Tài liệu Nghiên cứu công nghệ wimax và khả năng triển khai tại việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ SƠN HÀ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ SƠN HÀ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM Ngành: Chuyên ngành: Mã số: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Kỹ thuật Điện tử 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VŨ VĂN SAN Hà Nội - 2008 -1- MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................................. 1 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .............................................................................................. 4 DANH MỤC HÌNH .................................................................................................................. 6 MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 7 MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 7 CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX ............................................................. 10 I.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................................................... 10 I.2. Tình hình chuẩn hóa cho hệ thống WiMAX ......................................................................................... 13 I.3. Kiến trúc mạng không dây băng thông rộng WiMAX .............................................................................. 16 I.3.1 Mục tiêu của công nghệ WiMAX ............................................................................................................ 17 I.3.2 Cơ chế hoạt động của WiMAX ............................................................................................................... 19 I.3.3 Mô hình ứng dụng WiMAX .................................................................................................................... 21 I.3.3.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) ........................................................................................ 22 I.3.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động .................................................................................................... 23 I.3.4 Các chuẩn của WiMAX ........................................................................................................................... 23 I.3.4.1 Tiêu chuẩn 802.16- 2004 ...................................................................................................................... 24 I.3.4.2 Tiêu chuẩn 802.16e............................................................................................................................... 24 I.3.5 Băng tần dành cho WiMAX ................................................................................................................... 24 I.3.5.1 Băng tần không cấp phép ...................................................................................................................... 25 I.3.5.2 Băng tần được cấp phép........................................................................................................................ 25 I.3.6 Phương thức điều chế: ............................................................................................................................ 28 I.3.6.1 Phương thức OFDM ............................................................................................................................. 28 I.3.6.2 Phương thức OFDMA .......................................................................................................................... 29 I.3.7 Quản lý chất lượng dịch vụ ..................................................................................................................... 29 I.3.8 Bảo mật ................................................................................................................................................... 30 I.4 Các dịch vụ và ứng dụng của mạng WiMAX .............................................................................................. 30 I.4.1 Mạng riêng............................................................................................................................................... 32 I.4.1.1 Các nhà cung cấp dịch vụ không dây Backhaul ................................................................................... 32 I.4.1.2 Các mạng Ngân hàng ............................................................................................................................ 33 I.4.1.3 Mạng Giáo dục ..................................................................................................................................... 