Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt

Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
LỜI MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ truyền thông vô tuyến
băng rộng qua khoảng cách xa, nhiều công nghệ nổi lên như để chứng tỏ tiềm năng và tính
khả thi của mình như công nghệ DSL, ADSL, WiFi. Nhưng cho tới nay tất cả những công
nghệ này tuy hiện nay rất phổ biến nhưng dường như vẫn không đáp ứng được nhu cầu
ngày càng cao của người dùng về mặt tốc độ, khả năng phủ sóng… WiMAX nói chung và
đặc biệt là WiMAX di động nói riêng với những đặc tính vượt trội đã chứng tỏ mình là một
giải pháp tích cực có thể giải quyết các vấn đề đa truy nhập về mặt chi phí lắp đặt, khoảng
cách phủ sóng, tốc độ đường truyền, đồng thời thu hút được sự tham gia hợp tác của các
tập đoàn điện tử lớn trong việc sản xuất thúc đẩy sự hoàn thiện của công nghệ mới này.
Đề tài khóa luận tốt nghiệp với tiêu đề: “Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng
dụng triển khai trên mạng nội hạt” được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan
về công nghệ WiMAX di động đồng thời nghiên cứu tình hình triển khai của công nghệ
mới này trong điều kiện thực tế ở Việt Nam để trả lời các câu hỏi như: “Tại sao công nghệ
mới này lại hấp dẫn các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng cũng như các khách hàng
như vậy?” và “Quá trình triển khai trên thực tế được thực hiện như thế nào, kết quả thu
được là gì?”. Đồng thời, việc nghiên cứu tìm hiểu về WiMAX di động trong tình hình
mạng viễn thông Việt Nam hiện nay là điều cần thiết không chỉ đối với thị trường nói
chung cũng như các các nhà quản lý mà quan trọng hơn sẽ giúp trang bị cho sinh viên khoa
điện tử - viễn thông của trường Đại học Công Nghệ những nền tảng kiến thức thực tế cơ
bản về việc ứng dụng và phát triển công nghệ mới này.
Trên cơ sở những thông tin có sẵn từ các tài liệu trong và ngoài nước, phần nội dung
của bài viết được thực hiện thông qua đọc và phân tích đồng thời nêu lên quan điểm của
bản thân về những vấn đề cần nghiên cứu. Nội dung bài khóa luận bao gồm 2 phần chính:
 Chương 1: Tổng quan về chuẩn 802.16e và WiMAX di động.
 Chương 2: Các đặc tính kỹ thuật của WiMAX di động.
 Chương 3: Ứng dụng triển khai WiMAX di động trên mạng nội hạt tại Việt Nam
MỤC LỤC
- 1 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt

LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................1
MỤC LỤC......................................................................................................................2-4
DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................5-6
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................7
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................................................8-11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN 802.16e VÀ WiMAX DI ĐỘNG..........12
1.1 Giới thiệu chung về WiMAX di động ....................................................................12
1.2 Mô hình hệ thống ..................................................................................................14
1.3 Kiến trúc mạng WiMAX di động...........................................................................15
1.4 Kỹ thuật truyền thông số .......................................................................................16
1.4.1 Mô tả lớp vật lý...........................................................................................16
1.4.1.1 Các khái niêm cơ bản về OFDM.........................................................16
1.4.1.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa.........................................19
1.4.1.3 SOFDMA theo tỷ lệ (S-OFDMA).......................................................22
1.4.1.4 So sánh OFDM và OFDMA................................................................23
CHƯƠNG 2: CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA WIMAX DI ĐỘNG...............26
2.1 Cấu trúc khung TDD..............................................................................................26
2.2 Các đặc điểm lớp PHY cải tiến khác......................................................................28
2.3 Mô tả lớp MAC (Media Access Control) ...............................................................30
2.3.1 Dịch vụ lập lịch MAC.................................................................................32
2.3.2 Hỗ trợ QoS .................................................................................................33
2.3.3 Quản lý nguồn.............................................................................................35
2.3.4 Quản lý di động...........................................................................................36
2.3.5 Bảo mật ......................................................................................................37
2.3.6 Truy nhập kênh truyền................................................................................38
- 2 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
2.4 Các đặc điểm cải tiến của WiMAX di động............................................................39
2.4.1 Công nghệ anten thông minh.......................................................................39
2.4.1.1 MIMO ............................................................................................39

