kbps-2 Mbps)
Dịch vụ internet thời

gian thực
• Dịch vụ Internet (384 Kbps- 2
Mbps)
Dịch vụ internet đa
phương tiện
• Dịch vụ Website đa phương
tiện thời gian thực (≥ 2 Mbps)
Bảng 1.2 Các dịch vụ triển khai ở IMT-2000
1.3. Công nghệ Wimax
Cùng với sự phát triển của công nghệ, công nghệ Wimax ra đời và có những
bước phát triển đột phá, lớn mạnh trong những năm gần đây.
Viễn cảnh của việc truy nhập internet băng rộng đó là mọi lúc, mọi nơi với
một khoảng cách xa và cho nhiều loại thiết bị như : máy tính để bàn, máy tính xách
tay, các thiết bị cầm tay. Công nghệ Wimax ra đời đã đáp ứng được yêu cầu truy
nhập vô tuyến băng rộng cho các thiết bị di động và trở thành một công nghệ vô
tuyến được quan tâm nhiều nhất trong thời gian gần đây.
Tháng 10/2007 Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) đã nhóm họp và thông qua
việc bổ sung công nghệ Wimax vào họ giao diện vô tuyến IMT-2000. Điều này đặc
biệt quan trọng và đặt Wimax vào một vị trí vững chắc để cạnh tranh với các dịch
vụ băng rộng cố định xDSL và băng rộng di động 3G.
1.3.1. Các tiêu chuẩn công nghệ cho Wimax
Trong quá trình phát triển từ năm 1999 đến nay IEEE đã đưa ra nhiều bộ tiêu
chuẩn cho truy cập vô tuyến băng rộng WBA (Broadband Wireless Acess). Đến nay
hệ thống Wimax đã có được 2 tiêu chuẩn công nghệ. Đầu tiên đó là tiêu chuẩn công
nghệ cho truy nhập vô tuyến cố định, gọi là tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004, thứ hai
là tiêu chuẩn cho truy nhập vô tuyến di động IEEE 802.16e.
a) Tiêu chuẩn 802.16-2004
Trước đó là 802.16 REVd và được IEEE đưa ra tháng 7 năm 2004. Tiêu chuẩn
này sử dụng phương thức điều chế OFDM và có thể cung cấp các dịch vụ cố định,
XV

nomadic (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối) theo tầm
nhìn thẳng (LOS) và không theo tầm nhìn thẳng (NLOS).
Băng tần : 2Ghz đến 11 Ghz
Tốc độ : Lên đến 75Mbps cho độ rộng kênh 20Mhz
Kiến trúc MAC : điểm – đa điểm
Truyền dẫn : 1 sóng mang. 256 OFDM hoặc 2048 OFDM
Điều chế : QPSK, 16QAM, 64QAM
Độ rộng kênh : 1.75Mhz, 3.5Mhz, 7Mhz, 14Mhz, 1.25Mhz, 5Mhz, 10Mhz,
15Mhz, 8.75Mhz
Ghép kênh : TDM/TDMA/OFDMA
Truyền dẫn song công TDD (Time Division Duplexing), FDD (Frequency
Division Duplexing)
Khoảng cách : 5km đến 8km
b) Tiêu chuẩn 802.16e
Được IEEE thông qua tháng 12/2005. Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức
điều chế SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing), cho
phép thực hiện các chức năng chuyển vùng và chuyển mạng, có thể cung cấp đồng
thời dịch vụ cố định, mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi
bộ), di động hạn chế và di động.
