Tổng quan về công nghệ winax và một số mô hình ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ
MỘT SỐ MÔ HÌNH ỨNG DỤNG

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện

VINH – 2011

1

: ThS. Nguyễn Thị Minh
: Chu Văn Hào


MỤC LỤC
Trang

LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... 5
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ........................................................................................ 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ....................................................................... 8
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................... 10
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................ 11
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................... 15
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX ......................... 17

1.1. Giới thiệu chương................................................................................... 17
1.2. Khái niệm ............................................................................................... 17
1.3. Sự đi lên từ WiFi đến WiMAX .............................................................. 17
1.4. Đặc điểm ................................................................................................ 19
1.5. Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX .................................... 23
1.5.1. Một số ưu điểm chính của cơng nghệ WiMAX .......................... 23
1.5.2. Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX .............................. 25
1.6. Các chuẩn của Wimax ............................................................................ 26
1.6.1. Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 ......................................................... 26
1.6.2. Chuẩn IEEE 802.16a ................................................................... 26
1.6.3. Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 ......................................................... 27
1.6.4. Chuẩn IEEE 802.16e ................................................................... 27
1.7. Các băng tần của Wimax........................................................................ 29
1.7.1. Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới ................ 29
1.7.2. Các băng tần ở Việt nam có khả năng dành cho WiMAX .......... 30
1.8. Truyền sóng ............................................................................................ 31
1.8.1. Công nghệ OFDM ....................................................................... 33
1.8.2. Công nghệ OFDMA .................................................................... 37
1.8.3. Điều chế thích nghi...................................................................... 38
1.8.4. Cơng nghệ sửa lỗi ........................................................................ 38
2


1.8.5. Điều khiển công suất ................................................................... 39
1.8.6. Các công nghệ vô tuyến tiên tiến ................................................ 39
1.9. Các ứng dụng ......................................................................................... 41
1.9.1. Các mơ hình ứng dụng ................................................................ 41
1.9.2. Mơ hình hệ thống WiMAX ......................................................... 42
1.9.3. Các ứng dụng ............................................................................... 43
1.10. Kết luận chương ................................................................................... 44

Chương 2: KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX ......................... 45
2.1. Giới thiệu chương................................................................................... 45
2.2. Mơ hình tham chiếu ............................................................................... 45
2.3. Lớp MAC ............................................................................................... 46
2.3.1. Lớp con hội tụ MAC ................................................................... 46
2.3.2. Lớp con phần chung MAC .......................................................... 47
2.3.3. Lớp con bảo mật .......................................................................... 51
2.4. Lớp vật lý ............................................................................................... 52
2.4.1. Đặc tả WirelessMAN- SC PHY .................................................. 52
2.4.2. Đặc tả PHY WirelessMAN- SCA ............................................... 53
2.4.3. Đặc tả PHY WirelessMAN- OFDM ........................................... 53
2.4.4. Đặc tả PHY WirelessMAN- OFDMA ........................................ 57
2.4.5. Lớp con hội tụ truyền dẫn TC ..................................................... 60
2.5. Kết luận chương ..................................................................................... 61
Chương 3: SO SÁNH WIMAX VỚI MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY
CẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG KHÁC .................................................. 62
3.1. Giới thiệu chương................................................................................... 62
3.2. Tổng quan về các chuẩn truy nhập vô tuyến băng rộng ........................ 62
3.3. So sánh WiMAX cố định và LMDS, MMDS ........................................ 63
3.4. So sánh WiMAX di động với 3G ........................................................... 66
3.5. So sánh WiMAX di động với WiBro..................................................... 68
3.6. So sánh WiMAX và 3G LTE ................................................................. 69
3


3.7. Giải pháp của các nhà sản xuất. ............................................................. 71
3.7.1. Giải pháp của Intel ...................................................................... 71
3.7.2. Giải pháp sản phẩm của SR- Telecom ........................................ 72
3.7.3. Giải pháp sản phẩm của Alvarion ............................................... 73
3.7.4. Giải pháp sản phẩm của Motorola cho ISP ................................. 75

