Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay

Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay

LỜI MỞ ĐẦU

Thế giới đang bước vào kỷ nguyên hội tụ của thông tin di động, máy tính

và Internet Điều này đã và đang tạo nên một xã hội đa phương tiện băngrộng Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy cập Internet phổ biến hiện naynhư quay số qua Modem thoại, ADSL, hay các đường thuê kênh riêng, hoặc

sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di dộng, hay mạng Wifi Mỗiphương pháp truy cập mạng có đặc điểm riêng Đối với Modem thoại thì tốc

độ quá thấp, ADSL do tốc độ có thể lên đến 80Mbit/s nhưng cần có đườngdây kết nối, các đường thuê kênh thì giá thành đắt mà không dễ dàng triểnkhai đối với các khu vực có địa hình phức tạp Wifi ( chính là công nghệmạng LAN không dây) có thể áp dụng các máy tính trao đổi thông tin vớikhoảng cách ngắn Vì thực tế như vậy Wimax(Worldwide Interoperability forMicrowave Access) ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internetkhông dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và Wifi Đây là một công nghệmới và đang trong thời gian thử nghiệm và bước đầu được ứng dụng vào thực

tế Chính vì thế em chọn đề tài: “Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay”

Ngoài lời mở đầu và kết luận đề án của tôi gồm 6 chương với nội dungchính của mỗi chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMax

Chương 2: Giới thiệu các chuẩn của WiMax: Chuẩn IEEE 802.11 vàchuẩn IEEE 802.16 Từ đó so sánh sự giống nhau và khác nhau của các họchuẩn đó

Chương 3: Chương này nghiên cứu về cách thức hoạt động, các đặc điểmchung, các công nghệ và thiết bị dùng cho WiMax

Chương 4: Nghiên cứu những ứng dụng dành cho WiMax

Chương 5: So sánh WiMax với các công nghệ không dây khác Từ đónghiên cứu sự cạnh tranh của WiMax với Wifi và WiMax với 3G

Chương 6: Từ các đặc điểm của WiMax nghiên cứu tình hình ứng dụngcủa WiMax trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay.

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Song Minh đã giúp tôi thực hiện

đề tài này!

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIMAX

1.1 Nguồn gốc hình thành

Năm 1985, ủy ban liên lạc liên bang Mỹ FCC quyết định “mở cửa “một số băng tần của dải sóng không dây, cho phép sử dụng chúng mà khôngcần cấp giấy phép của chính phủ Chuẩn mới chính thức được ban hành năm

1997 và các kỹ sư ngay lập tức bắt đầu nghiên cứu một thiết bị mẫu tươngthích với nó Sau đó có 2 phiên bản chuẩn, 802.11b (hoạt động trên băng tần2,4 GHz) và 802.11a (hoạt động trên băng tần 5,8 GHz), lần lượt được phêduyệt tháng 12 năm 1999 và tháng 1 năm 2000 Sau khi có chuẩn 802.11b,các công ty bắt đầu phát triển những ứng dụng của mạng không dây.Mạngkhông dây là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành máy tính, nó làcông nghệ hứa hẹn những kết nối cao trong không trung Sử dụng sóng radio

để truyền và nhận dữ liệu trực tiếp tới và từ những người dùng bất cứ khi nào

họ muốn Các công nghệ như 3G, Wi-fi hay WiMax va UWB sẽ làm việccùng nhau để đáp ứng nhu cầu duy nhất này của khách hàng Truy cập khôngdây băng rộng là hệ thống điểm đa điểm được tạo nên từ các thiết bị củakhách hàng như hình sau:

Hình này chỉ ra một trạm phát sóng cơ sở được kết nối với mạngđường trục Thay vì sử dụng các kết nối vật lý giữa các trạm cơ sở và các thuêbao , các trạm phát sóng cơ sở sử dụng anten ngoài trời để nhận và gửi dữ

liệu, thoại tốc độ cao tới các thuê bao Công nghệ này giảm được những yêucầu về cơ sở hạ tầng hữu tuyến đồng thời cung cấp những giải pháp mềm dẻo

và hiệu quả cho những chặng cuối.Và khi công nghệ kết nối cục bộ không dây

đã được chuẩn hóa thì Wi-Fi nhanh chóng tiếp cận với người tiêu dùng VàWi-Fi ngày càng được cải tiến và được đưa vào sử dụng ở khắp nơi như cửahàng, khách sạn các quán café.Những người yêu thích mạng này cho rằngcông nghệ này sẽ gạt ra hết những kĩ thuật kết nối không dây khác Ví dụ , họcho rằng các điêm truy cập hotpot sẽ cạnh tranh với các mạng điện thoại diđộng 3G vốn hứa hẹn khả năng truyền phát dữ liệu tốc độ cao Tuy nhiên Wi-

