CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN WIMAX 1. Sự ra đời của WiMAX [17] Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy nhập internet phổ biến hiện nay như quay số qua modem thoại (Dial Up), ADSL, các đường thuê kênh riêng (leased-line), hay sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di động, hay mạng không dây WiFi. Mỗi phương pháp truy cập mạng có đặc điểm riêng. Đối với Modem thoại thì tốc độ quá thấp, ADSL tốc độ có thể lên tới 8Mbps nhưng phải có đường dây kết nối, các đường thuê kênh riêng thì giá thành đắt lại rất khó khăn khi triển khai ở các khu vực có địa hình phức tạp.
Hệ thống thông tin di động hiện tại cung cấp tốc độ truyền 9,6Kbps quá thấp so với nhu cầu người sử dụng. Ngay cả các mạng thế hệ sau GSM như GPRS (2,5G) cho phép truy cập với tốc độ đến 171,2Kbps hoặc EDGE cũng chỉ tới 300- 400Kbps. Như vậy rõ ràng chưa thể đáp ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ mạng internet ngày càng tăng. Hệ thống di động thế hệ tiếp theo 3G thì tốc độ truy cập internet cũng không vượt quá 2Mbps.
Còn với mạng WiFi thì chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao đổi thông tin với khoảng cách ngắn. Với thực tế như vậy, WiMAX (Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hơp có thể thay thế cho ADSL và WiFi. Hệ thống WiMAX có khả năng cung cấp đường truyền với tốc độ lên đến 70Mbit/s và với bán kính phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50km. Mô hình phủ sóng của mạng WiMAX tương tự như mạng điện thoại tế bào.
Bên cạch đó, WiMAX cũng hoạt động mềm dẻo như WiFi khi truy cập mạng. Mỗi khi một máy tính muốn truy nhập mạng nó sẽ tự động kết nối với trạm anten WiMAX gần nhất. Diễn đàn WiMAX là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu. Mục tiêu của Diễn đàn WiMAX là thúc đẩy và 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI.
Diễn đàn WiMAX được thành lập để dỡ bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA, vì riêng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi một công nghệ. Theo mục tiêu này, Diễn đàn đã hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản lý để đảm bảo các hệ thống được Diễn đàn phê chuẩn đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và của các chính phủ.1 - Ứng dụng WiMAX 1. Cơ chế hoạt động chung của WiMAX [18] Thực tế WiMAX hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lượng lớn người dùng. Một hệ thống WiMAX gồm 2 phần: - Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2 - Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các thẻ mạng cắm vào hoặc được thiết lập sẵn trên bảng mạch bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn dùng.
Các trạm phát BTS được kết nối với mạng Internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối với một BTS khác như trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng LOS và chính vì vậy WiMAX có thể phủ sóng đến những vùng rất xa. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng, các anten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66 GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn.
Đối với các trường hợp nhiễu xạ, WiMAX sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như WiFi, ở tần số thấp tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích.2 – Mô hình truyền thông của WiMAX 1. Các đặc điểm chung của WiMAX [19] WiMAX đã được tiêu chuẩn hóa ở IEEE 802. Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau: - Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km - Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s - Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS và đường truyền che khuất NLOS 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã được và đang được tiêu chuẩn hóa. - Trong WiMAX hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM để truyền.
OFDM 256 được Diễn đàn WiMAX lựa chọn cho các mô tả đầu tiên dựa trên 802. WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích hợp từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp với các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hóa, với mã hóa sửa lỗi Reed Solomon, mã chập tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. - Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5 MHz đến 20 MHz được chia thành nhiều băng con 1,75 MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần.
Công nghệ này được gọi là công nghệ đa truy nhập OFDMA. OFDMA trong WiMAX sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang, trong đó có 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con, mỗi kênh con tương đương với 48 sóng mang. - Cho phép sử dụng cả 2 công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia truyền dẫn của đường lên và đường xuống. - Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp: Lớp hội tụ (Convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp MAC và các lớp trên, lớp điều khiển truy nhập thiết bị (MAC layer), lớp truyền dẫn (Transmission) và lớp vật lý (Physical).
Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hóa để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ở Hình 1.3 – Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMAX so sánh với OSI 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. SO SÁNH WIMAX VỚI WIFI [8] 1.11 và sự hạn chế của WiFi Ngày nay chúng ta có 3 loại mạng LAN không dây chính: 802. Hoạt động ở tốc độ 11Mbit/s, 802.11g là chuẩn mà chúng ta biết rõ nhất với cái tên WiFi.11a ra đời sau.11g sử dụng cùng một dải phổ như 802.11b và tương thích ngược với nó, đã trở thành công nghệ LAN không dây thông dụng như hiện nay.11a thường được xem là anh em họ “đuối” hơn của 802.11g, hoạt động hoàn toàn tương tự (kể cả việc có một chế độ “Turbo” 108Mbit/s nhưng sử dụng một dải phổ khác). Sự kém hiệu quả của một cách ghê gớm của 802.11a/b/g là kết quả của một loạt nhân tố: sự chật chội nghiêm trọng và nhiễu trong dải 2,4GHz; sự xử lý kém cỏi của các tín hiệu trả về; các cơ chế tranh chấp tương tự Ethernet; nhu cầu mã hóa cao để đảm bảo an ninh.
Tất cả những nhân tố này sẽ dẫn tới một dịch vụ vốn không giống như đã được quảng cáo. Giải pháp cho vấn đề hiệu quả kém này là đề xuất 802. Chưa biết là khi nào thì một chuẩn phải ra đời (một thời điểm nào đó trong năm 2006 là thời hạn chính thức) nhưng một vài nhóm cạnh tranh phải thỏa thuận với nhau trước khi vấn đề cuối cùng cũng được giải quyết. So sánh WiFi và WiMAX WiMAX khác biệt so với chuẩn 802.11 - chuẩn không dây thường được biết tới với tên WiFi.
Tốc độ truyền tải: Như đã nói đến, WiMAX hổ trợ tốc độ truyền tải tới 70Mbit/s (tốc độ phụ thuộc vào các kiểu ăngten sử dụng). Trong khi đó, WiFi5 “chỉ” hổ trợ tốc 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com độ 54Mbit/s trong phạm vi truyền tải khá hẹp. WiFi hổ trợ tốc độ truyền tải thấp hơn, chỉ 11Mbit/s Băng tần: WiMAX hoạt động trên giải băng tần phụ thuộc vào hoàn cảnh. WiFi hoạt động trên giải băng tần 2,4GHz trong khi WiFi5 hoạt động ở hai giải băng tần 2,4GHz và 5,8GHz Phạm vi truyền tải: Nếu không gặp phải nhiều vật cản, WiMAX có thể truyền tải dữ liệu trong bán kính khoảng 50km.
Trong môi trường có nhiều vật cản, phạm vi này rút ngắn xuống từ 5-8km. Trên lý thuyết, WiFi có thể hoạt động trong phạm vi từ 90m-300m. WiFi là lựa chọn thích hợp trong các gia đình và các điểm truy cập phạm vi nhỏ. Với phạm vi rộng lớn của WiMAX, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ có thể phủ sóng toàn bộ các khu vực đô thị với chỉ một vài tháp.
Mặc dù hiện nay chưa diễn ra nhưng việc WiMAX sẽ có ứng dụng doanh nghiệp, thay thế WiFi trong các doanh nghiệp là rất khả thi. Phạm vi tăng thêm của WiMAX sẽ làm cho việc toàn bộ một tòa nhà hay một khu trường có thể được phủ sóng bởi chỉ một điểm truy nhập đơn được quản lý trung tâm là hoàn toàn có thể. WIMAX VÀ CÁC CHUẨN 802.16 [5] WiMAX là một lĩnh vực thương mại công nghiệp, đi đầu và phát triển bởi các công ty hàng đầu sản xuất linh kiện và thiết bị truyền thông. Tiêu chuẩn được sử dụng cho phép kết nối thiết bị của nhiều hãng khác nhau nếu cùng thoả mãn các điều kiện của việc cấp chứng nhận bởi Diễn đàn WiMAX dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16 và ETSI HIPERMAN.16a là công nghệ không dây mạng đô thị MAN cung cấp khả năng thay thế các công nghệ truyền thống sử dụng cáp, DSL và T1/E1 mà không cần sử dụng cáp.
Nó cũng tương thích với việc kết nối các điểm truy cập 802.11 tới mạng Internet. 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com WiMAX sẽ nhanh chóng được hoàn hiện trong thời gian tới với khả năng tương thích và khả năng đáp ứng bằng các thiết bị của các hãng khác nhau. Với ưu thế của mình WiMAX đang là lĩnh vực được rất nhiều công ty trên thế gới để ý, nghiên cứu và phát triển. Sự phát triển của các chuẩn IEEE 802.16 bắt đầu với 802.16a sử dụng dải tần cấp phép 2-11 GHz.