3.7.5. Giải pháp Chipset của Fujitsu ..................................................... 76
3.8. Kết luận chương ..................................................................................... 78
Chương 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀ ỨNG
DỤNG HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT
NAM ............................................................................................................. 79
4.1. Giới thiệu chương................................................................................... 79
4.2. Nhu cầu và hiện trạng các hệ thống truy nhập băng rộng tại Việt
Nam ............................................................................................................... 79
4.2.1. Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam ................................ 79
4.2.2. Hiện trạng truy nhập băng rộng tại Việt Nam ............................. 79
4.3. Các mơ hình triển khai công nghệ mạng WiMAX ................................ 81
4.3.1. Mạng dùng riêng ......................................................................... 81
4.3.2. Các mạng phục vụ cộng đồng ..................................................... 88
4.4. Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam ....................... 90
4.5. Kết luận chương ..................................................................................... 93
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................. 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 97

4


LỜI NĨI ĐẦU
Với sự tiến bộ khơng ngừng về mặt khoa học công nghệ, đặc biệt là
nghành viễn thông thế giới, công nghệ truy nhập băng rộng không dây là cơng
nghệ mới ra đời nhằm đa dạng hố các hình thức truy nhập và truyền dẫn.
Cùng với sự tồn tại của các giải pháp truy nhập truyền thống như: Modem
thoại (Dial- up), ISDN, thuê kênh kết nối trực tiếp (lease- line), xDSL…
BWA ra đời áp dụng cho các hệ thống địi hỏi băng thơng rộng với các dịch
vụ u cầu tốc độ cao như truyền dữ liệu, truy cập Internet… Với các tính
năng dùng kỹ thuật khơng dây nên cơng nghệ này đặc biệt phù hợp với mơ

hình kết nối các văn phòng, nhà cao tầng… mà việc dùng cáp gặp nhiều khó
khăn.
Cơng nghệ WiMAX dùng sóng vơ tuyến trong xây dựng giải pháp mạng
hiện đại. Với nhiều ưu điểm nổi trội, giải pháp mạng không dây WiMAX sẽ là
một trong những xu hướng tất yếu để mở rộng, và thay thế dần hệ thống 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 được 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 như thiết bị truy xuất.
Mạng không dây WiMAX sẽ tiết kiệm được thời gian lắp đặt chạy dây,
tiết kiệm cơng sức nhân lực vì khơng cần phải lắp đặt các điểm truy cập mạng
LAN thông thường. Việc kết nối được tự động hóa giữa các mạng cài đặt và
phần cứng khác nhau, giúp việc triển khai cũng như bố trí lại đơn giản và linh
hoạt.
Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng sẽ giúp sử dụng,
kết nối Internet tốc độ cao khơng cịn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối với
những nơi hẻo lánh mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn. Góp phần thu
hẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc chiếm lĩnh thông tin.
Với sự chỉ bảo tận tình của Cơ giáo Th.S Nguyễn Thị Minh, cũng như
sự nỗ lực học hỏi, tìm tịi nghiên cứu của bản thân, em đã chọn đề tài tốt
5


nghiệp là: “Tổng quan công nghệ WiMAX và một số mơ hình ứng dụng”.
Cấu trúc Đồ án tốt nghiệp gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ WiMAX
Chương 2: Kiến trúc mạng truy cập WiMAX
Chương 3: So sánh WiMAX với một số công nghệ đa truy cập vô
tuyến băng rộng khác và giải pháp của các nhà sản xuất
Chương 4: Nghiên cứu khả năng triển khai và ứng dụng hệ thống

WiMAX trên mạng viễn thông Việt Nam.
Tuy đồ án đã hồn thành nhưng khơng thể tránh khỏi được thiếu sót cần
bổ sung và phát triển mong q thầy cơ và bạn đọc góp ý để đề tài được
hồn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa ĐIỆN
TỬ-VIỄN THƠNG, đặc biệt là Cơ giáo ThS. Nguyễn Thị Minh đã hướng
dẫn em hoàn thành đồ án này.
Vinh, tháng 5 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Chu Văn Hào

6


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về cơng nghệ WiMAX, các đặc điểm
chính của WiMAX cố định, WiMAX di động, Các chuẩn của Wimax,
các băng tần của Wimax ở Việt Nam và trên thế giới.
Chương 2: Đi sâu nghiên cứu các đặc tả về lớp vật lý và lớp MAC
của các chuẩn WiMAX cố định (IEEE 802.16 – 2004) và WiMAX di
động (IEEE 802.16e – 2005).
Chương 3: So sánh công nghệ Wimax với một số công nghệ truy cập vô
tuyến băng rộng khác và giải pháp của các nhà sản xuất như Intel, SRTelecom, Alvarion, Motorola, Fujitsu.
Chương 4: Nghiên cứu và xây dựng mơ hình mẫu triển khai ứng dụng
WiMAX để cung cấp dịch vụ Internet và thoại VoIP cho những người dân
nông thôn, những vùng đặc thù khó khăn về địa lý điển hình của Việt Nam.
Nghiên cứu đề cập một cách toàn diện trên các mặt: kỹ thuật công nghệ, kinh
tế xã hội cũng như giáo dục khi triển khai.

