CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX 1. Lịch sử, quá trình phát triển công nghệ WiMAX : 1. Lịch sử phát triển : Ngày nay sự phát triển của mạng viễn thông với dịch vụ ngày càng đa dạng đã làm cho các công nghệ truy nhập tiên tiến ngày càng được phát minh và đưa vào phục vụ. Hiện nay chúng ta biết đến truy nhập Internet với các dịch vụ quay số Modem thoại, ADSL hay các đường thuê bao riêng hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di động hay WiFi.
Mỗi phương phấp truy nhập mạng đều có đặc điểm riêng: • Với Modem quay số điện thoại thì thốc độ thấp. • ADSL có tốc độ lên tới 8Mb/s nhưng cần có đường dây kết nối. • Các đường thuê bao riêng thì giá thành đắt mà lại khó triển khai với các khu vực có địa hình phức tạp. • Hệ thống thông tin di động hiện nay cung cấp tốc độ truyền 9,6Kb/s là rất thấp so với nhu cầu của người sử dụng.
• GSM (2G),GPRS (2,5G) cho phép truy nhập ở tốc độ 172,2Kb/s hay EDGE ở 300 đến 400Kb/s cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ Internet. • Hệ thống di động 3G thì tốc độ truy nhập Internet cũng không vượt quá 2Mb/s. • Mạng WiFi chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao đổi thông tin khoảng cách ngắn. Chính vì vậy, WIMAX (Worldwide Interoprability for Microwave Access) đã ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy nhập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi.
Hệ thống WIMAX có thể cung cấp đường truyền với tốc độ lên tới 70Mb/s và có bán kính phủ sóng của một trạm là 50Km. Mô hình phủ sóng của WIMAX tương tự như mạng tế bào. Hoạt động của WIMAX rất mềm dẻo và tương tự như của WiFi khi truy nhập mạng tức là khi một máy tính có nhu cầu truy nhập mạng thì nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WIMAX gần nhất.Điều quan trọng nhất WIMAX xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE. Quá trình phát triển : a/ Chuẩn IEEE 802.
Hoàng Mạnh Hà SVTH : Nguyễn Ngọc Khuê 1 Luận văn tốt nghệp Tìm hiểu về các kỹ thuật ở lớp vật lý trong WiMAX Được công nhận vào tháng 1/2003, cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối, giữa người sử dụng và điểm kết nối, bằng các băng tần từ 2 đến 11 GHz. Dải tần này cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng. Điều này khiến cho chuẩn IEEE 802.16a trở thành một công nghệ cho các ứng dụng kết nối đầu cuối là những ứng dụng hay bị ảnh hưởng của vật cản, cũng như dành cho các trạm gốc chỉ gắn được trong nhà mà không gắn được trên đỉnh tháp hay đỉnh núi. Để có lợi nhuận, các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ mạng cần phải duy trì khách hàng là doanh nghiệp tạo doanh thu cao và số lượng lớn các thuê bao cá nhân.16a có thể đáp ứng được yêu cầu này bằng cách hỗ trợ nhiều cấp dịch vụ khác biệt.
Ví du, một trạm gốc có thể đồng thời hỗ trợ 60 doanh nghiệp có kết nối luồng E1 và hàng trăm hộ gia đình dùng kết nối thuê bao số. Chuẩn mới này sẽ giúp ngành viễn thông tạo ra các giải pháp chung cho các kiểu thị trường băng rộng : • Băng thông theo yêu cầu : Công nghệ không dây 802.16a cho phép các nhà cung cấp dịch vụ triển khai được dịch vụ có tốc độ tương đương với sử dụng giải pháp kết nối dây chỉ trong vài ngày với chi phí cực thấp. Nó cũng cho phép đặt cấu hình tức thời theo yêu cầu kết nối tốc độ cao dùng cho các sự kiện ngắn ngày như hộ trợ triển lãm. • Trục nhánh của mạng tế bào : Băng thông lớn của công nghệ 802.16 khiến nó trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để tải dữ liệu trục nhánh cho các trạm gốc của mạng tế bào theo cấu hình mạng điểm nối điểm.
• Băng thông rộng cho gia đình: lấp đầy khoảng trống kết nối mà thuê bao số và mạng cáp không cung cấp dịch vụ tới được. Có nhiều giới hạn ngăn cản công nghệ thuê bao số và mạng cáp tiếp cận tới người dùng băng thông rộng tiềm năng. Điều này sẽ thay đổi nhờ việc tung ra các hệ thống chuẩn dựa trên 802. • Các khu vực thiếu dịch vụ : Công nghệ Internet không dây dựa trên công nghệ IEEE 802.16 là một sự lựa chọn hợp lý cho khu vực nông thôn thiếu dịch vụ và các khu vực ngoại ô có mật độ dân số thấp.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS).
Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (class of service). Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802. Hoàng Mạnh Hà SVTH : Nguyễn Ngọc Khuê 2 Luận văn tốt nghệp Tìm hiểu về các kỹ thuật ở lớp vật lý trong WiMAX Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tần từ 10-66GHz với mục đích cải tiến interoperability.16d : Có một số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802. Chuẩn này được chuẩn hóa 2004.
Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này.16e: Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hóa. 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 dịchvụ này là 100km/h).16e-2005 là một chuẩn mở rộng (amendment) của chuẩn 802.16-2004, thường được gọi là WiMAX di động (Mobile WiMAX) vì nó có khả năng đáp ứng dịch vụ cho người dùng di động thông qua các giao thức chuyển giao.16e dùng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA; sử dụng kỹ thuật MIMO và AAS để cải thiện vùng phủ sóng và công suất. * Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hóa như 802. Hệ thống WiMAX : 1.
Thành phần hệ thống : Hệ thống WIMAX gồm 2 phần P1: Trạm gốc WIMAX: trạm gốc bao gồm thiết bị điện tử trong nhà và thápWIMAX. Thông thường, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 10 km (theolý thuyết, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 50 km). Mọi node vô tuyến bên trong vùng phủ sóng có thể truy cập internet. P2: Máy thu WIMAX: máy thu và anten có thể là hộp riêng lẻ hoặc card PC ở trong máy tính hay máy tính xách tay.
Truy cập tới trạm gốc WIMAX tương đương với truy cập tới điểm truy cập vô tuyến trong mạng WiFi, nhưng vùng phủ sóng lớn hơn. Một vài trạm gốc được kết nối với một trạm gốc khác với việc sử dụng các liên kết sóng vi ba backhaul tốc độ cao. Hoàng Mạnh Hà SVTH : Nguyễn Ngọc Khuê 3 Luận văn tốt nghệp Tìm hiểu về các kỹ thuật ở lớp vật lý trong WiMAX Hình 1. Mô hình hệ thống Wimax Hình 1.
Triển khai WiMAX cố định và các mô hình ứng dụng GVHD : ThS. Hoàng Mạnh Hà SVTH : Nguyễn Ngọc Khuê 4 Luận văn tốt nghệp Tìm hiểu về các kỹ thuật ở lớp vật lý trong WiMAX Hình 1. Các cấu hình mạng trong các vùng thành thị và nông thôn Hình 1. Ứng dụng WiMAX trong an ninh công cộng.
Hoàng Mạnh Hà SVTH : Nguyễn Ngọc Khuê 5 Luận văn tốt nghệp Tìm hiểu về các kỹ thuật ở lớp vật lý trong WiMAX Hình 1. Ứng dụng WiMAX trong T kết nối các tòa nhà. Một vài trạm gốc có thể được nối với một trạm gốc khác sử dụng các liên kết backhaul tốc độ cao. Điều này cho phép thuê bao WIMAX chuyển vùng từ một trạm gốc này tới vùng trạm gốc khác, giống như chuyển vùng được cho phép bởi các công ty điện thoại tổ ong.
Thành phần công nghệ : Nhìn chung về mặt công nghệ thì WiMAX sử dụng những công nghệ sau đây là quan trọng nhất: Chuẩn IEEE802.16 Lớp MAC của chuẩn IEEE802.16 Kỹ thuật OFDM FEC (Forward Error Corection) Phương pháp truyền khung dừng và chờ ARQ, truyền lại có lựa chọn ARQ Trên đây là những thành phần công nghệ mà WIMAX nói chung sử dụng. WIMAX được xây dựng trên chuẩn của ITU (liên minh viễn thông thế giới) đậy là tiêu chuẩn của công nghệ không dây chuẩn cho WIMAX, ngoài ra xung quanh chuẩn đó người ta còn sử dụng thêm nhiều các kỹ thuật khác nữa như đã nói ở trên. Hoàng Mạnh Hà SVTH : Nguyễn Ngọc Khuê 6 Luận văn tốt nghệp Tìm hiểu về các kỹ thuật ở lớp vật lý trong WiMAX Đối với WIMAX di động thì do đặc thù của tính di động nên người ta còn phải chú trọng nhiều đến những vấn đề liên quan để tăng khả năng phát sóng và thu sóng của thiết bị di động. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ WiMAX : 1.
Ưu điểm : Được xây dựng trên tiêu chuẩn IEEE.16, WIMAX là hệ thống đa truy nhập không dây băng rộng dùng công nghệ OFDM với cả hai kiểu đường truyền LOS và NLOS. a/ 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. Nếu chỉ có một SS trong mạng, thì trạm gốc WIMAX sẽ thông tin với SS trên cơ sở điểm tới điểm. b/ Bảo mật cao: WiMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hóa tiên tiến) và DES (trong đó là chuẩn mật mã hóa số liệu).
Bằng cách mật mã hóa các liên kết giữa BS và SS, WIMAX cung cấp các thuê bao riêng (chống nghe trộm) và bảo mật trên giao diện không dây băng rộng. Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà khai thác sự bảo vệ mạnh mẽ chống ăn trộm dịch vụ. WiMAX cũng được xây dựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp sự bảo vệ dữ liệu được truyền bởi các người sử dụng khác nhau trên cùng một BS. c/ 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.