cách thức mới cho truy nhập băng rộng không dây

Giống như WiFi, WiMAX cóthể cung cấp kết nối băng thông rộng cho khàch hàng sử dụng máy tính sách taynotebook trong phạm vi một điểm nóng truy nhập hotspot hoặc trong một toànhà có thể d

MỤC LỤC

Trong thời gian thực hiện đồ án này, em đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, động viên và khuyến khích rất nhiều từ gia đình, các thầy cô, các đồng nghiệp và Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cơ Th.S Phạm Thị Vân Khánh, người

đã tận tình chỉ bảo em cách định hướng và giải quyết các vấn đề để em có thể hoàn thành bản

đề tài này Bên cạch đó em cũng xin cảm ơn Gia đình em đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện cho em yên tâm hoàn thành khó học và đồ án này Em xin cảm ơn Các Thầy, Cơ trong khoa Điện tử Viễn Thông đã trang bị kiến thức cho em trong suốt thời gian học Và em cũng xin gửi lời biết ơn đến Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông nơi em học tập, đã tạo điều kiện về vật chất, thời gian cho em được theo học khó học này Trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót do trình độ và thời gian có hạn Em mong được sự đóng góp ý kiến quớ báu của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn học, các đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình

học 3

MỞ ĐẦU 4

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 1

1.1 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ WIMAX 1

Nhóm công tác IEEE 802.16 là nhóm đầu tiên chịu trách nhiệm phát triển chuẩn 802.16 bao gồm giao diện không gian cho truy nhập không dây băng rộng hoạt động của nhóm khởi đầu trong một cuộc hội họp vào ngày 08/1998 của nhóm kiểm tra hệ thống điện tử không dây quốc gia (N-WEST), đây là một bộ phận của viện nghiên cứu công nghệ và chuẩn hóa quốc gia Mỹ Ban đầu nhóm tập trung vào việc phát triển các chuẩn và giao diện không dây cho băng tần 10-66GHz Sau đó dự án đổi dần đến việc tán thành chuẩn IEEE 802.16a tập trung vào băng tần 2-11GHz Sự phê chuẩn cuối cùng chi tiết kĩ thuật giao diện không gian là vào 01/2003 1

1.5 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA WIMAX 8

1.6 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN 802.16 CỦA IEEE 9

1.6 1 Chuẩn 802.16- 2001 10

1.6.2 Chuẩn 802.16a- 2003 11

1.6.3 Chuẩn 802.16c- 2002 13

1.6.4 Chuẩn 802.16- 2004 13

1.7 CÁC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA WIMAX 15

1.7.7 Băng dưới 1GHz 18

1.8 CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG WiMAX 18

1.8.1 Sơ đồ cấu hình kết nối hệ thống WiMAX 18

1.8.2 Thành phần hệ thống WiMAX 19

1.8.3 Thiết bị truy nhập WiMAX 25

CHƯƠNG 2 29

CƠ SỞ KỸ THUẬT TRONG WIMAX 29

2.1MĨ HÌNH THAM CHIẾU HỆ THỐNG WIMAX 29

2.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG 30

2.2.1 Wimax hoạt động như thế nào 30

2.2.3 Rangning và thỏa thuận về khả năng của SS 32

2.2.5 Thiết lập kết nối 34

2.2.8 Điều khiển kết nối vô tuyến 36

2.3.1 Tần số làm việc và độ rộng kênh truyền 40

2.3.2 Cấu trúc khung tín hiệu trong hệ thống WiMAX 41

2.3.3 Kỹ thuật song công TDD và FDD 44

2.3.4 ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA 46

2.4 LỚP MAC 52

2.4.1 Lớp con hội tụ dịch vụ đăc trưng MAC-CS 55

2.4.2 Lớp con phần chung CPS 56

2.4.3 Lớp con bảo mật 59

2.5 LỚP BẢO MẬT TRONG 802.16 63

2.5.1 Security Association (SA) 63

2.5.2 Giao thức quản lí khóa PKM 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đồ án này, em đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, động viên và khuyến khích rất nhiều từ gia đình, các thầy cô, các đồng nghiệp và Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cơ Th.S Phạm Thị Vân Khánh, người đã tận tình chỉ bảo em cách định hướng và giải quyết các vấn đề để em có thể hoàn thành bản đề tài này Bên cạch đó em cũng xin cảm ơn Gia đình em đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện cho em yên tâm hoàn thành khó học và đồ án này Em xin cảm ơn Các Thầy, Cơ trong khoa Điện tử Viễn Thông đã trang bị kiến thức cho em trong suốt thời gian học Và em cũng xin gửi lời biết ơn đến Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông nơi em học tập, đã tạo điều kiện về vật chất, thời gian cho em được theo học khó học này Trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót do trình độ và thời gian có hạn Em mong được sự đóng góp ý kiến quớ báu của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn học, các đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình học.

MỞ ĐẦU

Cách thức mới cho truy nhập băng rộng không dây

Trong thế giới kết nối không dây, bạn có thể làm việc và giải trí mọi nơi,mọi lúc Làm việc, giải trí mọi nơi, mọi lúc là điều con người hằng mong ước.Công nghệ hiện tại đã đem đến Bluetooth kết nối không dây, Wi-Fi truy xuấtInternet không dây, điện thoại di động Nhưng bên cạnh ưu điểm, công nghệ kếtnối không dây hiện nay còn hạn chế và chưa thật sự liên thông với nhau

Để có được môi trường làm việc di động thật sự, những công ty đứngđầu trong lĩnh vực này như Fujitsu, Intel, LG Electronics, Motorola, Samsung,Siemens, Sony đã bắt đầu nghĩ đến mô hình tương lai cho phép các công nghệkhông dây liên thông với nhau, cùng làm việc và hỗ trợ nhau Tập trung hàngtrăm kỹ sư đầu ngành, IEEE đã phác thảo nên một hệ thống chuẩn không dây liênthông: bao gồm IEEE 802.15 dành cho mạng cá nhân (PAN-personal areanetwork), IEEE 802.11 dành cho mạng cục bộ (LAN-local area network), 802.16dành cho mạng nội thị (MAN-Metropolitan area network), và đề xuất 802.20 chomạng diện rộng (WAN-wide area network)

Công nghệ WiMAX đang là xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện về

vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho các thiết bị cốđịnh, xách tay và di động WiMAX chứa đựng nhiều ưu điểm vượt trội, như tốc

độ truyền dẫn dữ liệu cao, có khi lên tới 70Mb/s trong phạm vi 50km, chất lượngdịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như diđộng, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép WiMAX thực sựđang được các chủ cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm

WiMAX thực hiện truyền tải dữ liệu tốc độ cao không dây bằng sóng siêucao tần theo bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 với khoảng cách rất lớn WiMAX đượcphát triển dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

lợi ích của WiMAX là khả năng ghép kênh cao, vì thế các nhà cung cấp dịch vụ

có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụ truy nhập không dây

Hiện nay công nghệ WiMAX đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộ tiêuchuẩn IEEE 802.16/2004 đang được thử nghiệm và chế tạo chipset Giai đoạnphát triển tiếp theo của WiMAX được dựa trên bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16e, dựđịnh triển khai trong năm 2006 Khi đó, tương tự Giống như WiFi, WiMAX cóthể cung cấp kết nối băng thông rộng cho khàch hàng sử dụng máy tính sách tay(notebook) trong phạm vi một điểm nóng truy nhập (hotspot) hoặc trong một toànhà có thể di chuyển mà vẫn giữ được kết nối băng rộng

