Công nghệ WIMAX nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai cho vùng địa hình đặc thù tại Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ WiMAX
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH MẪU TRIỂN KHAI
CHO VÙNG ĐỊA HÌNH ĐẶC THÙ TẠI VIỆT NAM

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
MÃ SỐ:23.04.3898

LÊ QUANG ĐẠO

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN XUÂN DŨNG

Hà Nội – 2007


LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo
TS. Nguyễn Xn Dũng đã tận tình hướng dẫn tận tơi trong suốt thời gian làm luận
văn vừa qua.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới tập thể cũng như lãnh đạo phịng Tích hợp và
phát triển hệ thống, lãnh đạo cơng ty Điện tốn và truyền số liệu (VDC) đã tạo điều
kiện về mặt công tác giao cho tôi nhiệm vụ trưởng nhóm kỹ thuật thử nghiệm Cơng
nghệ WiMAX tại Lào Cai của cơng ty mà nhờ đó tơi có thể tiếp cận, nghiên cứu,
thiết kế, triển khai hệ thống WiMAX cũng như quá trình nghiên cứu, đánh giá các
yếu tố kỹ thuật công nghệ, kinh tế, xã hội và giáo dục từ những dự án thử nghiệm
để khái quát hóa thành nghiên cứu điển hình ứng dụng WiMAX trong việc mang

Internet tốc độ cao và thoại VoIP tới các khu vực có địa hình đặc thù của Việt Nam.
Bên cạnh đó, tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới những người bạn của tơi từ Tập
đồn Intel, đặc biệt là TS. Bernd Nordhausen, chuyên gia cao cấp về WiMAX của
tập đoàn Intel đã cùng phối hợp tốt và giúp đỡ tơi rất nhiều trong q trình thực hiện
những nghiên cứu thông qua việc triển khai dự án thử nghiệm WiMAX tại Lào Cai.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo của Khoa Điện tử viễn
thơng, những người thân trong gia đình và bạn bè - những người đã hướng dẫn, giúp
đỡ tôi suốt thời gian học tập tại trường cũng như trong việc hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.


Luận văn thạc sĩ khoa học

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là Luận văn nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
công bố trong bất kỳ Luận văn nào khác. Các số liệu mơ phỏng được chú
thích, trích dẫn tham khảo từ bài báo, tài liệu gốc cụ thể.
Hà nội, tháng 10 năm 2007
Học viên thực hiện

Lê Quang Đạo

Lê Quang Đạo, KTĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC.................................................................................................................. ii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU.......................................................................................v
DANH SÁCH HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ................................................. vi
THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... vii
PHẦN MỞ ĐẦU.........................................................................................................1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX ...........................................3
1.1 Khái niệm về mạng không dây băng rộng ............................................................3
1.2 Cơng nghệ WiMAX ..............................................................................................5
1.2.1 WiMAX là gì? ........................................................................................................5
1.2.2 Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16..........................................................................8
1.2.3 WiMAX được công nhận là chuẩn toàn cầu.........................................................12

1.3 Đặc điểm cơ bản của WiMAX............................................................................14
1.3.1 Đặc điểm Fixed WiMAX......................................................................................14
1.3.2 Đặc điểm Mobile WiMAX ...................................................................................15

1.4 Tình hình thử nghiệm, thương mại hóa WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam 16
1.4.1 Thử nghiệm và thương mại hóa WiMAX trên thế giới ........................................16
1.4.2 Thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam ......................................................................18

1.5 Kết luận ...............................................................................................................19
CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ WIMAX ...............................................20
2.1 WiMAX cố định - IEEE 802.16d-2004 ..............................................................21
2.1.1 Lớp MAC..............................................................................................................21
2.1.2 Lớp PHY...............................................................................................................30

2.2. WiMAX di động - IEEE 802.16e - 2005 ...........................................................38
2.2.1 Lớp PHY...............................................................................................................38
2.2.2 Lớp MAC..............................................................................................................45

2.3 Kết luận ...............................................................................................................50
CHƯƠNG III: MƠ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN
QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ MẠNG WiMAX ................................................51

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

iii

3.1 Mơ hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập di động ..........................51
3.2 Mơ hình triển khai WiMAX với các u cầu truy cập cố định...........................52
3.3 Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế và triển khai mạng WiMAX. ....54
3.3.1 Lựa chọn băng tần.................................................................................................54
3.3.2 Lựa chọn phương thức song công.........................................................................57
3.3.3 Tổng lưu lượng, bán kính phủ sóng và số sector của mỗi trạm gốc .....................61
3.3.4 Quy hoạch và tái sử dụng tần số có tính tốn tới các loại nhiễu...........................63
3.3.5 Anten và các công nghệ nâng cao.........................................................................65
3.3.6 Quản lý sự di động (Đối với ứng dụng Mobile WiMAX) ....................................73
3.3.7 Trung tâm quản lý.................................................................................................76
3.3.8 Sơ đồ kết nối mạng WiMAX ................................................................................78

3.4 Kết luận ...............................................................................................................80
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẪU ỨNG DỤNG
WiMAX CUNG CẤP DỊCH VỤ INTERNET VÀ THOẠI CHO KHU VỰC

ĐỊA HÌNH ĐẶC THÙ TẠI VIỆT NAM ............................................................81
4.1 Giới thiệu dự án thử nghiệm WiMAX tại Tả Van ..............................................81
4.1.1 Đặc điểm điển hình của địa điểm thử nghiệm ......................................................82
4.1.2 Mục tiêu của việc nghiên cứu và xây dựng mơ hình mẫu để triển khai ứng dụng
thực tiễn từ thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Tả Van ...............................................84
4.1.3 Chuẩn WiMAX và thời gian thử nghiệm .............................................................84

4.2 Hệ thống WiMAX thử nghiệm thực tế tại xã Tả Van.........................................85
4.2.1 Đặc điểm công nghệ của dự án thử nghiệm..........................................................85
4.2.2 Thiết bị WiMAX được thử nghiệm ......................................................................85
4.2.3 Các địa điểm tham gia thử nghiệm .......................................................................86
4.2.4 Các ứng dụng được thử nghiệm............................................................................88
4.2.5 Kiến trúc hệ thống.................................................................................................89
4.2.6 Mơ hình kết nối tại trạm gốc.................................................................................91
4.2.7 Mơ hình kết nối phía khách hàng..........................................................................92
4.2.8 Hệ thống VoIP trên nền WiMAX .........................................................................93
4.2.9 Cài đặt và cấu hình hệ thống WiMAX .................................................................97

