Đề tài Các ứng dụng cố định, lưu trú, xách tay và di động cho các mạng wimax chuẩn ieee 802.16-2004 và 802.16e

CÁC ỨNG DỤNG CỐ ĐỊNH, LƯU TRÚ, XÁCH TAY VÀ DI ĐỘNG CHO CÁC MẠNG WIMAX CHUẨN IEEE 802.16-2004 VÀ 802.16E TS.Thái Văn Lan, KS.Nguyễn Thanh Việt, ThS.Vũ Long Oanh 1. MỞ ĐẦU Diễn đàn WiMAX đã cam kết sẽ cung cấp các giải pháp tối ưu cho truy nhập vô tuyến băng rộng cố định, lưu trú (nomadic), xách tay và di động. Hai phiên bản của WiMAX nhằm vào nhu cầu cho các loại truy nhập này là: - WiMAX 802.16-2004. Chuẩn này dựa trên phiên bản 802.16-2004 của IEEE 802.16 và ETSI HiperMAN. Nó sử dụng Ghép kênh Phân chia theo tần số trực giao (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), hỗ trợ truy nhập cố định và di trú trong các môi trường Trực thị (LOS - Line of Sight ) và Không trực thị (NLOS – Non Line of Sight). Các hãng sản xuất đang triển khai Thiết bị khách hàng (CPE) trong nhà và ngoài trời và thẻ PCMCIA cho laptop. Các định dạng (profile) ban đầu của Diễn đàn WiMAX trong băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz. Các sản phẩm được chứng nhận đầu tiên đã xuất hiện vào cuối năm 2005. Hiện nay tính đến cuối tháng 6/2007 đã có 28 sản phẩm của 12 hãng đã được cấp chứng chỉ. - WiMAX 802.16e. Tối ưu hoá cho các kênh vô tuyến di động, phiên bản này dựa trên sự hiệu chỉnh 802.16e và hỗ trợ chuyển vị (handoff) và chuyển vùng (roaming). Nó sử dụng Truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có thể mở rộng thang độ (SOFDMA – Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang có sử dụng tạo kênh phụ (sub-channelization). Các nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai 802.16e cũng có thể sử dụng mạng này để cung cấp dịch vụ cố định. Diễn đàn WiMAX chưa công bố các băng tần cho các profile 802.16e, song 2,3 GHz và 2,5GHz rất có thể là sự lựa chọn đầu tiên. Việc cấp chứng chỉ dự kiến sẽ được bắt đầu vào giữa năm 2006, khi khai trương các phòng thí nghiệm chứng nhận Wimax di động, với các sản phẩm được cấp chứng chỉ đầu tiên dự kiến sẽ có mặt vào Quí I năm 2007. Tuy nhiên vào thời điểm hiện nay Wimax Forum chưa cấp chứng nhận cho bất kỳ thiết bị nào loại này. Hai xu hướng của WiMAX sẽ cùng tồn tại song song và hướng tới nhu cầu truy nhập vô tuyến băng rộng đang ngày càng phát triển trong các thị trường di động và cố định. Bên cạnh việc xem xét liệu các nhà khai thác muốn xây dựng một mạng di động hay cố định khi chọn một giải pháp WiMAX, họ cần phải đánh giá các yếu tố phụ trợ như các giai đoạn thị trường hướng tới, tính khả dụng của phổ tần, bất kỳ các cản trở của qui chế chính sách nào và mốc thời gian để triển khai. Các sản phẩm 802.16-2004 ít phức tạp hơn so với những sản phẩm dựa trên 802.16e, chúng có thể được sử dụng trong một dải rộng hơn của các băng tần không cấp phép và chúng được quảng cáo là thời gian tung ra thị trường nhanh hơn, ngoài ra, trong một số trường hợp, nó cung cấp một thông lượng lớn hơn so với các thiết bị dựa trên 802.16e. Tuy nhiên, một độ dự trữ tuyến tốt hơn, sự hỗ trợ khả năng di động, vùng bao phủ trong nhà được cải thiện, việc quản lý năng động các tài nguyên phổ và một phạm vi rộng hơn cho thiết bị đầu cuối…là một số trong những ưu điểm mà các sản phẩm 802.16e cung cấp. Phần đông các nhà khai thác sẽ chỉ triển khai một phiên bản WiMAX trong các mạng của họ. Có một số phương án chuyển đổi được chuẩn bị sẵn cho những nhà khai thác muốn tìm cách chuyển từ một mạng 802.16-2004 sang mạng 802.16e. Chúng bao gồm các mạng chồng lấn, các thiết bị người dùng hai chế độ, các trạm gốc có khả năng cập nhật phần mềm và các trạm gốc chế độ kép. 2. CÁC ỨNG DỤNG CỐ ĐỊNH, LƯU TRÚ, XÁCH TAY VÀ DI ĐỘNG CHO CÁC MẠNG WIMAX 802.16-2004 VÀ 802.16E WiMAX là một công nghệ vô tuyến băng rộng để hỗ trợ truy nhập cố định, lưu trú, xách tay và di động. Để đáp ứng các yêu cầu của các kiểu truy nhập khác nhau, người ta đã định nghĩa hai phiên bản WiMAX. Phiên bản thứ nhất dựa trên IEEE 802.16-2004 và được tối ưu hoá cho truy nhập cố định và lưu trú. Các sản phẩm được Diễn đàn WiMAX CHỨNG NHẬN đầu tiên sẽ được lấy phiên bản WiMAX này làm cơ sở. Phiên bản thứ hai được thiết kế để hỗ trợ khả năng xách tay và di động và sẽ được dựa trên phần bổ sung IEEE 802.16e cho tiêu chuẩn. Bảng 1 chỉ rõ WiMAX hỗ trợ như thế nào đối với các kiểu truy nhập khác nhau và các yêu cầu khác nhau của chúng. Bảng 1. Các Kiểu truy nhập tới một mạng WiMAX Định nghĩa Các thiết bị Vị trí/Tốc độ Chuyển vị 802.16- 2004 802.16e