Nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC trong công nghệ WIMAX

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
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập ghép
Các từ viết tắt
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 trên cơ sở điểm
- 2 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
– 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 thiết bị
- 3 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
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 tiến các
- 6 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
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 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
- 9 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
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 nghiệm
- 14 -