Công nghệ đa truy cập trong wimax

Công nghệ đa truy cập trong wimax,Công nghệ đa truy cập trong wimax,Công nghệ đa truy cập trong wimax,Công nghệ đa truy cập trong wimax,Công nghệ đa truy cập trong wimax,Công nghệ đa truy cập trong wimaxCông nghệ đa truy cập trong wimaxCông nghệ đa truy cập trong wimaxCông nghệ đa truy cập trong wimax

9

MỤC LỤC

Mục lục 1

Danh sách hình vẽ 3

Danh sách bảng biểu 5

Thuật ngữ viết tắt 6

Lời nói đầu 9

Chương 1: CƠ SỞ VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN VÀ CÁC PHƯƠNG THỨC ĐA TRUY NHẬP 11

1.1 THÔNG TIN VÔ TUYẾN 11

1.1.1 Nền tảng của thông tin vô tuyến 11

1.1.2 Cơ sở của thông tin vô tuyến 11

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới thông tin vô tuyến 15

1.2 CÁC PHƯƠNG THỨC ĐA TRUY NHẬP 22

1.2.1 Phân loại các phương thức đa truy nhập 22

1.2.2 Một số phương pháp đa truy nhập chính 23

CHƯƠNG 2: MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÔNG NGHỆ WIMAX 30

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 30

2.1.1 Giới thiệu chung 30

2.1.2 Các khái niệm và đặc điểm về mạng không dây băng rộng 31

2.1.3 Một số mạng không dây tiêu biểu 32

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX 37

2.2.1 Giới thiệu chung 37

2.2.2 Hoạt động của WIMAX 38

2.2.3 Các chuẩn dành cho WIMAX 39

2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA WIMAX 43

10

2.3.1 Hai mô hình ứng dụng WIMAX 43

2.3.2 Ưu nhược điểm và ứng dụng của WIMAX 46

2.3.3 WIMAX tại Việt Nam 49

CHƯƠNG 3: ĐA TRUY NHẬP TRONG WIMAX 51

3.1 HỆ THỐNG WIMAX THEO TIÊU CHUẨN 802.16X 52

3.1.1 Lớp vật lý PHY 53

3.1.2 Lớp điều khiển truy nhập phương tiện MAC 55

3.2 CÁC CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP TRONG WIMAX 56

3.2.1 Công nghệ OFDM 56

3.2.2 Công nghệ OFDMA 67

3.2.3 Kỹ thuật SOFDMA 75

3.2.4 Sự kết hợp các phương thức đa truy nhập cũ vào OFDMA 76

3.3 ĐA TRUY NHẬP TRONG WIMAX 78

3.3.1 Phương thức đa truy nhập 78

3.3.2 Điều chế và mã hóa thích nghi AMC 79

3.3.3 Chuyển vùng trong OFDMA 82

3.3.4 Phương thức song công 83

Kết luận 88

Tài liệu tham khảo 89

11

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Chương 1

Hình 1.1 Mô hình các dạng fading 16

Hình 1.2 Mô hình trải trễ 17

Hình 1.3 Mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt 18

Hình 1.4 Nhiễu xuyên symbol ISI 19

Hình 1.5 Nhiễu xuyên kênh 20

Hình 1.6 Đa truy nhập phân chia theo tần số 23

Hình 1.7 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 25

Hình 1.8 Đa truy nhập phân chia theo mã 26

Chương 2 Hình 2.1 Các mạng không dây tiêu biểu 32

Hình 2.2 Mô hình mạng nội bộ WLAN 34

Hình 2.3 Mô hình mạng đô thị MAN 35

Hình 2.4 Mô hình mạng WAN 36

Hình 2.5 Nguyên tắc hoạt động của WIMAX 39

Hình 2.6 Mô hình mạng WiMAX cố định 44

Hình 2.7 Mô hình mobile WiMAX của 4Motion 45

Hình 2.8 Tần số và ứng dụng 48

Chương 3 Hình 3.1 Cấu trúc lớp PHY và MAC theo chuẩn 802.16x 53

Hình 3.2 Phổ của một sóng mang (a) và của tín hiệu OFDM (b,c) 58

Hình 3.3 Sơ đồ bộ điều chế OFDM 61

Hình 3.4 Mô hình hệ thống OFDM 62

Hình 3.5 Chèn tín hiệu dẫn đường 63

12

Hình 3.6 Hiệu quả phổ của OFDM 64

Hình 3.7 Cấu trúc Symbol OFDM, ISI và khoảng bảo vệ 65

Hình 3.8 Khả năng chống nhiễu lựa chọn tần số 66

Hình 3.9 Sự khác nhau giữa OFDM và OFDMA 68

Hình 3.10 Phương thức đa truy nhập cấu trúc khung OFDMA 69

Hình 3.11 Cấu trúc sóng mang con OFDMA 71

Hình 3.12 Kênh con hóa trong OFDMA 72

Hình 3.13 Sự tạo kênh trong mô hình FUSH 73

Hình 3.14 Cluster trong mô hình DL PUSH 74

Hình 3.15 Tile trong mô hình UL PUSH 74

Hình 3.16 Sơ đồ điều chế AMC 80

Hình 3.17 Điều chế thích nghi và mã hóa dựa trên khoảng cách với BS 81

Hình 3.18 Hai chế độ song công TDD và FDD 84

Hình 3.19 Cấu trúc khung WiMAX OFDM 85

Hình 3.20 Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng 87

13

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Ký hiệu và phân chia băng tần theo CCIR 12

Bảng 2-1 So sánh các chuẩn 802.16 42

Bảng 3-1 Tính năng lớp vật lý PHY 55

Bảng 3-2 Các băng thông kênh được hỗ trợ 59

Bảng 3-3 Các tham số tỷ lệ OFDMA 70

Bảng 3-4 Tốc độ dữ liệu PHY trong WIMAX di động với các kênh con PUSH 81

Mã hoá và điều chế thích nghi

AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng

CPE Customer Premises Equipment Thiết bị của người sử dụng

CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận sóng mang

D

DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

15

FFT Fast Fourier Tranform Biến đổi Fourier Nhanh

FUSC Full Used Sub-carrier Kênh con sử dụng hoàn toàn

I

IEEE Institute for Electrical and

Electronic Engineers

Viện kỹ thuật điện, điện tử

IFFT Inverse Fast Fourier Tranforms Biến đổi Fourier ngược

ISI Inter Symbol Interference Nhiễu xuyên symbol

Ghép phân chia tần số trực giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch chuyển pha cầu phương