4.3 Kết quả nghiên cứu, đánh giá trên phương diện kỹ thuật của hệ thống WiMAX
thử nghiệm .........................................................................................................100
4.3.1 Khả năng bao phủ của mạng...............................................................................100
Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

iv

4.3.2 Khả năng quản lý từ xa của hệ thống triển khai tại Tả Van................................100
4.3.3 Độ ổn định/tin cậy của hệ thống .........................................................................101

4.3.4 Tốc độ truy nhập tối đa/trung bình đạt được ......................................................101
4.3.5 Các ứng dụng chạy tốt trên nền WiMAX ...........................................................102
4.3.6 Độ trễ ..................................................................................................................102
4.3.7 Jitter của hệ thống vệ tinh ...................................................................................102
4.3.8 Chất lượng dịch vụ VoIP trên nền hệ thống WiMAX: .......................................103

4.4 Kết quả nghiên cứu, đánh giá về hiệu quả kinh tế xã hội, giáo dục và nâng cao
dân trí .................................................................................................................104
4.4.1 Nhu cầu sử dụng và lợi ích mang lại từ việc truy cập Internet tốc độ cao của
người dân nông thôn là rất lớn.....................................................................................104
4.4.2 Cách thức đào tạo dựa trên phương thức truyền đạt kinh nghiệm thực tế phát huy
hiệu quả cao .................................................................................................................108
4.4.3 Chia sẻ băng thông giữa các người dùng khác nhau...........................................109
4.4.4 Bưu điện văn hóa xã và UBND xã đóng vai trị quan trọng trong sự thành cơng
của việc mang băng thông rộng tới người dân nông thôn: ..........................................109

4.5 Mô hình bền vững được khuyến nghị khi triển khai băng thơng rộng tới vùng
nơng thơn Việt Nam ..........................................................................................110
4.5.1 Mơ hình kỹ thuật, công nghệ và các đối tượng được thụ hưởng dịch vụ băng
thông rộng không dây: .................................................................................................110
4.4.2 Cung cấp nội dung thơng tin được chuẩn hóa tới mọi người dân.......................111
4.5.3 Chi phí đầu tư hệ thống ban đầu và chi phí khai thác hàng tháng ......................112
4.5.4 Mơ hình kinh doanh bền vững với sự hỗ trợ của nhà nước ................................114

4.6 Kết luận .............................................................................................................115
PHẦN KẾT LUẬN .................................................................................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................117
TÓM TẮT LUẬN VĂN .........................................................................................119

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

v

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.16 .............................................................................................. 12
Bảng 2.1: Các loại khoá bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16-2004....................................................... 29
Bảng 2.2: Thông số symbol OFDM theo chuẩn 802.16-2004 .................................................................. 32
Bảng 2.3: Mã sửa lỗi đối với các phương thức điều chế .......................................................................... 34
Bảng 2.4: Kích cỡ khối bit xen kẽ.............................................................................................................. 35
Bảng 2.5: Thông số SOFDMA .................................................................................................................. 41
Bảng 2.6: Các phương thức điều chế và Mã hóa được hỗ trợ trong 802.16e.......................................... 42
Bảng 2.7: Tốc độ dữ liệu lớp PHY Mobile WiMAX.................................................................................. 43
Bảng 2.8: Các dịch vụ WiMAX di động và QoS ....................................................................................... 47
Bảng 3.1: Phân bổ tần số cho các công nghệ không dây ......................................................................... 56
Bảng 3.2 Tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO ....................................................................... 71

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

vi

DANH SÁCH HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Hình 1.1 Lộ trình cơng nghệ WiMAX......................................................................................................... 5
Hình 1.2: Mơ hình mạng WiMAX............................................................................................................ 14
Hình 1.3: Tổng quan về tình hình triển khai WiMAX trên thế giới. ....................................................... 16

Hình 1.4: Tần số được sử dụng trong các hệ thống WiMAX đã triển khai trên thế giới........................ 16
Hình 2.1 Vị trí tương đối của các lớp MAC và PHY ................................................................................ 20
Hình 2.2 Quá trình phân loại MAC SDU ................................................................................................. 22
Hình 2.3 Cấu trúc của MAC PDU ............................................................................................................ 24
Hình 2.4 Cấu trúc symbol trong miền tần số ............................................................................................ 31
Hình 2.5 Cấu trúc symbol trong miền thời gian ....................................................................................... 31
Hình 2.6 Quá trình truyền-nhận ............................................................................................................... 33
Hình 2.7 Quá trình xen kẽ ......................................................................................................................... 34
Hình 2.8 Cấu trúc khung TDD.................................................................................................................. 37
Hình 2.9 Cấu trúc khung con đường xuống TDD.................................................................................... 37
Hình 2.10 Cấu trúc khung con đường lên TDD. ...................................................................................... 38
Hình 2.11 Cấu trúc sóng mang con OFDMA (miền tần số) .................................................................... 39
Hình 2.12 OFDM và OFDMA................................................................................................................... 40
Hình 2.13 Hiệu ứng kênh con hố (sub channelization) ......................................................................... 40
Hình 2.14: Điều chế thích nghi và mã hóa dựa trên khoảng cách với BS .............................................. 42
Hình 2.15: Cơ chế yêu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra ..................................................................................... 44
Hình 2.16: Hỗ trợ QoS trong Mobile WiMAX ......................................................................................... 46
Hình 3.1: Ứng dụng đa dạng của Mobile WiMAX................................................................................... 53
Hình 3.2: Hai chế độ song cơng TDD và FDD......................................................................................... 57
Hình 3.3: Cấu trúc khung WiMAX OFDM .............................................................................................. 59
Hình 3.4: Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng...................................................................... 60
Hình 3.5: Mơ hình tái sử dụng tần số ....................................................................................................... 63
Hình 3.6: Phân đoạn tần số trong một cell ............................................................................................... 64
Hình 3.7: Phân đoạn tái sử dụng tần số trong một site gồm 3 cell .......................................................... 65
Hình 3.8: Vùng phủ sóng của Sector Antenna ......................................................................................... 66
Hình 3.9: Vùng phủ sóng của Omni Antenna .......................................................................................... 66
Hình 3.10: CPE với Anten tích hợp bên trong.......................................................................................... 67
Hình 3.11: CPE với Anten ngồi............................................................................................................... 67
Hình 3.12: Cơng nghệ tạo chùm tia đơn................................................................................................... 68
Hình 3.13: Mã hóa khơng gian – thời gian .............................................................................................. 69