fi chi là một công nghệ sóng ngắn và sẽ không bao giờ có thể cung cấp đượckhả năng bao trùm rộng như mạng di động khi các mạng di động đang ngàymột phát triển Và thế hệ mạng đầu tiên dựa trên công nghệ mới WIMAX,hay còn gọi theo tên kỹ thuật là 802.16 đã ra đời WiMax chính là phiên bảnphủ sóng diện rộng của Wi-fi với thông lượng tối đa có thể lên tới 70 Mb/giây

và tầm xa lên tới 50km so với 50m của Wi-fi hiện nay Ngoài ra, trong khiWi-fi chỉ cho phép truy cập ở những nơi cố định có thiết bị hotpot ( giống nhưcác hộp thoại công cộng) thì WiMax có thể bao trùm cả một thành phố hoặcnhiều tỉnh thành giống như mạng điện thoại di động

Quá trình phát triển của công nghệ Wi-Fi cũng đã cho thấy việc thốngnhất cho ra một chuẩn chung có thể tạo nên một thị trường mới Điều nàycàng được khẳng định thông qua quyết tâm của các công ty khi cho ra đờichuẩn WiMax Trước đây các công nghệ mạng không dây tầm xa đều do cáccông ty lớn thao túng với những chuẩn bản quyền riêng và không cái nàođược chấp nhận rộng rãi Chính nhờ sự thành công của Wi-Fi mà những

“người khổng lồ” giờ đây đã hợp lực với nhau để phát triển WiMax, mộtchuẩn phổ thông dễ tiếp cận đối với người tiêu dùng mà các hãng phát triển

hy vọng sẽ giúp mở rộng thị trường và tăng doanh thu Khó dự báo tương laicủa Wi-Fi nhưng chắc chắn nó đã tạo nên một hướng đi cho nhiều công nghệkhác WiMax là một ví dụ

1.2 Wimax là gì?

Wimax là một thuật ngữ viết tắt của Worldwide Interoperability for

Microwave Access Một dấu hiệu chứng nhận cho các sản phẩm đã vượt qua

các cuộc thử nghiệm về tính tương thích và khả năng giao tiếp dành riêngcho chuẩn 802.16 Wimax là một chuẩn công nghệ không dây cung cấp cáckết nối băng thông cao, dải băng rộng trên một khoảng cách lớn

Wimax chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-fi với thônglượng tối đa có thể lên tới 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50km Wimax có thể

được sử dụng cho các ứng dụng như kết nối băng rộng “đoạn cuối” (last

mile), điểm nóng truy cập, tế bào chuyển mạch và các kết nối tốc độ cao cho

doanh nghiệp

1.3 Wimax forum

Diễn đàn WiMax là một tổ chức của các nhà khai thác và các công tythiết bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu Mục tiêu của Diễn đàn WiMax làthúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vôtuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMANcủa ETSI Diễn đàn WiMax được thành lập để dỡ bỏ các rào cản tiến tới việcchấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA (BroadbandWireless Access), vì riêng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấpnhận rộng rãi một công nghệ Theo mục tiêu này, Diễn đàn đã hợp tác chặtchẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản lý để đảm bảo các hệ thốngđược Diễn đàn phê chuẩn đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và của cácchính phủ

1.4 Wimax certificate

Một dấu hiệu chứng nhận cho các sản phẩm đã vượt qua các cuộc thử nghiệm

về tính tương thích và khả năng giao tiếp dành riêng cho chuẩn 802.16 Cácsản phẩm đã qua kiểm tra tính tương thích với WiMax đều có khả năng thiếtlập kết nối không dây với nhau và cho phép chúng mang các gói dữ liệu rainternet

CHƯƠNG II CÁC CHUẨN IEEE 802

2.1 Họ chuẩn IEEE 802

IEEE là một tổ chức quốc tế chuyên cho phát triển mạng máy tính,truyền thông, công nghệ điện, điện tử với mạng LAN IEEE 802 là một họcác chuẩn IEEE, áp dụng trong các mạng LAN và MAN Họ chuẩn 802 chỉgiới hạn cho các mạng chuyển gói tin với kích thước khác nhau (ngược lạivới mạng cell-based) Con số 802 chỉ đơn thuần là số ngẫu nhiên tiếp theo

mà IEEE phân bổ cho họ chuẩn mới này, tuy nhiên đôi khi đc coi là trùng vớingày tổ chức cuộc họp công bố chuẩn này (T2/1980)

