WiMAX là cụng nghệ khụng dõy băng thụng rộng cú được sự hỗ trợ phổ
cụng nghệ đặc biệt ảnh hưởng đến giỏ cả. Nú được xõy dụng để chuyển giao lợi ớch kinh doanh hiệu quả tới người khai thỏc và người sử dụng trong cỏc mụi trường thay đổi khỏc nhau. Trong phần này trỡnh bày mục tiờu, cơ chế
hoạt động, mụ hỡnh ứng dụng và cỏc đặc tớnh kỹ thuật của WiMAX.
2.2.1 Mục Tiờu Của Cụng Nghệ WiMAX
Mssục tiờu của cụng nghệ WiMAX được phỏt triển với những mục tiờu cú thể túm lược như sau:
- Kiến trỳc mềm dẻo (Flexible Architecture): WiMAX hỗ trợ một số
kiểu cấu trỳc hệ thống, bao gồm : Điểm-điểm, điểm-đa điểm và bao phủ khắp nơi. Lớp điều khiển truy nhập của WiMAX hỗ trợ điểm-đa điểm và dịch vụ
khắp mọi nơi nhờ khe thời gian lập lịch cho mỗi trạm thuờ bao. Nếu chỉ cú một trạm thuờ bao (SS) ở trong mạng, thỡ trạm cơ sở WiMAX (BS) sẽ liờn lạc với trạm SS đú trờn nền tảng điểm. Một BS được cấu hỡnh điểm-điểm cú thể
sử dụng Antenna chựm tia hẹp để bao phủ khoảng cỏch xa.
- Bảo mật cao (High Security) : WiMAX hỗ trợ AES (chuẩn mó húa cao cấp) và 3DES (Triple DES, ở đõy DES là chuẩn mó húa dữ liệu). Bằng cỏch mó húa liờn kết giữa BS và SS, WiMAX cung cấp cho cỏc thuờ bao sự
bảo mật và n toàn qua giao diện khụng dõy băng thụng rộng. Sự an toàn cũng
được cung cấp cho cỏc nhà điều hành chống lại nạn trộm cắp dich vụ. WiMAX cũng được cài đặt hỗ trợ VLAN để cung cấp bao vệ dữ liệu đang
được truyền bởi cỏc Users khỏc nhau trong cựng một BS.
- Quản lý chất lượng dịch vụ WiMAX (WiMAX QoS): Xõy dựng bộ
tham số chất lượng dịch vụ dựng trong quỏ tỡnh thiết lập luồng dịch vụđể quy
định những yờu cầu chất lượng dịch vụ của cỏc dịch vụđược hỗ trợ.
- Triển khai nhanh (Quick Deployment): So sỏnh với triển khai của giải phỏp cú dõy, WiMAX ớt cần đến xõy dựng kế hoạch mở rộng (Vớ dụ: Sự đào
sử dụng một trong nhưng dải tần được cấp phộp hoặc cú kế hoạch sử dụng một trong những dải tần được cấp phộp hoặc cú kế hoạch sử dụng trong những dải tần khụng cần cấp phộp, khụng phải đệ trỡnh cỏc ứng dụng lờn chớnh phủ. Mỗi khi Antenna và cỏc thiết bị được cài đặt và vận hành thỡ cụng nghệ WiMAX đó sẵn sàng cho cỏc dịch vụ. Trong hầu hết cỏc trường hợp, sự
triển khai của WiMAX được hoàn tất trong vài giờ ớt hơn nhiều so với cỏc giải phỏp khỏc.
- Dịch vụ đa lớp (Multi-Level Service): Cỏch thức mà QoS được chuyển giao là dựa trờn thỏa thuận mức dịch vụ giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng đầu cuối. Thờm nữa một nhà cung cấp dịch vụ cú thể cung cấp nhiều thỏa thuận mức dịch vụ khỏc nhau đến cỏc thuờ bao, thậm chớ đến cỏc người sử dụng khỏc nhau trờn cựng một SS.