Việc sử dụng công nghệ WiMAX đem lại nhiều lợi ích, đặc biệt với nhữngkhu vực nông thôn, vùng xa và những nơi dân cư quá đông đúc vì tại những khuvực như vậy việc triển khai hạ tầng cơ sở mạng dây dẫn băng rộng rất khó khăn

và không thực sự hiệu quả khi phải thực hiện đào đường… Bởi vậy, WiMAXđược xem như là công nghệ có hiệu quả kinh tế cao cho việc triển khai nhanhtrong các khu vực mà các công nghệ khác khó có thể cung cấp dịch vụ băng rộng.Theo các chuyên gia thì WiMAX sẽ phát triển nhanh chóng vượt qua những côngnghệ hiện có Một đặc điểm ưu việt của WiMAX đó là khả năng có được kết nốibăng rộng tốc độ cao trong một phạm vi rộng lớn so với các công nghệ khác nhưWiFi hay 3G Hơn nữa, việc cài đặt WiMAX rất dễ dàng, vì thế sẽ tiết kiệm đượcchi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ băng rộng, cho phép giảm giá thành dịchvụ

Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng sẽ giúp sử dụng, kếtnối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối với những nơihẻo lánh mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn Góp phần thu hẹp khoảngcách giữa nông thôn và thành thị trong việc chiếm lĩnh thông tin

Với những ưu điểm trên, có thể nói rằng WiMAX sẽ là một công nghệ truynhập được triển khai rộng rãi cho các dịch vụ băng rộng, đặc biệt là cho các thuêbao ở khu dân cư thưa thớt như các vùng nông thôn hoặc ngoại thành

Với kiến thức và trình độ còn có nhiều hạn chế khi còn đang là sinh viênnên nội dung trình bày của đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót ,rất mong được

sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn Em xin chân thành cám ơn các thầy

cô và các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án ,đặc biệt em xin gửi lời

cám ơn tới giảng viên ThS Phạm Thị Vân Khánh đã tận tình giúp đỡ em hoàn

thành tốt đồ án này

Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2010

Sinh viên

Trần Quốc Hồn

CẤU TRÚC ĐỒ ÁN GỒM :

Chương 1: Giới thiệu về lịch sử ra đời , khái niệm , và các ưu nhược điểm

của công nghệ WiMAX một cách khái quát

Chương 2: Tìm hiểu về cơ sở kỹ thuật ,bảo mật và những kỹ thuật được

ứng dụng trong Công Nghệ WiMAX

Chương 3: Nghiên cứu về mô hình triển khai và những ứng dụng thực tế

của công nghệ WiMAX tại VIỆT NAM và cả trên thế giới

MỘT SỐ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line

(Đường dây thuê bao số không đối xứng )

AES : Advanced encryption standard

AN : Access Network ( Mạng truy nhập)

APN : Access Point Name (Tên điểm truy nhập)

ATM : Asynchonous Transfer Mode

AUC : Authentication Center (Trung tâm nhận thực)

BCCH : Broardcast Control Channel (Kênh điều khiển quảng bá)

BER : Bit Error Rate (Tỉ lệ lỗi bit)

BSS : Basic Service Set

CB :Coherence Bandwidth ( khi băng tần tương quan)

CDMA : Code Division Multiple Access

CIR : Channel Impulse Response ( đáp ứng xung kênh)

DFS : Dynamic frequency selection

EAP : Extensible Authentication Protocol

(giao thức xác thực mở rộng)

EDGE : Enhanced Data rate for GSM Evolution

(Tiêu chẩn mạng thông tin di động cho phép nâng cao tốc độ truyền

dữ liệu của mạng GSM bằng cách thay đổi phương thức điềuchế)

ETSI : Eutopean Tecommunications Standard Institute

(Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu)

FDM : Frequency Division Multiplexing

(Phân kênh theo tần số)

Firewall : (Bức tường lửa)

GSM : Global System for Mobile Telcommunication

GSM : Group Special Mobile/Global System for Mobile

(Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động)

IDF : Intel developer Forum

ISI : Inter Symbol Interference ( giao thoa giữa nội bộ ký hiệu)

IV : Initialization Vector (Vectơ khởi tạo)

LLC : Logic Link Control (Điều khiển liên kết lôgic)

MAC : Media Access Control (Điều khiển truy nhập môi trường)

MAN : Metropolitan area network

MIB : Management Information Base (Cơ sở thông tin quản lý)

Msdu : MAC protocol Data Unit (Đơn vị dữ liệu giao thức MAC)

OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing

(Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao)

PAN : Personal area network ( Mạng cá nhân)

PCU : Packet Control Unit (Đơn vị điều khiển gói)

PDA : Personal Digital Assistant (thiết bị hỗ trợ cá nhân số)

PKM : Privacy key management

PSS : Hệ thống chuyển mạch gói ( Packet Switched System)

RADIUS : Remove Dial-in User Service

(Cơ sở dữ liệu xác thực cho các kết nối truy nhập từ xa

qua Modem hoặc ISDN )

RF : Radio Frequency (Tần số vô tuyến)

RLC : Radio Link Control (Điều khiển liên kết vô tuyến)

STA : Station (Trạm đầu cuối)

TDMA : Time Division Multiple Access

(Đa truy nhập phân chia theo thời gian)

TDM :Time Division Multiplexed

TKIP : Temporal key integrity protocol

TPC : Transmission power control

UMTS : Universal Mobile Telephone System

USB : Universal Serial Bus

VLAN : Virtual LAN (Mạng LAN ảo)

VPN : Virtual Private Network ( Mạng cá nhân ảo )

WAN : Wire Area Network (Mạng diện rộng)

WAP : Wireless Application Protocol

(Giao thức ứng dụng không dây)

WCDM : Wideband Code Division Multiple Access

WEP : Wired equivalent privacy

(Bảo mật tương đương hữu tuyến)

WPAN : Wireless Pesonal Area Network

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Mô hình mạng Wimax Error: Reference source not foundHình 1.2 : Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI Error:

Reference source not found

Hình 1.3 : Các ưu điểm của công nghệ WiMAX Error: Reference source not

found

Hình 1.4: Đường truyến sóng với vùng Fresnel Error: Reference source not

found

Hình 1.5 : Mô hình WiMAX điểm – điểm và điểm – đa điểm Error: Reference

source not found

Hình 1.6 Thành phần một hệ thống WiMAX Error: Reference source not foundHình 1.7 Sơ đồ khối trung tâm quản lý WiMAX Error: Reference source not