Những dịch vụ và giao thức trong IEEE 802 chủ yếu ở 2 tầng thấp (Data Link

và Physical) trong mô hình mạng 7 tầng OSI IEEE 802 chia lớp Data LinkLayer thành 2 lớp nhỏ hơn là Logical Link Control (LLC) và Media AccessControl Phạm vi các tầng liên quan đến IEEE 802:

- Data link layer

Một số chuẩn trong họ này là:

 802.1: Higher layer LAN protocols

 802.2: Logical link control

2.2 Chuẩn IEEE 802.11

Chuẩn 802.11 dùng cho mạng Wi-Fi, là hệ thống mạng không dây sửdụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio, cónhiệm vụ định nghĩa các các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dướicủa tầng liên kết dữ liệu Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute ofElectrical and Electronics Engineers) Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiềugiao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loạichúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g

Chuẩn 802.11 dùng cho mạng Wi-Fi, là hệ thống mạng không dây sửdụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio, cónhiệm vụ định nghĩa các các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dướicủa tầng liên kết dữ liệu Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute ofElectrical and Electronics Engineers) Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiềugiao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loạichúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g

Hình sau minh hoạ giữa mô hình tham chiếu OSI và chuẩn 802.11

Hình 2: IEEE 802.11 và mô hình OSI.

* Các chuẩn của mạng Wi-Fi

Chuẩn 802.11b (Chuẩn B) : Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị

trường Đây là chuẩn chậm nhất và rẻ tiền nhất, và nó trở thành ít phổ biếnhơn so với các chuẩn khác Các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở tần số2.4GHz và có thể truyền dữ liệu với tốc độ tối đa 11Mbps trong phạm vi từ

100 feet đến 150 feet ( từ 35 mét đến 45 mét ), và nó sử dụng mã CCK(complimentary code keying)

Chuẩn 802.11g (Chuẩn G) : Các thiết bị này hoạt động ở cùng tần số như các

thiết bị chuẩn B, tuy nhiên chúng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp 5 lần(đạt 54 MB/giây ) so với chuẩn B với cùng một phạm vi phủ sóng Chuẩn802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-divisionmultiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn Các thiết bị chuẩn B vàchuẩn G hoàn toàn tương thích với nhau, tuy nhiên cần lưu ý khi bạn trộn lẫncác thiết bị chuẩn B và chuẩn G với nhau thì các thiết bị sẽ hoạt động theochuẩn nào có tốc độ thấp hơn

Chuẩn 802.11a (Chuẩn A) : các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở tần số

5GHz và có thể truyền dữ liệu với tốc độ tối đa 54Mbps nhưng chỉ trongphạm vi khoảng 75 feet ( khoảng 25 mét) Nó cũng sử dụng mã OFDM.Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh hơn chuẩn 802.11a,nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng

WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần sốkhác nhau một cách nhanh chóng Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúpgiảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùngmột lúc

Bảng dưới đây là các chuẩn, tốc độ bit tối đa của chúng, dãy thiết lập tần số

và ứng dụng của nó

Chuẩn Tốc độ bit tối đa Dải tần Ứng dụng

802.11

2 megabits trên một giây(Mbps) 2Mbps

Băng tần S cho công nghiệp, khoa học và y học dải tần (từ 2.4 đến 2.5 GHz)

Không được sử dụng rộng rãi.

802.11b 11 Mbps Băng tần S cho công nghiệp,khoa học và y học Được sử dụng rộngrãi

802.11a 54 Mbps

Băng tần C cho công nghiệp, khoa học và y học (5.725 to 5.875 GHz)

Không được sử dụng rộng rãi do đắt

và giới hạn về dải tần

802.11g 54 Mbps Băng tần S cho công nghiệp,

khoa học và y học

Phổ biến cao với các thiết bị 802.11g

và tương ứng về sau với thiết bị 802.11b

Lưu ý:

Băng tần S sử dụng cùng một dải tấn như các lò vi sóng, điện thoại không dây, camera video không dây, các thiết bị Bluetooth Băng tần C sử dụng cùng dải tần như các điện thoại không dây mới hơn và nhiều thiết bị khác

* Các chuẩn IEEE 802.11 khác:

 802.11e : Phát triển cho 802.21 MAC để tăng chất lượng dịch vụ QoS,tăng khả năng và hiệu quả cho các ứng dụng triển khải qua mạng không dây802.11 như voice, dữ liệu, và audio

 802.11h : Cải thiện lớp MAC và PHY 802.11 để tăng khả năng quản lýmạng, mở rộng điều khiển cho công suất truyền dẫn và phổ tín hiệu trong dảibăng 5 GHz Đồng thời phù hợp với chuẩn ở một số nước châu âu

 802.11i : Tăng cường phương thức xác nhận và độ an toàn chuẩn 802.11

Các chuẩn bảo mật của IEEE 802.11

Chuẩn bảo

mật

Các phương pháp thẩm định

Các phương pháp mã hóa

Kích thước

mã hóa (bit) Chú thích

IEEE 802.11Hệ thống mở vàchia sẻ phím WEP 40 và 104

Với thẩm định và mã hóa yếu thì việc sử dụng có thể

bị giảm.

IEEE

802.1X

Các phương pháp thẩm định EAP N/A N/A

Phương pháp EAP cung cấp cho sự thẩm định

WPA-Enterprise 802.1X

TKIP và AES (Tùy chọn) 128

Sự thẩm định tốt (với phương pháp EAP) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES

WPA-Personal PSK

TKIP và AES (Tùy chọn)

128 Sự thẩm định mạnh (vớiPSK) và TKIP hoặc mã

hóa rất mạnh AES.

WPA2-Enterprise 802.1X TKIP và AES 128

Sự thẩm định mạnh (với EAP) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES.

WPA2-Personal PSK TKIP và AES 128

Sự thẩm định mạnh (với PSK) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES.

2.3 Chuẩn IEEE 802.16

Hai chế độ song công được áp dụng cho WiMax là song công phân chia theothời gian TDD (Time Division Duplexing) và song công phân chia theo tần số(Frequency Division Duplexing) FDD cần có 2 kênh, một đường lên, mộtđường xuống Với TDD chỉ cần 1 kênh tần số, lưu lượng đường lên và đườngxuống được phân chia theo các khe thời gian

Chuẩn 802.16 là tiêu chuẩn không dây Last mile (dặm cuối) Tiêuchuẩn này hoàn toàn dựa trên IP và đã được hội đồng 802.16 do IEEE (Việncác kỹ sư điện và điện tử Hoa kỳ) triển khai nghiên cứu từ đầu năm 2000 đếnnay và đã được IEEE thông qua 2 chuẩn:

- Chuẩn 802.16-2004 (rev d) cho mạng cố định được thông qua vào đầutháng 7/2004 (phổ tần số thấp hơn 11GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng; kỹthuật OFDM (orthogonal frequency division multiplex-Ghép kênh phân chia

theo tần số trực giao); tốc độ truyền cực đại: dưới 75 Mbit/s với độ rộng băngtần 20 MHz; 4-18 Mbit/s với độ rộng băng tần 5 MHz; Bán kính vùng phủsóng của 1 cell là 2-10 km tuỳ thuộc vào tần số và mật độ người dùng).

- Chuẩn 802.16e cho mạng di động được thông qua vào ngày 7/12/2005 (phổtần số thấp hơn 6 GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng; kỹ thuật OFDMA-orthogonal frequency division multiplexing access; tốc độ truyền cực đại:dưới 75 Mbit/s với băng tần là 20 MHz; bán kính vùng phủ sóng của 1 cell là1-3 km Indoor và 2-5 km Outdoor; tốc độ di chuyển của người dùng: dưới

+ 3400-3600 MHz: Hồng Kông, Trung Quốc, Châu Âu

+ 5725-5850 MHz: Hồng Kông, Trung Quốc, Anh, Ailen

Chuẩn chính thức cho WiMax di động

Tổ chức kỹ sư điện tử quốc tế IEEE đã thông qua chuẩn băng thôngrộng không dây di động 802.16e, cho phép trạm cơ sở kết nối tới những thiết

bị đang di chuyển

Bộ thông số 802.16e là sự mở rộng của chuẩn kết nối cố định

802.16-2004 Tuy nhiên, hai phiên bản WiMax này không tương thích với nhau.IEEE đang nghiên cứu để cả hai có thể cùng hoạt động trong một trạm cơ sởhai chế độ, hỗ trợ một ăng-ten đơn có thể liên lạc với thiết bị tiếp sóng gắn tạicác tòa nhà và trên tàu, ôtô