- Thao tỏc giữa cỏc phần (Interoperability): Do cụng nghệ WiMAX dựa trờn cỏc tiờu chuẩn của cỏc nhà sản xuất quốc tế cho nờn dễ dàng cho người sử dụng đầu cuối để truyền tải và sử dụng cỏc SS của họ tại cỏc vị trớ khỏc nhau hoặc cựng với cỏc nhà cung cấp dịch vụ khỏc nhau. Thao tỏc giữa cỏc phần bảo vệ sựđầu tư ban đầu của nhà cung cấp dịch vụ từ khi lựa chọn thiết bị từ cỏc nhà sản xuất thiết bị khỏc nhau, và nú sẽ tiếp tục làm cho giỏ của thiết bị giảm đỏng kể.
- Khả năng di chuyển được (Portability): Như cỏc hệ thống thụng tin di
động hiện hành, một khi trạm SS đó được vận hành, nú tự nhận dạng, quyết
định cỏc đặc tớnh kết nối với trạm BS, miễn là SS được đăng ký trong cơ sở
dữ liệu hệ thống, và sau đú dàn xếp cỏc đặc tớnh truyền của nú phự hợp.
- Tớnh chuyển động (Mobility) : Tiờu chuẩn IEEE 802.16e sửđổi đó cú thờm đặc tớnh hỗ trợ cho di động. Sự cải thiện được cải tạo từ OFDM và OFDMA lớp vật lý cú thể hỗ trợ thiết bị và dịch vụ trong mụi trường di động.
Những cải thiện này bao gồm khả năng co dón OFDMA và hỗ trơ một số
chức năng cho phộp di động với tốc 160Km/h.
- Lợi nhuận (Cost-effective) : WiMAX dựa trờn một chuẩn quốc tế mở được sự chấp nhận cao cựng với mạch điện tửđược sản xuất lớn, hàng loạt sẽ
làm cho giỏ cả giảm đột ngột và kết quả cạnh tranh sẽ cung cấp tiết kiệm chi phớ đỏng kể cho nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng
- Tầm bao phủ rộng lớn (Wider Coverage): WiMAX hỗ trợ cao cho cỏc lớp đa điều chế bao gồm : BPSK, QPSK, 16-QAM và 64QAM. Khi thiết bị
cựng với khuếch đại năng lượng lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (BPSK hoặc QPSK), hệ thống WiMAX cú thể bao phủ một diện tớch lớn giữa BS và SS trong suốt.
- Thao tỏc khụng vật cản (NLOS): WiMAX dựa trờn cụng nghệ OFDM, cú kế thừa khả năng thực thi trong mụi trường NLOS. Khả năng này giỳp cho cỏc sản phẩm WiMAX chuyển giao băng thụng rộng trong mụi trường NLOS mà cỏc sản phẩm khụng dõy khỏc khụng thể làm được.
- Dung lượng lớn (High Capacity): Sử dụng điều chế cao 64QAM và dải thụng kờnh 7Mhz hiện hành cựng với kế hoạch tiến triển tới dải thụng đầy
đủ theo lỹ thuyết trong chuẩn kết hợp IEEE và ETSI. Hệ thống WiMAX cú thể cung cấp dải thụng hiệu quả tới người sử dụng.
2.2.2 Cơ Chế Hoạt Động Của WiMAX
Trong điều kiện thực tế, WiMAX hoạt động như Wi-Fi nhưng với tốc độ
cao hơn, khoảng cỏch xa hơn và số lượng khỏch hàng sử dụng lớn hơn. WiMAX cú khả năng kết nối cỏc khu vực ngoại ụ và nụng thụn mà mạng truy nhập Internet băng rộng cú dõy (Xdsl) khụng đến được bởi vỡ cỏc cụng ty điện thoại vẫn chưa kộo dõy cỏp cần thiết đến được khu vực đú.
-Một thỏp WiMAX tương tự như khỏi niệm thỏp điện thoại di động, một thỏp WiMAX đơn cú thể cung cấp bao phủ một diện tớch lớn với bỏn kớnh khoảng 50 km.
-Thiết bị nhận WiMAX-Thiết bị nhận và Antenna cú thể là những hộp nhỏ, card PCMCIA hoặc chỳng cú thể được xõy dựng bờn trong mỏy tớnh tương tự như truy cập Wi-Fi hiện nay.
Một thỏp WiMAX cú thể kết nối trực tiếp với Internet sử dụng kết nối cú dõy băng thụng rộng(Vớ dụ như đường T3). Nú cũng cú thể được kết nối tới thỏp WiMAX khỏc sử dụng súng ngắn truyền trực tiếp : LOS (Line of Sight). Kết nối với hai thỏp (thường đề cập là Backhaul) cựng với khả năng của thỏp
đơn bao phủ khoảng 50km cho phộp WiMAX cung cấp bao phủ tới cỏc khu vực nụng thụng xa xụi.