Băng tần : 2Ghz đến 6 Ghz
Tốc độ : Lên đến 15Mbps cho độ rộng kênh 5Mhz
Kiến trúc MAC : điểm – đa điểm
Truyền dẫn : 1 sóng mang. 256 OFDM hoặc 128, 512, 1024, 2048 OFDM
Điều chế : QPSK, 16QAM, 64QAM
Độ rộng kênh : 1.75Mhz, 3.5Mhz, 7Mhz, 14Mhz, 1.25Mhz, 5Mhz, 10Mhz,
15Mhz, 8.75Mhz
Ghép kênh : TDM/TDMA/OFDMA
Truyền dẫn song công TDD, FDD
Khoảng cách : 1.6km đến 5km
1.3.2. Một số đặc điểm của Wimax

a) OFDM - Cơ sở cho lớp vật lý
XVI
Lớp vật lý WiMAX dựa trên kỹ thuật ghép phân chia theo tần số trực giao,
một phương thức cơ bản để hạn chế hiện tượng đa đường, và cho phép WiMAX
hoạt động trong điều kiện NLOS.
b) Tốc độ dữ liệu đỉnh lớn
WiMAX cho phép hỗ trợ tốc độ đỉnh rất cao. Trong thực tế, tốc độ dữ liệu
đỉnh tại lớp vật lý có thể lên đến 74Mbps khi phổ tần hoạt động có độ rộng là
20MHz. Đặc biệt hơn, sử dụng một phổ tần 10 MHz kết hợp với phương thức TDD
với tỉ lệ 3:1 downlink-uplink, tốc độ PHY đỉnh đạt được khoảng 25 Mbps và 6.7
Mbps cho down-link và uplink. Tốc độ này có được khi sử dụng điều chế QAM64
với tỉ lệ mã hoá sửa lỗi là 5/6. Với điều kiện tín hiệu tốt, thậm chí các tốc độ đỉnh
cao hơn có thể đạt được khi sử dụng nhiều ăng ten.
c) Độ rộng băng tần thay đổi và hỗ trợ tốc độ dữ liệu
WiMAX có kiến trúc vật lý linh hoạt cho phép tốc độ dữ liệu có thể thay đổi
dễ dàng với độ rộng băng tần kênh khả dụng. Khả năng này có được nhờ phương
thức OFDMA, trong đó kích cỡ FFT được chia dựa trên độ rộng băng tần kênh khả
dụng.
Ví dụ: Một hệ thống WiMAX có thể sử dụng 128, 512, hoặc 1024 bit FFT dựa trên
độ rộng băng tần kênh là 1.25 MHZ, 5MHz hoặc 10 MHz. việc chia này có thể thực
hiện tự động để hỗ trợ người dùng chuyển qua các sóng mang có độ rộng băng tần
chỉ định khác nhau.
d) Mã hoá và Điều chế thích ứng (AMC)
WiMAX hỗ trợ một số phương pháp điều chế và mã hoá sửa lỗi (FEC) và cho
phép các phương pháp này được thay đổi trên mỗi người dùng dựa trên những điều
kiện của kênh. AMC là một cơ chế hiệu quả để tối đa thông lượng trên một khoảng
thời gian của kênh.
e) Phát lại tại Link-layer
Với các kết nối yêu cầu đảm bảo độ tin cậy, WiMAX hỗ trợ các yêu cầu phát
lại tự động (ARQ) ở lớp vật lý. ARQ - cho phép các kết nối yêu cầu mỗi gói phát đi

được xác nhận bởi máy thu; những gói không được xác nhận được xem như bị mất
và được phát lại. WiMAX cũng hỗ trợ hybrid-ARQ, đây là một hybrid hiệu quả
giữa FEC và ARQ.
f) Hỗ trợ TDD và FDD
XVII
IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e cung cấp cả phương thức song công phân
chia theo thời gian, song công phân chia theo tần số và bán song công FDD, cho
phép đưa ra hệ thống với giá thành thấp. TDD thường được lựa chọn vì nó có
những ưu điểm:
• Linh hoạt trong việc lựa chọn tỉ lệ tốc độ đường uplink-downlink.