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Minh họa họat động WiMAX ....................................................... 32
Hình 1.2. Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao ..................................... 34
Hình 1.3. Cấu trúc của một ký hiệu OFDM .................................................. 35
Hình 1.4. Tiền tố vịng CP và hiện tượng đa đường ..................................... 36
Hình 1.5. Các kênh con trong OFDMA ........................................................ 37
Hình 1.6. Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi .............................. 38
Hình 1.7. MISO ............................................................................................. 39
Hình 1.8. MIMO............................................................................................ 40
Hình 1.9. Beam Shaping ............................................................................... 41
Hình 1.10. Mơ hình hệ thống WiMAX ......................................................... 42
Hình 1.11. Các ứng dụng WiMAX ............................................................... 43
Hình 2.1. Mơ hình tham chiếu ...................................................................... 45
Hình 2.2. Cấu trúc thời gian symbol OFDM ................................................ 55
Hình 2.3. Mơ tả symbol OFDM miền tần số ................................................ 55
Hình 2.4. Cấu trúc khung OFDM với TDD .................................................. 57
Hình 2.5. Cấu trúc thời gian symbol OFDMA ............................................. 58
Hình 2.6. Cấu trúc sóng mang con OFDMA ................................................ 58
Hình 2.7. Cấu trúc khung của OFDMA ........................................................ 60
Hình 2.8. Định dạng TC PDU ....................................................................... 61
Hình 3.1. Các chuẩn về mạng truy nhập vơ tuyến băng rộng ....................... 62
Hình 3.2. Phạm vi của WiMAX di động và WiBro trong chuẩn 802.16e .... 68
Hình 3.3. Sơ đồ ứng dụng tổng thể Wimax của ABS4000 ........................... 72
Hình 4.1. Cellular Backhaul .......................................................................... 82
Hình 4.2. WSP Backhaul .............................................................................. 82
Hình 4.3. Mạng ngân hàng ............................................................................ 83
Hình 4.4. Mạng giáo dục ............................................................................... 84
8

Hình 4.5. Mơ hình an tồn cho các truy nhập cơng cộng ............................. 85
Hình 4.6. Sử dụng Wimax cho việc thơng tin liên lạc xa bờ ........................ 85
Hình 4.7. Kết nối nhiều khu vực ................................................................... 86
Hình 4.8. Các cơng trình xây dựng ............................................................... 87
Hình 4.9. Các khu vực cơng cộng ................................................................. 88
Hình 4.10. Mạng truy nhập WSP .................................................................. 89
Hình 4.11. Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh ............................. 90
Hình 4.12. Cấu hình thử nghiệm WiMAX của VNPT ................................. 92
Hình 4.13. Sơ đồ kết nối tại trạm gốc ........................................................... 92
Hình 4.14. Sơ đồ kết nối trạm đầu cuối thuê bao.......................................... 93

9


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn Wimax ......................... 27
Bảng 3.1 So sánh giữa chuẩn 802.16- 2004 và LMDS, MMDS ................ 64
Bảng 3.2 So sánh WiMAX di động và 3G.................................................. 66
Bảng 3.3 Các đặc tính chính của WiMAX di động và WiBro.................... 68
Bảng 3.4 So sánh đặc điểm nổi bật của WiMAX và 3G LTE .................... 68

10


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AAS

adaptive antena system

Hệ thống anten thích nghi

AK

Authorization key

Khố Cấp phép

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 Provided 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 Thủ tục cấu hình chủ khơng cố
protocol

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 Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
11


Standard Institute

Âu

FBSS

Fast Base Station Switching

Chuyển đổi trạm gốc nhanh

FDMA

Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia tần số
Access

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

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 Tổ chức kỹ sư thiết kế Internet