Truy nhập Cố định các CPE trong nhà/ ngoài trời Tốc độ đơn/đứng im Không Có Có Truy nhập lưu trú Các CPE trong nhà các thẻ PCMCIA Đa tốc độ/ đứng im Không Có Có Khả năng xách tay Các thẻ mini hoặc laptop PCMCIA Đa tốc độ/ tốc độ đi bộ Chuyển vị cứng Không Có Khả năng Di động Các thẻ mini hoặc laptop PCMCIA, các PDA hoặc các smartphone Đa tốc độ/ tốc độ xe chạy chậm Chuyển vị cứng Không Có Di động hoàn toàn Các thẻ mini hoặc laptop PCMCIA, các PDA hoặc các Smartphone Đa tốc độ/ tốc độ xe chạy nhanh Chuyển vị mềm Không Có Các sản phẩm được Diễn đàn WiMAX CHỨNG NHẬN đã có mặt trên thị trường vào cuối năm 2005 và sẽ cho phép khai trương các dịch vụ băng rộng vô tuyến đầu tiên dựa trên các tiêu chuẩn và trên IP, dành cho cả hai loại truy nhập cố định và lưu trú cho các ứng dụng Điểm - Điểm (PTP) và Điểm - Đa điểm (PMP). Việc hỗ trợ khả năng xách tay và di động sau đó sẽ được đưa vào một chương trình chứng nhận riêng. Diễn đàn WiMAX dự kiến rằng, những sản phẩm được chứng nhận đầu tiên hỗ trợ khả năng di động sẽ khả dụng vào quí I năm 2007, với các mạng đầu tiên được triển khai một năm sau đó. Tài liệu này đưa ra một nét tổng quan về hai phiên bản của WiMAX. Sự so sánh hai công nghệ này về mặt kỹ thuật và khả năng, thảo luận tiến trình và mốc thời gian tiêu chuẩn hoá và chứng nhận, và phân biệt các thị trường mục tiêu và các ứng dụng đối với WiMAX 802.16-2004 và 802.16e. 3. TIÊU CHUẨN IEEE 802.16 WiMAX dựa trên tiêu chuẩn IEEE 892.16 và ETSI HiperMAN. 802.16-2004 (trước đây gọi là Phiên bản D, hay 802.16d) là phiên bản mới nhất của IEEE 802.16, đã được thông qua vào tháng Bảy năm 2004. 802.16-2004 là một tiêu chuẩn phạm vi rộng, chứa đựng các phiên bản trước đây (802.16-2001, 802.16c trong năm 2002 và 802.16a trong năm 2003) và bao trùm cả hai ứng dụng LOS và NLOS trong dải tần số 2 - 66 GHz. Theo thông lệ với các tiêu chuẩn của IEEE, nó mô tả các Lớp Vật lý (PHY) và Lớp Điều khiển truy nhập đa phương tiện (MAC). Những thay đổi được đưa vào 802.16-2004 đều tập trung vào các ứng dụng cố định và lưu trú trong dải tần số 2 - 11 GHz. Hai kỹ thuật điều chế đa sóng mang được hỗ trợ trong 802.16-2004: OFDM với 256 sóng mang và OFDMA với 2048 sóng mang. Các hồ sơ chứng nhận đầu tiên của Diễn đàn WiMAX đều dựa trên OFDM, như được định nghĩa trong phiên bản này của tiêu chuẩn. Tháng 12 năm 2002, Nhóm Đặc trách được thành lập để hỗ trợ cho việc khai thác sự kết hợp giữa dịch vụ cố định và di động tại các tần số dưới 6 GHz. Công việc sửa đổi 802.16e đang được hoàn tất và việc thông qua nó được công bố vào cuối năm 2005. Phiên bản mới của tiêu chuẩn này mở ra sự hỗ trợ SOFDMA (một biến thể của OFDMA), nó tính đến số lượng các sóng mang có thể biến đổi, ngoài các phương thức OFDM và OFDMA đã được định nghĩa trước đây. Việc gán sóng mang trong các phương thức OFDMA được thiết kế để giảm thiểu tác động của can nhiễu tới thiết bị người dùng với các anten toàn hướng. Hơn nữa, IEEE 802.16e còn tăng cường hỗ trợ cho MIMO (Multiple Input Multiple Output) và các hệ thống anten thích nghi (AAS), cũng như chuyển vị (handoff) cứng và mềm. Nó cũng đã cải thiện được các khả năng tiết kiệm nguồn cho các thiết bị di động và các tính năng an toàn mạnh hơn. Cả hai sản phẩm dựa trên OFDM và trên OFDMA đều có thể tận dụng các dung lượng mới mở rộng. Cũng giống như với 802.16-2004, chuẩn 802.16e đã kết hợp các phiên bản trước đây của tiêu chuẩn này và bổ sung sự hỗ trợ truy nhập cố định và di động. Tuy nhiên, 802.16e thường được sử dụng để ám chỉ những thay đổi đưa vào nhằm hỗ trợ khả năng di động và đặc biệt là, hỗ trợ SOFDMA. Trong phần sau, chúng ta coi các định dạng của 802.16e WiMAX chủ yếu như là việc chấp nhận SOFDMA, còn các định dạng 802.16-2004 như là việc sử dụng OFDM với 256 sóng mang. Phiên bản mới của tiêu chuẩn 802.16 có tính tương thích ngược, cho nên các yêu cầu kỹ thuật mới của phương thức OFDM là tương thích với các phiên bản trước. Tuy nhiên, các phương thức OFDM và SOFDMA sẽ không tương thích nếu chúng dựa trên hai kỹ thuật điều chế khác nhau. Kết quả là, loại CPE của OFDM chế độ đơn mode (single mode) sẽ không làm việc được trong một mạng SOFDMA và ngược lại, một CPE của SOFDMA sẽ không làm việc trong một mạng OFDM. 4. CÁC ĐỊNH DẠNG CỦA DIỄN ĐÀN WIMAX WiMAX là một tập hợp các định dạng dựa trên IEEE 802.16 do Diễn đàn WiMAX và các thành viên của nó phát triển. Trong khi 802.16 hỗ trợ một dải rộng các tần số (lên tới 66 GHz), các kích thước kênh (1,25 MHz đến 