Công nghệ wimax và khả năng ứng dụng tại việt nam luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ KHẢ NĂNG
ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Người hướng dẫn : ThS. Cao Thành Nghĩa
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Quân
Lớp

: 47K - ĐTVT

Vinh, 5-2010
1


MỤC LỤC
Trang

2


LỜI NÓI ĐẦU
Thế giới đang đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học công
nghệ, truyền thông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều
lợi ích cho người sử dụng. Bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy nhập
Internet, các trò chơi tương tác, hội nghị truyền hình,... thì truyền thông băng
rộng di động cũng đang được ứng dụng rộng rãi, cung cấp các kết nối tin cậy

cho người sử dụng ngay cả khi di chuyển qua một phạm vi rộng lớn. Trong
đó, truy nhập băng rộng không dây là một lĩnh vực mang lại sự quan tâm
đáng kể của các tổ chức nghiên cứu cũng như các nhà cung cấp thiết bị, các
nhà khai thác mạng. Ngày nay thế giới đang hướng tới tương tác toàn cầu
trong truyền thông băng rộng không dây, điều này không chỉ mang lại sự hội
tụ về truyền thông toàn cầu mà còn mang lại nhiều lợi nhuận về mặt kinh tế,
giúp cho việc phát triển khoa học, công nghệ, chính trị, văn hóa,… giữa các
nước trên toàn thế giới.
Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy nhập Internet hiện nay như quay
số qua modem thoại, ADSL, hay các đường thuê kênh riêng hoặc sử dụng các
hệ thống vô tuyến như điện thoại di động hay mạng Wi-Fi. Mỗi phương pháp
truy cập có một ưu điểm riêng. Bên cạnh đó vẫn còn nhiều nhược điểm, chẳng
hạn với Modem thoại thì tốc độ truy nhập quá thấp, ADSL thì tốc độ có thể
lên đến 8Mbps nhưng cần đường dây kết nối, các đường thuê kênh riêng thì
giá thành thấp và khó triển khai, đặc biệt với các địa hình phức tạp. Hệ thống
thông tin di động hiện tại cung cấp tốc độ truyền 9,6Kbps quá thấp so với nhu
cầu người sử dụng, ngay cả các mạng thế hệ sau GSM như 2.5G cho phép tốc
độ lên đến 171,2Kbps hay EDGE khoảng 300 - 400Kbps cũng chưa đủ đáp
ứng nhu cầu và số lượng người sử dụng ngày càng tăng đối với các dịch vụ
mạng Internet. Ở hệ thống di động thế hệ tiếp theo 3G thì tốc độ truy nhập
Internet không vượt quá 2Mbps. Với mạng Wi-Fi chỉ có thể áp dụng cho các
máy tính trao đổi thông tin khoảng cách ngắn. Đứng trước thực tế đó,
3


WiMAX ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây
tổng hợp có thể thay thế ADSL và Wi-Fi. Hệ thống WiMAX có khả năng
cung cấp đường truyền vô tuyến với tốc độ lên đến 70Mbps và với bán kính
phủ sóng lên đến 50km.
Chính vì những ưu thế đó, em nhận thấy WiMAX là công nghệ có tiềm

năng nhất hiện nay với khả năng phát triển vững chắc và lâu dài, cho nên em
chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “Công nghệ WiMAX và khả
năng ứng dụng tại Việt Nam”.
Bố cục đồ án gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về công nghệ WiMAX.
Chương 2. Các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX và các yếu tố
ảnh hưởng.
Chương 3. Khả năng triển khai và ứng dụng hệ thống WiMAX trên
mạng Viễn thông Việt Nam.
WiMAX là một công nghệ mới, vì vậy đòi hỏi sự nghiên cứu và tìm tòi
nếu các bạn muốn tìm hiểu. Nội dung và kiến thức trong bản đồ án này là sự
tổng hợp những kiến thức trong quá trình học tập, tìm hiểu, nghiên cứu từ các
tài liệu. Vì thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên bản đồ án này
chắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý
kiến đóng góp từ các thầy, cô giáo và các bạn đọc.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo
trong khoa Điện tử Viễn thông đã giúp đỡ và góp ý cho em trong quá trình
làm đồ án. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn
ThS. Cao Thành Nghĩa, đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh, tháng 05 năm 2011
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Tiến Quân

