Công nghệ wimax, ứng dụng và tiềm năng phát triển

Đồ án tốt nghiệp

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA CƠNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tà i:

Cơng nghệ wimax
Sinh viên thực hiệ n:

LÊ XUÂN HỐNG
Lớp 46K - ĐTVT

Giả ng viên hướng dẫ n: KS. LÊ ĐÌNH CƠNG

Vinh, 5-2010

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Lê Xuân Hồng

5

GVHD : KS. Lê Đình Công

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

6

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

LỜI MỞ ĐẦU
Khi thế giới bước vào kỷ nguyên của Internet, thiết bị di động và truyền tải
thơng tin băng rộng thì có rất nhiều cơng nghệ mới được nghiên cứu, thử nghiệm và
đi vào sử dụng.Trong vài năm lại đây, sự bùng nổ WiMAX (Worldwide
Interoperability for Microwave Access) - tên thương mại của chuẩn 802.16 với
nghĩa là khả năng tương tác toàn cầu với viba - đã tạo ra sự quan tâm rất lớn đối với
những người trong ngành và các cơ quan chuyên môn.
Là một công nghệ vô tuyến tiên tiến, WiMAX có những đặc điểm vượt trội như
là khả năng truyền dẫn tốc độ cực cao, chất lượng dịch vụ tốt, an ninh đảm bảo, dễ
dàng lắp đặt…chính vì vậy sự phát triển nhanh chóng của WiMAX là một tất yếu.
WiMAXtruyền tải tốc độ dữ liệu cao nhờ công nghệ khơng dây bằng sóng
viba theo họ chuẩn 802.16. Nó được xây dựng trên nền tảng ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao OFDM và lớp MAC linh hoạt, mềm dẻo…
Trải qua các giai đoạn phát triển, họ 802.16 được đưa ra nhiều chuẩn công

nghệ như là 802.16a, 802.16b, 802.16c, 802.16d, 802.16e, 802.16g…tuy nhiên
hiện nay các nhà khai thác đang thử nghiêm và sử dụng chủ yếu là họ chuẩn
802.16e do đây là họ chuẩn phù hợp với nhiều lĩnh vực kinh doanh trên thị trường như
là thiêt bị di động, thiết bị cầm tay, và cả thiết bị cố định…chuẩn tấn số
WiMAX khá rộng và đa dạng, nhưng theo khuyến khích thì tần số sử dụng cho
WiMAX tốt nhất ở các dải tần như là: 2,3GHz, 2,4 GHz 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5
GHz, 3,7 GHz, và 5,8 GHz. Đây là các tấn số áp dụng tốt nhất cho chuẩn 802.16e.
Trên thế giới tính đến ngày 16.10.2007 thì đã có 1272 giấy phép cấp cho
WiMAX, tăng gấp đơi so với năm trước , theo thăm dò ý kiến từ ngày 11.04.2007 đến
ngày 11.05.2007 với 1388 người u thích cơng nghệ tại Đơng Nam Á với độ tuổi
trung bình là 25 thì có tới 99,2% số người được hỏi cho biết họ muốn có WiMAX
tại nơi họ sinh sống. Đây là số liệu điều tra của Motorola tại Hồng Kông, Malasia và
Philippin.
Chính vì những điều đó, em nhận thấy WiMAX là cơng nghệ đang có tiềm

Lê Xn Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

7

năng nhất hiện nay với khả năng phát triển vững chắc và lâu dài…cho nên em chọn
đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là: “Nghiên cứu cơng nghệ WiMAX và ứng
dụng ở Việt Nam”.
Trải qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, đúc kết dưới sự chỉ bảo tận tình

của các thầy cơ giáo em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp của mình đúng như thời
gian yêu cầu của nhà trường đặt ra.
Đồ án của em bao gồm:
Chương 1: Tìm hiểu cơng nghệ Wimax
Chương 2:Tìm hiểu cơng nghệ Wimax di động
Chương 3: Ứng dụng của Wimax
Chương 4 :Tiềm năng phát triển của Wimax
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo đã giúp đỡ em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy
giáo KS.Lê Đình Cơng, người trực tiếp hướng dẫn em làm đồ án này !
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, anh chị em cùng toàn thể bạn bè giúp đỡ để
hoàn thành bản đồ án trong thời gian sớm nhất !
Xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên
Lê Xuân Hồng

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

8

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

Chương 1: Cơng nghệ wimax
1.1. Lịch sử, q trình phát triển
1.1.1. Lịch sử

Ngày nay sự phát triển của mạng viễn thông với dịch vụ ngày càng đa dạng đã làm
cho các công nghệ truy nhập tiên tiến ngày càng được phát minh và đưa vào phục
vụ. Hiện nay chúng ta biết đến truy nhập Internet với các dịch vụ quay số Modem
thoại, ADSL hay các đường thuê bao riêng hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như
điện thoại di động hay mạng WiFi. Mỗi phương pháp truy nhập mạng đều có đặc
điểm riêng:
+ Với Modem quay số điện thoại thì tốc độ thấp.
+ ADSL có tốc độ lên tới 8Mb/s nhưng cần có đường dây kết nối.
+ Các đường thuê bao riêng thì giá thành đắt mà lại khó triển khai với các khu
vực có địa hình phức tạp.
+ Hệ thống thông tin di động hiện nay cung cấp tốc độ truyền 9,6Kb/s là rất
thấp so với nhu cầu của người sử dụng.
+ GSM (2G),GPRS (2,5G) cho phép truy nhập ở tốc độ 172,2Kb/s hay EDGE
ở 300 đến 400Kb/s cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ
Internet.
+ Hệ thống di động 3G thì tốc độ truy nhập Internet cũng không vượt quá
2Mb/s.
+ Mạng WiFi (hay LAN khơng dây) chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao
đổi thơng tin khoảng cách ngắn.
Với thực tế các công nghệ như vậy, WIMAX (Worldwide Interoprability for
Microwave Access) đã ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy nhập
Internet khơng dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi. Hệ thống

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

9

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

WIMAX có thể cung cấp đường truyền với tốc độ lên tới 70Mb/s và có bán kính
phủ sóng của một trạm là 50Km. Mơ hình phủ sóng của WIMAX tương tự như
mạng tế bào. Hoạt động của WIMAX rất mềm dẻo và tương tự như của WiFi khi
truy nhập mạng tức là khi một máy tính có nhu cầu truy nhập mạng thì nó sẽ tự
động kết nối đến trạm anten WIMAX gần nhất.Điều quan trọng nhất WIMAX xây
dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE.802.16.