S

SDMA Space Divition Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

không gian SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần

số trực giao thay đổi tỷ lệ

T

TDD Time Divition Duplex Song công phân chia theo

thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

WIMAX World wide Interoperability for

Microwave Access

Hệ thống truy cập vi ba có tính tương tác toàn cầu

17

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự ra đời của Internet và mạng máy tính, cuộc sống con người đã

thay đổi một cách nhanh chóng Chúng ta có thể trò chuyện, trao đổi thông tin

một cách tiện lợi và dễ dàng Và để phục vụ cho các nhu cầu kết nối di động,

các mạng truy cập không dây đã ra đời

Mạng truy nhập không dây có vùng phủ rộng WIMAX ra đời với chuẩn

IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vào năm 2002,

nó đã thực sự đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập không

dây WIMAX có khả năng cung cấp dịch vụ ở vùng đô thị, ngoài ra nó còn

giải quyết được những vấn đề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet

cho những vùng thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử

dụng dây đồng không thể đạt tới

Trong những qua, công nghệ WIMAX với những ưu điểm vượt trội của

nó luôn là một công nghệ “nóng” dưới nhiều góc độ và được tập trung nghiên

cứu, triển khai ở rất nhiều quốc gia Tháng 11 năm 2005, việc IEEE công bố

chuẩn 802.16e cho các ứng dụng dành cho di động đã đánh dấu sự ra đời của

mạng băng rộng cá nhân - sự hội tụ của mạng băng rộng và mạng di dộng hứa

hẹn đây sẽ là một cuộc cách mạng quan trọng trong thông tin liên lạc

Với sự định hướng và chỉ bảo tận tình của Thầy Mai Thanh Hải cũng

như với sự nỗ lực tìm tòi và nghiên cứu của bản thân, em đã chọn và hoàn

thành đồ án tốt nghiệp là “Công nghệ đa truy nhập trong WIMAX” Đây là

vấn đề khá phức tạp nhưng nó là một trong những đặc điểm kỹ thuật nổi bật

thể hiện tính ưu việt của WIMAX so với các công nghệ khác

18

Trong phạm vi đồ án này, nội dung chính gồm có 3 chương:

Chương 1: “Cơ sở về thông tin vô tuyến và các phương thức đa truy

của kỹ thuật thông tin vô tuyến, các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu

và các kỹ thuật đa truy nhập cơ bản

Chương 2: “Mạng không dây và công nghệ WIMAX” Chương này

đồ án trình bày một cách tổng quát về đặc điểm các mạng không dây băng rộng và tập trung nghiên cứu mô hình mạng tiêu biểu dành cho vùng phủ tương đối lớn là WIMAX

Chương 3: “Đa truy nhập trong WIMAX” Đây là phần chính đồ án

Trong phần này, em trình bày một kỹ thuật mới được WIMAX lựa chọn làm phương thức đa truy nhập cho các người sử dụng của mình

Em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Thượng tá T.S Mai Thanh Hải cùng các thầy cô trong khoa Vô Tuyến Điện

Tử đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm đồ án

Hà Nội - tháng 4/2008 Sinh viên

Nguyễn Tuấn Việt

19

Chương 1

CƠ SỞ VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN VÀ CÁC PHƯƠNG

THỨC ĐA TRUY NHẬP

1.1 THÔNG TIN VÔ TUYẾN

1.1.1 Nền tảng của thông tin vô tuyến

Thông tin vô tuyến sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn Phương pháp thông tin là: phía phát điều chế thông tin cần truyền thành sóng điện từ rồi bức xạ ra môi trường, phía thu nhận sóng điện từ từ phía phát qua không gian và tách lấy tín hiệu gốc

Thông tin vô tuyến bắt đầu hình thành vào đầu thế kỷ trước khi Marconi thành công trong việc liên lạc vô tuyến qua Đại Tây dương, Kenelly

và Heaviside phát hiện một yếu tố là tầng điện ly hiện diện ở tầng phía trên của khí quyển có thể dùng làm vật phản xạ sóng điện từ

Với sự gia tăng không ngừng của lưu lượng truyền thông, tần số của thông tin vô tuyến đã vươn tới các băng tần siêu cao (SHF) và cực cao (EHF)

Do những đặc tính ưu việt của mình, chẳng hạn như: dung lượng lớn, phạm vi thu rộng, hiệu quả kinh tế cao,… thông tin vô tuyến được sử dụng rất rộng rãi trong phát thanh truyền hình quảng bá, vô tuyến đạo hàng, hàng không, quân

sự, quan sát khí tượng, liên lạc sóng ngắn nghiệp dư, thông tin vệ tinh- vũ trụ,… Tuy nhiên, cùng với sự ứng dụng ngày càng nhiều của thông tin vô tuyến thì vấn đề can nhiễu giữa các hệ thống thông tin là điều không tránh khỏi, bởi vì thông tin vô tuyến sử dụng chung phần không gian làm môi trường truyền dẫn

1.1.2. Cơ sở truyền sóng vô tuyến

20

a Phân chia dải tần trong thông tin vô tuyến

Môi trường truyền sóng trong thông tin vô tuyến được dùng chung cho nhiều kênh thông tin vô tuyến và dải tần số dùng để truyền sóng là có hạn Do

đó, để tránh hiện tượng can nhiễu giữa các hệ thống và để thống nhất việc sử dụng tần số cho các ứng dụng thông tin khác nhau, Ủy ban tư vấn về Thông tin vô tuyến quốc tế CCIR đã phân chia toàn bộ dải tần số thành các băng nhỏ

và quy định các ứng dụng được dùng cho các băng đó Các băng tần và đặc điểm của chúng theo CCIR được trình bày ở bảng 1.1

(MF)

0.3 MHz ~ 3 MHz Phát thanh thương mại,

thông tin dẫn đường

21

Tần số cao

(HF)

3 MHz ~ 30 MHz Thông tin cự ly xa, phát

quảng bá, nghiệp dư

Tần số rất cao

(VHF)