4


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ truyền
thông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích

cho người sử dụng, bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy cập
Internet quay số qua modem thoại ADSL hay các đường kênh riêng hoặc
sử dụng các hệ thống điện thoại di động hay mạng Wi-Fi. WiMAX ra đời
nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có
thể thay thế ADSL và Wi-Fi. Đồ án trình bày một cách tóm tắt quá trình
phát triển, đặc điểm kỹ thuật, các băng tần, chuẩn, các kỹ thuật điều chế
OFDM và OFDMA, các công nghệ cải tiến trong WiMAX, kiến trúc mạng
WiMAX. Từ đó nghiên cứu khả năng triễn khai và ứng dụng hệ thống
WiMAX trên mạng viễn thông Việt Nam.
In the face of ongoing development of science and technology
communication broadband is becoming essential requirements brought many
benefits to users, in addition to providing services such as Internet access via
modem dial phone ADSL lines or separate channels or use the mobile system
or Wi-Fi network. WiMAX been formed to provide a means to access the
wireless Internet can replace synthetic ADSL and Wi-Fi. Project presented a
summary of the development process, specifications, in depth bands, the
standard, modulation technique OFDM and OFDMA, the WiMAX
technology improvements, comments WiMAX network architecture. Which
studies the ability to deploy WiMAX systems and applications on the network
Vietnam Telecommunications.

5


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Trang

6

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Trang

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
AAA

Authentication, authorization
and Account

Nhận thực, cấp phép và tính
cước

AAS

Adaptive Antena System

Hệ thống anten thích nghi

ACK

Acknowledgment

Xác nhận

ARQ

Automatic Retransmission
Request

Yêu cầu truyền lại tự động

AK

Authorization key

Khoá Cấp phép

ASN

Access Service Network

Mạng dịch vụ truy nhập

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Phương thức truyền không
7


đồng bộ
BE

Best Effort

Cố gắng tối đa

BER

Bit Error Ratio

Tỷ lệ lỗi bit

BNI

Base station network interface

Giao diện giữa trạm gốc và
mạng

BS

Base Station

Trạm gốc

BW

BandWidth

Băng thông

BWA

Broadband Wireless Access

Truy nhập không dây băng
rộng

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập chia mã

CA

Certification Authority

Quyền Chứng thực

CP

Cyclic Prefix

Tiền tố Tuần hoàn

CPE

Customer Premise Equipment

Thiết bị đầu cuối thuê bao

CPS

Common part sublayer

Lớp con phần chung

CRC

Cyclic redundancy check

Kiểm tra vòng dư

CS

Convergence sublayer

Lớp con hội tụ

DES

Data Encryption Standard

Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu

DFS

Dynamic Frequency Selection

Lựa chọn tần số động

DFT

Discrete Fourier Transform

Biến đổi Fourier rời rạc

DHCP

Dynamic host configuration
protocol

Thủ tục cấu hình chủ không
cố định

DL

DownLink

Hướng xuống

EC

Encryption Control

Điều khiển mật mã

ECB

Electronic Code Book

Bảng mật mã điện tử

EDE

Encrypt-Decrypt-Encrypt

Mật mã - giải mã - mật mã

FEC

Forward Error Correction

Mã hóa sử lỗi trước

ETSI

European Telecommunications
Standard Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu

FBSS

Fast Base Station Switching

Chuyển đổi trạm gốc nhanh

FDMA

Frequency Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia tần số

8

FDD

Frequency Division Duplex

Song công chia tần số

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi hướng đi

FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

FSS

Fixed Satellite Service

Dịch vụ vệ tinh cố định

FWA

Fixed Wireless Access

Truy nhập không dây cố định

GI

Guard Interval

Chuỗi bảo vệ

GPS

Global Positioning Satellite

Vệ tinh định vị toàn cầu

H-FDD

Half-duplex FDD

FDD bán song công

HHO

Hard Handoff

Chuyển vùng cứng

IE

Information Element

Phần tử thông tin

IETF

Internet Engineering Task Force Tổ chức kỹ sư thiết kế
Internet

IDFT

Inverse Discrete Fourier
Transform

Biến đổi Fourier rời rạc
ngược

IFFT

Inversion Fast Fourier
Transform

Biến đổi Fourier ngược nhanh

IP

Internet Protocol

Thủ tục Internet

ITU

International
Telecommunications Union

Hiệp hội viễn thông Quốc tế

KEK

Key Encryption Key

Khoá Mật mã Khoá

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

LMDS

Local multipoint distriution
service

Dịch vụ phân phối đa điểm
nội hạt

LOS

Line Of Sight

Tia trực xạ

MAC

Medium Access Control layer

Lớp điều khiển truy nhập môi
trường

MAN

Metropolitan Area Network

Mạng khu vực thành phố

MDHO

Macro Diversity Handover

Chuyển giao đa dạng riêng

MIMO

Multi input Multi output

Đa đường vào đa đường ra

MMDS

Multichannel multipoint
distribution service

Dịch vụ phân phối đa điểm đa
kênh

MS

Mobile Station

Trạm di động
9


MPEG

Moving Picture Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu
ảnh động

NCFG

Network configuration

Cấu hình mạng

NLOS

Non Line Of Sight

Tia không trực xạ

nrtPS

Non-real-time polling service

Dịch vụ thăm dò không thời
gian thực

OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh chia tần số trực
giao

OFDMA

Orthogonal Frequency Division
Multiple Access

Đa truy nhập chia tần số trực
giao

PARP

Peak-to Average Power Ratio

Công suất tương đối cực đại

PCMCIA

Personal Computer Memory
Card International Association

Hiệp hội quốc tế về tấm mạch
nhớ của máy tính cá nhân

PAN

Propressional Area Network

Mạng cá nhân

PDA

Personal Digital Assistant

Thiết bị vụ số cá nhân

PDH

Plesiochronous digital hierarchy

Phân cấp số cận đồng bộ

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị dữ liệu thủ tục

PER

Packet Error Rate

Tỷ lệ lỗi gói

PHY

Physical layer

Lớp vật lý

PKM

Privacy Key Management

Quản lý khoá riêng

PMP

Point - to - multipoint

Điểm đa điểm

PPP

Point-to-Point Protocol

Thủ tục điểm-điểm

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QAM

Quadrature Amplitude
Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QPSK

Quadrature phase-shift keying

Khoá dịch pha cầu phương

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

REQ

Request

Yêu cầu

rtPS

Real-time polling service

Dịch vụ thăm dò thời gian
thực

Rx

Reception

Thu

SA

Security Association

Tập hợp bảo mật
10


SAID

Security Association IDentifier

Bộ nhận dạng tập hợp bảo
mật

SAP

Service Access Point

Điểm truy nhập dịch vụ

SAR

Synthetic Aperture Radar

Rada khe hở nhân tạo

SC

Single Carrier

Kênh mang đơn

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SDU

Service Data Unit

Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SF

Service Flow

Luồng dịch vụ

SFID

Service Flow IDentifier

Bộ Nhận dạng Luồng Dịch vụ

SNMP

Simple Network Management
Protocol

Thủ tục quản lý mạng đơn
giản

SNR

Signal-to-noise ratio

Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm

SS

Subscriber Station

Trạm thuê bao

STC

Space Time Coding

Mã thời gian không gian

TDD

Time Division Duplex

Song công chia thời gian

TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh chia thời gian

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia thời
gian

TEK

Traffic encryption key

Khoá mật mã lưu lượng

Tx

Transmission

Truyền dẫn

UGS

Unsolicited Grant Service

Dịch vụ cấp phát tự nguyện

UL

UpLink

Hướng lên

UMTS

Universal Mobile
Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu

UTRA

UMTS terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến trên mặt
đất UMTS

UTRAN

UMTS terrestrial Radio Access
Network

Mạng truy nhập vô tuyến trên
mặt đất UMTS

VoIP
WiMAX

Voice Over IP
Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Wide Area Network

Thoại qua IP
Khả năng tương tác toàn cầu
với truy nhập vi ba
Mạng diện rộng

WAN

11


WEP

Wired Equivalent Privacy

Bảo mật đương lượng hữu
tuyến

Wi-Fi

Wireless Fidelity

Mạng không dây

WLAN

Wireless LAN

Mạng LAN không dây

WMAN

Wireless MAN

Mạng MAN không dây

WME

Wi-Fi Mutlimedia Extensions

Những mở rộng đa phương tiện
Wi-Fi

WPA

Wi-Fi Protected Access

Truy nhập được bảo vệ Wi-Fi

WSM

Wi-Fi Scheduled Multimedia

Đa phương tiện được lập
danh mục theo Wi-Fi

XOR

Exclusive-OR

Hàm cộng modul

12


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
Trong chương này trình bày tổng quát về công nghệ WiMAX, đặc điểm,