1.1.2. Quá trình phát triển
Quá trình phát triển của WiMAX trải qua một số các chuẩn như là:
Chuẩn 802.16:
Chuẩn IEEE 802.16a, được công nhận vào tháng 1/2003, cung cấp khả năng truy
cập băng rộng không dây ở đầu cuối, giữa người sử dụng và điểm kết nối, bằng
các băng tần từ 2 đến 11 GHz. Dải tần này cho phép kết nối mà không cần thoả mãn
điều kiện tầm nhìn thẳng. Điều này khiến cho chuẩn IEEE 802.16a trở thành một
công nghệ sáng giá dành cho các ứng dụng kết nối đầu cuối là những ứng dụng hay
bị ảnh hưởng của vật cản như cây cối hay nhà cửa, cũng như dành cho các trạm gốc
chỉ gắn được trong nhà mà không gắn được trên đỉnh tháp hay đỉnh núi.
Để hỗ trợ mơ hình kinh doanh có lợi nhuận, các nhà khai thác và cung cấp
dịch vụ mạng cần phải duy trì một hỗn hợp khách hàng là doanh nghiệp tạo doanh thu
cao và số lượng lớn các thuê bao tư nhân. Các hệ thống 802.16a có thể đáp ứng được
yêu cầu này bằng cách hỗ trợ nhiều cấp dịch vụ khác biệt.
Bán kính của phủ sóng của một điểm phát 802.16a điển hình có thể xa từ 4 tới
6 dặm. Chuẩn mới này sẽ giúp ngành viễn thông tạo ra các giải pháp chung cho các
kiểu thị trường băng rộng:
a. Băng thông theo yêu cầu. Công nghệ không dây 802.16a cho phép các nhà
cung cấp dịch vụ triển khai được dịch vụ có tốc độ tương đương với sử dụng giải

pháp kết nối dây chỉ trong vài ngày với chi phí cực thấp. Nó cũng cho phép đặt cấu
hình tức thời theo yêu cầu kết nối tốc độ cao dùng cho các sự kiện ngắn ngày
như hỗ trợ triển lãm.
b. Trục nhánh của mạng tế bào. Băng thông lớn của cơng nghệ 802.16 khiến nó trở
thành sự lựa chọn tuyệt vời để tải dữ liệu trục nhánh cho các trạm gốc của mạng

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

10

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

tế bào theo cấu hình mạng điểm nối điểm.
c. Băng thơng rộng cho gia đình: Lấp đầy khoảng trống kết nối mà thuê bao số và
mạng cáp không cung cấp dịch vụ tới được. Có nhiều giới hạn ngăn cản cơng nghệ thuê
bao số và mạng cáp tiếp cận tới người dùng băng thông rộng tiềm năng. Điều này sẽ
thay đổi nhờ việc tung ra các hệ thống chuẩn dựa trên 802.16a.
d. Các khu vực thiếu dịch vụ. Công nghệ Internet không dây dựa trên công nghệ
IEEE 802.16 là một sự lựa chọn tự nhiên cho khu vực nông thôn thiếu dịch vụ và
các khu vực ngoại ơ có mật độ dân số thấp.
Dịch vụ không dây kết nối tốt nhất. Chuẩn IEEE 802.16e* mở rộng tới 802.16a
giới thiệu khả năng di động cho phép người sử dụng kết nối khi đang di chuyển
ngồi khu vực nhà ở của mình.
Các yếu tố khiến 802.16 a trở nên khác biệt
Thông lượng. Bằng cách sử dụng một phương thức điều chế mạnh, IEEE

802.16a tạo ra thơng lượng cao trên khoảng cách có năng suất phổ mức cao chịu lỗi
phản xạ tốt. Trạm gốc có thể đánh đổi thông lượng để lấy khoảng cách.
Khả năng mở rộng được. Để sử dụng được kế hoạch mạng cho cả hai phổ
được cấp phép và miễn phép trên tồn cầu, chuẩn 802.16a hỗ trợ các băng thơng
kênh linh hoạt.
Phủ sóng. Bên cạnh việc hỗ trợ phương thức điều chế mạnh và động, chuẩn
IEEE 802.16a cũng hỗ trợ các cơng nghệ tăng cường việc phủ sóng trong đó có các
kỹ thuật topo mạng nhện và ăng ten thông minh.
Chất lượng dịch vụ. Chuẩn IEEE 802.16a bao gồm các tính năng Chất lượng
dịch vụ cho phép các dịch vụ như thoại và email là những dịch vụ đòi hỏi mạng có
độ trễ thấp hoạt động được. Dịch vụ thoại dùng 802.16a có thể dùng ghép kênh phân
chia thời gian (TDM) hoặc IP (VoIP).
Bảo mật. Các tính năng bảo mật và mã hóa có sẵn trong chuẩn 802.16a để hỗ
trợ truyền thơng tin an tồn và nhận dạng, giải mã số liệu.
Bằng việc sử dụng chuẩn 802.16a, các nhà cung cấp dịch vụ mạng có thể giảm
chi phí nghiên cứu phát triển bằng cách phân bổ chi phí trên lượng sản phẩm lớn hơn.
Một điểm quan trọng nữa là đối với hàng triệu người trên thế giới không thể kết nối
băng thông rộng qua mạng cáp hoặc thuê bao số, công nghệ không dây IEEE

