Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay

LỜI MỞ ĐẦU Thế giới đang bước vào kỷ nguyên hội tụ của thông tin di động, máy tính và Internet. Điều này đã và đang tạo nên một xã hội đa phương tiện băng rộng. Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy cập Internet phổ biến hiện nay như quay số qua Modem thoại, ADSL, hay các đường thuê kênh riêng, hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di dộng, hay mạng Wifi. Mỗi phương pháp truy cập mạng có đặc điểm riêng. Đối với Modem thoại thì tốc độ quá thấp, ADSL do tốc độ có thể lên đến 80Mbit/s nhưng cần có đường dây kết nối, các đường thuê kênh thì giá thành đắt mà không dễ dàng triển khai đối với các khu vực có địa hình phức tạp. Wifi ( chính là công nghệ mạng LAN không dây) có thể áp dụng các máy tính trao đổi thông tin với khoảng cách ngắn. Vì thực tế như vậy Wimax(Worldwide Interoperability for Microwave Access) ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và Wifi. Đây là một công nghệ mới và đang trong thời gian thử nghiệm và bước đầu được ứng dụng vào thực tế. Chính vì thế em chọn đề tài: “Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay”. Ngoài lời mở đầu và kết luận đề án của tôi gồm 6 chương với nội dung chính của mỗi chương như sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMax Chương 2: Giới thiệu các chuẩn của WiMax: Chuẩn IEEE 802.11 và chuẩn IEEE 802.16. Từ đó so sánh sự giống nhau và khác nhau của các họ chuẩn đó. Chương 3: Chương này nghiên cứu về cách thức hoạt động, các đặc điểm chung, các công nghệ và thiết bị dùng cho WiMax. Chương 4: Nghiên cứu những ứng dụng dành cho WiMax. Chương 5: So sánh WiMax với các công nghệ không dây khác. Từ đó nghiên cứu sự cạnh tranh của WiMax với Wifi và WiMax với 3G. Chương 6: Từ các đặc điểm của WiMax nghiên cứu tình hình ứng dụng của WiMax trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Song Minh đã giúp tôi thực hiện đề tài này! CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIMAX 1.1 Nguồn gốc hình thành Năm 1985, ủy ban liên lạc liên bang Mỹ FCC quyết định “mở cửa “ một số băng tần của dải sóng không dây, cho phép sử dụng chúng mà không cần cấp giấy phép của chính phủ. Chuẩn mới chính thức được ban hành năm 1997 và các kỹ sư ngay lập tức bắt đầu nghiên cứu một thiết bị mẫu tương thích với nó. Sau đó có 2 phiên bản chuẩn, 802.11b (hoạt động trên băng tần 2,4 GHz) và 802.11a (hoạt động trên băng tần 5,8 GHz), lần lượt được phê duyệt tháng 12 năm 1999 và tháng 1 năm 2000. Sau khi có chuẩn 802.11b, các công ty bắt đầu phát triển những ứng dụng của mạng không dây.Mạng không dây là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành máy tính, nó là công nghệ hứa hẹn những kết nối cao trong không trung. Sử dụng sóng radio để truyền và nhận dữ liệu trực tiếp tới và từ những người dùng bất cứ khi nào họ muốn. Các công nghệ như 3G, Wi-fi hay WiMax va UWB sẽ làm việc cùng nhau để đáp ứng nhu cầu duy nhất này của khách hàng. Truy cập không dây băng rộng là hệ thống điểm đa điểm được tạo nên từ các thiết bị của khách hàng như hình sau: Hình này chỉ ra một trạm phát sóng cơ sở được kết nối với mạng đường trục. Thay vì sử dụng các kết nối vật lý giữa các trạm cơ sở và các thuê bao , các trạm phát sóng cơ sở sử dụng anten ngoài trời để nhận và gửi dữ liệu, thoại tốc độ cao tới các thuê bao. Công nghệ này giảm được những yêu cầu về cơ sở hạ tầng hữu tuyến đồng thời cung cấp những giải pháp mềm dẻo và hiệu quả cho những chặng cuối.Và khi công nghệ kết nối cục bộ không dây