Nghiên cứu các biện pháp phối hợp hoạt động và các kỹ thuật giảm nhẹ ảnh hưởng giữa các hệ thống Wimax dải tần 2-11 GHZ

đại học quốc gia hà nội
tr-ờng đại học công nghệ







ĐINH TUấN TRUNG




Nghiên cứu CáC BIệN PHáP PHốI HợP HOạT ĐộNG
Và CáC Kỹ THUậT GIảM NHẹ ảNH HƯởNG GIữA CáC
Hệ THốNG WIMAX DảI TầN 2-11ghZ






luận văn thạc sỹ

Hà Nội - 2007

đại học quốc gia hà nội
tr-ờng đại học công nghệ





ĐINH TUấN TRUNG




Nghiên cứu CáC BIệN PHáP PHốI HợP HOạT ĐộNG
Và CáC Kỹ THUậT GIảM NHẹ ảNH HƯởNG GIữA
CáC Hệ THốNG WIMAX DảI TầN 2-11ghZ




Ngành: Kỹ thuật Điện tử- Viễn thông

Chuyên ngành: Viễn thông




luận văn thạc sỹ




ng-ời h-ớng dẫn khoa học:
ts. nguyễn hữU HậU






Hà Nội 12/2007
-1-



mục lục
Danh mục hình vẽ 5
Danh mục bảng 6
Bảng tra cứu viết tắt 7
Lời nói đầu 10
Ch-ơng I: tổng quan về công nghệ wimax 12
1.1 TNG QUAN V CễNG NGH WIMAX 12

1.1.1 Khỏi nim cụng ngh Wimax 12
1.1.2 Mt s ng dng in hỡnh ca Wimax [8] 14
1.1.3 Cu trỳc tiờu biu ca mt h thng Wimax 15
1.1.4 u im ca Wimax [6] 15
1.2. CHUN IEEE 802.16 17
1.2.1. Chun khụng dõy ton cu [1], [2] 17
1.2.2. Mụ hỡnh tham chiu ca chun 802.16 18
1.2.3. Cỏc kin trỳc ca chun 802.16 [2] 19
1.2.4. Nhng bng tn c bn c s dng trong chun 802.16 21
1.3. KT LUN 21
Ch-ơng II: Nghiên cứu hệ thống FBWA - WiMAX dải
tần 2-11GHz và nhiễu của hệ thống. 23
2.1. tổng quan về hệ thống WiMAX dải tần 2GHz -11GHz 23
2.1.1. Cụng ngh khụng dõy bng rng 23
2.1.1.1. Nhu cu s dng cụng ngh bng rng 23
2.1.1.2 Cỏc cụng ngh khụng dõy 24
2.1.2. Hệ thống FBWA - WiMAX dải tần 2-11GHz [2] [6] 28
2.1.2.1. Tổng quan hệ thống FBWA - WiMAX dải tần 2-11GHz 29
2.1.2.2. Kiến trúc hệ thống 30
2.2. Tổng quan về can nhiễu giữa các hệ thống truy cập
không dây băng rộng Wimax dải tần 2-11GHz. 32
-2-



2.2.1. Các loại nhiễu trong hệ thống truyền tin vô tuyến [5],[8],[9] 32
2.2.1.1. Nhiễu đồng kênh 33
2.2.1.2. Nhiễu kênh lân cận 33
2.2.1.3. Nhiễu ký tự ISI 34
2.2.1.4.Hiệu ứng gần - xa 36

2.2.2. Nhiễu giữa các hệ thống FBWA dải tần 2-11GHz [2], [9] 36
2.2.2.1. Các loại nhiễu chính trong FBWA dải tần 2-11GHz 36
2.2.2.3. Các đ-ờng truyền nhiễu 38
2.2.2.3.1. BS chịu nhiễu 38
2.2.2.3.2. SS chịu nhiễu 41
2.2.2.3.3 Node mesh toàn h-ớng chịu nhiễu. 43
2.3. kết luận 44
Ch-ơng III: Phối hợp hoạt động giữa các hệ
thống fbwa- wimax dảI tần 2-11ghz và các kỹ
thuật giảm nhiễu 45
3.1. Các khuyến nghị cần thiết khi triển khai hệ thống không
dây băng rộng cố định FBWA- WIMAX 46
3.1.1. Khuyến nghị 1 [2], [6] 46
3.1.2. Khuyến nghị 2 [2], [6] 47
3.1.3. Khuyến nghị 3 [2], [6] 47
3.1.4. Khuyến nghị 4 [2], [6] 47
3.1.5. Khuyến nghị 5 [2], [6] 48
3.1.6. Khuyến nghị 6 [2], [6] 49
3.1.7. Khuyến nghị 7 [2], [6] 49
3.2. Các chỉ tiêu của hệ thống Wimax [1], [5], [6] 50
3.2.1. Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc PMP [1], [6] 51
3.2.2. Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc mesh [1], [6] 53
3.2.3. Chỉ tiêu đối với các hệ thống 10.5GHz với kiến trúc PMP [1], [6] 54
3.3. Các mức ng-ỡng cho việc phối hợp hoạt động [6] 56
-3-