Reference source not found

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu các lớp trong Wimax Error: Reference source not

found

Hình 2.2: Mô hình truyền thông của WiMax .Error: Reference source not foundHình 2.4: SS xác thực và đăng kí Error: Reference source not foundHình 2.5: RLC đảm nảo sự ổn định các kết nối trong Wimax Error: Reference

source not found

Hình 2.6 : Lớp giao thức trong IEEE 802.16 Error: Reference source not foundHình 2.7 : Các sóng mang con OFDM Error: Reference source not foundHình 2.8 : Cấu trúc khung kênh đường lên và đường xuống Error: Reference

source not found

Hình 2.9: Hoa tiêu dài Error: Reference source not foundHình 2.10: Cấu trúc khung OFDM với kỹ thuật sông công TDD Error: Reference

source not found

Hình 2.11: Bộ tạo mã giả ngẫu nhiên Error: Reference source not foundHình 2.12: Quá trình cài xen Error: Reference source not foundHình 2.13: Chòm sao QPSK, 16QAM và 64 QAM Error: Reference source not

Hình 3.5 Mang PMP Error: Reference source not foundHình 3.6 Kiến trúc một mạng cố định Error: Reference source not foundHình 3.7 THống kê sự tăng trưởng thị trường thuê bao WiMAX Error: Reference

source not found

Hình 3.5 Lớp ứng dụng WiMAX Error: Reference source not foundHình 3.8 Chuẩn IEEE 802.16a tạo ra các giải pháp đáp ứng được nhu cầu đa

dạng của các khúc thị trường truy cập băng rộng Error: Reference source not found

Hình 3.9 Ứng dụng WiMAX trên 3 miền VIỆT NAM Error: Reference source

not found

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc điểm các chuẩn 802.16 Error: Reference source not foundBảng 2.3 - Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO Error: Reference

source not found

Bảng 3.1 Các dải tần có thể sử dụng cho hệ thống truy nhập băng rộng cố định ở

Châu Âu Error: Reference source not foundBảng 3.2: Sự khác nhau của các loại hệ thống LOS và NLOS Error: Reference

source not found

Bảng 3.3 Các dải tần trongn băng tần cấp phép và không Error: Reference source

not found

Bảng 3.4 Các dich vụ ,thiết bị sử dụng giá thành lắp đặt WiMAX cố định Error:

Reference source not found

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Mobile WiMAX–Part I (March 2006):"A Technical Overview andperformance Evaluation",WiMAX forum

2 Syed Ahson, Mohammad Ilyas (2007), "WiMAX-Standards and Security",CRC Press

3 Wongthavarawat, "IEEE 802.16 WiMax Security", http://www.nectec.or.th/nac2005/documents/20050328_SecurityTechnology- 05_Presentation.pdf,lần truy nhập cuối cùng: 18/10/2007

6 http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=16376

7 http://www.wimaxforum.org/

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX

1.1 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ WIMAX

Nhóm công tác IEEE 802.16 là nhóm đầu tiên chịu trách nhiệm phát triểnchuẩn 802.16 bao gồm giao diện không gian cho truy nhập không dây băng rộng.hoạt động của nhóm khởi đầu trong một cuộc hội họp vào ngày 08/1998 củanhóm kiểm tra hệ thống điện tử không dây quốc gia (N-WEST), đây là một bộphận của viện nghiên cứu công nghệ và chuẩn hóa quốc gia Mỹ Ban đầu nhómtập trung vào việc phát triển các chuẩn và giao diện không dây cho băng tần 10-66GHz Sau đó dự án đổi dần đến việc tán thành chuẩn IEEE 802.16a tập trungvào băng tần 2-11GHz Sự phê chuẩn cuối cùng chi tiết kĩ thuật giao diện khônggian là vào 01/2003

ETSI đã tạo ra chuẩn MAN không dây cho băng tần 2-11GHz gọi là chuẩnETSI HiperMAN, được đưa ra vào tháng 10/2003 Tổ chức ETSI làm việc gầngũi với nhóm IEEE 802.16 do vậy HiperMWN về cơ bản là theo chỉ dẫn 802.16.Chuẩn HiperMAN cung cấp việc truyền thông cho mạng không dây trong cácbăng tần 2-11GHz ở Châu Âu Nhóm làm việc HiperMAN tận dụng lược đồ điềuchế OFDM-FFT 256 điểm, là một trong những lược đồ điều chế được định nghĩachuẩn IEEE 802.16a Wimax Forum giữ vai trò trong tương tự như liên minhWifi trong WLan, hỗ trợ phát triển các sản phẩm MAN không dây dựa trên cácchuẩn của viện nghiên cứu của các kĩ sư điện và điện tử (IEEE) và viện nghiêncứu các chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) Wimax Forum cho rằng một chuẩnchung cho truy nhập không dây băng rộng BWA sẽ làm giảm chi phí thiết bị vàthúc đẩy việc cải thiện hiệu năng Bên cạnh đó, các nhà khai thác BWA sẽ không

bị rằng buộc trong một nhà cung cấp duy nhất do các trạm gốc BS tương thích

với thiết bị truyền thông cá nhân CPE của nhiều nhà cung cấp ban đầu tập trungvào truyền thông cố định cho dải tần 10-66 GHz, việc mở rộng quy mô lớn bắtđầu vào tháng 01/2003 và chuyển cả lĩnh vực di dộng.

1.2 KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX

Wimax ( Worldwide interoperability for microwave access ) là khả năngtương tác toàn cầu với truy nhập Vi ba Tiêu chuẩn kỹ thuật này sinh ra từ dòng802.xx ngày nay một phát triển của IEEE ( Institude Electrical and engineers )WiMAX là công nghệ kết nối không dây băng rộng ( đặc tả IEEE 802.16 )với phạm vi phủ sóng rộng hơn ( tới 50km) so với công nghệ Wifi WiMax kếtnối các điểm “hotspot” của IEEE 802.11 (Wifi) tới mạng Internet, cung cấp khảnăng truy cập băng rộng cho đường cáp và đường DSL tới tận ví trí cuối cùng(nhưng vẫn nằm trong phạm vi 50km) WiMax cung cấp khả năng chia sẻ dữ liệulên tới 70 Mbps, đủ cho 60 doanh nghiệp với đường truyền T1 sử dụng cùng lúc,

và hơn 1000 người sử dụng kết nối 1Mbps

IEEE 802.16 Boadband Wireless Metropolitan Area Network (WirelessMAN) IEEE 802.16 Working Group on BWA đang phát triển mạnh dành choWMAN với khả năng ứng dụng trên phạm vi toàn cầu từ tháng 7 năm 1999.chuẩn IEEE 802.16 được công bố vào ngày 8 tháng 4 năm 2002 Các chuẩn nàydành cho mạng WMAN có thể kết nối với các điểm nóng 802.11 tới Internet vàđưa ra giải pháp truy nhập băng rộng ở những chặng cuối thay thế cho DSL vàcáp Chuẩn WMAN sẽ hỗ trợ các dịch vụ truy nhập không dây băng rộng tới cáctòa nhà, chủ yếu thông qua các anten ngoài trời tới các trạm phát sóng cơ sở

Hình 1.1 : Mô hình mạng Wimax

Chúng ta có thể thấy mô hình hoạt động của WiMax như một mạng điệnthoại di động, nghĩa là có một tổng đài phát sóng và một mạng lưới các trạm phátWiMax để phủ sóng đến từng nhà Phạm vi phủ sóng của Wimax có thể đạt tới50km