Force
IDFT

Inverse

Discrete

Fourier Biến đổi Fourier rời rạc ngược

Transform
IFFT

Inversion

Fast

Fourier Biến đổi Fourier ngược nhanh

transform
IP

Internet Protocol

Thủ tục Internet

ITU

International

Hiệp hội viễn thơng Quốc tế

Telecommunications Union
KEK

Key encryption key

Khố Mật mã Khố

LAN

Local area network

Mạng nội bộ

LMDS

Local

multipoint

distriution Dịch vụ phân phối đa điểm nội

service

hạt

LOS

Line of sight

Tia trực xạ

MAC

Medium access control layer

Lớp điều khiển truy nhập môi

12


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

MPEG

multipoint Dịch vụ phân phối đa điểm đa

distribution service

kênh

Moving Picture Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu
ảnh động

NLOS

Non line of sight

Tia khơng trực xạ

nrtPS

Non- real- time polling service

Dịch vụ thăm dị không thời gian
thực

OFDM

Orthogonal frequency division Ghép kênh chia tần số trực giao
multiplexing

OFDMA Orthogonal frequency division Đa truy nhập chia tần số trực

PARP

multiple access

giao

Peak- to Average Power Ratio

Công suất tương đối cực đại

PCMCIA Personal Computer Memory Hiệp hội quốc tế về tấm mạch
Card International Association

nhớ của máy tính cá nhân

PDA

Personal Digital Assistant

Thiết bị vụ số cá nhân

PDH

Plesiochronous

digital Phân cấp số cận đồng bộ

hierarchy
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

QAM

Quadrature

amplitude Điều chế biên độ cầu phương
13


modulation
QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature phase- shift keying

Khoá dịch pha cầu phương

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

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

Sóng mang đơn

SDH

Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SDU

Service data unit

Khối dữ liệu dịch vụ

SF

Service flow

Luồng dịch vụ

SFID

Service Flow Identifier

Bộ Nhận dạng Luồng Dịch vụ

SNMP

Simple Network Management Thủ tục quản lý mạng đơn giản
Protocol

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

14


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

khu vực khó khăn nhất về địa hình hiểm trở liệu có khả thi trên tất cả các
phương diện kỹ thuật công nghệ, kinh tế, xã hội hay không? Luận văn này sẽ
đi sâu phân tích và trả lời cho câu hỏi đó.
Phạm vi nghiên cứu và nội dung luận văn
15


Luận văn này nghiên cứu một cách tổng quan nhất về công nghệ
WiMAX (Cả di động và cố định), mô hình ứng dụng và các vấn đề kỹ thuật
cơ bản cần quan tâm khi tiến hành thiết kế, triển khai mạng WiMAX vào thực
tế. Chương 4 của luận văn tập trung nghiên cứu và xây dựng một mơ hình
mẫu để triển khai WiMAX về những vùng khó khăn nhất về địa lý của Việt
Nam.

16


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1. Giới thiệu chương
Trong chương này trình bày tổng qt về cơng nghệ truy nhập vô tuyến
băng rộng, đặc điểm, các chuẩn của WiMAX, băng tần sử dụng, cách thức
truyền sóng, các mơ hình ứng dụng, lộ trình phát triển và tình hình triển khai
WiMAX.
1.2. Khái niệm
Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), là hệ thống
truy nhập vi ba có tính tương tác tồn cầu dựa trên cơ sở tiêu 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 công tác
IEEE 802.16 là người chế định ra tiêu chuẩn, còn Diễn đàn WiMAX là người

triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16.
WiMax sử dụng kỹ thuật sóng vơ tuyến để kết nối các máy tính trong
mạng Internet thay vì dùng dây để kết nối như DSL(Digital Subcriber Line)
hay cáp modem. WiMax như một tổng đài trong vùng lân cận hợp lý đến một
trạm chủ mà nó được yêu cầu thiết lập một đường dữ liệu đến Internet. Người
sử dụng trong phạm vi từ 3 đến 5 dặm so với trạm chủ sẽ được thiết lập một
đường dẫn công nghệ NLOS (Non- Line- Of- Sight) với tốc độ truyền dữ liệu
rất cao là 75Mbps. Còn nếu người sử dụng trong phạm vi lớn hơn 30 dặm so
với trạm chủ thì sẽ có anten sử dụng công nghệ LOS (Line- Of- Sight) với tốc
độ truyền dữ liệu gần bằng 280Mbps. WiMAX là một chuẩn không dây đang
phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo ra khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ
cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây di động, phạm vi phủ sóng
được mở rộng.
1.3. Sự đi lên từ WiFi đến WiMAX
Trên thực tế, trong thời gian qua, 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
17