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

11

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

802.16a mới sẽ là đường dẫn thứ ba (ngoài đường dây điện thoại và cáp truyền
hình) kết nối các hộ gia đình, doanh nghiệp, các điểm truy cập công cộng và các
quán cafe có dịch vụ truyền dẫn tới rất nhiều lợi ích của Internet.
Chuẩn cơ bản 802.16 basic
Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao
diện (interface) không dây dựa trên một nghi thức MAC (Media Access Control)
chung. Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát (BS - Base
Station) và người sử dụng (SS - Subscriber Station). Trong một vùng phủ sóng, trạm
BS sẽ điều khiển tồn bộ sự truyền dữ liệu (traffic). Điều đó có nghĩa là sẽ khơng có
sự trao đổi truyền thông giữa hai SS với nhau. Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một
kênh uplink và downlink. Kênh uplink sẽ chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh
downlink có đặc điểm broadcast. Trong trường hợp khơng có vật cản giữa SS và BS
(line of sight), thơng tin sẽ được trao đổi trên băng tần cao. Ngược lại, thông tin sẽ
được truyền trên băng tần thấp để chống nhiễu.
Các chuẩn bổ sung (amendments) của WiMAX
- 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2 - 11 GHz. Đây là băng
tần thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các
chướng ngại trên đường truyền. 802.16a cịn thích ứng cho việc triển khai mạng
Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thơng qua một
thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới
rộng.
- 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 - 6 Ghz với mục đích cung ứng
dịch vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng
dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (class of service).
Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a.
- 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dải băng tần từ
10-66GHz với mục đích cải tiến interoperability.
-802.16d : Có một số cải tiến nhỏ so với chuẩn 802.16a. Chuẩn này được chuẩn
hóa 2004. Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này.
- 802.16e : Đang trong giai đoạn hồn thiện và chuẩn hóa. Đặc điểm nổi bật của

chuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn nhất mà

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

12

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

vẫn có thể dùng tốt dịch vụ này là 100km/h). IEEE 802.16e hay IEEE 802.16e2005 là một chuẩn mở rộng (amendment) của chuẩn 802.16-2004, thường được gọi là
WiMAX di động (Mobile WiMAX) vì nó có khả năng đáp ứng dịch vụ cho người
dùng di động thông qua các giao thức chuyển giao. 802.16e dùng kỹ thuật đa truy
nhập SOFDMA; sử dụng kỹ thuật MIMO và AAS để cải thiện vùng phủ và năng
suất; mã Turbo và LDPC để tăng tính an tồn và cải thiện hiệu năng của NLOS.
- Ngồi ra cịn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong
giai đoạn chuẩn hóa như 802.16g, 802.16f, 802.16h...

1.2. Tầm nhìn chung
1.2.1. Thành phần hệ thống
Hệ thống WIMAX gồm 2 phần:
+ Trạm gốc WIMAX: trạm gốc bao gồm thiết bị điện tử trong nhà và tháp
WIMAX. Thông thường, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 10 km (theo lý
thuyết, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 50 km). Mọi node vơ tuyến bên
trong vùng phủ sóng có thể truy cập internet.
+ Máy thu WIMAX: máy thu và anten có thể là hộp riêng lẻ hoặc card PC ở
trong máy tính hay máy tính xách tay. Truy cập tới trạm gốc WIMAX tương

đương với truy cập tới điểm truy cập vô tuyến trong mạng WiFi, nhưng vùng phủ
sóng lớn hơn. Một vài trạm gốc được kết nối với một trạm gốc khác với việc sử
dụng các liên kết sóng vi ba backhaul tốc độ cao.

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

13

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

Hình 1.1: Các cấu hình mạng trong các vùng thành thị và nơng thơn
Một vài trạm gốc có thể được nối với một trạm gốc khác sử dụng các liên kết
backhaul tốc độ cao. Điều này cho phép thuê bao WIMAX chuyển vùng từ một trạm
gốc này tới vùng trạm gốc khác, giống như chuyển vùng được cho phép bởi các công
ty điện thoại tổ ong.
Một vài lựa chọn backhauling và cấu hình được hỗ trợ cho các trạm gốc
WIMAX: backhauling có dây (thường qua Ethernet), kết nối vi ba điểm tới điểm,
cũng như backhaul WIMAX. Đối với lựa chọn sau cùng, trạm gốc có khả năng
backhaul chính nó. Điều này có thể đạt được bằng cách dự trữ phần độ rộng băng tần
thường được dùng cho lưu lượng người sử dụng đầu cuối và sử dụng nó cho các
mục đích backhauling.

1.2.2.Thành phần cơng nghệ
Nhìn chung về mặt cơng nghệ thì WiMAX sử dụng những công nghệ sau đây
là quan trọng nhất:

Các chuẩn và cơng nghệ chính sử dụng trong WiMAX:
- Chuẩn IEEE802.16
- Lớp MAC của chuẩn IEEE802.16
-Kỹ thuật OFDM
- FEC (Forward Error Corection)
- Phương pháp truyền khung dừng và chờ ARQ, truyền lại có lựa chọn ARQ.
Trên đây là những thành phần cơng nghệ mà WIMAX nói chung sử dụng.
WIMAX được xây dựng trên chuẩn của ITU (liên minh viễn thông thế giới) đậy là
tiêu chuẩn của công nghệ không dây chuẩn cho WIMAX, ngồi ra xung quanh
chuẩn đó người ta còn sử dụng thêm nhiều các kỹ thuật khác nữa như đã nói ở trên.
Đối với WIMAX di động thì do đặc thù của tính di động nên người ta còn phải
chú trọng nhiều đến những vấn đề liên quan để tăng khả năng phát sóng và thu sóng
của thiết bị di động.

1.3. Ưu điểm, nhược điểm
Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

14

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

1.3.1. Ưu điểm
Được xây dựng trên tiêu chuẩn IEEE.802.16, WIMAX là hệ thống đa truy
nhập không dây băng rộng dùng công nghệ OFDM với cả hai kiểu đường truyền LOS
và NLOS.

Chuẩn WIMAX phát triển với nhiều mục tiêu, chúng được tổng kết ở dưới đây:

Hình 1.2: Ưu điểm của cơng nghệ WIMAX
• Kiến trúc mềm dẻo: WIMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống, bao gồm điểm tới
điểm, điểm tới đa điểm, và bao phủ khắp nơi. MAC (điều khiển truy nhập
phương tiện) WIMAX hỗ trợ điểm tới đa điểm và các dịch vụ ở khắp nơi bằng
cách sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao (SS). Nếu chỉ có một SS
trong mạng, thì trạm gốc WIMAX sẽ thông tin với SS trên cơ sở điểm tới điểm. Một
BS trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng một anten búp hẹp hơn để phủ các
vùng lớn hơn.
• Bảo mật cao: WIMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hóa tiên tiến) và DES (trong đó
là chuẩn mật mã hóa số liệu). Bằng cách mật mã hóa các liên kết giữa BS và SS,
WIMAX cung cấp các thuê bao riêng (chống nghe trộm) và bảo mật trên giao diện
không dây băng rộng. Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà khai thác sự bảo vệ mạnh
mẽ chống ăn trộm dịch vụ. WIMAX cũng được xây dựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp
sự bảo vệ dữ liệu được truyền bởi các người sử dụng khác nhau trên cùng một BS.