các chuẩn của WiMAX, băng tần sử dụng, cách thức truyền sóng, đặc điểm
của WiMAX cố định, WiMAX di động và kiến trúc mạng WiMAX.
1.1 Giới thiệu về WiMAX
Ngày nay tỷ lệ người truy cập băng rộng còn rất ít, thấp hơn 20% dân số
thế giới. Là vì công nghệ đang tồn tại như xDSL, cáp và vô tuyến cố định có
các hạn chế như chi phí lắp đặt cao, có vấn đề lặp vòng, tốc độ đường lên
(upstream) cần nâng cấp, giới hạn LOS và tính hướng mở kém, với sự ra đời
của Wifi đã làm thay đổi cách thức trao đổi thông tin của người sử dụng. Tuy
nhiên, do Wifi là công nghệ được thiết kế hướng tới các mạng LAN không
dây, chính vì vậy trong những trượng hợp cụ thể, khi áp dụng công nghệ này
cho mạng MAN (MAN: Metropolitan Area Network: là mạng dữ liệu băng
rộng được thiết kế cho phạm vi trong thành phố, thị xã. Khoảng cách thường
nhỏ hơn 50 km), thì nó đã bộc lộ rất nhiều những hạn chế. Trước hết Wifi
được thiết kế cho mạng ít thuê bao, kênh truyền của nó cố định kích thước
khoảng 20Mhz, do vậy rất kém linh hoạt. Bên cạnh đó, Wifi không hỗ trợ
kiến trúc Mesh, (Mesh là một kiến trúc đảm bảo sự liên thông tốt trong mạng
đô thị). Hơn nữa, nếu ta truyền trong môi trường tốt, ít nhiễu, tầm nhìn thẳng
dựng các Anten định hướng với công suất đủ lớn thì Wifi cũng chỉ đạt tới
khoảng cách vài km, rất hạn chế cho việc phủ sóng trong một phạm vi lớn…
Chính vì sự hạn chế này mà chúng ta đưa ra giải pháp truy cập Internet băng
rộng cố định, di động có thể sẽ thay thế những công nghệ hiện nay và truy cập
bất cứ nơi đâu và bất cứ khi nào với tốc độ cao, đó chính là công nghệ truy
cập vô tuyến băng rộng WiMAX.
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng
tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là công nghệ dựa trên cơ sở tiêu
13


chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004. Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa
ra: Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và Diễn đàn WiMAX.

Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị
và linh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác
nhận tính tương thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập
không dây băng thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng
tốc độ triển khai truy cập không dây băng thông rộng trên toàn cầu. Do đó
các chuẩn 802.16 thường được biết đến với cái tên WiMAX.
Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vào
năm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập
không dây. Nếu như Wireless LAN đuợc phát triển để cung cấp dịch vụ truy
nhập Internet cho mạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truy
nhập Internet cho những vùng tập trung đông dân cư trong những phạm vi
hẹp thì với WiMAX ngoài khả năng cung cấp dịch vụ ở vùng đô thị nó còn
giải quyết được những vấn đề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet
cho những vùng thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử
dụng dây đồng không thể đạt tới.
WiMAX cũng là một sự phát triển kế tiếp từ dịch vụ cung cấp băng
thông giữa LAN nâng cấp lên mạng WAN. WiMAX sử dụng chuẩn kết nối
802.16 có nhiều đặc điểm nổi trội hơn về tốc độ, phạm vi phủ sóng so với
chuẩn kết nối không dây hiện nay là 802.11. Không giống như chuẩn 802.11
chỉ có thể phủ sóng trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể phủ sóng một
vùng rộng tới 50 km với tốc độ lên đến 70Mbps. WiMAX cung cấp truy nhập
băng rộng không dây cố định theo hai phương pháp điểm - điểm (Point to
Point ) hoặc điểm - đa điểm (Point to multipoint). [1]
Một hệ thống WiMAX gồm hai phần:
- Trạm phát: Giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với
công suất lớn có thể phủ sóng tới một vùng rộng tới 8000km2.

14

- Trạm thu: Có thể là các anten nhỏ như các thẻ (Card) mạng cắm vào
hoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà
WiFi vẫn dùng.