1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ WIMAX

Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax được phân chia thành 4 lớp : Lớpcon tiếp ứng (Convergence) làm nhiệp vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và cáclớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp truyền dẫn (Transmission) và lớp vật

lý (Physical) Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI vàđược tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ởhình dưới đây

Hình 1.2 : Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI

Tiêu chuẩn WiMAX được phát triển cho nhiều mục đích như hình dưới đây :

Hình 1.3 : Các ưu điểm của công nghệ WiMAX

Kiến trúc mềm dẻo : WiMAX hỗ trợ nhiều kiến trúc hệ thống bao gồm :Điểm nối điểm, điểm nối đa điểm, Vùng phủ sóng đồng nhất Lớp MAC hỗ trợĐiểm nối đa điểm và dịch vụ đồng nhất bằng cách phân chia một khe thời giancho mỗi máy khách khách hàng (SS) Nếu chỉ có một máy khách SS trongmạng thì máy khách cơ sở BS sẽ thông tin với máy khách khách hàng SS trên cơ

sở Điểm nối điểm Một máy khách cơ sở với cấu hình điểm nối điểm thì có thể sửdụng Anten búp sóng hẹp để có thể phủ sóng rộng hơn

Độ bảo mật cao :WiMAX hỗ trợ AES (Advanced Encryption Standard) và3DES Bằng việc mã hoá các kết nối giữa BS và SS, WiMAX cung cấp cho thuêbao một giao diện truy cập không dây băng rộng có độ bảo mật và tính cá nhân.Tính bảo mật cũng cung cấp cho nhà vận hành một sự bảo vệ mạnh chống lạinhững người ăn cắp dịch vụ WiMAX cũng hỗ trợ VLAN được tích hợp bêntrong để bảo vệ dữ liệu đang được truyền cho người khác trên cùng một BS.WiMAX QoS : WiMAX có thể tự động tối ưu cho lưu lượng hỗn hợp khichúng đang được truyền

Triển khai nhanh : Nếu so sánh với việc triển khai cáp thì WiMAX đòi hỏi

ít hoặc không đòi hỏi việc xây dựng kế hoạch bên ngoài Ví dụ : WiMAX khôngđòi hỏi việc đào mương chôn cáp Nhà vận hành có thể sử dụng một trong cácbăng tần đã đăng ký hoặc lên kế hoạch cho việc dựng một trong những băng tầnkhông đăng ký mà không cần đệ trình lên nhà chức trách Một khi Anten, thiết bị

đã được lắp đặt thì WiMAX sẵn sàng phục vụ khi bật nguồn Trong nhiều trườnghợp, việc triển khai WiMAX có thể có thể được hoàn tất trong nhiều giờ so vớInhiều tháng với các giải pháp khác

Dịch vụ đa mức : Đây là cách thức mà chất lượng dịch vụ dựa trên thoảthuận mức dịch vụ SLA ( Service Level Agreement) giữa nhà cung cấp

dịch vụ và khách hàng đầu cuối Mặt khác, một nhà cung cấp dịch vụ có thểphục vụ các SLA khác nhau cho các thuê bao khác nhau, hoặc ngay cả các ngườidựng khác nhau trên cùng một SS.

Khả năng kết nối : WiMAX dựa trên chuẩn chung quốc tế khiến cho cáckhách hàng đầu cuối dễ dàng mang SS đi và sử dụng ở những nơi khác hoặc vớinhững nhà cung cấp dịch vụ khác Khả năng kết nối bảo vệ cho việc đầu tư củanhà khai thác khi nó có thể kết nối với các thiết bị chủng loại khác và nó sẽ tiếptục khiến cho giá thành thiết bị giảm

Khả năng di chuyển : Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi một máy kháchkhách hàng WiMAX được bật nguồn, nó sẽ tự động xác định các đặc tính kết nốivới máy khách cơ sở BS khi máy khách khách hàng đã được đăng kí trong cơ sở

dữ liệu, rồi sau đó đàm phán các đặc tính truyền dẫn một cách phù hợp

Khả năng cho di động : Chuẩn 802.16e sửa đổi đã thêm vào các đặc điểmthen chốt để hỗ trợ cho khả năng di động Sự cải tiến đã được thực hiện đối vớIlớp vật lý OFDM và OFDMA nhằm hỗ trợ các thiết bị và các dịch vụ trong môitrường di động Những sự cải tiến này- tỷ lệ OFDMA, NIMO, hỗ trợ chế độnghỉ/dừng, tắt máy- sẽ cho phép khả năng di động một cách đầy đủ với vận tốclên đến 160km/h

Giá thành phù hợp : WiMAX dựa vào tiêu chuẩn quốc tế mở Việc sử dụngcác linh kiện được sản xuất hàng loạt, giá thành thấp đã khiến cho giá thành thiết

bị WiMAX giảm một cách nhanh chóng, giá thành cạnh tranh đó sẽ giúp tiếtkiệm đáng kể cho các nhà cung cấp dịch vụ và các khách hàng đầu cuối

Hoạt động ở chế độ NLOS và LOS: Hoạt động trong cả hai môi trườngtruyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyềnche khuất NLOS (Non line of sight) NLOS thường liên quan đến đường truyếnsóng với vùng Fresnel đầu tiên bị chắn hoàn toàn WiMAX

dựa trên công nghệ OFDM với khả năng vốn có cho việc sử lý đối với môitrường NLOS mà các sản phẩm không dây khác không làm được

Hình 1.4: Đường truyến sóng với vùng Fresnel

Vùng phủ sóng rộng hơn : WiMAX hỗ trợ các mức đa điều chế một cách tựđộng như : BPSK, QPSK, 16-QAM Khi được trang bị với bộ khuếch đại côngsuất cao và hoạt động với điều chế mức thấp ( BPSK, QPSK ), các hệ thốngWiMAX có khả năng phủ sóng một vùng địa lý rộng lớn khi đường truyền giữa

BS và SS không bị vật cản che chắn

Dung lượng lớn : Sử dụng sự điều chế cao hơn (64-QAM) và băng thôngtheo kênh (hiện tại là 7MHz), các hệ thống WiMAX có thể cung cấp băng thông

có ý nghĩa cho người dùng đầu cuối

1.4 ƯU ĐIỂM CỦA WIMAX.

Thông lượng: Sử dụng mô hình điều chế hết sức linh hoạt và mạnh mẽ,Wimax có thể cung cấp thông lượng cao trong phạm vi bao phủ rộng Các môhình điều chế thích ứng động cho phép các BS (Base Station) cân bằng giữathông lượng và khoảng cách Ví dụ như lúc này đang sử dụng mô hình điều chế64QAM, nếu với mô hình này, một BS không thể thiết lập một liên kết đủ mạnh,tức là liên kết có thể thực hiện được việc truyền dữ liệu ở một mức tối thiểu cóthể chấp nhận được tới một thuê bao ở một khoảng cách nào đó, thì mô hình điềuchế 16QAM hoặc QPSK sẽ được sử dụng Việc này đồng nghĩa với việc tốc độ

giảm đi nhưng truyền dữ liệu ở khoảng cách xa hơn Thông lượng lớn nhất trongWimax có thể đạt được là 70Mbps trong điều kiện truyền tốt.