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

15

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

• Triển khai nhanh: so với sự triển khai của các giải pháp dây, WIMAX u cầu ít
hoặc khơng u cầu xây dựng kế hoạch mở rộng. Ví dụ, đào hố để hỗ trợ rãnh của

các cáp không được yêu cầu. Các nhà khai thác có giấy phép để sử dụng một trong
số các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sử dụng một trong các băng tần
không được cấp phép, không cần thiết xem xét sâu hơn các ứng dụng cho Chính Phủ.
Khi anten và thiết bị được lắp đặt và được cấp nguồn, WIMAX sẽ sẵn sàng phục vụ.
Trong hầu hết các trường hợp, triển khai WIMAX có thể hồn thành trong khoảng mấy
giờ, so với mấy tháng cho các giải pháp khác.
• QoS WIMAX: WIMAX có thể được tối ưu hóa hỗn hợp lưu lượng được mang. Bốn
loại dịch vụ được hỗ trợ:
Loại dịch vụ

Mô tả

Dịch vụ cấp tự nguyện UGS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian
(UGS)

thực bao gồm các gói số liệu kích thước cố định được phát
ra tại các khoảng tuần hoàn, như T1/E1 và thoại trên nền IP

Dịch vụ kiểm soát thời rtNS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian
gian thực (rtPS)

thực bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà được
phát ra tại các khoảng tuần hoàn, như MPEG video

Dịch vụ kiểm soát nrtPS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu dung sai
vòng phi thời gian trễ bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà yêu
thực (nrtPS)

cầu tốc độ số liệu tối thiểu, như FTP.

Best Effort (BS)

Dịch vụ BS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu
mà không yêu cầu mức dịch vụ tối thiểu và có thể xử lý
trên cơ sở giá trị khơng gian.
Bảng 1.1: QoS WIMAX

• Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng tần
hiện tại là 7 MHz), các hệ thống WIMAX có thể cung cấp độ rộng băng tần đáng kể
cho các người sử dụng đầu cuối.
• Độ bao phủ rộng hơn: WIMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồm BPSK,
QPSK, 16-QAM, và 64-QAM. Khi được trang bị với một bộ khuyếch đại công suất

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

16

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK hoặc QPSK), các hệ thống
WIMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi đường giữa BS và SS thơng
suốt.
• Mang lại lợi nhuận: WIMAX dựa trên chuẩn quốc tế mở. Chuẩn được thông
qua đa số, sử dụng chi phí thấp, các chipset được sản xuất hàng loạt, sẽ điều khiển giá
hạ xuống; và cạnh tranh giá cả làm cho các nhà cung cấp dịch vụ, người sử dụng

đầu cuối tiết kiệm được chi phí.
• Dịch vụ đa mức: Là loại mà QoS đạt được dựa vào hợp đồng mức dịch vụ
(SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Hơn nữa, một nhà cung cấp
dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau cho những người đăng ký khác nhau,
hoặc thậm chí cho những người sử dụng khác nhau trong cùng một SS.
• Khả năng cùng vận hành: WIMAX dựa vào các chuẩn cung cấp trung lập,
quốc tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải và sử dụng SS của họ tại
các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Khả năng cùng
vận hành bảo vệ vốn đầu tư ban đầu của nhà khai thác vì nó có thể chọn thiết bị từ các
đại lý thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làm giảm giá thiết bị.
• Khả năng mang theo được: Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi SS WIMAX
được cấp cơng suất, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kết với BS, chỉ cần
SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàm phán các đặc tính
truyền dẫn phù hợp.
• Tính di động: Chuẩn 802.16e IEEE được thêm một số đặc điểm chủ yếu trong
việc hỗ trợ tính di động. Các cải tiến được tạo ra cho lớp vật lí OFDMA và OFDM để
cung cấp các thiết bị và dịch vụ trong môi trường di động. Các môi trường này bao
gồm: OFDMA có thể chia tỷ lệ được, MIMO, và hỗ trợ chế độ idle/sleep, chuyển
giao, cho phép tính di động hoàn toàn tại tốc độ 160 km/h. Chuẩn hỗ trợ bởi Forum
WIMAX được hưởng hiệu năng NLOS (tầm nhìn không thẳng) tốt hơn của OFDM và
hoạt động chịu được đa đường, làm cho nó phù hợp hơn với mơi trường di động.
• Q trình hoạt động tầm nhìn khơng thẳng: NLOS thường ám chỉ đường dẫn vơ
tuyến có miền Fresnel thứ nhất bị chặn hoàn toàn. WIMAX dựa vào công nghệ OFDM

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

17

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

có dung lượng vốn có của các mơi trường NLOS. Dung lượng này giúp các sản phẩm
WIMAX phân phát độ rộng băng tần rộng trong môi trường NLOS, mà các sản phẩm
vô tuyến khác không làm được.
WIMAX cho phép cả hai công nghệ TDD (Time Division Duplexing) và
FDD (Frequency Division Duplexing) cho phân chia truyền dẫn của hướng lên và
hướng xuống.