30 MHz ~ 300 MHz Vô tuyến di động, thông tin

hàng hải và hàng không, phát FM truyền hình… Tần số cực cao

Tia cực tím 3 PHz ~ 30 PHz Ít sử dụng

1 KHz (kilohertz) = 103 Hz 1 THz (terahertz) = 1012 Hz

1 MHz (megahertz) = 106 Hz 1 PHz (petahertz) = 1015 Hz

1 GHz (gigahertz) = 109 Hz 1 EHz (exahertz) = 1018 Hz

b Phương thức truyền lan sóng vô tuyến

22

Sóng vô tuyến bức xạ từ đầu phát tới đầu thu theo nhiều đường khác nhau Có ba phương thức truyền sóng là sóng đất, sóng điện ly và sóng không gian

1 Truyền lan sóng đất Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt quả đất

gọi là sóng đất hay sóng bề mặt Sóng đất là sóng phân cực đứng bởi điện trường trong sóng phân cực ngang sẽ song song với mặt đất dẫn đến ngắn mạch bởi sự dẫn điện của đất Tổn hao sóng đất tăng nhanh theo tần số, do đó sóng đất nói chung chỉ dùng ở các tần số thấp hơn 2 MHz Sóng đất có ưu điểm là với công suất đủ lớn có thể dùng để liên lạc giữa 2 điểm bất kỳ trên trái đất và nó ít chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi điều kiện khí quyển Tuy nhiên nó yêu cầu công suất phát cao và kích thước anten lớn

2 Truyền lan sóng không gian Gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ

từ mặt đất truyền trong vài kilomet tầng dưới của khí quyển Sóng trực tiếp lan truyền theo đường thẳng giữa anten phát và anten thu

do đó bị hạn chế bới độ cong trái đất Sóng phản xạ từ mặt đất là sóng phản xạ từ bề mặt trái đất khi lan truyền giữa anten phát và anten thu

3 Truyền lan sóng trời Các sóng điện từ có hướng bức xạ cao hơn

đường chân trời (tạo thành góc khá lớn so với mặt đất) được gọi là sóng trời Sóng trời được phản xạ hoặc khúc xạ về trái đất từ tầng điện ly, vì thế còn gọi là sóng điện ly Tầng điện ly: hình thành ở độ cao từ 100 Km đến 400 Km do kết quả của việc ion hóa trạng thái tầng đối lưu bởi tia cực tím và tia X do mặt trời bức xạ Tầng điện ly được chia thành các lớp D, E, F theo độ cao Khi truyền sóng với một tần số thích hợp và góc tới thích hợp thì tia sóng sẽ bị phản xạ trở lại Do các lớp trong tầng điện ly thay đổi theo ngày đêm, các

23

mùa trong năm nên truyền sóng trong tầng điện diễn ra không ổn định Việc truyền sóng bằng sóng trời có thể giúp việc truyền thông tin đi xa hơn nhưng yêu cầu phải nắm rõ sự hoạt động của các lớp

D, E, F và phải có ít nhất là 2 tần số

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới thông tin vô tuyến

Thông tin vô tuyến là thông tin có môi trường truyền dẫn khắc nghiệt nhất Do môi trường truyền dẫn là môi trường không khí không đồng nhất, chịu ảnh hưởng của nhiều tác động bên ngoài như: mưa, gió, vật che chắn… dẫn đến các hiện tượng khúc xạ, tán xạ, nhiễu xạ, phản xạ… làm cho tín hiệu khi đến máy thu theo nhiều đường khác nhau, với thời gian khác nhau, mức công suất khác nhau

a Tổn hao truyền dẫn

Tổn hao truyền dẫn của một tuyến vô tuyến mô tả mức suy giảm công suất tại đầu thu so với mức công suất ở đầu phát Tổn hao chủ yếu là do tín hiệu khi truyền qua môi trường bị tán xạ và hấp thụ

Xét quá trình truyền sóng trong môi trường không gian, ta có công thức tính mức công suất đầu thu như sau:

( )

Ld4

GGPd

2 r t t

24

b Fading

Bản chất của fading là sự giao thoa của nhiều tia sóng đi theo các con đường khác nhau với khoảng thời gian khác nhau tới đầu thu làm tín hiệu tại đầu thu thay đổi một cách ngẫu nhiên Fading gây bởi sự thăng giáng của tầng điện ly trong sóng ngắn, sự hấp thụ của mưa, sự khúc xạ, phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ khi tín hiệu truyền qua môi trường

Khi phân chia các dạng fading theo ảnh hưởng của tần số, ta có: fading phẳng chủ yếu tác động đến các tuyến dung lượng nhỏ làm suy giảm đến tín hiệu sóng mang và fading lựa chọn tần số có tác động nhiều đến các tuyến dung lượng cao Hai loại fading này có thể xuất hiện độc lập với nhau hoặc xuất hiện đồng thời Mô hình fading phẳng và fading lựa chọn theo tần số được mô tả ở hình 1.1

Fading phẳng Fading chọn lọc theo tần số

Hình 1.1 Mô hình các dạng fading

Nếu phân chia theo thời gian, ta có hai dạng: fading nhanh và fading chậm (thời gian xảy ra fading so với thời gian một bít hoặc một symbol) Vấn đề Fading là không thể tránh khỏi trong thông tin vô tuyến Việc khắc phục fading được thực hiện bằng các mạch san bằng thích nghi, sử dụng các hệ thống phân tập tần số, phân tập không gian,…

tương đối với máy thu

Xét trường hợp nguồn phát chỉ phát một tần số fc và tia tới là tia thứ i

Khi đó tín hiệu thu được theo tia sóng thứ i có tần số bị dịch đi một lượng

dịch tần Doppler: fD = fm cos αi Với c

m

f v f

c

=Tức là tần số tín hiệu thu được là

c

v 1 f cos

f f

symbol ISI thì T phải ≥∆D, tức là

D

1T

1R

∆

<

= → ∆Dcàng lớn, tốc độ truyền tin càng nhỏ

e Nhiễu

• Nhiễu trắng

Là loại nhiễu sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các điện tử trong các linh kiện bán dẫn do tác động của thời tiết, con người Nhiễu trắng có mật độ phổ công suất không đổi trên toàn bộ dải tần như hình 1.3

