Trong thế giới kết nối không dây, bạn có thể làm việc và giải trí mọi nơi, mọi lúc 1 Công nghệ truy nhập băng thông rộng WiMAX LỜI MỞ ĐẦU Cách thức mới cho truy nhập băng rộng không dây Trong thế giới[.]
Một số công nghệ truy nhập băng rộng không dây
Một số dịch vụ WiMAX
- Dịch vụ băng rộng không dây
- Kết nối dữ liệu băng rộng
Các ứng dụng của WiMAX
- Truy nhập Internet băng rộng
Các tổ chức chuẩn hoá WiMAX
Diễn đàn WiMAX (World Interoperability for Microwave AccessForum), là một tổ chức phi lợi nhuận, có nhiệm vụ phát triển và chứng nhận khả năng tương thích và hoạt động tương tác của các thiết bị truy cập không dây băng thông rộng sử dụng cấu hình MAN không dây IEEE 802.16, giúp tăng tốc việc giới thiệu các thiết bị này ra thị trường Các thành viên hiện nay của WiMAX gồm có: Airspan Networks, Alvarion Ltd, Aperto Networks,
Ensemble , Microelectronics America, CommunicationsInc.Fujitsu, Intel, Nokia, Diễn đàn OFDM Forum, Proxim và Wi-LAN Inc
Công nghệ WiMax hiện đang được 70 công ty truyền thông lớn phát triển, bao gồm cả AT&T, Covad và Intel Khác với các điểm truy cập Wi-Fi (Wi-Fi hotspot) chỉ có tầm "phủ sóng" khoảng 1km, WiMAX cho phép truyền dữ liệu với tốc độ lên tới 70 Mbps (nhanh hơn 35 lần so với ASDL hiện đại nhất hiện nay) trong phạm vi 48 km
Cấu trúc và các thành phần của hệ thống WiMAX
Sơ đồ cấu hình kết nối hệ thống WiMAX
Hệ thống WiMAX có thể sử dụng cho hai loại cấu hình kết nối:
+ Cấu hình điểm -điểm PTP (point to point) + Cấu hình điểm -đa điểm PTMP ( poit to multipoint)
Hình 1.1 Tiến trình phát triển của chuẩn WiMAX
Cluster of Home point to point (PTP) point to multipoint (PTMP)
Hình 1.2 là sơ đồ cấu hình hai loại kết nối trên.
Sơ đồ này cũng cho thấy rằng hệ thống WiMAX có thể sử dụng để cung cấp kết nối truyền thông dữ liệu tốc độ cao hoặc nó có thể sử dụng để cung cấp các dịch vụ không dây băng rộng tới hằng trăm người dùng trong một vùng vật lý tương đối rộng.
Thành phần hệ thống WiMAX
Hình 1.3 cho thấy những thành phần quan trọng của một hệ thống WiMAX Sơ đồ này chỉ ra rằng thành phần chính của một hệ thống WiMAX bao gồm trạm thuê bao (SS), một trạm cơ sở (BS) kết nối các thiết bị cổng (Gateways) Trong trạm thuê bao có một ăngten và máy thu bên trong một hộp chuyển đổi tín hiệu sóng radio (Set top box)
Hình 1.2 Mô hình WiMAX điểm -điểm và điểm –đa điểm
Hình 1.3 Thành phần một hệ thống WiMAX
Chương trình truyền hình từ vệ tinh hoặc thiết bị trường quay
Trong ví dụ này, một hệ thống WiMAX đang sử dụng để cung cấp truyền hình và những dịch vụ truyền thông dữ liệu băng rộng Hệ thống đầu cuối (Head End System) kết nối hệ thống WiMAX với một vệ tinh liên lạc cho những kênh truyền hình cáp cho hình ảnh theo yêu cầu Khi tín hiệu dữ liệu băng rộng này phân tán trong nhà, nó được chuyển đổi vào trong tín hiệu ti vi chuẩn hệ (NTSC hoặc PAL) qua một Set Top Box Tín hiệu số từ hệ thống WiMAX cũng kết nối Internet qua Gateway đến một máy tính ở trong nhà để cung cấp truy nhập Internet băng rộng Điều này cũng cho thấy phần tần số thấp hơn 2-11GHz đó của hệ thống WiMAX (802.16a) có thể trải khoảng cách xa 50 km trong khi phần tần số cao hơn 10-66 GHz thì bị giới hạn khoảng 5 tới 10 km.