• Có khả năng đảo kênh (exploit channel reciprocity)
• Tiết kiệm phổ tần
• Thiết kế máy thu ít phức tạp.
g) Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao
WiMAX di động sử dụng OFDMA như là một công nghệ đa truy nhập, những
người dùng khác nhau có thể được chỉ định các subset tần số OFDM khác nhau.
h) Ấn định tài nguyên cho mỗi người dùng một cách linh động
Việc ấn định tài nguyên cả đường lên và đường xuống được điều khiển bởi
một lịch trình tại trạm BS. Dung lượng được dùng chung giữa nhiều người dùng
dựa trên những yêu cầu cơ bản, sử dụng một cụm TDM. Khi sử dụng phương thức
OFDMA-PHY, việc ghép được thực hiện trong miền tần số để ấn định tập các sóng
mang con OFDM cho những người dùng khác nhau. Những tài nguyên này có thể
được ấn định trong miền không gian như khi sử dụng các hệ thống ăng ten cải tiến
(AAS). Kỹ thuật này cho phép nguồn tài nguyên tần số được ấn định trong miền
thời gian, tần số và không gian và có cơ chế mềm dẻo để khôi phục thông tin ấn
định tài nguyên trên các khung cơ bản.
i) Hỗ trợ các kỹ thuật ăng ten cải tiến
WiMAX sử dụng kỹ thuật nhiều ăng ten như tạo búp sóng, mã hoá không gian
thời gian và ghép trong không gian. Những phương pháp này có thể nâng cao dung
lượng hệ thống và hiệu quả phổ tần nhờ ứng dụng nhiều ăng ten tại máy phát

và/hoặc máy thu.
j) Hỗ trợ QoS
Lớp MAC WiMAX được thiết kế theo kiến trúc khởi tạo kết nối để cung cấp
các ứng dụng khác nhau, bao gồm các dịch vụ thoại và các dịch vụ đa phương tiện.
Hệ thống cung cấp các tốc độ bít CBR, VBR, lưu lượng thời gian thực và không
thời gian thực, để đạt được lưu lượng hiệu quả nhất. WiMAX MAC được thiết kế
XVIII
để cung cấp cho một số lượng lớn người dùng, với nhiều kết nối tại một đầu cuối,
và mỗi kết nối yêu cầu một QoS cho nó.
k) Bảo mật mạnh
WiMAX cung cấp phương thức mật mã hoá, sử dụng chuẩn mật mã cải tiến
(AES). Hệ thống cũng đưa ra kiến trúc nhận thực mềm dẻo dựa trên giao thức nhận
thực mở rộng (EAP).
m) Hỗ trợ cho tính di động
Hệ thống di động WiMAX có cơ chế hỗ trợ chuyển giao cho các ứng dụng di
động như VoIP. Hệ thống cũng xây dựng cơ chế tiết kiệm nguồn, tăng tuổi thọ của
pin tại các thiết bị thuê bao cầm tay.
n) Kiến trúc mạng dựa trên cơ sở IP
WiMAX forum định nghĩa một kiến trúc mạng dựa trên nền tảng hoàn toàn IP.
Tất cả các dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối, QoS, quản lý phiên, an ninh mạng
được phân phát qua một kiến trúc IP chuyển tiếp, trên các giao thức dựa trên nền IP
tới đầu cuối.
1.4. Tính kinh tế và hiệu quả của Wimax
Cung cấp hiệu quả băng tần vô tuyến đến tất cả mọi nơi là chìa khoá thành
công với các hệ thống vô tuyến tương lai. Với sự thành công của dịch vụ Internet,
truyền thông dữ liệu vô tuyến phải cung cấp các dịch vụ tương tự theo cách này.
WiMAX là một công nghệ cho phép truy nhập vô tuyến băng rộng với chi phí thấp.