Khả năng mở rộng: Cho phép thực hiện dễ dàng việc triển khai ở cả dải tầncấp phép và miễn phí 802.16 (802.16a mới hỗ trợ giải tần không cấp phép) cungcấp một cách linh động các băng thông kênh truyền Ví dụ như một nhà điềuhành được đăng kí 20Mhz tần phổ, nhà điều hành đó có thể chia làm 2 sector,mỗi sector 10Mhz, hoặc là 4 sector mỗi sector 5Mhz Điều này ưu việt hơn hẳn

so với một số mạng băng rộng khác có độ rộng kênh cố định như WiFi Bằngviệc tập trung công suất nhà điều hành vẫn có thể đảm bảo chất lượng, phạm vibao phủ cũng như phần nào thông lượng Để mở rộng mạng có thể tái sử dụngtần số

Phủ sóng: Để hỗ trợ một cách mạnh mẽ và linh động các mô hình điều chế,Wimax cũng cung cấp các công nghệ làm tăng phạm vi bao phủ bao gồm kĩ thuậtMesh topology (topo mesh)và smart antenna (ănten thông minh, hay ănten thíchnghi)

Chất lượng dịch vụ (QoS): Khả năng cung cấp dịch vụ voice là đặc biệt quantrọng Wimax cung cấp các thành phần bảo đảm QoS cho phép triển khai cácdịch vụ voice, video với độ trễ thấp Tính năng request/grant trong lớp MAC của802.16 cho phép một nhà điều hành có thể cung cấp đồng thời các dịch vụ với độđảm bảo khác nhau giống như cable

Bảo mật: Tính bảo mất được tích hợp sẵn trong 802.16 cung cấp một cơ chếtruyền thông tin cậy và an toàn 802.16 định nghĩa riêng một lớp con cho bảo mậtthuộc lớp MAC gọi là Secure-Sublayer

1.5 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA WIMAX.

Wimax được đánh giá là giải pháp toàn diện cho công nghệ truy nhập băngthông rộng vì những tính năng ưu việt của nó Khả năng ứng dụng của Wimax làrất rộng rãi Có thể thấy ứng dụng của Wimax trong ba vấn đề như: backhauling(các mạng backhaul), fixed wireless access (truy nhập không dây cố định), vàmobile access (truy nhập trong di động) Hiện nay ở Việt Nam đang thử nghiệm

Wimax trên các đầu cuối cố định (fixed wireless access) Còn các ứng dụng củaWimax trong di động được đánh giá có tiềm năng rất lớn và hứa hẹn sẽ đem lại

sự đột phá đáng kể trong công nghệ truy nhập không dây di động Sau đây là một

số ứng dụng điển hình của Wimax

Ứng dụng cho các mạng backhaul (truyền dẫn điểm-điểm từ trạm cuối đếnmạng thông tin): Nhà cung cấp dịch vụ internet thường phải thuê những đườngdây riêng của một nhà cung cấp khác, điều này làm giá thành của dịch vụ trở nênđắt hơn Wimax có thể làm giảm được phần nào sự lệ thuộc này

Các ứng dụng băng thông theo yêu cầu: Việc sử dụng Wimax là giải phápcho mạng truy nhập sẽ thúc đẩy việc triển khai các mạng WLAN đặc biệt là tạinhững nơi mà cable hoặc DSL không thể tới được Wimax cũng cung cấp băngthông tùy vào thỏa thuận với từng thuê bao

Cung cấp dịch vụ băng rộng đến người dung riêng lẻ: Hạn chế của cable vàDSL là khả năng mở rộng, với tới khách hàng Với DSL, khoảng cách chỉ có thểđạt tới 3 dặm, từ tổng đài đến trung tâm khách hàng Cable cũng có giới hạn của

nó, Rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã không trang bị, cải tiến hệ thống cũ thành

hệ thống băng rộng vì giá thành cho việc đó là quá đắt Hơn thế nữa cũng không

có một chuẩn cụ thể nào cho việc triển khai này, tính tin cậy sẽ không được đảmbảo Và giải pháp cho điều này chính là Wimax Wimax có những tính năng nhưbăng thông cao, không yêu cầu LOS, mềm dẻo, linh hoạt, giá thành rẻ… là giảipháp tối ưu để khắc phục hạn chế của mạng có dây Với những ưu điểm củamình Wimax được chọn là giải pháp tối ưu cho việc triển khai đến những vùngngoại ô, nông thôn, vùng có mật độ dân cư thưa thớt… Rõ ràng, các mạng códây khó có thể có thể đưa được tới những nơi như thế vì giá thành triển khai cao,khó triển khai được và lợi nhuận thu được thấp

1.6 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN 802.16 CỦA IEEE

Ban đầu chuẩn IEEE 802.16 chỉ có một sự đặc tả lớp MAC Sau một loạtnhững nghiên cứu đã đưa thêm sự khác biệt về những đặc tả lớp vật lý (PHY)như những sự chỉ định trải phổ mới, cả cấp phép và không cấp phép, đã trở nên

có giá trị Dưới đây trình bày ngắn gọn về những sự mở rộng khác nhau và cácdải của họ chuẩn IEEE 802.16.

1.6 1 Chuẩn 802.16- 2001

Chuẩn 802.16-2001 là chuẩn đầu tiên trong chuẩn WiMax, được phê chuẩnvào tháng 12 năm 2001 và công bố vào ngày 08/04/2002, chuẩn này ứng dụngtruy nhập không băng rộng cố định Định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện khônggian WirelessMAN cho các mạng vùng đô thị Chuẩn này hộ trợ các truy nhậpkhông dây băng rộng cố định trong mô hình điểm-điểm (PTP) và điểm _ đađiểm (PMP) Chuẩn sử dụng điều chế sóng mang trong phạm vi tần số 10GHz

và sử dụng hai phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD: TimeDivision Duplexing) và kép kênh phân chia theo tần số (FDD: FrequencyDivision Duplexing) Các sơ đồ điều chế được sử dụng là QPSK, 16_QAM,64_QAM, khả năng thay đổi theo phương pháp điều chế và phương pháp sửa lỗitrước cho phép mạng thích nghi với sự bất thường của thời tiết do đó đáp ứngchất lượng dịch vụ cho người sử dụng

Chuẩn IEEE 802.11 dựng phương pháp truy nhập nhạy cảm sóng mang có

cơ chế tránh xung đột (Carier 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 nhau

để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng Trong thời gian truyền dẫn, phương phápđiều chế được ẩn định bởi BS và chia sẻ tất cả các node trong mạng thông tinbroadcast cho cả đường truyền lên và đường truyền xuống, bằng việc lập địnhcho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ Thuê bao chỉ cần nghetín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trong phạm vi phủ sóng của trạm BS đó.Ngoài ra, thuật toán lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số thuêbao tăng lên quá nhiều

Các trạm thuê bao (Subscriber Stations: SS) có thể thuận về độ rộng dải tầnđược cấp phát trong một bursttro-burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhập mềmdẻo Các phương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM và