đã được chuẩn hóa thì Wi-Fi nhanh chóng tiếp cận với người tiêu dùng. Và Wi-Fi ngày càng được cải tiến và được đưa vào sử dụng ở khắp nơi như cửa hàng, khách sạn các quán café.Những người yêu thích mạng này cho rằng công nghệ này sẽ gạt ra hết những kĩ thuật kết nối không dây khác. Ví dụ , họ cho rằng các điêm truy cập hotpot sẽ cạnh tranh với các mạng điện thoại di động 3G vốn hứa hẹn khả năng truyền phát dữ liệu tốc độ cao. Tuy nhiên Wi-fi chi là một công nghệ sóng ngắn và sẽ không bao giờ có thể cung cấp được khả năng bao trùm rộng như mạng di động khi các mạng di động đang ngày một phát triển. Và thế hệ mạng đầu tiên dựa trên công nghệ mới WIMAX, hay còn gọi theo tên kỹ thuật là 802.16 đã ra đời. WiMax chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-fi với thông lượng tối đa có thể lên tới 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50km so với 50m của Wi-fi hiện nay. Ngoài ra, trong khi Wi-fi chỉ cho phép truy cập ở những nơi cố định có thiết bị hotpot ( giống như các hộp thoại công cộng) thì WiMax có thể bao trùm cả một thành phố hoặc nhiều tỉnh thành giống như mạng điện thoại di động. Quá trình phát triển của công nghệ Wi-Fi cũng đã cho thấy việc thống nhất cho ra một chuẩn chung có thể tạo nên một thị trường mới. Điều này càng được khẳng định thông qua quyết tâm của các công ty khi cho ra đời chuẩn WiMax. Trước đây các công nghệ mạng không dây tầm xa đều do các công ty lớn thao túng với những chuẩn bản quyền riêng và không cái nào được chấp nhận rộng rãi. Chính nhờ sự thành công của Wi-Fi mà những “người khổng lồ” giờ đây đã hợp lực với nhau để phát triển WiMax, một chuẩn phổ thông dễ tiếp cận đối với người tiêu dùng mà các hãng phát triển hy vọng sẽ giúp mở rộng thị trường và tăng doanh thu. Khó dự báo tương lai của Wi-Fi nhưng chắc chắn nó đã tạo nên một hướng đi cho nhiều công nghệ khác WiMax là một ví dụ . 1.2 Wimax là gì? Wimax là một thuật ngữ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access. Một dấu hiệu chứng nhận cho các sản phẩm đã vượt qua các cuộc thử nghiệm về tính tương thích và khả năng giao tiếp dành riêng cho chuẩn 802.16. Wimax là một chuẩn công nghệ không dây cung cấp các kết nối băng thông cao, dải băng rộng trên một khoảng cách lớn. Wimax chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-fi với thông lượng tối đa có thể lên tới 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50km Wimax có thể được sử dụng cho các ứng dụng như kết nối băng rộng “đoạn cuối” (last mile), điểm nóng truy cập, tế bào chuyển mạch và các kết nối tốc độ cao cho doanh nghiệp. 1.3. Wimax forum 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 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 (Broadband Wireless Access), 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. 1.4. Wimax certificate Một dấu hiệu chứng nhận cho các sản phẩm đã vượt qua các cuộc thử nghiệm về tính tương thích và khả năng giao tiếp dành riêng cho chuẩn 802.16. Các sản phẩm đã qua kiểm tra tính tương thích với WiMax đều có khả năng thiết lập kết nối không dây với nhau và cho phép chúng mang các gói dữ liệu ra internet. CHƯƠNG II. CÁC CHUẨN IEEE 802 2.1 Họ chuẩn IEEE 802 IEEE là một tổ chức quốc tế chuyên cho phát triển mạng máy tính, truyền thông, công nghệ điện, điện tử với mạng LAN. IEEE 802 là một họ các chuẩn IEEE, áp dụng trong các mạng LAN và MAN. Họ chuẩn 802 chỉ giới hạn cho các mạng chuyển gói tin với kích thước khác nhau (ngược lại với mạng cell-based). Con số 802 chỉ đơn thuần là số ngẫu