2.4.1.2 Công nghệ anten thông minh ...................................................................40
2.4.2 Sử dụng lại tần số phân đoạn .....................................................................42
2.4.3 Dịch vụ Multicast và Broadcast (MBS).......................................................44
2.5 Các vấn đề về phổ của WIMAX di động................................................................45
2.6 Kiến trúc WiMAX end-end....................................................................................46
2.6.1 Hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng..................................................................48
2.6.2 Liên mạng và chuyển vùng ........................................................................48
2.6.3 Bảo mật......................................................................................................51
2.6.4 Tính di động và chuyển giao.......................................................................52
2.6.5 Khả năng mở rộng, vùng bao phủ và lựa chọn nhà khai thác.......................53
2.6.6 Khả năng liên hoạt động của đa nhà sản xuất..............................................54
2.6.7 Chất lượng dịch vụ .....................................................................................54
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI WiMAX DI ĐỘNG TRÊN MẠNG NỘI
HẠT TẠI VIỆT NAM .................................................................................................55
3.1 Tổng quan..............................................................................................................55
3.2 Triển khai WIMAX di động của công ty Viễn Thông Hà Nội (HNPT) ..................56
3.2.1 Mục tiêu triển khai......................................................................................56
3.2.1.1 Yêu cầu về dịch vụ cho hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng..........56
3.2.1.2 Đối tượng khách hàng của hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng.....56
3.2.2 Qui mô triển khai WIMAX di động tại Hà Nội ..........................................56
3.2.3 Phối hợp thử nghiệm triển khai Wimax giữa Motorola và HNPT................57
3.2.3.1 Mục đích của cuộc Phối hợp Thử nghiệm Công nghệ (PTC)...............59
- 3 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
3.2.3.2 Nội dung công việc triển khai.............................................................69
3.2.3.3 Sơ đồ chung về mạng của ULAP WiMAX .........................................70
3.2.3.4 Các thành phần hệ thống và thiết bị kiểm tra được yêu cầu.................71
3.2.3.4.1 Phần mềm ....................................................................................72
3.2.4 Cấu hình thử nghiệm ..................................................................................73
3.2.4.1 Các mô hình thử nghiệm ....................................................................74

3.2.4.1.1 Dịch vụ dữ liệu ...................................................................74
3.2.4.1.2 Dịch vụ thoại trên nền IP ....................................................75
3.2.4.1.3 Dịch vụ game tương tác ......................................................77
3.2.4.1.4 Dịch vụ mạng riêng ảo ........................................................78
3.2.4.1.5 Dịch vụ cấp phát địa chỉ IP-DHCP ......................................79
3.2.4.1.6 Thử nghiệm VOIP với VOIP Server và Voice Gateway ...... 80
3.2.5 Kết quả thử nghiệm triển khai Wimax di động ...........................................82
KẾT LUẬN CHUNG....................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................84
DANH MỤC HÌNH VẼ
- 4 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.1: Profile hệ thống WiMAX di động
Hình 1.2: Lộ trình phát triển công nghệ WiMAX
Hình 1.3: Mô hình hệ thống WiMAX
Hình 1.4: Kiến trục mạng WiMAX di động
Hình 1.5: Phân chia luồng số liệu trong OFDM
Hình 1.6: Mặt cắt của Cyclic Prefix
Hình 1.7: Mật độ phổ năng lượng của tin hiệu điều chế OFDM
Hình 1.8: Miền tần số OFDM
Hình 1.9: Mô hình kênh con hóa OFDM
Hình 1.10: Cấu trúc sóng mang con OFDMA
Hình 1.11: Sự phân bổ pilot và dữ liệu trong các ký hiệu chẵn lẻ
Hình 1.12: Cấu trúc tile của UL PUSC
Hình 1.13: So sánh OFDM và OFDMA
Hình 1.14: Tương quan so sánh giữa OFDM và SOFDMA
Hình 1.15: Tuyến lên trong OFDM và OFDMA
Hình 2.1: Cấu trúc khung WiMAX OFDMA
Hình 2.2: Mô hình điều chế trong 802.16e
Hình 2.3: Phân lớp MAC và các chức năng