Hình 1.1 Mô hình truyền thông của WiMAX
Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường
truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác như một
trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng LOS (Line of Sigh) và chính vì
vậy WiMAX có thể phủ sóng tới những vùng rất xa.
Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng
truyền thẳng hoặc là các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng, các
anten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn
định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số
cao đến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu
khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. Đối với trường hợp tia phản xạ,
WiMAX sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở WiFi, ở tần số
thấp, tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn
cong, vòng qua các vật thể để đến đích.
15


WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử
dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được
(người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và cuối cùng là di động mà
không cần thiết ở trong Tầm nhìn thẳng (Line-of-Sight) trực tiếp tới một trạm
gốc. Hiện tại công nghệ WiMAX đang được kết hợp vào trong các máy tính
xách tay và các PDA.
1.2 Đặc điểm của WiMAX [1]
WiMAX đã được thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với các
loại triển khai truy nhập có dây truyền thống như:

Backhau: Sử dụng các Anten điểm - điểm để nối nhiều hotspot với nhau
và đến các trạm gốc qua những khoảng các dài (đường kết nối giữa điểm truy
nhập WLAN và mạng băng rộng cố định).
Last mile: Sử dụng các anten điểm - đa điểm để nối các thuê bao thuộc
nhà riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc.
1.2.1 Đặc điểm của WiMAX cố định ( 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 môi trường truyền dẫn: Đường truyền tầm nhìn
thẳng LOS và đường truyền che khuất N-LOS.
- Dải tần làm việc 2-11GHz và 10-66GHz.
- Hướng lên truyền tin được 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.
- Các phương pháp điều chế số được sử dụng là: QPSK, 16QAM,
64QAM; dùng phối hợp các phương pháp mã hóa sửa lỗi là mã khối (Reed
Salomon) và mã xoắn (mã chập) CC.
- Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đếnt rên 20MHz được chia
16


thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa
nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy nhập đồng thời
một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng
băng tần.
- Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX đựoc chia thành 4 lớp: Lớp
con hội tụ (Convergence Layer) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập
và các lớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp bảo mật (Security) và lớp

vật lý (Physical). Các lớp này tương đưong với hai lớp dưới cùng của mô hình
OSI và được tiêu chuẩn hóa để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên.
1.2.2 Đặc điểm của WiMAX di động ( Mobile WiMAX )
- Khoảng cách giữa trạm thu và phát trong khoảng 1.7 – 5 km.
- Tốc độ truyền: 10 – 30Mb/s.
- Không yêu cầu truyền trong tầm nhìn thẳng.
- Dải tần làm việc của Mobile WiMAX tập trung trong khoảng tần số
dưới 6GHz ( 2,3 GHz; 2,5 GHz; 3,3 GHz; 3,5 GHz).
- Độ rộng băng tần của hệ thống từ 1,25 – 20MHz.
- Đường lên và xuống có thể được phân chia theo công nghệ TDD hoặc
FDD nhưng TDD được khuyến nghị sử dụng nhiều hơn vì những tính năng ưu
việt của nó.
- Điểm khác biệt rõ nét với Fixed WiMAX là Mobile WiMAX sử dụng
công nghệ điều chế hỗ trợ đa truy nhập Scalable OFDMA (S-OFDMA), cho
phép thay đổi kích thước FFT tức là thay đổi số sóng mang con. Số song con
có thể là 128, 256, 512. 1024 hay lớn nhất là 2048. Số sóng mang con này
được chia thành các kênh con với số lượng kênh con lớn nhất là 32.
- Mobile WiMAX sử dụng phương pháp điều chế và mã hóa thích ứng,
hỗ trợ các kiểu điều chế QPSK, 16 QAM, 64 QAM. Phương pháp mã hóa
sửa lỗi dùng mã xoắn CC (Convolutional Code) và mã CTC (Convolutional
Turbo Code).

17


1.2.3 Ưu điểm
Chuẩn WiMAX phát triển với nhiều mục tiêu:
- Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống, bao
gồm điểm tới điểm, điểm tới đa điểm, và bao phủ khắp nơi. MAC (điều khiển
truy nhập phương tiện) WiMAX hỗ trợ điểm tới đa điểm và các dịch vụ ở

khắp nơi bằng cách sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao (SS).
Nếu chỉ có một SS trong mạng, thì trạm gốc WiMAX sẽ thông tin với SS trên
cơ sở điểm tới điểm. Một BS trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng một
anten búp hẹp hơn để phủ các vùng lớn hơn.