33 I.4.1.4 An toàn công cộng ................................................................................................................................ 34 I.4.1.5 Liên lạc ở ngoài khơi ............................................................................................................................ 36 I.4.1.6 Ghép nối các trường đại học, cao đẳng ................................................................................................. 37 I.4.1.7 Xây dựng sự liên lạc tạm thời ............................................................................................................... 37 I.4.1.8 Các công viên giải trí ............................................................................................................................ 38 I.4.2 Mạng công cộng ...................................................................................................................................... 38 I.4.2.1 Mạng truy nhập nhà cung cấp dịch vụ không dây ................................................................................ 39 I.4.2.2 Kết nối nông thôn ................................................................................................................................. 40 I.4 So sánh giữa công nghệ WiMAX và Wi-Fi .................................................................................................. 40 I.5 Kết luận........................................................................................... ................................................................ 42 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà -2- CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU VỂ CHUẨN WIMAX ............................................................ 43 II.1 Mở đầu .......................................................................................................................................................... 43 II.2. Sự phát triển của tiêu chuẩn 802.16 ........................................................................................................... 44 II.2.1 Tiêu chuẩn 802.16-2001 ......................................................................................................................... 44 II.2.2 Tiêu chuẩn 802.16c-2002. ...................................................................................................................... 45 II.2.3 Tiêu chuẩn 802.16a-2003 ....................................................................................................................... 45 II.2.4 Tiêu chuẩn 802.16- 2004 ........................................................................................................................ 46 II.2.5 Tiêu chuẩn 802.16e và phạm vi mở rộng của nó . .................................................................................. 46 II.3 Các phân lớp giao thức trong phạm vi tiêu chuẩn IEEE 802.16 .............................................................. 46 II.4 Lớp vật lý (PHY) .......................................................................................................................................... 48 II.4.1 Các hệ thống dải tần số 10-66 GHz ........................................................................................................ 48 II.4.2 Các hệ thống dải tần số 2-11 GHz .......................................................................................................... 49 II.4.3 Quá trình kiểm soát lỗi. .......................................................................................................................... 50 II.4.3.1 Phương pháp hiệu chỉnh lỗi tiếp tới. ................................................................................................... 50 II.4.3.2 Phương pháp yêu cầu tái truyền tải tự động ........................................................................................ 51 II.4.4 Quá trình định khung (Framing). ........................................................................................................... 51 II.4.4.1 Khung phụ đường xuống ..................................................................................................................... 51 II.4.5 Phân lớp phụ hội tụ truyền tải (TC) ........................................................................................................ 56 II.5 Phân lớp kiểm soát truy nhập môi trƣờng truyền thông (MAC) ............................................................. 57 II.5.1 Sự định hướng kết nối . .......................................................................................................................... 