Nghiên cứu khả năng triển khai dịch vụ vô tuyến băng rộng Wimax

PH M M NH TÂN

TR

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
NG
I H C BÁCH KHOA HÀ N I

-------------------------------

LU N V N TH C S KHOA H C
NGÀNH:

N T - VI N THÔNG

NT
- VI N THÔNG

NGHIÊN C U KH N NG TRI N KHAI D CH
VÔ TUY N B NG R NG WIMAX

PH M M NH TÂN
2005 – 2007
Hà n i
2007

HÀ N I 2007


4

MỤC LỤC
Trang
Lời mở đầu……………………………….………………………………. 01
Mục lục …………………………………………………………………. 04
Danh mục các từ viết tắt…………………………………………………. 08
Danh mục các hình vẽ…………………………….……………………… 10
Danh mục các bảng… ………………..…………………………………. .13
Phần 1. TỔNG QUAN VỀ WiMAX .......................................................... 14
Chương 1. GIỚI THIỆU WiMAX. ............................................................. 14
1.1

Định nghĩa WiMAX .................................................................... 14

1.2

Tầm quan trọng của WiMAX ...................................................... 15

1.3

Ưu điểm của mạng WiMAX........................................................ 17

1.4

Tiêu chuẩn IEEE 802.16.............................................................. 20

1.5

Tiêu chuẩn diễn đàn WiMAX: .................................................... 22

Chương 2. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ

TRỰC GIAO ............................................................................................... 26
2.1

Kỹ thuật điều chế và mã hóa OFDM........................................... 26

2.1.1

Giới thiệu kỹ thuật điều chế OFDM. ........................................... 26

2.1.2

OFDM và SOFDMA.................................................................... 27

2.1.3

Nguyên lý cơ bản của OFDM...................................................... 29

2.1.4

Đa sóng mang (Multicarrier) ....................................................... 31

2.1.5

Tính trực giao (Orthogonal)......................................................... 32

2.1.5.1

Mơ tả toán học: ............................................................................ 36

2.1.5.2

Trực giao miền tần số. ................................................................. 38

2.2

Phát mức thu OFDM: .................................................................. 39

2.2.1

Nối tiếp – song song. ................................................................... 40

2.2.2

Điều chế tải phụ ........................................................................... 41


5

2.2.3

Khoảng bảo vệ (Guard Period) .................................................... 42

2.2.4

Bảo vệ chống lại lệch thời gian.................................................... 43

2.2.5

Bảo vệ chống lại ISI..................................................................... 43

2.2.6

Mào đầu của khoảng bảo vệ và khoảng cách tải phụ: ................. 45

2.2.7

Giới hạn băng thông của OFDM và cửa sổ ................................. 45

2.2.8

Lọc thông dải: .............................................................................. 46

2.2.9

Ảnh hưởng của lọc thông dải tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM:......... 49

2.3

Khoảng bảo vệ cosin tăng (Raised Cosine Guard Period).......... 51

2.3.1

Ảnh hưởng của nhiễu Gauss trắng cộng AWGN (Additive White

Gaussian Noise) đến OFDM. ...................................................................... 52
2.3.2

Các sơ đồ điều chế. ...................................................................... 53

2.3.3

So sánh truyền sóng mang OFDM và truyền sóng mang đơn ..... 54

2.3.4

Các giới hạn điều chế của hệ thống. ............................................ 55

2.3.5

Mã Gray ....................................................................................... 57

2.3.6

Điều chế kết hợp .......................................................................... 59

2.3.7

Điều chế sai pha vi sai ................................................................. 60

2.3.8

Vi sai QAM.................................................................................. 61

2.4

Ảnh hưởng của méo tới OFDM:.................................................. 67

2.4.1

Mơ hình hóa méo. ........................................................................ 68

2.4.2

Mở rộng phổ do cắt méo. ............................................................. 70

2.4.3

SNR Hiệu dụng từ cắt méo. ......................................................... 71

2.4.5

Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ thời gian: ......................................... 72

2.4.6

Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ tần số:.............................................. 73

Chương 3. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ & ................................................... 76
KHAI THÁC MẠNG WiMAX................................................................... 76
3.1.

Cơ chế bảo mật. ........................................................................... 76

3.1.1

Vấn đề bảo mật mạng .................................................................. 76


6

3.1.2

Bảo mật các giao thức điều khiển và truyền thông TCP/IP......... 76

3.1.3

Bảo mật các phần tử chức năng mạng ......................................... 77

3.1.4

Bảo mật trong truy cập vô tuyến.................................................. 79

3.2.

Chất lượng mạng WiMAX (QoS: Quanlity of Service).............. 79

3.2.1

Chất lượng thiết lập cuộc gọi: ..................................................... 80

3.2.2

Chất lượng thoại của cuộc gọi..................................................... 81

3.2.2.1

Trễ (Delay)................................................................................... 82

3.2.2.2

Jitter.............................................................................................. 86

3.2.2.3

Sai thứ tự (Miss Order) ................................................................ 87

3.2.2.4

Mất gói (Lost Packet)................................................................... 88

3.2.2.5

Vọng (Echo)................................................................................. 90

3.2.3

Hiệu suất băng tần (nén thoại)..................................................... 91

3.2.3.1

Mã hố dạng sóng ........................................................................ 92

3.2.3.2

Mã hố nguồn .............................................................................. 92

3.2.3.3

Mã hố lai..................................................................................... 92

3.2.3.4

Các chuẩn mã hố tiếng nói......................................................... 93

3.3.