Hình 1.2 Các đặc tính của WiMAX
- Bảo mật cao: WiMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hoá tiên tiến) và
3DES (chuẩn mật mã hoá số liệu). Bằng cách mật mã hoá các liên kết giữa
BS và SS, WiMAX phục vụ các thuê bao tách biệt (chống nghe trộm) và bảo
mật trên giao diện không dây băng rộng. Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà
khai thác hệ thống an ninh chống ăn trộm dịch vụ. WiMAX cũng được xây
dựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp bảo vệ dữ liệu được truyền từ các người sử
dụng khác nhau trên cùng một BS.
- Triển khai nhanh: So với sự triển khai của các giải pháp dây, WiMAX
yêu cầu ít hoặc không yêu cầu xây dựng kế hoạch mở rộng. Ví dụ, đào hố để
hỗ trợ rãnh của các cáp không được yêu cầu. Các nhà khai thác có giấy phép

18


để sử dụng một trong số các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sử
dụng một trong các băng tần không được cấp phép, không cần thiết xem xét
sâu hơn các ứng dụng cho chính phủ. Khi anten và thiết bị được lắp đặt và
được cấp nguồn, WiMAX sẽ sẵn sàng phục vụ. Trong hầu hết các trường hợp,
triển khai WiMAX có thể hoàn thành trong khoảng mấy giờ, so với mấy
tháng cho các giải pháp khác.
- QoS WiMAX: WiMAX có thể được tối ưu hoá hỗn hợp lưu lương
được mang. Bốn loại dịch vụ được hỗ trợ như trong bảng 1.1.
- Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng
tần (hiện tại là 7 MHz), các hệ thống WiMAX có thể cung cấp độ rộng băng

tần đáng kể cho các người sử dụng đầu cuối.
- Độ bao phủ rộng hơn: WiMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồm
BPSK, QPSK, 16-QAM, và 64-QAM. Khi được trang bị với một bộ khuyếch
đại công suất lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK hoặc
QPSK), các hệ thống WiMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi đường
giữa BS và SS thông suốt.
- Mang lại lợi nhuận: WiMAX dựa trên chuẩn quốc tế mở. Chuẩn được
thông qua đa số, sử dụng chi phí thấp, các chipset được sản xuất hàng loạt, sẽ
làm cho giá hạ xuống; và cạnh tranh giá cả làm cho các nhà cung cấp dich vụ,
người sử dụng đầu cuối tiết kiệm được chi phí.
- Dịch vụ đa mức: Là loại mà QoS đạt được dựa vào hợp đồng mức dịch
vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Hơn nữa, một nhà cung
cấp dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau cho những người đăng ký khác
nhau, hoặc thậm chí cho những người sử dụng khác nhau trong cùng một SS.
- Khả năng cùng vận hành: WiMAX dựa vào các chuẩn cung cấp trung
lập, quốc tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải và sử dụng
SS của họ tại các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác
nhau. Khả năng cùng vận hành bảo vệ vốn đầu tư ban đầu của nhà khai thác

19


vì nó có thể chọn thiết bị từ các đại lý thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làm
giảm giá thiết bị.
Bảng 1.1 Các loại dịch vụ của WiMAX
Loại dịch vụ
Dịch vụ cấp tự
nguyện (UGS)

Mô tả

UGS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian
thực bao gồm các gói số liệu kích thước cố định được phát
ra tại các khoảng tuần hoàn, như T1/E1 và thoại trên nền IP.

Dịch vụ kiểm soát

rtNS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian

vòng thời gian

thực bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà được

thực (rtPS)

phát ra tại các khoảng tuần hoàn, như MPEG video.

Dịch vụ kiểm soát

nrtPS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu dung sai

vòng phi thời gian

trễ bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà yêu

thực (nrtPS)

cầu tốc độ số liệu tối thiểu, như FTP.

Best Effort (BS)
nỗ lực tối đa

Dịch vụ BS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu mà
không yêu cầu mức dịch vụ tối thiểu và có thể xử lý trên
cơ sở giá trị không gian.