QAM Chúng có thể thay đổi từ khung này sang khung khác, hay từ SS này sang

SS khác tùy thuộc vào tình tạng của kết nối Các thuê bao khác nhau có thể sửdụng các sơ đồ điều chế khác nhau Các sơ đồ điều chế được lựa chọn phải đápứng được mục đích cuối cùng là đảm bảo sự kết nối ổn định và chất lượng củakết nối Một số đặc tính quan trọng của 802.16-2001 là khả năng cung cấp dịch

vụ QoS khác nhau ở lớp vật lý Khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ được xâydựng dựa trên theo khái niệm về lưu lượng dịch vụ (Service Flow ID), nó được

xá 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 vàlượng Jitter cho phép Lưu lượng dịch vụ là đơn hướng và có thể được tạo ra bởi

BS hoặc SS Đóng vai trị cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE.802.16 làlớp con riêng biệt (Privacy sublayer) Mục đích của lớp con riêng biệt là cungcấp sự bảo mật trên các kết nối không dây của mạng Nó được thực hiện thôngqua việc mã hóa dữ liệu gửi BS và SS Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, SS có thểđược nhận qua chứng chỉ số X.509, chứng chỉ này bao gồm khóa công khai của

SS và địa chỉ MAC

1.6.2 Chuẩn 802.16a- 2003

Vào tháng 1 năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấpkhả năng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối và kết nối băng tần 2-11GHzvới khoảng cách tối đa có thể đạt tới 50km trong trường hợp kết nối điểm –điểm và từ 7-10km trong trường hợp kết nối từ điểm- đa -điểm, tốc độ truy nhập

có thể đạt tới 70Mbps Trong khi, với dải tần 10-66GHz chuẩn 802.16 phải yêucầu tầm nhìn thẳng thì với dải tần 2-11GHz, chuẩn 802.16a cho phép kết nối màkhông cần thỏa mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vậtcản trên đường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽ giúp ngành viễnthông có các giải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thời gian thicông ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệ thuê bao số haymạng có dây không tiếp cận được

Với những khả năng trên đó đưa ra nhiều thách thức cho 802.16a ở lớp vật

lý, đó là việc thay đổi lớp vật lý sao cho đáp ứng được sự hoạt động của dải tần2GHz-11GHz Do vậy các phương pháp điều chế đưa ra ở chuẩn 802.16 sửa đổicòn đưa ra 3 dạng vật lý:

để chống giao thoa

Nếu sử dụng công nghệ CDMA để thực hiện băng rộng không dây dưới tần

số 11GHz và tốc độ lên tới 70Mbps thì băng thông yêu cầu phải đạt 200Mbps để

có thể hoạt động trong môi trường không cần tầm nhìn thẳng Bên cạnh đó cònmột vài đặc tính của lớp vật lý cũng được nêu ra như độ rộng kênh mềm dẻo,dạng búp thích hợp và hệ thống anten thích ứng để cải thiện về phạm vi dunglượng, sự lựa chọn tần số động giúp làm giảm tối thiểu giao thoa, mật mã hóakhông gian giúp nâng cấp sự thực hiện trong môi trường Fading nhờ mật độkhông gian dày đặc

Các đặc tính trên là rất cần thiết cho ứng dụng truy nhập băng rộng khôngdây ngoài trời, đặc biệt có thể triển khai rộng rãi, bởi ở mỗi nước băng tần là khácnhau, kích thước kênh cũng khác nhau Trong khi đó ở băng tần cấp phép các nhàvận hành mạng phải trả cước phí cho từng MHz vì sẽ lãng phí 2MHz mà họmuốn hệ thống của mình phải triển khai được các kênh với độ rộng là 7MHz,3.5MHz hay thậm chí là 1.75MHz để tận dụng hết giải tần

1.6.3 Chuẩn 802.16c- 2002

Chuẩn 802.16c-2002 được công bố vào tháng 12 năm 2002, chuẩn này sửađổi mới và xem xét lại một số vấn đề về giao thức, thêm một số dạng hệ thốngchi tiết hơn cho băng tần 10GHz-66GHz đồng thời cũng sửa một số lỗi và mâuthuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm một số profiles hệ thống chi tiết chodải tần 10-66GHZ

1.6.4 Chuẩn 802.16- 2004

Chuẩn 802.16-2004 còn được gọi là IEEE 802.16d, chuẩn này được công

bố vào ngày 24 tháng 4 năm 2004 và được công bố tháng 9 năm 2004, hay cònbiết đến với cái tên chuẩn 802.16- Revd Chuẩn 802.16-2004 chính là sự thốngnhất của chuẩn 802.11-2002, 802.16a-2003 và 802.16c-2002 tạo lên một chuẩnmới Ban đầu nó được xem như là một sự xem xét sửa đổi những chuẩn trước đónhưng những thay đổi mới nay đã hình thành lên một chuẩn mới toàn diện vàđược áp dụng cho chứng nhận chuẩn WiMax

Chuẩn 802.16-2004 đã đưa ra khả năng tự cài đặt các thiết bị trong nhà, nóđem lại sự tiện lợi lớn cho người sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian(TDD) và còn đối với băng tần không cấp phép có thể sử dụng cả hai phươngpháp ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD) và ghép kênh phân chia theo tần

số (FDD) Ngoài ra lớp MAC là tối ưu cho những tuyến đường truyền dài vì nóđược thiết kế với khoảng trễ lớn hơn và độ trễ biến đổi

1.6.5 Chuẩn 802.16e và mở rộng

IEEE 802.16e chuẩn mở rộng từ 802.16a có thể hỗ trợ các thuê bao di dộng,được thông qua vào ngày 7 tháng 12 năm 2005, phổ tần số thấp hơn 6GHz.Không đòi hỏi tầm nhìn thẳng, kỹ thuật OFDMA (Orthogonal FrequenceDivision Multiplexing Access), tốc độ truyền cực đại dưới 75Mbps với băng tần20GHz, bán kính vùng phủ sóng của một cell là 1km đến 3km Indoor và 2km-5km Outdoor, tốc độ di chuyển của người dùng dưới 100km/h vẫn đảm bảo liênlạc tốt Đồng thời các chuẩn 802.16f và 802.16g cũng đang được nghiên cứu pháttriển Những đặc điểm chính của các chuẩn IEEE 802.16 khác nhau được tổng

quan qua bảng 1.1 Chú ý rằng các chuẩn này đưa ra các tùy chọn thiết kế cơ bảnkhác nhau Ví dụ, có nhiều sự lựa chọn cho vật lý: lớp vật lý đơn sóng mạng(Wireless MAN-Sca), lớp vật lý khác là lớp vật lý OFDM (Wrieless MAC-OFDM), và một lớp kiến trúc MAC phương thức song công và băng tần hoạtđộng…nhưng chuẩn này được phát triển cho nhiều ứng dụng và nhiều mô hìnhtriển khai khác nhau, do đó đưa ra một số lượng lớn cả chọn lựa thiết kế cho cácnhà phát triển hệ thống Thực tế, có thể nói IEEE 802.16 là một bộ các chuẩntương thích duy nhất.