Ngày nay WBA dường như là một giải pháp kinh tế cho các vùng nông thôn,
truy nhập băng rộng với chi phí rẻ hơn. Một trạm xDSL được triển khai sẽ có chí
phí cao hơn triển khai một trạm WBA. Tại những khu vực cơ sở hạ tầng có dây còn

nghèo nàn thì WBA trở thành một giải pháp kinh tế hơn.
Ví dụ theo tính toán lý thuyết của nhiều công ty nghiên cứu thị trường thì một mạng
WiMAX mà có thể cung cấp cho 75% dân số Mỹ với đầu tư là 1,5 tỉ đô la cung cấp
cho khoảng 85 triệu thuê bao. Tính toán lý thuyết mỗi thuê bao phải trả 45 đô la
trên tháng.
Một trạm gốc WiMAX sẽ có từ 4 đến 8 sector , nằm trong một dải băng tần đã đăng
ký và cung cấp lên đến 1000 CPE đăng ký trên một sector. Các trạm gốc 6 sector
với 100 thuê bao trên sector (600 thuê bao trên trạm gốc) với hệ số tỉ lệ độ rộng
băng là 10:1, hệ thống có thể cung cấp tốc độ cụm đường xuống lên đến 14 Mbps
XIX
và tốc độ cụm đường lên là 4,7 Mbps trong một kênh 7 MHz, với một khoảng cách
ít nhất là 5 km so với trạm gốc.
Nếu chúng ta sử dụng kênh 10 MHz, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ cho phép tốc độ
đỉnh lên đến 20 Mbps tại đường xuống và 7 Mbps tại đường lên (giả sử tỉ lệ 75:25
uplink:downlink trong TDD); hoặc 40 Mbps trên đường xuống và 14 Mbps trên
đường lên với kênh 20 MHz.
Một trong những đặc điểm nổi bật của Wimax là cung cấp dịch vụ truy nhập
băng rộng cho các thiết bị di động. Các thiết bị đầu cuối di động như là : Laptop,
Smartphone, có thể di chuyển với tốc độ cao (đến 125km/h) và được chuyển
vùng mềm.
Thiết bị di động luôn được kết nối khi người sử dụng di chuyển với tốc độ cao
trong vùng phủ sóng của mạng. Chức năng chuyển vùng cho phép dịch vụ được liên
tục với mọi ứng dụng.
Hình 1.3 mô tả khả năng cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng vô tuyến cho
các thiết bị di động.
Hình 1.3 Ứng dụng Wimax di động
1.5. Động lực thúc đẩy của thị trường
Mạng vô tuyến băng rộng không phải là một công nghệ hoàn toàn mới mà nó
chỉ là sự phát triển tiếp theo để tiến đến các chuẩn. Công nghệ Wimax được hứa hẹn
cung cấp dịch vụ băng rộng đến mọi đối tượng trên thị trường viễn thông, có thể là

XX
các vùng nông thôn xa xôi, hay là tại các quốc gia phát triển hoặc các quốc gia đang
phát triển.
Wimax sẽ thành công trên toàn cầu bởi các lý do :
Với thị trường chưa phát triển, chưa có mạng cố định thì việc lựa chọn Wimax
là một cơ hội lớn cho các Nhà cung cấp dịch vụ, nhằm rút ngắn thời gian triển khai
và nhanh chóng đưa ra dịch vụ giá rẻ đến người sử dụng.
Với thị trường mới phát triển : Wimax với lợi thế triển khai dịch vụ thấp sẽ
đưa ra được dịch vụ thoại giá rẻ.
Với thị trường đã phát triển : Wimax sẽ cung cấp dịch vụ băng rộng nhằm đáp
ứng các yêu cầu ngày càng cao của dịch vụ : camera, video, truyền số liệu.
Với thị trường truyền số liệu : Việc thiết lập các hệ thống mạng như là : mạng
cá nhân (PAN), mạng nội bộ (LAN), mạng trong vùng thủ đô (MAN), mạng diện
rộng (WAN) với công nghệ hiện nay thường sử dụng : Công nghệ Ethernet, đường
truyền kênh thuê riêng. Công nghệ Wimax với ưu điểm băng thông rộng, truy nhập
vô tuyến là một trong những lựa chọn tối ưu cho việc triển khai các mạng trên.