Hình 2.4: Qos hỗ trợ WiMAX di động
Hình 2.5: Các bước kết nối với trạm BS
Hình 2.6 : Kỹ thuật MIMO
Hình 2.7: Chuyển mạch thích ứng cho anten thông minh
Hình 2.8 Cấu trúc khung đa miền
Hình 2.9: Sử dụng lại tần số
Hình 2.10: Hỗ trợ MBS nhúng với những vùng WiMAX-MBS di động
- 5 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 2.11: Mô hình tham chiếu mạng WIMAX
Hình 2.12: Cấu trúc mạng WiMAX trên nền IP
Hình 3.1: Sơ đồ các khu vực triển khai WiMAX di động
Hình 3.2: Cấu hình sản phẩm Ultra Light
Hình 3.3: Cấu hình sản phẩm ULAP
Hình 3.4: Framework quản lý các phần tử ULAP
Hình 3.5: Cấu hình cell điển hình (4 sector)
Hình 3.6: Module thuê bao ngoài trời
Hình 3.7: Cấu hình đa sector của ULAP
Hình 3.8: Cấu hình mạng chung ULAP
Hình 3.9: Cấu hình mạng
Hình 3.10: Cấu hình thử nghiệm WiMAX di động của HNPT
Hình 3.11: Thử nghiệm dịch vụ truyền file FTP
Hình 3.12: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web intranet
Hình 3.13: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web internet
Hình 3.14: Thử nghiệm dịch vụ VOIP PC-to-PC
Hình 3.15: Thử nghiệm dịch vụ Game trực tuyến
Hình 3.16: Thử nghiệm dịch vụ mạng riêng ảo VPN
Hình 3.17: SM built-in DHCP Server
Hình 3.18: External DHCP Server
Hình 3.19: Thử nghiệm VOIP với VOIP server (HNPT) và Voice Gateway (HNPT)

DANH MỤC BẢNG
- 6 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Bảng 1.1: Các tham số tỉ lệ OFDMA
Bảng 2.1: Các kỹ thuật mã hóa và điều chế được hỗ trợ
Bảng 2.2: Tốc độ dữ liệu PHY với các kênh con PUSC trong WiMAX di động
Bảng 2.3: Các dịch vụ trong QoS
Bảng 2.4: Các tùy chọn của Anten cao cấp
Bảng 2.5: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO
Bảng 3.1: Tổng hợp những đặc tính kỹ thuật chính của ULAP
Bảng3.2: Đặc tính kỹ thuật vô tuyến của ULAP
Bảng 3.4: Đặc tính kỹ thuật anten của ULAP
Bảng 3.5: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao
Bảng 3.6: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao (tiếp...)
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
- 7 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
AAA
Authentication, authorization and
Account
Nhận thực, cấp phép và lập
tài khoản
ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line
Đường dây thuê bao bất đối
xứng
AES-CCM
AES-CCM-based authenticated.
encryption
Thuật toán bảo mật mã hoã
nhật thực

AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích ứng
ARPU Average Revenue Per User
Chỉ số doanh thu bình quân
của một thuê bao/tháng
ASN gateway Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập
BS Base Station Trạm gốc
CCMP
Cipher Block Chaining Message
Authentication Code Protocol
Giao thức CCMP
CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung
CQI Channel quality indicator Chỉ thị chất lượng kênh
CQI Channel quality indicator
Một kênh chỉ thị chất lượng
kênh
CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ
CSN Core Service Network Mạng dịch vụ lõi
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động
DL Downlink Đường xuống
DL FUSC Fully Used Sub-Carrier
Sóng mang con sử dụng hoàn
toàn
DL PUSC Partially Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng một
- 8 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
phần
DOCSIS
Data Over Cable Service Interface
Specification
Dịch vụ truyền data bằng

đường cáp
DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số
EAP Extensible Authentication Protocol
Giao thức xác thực có thể mở
rộng
EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng
FBSS Fast Base Station Switching Chuyển mạch trạm gốc nhanh
FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung
FDMA Frequence Division Mutiplexing Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
HARQ
Hybrid Automatic Retransmission
Request
Yêu cầu truyền lại tự động
kết nối
HHO Hard Handoff Handoff cứng
HMAC Hashed Message Authentication Code
Khóa mã nhận thực bản tin
băm
IEEE
Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Viện các kỹ sư điện và điện
tử
LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng
MAI Multi Access Interfearence Nhiễu đa truy xuất
MDHO Macro Diversity Handover
Handover chuyển giao phân
tập vĩ mô

MIMO Multiple-input and multiple-output
Kỹ thuật sử dụng nhiều ăng-
ten phát và nhiều ăng-ten thu
để truyền và nhận dữ liệu
MS Mobile Station Trạm di động
- 9 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng
NOSL None-light of sight Không theo tầm nhìn thẳng
NRM Network Reference Model Mô hình tham chiếu mạng
NSP Network Service Provider Nhà cung câp dịch vụ mạng
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số trực giao
PKM Protocal of Key Management Phương thức quản lý khóa
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadratura Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phương
RTG Receive Transition Gap
Khoảng trống chuyển giao
đầu thu
RUIM Removable User Identity Module
Mô đun xác nhận người sử
dụng có thể di chuyển được

SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SFN Single Frequency Network Mạng một tần số
SIM Subscriber Identity Module Mô dun xác nhận thuê bao
SNMP Simple Network management
Giao thức quản lí mạng
Protocol đơn giản
SOFDMA
Scalable Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao theo tỉ lệ
SSCS Specify Services Convergence Sublayer
Lớp con hội tụ các dịch vụ
riêng
- 10 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
TDMA
Time Division Multiplexing
Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TTG Transmit Transition Gap
Khoảng trống chuyển giao
đầu phát
UL Uplink Đường lên
ULAP Ultra Light Access Point Điểm truy cập
WAC Wireless Access Controlle
Điều khiển truy cập không
dây

WiMAX
Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Khả năng tương tác toàn cầu
với truy nhập vi ba
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN 802.16E VÀ WiMAX DI ĐỘNG
1.1 Giới thiệu chung về WiMAX di động
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng tương tác
toàn cầu với truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên các chuẩn 802.11 và 802.16
của IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – Viện các kỹ sư điện và điện
tử) cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp, DSL,
ADSL hoặc hệ thống cáp quang tốn kém. Hệ thống WiMAX, theo như WiMAX Forum,
cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomandic - trong đó người sử dụng có thể di
chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối, mang xách được trong đó người sử dụng có thể di
chuyển ở tốc độ đi bộ, di động với khả năng phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50
km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS – Line of sight) và bán kính cell lên tới 8km
không theo tầm nhìn thẳng (NLOS – Non line of sight).
Trong họ IEEE 802.16 nổi bật nhất là chuẩn 802.16e – 2005 với khả năng đáp ứng
các ứng dụng cố định và đặc biệt là các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di
động. Chuẩn này đánh dấu sự phát triển vượt bậc trong khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng
ngày càng cao của người dùng. Với những thuộc tính vượt trội đặc biệt về tốc độ đường
truyền số liệu lên tới 64Mbps downlink và 28Mbps uplink khả năng cung ứng di động tối
đa lên tới 120km/h, và bán kính phủ lên tới 1/5/30km, WiMAX di động đang dần chứng tỏ
- 11 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
mình là một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực cung cấp giải pháp Internet băng rộng di
động và là một đối thủ cạnh tranh đáng gờm đối với mạng thông tin di động 3G LTE trong
việc cung ứng các dịch vụ tương tự như thoại VoIP, Internet di động hay TV di động.
WiMAX di động sẽ là một giải pháp vô tuyến băng rộng cho phép hội tụ mạng băng
rộng cố định và di động thông qua công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng

và kiến trúc mạng mềm dẻo. Giao diện vô tuyến WiMAX di động sử dụng phương thức đa
truy nhập chia theo tần số trực giao (OFDMA) để cải thiện vấn đề đa đường trong môi
trường NLOS. Phương thức OFDMA scalable (SOFDMA) được sử dụng trong bản bổ
xung IEEE 802.16e để hỗ trợ băng tần kênh thay đổi từ 1.25 tới 20 Mhz. Hiện nay, một
profile hệ thống WiMAX di động đang được phát triển nhằm xác định các đặc điểm bắt
buộc và tuỳ chọn của chuẩn IEEE để xây dựng các giao diện vô tuyến tuân theo WiMAX di
động. Profile hệ thống WiMAX di động này cho phép hệ thống di động được cấu hình dựa
trên tập hợp các đặc điểm chung do đó đảm bảo các cho đầu cuối và trạm gốc có thể liên
hoạt động. Một vài đặc điểm tuỳ chọn của profile trạm gốc được đưa ra nhằm tạo nên sự
mềm dẻo trong việc triển khai các cấu hình khác nhau với điều kiện hoặc tối ưu về khả
năng hoặc về vùng phủ. Profile WiMAX di động sẽ bao gồm độ rộng kênh 5, 6, 8.75 và 10
MHz trong băng tần số 2.3 GHz, 2.5 GHz và 3.5 GHz 002E
Hình 1.1: Profile hệ thống WiMAX di động
Hiện nay, một nhóm làm việc mạng của diễn đàn WiMAX đang phát triển các tiêu
chuẩn kỹ thuật mạng “mức cao” cho hệ thống WiMAX di động mà trong chuẩn IEEE
802.16 mới chỉ giải quyết các vấn đề đơn giản của các phần giao diện vô tuyến. Nhóm này
cũng đang nghiên cứu phiên bản khác là 802.16m với mục đích đẩy tốc độ dữ liệu của
WiMAX lên hơn nữa trong khi vẫn tương thích với WiMAX cố định và di động đã và đang
- 12 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
được triển khai. Phiên bản này theo dự kiến sẽ được hoàn thiện vào cuối năm 2009, như là
một bước tiến để vượt trội hơn 3G LTE và xâm nhập sâu rộng hơn vào thị trường di động
hiện nay. Phiên bản 802.16m sẽ vẫn dựa trên kỹ thuật ăng-ten MIMO trên nền công nghệ
đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động « Wave
2 ». 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn
hơn 350Mbps. Theo dự kiến,WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của 802.16m sẽ hoàn
thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010. Hình 1.2 dưới đây
thể hiện lộ trình phát triển của công nghệ WiMAX đã, đang và sẽ xuất hiện .
Hình 1.2: Lộ trình phát triển công nghệ WiMAX
1.2 Mô hình hệ thống