1.3.2. Hạn chế, nhược điểm wimax
Với bất cứ hệ thống truyền thông vơ tuyến nào thì ảnh hưỏng của mơi trường
truyền sóng là khơng thể tránh khỏi. Hệ thống WIMAX cũng có những hạn chế về
đường truyền:
• Ảnh hưởng của thời tiết xấu đặc biệt là mưa to có thể làm gián đoạn các dịch vụ.
• Các sóng vơ tuyến điện lân cận có thể gây nhiễu với kết nối WIMAX và là
nguyên nhân gây suy giảm dữ liệu trên đường truyền hoặc làm mất kết nối.
• Ngồi ra vì đây là cơng nghệ hồn tồn mới do đó việc chuẩn hóa chưa thực sự
trên phạm vi tồn thế giới nên khó khăn trong lắp ráp, thay thế ở các khu vực khác
nhau.
1.4. Ngun lý
1.4.1. Sơ đồ ngun lý

Hình 1.3: Mơ hình truyền thông của WIMAX

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp

18

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

1.4.2. Ngun tắc hoạt động
WIMAX sử dụng kĩ thuật phát sóng vơ tuyến ngắn để kết nối các máy tính tới một
khu vực của mạng. Q trình kết nối thơng qua các dây kết nối DSL hoặc các bộ
biến đổi cáp.Các công việc của WIMAX rất phù hợp với không gian gần từ các
trạm chính nơi mà yêu cầu thiết lập đường nối dữ liệu tới mạng toàn cầu được
đưa ra. Sử dụng trong vịng 3 đến 5 dặm của trạm chính sẽ có thể thiết lập đường
truyền với tốc độ lên tới 70Mb/s. Người sử dụng trong vịng bán kính 30 dặm từ
trạm chính với một anten ROD và truyền trong tầm nhìn thẳng sẽ có thể kết nối với
tốc độ lên tới 280Mb/s.
Cấu trúc WIMAX gồm 2 phần:
• Trạm phát: cũng như trạm BTS trong mạng thông tin di động với cơng suất
lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2.
•

Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các thẻ (card) mạng cắm vào hoặc

được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong máy tính.
Các trạm (BTS) phát được kết nối với mạng Internet thông qua các đường
truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể nối tới một BTS khác như một trạm trung
chuyển bằng đường truyền thẳng LOS (Line of sight), vì vậy mà WIMAX có vùng phủ
sóng rộng lớn. Các anten thu, phát có thể trao đổi thơng tin với nhau qua các tia truyền
sóng thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng các anten được đặt

cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có
thể đạt tối đa. Có thể sử dụng ở tần số cao lên đến 66Ghz bởi vì tần số này tín hiệu ít bị
giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. Nếu có tia
phản xạ thì WIMAX dùng băng tần thấp hơn 2 - 11Ghz vì ở tần số thấp tín hiệu dễ
dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật để
đến đích.
Về mặt cấu trúc phân lớp, WIMAX được chia thành 4 lớp:
• Lớp con tiếp ứng (convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy
nhập và các lớp trên.
• Lớp đa truy nhập (MAC).
• Lớp truyền dẫn (Transmission).

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

19

• Lớp vật lí.
Các lớp này tương ứng với hai lớp dưới cùng của mơ hình OSI và được tiêu chuẩn hóa
để có thể giao tiếp với các ứng dụng lớp trên.
Digital
audio/ Digital
video
Telephone ATM

multicast

OSI Data
Link Layer

Bridge
LAN

IP

Backhau

Virtual
Poin to Frame
Poin relay

Convergence
MAC

OSI Physical
Layer

Transmission
Physical

Hình 1.4: Mơ hình phân lớp trong hệ thống WIMAX so sánh với OSI
1.5. Công nghệ
1.5.1. Chuẩn IEEE802.16
Chuẩn 802.16 là chuẩn đưa cho mạng không dây MAN ở dải tần 2-11Ghz.
Các linh kiện thì có khả năng di động và dùng cho vệc kết nối các hotspots của

802.11 với Internet, khả năng kết nối không dây với mạng DSL trong việc kéo dài
đường truyền tới nhà thuê bao. Nó cung cấp vùng phủ dịch vụ khoảng 50 km và
khơng cần tầm nhìn thẳng tới trạm cơ sở. Tốc độ dữ liệu lên tới 280Mbps cho mỗi
trạm cơ sở.

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

20

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

Hình 1.5: Các chuẩn không dây cho các mạng khác nhau
Chi tiết về tiêu chuẩn này được cụ thể trong bảng sau:

Hoàn thành

802.16

802.16a

802.16e

12/2001

1/2003

Đánh giá vào Q32004

Phổ cho phép

Từ 10-66 GHz

Điều kiện kênh

Yêu cầu tầm nhìn Khơng u cầu

< 11GHz

< 6 GHz
Khơng u cầu

thẳng
Tốc độ bit

32 - 134 Mbps ở > 75 Mbps ở 20 >1 Mbps ở 5 MHz
28 MHz cho mỗi MHz cho mỗi kênh cho mỗi kênh
kênh

Điều chế được sử QPSK,
dụng

4QAM

16QAM, OFDM

256

của Như 802.16a

sóng mangQPSK,
16QAM,64QAM

Ứng dụng

Cố định

Cố định

Di động và xách
tay

Độ rộng kênh

20,25 và tới 28 1,25 - 20 MHz

Như 802.16a

MHz
Khả

năng

ứng 1 - 3 dặm

dụng

3 -5 dặm. Lớn nhất Khoảng 1 - 3 dặm
là 30 dặm cho các
ứng dụng có anten
ở các tồ nhà cao

Bảng 1.2: Các đặc tính của chuẩn IEEE802.16
1.5.2. Đặc trưng lớp MAC của IEEE802.16
1.5.2.1. Lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng
MAC CS bao gồm các chức năng thích ứng đặc trưng. Hai đặc điểm có thể
dùng được: ATM (kiểu truyền dẫn không đồng bộ) CS, để thích ứng lưu lượng

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

21

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

ATM, và gói CS, để thích ứng lưu lượng IP và Internet. Các chức năng chính CS là:
Phân loại SDU và ghép kênh (vào trong một kết nối dữ liệu đơn); và xoá hoặc tạo lại
tiêu đề tải trọng.