Như đã trình bày trong hình vẽ trên, một mạng Điểm – Đa điểm cố định về cơ bản là một mạng được khu vực hoá bao gồm hai thành phần chính: Một trạm gốc (Base Station - BS) và thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng
(Customer Premises Equipment - CPE) Thông tin điều khiển nguồn được gửi bởi BS tới tất cả các thiết bị CPE.
Trạm gốc BS : Là phần thu phát vô tuyến của hệ thống mà qua đó các
SS có thể liên lạc được với hệ thống.Tại đây, các tín hiệu vô tuyến được điều chế, khuyếch đại và phối hợp thu phát BS đảm nhiệm các chức năng sau :
- Phát quảng bá các thông tin hệ thống
- Quản lý thu phát tín hiệu thông tin trên các kênh vật lý
- Mã hoá và giải mã tín hiệu
BS bao gồm một hoặc nhiều thiết bị thu phát vô tuyến, mỗi thiết bị chịu trách nhiệm kết nối với nhiều CPE trong khu vực phủ sóng Các modem không dây (Radio modems) kết nối tới một bộ đa công (Multiplexer), tương tự như một khoá chuyển đổi, nó tập hợp lưu lượng từ các sector khác nhau và gửi chuyển (forward) chúng tới một bộ định tuyến (Router) cung cấp kết nối giao thức (IP) của nhà cung cấp dịch vụ mạng.
Thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng CPE (hay SS) bao gồm 3 thành phần chính: một modem, một radio, và một anten Modem cung cấp một giao diện giữa mạng của khách hàng với mạng FBWA của nhà cung cấp dich vụ. Radio cung cấp một giao diện giữa modem với anten Anten là thành phần thu phát sóng vô tuyến Ba thành phần có thể là riêng biệt, hoặc tích hợp một phần hay hoàn toàn lên thành phần của thiết bị
CPE là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nó có một địa chỉ ngoài như là một node trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của khách hàng CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các Hotspot và chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng
(tương tự hoặc số) CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một số chức năng như:
- Cung cấp giao diện vô tuyến hướng tới trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ.
- Cung cấp giao diện cho các thiết bị đầu cuối của khách hàng.
- Chuyển đổi giao thức, chuyển đổi mã, cấp nguồn
Gateway: Thiết bị có chức năng định tuyến như Router cho kết nối mạng diện rộng
Về cơ bản, trung tâm quản lý gồm có các thành phần sau:
- Hệ thống tiếp nhận kết nối :
Hình 1.4 Sơ đồ khối trung tâm quản lý WiMAX Đảm nhận vai trò kết nối trung tâm quản lý và tất cả các WiMAX BS đầu cuối Ngoài ra, hệ thống này còn phải hỗ trợ giao diện LAN để kết nối với các thành phần còn lại trong trung tâm quản lý.
Cổng giao tiếp dành cho thuê bao Nhiệm vụ chính của nó là quản lý tất cả thông tin về thuê bao Việc chứng thực người dùng hay tính cước khai thác Internet đều phải thông qua Gateway này Do đó, Subcriber Gateway luôn được đặt tại cửa ngõ liên thông Internet duy nhất của toàn hệ thống cho từng miền Cisco Building Broadband Service Manager (BBSM) là một sự lựa chọn lý tưởng cho một Subcriber Gateway BBSM sẽ kết nối với hệ thống tiếp nhận kết nối qua giao diện LAN để tiếp nhận các yêu cầu của thuê bao WiMAX gửi về Từ đó, nó sẽ thực thi nhiệm vụ của mình để cho phép hoặc không cho phép khách hàng thuê bao được đi ra Internet, hay ghi nhận thông tin cho việc tính cước đối với các khách hàng này.