Mô hình phủ sóng mạng WiMAX hay WiMAX di động tương tự như một mạng điện
thoại di động với 2 phần: Trạm phát và Trạm thu.
 Trạm phát: Giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất
lớn, có thể phủ sóng khu vực rộng tới 8000 km
2
 Trạm thu: Có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp hoặc được gắn
thêm trên mainboard của máy tính như card WLAN.
- 13 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Người dùng có thể truy cập WiMAX di động tại bất cứ địa điểm nào dù là cố định
hay đang di động. Một điểm đáng chú ý đó là các trạm phát do được kết nối với mạng
Internet thông qua các đường truyền Internet tốc độ cao hoặc các trạm trung chuyển theo
đường truyền thẳng LOS nên khả năng phủ sóng của WiMAX là rất rộng. Các anten thu
phát có thể trao đổi thông tin qua các đường truyền LOS hoặc NLOS. Đối với trường hợp
truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao do vậy tín hiệu thu
được trong trường hợp này rất ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa. Tuy nhiên đối với trường
hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn, 2 – 11 GHz tương tự như WLAN,
tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ…để tới đích.
Hình 1.3: Mô hình hệ thống WiMAX
1.3 Kiến trúc mạng WiMAX di động
- 14 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.4: Kiến trúc mạng WiMAX di động
Ta thấy để thiết lập một mạng WiMAX hay WiMAX di động ta cần có các trạm phát
BS (giống BTS của mạng thông tin di động). Nhiều BS sẽ được kết nối, quản lý bởi một
ASN (Access Service Network) gateway. ASN Gateway này là thực thể miêu tả trong
WiMAX Forum, tuy nhiên trong các mạng triển khai thực tế thì người ta hay gọi là WAC
(WiMAX hay Wireless Access Controller). Nhiều WAC tập hợp lại tạo thành một ASN.
Nhiều ASN của cùng một operator tạo thành một NAP (Network Access Provider). Nhiều
nhà cung cấp khác nhau sẽ có thể triển khai nhiều mạng truy nhập khác nhau, rồi chúng sẽ

cùng kết nối với một hoặc nhiều CSN (Core Service Network).
ASN định nghĩa một đường biên logic và biểu diễn theo một cách thuận lợi để mô tả
tập hợp các thực thể chức năng và các luồng bản tin tương ứng kết hợp với các dịch vụ truy
cập. ASN biểu diễn đường biên cho chức năng liên kết nối với các mạng WiMAX khách,
các chức năng dịch vụ kết nối WiMAX và tập các chức năng của nhiều nhà cung cấp khác
nhau. CSN được định nghĩa là một tập các chức năng mạng cung cấp các dịch vụ kết nối IP
cho các thuê bao WiMAX. Một CSN có thể gồm các phần tử mạng như router (bộ định
tuyến), máy chủ/proxy nhận thực AAA, cơ sở dữ liệu người dùng và thiết bị cổng liên
- 15 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
mạng. Một CSN có thể được triển khai như một phần của nhà cung cấp dịch vụ mạng
WiMAX.
1.4 Kỹ thuật truyền thống số
1.4.1 Mô tả lớp vật lý
1.4.1.1 Các khái niêm cơ bản về OFDM
Công nghệ WiMAX di động chọn phương pháp truy cập đa điểm dựa trên việc phân
chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - OFDMA) để nâng
cao hiệu suất truyền giữa các điểm trong môi trường không phát sóng trực tiếp. Tuy nhiên
để hiểu rõ về OFDMA thì việc tìm hiểu những nét cơ bản về OFDM là rất cần thiết.
OFDM là công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao-một kỹ thuật hấp dẫn
sử dụng cho các hệ thống truyền thông số liệu tốc độ cao. Nó được phát triển từ 2 kĩ thuật
quan trọng là ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) và truyền thông đa sóng mang.
OFDM là một kỹ thuật ghép kênh mà chia băng tần thành các tần số sóng mang nhỏ như
được chỉ ra trong hình sau :
Hình 1.5: Phân chia luồng số liệu trong OFDM
Trong hệ thống OFDM, luồng số liệu đầu vào được chia ra thành các luồng con song
song với tốc độ số liệu nhỏ hơn và như vậy tăng khoảng thời gian của ký hiệu và mỗi luồng
nhỏ được điều chế và truyền trên một sóng mang trực giao. Hơn nữa, sự sử dụng tiền tố
lặp-CP (cyclic frefix) có thể hoàn toàn loại trừ xuyên nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) miễn là
thời lượng CP lâu hơn trễ kênh lan truyền. CP là một sự lập lại của một đoạn cuối của khối