Hình 3.14: Hệ thống Anten MIMO........................................................................................................... 70
Hình 3.15: Hệ thống Anten MIMO 4x4.................................................................................................... 72
Hình 3.16: Chuyển mạch thích ứng cho Anten thơng minh................................................................... 72
Hình 3.17: Chuyển giao cứng HHO ......................................................................................................... 74
Hình 3.18: Chuyển trạm gốc nhanh (FBSS) ............................................................................................ 75
Hình 3.19: Chuyển giao phân tập MDHO................................................................................................ 76
Hình 3.20: Trung tâm quản lý mạng WiMAX .......................................................................................... 77
Hình 3.21: Sơ đồ kết nối của mạng WiMAX ............................................................................................ 78
Hình 4.1: Tồn cảnh thung lũng Tả Van ................................................................................................. 83
Hình 4.2: Thiết bị BS outdoor MicroMAX SOC....................................................................................... 86
Hình 4.3: Thiết bị BS Indoor SDA – 4S Type II....................................................................................... 86
Hình 4.4: Thiết bị đàu cuối khách hàng outdoor ProST.......................................................................... 86
Hình 4.5: Hình ảnh về thiết bị trạm gốc BS được lắp trên nóc nhà điểm BĐVHX ................................ 87
Hình 4.6: Sơ đồ phân bố địa lý của các điểm thử nghiệm........................................................................ 87
Hình 4.7: Hình ảnh thực tế thiết bị Out door phía khách hàng .............................................................. 88
Hình 4.8: Kiến trúc mạng vơ tuyến tại xã Tả Van.................................................................................... 89
Hình 4.9: Mơ hình trạm gốc BTS.............................................................................................................. 91
Hình 4.10: Sơ đồ đấu nối thiết bị WiMAX tại trạm gốc ........................................................................... 92
Hình 4.11: Mơ hình một SS, nhiều người dùng. ...................................................................................... 93
Hình 4.12: Sơ đồ thực hiện cuộc gọi VoIP đã được đơn giản hóa ......................................................... 95
Hình 4.13: Sơ đồ thực hiện cuộc gọi VoIP ra thuê bao PSTN................................................................ 95
Hình 4.14: Kết nối máy tính với thiết bị trạm gốc để cấu hình hệ thống................................................. 98
Hình 4.16: Giao diện của phần mềm quản trị mạng Netspan ................................................................. 99
Hình 4.17: Hình ảnh người dân Tả Van truy cập Internet................................................................... 105

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

vii

THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ACK
AK
AMC
AP
BPSK
BS
BTS
CC
CID
CINR
CP
CPE
CPS
CQICH
CS
CTC
DAMA
DCD
DHCP
DSL
ETSI
FBSS
FCH
FDD
FDM
FEC
FFT

FIR
HARQ
HHO
IDU
IEEE

ACKnowledge
Authorization Key
Adaptive Modulation and Coding
Access Point
Binary Phase-Shift Keying
Base Station
Base Transceiver Station

Báo nhận dữ liệu
Khóa cấp phép
Điều chế và mã hóa thích ứng
Điểm truy cập
Khóa dịch pha nhị phân
Trạm gốc
Trạm thu phát gốc (trong mạng di
động tổ ong)
Convolutional Code
Mã xoắn (Mã chập)
Conection IDentifier
Nhận dạng kết nối
Carrier to Interference + Noise Ratio Tỉ số nhiễu tạp
Cyclic Prefix
Dải bảo vệ
Customer Premises Equipment

Thiết bị tại nhà khách hàng
Common Part Sublayer
Lớp con phần chung
Channel Quality Indicator CHannel
Kênh chỉ báo chất lượng kênh truyền
Convergence Sublayer
Lớp con hội tụ
Convolutional Turbo Code
Mã xoắn Turbo
Demand Assinged Multiple Access
Đa truy nhập cấp phát theo nhu cầu
Downlink Channel Descriptor
Chỉ báo kênh đường xuống
Dynamic Host Configuration
Giao thức thiết lập địa chỉ động
Protocol
Digital Subscriber Line
Đường dây thuê bao số
European Telecommunications
Hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông Châu
Standards Institute
Âu.
Fast Base Station Switching
Chuyển trạm gốc nhanh
Frame Control Header
Tiếp đầu điểu khiển khung
Frequency Division Duplexing
Song công chia theo tần số
Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số

Forward Error Correction
Mã sửa lỗi bên thu
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
Finite Impulse Response
Đáp ứng xung hữu hạn
Hybrid Automatic Repeat reQuest
Yêu cầu lặp tự động kiểu kết hợp
Hard Hand – Off
Chuyển giao cứng
InDoor Unit
Thiết bị trong nhà
Institute of Electrical and
Hiệp hội kĩ sư điện tử và điện
Electronics Engineers

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

viii

IFFT
IP
ISI
ISM

Inverse Fast Fourier Transform
Internet Protocol

Inter – Symbol Interference
Industrial, Scientific, and Medical

ITP
LAN
LDPC
LMDS

Internet Time Protocol
Local Area Network
Low Density Parity Check
Local Multipoint Distribution
System
Line Of Sight
Medium Access Control

LOS
MAC
MAN
MDHO
MIMO
MS
NACK
NLOS
NMS
OFDM
OFDMA
OSI
P2P
PAN

PDA
PDU
PHY
PKM
PMP
PSK
PSTN
QAM
QoS
QPSK

Biến đổi Fourier nhanh ngược
Giao thức liên mạng
Nhiễu liên kí hiệu
Dải tần dành cho công nghiệp, khoa
học và y tế.
Giao thức định thời liên mạng
Mạng nội bộ
Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp
Hệ thống phân phối đa điểm nội bộ