20 MHz) và các ứng dụng LOS, NLOS, PTP, PMP, thì các định dạng của WiMAX thu hẹp phạm vi của 802.16 về tâm điểm của những cấu hình chuyên biệt. Việc lựa chọn các định dạng được thúc đẩy bởi nhu cầu thị trường, độ khả dụng của phổ tần, những ràng buộc về chính sách, các dịch vụ cần cung cấp và đầu tư của công ty. Thí dụ như, tính khả dụng phổ tần cho các dịch vụ vô tuyến băng rộng ở một số nước là động lực thúc đẩy việc tạo ra các định dạng ban đầu trong băng tần 3,5 GHz. Tính khả dụng của các phổ miễn phép và nhu cầu về các dịch vụ cố định đã quyết định việc tạo ra một định dạng trong băng tần 5,8 GHz. Nhu cầu về các dịch vụ di động và tính khả dụng phổ làm cho các băng tần 2,3 GHz và 2,5 GHz chắc chắn trở thành mục tiêu cho các định dạng của 802.16e. Các định dạng của Diễn đàn WiMAX được xác định bởi các tham số sau đây: - Dải phổ - Song công. Hai tuỳ chọn sẵn có: Song công phân chia theo thời gian (TDD) cho các nhà khai thác có phổ không cặp đôi hoặc phổ miễn phép, và Song công Chia theo Tần số (FDD). FDD đòi hỏi hai kênh, một cho lưu lượng tuyến lên và kênh kia cho lưu lượng tuyến xuống. Trong một mạng TDD, lưu lượng chỉ chiếm một kênh duy nhất với lưu lượng tuyến lên và tuyến xuống được gán các khe thời gian khác nhau. - Độ rộng (Băng thông) kênh. Băng thông của kênh phụ thuộc rất cao vào phổ do các nhà chính sách phân bổ. Những định dạng ban đầu được hạn chế cho 3,5 MHz và 7 MHz trong phổ tần được cấp phép khi chúng là các kênh có phổ thông dụng được phân bổ trong băng tần 3,5 GHz. Khi các nhà khai thác có khả năng sử dụng các kênh rộng hơn, thì các thành viên của Diễn đàn WiMAX sẽ bổ sung các định dạng chứng nhận với các băng thông của kênh rộng hơn. - Tiêu chuẩn IEEE. Các định dạng của 802.16-2004 sử dụng OFDM với 256 sóng mang. Các định dạng của 802.16e hầu như chắc chắn dựa trên SOFDMA. Chỉ tiêu chuẩn này mới hỗ trợ tính di động. Bảng 2.Ccác định dạng chứng nhận của Diễn đàn WiMAX Tần số (MHz) Song công Các kênh (MHz) Tiêu chuẩn IEEE 3400-3600 3400-3600 3400-3600 3400-3600 5725-5850 TDD FDD TDD FDD TDD 3.5 3.5 7 7 10 802.16-2004 802.16-2004 802.16-2004 802.16-2004 802.16-2004 Tất cả các định dạng chứng nhận dựa trên 802.16-2004 đều theo một định dạng hệ thống chung. Định dạng này bao gồm các yêu cầu kỹ thuật của WiMAX, duy trì bất kỳ tham số nào dù là tần số, kích thước kênh hay phương pháp tạo song công. Một định dạng hệ thống mới vừa được phát triển gần đây cho các định dạng chứng nhận 802.16e. Nếu có đủ mối quan tâm từ cộng đồng các nhà sản xuất, một định dạng hệ thống thứ ba có thể được giới thiệu cho các sản phẩm 802.16-2004 để hỗ trợ khả năng xách tay và di động giới hạn. Các định dạng ban đầu được Diễn đàn WiMAX xác định (Bảng 2) hỗ trợ truy nhập cố định và lưu trú trong các băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz. 5. SO SÁNH GIỮA CÁC ĐỊNH DẠNG 802.16-2004 VÀ 802.16E Có một vài tính năng tuỳ chọn được hỗ trợ trong cả hai định dạng 802.16-2004 và 802.16e hầu như chắc chắn sẽ được cài đặt trong các sản phẩm 802.16e, chỉ đơn giản là vì các dịch vụ di động đang hưởng lợi nhiều hơn từ các tích năng gia tăng. Trong số đó, việc tăng cường hỗ trợ MIMO và AAS sẽ đem lại lượng tăng đáng kể độ lưu thoát và các khả năng NLOS. 5.1. OFDM VÀ SOFDMA Một khác biệt chủ yếu giữa các định dạng 802.16-2004 và 802.16e là kỹ thuật ghép kênh: chuẩn thứ nhất sử dụng OFDM và chuẩn thứ hai sẽ chắc chắn dùng OFDMA. Các định dạng dựa trên WiMAX dựa trên 802.16-2004 rất phù hợp với các ứng dụng cố định, trong đó sử dụng các anten hướng tính, bởi vì về bản chất OFDM ít phức tạp hơn so với SOFDMA. Kết quả là, các mạng 802.16-2004 có thể được triển khai nhanh hơn tại với chi phí thấp hơn. Ngoài ra, các sản phẩm 802.16-2004 được Diễn đàn WiMAX CHỨNG NHẬN sẽ có mặt sớm hơn và sẽ được các nhà cung cấp dịch vụ có kế hoạch triển khai một mạng trong tương lai gần. OFDMA tạo cho các định dạng 802.16e linh hoạt hơn khi việc quản lý các dịch vụ người dùng khác nhau với rất nhiều các kiểu anten và các yếu tố hình dạng khác nhau. Nó đem lại sự giảm bớt can nhiễu cho các thiết bị khách hàng có các anten toàn hướng và khả năng truyền NLOS được cải thiện - những yếu tố rất cần thiết khi hỗ trợ các thuê bao di động. Việc tạo kênh phụ sẽ xác định các kênh con để có thể gán cho các thuê bao khác nhau tuỳ thuộc vào các trạng thái kênh và các yêu cầu dữ liệu của chúng (Hình 1). Điều này tạo điều kiện để nhà khai thác linh hoạt hơn trong việc quản lý băng thông