57 II.5.2 Dữ liệu MAC PDU ................................................................................................................................. 58 II.5.2.1 Mô tả PDU .......................................................................................................................................... 59 II.5.2.2 Cấu trúc của MAC PDU...................................................................................................................... 59 II.5.3 Các phân lớp phụ .................................................................................................................................... 61 II.5.3.1 Phân lớp phụ hội tụ (CS) ..................................................................................................................... 61 II.5.3.2 Phân lớp phụ có phần chung với phân lớp MAC (MAC CPS) ............................................................ 62 II.5.3.3 Phân lớp phụ thuộc tính riêng. ............................................................................................................ 63 II.5.4 Kiểm soát liên kết sóng vô tuyến ........................................................................................................... 63 II.5.5 Khởi tạo và truy nhập mạng. .................................................................................................................. 64 II.5.5.1 Quét (Scanning) và đồng bộ hoá đối với đường xuống ....................................................................... 65 II.5.5.2 Các tham số truyền tải thu nhận .......................................................................................................... 65 II.5.5.3 Điều chỉnh nguồn điện và sắp xếp các truyền tải ................................................................................ 65 II.5.5.4 Thoả thuận các công xuất xử lý cơ bản. .............................................................................................. 66 II.5.5.5 Trạm thuê bao được quyền thực thi sự trao đổi chính. ........................................................................ 66 II.5.5.6 Đăng ký ............................................................................................................................................... 66 II.5.5.7 Thiết lập khả năng kết nối giao thức Internet (IP) ............................................................................... 67 II.5.5.8 Thiết lập giờ của ngày ......................................................................................................................... 67 II.5.5.9 Truyền các tham số toán tử ................................................................................................................. 67 II.5.5.10 Thiết lập các kết nối .......................................................................................................................... 67 II. 6 Kết luận ........................................................................................................................................................ 68 CHƢƠNG III: KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM ........................................... 69 III.1 Các yếu tố cần quan tâm khi triển khai công nghệ WiMAX .................................................................. 69 III.1.1 Phân vùng dân cư .................................................................................................................................. 69 III.1.2 Các dịch vụ cung cấp ............................................................................................................................ 71 III.1.3 Tốc độ tiếp nhận thị trường ................................................................................................................... 72 III.1.4 Lựa chọn dải tần số ............................................................................................................................... 72 III.1.5 Các khoản chi phí đầu tư ....................................................................................................................... 73 III.1.6 Thiết bị đầu cuối ................................................................................................................................... 74 III.1.7 Các khoản chi phí vận hành .................................................................................................................. 75 III.1.8 Một số kết luận khi triển khai kinh doanh dịch vụ WiMAX ................................................................. 75 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà -3III.2 Tình hình triển khai công nghệ WiMAX ở một số nƣớc trên thế giới ................................................... 