3.3.1. Khoảng cách giữa các trạm 56
3.3.2. Mức ng-ỡng phối hợp hoạt động đối với tr-ờng hợp đồng kênh/vùng

lân cận 57
3.3.2.1. Mật độ thông l-ợng phổ công suất psfd 57
3.3.2.2. Đối với hệ thống PMP 59
3.3.2.3. Ng-ỡng phối hợp hoạt động MP-MP (mesh) 61
3.3.3. Mức ng-ỡng phối hợp hoạt động đối với tr-ờng hợp kênh lân cận/cùng
vùng 62
3.3.3.1. Hệ số lọc mạng 63
3.3.3.2. Giới hạn khoảng cách giữa các trạm 64
3.4. Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống PMP và các hệ
thống mesh [1], [9] 65
3.4.1. Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống PMP 65
3.4.1.1. Các cơ chế nhiễu 65
3.4.1.2. Phân tích tr-ờng hợp xấu nhất 66
3.4.1.3. Mô phỏng Monte Carlo 66
3.4.1.4. Các mô phỏng và tính toán. 66
3.4.2. Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống mesh 69
3.4.2.1. Nhiễu giữa các cell đồng kênh trong một mạng lớn 69
3.4.2.2. Nhiễu mạng liên kết đồng kênh giữa các vùng lân cận 71
3.4.2.3. Nhiễu cell liên kết kênh kề trong mạng lớn. 72
3.4.2.4. Nhiễu mạng liên kết kênh kề giữa các vùng lân cận 72
3.4.2.5. Nhiễu mạng liên kết kênh kề trong cùng vùng 72
3.5. Các kỹ thuật giảm nhiễu [5], [6], [8] 73
3.5.1. Kế hoạch băng tần 73
3.5.2. Phân ranh giới phục vụ 74
3.5.3. Tách biệt khoảng cách, công suất 74
3.5.4. Các BS đặt cùng vị trí 75
3.5.5. Các kỹ thuật anten 75
3.5.5.1. Độ phân cách giữa các anten 75
3.5.5.2. Định h-ớng anten 75
-4-

3.5.5.3. Nghiêng anten 75
3.5.5.4. Tăng tính định h-ớng 76
3.5.5.5. Giảm độ cao anten 76
3.5.5.6. Cấu hình t-ơng lai 76
3.5.5.7. Phân cực hoá 76
3.5.6. Che chắn 77
3.5.7. Xử lý tín hiệu 77
3.5.8. Giảm ng-ỡng độ nhậy thu 77
3.5.9. Khoá thuê bao SS để ngừng phát khi không có tín hiệu thu 77
3.5.10. Sử dụng kỹ thuật anten thích nghi AA 78
3.6. KếT LUậN 79
KếT LUậN CHUNG 80
TI LIU THAM KHO 822

-5-



Danh mục hình vẽ
Hình 1.1- Chuẩn không dây toàn cầu 16
Hình 1.2- Mô hình tham chiếu của 802.16 18
Hình 1.3- Các kiến trúc trong 802.16 19
Hình 2.1- Sơ đồ mô hình hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định 29
Hình 2.2- Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng tần số ở 2 vùng lân cận nhau 32
Hình 2.3- Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng vùng kênh lân cận 33
Hình 2.4- Các mẫu mắt 34
Hình 2.5- Không gian nhiễu ký tự 34
Hình 2.6- Các dạng nhiễu 35
Hình 2.7- Các nguồn nhiễu ảnh h-ởng tới BS trong hệ thống FBWA 38
Hình 2.8-Mô hình đơn giản hoá đối với nhiễu tới BS trong hệ thống FBWA 40
Hình 2.9- Các nguồn nhiễu ảnh h-ởng tới BS trong hệ thống FBWA 41
Hình 2.10- Các nguồn nhiễu ảnh h-ởng tới hệ thống mesh toàn h-ớng 42
Hình 3.1- Minh hoạ psfd tính toán dựa trên chiều cao tại danh giới
vùng phục vụ 56
Hình 3.2 - Tầm nhìn sóng 59
Hình 3.3 - Phổ nhiễu gây ra giữa các kênh lân cận 61
Hình 3.4 - Mô hình chung đối với phân tích tr-ờng hợp xấu nhất 62
Hình 3.5 - Mô hình mạng mesh sử dụng định tuyến tối thiểu hoá năng
l-ợng mỗi bit. 68
Hình 3.6 - Mô hình mesh sử dụng các định tuyến khác nhau 69
Hình 3.7-Hàm phân bố tích luỹ CDF nhiễu đối với node đồng kênh gần nhất 69
Hình 3.8: Hàm phân bố tích luỹ CDF nhiễu đối với node kênh kề gần nhất 71

-6-




Danh mục bảng biểu
Bảng 3.1 - Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc PMP 51
Bảng 3.2 - Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc mesh 53
Bảng 3.3 - Chỉ tiêu đối với các hệ thống 10.5GHz với kiến trúc PMP 54
Bảng 3.4 - Các nguyên tắc phân cách theo tần số và không gian 56
Bảng 3.5 - Giới hạn psfd lớn nhất 57
Bảng 3.6 - Dải thay đổi tầm nhìn sóng theo độ cao anten 59
Bảng 3.7 - Tổng hợp các kết quả mô phỏng 67


-7-



Bảng tra cứu chữ viết tắt

AA
adaptive antenna
anten thích nghi
AdjCh
adjacent channel
Kênh lân cận
ATPC
automatic transmit power control
Tự động điều khiển công

suất phát
AZ
azimuth
Góc (ph-ơng vị)
BER
bit error ratio
Độ sai bit
BO
occupied bandwidth
Băng thông kênh chiếm
dụng
BS
base station
Trạm gốc
BW
bandwidth
Băng thông
BWA
broadband wireless access
Truy cập không dây băng
rộng
CDF
cumulative distribution function
Hàm phân bố tích luỹ
CDMA
code division multiple access
CDMA
C/I
carrier-to-interference ratio
Tỷ số sóng mang trên nhiễu