WiMAX cú thể cung cấp 2 dạng của dịch vụ khụng dõy:
-Khụng cú đường truyền trực tiếp (NLOS), kiểu như dịch vụ Wi-Fi, nơi mà một antenna nhỏ trong mỏy tớnh của chỳng ta kết nối với thỏp. Trong chế độ này, WiMAX sử dụng dải tần số thấp 2-11GHz (Tương tự Wi-Fi). Truyền với bước súng thấp khụng ảnh hưởng bởi cỏc vật cản trở vật lý. Chỳng cú thể
nhiễu xạ, bẻ cong xung quanh vật cản trở.
-Cú đường truyền trực tiếp (LOS), nơi mà cỏc đĩa Antenna chỉ thẳng tại thỏp WiMAX từ đỉnh. LOS kết nối khỏe và ổn định hơn vỡ vậy nú cú thể gửi rất nhiều dữ liệu nhưng bị ớt lỗi hơn. Truyền theo kiểu LOS sử dụng tần số
cao, với cỏc dải tần cú thể đạt tới 66GHz. Tại tần số cao hơn ớt nhiễu và cú nhiều băng thụng hơn.
Thụng qua antenna truyền trực tiếp mạnh, trạm phỏt WiMAX gửi dữ liệu tới mỏy tớnh cú thiết bị WiMAX hoặc Router cài đặt trong vũng bỏn kớnh truyền 50 km. Điều này cho phộp WiMAX đạt được khoảng cỏch tối đa của nú.
WiMAX hoạt động cựng một nguyờn lý như Wi-Fi nú gửi dữ liệu từ một mỏy tớnh tới một mỏy tớnh khỏc qua giao diện vụ tuyến. Một mỏy tớnh (cú thể
là mỏy tớnh để bàn hoặc xỏch tay) được trang bị WiMAX sẽ nhận dữ liệu từ
một trạm phỏt WiMAX và sử dụng khúa mật mó để ngăn chặn người dựng trỏi phộp.
Kết nối Wi-Fi nhanh nhất cú thể truyền tới 54Mbps trong điều kiờn tối
ưu. WiMAX cú thể truyền lờn tới 70Mbps. Nú tương ứng với tốc độ truyền qua Cable Modem tới mỗi người sử dụng.
Khỏc nhau lớn nhất giữa WiMAX và Wi-Fi khụng phải về tốc độ mà về
khoảng cỏch. Bỏn kớnh sử dụng của Wi-Fi khoảng 30m đến 100m, trong khi WiMAX bao phủ một bỏn kớnh khoảng 50Km. Khoảng cỏch tăng là do cỏc tần sốđược sử dụng và cụng suất phỏt. Tất nhiờn tại mỗi khoảng cỏch, địa thế
vật lý, thời tiết và cỏc tũa nhà lớn cũng làm giảm khoảng cỏch tối đa trong một vài tỡnh huống nhưng khả năng bao phủ của WiMAX rất rộng lớn.
Đặc điểm kỹ thuật của 802.16
-Khoảng cỏch 50km từ trạm cơ sở. -Tốc độ 70Mb/s.
-Băng tần số : Từ 2-11GHz và 10-66GHz (dải tần cấp phộp và khụng cấp phộp)
-Xỏc định rừ cả lớp MAC, lớp vật lý PHY và cho biết chỉ tiờu kỹ
thuật của nhiều lớp vật lý.
2.2.3 Mụ Hỡnh Ứng Dụng WiMAX
Cụng nghệ WiMAX (Tiờu chuẩn IEEE 802.16) đề xuất 2 mụ hỡnh ứng dụng:
- Mụ hỡnh ứng dụng cốđịnh - Mụ hỡnh ứng dụng di động
1. Mụ Hỡnh Ứng Dụng CốĐịnh
Mụ hỡnh cốđịnh sử dụng cỏc thiết bị theo tiờu chuẩn IEEE 802.16-2004. Tiờu chuẩn này gọi là “khụng dõy cố định” vỡ thiết bị thụng tin làm việc với cỏc Antenna đặt cố định tại cỏc nhà thuờ bao. Antenna đặt trờn núc nhà hoặc trờn cột thỏp tương tự chảo thụng tin vệ tinh.