77 III.3 Triển khai công nghệ WiMAX ở Việt Nam .............................................................................................. 78 III.4 Thiết bị BreezeMAX của hãng Alvarion.................................................................................................. 91 III.4.1 Giới thiệu .............................................................................................................................................. 91 CÁC ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT VÀ CẢI TIẾN CỦA SẢN PHẨM ........................................................... 91 III.4.2. Các thành phần hệ thống ...................................................................................................................... 93 III.4.3 Các thành phần thiết bị trạm gốc .......................................................................................................... 95 III.4.4. Đặc tính kĩ thuật ................................................................................................................................... 96 III.4.5 Thiết bị khách hàng CPE: ................................................................................................................. 99 KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 105 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà -4- CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AES AP ARG ARQ ATM BS CBR CID CPS CS DAMA DCD DHCP DL-MAP FDD FEC GFR GPC GPSS IE IEEE IP LAN LOS MAC NLOS OFDM OFDMA OSI PDU PHY PKM PMP PTP QAM QPSK QoS REG-REQ REG-RSP Luận văn tốt nghiệp cao học Advanced Encryption Standard Access Point Amphibious Readiness Group Automatic Retransmission Request Asynchronous Transfer Mode Base Station Constant Bit Rate Connection Identifier Common Part Sublayer Convergence Sublayer Demand Assigned Multiple Access Downlink Channel Descriptor Dynamic Host Configuration Protocol Downlink Map Frequency Division Duplexing Forward Error Correction Guaranteed Frame Rate Grant Per Connection Grant Per Subscriber Station Information Element Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol Local Area Network Line of Sight Medium Access Control Non-Line of Sight Orthogonal frequency-division multiplexing Orthogonal frequency-division multiplexing access Open Systems Interconnect Protocol Data Units Physical Layer Privacy Key Management Point-to-Multipoint Point-to-Point Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Quality of Service Registration Request Registration Response Lê Sơn Hà -5- RF RLC RNG-REQ RNG-RSP SA SDU SOHO SS TC TDMA TDD TDM UCD UDP UIUC UL-MAP VLAN WAN WEP WiMAX WLAN Luận văn tốt nghiệp cao học Radio Frequency Radio Link Controller Ranging Request Ranging Response Security Association Service Data Unit Small Office / Home Office Subscriber Station Transmission Convergence Time Division Multiple Access Time Division Duplexing Time Division Multiplexing Uplink Channel Descriptor User Datagram Protocol Uplink Interval Usage Code Uplink Map Virtual Local Area Network Wide Area Network Wireless Equivalent Privacy Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Local Area Network Lê Sơn Hà -6- DANH MỤC HÌNH Hình I.1 Mô hình một hệ thống WiMAX .....................................................................11 Hình I.2 Nguồn gốc của hệ thống WiMAX di động ....................................................12 Hình I.3 Nhóm tiêu chuẩn vô tuyến ..............................................................................13 Hình I.4 Phân lớp giao thức cho họ tiêu chuẩn 802.16 ................................................14 Hình I.5 Lộ trình chuẩn hóa tiêu chuẩn 802.16 ............................................................15 Hình I.6: Mô hình hoạt động của WiMAX ...................................................................20 Hình I.7: Mô hình ứng dụng mạng WiMAX cố định ....................................................22 Hình I.8: Mô hình ứng dụng mạng WiMAX di động ...................................................23 Hình I.9: Các bước thực hiện OFDMA trên máy phát. .................................................29 Hình I.10: Mô hình ứng dụng của dịch vụ Wimax. ......................................................31 Hình I.10: Ứng dụng cung cấp dịnh vụ không dây. ......................................................32 Hình I.12: Ứng dụng mạng Ngân hàng. ........................................................................33 Hình I.13: Ứng dụng mạng Giáo dục. ...........................................................................34 Hình I.14: Ứng dụng cho An toàn công cộng. ..............................................................35 Hình 1.15: Ứng dụng cho liên lạc ngoài khơi. ..............................................................36 Hình 1.16: Ứng dụng cho xây dựng liên lạc tạm thời. ..................................................37 Hình 1.17: Ứng dụng cho kết nối nông thôn. ................................................................ 