Max: 75Mbps/kênh

20Mhz

Max: 15Mbps/Kênh5MHzDải tần 10-66GHz <11GHz <6GHzMôi trường

Điều chế

QPSK, 16QAM,64QAM

QPSK, 16QAM,64QAM

Single cảierOFDM 256 sub-cảierOFDM 2048 sub-cảier

Tương tự802.16a

hệ số tăng ích và công

suất phát

2-5km

1.7 CÁC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA WIMAX

Các băng tần được WiMax Forum tập chung xem xét và động cơ quản lýtần số các nước phân bổ cho WiMax là : 3600-3800MHz, 3400-3600MHz (băng3.5GHz), 3300-3400MHz (băng 3.3GHz), 2500-2690MHz (băng 2.5GHz),2300-2400MHz (băng 2.3GHz), 5725-5850MHz (băng 5.8GHZ) và băng 700-00MHz (dưới 1GHz)

1.7.1 Bằng 3400-3600MHz (băng 3.5GHz)

Băng 3.5GHz là băng tần đó được nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cậpkhông dây cố định (Fixed Wireless Access - FWA) hoặc cho các hệ thống truycập không dây băng rộng (WBA) WiMax cũng được xem là một công nghệWBA nên có thể sủ dụng băng tần này cho WiMax.Vì vậy,WiMax Forum đóthống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMax

Các hệ thong WiMax ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16-2004 để cungcấp các ứng dụng cố định và nomadic, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc7MHz, chế độ song công TDD hoặc FDD

Một số nước quy định băng tần này chỉ dành cho các hệ thống cung cấp cácdịch vụ cố định, không có ứng dụng nomadic, nên để triển khai được WiMax cầnthiết phải sửa đổi lại quy định này

Đối với Việt Nam, do băng tần này được ưu tiên dành cho hệ thống vệ tinhVinasat nên hiện tại không thể triển khai cho WiMax

1.7.2 Băng tần 3600-3800MHz.

Băng tần 3600-3800MHz được một số nước châu Âu xem xét để cắp choWBA Tuy nhiên,do một phần băng tần này (tư 3.7-3.8GHz) đang được nhiều hệthống vệ tinh viễn thông sủ dụng (đường xuống băng tần C), đặc biệt là các khu vựcchâu Á, nên ít khả năng băng tần này sẽ được chấp nhận cho WiMax ở châu Á

đã được sản xuất Chuẩn WiMax áp dụng ở băng tần này tương tự như với băng3.5GHz, đó là WiMax cố định, chế độ song công FDD hoặc TDD, độ rộng kênh3.5 MHz hoặc 7MHz.

Do Ấn Độ chỉ cho phép sử dụng đoạn băng tần 3316-3400MHz nên các thiết

bị WiMax hiện tại cũng chỉ làm việc trong đoạn này với tối đa 2x9 kênh 3.5MHz

Vì vậy, nếu cứ 4 nhà khai thác sử dụng băng tần này thì thường mỗi nhà cung cấpkhai thác chỉ được cấp sử dụng 2x2 kênh 3.5MHz Trong khi đó, theo ý kiến củacác chuyên gia Alvarion, một trong những hãng cung cấp thiết bị WiMax, thì đểkhai thác có hiệu quả, mỗi nhà khai thác nên được cấp ít nhất 2x3 kênh 3.5MHz

1.7.4 Băng 2500-2690MHz (băng 2.5GHz)

Băng tần này là băng tần được WiMax Forum ưu tiên chọn cho WiMax diđộng theo chuẩn 802.16-2005 Có hai lý do cho sự lựa chọn này, thứ nhất, so vớicác băng trên 3GHz điều khiên truyền sóng của băng tần này thích hợp cho cácứng dụng di động Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước chophép sử dụng WBA bao gồm cả WiMax ở băng tần này có độ rộng kênh là5MHz, chế độ song công TDD, FDD

Băng tần này trước đây được sử dụng phổ biến cho các hệ thống truyền hìnhMMDS trên thế giới, nhưng do MMDS không phát triển nên hội nghị thông tin

vô tuyến thế giới năm 2000(WRC-200) đã xác định có thể sử dụng băng tần nàycho hệ thống di động thế hệ 3 (3G hay IMT-2000 theo cách đặt tên của ITU) Tuynhiên, khi nào IMT-2000 được triển khai ở băng tần này cũng chưa có câu trả lời

rõ ràng Vì vậy hiện đã có một số nước như Mỹ, Brazil, Mexico, Singapore,Canada, Liên hiệp Anh (UK), Australia cho phép cử dụng băng tần này choWBA, Trung Quốc và Ấn Độ cũng đang xem xét

Ví dụ, Singapore đã chia băng 2.5GHz thành 15 khối 6MHz cho WBA đểđấu thầu, theo đó nhà khai thác được cung cấp các dich vụ cố định, nomadic và diđộng, không yêu cầu phải sử dụng một công nghệ cụ thể nào Các nhà khai tháctrúng thầu có trách nhiêm tự phối hợp với nhau và với nhà khai thác của các nướcláng giềng để tránh can nhiễu Tại Mỹ, Ủy Ban Truyền Thông Liên Bang (FCC)

chia băng 2.5GHz thành 802.16 khối, mỗi nhà khai thác có thể được cấp22.5MHz, gồm một khối phổ có độ rộng 16.5MHz kết hợp với khối 6MHz.

Do ITU xác định băng tần này cho IMT-2000, nên WiMax Forum đang có

kế hoạch tham gia vào các nhóm nghiên cứu của ITU để thúc đấy việc đưa chuẩn802.16 thành một nhánh của họ tiêu chuẩn ITM-2000

Với Việt Nam, quy hoạch phổ vô tuyến điện quốc gia được thủ tướng chínhphủ phê duyệt cuối năm 2005 đã quy định băng tần 2500-2690MHz sẽ được sửdụng cho các hệ thông thông tin di động thế hệ mới, không triển khai them cácthiết bị khác trong băng tần này Vì vậy,có thể hiểu công nghệ WiMax di độngcũng là một đối tượng của quy định này, nhưng băng tần sẽ được sử dụng choloại hình công nghệ cụ thể nào vẫn còn để mở

1.7.5 Băng 2300-2400MHz (băng 2.3GHz)

Băng 2.3GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2.5GHz nên

là băng tần được WiMax Forum xem xét cho WiMax di động

Hiện có một số nước phân bổ băng tần này cho WBA như Hàn Quóc (triểnkhai WiBro), Úc, Mỹ,Canada, Singapore đã cho đấu thầu 10 khối 5MHz trongdải 2300-2350MHz để sử dụng cho WBA với các điều kiện tương tự như vớibăng tàn 2.5 GHz Úc chia băng tần này thành các khối 7MHz, không quy định

cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng dụng cố định Mỹ chiathành 5 khối 10MHz, không quy định cụ thể về độ rộng kênh, cho phép triển khai

cả TDD và FDD

Đối với Việt Nam, đây cũng là một băng tần có khả năng sẽ được ứng dụng

để triển khai WBA/WiMax1.7.6 Băng 5725-5850MHz (băng 5.8GHz)

Băng tần này được WiMax Forum quan tâm vì đây là băng tần được nhiềunước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn so vớicác đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốnthường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà

Theo WiMax Forum thì băng tần này thích hợp để triển khai WiMax cốđịnh, độ rộng kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD,không có FDD.