Vận hành và khai khác mạng WiMAX (O&M) .......................... 94

Phần 2. TRIỂN KHAI DICH VỤ VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG WIMAX Ở
VIỆT NAM.................................................................................. 97
Chương 4. NGUYÊN TẮC TỔ CHỨC XÂY DỰNG MẠNG WIMAX. . 97
4.1

Yêu cầu chung ............................................................................. 97

4.2

Mục tiêu xây dựng...................................................................... 98

4.3

Quá trình chuyển đổi từng bước................................................. 98

4.4

Chuẩn giao tiếp vô tuyến của WiMAX và chứng nhận chuẩn... 98

4.4.1

Cấu trúc mạng WiMAX và ứng dụng ........................................ 99

4.4.2

Dịch vụ VoIP truy cập qua mạng WiMAX.............................. 100

4.4.3

Antenna ...................................................................................... 101


7

Chương 5. MƠ HÌNH TRIỂN KHAI WiMAX CỦA Siemens. .............. 103
5.1

Triển khai dịch vụ WiMAX dùng thiết bị của Siemens ............ 103

5.2

Thiết bị Sky Max của Siemens .................................................. 105

5.2.1

Phần thiết bị trong nhà ............................................................... 106

5.2.2

Phần thiết bị ngoài trời............................................................... 107

5.3

Các ưu điểm kỹ thuật ................................................................. 108

5.3.1

Phạm vi cell cao nhất ................................................................. 108

5.3.2

Tốc độ dữ liệu cao tại mọi thời điểm......................................... 108

5.3.3

Cơng suất trong khơng gian tốt hơn........................................... 108

5.3.4

Khơng lãng phí băng thơng........................................................ 109

5.3.5

Dễ dàng kết hợp với mạng lưới có sẵn ...................................... 109

5.3.6

Chất lượng dịch vụ (QoS) bảo đảm ........................................... 110

5.3.7

Hỗ trợ đa dịch vụ ....................................................................... 110

5.3.8

Quản lý mức độ dịch vụ (GoS) .................................................. 111

5.3.9

Khả năng phát triển vô hạn ........................................................ 111

5.3.10

Đầu tư từng bước ....................................................................... 111

5.3.11

Chi phí vận chuyển lắp đặt thấp nhất......................................... 112

5.3.12

Các dịch vụ bảo mật................................................................... 112

TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................... 113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 114
Phần 3. PHỤ LỤC..................................................................................... 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………..142


1

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động và Internet phát triển rất nhanh chóng trong những
năm gần đây. Bên cạnh sự bùng nổ của công nghệ và thông tin (công nghệ
nano, mạng Internet) cùng với trình duyệt web: Internet Explorer, thư điện tử,
truyền File trên mạng ngày phát triển, đáp ứng được mong đợi ngày càng cao
của người dùng.
Hiện nay trên thế giới có tới (~70%) thị phần khách hàng dùng dịch vụ
vô tuyến sử dụng công nghệ FDMA, GSM, CDMA. Do đó việc chuyển từ
mạng hiện tại sang mạng NGN, WCDMA (3G) và WiMAX trong tương lai là
điều tất yếu.
Công nghệ WiMAX có thể đáp ứng được về dung lượng lớn, tốc độ
truyền dữ liệu cao và chất lượng dịch vụ tốt kể cả ở khu vực nông thôn, vùng
sâu, vùng xa và những nơi dân cư đơng đúc khó triển khai hạ tầng cơ sở mạng
dây dẫn băng rộng.
Luận văn «Nghiên cứu, khả năng triển khai dịch vụ vơ tuyến băng
rộng WiMAX » có khả năng áp dụng được vào thực tế của mạng viễn thông
Việt nam trong tương lai gần.
Nội dung của đề tài gồm 3 phần với 7 chương được phân bố như sau :
Phần 1. TỔNG QUAN VỀ WIMAX, gồm có 3 chương
• Chương 1. Tác giả giới thiệu về WiMAX nhằm nêu lên định nghĩa,
tầm quan trọng cùng các ưu điển của WiMAX và các tiêu chuẩn
IEEE 802.16-2004, 802.16e.
• Chương 2. Tác giả tập trung chủ yếu vào nghiên cứu kỹ thuật ghép
kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) để tìm ra những ưu,


2

khuyết điểm của kỹ thuật này được áp dụng cho giao tiếp vơ tuyến
của mạng WiMAX.
• Chương 3. Tác giả nêu lên các vấn đề bảo mật mạng trong truyền

thông TCP/IP và truy cập vơ tuyến ngồi ra cịn nói đến chất lượng
mạng WiMAX qua thiết lập cuộc gọi thoại và hiệu suất băng tần sau
đó vận hành khai thác mạng WiMAX cũng đã đề cập đến.
Phần 2. TRIỂN KHAI DỊCH VỤ VƠ TUYẾN BĂNG RỘNG gồm có 2
chương
• Chương 4. Tác giả đã nêu yêu cầu mục tiêu và các bước chuyển đổi
để xây dựng mạng WiMAX và ứng dụng của nó trong dịch vụ VoIP.
• Chương 5. Tác giả nêu lên 1 mơ hình triển khai mạng WiMAX của
hãng Siemens và các thiết bị WiMAX của Siemens có thể được áp
dụng cho thực tế mạng viễn thông của Việt nam.
Phần 3. PHỤ LỤC
Phần phụ lục gồm có 2 chương: giải pháp triển khai WiMAX của hãng
Alcatel và các cấu hình kết nối, các đặc tính kỹ thuật thiết bị của
Siemens.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài dựa vào tiêu chuẩn 802.16-2004 sử dụng
cho mạng WiMAX cố định là nền tảng cho hướng nghiên cứu tiếp theo của
tiêu chuẩn 802.16e – 2005 được áp dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng
WiMAX di động.
Do thời gian có hạn và phạm vi nghiên cứu đề đài quá rộng với các tiêu
chuẩn của bộ tiêu chuẩn còn đang ở giai đoạn chứng nhận chuẩn chung thế
giới nên luận văn không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế.