40 Hình II.1: Phân lớp giao thức trong tiêu chuẩn 802.16 .................................................47 Hình II.2: Cấu trúc khung phụ đường xuống TDD .......................................................52 Hình II.3: Cấu trúc khung phụ đường xuống ................................................................ 55 Hình II.4 : Cấu trúc khung phụ đường lên ....................................................................55 Hình II.5: Sự định dạng TC PDU ..................................................................................57 Hình II.6: PDU và SDU trong ngăn xếp giao thức........................................................59 Hình II.7: Quá trình xây dựng cấu trúc của MAC PDU ................................................60 Hình II.8: Trình bày phân loại và trình tự ánh xạ giữa trạm BS và SS. ........................63 Hình II.9: Tổng quan quá trình khởi tạo trạm thuê bao.................................................64 Hình III.1: Mô hình triển khai WiMAX ........................................................................77 Hình III.2 Mô hình triển khai trong thành phố ..............................................................86 Hình III.3: Mô hình phủ sóng của nhà cung cấp dịch vụ ..............................................89 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà -7- MỞ ĐẦU WIMAX (World Interoperability Microwave Access) là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16. Hệ thống tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa ra: Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802, và diễn đàn WiMax là người triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16. Công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai nhiều ứng dụng có triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di động. Mạng WiFi chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ LAN (Local Area Network), còn WiMax phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network). Mạng WiMax cũng như mạng đô thị hữu tuyến (truyền dẫn qua cáp) như mạng DSL đều được sử dụng để phục vụ cho các thuê bao trong vùng bán kính tới 50km. Công nghệ WiMax chủ yếu là quan tâm đến việc đưa truy cập vô tuyến băng rộng tới số đông khách hàng. Công nghệ này đưa ra một sự lựa chọn giá rẻ thay thế cho truy cập băng rộng qua cáp và qua đường dây thuê bao số (DSL). Các chi phí lắp đặt cho một hạ tầng vô tuyến dựa trên chuẩn 802.16 thấp hơn rất nhiều so với các giải pháp hữu tuyến hiện nay, mà thường phải đòi hỏi đi cáp trong các toà nhà và trên các đường phố. Chính vì lý do đó, WiMax đã trở thành một giải pháp hấp dẫn cho việc cung cấp kết nối trong các mạng vô tuyến đô thị. Trong tình trạng thiếu hụt về hạ tầng hữu tuyến thì công nghệ WiMax là một giải pháp thiết thực để mở rộng dịch vụ tới nhiều miền khác nhau trên khắp đất nước, có thể mang truy cập băng rộng đến các hộ gia đình và các cơ sở kinh doanh của hàng triệu người sống ở vùng nông thôn và các thị trường đang phát triển. Là một công nghệ mới đang trong quá trình xây dựng, thử nghiệm để tiến tới hoàn thiện, WiMax hứa hẹn đáp ứng nhiều loại hình ứng dụng băng rộng tốc độ cao cùng thời điểm với khoảng cách xa hơn, cho phép nhà khai thác hội tụ nhiều Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà -8- loại hình dịch vụ trên nền mạng IP để mang đến cho khách hàng sự lựa chọn đa dạng các dịch vụ dữ liệu, thoại và video. Hiện nay công nghệ WiMax đang trong giai đoạn triển khai thử nghiệm và bắt đầu chuẩn bị cho giai đoạn kinh doanh chính thức ở Việt Nam, đây là công nghệ mới đang thu hút sự quan tâm của những người công tác trong lĩnh vực viễn thông và công nghệ thông tin nước ta. Đứng trước xu thế phát triển đó, học viên đã lựa chọn đề tài nghiên cứu về công nghệ WiMAX và khả năng triển khai tại Việt Nam, nhằm chuẩn bị những kiến thức cần thiết, làm chủ công nghệ để có thể sẵn sàng đáp ứng yêu cầu mới Mục đích của đề tài:  Nghiên cứu về mạng không dây băng thông rộng sử dụng công nghệ WiMAX để tìm hiểu một công nghệ mạng mới chuẩn bị triển khai đưa vào khai thác tại Việt nam. Luận văn gồm 3 chương Chƣơng 1: Giới thiệu công nghệ WiMAX Chương này giới thiệu về mạng WiMAX, kiến trúc, mô hình hoạt động, băng tần sử dụng..... cũng như dịch vụ của WiMAX. Chương này cũng trình bày về sự phát triển của tiêu chuẩn 802.16, đồng thời so sánh mạng WiMAX với mạng Wi-Fi. CHƢƠNG II: Giới thiệu các chuẩn Wimax Chương này giới thiệu hệ thống Wimax di động và Wimax cố định và các chuẩn của Wimax di động và Wimax cố định Chƣơng III: Nghiên cứu khả năng triển khai Wimax tại Việt Nam Trình bày về tình hình triển khai ứng dụng mạng WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam. Đánh giá, nhận xét về mặt công nghệ, kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh doanh của công nghệ WiMAX. Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà -9- Kết luận: Trình bày kết luận và một số vấn đề quan tâm nghiên cứu tiếp. Luận văn đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu, làm việc với tinh thần nghiêm túc và nỗ lực, nhưng chắc chắn không tránh khỏi một số thiếu sót. Do vậy tác giả mong mỏi nhận được sự chỉ bảo và góp ý thêm của các thầy và các bạn học viên nhằm hoàn thiện hơn nữa luận văn của mình. Thực hiện luận văn với sự động viên giúp đỡ tận tình của thầy cô, bạn bè đồng nghiệp, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Tiến sĩ Vũ Văn San –Vụ phó Vụ Khoa học Công nghệ, Bộ Thông tin Truyền thông, người đã tận tình hướng dẫn, cho tôi những định hướng và chỉ bảo vô cùng quan trọng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh chị ở công ty FPT telecom, Công ty truyền dẫn Viettel và Viện khoa học Bưu điện đã giúp đỡ và cung cấp cho tôi những kết quả, tài liệu quý giá Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 10 - CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX I.1. Giới thiệu chung WiMAX viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access là tiêu chuẩn giao diện vô tuyến IEEE 802.16 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Phiên bản tiêu chuẩn 802.16 ban đầu áp dụng cho các ứng dụng trong băng tần được cấp phép trong dải tần từ 10 đến 66 GHz, yêu cầu có các trạm phát trong tầm nhìn thẳng. Sau này tiêu chuẩn giao diện vô tuyến 802.16 được mở rộng cho các ứng dụng tầm nhìn hạn chế NLOS (non-line of sight) trên băng tần được cấp phép và không được cấp phép trong dải tần số từ 2 - 11 GHz. Kết hợp các tính năng của hai hệ thống Wireless LAN và WAN, hệ thống WiMAX đưa ra một giải pháp vô tuyến cố định hiệu quả để thay thế những đường dây DSL và các hệ thống cáp tại những khu vực mà công nghệ đã sẵn sàng. Và quan trọng hơn công nghệ WiMAX có thể cung cấp một giải pháp truy nhập băng rộng hiệu quả tại những khu vực mà không thể thực hiện đối với các hệ thống cáp và DSL. Xu hướng của IEEE 802.16 sẽ mở rộng tiêu chuẩn cho các ứng dụng di động do vậy có thể truy nhập trực tiếp từ các thiết bị xách tay từ smartphone và PD đến máy tính xách tay. Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 11 - Hình I.1 Mô hình một hệ thống WiMAX Hệ thống MAN vô tuyến dựa trên tiêu chuẩn giao diện vô tuyến được cấu hình gần giống với cấu hình của mạng tế bào truyền thống. Các trạm gốc đặt tại các vị trí phù hợp để triển khai cấu trúc điểm-đa điểm để phân phát các dịch vụ với bán kính phủ sóng có thể lên đến vài km phụ thuộc vào tần số, công suất phát và độ nhạy phía thu. Trong những khu vực có mật độ cao phạm vi phủ sóng có thể được giới hạn hẹp hơn. Các trạm gốc thường được kết nối với mạng lõi bằng hệ thống cáp quang hoặc kết hợp các tuyến vi ba điểm-điểm kết nối với các nút quang hoặc thông qua các đường leased line. Phạm vi phủ sóng và khả năng truyền trong môi trường tầm nhìn hạn chế NLOS của WiMAX đã tạo ra một công nghệ hiệu quả về mặt kinh tế hấp dẫn về mặt dịch vụ. Công nghệ này có thể cung cấp các dịch vụ truy nhập băng rộng tại mọi nơi trong mạng MAN với đặc tính và chất lượng dịch vụ thậm trí còn tốt hơn các hệ thóng DSL, cáp hay T1/E1 leased line truyền thống. WiMAX di động (Mobile WiMAX) là giải pháp không dây băng rộng Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 12 - cho phép tích hợp các mạng băng rộng di động và cố định nhờ công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng với kiến trúc mạng linh hoạt. Giao diện vô tuyến của WiMAX di động sử dụng công nghệ OFDM để cải thiện hiệu suất đa đường (multi-path) trong các môi trường tầm nhìn thẳng nhìn hạn chế (NLOS). OFDMA đa mức (SOFDMA) được giới thiệu trong phần bổ sung IEEE 806.16e có khả năng thay đổi độ rộng kênh theo nhiều mức khác nhau (co dãn) từ 1.25 đến 20 MHz. Nhóm kỹ thuật di động (Mobile Technical Group) trong diễn đàn WiMAX Forum đang phát triển tham số hệ thống cho WiMAX di động qua đó xác định các đặc tính bắt buộc và tuỳ chọn của chuẩn IEEE - là chuẩn giao diện vô tuyến tương thích với WiMAX di động. Hình I.2 Nguồn gốc của hệ thống WiMAX di động Tham số WiMAX di động cho các hệ thống di động được phép cấu hình trên cơ sở một tập các đặc tính cơ bản để đảm bảo