Hình 1.3 Mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt

Quy luật phân phối xác xuất của nhiễu trắng tuân theo hàm phân bố Gaussian:

Nhiễu trắng là không thể tránh khỏi trong các thiết bị Ảnh hưởng của nhiễu trắng tại máy phát là không đáng kể do bị suy hao khi truyền qua môi trường Tuy nhiên tại đầu thu, nhiễu trắng tác động trực tiếp lên tín hiệu

2 2

12

27

• Nhiễu xuyên symbol (Inter Symbol Interference)

Do các tín hiệu có dạng sóng hữu hạn trên miền thời gian nên chúng sẽ trải ra vô hạn trên miền tần số Trong thực tế, băng tần truyền dẫn không phải

là vô hạn nên trong các hệ thống phải sử dụng các bộ lọc Tại đầu thu tín hiệu

sẽ trải ra trên miền thời gian và các symbol sẽ chèn vào các khe thời gian bên cạnh gây ra nhiễu giữa các symbol (ISI) Ngoài ra hiện tượng trải trễ cũng sẽ gây ra ISI

Nhiễu ISI có tác động rất lớn đến tín hiệu, làm sai lệch tín hiệu dẫn đến thu sai Trường hợp xấu nhất làm sai lệch hoàn toàn dữ liệu cần truyền Hình

1.4 mô tả sự xuyên nhiễu giữa 3 symbol

Hình 1.4 Nhiễu xuyên symbol ISI

Để giảm nhiễu xuyên symbol người ta phải làm thế nào hạn chế dải thông Một trong những phương pháp để loại bỏ nhiễu ISI là dùng bộ lọc cos nâng và bộ lọc ngang ép không (phương pháp Nyquist I)

• Nhiễu xuyên kênh (Interchannel Interference)

28

Gây ra do các thiết bị phát trên các kênh kề nhau Thường xảy ra do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến bị dịch tần gây can nhiễu sang các kênh kề nó

Mô hình nhiễu xuyên kênh được biểu diễn như hình 1.5

Hình 1.5 Nhiễu xuyên kênh

Để loại bỏ nhiễu xuyên kênh người ta phải có khoảng bảo vệ (guard band) giữa các dải tần Khi để dành ra các khoảng bảo vệ sẽ dẫn đến hiệu quả

sử dụng phổ giảm do đó khoảng bảo vệ phải được tính toán hợp lý

• Nhiễu đồng kênh (CoChannel Interference)

Gây ra do hai cell phát cùng tần số trong một mạng giao thoa với nhau Thường gặp trong các hệ thống thông tin tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách tái sử dụng tần số Ngoài ra nhiễu đồng kênh còn xảy ra đối với các hệ thống tái sử dụng tần số bằng cách phân cực như vi ba Trong các hệ thống này thì sẽ bị xảy ra xuyên nhiễu giữa hai phân cực trong một tần số

Không thể dùng bộ lọc để loại bỏ giao thoa này Chỉ có thể tối thiểu hóa nhiễu đồng kênh bằng cách thiết kế mạng phù hợp, tức là trong mạng có tái sử dụng tần số thì các cell có cùng tần số phải cách nhau một khoảng đủ lớn Đối với nhiễu do phân cực ta phải sử dụng bộ lọc chống phân cực

• Nhiễu đa truy nhập (Multiple access Interference)

29

Là nhiễu gây ra do các tín hiệu của các người sử dụng giao thoa với nhau

Trong đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): là sự giao thoa

của tín hiệu ở khe thời gian này với tín hiệu khe thời gian khác do sự đồng bộ không hoàn hảo Trong trường hợp này có thể sử dụng khoảng bảo vệ để giảm xác xuất giao thoa Tuy nhiên, cách này đồng thời làm giảm hiệu quả phổ

Trong đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA): Các hiệu ứng

Doppler làm dịch phổ tần số dẫn đến có sự giao thoa giữa các dải tần Ở đây,

ta cũng có thể sử dụng khoảng bảo vệ (Guard Band) để giảm thiểu ảnh hưởng nhưng cũng làm giảm hiệu quả sử dụng phổ

Các phương pháp đa truy nhập sử dụng tính trực giao như đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) hoặc đa truy nhập phân chia tần số trực giao (OFDMA) nên không có nhiễu giữa các người sử dụng Tuy nhiên trên thực

tế thì không thể có sự trực giao hoàn toàn nên vẫn tồn tại nhiễu đa truy nhập

f Méo tín hiệu

Méo tín hiệu phát sinh do sai lệch giữa đặc tính biên độ tần và/ hoặc đặc tính pha-tần (hay đặc tính giữ chậm) của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so với đặc tính thiết kế Méo tín hiệu gồm hai dạng là: méo tuyến tính

và méo phi tuyến

Méo tuyến tính là loại méo gây bởi các phần tử tuyến tính trên kênh Méo có các nguyên nhân chính sau:

• Chế tạo lọc không hoàn hảo

• Đặc tính tần số (bao gồm đặc tính biên độ và đặc tính giữ chậm) của môi trường truyền không bằng phẳng trên suốt độ rộng băng tín hiệu do pha đinh chọn lọc theo tần số và tiêu hao phụ thuộc tần số

30

Méo phi tuyến là méo gây bởi phần tử phi tuyến trên kênh Méo này chủ yếu gây bởi các bộ khuếch đại công suất máy phát, mạch trộn tần, hạn biên

Méo làm xuất hiện một cụm điểm ở constellation thu dẫn đến tỷ lệ lỗi bít tăng

1.2 CÁC PHƯƠNG THỨC ĐA TRUY NHẬP

Trong mạng thông tin để tiết kiệm tài nguyên, người ta thường sử dụng phương pháp để nhiều thuê bao cùng sử dụng chung một kênh truyền, việc nhiều thuê bao cùng sử dụng chung kênh truyền người ta gọi là đa truy nhập Các công nghệ đa truy nhập cho phép các hệ thống truy nhập vô tuyến phân

bố tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả cho nhiều người sử dụng

Thông thường ở một hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến có nhiều trạm đầu cuối và một số các trạm có nhiệm vụ kết nối các trạm đầu cuối này với mạng hoặc chuyển tiếp các tín hiệu từ các trạm đầu cuối đến một trạm khác Các trạm đầu cuối có thể là các máy di động, các thiết bị như PC, PDA,… có gắn các thiết bị thu phát sóng