C/N
carrier-to-noise ratio
Tỷ số sóng mang trên nhiễu
C/(N + I)
carrier-to-(noise and interference) ratio
Tỷ số sóng mang trên
nhiễu/tạp âm
CoCh
co-channel
Đồng kênh
Co-Pol
co-polar
Đồng cực
CS
channel separation
Tách biệt kênh
dBc
decibels relative to the carrier level
Mức dB liên quan đến sóng
-8-



mang
dBi
see 3.1.9
dBi
DS-3
44.736 Mbit/s line rate

DSL
Digital subcriber line
Đ-ờng dây thuê bao số
D/U
desired-carriertoundesired-carrier
ratio
Tỷ số sóng mang mong
muốn trên sóng mang
không mong muốn
EL
elevation

EIRP
equivalent isotropically radiated power
Công suất bức xạ đẳng
h-ớng
ETSI
European Telecommunications Standard
Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
FBWA
Fixed broadband wireless access
Truy cập không dây băng
rộng cố định
FDD
Frequency division duplex
Song công phân chia theo
tần số
HiperMan

Công nghệ t-ơng đ-ơng với
Wimax ở Châu Âu
IEEE
Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Học viện của các kỹ s-
điện và điện tử
LAN
Local area network
Mạng cục bộ
LMDS


LOS
Line of sight
Tầm nhìn thẳng
MAN
Metropolitan area network
Mạng đô thị băng rộng
NFD
Net filter discrimination
Hệ số lọc mạng
-9-



NLOS
Non/near LOS
Không/gần tầm nhìn thẳng

pfd
Power flux density
Mật độ thông l-ợng công
suất
PTP
Point to point
Điểm - điểm
PMP
Point to multipoint
Điểm - đa điểm
psfd
Power spectral flux density
Mật độ thông l-ợng phổ
công suất
SS
Subcriber station
Trạm thuê bao
TDD
Time division duplex
Song công phân chia theo
thời gian
WAN
Wide area network
Mạng diện rộng
Wifi
Wireless Fidelity
Chuẩn kết nối không dây
WiMax
Worldwide Interoperability for Microwave
Khả năng t-ơng tác toàn

cầu với truy nhập vi ba
WLAN
Wireless LAN
Mạng LAN không dây
WMAN
Wireless MAN
Mạng MAN không dây
-10-



Lời nói đầu


Hiện nay công nghệ đang ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt.
Đặc biệt là về công nghệ không dây đ-ợc các hãng sản xuất, các nhà nghiên
cứu không ngừng nâng cao, cải tiến để có thể tạo ra đ-ợc các hệ thống liên lạc
không dây hiệu quả. Một trong những công nghệ mới nhất hiện nay là công
nghệ truy cập vô tuyến băng rộng WiMAX. Công nghệ này do tổ chức IEEE
phát triển tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến ngoài trời băng
rộng. Công nghệ này đã đ-ợc thử nghiệm và đánh giá là hệ thống hiện đại với
rất nhiều -u điểm nổi trội nh- vùng phủ sóng lớn, tốc độ truyền tải dữ liệu
nhanh, chính xác, có thể truy cập bất cứ nơi đâu và bất cứ nơi nào với tốc độ
caoChính vì vậy sẽ có rất nhiều những nhà đầu t- triển khai lắp đặt để phục
vụ nhu cầu ngày càng cao của khách hàng. Vậy câu hỏi đặt ra là làm thế nào
để các hệ thống mạng hoạt động tốt mà không ảnh h-ởng đến nhau cũng nh-
làm thế nào để các trạm thu phát trong cùng một mạng không gây nhiễu lên
nhau nhằm đảm bảo việc truyền dữ liệu an toàn, hiệu quả.
Để giải quyết vấn đề này, Luận văn đã đi từ những khái niệm tổng quan
về công nghệ Wimax, đến những kiến trúc mạng phổ biến. Từ đó chỉ ra những

hạn chế do nhiễu có thể gặp phải khi thiết kế hệ thống. Không quá chú trọng
đến nhiễu trong nội tại từng hệ thống riêng biệt, Luận văn đã có một h-ớng đi
mới đó là Nghiên cứ về nhiễu giữa các hệ thống của các Nhà cung cấp khác
nhau trong mạng.
Với đề tài: Nghiờn cu phi hp hot ng gia cỏc h thng v cỏc
k thut gim nh nh hng gia cỏc h thng Wimax di tn 2-11GHz ,
bao gồm 3 ch-ơng, cụ thể:
Ch-ơng I: Tổng quan về công nghệ WiMAX
Ch-ơng II: Nghiên cứu hoạt động chung của hệ thống FBWA - WiMAX dải
tần 2-11GHz và nhiễu của hệ thống.
-11-



Ch-ơng III: Các nguyên tắc phối hợp hoạt động giữa các hệ thống FBWA -
WiMAX dải tần 2-11GHz và các kỹ thuật giảm nhiễu giữa các hệ thống.
Công nghệ Wimax là một trong những công nghệ mới, do vậy nghiên
cứu và đ-a ra giải pháp giảm thiểu nhiễu giữa các hệ thống là một công việc
khá phức tạp nh-ng lại là một vấn đề vô cũng hấp dẫn. Do thời gian nghiên
cứu và thực hiện có hạn, nên chắc chắn đề tài không thể tránh khỏi những sai
sót. Rất mong nhận đ-ợc đóng góp của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Nguyễn Hữu Hậu- công
tác tại Học viện Công nghệ B-u chính Viễn thông, ng-ời đã tận tình h-ớng
dẫn, định h-ớng và góp ý cho em rất nhiều kiến thức bổ ích, quý báu tr-ớc và
trong quá trình em thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn tất cả mọi ng-ời!