- Khả năng mang theo được: Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi SS
WiMAX được cấp nguồn, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kết
với BS, chỉ cần SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàm
phán các đặc tính truyền dẫn phù hợp.
- Tính di động: Chuẩn IEEE 802.16e được thêm một số đặc điểm chủ
yếu trong việc hỗ trợ tính di động. Các cải tiến được tạo ra cho lớp vật lý
OFDMA và OFDM để cung cấp các thiết bị và dịch vụ trong môi trường di
động. Các môi trường này bao gồm: OFDMA có thể chia tỷ lệ được, MIMO,
và hỗ trợ chế độ idle/sleep, chuyển giao, cho phép tính di động hoàn toàn tại
tốc độ 160 km/h. Chuẩn hỗ trợ bởi Forum WiMAX được thừa hưởng hiệu

20


năng NLOS (tầm nhìn không thẳng) tốt hơn của OFDM và hoạt động chịu
được đa đường, làm cho nó phù hợp hơn với môi trường di động.
- Hoạt động tầm nhìn không thẳng: NLOS thường ám chỉ đường dẫn vô
tuyến có miền Fresnel thứ nhất bị chặn hoàn toàn. WiMAX dựa vào công
nghệ OFDM đã có sẵn khả năng xử lý các môi trường NLOS. Dung lượng
này giúp các sản phẩm WiMAX phân phát độ rộng băng tần rộng trong môi
trường NLOS, mà các sản phẩm vô tuyến khác không làm được.
1.2.4 Nhược điểm
Với bất kỳ hệ thống truyền thông vô tuyến nào thì ảnh hưởng của môi
trường truyền sóng là không thể tránh khỏi. Hệ thống WiMAX cũng có những
hạn chế về đường truyền.

- Ảnh hưởng của thời tiết xấu đặc biệt là mưa to có thể làm gián đoạn
các dịch vụ.
- Các sóng vô tuyến điện lân cận có thể gây nhiễu với kết nối WiMAX và
là nguyên nhân gây suy giảm dữ liệu trên đường truyền hoặc làm mất kết nối.
- Ngoài ra vì đây là công nghệ hoàn toàn mới do đó có việc chuẩn hoá
chưa thực sự trên phạm vi toàn thế giới nên khó khăn trong lắp ráp, thay thế ở
các khu vực khác nhau.
1.3 Các chuẩn của WiMAX [1]
1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001
Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên ra đời vào tháng 10/2001 và được công
bố vào 4/2002, IEEE 802.16 WiMAX có thể hoạt động trong băng tần số từ
2 - 66GHz, với các ứng dụng khác nhau, WiMAX sẽ sử dụng các băng tần
số khác nhau để tránh sự giao thoa.
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.
21


- 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
Chuẩn 802.16a được hoàn thành vào tháng 11/2002 và được công bố vào
tháng 4/2003. Chuẩn này cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở
đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2 - 11 GHz, bao gồm cả những phổ
cấp phép và không cấp phép, 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 - 66 Ghz chuẩn 802.16 - 2001 phải yêu cầu tầm
nhìn thẳng, thì với dải tần 2 - 11Ghz chuẩn 802.16a cho phép kết nối mà
không 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 thông có các giải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thời
gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệ thuê
bao số hay mạng cáp không tiếp cận được. So sánh với những tần số cao hơn,
những phổ như vậy tạo cơ hội để thu được nhiều khách hàng hơn với chi phí
chấp nhận được, mặc dù các tốc độ dữ liệu là không cao. Tuy nhiên, các dịch
vụ sẽ hướng tới những toà nhà riêng lẻ hay những xí nghiệp vừa và nhỏ.
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).
- 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.
22


- 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 802.16d - 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. Nó cung cấp

khả năng hỗ trợ tốt trong những ứng dụng mô hình điểm - đa điểm, cũng như
những ứng dụng mô hình kiến trúc Mesh.
1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e
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
môi trường không trong tầm nhìn thẳng và ứng dụng di động. Tuy tốc độ và
khả năng bao phủ không được lớn như chuẩn cố định, nhưng với kênh băng
thông 10 Mhz, nó cũng có thể đạt tới tốc độ 30 MHz, 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.
1.4 Các băng tần của WiMAX [1]
1.4.1 Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới
Các băng tần được Diễn đàn WiMAX tập trung xem xét và vận động cơ
quan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMAX là:
- Băng tần 2,3 - 2,4GHz (2,3GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho Mobile
WiMAX. Tại Hàn Quốc băng này đã được triển khai cho WBA (WiBro).

23


- Băng tần 2,4 - 2,4835GHz: Được đề xuất sử dụng cho WiMAX trong
tương lai.
- Băng tần 2,5 - 2,69GHz (2,5GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho
WiMAX di động trong giai đoạn đầu.
- Băng tần 3,3 - 3,4GHz (3,3GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho
WiMAX cố định.