1.2.1 Phân loại các phương pháp đa truy nhập

Theo phương thức quản lý phân phối tài nguyên, ta có thể chia các phương thức đa truy nhập ra thành 3 dạng:

• Quản lý lỏng: Đa truy nhập ngẫu nhiên Khi thuê bao có nhu cầu thì truy nhập vào và truyền tin mà không cần quan tâm đến các thuê bao khác Các phương thức truy nhập của phương pháp này

là ALOHA, CSMA, CSMA/CD

• Quản lý trung bình: Gán theo yêu cầu Các thuê bao gửi yêu cầu lên và tùy theo yêu cầu mà máy chủ phân phối Gồm 2 dạng là điều khiển phân tán và điều khiển tập trung Điều khiển phân tán

31

là phương thức tự các thuê bao tranh chấp đàn phám để sử dụng tài nguyên, các phương pháp là Token Ring, thẻ bài, Điều khiển tập trung là phương thức hình thành trung tâm tiếp nhận và phân phối tài nguyên, các phương pháp là Polling,Token Ring

• Quản lý chặt: Gán kênh cố định Chia khoảng các tài nguyên hệ thống như thời gian, tần số khi cần Sau khi thuê bao sử dụng xong thì thu lại Phương pháp này không biết nhu cầu thực tế sử dụng Các phương thức đa truy nhập của phương pháp này là FDMA, TDMA, CDMA,

1.2.2 Một số phương pháp truy nhập chính

a Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

Trong phương pháp truy nhập này, độ rộng băng tần cấp phát cho hệ thống B (MHz) được chia thành N băng con, mỗi băng con được ấn định cho một kênh riêng có độ rộng băng tần là B/N (MHz) Các kênh thông tin được sắp xếp liên tiếp nhau trên dải thông của đường truyền Tín hiệu nguyên thuỷ phải được điều chế để chuyển lên băng tần cao hơn nhờ các sóng mang phụ (subcarrier) Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm để phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động Máy thu đường xuống hoặc đường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp FDMA được biểu diễn bằng hình 1.6

32

Hình 1.6 Đa truy nhập phân chia theo tần số

Hệ thống FDMA có những ưu điểm và nhược điểm như sau:

Về ưu điểm: Hệ thống FDMA có thiết bị đơn giản, yêu cầu về đồng bộ không quá cao

Về nhược điểm:

- Thiết bị trạm gốc cồng kềnh do có bao nhiêu kênh (tần số mang kênh con) thì tại trạm gốc phải có bấy nhiêu máy thu- phát

- Băng tần giới hạn do đó số kênh ghép bị hạn chế

- Tồn tại nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận do đó cần có khoảng bảo vệ (Guard Band)

- Hiệu quả thấp khi không có tín hiệu truyền

b Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

TDMA (Time Division Multiple Access) là phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian Theo phương pháp này người sử dụng dùng chung một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng nhỏ gọi là các khe thời gian (TS: time slot) Một kênh thông tin sẽ chiếm toàn bộ dải thông

B của đường truyền trong một khoảng thời gian nhất định trên tổng số thời gian cuộc gọi được thực hiện và lặp lại theo chu kỳ nhất định

Có 2 phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian cơ bản :

• Ghép xen bit (bit - by - bit): lấy tất cả các bit cùng tên của các kênh nhánh ghép lại với nhau thành một nhóm Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc khung độc lập, dung lượng bộ nhớ yêu cầu thấp, tuy nhiên bên thu sẽ tách kênh phức tạp và chậm

33

• Ghép xen byte/ghép từ (word-by-word): dòng số đầu ra của bộ ghép kênh sẽ gồm một chuỗi các từ mã của các kênh nhánh được sắp xếp liên tiếp Tuy nhiên dung lượng bộ nhớ yêu cầu cao, và bên thu phải đồng bộ chính xác

TDMA được biểu diễn bằng hình 1.7

Hình 1.7 Đa truy nhập phân chia theo tần số

TDMA cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng như sau:

Về ưu điểm:

- Trạm gốc đơn giản do với 1 tần số chỉ cần có 1 máy thu- phát phục vụ được nhiều người truy nhập (các người sử dụng phân biệt nhau về mặt thời gian)

- Nhiễu giữa các người dùng giảm

- Tốc độ bít thay đổi được

34

SDMA (Space Division Multiple Access) là phương pháp truyền tin theo các anten định hướng búp sóng hẹp Với kỹ thuật này thì không gian phủ sóng được sector hoá Không gian phủ sóng sẽ được sẽ được chia ra thành các miền không gian hẹp (ví dụ như tổng không gian phủ sóng là

3600 thì được chia ra thành 3 phần – 1200

) hay ta còn gọi là sector hoá không gian Với kỹ thuật này sẽ giảm được hiện tượng giao thoa tần số, nhiễu đồng kênh, nhiễu đa đường… cho phép tăng dung lượng hệ thống Hiện nay kỹ thuật này được sử dụng ngay tại hệ thống anten để có thể xử lí tín hiệu, chọn lọc tín hiệu và điều khiển búp sóng của chính nó sao cho phù hợp với khoảng cách của thuê bao

SDMA không sử dụng độc lập mà thường được kết hợp với các kỹ thuật đa truy nhập khác nhằm đạt hiệu quả cao trong quản lý và phân phối tài nguyên mạng

d Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access) là phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã Theo phương thức này, tất cả mọi người sử dụng trong một tế bào cùng truyền/ nhận thông tin một lúc và trên cùng một băng tần số

Do vậy vấn đề nhiễu lẫn nhau giữa những người sử dụng trong cùng một tế bào, giữa những người sử dụng ở các tế bào cạnh nhau (do việc sử dụng lại tần số ở các tế bào cạnh nhau) là một vấn đề lớn nhất trong cách truy cập