nghệ được thiết kế hướng tới các mạng LAN không dây, chính vì vậy trong
những trượng hợp cụ thể, khi áp dụng cơng nghệ này cho mạng MAN, 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 khơng hỗ trợ kiến trúc Mesh, 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 (LOS), dùng các Anten định hướng với
cơng suất đủ lớn thì Wifi cũng chỉ đạt tới khoảng cách vài km, rất hạn chế cho
việc phủ sóng trong một pham vi lớn.
Sự ra đời của Wimax đã khắc phục được những nhược điểm trên của
Wifi. Hiện nay, Wimax được xem là một giải pháp toàn diện của công nghệ

không dây băng rộng trong đô thị, ngoại ô và những vùng nông thôn xa xôi
hẻo lánh… Wimax cho phép truyền không dây các loại dữ liệu, hình ảnh, âm
thanh nhanh hơn cả DSL hay cáp, và tất nhiên là nhanh hơn nhiều lần các
công nghệ không dây hiện hành như 802.11a hay 802.11b mà không yêu cầu
điều kiện truyền thẳng.
WiMAX là mạng khơng dây phủ sóng một vùng rộng lớn, thuận tiện cho
việc triển khai mạng nhanh, thuận lợi và có lợi ích kinh tế cao so với việc kéo
cáp, đặc biệt là vùng có địa hình phức tạp. Vì vậy, mạng truy nhập khơng dây
băng rộng WiMAX sẽ đáp ứng được các chương trình phổ cập Internet ở các
vùng sâu, vùng xa, nơi có mật độ dân cư thưa. Đối với các vùng mật độ dân
cư vừa phải (ngoại vi các thành phố lớn nơi đòi hỏi cung cấp đa dịch vụ với
chất lượng được đảm bảo) thì việc triển khai WiMAX để cung cấp các dịch
vụ đa phương tiện sẽ nhanh và có hiệu quả kinh tế cao hơn và với việc cung
cấp băng thông rộng sẽ đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng. WiMAX có
những ưu thế vượt trội so với các công nghệ cung cấp dịch vụ băng thông
rộng hiện nay về tốc độ truyền dữ liệu và giá cả thấp do cung cấp các dịch vụ
trên nền IP. Với khả năng truy nhập từ xa, tốc độ dữ liệu cao đáp ứng đa dạng
các dịch vụ như Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trực
18


tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video
và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật... WiMAX phù hợp với các ứng
dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong các máy tính xách tay và PDA,
cho phép truy nhập khơng dây băng rộng ngồi trời ở các khu vực đơ thị,
đồng thời cũng thích ứng với các ứng dụng truy nhập băng rộng cố định ở
những vùng xa xôi, hẻo lánh.
WiMAX là một giải pháp tuyệt vời về mặt công nghệ kết nối nhưng sẽ
cần một chi phí lớn phải bỏ ra để phát triển hạ tầng cho một hệ thống mới
trong khi hệ thống cũ vẫn còn chưa được sử dụng hết. Quả thực, nếu phải đầu

tư một khoản kinh phí để triển khai WiMAX trên một quy mơ lớn trong khi
công nghệ 3G vẫn là tiềm năng chưa khai thác hết thì chắc chắn các cơng ty
viễn thơng sẽ phải tính tốn và cân nhắc hết sức kỹ lưỡng trước khi bỏ tiền
đầu tư cho việc phát triển dịch vụ này.
1.4. Đặc điểm
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:
 Backhaul. Sử dụng các anten điểm – điểm để nối nhiều hotspot với
nhau và đến các trạm gốc qua những khoảng cách 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.
WiMAX đã được phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như:
o Cấu trúc mềm dẻo: Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy nhập
internet hiện nay như ADSL, thuê kênh riêng, các thiết bị di động hay wifi,
chúng đều có những đặc điểm riêng ,nhưng đa phần đều có những hạn chế mà
khơng đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng truy nhập internet của khách hàng
trong thời điểm hiện tại và tương lai. Ví như truy nhập ADSL thì cho tốc độ
tối đa là 8Mbit/s với loại hình này thì cần phải có đường dây đấu nối, và cũng
rất phức tạp, khó triển khai tại các địa điểm có địa hình phức tạp, hay như
19