Ngay cuối năm 2005, 802.16-2004 và 802.16e sẽ được hợp nhất trongmột tài liệu và trở thành 802.16e-2005 802.16e là bản phác thảo chuẩn lầnthứ 12 của nhóm nghiên cứu IEEE Task Group, bắt đầu hình thành từ 2002 và

dự kiến hoàn tất trong 18 tháng, nhưng tính đến nay thời gian đã nhân đôi

Chuẩn chính thức này sẽ mở đường cho sự phát triển của các sản phẩmWiMax di động Hiện nay, nhiều trạm cơ sở và hệ thống máy khách tươngthích 802.16e đã xuất hiện trên thị trường

WiMax có tốc độ xử lý dữ liệu 20 Mb/giây và phạm vi phủ sóng lên tới

3 km Công nghệ này vừa bổ sung, vừa thay thế cho mạng Wi-Fi Giới quansát dự đoán, WiMax sẽ phổ biến trong các thiết bị di động như PDA và điệnthoại thông minh vào năm 2007

IEEE 802.16 khác công nghệ WiMAX ở điểm nào?

Một trong những mục tiêu chính của Diễn đàn WiMAX là tạo ramột chuẩn tương thích từ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMANcủa ETSI Điều này sẽ thực hiện được nhờ việc hình thành các mô tả hệthống Dựa trên những gì mà Diễn đàn WiMAX xem xét về các điều khoảncủa nhà cung cấp dịch vụ và các kế hoạch thiết bị của các nhà cung cấp, Diễnđàn WiMAX đã quyết định tập trung trước tiên vào các mô tả cho phươngthức PHY OFDM 256 của chuẩn 802.16 năm 2004, được IEEE thông qua vàotháng 6/2004 Lớp vật lý (PHY) sẽ được kết hợp với một bộ điều khiển truynhập phương tiện (MAC) độc lập đảm bảo một nền tảng thống nhất cho tất cảnhững triển khai WiMAX

Tuân thủ theo chuẩn 802.16 không có nghĩa là thiết bị được Diễnđàn WiMAX chứng nhận hoặc có thể tương thích với các thiết bị của các nhàcung cấp khác Tuy nhiên nếu một thiết bị tuân thủ thiết kế được Diễn đànWiMAX chứng nhận thì vừa tuân thủ chuẩn 802.16 và tương thích với cảthiết bị của các nhà khai cấp khác

Các phiên bản 802.16 như 802.16a, 802.16-2004 và 802.16e khác nhau như thế nào?

Chuẩn 802.16a của IEEE tập trung vào truy cập băng rộng cố định.Chuẩn mở rộng 802.16-2004 của IEEE cải tiến hơn nhờ hỗ trợ cho CPE trongnhà Chuẩn 802.16e là một mở rộng của chuẩn 802.16-2004 Mục đích củachuẩn 802.16e là để bổ sung khả năng di động dữ liệu cho chuẩn hiện thời,

mà ban đầu thiết kế chủ yếu dành cho cố định

CHƯƠNG III CÁC ĐẶC TÍNH KĨ THUẬT

3.1 Wimax hoạt động như thế nào?

Thực tế WiMax hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảngcách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lượng lớn người dùng Một hệ thốngWiMax gồm 2 phần:

Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động vớicông suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2

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

Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua cácđường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khácnhư một trạn trung chuyển bằng đường truyền thẳng (line of sight), và chính

vì vậy WiMax có thể phủ sóng đến những vùng rất xa

Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyềnthẳng hoặc các tia phản xạ Trong trường hợp truyền thẳng, các anten đượcđặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độtruyền có thể đạt tối đa Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến66GHz 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 sửdụng băng tần thấp hơn, 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 quacác vật thể để đến đích

3.2 Các đặc điểm chung của Wimax

WiMax đã được tiêu chuẩn hoá ở IEEE 802.16 Hệ thống này là hệthống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểmsau:

- Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể lên tới 50 km

- Tốc độ truyền có thể thay đổi và tối đa có thể lên tới 70 MB/s

- Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầmnhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền che khuất NLOS(Non line of sight)

- Làm việc ở hai dải tần 2-11 Ghz và 10-66 Ghz

- Hướng truyền tin được chia thành 2 đường lên và xuống

- Cho phép sử dụng cả 2 công nghệ TDD và FDD

Chuẩn 802.16e cho mạng di động được thông qua vào ngày 7/12/2005.(phổ tần số thấp hơn 6 GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng; kỹ thuậtOFDMA-(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access); tốc độtruyền cực đại: dưới 75 Mbit/s với băng tần là 20 MHz; bán kính vùng phủsóng của 1 cell là 1-3 km Indoor và 2-5 km Outdoor; tốc độ di chuyển củangười dùng: dưới 100 km/h vẫn đảm bảo liên lạc tốt