Hà Nội, ngày tháng năm 2008

Học viên
Đinh Tuấn Trung





-12-



Ch-¬ng I: tæng quan vÒ c«ng nghÖ wimax

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1.1. Khái niệm công nghệ Wimax
Ngày nay tỷ lệ người truy cập băng rộng còn rất ít, thấp hơn 20% dân
số thế giới và thậm chí còn nhỏ hơn tỷ lệ này nhiều. Câu hỏi đặt ra là tại sao?
Là do các công nghệ đang tồn tại như DSL, cáp và vô tuyến cố định có các
hạn chế như chi phí lắp đặt cao, có vấn đề lập vòng, tốc độ đường lên
(upstream) cần nâng cấp, giới hạn LOS và tính hướng mở kém. Chính vì sự
hạn chế này mà chúng ta đưa ra giải pháp truy cập internet băng rộng cố định/
di động có thể sẽ thay thế những công nghệ hiện nay và truy cập bất cứ nơi
đâu và bất cứ khi nào với tốc độ cao, đó chính là công nghệ truy cập vô tuyến
băng rộng Wimax.
Wimax là tên viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave
Access. Về mặt kĩ thuật, Wimax là công nghệ dựa trên sự kết hợp giữa một
phần chuẩn 802.16a và HiperMAN, những chuẩn mà được thiết kế ra với mục
đích cung cấp một giải pháp truy nhập cho các mạng không dây băng rộng cỡ
lớn, cụ thể là mạng đô thị MAN. Với sự kết hợp của cả IEEE và ETSI, xét về
mặt chuẩn hóa Wimax trở thành công nghệ chuẩn trên toàn thế giới.[1]

1.1.2. Wimax với một số công nghệ đi trước
Mạng đô thị MAN theo định nghĩa là mạng bao phủ trên phạm vi một
đô thị. Về mặt ứng dụng, mạng trên mạng MAN người ta có thể triển khai
cung cấp thông tin cho rất nhiều các loại dịch vụ công cộng khác nhau như y
tế, văn hóa, xã hội… Về mặt kĩ thuật, mạng MAN là tập hợp của rất nhiều
công nghệ khác nhau, mỗi công nghệ tương ứng với một phần khác nhau
trong mạng. Cũng giống như các mạng LAN, WAN, mạng MAN chia làm hai
loại: mạng MAN có dây và mạng MAN không dây. Có ba ứng dụng cơ bản
nhất xây dựng nên mạng MAN truy nhập là mạng backhaul, mạng truy nhập
và các hotzone.
-13-



Wimax là công nghệ cho mạng MAN không dây. Đã có khá nhiều công
nghệ băng rộng không dây ra đời, nhưng cho tới nay, chưa có một công nghệ
không dây băng rộng nào hướng tới mục tiêu cung cấp tổng hợp các giải pháp
truy nhập cho mạng MAN một cách tối ưu như Wimax. Các công nghệ đi
trước chỉ cung cấp các giải pháp đơn lẻ, hướng tới một mục phần cụ thể trong
mạng MAN ví dụ như LMDS hay WiFi,…[1]
LMDS là công nghệ sử dụng dải tần trên 20GHz để truyền sóng.
LMDS là một chuẩn hoạt động dưới sự hậu thuẫn của các tổ chức quốc tế
ATM Forum, ETSI, ITU,…Ở dải tần số lớn thế này, LMDS chỉ cho phép
truyền sóng trong tầm nhìn thẳng (LOS) trong phạm vi vài cây số (5-7km).
LMDS cho phép triển khai các dịch vụ tốc độ cao như thoại, video,
Internet,…Hệ thống LMDS có tốc độ rất cao, hiệu suất điều chế của nó có thể
đạt tới 5bit/Hz/s. Do điều kiện truyền LOS, LMDS chỉ thích hợp với các
mạng trục, các tổ chức doanh nghiệp có nhu cầu về tốc độ lớn. LMDS không
thích hợp với các khách hàng riêng lẻ, các hộ gia đình.[1]
WiFi thực ra là công nghệ hướng tới các mạng LAN không dây nhưng