nhiên tiếp theo mà IEEE phân bổ cho họ chuẩn mới này, tuy nhiên đôi khi đc coi là trùng với ngày tổ chức cuộc họp công bố chuẩn này (T2/1980). Những dịch vụ và giao thức trong IEEE 802 chủ yếu ở 2 tầng thấp (Data Link và Physical) trong mô hình mạng 7 tầng OSI. IEEE 802 chia lớp Data Link Layer thành 2 lớp nhỏ hơn là Logical Link Control (LLC) và Media Access Control. Phạm vi các tầng liên quan đến IEEE 802: Data link layer LLC Sublayer MAC Sublayer Physical layer Họ chuẩn IEEE 802 được duy trì bởi IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC). Những chuẩn thông dụng nhất của họ này là của các mạng Ethernet, Token Ring, Wireless LAN, Bridging và Virtual Bridged LAN. Một số chuẩn trong họ này là: 802.1: Higher layer LAN protocols 802.2: Logical link control 802.3: Ethernet 802.5: Token Ring 802.11: Wireless LAN (Wi-Fi certification) 802.16: WiMax 802.20 2.2. Chuẩn IEEE 802.11 Chuẩn 802.11 dùng cho mạng Wi-Fi, là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio, có nhiệm vụ định nghĩa các các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dưới của tầng liên kết dữ liệu. Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g. Chuẩn 802.11 dùng cho mạng Wi-Fi, là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio, có nhiệm vụ định nghĩa các các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dưới của tầng liên kết dữ liệu. Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g. Hình sau minh hoạ giữa mô hình tham chiếu OSI và chuẩn 802.11 Hình 2: IEEE 802.11 và mô hình OSI. * Các chuẩn của mạng Wi-Fi Chuẩn 802.11b (Chuẩn B) : Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường. Đây là chuẩn chậm nhất và rẻ tiền nhất, và nó trở thành ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác. Các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở tần số 2.4GHz và có thể truyền dữ liệu với tốc độ tối đa 11Mbps trong phạm vi từ 100 feet đến 150 feet ( từ 35 mét đến 45 mét ), và nó sử dụng mã CCK (complimentary code keying) Chuẩn 802.11g (Chuẩn G) : Các thiết bị này hoạt động ở cùng tần số như các thiết bị chuẩn B, tuy nhiên chúng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp 5 lần (đạt 54 MB/giây ) so với chuẩn B với cùng một phạm vi phủ sóng. . Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn. Các thiết bị chuẩn B và chuẩn G hoàn toàn tương thích với nhau, tuy nhiên cần lưu ý khi bạn trộn lẫn các thiết bị chuẩn B và chuẩn G với nhau thì các thiết bị sẽ hoạt động theo chuẩn nào có tốc độ thấp hơn.  Chuẩn 802.11a (Chuẩn A) : các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở tần số 5GHz và có thể truyền dữ liệu với tốc độ tối đa 54Mbps nhưng chỉ trong phạm vi khoảng 75 feet ( khoảng 25 mét). Nó cũng sử dụng mã OFDM. Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng. WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc. Bảng dưới đây là các chuẩn, tốc độ bit tối đa của chúng, dãy thiết lập tần số và ứng dụng của nó. Chuẩn Tốc độ bit tối đa Dải tần Ứng dụng 802.11 2 megabits trên một giây(Mbps)2Mbps Băng tần S cho công nghiệp, khoa học và y học dải tần (từ 2.4 đến 2.5 GHz) Không được sử dụng rộng rãi.  802.11b 11 Mbps Băng tần S cho công nghiệp, khoa học và y học Được sử dụng rộng rãi 802.11a 54 Mbps Băng tần C cho công nghiệp, khoa học và y học (5.725 to 5.875 GHz) Không được sử dụng rộng rãi do đắt và giới hạn về dải tần 802.11g 54 Mbps Băng tần S cho công nghiệp, khoa học và y học Phổ biến cao với các thiết bị 802.11g và tương ứng về sau với thiết bị 802.11b Lưu ý:Băng tần S sử dụng cùng một dải tấn như các lò vi sóng, điện thoại không dây, camera video không dây, các thiết bị Bluetooth. Băng tần C sử dụng cùng dải tần như các điện thoại không dây mới hơn và nhiều thiết bị khác. * Các chuẩn IEEE 802.11 khác: 802.11e : Phát triển cho 802.21 MAC để tăng chất lượng dịch vụ QoS, tăng khả năng và hiệu quả cho các ứng dụng triển khải qua mạng không dây 802.11 như voice, dữ liệu, và audio. 