- Firewall System : Có chức năng chính là bảo vệ cho trung tâm quản lý và toàn hệ thống WiMAX cho từng miền Vì toàn hệ thống chỉ sử dụng duy nhất một cửa ngõ kết nối Internet nên Firewall tại đây đòi hỏi phải có thông lượng khá tốt, hoạt động hiệu quả và ổn định Đối với những đòi hỏi đặc thù như vậy Cisco PIX Firewall thường là một sự lựa chọn tốt cho nhà cung cấp dịch vụ
- Hệ thống máy chủ chức năng: Bao gồm Radius server, Billing Server,
DBMS server và các LAN server khác Mỗi máy chủ sẽ đảm nhiệm vai trò của một chức năng đặc thù Tuy nhiên, việc kết hợp chúng lại với nhau trong một hệ thống của trung tâm quản lý cho phép nhà cung cấp dịch vụ quản lý người dùng đầu cuối của mình một cách có hiệu quả Để đấu nối các WiMAX BTS về trung tâm quản lý Sau khi tất cả các trạm dịch vụ đã được đấu nối về các hệ thống tiếp nhận tại trung tâm thành công, phần việc còn lại chỉ là tích hợp các phân hệ tiếp nhận kết nối trên vào hệ thống hiện có Phân hệ tiếp nhận đấu nối của WiMAX BTS có thể những bộ đấu nối cáp quang hoặc là các bộ thiết bị không dây dùng công nghệ WiMAX Quá trình tích hợp có thể theo mô hình (Hình1.5)
Hình 1.5 Các giao diện kết nối trong mạng WiMAX
Giới thiệu qua về tầm nhìn thẳng (LOS) và không tầm nhìn (NLOS)
- Tầm nhìn thẳng (LOS) mô tả một đường truyền dẫn dữ liệu trực tiếp không bị nghẽn tắc từ máy phát đến phía máy thu Tiêu điểm của anten phát là trực tiếp và không bị nghẽn tắc đường dẫn, bên phía anten nhận thu được tín hiệu sóng radio tốt hơn, tăng khả năng tốc độ truyền dẫn.
- Không tầm nhìn (NLOS) mô tả một đường truyền mà một phần nào đó bị ngăn cản Kết quả là tín hiệu mà anten nhận được có sự phản xạ, phân tán và làm nhiễu xạ Tín hiệu gốc truyền đi bị trễ, hoặc sai lệch đi do những thành phần truyền theo nhiều đường, gây ra sự suy giảm và thậm chí là sự thay đổi tín hiệu, tất cả điều đó đều gây khó khăn cho phía bên nhận để có thể giải mã tín hiệu chính xác Những ảnh hưởng trên cũng có thể phá huỷ mối liên kết giữa 2 phía (phát - thu), nhưng điều chắc chắn là nó sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn dữ liệu.
Thiết bị truy nhập WiMAX
Hình 1.6 cho thấy một vài kiểu thiết bị truy nhập WiMAX khác nhau.Thể hiện rõ thiết bị truy nhập bao gồm những đơn vị đầu cuối mạng, bên trong truyền đi bằng sóng radio những môđun, cạc giao diện mạng (NIC), thẻPCMCIA, hộp mở rộng kết nối tới Ethernet hoặc USB sockets trên những thiết bị truyền thông
NIC : (Network Interface Card) Cắm trên khe mở rộng của máy tính.Đối với một số loại máy tính Card này có thể on mainboad Còn đối với máy sách tay Card này đã được tích hợp sẵn trên máy.
Giải pháp truy nhập băng rộng không dây point to multipoint
Dòng thiết bị BreezeACCESS VL cung cấp các kết nối băng rộng không dây với tốc độ lên đến 54Mbit/s trong phạm vi 50km, sử dụng các công nghệ mới đa truy xuất phân chia theo mã trực giao OFDM, khả năng kết nối khi không nhìn thấy nhau NLOS Hoạt động ở dải tần 5 - 5.8GHz, cấu hình đơn giản, thời gian lắp đặt và triển khai nhanh chóng, BA VL hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao và VoIP là giải pháp thích hợp cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet và các đường dây cho thuê (leased line) tốc độ cao.