1.5.2.2. Lớp con phần chung (MAC CPS)
MAC CPS chịu trách nhiệm đối với một vài chức năng quan trọng có chung kĩ
thuật CS khách. Phần này miêu tả các chức năng sau:

a) Quá trình kết nối
WiMAX là hướng kết nối. Điều này có nghĩa là trước khi gửi thơng tin người sử
dụng, nó cần thiết lập một kết nối giữa một SS và một BS hoặc một SS và một SS
khác phụ thuộc vào cấu hình sử dụng. Đa hướng được hỗ trợ. Mỗi kết nối có một
nhận dạng kết nối 16 bit (CID). Có bốn loại kết nối khác nhau: cơ bản, sơ cấp, thứ cấp
và dữ liệu. Kết nối dữ liệu thường được sử dụng để truyền thông tin người sử dụng
trên một đường khơng trực tiếp, trong khi đó ba loại cịn lại được sử dụng để truyền
thơng tin điều khiển.
b) MAC PDU
Các MAC PDU được chia làm ba phần: một tiêu đề chung (6 byte); một tải
trọng độ dài thay đổi và một mã kiểm tra tuần hoàn (4 byte). Độ dài PDU lớn nhất
là 2 Kbyte. Tải trọng có thể được sử dụng để truyền thông tin điều khiển qua các
tiêu đề con. Tải trọng có thể rỗng hoặc đầy với các tiêu đề con, các MAC PDU
hoặc các đoạn. Để mà đàm phán băng thơng, nó được phát triển một MAC PDU
khơng chấp nhận. PDU này có một tiêu đề đặc biệt, chứa các thơng số băng thơng.
Có năm loại tiêu đề con: đoạn, gói, quản lí trợ cấp, lưới và cấp phát hồi tiếp nhanh.
Tiêu đề con đoạn được sử dụng để điều khiển đoạn MAC SDU thành hai hoặc
nhiều MAC PDU, trong khi đó tiêu đề con gói được sử dụng để tập hợp một hoặc
nhiều MAC SDU thành một MAC PDU. Tiêu đề con quản lí trợ cấp cho phép các
u cầu băng thơng khơng cần gửi một PDU dành riêng. Yêu cầu được mang cùng
với một MAC PDU chung. Khi cấu hình MAC được sử dụng, tiêu đề con lưới chứa
một ID node, được sử dụng chỉ địa chỉ của node trong hàng xóm của chúng. IEEE
802.16TM-2004 mơ tả 41 bản tin quản lí được phát trong các tải trọng MAC PDU
qua các kết nối quản lí. Các MAC PDU được sắp xếp trong các khung lớp vật lí.

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp

22

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

c) Phân kênh
Không chỉ TDD (phân kênh phân chia theo thời gian) mà cả FDD (phân kênh phân
chia theo tần số) cũng được hỗ trợ. Trong FDD cả các cạnh cũng phát ngay lập tức
trên các tần số khác nhau, trong khi đó trong TDD chỉ một tần số được sử dụng và
nó được chia sẻ dựa vào thời gian. Khung TDD có hai phần: khung con đường lên
và khung con đường xuống. Mỗi khung con được phân chia thành các khe vật lí
(PL) đối với các giao diện khơng gian sóngm mang đơn, và thành các burst đối với
các giao diện không gian OFDM. Các MAC PDU được chèn trong các PL hoặc các
burst theo các giao diện không gian được triển khai. Trên FDD, mơ hình song cơng
và bán song công được cho phép.
d) Sắp xếp
Sắp xếp được triển khai để cấp phát băng thông cho các kết nối. Đối với giao diện
khơng gian sóng mang đơn, BS gửi trong khung con đường lên một sắp xếp đường
xuống (DL-MAP) và một sắp xếp đường lên (UL-MAP).

DL-MAP chứa các khe

thời gian một SS có thể sử dụng để trên đường xuống. UL-MAP chứa các khe thời
gian một SS phải nghe trong đường lên. Khung con đường lên bắt đầu với các MAP
này, được gửi qua giao diện không gian tới tất cả các SS. Vì vậy, ULMAP và DLMAP định nghĩa băng thông được cấp phát cho các kết nối (qua số các khe thời gian
có thể), các khe thời gian mỗi trạm phải phát và nhận, và mô tả burst được sử dụng.
Đối với giao diện không gian OFDM, các kí hiệu OFDM và các kênh con được sử
dụng. IEEE 802.16TM-2004 mô tả xử lý sắp xếp cho mỗi giao diện không gian.
Chúng khá khác nhau.

e) Lập lịch, yêu cầu băng thông và trợ cấp
Lập lịch được triển khai để định nghĩa quyền ưu tiên truyền dẫn các MAC SDU
qua các kết nối MAC tồn tại. Với mỗi kết nối nó được kết hợp với một loại lập lịch
được xác định trước. Mỗi loại có các thơng số xác định các yêu cầu chất lượng dịch
vụ (QoS). Có bốn loại được định nghĩa: dịch vụ trợ cấp tự nguyện (UGS), dịch vụ
kiểm soát thời gian thực (rtPS), dịch vụ kiểm sốt thời gian khơng thực (nrtPS) và
nỗ lực tốt nhất (BE). UGS được định nghĩa cho lưu lượng tốc độ bít khơng đổi thời
gian thực, giống như trạng thái mạch. rtPS được định nghĩa cho lưu lượng tốc độ bít

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

23

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

thay đổi thời gian thực giống như lưu lượng video. nrtPS liên quan tới lưu lượng tốc độ
bít thay đổi thời gian không thực trễ dung sai, giống phân phối video. Đối với lưu
lượng dữ liệu tốc độ bit thay đổi, nó được định nghĩa một loại nỗ lực tốt nhất (BE).
Đối với các kết nối UGS, BS trợ cấp một cách định kỳ một lượng băng thông cố
định, được đàm phán khi thiết lập kết nối. Các loại khác phải yêu cầu định kỳ băng
thông, được cấp phát động trong khoảng truyền dẫn. Băng thơng có thể được u cầu
bởi một yêu cầu một mình (MAC PDU yêu cầu BW) hoặc một yêu cầu mang (tiêu
đề con MAC PDU). Các yêu cầu có thể tăng lên hoặc kết hợp lại. Các yêu cầu kết
hợp thay thế các kết nối ưu tiên được u cầu băng thơng, trong khi đó các u cầu
tăng lên cải thiện dịng băng thơng bởi lượng u cầu. Các SS phải u cầu băng