và công suất phát, và dẫn đến việc sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn. Hình 1. OFDM và OFDMA Trong OFDM, tất cả các sóng mang được phát đi một cách song song với cùng một biên độ. OFDMA chia không gian sóng mang thành NG nhóm, mỗi nhóm có NE sóng mang và thành NE kênh con, mỗi kênh với một sóng mang cho mỗi nhóm. Trong OFDMA với 2048 sóng mang chẳng hạn, điều này biến đổi thành NE = 32 và NG = 48 trong tuyến xuống và NE = 32 và NG = 53 trong tuyến lên với các sóng mang còn lại được dùng cho các băng bảo vệ và báo hiệu. Mã hoá, điều chế và biên độ được thiết lập một cách riêng biệt cho mỗi sóng mang con dựa trên các trạng thái kênh để tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên mạng. Thí dụ như, trong cùng một khe thời gian có thể gán một công suất phát cao hơn cho một người dùng có các điều kiện kênh ít thuận lợi hơn, trong khi hạ thấp công suất cho các người dùng ở các vị trí tốt hơn. Sự phủ sóng trong các cao ốc được cải thiện có thể đạt được nhờ việc gán công suất cao hơn cho các kênh con dành cho các thiết bị khách hàng trong nhà. Việc tạo kênh con trong tuyến lên đem lại sự cải thiện hiệu năng khi công suất phát từ một thiết bị người dùng bị hạn chế nghiêm trọng. Trong OFDM, các thiết bị người dùng phát đi bằng cách sử dụng toàn bộ một kênh cùng một lúc (Hình 3). OFDMA hỗ trợ đa truy nhập, cho phép các thiết bị người dùng chỉ phát đi qua các kênh con được gán cho chúng. Trong OFDMA với 2048 sóng mang và 32 kênh con, nếu chỉ một kênh con được gán cho một thiết bị thì toàn bộ công suất phát sẽ được tập trung trong 1/32 phổ khả dụng và có thể đem lại một độ lợi 15 dB so với OFDM. Đa truy nhập là đặc biệt có lợi khi sử dụng các kênh rộng. Hình 2. Tuyến lên trong OFDM và OFDMA Trong OFDM, các thiết bị người dùng được gán các khe thời gian để phát, nhưng chỉ một thiết bị người dùng có thể phát trong một khe thời gian duy nhất. Trong OFDMA việc tạo kênh con cho phép một số thiết bị được phát trong cùng một thời gian qua các kênh con được gán cho chúng. SOFDMA còn đem lại thêm một lợi thế so với OFDMA. Nó quy đổi kích thước của biến đổi Furie Nhanh (FFT) xuống tới băng thông kênh, nhằm duy trì dãn cách sóng mang là hằng số trên khắp các băng thông kênh khác nhau. Dãn cách sóng mang không đổi dẫn đến hiệu suất phổ cao hơn trong các kênh rộng và dẫn đến giảm chi phí trong các kênh hẹp. 5.2. Chuyển vị và chuyển vùng Việc hỗ trợ chuyển vị là một bổ sung quan trọng trong sửa đổi 802.16e dùng cho truy nhập di động. Khả năng duy trì kết nối khi di chuyển qua các biên giới tế bào là một điều kiện tiên quyết đối với tính di động và sẽ được đưa vào định dạng hệ thống 802.16e như một yêu cầu bắt buộc. Trong khi tiêu chuẩn 802.16-2004 cung cấp khả năng chuyển vị tuỳ chọn, thì khả năng hỗ trợ chuyển vị không cần yêu cầu trong định dạng hệ thống của 802.16-2004. 802.16e WiMAX sẽ hỗ trợ các kiểu chuyển vị, chuyển vùng khác nhau, từ phần cứng đến phần mềm và các nhà khai thác phải có nhiệm vụ lựa chọn giữa chúng. Các chuyển vị cứng sử dụng một giải pháp ngắt-trước khi-tiến hành (break-before-make) - thiết bị người dùng được kết nối chỉ với trạm gốc tại bất kỳ thời điểm nào - ít phức tạp hơn so với chuyển vị mềm nhưng có độ chờ (latency) lớn. Các chuyển vị mềm cho phép thiết bị người dùng vẫn duy trì kết nối tới một trạm gốc cho tới khi nó liên kết được với một trạm gốc mới (giải pháp tiến hành -trước khi- ngắt – make-before-break), cho nên giảm được độ chờ. Trong khi những ứng dụng như VoIP di động và gaming được lợi rất nhiều từ các chuyển vị mềm có độ chờ thấp, thì các chuyển vị cứng thường đủ để chấp nhận được đối với các dịch vụ số liệu. QoS và các SLA (Service Level Agreements) được duy trì trong thời gian chuyển vị. Các khả năng chuyển vùng (roaming) giữa các nhà cung cấp dịch vụ có thể được cài đặt trong cả hai chuẩn 802.16-2004 và 802.16e WiMAX, song chúng chỉ có giá trị đặc biệt cho truy nhập xách tay và di động. Diễn đàn WiMAX không dự kiến đưa các yêu cầu roaming vào định dạng hệ thống của 802.16e khi roaming là một khả năng cấp cao hơn, vượt ra ngoài phạm vi của chương trình chứng nhận vốn chỉ tập trung vào các lớp PHY và MAC. Nhóm công tác về các nhà cung cấp dịch vụ và Nhóm công tác mạng trong Diễn đàn WiMAX đang làm việc theo hướng nhận biết các yêu cầu chức năng cho roaming và xác lập nền tảng của roaming. 6. LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI 802.16-2004 VÀ 802.16E WIMAX Các sản phẩm đầu tiên được Diễn đàn WiMAX chứng nhận được dự kiến và đã có mặt trên thị trường ngay sau khi đợt chứng nhận đầu tiên được hoàn tất vào cuối năm 2005. Từ đó trở đi người ta dự kiến sẽ được thấy chức năng tính tăng lên dần dần, việc lựa chọn các yếu tố hình thức cho các thiết bị người dùng sẽ rộng hơn và giá cả sẽ giảm một cách ổn định khi khối lượng sản phẩm tăng lên. Trong khi tính khả dụng thương mại của các sản phẩm không thể được dự báo với một độ chắc chắn tuyệt đối thì một lịch trình cho các sản phẩm 802.16-2004 và 802.16e có thể được vạch ra từ các phản hồi thu được từ các nhà sản xuất thành viên (Hình 4). Các sản phẩm 802.16-2004 được Diễn đàn WiMAX chứng nhận sẽ có mặt trên thị trường vào khoảng một năm trước khi các sản phẩm 802.16e được chứng nhận. Những thiết bi CPE ngoài trời mà đòi hỏi các anten ngoài trời được lắp đặt một cách chuyên dụng sẽ có mặt đầu tiên, ngay sau đó là các thiết bị CPE trong nhà tự lắp đặt. Các thẻ PCMCIA hỗ trợ truy nhập nomadic đầu tiên có thể được giới thiệu ra thị trường sớm nhất vào nửa cuối năm 2006. 802.16-2004 WiMAX 802.16e WiMAX Sản phẩm đầu tiên được cấp chứng nhận 2006 Outdoor CPE Indoor CPE tự cài đặt CPE dạng thẻ PCMCIA cho laptop 2007 CPE dạng PCMCIA cho laptop, CPE tự cài đặt trong nhà 2008 CPE dạng thẻ PCMCIA mini PDA, Smartphone 2009 Hình 4. Dự báo khả năng thương mại của các thiết bị WiMAX Diễn đàn WiMAX dự kiến rằng, các thiết bị người dùng 802.16e ban đầu được chứng nhận sẽ bao gồm cả hai loại thẻ PCMCIA cho các laptop và cho các máy tự lắp đặt trong nhà và chúng sẽ hỗ trợ bất kỳ loại truy nhập nào, từ cố định đến di động. Tới cuối năm nay, các thẻ PCMCIA mini có thể bắt đầu xuất hiện cho các laptop với tính năng WiMAX gắn sẵn. Các máy Trợ giúp Số Cá nhân (PDA) và các Smartphone sẽ được đưa ra thị trường vào giai đoạn sau đó. Chức năng tính của 802.16e sẽ tăng lên theo thời gian cùng với việc mở rộng việc lựa chọn các yếu tố hình dạng cho các thiết bị người dùng. Diễn đàn WiMAX dự kiến rằng, các sản phẩm ban đầu sẽ chỉ hỗ trợ tính di động đơn giản, trong đó có sử dụng handoff cứng và không hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực. Khi nhu cầu về các hình thức di động tiên tiến hơn được kích thích thêm bởi việc đưa vào sử dụng các PDA và các smartphone, các sản phẩm được chứng nhận sẽ bao gồm sự hỗ trợ handoff mềm, VoIP di động và các ứng dụng thời gian thực. 7. 802.15-2004 WIMAX HAY 802.16E WIMAX? Các triển khai cố định và di động có những yêu cầu rất khác nhau và hướng tới những khu vực thị trường khác nhau về cơ bản với các mô hình sử dụng và vị trí khác nhau, các nhu cầu độ lưu thoát khác nhau, các yếu tố hình dạng thiết bị người dùng khác nhau và các SLA khác nhau. Hai đặc tính của WiMAX đã được xác định để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của hai khu vực thị trường này và những đòi hỏi thay đổi của những ứng dụng khác nhau. Trong việc triển khai cố định với chức năng cơ bản, 802.16-2004 và 802.16e cung cấp một hiệu năng như nhau. Độ lưu thoát cực đại của một sector đơn lẻ cho cả hai phiên bản WiMAX là khoảng 15 Mbit/s cho một kênh 5 MHz hoặc 35 Mbít/s cho một kênh 10 MHz. Cự li của trạm gốc tại những vùng mật độ dân cư đông đúc có thể lên tới vài km , tuỳ thuộc vào các thuộc tính như kiểu CPE, băng tần, tính di động, hình thái học, v.v…Trong những mạng bị hạn chế về dung lượng, số lượng các trạm gốc cần lắp đặt phụ thuộc vào yêu cầu độ lưu thoát chứ không phải vào cự li. Tuy nhiên, hiệu năng của hai phiên bản WiMAX có thể thay đổi đáng kể đối với các ứng dụng cụ thể, bởi vì 802.16-2004 được tối ưu hoá cho truy nhập cố định còn 802.16e cho truy nhập di động, mặc dù nó cũng có thể được sử dụng cho truy nhập cố định. Các mạng cố định có thể có lợi từ rất nhiều ưu điểm do các sản phẩm 802.16e được Diễn đàn WiMAX chứng nhận cung cấp: - Điều chế ít phức tạp hơn. OFDM là một kỹ thuật điều chế đơn giản hơn, phù hợp tốt hon để triển khai ở những nơi không có yêu cầu hỗ trợ cho di động. - Các băng tần miễn phép. Các dịch vu di động đòi hỏi phổ tần được cấp phép để cung cấp phủ sóng trong các vùng rộng lớn. Tuy nhiên, các triển khai cố định đã thường sử dụng thành công các băng tần miễn phép trong những vùng nơi các mức can nhiễu có thể chấp nhận được. Vì lí do này, hầu hết các băng tần miễn phép là mục tiêu hướng tới của các profile 802.16-2004. - Độ lưu thoát cao hơn. Các băng tần có phổ cao hơn được lựa chọn cho các profile của 802.16-2004 dẫn đến độ lưu thoát