1.7.7 Băng dưới 1GHz

Với các tần số càng thấp, sóng vô tuyến lan truyền càng xa, số trạm gốccàng được sử dụng càng ít, tức mức đầu tư cho hệ thồng thấp đi Vì vậy, WiMaxForum cũng đang xem xét khả năng sử dụng các băng tần dưới 1GHz, đặc biệt

là băng 700-800MHz

Hiện nay, một số nước đang thực hiện việc chuyển đổi từ truyền hình tương

tự sang truyền hình số.nên sẽ giải chúng được một phần phổ tần sử dụng choWBA/WiMax Ví dụ, Mỹ đó cấp đoạn băng tần 699-741MHz trước đây dùng chokênh 52-59 UFH truyền hình và xem xét cấp tiếng băng tần747-801MHz (kênh60-69 UFH truyền hình)

Với Việt Nam do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phương nên cáckênh trong dải 470-806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc chocác hệ thông truyền hình tương tự này sang truyền hình số, nên chưa thấy có khảnăng có băng để cấp cho WBA/WiMax ở đây

1.8 CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG WiMAX

1.8.1 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 1.5 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

Hình 1.5 : Mô hình WiMAX điểm – điểm và điểm – đa điểm

1.8.2 Thành phần hệ thống WiMAX

Hình 1.6 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 trạmthuê bao (SS), một trạm cơ sở (BS) kết nối các thiết bị cổng (Gateways) Trongtrạm thuê bao có một ăngten và máy thu bên trong một hộp chuyển đổi tín hiệusóng radio (Set top box)

Trong ví dụ này, một hệ thống WiMAX đang sử dụng để cung cấp truyềnhình và những dịch vụ truyền thông dữ liệu băng rộng Hệ thống đầu cuối (HeadEnd System) kết nối hệ thống WiMAX với một vệ tinh liên lạc cho những kênhtruyền hình cáp cho hình ảnh theo yêu cầu Khi tín hiệu dữ liệu băng rộng nàyphân tán trong nhà, nó được chuyển đổi vào trong tín hiệu ti vi chuẩn hệ (NTSChoặc PAL) qua một Set Top Box Tín hiệu số từ hệ thống WiMAX cũng kết nốiInternet qua Gateway đến một máy tính ở trong nhà để cung cấp truy nhậpInternet băng rộng Điều này cũng cho thấy phần tần số thấp hơn 2-11GHz đócủa hệ thống WiMAX (802.16a) có thể trải khoảng cách xa 50 km trong khi phầntần số cao hơn 10-66 GHz thì bị giới hạn khoảng 5 tới 10 km

Omnidirectional Antenna

Data Switch

Voice Video Data

20 –150 Feet

Directional Antennas

Directional Antennas

Cluster of Home

Hình 1.6 Thành phần một hệ thống WiMAX

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 trạmgốc (Base Station - BS) và thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng (CustomerPremises 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 chịutrách nhiệm kết nối với nhiều CPE trong khu vực phủ sóng Các modem khôngdây (Radio modems) kết nối tới một bộ đa công (Multiplexer), tương tự như mộtkhó 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

Head End System

Base Station

GW

Internet

Subcriber Station (SS)

Digital Channel

5 to 50 km

10-66 GHz (802.16) 2-11 GHz (802.16a)

Chương trình truyền hình từ vệ tinh hoặc thiết bị trường quay

 Thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng CPE (hay SS) bao gồm 3 thànhphần chính: một modem, một radio, và một anten Modem cung cấp một giaodiện 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 thuphát sóng vô tuyến Ba thành phần có thể là riêng biệt, hoặc tích hợp một phầnhay 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 mộtnode trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của kháchhàng CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các Hotspot và chuyển đổi chúng thànhdạng tín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng (tương tự hoặcsố) CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một sốchức 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 mạngdiện rộng

 Trung tâm quản lý

Hình 1.7 Sơ đồ khối trung tâm quản lý WiMAX

Về cơ bản, trung tâm quản lý gồm có các thành phần sau:

- Hệ thống tiếp nhận kết nối :

Đảm nhận vai trò kết nối trung tâm quản lý và tất cả các WiMAX BS đầucuối Ngoài ra, hệ thống này còn phải hỗ trợ giao diện LAN để kết nối với cácthành phần còn lại trong trung tâm quản lý

- Subcriber Gateway :

Cổng giao tiếp dành cho thuê bao Nhiệm vụ chính của nó là quản lý tất cảthông tin về thuê bao Việc chứng thực người dùng hay tính cước khai thácInternet đều phải thông qua Gateway này Do đó, Subcriber Gateway luôn đượcđặt 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 tưởngcho một Subcriber Gateway BBSM sẽ kết nối với hệ thống tiếp nhận kết nối quagiao 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 thuêbao được đi ra Internet, hay ghi nhận thông tin cho việc tính cước đối với cáckhách 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 nhấtmột cửa ngõ kết nối Internet nên Firewall tại đây đòi hỏi phải có thông lượng khátốt, hoạt động hiệu quả và ổn định Đối với những đòi hỏi đặc thù như vậy CiscoPIX 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 củamột chức năng đặc thù Tuy nhiên, việc kết hợp chúng lại với nhau trong một hệthống của trung tâm quản lý cho phép nhà cung cấp dịch vụ quản lý người dùngđầu cuối của mình một cách có hiệu quả

Để đấu nối các WiMAX BTS về trung tâm quản lý Sau khi tất cả các trạmdịch vụ đã được đấu nối về các hệ thống tiếp nhận tại trung tâm thành công, phầnviệc 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 cápquang hoặc là các bộ thiết bị không dây dựng công nghệ WiMAX Quá trình tích

hợp có thể theo mô hình (Hình1.8)

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 sóngradio 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 làmnhiễu xạ Tín hiệu gốc truyền đi bị trễ, hoặc sai lệch đi do những thành phầntruyền 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 hiệuchính 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

Hình 1.8 Các giao diện kết nối trong mạng WiMAX

1.8.3 Thiết bị truy nhập WiMAX

Hình 1.9 cho thấy một vài kiểu thiết bị truy nhập WiMAX khác nhau Thểhiện 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), thẻ PCMCIA, hộp

mở rộng kết nối tới Ethernet hoặc USB sockets trên những thiết bị truyền thông

Hình 1.9 Một số thiết bị truy nhập WiMAX

NIC : (Network Interface Card) Cắm trên khe mở rộng của máy tính Đốivới một số loại máy tính Card này có thể on mainboad Còn đối với máy sách tayCard này đã được tích hợp sẵn trên máy

1.8.4 Giải pháp truy nhập băng rộng không dây point to multipoint BreezeACCESS VL (của Alavrion)

Dòng thiết bị BreezeACCESS VL cung cấp các kết nối băng rộng không dâyvới tốc độ lên đến 54Mbit/s trong phạm vi 50km, sử dụng các công nghệ mới đatruy xuất phân chia theo mã trực giao OFDM, khả năng kết nối khi không nhìnthấy nhau NLOS Hoạt động ở dải tần 5 - 5.8GHz, cấu hình đơn giản, thời gianlắp đặt và triển khai nhanh chóng, BA VL hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao