Kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong các mạng băng rộng

i

MC LC
DANH MụC CáC Ký HIệU, CáC CHữ viết tắt.................................................. iii
DANH MụC CáC BảNG..........................................................................................vii
DANH MC CC HèNH V , TH ....vii
CHNG I: GII THIU CễNG NGH, CU TRUC PHN TNG TRONG
MANG KHễNG DY BNG RNG VA WIMAX......................................................1
1.1. Tng quan v mng khụng dõy bng rng.............................................................1
1.1.1. Cỏc khỏi nim v mng khụng dõy bng rng Wimax v ng dng ca
wimax.........................................................................................................................2
a. Cỏc khỏi nim v mng khụng dõy bng rng.....................................................2
....................................................................................................................................5
Nguồn: Motorola.......................................................................................................5
Hỡnh 1.1. Yờu cu bng thụng i vi cỏc thit b...................................................5
Tại Nhật Bản, liên minh SoftBank - Motorola hiện đang triển khai WiMax di
động trên dải tần 2,5 GHz từ tháng 9/2006. Trong khi đó, một đợt thử nghiệm
công nghệ với quy mô lớn cũng đang diễn ra tại Nga. Hãng thiết bị công nghệ
Avalcom và Aperto ở nớc đã kết hợp với nhiều nhà cung cấp dịch vụ để thực
hiện thực hoá dự án tại nhiều khu vực nh Moscow, Siberia....................................6
Wimax tại Việt Nam và cơ hội đón đầu...............................................................6
Sau khi Công ty điện toán và truyền số liệu VDC triển khai thành công điểm
truy cập Wi-Fi tại Đại học Thủy Lợi vào năm 2003, hàng loạt các quán cafe kết nối
internet không dây phạm vi hẹp đã mọc lên ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí
Minh. Tuy nhiên, do tốc độ truy cập và khả năng phủ sóng còn hạn chế nên khi
WiMax đợc giới thiệu, ngời sử dụng Việt Nam đã tỏ ra rất quan tâm đến công
nghệ mới này.............................................................................................................6
Tuy nhiên, WiMax là công nghệ hoàn toàn mới ở Việt Nam, hệ thống phải đợc
đầu t xây dựng mới toàn bộ. Còn mạng thông tin di động lại có sẵn cơ sở hạ

ii

tầng để triển khai dịch vụ kết nối Internet không dây. Hiện cha có số liệu
nào so sánh sự giữa kinh phí thiết lập WiMax với việc nâng cấp mạng di động
để triển khai Internet tốc độ cao............................................................................6
Một "điểm yếu" khác của WiMax là giá thiết bị đầu cuối cho ngời sử dụng
còn khá cao, một phần vì số lợng nhà sản xuất không nhiều. Bên cạnh đó, chính
khả năng linh hoạt (flexibility) của WiMax khiến cho việc chuẩn hoá thiết bị
khó đồng nhất...........................................................................................................6
1.1.2 c im mng khụng dõy bng rng WiMax...............................................6
1.1.3 Vi nột v nhng mng khụng dõy ang tn ti.............................................7
1.1.4 Mt s chun ca cụng ngh khụng dõy bng rng......................................10
Hỡnh 1.2 Chun khụng dõy ton cu......................................................................11
Hỡnh 1.3 S phỏt trin ca chun 802....................................................................11
* Mt s chun Wimax u tiờn.............................................................................11
Hỡnh 1.4 OFDM vi 9 súng mang con...................................................................13
Hỡnh 1.5 Cu hỡnh di ng chung ca 802.16e......................................................14
1.2 Khỏi nim bng rng.............................................................................................14
1.2.1 Khỏi nim bng thụng rng...........................................................................14
1.2.2 Gii thiu cỏc chun IEEE 802.16................................................................17
Hỡnh 1.6. Mụ hỡnh rng Wimax.............................................................................18
Hỡnh 1.7. c im cụng ngh Wimax..................................................................18
Hỡnh 1.8. Lch s phỏt trin cỏc chun 802.16.......................................................20
* Mt s chun 802.16...........................................................................................20
Hỡnh 1.9 Kin trỳc mng-MMR thụng qua Wimax thụng thng........................24
1.3 c im ca bng rng........................................................................................24


iii

1.3.1 Đặc điểm Fixed băng rộng............................................................................24
Hình 1.10 Mô hình mạng Wimax cố định..............................................................25
1.3.2 Đặc điểm Mobile băng rộng..........................................................................26
Hình 1.11 Mô hình ứng dụng Wimax di động.......................................................26
1.4 Mô tả lớp PHY và MAC........................................................................................27
1.4.1 Chuẩn 802.16-2004.......................................................................................27
Hình 1.12. Cấu trúc khung TDD............................................................................28
Hình 1.13. Cấu trúc khung con hướng xuống........................................................28
Hình 1.14. Cấu trúc khung con hướng xuống FDD...............................................30
1.4.2 Chuẩn 802.16e...............................................................................................32
Hình 1.16. Sơ đồ khối chức năng lớp MAC..........................................................33
Hình 1.17. Quá trình mã hóa bảo mật trong Chuẩn 802.16...................................35
CHƯƠNG II: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG MẠNG BĂNG RỘNG VÀ
WIMAX...........................................................................................................................36
2.1 Lịch sử phát triển kỹ thuật OFDM........................................................................36
2.2 Nguyªn lý trùc giao trong OFDM:.........................................................................37
Hình 2.1 Các từ mã đan xen và kết quả.................................................................43
Hình 2.2 Dữ liệu vào và ra của khối Interleaving..................................................43
2.3 Kỹ thuật điều chế OFDM......................................................................................43
Hình 2.3 Quá trình điều chế 16-QAM....................................................................46
Hình 2.4 Biểu đồ IQ tại phía phát..........................................................................47
Hình 2.5 Biểu đồ IQ tại phía thu............................................................................48
2.3.1 Thuật biến đổi DFT và thuật toán FFT.........................................................48


iv

2.3.2 Tính trực giao................................................................................................51
Hình 2.6 Bộ giản điều chế......................................................................................51
Hình 2.7 Bổ sung khoảng bảo vệ cho tín hiệu OFDM..........................................54