PSTN Internet House Building Factory Computer Wimax BS Wimax BS ` ` ` ` Dõn Cư Wimax SubStation Phone Line SS WLAN Hotspot Xi Nghiep Hỡnh 2.2: Mụ hỡnh ứng dụng WiMAX cốđịnh
Tiờu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phộp đặt Antenna trong nhà nhưng tất nhiờn tớn hiệu thu khụng khỏe bằng Antenna ngoài trời. Bănh tần cụng tỏc (theo quy đinh và phõn bố của quốc gia) trong băng 2.5Ghz hoặc 3.5GHz. Độ rộng băng tần là 3.5Mhz. Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cỏch nối tiếp khụng dõy đến Cable Modem, đến cỏc đụi dõy thuờ bao của mạch Xdsl hoặc mạch Tx/Ex (Truyền phỏt/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua súng quang). WiMAX cố định cú thể phục vụ cho nhiều loại người dựng như: Cỏc xớ nghiệp cỏc khu dõn cư nhỏ lẻ, mạng cỏp truy nhập WLAN cụng cộng nối tới mạng đụ thị, cỏc trạm gốc BS của mạng thụng tin di
động và cỏc mạch điều khiển trạm BS. Về cỏch phõn bố theo địa lý, người sử
dụng cú thể phõn tỏn tại cỏc địa phương như nụng thụn và cỏc vựng sõu, vựng xa nơi mà khú đưa mạng cỏp hữu tuyến đến đú. Sơ đồ kết cấu mạng WiMAX
trạm gốc BS (Làm việc với Antenna đặt trờn thỏp cao) và cỏc trạm phụ SS. Cỏc trạm BS nối với mạng đụ thị MAN hoặc mạng PSTN.
2. Mụ Hỡnh Ứng Dụng WiMAX Di Động
Sử dụng cỏc thiết bị phự hợp với tiờu chuẩn IEEE 802.16. Tiờu chuẩn IEEE 802.16 bổ sung cho tiờu chuẩn 802.16-2004 hướng tới người sử dụng cỏ nhõn di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lưới này phối hợp cựng với WLAN, mạng di động Cellular 3G cú thể tạo thành mạng di
động cú vựng phủ súng rộng. Hi vọng cỏc nhà cung cấp viễn thụng hiệp đồng cộng tỏc để thực hiện được mạng viễn thụng số truy nhập khụng dõy cú phạm vi phủ súng rộng, thỏa món được cỏc nhu cầu đa dạng của thuờ bao. Tiờu chuẩn IEEE 802.16e được thụng qua cuối năm 2005.
2.2.4 Cỏc Chuẩn Của WiMAX
Về tiờu chuẩn, WiMAX là một bộ tiờu chuẩn dựa trờn họ tiờu chuẩn 802.16 của IEEE nhưng hẹp hơn và tập trung vào một số cấu hỡnh nhất định. Hiện cú 2 chuẩn của WiMAX là 802.16-2004 và 802.16e.
1. Tiờu Chuẩn 802.16-2004
Chuẩn 802.16-2004 (trước đú là 802.16 REVd) được IEEE đưa ra thỏng 7 năm 2004. Tiờu chuẩn 802.16-2004 là sự hợp nhất của cỏc chuẩn: 802.16- 2001, 802.16c-2002 và 802.16a-2003. Tiờu chuẩn này sử dụng phương thức
điều chế OFDM với 256 súng mang phụ và cú thể cung cấp cỏc dịch vụ cố định, nomadic (người sử dụng cú thể di chuyển nhưng cố định trong lỳc kết nối) theo tầm nhỡn thẳng (LOS) và khụn theo tầm nhỡn thẳng (NLOS).
2. Tiờu Chuẩn 802.16e
Chuẩn 802.16e được IEEE thụng qua thỏng 12/2005. Tiờu chuẩn này sử
dụng phương thức điều chế OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), cho phộp thực hiện cỏc chức năng chuyển vựng và
chuyển mạng, cú thể cung cấp đồng thời dịch vụ cốđịnh, mang xỏch được (Người sử dụng cú thể di chuyển với tốc độđi bộ), di động hạn chế và di động.