công nghệ truy nhập bằng thiết bị di động ở thế hệ 2G thì hỗ trợ tốc độ là 9,6
kbit/s làm sao có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng internet được với lại giá
thành của nó quá cao, hiện nay kể cả các thế hệ sau như GPRS (2,5G) thì
cũng chỉ hỗ trợ tốc độ số liệu truy nhập là 172kbit/s hay EDGE (2,75G) thì
cũng cho phép tối đa 384 kbit/s. Kể cả với thế hệ 3G sắp tới thì cũng chỉ cho
phép hỗ trợ tốc độ truy nhập tối đa là 2M bit/s cũng không thể nào đáp ứng
được. Với cơng nghệ WiFi thì cho tốc độ cao hơn nhưng chỉ có thể cho phép

kết nối với các máy tính gần nhau mà thơi khoảng cách phủ sóng cũng cự kỳ
hạn chế. Chính vì lẽ đó lên WIMAX đã ra đời , nó phát triển từ năm 1998 và
đến năm 2004 cho ra chuẩn 802.16a là loại truy nhập cố định; năm 2005 thì
cho ra chuẩn 802.16e cho phép các thiết bị đầu cuối có thể di động được. Với
Wimax thì tốc độ tối đa cho phép truy nhập lên tới 70 Mbit/s.
o Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với
hỗn hợp lưu lượng sẽ được mang. Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp
phát tự nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi
vịng khơng thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE).
o Lắp đặt dễ dàng: Lắp đặt dễ dàng là một chìa khóa để giảm các chi phí
triển khai tại các nước đang phát triển hoặc các vùng nông thôn. Tại các vùng
nông thôn, các khoảng cách lớn từ điểm truy cập tới mạng lõi, các làng, các
trang trại,... nằm rải rác ở vùng nơng thơn cũng là chìa khóa làm cho bất kỳ sự
triển khai công nghệ khác nào đó đều rất tốn kém. Tại các nước đang phát
triển, ngồi những khó khăn trên là việc thiếu cơ sở hạ tầng chính (điện,
đường,...) và điều kiện mơi trường (nhiệt độ, độ ẩm,...) Nhờ vào các lợi ích
bao phủ NLOS/LOS (Non - Light Of Sight), nhà vận hành/cung cấp dịch vụ
có thể dễ dàng lập kế hoạch dự đốn trước 95% mức độ bao phủ chắc chắn và
sẽ thành công khi ước tính chi phí lắp đặt và triển khai. Việc lắp đặt nhanh
chóng và dễ dàng với tỷ lệ kết nối có chất lượng thành cơng cao có nghĩa là
các nhà vận hành tiêu tốn ít tiền khi đầu tư, vận hành và khai thác mạng của
20


họ. WiMAX NLOS cũng có khả năng cho phép tự lắp đặt các thiết bị CPE
(Customer Provided Equipment) trong nhà trong bán kính vài km.
o Vùng phủ sóng rộng: Thậm chí quan trọng hơn sự hạn chế về dải
thơng, vùng bao phủ, tức là khả năng vươn tới bất kỳ khách hàng tiềm năng
nào trong khu vực bao phủ của trạm gốc là cơ sở cho nhà khai thác và cung
cấp dịch vụ đạt được mục tiêu kinh doanh của mình. Trong khi rất nhiều các