Hình 1.4 mô tả dịch vụ truyền số liệu được cung cấp trên hệ thống Wimax :
Với lợi thế truy nhập vô tuyến và băng thông rộng của Wimax có thể dễ dàng triển
khai các kênh thuê riêng để xây dựng các mô hình mạng LAN, MAN, WAN
Hình 1.4 Sơ đồ mạng MAN sử dụng kết nối công nghệ Wimax
XXI
Công nghệ WiMAX có thể đáp ứng các yêu cầu của những khu vực thương
mại trung bình và nhỏ trong môi trường mật độ thấp và cũng có thể cung cấp trong
thành phố, cạnh tranh với các dịch vụ DSL và các dịch vụ leased line.
Bên cạnh đó nó còn thích hợp với các tổ chức vừa và nhỏ. Ngoài ra, nó còn có
những lợi ích khác: mang đến truy nhập nhanh đến các trung tâm thương mại, đặc
biệt trong những thị trường nhỏ mà không có lựa chọn kết nối nào khác.
Với các khu dân cư, doanh nghiệp nhỏ, ngày nay phân đoạn thị trường này
phụ thuộc vào tính khả dụng của xDSL và cáp. Tại vài khu vực những dịch vụ khả
dụng này có thể không đáp ứng mong đợi của khách hàng về hiệu năng, độ tin cậy

hoặc là quá đắt. Ở nhiều vùng nông thôn khách hàng bị giới hạn bởi các dịch vụ
dial-up tốc độ thấp. Tại các nước đang phát triển có rất nhiều vùng không có
phương tiện khả dụng cho truy nhập Internet. Phân tích sẽ cho thấy công nghệ
WiMAX sẽ cho phép hoạt động hiệu quả tại phân đoạn thị trường này.
1.6. Kết luận
Công nghệ Wimax được phát triển từ các hệ thống chuyển mạch kênh băng
hẹp lên băng rộng với nền tảng trung tâm là IP. Trong chương này đã thảo luận về
các mô hình truyền thông vô tuyến băng rộng, các đặc điểm của công nghệ Wimax,
đánh giá khả năng phát triển, triển khai dịch vụ của hệ thống Wimax.
XXII
Chương 2. KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX
2.1. Kiến trúc mạng của Wimax
2.1.1. Sơ đồ kiến trúc mạng của Wimax
Kiến trúc mạng WiMAX dựa trên mô hình mạng dịch vụ hoàn toàn IP. Hình
2.1 chỉ ra một kiến trúc mạng WiMAX đơn giản dựa trên nền IP.
XXIII
Hình 2.1 Kiến trúc mạng Wimax dựa trên nền IP
Hình 2.2 Mô hình mạng Wimax dựa trên các thực thể chức năng
Hình 2.2 mô tả mô hình mạng Wimax dựa trên các thực thể chức năng. Các
chứng năng dành cho thuê bao di động (MS), chức năng cho mạng dịch vụ truy
nhập (ASN), chức năng cho mạng dịch vụ kết nối (CSN).
Một số thành phần của mạng :
MS sử dụng cho người dùng truy nhập mạng
Mạng dịch vụ truy nhập ASN, bao gồm nhiều BS và ASN gateway để truy
nhập vô tuyến tại đường biên và kết nối với mạng lõi (SCN), cung cấp các chức
năng mạng lõi IP.
Toàn bộ kiến trúc được chia ra thành nhiều lớp., đặc biệt là kiến trúc cho phép
3 thực thể thương mại:
• Nhà cung cấp mạng truy nhập (NAP)
• Nhà cung cấp mạng dịch vụ (NSP)

XXIV
• Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng (ASP), cung cấp các dịch vụ giá trị gia
tăng như là các ứng dụng đa phương tiện sử dụng IMS và kết hợp VPN
chạy trên nền IP.
