CHƯƠNG I: VÀI NÉT CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG VÀ CÔNG NGHỆ WIMAX 1. Giới thiệu về công nghệ vô tuyến băng rộng Trong những năm gần đây, công nghệ vô tuyến và công nghệ băng rộng là sự kết hợp của hai công nghệ phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực viễn thông. Trong khi số thuê bao di động vô tuyến tăng từ 11 triệu năm 1990 lên hơn 2 tỉ thuê bao trên toàn thế giới thì số lượng người sử dụng Internet cũng phát triển lên đến con số hàng tỉ người. Sự tăng trưởng của Internet yêu cầu tương ứng về sự tăng trưởng của băng rộng.
Do đó, liệu có thể sử dụng công nghệ vô tuyến để truyền tải các dịch vụ băng rộng? Đó chính là cơ sở để nghiên cứu ra các công nghệ vô tuyến nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Vậy công nghệ vô tuyến băng rộng là gì? Vô tuyến băng rộng cung cấp các dịch vụ băng rộng trong môi trường vô tuyến, mang lại lợi ích và thuận tiện cho người sử dụng. Có 2 loại dịch vụ vô tuyến băng rộng cơ bản: loại thứ nhất cung cấp các dịch vụ tương tự các dịch vụ truyền thống của băng rộng đường dây cố định nhưng sử dụng môi trường truyền dẫn vô tuyến. Loại này được gọi là vô tuyến băng rộng cố định.
Loại thứ hai được gọi là vô tuyến băng rộng di động. Công nghệ WIMAX được thiết kế nhằm hỗ trợ cho cả ứng dụng băng rộng cố định và di động. Quá trình phát triển của vô tuyến băng rộng Sự phát triển của vô tuyến băng rộng xuất phát từ nhu cầu thay thế công nghệ truy nhập hữu tuyến truyền thống. Trong quá trình phát triển, một số hệ thống truy nhập vô tuyến đã được phát triển và thay đổi về khả năng hoạt động, giao thức, phổ tần sử dụng, các ứng dụng hỗ trợ và cả các thông số cài đặt hệ thống.
Tuy nhiên, hiện tại các hệ thống truy cập vô tuyến mới chỉ triển khai thành công giới hạn ở một số ứng dụng và thị trường nhất định và chưa có ghi nhận nào đáng kể, một phần do sự thiếu một chuẩn chung thống nhất. Sự xuất hiện của WiMAX được kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề này. Công nghệ WiMAX được hình thành trải qua bốn giai đoạn, tuy nhiên các giai đoạn này không thực sự xảy ra tuần tự theo thời gian và độc lập với nhau. Đó là: (1) các hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt, (2) các hệ thống tầm nhìn thẳng (Line of Sight-LOS) thế hệ thứ nhất, (3) các hệ thống băng rộng không tầm nhìn 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com thẳng (Non Line of Sight – NLOS) thế hệ thứ hai, và (4) các hệ thống vô tuyến băng rộng chuẩn hóa.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng 1.1 Mạch vòng vô tuyến nội hạt (WLL) Trong công nghệ vô tuyến, dịch vụ thoại cố định được chọn làm ứng dụng đầu tiên để phát triển và triển khai trong các hệ thống truy nhập vô tuyến mạch vòng vô tuyến nội hạt (wireless local loop - WLL).
Các hệ thống này được triển khai rộng rãi ở một số nước đang phát triển như Trung Quốc, Brazil, Ấn Độ, Nga, và Indonesia. Trên thực tế, hệ thống WLL được xây dựng dựa trên chuẩn điện thoại số không dây (DECT) và CDMA được tiếp tục triển khai về sau. Ưu điểm của mạng WLL là dựa trên sự tiện ích, sự linh hoạt và sự phát triển mạng một cách nhanh chóng. Các hệ thống vô tuyến băng tần rộng có thể cung cấp các tốc độ bit đa dạng và cho nhiều người sử dụng đồng thời.2 Hệ thống băng rộng thế hệ thứ nhất Để cạnh tranh với tốc độ của đường dây thuê bao số DSL, hệ thông vô tuyến được xây dựng trên băng tần cao như 2.
Đối với các hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao, gọi là hệ thống phân bố đa điểm nội hạt LMDS (Local Multipoint Distribution System), có khả năng hỗ trợ vài trăm Mb/s, hệ thống này được hoạt động trên băng tần rất cao cỡ 24 GHz và 39 GHz. Tuy nhiên hệ thống LMDS chỉ tồn tại trong thời gian ngắn do gặp các vấn đề trong việc triển khai như: lắp đặt anten, vùng phủ sóng hẹp… 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hệ thống phân bố đa điểm đa kênh MMDS (Microwave or Multichannel Moultipoint Distribution System) ra đời sau LMDS hoạt động ở dải tần 2. Đây là hệ thống được xây dựng ban đầu cho mục đích phát vô tuyến truyền hình, do đó phương thức truyền dẫn là bán song công và chỉ cung cấp đường truyền xuống hướng thuê bao. Hệ thống này sử dụng một băng tần số khá hẹp 200MHz từ 2.
Thế hệ đầu tiên của các hệ thống vô tuyến băng rộng cố định được triển khai trên cùng một loại trạm phát sóng có độ cao lên đến trên 100m và yêu cầu khách hàng phải lắp anten ngoài cửa và hướng về trạm phát. Tuy có vùng phủ sóng khá rộng, nhưng các hệ thống này lại bị hạn chế về mặt dung lượng.3 Hệ thống băng rộng thế hệ thứ hai. Hệ thống băng rộng thế hệ thứ hai ra đời đã khắc phục nhược điểm của hệ thống thế hệ thứ nhất về yêu cầu tầm nhìn thẳng, do đó có khả năng cung cấp dung lượng cao hơn. Việc này được thực hiện thông qua việc áp dụng hệ thống có kiến trúc cell (tổ ong) và các kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến có khả năng chống ảnh hưởng của vấn đề đa đường.
Ví dụ, một số công nghệ như công nghệ ghép kênh theo tần số trực giao OFDM, công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, công nghệ xử lý đa anten được sử dụng để khắc phục vấn đề về tầm nhin thẳng LOS. Sự ra đời của hệ thống băng rộng thế hệ thứ hai đã cho phép thực hiện truyền dữ liệu với tốc độ vài Mb/s trong phạm vi cell có bán kính một vài km.4 Sự xuất hiện của công nghệ băng rộng chuẩn hóa. Vào năm 1998, Viện các kỹ sư điện tử IEEE đã thành lập một nhóm gọi là 802.16 có nhiệm vụ phát triển mạng đô thị không dây (wireless MAN). Ban đầu, phạm vi của nhóm chỉ tập trung vào việc phát triển giải pháp cho băng tần từ 10 - 66 GHz.
Nhóm đã đưa ra một chuẩn được công nhận vào tháng 12/2001. Chuẩn này có tên gọi là Wireless - MAN SC, chỉ định lớp vật lý sử dụng công nghệ điều chế sóng mang đơn và lớp điều khiển vật lý MAC với phương thức ghép kênh theo thời gian TDM hỗ trợ đồng thời cả kỹ thuật FDD và TDD. Sau khi hoàn thành chuẩn đầu tiên, nhóm tiếp tục sửa đổi và mở rộng chuẩn để phù hợp với dài tần từ 2 - 11 GHz. Dải tần này cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng.
Điều này khiến cho chuẩn sau khi đã hiệu chỉnh, gọi là chuẩn IEEE 802.16a, được công nhận vào năm 2003 với sự bổ 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com sung của phương thức điều chề OFDM như một phần của lớp vật lý có tác dụng hỗ trợ môi trường truyền sóng đa đường. Ngoài ra, chuẩn 802.16a cũng chỉ định tùy chọn lớp MAC, có nhiệm vụ hỗ trợ phương thức truy nhập OFDM. Một phiên bản hiệu chỉnh tiếp theo của 802.16a được hoàn thành vào năm 2004, có tên gọi là 802.16-2004, thay thế cho chuẩn 802.16c bằng một chuẩn đơn, được xem là giải pháp dành cho mạng khu vực đô thị vô tuyến hiệu năng cao.16 bắt đầu nghiên cứu các công nghệ tiên tiến cho phép triển khai các ứng dụng mang tính di động. Phiên bản này được hoàn thành vào tháng 12/2005, mang tên chính thức là 802.
Nó chỉ định phương thức điều chế OFDM cho lớp vật lý và một số hiệu chỉnh trong lớp MAC để phù hợp với tính năng di động đòi hỏi tốc độ cao.16 vào triển khai thực tế, diễn đàn WiMAX được thành lập có nhiệm vụ thực hiện việc chuyển đổi tương thích với các chuẩn hiện tại. Diễn đàn thực hiện việc kiểm tra tính tương thích kết nối và cho ra đời sản phẩm dựa trên chuẩn 802. Nhiều hãng cung cấp thiết bị tuyên bố kế hoạch tích hợp giải pháp WiMAX cố định/di động vào sản phẩm của họ. Sự ra đời của các sản phẩm WiMAX được công nhận là một mốc quan trọng đánh dấu sự phát triển của lịch sử công nghệ băng rộng.2: Danh sách các công ty thành viên của diễn đàn WiMAX [7] 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.
Quá trình phát triển WiMAX Hình 1.3: Các mốc sự kiện của WiMAX Như đã trình bày ở phần trên, quá trình phát triển của công nghệ WiMAX được tóm tắt qua các chuẩn sau: Chuẩn cơ bản 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện (interface) không dây dựa trên giao thức MAC (Media Access Control) chung. Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm trạm phát (BS - Base Station) và người sử dụng (SS - Subscriber Station). Trong vùng phủ sóng, trạm BS điều khiển toàn bộ sự truyền dữ liệu (traffic). Điều đó có nghĩa là không có sự trao đổi truyền thông giữa hai SS với nhau.
Nối kết giữa BS và SS bao gồm một kênh đường lên (uplink) và đường xuống (downlink). Kênh đường lên chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh đường xuống có đặc điểm quảng bá (broadcast). Trong trường hợp không có vật cản giữa SS và BS (line of sight), thông tin được trao đổi trên băng tần cao. Ngược lại, thông tin sđược truyền trên băng tần thấp để chống nhiễu.
5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.4: Các đặc tính chuẩn 802.16 Các chuẩn bổ sung (amendments) của WiMAX - 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2 - 11 GHz. Đây là băng tần thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền.16a còn thích nghi cho việc triển khai mạng hỗn hợp (mesh) mà trong đó một đầu cuối (terminal) có thể liên lạc với 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com BS thông qua một đầu cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới rộng.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 - 6 GHz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS), như dịch vụ video, các dịch vụ thời gian thực. Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các hồ sơ (profile) mới cho dải băng tần từ 10-66GHz với mục đích cải tiến khả năng tương tác hoạt động (interoperability).16d : Có một số cải tiến nhỏ so với chuẩn 802.
Chuẩn này được chuẩn hóa 2004. Các thiết bị tiền-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này.16e-2005 là một chuẩn mở rộng (amendment) của chuẩn 802.