802.11h : Cải thiện lớp MAC và PHY 802.11 để tăng khả năng quản lý mạng, mở rộng điều khiển cho công suất truyền dẫn và phổ tín hiệu trong dải băng 5 GHz. Đồng thời phù hợp với chuẩn ở một số nước châu âu. 802.11i : Tăng cường phương thức xác nhận và độ an toàn chuẩn 802.11 Các chuẩn bảo mật của IEEE 802.11 Chuẩn bảo mật  Các phương pháp thẩm định Các phương pháp mã hóa Kích thước mã hóa (bit) Chú thích IEEE 802.11 Hệ thống mở và chia sẻ phím WEP 40 và 104 Với thẩm định và mã hóa yếu thì việc sử dụng có thể bị giảm. IEEE 802.1X  Các phương pháp thẩm định EAP N/A N/A Phương pháp EAP cung cấp cho sự thẩm định WPA-Enterprise 802.1X TKIP và AES(Tùy chọn) 128 Sự thẩm định tốt (với phương pháp EAP) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES WPA-Personal PSK TKIP và AES (Tùy chọn) 128 Sự thẩm định mạnh (với PSK) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES. WPA2-Enterprise 802.1X TKIP và AES 128 Sự thẩm định mạnh (với EAP) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES. WPA2-Personal PSK TKIP và AES 128 Sự thẩm định mạnh (với PSK) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES. 2.3. Chuẩn IEEE 802.16 Hai chế độ song công được áp dụng cho WiMax là song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) và song công phân chia theo tần số (Frequency Division Duplexing). FDD cần có 2 kênh, một đường lên, một đường xuống. Với TDD chỉ cần 1 kênh tần số, lưu lượng đường lên và đường xuống được phân chia theo các khe thời gian. Chuẩn 802.16 là tiêu chuẩn không dây Last mile (dặm cuối). Tiêu chuẩn này hoàn toàn dựa trên IP và đã được hội đồng 802.16 do IEEE (Viện các kỹ sư điện và điện tử Hoa kỳ) triển khai nghiên cứu từ đầu năm 2000 đến nay và đã được IEEE thông qua 2 chuẩn: - Chuẩn 802.16-2004 (rev d) cho mạng cố định được thông qua vào đầu tháng 7/2004. (phổ tần số thấp hơn 11GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng; kỹ thuật OFDM (orthogonal frequency division multiplex-Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao); tốc độ truyền cực đại: dưới 75 Mbit/s với độ rộng băng tần 20 MHz; 4-18 Mbit/s với độ rộng băng tần 5 MHz; Bán kính vùng phủ sóng của 1 cell là 2-10 km tuỳ thuộc vào tần số và mật độ người dùng). - Chuẩn 802.16e cho mạng di động được thông qua vào ngày 7/12/2005. (phổ tần số thấp hơn 6 GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng; kỹ thuật OFDMA-orthogonal frequency division multiplexing access; tốc độ truyền cực đại: dưới 75 Mbit/s với băng tần là 20 MHz; bán kính vùng phủ sóng của 1 cell là 1-3 km Indoor và 2-5 km Outdoor; tốc độ di chuyển của người dùng: dưới 100 km/h vẫn đảm bảo liên lạc tốt. Các băng tần đang được thế giới đề xuất triển khai WiMAX bao gồm: + 2300-2400 MHz: Hồng Kông, Hàn Quốc, Úc, Singapore + 2400-2483,5 MHz: Hồng Kông, Anh + 2500-2690 MHz: nhiều nước dự kiến cho IMT2000 + 3300-3400 MHz: Ấn Độ + 3400-3600 MHz: Hồng Kông, Trung Quốc, Châu Âu+ 5725-5850 MHz: Hồng Kông, Trung Quốc, Anh, Ailen Chuẩn chính thức cho WiMax di động Tổ chức kỹ sư điện tử quốc tế IEEE đã thông qua chuẩn băng thông rộng không dây di động 802.16e, cho phép trạm cơ sở kết nối tới những thiết bị đang di chuyển. Bộ thông số 802.16e là sự mở rộng của chuẩn kết nối cố định 802.16-2004. Tuy nhiên, hai phiên bản WiMax này không tương thích với nhau. IEEE đang nghiên cứu để cả hai có thể cùng hoạt động trong một trạm cơ sở hai chế độ, hỗ trợ một ăng-ten đơn có thể liên lạc với thiết bị tiếp sóng gắn tại các tòa nhà và trên tàu, ôtô... Ngay cuối năm 2005, 802.16-2004 và 802.16e sẽ được hợp nhất trong một tài liệu và trở thành 802.16e-2005. 802.16e là bản phác thảo chuẩn lần thứ 12 của nhóm nghiên cứu IEEE Task Group, bắt đầu hình thành từ 2002 và dự kiến hoàn tất trong 18 tháng, nhưng tính đến nay thời gian đã nhân đôi. Chuẩn chính thức này sẽ mở đường cho sự phát triển của các sản phẩm WiMax di động. Hiện nay, nhiều trạm cơ sở và hệ thống máy khách tương thích 802.16e đã xuất hiện trên thị trường. WiMax có tốc độ xử lý dữ liệu 20 Mb/giây và phạm vi phủ sóng lên tới 3 km. Công nghệ này vừa bổ sung, vừa thay thế cho mạng Wi-Fi. Giới quan sát dự đoán, WiMax sẽ phổ biến trong các thiết bị di động như PDA và điện thoại thông minh vào năm 2007. IEEE 802.16 khác công nghệ WiMAX ở điểm nào? Một trong những mục tiêu chính của Diễn đàn WiMAX là tạo ra một chuẩn tương thích từ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI. Điều này sẽ thực hiện được nhờ việc hình thành các mô tả hệ thống. Dựa trên những gì mà Diễn đàn WiMAX xem xét về các điều khoản của nhà cung cấp dịch vụ và các kế hoạch thiết bị của các nhà cung cấp, Diễn đàn WiMAX đã quyết định tập trung trước tiên vào các mô tả cho phương thức PHY OFDM 256 của chuẩn 802.16 năm 2004, được IEEE thông qua vào tháng 6/2004. Lớp vật lý (PHY) sẽ được kết hợp với một bộ điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) độc lập đảm bảo một nền tảng thống nhất cho tất cả những triển khai WiMAX. Tuân thủ theo chuẩn 802.16 không có nghĩa là thiết bị được Diễn đàn WiMAX chứng nhận hoặc có thể tương thích với các thiết bị của các nhà cung cấp khác. Tuy nhiên nếu một thiết bị tuân thủ thiết kế được Diễn đàn WiMAX chứng nhận thì vừa tuân thủ chuẩn 802.16 và tương thích với cả thiết bị của các nhà khai cấp khác. Các phiên bản 802.16 như 802.16a, 802.16-2004 và 802.16e khác nhau như thế nào? Chuẩn 802.16a của IEEE tập trung vào truy cập băng rộng cố định. Chuẩn mở rộng 802.16-2004 của IEEE cải tiến hơn nhờ hỗ trợ cho CPE trong nhà. Chuẩn 802.16e là một mở rộng của chuẩn 802.16-2004. Mục đích của chuẩn 802.16e là để bổ sung khả năng di động dữ liệu cho chuẩn hiện thời, mà ban đầu thiết kế chủ yếu dành cho cố định. CHƯƠNG III. CÁC ĐẶC TÍNH KĨ THUẬT 3.1. Wimax hoạt động như thế nào? 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 Card mạng cắm vào hoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn dùng Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác như một trạn trung chuyển bằng đường truyền thẳng (line of sight), và chính vì vậy WiMax có thể phủ sóng đến những vùng rất xa. 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 66GHz 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 trường hợp tia phản xạ, WiMax sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở 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. 