Chương 1. Giới thiệu công nghệ WiMAX Truy cập băng thông rộng đang đứng trước nhiều ngã rẽ trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành viễn thông trong những năm gần đây. Cả hai công nghệ vô tuyến và băng thông rộng đều được sự chấp thuận của thị trường nói chung một cách nhanh chóng. Các dịch vụ di động không dây phát triển từ số lượng 11 triệu thuê bao trong năm 1990 tới hơn 2 tỷ thuê bao vào năm 2005.
Trong suốt thời gian phát triển, mạng Internet đã lớn mạnh và trở thành một công cụ hữu ích và có khoảng 1 tỷ người sử dụng. Sự phát triển chóng mặt của mạng Internet là yêu cầu đặt ra cho các dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao, hướng tới sự phát triển song song đối với băng thông rộng. Chưa đầy một thập kỷ, các dịch vụ băng thông rộng đã phát triển từ số 0 tới trên 200 nghìn. Và có nhiều câu hỏi được đặt ra, thứ nhất là có thể phát triển sự kết hợp giữa thương mại và kỹ thuật hay không? Công nghệ truy cập không dây có thể đưa ra các ứng dụng băng thông rộng và các dịch vụ được quan tâm tới những người sử dụng hay không? Trước khi đi sâu vào nghiên cứu WiMAX chúng ta sẽ tìm hiểu về truy cập băng thông rộng hiện nay.
Khái niệm về WiMAX WiMAX (World Interoperability for Microwave Access) là hệ thống truy cập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên các chuẩn IEEE 802. Các chuẩn này do hai tổ chức quốc tế là Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và diễn đàn WiMAX là tổ chức triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802. Mục đích của công nghệ truy cập vô tuyến đang được triển khai nhiều ứng dụng triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di động. Trong khi, mạng Wifi chỉ phục vụ mạng nội bộ LAN, còn mạng WiMAX chủ yếu phục vụ cho mạng đô thị MAN.
Công nghệ WiMAX đưa ra sự lựa chọn giá rẻ thay thế cho truy cập băng rộng qua cáp và qua đường truyền thuê bao số DSL, chi phí lắp đặt cho một hạ tầng Ngô Thanh Hương – CH. ĐTVT 2006-2008 1 Luan van Luận văn thạc sỹ khoa học vô tuyến dựa trên chuẩn IEEE802.16 cũng thấp hơn nhiều so với các giải pháp hữu tuyến, thường đòi hỏi việc đi cáp trên đường phố và trong các toà nhà. Do vậy, WiMAX đã trở thành một giải pháp hấp dẫn cho việc cung cấp kết nối băng rộng trong mạng vô tuyến đô thị. Công nghệ WiMAX còn là giải pháp thiết thực để mở rộng các dịch vụ tới các vùng miền khác nhau trên khắp cả nước, từ nông thôn tới các thị trường đang phát triển, trong khi hạ tầng công nghệ hữu tuyến bị hạn chế.
Thực chât, WiMAX không phải là một công nghệ mới mà nó chỉ là một sự thích nghi mang tính thương mại và có đổi mới dựa trên công nghệ đã được sử dụng để mang các dịch vụ vô tuyến băng rộng phủ khắp toàn cầu.Các tính năng và ưu điểm của WiMAX WiMAX đã được thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với các loại triển khai truy nhập có dây truyền thống như: ➢ Bachhaul. Sử dụng các anten điểm – điểm để nối nhiều hotspot với nhau và đến các trạm gốc qua những khoảng các dài (đường kết nối giữa điểm truy nhập WLAN và mạng băng rộng cố định). Sử dụng các anten điểm – đa điểm để nối các thuê bao thuộc nhà riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc. WiMAX đã được phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như: ➢ Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm – đa điểm, công nghệ mesh và phủ sóng khắp mọi nơi.
Nếu có duy nhất một SS trong mạng, trạm gốc BS (Base Station) sẽ liên lạc với trạm thuê bao SS trên cơ sở điểm – điểm. Một BS trong một cấu hình điểm – điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xa hơn. ➢ Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗn hợp lưu lượng sẽ được mang. Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tự nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng không Ngô Thanh Hương – CH.
ĐTVT 2006-2008 2 Luan van Luận văn thạc sỹ khoa học thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE).iMX ➢ Triển khai nhanh: So sánh với triển khai các giải pháp có dây, WiMAX yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài. Ví dụ, đào hố để tạo rãnh các đường cáp thì không yêu cầu. Các nhà vận hành mà đã có được các đăng ký để sử dụng một trong các dải tần đăng ký, hoặc dự kiến sử dụng một trong các dải tần không đăng ký, không cần đệ trình các ứng dụng hơn nữa cho chính phủ. ➢ Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựa vào sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng.
Chi tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau tới các thuê bao khác nhau, thậm chí tới những người dùng khác nhau sử dụng cùng SS. Cung cấp truy nhập băng rộng cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi mà các nhân tố công nghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức. ➢ Tính tương thích: WiMAX dựa vào quốc tế, các chuẩn không có tính chất rõ rệt nhà cung cấp, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải và sử dụng SS của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Tính tương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì nó có thể chọn lựa thiết bị từ các nhà đại lý thiết bị, và nó sẽ tiếp tục đưa chi phí thiết bị xuống khi có một sự chấp nhận đa số.
➢ Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả năng di động. Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao) và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các thiết bị và các dịch vụ trong một môi trường di động. Những cải tiến này, bao gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (nhiều đầu ra nhiều đầu vào), và hỗ trợ đối với chế độ idle/sleep và hand – off, sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ ở tốc độ tới 160 km/h. Mạng WiMax di động cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet không dây băng thông rộng tại bất cứ trong thành phố nào.
Ngô Thanh Hương – CH. ĐTVT 2006-2008 3 Luan van Luận văn thạc sỹ khoa học ➢ Lợi nhuận: WiMAX dựa vào một chuẩn quốc tế mở. Sự chấp nhận đa số của chuẩn, và sử dụng chi phí thấp, các chip được sản xuất hàng loạt, sẽ đưa chi phí giảm, và giá cạnh tranh xảy ra sẽ cung cấp sự tiết kiệm chi phí đáng kể cho các nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng. Môi trường không dây được sử dụng bởi WiMAX cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phá vỡ những chi phí gắn với triển khai có dây, như thời gian và công sức.
➢ Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà không đòi hỏi tầm nhìn thắng giữa BS và SS. Khả năng này của nó giúp các sản phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS. ➢ Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồm BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM. Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặc QPSK).
Các hệ thống WiMAX có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và SS không bị cản trở. Mở rộng phạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công cộng (hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone) – cùng công nghệ thì có thể sử dụng ở nhà và di chuyển. Ở những điều kiện tốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50 km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình là gần 5 km với CPE (NLOS) trong nhà và gần 15km với một CPE được nối với một anten bên ngoài (LOS). ➢ Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các trạm gốc với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất.
➢ Tính mở rộng.16 -2004 hỗ trợ các dải thông kênh tần số vô tuyến (RF) mềm dẻo và sử dụng lại các kênh tần số này như là một cách để tăng dung lượng mạng. Chuẩn cũng định rõ hỗ trợ đối với TPC (điều khiển công suất phát) và các phép đo chất lượng kênh như các công cụ thêm vào để hỗ trợ sử dụng phổ hiệu quả. Chuẩn đã được thiết kế để đạt tỷ lệ lên tới hàng trăm thậm chí hàng nghìn người sử dụng trong một kênh RF. Các nhà vận hành có thể cấp phát lại phổ qua hình quạt như số thuê bao gia tăng.
Hỗ trợ nhiều kênh cho phép các nhà chế tạo thiết bị cung cấp một phương tiện để chú trọng vào phạm vi sử Ngô Thanh Hương – CH. ĐTVT 2006-2008 4 Luan van Luận văn thạc sỹ khoa học dụng phổ và những quy định cấp phát được nói rõ bởi các nhà vận hành trong các thị trường quốc tế thay đổi khác nhau. ➢ Bảo mật: Bằng cách mật hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và SS, sử dụng chuẩn mật hóa tiên tiến AES ở chế độ CCM, đảm bảo sự toàn vẹn của dữ liệu trao đổi qua giao diện vô tuyến. Cung cấp cho các nhà vận hành với sự bảo vệ mạnh chống lại những hành vi đánh cắp dịch vụ.16-2001 Chuẩn WiMAX đầu tiên được phê chuẩn bởi IEEE là chuẩn 802.
Chuẩn ra đời vào tháng 12/2001 cung cấp băng rộng không dây cố định trong hệ thống điểm tới điểm hoặc điểm tới đa điểm.16-2001 sử dụng điều chế đơn sóng mang trong dải tần 10 -66 GHz và cho song công cả đường lên và đường xuống TDD và FDD. Giản đồ điều chế có thể được dùng là QPSK, 16QAM và 64QAM. Sự quan trọng của các giản đồ sửa lỗi và điều chế khác nhau là có thể dùng được trong mạng chịu nhiều điều kiện thời tiết khác nhau mà đó chính là nguồn gốc ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service).