số liệu và được gán tới đầu của đoạn tải số liệu như được chỉ ra trong hình:
- 16 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.6: Mặt cắt của Cyclic Prefix
Sử dụng CP để chống lại xuyên nhiễu giữa các ký hiệu và tạo cho kênh “xuất hiện”
vòng tròn. Một trong những nhược điểm của CP là làm giảm hiệu quả của băng thông do sử
dụng thêm ở phần tiêu đề. CP làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông đi một ít. Do phổ
OFDM có hình rất nhọn giống như “brick-wall”, do đó một phần lớn băng thông kênh được
sử dụng cho truyền số liệu nên giúp giảm ảnh hưởng trong việc sử dụng tiền tố vòng tròn.
Hình 1.7: Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế OFDM
OFDM có thể triển khai trên nhiều dải tần số khác nhau với đa kênh bằng cách sử
dụng mã hoá và thông tin tại sóng mang nhỏ trước khi đưa vào truyền dẫn.
- 17 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.8: Miền tần số OFDM
Điều chế OFDM có thể hiện thực hoá một cách hiệu quả với chuyển đổi Fourier
ngược nhanh. Điều này cho phép truyền một số lượng lớn các sóng mang nhỏ mà không
phức tạp trong việc thực hiện. Trong một hệ thống OFDM, các tài nguyên trong miền thời
gian chính là các ký hiệu OFDM và trong miền tần số là các sóng mang nhỏ. Nguồn tài
nguyên “tần số” và “thời gian” có thể được tổ chức thành các kênh con dùng cho việc phân
bổ tới từng người sử dụng riêng rẽ. Mỗi hình chữ nhật là một kênh con độc lập và cấp cho
những người sử dụng khác nhau:
Hình 1.9: Mô hình kênh con hóa OFDM
1.4.1.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) là một phương thức đa
truy nhập phân chia theo tần số trực giao, cung cấp hoạt động ghép kênh luồng số liệu cho
đa người sử dụng vào các kênh con đường xuống và đa truy nhập đường đa đường lên bằng
phương tiện kênh con đường lên.
- 18 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt

OFDMA là một công nghệ đa sóng mang phát triển trên nền kỹ thuật OFDM. Trong
OFDMA, một số sóng mang con, không nhất thiết là phải nằm kề nhau được gộp lại thành
một kênh con (sub-channel) và các user khi truy cập vào tài nguyên sẽ được cấp cho một
hay nhiều kênh con để truyền nhận tùy theo yêu cầu lưu lượng cụ thể.
OFDMA có một số ưu điểm như là tăng khả năng linh hoạt, thông lượng và tính ổn
định được cải thiện. Việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền nhận từ
một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm
những tác động như nhiễu đa truy xuất (Multi Access Interfearence-MAI).
OFDMA cho phép nhiều người dùng truy nhập các sóng mang con cùng một lúc. Ở
mỗi đơn vị thời gian, tất cả các người dùng có thể truy nhập. Việc ấn định các sóng mang
con cho một người dùng có thể thay đổi ở mỗi đơn vị thời gian.
Cấu trúc ký hiệu OFDMA bao gồm 3 kiểu sóng mang con như được chỉ ra trong hình
sau:
 Sóng mang con số liệu cho truyền dẫn số liệu
 Sóng mang con dẫn đường cho mục đích ước lượng và đồng bộ hoá
 Sóng mang con Null không để truyền dẫn truyền, được sử dụng cho phần băng
thông an toàn và tải mang DC.
Hình 1.10: Cấu trúc sóng mang con OFDMA
Sóng mang con (số liệu và pilot), được nhóm thành từng nhóm sóng mang con được
gọi là kênh con. WiMAX OFDMA lớp vật lý hỗ trợ kênh con hoá trong cả DL và UL. Khối
nguồn tài nguyên thời gian-tần số tối ưu cho kênh con hoá là một khe, bằng 48 tone số liệu
(sóng mang con).
- 19 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Có 2 kiểu hoán vị sóng mang con cho kênh con hoá: phân tán và kề nhau. Sự hoán vị
phân tán dẫn đến các sóng mang con giả ngẫu nhiên để hình thành một kênh con. Sự hoán
vị này mang đến tính đa dạng tần số và trung bình xuyên nhiễu giữa các cell. Sự hoán vị
phân tán bao gồm DL FUSC (Sóng mang con sử dụng hoàn toàn), DL PUSC (Sóng mang
con sử dụng một phần), UL PUSC và các hoán vị tuỳ chọn thêm. Với DL PUSC, mỗi cặp
ký hiệu OFDM, các sóng mang con có thể sử dụng hoặc khả dụng được nhóm thành các