chức năng cơ bản nhất cho các thiết bị đầu cuối (terminal) và các trạm gốc (base station). Đó là các cấu hình được tối ưu về dung lượng hoặc được tối ưu về phủ sóng. Phiên bản WiMAX di động phiên bản 1 sẽ bao gồm các băng thông kênh 5, 7, 8.75 và 10 MHz dành cho các dải tần được cấp phép trên thế giới như: 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz và 3.5 GHz. Nhóm phát triển mạng (NWG) của diễn đàn WiMAX Forum đang phát Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 13 - triển những chỉ tiêu ở lớp mạng cho hệ thống WiMAX di động dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16 nhằm đơn giản hoá các chỉ tiêu giao diện vô tuyến. Sự kết hợp giữa IEEE 802.16 và WiMAX Forum đã tạo ra một giải pháp mạng tổng thể end-to-end cho mạng WiMAX di động. I.2. Tình hình chuẩn hóa cho hệ thống WiMAX Ủy ban tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE 802 bao gồm 06 nhóm chính với các bộ tiêu chuẩn tương ứng: - IEEE 802.11: WLAN - Local IEEE 802.15: WPAN - Personal IEEE 802.16: WMAN - Metropolitan IEEE802.20: Wireless Mobility IEEE 802.21: Handoff/Interoperability between networks IEEE 802.22: WRAN – Regional Hình I.3 Nhóm tiêu chuẩn vô tuyến Mục tiêu của các tiêu chuẩn IEEE nhắm tới là lớp PHY và lớp MAC chứ không phải cấu trúc mạng End-to-End. Trong đó các tiêu chuẩn IEEE 802.16 qui định các lựa chọn 2 lớp con cho lớp PHY (lớp con bảo mật, lớp con vật lý) và 3 lớp con cho lớp MAC (lớp con bảo mật, lớp con MAC Common Part, và lớp tích hợp dịch vụ), xem trên hình Hình I.4. Ngoài ra, các tiêu chuẩn IEE 802.16 qui định các yếu tố nhằm đảm bảo tính tương Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 14 - thích và hoạt động liên kết giữa các hệ thống. Hình I.4 Phân lớp giao thức cho họ tiêu chuẩn 802.16 Nhóm tiêu chuẩn IEEE 802.16 lần đầu tiên được thành lập vào những năm 1990, với nhiệm vụ là phát triển công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng hoạt động trên băng tần 10-66 GHz. Sau khi xem xét, nhóm tiêu chuẩn này được chia thành hai nhánh, trong đó nhóm IEEE 802.16 tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong dải tần 10- 66GHz, trong khi một nhóm mới có tên là 802.16a nghiên cứu và phát triển tiêu chuẩn trong dài tần 2-11GHz. Tuy nhiên, do không có các tiêu chuẩn ngoại vi, nên cả hai tiêu chuẩn này không được thương mại hóa thành công. Trên cơ sở tiêu chuẩn 802.16a, hai tiêu chuẩn 802.16d (hay 802.16-2004) và 802.16e lần lượt được ra mắt vào năm 2004 và 2005. Phạm vi áp dụng của những tiêu chuẩn này rất rộng nhưng tập trung chủ yếu vào các lớp 1 và 2. Không giống như các tiêu chuẩn 3GPP và 3GPP2 cho các mạng di dộng 3G, các giao diện và cấu trúc mạng không được quy định trong tiêu chuẩn 802.16d và 802.16e. WiMAX là một khái niệm được đánh đồng với tiêu chuẩn IEEE 802.16, và hiện nay được coi là một dịch vụ vô tuyến băng rộng được công nhận rộng rãi trên toàn thế giới. Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 15 - Hình I.5 Lộ trình chuẩn hóa tiêu chuẩn 802.16 WiMAX Forum, tổ chức của các nhà sản xuất, kinh doanh thiết bị và khai thác hệ thống WiMAX, phát triển một cấu trúc mạng lõi cũng như các chỉ tiêu cho phần quản lý tài nguyên vô tuyến. Điều này được thực hiện thông qua việc cấp phép, cấp chứng nhận hợp chuẩn cho thiết bị WiMAX của các nhà cung cấp thành viên, đảm bảo tính hoạt động tương thích liên kết hoạt động giữa những hệ thống sử dụng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau của nhiều nhà cung cấp khác nhau. Vấn đề tiêu chuẩn hóa cấp hệ thống rất cần thiết và hữu ích, đặc biệt những vấn đề liên quan đến quản lý di động cũng như các ứng dụng có thể trên mạng WiMAX trong tương lai. Đặc điểm cơ bản của WiMAX cố định dựa trên chuẩn 802.16d là:  Kỹ thuật đa truy nhập OFDM-TDMA hoặc sử dụng kỹ thuật đa truy nhập OFDMA, lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDM  Dải tần dưới 11GHz. Các băng tần đang được xem xét cho WiMAX cố định: băng tần cấp phép 5,8GHz và không cấp phép 2,5GHz, 3,5GHz.  Đường truyền trong tầm nhìn thẳng bị che chắn NLOS  Hỗ trợ kỹ thuật song công TDD và FDD Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 16 -  Hỗ trợ truy nhập không dây cố định và lưu động (thiết bị đầu cuối như laptop, PDA có thể di chuyển vị trí nhưng cố định khi kết nối).  Độ rộng băng tần có thể lựa chọn từ 1,25 đến 20 MHz  Tốc độ dữ liệu tối đa 75Mb/s với độ rộng băng tần 20 MHz  Kỹ thuật điều chế thích ứng từ BPSK/QPSK đến 64QAM  Kỹ thuật điều chế đa sóng mang FFT 256-OFDM (256 sóng mang phụ)  Cấu hình mạng điểm-đa điểm PMP và mạng mắt lưới MESH  Hỗ trợ QoS WiMAX di động theo chuẩn 802.16e có thay đổi và bổ sung so với chuẩn cố định để hỗ trợ tính di động và chuyển giao. Đặc điểm cơ bản của WiMAX di động bao gồm:  Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao đa mức SOFDMA, lớp vật lý vô tuyến MAN-OFDMA  Dải tần dưới 11GHz. Các băng tần đang được xem xét cho WiMAX di động: băng tần không cấp phép 2,5GHz, 3,5GHz.  