Các thực thể chức năng của mạng bao gồm:
Trạm BS: BS chịu trách nhiệm cung cấp giao diện vô tuyến cho MS, có thể
thêm vào chức năng quản lý di động tại BS, quản lý tài nguyên vô tuyến, thiết lập
tunnel, QoS theo yêu cầu, phân lớp dịch vụ, DHCP proxy, quản lý khoá, quản lý
phiên, và quản lý nhóm multicast.
Gateway mạng truy nhập dịch vụ (ASN-GW): ASN gateway hoạt động như là
điểm tập trung lưu lượng lớp 2 trong ASN. Các chức năng của ASN-gateway gồm:
Quản lý vị trí trong nội bộ ASN và paging, quản lý tài nguyên vô tuyến, giám sát
điều khiển, lưu hồ sơ thuê bao và các khoá mật mã. Chức năng AAA client thiết lập
và quản lý tunnel di động với các trạm BS, QoS, chức năng FA (foreign agent) cho
IP di động và định tuyến đến CSN.
Mạng dịch vụ kết nối (CSN): CSN cung cấp kết nối đến internet, ASP và các
mạng công cộng khác. CSN gồm AAA server để hỗ trợ nhận thực cho các thiết bị,
người dùng và các dịch vụ đặc biệt. CSN chịu trách nhiệm về quản lý địa chỉ IP
giữa các ASN, tính di động và roaming giữa các ASN. CSN cũng chính là gateway
tương tác với các mạng khác, như là PSTN, 3GGP và 3GGP2.
2.1.2. ASN và các chức năng chính
ASN: là một tập các chức năng mạng đầy đủ cần thiết để cung cấp truy nhập
vô tuyến đến thuê bao WiMAX, nó gồm ít nhất một hoặc nhiều BS kết nối với
ASN gateway. Hình 2.3 mô tả cấu trúc ASN
Hình 2.3 Cấu trúc ASN
Các chức năng cơ bản của ASN
XXV
- Truyền các bản tin AAA đến nhà cung cấp dịch vụ mạng chủ của thuê bao
WiMAX (H-NSP) để nhận thực, cấp phép và các phiên thanh toán cho các
phiên thuê bao.

- Chức năng chuyển tiếp để thiết lập kết nối lớp 3 (L3) với một WiMAX MS
(chỉ định địa chỉ IP)
- Quản lý tài nguyên vô tuyến
- Ngoài ra các chức năng chính trên, để thuê bao hoạt động trong môi trường
di động, một ASN phải cung các các chức năng sau:
- ASN neo di động
- CSN neo di động
- Quản lý vị trí và paging
- ASN-CSN tunneling
2.1.3. CSN và các chức năng chính
Mạng dịch vụ kết nối (CSN) là một tập các thực thể chức năng mạng mà cung
cấp các dịch vụ kết nối IP đến các thuê bao WiMAX. Một CSN có thể cung cấp các
chức năng dưới đây:
- Địa chỉ IP MS và các thông số điểm cuối chỉ định cho các phiên người
dùng.
- Truy nhập internet
- AAA proxy hoặc server.
- Adminission Control và Policy dựa trên người dùng hoặc các hồ sơ thuê
bao.
- Hỗ trợ ASN-CSN tunneling.
- Tính cước thuê bao WiMAX.
- Tunneling Inter-CSN dùng cho roaming.
- Inter-ASN mobility.
Như vậy CSN gồm các thực thể chức năng sau:
- AAA server (RADIUS for release 1, DIAMETER later)
- Mobile IP Home Agent (dùng cho dịch vụ di động)
- DHCP server (ấn định địa chỉ IP)
- Các router kết nối với các mạng khác
- Hệ thống tính cước.