cao hơn. Đây là một ưu điểm rõ ràng, đặc biệt khi nhằm vào người sử dụng doanh nghiệp với các mức lưu lượng cao hơn và với các CPE có các an ten ngoài trời. - Thời gian tiếp thị tốt hơn. Tính khả dụng thương mại sớm hơn của các sản phẩm 802.16- 2004 cho phép các nhà khai thác đáp ứng nhu cầu dồn nén quá lâu về kết nối băng rộng ở những vùng chưa được phục vụ tốt, và bắt đầu chiếm lĩnh thị phần trước các đối thủ cạnh tranh. Mặt khác, một số nhà khai thác có thể quyết định chờ đợi các profile 802.16e vì một vài nguyên nhân: - Hỗ trợ khả năng di động. Các sản phẩm 802.16e được tối ưu hoá cho khả năng di động và sẽ hỗ trợ handoff tại các tốc độ tới 120 km/giờ. Việc hỗ trợ các chế độ chờ (sleep) và tiết kiệm nguồn sẽ kéo dài được tuổi thọ của acqui cho các thiết bị người dùng di động. - Bao phủ trong nhà tốt hơn. Việc phủ sóng trong nhà tốt hơn đạt được nhờ việc chia nhỏ kênh (sub-channelization) và tuỳ chọn AAS sẽ đem lại lợi ích cho cả các ứng dụng cố định và di động, bởi vì người dùng thường là các khách hàng ở trong nhà và không trong phạm vi trực thị. Tuy nhiên, trong khi các an ten ngoài trời có thể bù đắp cho vùng phủ sóng trong nhà bị hạn chế ở các triển khai cố định, thì rõ ràng đây không phải là cách lựa chọn cho các khách hàng di động dùng laptop hoặc PDA. - Độ linh hoạt lớn hơn trong việc quản lý các tài nguyên phổ tần. Việc chia nhỏ kênh cũng đem lại khả năng sử dụng trí thông minh của mạng để gán các tài nguyên cho các thiết bị khách hàng khi cần thiết. Về mặt hiệu quả, điều này dẫn đến việc sử dụng phổ hiệu quả hơn, đem lại độ lưu thoát cao hơn và phủ sóng trong nhà tốt hơn, và trong một số trường hợp, dẫn đến các chi phí triển khai thấp hơn. Điều này đặc biệt có giá trị đối với các nhà khai thác có phổ tần bị hạn chế. - Phạm vi các yếu tố thức đa dạng hơn cho các thiết bị người dùng. Trong khi các CPE ngoàI trời và trong nhà, các thẻ PCMCIA laptop được dự kiến sẽ thống trị thị trường 802.16- 2004, thì các thẻ PCMCIA laptop, các the mini, các modem trong nhà, các PDA và các phones sẽ được sử dụng làm các thiết bị khách hàng 802.16e. Tính đa dạng này cho phép các nhà khai thác mở rộng các thiết bị của họ sang các phần thị trường mới và tạo ra nhiều mức độ tự do hơn cho các thuê bao của họ. Cho dù việc đưa các sản phẩm 802.16e vào hoạt động muộn hơn, song rất có thể là giá thành các CPE của chúng sẽ hạ xuống nhanh chóng, thấp hơn cả giá cả của các CPE 802.16-2004, khi các sản phẩm 802.16e được nhằm vào một thị trường lớn hơn. Với các chi phí CPE thường là biến số quan trọng nhất trong kế hoạch kinh doanh của bất kỳ nhà khai thác nào, tính khả dụng của các CPE rẻ tiền sẽ là một trong những yếu tố chủ đạo trong việc quyết định phiên bản nào của WiMAX được chấp nhận. Việc lựa chọn giữa các sản phẩm 802.16-2004 và 802.16e phụ thuộc rất nhiều vào loại hình dịch vụ được cung cấp và vào mô hình kinh doanh của nhà khai thác. Trong một số trường hợp việc lựa chọn sẽ là hiển nhiên. Một nhà khai thác di động đang xây dựng một mạng chồng lấn để bổ sung một mạng 3G sẽ tiến thẳng tới 802.16e. Một nhà Cung cấp Dịch vụ Internet Vô tuyến (WISP) đang cung cấp truy nhập vô tuyến cho một cộng đồng nông thôn thường sẽ chọn các sản phẩm 802.16-204 WiMAX dựa trên OFDM ít phức tạp hơn. Ngoài ra, các nhà khai thác cần tính đến một vài yếu tố khác có thể có ảnh hưởng đến việc lựa chọn giữa các sản phẩm 802.16-2004 và 802.16e: - Thị trường mục tiêu. Nếu nhà khai thác đặt mục tiêu vào các khách hàng doanh nghiệp và các khách hàng cư dân trong một môi trường chủ yếu là LOS thì các CPE với an ten ngoài trời, vốn có hiệu năng LOS và độ lưu thoát tốt hơn, có thể là thích hợp hơn. ĐIều này dẫn dắt nhà khai thác hướng tới việc triển khai 802.16-2004. Nếu thay vì như thế, nhà khai thác lại hướng tới một thị trường chủ yếu là di động, thì các CPE của 802.16e có giá thành thấp có thể được yêu cầu cho một kế hoạch kinh doanh sống còn. - Phổ tần. Trong khi Diễn đàn WiMAX sẽ tiếp tục bổ sung các profile mới để đáp ứng nhu cầu thị trường thì rất có thể là sẽ chỉ có các profile hoặc của 802.16-2004 hoặc của 802.16e trong một số các băng tần. Trong hầu hết các trường hợp, nhà khai thác có rất ít lựa chọn đối với các dảI phổ đang được phép, và việc lựa chọn phiên bản WiMAX có thể tuỳ thuộc vào tính sẵn có của sản phẩm. Rất có thể là các profile của 802.16e sẽ được bổ sung trong các băng vốn được để dự trữ cho các ứng dụng cố định và nomadic, bởi vì 802.16e ít bị can nhiễu đa đường hơn. - Chính sách. Nhiều nhà soạn thảo chính sách bắt buộc các loại hình dịch vụ cụ thể ở trong một dải phổ. Thí dụ như, một số nhà chính sách ở Châu Âu giới hạn phổ 3,5 GHz cho các dịch vụ cố định và nomadic, việc này có thể ngăn cản việc chấp nhận 802,16e khi nó hỗ trợ các dịch vụ di động, mặc dù các cấp phép phổ thường không bắt buộc phảI sử dụng một công nghệ cụ thể nào đó. - Lộ trình. Việc các sản phẩm 802.16-2004 khả dụng sớm hơn trong băng tần 3,5 GHz sẽ là một yếu tố quan trọng đối với những nhà cung cấp dịch vụ nào muốn triển khai nhanh chóng một mạng WiMAX. 