3

Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến q báu của các thầy/cơ
và bạn đọc cho luận văn.
Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hồ Anh
Túy người cơ đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trong suốt q trình hồn
thành luận văn.

Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô khoa Điện tử-viễn thông cùng
các Thầy Cô Trung tâm đào tạo Sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà
nội đã giúp đỡ đào tạo trong suốt thời gian học tập tại Trường.
Hà nội, tháng 12 năm 2006

Phạm Mạnh Tân


8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng anh

AAS

Adaptive Antenna Systems

BER

Bit Error Rate

CP

Cyclic Prefix

CPE

Custummer Premies Equipments

DSL

Digital Subcriber line

LOS

Ligth of Sight

FDD

Frequency Division Duplex

FFT

Fast Fourier Transform

HiperMAN

High Performance Mertopolitan Area Network

HO

Handoff or Handover

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

IP

Internet Protocol

ISI

Inter Symbol Interference

MAC

Media Access Control

MIMO

Multiple Input Multiple Output

MPLS

Multi-Protocal Label Switching

NLOS

Non Ligth of Sight

ODU

Out Door Unit

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplex

OFDMA

Orthogonal Frequency Division Multiplex Access

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

QoS

Quanlity of Service

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

SLA

Service Lavel Agreement


9

SNR

Signal to Noise Ratio

TDD

Time Divission Duplex

UE

User Equipment

VoIP

Voice over Internet Protocol

WiFI

Wireless Fidelity

WiMAX

Worlwide Interoperability for Microwave Access


10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Các pha phát triển của WiMAX … ..…………………………………...15
Hình 2-1: Mơ tả kỹ thuật điều chế OFDM ……………………………………… . 26
Hình 2-2: OFDM và OFDMA …………………………………………………….. 27
Hình 2-3: Hướng lên trong OFDM và OFDMA ………………………………. 29
Hình 2-5: Điều chế đa sóng mang trực giao ……………………………………... 31
Hình 2-6: FDM thơng thường và OFDM ……………………………………….....31
Hình 2-8: Giá trị trung bình của sóng Sin bằng 0. ……………………………….34
Hình 2-9: Tích phân của hai sóng sin khác tần số ……………………………….34

Hình 2-10: Tích phân các sóng hình sin có cùng tần số …….……………... 35
Hình 2-11: OFDM transmitter và receiver ……………………………………… 40
Hình 2-12: Chòm điểm(constellation) điều chế IQ, 16 QAM , với mã Gray dữ
liệu tới mỗi vị trí ..……………………………………………………… 41
Hình 2-13: Khoảng bảo vệ của tín hiệu OFDM ………………………………… 42
Hình 2-14: Chức năng của khoảng bảo vệ chống lại ISI ……………………… 44
Hình 2-15: Chức năng của khoảng bảo vệ chống lại ISI ……………………… 44
Hình 2-16: Phổ tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ khơng có hạn chế băng thơng.
Tải phụ DC khơng được sử dụng làm cho tín hiệu đối xứng xung
quanh DC………………………………………………………………… 46
Hình 2-17: Phổ của tín hiệu OFDM 1536 tải phụ khơng có hạn chế băng
thơng. ……………………. ………………. ………………. …………… .46
Hình 2-18: Phổ của tín hiệu OFDM 1536 tải phụ khơng có hạn chế băng
thơng. .… . ……………… . ……………… . ……………… . ………… 47
Hình 2-19: Phổ của OFDM có 20 tải phụ có hoặc khơng có lọc băng thơng.
Tải phụ trung tâm không được sử dụng. . … ……………… . …… . 49


11

Hình 2-20: SNR hiệu dụng như là hàm của độ lệch thời gian của tín hiệu
OFDM gồm 52 tải phụ được lọc băng thơng . … ……………… . 51
Hình 2-21: Đường bao của các symbol OFDM với khoảng bảo vệ phẳng và
khoảng bảo vệ cosine tăng chồng lấp… .……………… . ……… . 52
Hình 2-22: Giản đồ IQ của 16 PSK khi dùng mã Gray. Mỗi vị trí IQ liên tiếp
chỉ thay đổi một bit đơn. . ………………… . …………………….. . 58
Hình 2-23: Giản đồ IQ cho các dạng điều chế được sử dụng trong mô phỏng
OFDM. . ………………. ………………… . ……………… . ……… ..59
Hình 2-24: Các đồ thị biễu diễn BER theo EBNR để chọn lựa các sơ đồ…..65
Hình 2-25: SNR cần thiết để duy trì BER<1.10-5 đối với tất cả các sơ đồ điều