Trong tầm nhìn thẳng
Lớp Điều khiển truy nhập đường
truyền
Metropolitan Area Network
Mạng đô thị
Macro Diversity Hand Over
Chuyển giao phân tập vĩ mô
Multiple Input Multiple Output
Hệ thống đa đầu vào đa đầu ra

Mobile Station
Trạm di động
Not ACKnowledge
Báo không nhận hoăc nhận sai dữ
liệu bên phát
Non Line Of Sight
Khơng trong tầm nhìn thẳng
Network Management Software
Phần mềm quản lý mạng
Orthogonal Frequency Division
Ghép kênh phân chia theo tần số
Mutiplexing
trực giao
Orthogonal Frequency Division
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Multiple Access
trực giao
Open Systems Interconnection
Mơ hình liên kết các hệ thống mở
Point to Point
Mơ hình mạng Điểm - điểm
Personal Area Network
Mạng cá nhân
Personal Digital Assistant
Máy trợ giúp số cá nhân
Protocol Data Unit
Đơn vị dữ liệu giao thức
PHYsical layer
Lớp vật lý
Privacy Key Management

Giao thức Quản lý khóa bảo mật
Point to Multi Point
Mơ hình mạng điểm – đa điểm
Phase - Shift Keying
Khóa dịch pha
Public Switched Telephone Network Mạng thoại công cộng
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ cầu phương
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
Quadrature Phase- Shift Keying
Khóa dịch pha cầu phương

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học
RLC
RS
RSA
SC
SDU
SNMP
SOFDMA
SS
SVC
TC
TDD
TDM
TDMA

TFTP
UCD
UGS
UNII
VoIP
WAN
WiFi
WiMAX

ix

Radio Link Control
Reed- Solomon
Ronald Rivest, Adi Shamir, Leonard
Adleman
Single Carrier
Service Data Unit
Simple Network Management
Protocol
Scalable Orthogonal Frequency
Division Mutiple Access
Subcriber Station
Switched Virtual Connection
Transmission Convergence sublayer
Time Division Duplexing
Time Division Mutiplexing
Time Division Mutiple Access
Trivial File Transfer Protocol
Uplink Channel Descriptor
Unsolicited Grand Service

Unlicensed National Information
Infrastructure
Voice over Internet Protocol
Wide Area Network
Wireless Fidelity
Worldwide Interoperability for
Microwave Access

Điều khiển kết nối vơ tuyến
Mã Reed- Solomon
Mã hóa theo kiểu khóa cơng khai
Điều chế đơn sóng mang
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
Giao thức quản lý mạng đơn giản
Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao….
Trạm thuê bao
Kết nối chuyển mạch ảo
Lớp con hội tụ truyền
Song công theo thời gian
Ghép kênh theo thời gian
Đa truy nhập phân chia thời gian
Giao thức truyền tệp tin
Phần mô tả kênh đường lên
Dịch vụ cấp phát tự nguyện
Cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia
miễn cấp phép
Thoại qua giao thức liên mạng
Mạng diện rộng

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


1

Luận văn thạc sĩ khoa học

PHẦN MỞ ĐẦU
Giới thiệu đề tài nghiên cứu
Hiện nay công nghệ WiMAX là một trong những công nghệ băng rộng không
dây được nghiên cứu, thử nghiệm và triển khai rộng rãi trên toàn thế giới cũng như
Việt Nam.
Với tốc độ truy cập lên tới 70Mbps trong bán kính phủ sóng 40km của chuẩn
WiMAX cố định, cũng như khả năng duy trì kết nối với tốc độ di chuyển lên tới
120km/h của WiMAX di động, công nghệ WiMAX nói chung hứa hẹn sẽ mang lại
cuộc cách mạng thực sự trong việc thay đổi cách thức truy cập Internet của con
người trong vài năm tới.
Việc thử nghiệm kỹ thuật và nghiên cứu các yếu tố kinh tế, xã hội ảnh hưởng
bởi WiMAX đang được các doanh nghiệp kinh doanh hàng đầu trong lĩnh vực viễn
thông nước ta như: VNPT, Viettel, VTC, FPT, EVN tiến hành đối với WiMAX cố
định từ tháng 03 năm 2006 và WiMAX di động từ 01 tháng 10 năm 2007 đã chứng
tỏ vai trò quan trọng của WiMAX trong chiến lược phát triển của các doanh nghiệp
cũng như lợi ích mang lại cho người tiêu dùng khơng chỉ ở thành thị mà cịn tới tất
cả các khu vực được coi là khó khăn nhất trên cả nước.
Việc nghiên cứu mơ hình triển khai WiMAX cho hai khu vực thành thị và
nông thôn trên tất cả các khía cạnh kỹ thuật cơng nghệ, kinh tế xã hội cũng như giáo
dục là một vấn đề cấp thiết hiện nay. Việc triển khai WiMAX tại khu vực thành thị
là một điều có thể dễ dàng nhìn nhận được lợi ích mang lại cho cả doanh nghiệp
cũng như người tiêu dùng.
Vậy bài tốn cịn lại là triển khai WiMAX cho khu vực nơng thơn, những khu

vực khó khăn nhất về địa hình hiểm trở liệu có khả thi trên tất cả các phương diện
kỹ thuật công nghệ, kinh tế, xã hội hay không? Luận văn này sẽ đi sâu phân tích và
trả lời cho câu hỏi đó.

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

2

Phạm vi nghiên cứu và nội dung luận văn
Luận văn này nghiên cứu một cách tổng quan nhất về công nghệ WiMAX (Cả
di động và cố định), mơ hình ứng dụng và các vấn đề kỹ thuật cơ bản cần quan tâm
khi tiến hành thiết kế, triển khai mạng WiMAX vào thực tế. Chương 4 của luận văn
tập trung nghiên cứu và xây dựng một mơ hình mẫu để triển khai WiMAX về
những vùng khó khăn nhất về địa lý của Việt Nam.
Bố cục và nội dung chính của luận văn:
- Chương I: Giới thiệu tổng quan về cơng nghệ WiMAX, các đặc điểm
chính của WiMAX cố định, WiMAX di động. Tình hình thử nghiệm, triển
khai thương mại WiMAX ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới.
- Chương II: Đi sâu nghiên cứu các đặc tả về lớp vật lý và lớp MAC
của các chuẩn WiMAX cố định (IEEE 802.16 – 2004) và WiMAX di động
(IEEE 802.16e – 2005).
- Chương III: Mơ hình triển khai ứng dụng WiMAX với yêu cầu truy
cập di động cũng như cố định và các vấn đề kỹ thuật cơ bản nhất cần quan
tâm khi thiết kế và triển khai một mạng WiMAX vào thực tế.
- Chương IV: Nghiên cứu và xây dựng mơ hình mẫu triển khai ứng
dụng WiMAX để cung cấp dịch vụ Internet và thoại VoIP cho những người
dân nơng thơn, những vùng đặc thù khó khăn về địa lý điển hình của Việt

Nam. Nghiên cứu đề cập một cách toàn diện trên các mặt: kỹ thuật công
nghệ, kinh tế xã hội cũng như giáo dục khi triển khai.

