WiMAX, truy cập băng rộng được chứng thực, không giống với các giải pháp không dây băng hẹp đang tồn tại, nó cho phép cung cấp dịch vụ băng rộng cho xí nghiệp, doanh nghiệp nhỏ và hộ gia đình. Hơn nữa, nó cũng hoạt động như thiết bị thông tin từ xa cung cấp các mạng đường trục cho các dịch vụ tế bào và các kết nối LAN. WiMAX là:
• Multi-Mbps, khơng bị giới hạn đến vài trăm kbps
• Ln luôn mở, băng thông theo nhu cầu, không định hướng
2.1.2 Khơng giống khơng dây băng rộng có quyền sở hữu:
WiMAX, truy cập băng rộng được chứng thực, không giống với các giải pháp khơng dây băng rộng có chủ sở hữu đang tồn tại, chi phí sẽ ít hơn. Hơn nữa, khơng giống các giải pháp không dây băng rộng có chủ sở hữu nó sẽ khơng bị hạn chế của LOS. WiMAX có thể làm việc tốt trong các điều kiện phađing, nhiễu, hiện tượng đa đường, NLOS và OLOS
2.1.3 Khơng giống với có dây băng rộng
WiMAX, truy cập băng rộng được chứng thực, khơng giống với các giải pháp băng rộng có dây đang tồn tại, sẽ phục vụ các vùng ở xa mà không cần các con quay
xe tải. Việc lắp đặt và chi phí thiết bị thì rẻ hơn so với có dây băng rộng. WiMAX có thể cung cấp
• Chi phí thấp thay thế cho giải pháp có dây
• Cơ hội để chọn lựa các khách hàng từ các vùng địa lý rộng lớn
2.1.4 Không giống WLAN:
WiMAX mặc dù chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi Wi-F, nhất là việc tiêu chuẩn hoá và việc cấp giấy chứng nhận, tuy nhiên không giống với các giải pháp WLAN đang tồn tại, WiMAX sẽ phục vụ nhiều khách hàng hơn qua vùng rộng lớn ở thông lượng cao hơn trong điều kiện bảo mật hơn. Đó là
• Có thể phục vụ hàng trăm người sử dụng • Hiệu quả phổ
• Hỗ trợ các yêu cầu chất lượng dịch vụ
• Thuộc tính đặc biệt của băng rộng không dây
2.2 Khả năng đột phá của WiMAX
Trong những năm gần đây, truyền thông dữ liệu băng rộng đã nhìn thấy một nhu cầu lớn. Truy cập băng rộng không dây là thị trường viễn thông phát triển nhanh chóng một cách tồn cầu và có tiềm năng thị trường lớn. Một vài khả năng của nó là:
• WiMAX được tối ưu cho các hệ thống NLOS và tự lắp đặt, có nghĩa là người sử dụng khơng cần thêm các kỹ năng để làm việc với hệ thống này.
• WiMAX được giúp đỡ bởi SoCs, RFICs, khả năng tương tác và âm lượng, nó giảm chi phí của hệ thống phần cứng xuống một mức độ khơng được nhìn thấy trong q khứ. Hơn nữa nó khơng cần các con lăn xe tải cho việc lắp đặt.
• WiMAX có hiệu quả chi phí hơn, cung cấp QoS, độ ưu tiên của thoại/truyền hình và dữ liệu và dung lượng mạng cao hơn.
• WiMAX có khả năng triển khai trên thị trường ở những nơi mà băng rộng có dây khơng có hiệu quả chi phí, chẳng hạn ở vùng sâu và ở các nước đang phát triển, cho phép sự truyền bá băng rộng nhanh chóng hơn, cho phép tốc độ cao hơn và xa hơn.
2.3 WiMAX là gì?
Thơng thường được đề cập như WiMAX hoặc WirelessMAN hoặc chuẩn giao tiếp vô tuyến, IEEE 802.16 là một chuẩn cho mạng truy cập đô thị không dây băng rộng cố định sử dụng kiến trúc điểm-tới-đa điểm. Được công bố và ngày 8 tháng 4 năm 2002, tiêu chuẩn xác định việc sử dụng dải tần số được cấp phép giữa 10 GHz đến 66 GHz, và dải tần được cấp phép và không được cấp phép giữa 2 GHz và 11 GHz, và định nghĩa lớp MAC hỗ trợ các chuẩn lớp vật lý được đặc chế cho băng tần số sử dụng và điều lệ liên kết chúng. 802.16 hỗ trợ tốc độ bit cao cả hai đường lên và đường xuống từ trạm gốc lên đến khoảng cách 30 dặm.
WiMAX là phiên bản khơng dây được chuẩn hố của Ethernet để thay thế các cơng nghệ có dây (như các modems cáp, DSL và các liên kết T1/E1), cung cấp truy cập băng rộng đến khách hàng.
WiMAX là diễn đàn tương tác toàn cầu cho truy cập vi ba, một tổ chức phi lợi
Chuẩn 802.16 rộng, phức tạp và đang phát triển, cung cấp nhiều tuỳ chọn và mở rộng, vì thế khả năng tương tác là vấn đề chủ yếu.
2.4 Tại sao dùng WiMAX?
WiMAX có thể đáp ứng các nhu cầu truy cập khác nhau. Cung cấp các dịch vụ băng rộng đến các thuê bao, lắp đầy các lỗ hổng của cáp, DSL và các dịch vụ T1, Wi-Fi và đường trục tế bào.
WiMAX có thể cung cấp vùng phủ rộng và chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng thời gian thực VoIP đến các luồng video thời gian thực và các download không thời gian thực.
WiMAX là công nghệ băng rộng không dây dựa trên IP, có thể được tích hợp trong cả hai mạng di động thế hệ thứ ba diện rộng (3G) và mạng khơng dây và có dây, cho phép nó trở thành một phần của giải pháp truy cập băng rộng bất cứ thời gian nào, bất cứ thời điểm nào một cách liên tục.
Chương 3: Nguyên lý hoạt động của WiMAX
WiMAX làm việc giống như một WLAN (hoặc Wi-Fi), nó chỉ là một mạng nội hạt Ethernet (LAN) sử dụng vô tuyến thay cho các dây để kết nối. Tuy nhiên WiMAX không bị giới hạn về phạm vi và dung lượng như WLAN, bởi vì nó đựơc thiết kế để làm việc qua các khoảng cách lên đến 50 km và tạo ra các mạng đô thị không dây (WMAN). Vì thế khơng giống với WLAN, nó được thiết kế để làm việc bên ngoài và qua các khoảng cách khá xa
Một mạng WiMAX có một số các trạm gốc và được kết hợp với các anten truyền thông vô tuyến đến các thiết bị khách hàng (hoặc các trạm thuê bao). WiMAX MAN dưới dạng giản đồ thì tương tự như sơ đồ điểm nối đa điểm của mạng tế bào. Nó quay trịn xung quanh bộ phận được định vị trí, các trạm gốc được đưa lên cao để các chùm tín hiệu đến CPE trong bán kính của chúng.
Trạm gốc WiMAX được kết nối đến các mạng công cộng bằng cách sử dụng sợi quang, cáp, liên kết vi ba hoặc bất cứ kết nối điểm tới điểm tốc độ cao khác được biết như đường trục. Các trạm gốc WiMAX cũng nối dây trực tiếp đến Internet hoặc sử dụng các liên kết WiMAX đến các trạm gốc khác được kết nối. Liên kết WiMAX điểm tới đa điểm đến các trạm gốc khác được sử dụng như một đường trục.
Mỗi trạm gốc phục vụ nhiều trạm thuê bao bằng cách sử dụng kết nối điểm tới điểm tầm nhìn khơng thẳng hoặc tầm nhìn thẳng được biết như “last – mile”. Trạm gốc cung cấp vùng phủ vô tuyến qua một vùng được gọi là cell. Bán kính lớn nhất của cell về mặt lý thuyết là 50 km (phụ thuộc vào băng tần số được chọn.
Với các mạng di động tế bào, anten trạm gốc có thể là đẳng hướng, cho dạng tế bào tròn, hoặc định hướng cho phạm vi đường vạch hoặc dạng hình quạt cho điểm tới điểm hoặc sự gia tăng dung lượng mạng bởi việc phân chia các tế bào lớn một cách hiệu quả thành vài vùng hình quạt nhỏ hơn.
Trạm thuê bao phục vụ một toà nhà (kinh doanh hoặc nhà riêng) bằng cách sử dụng LAN khơng dây hoặc có dây. Các trạm th bao ban đầu nói chung là các hệ
thống anten/máy thu phát nhỏ được gắn trên toà nhà để các mạng LAN trong tồ nhà đó được kết nối (như WLAN).
Hình 3.1 - Một giải pháp cho nhiều nhu cầu 3.1 Các đặc tính kênh 3.1 Các đặc tính kênh
Một vài đặc tính kênh có ảnh hưởng chủ yếu là sự tán xạ, Ricean K-factor, Doppler, tách phân cực nối xuyên, sự tương quan anten và điều kiện.
3.1.1 Tán xạ kênh
Một đặc tính kênh quan trọng ảnh hưởng hoạt động hệ thống là tán xạ kênh do phản xạ từ các vật thể ở gần và ở xa. Tán xạ thường được định lượng bởi độ mở rộng trễ RMS, nó gia tăng theo khoảng cách, và thay đổi với môi trường, độ rộng chùm tia anten, và độ cao anten. Giá trị cơ bản nằm trong dải 0.1-5us.
3.1.2 K-Factor
Độ lớn tín hiệu phađing theo sự phân bố Rice, nó có thể được đặc trưng bởi hai thông số: Công suất Pc của các thành phần kênh không đổi và công suất Ps từ các thành phần kênh phân tán. Tỉ số của hai thông số này (Pc/Ps) được gọi là Ricean K-
như là phân phối Rayleigh (K=0). Cả hệ thống thông tin cố định và di động phải được thiết kế cho các điều kiện phađing xấu nhất đảm bảo hệ thống hoạt động tin cậy (chẳng hạn phađing Rayleigh).
3.1.3 Doppler
Phổ Doppler kênh không dây cố định khác với phổ Doppler kênh di động. Đối với các kênh không dây cố định, Doppler nằm trong dải tần số 0.1-2 Hz và gần theo luật số mũ. Đối với các kênh khơng dây di động có thể trên 100 Hz.
3.1.4 Sự phân cực nối xuyên
Sự phân cực nối xuyên (XPD) được định nghĩa như tỉ số của cơng suất thu trung bình đồng phân cực Pll với cơng suất thu trung bình phân cực nối xuyên, Po. XPD xác định lượng khác nhau giữa hai kênh truyền dẫn sử dụng các định hướng phân cực khác nhau. Giá trị XPD giảm khi khoảng cách tăng.
3.1.5 Sự tương quan anten
Sự tương quan anten đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO), đa đầu vào đơn đầu ra (MISO) và đa đầu vào đa đầu ra (MIMO). Nếu hệ số tương quan phức tạp cao (chẳng hạn lớn hơn 07), sự phân tập và độ lợi ghép kênh có thể bị giảm đáng kể (hoặc bị giảm nhỏ một cách hoàn toàn trong trường hợp tương quan của 1.
3.1.6 Nhóm điều kiện
Nhóm điều kiện được định nghĩa như tỉ số của giá trị riêng lớn nhất và nhỏ nhất của ma trận kênh.
3.2 RF và phần cứng
Tồn tại một số lượng lớn các nguồn méo ở cả hai đầu phát và thu của hệ thống không dây băng rộng, nhưng đáng kể nhất là:
3.2.1 Bộ chuyển đổi số/tương tự và tương tự/số (DAC/ADC)
Các bộ chuyển đổi số/tương tự và tương tự/số, thiết bị trộn tín hiệu, tạo ra méo, nhiễu lượng tử.
3.2.2 Đồng hồ DAC/ADC
Việc lấy mẫu xãy ra ở hai đầu phát và đầu thu sẽ khơng giống nhau và do đó sẽ có tốc độ hơi khác nhau.
3.2.3 Bộ dao động chuyển đổi lên xuống
Bộ chuyển đổi tần số sẽ đưa vào độ lệch tần số và gây ra nhiễu pha.
3.3 Tradeoff linh động
WiMAX cung cấp sự linh hoạt lớn đến các nhà cung cấp dịch vụ, như chúng có thể điều chỉnh vi cấp nhiều thơng số để chuyển dịch vụ thích hợp phụ thuộc vào nhu cầu khách hàng.
WiMAX hoạt động ở phạm vi lên đến 30 dặm và cung cấp tốc độ dữ liệu lên đên 70 Mbps. Khi một SS ở gần trạm gốc, nó sẽ yêu cầu điều chế QAM với bậc cao (64QAM), khi đó nó sẽ nhận tốc độ dữ liệu cao nhất. Một SS ở xa hơn nó có thể yêu cầu điều chế với bậc thấp hơn (như 16QAM), khi đó hiệu suất thấp hơn, sẽ cung cấp tốc độ thấp hơn, nhưng tối thiểu giữ cho SS được kết nối.
Hơn nữa, phương pháp điều chế có thể thay đổi thời gian thực, từ người sử dụng đến người sử dụng và thậm chí từ giây đến giây cho người sử dụng đơn. Một hệ thống 802.16a do đó có thể cung cấp một cách liên tục các tốc độ dữ liệu cao nhất ở các điều kiện nó tồn tại.
WiMAX cũng cung cấp sự thoả hiệp giữa độ rộng kênh và số người dùng. Không giống như động rộng kênh cố định 20 MHz của Wi-Fi, các kênh WiMAX có thể thay đổi độ rộng từ 1.5 đến 20 MHz. Vào thời điểm ban đầu, khi có ít th bao thì sẽ sử dụng các kênh hẹp và sau đó thêm các kênh hoặc sử dụng các kênh rộng hơn khi
truy cập không dây băng rộng đến vài khách hàng ở nông thôn và một kênh rộng để cung cấp tương đương một kết nối T1 đến nhiều khách hàng kinh doanh đồng thời.
3.4 Các mạng WiMAX
802.16 được thiết kế ban đầu để cung cấp kết nối băng rộng last-mile dựa trên chuẩn linh hoạt, hiệu quả chi phí để lắp đầy lỗ hổng vùng phủ băng rộng hiện khơng được phục vụ bởi giải pháp có dây như cáp hoặc DSL, các phiên bản được phát triển của chuẩn đang nhắm đến việc tạo ra các dạng mới của dịch vụ băng rộng với cả tốc độ cao và di động.
Khả năng tương tác toàn cầu của truy cập vi ba (WiMAX) là một công nghệ dựa trên chuẩn IEEE 802.16 cho phép chuyển truy cập băng rộng không dây last-mile như sự thay thế cho cáp và DSL. WiMAX sẽ cung cấp kết nối băng rộng không dây cố định, nomadic, mang xách được, thậm chí di động mà khơng cần tầm nhìn thẳng trực tiếp đến trạm gốc. Thiết kế của mạng WiMAX được dựa trên các nguyên lý chính theo sau:
• Phổ - Có thể được triển khai ở cả hai phổ được cấp phép và không được cấp phép.
• Cấu hình mạng (Topo) - Hỗ trợ các cấu hình mạng truy cập vơ tuyến (RAN) khác nhau
• Làm việc ảnh hưởng lẫn nhau - kiến trúc mạng truy cập vô tuyến độc lập (RAN) cho phép hợp nhất và ảnh hưởng lẫn nhau với các mạng Wi-Fi, 3GPP và 3GPP2 và các mạng lõi hoạt động IP đang tồn tại (chẳng hạn DSL, cáp, 3G) thông qua các giao tiếp dựa trên IP nó khơng có miền hoạt động rõ ràng. • Kết nối IP - hỗ trợ sự pha trộn của các kết nối IPv4 và IPv6 ở máy khách và
máy chủ ứng dụng.
• Quản lý di động - khả năng mở rộng truy cập cố định đến việc chuyển nhiều dịch vụ di động và băng rộng.
WiMAX đã định nghĩa hai profile hệ thống MAC, đó là profile MAC hệ thống ATM cơ bản và profile MAC hệ thống IP cơ bản. Cũng vậy, họ đã định nghĩa hai profile hệ thống PHY cơ bản, đó là kênh độ rộng 25 MHz cho việc sử dụng ở dải 10 – 66 GHz (chủ yếu được triển khai ở Mỹ) và kênh rộng 28 MHz cho sử dụng ở 10 – 66 GHz (được triển khai chủ yếu ở Châu Âu).
Nhóm làm việc kỹ thuật WiMAX đang định nghĩa các profile hệ thống MAC và PHY cho các chuẩn IEEE 802.16a và HiperMan. Profile MAC bao gồm phiên bản dựa trên IP cho cả WirelessMAN (được cấp phép) và WirelessHUMAN (miễn cấp phép).
Chuẩn IEEE 802.16 được thiết kế để phát triển một tập hợp các chuẩn giao tiếp vô tuyến cho WMAN dựa trên giao thức MAC thông thường nhưng với chuẩn lớp vật lý phụ thuộc vào phổ sử dụng và sự điều chỉnh được liên kết. Nhóm làm việc IEEE 802.16 thiết kết lớp điều khiển truy cập trung gian linh hoạt (MAC) và đi kèm lớp vật lý (PHY) cho 10-66 GHz.
SS WIMAX với WiFi Vùng phủ bên ngoài WiMAX Vùng phủ bên trong WiMAX Trạm gốc WiMAX SS WIMAX với WiFi SS WIMAX được
dùng riêng WiFi cho vùng mở rộng
Hình 3.2 – Vùng phủ WiMAX với các loại trạm thuê bao khác nhau 3.5 Các loại WiMAX 3.5 Các loại WiMAX
Các chuẩn WiMAX chỉ ra hai loại mơ hình sử dụng: mơ hình sử dụng cố định (IEEE 802.16-2004) và mơ hình sử dụng mang xách (802.16 REV E, được lập kế hoạch cho việc phê chuẩn trong năm 2005). Trước khi chúng ta thảo luận nhiều hơn về các loại WiMAX riêng biệt này thì điều quan trọng để hiểu và đánh giá những khác nhau chủ yếu giữa hệ thống truy cập khơng dây di động, nay đây mai đó và cố định.
Đặc tính cơ bản phân biệt các hệ thống này là tốc độ mặt đất nơi mà hệ thống được thiết kế để hoạt động. Dựa trên truy cập không dây di động có thể được chia thành bốn loại đó là: đứng yên một chỗ (0 km/h), đi bộ (lên đến 10 km/h), xe cộ (được phân nhỏ hơn tiêu biểu lên đến 100 km/h và tốc độ cao lên đến 500 km/h).
Hệ thống truy cập khơng dây di động có thể được biết như xe cộ, trong khi cố định mặt khác được xem như đứng yên một chỗ thậm chí đi bộ. Điều này đặt ra câu hỏi về hệ thống truy cập không dây nay đây mai đó, nó được hiểu như một hệ thống truy cập không dây cố định nhưng thuê bao có thể thay đổi vị trí của nó, bên trong