Tìm Hiểu Về Công Nghệ WiMAX và IEEE 802.16

Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy nhập internet phổ biến hiện nay như quay số qua modem điện 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 nhập mạng có đặc điểm riêng. Đối với Modem điện 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 nhập 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 nhập 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 nhập Internet không dây tổng hợp 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.

WiMAX đã được tiêu chuẩn hóa ở IEEE 802.16. 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. 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 802.16. 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.

Ngày nay chúng ta có 3 loại mạng LAN không dây chính: 802.11g là chuẩn mà chúng ta biết rõ nhất với cái tên WiFi. 802.11g 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. 802.11a thường được xem là anh em họ “đuối” hơn của 802.11g. Sự kém hiệu quả một cách ghê gớm của 802.11a/b/g là kết quả của một loạt nhân tố: sự thật thối 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 802.11n. 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.

Như đã nói đến, WiMAX hỗ trợ tốc độ truyền tải tới 70Mbit/s (tốc độ phụ thuộc vào các kiểu ăng-ten sử dụng). WiFi hỗ trợ tốc độ truyền tải thấp hơn, chỉ 11Mbit/s. 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. 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. 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.

Đa đường là hiện tượng tín hiệu truyền từ nguồn đến đích theo nhiều đường khác nhau. Điều này gây ra nhiễu và làm giảm chất lượng tín hiệu. OFDM giảm ảnh hưởng của đa đường bằng cách sử dụng các kênh con hẹp. Mỗi kênh con chỉ chịu ảnh hưởng của một phần nhỏ của đa đường. Hiệu suất phổ là khả năng sử dụng hiệu quả băng tần. OFDM tăng hiệu suất phổ bằng cách sử dụng các kênh con trực giao. Các kênh con này không gây nhiễu lẫn nhau, cho phép sử dụng băng tần hiệu quả hơn.

OFDM có nhiều đặc tính kỹ thuật cơ bản. Nó sử dụng biến đổi Fourier rời rạc (DFT) để điều chế và giải điều chế tín hiệu. OFDM cũng sử dụng tiền tố lặp (CP) để giảm nhiễu giữa các ký hiệu (ISI). CP là một bản sao của phần cuối của ký hiệu được thêm vào đầu ký hiệu. Điều này giúp đảm bảo rằng tín hiệu đến đích đúng thời điểm.

Kỹ thuật OFDM có nhiều ưu điểm trong WiMAX. Nó giúp giảm ảnh hưởng của đa đường, tăng hiệu suất phổ, và cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao. OFDM cũng linh hoạt và có thể được điều chỉnh để phù hợp với các điều kiện kênh khác nhau. Điều này làm cho WiMAX trở thành một công nghệ truyền thông không dây hiệu quả và đáng tin cậy.

Lớp vật lý IEEE 802.16a là một phiên bản của lớp vật lý IEEE 802.16. Nó được thiết kế để hoạt động trong băng tần 2-11 GHz. Lớp vật lý IEEE 802.16a sử dụng công nghệ OFDM để truyền dữ liệu. Nó cũng hỗ trợ nhiều sơ đồ điều chế khác nhau, bao gồm BPSK, QPSK, 16-QAM, và 64-QAM. Lớp vật lý IEEE 802.16a cũng bao gồm các chức năng như điều khiển công suất, ước lượng kênh, và đồng bộ hóa.

Quá trình hoạt động của thiết bị ở lớp vật lý bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, dữ liệu được mã hóa và điều chế. Sau đó, dữ liệu được truyền qua kênh vô tuyến. Tại đầu thu, dữ liệu được giải điều chế và giải mã. Cuối cùng, dữ liệu được chuyển đến lớp trên. Quá trình này được thực hiện liên tục để đảm bảo truyền dữ liệu hiệu quả và đáng tin cậy.

Kiểm soát lỗi hướng thuận (FEC) là một kỹ thuật được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi trong quá trình truyền dữ liệu. FEC được sử dụng trong lớp vật lý IEEE 802.16 để cải thiện độ tin cậy của mạng. FEC hoạt động bằng cách thêm thông tin dư thừa vào dữ liệu trước khi truyền. Tại đầu thu, thông tin dư thừa này được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi.

WiMAX có thể được triển khai trong mạng lưới băng rộng không dây để cung cấp truy cập internet tốc độ cao cho người dùng. Mạng lưới WiMAX có thể được sử dụng để kết nối các khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa với internet. Nó cũng có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ như truyền hình trực tuyến, hội nghị truyền hình, và trò chơi trực tuyến.

WiMAX có thể được sử dụng để hỗ trợ các ứng dụng di động như điện thoại di động và máy tính bảng. WiMAX cung cấp kết nối internet tốc độ cao cho các thiết bị di động, cho phép người dùng truy cập internet mọi lúc mọi nơi. Nó cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ các ứng dụng như truyền hình trực tuyến, hội nghị truyền hình, và trò chơi trực tuyến trên các thiết bị di động.

WiMAX 2 là một phiên bản mới của WiMAX. Nó cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và hiệu suất tốt hơn so với các phiên bản trước. WiMAX 2 cũng hỗ trợ các tính năng mới, như MIMO và beamforming. Các tiêu chuẩn mới cho WiMAX đang được phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về truyền thông không dây tốc độ cao.

WiMAX và LTE là hai công nghệ cạnh tranh trong lĩnh vực truyền thông không dây. Cả hai công nghệ đều cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và hiệu suất tốt. Tuy nhiên, có một số khác biệt giữa hai công nghệ. WiMAX được thiết kế để cung cấp truy cập internet băng rộng cho các khu vực rộng lớn, trong khi LTE được thiết kế để cung cấp truy cập internet tốc độ cao cho các thiết bị di động. Cả hai công nghệ đều có ưu và nhược điểm riêng, và tương lai của truyền thông không dây có thể sẽ bao gồm cả hai công nghệ.