Trong WiMax hướng truyền tin được chia thành hai đường lên vàxuống Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống và đều sử dụng công nghệOFDM để truyền OFDM trong WiMax sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang,trong đó có 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh conmỗi kênh con tương đương với 48 sóng mang WiMax sử dụng điều chế nhiềumức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa

lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ

lệ mã từ 1/2 đến 7/8

Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) vàFDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướnglên (uplink) và hướng xuống (downlink)

3.3 Cấu trúc phân lớp

Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax được phân chia thành 4 lớp :Lớp con tiếp ứng (Convergence), lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp truyềndẫn (Transmission) và lớp vật lý (Physical) Các lớp này tương đương với hailớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp vớinhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ở hình dưới đây

-Lớp con tiếp ứng (convergence): ) làm nhiệp vụ giao diện giữalớp đa truy nhập và các lớp trên,

-Lớp đa truy nhập (MAC ) :Chuẩn 802.16 của IEEE đưa ra cùngmột lớp MAC cho tất cả lớp PHY (đơn sóng mang, 256 OFDM, 2048OFDMA) Lớp MAC này là kết nối được định hướng và chuẩn bị cho kết nốiTDM đường kết hợp với truy cập TDMA ở đường lên

Chuẩn này định nghĩa là hỗ trợ cho cả TDD(Time Division Duplexing) vàFDD(Frequency Division Duplexing) và cho phép phương thức bán songcông FDD (HD-FDD) TDD là một kỹ thuật mà ở đó hệ thống phát và nhận ởcùng kênh gán các khe thời gian cho phương thức phát và nhận FDD yêu cầuhai phổ tần riêng rẽ

-Lớp truyền dẫn (transmission)

-Lớp vật lý (physical): Lớp vật lý (PHY) được 802.16 định nghĩa

có ba biến thể: Sóng mang đơn, OFDM 256 và OFDMA 2048 Lớp vật lýOFDM 256 được Diễn đàn WiMAX lựa chọn cho các mô tả đầu tiên dựa trên802.16-2004 (trước đây là 802.16REVd)

3.4 Các băng tần cho Wimax.

Các băng tần đang được thế giới đề xuất triển khai WiMAX bao gồm:

+ 2300-2400 MHz: Hồng Kông, Hàn Quốc, úc, Singapore

Các hệ thống WiMax ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16-2004 để cung cấpcác ứng dụng cố định và nomadic, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz,chế độ song công TDD hoặc FDD

Một số nước qui 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

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

Băng 3600-3800MHz được một số nước châu Âu xem xét để cấp cho WBA.Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ 3.7-3.8GHz) đang được nhiều hệ

thống vệ tinh viễn thông sử dụng (đường xuống băng C), đặc biệt là ở khuvực châu Á, nên ít khả năng băng tần này sẽ được chấp nhận cho WiMax ở

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 kênh3.5MHz Vì vậy, nếu cú 4 nhà khai thác sử dụng băng tần này thì thường mỗinhà khai thác chỉ được cấp sử dụng 2x2 kênh 3.5MHz Trong khi đó, theo ýkiến của các chuyên gia Alvarion, một trong những hãng cung cấp thiết bịWiMax, thì để khai thác hiệu quả, mỗi nhà khai thác nên được cấp ít nhất 2x3

Băng 2500-2690MHz (băng 2.5 GHz) (dành cho di động)

Băng tần này là băng tần được WiMax Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMax diđộng theo chuẩn 802.16-2005 Có hai lý do cho sự lựa chọn này Thứ nhất, sovới các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này thích hợp chocác ứng dụng di động Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều nướccho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMax WiMax ở băng tần này có độrộng kênh là 5MHz, 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 Thôngtin Vô tuyến thế giới năm 2000 (WRC-2000) đã xác định có thể sử dụng băngtần này cho hệ thống di động thế hệ 3 (3G hay IMT-2000 theo cách đặt tên

của ITU) Tuy nhiên, khi nào IMT-2000 được triển khai ở băng tần này cũngchưa 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 sử dụngmột phần băng tần tần này cho WBA Trung Quốc và Ân Độ cũng đang xemxét.