- Băng tần 3,4 - 3,6GHz (3,5GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho
WiMAX cố định trong giai đoạn đầu: FWA (Fixed Wireless Access)/WBA
(WideBand Access).
- Băng tần 3,6 - 3,8GHz: Được đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định
(WBA) và cấp cho Châu Âu. Tuy nhiên, băng 3,7-3,8 GHz đã được dung
cho vệ tinh viễn thông Châu Á, nên băng tần này không được sử dụng cho
WiMAX Châu Á.
- Băng tần 5,725 - 5,850GHz: Được đề xuất sử dụng cho WiMAX cố
định trong giai đoạn đầu.
Ngoài ra, một số băng tần khác phân bổ cho BWA cũng được một số
nước xem xét cho BWA/WiMAX là: Băng tần 700 - 800MHz (< 1GHz),
băng 4,9 - 5,1GHz.
1.4.2 Các băng tần ở Việt Nam có khả năng dành cho WiMAX [2]
- Băng tần 2,3 - 2,4GHz:
Có thể dành đoạn băng tần này cho WiMAX. Băng tần 2,3 - 2,4GHz
thích hợp cho cả WiMAX cố định và di động.
- Băng tần 2,5 - 2,69GHz:
Băng tần này hiện nay đang được sử dụng nhiều cho vi ba và MMDS
(tập trung chủ yếu ở Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh). Ngoài ra, băng tần
này là một trong các băng tần được đề xuất sử dụng cho 3G.
Băng tần này lại là băng tần được đánh giá là thích hợp nhất cho
WiMAX di động và đã được Diễn đàn WiMAX xác nhận chính thức là băng
tần WiMAX. Một số nước cũng đã dành băng tần này cho WiMAX như Mỹ,
24


Mêhicô, Brazil, Canada, Singapo. Vì vậy, đề nghị dành băng tần 2,5 2,69GHz cho WiMAX.
- Băng tần 3,3 - 3,4GHz:
Theo Qui hoạch phổ tần số VTĐ quốc gia, băng tần này được phân bổ
cho các nghiệp vụ Vô tuyến định vị, cố định và lưu động. Hiện nay, về phía

dân sự và quân sự vẫn chưa có hệ thống nào được triển khai trong băng tần
này. Do đó, có thể cho phép sử dụng WiMAX trong băng tần 3,3 - 3,4GHz.
- Băng tần 3,4 - 3,6GHz, 3,6 - 3,8GHz:
Đối với Việt Nam, hệ thống vệ tinh VINASAT dự kiến sẽ sử dụng
một số đoạn băng tần trong băng C và Ku, trong đó cả băng tần 3,4 3,7GHz. Ngoài ra, đoạn băng tần 3,7 - 3,8GHz mặc dù chưa sử dụng cho
VINASAT nhưng có thể được sử dụng cho các trạm mặt đất liên lạc với
các hệ thống vệ tinh khác. Vì vậy, không nên triển khai WiMAX trong
băng tần 3,4 - 3,8 GHz.
- Băng tần 5,725 - 5,850GHz:
Hiện nay, băng tần này đã được Bộ qui định dành cho WiFi. Nếu cho
phép triển khai WiMAX trong băng tần này thì cũng sẽ hạn chế băng tần dành
cho WiFi. Băng tần này có thể thích hợp cho các hệ thống WiMAX ở vùng
nông thôn, vùng sâu, vùng xa, ở đó có thể cho phép hệ thống WiMAX phát
với công suất cao hơn để giảm giá thành triển khai hệ thống WiMAX. Vì vậy,
đề nghị cho phép triển khai WiMAX trong băng tần 5,725 - 5,850GHz nhưng
WiMAX phải dùng chung băng tần và phải bảo vệ các hệ thống WiFi.
Như vậy, với hiện trạng sử dụng băng tần tại Việt Nam như trên, các
băng tần có khả năng dành cho WiMAX ở Việt Nam là:
- Băng tần 2,3 - 2,4GHz và 3,3 - 3,4GHz cho các hệ thống truy cập
không dây băng rộng, kể cả WiMAX.
- Băng tần 5,725 - 5,850GHz cho các hệ thống truy cập không dây
băng rộng, kể cả WiMAX nhưng các hệ thống này phải dùng chung

25