8. CÁC KỊCH BẢN TIẾN TỚI 802.16E Diễn đàn WiMAX cam kết hỗ trợ các con đường từ lưu trú sang các mạng có hỗ trợ các dịch vụ xách tay và di động. Các nhà khai thác nào muốn chuyển một cách uyển chuyển và bằng một cách rẻ tiền từ một mạng 802.16-2004 sang một mạng 802.16e sẽ có một số phương án lựa chọn được chuẩn bị sẵn cho họ: - Mạng chồng lấn. Tại những vùng mà một nhà khai thác muốn bổ sung truy nhập xách tay và di động, một mạng 802.16e chồng lấn hoạt động song song với mạng 802.16-2004 có thể được triển khai nếu đã sẵn có đủ các tài nguyên phổ. ĐIều này cho phép nhà khai thác cung cấp cả hai loại truy nhập cố định và di động trong cùng một khu vực, nhưng đòi hỏi các thuê bao phải có hai CPE nếu họ muốn truy nhập cả hai mạng. - Các CPE hai chế độ. Các nhà khai thác muốn chuyển sang 802.16e có thể triển khai các CPE hai chế độ, trong đó chúng hỗ trợ cả 802.16-2004 và 802.16e. Lúc đầu, nhà khai thác sẽ triển khai các trạm gốc và các CPE 802.16-2004, nhưng một khi các sản phẩm 802.16e bắt đầu khả dụng, thì họ sẽ bắt đầu tung ra các CPE hai chế độ. Khi tất cả các thuê bao đều có các CPE hai chế độ, thì các nhà khai thác sẽ đổi từ các trạm gốc của 802.16-2004 sang 802.16e và các CPE sẽ được tự động chuyển mạch sang chế độ 802.16e. - Các trạm gốc có thể nâng cấp phần mềm. Giải pháp này có thể được sử dụng cùng với CPE hai chế độ. Trong trường hợp này, thay vì thay thế trạm gốc, nhà khai thác có thể thực hiện một cuộc nâng cấp phần mềm sang chế độ 802.16e. - Các trạm gốc hai chế độ. Nếu các CPE chỉ hỗ trợ một chế độ còn nhà khai thác có kế hoạch chuyển dần sang 802.16e, thì có thể lắp đặt các trạm gốc hai chế độ. Khi một mạng chồng lấn tỏ ra không có hiệu quả kinh tế, hoặc nhà khai thác không có đủ phổ cần thiết, các trạm gốc hai chế độ cung cấp một phương pháp để hỗ trợ cả hai chế độ và cuối cùng chuyển hoàn toàn sang 802.16e khi tất cả các CPE đã được nâng cấp. Một số nhà sản xuất có kế hoạch cung cấp các trạm gốc hai chế độ để phân chia kênh sẵn có giữa hai chế độ, trong khi các nhà sản xuất khác có kế hoạch hỗ trợ cả hai chế độ trong cùng một kênh bằng cách xen kẽ các khung 802.16-2004 và 802.16e. Trong khi một con đường quá độ đang rất có giá trị cho những người có kế hoạch chuyển sang 802.16e thì Diễn đàn WiMAX dự kiến rằng, hầu hết các nhà khai thác sẽ quyết định giữ nguyên mạng 802.16-2004 của họ. Những nhà khai thác mà đối với họ khả năng di động là một yêu cầu có lẽ sẽ triển khai 802.16e ngay từ lúc bắt đầu. Các nhà khai thác có trọng tâm đặt vào các dịch vụ cố định sẽ không có khả năng thu lợi nhiều từ việc chuyển sang 802.16e, trừ phi họ có kế hoạch mở rộng đầu tư dịch vụ của họ bằng việc đưa vào khẳ năng xách tay và di động. 9. KẾT LUẬN Nhu cầu truy nhập băng rộng vô tuyến đang ngày càng tăng lên nhanh chóng và bao trùm một phạm vi các ứng dụng rộng chưa từng có, gồm truy nhập số liệu cố định, lưu trú, xách tay và di động, cũng như các dịch vụ thoại cố định và di động và tạo luồng nội dung. Diễn đàn WiMAX được cam kết đáp ứng các yêu cầu của tất cả các ứng dụng này. Hai profile (định dạng) hệ thống, một dựa trên bản 802.16-2004 của tiêu chuẩn IEEE 802.16, một dựa trên bản sửa đổi bổ sung 802.16e, xác định nên hai phiên bản của WiMAX. Phiên bản thứ nhất nhằm vào các yêu cầu của thị trường cố định và lưu trú (nomadic) và sẽ là dịch vụ đầu tiên khả dụng về mặt thương mại. Phiên bản 802.16e đã được thiết kế với truy nhập xách tay (portable) và di động là chính, nhưng nó cũng sẽ hỗ trợ cả truy nhập cố định và nomadic. Diễn đàn WiMAX dự kiến rằng, mỗi phiên bản của WiMAX sẽ đóng vai trò của nó trong thị trường khi mỗi phiên bản nhằm vào một nhu cầu từ các cung đoạn thị trường khác nhau. Các nhà khai thác cần phải đánh giá những khác biệt trong hiệu năng và chức năng mà 802.16-2004 và 802.16e của WiMAX biểu thị trong các phương án triển khai khác nhau và trong các thị trường