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CƠNG NGHỆ WIMAX
Chương 1 cung cấp một cái nhìn bao quát nhất để chúng ta có thể nắm được
khái niệm mạng khơng dây băng rộng, cơng nghệ WiMAX là gì, đặc điểm chung,
mục đích và vai trị của nó so với những cơng nghệ đang tồn tại. Bên cạnh đó
chương này cịn đề cập tới tình hình ứng dụng WiMAX trên thế giới và thử nghiệm
WiMAX tại Việt Nam tính đến thời điểm tháng 10 năm 2007.

1.1 Khái niệm về mạng không dây băng rộng
Mạng không dây
Để kết nối những thiết bị như máy tính và máy in, những mạng máy tính
truyền thống địi hỏi dây cáp. Những dây cáp thể hiện kết nối về mặt vật lý giữa
những thiết bị như hub, switch hoặc những thiết bị khác để tạo thành mạng. Mạng
dữ liệu không dây kết nối những thiết bị mà không cần cáp. Chúng dựa trên những
tần số vô tuyến để truyền dữ liệu giữa các thiết bị với nhau. Về phía người dùng,
mạng dữ liệu khơng dây làm việc giống như hệ thống có dây. Người dùng có thể
chia sẻ file và những ứng dụng, trao đổi e-mail, truy nhập máy in, chia sẻ truy nhập
Internet và thực thi các tác vụ khác như mạng có dây.

Thế nào là băng rộng?
Băng rộng là khái niệm thể hiện khả năng hỗ trợ ở cả hướng từ nhà cung cấp

tới khách hàng (downstream) và từ khách hàng tới nhà cung cấp (upstream) với tốc
độ tối thiểu là 200 kbps.
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: hội nghị truyền hình, nghe nhạc, xem phim
trực tuyến, xem tivi trực tuyến, các chương trình trực tuyến trên mạng....Khi đó tốc
độ 33,6Kbps, thậm chí 56Kbps trên đơi cáp đồng bằng phương thức dial-up không
thể đủ để triển khai các dịch vụ loại này.
Hiện tại, khi mà tốc độ của mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP) đã được tăng đáng kể, khả năng xử lí tại đấu cuối phía khách hàng cũng ngày

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

4

một mạnh thì việc mạng truy nhập vẫn hạn chế như vậy sẽ gây ra hiện tượng nghẽn
cổ chai (bottleneck). Vấn đề được đặt ra là cần phải cải thiện nốt mạng truy nhập để
nó đáp ứng được nhu cầu của cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng.
Cơng nghệ băng rộng chính là các công nghệ sinh ra để giải quyết vấn đề về
mạng truy nhập. Đó là thuật ngữ chỉ bất kì loại truy cập internet tốc độ cao nào.
Công nghệ băng rộng cho phép các cá nhân hoặc tổ chức có thể truy cập internet cả
24 giờ trong một ngày, tạo môi trường cho việc sử dụng hoặc cung cấp các dịch vụ
chất lượng cao.

Đặc điểm nổi bật của mạng không dây băng rộng
-

Đặc điểm đầu tiên là cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một
mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính
chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, có thể thiết lập mạng ở
những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém.

-

Đặc điểm thứ hai là nhanh, nó cho phép truy cập với một tốc độ gấp 10-20
lần so với phương pháp quay số thơng thường, thậm chí hơn nữa. Khi ta
dùng modem để quay số, tốc độ chỉ có thể đạt từ 30 đến 50Kbps cịn với một
kết nối băng rộng, tốc độ lên tới từ 256Kbps đến 10Mbps, phụ thuộc vào
dịch vụ mà ta chọn.

-

Đặc điểm thứ ba là ln kết nối. Bất kì khi nào máy tính được bật lên thì nó
đều ở trạng thái kết nối với internet. Điều này có nghĩa là khơng phải lãng
phí thời gian cho việc quay số và đợi modem kết nối mỗi lần muốn vào
interntet. Sẽ khơng có chuyện bị cảnh báo mạng bận hoặc hiếm khi bị rớt ra
khỏi mạng. Không bắt buộc phải ngừng dịch vụ điện thoại trong khi dùng
dịch vụ internet. Tức là thuê bao hồn tồn khơng phải trả tiền cho đường
dây th bao thứ hai. Hơn thế nữa cũng có thể chia sẻ giữa nhiều máy với
nhau thông qua một kết nối internet.

Trong 3 đặc điểm trên, đặc điểm đáng nói nhất của cơng nghệ băng rộng chính
là tốc độ. Chính vì đạt được tốc độ cao như vậy nên có thể triển khai được rất nhiều
các dịch vụ khác mà với các kết nối quay số thông thường không thể làm được.
Điều này đồng nghĩa với việc thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của
các dịch vụ xã hội khác. Có thể kể qua ở đây một số dịch vụ đáng chú ý như: dịch
vụ cho phép truyền các tệp tin với dung lượng lớn, có thể là tệp văn bản, tệp âm

thanh, tệp hình ảnh, tệp phim…; các dịch vụ nhắn tin nhanh (instant message); dịch
vụ hội tụ tốc độ cao (video conferencing).
Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

5

1.2 Công nghệ WiMAX
1.2.1 WiMAX là gì?
WiMAX là tên viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access.
WiMAX là một công nghệ không dây băng rộng, hỗ trợ nhiều dạng truy nhập
khác nhau: cố định hoặc không cố định. Để đặt ra những yêu cầu cho các loại truy
nhập khác nhau này, 2 phiên bản của WiMAX đã được IEEE định nghĩa: phiên bản
đầu tiên dựa trên chuẩn 802.16-2004, thích hợp cho dạng truy nhập cố định (Fixed
WiMAX); phiên bản thứ 2 dựa trên chuẩn 802.16e (được hợp chuẩn năm 2005), hỗ
trợ cho dạng di động (mobile WiMAX).
Lộ trình của cơng nghệ WiMAX có thể được hình dung qua hình vẽ 1.1:

Hình 1.1 Lộ trình cơng nghệ WiMAX
Fixed WiMAX là cơng nghệ mạng thích hợp cho những thiết bị truy cập mạng
cố định tại chỗ, hoặc có thể di chuyển từ nơi này qua nơi khác nhưng trong q
trình di chuyển thì khơng truy cập được mạng (nếu di chuyển chậm thì vẫn có thể
truy cập). Công nghệ này được định nghĩa qua chuẩn IEEE 802.16-2004 (bản chính
thức)
Mobile WiMAX là một giải pháp khơng dây băng rộng cho phép hội tụ cả
mạng băng rộng cố định và di động sử dụng một công nghệ truy cập băng rộng
chung và một kiến trúc mạng mềm dẻo. Công nghệ mạng hỗ trợ cho các ứng dụng

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

6

di động, cho phép các thiết bị có thể di chuyển với một tốc độ cao trong khi đang
truy nhập mạng. Mobile WiMAX dựa trên chuẩn 802.16e (được hợp chuẩn vào năm
2005). Chuẩn 802.16e được định nghĩa dựa trên chuẩn 802.16d-2004 và có thêm
nhiều đặc tính mới ưu việt hơn hỗ trợ cho tính năng di động, công nghệ anten mới
nhất cũng được cập nhật vào chuẩn 802.16e.

WiMAX so với một số công nghệ khác
Mạng đô thị MAN theo định nghĩa là mạng bao phủ trên phạm vi một đô thị.
Về mặt ứng dụng, 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.
WiMAX là công nghệ cho mạng MAN khơng dây: Đã có khá nhiều cơng
nghệ băng rộng không dây ra đời, nhưng cho tới nay, chưa có một cơng nghệ khơng
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,…
LMDS (Local multipoint distribution system): 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, 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. LMDS chỉ thích hợp với các mạng trục, các tổ chức doanh nghiệp có nhu
cầu về tốc độ lớn. LMDS khơng thích hợp với các khách hàng riêng lẻ, các hộ gia
đình.

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

7

WiFi: thực ra là công nghệ hướng tới các mạng LAN khơng dây nhưng nó vẫn
có thể dùng để triển khai cho các mạng rộng hơn như MAN.
Nhưng chính vì nó khơng được thiết kế cho MAN nên việc triển khai nó cho
mạng MAN gặp rất nhiều vấn đề như:
-

Thứ nhất, dải tần làm việc của 802.11 là dải tần miễn phí, nhiễu rất lớn. Do
đó nó hồn tồn khơng 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 mơi trường tốt, ít nhiễu, LOS, sử dụng
các Anten định hướng với cơng suất đủ lớn thì WiFi có thể đạt tới khoảng
cách vài km nhưng phạm vi bao phủ như thế này cũng rất hẹp.

Như vậy, chỉ có sự ra đời của WiMAX mới giải quyết được tất cả các 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 cho các doanh nghiệp hoặc địa điểm công cộng.
Hiện nay, WiMAX được xem là một giải pháp toàn 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 khơng dây các loại dữ liệu, hình ảnh, âm thanh nhanh hơn
cả DSL hay cable, 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 thẳng.
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 cable, 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 nơng thơn, rừng núi,… những
nơi vơ cùng khó khăn và bất lợi đối với việc triển khai các hệ thống có dây.
Trong tương lai, WiMAX sẽ được tích hợp vào các thiết bị không cố định như
máy xách tay, PDA,…
Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

8

1.2.2 Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16

Chuẩn IEEE 802.16 - 2001
Những đặc tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC và PHY
có khả năng cung cấp truy nhập băng rộng khơng dây cố định (Fixed Fixed Wireless
Access) theo mơ hình điểm - điểm và điểm - đa điểm. Chuẩn IEEE 802.16 đã được
thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (air interfaces) dựa trên một giao
thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng
và những điều chỉnh phổ có liên quan. Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện
không gian cho những tần số trong băng tần 10 – 66 GHz. Với phương pháp điều
chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ cả hai phương pháp song công phân chia theo thời
gian TDD (Time Division Duplexing) hay phân chia theo tần số FDD (Frequency
Division Duplexing).
Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảm sóng
mang có cơ chế tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance - CSMA/CA) để cho phép khi nào một node trên mạng được phép
truyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một mơ hình hồn tồn
khác để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng. Trong thời gian truyền dẫn, phương
pháp điều chế được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất cả các node trong mạng trong
thông tin broadcast cho cả đường lên và đường xuống. Bằng việc lập lịch cho việc
truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ. Thuê bao chỉ cần nghe tín hiệu từ
BS và sau đó là từ các node trong phạm vi phủ sóng của BS đó. Ngồi ra, thuật tốn
lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số thuê bao tăng lên quá nhiều.
Trạm thuê bao (Subscriber Stations - SS) có thể thương lượng về độ rộng dải

tần được cấp phát trong một burstto - burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhập
mềm dẻo. Các phương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM và
64-QAM. Chúng có thể thay đổi từ khung (frame) này tới khung khác, hay từ SS
này tới SS khác tuỳ thuộc vào tình trạng của kết nối. Khả năng thay đổi phương
pháp điều chế và phương pháp sửa lỗi không lần ngược FEC (forward error
correction) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích ứng nhanh
chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa. Các tham số truyền dẫn ban đầu
Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