nó vẫn có thể dùng để triển khai cho các mạng rộng hơn như MAN. Nhưng
chính vì nó không được thiết kế cho MAN nên việc triển khai nó trong MAN
gặp rất nhiều vấn đề. Thứ nhất, dải tần làm việc của 802.11 là dải tần miễn
phí, nhiễu rất lớn. Do đó nó hoàn toàn không thích hợp với việc triển khai các
dịch vụ công cộng cỡ lớn. Thứ hai, 802.11 được thiết kế cho các mạng ít thuê
bao, kênh truyền của nó cố định kích thước khoảng 20 MHz, rất kém linh
hoạt. Thứ ba, 802.11 chưa cung cấp cơ chế QoS, một vấn đề vô cùng quan
trọng đối với các hệ thống mạng đa dịch vụ. Thứ tư, mặc dù nếu ta truyền
trong môi trường tốt, ít nhiễu, LOS, sử dụng các anten định hướng với công
suất đủ lớn thì WiFi có thể đạt tới khoảng cách vài km nhưng phạm vi bao
phủ như thế này cũng rất hẹp. Thứ năm, WiFi không hỗ trợ kiến trúc Mesh,
một kiến trúc đảm bảo sự liên thông tốt trong mạng đô thị… [1]
Chỉ có sự ra đời của Wimax mới giải quyết được tất cả ba loại dịch vụ
cơ bản trên của mạng MAN. Nó có thể sử dụng các trạm gốc để thiết lập
tuyến trục, phân phối dịch vụ tới khách hàng riêng lẻ hoặc thiết lập nên các
vùng truy nhập dịch vụ. Hiện nay, Wimax được xem là một giải pháp toàn
-14-



diện của công nghệ không dây băng rộng trong đô thị, ngoại ô và những vùng
nông thôn xa xôi hẻo lánh… Wimax cho phép truyền không dây các loại dữ
liệu, hình ảnh, âm thanh nhanh hơn cả DSL hay cáp, và tất nhiên là nhanh hơn
nhiều lần các công nghệ không dây hiện hành như 802.11a hay 802.11b mà
không yêu cầu điều kiện truyền LOS. Phạm vi bao phủ của Wimax có thể lên
tới vài chục km với tốc độ lớn nhất là 70Mbps. Băng thông của Wimax đủ để
cung cấp đồng thời hàng trăm thuê bao T1 hoặc hàng trăm thuê bao DSL.
Hiện nay, việc triển khai các mạng cáp như DSL có thể rất tốn thời gian
và tốn kém, và kết quả là một số lượng lớn khách hàng có nhu cầu mà không
được cung cấp dịch vụ. Wimax khắc phục hạn chế này, nó có khả năng cung

cấp dịch vụ nhanh chóng và dễ dàng, ngay cả ở những nơi như nông thôn,
rừng núi,… những nơi vô cùng khó khăn và bất lợi đối với việc triển khai các
hệ thống có dây hoặc là khả năng khắc phục những hạn chế về mặt vật lí
trong các mạng có dây.
Trong tương lai, Wimax sẽ được tích hợp vào các thiết bị không cố
định như máy xách tay, PDA,…
1.1.3. Một số ứng dụng điển hình của Wimax [8]
 Ứng dụng cho các mạng backhaul: Các nhà cung cấp dịch vụ
internet thường phải thuê các đường truyền của một nhà cung cấp khác, điều
này đã làm giá thành của dịch vụ trở nên đắt hơn. Với tốc độ mà Wimax đạt
được, họ có thể giảm được phần nào sự lệ thuộc này.
 Các ứng dụng băng thông theo yêu cầu: Việc sử dụng Wimax là giải
pháp cho mạng truy nhập sẽ thúc đẩy sự triển khai các mạng WLAN cũng
như các điểm hotspot, đặc biệt là tại những nơi mà mạng cáp không thể tới
được. Wimax cũng cung cấp băng thông tùy vào các thỏa thuận đối với từng
thuê bao.
 Cung cấp dịch vụ băng thông rộng đến người dùng riêng lẻ: Hạn
chế của các mạng cáp như DSL là khả năng mở rộng, với tới khách hàng. Với
DSL, khoảng cách chỉ có thể đạt tới 3 dặm, từ tổng đài trung tâm đến khách
hàng. Giới hạn này làm cho nhiều khách hàng có nhu cầu nhưng không được
cung cấp dịch vụ. Đối với mạng cáp cũ, rất nhiều các nhà cung cấp dịch vụ đã
-15-



không trang bị, cải tiến hệ thống cũ thành hệ thống băng thông rộng bởi vì giá
thành cho việc đó là quá đắt. Hơn thế nữa, cũng không có một chuẩn cụ thể
cho việc triển khai này, tính tin cậy sẽ không được đảm bảo. Và giải pháp cho
điều này chính là Wimax. Những tính năng như băng thông cao, không yêu
cầu LOS, mềm dẻo, linh hoạt, giá thành rẻ làm chính là những điểm khắc

phục hạn chế của mạng có dây.
Với khả năng triển khai đến các vùng ngoại ô, nông thôn, các vùng có
mật độ dân cư ít, việc Wimax được chọn tại những vùng như thế này là hết
sức tự nhiên. Điều này là bởi các mạng có dây khó có thể được đưa tới những
nơi thế này, vừa triển khai khó, vừa lợi nhuận thấp.
1.1.4. Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống Wimax
Một hệ thống Wimax điển hình bao gồm 2 phần chính:
 Một trạm gốc Wimax: Trạm gốc gồm các khối điện tử đặt trong nhà và
một anten Wimax. Tiêu biểu, một trạm gốc có bán kính phủ sóng lên
đến 10 km (Theo lý thuyết, một trạm gốc có bán kính phủ sóng lên đến
50 km, tuy nhiên do điều kiện thực tế nên chỉ giới hạn ở bán kính
khoảng 10 km). Bất kỳ node vô tuyến nằm trong vùng phủ sóng điều có
thể truy cập đến Internet.
 Một máy thu WiMax: máy thu và anten có thể là một hộp đơn hay là
một card PCMCA gắn vào trong máy tính hoặc laptop. Truy cập đến
trạm gốc Wimax giống như truy cập đến điểm truy cập của mạng Wifi,
nhưng có vùng phủ sóng thì rộng hơn.
Nhiều trạm gốc có thể kết nối lẫn nhau bằng cách sử dụng các liên kết
Viba backhaul tốc độ cao. Điều này cho phép các thuê bao Wimax chuyển
vùng từ trạm gốc này đến khu vực trạm gốc khác, cũng tương tự như chuyển
vùng trong mạng điện thoại tế bào.
1.1.5. Ưu điểm của Wimax [6]
 Thông lượng: Với việc sử dụng các mô hình điều chế hết sức linh
hoạt và mạnh mẽ, Wimax có thể cung cấp thông lượng cao trong một phạm vi
bao phủ rộng. Các mô hình điều chế thích ứng động cho phép các BS cân
-16-