chế mô phỏng. . ………………… . ……………… . ……………… .. ..66
Hình 2-26: Ảnh hưởng của méo do 2 tín hiệu tone (gồm các hài và IDM)... 68
Hình 2-27: Đồ thị đầu ra /đầu vào. Đó là một mơ hình tuyến tính tồn diện
của bộ khuếch đại có cơng suất giới hạn. …… …………………… .69
Hình 2-28: Phổ của tín hiệu OFDM cắt méo. Tín hiệu OFDM có 100 tải phụ,
có băng thơng giới hạn khi dùng lọc FIR trước khi méo được áp
dụng……. ……………………………………………………….70
Hình 2-29: Sự gia tăng mở rộng phổ như hàm của OBO .Méo này được gây ra
do cắt tín hiệu. . ……………… . ………………. …. ………………… 71
Hình 2-30: SNR Hiệu dụng của truyền dẫn OFDM theo OBO với 8,64 và 512
tải phụ. . ………………. …………………. ………………. ………… . ..72
Hình 2-31: SNR hiệu dụng của tín hiệu OFDM với lỗi lệch thới gian khi dùng
khoảng bảo vệ là 40 mẫu. …. ………………. ……………………….. 73
Hình 2-32: SNR hiệu dụng cho QAM kết hợp có lệch tần số .SNR hiệu dụng
cho các symbol thứ nhất, thứ 4, thứ 16 và thứ 64 với cân băng
kênh chỉ ở đầu frame. . . ………………. ………………. …………… .74
Hình 3-1: Sự ảnh hưởng của các thành phần mạng đến chất lượng thoại . .. .81


12

Hình 3- 2 Các nguồn gây trễ. . ………………. ………………. …………………. 82
Hình 3- 3 Mối quan hệ giữa chất lượng thoại và độ trễ. . ………………….. . .83
Hình 3- 4 Q trình đóng khung . ………………. ………………. …………….. .84
Hình 3- 5 Cấu trúc gói tin thoại IP . ………………. ………………. …………….85
Hình 3- 6 Hiện tượng Jitter . ………………. ………………. …………………... ..86
Hình 3- 7 MissOrder, gói tin 2 phát trước lại tới sau gói tin 3 . ……………....88
Hình 3- 8 Sự sắp xếp lại các gói tin . ………………. ………………. …………...88
Hình 3- 9 Mối quan hệ giữa chất lượng và tỉ lệ mất gói tin thoại . ………. ..89
Hình 3-11 Cấu trúc hệ thống giám sát mạng . ………………. ……………….. .. 94

Hình 4-1 Lịch sử phát triển các chuẩn giao tiếp của WiMAX . …………...… 99
Hình 4-2 Cấu trúc cơ bản của WiMAX . ……..………. ………………. …… ...100
Hình 4-3 Cấu trúc cơ bản của VoIP trên mạng WiMAX . ………………. …..101
Hình 5-1: Lộ trình phát triển của mạng vơ tuyến băng rộng. . ……………….103
Hình 5-2: Cấu trúc mạng cố định băng rộng. . ………………. ……………… .104
Hình 5-3: Hỗ trợ phần Hardoff trong thiết bị di động . ………………. …… . .104
Hình 5-4: Cấu trúc mạng WiMAX của Siemens . ………………. …………….105
Hình 5-5: Kết nối của trạm gốc SkyMax …. ………………. ………………… 106
Hình 5-6: Cấu trúc thiết bị trong nhà SkyMAX . ……………. ………………...107
Hình 5-7: Thiết bị ngồi trời…………………….…………………………………107


13

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1: Các dạng truy cập WiMAX hỗ trợ . ………………. ……………...…19
Bảng 1-2: Các tiêu chuẩn diễn đàn WiMAX . ………………. …………..….…. 23
Bảng 2-1: Ánh xạ pha cho QPSK vi sai . . ………………. ……………..….. … .61
Bảng 3-1: Kích thước khung của một số bộ mã hố . ………………. ..….……84
Bảng 3-2: Các nhân tố chính gây trễ và độ lớn trễ của chúng .……..……..… 86


14

Phần 1. TỔNG QUAN VỀ WiMAX
Chương 1. GIỚI THIỆU WiMAX.
1.1 Định nghĩa WiMAX
Wimax là từ viết tắt của cụm từ World Interoperability for Microwave
Acess (Khai thác liên mạng toàn cầu theo truy nhập viba). Trên thế giới,
Wimax đang là xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến trong

việc truy nhập không dây băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và
di động.
Wimax có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu thông tin hiện đại,
thích hợp cho việc tổ chức mạng vơ tuyến nội thị (WMAN) hoặc đáp ứng tốt
yêu cầu thông tin riêng của từng ngành nghề (như thương mại, Bưu chính
viễn thơng, ngân hàng, chính phủ điện tử, giao dịch, dịch vụ điện tử...).
Theo đánh giá của các chuyên gia, Wimax có khả năng kết nối băng
thơng rộng tốc độ cao trong phạm vi rộng lớn. Hơn nữa, việc cài đặt Wimax
dễ dàng, tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ và giảm giá thành
dịch vụ cho người sử dụng. Bên cạnh ưu điểm về tốc độ truyền dẫn dữ liệu
cao, có khi lên tới 70 Mb/s trong pham vi 50 km, các dịch vụ trên nền Wimax
còn có tính bảo mật cao.
Khác với các dịch vụ viễn thông khác, trong công nghệ Wimax, thoại
chỉ là một ứng dụng. Băng tần của Wimax là 2.3 ÷ 3.3 GHz, cao hơn các băng
tần của di động (800 ÷ 1800 MHz), (1.900 ÷ 2.100 và 2.200 GHz). Một trạm
BTS của Wimax có thể phủ sóng từ 10 đến 50 km, với rất ít trạm phát sóng,
nhưng chất lượng dịch vụ vẫn đảm bảo. Do đó, việc lắp đặt rất dễ triển khai,
thuận lợi cho các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ. Với một trạm BTS Wimax,
có thể quy định được 10 người ở chế độ ưu tiên, trong khi vẫn đảm bảo được