Ví dụ, Singapore đã chia băng 2.5GHz thành 15 khối 6 MHz cho WBA đểđấu thầu, theo đó nhà khai thác được cung cấp các dịch vụ cố định, nomadic

và di động, không yêu cầu phải sử dụng một công nghệ cụ thể nào Các nhàkhai thác trúng thầu có trách nhiệm tự phối hợp với nhau và với các nhà khaithác của các nước láng giềng để tránh can nhiễu Tại Mỹ, Ủy ban Truyềnthông Liên bang (FCC) chia băng 2.5GHz thành 8 khối, mỗi nhà khai thác cóthể được cấp 22.5MHz, gồm một khối phổ có độ rộng 16.5MHz kết hợp vớikhối 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 đẩy việc đưachuẩn 802.16 thành một nhánh của họ tiêu chuẩn IMT-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 2500-2690 MHz sẽ được

sử dụng cho các hệ thống thông tin di động thế hệ mới, không triển khai thêmcác thiết bị khác trong băng tần này Vì vậy, có thể hiểu công nghệ WiMax diđộng cũng là một đối tượng của quy định này, nhưng băng tần này sẽ được sửdụng cho loại hình công nghệ cụ thể nào vẫn còn để mở

Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz)(di động)

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 Quốc (triểnkhai WiBro), Úc, Mỹ, Canada, Singapore Singapore đã cho đấu thầu 10 khối5MHz trong dải 2300-2350MHz để sử dụng cho WBA với các điều kiệntương tự như với băng 2.5GHz Úc chia băng tần này thành các khối 7MHz,

không qui định cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng dụng

cố định Mỹ chia thành 5 khối 10MHz, không qui định cụ thể về độ rộngkênh, cho phép triển khai cả TDD và FDD

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

để triển khai WBA/WiMax

Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz)

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 sovới các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốn thường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà Theo WiMax Forum thì băng tần này thích hợp để triển khai WiMax cố định,

độ rộng phân kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD,không có FDD

Băng dưới 1GHz

Với các tần số càng thấp, sóng vô tuyến truyền lan càng xa, số trạm gốccần sử dụng càng ít, tức mức đầu tư cho hệ thống thấp đi Vì vậy, WiMaxForum cũng đang xem xét khả năng sử dụng các băng tần dưới 1GHz, đặcbiệt là băng 700-800MHz

Hiện nay, một số nước đang thực hiện việc chuyển đổi từ truyền hìnhtương tự sang truyền hình số, nên sẽ giải phúng được một phần phổ tần sửdụng cho WBA/WiMax Ví dụ, Mỹ đó cấp đoạn băng tần 699-741MHz trướcđây dùng cho kênh 52-59 UHF truyền hỡnh và xem xét cấp tiếp băng 747-801MHz (kênh 60-69 UHF truyền hình)

Với Việt Nam, do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phương nêncác kênh trong giải 470-806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặccho các hệ thống truyền hình tương tự Hiện chưa có lộ trình cụ thể nào đểchuyển đổi các hệ thống truyền hình tương tự này sang truyền hình số, nênchưa thấy có khả năng có băng tần để cấp cho WBA/WiMax ở đây

3.5 Công nghệ OFDM cho việc truyền dẫn vô tuyến mạng

OFDM là một công nghệ điều chế và mã hóa số, đã được sử dụngthành công trong các ứng dụng hữu tuyến như modem DSL và modem cáp.Các sản phẩm của các công ty thành viên Diễn đàn WiMAX đang sử dụngcác hệ thống 802.16 dựa trên OFDM để vượt qua những thách thức của việctruyền sóng NLOS

Nhờ độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đãđược IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền thông vô tuyến băngrộng trong chuẩn IEEE 802.16e Chú ý rằng môi trường truyền thông vôtuyến là một mỗi trường khắc nghiệt nhất trong truyền dẫn thông tin Nó gâysuy hao tín hiệu về biên độ cũng như suy hao lựa chọn tần số, kèm theo cáchiệu ứng pha đinh đa đường Sự suy hao này đặc biệt tăng nhanh theo khoảngcách và ở tần số cao, ngoài ra còn tùy thuộc vào địa hình là thành thị, đồngbằng hay miền núi mà sự suy giảm cũng khác nhau Hình 3 và Bảng 1 ở dướiđây là nghiên cứu trên các hệ thống ISM tần số 2,4GHz và UNII tần số5,4GHz minh hoạ sự suy giảm theo khoảng cách và trên các loại địa hình vớicác điều kiện truyền dẫn khác nhau

Hình 3: Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách

Khu vực trung tâm thành phố nhiều

nhiều cây cối

Công suất tín hiệu thay đổi từ 12dB

3-Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gâybởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từphát đến thu là điều không thể tránh khỏi ảnh hưởng này sẽ làm biến dạnghoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệugốc ban đầu Các kỹ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA như trongchuẩn 802.11b rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường vì thời gian trễ có thểvượt quá khoảng thời gian của một ký tự OFDM sử dụng kỹ thuật truyềnsong song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền một ký tự lênnhiều lần Ngoài ra, OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ (guard interval

- GI), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền, giữa hai ký tự nênnhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn

Nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề gây ảnh hưởng lớn đến chấtlượng truyền thông tín hiệu Tuy nhiên, OFDM cũng mềm dẻo hơn CDMA

khi giải quyết vấn đề này OFDM có thể khôi phục lại kênh truyền thông qua

tín hiệu dẫn đường (Pilot) được truyền đi cùng với dòng tín hiệu thông tin.Ngoài ra, đối với các kênh con suy giảm nghiêm trọng về tần số thì OFDMcòn có một lựa chọn nữa để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm bớt số bít mã hoá chomột tín hiệu điều chế tại kênh tần số đó

Mặc dù vậy, OFDM không phải không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏikhắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứngDoppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số(Intercarrier interference - ICI) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần

số sóng mang và làm tăng tỷ số bít lỗi (BER) Tuy nhiên OFDM cũng có thểgiảm bớt sự phức tạp của vấn đề đồng bộ thông qua khoảng bảo vệ (GI) Sửdụng chuỗi bảo vệ (GI) cho phép OFDM có thể điều chỉnh tần số thích hợpmặc dù việc thêm GI cũng đồng nghĩa với việc giảm hiệu quả sử dụng phổ tần

số Ngoài ra OFDM chịu ảnh hưởng của nhiễu xung, có nghĩa là một xung tínhiệu nhiễu có thể tác động xấu đến một chùm tín hiệu thay vì một số ký tự

như trong CDMA và điều này làm tăng tỷ lệ lỗi bit của OFDM so với CDMA 3.6 Công nghệ truy nhập kênh OFDMA cho Wimax

Hoạt động truy nhập kênh ở lớp MAC của WiMax hoàn toàn khác sovới WiFi WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD và TDD sửdụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA Ưu điểm của phương pháp này là

nó cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống, dẫn đến cóthể thay đổi tốc độ phát (Upload) hoặc thu (Download) dữ liệu chứ khôngphải là cố định như trong ASDL hay CDMA Trong WiFi tất cả các trạm truynhập một cách ngẫu nhiên đến điểm truy cập (Access point - AP), chính vìvậy khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm giảm thông lượngmạng Ngược lại, ở lớp MAC của 802.16, lịch trình hoạt động cho mỗi thuêbao được định trước, do vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênhtruyền dẫn là thời điểm gia nhập mạng Sau thời điểm này, mỗi trạm đượctrạm phát gốc gắn cho một khe thời gian Khe thời gian có thể mở rộng hay cohẹp lại trong quá trình truyền dẫn ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độtruyền dẫn vẫn hoạt động ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuêbao đăng ký vượt quá cho phép, và nó cũng có thể tăng được hiệu quả sửdụng băng tần Việc sử dụng thuật toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc

điều khiển chất lượng dịch vụ (Quality of Service -QoS) bằng việc cân bằngnhu cầu truyền thông giữa các thuê bao

Để làm được điều này, hệ thống WiMax thực hiện việc mã hoá và điềuchế thích nghi (AMC-Adaptation Modulation and Coding) để tối ưu hoá băngthông tuỳ thuộc vào điều kiện của kênh truyền Đối với kênh truyền tốt (cónghĩa là tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR cao) có thể điều chế ở 64-QAM Nơikênh ở chất lượng thấp hơn thì giảm dần mức điều chế xuống đến QPSK.Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh được tính ưu việt của WiMax so vớiWCDMA như bảng sau:

H×nh 4: So sánh một số tham số giữa OFDM và CDMA

Công nghệ Số lượng thuê

bao trong một trạm phủ sóng

Thông lượng trung bình của mạng (Mbit/s)

Thông lượng trung bình của một thuê bao (kbit/s)

Trễ truyền dân trung bình của một gói (s)

ta thấy làm thế nào để kênh con được lựa chọn dựa trên mức độ chất lượngtính hiệu nhận được

H×nh 5: Lựa chọn kênh thích hợp cho mỗi user