bằng giữa thông lượng và khoảng cách. Ví dụ, giả dụ như lúc này đang sử

dụng mô hình điều chế 64QAM, nếu với mô hình này, một BS không thể thiết
lập một liên kết mạnh, tức là liên kết mà trên đó có thể thực hiện được việc
truyền dữ liệu ở một mức tối thiểu có thể chấp nhận được, tới một thuê bao ở
một khoảng cách nào đó, thì mô hình điều chế 16QAM hoặc QPSK sẽ được
sử dụng, đồng nghĩa với tốc độ giảm đi nhưng khoảng cách xa hơn. Thông
lượng lớn nhất trong Wimax có thể đạt được là khoảng 70Mbps trong điều
kiện truyền tốt.
 Khả năng mở rộng: Để thực hiện dễ dàng việc triển khai (cell
planning) ở cả dải tần cấp phép (licensed band) và dải tần miễn phí (license-
exempt), 802.16 cung cấp một cách linh động các độ rộng kênh truyền khác
nhau. Ví dụ, nếu một nhà điều hành được đăng kí 20MHz tần phổ, nhà điều
hành đó có thể chia làm hai sector, mỗi sector 10MHz, hoặc là 4 sector, mỗi
sector là 5MHz, điều này ưu việt hơn hẳn so với một số mạng băng rộng khác
có độ rộng kênh cố định như WiFi. Bằng việc tập trung công suất, nhà điều
hành vẫn có thể đảm bảo được chất lượng, phạm vi bao phủ cũng như phần
nào thông lượng. Để mở rộng mạng, vung bao phủ, họ có thể sử dụng lại tần
số.
 Phạm vi bao phủ: Để hỗ trợ một cách mạnh mẽ và linh động các mô
hình điều chế, Wimax cũng cung cấp rất nhiều các kĩ thuật làm tăng phạm vi
bao phủ.
 Chất lượng dịch vụ (QoS): Khả năng cung cấp dịch vụ voice là đặc
biệt quan trọng, nhất là trong môi trường toàn cầu như hiện nay. Chính vì vậy
Wimax cung cấp các thành phần đảm bảo QoS cho phép triển khai các dịnh
vụ voice, video với độ trễ thấp. Tính năng request/grant trong lớp MAC của
802.16 cho phép một nhà điều hành có thể cung cấp đồng thời các dịch vụ với
độ đảm bảo khác nhau như dịch vụ T1 hoặc best-effort, giống như trong
cable.
 Bảo mật: Tính năng bảo mât được tích hợp sẵn trong 802.16 cung cấp
một cơ chế truyền thông tin cậy và an toàn. 802.16 định nghĩa riêng một lớp
con cho bảo mật thuộc lớp MAC gọi là lớp SS.

-17-



1.2. CHUẨN IEEE 802.16
1.2.1. Chuẩn không dây toàn cầu [1], [2]
Có thể nhiều nhà cung cấp dịch vụ và vận hành còn xa lạ với chuẩn
IEEE 802.16 (WiMAX) nhưng đây sẽ là công nghệ không dây mang tính cách
mạng trong ngành công nghiệp dịch vụ không dây băng rộng. Chuẩn 802.16,
giao tiếp dành cho hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định còn được
biết đến với tên chuẩn giao tiếp không dây IEEE WirelessMAN. Chuẩn được
thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trực tiếp
trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tương
đương cáp, DSL, trục T1 phổ biến hiện nay.

PAN
LAN
MAN
WAN
IEEE 802.20
IEEE 802.16
Wireless MAN
IEEE 802.11
IEEE 802.15
ETSI
HIPERPAN
ETSI
HIPERLAN
ETSI HIPERMAN
& HIPERACCESS

3GPP EDGE
(GSM)