thơng theo chu kì đối với các kết nối BE, rtPS, nrtPS, vìvậy giảm sử dụng băng
thơng. Chu kì cập nhật phụ thuộc loại lập lịch và chất lượng liên kết. Thêm vào các
yêu cầu riêng lẻ, BS có thể cấp phát một yêu cầu khoảng thời gian, trong đó một
hoặc nhiều SS có thể gửi các bản tin yêu cầu băng thông. Xử lý này được gọi là bầu
cử. Bầu cử có thể được thực hiện theo hai cách: bầu cử đơn hướng và bầu cử dựa
vào đấu tranh. Trong bầu cử đơn hướng, BS cấp phát băng thông nghe các yêu cầu
của một SS, trong khi đó trong bầu cử dựa vào đấu tranh, BS cấp phát băng thông
nghe yêu cầu của một nhóm đa hướng các SS hoặc tất cả các SS. SS có nhiều cách để
u cầu băng thơng, kết hợp bầu cử đơn hướng với trả lời của các yêu cầu dựa vào
đấu tranh và hiệu quả của băng thơng tự nguyện.
Băng thơng có thể được trợ cấp trên kết nối (GPC) hoặc trên SS (GPSS).
Trong cả hai trường hợp, các yêu cầu băng thông được thông tin trên kết nối, để mà
cải thiện cấp phát băng thông BS. Tuy nhiên, trong GPC băng thông được trợ cấp
cho các kết nối đặc biệt, trong khi đó trong GPSS nó được trợ cấp cho SS, cái mà
quyết định phân phối nó.
f) Sự giải quyết xung đột
Mặc dù BS điều khiển cấp phát băng thơng trong đường xuống, nó có thể xuất
hiện xung đột trong khoảng thiết lập và khoảng thời gian u cầu băng thơng. Thuật
tốn mũ nhị phân rút ngắn được triển khai để giảiquyết các trạng thái xung đột.
g) ARQ
ARQ là xử lý phát lại các MAC PDU đã bị mất hoặc sai lạc. Theo IEEE

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

24

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

802.16TM-2004, cơ cấu ARQ là cơ cấu ARQ dựa vào bít chỉ dẫn dựa vào số thứ tự
đoạn của các tiêu đề con đoạn hoặc gói. Cơ cấu có thể làm việc hoặc như một xác
nhận tích luỹ, lựa chọn hoặc như một cơ cấu ARQ kết hợp. ARQ hỗ trợ tuỳ chọn và
có thể được lựa chọn cho mỗi kết nối. Lựa chọn được thực hiện trong khoảng thiết
lập kết nối. ARQ khơng có thể được sử dụng cùng với giao diện khơng gian sóng
mang đơn. Khi ARQ được cho phép, các MAC PDU có thể được phân trong các
khối ARQ. Xác nhận ARQ được gửi hoặc trong bản tin MAC riêng lẻ qua một kết
nối quản lí cơ bản hoặc được mang trên một MAC PDU qua một kết nối dữ liệu tồn
tại.
h) Mơ tả burst thích ứng
Để thích ứng các thay đổi trong điều kiện liên kết vô tuyến, IEEE 802.16TM-2004
đã triển khai một cơ cấu tiến bộ để mã hố, điều chế, sắp xếp và cơng suất truyền
dẫn động. Mơ tả burst thích ứng được sử dụng để thay đổi các đặc tính truyền dẫn
dựa vào trạng thái liên kết. Mục tiêu là cân bằng giữa sức mạnh và hiệu quả. Cơ cấu
khác giữa đường lên và đường xuống. Bản tin được sử dụng để thông tin trao đổi
giữa các thiết bị. BS không chỉ điều khiển SS mơ tả burst đường xuống sử dụng
UL-MAP mà cịn tính tốn mơ tả burst đường lên theo chất lượng của tín hiệu thu
được từ mỗi SS. Tuy nhiên các SS có thể u cầu thay đổi trong mơ tả burst đường
lên nếu điều kiện môi trường quá xấu.

1.5.3. Kỹ thuật OFDM
1.5.3.1 Kỹ thuật OFDM nói chung.
1.5.3.1.1. Sự ảnh hưởng của môi trường đến việc truyền dẫn
Thứ nhất ta phải khẳng định rằng môi trường truyền thông vô tuyến là một
môi trường khắc nghiệt nhất trong truyền dẫn thơng tin. Nó gây suy hao tín hiệu về biên
độ cũng như suy hao lựa chọn tần số kèm theo các hiệu ứng fading đa đường.
Sự suy hao tín hiệu tăng nhanh theo khoảng cách và ở tần số cao, ngoài ra sự

suy hao cũng phụ thuộc vào địa hình (khu vực nơng thơn, thành thị, đồng bằng hay
miền núi). Hình vẽ dưới đây minh hoạ sự suy giảm tín hiệu theo khoảng cách và trên
các loại địa hình với các điều kiện truyền dẫn khác nhau của hai hệ thống ISM tần số
2,4 GHz và UNII tần số 5,4 GHz.

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

25

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

Hình 1.6: Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách.
Ngồi ra trong mơi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi
tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ nơi phát tới nơi
thu là điều không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này có thể làm biến dạng tín hiệu khiến
bên thu khơng thể khơi phục được tín hiệu.

1.5.3.1.2. Cơng nghệ OFDM với khả năng hạn chế nhiễu
WIMAX sử dụng công nghệ OFDM để truyền dữ liệu ở giao diện vô tuyến và
cho phép các thuê bao truy nhập kênh. Cũng có nhiều công nghệ khác ở giao diện
này như FDM, CDMA. Tuy nhiên OFDM đã chứng tỏ nó có những ưu điểm hơn rất
nhiều về tốc độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đã được
IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng trong chuẩn
IEEE.802.16.
Các kĩ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA như trong chuẩn 802.11b rất

dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường vì thời gian trễ có thể vượt qua khoảng thời
gian của một kí tự. OFDM sử dụng kĩ thuật truyền song song nhiều băng tần con nên
kéo dài thời gian truyền kí tự lên nhiều lần. Ngồi ra OFDM cịn chèn thêm một
khoảng bảo vệ GI (Gaurd Interval) thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh
truyền giữa 2 kí tự nên nhiễu ISI có thể được loại bỏ hồn tồn.
Trên kênh truyền dẫn thì nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề ảnh
hưởng lớn đến chất lượng truyền thông tín hiệu. Tuy vậy OFDM cũng rất mềm dẻo và
linh hoạt khi giải quyết vấn đề này. OFDM có thể khôi phục lại kênh truyền thông

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

26

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

qua tín hiệu dẫn đường (Pilot) được truyền đi cùng với dòng tín hiệu thơng tin. Ngồi
ra với các kênh con suy giảm nghiêm trọng về tần số thì OFDM cịn có một lựa chọn
nữa để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm bớt số bit mã hóa cho một tín hiệu điều chế tại kênh
tần số đó.