Hình 1.6 Một số thiết bị truy nhập WiMAX
Remote & Rural Telecom ISP or Cellular
Hình 1.7 Cấu trúc kết nối không dây
Thiết bị WIMAX 802.16 BreezeMAX (của Alvarion)
Sử dụng chuẩn không dây mới nhất WIMAX: IEEE 802.16 và ETSIHiperMAN, thiết bị BreezeMAX cung cấp các kết nối không dây tốc độ rất cao,bảo mật tốt cho mạng truy nhập không dây diện rộng MAN Thiết bị này kết nối các hotspots 802.11 vào Internet và là giải pháp không dây thay thế cho cáp DSL.
Hình 1.8: Mạng đô thị (MAN) sử dụng công nghệ kết nối WiMAX
IEEE 802.15 ETSI Blue-tooth HYPERPAN
XÂY DỰNG CHUẨN CHO WIMAX
Có thể nhiều nhà cung cấp dịch vụ và vận hành còn xa lạ với chuẩn IEEE 802.16 (WiMAX) nhưng đây sẽ là công nghệ không dây mang tính cách mạng trong ngành công nghiệp dịch vụ không dây băng rộng Chuẩn 802.16, giao tiếp dành cho hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định còn được biết đến với tên chuẩn giao tiếp không dây IEEE WirelessMAN. Chuẩn được thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tương đương cáp, DSL, trục T1 phổ biến hiện nay.
Hình 2.1 Chuẩn không dây toàn cầu
Tháng 1/2003, IEEE cho phép chuẩn 802.16a sử dụng băng tần từ 2GHz đến 11GHz; rộng hơn băng tần từ 10GHz đến 66GHz của chuẩn 802.16 phát hành tháng 4/2002 trước đó Nhờ đặc tính không dây mà các nhà cung cấp dịch vụ và vận hành có thể triển khai đường trục dễ dàng, tiết kiệm chi phí đến những vùng địa hình hiểm trở, mở rộng năng lực mạng tại những tuyến cáp đường trục đang quá tải; đặc biệt đường phố không bị "đào lên lấp xuống" như hiện nay Thiết bị phát IEEE 802.16a có thể lắp ngay trên nóc tòa nhà chứ không cần đầu tư đặt trên tháp cao hoặc đỉnh núi như những công nghệ khác Hệ thống 802.16a chuẩn có thể đạt đến bán kính 48km bằng cách liên kết các trạm có bán kính làm việc 6-9 km
Trong quá trình phát triển 802.16, tính liên thông luôn được đề cao. Đầu tiên, diễn đàn Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) được thành lập vào năm 2003 và qui tụ được nhiều công ty hàng đầu như Intel, LG Electronics, Motorola, Fujitsu, Siemens Để thúc đẩy các nhà sản xuất hệ thống truy xuất không dây băng rộng đưa ra thiết bị tương thích IEEE 802.16, WiMAX cũng đã hợp tác chặt chẽ với liên minh Wi-Fi để hỗ trợ tốt chuẩn IEEE 802.11 Để đạt được sự liên thông, WiMAX buộc phải tạo một số System Profile tương ứng với qui định sử dụng tần số khác nhau của từng khu vực địa lý Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ tại châu Âu dùng băng tần 3,5GHz với băng thông 14MHz đòi hỏi thiết bị hỗ trợ kênh băng thông3,5MHz hoặc 7 MHz, chức năng TDD (Time Division Duplex) hoặc FDD(Frequency Division Duplex) Tương tự, nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây (WISP) tại Mỹ lại dùng băng tần 5,8GHz UNII nên thiết bị hệ thống cần phải hỗ trợ băng thông 10MHz và kỹ thuật TDD.