Đường truyền không trong tầm nhìn thẳng NLOS  Kỹ thuật song công TDD và FDD  Hỗ trợ truy nhập di động, chuyển giao ở tốc độ di chuyển cao  Độ rộng băng tần có thể lựa chọn từ 1,25 đến 20 MHz  Tốc độ dữ liệu tối đa 15Mb/s với độ rộng băng tần 5 MHz (khi di chuyển) và tối đa 75Mb/s với độ rộng băng tần 20 MHz (khi đứng yên)  Kỹ thuật điều chế thích ứng từ BPSK/QPSK đến 64QAM  Kỹ thuật điều chế đa sóng mang đa mức FFT S-OFDMA  Cấu hình mạng điểm-đa điểm PMP  Hỗ trợ QoS I.3. Kiến trúc mạng không dây băng thông rộng WiMAX WiMAX là công nghệ không dây băng thông rộng có được sự hỗ trợ phổ biến của ngành công nghiệp điện tử và máy tính trên thế giới, tạo nên một công Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 17 - nghệ đặc biệt ảnh hưởng đến giá cả. Nó được xây dựng để chuyển giao lợi ích kinh doanh hiệu quả tới người khai thác và người sử dụng trong các môi trường thay đổi khác nhau. Trong phần này trình bày mục tiêu, cơ chế hoạt động, mô hình ứng dụng và các đặc tính kỹ thuật của WiMAX. I.3.1 Mục tiêu của công nghệ WiMAX Công nghệ WiMAX được phát triển với nhiều mục tiêu, có thể tóm lược như sau: - Kiến trúc mềm dẻo (Flexible Architecture): WiMAX hỗ trợ một số kiểu cấu trúc 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 một trạm thuê bao. Nếu chỉ có một trạm thuê bao (SS) ở trong mạng, thì trạm cơ sở WiMAX (BS) sẽ liên lạc với trạm SS đó trên nền tảng điểm - điểm. Một BS được cấu hình điểm - điểm có thể sử dụng Antenna chùm tia hẹp để bao phủ khoảng cách xa. - Bảo mật cao (High Security): WiMAX hỗ trợ AES (Chuẩn mã hoá cao cấp) và 3DES (Triple DES, ở đây DES là chuẩn mã hoá dữ liệu). Bằng cách mã hoá liên kết giữa BS và SS, WiMAX cung cấp cho các thuê bao sự bảo mật và an toàn qua giao diện không dây băng thông rộng. Sự an toàn cũng được cung cấp cho các nhà điều hành chống lại nạn trộm cắp dịch vụ. WiMAX cũng được cài đặt hỗ trợ VLAN để cung cấp bảo vệ dữ liệu đang được truyền bởi các Users khác nhau trong cùng trạm BS. - Quản lý chất lƣợng dịch vụ WiMAX (WiMAX QoS): Xây dựng bộ tham số chất lượng dịch vụ dùng trong quá trình thiết lập luồng dịch vụ để qui định những yêu cầu chất lượng dịch vụ của dịch vụ được hỗ trợ. - Triển khai nhanh (Quick Deployment): So sánh với triển khai của giải pháp có dây, WiMAX ít cần đến xây dựng kế hoạch mở rộng (Ví dụ: Sự đào đường để mở rộng các tuyến cáp là không cần thiết). Nhà cung cấp Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà - 18 - dịch vụ đã được cấp phép để sử dụng một trong những dải tần được cấp phép hoặc có kế hoạch sử dụng một trong những dải tần không cần cấp phép, không phải đệ trình các ứng dụng thêm lên chính phủ. Mỗi khi Antenna và thiết bị được cài đặt và vận hành thì công nghệ WiMAX đã sẵn sàng cho các dịch vụ. Trong hầu hết các trường hợp, sự triển khai của WiMAX được hoàn tất trong vài giờ ít hơn nhiều so với các giải pháp khác. - Dich vụ đa lớp (Multi-Level Service): Cách thức mà QoS được chuyển giao là được dựa trên thoả thuận mức dịch vụ giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng đầu cuối. Thêm nữa, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều thoả thuận mức dịch vụ khác nhau đến các thuê bao, thậm trí tới các người sử dụng khác nhau trên cùng một SS. - Thao tác giữa các phần (Interoperability): Do công nghệ WiMAX dựa trên các chuẩn của các nhà sản xuất quốc tế cho nên dễ dàng cho người sử dụng đầu cuối để truyền tải và sử dụng các SS của họ tại các vị trí khác nhau hoặc cùng với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Thao tác giữa các phần bảo vệ sự đầu tư ban đầu của nhà cung cấp dịch vụ từ khi lựa chọn thiết bị từ các nhà sản xuất thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làm cho giá của thiết bị giảm đáng kể. - Khả năng di chuyển đƣợc (Portability): Như các hệ thống di động hiện hành, một khi trạm SS đã được vận hành, nó tự nhận dạng, quyết định các đặc tính kết nối với trạm BS, miễn là SS đã được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó dàn xếp các đặc tính truyền của nó phù hợp. - Tính chuyển động (Mobility): Tiêu chuẩn IEEE 802.16e sửa đổi đã có thêm đặc tính hỗ trợ cho di động. Sự cải thiện được cải tạo từ OFDM và OFDMA lớp vật lý để hỗ trợ thiết bị và dịch vụ trong môi trường di động. Những cải thiện này bao gồm khả năng co dãn OFDMA và hỗ trợ một số chức năng cho phép di động với tốc độ 160 Km/h. Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Sơn Hà