3.2. Các đặc điểm chung của Wimax WiMax đã được tiêu chuẩn hoá 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 lên tới 50 km Tốc độ truyền có thể thay đổi và tối đa có thể lên tới 70 MB/s Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền che khuất NLOS (Non line of sight). Làm việc ở hai dải tần 2-11 Ghz và 10-66 Ghz Hướng truyền tin được chia thành 2 đường lên và xuống Cho phép sử dụng cả 2 công nghệ TDD và FDD Chuẩn 802.16e cho mạng di động được thông qua vào ngày 7/12/2005. (phổ tần số thấp hơn 6 GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng; kỹ thuật OFDMA-(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access); tốc độ truyền cực đại: dưới 75 Mbit/s với băng tần là 20 MHz; bán kính vùng phủ sóng của 1 cell là 1-3 km Indoor và 2-5 km Outdoor; tốc độ di chuyển của người dùng: dưới 100 km/h vẫn đảm bảo liên lạc tốt. Trong WiMax hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống. Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM để truyền. OFDM 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. WiMax sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink). 3.3 Cấu trúc phân lớp Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax được phân chia thành 4 lớp : Lớp con tiếp ứng (Convergence), lớp đa truy nhập (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 hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ở hình dưới đây. -Lớp con tiếp ứng (convergence): ) làm nhiệp vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên, -Lớp đa truy nhập (MAC ) :Chuẩn 802.16 của IEEE đưa ra cùng một lớp MAC cho tất cả lớp PHY (đơn sóng mang, 256 OFDM, 2048 OFDMA). Lớp MAC này là kết nối được định hướng và chuẩn bị cho kết nối TDM đường kết hợp với truy cập TDMA ở đường lên. Chuẩn này định nghĩa là hỗ trợ cho cả TDD(Time Division Duplexing) và FDD(Frequency Division Duplexing) và cho phép phương thức bán song công FDD (HD-FDD). TDD là một kỹ thuật mà ở đó hệ thống phát và nhận ở cùng kênh gán các khe thời gian cho phương thức phát và nhận. FDD yêu cầu hai phổ tần riêng rẽ. -Lớp truyền dẫn (transmission) -Lớp vật lý (physical): Lớp vật lý (PHY) được 802.16 định nghĩa có ba biến thể: Sóng mang đơn, OFDM 256 và OFDMA 2048. Lớp vật lý OFDM 256 được Diễn đàn WiMAX lựa chọn cho các mô tả đầu tiên dựa trên 802.16-2004 (trước đây là 802.16REVd). 3.4. Các băng tần cho Wimax. Các băng tần đang được thế giới đề xuất triển khai WiMAX bao gồm: + 2300-2400 MHz: Hồng Kông, Hàn Quốc, úc, Singapore + 2400-2483,5 MHz: Hồng Kông, Anh + 2500-2690 MHz: nhiều nước dự kiến cho IMT2000 + 3300-3400 MHz: ấn Độ +3400-3600MHz:HồngKông,TrungQuốc,châuÂu+ 5725-5850 MHz: Hồng Kông, Trung Quốc, Anh, Ailen Băng 3400 – 3600 MHz ( băng 3.5 GHz): Băng 3.5Ghz là băng tần đó được nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access – FWA) hoặc cho hệ thống truy cập không dây băng rộng (WBA). WiMax cũng được xem là một công nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMax. Vì vậy, WiMax Forum đó thống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMax..Các hệ thống WiMax ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16-2004 để cung cấp các ứng dụng cố định và nomadic, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế độ song công TDD hoặc FDD. Một số nước qui định băng tần này chỉ dành cho các hệ thống cung cấp các dịch vụ cố định, không có ứng dụng nomadic, nên để triển khai được WiMax cần phải sửa đổi lại qui định này.Đối với Việt Nam, do băng tần này được ưu tiên dành cho hệ thống vệ tinh Vinasat nên hiện tại không thể triển khai cho WiMax. Băng 3600-3800MHz Băng 3600-3800MHz được một số nước châu Âu xem xét để cấp cho WBA. Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ 3.7-3.8GHz) đang được nhiều hệ thống vệ tinh viễn thông sử dụng (đường xuống băng C), đặc biệt là ở khu vực châu Á, nên ít khả năng băng tần này sẽ được chấp nhận cho WiMax ở châu Á. Băng 3300-3400MHz (băng 3.3 GHz) Băng tần này đó được phân bổ ở Ấn Độ, Trung Quốc và Việt Nam đang xem xét phân bổ chính thức. Do Ấn Độ và Trung Quốc là hai thị trường lớn, nên dù chưa có nhiều nước cấp băng tần này cho WBA, nhưng thiết bị WiMAX cũng đã được sản xuất. Chuẩn WiMax áp dụng ở băng tần này tương tự như với băng 3.5GHz, đó là WiMax cố định, chế độ song công FDD hoặc TDD, độ rộng kênh 3.5MHz hoặc 7MHz. Do Ấn Độ chỉ cho phép sử dụng đoạn băng tần 3316-3400MHz, nên các thiết bị WiMax hiện tại cũng chỉ làm việc trong đoạn này với tối đa 2x9 kênh 3.5MHz. Vì vậy, nếu cú 4 nhà khai thác sử dụng băng tần này thì thường mỗi nhà khai thác chỉ được cấp sử dụng 2x2 kênh 3.5MHz. Trong khi đó, theo ý kiến của các chuyên gia Alvarion, một trong những hãng cung cấp thiết bị WiMax, thì để khai thác hiệu quả, mỗi nhà khai thác nên được cấp ít nhất 2x3 kênh 3.5MHz. Băng 2500-2690MHz (băng 2.5 GHz) (dành cho di động)Băng tần này là băng tần được WiMax Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMax di động theo chuẩn 802.16-2005. Có hai lý do cho sự lựa chọn này. Thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này thích hợp cho các ứng dụng di động. Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMax. WiMax ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song công TDD, FDD. Băng tần này trước đây được sử dụng phổ biến cho các hệ thống truyền hình MMDS trên thế giới, nhưng do MMDS không phát triển nên Hội nghị Thông tin Vô tuyến thế giới năm 2000 (WRC-2000) đã xác định có thể sử dụng băng tần này cho hệ thống di động thế hệ 3 (3G hay IMT-2000 theo cách đặt tên của ITU). Tuy nhiên, khi nào IMT-2000 được triển khai ở băng tần này cũng chưa có câu trả lời rõ ràng. Vì vậy, hiện đã có một số nước như Mỹ, Brazil, Mexico, Singapore, Canada, Liên hiệp Anh (UK), Australia cho phép sử dụng một phần băng tần tần này cho WBA. Trung Quốc và Ân Độ cũng đang xem xét. Ví dụ, Singapore đã chia băng 2.5GHz thành 15 khối 6 MHz cho WBA để đấu thầu, theo đó nhà khai thác được cung cấp các dịch vụ cố định, nomadic và di động, không yêu cầu phải sử dụng một công nghệ cụ thể nào. Các nhà khai thác trúng thầu có trách nhiệm tự phối hợp với nhau và với các nhà khai thác của các nước láng giềng để tránh can nhiễu. Tại Mỹ, Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) chia băng 2.5GHz thành 8 khối, mỗi nhà khai thác có thể được cấp 22.5MHz, gồm một khối phổ có độ rộng 16.5MHz kết hợp với khối 6MHz. Do ITU xác định băng tần này cho IMT-2000, nên WiMax Forum đang có kế hoạch tham gia vào các nhóm nghiên cứu của ITU để thúc đẩy việc đưa chuẩn 802.16 thành một nhánh của họ tiêu chuẩn IMT-2000. Với Việt Nam, Quy hoạch phổ vô tuyến điện quốc gia được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt cuối năm 2005 đã quy định băng tần 2500-2690 MHz sẽ được sử dụng cho các hệ thống thông tin di động thế hệ mới, không triển khai thêm các thiết bị khác trong băng tần này. Vì vậy, có thể hiểu công nghệ WiMax di động cũng là một đối tượng của quy định này, nhưng băng tần này sẽ được sử dụng cho loại hình công nghệ cụ thể nào vẫn còn để mở. Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz)(di động) Băng 2.3GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2.5GHz nên là băng tần được WiMax Forum xem xét cho WiMax di động. Hiện có một số nước phân bổ băng tần này cho WBA như Hàn Quốc (triển khai WiBro), Úc, Mỹ, Canada, Singapore. Singapore đã cho đấu thầu 10 khối 5MHz trong dải 2300-2350MHz để sử dụng cho WBA với các điều kiện tương tự như với băng 2.5GHz. Úc chia băng tần này thành các khối 7MHz, không qui định cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng dụng cố định. Mỹ chia thành 5 khối 10MHz, không qui định cụ thể về độ rộng kênh, cho phép triển khai cả TDD và FDD. Đối với Việt Nam, đây cũng là một băng tần có khả năng sẽ được sử dụng để triển khai WBA/WiMax. Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz) Băng tần này được WiMax Forum quan tâm vì đây là băng tần được nhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn so với các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốn thường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà. Theo WiMax Forum thì băng tần này thích hợp để triển khai WiMax cố định, độ rộng phân kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD, không có FDD. Băng dưới 1GHz Với các tần số càng thấp, sóng vô tuyến truyền lan càng xa, số trạm gốc cần sử dụng càng ít, tức mức đầu tư cho hệ thống thấp đi. Vì vậy, WiMax Forum cũng đang xem xét khả năng sử dụng các băng tần dưới 1GHz, đặc biệt là băng 700-800MHz. Hiện nay, một số nước đang thực hiện việc chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số, nên sẽ giải phúng được một phần phổ tần sử dụng cho WBA/WiMax. Ví dụ, Mỹ đó cấp đoạn băng tần 699-741MHz trước đây dùng cho kênh 52-59 UHF truyền hỡnh và xem xét cấp tiếp băng 747-801MHz (kênh 60-69 UHF truyền hình). Với Việt Nam, do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phương nên các kênh trong giải 470-806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc cho các hệ thống truyền hình tương tự. Hiện chưa có lộ trình cụ thể nào để chuyển đổi các hệ thống truyền hình tương tự này sang truyền hình số, nên chưa thấy có khả năng có băng tần để cấp cho WBA/WiMax ở đây. 3.5. Công nghệ OFDM cho việc truyền dẫn vô tuyến mạng OFDM là một công nghệ điều chế và mã hóa số, đã được sử dụng thành công trong các ứng dụng hữu tuyến như modem DSL và modem cáp. Các sản phẩm của các công ty thành viên Diễn đàn WiMAX đang sử dụng các hệ thống 802.16 dựa trên OFDM để vượt qua những thách thức của việc truyền sóng NLOS. Nhờ độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đã được IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền thông vô tuyến băng rộng trong chuẩn IEEE 802.16e. Chú ý rằng môi trường truyền thông vô tuyến là một mỗi trường khắc nghiệt nhất trong truyền dẫn thông tin. Nó gây suy hao tín hiệu về biên độ cũng như suy hao lựa chọn tần số, kèm theo các hiệu ứng pha đinh đa đường. Sự suy hao này đặc biệt tăng nhanh theo khoảng cách và ở tần số cao, ngoài ra còn tùy thuộc vào địa hình là thành thị, đồng bằng hay miền núi mà sự suy giảm cũng khác nhau. Hình 3 và Bảng 1 ở dưới đây là nghiên cứu trên các hệ thống ISM tần số 2,4GHz và UNII tần số 5,4GHz minh hoạ sự suy giảm theo khoảng cách và trên các loại địa hình với các điều kiện truyền dẫn khác nhau. Hình 3: Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách Mô tả Mức độ suy giảm Khu vực trung tâm thành phố nhiều nhà cao tầng 20dB thay đổi từ phố này tới phố khác Khu vực ngoại ô ít nhà cao tầng Tăng 10dB tín hiệu so với vùng trung tâm Khu nông thôn Tăng 20dB tín hiệu so với vùng ngoại ô Khu vực địa hình không đều và vùng nhiều cây cối Công suất tín hiệu thay đổi từ 3-12dB Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu là điều không thể tránh khỏi. ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên ._.