f
Tín hiệu sóng mang với
phương thức truyền thống

f

OFDM

Hình 1.7: So sánh sóng mang của OFDM với các hình thức truyền thống
Hình trên so sánh giữa hai hình thức điều chế. Đối với các hình thức truyền
thống, một sóng mang đơn với băng thơng rộng sẽ được truyền đi, trong khi với
OFDM băng thông rộng này được chia thành các băng con, mỗi băng con sẽ ứng với
một sóng mang con, các sóng mang con trực giao nhau. Việc chia băng con này sẽ
làm tốc độ trên mỗi băng con này giảm đi N lần, tuy nhiên, chu kì của một sóng mang
cũng sẽ dài hơn N lần. Điều này giúp cho việc đồng bộ dễ dàng hơn, tránh nhiễu đa
đường cũng tốt hơn. Việc chia thông tin cũng giúp cho việc chống nhiễu tốt hơn, vì
nếu bị nhiễu, cũng chỉ bị nhiễu trên các cụm đơn lẻ, nên có thể khắc phục dễ dàng
hơn.
Mỗi sóng mang được gán luồng dữ liệu để truyền đi. Biên độ và pha của
sóng mang được tính tốn dựa trên phương thức điều chế (thường là QPSK, BPSK,
QAM). Sau đó dùng biến đổi IFFT (Inverse Fast Fourier Tranform) để biến từ
miền tần số về miền thời gian. IFFT là một phương pháp biến đổi hiệu quả và đảm
bảo cho các sóng mang con trực giao. Tại bộ nhận, người ta dùng biến đổi
FFT(Fast Fourier Tranform) để biến đổi ngược lại từ miền thời gian sang miền tần số.

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

27

Một vấn đề quan trọng trong truyền dẫn là sự đòi hỏi khắt khe về sự đồng bộ vì
sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây
ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Intercarrier Interfrence) mà hậu quả là phá bỏ sự trực
giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng ảnh hưởng tới hệ thống cũng như BER.
Tuy nhiên OFDM cũng có thể giảm bớt sự phức tạp của vấn đề đồng bộ thông qua
khoảng bảo vệ GI. Việc sử dụng chuỗi GI cho phép OFDM có thể điều chỉnh tần số
thích hợp mặc dù việc thêm GI cũng đồng nghĩa với việc giảm hiệu quả sử dụng
băng tần.

Carrier
Phase
Serial
TX data

Serrial to
para

Transmitter

Carrier
Modulator

Guard
Periot
Insertion

IFFT

Frame
sync

Insertion

RF
Modunlator
Amplifier

Time Waydom

Carrier Amplifier

Frenquency Connection

Carrier Phase

Para
Serial

Carrier
Demod

Guard
Priod
Removal

FFT

Serial
RX data

Receiver

Time Sync

RF
Amplifier
Demod

Frame
Detection

Hình 1.8: OFDM phát và thu
Bộ Serial to Para định dạng luồng dữ liệu, nhóm các bit lại để gán cho các
sóng mang (Ví dụ sẽ nhóm 6 bit một nhóm nếu là QAM64)
Bộ Carrier Modulation mã hoá vi sai dữ liệu trong mỗi sóng mang, sau đó
ánh xạ theo dạng khố dịch pha PSK. Mã hố vi sai địi hỏi phải có dữ liệu ban
đầu, do đó một symbol sẽ được thêm vào ban đầu. Sau đó dữ liệu sẽ được ánh xạ
theo pha tuỳ theo cách điều chế. Ví dụ với QPSK các góc sẽ là 0, 90, 180, 270 độ.
Điều này có nghĩa là biên độ sẽ là hằng số, nên sẽ ít nhạy cảm với méo phi tuyến.
Bộ IFFT biến đổi từ miền tần số sang miền thời gian

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

28

GVHD : KS. Lê Đình Cơng

Bộ Guard Period Insertion thêm khoảng bảo vệ vào sau mỗi sóng mang
Tại bộ nhận, trình tự làm theo chiều ngược lại. Khoảng bảo vệ sẽ được loại bỏ,
sau đó dùng biến đổi FFT biến từ miền thời gian sang miền tần số. Sau đó dùng bộ giải
điều chế để ánh xạ các sóng mang thành luồng dữ liệu tương ứng.
OFDM là một công nghệ chia nhỏ băng tần thành các băng nhỏ hơn. Trong
WIMAX theo chuẩn 802.16d, đã áp dụng công nghệ này. Vì vậy WIMAX fixed có thể
hoạt động được trong môi trường NLOS(Non Light of Sight). Trong WIMAX fixed
được chia thành 256 sóng mang con, 198 là dành cho dữ liệu, còn lại dành cho
khoảng bảo vệ.

1.5.3.2. Kĩ thuật OFDMA cho mạng WIMAX
1.5.3.2.1. Nguyên lý cơ bản
WIMAX dùng công nghệ đa truy nhập kênh OFDM lớp MAC, với việc hỗ trợ
bởi hai phương pháp truyền song công FDD và TDD.
Ưu điểm của phương pháp này là cho phép linh hoạt thay đổi độ rộng băng
tần lên hoặc xuống vì vậy có thể thay đổi tốc độ phát hoặc thu dữ liệu chứ không
phải là cố định như trong ADSL hay trong CDMA.
Trong Wi-Fi thì tất cả các trạm đều truy nhập một cách ngẫu nhiên đến điểm
truy cập AP, vì vậy mà khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm giảm
thông lượng của mạng. Nhưng ở lớp MAC của 802.16 thì quá trình truy nhập của mỗi
thuê bao là được định trước vì vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh
truyền dẫn là thời điểm ra nhập mạng. Sau mỗi thời điểm đó thì mỗi trạm được
trạm gốc gắn cho một khe thời gian, khe thời gian đó có thể mở rộng hay co hẹp lại
trong quá trình truyền dẫn.

1.5.3.2.2. Những đặc tính vượt trội
Ưu điểm của việc đặt sẵn lịch trình này là việc truyền dẫn vẫn hoạt động một cách
ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê bao đăng ký vượt quá cho phép làm
tăng khả năng sử dụng băng tần. Ngồi ra nó cịn cho phép trạm gốc có thể điều

Lê Xuân Hồng

Lớp 46 K-ĐTVT