CDMA này Hình 1.8 biểu diễn một cách tổng quát về CDMA

35

Hình 1.8 Đa truy nhập phân chia theo mã

Để khắc phục vấn đề nhiễu, mỗi người sử dụng trong một tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và không có hai người sử dụng nào trong cùng một tế bào có cùng một mã (có nghĩa là mỗi người có một mã riêng biệt) Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt (không thể khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào và khôi phục tín hiệu của người đó Kiểu mã mà các hệ thống CDMA dùng để phân biệt giữa các người sử dụng là loại mã giả ngẫu nhiên Đây là loại tín hiệu mang tính chất của tín hiệu ngẫu nhiên nhưng hoàn toàn xác định để có thể tái tạo lại ở phía thu nên người ta gọi là mã giả ngẫu nhiên

Mã giả ngẫu nhiên có các tính chất sau:

• Tính cân bằng (balance): số bit 0 và 1 trong mã giả ngẫu nhiên chỉ khác nhau là 1

• Tính tương quan: hiệu số giữa các bit giống nhau và các bit khác nhau ở chuỗi giả ngẫu nhiên PN với chính nó quay đi 1 đơn vị không quá 1

CDMA có ưu điểm và nhược điểm như sau:

Ưu điểm:

- So với 2 phương pháp TDMA và FDMA thì phương này có

“dung lượng mềm” tức là số thuê bao trong cùng một thời điểm

là không giới hạn do số mã có thể tạo ra là rất lớn Tuy nhiên càng nhiều thuê bao cùng tham gia thì ảnh hưởng nhiễu và điều khiển là rất lớn Do đó nó đạt hiệu quả sử dụng phổ cao

- Đơn giản trong kế hoạch phân bổ tần số

e Đa truy nhập cảm nhận sóng mang CSMA

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) là phương pháp đa truy nhập cảm nhận sóng Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm, hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng, không có một trạm điều khiển trung tâm Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung còn gọi là đường trung gian Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi, từng bit một, qua đường trung gian tới tất cả các trạm thành viên Để gửi dữ liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh có rỗi không, nếu rỗi thì mới gửi

đi các gói tin Cơ hội để tham gia vào truyền là bằng nhau đối với mỗi trạm, không có sự ưu tiên Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết dịnh bởi nhóm điều khiển truy nhập trung gian (Medium Access Control-MAC) được đặt trong mỗi trạm

Thuật toán của truy nhập CSMA/CD (CSMA with colloise detect)

• Các adaptor sẽ nhận gói dữ liệu từ tầng trên và tạo thành các khung (frame)

37

• Nếu các adaptor cảm nhận kênh rỗi thì nó sẽ bắt đầu truyền khung, nếu nó cảm nhận được kênh truyền đang bận thì nó sẽ đợi đến khi nào kênh rỗi nó sẽ gửi

• Nếu các adaptor dò thấy có sự truyền nào khác thì nó sẽ ngừng truyền và gửi đi một tín hiệu giao thông

• Sau khi dừng phát thì adaptor sẽ tuân theo hàm mũ backoff (exponential backoff): sau va chạm thứ m, adaptor sẽ chọn một

số k bất kỳ từ tập hợp {0,1,2…2m-1}, các adaptor sẽ đợi trong khoảng k*512 thời gian bit (bit time) và quay trở lại bước 2

f Đa truy nhập ngẫu nhiên ALOHA

ALOHA là giao thức đa truy nhập ngẫu nhiên ra đời sớm nhất Có 2 phương thức truy nhập ALOHA là Slotted ALOHA và Pure ALOHA

một máy trong mạng có tin cần truyền Nó lập tức phát tin mà không quan tâm đến điều kiện kênh Nếu xảy ra xung đột khi một hoặc nhiều máy khác

cũng phát thì nó sẽ đợi 1 thời gian ngẫu nhiên rồi phát lại

có kích thước bằng nhau, thời gian truyền một khung được chia nhỏ thành các khe Các nút truyền một khung luôn luôn bắt đầu truyền từ khe thứ 1 Các nút được đồng bộ với nhau Nếu 2 nút hay nhiều hơn truyền cùng một khe thì tất

cả các nút khác sẽ dò thấy va chạm

Phương thức hoạt động: Các nút sẽ gửi đi khe tiếp theo nếu nó nhận được một khung mới Nếu không có va chạm thì nó sẽ gửi đi khung mới bắt đầu từ slot tiếp theo Nếu có va chạm thì nó sẽ phát lại khung tại thời điểm slot tiếp theo với xác suất cho trước tới khi thành công thì thôi

38

Ưu điểm lớn nhất của ALOHA là phương pháp này rất đơn giản Nhưng hiệu quả của ALOHA lại không cao Nếu mạng có nhiều đầu cuối và lưu lượng gửi trên mạng là lớn thì xác suất xảy ra lỗi là rất lớn có thể lên đến 100% ALOHA chỉ thích hợp với mạng nhỏ số lượng máy ít, lưu lượng thấp

Chương 2

MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÔNG NGHỆ WIMAX

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG

2.1.1 Giới thiệu chung

Khi cuộc sống ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người về các hoạt động trao đổi thông tin liên lạc, giải trí ngày càng tăng Hơn thế nữa, ngày nay người sử dụng không chỉ muốn ngồi một chỗ để thông tin mà họ muốn sự kết nối di động Các loại hình thông tin cũ không thể đáp ứng yêu cầu những thông tin có kích thước lớn hơn, đa dạng hơn như: âm thanh, hình

ảnh, video, các ứng dụng có kích thước lớn, đòi hỏi thời gian thực (real

time)…

Mạng truy nhập là mạng nối từ nhà cung cấp dịch vụ tới khách hàng,

nó chiếm phần đầu tư rất lớn cho toàn bộ mạng nói chung Mạng truy nhập có vai trò hết sức quan trọng trong mạng viễn thông Nó là phần lớn nhất của bất

kỳ mạng viễn thông nào, trải dài trên vùng địa lý rộng lớn Chính vì vậy mà

sự thay đổi công nghệ chủ yếu nhắm ở khu vực này sao cho nhà cung cấp dịch vụ có thể đáp ứng được nhu cầu không ngừng tăng lên của khách hàng với chi phí tiết kiệm nhất nhưng đạt được hiệu quả cao nhất

Một trong những công nghệ phổ biến nhất hiện nay chính là công nghệ băng rộng Cùng với sự ra đời và phát triển của mạng không dây, thì sự kết

39

hợp giữa hai công nghệ này đã, đang và sẽ tạo nên một cuộc cách mạng thực

sự trong phương thức trao đổi thông tin với nhau trong xã hội ngày nay

Công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di động Mạng Wi-Fi chủ yếu phục

vụ cho mạng cục bộ LAN (Local Area Network), còn WIMAX phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network) Mạng WIMAX cũng như mạng đô thị hữu tuyến (truyền dẫn qua cáp) như mạng DSL đều

được sử dụng để phục vụ các thuê bao trong vùng tới 50km

2.1.2 Các khái niệm và đặc điểm về mạng không dây băng rộng

a Các khái niệm

Mạng không dây: Để kết nối những thiết bị như máy tính và máy in, những mạng máy tính truyền thống đòi hỏi dây cáp Những dây cáp thể hiện kết nối về mặt vật lý giữa những thiết bị như hub, switch hoặc những thiết bị khác để tạo thành mạng Mạng dữ liệu không dây kết nối những thiết bị mà không cần cáp Chúng dựa trên những tần số vô tuyến để truyền dữ liệu giữa những thiết bị Về phía người dùng, mạng dữ liệu không dây làm việc giống như hệ thống có dây Người dùng có thể chia sẻ file và những ứng dụng, trao đổi e-mail, truy nhập máy in, chia sẻ truy nhập Internet và thực thi các tác vụ khác như mạng có dây

Băng rộng: Băng rộng thể hiện khả năng hỗ trợ ở cả hướng từ nhà cung

cấp tới khách hàng (downlink) và từ khách hàng tới nhà cung cấp (uplink) với

tốc độ tối thiểu là 200 Kbps Tốc độ này xấp xỉ bằng bốn lần tốc độ truy nhập Internet nhận được qua đường dây điện thoại chuẩn là 56 Kbps Và tốc độ như vậy công nghệ băng rộng cho phép triển khai các dịch vụ như thoại, dữ liệu, video, với chất lượng cao

40

b Đặc điểm của mạng không dây băng rộng

Đặc điểm đầu tiên là cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng

một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, có thể thiết lập mạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém

Đặc điểm thứ hai là luôn kết nối Bất kì khi nào máy tính được bật lên thì nó đều ở trạng thái kết nối với internet

Đặc điểm nổi bật nhất của công nghệ băng rộng chính là tốc độ Chính

vì đạt được tốc độ cao như vậy nên có thể triển khai được rất nhiều các dịch

vụ khác mà với các kết nối quay số thông thường không thể làm được Nó có thể đạt tốc độ tương đương với các phương thức truyền xDSL Điều này đồng nghĩa với việc thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của các dịch

vụ xã hội khác như là: dịch vụ cho phép truyền các tệp tin với dung lượng lớn: có thể là tệp văn bản, tệp âm thanh, tập hình ảnh,… với dung lượng tùy

ý, tốc độ cao

2.1.3 Một số mạng không dây tiêu biểu

Mạng không dây gồm nhiều dạng khác nhau được phân chia theo phạm

vi vùng phủ, đặc điểm mạng,… và được biểu diễn theo hình 2.1

41

Hình 2.1 Các mạng không dây tiêu biểu

a Mạng PAN (Personal Area Network)

PAN là một mạng kết nối giữa các thiết bị ở rất gần với nhau cho phép chúng chia sẻ thông tin và các dịch vụ Điểm đặc biệt của mạng này là được ứng dụng trong khoảng cách rất ngắn, thông thường chỉ khoảng vài mét, công suất rất nhỏ,… Nó rất thích hợp để nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính Các mạng PAN cũng được dùng để giao tiếp giữa các thiết bị cá nhân như điện thoại, PDA,… hoặc để kết nối với các mạng cấp cao hơn như mạng LAN,

WAN, thậm chí cả Internet

WPAN (Wireless PAN) là một dạng của mạng PAN sử dụng không gian làm môi trường truyền nhằm tạo ra khả năng truy nhập di động Các công nghệ về WPAN được phân ra làm hai dạng, một dạng dùng sóng hồng ngoại để truyền và một loại dùng sóng radio để truyền Chuẩn WPAN có tốc

độ truyền dẫn trong nhà có thể đạt 480 Mbps trong phạm vi 10m Trong mô hình mạng WPAN có sự xuất hiện của các công nghệ IrDA và Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE 802.15 (Institute for Electrical and Electronic Engineers)

b Mạng LAN (Local Area Network)

Mạng cục bộ (LAN) là hệ truyền thông tốc độ cao được thiết kế để kết nối các máy tính và các thiết bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như ở một tầng của toà nhà, hoặc trong một toà nhà Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc Các mạng LAN trở nên thông dụng vì nó cho phép những người sử dụng dùng chung những tài nguyên quan trọng như máy in, ổ đĩa dữ liệu, các phần mềm ứng dụng và những thông tin cần thiết khác Trước khi phát triển công nghệ LAN, các máy tính là độc lập với nhau và bị hạn chế bởi số lượng các chương trình tiện ích Sau khi kết nối mạng rõ ràng hiệu quả của chúng tǎng lên gấp bội Để tận dụng hết những ưu điểm của mạng LAN người ta đã kết nối các LAN riêng biệt vào mạng chính yếu diện rộng

Các thiết bị gắn với mạng LAN đều dùng chung một phương tiện truyền tin đó là dây cáp, cáp thường dùng hiện nay là: cáp đồng trục (Coaxial cable), cáp dây xoắn (Shielded twisted pair), cáp quang (Fiber optic),

Cũng như WPAN, WLAN (Wireless Local Area Network) là hệ thống liên kết, chia sẻ và trao đổi dữ liệu giữa các máy tính sử dụng sóng radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thế mạng LAN truyền thống WLAN có thể được biểu diễn đơn giản như trong hình 2.2

43

Hình 2.2 Mô hình mạng nội bộ WLAN

Tổ chức chuẩn hóa các mạng WLAN chủ yếu là IEEE 802.11, bao gồm các chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n… WLAN là một phần của giải pháp vǎn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn hay các sân bay… WLAN cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời với khả năng

cơ động mềm dẻo cao, thiết lập được mạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém Bên cạnh đó, việc cài đặt mạng WLAN cũng khá dễ dàng và công nghệ WLAN cũng rất dễ hiểu và dễ sử dụng Tốc độ của WLAN đã lên tới vài chục Mbps, khoảng cách hàng kilomet còn giá thành thì

ngày càng giảm

c Mạng MAN (Metropolitan Area Network)