9

được thoả thuận thông qua một quá trình tương tác gọi là Initial Ranging. Trong quá
trình này thì năng lượng, phương pháp điều chế và timing feedback được cung cấp
bởi BS được kiểm soát và quản lý theo điều kiện hiện thời của kết nối.
Phương pháp song công của kênh đường lên và đường xuống được sử dụng
hoàn toàn theo một trong hai phương pháp TDD (time division duplexing) hoặc
FDD (frequency division duplexing).
Quan trọng hơn nữa, chuẩn IEEE 802.16-2001 kết hợp chặt chẽ các đặc tính có
khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống lớp vật lý. Khả năng hỗ trợ
chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa theo khái niệm về lưu lượng dịch vụ (service
flows), nó được xác định một cách vừa đủ bởi một ID lưu lượng dịch vụ. Những lưu
lượng dịch vụ này được mô tả bởi các tham số QoS của chúng như thời gian trễ tối
đa và lượng jitter cho phép. Lưu lượng dịch vụ là đơn hướng và nó có thể được tạo
ra bởi BS hoặc SS.
Đóng vai trị cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớp con
riêng biệt (privacy sublayer). Mục đích chính của lớp con riêng biệt là cung cấp sự
bảo mật trên các kết nối không dây của mạng. Nó được thực hiện thơng qua việc

mật mã hố dữ liệu gửi giữa BS và SS. Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, SS có thể
được nhận thực qua chứng chỉ số X.509. Chứng chỉ này bao gồm khoá công khai
của SS và địa chỉ MAC.

Chuẩn IEEE 802.16a
Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khả năng truy
cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2-11 GHz với
khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểm điểm
và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm đa điểm. Tốc độ truy nhập có thể đạt
tới 70 Mbps. Trong khi, với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16 phải yêu cầu tầm nhìn
thẳng thì với dải tần 2-11Ghz chuẩn 802.16a cho phép kết nối mà khơng cần thoả
mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trên đường
truyền như cây cối, nhà cửa. Chuẩn này sẽ giúp ngành viễn thơng có các giải pháp

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

10

như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thời gian thi công ngắn hay băng thơng
rộng cho hộ gia đình mà cơng nghệ th bao số hay mạng cáp không tiếp cận được.
IEEE 802.16a bao gồm cả đặc tả lớp PHY và cải tiến lớp MAC cho khả năng
truyền dẫn đa đường và giảm tối đa nhiễu. Các đặc tính được thêm vào cho phép sử
dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dãy anten thích ứng. Phương
pháp dồn kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing_OFDM) cung cấp thêm một sự lựa chọn cho phương pháp
điều chế đơn sóng mang. Để cung cấp một kỹ thuật giảm thiểu can nhiễu trong các
mạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũng định nghĩa thêm phương pháp điều

chế đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division
Multiple Access – OFDMA – Modulation) trong phạm vi dải tần 2 – 11 GHz .
Vấn đề bảo mật cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con riêng biệt
được đưa thêm vào. Các đặc tính riêng biệt được sử dụng để nhận thực tác nhân gửi
(sender) của một thơng điệp MAC nào đó.
IEEE 802.16a cũng đưa thêm các tuỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ở những
nơi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ SS tới SS. Đây là sự thay đổi từ chế độ
PMP, khi mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS và SS. Sự bổ sung những đặc
tả lớp MAC thích hợp cho phép việc lập lịch truyền dẫn giữa các SS của mạng
Mesh mà khơng cần phải có sự kiểm soát của BS.

Chuẩn IEEE 802.16c - 2002
Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002. Chuẩn được nâng cấp lên
từ chuẩn 802.16 – 2001. Bản cập nhật đã sửa một số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản
tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một số profiles hệ thống chi tiết cho dẩi tần 10 – 66
GHz.

Chuẩn IEEE 802.16d - 2004
Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/07/2004 và
được công bố rộng rãi vào tháng 9/2004. IEEE 802.16 – 2004 thường được gọi với
tên 802.16-REVd. Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp các chuẩn

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

11

802.16-2001, 802.16a, 802.16c. Chuẩn mới này đã được phát triển thành một tập

các đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng đủ tồn diện để phân loại
như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE 802.16 ban đầu.
Chuẩn 802.16d hỗ trợ cả 2 dải tần số, cho phép kết nối thực hiện ở các môi
trường khác nhau:
-

Băng tần 10 – 66 Ghz: với băng tần này thường được dung trong môi trường
tầm nhìn thẳng (LOS). Độ rộng kênh được khuyến nghị cho dải tần này là 25
đến 28 MHz. Nó cung cấp khả năng hỗ trợ tốt trong những ứng dụng mơ
hình điểm – đa điểm.

-

Băng tần 2 – 11 GHz: với băng tần này thường được dùng trong môi trường
không trong tầm nhìn thẳng (NLOS). Nó cung cấp khả năng hỗ trợ tốt trong
những ứng dụng mơ hình Mesh.

Chuẩn IEEE 802.16e – 2005
Chuẩn 802.16e - 2005 được tổ chức IEEE đưa ra vào tháng 11 - 2005. Đây
là phiên bản phát triển dựa trên việc nâng cấp chuẩn 802.16 - 2004 nhằm hỗ trợ
thêm cho các dịch vụ di động. Chuẩn này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA
(Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), kỹ thuật điều chế
đa sóng mang sử dụng kênh phụ. Băng tần được khuyến cáo dành cho chuẩn là
<6Ghz để phục vụ cho các ứng dụng trong mơi trường ko trong tầm nhìn thẳng
(NLOS) và ứng dụng di động.
Tuy tốc độ và khả năng bao phủ không được lớn như chuẩn cố định, nhưng với
kênh băng thơng 10 Mhz, nó cũng có thể đạt tới tốc độ 30 Mbps, với khả năng bao
phủ tới 15 km. Một đặc điểm nổi bật của chuẩn này là có thể ứng dụng trong môi
trường di động với tốc độ lý thuyết có thể lên tới đến 120 km/h. Các đặc tả về chuẩn
802.16e đã được trình bày cụ thể trong phần trên của chương này.

Với những đặc điểm và sự phát triển của các chuẩn 802.16 nói trên, ta có thể
nhận thấy được sự khác nhau về cơ bản, cũng như nhận biết được những tính kế
thừa của các chuẩn này.