giải pháp băng rộng khơng dây sẵn có hiện nay có thể chỉ cung cấp dải bao
phủ trong tầm nhìn thẳng (LOS), WiMAX nhờ vào cơng nghệ OFDM
(Orthogonal frequency division multiplexing) của nó đã tối ưu hố để cung
cấp vùng bao phủ khơng trong tầm nhìn thẳng (NLOS) lên tới 15km xung
quanh trạm gốc và phát trong cự ly dài tới 50 km trong các điều kiện LOS.
Kết hợp cả vùng bao phủ LOS và NLOS, WiMAX là một giải pháp lý tưởng
để nhận được vùng bao phủ theo yêu cầu chính xác và là kinh tế nhất.
o Tính tương thích: WiMAX được phát triển trợ giúp bởi diễn đàn
WiMAX (hơn 300 thành viên), WiMAX sẽ trở thành một cơng nghệ tồn cầu
theo tiêu chuẩn băng rộng và sẽ bảo đảm khả năng làm việc liên kết (tức là có
nhiều nhà khai thác các đầu cuối khách hàng (CPE)), một công nghệ đáng tin
cậy và đang phát triển, nhưng cũng nhờ vào sự tổ hợp và số lượng cao, nó sẽ
bảo đảm các thiết bị với chi phí rất thấp. Với CPE có giá dưới 100 USD là
một trong các mục tiêu đầu tiên có lợi cho các nước đang phát triển.
o Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả
năng di động. Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số
trực giao) và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các
thiết bị và các dịch vụ trong một môi trường di động. Những cải tiến này, bao
gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (nhiều đầu ra nhiều đầu vào), và hỗ trợ
đối với chế độ idle/sleep và hand – off, sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ
ở tốc độ tới 160 km/h. Mạng WiMax di động cho phép người sử dụng có thể
truy cập Internet khơng dây băng thông rộng tại bất cứ trong thành phố nào.

21


o Khả năng linh hoạt: Vô tuyến là linh hoạt hơn và do vậy dễ dàng để
triển khai theo yêu cầu của thị trường (đáp ứng theo các yêu cầu). Mặc dù hầu
hết các công nghệ vô tuyến hiện hữu đều có dải thơng hạn chế hoặc có vùng
bao phủ (thường là vài trăm mét xung quanh trạm gốc) dẫn đến chi phí rất cao

cho sự kết hợp của các cơng nghệ (có dây và/hoặc khơng dây), các lợi ích của
công nghệ WiMAX là mang lại một vùng bao phủ rộng và có thể được triển
khai như là một sự kết nối trên “chặng cuối cùng” điểm đa điểm nhưng cũng
như là phần sức mạnh phía PSTN và các điểm truy cập internet. WiMAX có
thể được triển khai như một mạng truy cập. Với vùng phủ sóng 30- 50 km
trong các điều kiện nhìn thẳng (LOS), WiMAX đưa ra một sự cải thiện to lớn
bao trùm lên tất cả các công nghệ vô tuyến băng rộng hiện hữu. Với sự thêm
vào khả năng cho nhà vận hành khai thác để thích nghi với sự cấu hình mạng
sẽ giúp cho nhà khai thác dễ dàng có được vùng bao phủ, tốc độ kết nối, các
dịch vụ và phân cấp dịch vụ theo chiến lược của mình. WiMAX cung cấp một
giải pháp rất hữu ích để đáp ứng mục đích của nhà khai thác.
o Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà khơng
địi hỏi tầm nhìn thắng giữa BS và MS. Khả năng này của nó giúp các sản
phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS.
o Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các trạm
gốc với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất.
o Một cơng nghệ đa ứng dụng: Từ thoại thông qua IP (VoIP) tới
internet tốc độ cao và phát video quảng bá (IPTV), WiMAX cho phép các nhà
cung cấp dịch vụ đưa ra tất cả các thế hệ hiện đại nhất của các dịch vụ và tiếp
sau nhờ vào thông lượng lên tới hàng chục Mbps. Với sự quan tâm tới các
khách hàng tiềm năng, điều này có nghĩa là WiMAX có dung lượng để phân
phối các dịch vụ từ gia đình đến doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME- Small to
Medium Enterprise), doanh nghiệp nhỏ và hộ kinh doanh (SOHO- Small
Office/Home Office), các quán cà phê, các trung tâm đa truyền thông, các
trường học và bệnh viện,...
22


o Khả năng linh hoạt về phổ: Cùng với mục tiêu trở thành cơng nghệ
chuẩn hóa tồn cầu cho băng rộng, WiMAX sẽ sử dụng một thiết bị vô tuyến

đơn bao phủ tất cả các băng tần có cấp phép và không cấp phép được phân
định bởi ITU cho các dịch vụ như: Hai băng tần có cấp phép (3,3- 3,8) GHz
và (2,3- 2,7)GHz. Một băng tần không cấp phép (5,725- 5,85) GHz. Thêm
vào tính linh hoạt được cung cấp để định địa chỉ tất cả các vị trí phổ quốc gia,
nhờ hiệu quả cao về chi phí cho thiết bị vô tuyến đơn này sẽ làm cho các trạm
gốc và các thiết bị phía khách hàng CPE là rất hấp dẫn.
o Cho phép truy cập cố định và di động: Các mạng WiMAX sẽ cho
phép cung cấp dịch vụ dữ liệu băng rộng theo hình thức cố định, di động và
băng rộng vô tuyến di động liên kết trên cùng một mạng.
o Bảo mật: Bằng cách mật hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và MS, sử
dụng chuẩn mật hóa tiên tiến AES ở chế độ CCM, đảm bảo sự toàn vẹn của
dữ liệu trao đổi qua giao diện vô tuyến. Cung cấp cho các nhà vận hành với sự
bảo vệ mạnh chống lại những hành vi đánh cắp dịch vụ.
1.5. Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX
1.5.1. Một số ưu điểm chính của cơng nghệ WiMAX
1.5.1.1. Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân
tần trực giao)
Kỹ thuật này giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phép
WiMAX hoạt động tốt trong môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn, do
đó khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có thể lên đến 50km.
Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ các sóng mang con có thể chồng lấn lên
nhau nên sẽ tiết kiệm, sử dụng hiệu quả băng thông và cho phép truyền dữ
liệu với tốc độ cao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt động ở chế độ TDD (song công
phân thời) với tỉ số đường xuống/đường lên (downlink- to- uplink ratio) là 3:1
thì tốc độ đỉnh tương ứng sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps.
1.5.1.2. Hệ thống WiMAX có cơng suất cao
Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường: hướng
lên(uplink) và hướng xuống (downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng
23

xuống và đều sử dụng kĩ thuật OFDM. OFDM sử dụng tối đa 2048 sóng
mang, trong đó 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh
con, mỗi kênh con tương đương 48 sóng mang. WiMAX cịn sử dụng thêm
điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256 - QAM kết hợp các
phương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã
xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kết nối với hoạt động phân
loại sóng mang và tăng cơng suất qua khoảng cách xa hơn.
Ngồi ra WiMAX cịn cho phép sử dụng cơng nghệ TDD và FDD cho
việc phân chia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống.
1.5.1.3. Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division
Multiple Access- truy nhập OFDM)
Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏ
thành nhiều băng con 1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩ
thuật OFDM, cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời một hay nhiều kênh
một cách linh hoạt, đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông.OFDMA cho phép
thay đổi tốc độ dữ liệu để phù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay đổi số
mức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt
là: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tương ứng với băng thông kênh truyền là:
1.25MHz, 5MHz, 10MHz; nhờ vậy sẽ dễ dàng hơn cho user kết nối giữa các
mạng có băng thơng kênh truyền khác nhau.
1.5.1.4. Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai
 WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền
802.16, tập chuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và
cố định của IEEE, nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do diễn đàn
WiMAX chứng nhận phù hợp, tương thích ngược với HiperLAN của ETSI
cũng như Wi- Fi.
 Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá khơng gian, mã
hố thời gian.
24

 Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP: QoS (trong các dịch vụ đa
phương tiện, thoại), ARQ (giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), ….
1.5.1.5. Chi phí thấp
 Thiết lập, cài đặt dịch vụ WiMAX dễ dàng sẽ giảm chi phí cho nhà
cung dịch vụ cũng như khách hàng.
 Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ truyền thông đa
phương tiện ở các vùng sâu, vùng xa, những nơi khó phát triển hạ tầng mạng
băng rộng, khắc phục những giới hạn của đường truyền Internet DSL và cáp.
 CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử
dụng trong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem
có thể tự lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc có
thể sử dụng cùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cập
WiMAX chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việc
đầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vơ tuyến (RF),
làm chi phí giảm hơn nữa.
1.5.2. Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX
 Dải tần WiMAX sử dụng khơng tương thích tại nhiều quốc gia, làm
hạn chế sự phổ biến công nghệ rông rãi.
 Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo
mật.
 Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do
hiện giờ đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau. Theo diễn dàn
WiMAX chỉ mới có khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứng
nhận bao gồm: Alvarion, Selex Communication, Airspan, Proxim Wilreless,
Redline, Sequnas, Siemens, SR Telecom, Telsim, Wavesat, Aperto, Axxcelera.
 Về giá thành: Dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (như
Intel, Alcatel, Alvarion, Motorola…) tham gia nghiên cứu phát triển nhưng
giá thành vẫn còn rất cao.

25