Hai chếđộ song cụng được ỏp dụng cho WiMAX là song cụng phõn chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) và song cụng phõn chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing). FDD cần cú 2 kờnh, một đường lờn, một đường xuống. Với TDD chỉ cần một kờnh tần số, lưu lượng đường lờn và đường xuống được phõn chia theo cỏc khe thời gian.
2.2.5 Băng Tần Dành Cho WiMAX
Thuật ngữ WiMAX đó trở lờn đồng nghĩa với tiờu chuẩn IEEE 802.16. Trong bản tiờu chuẩn 802.16 đầu tiờn đề cập tới cỏc ứng dụng trong băng tần
được cấp phộp: Khoảng tần số 10 đến 66GHz. Cỏc bổ sung tiếp theo đó mở
rộng tiờu chuẩn 802.16 bao phủ cỏc ứng dụng khụng tầm nhỡn thẳng (NLOS) trong cỏc dải băng thụng cấp phộp và khụng cấp phộp: Dải tần từ 2 đến 11GHz.
Trong tiờu chuẩn IEEE 802.16-2004, WiMAX bao bọc một vựng băng tần dưới 11GHz. Cỏc băng tần được WiMAX forum tập trung xem xột và vận
động cơ quan quản lý cỏc nước phõn bổ cho WiMAX là: 3400-3600MHz (băng 3.5GHz), 3300-3400MHz (băng 3.3GHz), 2500-2690 MHz (băng 2.5GHz), 2300-2400MHz (băng 2.3GHz), 5725-5850 MHz (băng 5.8GHz) và băng 700-800MHz (dưới 1GHz).
Băng tần được dựng nằm trong hai danh mục khỏc nhau: Khụng cấp phộp và được cấp phộp.
1. Băng Tần Khụng Cấp Phộp
Trong phần lớn cỏc thị trường, băng tần khụng cấp phộp cú thể được dựng cho WiMAX là 2.4 và 5.8GHz. Bởi vỡ băng tần khụng cần cấp phộp nờn khụng khú khăn đểđăng ký sử dụng bởi thế sẽ làm cho cỏc nhà khai thỏc dễ
điều này cú thể là thuận lợi nhưng cú một vài những bất lợi trong đú cú ba bất lợi chớnh liờn quan tới việc sử dụng băng tần khụng cần cấp phộp:
-Sự nhiễu súng: Bởi vỡ băng tần khụng cấp phộp được dựng cho một số
hệ thống vựng tần số khỏc nhau nờn cú khả năng nhiễu súng cao.
-Khả năng tớnh cạnh tranh: Cỏc nhà khai thỏc sử dụng băng tần khụng cấp phộp phải nhận thấy rằng cỏc nhà khai thỏc cú thể dễ dàng tham gia vào thị trường sử dụng băng tần rất giống nhau.
-Tớnh năng sử dụng: Băng tần mức 5.8Ghz hiện tại chỉ được ứng dụng tại một số nước.
Những bất lợi đó được nờu này khiến những nhà khai thỏc sẽ phải cẩn thận đỏnh giỏ tiềm năng sử dụng của băng tần khụng cấp phộp trước khi triển khai, tất nhiờn cú những ngoại lệ bao gồm những khu vực nụng thụn và vựng xa xụi hẻo lỏnh nơi cú ớt khả năng xảy ra sự nhiễu súng và cạnh tranh hơn.
2. Băng Tần Được Cấp Phộp
Băng tần được cấp phộp phải trả chi phớ cao, nhưng nú hoàn toàn xứng
đỏng với điều đú, đặc biệt khi mà dịch vụ đũi hỏi chất lượng cao. Lợi ớch lớn nhất để cú được băng tần được cấp phộp là sử dụng độc quyền băng tần. Nú
được bảo vệ để chống lại sự can thiệp bờn ngoài trong khi những người cạnh tranh chỉ cú thể xõm nhập vào thị trường nếu họ cựng sở hữu hoặc cho thuờ băng tần. Băng tần cấp phộp được tỡm thấy ở mức 700MHz, 2.3GHz, 2.5GHz và 3.5GHz với việc hai dải tần số sau đú hiện đang nhận được sự chỳ ý nhất.
● Dải băng tần mức 2.5Ghz (Băng 2500-2690MHz)
Băng tần này là băng được WiMAX Forum ưu tiờn lựa chọn cho