15

băng tần. Bên cạnh đó, nhà cung cấp dịch vụ có thể cấp tiếp cho 50 người
khác dùng dịch vụ với mức độ ưu tiên thấp hơn.
Các pha phát triển của WiMAX:
WiMAX’s có 4 pha
Near Line of Sight
Point to Multi-point
Selected sites

802.16 (2004)

Point to Point
BACKHAUL,
Redline

2005
802.16a
Existing
Near Line of Sight
Point to Multi-point
Partial Indoor Coverage
802.16 (2004)

2006

Backhaul
Network

Portable/Mobile
Point to Multi-point
Ubiquitous Coverage
802.16e,

2007

INTERNET
BACKBONE

Hình 1-1: Các pha phát triển của WiMAX

Wimax cũng được xem như cơng nghệ có hiệu quả kinh tế cao cho việc
triển khai nhanh trong các khu vực như nông thôn, vùng sâu vùng xa... mà các
cơng nghệ khác khó có thể cung cấp dịch vụ băng thông rộng.
1.2 Tầm quan trọng của WiMAX
WiMAX cho phép các nhà khai thác nhanh chóng xác định các phân
đoạn thị trường và xây dựng mạng lưới của họ với vốn và chi phí vận hành
nhỏ nhất.


16

• Giải pháp WiMAX tiết kiệm và kinh tế nhờ các sản phẩm tiêu chuẩn và có
thể tự vận hành.
• WiMAX cho phép các nhà cung cấp giảm thấp nhất số lượng trạm BTS,
số lượng site và các chi phí phát sinh nhờ vào những yếu tố sau:
o Đạt được phạm vi lớn nhất nhờ giải pháp công suất cao (High
Power), sử dụng linh động các kênh phụ và kỹ thuật phân tập anten
hiệu suất cao.
o Khả năng linh hoạt cao trong việc tìm kiếm site, sử dụng và triển
khai site với chi phí cài đặt và chi phí thất thoát năng lượng thấp
nhất nhờ cấu trúc phân bố trạm gốc bằng các ODU remote ở gần
anten.
• Các sản phẩm WiMAX cần ít thời gian lắp đặt và có chi phí vận hành
thấp:
o Dịng sản phẩm WiMAX Residential là dịng sản phẩm khách hàng
có thể tự cài đặt, gồm tồn các thiết bị indoor, do vậy khơng tốn chi
phí lắp đặt và bảo dưỡng, được thiết kế dùng cho cá nhân, hộ gia
đình và các văn phịng nhỏ.
o Dịng sản phẩm WiMAX Business bao gồm toàn thiết bị outdoor,
đây là các thiết bị cấu trúc một khối do đó có chi phí lắp đặt nhỏ và

lắp đặt cáp đơn giản trong điều kiện NLOS (Non-Light-Of-Sight).
Quá trình cấu hình, quản lý lỗi và nâng cấp phần mềm thông qua
giao tiếp vô tuyến sẽ giảm chi phí vận hành.
• WiMAX cung cấp độ tin cậy, sự linh hoạt và tính kinh tế trong khi định
hướng mạng dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16d (OFDM 256) hiện tại và
tiêu chuẩn IEEE 802.16e (SOFDMA) trong tương lai với chi phí nâng cấp
thấp nhất.


17

• Tăng lợi nhuận cho nhà khai thác từ các dịch vụ thay thế đường truyền cố
định và từ kinh doanh khách hàng.
o Các dịch vụ thoại, hình ảnh và dữ liệu với việc đảm bảo QoS
(Quality of Service).
o Tốc độ dữ liệu cao nhất ngay cả ở biên cell.
o Có thể sử dụng các dịch vụ nổi bật nhờ khái niệm dự phịng trạm
gốc N:1.
• Các lợi nhuận cộng thêm từ các dịch vụ di động bổ sung thông qua hỗ trợ
các giao thức quản lý mã cá nhân và giải thuật nhận thực người dùng của
chuẩn IEEE 802.16.
1.3 Ưu điểm của mạng WiMAX.
WiMax có các ưu điểm như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, có khi lên
tới 70Mb/s trong phạm vi 50km, chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từng
kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di động, sử dụng cả phổ tần cấp
phép và không được cấp phép.
WiMax thực hiện việc truyền tải dữ liệu tốc độ cao khơng dây bằng
sóng siêu cao tần theo bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 với khoảng cách rất lớn.
WiMax được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh chia theo tần
số trực giao (OFDM). Lợi ích của WiMax là khả năng ghép kênh cao, vì thế

các nhà cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụ
truy nhập không dây.
Hiện nay, cơng nghệ WiMax đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộ
tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 đang được thử nghiệm và chế tạo chipset. Giai
đoạn phát triển tiếp theo của WiMax được dựa trên bộ tiêu chuẩn IEEE
802.16e, dự định triển khai từ năm Qúi 4-2006. Giống như Wi-Fi, WiMax có
thể cung cấp kết nối băng thơng rộng cho cả khách hàng sử dụng máy tính


18

xách tay trong phạm vi điểm nóng truy cập hoặc trong một tồ nhà có thể di
chuyển mà vẫn giữ được kết nối băng rộng.
Việc sử dụng công nghệ WiMax đem lại nhiều lợi ích, nhất là ở khu
vực nơng thôn, vùng sâu, vùng xa và những nơi dân cư đơng đúc khó triển
khai hạ tầng cơ sở mạng dây dẫn băng rộng...
Vì thế, WiMax được xem như cơng nghệ có hiệu quả kinh tế cao cho
việc triển khai nhanh trong các khu vực mà các cơng nghệ khác khó có thể
cung cấp dịch vụ băng thơng rộng.
Theo đánh giá của các chuyên gia, WiMax sẽ nhanh chóng vượt qua
những cơng nghệ hiện có như Wi-Fi hay 3G, bởi khả năng kết nối băng thông
rộng tốc độ cao trong phạm vi rộng lớn.
Việc sử dụng kỹ thuật vô tuyến OFDM theo tiêu chuẩn IEEE 802.16
của ETSI HiperMAN và nền tảng WiMAX để phân phối các dịch vụ thoại,
hình ảnh và dữ liệu ở tốc độ nhiều Mbps với chất lượng dịch vụ (QoS) và
mức độ dịch vụ (GoS) bảo đảm.
Hệ thống WiMAX cho phép tổng đài cung cấp nhiều loại dịch vụ băng
rộng thời gian thực hay không phải thời gian thực, di động hay cố định như là:
• Các loại dịch vụ dữ liệu như HSIA: High Speed Internet Access (truy cập
internet tốc độ cao), e-mail, tải file, nâng cấp office, tải nhạc, streaming

audio.
• Các dịch vụ phim ảnh chất lượng cao (Video on Demand) như: phim theo
yêu cầu, phim ảnh phát quảng bá, phim ảnh.
• Các dịch vụ thoại gói thời gian thực (VoIP, streaming audio trực tiếp)
• Các dịch vụ phim ảnh thời gian thực như các hội thảo, diễn đàn, chơi
game qua mạng hay streaming video.
WiMAX là một kỹ thuật không dây băng rộng hỗ trợ các dạng truy cập
cố định, xách tay và di động. Để phù hợp với các dạng truy cập khác nhau, hai


19

phiên bản của WiMAX được định nghĩa. Phiên bản thứ nhất dựa trên tiêu
chuẩn IEEE 802.16-2004 và được tối ưu hóa cho truy cập cố định và du cư,
sản phẩm ban đầu được diễn đàn WiMAX chứng nhận sẽ dựa trên phiên bản
này. Phiên bản thứ hai được thiết kế để hỗ trợ tính năng di động, dựa trên tiêu
chuẩn IEEE 802.16e. Bảng 1-1 trình bày các dạng truy cập WiMAX hỗ trợ.
Dạng
truy cập
Cố định
Du cư
Xách tay

Thiết bị

Vị trí / Tốc
độ

Handoffs

CPE indoor và

Đơn / đứng

outdoor

yên

CPE indoor, card

Nhiều /

PCMCIA

đứng yên

Laptop PCMCIA

Đơn / tốc

Hard

hay mini-card

độ đi bộ

handoffs

hay mini-card,

Nhiều / tốc

Hard

PDA hay

độ xe thấp

handoffs

hay mini-card,

Nhiều / tốc

Soft

PDA hay

độ xe cao

handoffs

802.162004

802.16e

Khơng

Có

Có

Khơng

Có

Có

Khơng

Có

Khơng

Có

Khơng

Có

Laptop PCMCIA
Di động

smartphone
Laptop PCMCIA
Di động

smartphone
Bảng 1-1: Các dạng truy cập WiMAX hỗ trợ
Sản phẩm đầu tiên được diễn đàn WiMAX chứng nhận ra mắt vào cuối

năm 2005 và cho phép những dịch vụ băng rộng không dây dựa trên nền IP,
các dịch vụ này cung cấp cho cả truy cập cố định và du cư đối với các ứng
dụng điểm-điểm (PTP) và điểm-đa điểm (PMP). Khả năng hỗ trợ xách tay và


20

di động sẽ được kết hợp sau đó trong một chương trình riêng. Diễn đàn
WiMAX dự đốn sản phẩm hỗ trợ di động đầu tiên được chứng nhận sẽ ra
mắt đầu năm 2007, và hệ thống mạng đầu tiên sẽ được triển khai sau đó.
Từ đó cho ta một cái nhìn tổng quan về hai phiên bản WiMAX. Nó đưa
ra một sự so sánh hai kỹ thuật về mặt kỹ thuật và khả năng, thảo luận về quy
trình và thời gian chuẩn hóa và chứng nhận, xác định thị trường và các ứng
dụng đối với tiêu chuẩn WiMAX 802.16-2004 và 802.16e.

1.4

Tiêu chuẩn IEEE 802.16.
Công nghệ thông tin vô tuyến đã có những phát triển vượt bậc trong

những năm gần đây. Hầu hết các hệ thống WLAN hiện nay dùng theo chuẩn
IEEE 802.11b (WiFI) băng tần sử dụng 2,4Ghz, cung cấp tốc độ dữ liệu cực
đại 11Mbps. Các tiêu chuẩn WLAN mới như IEEE 802.11a và HyperLAN2
dựa trên công nghệ OFDM cung cấp tốc độ dữ liệu tới 54Mbps dải tần 5Ghz.
Tiêu chuẩn 802.11g sử dụng phương thức OFDM và PSK hoạt động ở dải tần
2,4Ghz tốc độ đạt 22Mbps Tuy nhiên trong tương lai gần các hệ thống sẽ yêu
cầu các mạng WLAN có tốc độ dữ liệu lớn hơn 100Mbps. Do vậy cần phải
cải thiện hơn nữa hiệu quả phổ và dung lượng dữ liệu của các hệ thống
OFDM trong các ứng dụng WLAN .
WiMAX dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16 và ETSI HiperMAN. Phiên

bản mới nhất của IEEE 802.16 là 802.16-2004 (trước đây được gọi là
Revision D hay 802.16d), được thông qua vào tháng 7 năm 2004.
802.16-2004 là một tiêu chuẩn có phạm vi rộng, nó bao gồm các phiên
bản trước đây (802.16-2001, 802.16c năm 2002 và 802.16a năm 2003) và áp
dụng cho các ứng dụng LOS và NLOS ở tần số từ 2-66 GHz. Theo các tiêu
chuẩn IEEE thông thường, tiêu chuẩn này chỉ được xác định trên lớp vật lý


21

(PHY) và lớp điều khiển truy cập (MAC). Những thay đổi trong 802.16-2004
nhằm vào các ứng dụng cố định và du cư ở tần số 2-11 GHz.
Có hai kỹ thuật điều chế đa sóng mang được hỗ trợ trong 802.16-2004:
OFDM có 256 sóng mang và OFDMA có 2048 sóng mang. Tài liệu đầu tiên
được diễn đàn WiMAX chứng nhận dựa trên OFDM được định nghĩa.
Vào tháng 12 năm 2002, Nhóm e được tạo ra để hỗ trợ cho các hoạt
động kết hợp cố định và di động ở tần số dưới 6 GHz. Việc sửa đổi 802.16e
dự đốn sẽ hồn thành và được thông qua vào cuối năm 2006. Phiên bản mới
của tiêu chuẩn này hỗ trợ SOFDMA (một biến thể của OFDMA), kỹ thuật này
cho phép thay đổi số lượng sóng mang, ngồi các tính chất đã được định
nghĩa trong OFDM và OFDMA. Việc cấp phát sóng mang trong OFDMA
được thiết kế để giảm nhỏ nhất ảnh hưởng của nhiễu trên thiết bị của người sử
dụng. Hơn nữa, tiêu chuẩn IEEE 802.16e còn hỗ trợ MIMO (Multiple Input
Multiple Output) và AAS (Adaptive Antenna Systems), cùng với bắt tay cứng
và mềm. Tiêu chuẩn này cũng cải thiện khả năng tiết kiệm điện năng cho các
thiết bị di động và các đặc tính bảo mật được mở rộng hơn nhiều. Các sản
phẩm dựa trên OFDM và OFDMA đều có thể tận dụng ưu điểm của các đặc
tính mới này.
So với 802.16-2004, tiêu chuẩn 802.16e kết hợp các phiên bản trước đó
và bổ sung hỗ trợ truy cập cố định và di động. Tuy nhiên, tiêu chuẩn 802.16e

thường được dùng do có hỗ trợ khả năng di động, cụ thể là SOFDMA. Đối
với WiMAX 802.16e việc chọn SOFDMA là thích hợp nhất và 802.16-2004
khi sử dụng OFDMA với 256 sóng mang.
Phiên bản mới này của tiêu chuẩn 802.16 có khả năng tương thích tốt,
do đó các đặc tính mới của OFDM có thể tương thích với các phiên bản trước
đó. Tuy nhiên, OFDM và OFDMA khơng tương thích vì chúng dựa trên hai
kỹ thuật điều chế khác nhau. Do đó, một CPE OFDM không hoạt động trong


22

mạng SOFDM và ngược lại, CPE SOFDM không hoạt động trong mạng
OFDM.

1.5

Tiêu chuẩn diễn đàn WiMAX:
WiMAX là một tập hợp các chuẩn dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e

được phát triển bởi diễn đàn WiMAX và các thành viên. Trong khi tiêu chuẩn
802.16 hỗ trợ một phạm vi rộng về dải tần (lên đến 66 GHz), kích thước kênh
truyền (từ 1.25 MHz đến 20 MHz) và các ứng dụng (LOS và NLOS, PTP và
PMT), WiMAX thu hẹp phạm vi của tiêu chuẩn 802.16 để nhắm vào những
cấu hình riêng. Việc lựa chọn một số lượng giới hạn các chuẩn chủ yếu để
đảm bảo sự thỏa thuận giữa các nhà cung cấp và điều khiển sự cân đối để đưa
ra giá thành thấp hơn và kỹ thuật tốt hơn.
Việc chọn lựa các chuẩn tùy vào nhu cầu thị trường, khả năng phổ tần,
các ràng buộc chung, các dịch vụ cung cấp và lợi nhuận đại lý. Ví dụ như,
phổ tần có thể sử dụng cho truy cập không dây băng rộng trong nhiều nước đã
thúc đẩy việc tạo ra một chuẩn mới ở dải tần 3.5 GHz. Khả năng sử dụng phổ

tần không cần giấy phép và nhu cầu đối với các dịch vụ cố định đã tạo ra một
chuẩn trong dải tần 5.8 GHz. Nhu cầu các dịch vụ di động và phổ tần có thể
sử dụng làm cho dải tần số 2.3 GHz và 2.5 GHz trở thành mục tiêu phù hợp
nhất cho các chuẩn 802.16e trong tương lai.
Tiêu chuẩn diễn đàn WiMAX được định nghĩa bởi các thông số sau:
• Dải phổ tần.
• Song cơng (Duplex): Có hai tùy chọn: song công phân chia theo thời
gian (TDD – Time Division Duplex) dùng cho các phổ tần khơng có
cặp hay không cần giấy phép, và song công phân chia theo tần số (FDD
– Frequency Division Duplex). FDD cần hai kênh truyền, một cho
hướng lên (uplink) và một cho hướng xuống (downlink). Trong mạng
TDD – Time Division Duplex, lưu thông chỉ chiếm một kênh riêng,


23

trong đó lưu thơng hướng lên và hướng xuống được cấp trong những
khe thời gian khác nhau.
• Băng thơng kênh truyền: băng thông kênh truyền phụ thuộc vào phổ tần
được cấp. Các chuẩn ban đầu giới hạn ở tần số 3.5 Mhz và 7 MHz
trong phổ tần cho phép do các kênh thông thường được cấp trong dải
tần 3.5 GHz. Khi có thể sử dụng các kênh truyền rộng hơn, các thành
viên diễn đàn WiMAX sẽ bổ sung các chứng nhận cho băng thơng các
kênh truyền rộng hơn.
• Tiêu chuần IEEE: chuẩn 802.16-2004 sử dụng OFDM với 256 sóng
mang, chuẩn 802.16e chủ yếu dựa trên SOFDMA. Chỉ có phiên bản sau
cùng hỗ trợ khả năng di động.
Tần số

Song công

(MHz)

Kênh truyền

Tiêu chuẩn

(MHz)

IEEE

3400-3600

TDD

3.5

802.16-2004

3400-3600

FDD

3.5

802.16-2004

3400-3600

TDD

7

802.16-2004

3400-3600

FDD

7

802.16-2004

5725-5850

TDD

10

802.16-2004

Bảng 1-2: Các tiêu chuẩn diễn đàn WiMAX
Tất cả các chuẩn được chứng nhận dựa trên 802.16-2004 đều dựa trên
một hệ thống tiêu chuẩn chung. Điều này kể cả các đặc tính WiMAX đều giữ
lại như cũ bất kể tần số, kích thước kênh truyền và cách song cơng. Một hệ
thống tiêu chuẩn mới đang được phát triển cho các chứng nhận 802.16e. Nếu
có đủ lợi nhuận từ cộng đồng các đại lý, một hệ thống tiêu chuẩn thứ ba có
thể sẽ được đưa ra cho các sản phẩm 802.16-2004 để hỗ trợ tính năng xách

24

tay và di động giới hạn. Các chuẩn ban đầu do diễn đàn WiMAX định nghĩa
(Bảng 2-2) hỗ trợ truy cập cố định và du cư ở dải tần 3.5 GHz và 5.8 GHz.
Lịch trình chứng nhận sản phẩm tùy thuộc việc sản phẩm có thể sử
dụng hay khơng do ba sản phầm cần được kiểm định bởi các đại lý. Quá trình
chứng nhận bao gồm việc kiểm tra so với các sản phẩm của các hãng khác, và
kiểm tra tính phù hợp với hệ thống WiMAX.
Chứng nhận đầu tiên được ban hành đối với 802.16-2004 hiện nay đang
thực thi và bao gồm các sản phẩm theo hai tiêu chuẩn 3.5GHz với băng thông
kênh truyền là 3.5 MHz. Phạm vi chứng nhận này và danh sách các kiểm định
sẽ được mở rộng trong các ban hành tiếp theo. Lần ban hành đầu tiên tập
trung vào chứng nhận giao thức vô tuyến, lần thứ hai sẽ bổ sung các chức
năng cần thiết cho hỗ trợ các dịch vụ ngồi trời (ví dụ như QoS hay bảo mật).
Lần thứ ba sẽ bổ sung hỗ trợ cho các thiết bị trong nhà của người sử dụng.
Các tiêu chuẩn đối với 802.16e chưa được đưa ra do q trình sửa đổi 802.16e
chưa hồn tất. Dải tần thích hợp nhất cho các chuẩn di động đầu tiên là 2.3
GHz và 2.5 GHz. Khả năng che phủ trong nhà và hỗ trợ cho các thiết bị di
động tốt hơn làm cho dải tần thấp hơn 3 GHz trở thành mục tiêu tốt nhất. Tuy
nhiên, các tiêu chuẩn cho các tần số cao hơn (3.3 GHz, 3.5 KHz hay 5.8 GHz)
có thể sẽ được bổ sung nếu có nhu cầu đối các sản phẩm dựa trên 802.16e cho
truy cập cố định va du cư.
So sánh giữa các chuẩn 802.16-2004 và 802.16e
Hai phiên bản của WiMAX đã phản ánh nhu cầu có các sản phẩm tối
ưu cho cả truy cập cố định và di động. Nhu cầu đối với hai dạng truy cập này
thay đổi liên tục và phải có các giải pháp khác nhau để đáp ứng.
Nhiều đặc điểm tùy chọn được hỗ trợ trong cả hai chuẩn 802.16-2004
và 802.16e được bổ sung trong các sản phẩm 802.16e đơn giản do các dịch vụ
di động được dự báo sẽ tăng nhiều hơn so với các chức năng đã bổ sung.