mục tiêu khác nhau. Trong nhiều trường hợp, tính khả dụng phổ, các yêu cầu thể chế chính sách, và lịch trình cho triển khai cũng sẽ là những yếu tố then chốt cần xem xét. Việc có một lựa chọn đúng giữa hai phương án sẽ bảo đảm để các nhà khai thác tìm được một giải pháp đúng cho họ. Tài liệu tham khảo [1]. Fixed, Nomadic, Portable and Mobile Applications for 802.16-2004 and 802.16e WIMAX networks. Wimax Forum [2]. IEEE 802.16-2004. IEEE October 2004, IEEE 802.16e-2005. IEEE 28February 2006 [3]. Wimax Introduction. Magaret LaBrecque April 10th, 2003 [4]. Can WIMAX address your Application? Wimax Forum. Phụ lục. Định nghĩa truy nhập cố định, lưu trú, xách tay và di động của Diễn đàn WiMAX Truy nhập Cố định (Fixed Access). Thiết bị người dùng được giả thiết là được cố định trong một vị trí địa lí duy nhất trong suốt quá trình đăng ký thuê bao mạng. Thiết bị người dùng có thể có thể kết nối và ngắt kết nối từ mạng. Nó có thể có khả năng lựa chọn trạm gốc “tốt nhất” tại thời điểm nhập mạng. Thiết bị người dùng thường sẽ được liên kết với cùng một sector hoặc tế bào của trạm gốc, và bất kỳ việc tái kết hợp nào với sector hoặc tế bào khác sẽ do mạng điều khiển, chẳng hạn, trong chế độ hang hóc hoặc phân tập vĩ mô (macro-diversity). Truy nhập Lưu trú ( Nomadic Access). Thiết bị người dùng được giả thiết là được cố định trong một vị trí địa lí ít nhất cho đến khi phiên dịch vụ số liệu mạng vẫn còn đang hoạt động. Nếu thiết bị người dùng chuyển sang lưu trú ở một vị trí khác trong cùng một mạng vô tuyến (chẳng hạn như thay đổi tế bào hoặc sector), thì việc đăng ký thuê bao của thiết bị người dùng này được công nhận và một phiên dịch vụ số liệu mới có thể được thiết lập. Thiết bị người dùng có thể có khả năng lựa chọn trạm gốc ” tốt nhất” tại thời đIểm nhập mạng. Trong suốt thời gian của phiên dịch vụ số liệu, thiết bị người dùng thường sẽ được kết hợp với cùng một sector hoặc tế bào trạm gốc, và bất kỳ sự tái kết hợp nào với sector hoặc tế bào khác sẽ do mạng đIều khiển, chẳng hạn, trong chế độ hang hóc hoặc phân tập vĩ mô. Truy nhập Xách tay ( Portable Access). Thiết bị người dùng sẽ duy trì phiên dịch vụ số liệu mạng đang hoạt động khi nó di chuyển tại các tốc độ người đi bộ trong phạm vi một vùng phủ sóng mạng giới hạn. Các khả năng chuyển giao (handover) giới hạn được cung cấp trong suốt thời gian một phiên dịch vụ số liệu hoạt động trong khi thiết bị người dùng di chuyển sang một tế bào khác hoặc một vùng sector khác trong phạm vi cùng một tế bào. Truy nhập Di động Đơn giản (Simple Mobility Access). Thiết bị người dùng sẽ duy trì một phiên dịch vụ số liệu mạng đang hoạt động cho các ứng dụng không theo thời gian thực khi nó di chuyển tại các tốc độ xe cộ trong phạm vi vùng phủ sóng của mạng. Việc chuyển giao giữa các sector và giữa các trạm gốc cung cấp tính liên tục dịch vụ này cho các ứng dụng không theo thời gian thực. Truy nhập Di động Hoàn toàn (Full Mobility Access). Thiết bị người dùng sẽ duy trì phiên dịch vụ số liệu mạng đang hoạt động khi nó di chuyển tại các tốc độ xe cộ cao trong phạm vi vùng phủ sóng của mạng. Việc thực hiện chuyển giao được bảo đảm giữa các sector cà các trạm gốc cung cấp tính liên tục dịch vụ này cho tất cả các ứng dụng. Thuật ngữ viết tắt AAS Adaptive Antenna System or Advanced Antenna System Hệ thống anten thích nghi hoặc Hệ thống anten tiên tiến CPE Customer Premises Equipment Thiết bị khách hàng FDD Frequency Division Duplex Phân chia tần số song công FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viễn kỹ thuật điện và điện tử IP Internet Protocol Giao thức Internet LOS Line Of Sight Trực xạ MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào Đa đầu ra NLOS Non Line Of Sight Không trực xạ OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess Truy nhập OFDM PCMCIA Personal Computer Memory Card International Association Card tích hợp cho máy tính cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ giúp cá nhân PMT Point to Multi Point Điểm - đa điểm PTP Point to Point Điểm - điểm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SLA Service Level Agreement Cam kết mức dịch vụ SOFDMA Scalable OFDMA OFDMA mở TDD Time Division Duplex Phân chia theo thời gian song công VoIP Voice over Internet Protocol Truyền thoại qua giao thức Internet WiMAX World Interoperability for Microwave Access Tương thích toàn cầu cho truy nhập song ngắn WISP Wireless Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây