LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT HỆ THỐNG
WIMAX
Mục Lục
1.1. Giới thiệu các chuẩn wimax ……………………………..
Error! Bookmark not defined.
1.2. Phân bố băng tần trong wimax …………………………
Error! Bookmark not defined.
1.3. Các ưu thế và ứng dụng trong wimax
………………..
Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Các ưu thế công nghệ WiMAX ………………….
Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Các ứng dụng trong WiMAX …………………….
Error! Bookmark not defined.
2.1. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMError! Bookmark not defined.
2.1.1. Tạo các ký hiệu OFDM …………………………….
Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Mô tả ký hiệu OFDM ………………………………..
Error! Bookmark not defined.
2.1.3. Các thông số và tín hiệu được phát của ký hiệu OFDM Error! Bookmark not
defined.
2.2. Đa truy xuất phân chia theo tần số trực giao OFDMA
…… Error! Bookmark not
defined.
2.2.1. Các giao thức OFDMA …………………………….
Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Cấu trúc ký hiệu OFDMA và phân kênh con ..
Error! Bookmark not defined.
2.3. OFDMA theo tỉ lệ (scalable)
……………………………..
Error! Bookmark not defined.
2.4. Cấu trúc khung TDD
……………………………………….
Error! Bookmark not defined.
3.1. Mô hình lớp vật lý Wimax chuẩn 802.16a ………….
Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Các phần tử của mô hình …………………………..
Error! Bookmark not defined.
3.2. Các đặc trưng lớp MAC của IEEE 802.16a ……….
Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng (CS)
…………
Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Lớp con phần chung (MAC CP) …………………
Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Lớp con an ninh……………………………………….
Error! Bookmark not defined.
3.3. Các ưu điểm khác của lớp PHY chuẩn 802.16e…..
Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Công nghệ anten thông minh ……………………..
Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Tái sử dụng phân đoạn tần số …………………….
Error! Bookmark not defined.
3.3.3. Dịch vụ đa hướng và quảng bá (MBS)
…………
Error! Bookmark not defined.
3.4. Mô tả lớp MAC của chuẩn 802.16e
……………………
Error! Bookmark not defined.
3.4.1. Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) ………………..
Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Dịch vụ lập lịch MAC ………………………………
Error! Bookmark not defined.
3.4.3.Quản lý tính di động
………………………………….
Error! Bookmark not defined.
3.4.4. An ninh ………………………………………………….
Error! Bookmark not defined.
4.1. Mô hình thử nghiệm wimax tại bưu điện tỉnh Lào Cai ….. Error! Bookmark not
defined.
4.2. Các kết quả thử nghiệm …………………………………..
Error! Bookmark not defined.
4.3. Hệ thống điện thoại VoIP trên nền wimax …………
Error! Bookmark not defined.
Danh mục các hình
Hình 1.1 Các hệ thống vô tuyến
……………………………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 1.2 Các đặc tính của WiMAX ………………………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 1.3 Minh hoạ chuyển vế tế bào
……………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.4 Minh hoạ chuyển về nhà cung cấp dịch vụ ………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.5 Minh hoạ mạng ngân hàng ……………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.6 Minh hoạ về mạng giáo dục ……………………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 1.7 Minh hoạ về mạng an ninh công cộng ………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 1.8 Minh hoạ về mạng liên lạc xa bờ
……………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.9 Minh hoạ về liên kết khuôn viên ……………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.10 Minh hoạ về mạng WiMAX của nhà cung cấp dịch vụ …….. Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.11 Minh hoạ về mạng WiMAX cho kết nối ở vùng nông thôn
.. Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.1 Bộ phát OFDM 4 sóng mang
…………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2 Cấu trúc miền thời gian của ký hiệu OFDM ………… Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3 Miêu tả tần số OFDM ……………………………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4 Cấu trúc sóng mang con OFDMA ……………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 2.5 Kênh con phân tập tần số DL ……………………………. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6 Cấu trúc tile cho UL PUSC ………………………………. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.7 Cấu trúc khung 802.16e OFDMA
………………………. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1 Mô hình băng tần cơ sở lớp vật lý OFDM-PHY 802.16a ……. Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.2 PRBS cho ngẫu nhiên hoá dữ liệu ……………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3 Vector khởi tạo đường xuống cho cụm thứ 2 … N … Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4 Vector khởi tạo đường xuống ……………………………. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5 Khối ngẫu nhiên hoá ……………………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6 Khối mã hoá Reed-Solomon …………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7 Mã hoá xoắn với tỉ lệ 1/2
………………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.8 Khối mã xoắn
…………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9 PRBS cho điều chế hoa tiêu ……………………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10 Cấu trúc khung PHY OFDM FDD …………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11 Mào đầu dài đường lên
…………………………………… Error! Bookmark not defined.
Hình 3.12 Các sóng mang con OFDM trực giao ……………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.13 Chuyển mạch thích ứng cho anten thông minh …… Error! Bookmark not defined.
Hình 3.14 Cấu trúc khung đa vùng………………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.15 Tái sử dụng phân đoạn tần số ………………………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16 Hỗ trợ MBS được ấn định với chuẩn IEEE 802.16e -các vùng MBS ………… Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.17 Hỗ trợ QoS trong 802.16e ………………………………. Error! Bookmark not defined.
Hình 4.1 Sơ đồ kết nối trạm góc BS Lào Cai ……………………. Error! Bookmark not defined.
Hình 4.2 Sơ đồ kết nối tại đầu cuối người sử dụng
…………….. Error! Bookmark not defined.
Hình 4.3 Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP
………………………. Error! Bookmark not defined.
Danh mục các bảng
Bảng 1.1 So sánh chuẩn 802.16, 16a, 16e ………………………… Error! Bookmark not defined.
Bảng 1.2 Các loại dịch vụ của WiMAX …………………………… Error! Bookmark not defined.
Bảng 1.3 Các ứng dụng trong wimax ………………………………. Error! Bookmark not defined.
Bảng 1.4 Các ứng dụng thực tiễn trong WiMAX ………………. Error! Bookmark not defined.
Bảng 2.1 Các thông số lớp PHY OFDM-256 ……………………. Error! Bookmark not defined.
Bảng 2.2 Các thông số S-OFDMA
………………………………….. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.1 Mã xoắn với cấu hình đục lỗ …………………………….. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2 Mã hoá kênh bắt buộc bởi điều chế ……………………. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.3 Các điều chế và mã được hỗ trợ ………………………… Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.4 Các tốc độ dữ liệu lớp vật lý 802.16e với kênh con PUSC
….. Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3.5 Các lựa chọn anten tiên tiến ……………………………… Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.6 Các tốc độ dữ liệu cho cấu hình SIMO/MIMO
…….. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.7 Chất lượng dịch vụ và ứng dụng 802.16e ……………. Error! Bookmark not defined.
Các thuật ngữ viết tắt
A
AAS
Adaptive Atenna System
Hệ thống anten thích ứng
ACK
Acknowledge
Xác nhận
AES
Advanced Encryption Standard
Chuẩn mã hoá tiên tiến
AG
Absolute Grant
Cấp phát tự nguyện
AMC
Adaptive Modulation and Codding
Mã hoá và điều chế thích ứng
A-MIMO
Adaptive Multiple Input Multiple
Output
Hệ thống nhiều đầu vào nhiều
đầu ra thích ứng
AMS
Adaptive MIMO Switching
Chuyển mạch MIMO thích ứng
ARQ
Automatic Repeat reQuest
Yêu cầu lặp lại tự động
ASP
Application Service Network
Mạng dịch vụ ứng dụng
B
BE
Best Effort
Cố gắng tối đa
BER
Bit Error Rate
Tỉ lệ lỗi bit
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khoá dịch pha nhị phân
BRAN
Broadband Radio Access Network
Mạng truy cấp vô tuyến băng
rộng
BS
Base Station
Trạm gốc
BTC
Block Turbo Code
Mã Turbo khối
BWA
Broadband Wireless Access
Truy nhập vô tuyến băng rộng
C
CC
Chase Combining
Kết hợp theo đuổi
CCI
Co-Channel Interference
Nhiễu đồng kênh
CCF
Cumulative Distribution Function
Chức năng phân bố tích luỹ
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo mã
CINR
Carrier to Interference and Noise
Ratio
Tỉ số sóng mang trên nhiễu
cộng tạp âm
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố vòng
CPS
Common Part Sublayer
Lớp con phần chung
CQI
Channel Quality Indicator
Chỉ thị chất lượng kênh
CS
Convergence Sublayer
Lớp con hội tụ
CSN
Connectivity Service Network
Mạng dịch vụ tính kết nối
CSTD
Cyclic Shift Transmit Diversity
Phân tập phát dịch vòng
CTC
Convolutional Turbo Code
Mã turbo xoắn
D
DES
Data Encryption Standard
Chuẩn mã hoá dữ liệu
DIUC
Downlink Interval Usage Code
Mã sử dụng luân phiên đường
xuống
DL
Downlink
Đường xuống
DOCSIS
Data Over Cable Service Interface
Specification
Đặc tính kĩ thuật giao diện dịch
vụ dữ liệu qua cáp
DSL
Digital Subcriber Line
Đường thuê bao số
DVB
Digital Video Broadcast
Quảng bá video số
E
EAP
Extensible Authentication Protocol
Giao thức nhận thực mở rộng
EIRP
Effective Isotropic Radiated Power
Công suất bức xạ đẳng hướng
hữu hiệu
ErtPS
Extended Real-time Polling Service Dịch vụ thăm dò thời gian thực
mở rộng
F
FBSS
Fast Base Station Switching
Chuyển mạch trạm gốc nhanh
FCH
Frame Control Header
Tiêu đề điều khiển khung
FDD
Frequency Division Deplex
Song công phân chia theo tần số
FEC
Forward Error Correction
Sửa lỗi trước
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
FPC
Fast Power Control
Điều khiển công suất nhanh
FUSC
Fully Used Sub-Channel
Kênh con được sử dụng hoàn
toàn
G
3GPP
3G Partnership Project
Dự án cộng tác thế hệ thứ ba
3GPP2
3G Partnership Project 2
Dự án cộng tác 2thế hệ thứ ba
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
H
HARQ
Hybrid Automatic Repeat reQuest
Yêu cầu lặp tự động nhanh lai
ghép
HEC
Header Error Check
Kiểm tra lỗi tiêu đề
HiperMAN High Performance Metropolitan
Area Network
Mạng vùng đô thị hiệu năng cao
HO
Hand-off
Chuyển giao
HTTP
Hyper Text Transfer Protocol
Giao thức truyền siêu văn bản
I
IE
Information Element
Phần tử thông tin
IETF
Internet Engineering Task Force
Lực lượng đặc trách kĩ thuật
Internet
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi Fuorier ngược nhanh
IR
Incremental Redundancy
Tích luỹ tăng dần
ISI
Inter-Symbol Interference
Giao thoa giữa các ký hiệu
L
LDPC
Low-Density-Parity-Check
Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp
LOS
Line of Sight
Tầm nhìn thẳng
LSB
Least Significant Bit
Bit có trọng số nhỏ nhất
M
MAC
Media Access Control
Điều khiển truy nhập thiết bị
MAI
Multiple Access Interference
Nhiễu đa truy cập
MAN
Metropolitan Area Network
Mạng vùng đô thị
MAP
Media Access Protocol
Giao thức truy cập môi trường
MBS
Multicast and Broadcast Service
Dịch vụ đa hướng và quảng bá
MDHO
Macro Diversity Hand Over
Chuyển giao phân tập lớn
MIMO
Multiple Input Multiple Output
Hệ thống nhiều đầu vào nhiều
đầu ra
MMS
Multimedia Message Service
Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện
MPLS
Multi-Protocol Label Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MS
Mobile Station
Trạm di động
MSB
Most Signinficant Bit
Bit có trọng số lớn nhất
N
NACK
Not Acknowledge
Không xác nhận
NAP
Network Access Provider
Nhà cung cấp truy cập mạng
NLOS
Non Line of Sight
Tầm nhìn không thẳng
NCFG
Network Configuration
Cấu hình mạng
NNI
Network Node Interface
Giao diện nút mạng
NRM
Network Reference Model
Mô hình tham chiếu mạng
nrtPS
Non-Real-Time Polling Service
Dịch vụ thăm dò phi thời gian
thực
NSP
Network Service Provider
Nhà cung cấp dịch vụ mạng
O
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplex
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số trực giao
P
PER
Packet Error Rate
Tỷ lệ lỗi gói
PDU
Protocol Data Unit
Đơn vị dữ liệu giao thức
PHY
Physical layer
Lớp vật lý
PKM
Public Key Management
Quản lý khoá công cộng
PMP
Point to MultiPoint
Điểm – đa điểm
PPP
Point to Point Protocol
Giao thức điểm – điểm
PRBS
Pseudo Random Binary
Sequence
Chuỗi nhị phân giả ngẫu
nhiên
PS
Physical Slot
Khe vật lý
PUSC
Partially Used Sub-Channel
Kênh con được sử dụng một
phần
Q
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ vuông góc
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khoá dịch pha vuông góc
R
RG
Relative Grant
Cấp phát tự nguyện
RR
Round Robin
Thư luân chuyển
RRI
Reverse Rate Indicator
Chỉ thị tốc độ ngược
RS
Reed-Solomon
Bộ mã hoá Reed Solomon
RTG
Receiver/Transmit Transition
Gap
Khoảng chuyển tiếp thu phát
rtPS
Real-time Polling Service
Dịch vụ thăm dò thời gian
thực
Rx
Receiver
Máy thu
S
SAP
Service Access Point
Điểm truy nhập dịch vụ
SC
Single Carrier
Sóng mang đơn
SDMA
Space Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo
không gian
SDU
Service Data Unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SF
Spreading Factor
Hệ số trải phổ
SFN
Single Frequency Network
Mạng tần số đơn
SGSN
Serving GPRS Support Node
Node hỗ trợ dịch vụ GPRS
SHO
Soft Hand-Off
Chuyển giao mềm
SIM
Subscriber Indentify Module
Phần nhận dạng thuê bao
SIMO
Single Input Multiple Output
Một đầu vào đa đầu ra
SNIR
Signal to Noise+Interference
Ratio
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu+tạp
âm
SLA
Service Level Agreement
Thoả thuận mức dịch vụ
SM
Spatial Multiplexing
Ghép kênh không gian
SMS
Short Message Service
Dịch vụ bản tin ngắn
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
S-
Scalable Orthogonal Frequency
Truy cập ghép kênh phân chia
OFDMA
Division Multiplex Access
theo tần số trực giao tỉ lệ
SS
Subscriber Station
Trạm thuê bao
STC
SpaceTime Coding
Mã thời gian không gian
T
TC
Transmission Convergence
Sublayer
Lớp con hội tụ truyền dẫn
TDD
Time Division Duplex
Song công phân chia theothời
gian
TDM
Time Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
thời gian
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TEK
Traffic Encription Key
Khoá mã hoá lưu lượng
TTG
Transmit/receive Transition Gap
Khoảng chuyển tiếp thu phát
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền dẫn
TU
Typical Urban
Đặc trưng thành thị
Tx
Transmitter
Máy phát
U
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
UGS
Unsolicited Grant Service
Dịch vụ cấp phát tự nguyện
UL
Uplink
Đường lên
UMTS
Universal Mobile Telephone
System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
V
VoIP
Voice over Internet Protocol
Giao thức thoại qua IP
W
WAP
Wireless Application Protocol
Giao thức ứng dụng không
dây
WiBro
Wireless Broadband
Không dây băng rộng
WiMAX
Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Khả năng khai thác liên mạng
trên toàn cầu đối với truyvi ba
Mở Đầu
Được coi như một động lực chính đẩy nhanh tốc độ phổ cập internet và xoá
nhoà khoảng cách số giữa thành thị và nông thôn, WiMAX – công nghệ kết nối
băng thông rộng không dây đã trở thành tâm điểm chú ý của cả thế giới. Ngay từ
khi vừa ra mắt, WiMAX đã gây một sự chú ý lớn đối với giới viễn thông. Với 3 ưu
thế chính: tốc độ đường truyền cao, khả năng xử lý được cả dữ liệu và tiếng nói,
truy cập internet và không dây, WiMAX – với cả hai chuẩn di động và cố định –
được xem là đối thủ đáng gờm của không chỉ những công nghệ ứng dụng truyền
data mà còn cả với công nghệ thoại. Tất cả những đặc tính đầy hứa hẹn này của
WiMAX sẽ mang lại một thị trường lớn trong tương lai. Chính vì vậy, việc hiểu
biết về hệ thống WiMAX là một điều không thể thiếu trong lĩnh vực công nghệ
BWA.
Xuất phát từ các vấn đề nêu trên, em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình
là “ Khảo Sát Hệ Thống WiMAX”. Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu các kỹ
thuật tiên tiến trong WiMAX và tập trung phân tích các chuẩn 802.16 đã được ứng
dụng thực tế. Mặt khác, giúp có được cái nhìn tổng quát trong hệ thống WiMAX
và xu thế ứng dụng tại Việt Nam.
Đề tài được chia thành 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống WiMAX, giới thiệu các chuẩn, dải
tần sử dụng trong WiMAX và các ứng dụng thực tiễn.
Chương 2: Các kỹ thuật ghép kênh OFDM và đa truy nhập OFDMA
trong WiMAX.
Chương 3: Trình bày chi tiết về lớp MAC và lớp PHY của hai chuẩn
802.16a và 802.18e
Chương 4: Quá trình phát triển của WiMAX tại Nam.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Tấn Nhân đã hướng dẫn tận
tình trong suốt thời gian em thực hiện đề tài.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến cũng như các thầy
cô giáo trong khoa viễn thông đã có những hướng dẫn và tạo điều kiện để cho em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
TP.HCM ngày ….tháng …..năm 2008
Sinh viên
Trần Thanh Thông
Chương I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WIMAX
1.1. Giới thiệu các chuẩn wimax
Trong thông tin hiện đại, khách hàng ngày càng đòi hỏi các dịch vụ phải đa
dạng hơn. Ngoài các dịch vụ thoại truyền thông thì các dịch vụ đa phương tiện và
truy nhập Internet tốc độ cao cần phải được phát triển để đáp ứng nhu cầu của
khách hàng. Để có thể đáp ứng được các dịch vụ này thì hệ thống cần phải có một
băng thông rộng và phải đảm bảo chất lượng dịch vụ. Ban đầu các dịch vụ đó được
triển khai trên các đường dây cố định như là công nghệ đường dây thuê bao số bất
đối xứng (ADSL). Giai đoạn tiếp theo sẽ là phát triển hệ thống truy nhập vô tuyến
băng rộng để cung cấp những ưu điểm sẵn có mà công nghệ vô tuyến mang lại.
Hình 1.1 giới thiệu một số mạng vô tuyến và các tiêu chuẩn áp dụng.
Hình 1.1 Các hệ thống vô tuyến
Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên ra đời vào tháng 10 năm 2001, IEEE 802.16
WIMAX có thể hoạt động trong băng tần số từ 2-66GHz, với các ứng dụng
khác nhau, WIMAX sẽ sử dụng các băng tần số khác nhau để tránh sự giao
thoa, các ứng dụng di động 802.16e dùng băng tần từ 2-11GHz, ở Châu Âu sử
dụng băng tần 3.5GHz cho WIMAX di động, băng tần từ 10-66GHz cho
WIMAX cố định.
Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện
vô tuyến (Radio Interface), dựa trên một nghi thức điều khiển truy nhập đa
phương tiện chung MAC (Media Access Control). Kiến trúc mạng cơ bản của
802.16 bao gồm một trạm phát (BS – Base Station) và trạm thuê bao đầu cuối
SS (Subscriber Station). Trong một vùng phủ sóng, trạm BS sẽ điều khiển toàn
bộ sự truyền dự liệu đến các SS, điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi
truyền thông trực tiếp giữa hai thiết bị đầu cuối của trạm thuê bao SS với nhau.
Đường kết nối giữa BS và SS sẽ gồm một kênh hướng lên (uplink) và một kênh
hướng xuống (downlink). Kênh hướng lên sẽ chia sẻ băng thông cho nhiều MS
trong khi kênh hướng xuống có đặc điểm cung cấp thông tin quãng bá
(broadcast). Trong trường hợp không có vật cản giữa MS và BS (line of sight),
thông tin sẽ được trao đổi trên băng tần cao. Ngược lại, thông tin sẽ được truyền
trên băng tần thấp để chống nhiễu.
Tuy nhiên từ khi BWA ra đời và trở thành một ứng dụng hiện hữu thì sự áp
dụng cách truyền LOS trở thành không khả thi vì chịu ảnh hưởng của cây cối và
địa thế … Ngoài ra giao thoa vì ảnh hưởng của đa đường là rất trầm trọng và giá
thành của anten ngoài trời thì cao. Điều này đòi hỏi một sự bổ sung cho chuẩn
802.16 hiện hữu. Vì vậy, các cải tiến của chuẩn IEEE 802.16 để bổ sung ứng
dụng trong hệ thống WIMAX là:
802.16a: Chuẩn này sử dụng băng tầng có bản quyền từ 2 – 11 Ghz. Đây
là băng tần sóng vô tuyến có thể vượt được các chướng ngại cây cối nhà cao
tầng trên đường truyền sóng. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng
truyền sóng dạng lưới (Mesh), một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với
BS thông qua một trạm BS khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a
sẽ được mở rộng.
802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tầng từ 5 – 6 Ghz với mục đích
cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS), ưu tiên truyền thông tin của những
ứng dụng video, thoại, thời gian thực thông qua những lớp dịch vụ khác nhau
(class of service). Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a.
802.16c: Chuẩn này được định nghĩa thêm các nội dung mới cho dãi
băng tần từ 10-66GHz với mục đích cải tiến ứng dụng.
802.16d: Có một số cải tiến nhỏ so với chuẩn 802.16a. Chuẩn này được
chuẩn hóa năm 2004. Các thiết bị thế hệ trước WIMAX có trên thị trường là dựa
trên chuẩn này.
802.16e: Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hóa. Dựa vào sự bổ
sung 802.16a, nhóm làm việc 802.16 hiện tại đang làm việc với bản bổ sung
802.16e, nó bao trùm cả “các lớp điều khiển truy nhập thiết bị và vật lý để kết hợp
các hoạt động cố định và di động trong những băng tần được cấp phép”. Trong sự
thay đổi này, tính di động được thêm vào những trạm mà chủ yếu hỗ trợ mạng vô
tuyến cố định trong dải tần từ 2-6GHz. Đặc điểm nổi bật của chuẩn này là khả
năng cung cấp các dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn nhất mà vẫn có thể
dùng tốt dịch vụ này là 100km/h).
802.16-2004(trước đó là 802.16 REVd) được IEEE đưa ra tháng 7 năm
2004. Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức điều chế OFDM và có thể cung
cấp các dịch vụ cố định, hoặc người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định
trong lúc kết nối, truyền sóng theo tầm nhìn thẳng (LOS) và không theo tầm nhìn
thẳng (NLOS).
Chuẩn 802.16-2005 (hay 802.16e) được IEEE thông qua tháng 12/2005.
Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức điều chế SOFDMA (Scalable Orthogonal
Frequency Division Multiplexing), cho phép thực hiện các chức năng chuyển
vùng và chuyển mạng, có thể cung cấp đồng thời dịch vụ cố định, mạng máy tính
xách tay, người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ, di động hạn chế.
Hai chế độ song công được áp dụng cho WIMAX là song công phân chia
theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) và song công phân chia theo tần
số (Frequency Division Duplexing). FDD cần có 2 kênh, một đường lên, một
đường xuống. Với TDD chỉ cần 1 kênh tần số, lưu lượng đường lên và đường
xuống được phân chia theo các khe thời gian.
Bảng 1.1 cho chúng ta thấy sự cải tiến các chuẩn để tối ưu hóa về dung
lượng cũng như chất lượng của hệ thống.
Ngày hoàn thành
802.16
802.16a
802.16e
8-2002
4-2003
2005
Phổ tần
10-66 GHz
2-11 GHz
2-6 GHz
Các điều kiện
kênh
LOS
NLOS
NLOS
Tốc độ bít
32-134 Mbps
ở kênh
28MHz
70 Mbps ở
kênh 20 MHz
15 Mbps ở
kênh 5 MHz
Điều chế
QPSK,
16QAM,
64AQM
256 sóng mang
con OFDM,
QPSK,
16QAM,
64QAM
128-2048 sóng
mang con
OFDMA,
QPSK,
16QAM,
64QAM
Tính di động
Cố định
Cố định
Di động
Băng tần kênh
20, 25, và 28
MHz
Phạm vi từ
1,25-20 MHz
Giống như
802.16a với
các kênh con
đường xuống
Bán kính tế bào
thông thường
2-5 Km
7-40 Km
2-5 Km
Bảng 1.1 So sánh chuẩn 802.16, 16a, 16e
1.2. Phân bố băng tần trong wimax
Các băng tần số phân bổ cho WIMAX là: 2300-2400MHz (băng 2.3GHz),
2500-2690MHz (băng 2.5GHz), 3300-3400MHz (băng 3.3GHz), 3400-
3600MHz, 3600-3800MHz (băng 3.5GHz), 5725-5850MHz (băng 5.8GHz) và
băng 700-800MHz (dưới 1GHz).
Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz) có đặc tính truyền sóng tương tự như
băng 2.5GHz nên là băng tần được xem xét cho WIMAX di động.
Băng 2500-2690MHz (băng 2.5 GHz) được ưu tiên lựa chọn cho
WIMAX di động theo chuẩn 802.16-2005. Có hai lý do cho sự lựa chọn là:
Thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này
thích hợp cho các ứng dụng di động. Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được
nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WIMAX. WIMAX ở băng tần
này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song công TDD, FDD. Băng tần này trước
đây được sử dụng phổ biến cho các hệ thống truyền hình MMDS trên thế giới,
nhưng do MMDS không phát triển nên Hội nghị Thông tin Vô tuyến thế giới
năm 2000 (WRC-2000) đã xác định có thể sử dụng băng tần này cho hệ thống
di động thế hệ 3 (3G hay IMT-2000 theo cách đặt tên của ITU). Tuy nhiên, khi
nào thì IMT-2000 được triển khai ở băng tần này, vẫn chưa có câu trả lời rõ
ràng. Vì vậy, hiện đã có một số nước như Mỹ, Brazil, Mexico, Singapore,
Canada, Liên hiệp Anh (UK), Australia cho phép sử dụng một phần băng tần
tần này cho WBA. Trung Quốc và Ấn Độ cũng đang xem xét.
Băng 3300-3400MHz (băng 3.3 GHz), được phân bổ ở Ấn Độ, Trung
Quốc và Việt Nam đang được xem xét phân bổ chính thức. Do Ấn Độ và
Trung Quốc là hai thị trường lớn, nên dù chưa có sự cấp phép sử dụng băng tần
này cho WBA, nhưng thiết bị WIMAX cũng đã được sản xuất.
Băng tần 3400-3600MHz (băng 3.5GHz) là băng tần đó được nhiều
nước phân bổ cho hệ thống truy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access
– FWA) hoặc cho hệ thống truy cập không dây băng rộng (WBA). WIMAX
cũng được xem là một công nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho
WIMAX. Các hệ thống WIMAX ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16-2004 để
cung cấp các ứng dụng cố định, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế
độ song công TDD hoặc FDD.
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 khu
vực châu Á, nên ít khả năng băng tần này sẽ được chấp nhận cho WIMAX ở
châu Á.
Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz) được nhiều nước cho phép sử dụng
không cần cấp phép và với công suất phát cao hơn so với các đoạn băng tần khác
trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốn thường được sử dụng
cho các ứng dụng trong nhà, 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 tần dưới 1GHz, có ưu điểm tần số càng thấp, sóng vô tuyến truyền
lan càng xa, số trạm gốc cần sử dụng càng ít, tức mức đầu tư cho hệ thống
thấp đi. Vì vậy, WIMAX cũng đang xem xét khả năng sử dụng các băng tần
dưới 1GHz, đặc biệt là băng 700 – 800MHz.
Việt Nam đã xây dựng đề án quy hoạch phổ tần vô tuyến điện của quốc
gia được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt cuối năm 2005, trong đó 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 thêm các thiết bị khác trong băng tần này. Vì vậy, có thể
hiểu công nghệ WIMAX di động cũng là một đối tượng của quy định này,
nhưng băng tần này sẽ được sử dụng cho loại hình công nghệ cụ thể nào vẫn còn
để mở.
1.3. Các ưu thế và ứng dụng trong wimax
Chuẩn IEEE 802.16 là một chuẩn vô tuyến băng rộng được hỗ trợ phổ biến từ
các ngành công nghiệp viễn thông và máy tính toàn cầu, làm cho cho công nghệ
này mang lại lợi nhuận. Nó được thiết kế để đạt được các lợi ích kinh doanh đáng kể cho
các nhà vận hành và người sử dụng trong các môi trường (hoạt động kinh doanh, người
tiêu dùng, dịch vụ công cộng), địa lý, nhân khẩu (thành phố, ngoại ô, nông thôn) khác
nhau. Đồ án cố gắng trình bày các đặc điểm công nghệ và ứng dụng chính của chuẩn
IEEE 802.16, minh hoạ chúng qua các ví dụ ứng dụng cụ thể mà WiMAX là một giải
pháp được ưu tiên.
Có nhiều ứng dụng được dùng bởi WiMAX. Tuy nhiên, ở đây chỉ tập trung vào
sử dụng xách tay, cố định và cũng bao gồm cả di động.
1.3.1. Các ưu thế công nghệ WiMAX
Chuẩn WiMAX phát triển với nhiều mục tiêu, chúng được tổng kết ở dưới:
Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống, bao gồm
điểm tới điểm, điểm tới đa điểm, và bao phủ khắp nơi. MAC (điều khiển truy nhập
phương tiện) WiMAX hỗ trợ điểm tới đa điểm và các dịch vụ ở khắp nơi bằng cách
sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao (SS). Nếu chỉ có một SS trong
mạng, thì trạm gốc WiMAX sẽ thông tin với SS trên cơ sở điểm tới điểm. Một BS
trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng một anten búp hẹp hơn để phủ các
vùng lớn hơn.
Hình 1.2 Các đặc tính của WiMAX
Bảo mật cao: WiMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hoá tiên tiến) và 3DES
(chuẩn mật mã hoá số liệu). Bằng cách mật mã hoá các liên kết giữa BS và SS,
WiMAX phục vụ các thuê bao tách biệt (chống nghe trộm) và bảo mật trên giao
diện không dây băng rộng. Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà khai thác hệ thống
an ninh chống ăn trộm dịch vụ. WiMAX cũng được xây dựng hỗ trợ VLAN, mà
cung cấp bảo vệ dữ liệu được truyền từ các người sử dụng khác nhau trên cùng một
BS.
Triển khai nhanh: So với sự triển khai của các giải pháp dây, WiMAX yêu
cầu ít hoặc không yêu cầu xây dựng kế hoạch mở rộng. Ví dụ, đào hố để hỗ trợ
rãnh của các cáp không được yêu cầu. Các nhà khai thác có giấy phép để sử dụng
một trong số các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sử dụng một trong
các băng tần không được cấp phép, không cần thiết xem xét sâu hơn các ứng dụng
cho chính phủ. Khi anten và thiết bị được lắp đặt và được cấp nguồn, WiMAX sẽ
sẵn sàng phục vụ. Trong hầu hết các trường hợp, triển khai WiMAX có thể hoàn
thành trong khoảng mấy giờ, so với mấy tháng cho các giải pháp khác.
QoS WiMAX: WiMAX có thể được tối ưu hoá hỗn hợp lưu lương được
mang. Bốn loại dịch vụ được hỗ trợ như trong bảng 1.2.
Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng tần
(hiện tại là 7 MHz), các hệ thống WiMAX có thể cung cấp độ rộng băng tần
đáng kể cho các người sử dụng đầu cuối.
Độ bao phủ rộng hơn: WiMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồm BPSK,
QPSK, 16-QAM, và 64-QAM. Khi được trang bị với một bộ khuyếch đại
công suất lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK hoặc
QPSK), các hệ thống WiMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi
đường giữa BS và SS thông suốt.
Loại dịch vụ
Mô tả
Dịch vụ cấp tự
nguyện (UGS)
UGS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời
gian thực bao gồm các gói số liệu kích thước cố
định được phát ra tại các khoảng tuần hoàn, như
T1/E1 và thoại trên nền IP
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version – http://www.simpopdf.com
Dịch vụ kiểm soát
vòng thời gian
thực (rtPS)
rtNS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời
gian thực bao gồm các gói số liệu kích thước thay
đổi mà được phát ra tại các khoảng tuần hoàn, như
MPEG video
Dịch vụ kiểm soát
vòng phi thời gian
thực (nrtPS)
nrtPS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu
dung sai trễ bao gồm các gói số liệu kích thước
thay đổi mà yêu cầu tốc độ số liệu tối thiểu, như
FTP.
Best Effort (BS)
nỗ lực tối đa
Dịch vụ BS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số
liệu mà không yêu cầu mức dịch vụ tối thiểu và có
thể xử lý trên cơ sở giá trị không gian.
Bảng 1.2 Các loại dịch vụ của WiMAX
Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng tần
(hiện tại là 7 MHz), các hệ thống WiMAX có thể cung cấp độ rộng băng tần đáng
kể cho các người sử dụng đầu cuối.
Độ bao phủ rộng hơn: WiMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồm BPSK,
QPSK, 16-QAM, và 64-QAM. Khi được trang bị với một bộ khuyếch đại công
suất lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK hoặc QPSK), các hệ
thống WiMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi đường giữa BS và SS
thông suốt.
Mang lại lợi nhuận: WiMAX dựa trên chuẩn quốc tế mở. Chuẩn được thông
qua đa số, sử dụng chi phí thấp, các chipset được sản xuất hàng loạt, sẽ làm cho giá
hạ xuống; và cạnh tranh giá cả làm cho các nhà cung cấp dich vụ, người sử dụng
đầu cuối tiết kiệm được chi phí.
Dịch vụ đa mức: Là loại mà QoS đạt được dựa vào hợp đồng mức dịch vụ
(SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Hơn nữa, một nhà cung cấp
dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau cho những người đăng ký khác nhau,
hoặc thậm chí cho những người sử dụng khác nhau trong cùng một SS.
Khả năng cùng vận hành: WiMAX dựa vào các chuẩn cung cấp trung lập,
quốc tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải và sử dụng SS của họ
tại các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Khả năng
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version – http://www.simpopdf.com
cùng vận hành bảo vệ vốn đầu tư ban đầu của nhà khai thác vì nó có thể chọn thiết
bị từ các đại lý thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làm giảm giá thiết bị.
Khả năng mang theo được: Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi SS
WiMAX được cấp nguồn, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kết với
BS, chỉ cần SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàm phán các
đặc tính truyền dẫn phù hợp.
Tính di động: Chuẩn IEEE 802.16e được thêm một số đặc điểm chủ yếu
trong việc hỗ trợ tính di động. Các cải tiến được tạo ra cho lớp vật lý OFDMA và
OFDM để cung cấp các thiết bị và dịch vụ trong môi trường di động. Các môi
trường này bao gồm: OFDMA có thể chia tỷ lệ được, MIMO, và hỗ trợ chế độ
idle/sleep, chuyển giao, cho phép tính di động hoàn toàn tại tốc độ 160 km/h.
Chuẩn hỗ trợ bởi Forum WiMAX được thừa hưởng hiệu năng NLOS (tầm nhìn
không thẳng) tốt hơn của OFDM và hoạt động chịu được đa đường, làm cho nó
phù hợp hơn với môi trường di động.
Hoạt động tầm nhìn không thẳng: NLOS thường ám chỉ đường dẫn vô tuyến
có miền Fresnel thứ nhất bị chặn hoàn toàn. WiMAX dựa vào công nghệ OFDM
đã có sẵn khả năng xử lý các môi trường NLOS. Dung lượng này giúp các sản
phẩm WiMAX phân phát độ rộng băng tần rộng trong môi trường NLOS, mà các
sản phẩm vô tuyến khác không làm được.
Mô tả lớp
Thời gian
thực
Loại ứng dụng
Độ rộng băng
tần
Trò chơi tương tác
Có
Trò chơi tương tác
50-85 kbps
VoIP, Hội thảo
video
Có
VoIP
4-64 kbps
Điện thoại hình
32-384 kbps
Luồng Media
Có
Nhạc/thoại
5-128 kbps
Các đoạn video
20-384 kbps
Phim
>2Mbps
Công nghệ thông
tin
Không
Bản tin tức thời
<250 byte bản
tin
Trình duyệt Web
>500 kbps
Email
>500 kbps
Tải nội dung
truyền thông (lưu
trữ và chuyển tiếp)
Không
Dữ liệu lớn, tải
phim
>1 Mbps
Ngang hàng
>500 kbps
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version – http://www.simpopdf.com
Bảng 1.3 Các ứng dụng trong wimax
1.3.2. Các ứng dụng trong WiMAX
Chuẩn WiMAX được triển khai cho đủ loại ứng dụng, như được tổng kết
trong bảng 1.3.
Dựa vào các thuộc tính công nghệ và các lớp dịch vụ, WiMAX thích hợp
cho việc hỗ trợ một số lượng lớn các ứng dụng. Các ứng dụng này được phân cấp
trong bảng 1.4. Và để minh họa khả năng của wimax cho các ứng dụng trong bảng
chúng ta có thể chia các ứng dụng thành hai loại lơn được trình bày trong phần kế.
Kiến trúc mềm
dẻo
Bảo mật cao
QoS WiMAX
Triển khai nhanh
Dịch vụ đa mức
Khả năng cùng
vận hành
Khả năng mang
theo được
Tính di động
Mang lại lợi
nhuận
Vùng phủ rộng
NLOS
Dung lượng cao
Chuyển về tế
bào
x
x
x
Chuyển về
WSP
x
x
x
Các mạng
ngân hàng
x
x
x
x
x
Các mạng
giáo dục
x
x
x
x
An ninh
công cộng
x
x
x
x
x
x
x
Truyền
thông xa bờ
x
x
x
x
x
x
Liên kết
khuôn viên
x
x
x
x
Xây dựng
tạm thời
x
x
x
x
Các công
viên giải trí
x
x
x
x
x
WSP truy
cập mạng
x
x
x
x
x
x
x
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version – http://www.simpopdf.com