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

12

Bảng 1.1 so sánh các chuẩn trong WiMAX
Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.16
802.16

802.16-2004

802.16e

Dải tần số

10-66GHz

<11GHz

<6GHz

Môi trường
truyền

Line of Sight (LOS)

Non Line of Sight (NLOS)

NLOS

Tốc độ

32-144Mbps

Up to 70 Mbps

10M – 30M

Điều chế

Điều chế đơn sóng
mang

OFDM 256 sóng mang con
QPSK,16QAM,64QAM

S-OFDMA

QPSK

QPSK, 16 QAM, 64
QAM

Mức di động

Cố định

Cố định

Có thể cho tốc độ di
chuyển thấp

Băng thơng
kênh

20,25,28MHz

5- trên 20MHz

1.25-20 MHz

Bán kính cell

1.7-5km

5 tới 10km; tối đa 50 km tùy
thuộc vào điều kiện truyền

1.7-5km

1.2.3 WiMAX được công nhận là chuẩn toàn cầu
Ngày 18 tháng 10 năm 2007, trong hội nghị 04 năm một lần của mình Hiệp hội
Truyền thơng Vơ tuyến điện ITU chấp nhận đưa WiMAX vào họ công nghệ IMT2000. Quyết định quan trọng này sẽ giúp tăng khả năng triển khai ứng dụng
WiMAX tại nhiều nước châu Á trong đó có Việt Nam - những nơi cịn đang chờ

chuẩn hóa WiMAX để tận dụng kinh tế qui mơ tồn cầu về cơng nghệ và thiết bị.
Trước khi công nhận WiMAX, hệ thống tiêu chuẩn IMT-2000 đã được ITU
công nhận bao gồm: WCDMA, CDMA 2000 (hiện thường được nhắc đến với tên
phiên bản CDMA 2000 EV-DO), CDMA TDD (được phát triển bởi Trung quốc) ,
WUC-136, DECT.
Và quyết định mới nhất của mình ITU đã đưa WiMAX lên ngang tầm với
công nghệ khác. Tiến sỹ Ray Owen, Giám đốc công nghệ, Motorola khu vực châu
Á cho biết "bây giờ WiMAX đã được cơng nhận là cơng nghệ IMT-2000, nó đảm

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

13

bảo cho các nhà khai thác và nhà quản lý trên tồn thế giới có thể yên tâm đầu tư
vào băng thông rộng di động thực sự dùng công nghệ WiMAX. Điều này đặc biệt
quan trọng tại châu Á đối với băng tần 2.5 GHz. Đây cũng là một bước ngoặt quan
trọng giúp xoá bỏ các hoài nghi lâu nay về khả năng ứng dụng rộng rãi WiMAX để
cải thiện việc phát triển băng thông rộng ở các nước đang phát triển tại châu Á".
Trong bản thơng cáo báo chí của Hiệp hội Truyền thơng Vô tuyến điện Quốc
tế (WCA), Giám đốc Hiệp hội Steve Sharkey của Motorola, trưởng nhóm nghiên
cứu tư vấn cho WCA và các tổ chức ủng hộ khác trong lĩnh vực này đã khẳng định:
“ITU đã có một bước tiến quan trọng, đảm bảo công chúng sẽ được hưởng lợi từ
các công nghệ không dây hiện đại nhất hiện nay, khi quyết định đưa WiMAX vào
họ công nghệ IMT-2000. Động thái này đem WiMAX lên ngang tầm với các công
nghệ GSM và CDMA và đảm bảo cho các nhà khai thác có thể n tâm triển khai
cơng nghệ theo nhu cầu của người sử dụng chứ không phải bị hạn chế bởi các qui
định quản lý”.

WiMAX và 3G
Với việc được đưa vào họ chuẩn quốc tế IMT-2000, WiMAX đã đứng ngang
hàng với 3G trong khía cạnh chuẩn hóa quốc tế để triển khai vào thực tế.
Theo quan điểm của người viết, WiMAX và 3G sẽ song song tồn tại, với
những lợi thế riêng của mình:
-

3G sẽ là xu hướng chính cho các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động
đang sử dụng hệ thống GSM muốn cung cấp tới khách hàng của mình khả
năng truy cập Internet như là một dịch vụ gia tăng, trên những thiết bị cầm
tay nhỏ gọn.

-

WiMAX sẽ là xu hướng chính cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet, muốn
khơng dây hóa các dịch vụ truyền dẫn của mình thay cho hệ thống cáp có chi
phí đầu tư, duy tu bảo dưỡng lớn. Bên cạnh đó WiMAX cũng có thể cung
cấp dịch vụ thoại VoIP. Vượt qua 3G về khả năng điều chế, WiMAX có thể
cung cấp dịch vụ dữ liệu lớn gấp 5-10 lần so với 3G để làm lợi thế cạnh tranh
với 3G trong thiên hướng cung cấp dịch vụ dữ liệu với người dùng sử dụng
Laptop và PDA cũng như truy cập Internet không dây cố định.

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội


Luận văn thạc sĩ khoa học

14

1.3 Đặc điểm cơ bản của WiMAX
Chúng ta có thể hình dung cơ chế hoạt động của mạng WiMAX như mạng
điện thoại di động. Nghĩa là có một tổng đài phát sóng và một mạng lưới các trạm
phát WiMAX để phủ sóng đến từng người dùng cuối. Phạm vi phủ sóng lớn nhất
của trạm WiMAX đạt 50km.

Hình 1.2: Mơ hình mạng WiMAX
Vì cơng nghệ WiMAX hỗ trợ cho cả dạng truy nhập cố định (Fix) và di động
(mobile) nên hệ thống WiMAX cũng có những đặc điểm khác nhau đối với 2 dạng
truy nhập khác nhau này.

1.3.1 Đặc điểm Fixed WiMAX
-

Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km.

-

Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa là 70Mb/s.

-

Hoạt động trong cả 2 mơi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng
LOS và đường truyền che khuất NLOS.

-

Dải tần làm việc 2-11GHz và 10-66GHz.

-

Hướng truyền tin đựoc chia thành 2 đường lên và xuống. Phân chia đường
lên và xuống có thể dùng cả 2 công nghệ: TDD và FDD.

-

Fixed WiMAX sử dụng phương pháp điều chế OFDM, định nghĩa kích
thước của FFT là 256 với 192 sóng mang dữ liệu, 8 sóng mang dẫn đường và
55 sóng mang bảo vệ.

Lê Quang Đạo, CH ĐTVT 2005-2007, Đại học Bách Khoa Hà Nội