Hình 1.1: Chuẩn không dây toàn cầu
Tháng 1/2003, IEEE cho phép chuẩn 802.16a sử dụng băng tần từ
2GHz đến 11GHz; rộng hơn băng tần từ 10GHz đến 66GHz của chuẩn
802.16 phát hành tháng 4/2002 trước đó. Nhờ đặc tính không dây mà các nhà
cung cấp dịch vụ và vận hành có thể triển khai đường trục dễ dàng, tiết kiệm
chi phí đến những vùng địa hình hiểm trở, mở rộng năng lực mạng tại những
tuyến cáp đường trục đang quá tải; đặc biệt đường phố không bị "đào lên lấp
xuống" như hiện nay. Thiết bị phát IEEE 802.16a có thể lắp ngay trên nóc tòa
nhà chứ không cần đầu tư đặt trên tháp cao hoặc đỉnh núi như những công
-18-



nghệ khác. Hệ thống 802.16a chuẩn có thể đạt đến bán kính 48km bằng cách
liên kết các trạm có bán kính làm việc 6-9 km.
1.2.2. Mô hình tham chiếu của chuẩn 802.16
Hình vẽ 1.2 mô tả các phân lớp trong 802.16. [2]
Cũng giống như các bộ chuẩn khác họ 802 của IEEE, 802.16 chỉ tập
trung vào việc mô tả và chuẩn hóa hai lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý trong
mô hình OSI.
Lớp MAC mô tả trong 802.16 bao gồm ba lớp con: lớp con hội tụ (CS),
lớp con MAC (MCPS) và lớp con bảo mật (SS).
Lớp con CS cung cấp bất cứ việc chuyển đổi hoặc ánh xạ từ các mạng
mở rộng khác như ATM, Ethernet, thông qua một điểm truy nhập dịch vụ
SAP. Chính xác hơn, lớp này làm nhiệm vụ chuyển đổi các gói tin từ các định
dạng của mạng khác thành các gói tin phù hợp với định dạng theo 802.16 và
chuyển xuống cho lớp MCPS. Cũng tại đây sẽ diễn ra sự phân lớp dịch vụ của

các mạng ngoài để ánh xạ vào một dịch vụ thích hợp trong 802.16.
Lớp con MCPS cung cấp các chức năng chính của lớp MAC, đó là các
chức năng như truy nhập, phân bố băng thông, thiết lập, quản lí kết nối. Nó sẽ
nhận dữ liệu từ các CS khác nhau để quản lí trong mộts kết nối MAC riêng.
Chất lượng dịch vụ cũng sẽ được áp dụng trong việc truyền và sắp xếp dữ
liệu.
Lớp con bảo mật SS cung cấp các cơ chế chứng thực, trao đổi khóa và
mã hóa.
-19-




Hình 1.2: Mô hình tham chiếu của 802.16
Lớp vật lí bao gồm rất nhiều các định nghĩa khác nhau, mỗi cái thích hợp
cho một dãy tần số và ứng dụng riêng.
1.2.3. Các kiến trúc của chuẩn 802.16 [2]
Sự trao đổi giữa các BS và SS trong một vùng thường có mấy dạng
kiến trúc là P2P, PMP và Mesh. Kiến trúc P2P xảy ra khi chỉ có một BS và
một SS, các kết nối xảy ra giữa từng cặp BS, SS. Kiến trúc PMP là sẽ có một
kết nối giữa một BS với nhiều SS khác nhau. So với P2P thì PMP có khả năng
phục vụ cao hơn, hiệu suất tốt nhưng phạm vi bao phủ thường hẹp hơn nhiều.
Kiến trúc PMP trong triển khai thường được tổ chức thành các vùng (sector)
và nó hỗ trợ tốt trong truyền thông multicast. Truyền multicast có nghĩa là
một bản tin từ một người gửi có thể truyền tới một nhóm người xác định.
Lúc đầu thiết kế chưa có kiến trúc Mesh, sau này khi có thêm thiết kế
bổ sung 802.16a, kiến trúc Mesh đã được thêm vào. Kiến trúc Mesh là kiến
-20-

trúc mà bao giờ cũng có một đường liên kết giữa hai điểm bất kì. Hình 1.3
dưới đây minh họa ba loại kiến trúc.

Hình 1.3: Các kiến trúc trong 802.16
Đối với PMP, sẽ có một BS làm trung tâm, làm nhiệm vụ phục vụ và
quản lí đồng thời nhiều SS khác nhau trong một vùng. Tại đường xuống,
thông thường toàn bộ dữ liệu sẽ được phát quảng bá. SS phân tích và kiểm tra
xem dữ liệu nào trong số đó được gửi tới mình để thu nhận, tức là SS sẽ kiểm
tra trường CID trong MAC PDU, nó sẽ chỉ chấp nhận xử lí những PDU có
CID thích hợp. Tại đường lên, việc truyền của SS sẽ tùy vào lớp dịch vụ mà
nó đăng kí.
Sự khác biệt chủ yếu giữa kiến trúc dạng PMP và Mesh là ở trong
PMP, dữ liệu chỉ được truyền giữa BS và SS còn trong Mesh thì dữ liệu có
thể được truyền giữa các SS với nhau. Với Mesh, một mạng (trong một vùng)
sẽ có chỉ một kết nối trực tiếp với vùng khác, trạm làm nhiệm vụ này được
gọi là Mesh BS. Còn tất cả những trạm khác đều gọi chung là Mesh SS và
thông thường được gọi là các nút. Trong Mesh có khái niệm Neighbour,
-21-



Neighbourhood, và Extended-Neighbourhood. Neighbour của một nút là một
nút có kết nối trực tiếp vào nút đó. Neighbourhood của một nút là tập hợp các
nút có kết nối trực tiếp vào nút đó. Extended-Neighbourhood tính thêm cả các
Neighbourhood của các Neighbour.
Mặc dù 802.16 hỗ trợ cả ba kiểu kiến trúc trên nhưng PMP là kiến trúc
được quan tâm nhất. Kiến trúc này có một BS làm trung tâm sẽ cung cấp kết
nối cho nhiều SS. Trên đường xuống (downlink), dữ liệu đưa tới SS được hợp
kênh theo kiểu TDM. Các SS chia sẻ đường lên theo dạng TDMA.