Trong quá trình xây dựng khung chuẩn, 802.16a kế thừa các hệ thống đã có để có thể được ứng dụng rộng rãi như thiết kế ban đầu OFDMA dùng trong 3 lớp PHY được thiết kế mở để có thể điều chỉnh linh hoạt, thích ứng với tất cả các kênh có độ rộng băng thông đi từ 1,75MHz đến 20MHz Single Carrier Access (SCA) trong Wi-Fi được giữ lại trong 802.16a làm đường liên kết xương sống, trong khi OFDM với FFT (Fast Fourier Transform) 256 điểm lại hỗ trợ những truy xuất cố định băng thông lên đến 10MHz Kỹ thuật OFDMA được cải tiến dựa trên OFDM để hỗ trợ hệ di động tốc độ cao, cho phép kênh hóa dữ liệu tải xuống (Downlink-DL) và tải lên (Uplink-UL), ấn định hằng số tỷ lệ giữa kích thước FFT với độ rộng kênh
Lớp MAC 802.16 được thiết kế hỗ trợ ứng dụng điểm-đa điểm dựa trên CSMA/CA (Collision Sense Multiple Access with Collision Avoidance). MAC AP 802.16 quản lý tài nguyên UL, DL và gồm luôn cả chức năng định thời truyền và nhận Lớp MAC còn có một số chức năng hỗ trợ ứng dụng diện rộng mà tính di động không ổn định như tích hợp dịch vụ di động: bình chọn tức thời (realtime Polling Service) và không tức thời (non-realtime Polling Service) ; Đóng gói/phân mảnh để tăng độ hiệu quả sử dụng băng tần; Quản lý khóa riêng tư (PKM-privacy key management) để bảo mật từ lớp MAC;
Hỗ trợ phát đa luồng; Chuyển mạch tốc độ cao; Quản lý năng lượng PKM phiên bản 2 còn có khả năng kết hợp với giao thức xác thực mở rộng (EAP- Extensible Authentication Protocol).
Với tốc độ tải dữ liệu lên đến 75Mbps, một kênh đáp ứng của trạm802.16a hoàn toàn đủ năng lực cùng lúc phục vụ 60 khách hàng kết nối cấpT1 và hàng trăm kết nối DSL gia đình, với băng thông kênh là 20MHz Trong thực tế, để đạt hiệu quả kinh tế, các nhà vận hành và cung cấp dịch vụ thường phải chấp nhận cân đối phục vụ thành phần khách hàng doanh nghiệp doanh thu cao với thành phần thuê bao gia đình số đông Vì thế, chuẩn 802.16a đã hỗ trợ thiết thực nhà vận hành mạng, cho phép cấu hình mức ưu tiên cho từng cấp dịch vụ Như thế, doanh nghiệp có thể đặt chế độ ưu tiên dịch vụ cấp T1 cho doanh nghiệp hoặc dịch vụ tốc độ DSL cho người dùng gia đình Đặc tả 802.16a còn bao gồm tính năng bảo mật và QoS cần thiết để hỗ trợ những dịch vụ thoại và video trực tuyến Dịch vụ thoại 802.16 có thể dùng kỹ thuật thoại TDM (Time Division Multiplexed) hoặc VoIP (Voice over IP).
Cuối năm 2004 hoặc đầu năm 2005, một số căn hộ hoặc văn phòng trong những khu vực không có kết nối DSL hoặc điện thoại có thể sẽ được cung cấp dịch vụ băng thông rộng nhờ một phiên bản của WiMax có tên gọi 802.16a Intel, một thành viên của tổ chức phi lợi nhuận WiMax Alliance, dự kiến sẽ sử dụng một thiết bị truyền tin có 2 ăng ten, một ăng ten sử dụng chuẩn 802.16a để liên kết với một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), và ăng ten còn lại liên kết với các đầu cuối chuẩn 802.11 (WiFi -WLAN) để tăng tốc độ các kết nối các thiết bị đầu cuối.
Khoảng năm 2005 hoặc 2006, một máy thu phát hai chiều có thể sẽ xuất hiện trong máy tính xách tay hoặc thiết bị cầm tay, cho phép chúng kết nối với các mạng 802.11 khi gần một điểm hotspot hoặc nối với mạng WiMax khi có thể Nhiều khả năng đây sẽ là chuẩn 802.16e của WiMax, với năng lực duy trì kết nối trong khi người sử dụng di chuyển với tốc độ 100 km/giờ
Giao tiếp đầu cuối theo chuẩn IEEE 802.16
Các thiết bị đầu cuối theo chuẩn 802.16 và các trạm dịch vụ WiMAX BTS nhìn chung sẽ sử dụng cùng một loại sóng điện từ thế hệ mới (sóng tự cấu hình RCA và sóng vô tuyến tích hợp sẵn CMOS) với các phương thức điều chế tương ứng Do đó, việc giao tiếp và tích hợp các đầu cuối này vào WiMAX BTS xem như là mặc nhiên Chuẩn công nghệ WiMAX làm việc trong dải tần từ 2-11GHz Vì thế tất cả các thiết bị không dây đầu cuối theo chuẩn 802.16 và có tần số hoạt động lọt vào dải tần này đều được phép kết nối trực tiếp đến trạm cung cấp dịch vụ tương ứng Hình thức tích hợp phổ biến có thể sẽ là điểm-đa điểm, điểm-điểm sẽ được dùng trong một số trường hợp đặc biệt
Giao tiếp đầu cuối theo chuẩn IEEE 802.11
Thông thường các chuẩn không dây ra đời trước đây, mà điển hình là công nghệ WiFi IEEE 802.11, chủ yếu dùng tín hiệu sóng vô tuyến rời rạc.Dải tần hoạt động và phương thức điều chế sóng mang cũng khác nhau giữa802.11a và 802.11b/g Vì thế việc triển khai giao tiếp giữa các đầu cuối đến điểm truy nhập khác chuẩn sẽ cần đến những kỹ thuật đặc biệt Với WiMAX,cũng tương tự Các đầu cuối WiFi sẽ kết nối trực tiếp đến điểm truy cập tương ứng của chúng Sau đó tại điểm đặt các AP này sẽ có thêm một bộ thiết bị WiMAX Thiết bị này có nhiệm vụ thiết lập kết nối bằng sóng điện từ đến WiMAX BTS nào gần nhất, từ đó làm điểm trung chuyển cho giao tiếp của đầu cuối 802.11 đến BTS 802.16 Điều này đồng nghĩa với việc là các WiFi Hotspot tạm thời sẽ vẫn còn được khai thác để cung cấp dịch vụ truy cập cho các đầu cuối WiFi.
Tuy nhiên, về nguyên tắc, trong tương lai các nhà sản xuất sẽ thực hiện một số cải tiến và đưa ra những phiên bản tiếp theo cho IEEE 802.16 Khi ấy, rất có thể các đầu cuối WiFi thuộc 2 dải tần 2.4GHz và 5GHz sẽ được phép tích hợp trực tiếp đến WiMAX BTS
Hình 2.3: Kết nối các đầu cuối chuẩn 802.16 với mạng 802.16a và 801.11
Giao tiếp đầu cuối theo chuẩn IEEE 802.15
Hiện tại IEEE 802.15 chỉ cho phép các thiết bị kỹ thuật số đầu cuối như notebook, PDA, giao tiếp với nhau theo công nghệ Bluetooth Mặc dù tốc độ giao tiếp khá lớn 480Mbps, nhưng khoảng cách cho phép chỉ trong vòng 10m.
Vì thế, chúng thường chỉ được triển khai bên trong khuôn viên của một căn hộ Tuy nhiên, trong tương lai các thiết bị này sẽ được phép tích hợp đến các WiMAX BTS bằng sóng vô tuyến , để từ đó khai thác dịch vụ Internet không dây băng rộng. Đối với chủng loại điện thoại di động, chuẩn IEEE 802.16e sẽ cho phép tích hợp luôn cả các dòng sản phẩm di động theo công nghệ TDM và CDMA đến các trạm dịch vụ BTS
Tích hợp với đầu cuối có dây theo chuẩn IEEE 802.3
Điểm khác biệt của chuẩn WiMAX-802.16a so với các chuẩn không dây thông thường
Thông lượng : Bằng cách sử dụng một phương thức điều chế mạnh, IEEE 802.16a tạo ra thông 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 Ví dụ nếu một đường truyền băng thông lớn không thể thiết lập điều chế QAM 64 (Điều biên cầu phương) thì có thể chuyển qua QAM 16 để tăng khoảng cách hiệu dụng
Khả năng mở rộng được : Để sử dụng được kế hoạch mạng cho cả hai phổ được cấp phép và miễn phép trên toàn cầu, chuẩn 802.16a hỗ trợ các băng thông kênh linh hoạt Ví dụ một nhà khai thác mạng được cấp phổ 20MHz có thể chia phổ này thành 2 phần, mỗi phần 10MHz.
Phủ sóng : Bên cạnh việc hỗ trợ phương thức điều chế mạnh và động, chuẩn IEEE 802.16a cũng hỗ trợ các công 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 thông tin an toàn 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 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 IEEE 802.16
Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (air interfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn hướng vào các tần số từ 10 - 66 GHz, nơi phổ rộng hiện có sẵn để sử dụng trên toàn cầu, nhưng tại đó những bước sóng ngắn được xem như những thách thức trong việc triển khai Vì lý do đó một dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a đã được hoàn thành vào tháng 11/2002 và được công bố vào tháng 4/2003 Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 2–11 GHz, bao gồm cả những phổ cấp phép và không cấp phép So sánh với những tần số cao hơn, những phổ như vậy tạo cơ hội để thu được nhiều khách hàng hơn với chi phí chấp nhận được, mặc dù các tốc độ dữ liệu là không cao Tuy vậy, các dịch vụ sẽ hướng tới những tòa nhà riêng lẻ hay những xí nghiệp vừa và nhỏ.
Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu
IEEE 802.16 - 2001
Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công bố vào ngày 08/04/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gianWirelessMAN cho các mạng vùng đô thị Việc hoàn thành chuẩn báo trước sự chấp nhận truy nhập không dây băng rộng như một công cụ chủ yếu mới trong sự cố gắng liên kết các tòa nhà và cơ quan doanh nghiệp với các mạng viễn thông nòng cốt trên thế giới
Hình 2.5: Kết nối thuê bao 802.16
Những mô tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC và PHY với khả năng cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố định (Fixed Fixed Wireless Access) theo mô hình điểm - điểm và điểm - đa điểm Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (air interfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan. Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 10- 66 GHz Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ cả hai phương pháp song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) hay phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing)
Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảm sóng mang có cơ chế tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA) để cho phép khi nào một node trên mạng được phép truyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một mô hình hoàn toàn khác để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng Trong thời gian truyền dẫn, phương pháp điều chế được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất cả các node trong mạng trong thông tin broadcast cho cả đường lên và đường xuống Bằng việc lập lịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ Thuê bao chỉ cần nghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trong phạm vi phủ sóng của BS đó Ngoài ra, thuật toán lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số thuê bao tăng lên quá nhiều
Trạm thuê bao (Subscriber Stations - SS) có thể thương lượng về độ rộng dải tần được cấp phát trong một burstto - burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhập mềm dẻo Các phương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM và 64-QAM Chúng có thể thay đổi từ khung (frame) này tới khung khác, hay từ SS này tới SS khác tuỳ thuộc vào tình trạng của kết nối Khả năng thay đổi phương pháp điều chế và phương pháp sửa lỗi không lần ngược FEC (forward error correction) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích ứng nhanh chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa. Các tham số truyền dẫn ban đầu được thoả thuận thông qua một quá trình tương tác gọi là Initial Ranging Trong quá trình này thì năng lượng, phương pháp điều chế và timing feedback được cung cấp bởi BS được kiểm soát và quản lý theo điều kiện hiện thời của kết nối Phương pháp song công của kênh đường lên và đường xuống được sử dụng hoàn toàn theo một trong hai phương pháp TDD (time division duplexing) hoặc FDD (frequency division duplexing).
Hơn nữa, chuẩn IEEE 802.16-2001 kết hợp chặt chẽ các đặc tính có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống lớp vật lý Khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa theo khái niệm về lưu lượng dịch vụ (service flows), nó được xác định một cách vừa đủ bởi một ID lưu lượng dịch vụ Những lưu lượng dịch vụ này được mô tả bởi các tham số QoS của chúng như thời gian trễ tối đa và lượng Jitter cho phép Lưu lượng dịch vụ là đơn hướng và nó có thể được tạo ra bởi BS hoặc SS Đóng vai trò cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớp con riêng biệt (privacy sublayer) Mục đích chính của lớp con riêng biệt là cung cấp sự bảo mật trên các kết nối không dây của mạng Nó được thực hiện thông qua việc mật mã hoá dữ liệu gửi giữa BS và SS Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, SS có thể được nhận thực qua chứng chỉ số X.509 Chứng chỉ này bao gồm khoá công khai của SS và địa chỉ MAC.
IEEE 802.16a-2003
Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối băng tần 2-11 GHz với khoảng cách tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểm - điểm và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm - đa điểm Tốc độ truy nhập có thể đạt tới 70 Mbps Trong khi, với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16 phải yêu cầu tầm nhìn thẳng thì với dải tần 2-11Ghz chuẩn 802.16a cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trên đường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽ giúp ngành viễn thông có các giải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thời gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệ thuê bao số hay mạng có dây không tiếp cận được
IEEE 802.16a hoạt động ở lớp PHY và cải tiến lớp MAC cho khả năng truyền dẫn đa đường làm giảm tối đa nhiễu Các đặc tính được thêm vào, cho phép sử dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dãy anten thích ứng Phương pháp dồn kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) cung cấp thêm một sự lựa chọn cho phương pháp điều chế đơn sóng mang Để cung cấp một kỹ thuật giảm thiểu can nhiễu trong các mạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũng định nghĩa thêm phương pháp điều chế đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - OFDMAModulation) trong phạm vi dải tần 2-11 GHz
Vấn đề bảo mật cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con riêng biệt được đưa thêm vào Các đặc tính riêng biệt được sử dụng để nhận thực tác nhân gửi (sender) của một thông điệp MAC nào đó.
IEEE 802.16a cũng đưa thêm các tuỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ở những nơi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ SS tới SS Đây là sự thay đổi từ chế độ PMP, khi mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS và SS Sự bổ sung những đặc tả lớp MAC thích hợp cho phép việc lập lịch truyền dẫn giữa các SS của mạng Mesh mà không cần phải có sự kiểm soát của BS.
IEEE 802.16c-2002
Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002 Bản cập nhật đã sửa một số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một số profiles hệ thống chi tiết cho dải tần 10 - 66 GHz.
IEEE 802.16-2004 (hay còn đươc gọi IEEE 802.16d)
Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/7/2004 và được công bố rộng rãi vào tháng 9/2004 IEEE 802.16- 2004 thường được gọi với tên 802.16-REVd Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp các chuẩn 802.16-2001, 802.16a, 802.16c Chuẩn này đã được phát triển thành một tập các đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng đủ toàn diện để phân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE 802.16 ban đầu. có thể hỗ trợ cho các trạm thuê bao điểm - điểm cố định.Chuẩn này không tương thích với chuẩn IEEE 802.16e Đây là phiên bản của chuẩn sẽ được áp dụng cho giấy chứng nhận chuẩn WiMAX (WiMAX certification).
IEEE 802.16e và các chuẩn mở rộng
IEEE 802.16e chuẩn mở rộng từ 802.16a có thể hỗ trợ cho các trạm thuê bao di động, được phê duyệt trong năm 2005 Cung cấp tốc độ truyền dẫn 1Mbits-5Mbits trong vòng bán kính 22 km Hiện nay chuẩn IEEE 802.16e đã có một số phiên bản thử nghiệm Đồng thời các chuẩn IEEE 802.16 f và g cũng đang được nghiên cứu phát triển.
Sự khác nhau những phiên bản của 802.16 cũng như 802.16a, 802.16-2004 và 802.16e
Bảng so sánh tóm tắt các chuẩn IEEE 802.16 cơ bản:
Dải tần số 10-66GHz