2.4 Giới hạn băng thông OFDM và cửa sổ.................................................................59
Hình 2.8 Dạng sóng theo thời gian của tín hiệu OFDM (3 symbol).....................60
Hình 2.10 Phổ của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ...............................................60
Hình 2.11 Phổ của tín hiệu OFDM 1536 tải phụ không có hạn chế băng thông.. 61
Hình 2.12: SNR hiệu dụng như là hàm của độ lệch thời gian của tín hiệu OFDM
gồm 52 tải phụ được lọc băng thông. Khoảng bảo vệ trong hình này bằng 50%
thời gian symbol toàn phần (độ dài khoảng bảo vệ bằng thời gian symbol có ích)
..................................................................................................................................62
Hình 2.13: Biểu diễn ảnh hưởng của méo do tín hiệu 2-tone................................63
Hình 2.14: Phổ của tín hiệu OFDM có cắt méo. Tín hiệu OFDM có 100 tải phụ,
có băng thông giới hạn khi dùng lọc FIR trước khi méo được áp dụng.................64
Hình 2.15: Sự gia tăng mở rộng phổ như hàm của OBO.......................................65
Hình 2.16: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc phức khi dùng kỹ thuật
tương tự....................................................................................................................65
Hình 2.17: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc khi dùng kỹ thuật số (DDS:
Direct Digital Synthesis: tổng hợp số trực tiếp)......................................................66
Hình 2.18: Dịch tín hiệu OFDM khỏi DC..............................................................67
CHƯƠNG III: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG WIMAX OFDM TRONG MATLAB...........67
3.1 Mô hình kết nối tổng quát.....................................................................................67
Hình 3.1: Sơ đồ khối thu phát OFDM....................................................................68
Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM cơ bản.......................................................68
3.2. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM:..................................................................69


v

3.2.1. Sử dụng matlab:............................................................................................69
Hình 3.3: Mô phỏng sự phát tín hiệu OFDM.........................................................69
Hình 3.4: Đáp ứng thời gian của tín hiệu các sóng mang tại điểm (B).................70
Hình 3.5: Đáp ứng tần số của tín hiệu....................................................................70

các sóng mang tại điểm (B)....................................................................................70
Hình 3.6: Dạng xung g(t)........................................................................................72
Hình 3.7: Đáp ứng bộ lọc D/A...............................................................................72
Hình 3.8: Đáp ứng thời gian của tín hiệu U tại điểm (C)......................................74
Hình 3.9: Đáp ứng tần số của tín hiệu U tại điểm (C)...........................................74
Hình 3.10: Đáp ứng thời gian của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4..........................74
Hình 3.11: Đáp ứng tần số của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4 và IFFT. Điểm B. .74
tín hiệu UOFT tại điểm (D)....................................................................................74
Hình 3.13: Đáp ứng tần số của tín hiệu UOFT tại điểm (D).................................74
Hình 3.14: Mô phỏng sự thu OFDM......................................................................75
Hình 3.15: Đáp ứng thời gian của..........................................................................76
Hình 3.16: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_tilde tại điểm (F)..................................76
Hình 3.17: Đáp ứng thời gian của tín hiệu r_info tại điểm (G).............................76
Hình 3.18: Đáp ứng tấn số của tín hiệu r_info tại điểm (G)..................................76
Hình 3.19: Đáp ứng thời gian của..........................................................................76
Hình 3.20: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_data tại điểm (H)..................................76
Hình 3.21: Chòm điểm info_h................................................................................77
Hình 3.22: Chòm điểm a_hat..................................................................................77


vi

3.2.2 Một số ứng dụng của công nghệ OFDM :....................................................77
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN......................................................................79
TAI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................80

DANH MôC C¸C Ký HIÖU, C¸C CH÷ viÕt t¾t
3G
AAA
ACR

AES
AK
AP
APN
ARQ
ATM
BPSK
BSIDU
BSIDU
BS
BWA
CBC
CCS
CDMA
CID
CPE
CSMA/CA
DFS

3rd Generation (of Mobile networks)
Authentication, Authorization and Accounting
Access Control Router
Advanced Encryption Standard
Authorization Key
Access Point
Access Point Name
Automatic Repeat Request
Asynchronous Transfer Mode
Binary Phase Shift Keying
Base Station Indoor Unit

Base Station Outdoor Unit
Base Station
Broadband Wireless Access
Cipher Block Chaining
Common Channel Signaling
Code Division Multiple Access
Connection Identify
Customer Premise Equipment
CSMA with Collision Avoidance
Dynamic Frequency Selection


vii

DHCP
DNS
EDGE
FBWA
FDD
FSK
GGSN
GMH
GPC
GPRS
GPSS
GSM
HA
HEC
Hiper -LAN
HLR

HMAC
HPLMN
IEEE
IMS
IP
ISM
ISO
LAN
LLC
LOS
MAC
MAN
MIMO
MPDU
MSDU
NLOS
nrtPS
OFDM
OFDMA
PDA
PDG
PDN
PDU
PHS
PHY
PKM
PMP
PS
PSK
PSS

PSTN
PTP
PVC

Dynamic Host Configuration Protocol
Domain Name System
Enhanced Data Rate for GSM Evolution
Fixed Broadband Wireless Access
Frequency Division Duplex
Frequency Shift Keying
Gateway GPRS Support Node
Generic MAC Header
Grant Per Connection
General Packet Radio Service
Grant per Subcriber Station
Global System for Mobile Communications
Home Agent
Header Error Check
High Performance LAN
Home Location Register
Hashed Message Authentication Code
Home Public Land Mobile Network
Institute of Electrical and Electronic Engineers
IP Multimedia Subsystem
Internet Protocol
Industry Science Medicine
International Organization for Standardization
Local Area Network
Logical Link Control (layer)
Line-Of-Sight

Medium Access Control
Metropolitan Area Network
Multiple-Input, Multiple-Output
MAC Protocol Data Unit
MAC Service Data Unit
Non-Line-Of-Sight
non-real time Polling Service
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Orthogonal Frequency Division Multiple Access
Personal Digital Assistance
Packet Data Gateway
Packet Data Network
Protocol Data Unit
Payload Header Suppression
Physical
Privacy Key Management
Point-to-multipoint
Physical Slot
Phase Shift Keying
Portable Subcriber Station
Public Switched Telephone Network
Point-to-point
Permanent Virtual Circuit


viii

QAM
QoS
QPSK

RADIUS
RAN
RAS
RLC
RNC
RNS
rtPS
SA
SAP
SDU
SGSN
SNMP
SOFDM
SPVC
SS
SVC
TCP
TDD
TDES
TDM
TDMA
TEK
UE
UMTS
UNI
UTRAN
UWB
VPLMN
WAG
WEP

WiMAX
WLAN
WMAN

Quadrature Amplitude Modulation
Quality of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Remote Authentication Dial-in user service
Radio Access Network
Radio Access System
Radio Link Control
Radio Network Controller
Radio Network Subsystem
real-time Polling Service
Security Association
Service Access Point
Service Data Unit
Serving GPRS Support Node
Simple Network Management Protocol
Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Soft Permanent Virtual Circuit
Subscriber Station
Switched Virtual Circuit
Transmission Control Protocol
Time Division Duplexing
Triple Data Encryption Standard
Time Division Multiplexing
Time Division Multiple Access
Traffic Encryption Key
User Equipment

Universal Mobile Telecommunication System
User-Network Interface
UMTS Terrestrial Radio Access Network
Ultra Wireless Broadband
Visited Public Land Mobile Network
WiMAX Access Gateway
Wire Encryption Protocol
Worldwide Interoperability for Microwave Access
Wireless Local Area Network
Wireless Metropolitan Area Network


ix

DANH MôC C¸C B¶NG
Bảng 1.1: Các kiểu truy nhập trong Wimax....................................................................12
Bảng 1.2. Độ dài khung vật lý.........................................................................................27
Bảng 1.3. Tốc độ baud và độ rộng kênh..........................................................................32
Bảng 2.1: Giá trị điện áp đầu ra ứng với giá trị bit ngõ vào của bộ chuyển đổi 2 mức
thành 4 mức......................................................................................................................46
Bảng 2.2: Giá trị điện áp ngõ ra ứng với giá trị bít ngõ vào của bộ điều chế 16-QAM.47
DANH MôC C¸C H×NH VÏ, §å THÞ
Hình 1.1. Yêu cầu băng thông đối với các thiết bị............................................................5
Hình 1.2 Chuẩn không dây toàn cầu...............................................................................11
Hình 1.3 Sự phát triển của chuẩn 802.............................................................................11
Hình 1.4 OFDM với 9 sóng mang con............................................................................13
Hình 1.5 Cấu hình di động chung của 802.16e...............................................................14
Hình 1.6. Mô hình rạng Wimax.......................................................................................18
Hình 1.7. Đặc điểm công nghệ Wimax...........................................................................18
Hình 1.8. Lịch sử phát triển các chuẩn 802.16................................................................20

Hình 1.9 Kiến trúc mạng-MMR thông qua Wimax thông thường.................................24
Hình 1.10 Mô hình mạng Wimax cố định.......................................................................25
Hình 1.11 Mô hình ứng dụng Wimax di động................................................................26
Hình 1.12. Cấu trúc khung TDD.....................................................................................28
Hình 1.13. Cấu trúc khung con hướng xuống.................................................................28
Hình 1.14. Cấu trúc khung con hướng xuống FDD........................................................30


x

Hình 1.16. Sơ đồ khối chức năng lớp MAC....................................................................33
Hình 1.17. Quá trình mã hóa bảo mật trong Chuẩn 802.16............................................35
Hình 2.1 Các từ mã đan xen và kết quả...........................................................................43
Hình 2.2 Dữ liệu vào và ra của khối Interleaving...........................................................43
Hình 2.3 Quá trình điều chế 16-QAM.............................................................................46
Hình 2.4 Biểu đồ IQ tại phía phát....................................................................................47
Hình 2.5 Biểu đồ IQ tại phía thu.....................................................................................48
Hình 2.6 Bộ giản điều chế...............................................................................................51
Hình 2.7 Bổ sung khoảng bảo vệ cho tín hiệu OFDM....................................................54
Hình 2.8 Dạng sóng theo thời gian của tín hiệu OFDM (3 symbol)..............................60
Hình 2.10 Phổ của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ........................................................60
Hình 2.11 Phổ của tín hiệu OFDM 1536 tải phụ không có hạn chế băng thông............61
Hình 2.12: SNR hiệu dụng như là hàm của độ lệch thời gian của tín hiệu OFDM gồm
52 tải phụ được lọc băng thông. Khoảng bảo vệ trong hình này bằng 50% thời gian
symbol toàn phần (độ dài khoảng bảo vệ bằng thời gian symbol có ích)......................62
Hình 2.13: Biểu diễn ảnh hưởng của méo do tín hiệu 2-tone.........................................63
Hình 2.14: Phổ của tín hiệu OFDM có cắt méo. Tín hiệu OFDM có 100 tải phụ, có
băng thông giới hạn khi dùng lọc FIR trước khi méo được áp dụng..............................64
Hình 2.15: Sự gia tăng mở rộng phổ như hàm của OBO................................................65
Hình 2.16: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc phức khi dùng kỹ thuật tương tự.

..........................................................................................................................................65
Hình 2.17: Điều chế RF của tín hiệu OFDM băng gốc khi dùng kỹ thuật số (DDS:
Direct Digital Synthesis: tổng hợp số trực tiếp)..............................................................66
Hình 2.18: Dịch tín hiệu OFDM khỏi DC.......................................................................67


xi

Hình 3.1: Sơ đồ khối thu phát OFDM.............................................................................68
Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM cơ bản................................................................68
Hình 3.3: Mô phỏng sự phát tín hiệu OFDM..................................................................69
Hình 3.4: Đáp ứng thời gian của tín hiệu các sóng mang tại điểm (B)..........................70
Hình 3.5: Đáp ứng tần số của tín hiệu............................................................................70
các sóng mang tại điểm (B)............................................................................................70
Hình 3.6: Dạng xung g(t)................................................................................................72
Hình 3.7: Đáp ứng bộ lọc D/A.......................................................................................72
Hình 3.8: Đáp ứng thời gian của tín hiệu U tại điểm (C)...............................................74
Hình 3.9: Đáp ứng tần số của tín hiệu U tại điểm (C)....................................................74
Hình 3.10: Đáp ứng thời gian của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4....................................74
Hình 3.11: Đáp ứng tần số của mô phỏng trực tiếp của 2.1.4 và IFFT. Điểm B...........74
tín hiệu UOFT tại điểm (D)............................................................................................74
Hình 3.13: Đáp ứng tần số của tín hiệu UOFT tại điểm (D)..........................................74
Hình 3.14: Mô phỏng sự thu OFDM...............................................................................75
Hình 3.15: Đáp ứng thời gian của...................................................................................76
Hình 3.16: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_tilde tại điểm (F)...........................................76
Hình 3.17: Đáp ứng thời gian của tín hiệu r_info tại điểm (G)......................................76
Hình 3.18: Đáp ứng tấn số của tín hiệu r_info tại điểm (G)...........................................76
Hình 3.19: Đáp ứng thời gian của...................................................................................76
Hình 3.20: Đáp ứng tần số của tín hiệu r_data tại điểm (H)...........................................76
Hình 3.21: Chòm điểm info_h.........................................................................................77

xii

Hình 3.22: Chòm điểm a_hat..........................................................................................77


xiii

Lời nói đầu
Ngy nay, vi xu th phỏt trin ca h thng mng mỏy tớnh, s xut hin
Internet bng rng ó giỳp cho vic trao i thụng tin tr nờn nhanh chúng, dờ dng.
Vi a hỡnh t nc ta ắ l i nỳi, vic truyn thụng tin i v n trong mụi trng
nh vy gp rt nhiu khú khn, Wimax ra i l mc tiờu v cng l xu th phỏt trin
ca t nc ta t 2,5G lờn n 3G ri lờn n 4G. Cỏc giao dch vi cỏc vựng sõu v
xa, cỏc vựng i nỳi s ch yu s dng cỏc mng khụng dõy bng rng.
Vỡ l mng mỏy tớnh, c truyn trong mụi trng bng rng vi khong cỏch
xa v a hỡnh phc tp do vy mt k thut truyn tin c s dng ú l k thut
iu ch OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). OFDM l k thut
ghộp kờnh phõn chia tn s trc giao cho phộp chia lung d liu tc cao thnh cỏc
lung d liu tc thp, truyn trờn nhiu súng mang trc giao nhau.
Trong k thut ghộp kờnh phõn chia tn s trc giao OFDM, lung d liu u
vo c chia thnh cỏc lung con song song vi tc gim v mi lung con c
iu ch v ký hiu tng s ci thin kh nng chng li trờ lan truyn ca OFDM.
Công nghệ WiMAX dùng sóng vô tuyến trong xây dựng giải pháp mạng hiện
đại. Với giá thành và tính ổn định cao, giải pháp mạng không dây WiMAX sẽ là một
trong những xu hớng tất yếu để mở rộng, và thay thế dần hệ thống mạng LAN truyền
thống sử dụng kết nối cáp, WiMAX hỗ trợ cho nhiều thiết bị ứng dụng dựa trên chuẩn
TCP/IP và việc kết nối mạng đợc thực hiện bất cứ nơi đâu trong vùng phủ sóng. Đồng
thời, một trạm phát sóng có thể cho phép hỗ trợ nhiều kết nối cũng nh thiết bị truy xuất.

Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng viễn thông sẽ giúp cho
việc sử dụng và kết nối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối
với những nơi hẻo lánh xa xôi mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn. Đồng thời nó
cũng góp phần thu hẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc tiếp cận
thông tin.
Vi nhng l ú nghiờn cu k thut iu ch OFDM v th nghim s dng
trong mng bng thụng rng nc ta. Với sự chỉ bảo tận tình của PGS.TS Lờ Bỏ


xiv

Dng, cũng nh sự nỗ lực học hỏi, nghiên cứu của bản thân, tôi đã chọn đề tài : K
thut OFDM v NG DNG TRONG CC MANG BNG RNG. Cấu trúc luận
văn tốt nghiệp gồm 3 chơng:
Chng 1: Gii thiu cụng ngh, cu trỳc phõn tng trong mng khụng dõy bng rng
v wimax. Mt s khỏi nim v ng dng ca mng khụng dõy bng rng v wimax.
Mụ t lp PHY v lp MAC
Chng 2. K thut iu ch OFDM trong mng bng rng v wimax. Gii thiu v
lch s phỏt trin OFDM. Nguyờn lý trc giao v thu phỏt tớn hiu trong OFDM
Chng 3: Mễ HèNH Mễ PHNG WIMAX OFDM TRONG MATLAB.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS. Lê Bá Dũng đã hớng dẫn và chỉ bảo tận tình để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tuy đã có nhiều
cố gắng nhng do kiến thức, kinh nghiệm thực tế và thời gian còn nhiều hạn chế, bản
luận văn tốt nghiệp này cũng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đợc sự
góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và tất cả các độc giả để tôi hoàn thiện hơn vốn kiến thức
của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


1

CHNG I: GII THIU CễNG NGH, CU TRUC PHN TNG TRONG
MANG KHễNG DY BNG RNG VA WIMAX

1.1. Tng quan v mng khụng dõy bng rng
Trong những năm gần đây công nghệ viễn thông đã có sự phát triển bùng nổ đặc
biệt là trong lĩnh vực băng rộng và không dây. Theo thống kê của ITU, trên thế giới
dịch vụ di động đã có sự tăng trởng mạnh từ khoảng 11 triệu thuê bao năm 1990 đến
năm 2005 đã vợt ngỡng 2 tỷ thuê bao. Cùng thời gian này, Internet cũng đã đạt tới
khoảng 1 tỷ ngời sử dụng. Sự phát triển nhanh chóng của Internet dẫn tới một nhu cầu
đòi hỏi các dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao. Chính điều này thúc đẩy sự hợp tác
trong việc phát triển băng rộng một cách song song. Ngời sử dụng băng rộng thấy đợc
những thay đổi đáng kinh ngạc trong phơng thức chia sẻ thông tin, quản lý kinh doanh
và tìm kiếm thông tin giải trí. Truy cập băng rộng không chỉ cung cấp khả năng lớt web
nhanh hơn, tải file tốn ít thời gian hơn mà nó còn cho phép nhiều ứng dụng đa phơng
tiện nh: audio thời gian thực, luồng video, hội nghị đa phơng tiện và trò chơi tơng tác.
Các kết nối băng rộng cũng đợc dùng cho dịch vụ thoại sử dụng kỹ thuật thoại qua
Internet. Rất nhiều hệ thống truy nhập băng rộng đã xuất hiện phục vụ các ứng dụng
đòi hỏi băng thông lớn nh các đờng dây thuê bao số tốc độ cao (VDSL), cáp quang tới
nhà khách hàng (FTTH). Trong tơng lai di động băng rộng sẽ cung cấp một thế giới di
động băng rộng bằng cách phát triển các mạng vùng đô thị có giá cạnh tranh, hỗ trợ ngời sử dụng đầu cuối (máy tính xách tay, thiết bị cầm tay) có thể di động dễ dàng trong
khi vẫn truy nhập đợc với tốc độ cao. ng dung OFDM vao cac mang bng rụng va
Wimax đợc thiết kế để phục vụ cả các ứng dụng băng rộng không dây cố định và di
động.


2

1.1.1. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng – Wimax và ứng dụng của
wimax.
a. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng

Mạng không dây:
Mạng không dây (Wireless Network) là công nghệ cho phép một hoặc nhiều
thiết bị giao tiếp được với nhau mà không cần những kết nối vật lý hay nói cách khác
là kết nối mà không cần đến cable mạng. Công nghệ mạng không dây sử dụng sóng
radio trong khi các công nghệ truyền thống sử dụng các loại cable làm phương tiện
truyền dữ liệu. Phạm vi của công nghệ mạng không dây rất lớn, kể từ những mạng trên
diện rộng như WLAN, mạng điện thoại cho tới những hệ thống, thiết bị cực kỳ đơn
giản như tai nghe, micro di động không dây và một loạt các thiết bị không dây có
nhiệm vụ lưu trữ và xử lý thông tin khác. Nó cũng bao gồm các thiết bị hồng ngoại như
các thiết bị điều khiển từ xa, một số thiết bị chuột và bàn phím không dây, tai nghe
stereo không dây, các thiết bị loại này đều cần một không gian không bị chặn giữa hai
thiết bị truyền và nhận tín hiệu để đóng đường kết nối.
Băng thông:
Hai phương pháp xem xét băng thông có tầm quan trọng trong nghiên cứu
không dây là băng thông analog và băng thông digital.
Băng thông analog thường được xem xét như dải tần số của hệ thống điện tử
dùng kỹ thuật analog. Băng thông analog có thể được sử dụng để mô tả dải tần số
truyền bởi một đài phát radio hay một bộ khuếch đại điện tử. Đơn vị đo lường cho
băng thông analog là Hertz, giống như đơn vị của tần số. Ví dụ băng thông 3KHz cho
điện thoại, 20KHz cho tín hiệu nghe thấy, 5KHz cho các đài radio AM và 200 MHz
cho các đài FM.


3

Hệ thống băng thông (system bandwidth) càng rộng thì tốc độ (băng thông
digital) càng cao. Băng thông digital đo lường lượng thông tin có thể truyền đi nơi này
đến nơi khác trong một lượng thời gian cho trước. Đơn vị cơ bản để đo lường băng
thông digital là bit/giây (bit per second-bps).
Hệ thống băng rộng và hẹp:

Các hệ thống không dây có thể được phân loại dựa theo cấu trúc của chúng
thuộc dạng băng thông hẹp hay băng thông rộng. Các hệ thống băng thông hẹp hỗ
trợ đường truyền tốc độ thấp, trong khi đó hệ thống băng thông rộng hỗ trợ đường
truyền tốc độ cao. Một hệ thống được xác định là thuộc băng thông hẹp hay băng thông
rộng phụ thuộc vào độ rộng dải tần của kênh truyền vật lý mà nó hoạt động.
Độ rộng dải tần của kênh hệ thống được đánh giá dựa theo độ rộng dải tần cố
kết. Độ rộng dải tần cố kết được định nghĩa là: "dải tần số trong đó tất cả các tần số
chịu ảnh hưởng như nhau bởi việc giảm âm do hiện tượng nhiễu đường truyền". Các
hệ thống hoạt động với các kênh dẫn nhỏ hơn nhiều so với độ rộng dải tần cố kết được
gọi là hệ thống băng thông hẹp. Các hệ thống băng thông rộng hoạt động với các kênh
rộng hơn nhiều so với độ rộng dải tần cố kết. Trong các hệ thống băng thông hẹp, tất cả
các thành phần của tín hiệu bị ảnh hưởng như nhau bởi quá trình truyền nhiều đường
dẫn. Theo đó, mặc dù với những biên độ khác nhau nhưng tín hiệu băng thông hẹp
nhận được cũng cần phải giống với tín hiệu băng thông hẹp truyền đi. Trong các hệ
thống băng thông rộng, các tần số khác nhau của tín hiệu có thể chịu tác động khác
nhau bởi hiện tượng giảm âm. Do đó, các hệ thống băng thông hẹp chịu ảnh hưởng của
việc giảm âm có chọn lọc, trong khi đó hệ thống băng thông rộng không chịu ảnh
hưởng của việc giảm âm có chọn lọc. Băng thông rộng có độ rộng dải tần hơn 1 MHz
và hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu từ 1,5Mbps.


4

b. Mt s ng dng ca Wimax.
Công nghệ Wimax hiện mới chỉ đợc thử nghiệm rải rác ở một số khu vực trên
thế giới. Tuy ra đời sau nhng WiMax lại hứa hẹn những tiềm năng lớn, đặc biệt khi ngời ta chứng kiến những khó khăn về mặt kỹ thuật mà các thành phố nh Philadelphia
(Mỹ) phải đối mặt trong quá trình phủ sóng Wi-Fi trên diện rộng. Bảo mật, sự không
phù hợp với các mạng kết nối Internet phạm vi hẹp sẵn có và việc sử dụng băng tần 2,4
GHz chỉ là một vài trong số nhiều vấn đề phát sinh khi triển khai Wi-Fi hiện nay.

5

Nguån: Motorola
Hình 1.1. Yêu cầu băng thông đối với các thiết bị


6

Tại Nhật Bản, liên minh SoftBank - Motorola hiện đang triển khai WiMax di
động trên dải tần 2,5 GHz từ tháng 9/2006. Trong khi đó, một đợt thử nghiệm công
nghệ với quy mô lớn cũng đang diễn ra tại Nga. Hãng thiết bị công nghệ Avalcom và
Aperto ở nớc đã kết hợp với nhiều nhà cung cấp dịch vụ để thực hiện thực hoá dự án tại
nhiều khu vực nh Moscow, Siberia...
Wimax tại Việt Nam và cơ hội đón đầu
Sau khi Công ty điện toán và truyền số liệu VDC triển khai thành công điểm truy
cập Wi-Fi tại Đại học Thủy Lợi vào năm 2003, hàng loạt các quán cafe kết nối internet
không dây phạm vi hẹp đã mọc lên ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên, do
tốc độ truy cập và khả năng phủ sóng còn hạn chế nên khi WiMax đợc giới thiệu, ngời
sử dụng Việt Nam đã tỏ ra rất quan tâm đến công nghệ mới này.
Tuy nhiên, WiMax là công nghệ hoàn toàn mới ở Việt Nam, hệ thống phải đợc
đầu t xây dựng mới toàn bộ. Còn mạng thông tin di động lại có sẵn cơ sở hạ tầng để
triển khai dịch vụ kết nối Internet không dây. Hiện cha có số liệu nào so sánh sự giữa
kinh phí thiết lập WiMax với việc nâng cấp mạng di động để triển khai Internet tốc độ
cao
Một "điểm yếu" khác của WiMax là giá thiết bị đầu cuối cho ngời sử dụng còn
khá cao, một phần vì số lợng nhà sản xuất không nhiều. Bên cạnh đó, chính khả năng
linh hoạt (flexibility) của WiMax khiến cho việc chuẩn hoá thiết bị khó đồng nhất.
1.1.2 c im mng khụng dõy bng rng WiMax
Wimax đã đợc thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với các loại triển

khai truy nhập có dây truyền thống nh:
- Backhaul. Sử dụng các anten điểm - điểm để nối nhiều hotspot với nhau và đến
các trạm gốc qua những khoảng cách dài (đờng 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.
- Cấu trúc mềm dẻo của Wimax: Wimax hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm
điểm - đa điểm, công nghệ luwois (mesh) và phủ sóng khắp mọi nơi. Điều khiển truy
cập MAC) phơng 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 - điểm. Một BS trong một cấu


7

hình điểm - điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xa
hơn.
- Chất lợng dịch vụ QoS: WiMax có thể đợc tối u động đối với hỗn hợp lu lợng sẽ
đợc mang. Có 4 loại dịch vụ đợc hỗ trợ: dịch vụ hỏi vòng không thời gian thực (nrtPS),
nỗ lực tốt nhất (BE).
- Triển khai nhanh: So sánh với triển khai các giả pháp có dây, WiMax yêu cầu ít
hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiế lập bên ngoài. Ví dụ, đào hố để tạo rãnh các đờng cáp thì không yêu cầu. Các nhà vận hành mà đã có đợc các đăng ký để sử dụng
một trong các dải tần đăng ký, hoặc dự kiến sử dụng một trong các dải tần không đăng
ký, không cần đệ trình các ứng dụng hơn nữa cho chính phủ.
- Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS đợc phân phát nói chung dựa vào sự thỏa
thuận mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và ngời sử dụng cuối cùng. Chi
tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau tới các thêu bao
khác nhau, thậm chí tới những ngời 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 lợng cáp đồng
thì kém hoặc đa 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.
- Tính tơng thích: Wimax dựa vào quốc tế, các chuẩn không có tính chất rõ rệt
nhà cung cấp, tạo ra sự dễ dàng đối với ngời dùng cuối cùng để truyền tải và sử dụng
MS của học ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Tính
tơng thích bảo vệ sự đầu t của một nhà vận hành ban đầu vì nó có thể chọn lựa thiết vị
từ các nhà đại lý thiết bị, và nó sẽ tiếp tục đa chi phí thiết bị xuống khi có một sự chấp
nhận đa số.
1.1.3 Vi nột v nhng mng khụng dõy ang tn ti
Hai ch tiờu k thut c bn phõn loi mng khụng dõy l phm vi ph súng
v giao thc bỏo hiu. Trờn c s phm vi ph súng chỳng ta cú 4 loi mng sau:
Mng cỏ nhõn khụng dõy (Wireless Personal Area Network - WPAN)


Mng cc b khụng dõy (Wireless Local Area Network - WLAN)



Mng ụ th khụng dõy (Wireless Metropolitian Area Network - WMAN)



Mng din rng khụng dõy (Wireless Wide Area Network - WWAN)


8

WPAN (Wireless Personal Area Network)
Mạng các nhân là một mạng dữ liệu được sử dụng để truyền thông giữa các thiết
bị dữ liệu ở gần một người. Phạm vi của mạng các nhân khoảng vài mét, thông thường
nhỏ hơn 10m, mặc dù vài công nghệ WPAN có thể lớn hơn. Ví dụ công nghệ WPAN

là Bluetooth, UWB và Zigbee.
WLAN (Wireless Local Area Network)
Mạng cục bộ là mạng được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị dữ liệu như:
máy tính, điện thoại, máy in và các thiết bị số phụ trợ cá nhân. Mức độ bao phủ của
mạng này tương đối nhỏ, như một ngôi nhà, một văn phòng hay một khu trường sở
(hoặc một phần trường sở). Phạm vi của mạng cục bộ khoảng 100m. Hiện nay hầu hết
các mạng LAN không dây WiFi
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Mạng đô thị là mạng dữ liệu có độ bao phủ lên tới vài km, điển hình là một cơ
quan lớn hoặc 1 công ty. Ví dụ, một trường đại học có thể có 1 mạng diện rộng với
nhiều mạng LAN ở xung quanh vị trí đó, mỗi mạng LAN cách nhau khoảng 1/2 km 2.
Sau đó từ mạng diện rộng của trường đại học này có thể liên kết tới các diện rộng khác
tạo thanh mạng đô thị. Mạng WiMAX cố định có thể được xem xét như là mạng đô thị
không dây.
WWAN (Wireless Wide Area Network)
Mạng diện rộng là mạng dữ liệu bao phủ một vùng địa lý rộng, lớn như là hành
tinh. Các mạng diện rộng dựa trên sự kết nối của các mạng LAN, cho phép người sử
dụng ở một vị trí truyền thông với những người sử dụng ở vị trí khác. Điển hình, một
mạng diện rộng bao gồm một số nút chuyển quan hệ nối liền nhau. Sự kết nối
này được tạo ra bằng cách sử các đường thuê bao và các phương thức chuyển mạch và
chuyển đổi gói tin. Mạng diện rộng được sử dụng phổ biến hiện nay là mạng Internet.
Các ví dụ khác là 3G và các mạng WiMAX không dây, là các mạng diện rộng không
dây. Các mạng không dây thường có tỷ lệ dữ liệu nhỏ hơn các mạng LAN.


9

Dịch vụ truy nhập Internet băng rộng với công nghệ Wimax trớc tiên triển khai ở
2 thành phố lớn là Hà Nội và TP. HCM. Mạng cáp quang cho 2 thành phố này đợc triển
khai cùng thời gian với việc cung cấp dịch vụ IPTV và Game. Toàn bộ dự án đợc chia

làm 2 giai đoạn, trớc tiên triển khai tại Hà Nội và sau là TP. HCM. Giai đoạn 1, đề xuất
triển khai hệ thống mạng Wimax tại Hà Nội, VTC và ZTE thống nhất tập trung vào 3
vấn đề sau: mạng truy nhập không dây, mạng truyền dẫn cáp quang trong thành phố và
thiết bị đầu cuối IPTV.
Hệ thống Wimax trên tập trung cung cấp các dịch vụ IP và VoIP. Các thiết bị
chính yêu cầu bao gồm mạng phân bổ nội dung (CDN), hệ thống thanh toán và thiết bị
đầu cuối, ZTE đề nghị VTC cung cấp dịch vụ IPTV trên mạng truy nhập ADSL không
dây. Giải pháp đề xuất ở đây, Wimax CPE với cổng POTS đợc sử dụng để cung cấp cho
cả dịch vụ truy nhập Internet và VoIP. Hệ thống Wimax có thể truyền dẫn trong suốt
gói tin IP và có thể cung cấp các loại hình dịch vụ IP khác nhau với những thông lợng
dữ liệu khác nhau.
Thời điểm đầu tổng lu lợng của mạng có thể không lớn, khi số lợng thuê bao gia
tăng, hệ thống mạng có thể đáp ứng bằng cách nâng cấp lắp đặt thêm CPE, tăng số
Sector và BS. Điều này làm giảm chi phí, bảo vệ nguồn vốn đầu t và tránh đợc rủi ro.
Các loại hình dịch vụ
Bốn loại hình dịch vụ VTC cung cấp đợc miêu tả chi tiết dới đây (tơng ứng theo
đó là cấu trúc mạng và các thiết bị đề xuất để triển khai):
(1) Truy nhập internet: Mạng có thể cung cấp dịch vụ này bằng cách đặt CPE ở
ngời sử dụng đầu cuối và đặt BS ở mạng lõi. CPE có thể kết nối đến thuê bao qua cổng
ethernet của bộ chuyển mạch hoặc kết nối trực tiếp đến ngời sử dụng đầu cuối qua cổng
10/100 Base-T. BS và mạng lõi kết nối bằng cổng IP. ở đây Wimax hoạt động nh thuê
bao ADSL không dây. Tình huống đặt ra nh sau, mỗi thuê bao truy nhập internet có băng
thông 128kbps. Tiếp theo ta phải tính đến hệ thống tính cớc, hệ thống quản lý mạng
(NMS) với những luồng thông tin tĩnh tới máy chủ lõi AAA và máy chủ Billing.
(2) Dịch vụ VoIP: Có 2 giải pháp sau có thể cung cấp dịch vụ VoIP. Giải pháp
thứ nhất dựa trên nền giao thức H.323 cho cả IAD trong mạng truy nhập và Gateway
Gatekeeper trong mạng lõi. Giải pháp này đợc sử dụng khi VTC cần cung cấp dịch vụ
cho một nhóm nhỏ ngời sử dụng VoIP và không cần nâng cấp mở rộng thêm số ngời sử
dụng. Giải pháp thứ hai là NGN + Wimax dựa trên nền chuẩn SIP, có thể nâng cấp mở
rộng trong tơng lai. ở giải pháp này, Switch mềm và TG đợc kết nối với mạng lõi.

10

Wimax CPE đợc tích hợp với IAD đợc đặt trong mạng truy nhập. Giả pháp thứ 2, NGN
+ Wimax, đợc ZTE đề xuất cho thành phố Hà Nội và VTC có thể mở rộng cho số lợng
lớn ngời sử dụng VoIP. ở phía ngời sử dụng, Wimax CPE có thể trực tiết kết nối tới ngời sử dụng bằng cổng POST hoặc kết nối đến tổng đài nội bộ PBX để truy nhập cho
nhiều ngời sử dụng. Switch mềm và TG là những thiết bị chính để sử dụng dịch vụ này
hoặc để dùng cho ngời sử dụng VoIP gọi đến ngời sử dụng dịch vụ điện thoại truyền
thống.
(3) IPTV, VoD và Game: Dịch vụ này đợc chạy trên nền các giao thức đặc biệt
nh IGMP, RTSP,Về mặt lý thuyết, hệ thống Wimax trong suốt trong môi trờng truyền
dẫn gói tin IP và dịch vụ đó sẽ đợc cung cấp nếu hệ thống mạng có đủ băng thông. Nhng các giao thức trên có độ tin cậy cao và không có mạng không dây nào có thể cung
cấp đợc loại hình dịch vụ này. Thực tế, IPTV và VoD chỉ có thể cung cấp dịch vụ chất lợng trên công nghệ ADSL và không có phơng thức truyền dẫn khác nh FTTH hay mạng
không dây có thế đáp ứng đợc.
1.1.4 Mt s chun ca cụng ngh khụng dõy bng rng
K thut IEEE 802.16 BWA, vi ớch hng ti truy nhp vi ba tng thớch ton
cu cung cp mt gii phỏp BWA chun. y ban chun IEEE ó tin hnh nghiờn
cu v nhúm chun 802.16 t nm 1999, chun b cho vic phỏt trin cỏc mng MAN
khụng dõy ton cu, thng c goi l WirelessMAN. Nhúm chun IEEE 802.16, l
mt khi chun ca y ban cỏc chun IEEE 802 LAN/MAN, chu trỏch nhim v cỏc
c im k thut ca nhúm chun 802.16. c bit, IEEE 802.16 cũn tip tc a ra
cỏc gii phỏp v m rng dung lng h tr ti nguyờn v phỏt trin Wimax. H
thng IEEE 802.16e c goi l Mobile Wimax, õy l chun m cú thờm cỏc ngi s
dng di ng vo trong h thng IEEE 802.16 ban u [E8].


11

Hình 1.2 Chuẩn không dây toàn cầu

Sau đây là một vài chuẩn IEEE 802.16 cụ thể:
 Chuẩn 802.16d-2004
 Chuẩn 802.16e-2005
 Một số chuẩn khác:802.16f, 802.16g, 802.16h, 802.16i, 802.16j, 802.16k

.
Hình 1.3 Sự phát triển của chuẩn 802.
* Một số chuẩn Wimax đầu tiên
Wimax là một công nghệ truy nhập không dây băng rộng mà hỗ trợ truy nhập cố
định, lưu trú, xách tay và di động. Để có thể phù hợp với các kiểu truy nhập khác nhau,
hai phiên bản chuẩn dùng Wimax đã được đưa ra. Phiên bản đầu tiên IEEE 802.16d2004 sử dụng OFDM, tối ưu hóa truy nhập cố định và lưu trú. Phiên bản hai IEEE
802.16e-2005 sử dụng SOFDMA hỗ trợ khả năng xách tay và tính di động [E10][E11].