1.2.4. Những băng tần cơ bản được sử dụng trong chuẩn 802.16
 Băng tần 10GHz-66GHz: Băng tần này cung cấp một phương tiện
truyền dẫn mà ở đó tần số cao, bước sóng ngắn, yêu cầu là giữa trạm thu và
phát phải ở trong tầm nhìn thẳng LOS do hiệu ứng đa đường ảnh hưởng đáng
kể tới việc truyền dẫn. Ở trong băng tần này, độ rộng kênh truyền thông
thường là 25MHz hoặc 28MHz. Với tốc độ truyền dẫn lí thuyết là 120Mbps,
môi trường này cũng khá thích hợp cho truyền thông PMP giữa các văn
phòng lớn. Mô hình điều chế đơn sóng mang được sử dụng ở trong băng tần
này.[6]
 Băng tần 2-11GHz: Băng tần này gồm cả các dải tần phải đăng kí và
không phải đăng kí. Nó là phương tiện truyền dẫn mà ở đó tần số thấp hơn, có
bước sóng dài hơn. Ở trong băng tần này LOS là không thực sự cần thiết, các
hiệu ứng truyền sóng không trong tầm nhìn thẳng NLOS có thể khắc phục
được. Người ta sử dụng băng tần này với mục đích cung cấp các ứng dụng
NLOS, có nghĩa là một loạt các kĩ thuật sẽ được bố sung để đạt được kết quả
này. [2] [6]
Hệ thống Wimax dải tần 2-11GHz sẽ được nghiên cứu cụ thể ở các
chương sau của luận văn.
1.3. KẾT LUẬN
Trong chương mở đầu này, chúng ta đã cùng tìm hiểu những khái niệm
cơ bản về Wimax, về chuẩn không dây toàn cầu 802.16. Trên cơ sở những
đặc tính và ưu điểm của hệ thống Wimax trong thực tế triển khai, có thể
-22-



khẳng định rằng công nghệ Wimax là công nghệ cách mạng trong lĩnh vực
không dây. Việc ứng dụng và triển khai công nghệ Wimax tại Việt Nam là
hoàn toàn cấp thiết, đúng với chủ trương “đi tắt đón đầu” trong Viễn thông và
hoàn toàn phù hợp với hoàn cảnh kinh tế cũng như địa hình phức tạp, đa dạng

của nước ta.
Theo đó, Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu hệ thống Wimax trong dải
tần 2-11GHz.







-23-



Ch-¬ng II: Nghiªn cøu hÖ thèng FBWA - WiMAX
d¶i tÇn 2-11GHz vµ nhiÔu cña hÖ thèng.

2.1. tæng quan vÒ hÖ thèng WiMAX d¶i tÇn 2GHz -11GHz
2.1.1. Công nghệ không dây băng rộng
2.1.1.1. Nhu cầu sử dụng công nghệ băng rộng
Như chúng ta đã biết, theo phương phức truy nhập truyền thống mà
hiện nay vẫn được sử dụng chủ yếu, đặc biệt là tại Việt Nam là dùng cặp cáp
đồng làm phương tiện truyền dẫn, như vậy mỗi thuê bao cần có một lượng
khá lớn cáp đồng kết nối với tổng đài. Mạng truy nhập truyền thống vốn được
thiết kế cho việc truyền thông tín hiệu thoại, nó sử dụng chủ yếu là tín hiệu
tương tự với dải tần hẹp (0,3 – 3,4KHz), chỉ thích hợp cho các cuộc gọi ngắn
cỡ vài phút. Các cuộc gọi dài sẽ gây ra quá tải và tắc nghẽn trên mạng. Các
thành phần, thiết bị của nó cũng chỉ được xây dựng để thích ứng với các điều
kiện này. Điều này đã làm cho mạng truy nhập có hiệu suất rất thấp.
Băng tần của các đường dây cáp đồng không được khai thác triệt để,

gây ra lãng phí lớn. Các đường dây cáp đồng có băng tần cỡ MHz nhưng chỉ
được sử dụng một lượng rất nhỏ, từ 0,3 đến 3,4KHz. Với băng tần 0,3 – 3,4
KHz, về mặt lí thuyết 33,6Kbps là tốc độ tối đa có thể đạt được. Sau này một
số công ty chế tạo Modem tìm cách lách khỏi các mạch lọc và có thể đưa tốc
độ đường truyền lên tới 56Kbps theo chiều từ ISP về thuê bao nhưng chiều
ngược lại thì vẫn chỉ có 33,6Kbps.
Ngày nay, nhu cầu của khách hàng ngày càng cao gia tăng. Người tiêu
dùng không đơn thuần chỉ muốn truyền email, văn bản text, fax,… mà họ
mong muốn sử dụng các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh, hình ảnh…
Khi đó tốc độ 33,6Kbps, thậm chí 56Kbps không thể đủ để triển khai các dịch
vụ loại này.
Hiện tại, khi mà tốc độ của mạng lõi đã được tăng đáng kể, khả năng
xử lí tại đấu cuối phía khách hàng cũng ngày một mạnh thì việc mạng truy
nhập vẫn hạn chế như vậy sẽ gây ra hiện tượng ngẽn cổ chai (bottleneck). Vấn