cluster chứa 14 sóng mang liền kề trên một ký hiệu, với sự phân bổ pilot và số liệu trên mỗi
nhóm trong các ký hiệu chẵn và lẽ như hình sau..
Hình 1.11: Sự phân bổ pilot và dữ liệu trong các ký hiệu chẵn lẻ
Một nguyên lý sắp xếp lại được sử dụng để hình thành nhóm các cluster. Một kênh
con trong nhóm chứa 2 cluster và được được tạo bởi 48 sóng mang con số liệu và 8 sóng
mang con pilot. Các sóng mang con số liệu trong mỗi nhóm được tiếp tục hoán vị để tạo
thành các kênh con trong phạm vi nhóm. Vì vậy, chỉ các vị trí dẫn đường trong cluster là
được biểu thị trong hình trên.Các song mang con dữ liệu trong cluster được phân bổ cho
nhiều kênh con.
Tương tự với cấu trúc nhóm cho DL, một cấu trúc tile được xác định cho UL PUSC
có định dạng như hình 1.12
- 20 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.12: Cấu trúc tile của UL PUSC
Không gian sóng mang con hiệu dụng được chia thành các tile, được chọn từ phổ
bằng sơ đồ hoán vị/ sắp xếp lại, được nhóm cùng nhau để hình thành một khe. Khe bao
gồm 48 sóng mang số liệu và 24 sóng mang pilot trong 3 ký hiệu OFDM.
Hoán vị liền kề nhóm một khối các sóng mang con liền kề để hình thành kênh con.
Hoán vị liền kề bao gồm DL AMC và UL AMC, và có cùng một cấu trúc. Một “thùng”
(bin) bao gồm 9 sóng mang con trong một ký hiệu, với 8 được gán cho số liệu và một được
gán cho pilot. Một khe (slot) trong AMC được xác định như là một tập hợp các thùng với
kiểu (N*M=6), trong đó N là số thùng liền kề và M là số ký hiệu liền kề. Do đó, các kiểu
hoán vị này có thể là (6 bin, 1 ký hiệu, 3 bin, 2 ký hiệu, 1 bin 6 ký hiệu). Hoán vị AMC cho
phép nhiều người sử dụng bằng cách chọn kênh con với sự phản hồi tần số tốt nhất.
Nói chung, kiểu hoán vị sóng mang con đa dạng thực hiện tốt trong các ứng dụng di
động trong khi đó hoán vị sóng mang con liền kề lại phù hợp tốt cho môi trường di động
thấp, hoặc có thể lưu động hoặc cố định. Những tuỳ chọn này cho phép người thiết kế hệ
thống lựa chọn ra kiểu hoán vị phù hợp với hệ thống của mình.
1.4.1.3 S-OFDMA theo tỷ lệ
Đây là một đặc điểm bổ xung cho IEEE 802.16e để hỗ trợ chuyển giao dễ dàng.

Trong OFDM-TDMA và OFDMA, số lượng sóng mang con thường được giữ bằng
nhau với phổ có sẵn. Số sóng mang con không thay đổi dẫn đến không gian sóng mang con
thay đổi trong các hệ thống khác nhau. Điều này làm cho việc chuyển giao giữa các hệ
thống gặp khó khăn. Ngoài ra, mỗi hệ thống cần một thiết kế riêng và chi phí cao.
OFDMA theo tỉ lệ (S-OFDMA) giải quyết các vấn đề này bằng cách giữ cho không
gian sóng mang con không thay đổi. Nói cách khác, số sóng mang con có thể tăng hoặc
- 21 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
giảm với những thay đổi trong một băng tần cho trước. Ví dụ, nếu một băng tần 5MHz
được chia thành 512 sóng mang con, một băng tần 10MHz sẽ được chia thành 1024 sóng
mang con.
Bởi vì không gian sóng mang con là giữ nguyên trong S-OFDMA nên một máy di
động có thể chuyển giao giữa các hệ thống một cách suôn sẻ. Ngoài ra, với không gian
sóng mang con không thay đổi, một thiết kế là phù hợp cho nhiều hệ thống và có thể tái sử
dụng. Chi phí cho thiết kế và sản phẩm sẽ thấp hơn.
Cụ thể hơn thì S-OFDMA hỗ trợ một khoảng rộng băng thông để giải quyết một cách
mềm dẻo việc phân chia phổ thay đổi và đáp ứng các yêu cầu khác hữu ích. Scalability thực
hiện được do điều chỉnh kích thước FFT trong khi vẫn cố định khoảng cách tần số cho một
sóng mang là 10.94 kHz. Do băng thông sóng mang con và độ dài của ký tự là cố định, tác
động tới lớp cao hơn là nhỏ khi thay đổi băng tần. Các tham số S-OFDMA được mô tả
trong bảng. Băng tần hệ thống của profile ban đầu được phát triển bởi nhóm làm việc về kỹ
thuật với phiên bản-1 là 5 và 10 MHz (được tô sáng trong bảng)
Bảng 1.1: Các tham số tỉ lệ OFDMA
1.4.1.4 So sánh OFDM và OFDMA
Theo kỹ thuật ghép kênh cơ bản thì OFDM được sử dụng cho định dạng 802.16 –
2004 rất phù hợp với các ứng dụng cố định, trong khi chuẩn 802.16e lại sử dụng OFDMA
lại đặc biệt thích hợp với mục đích ứng dụng trong di dộng và về bản chất OFDM ít phức
tạp hơn so với SOFDMA.
- 22 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt

Hình 1.13: Tương quan so sánh giữa OFDM và SOFDMA
OFDMA tạo cho các định dạng 802.16e linh hoạt hơn rất nhiều trong việc quản lý các
dịch vụ người dùng khác nhau với nhiều kiểu anten và yếu tố hình dạng khác nhau. Nó đem
lại sự giảm bớt can nhiễu cho các thiết bị khách hàng có anten toàn hướng và khả năng
truyền NLOS được cai thiện – những yếu tố rất cần thiết khi hỗ trợ các thuê bao di động.
Việc tạo kênh phụ thuộc sẽ xác định các kênh con để có thể gán cho các thuê bao khác nhau
tùy thuộc vào các trạng thái kênh và các yêu cầu dữ liệu của chúng. Điều này tạo điều kiện
cho các nhà khai thác linh hoạt hơn trong việc quản lý băng thông và công suất phát, từ đó
dẫn đến việc sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn.
- 23 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.14: So sánh OFDM và OFDMA
Trong OFDM, tất cả các sóng mang đều được phát đi một cách song song với cùng
một biên độ trong khi OFDMA chia không gian sóng mang thành N
G
nhóm mỗi nhóm có
N
E
sóng mang và N
E
kênh con, mỗi kênh con này mang một sóng mang cho mỗi nhóm.
Việc tạo kênh con này giúp cải thiện hiệu năng khi công suất phát từ một thiết bị người
dùng bị hạn chế. Chẳng hạn trong OFDMA có 2048 sóng mang biến đổi thành N
E
= 32 và
N
G
= 48 trong tuyến xuống và N
G
= 53, N

E
=32 trong tuyến lên với các sóng mang còn lại
được dùng cho các băng bảo vệ và báo hiệu.
Trong OFDM, các thiết bị người dùng phát đi bằng cách sử dụng toàn bộ một kênh
cùng một lúc như hình vẽ bên dưới. Trong khi đó, OFDMA hỗ trợ đa truy nhập cho phép
người dùng chỉ phát đi qua các kênh con được gán cho chúng. Như ví dụ trên, nếu 2048
sóng mang và 32 kênh con, nếu chỉ một kênh con được gán cho một thiết bị thì toàn bộ
công suất phát ra sẽ được tập trung trong 1/32 phổ khả dụng và có thể đem lại một độ lợi
15dB so với OFDM. Hơn thế nữa, hình thức đa truy nhập này là đặc biệt có lợi khi sử dụng
các kênh rộng.
- 24 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.15: Tuyến lên trong OFDM và OFDMA
Trong OFDM, các thiết bị người dùng được gán các khe thời gian để phát, nhưng chỉ
một thiết bị người dùng có thể phát trong một khe thời gian duy nhất. Trong OFDMA, việc
tạo kênh con cho phép một số thiết bị được phát trong cùng một thời gian qua các kênh con
được gán cho chúng.
- 25 -