Mạng MAN được phát triển nhằm tận dụng các ưu điểm của mạng LAN nhưng vùng phủ được mở rộng hơn Một mạng MAN có thể phủ sóng trong phạm vi một thành phố Mô hình mạng MAN cho thành phố được biểu diễn bằng hình 2.3

44

Hình 2.3 Mô hình mạng đô thị MAN

Mạng WMAN (WirelessMAN) sử dụng chuẩn IEEE 802.16, được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian Đặc điểm của công nghệ này là phạm vi bao phủ của nó từ vài km đến vài chục km Công nghệ này thích hợp cho việc triển khai các ứng dụng trong phạm vi một thành phố, hoặc một vùng ngoại ô,… Công nghệ này đặc biệt có ý nghĩa trong việc đưa thông tin tới các vùng sâu, vùng xa hoặc những nơi mà việc đi cáp đến thực sự khó khăn

Việc đưa ra chuẩn này mở ra một công nghệ mới truy nhập không dây băng rộng WiMAX cho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50 km và có thể truyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn so với đường truyền cáp Đây sẽ là một giải pháp để một quốc gia

có thể thực hiện việc đưa công nghệ thông tin tới các vùng xa xôi hẻo lánh, địa hình hiểm trở, phức tạp

d Mạng WAN (Wide Area Network)

Đặc điểm của mạng WAN đó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng địa lý rộng lớn Có thể là một khu vực rộng, một quốc gia, thậm chí toàn

45

cầu Do các WAN kết nối các mạng user qua một phạm vi địa lý rộng lớn, nên chúng mở ra khả năng cung ứng hoạt động thông tin cự ly xa cho doanh nghiệp Mạng WAN có thể được tạo thành từ nhiều mạng LAN trên một vùng rộng lớn như mô tả trên hình 2.4

Hình 2.4 Mô hình mạng WAN

WAN cho phép người sử dụng trên một LAN có thể chia sẻ và được chia sẻ với các vị trí xa WAN cung cấp truyền thông tức thời qua các miền địa lý rộng lớn Khả năng truyền dữ liệu, hình ảnh, … đến bất kỳ nơi đâu trên thế giới tạo ra một khả năng truyền thông tương tự như dạng truyền thông giữa hai người ở tại một vị trí vật lý Trong tương lai, các kết nối Wireless WAN sẽ sử dụng chuẩn 802.20 để thực hiện các kết nối diện rộng

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX

2.2.1 Giới thiệu chung

WIMAX, tên viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access, là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004 Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế

46

đưa ra: Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và diễn đàn WIMAX Tổ công tác IEEE 802.16 định ra tiêu chuẩn, còn diễn đàn WIMAX triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16 WIMAX có thể truyền dẫn dữ liệu tới 70 Mbps với phạm vi hoạt động 2-10 km trong khu vực thành thị và

50 km tại những vùng hẻo lánh

Tổ chức phi lợi nhuận WIMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị

và linh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận tính tương thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập không dây băng thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng tốc độ triển khai truy cập không dây băng thông rộng trên toàn cầu Do đó các chuẩn 802.16 thường được biết đến với cái tên WIMAX

Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vào năm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập không dây Nếu như Wireless LAN được phát triển để cung cấp dịch vụ truy nhập Internet cho mạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truy nhập Internet cho những vùng tập trung đông dân cư trong những phạm vi hẹp thì với WIMAX ngoài khả năng cung cấp dịch vụ ở vùng đô thị nó còn giải quyết được những vấn đề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet cho những vùng thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử dụng dây đồng gặp khó khăn trong triển khai Áp dụng WIMAX về cơ bản sẽ mang lại khả năng kết nối không dây cho toàn bộ một thị trấn Giải pháp này giúp thu ngắn khoảng cách giữa những vùng quê xa xôi hẻo lánh với những vùng thành thị hiện đại

Ngày 18 tháng 10 năm 2007, trong hội nghị của mình, Hiệp hội Truyền thông Vô tuyến điện ITU chấp nhận đưa WIMAX vào họ công nghệ IMT-

2000 Quyết định quan trọng này sẽ giúp tăng khả năng triển khai ứng dụng WIMAX

47

WIMAX là hệ thống mạng sử dụng kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến để cung cấp khả năng kết nối tới mạng của nhà cung cấp dịch vụ truyền thông cho các thuê bao thay cho những phương thức sử dụng dây dẫn truyền thống (cáp đồng, cáp quang…) Một hệ thống WiMax gồm 2 phần chính như hình 2.5

Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 50 Km2

Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các Card mạng cắm vào hoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi

vẫn dùng

Các trạm phát BS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BS khác như một trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng, chính vì vậy WiMax có thể phủ sóng đến những vùng rất xa

48

Hình 2.5 Nguyên tắc hoạt động của WIMAX

Các anten thu/ phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ Trong trường hợp truyền thẳng, các anten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn Đối với trường hợp tia phản xạ, WiMax sử

dụng băng tần thấp hơn từ 2 ÷ 11GHz, tương tự như ở Wifi, ở tần số thấp tín

hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích

2.2.3 Các chuẩn dành cho WIMAX

a Chuẩn 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 gian WirelessMAN™ cho các mạng vùng đô thị Như trong định nghĩa chuẩn IEEE 802.16, một mạng vùng đô thị không dây cung cấp sự truy nhập mạng cho các tòa nhà thông qua anten ngoài trời có thể truyền thông với các trạm

cơ sở trung tâm (BS) Do hệ thống không dây có khả năng hướng vào những vùng địa lý rộng, hoang vắng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém như trong việc triển khai các kết nối cáp nên công nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong việc triển khai và như vậy dẫn đến sự truy cập băng rộng tăng lên ở khắp mọi nơi Bản thiết kế WirelessMAN có thể làm thích nghi mọi kết nối với chất lượng dịch vụ (QoS) hoàn hảo Với công nghệ được mở rộng theo hướng này, nó là chuẩn được phát triển để hỗ trợ những người cung luôn cần

sự di chuyển (ví dụ như trong xe cộ chẳng hạn)