Đề tài Khảo sát kĩ thuật wimax

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT KĨ THUẬT WIMAX 1.1 Giới thiệu: WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access- Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên các chuẩn 802.11, 802.16 của IEEE cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp, DSL và WLAN. Hệ thống WiMAX theo như WiMax Forum, cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomandic( người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được( portable, người sử dụng có thể di chuyển ở tốc độ đi bộ), di động với khả năng phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS) và bán kính cell lên tới 8km không theo tầm nhìn thẳng (NLOS). 1.2 Mô hình hệ thống: Mô hình phủ sóng mạng WiMAX tương tự như một mạng điện thoại di động: Hình 1.1 Mô hình hệ thống WiMAX Một hệ thống WiMAX được mô tả như hình gồm có 2 phần: + Trạm phát :giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn, có thể phủ sóng khu vực rộng tới 8000km2. + Trạm thu : có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp (hay gắn thêm) trên các mainboard của máy tính như WLAN. Các trạm phát được kết nối tới mạng Internet thông qua các đuờng truyền Internet tốc độ cao hay kết nối tới các trạm khác như là trạm trung chuyển theo đường truyền trực xạ (line of sight) nên WiMAX có thể phủ sóng đế những khu vực xa. Các anten thu phát có thể trao đổi thông tin qua qua các đường truyền LOS hay NLOS.Trong trường hợp truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa. Băng tần sử dụng có thể ở tần số cao, khoảng 66GHz, vì ở tần số này ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng lớn. Một đường truyền LOS yêu cầu phải có đặc tính là toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật, nếu đặc tính này không được bảo đảm thì cường độ tín hiệu sẽ suy giảm đáng kể. Không gian miền Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu. Hình 1.2 Miền Fresnel trong trường hợp LOS Trong trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn, 2- 11GHz, tương tự như WLAN, tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ ….để đến đích. Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp, các đường phản xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ. Những tín hiệu này có những khoảng trễ, sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan tới đường truyền trực tiếp là khác nhau. Hình 1.3 Truyền sóng trong trường hợp NLOS Hiện tượng truyền sóng đa đường cũng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi phân cực tín hiệu. Do đó sử dụng phân cực cũng như tái sử dụng tần số mà được thực hiện bình thường trong triển khai LOS lại khó khăn trong các ứng dụng NLOS. Nếu chỉ đơn thuần tăng công suất phát để “vượt qua” các chướng ngại vật không phải là công nghệ NLOS. Điều kiện phủ sóng của cả LOS và NLOS bị chi phối bởi các đặc tính truyền sóng của môi trường, tổn hao trên đường truyền (path loss) và quỹ công suất của đường truyền vô tuyến. Với những ưu điểm hiện có, NLOS cần được khai thác tốt hơn. Ví dụ, do một số yêu cầu về qui hoạch, giới hạn độ cao anten nên không cho phép anten đặt ở vị trí thuận lợi cho việc truyền LOS; ngoài ra, do mạng tế bào ngày càng mở rộng mà việc tái sử dụng tần số ngày càng có hạn nên phải hạ thấp độ cao của anten để giảm nhiễu đồng kênh giữa các cell lân cận. Kết quả các trạm gốc phải hoạt động trong điều kiện NLOS vì hạ thấp độ cao anten ảnh hưởng đến tầm nhìn thẳng từ trạm gốc tới các CPE tại địa điểm của khách hàng. NLOS cũng giúp giảm đáng kể chi phí khảo sát trạm thiết lập, cài đặt ban đầu do các CPE có thể đặt ở ở những điều kiện địa hình phức tạp, khách hàng có thể sử dụng thiết bị tại nhà. 1.3 Các ưu và nhược điểm của WiMAX: 1.3.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX: 1.3.1.1 Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân tần trực giao): Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phép WiMAX hoạt động tốt trong môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn nện khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có thể lên đến 50km. Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ các sóng mang con có thể chồng lấn lên nhau nên sẽ tiết kiệm, sử dụng hiệu quả băng thông và cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt động ở chế độ TDD (song công phân thời) với tỉ số đường xuống/đường lên (downlink-to-uplink ratio) là 3:1 thì tốc độ đỉnh tương ứng sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps. 1.3.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao: Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường: hướng lên( uplink) và hướng xuống(downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng xuống và đều sử dụng kĩ thuật OFDM. OFDM sử dụng tối đa 2048 sóng mang, trong đó 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con, mỗi kênh con tương đương 48 sóng mang. WiMAX còn sử dụng thêm điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256- QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kết nối với hoạt động phân loại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn. Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống. 1.3.1.3 Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access- truy nhập OFDM): Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏ thành nhiều băng con 1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩ thuật OFDM, cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt, đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông. OFDMA cho phép thay đổi tốc độ dữ liệu để phù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay đổi số mức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt là: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tương ứng với băng thông kênh truyền là : 1.25MHz, 5MHz, 10 MHz; nhờ vậy sẽ dễ dàng hơn cho user kết nối giữa các mạng có băng thông kênh truyền khác nhau. 1.3.1.4 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai: Ÿ WiMAX do WiMAX forum đề xuất và phát triển dựa trên nền 802.16, tập chuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và cố định của IEEE, nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do WiMAX forum chứng nhận phù hợp, tương thích ngược với HiperLAN của ETSI cũng như Wi-Fi. Ÿ Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá không gian, mã hoá thời gian. Ÿ Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP: QoS( trong các dịch vụ đa phương tiện, thoại), ARQ( giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), …. 1.3.1.5 Chi phí thấp: Ÿ Thiết lập, cài đặt dịch vụ WiMAX dễ dàng sẽ giảm chi phí cho nhà cung dịch vụ cũng như khách hàng. Ÿ Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện ở các vùng sâu, vùng xa, những nơi khó phát triển hạ tầng mạng băng rộng, khắc phục những giới hạn của đường truyền Internet DSL và cáp. Ÿ CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử dụng trong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem có thể tự lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc có thể sử dụng cùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cập WiMAX chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việc đầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vô tuyến (RF), làm chi phí giảm hơn nữa. 1.3.2 Một số nhược điểm : Ÿ Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế sự phổ biến công nghệ rông rãi. Ÿ Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo mật. Ÿ Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do hiện giờ đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau. Theo diễn dàn WiMAX chỉ mới có khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứng nhận bao gồm: Alvarion, Selex Communication, Airspan, Proxim Wilreless, Redline, Sequnas, Siemens, SR Telecom, Telsim, Wavesat, Aperto, Axxcelera. Ÿ Về giá thành: dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (như Intel, Alcatel, Alvarion, Motorola…) tham gia nghiên cứu phát triển nhưng giá thành vẫn còn rất cao. Ví dụ: Mỹ muốn lập mạng WiMAX toàn quốc phải tốn kém khoảng 3 tỉ USD. Ÿ Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tin chính thức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự cố ra sao. Ngay cả ở Việt Nam, VNPT ( với nhà thầu nước ngoài là Motorola, Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc,cụ thể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh,huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quả đáng kể của hệ thống. 1.4 WiMAX và các chuẩn không dây khác: - IEEE 802.16 và công nghệ WiMAX: 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. Hình 1.4 Chuẩn 802.16 Diễn đàn WiMax đã thừa nhận các tính chất ưu việt này và cho phép chuẩn 802.16 hoạt động với tần số 2.5GHz, 3.5GHz và 5.8GHz.WiMax có một số ưu điểm sau: + Thích hợp cho các ứng dụng IP yêu cầu dải tần lớn cho cả di động và cố định. + Giá cả thấp và vùng phủ sóng rộng hơn hệ thống tế bào hiện nay. + Kết hợp tốt với cả mạng cố định và di động hiện tại; có thể chia sẻ lõi IP và các ứng dụng văn phòng. - WiMAX và Wi-Fi: WiMAX và Wi-Fi sẽ cùng tồn tại và trở thành những công nghệ bổ sung ngày càng lớn cho cácứng dụng riêng. Đặc trưng của WiMAX là không thay thế Wi-Fi. Hơn thế WiMAX bổ sung cho Wi-Fi bằng cách mở rộng phạm vi của Wi-Fi và mang lại những thực tế của người sử dụng "kiểu Wi-Fi" trên một quy mô địa lý rộng hơn. Công nghệ Wi-Fi được thiết kế và tối ưu cho các mạng nội bộ (LAN), trong khi WiMAX được thiết kế và tối ưu cho các mạng thành phố (MAN). Trong khoảng thời gian từ 2006 - 2008, hy vọng cả 802.16 và 802.11 sẽ xuất hiện trong các thiết bị người sử dụng từ laptop tới các PDA, cả hai chuẩn này cho phép kết nối vô tuyến trực tiếp tới người sử dụng - tại gia đình, trong văn phòng và khi đang di chuyển. Mặc dù không cùng mục đích như nhau nhưng chúng ta  thấy công nghệ sử dụng trong mạng WiMAX có một số ưu điểm so với Wi-Fi:  + Sai số ít hơn + Khả năng vượt qua vật cản tốt hơn + Số thiết bị sử dụng kết nối lớn hơn hàng trăm so với hàng chục trong Wi-Fi. + Lớp vật lý MAC(Medium Access Control) dùng trong WiMAX dựa trên kỹ thuật phân chia theo khe thời gian cho phép đồng nhất băng tần giữa các thiết bị (TDMA) hiệu quả hơn sơ với  Wi-Fi (sử dụng CSMA-CA rất gần CSMA-CD sử dụng trong mạng Ethernet). Chính vì vậy phổ sóng vô tuyến sẽ đạt được tốt hơn. So sánh giữa mạng WiMAX và Wi-Fi được tổng kết thông qua bảng sau: Thuộc tính Wi-Fi (802.11) WiMAX(802.16) Khả năng - Kênh cố định (20MHz) - MAC hỗ trợ hàng chục người sử dụng - Kênh có băng tần thay đổi Khả năng mở rộng băng tần từ 1,5-20Mhz - MAC hỗ trợ hàng trăm người sử dụng Chất lượng QoS - Sử dụng (CSMA/CA) nên không đảm bảo về chất lượng - Hiện tại không hỗ trợ âm thanh,video - Không cho phép các mức dịch vụ khác nhau - Chỉ có TDD (bất đối xứng) - Chỉ 802.11e ưu tiên cho QoS - Có đảm bảo về chất lượng trên MAC -Hỗ trợ âm thanh,hình ảnh - Hỗ trợ nhiều mức dịch vụ T1 cho người buôn bán, đặc biệt hiệu quả ở nhà riêng - Có TDD/FDD/HFDD (cả đối xứng và bất đối xứng) - Yêu cầu bắt buộc cho QoS Phạm vi - Tối ưu khoảng 100 m - Không có khả năng bù khoảng cách - Thiết kế đa đường trong nhà (trễ 0,8ms) -Tối ưu hoá tập trung tại hai lớp PHY và MAC trong phạm vi 100m - Mở rộng phạm vi nhờ thay đổi công suất nhưng lớp MAC có thể không chuẩn tắc -Tối ưu hoá khảng 50km - Thiết kế cho nhiều người sử dụng hàng km - Chịu được trễ đa đường lớn cỡ 10 ms - Lớp PHY và MAC với khả năng mở rộng trong phạm vi cho phép - MAC chuẩn tắc Phủ sóng - Tối ưu hoá trong nhà - Không hỗ trợ mạng cấu hình pha trộn - Tối ưu hoá bên ngoài trong tầm nhìn hạn chế - Hỗ trợ cấu hình mạng pha trộn - Hỗ trợ kỹ thuật anten thông minh Bảo mật - Chuẩn đang tồn tại là WPA- Wi-Fi Protected Access và WEP -Wired Equivalent Privacy - 802.11i có chế độ bảo mật địa chỉ - Có khoá bộ ba DES-Data Encryption Standard (128 bit) và RSA(1024 bit ) Bảng 1.1 So sánh giữa Wi-Fi và WiMAX Mạng WiMAX không thể thay thế được Wi-Fi trong các ứng dụng nhưng nó góp phần bổ sung để hình thành mạng không dây. Xu hướng chung của mạng không dây đó là cải thiện phạm vi phủ sóng với hiệu quả tốt nhất. Kỹ thuật nổi bật đó là chiếm lĩnh về không gian, tích hợp với các kỹ thuật hiện tại và quan tâm đến các yếu tố cơ bản như công suất tiêu thụ thấp, phạm vi lớn, tốc độ truyền dữ liệu cao. Trong mạng không dây chất lượng tại lớp thấp nhất để có thể điều khiển trễ trong quá trình truyền và các dịch vụ như thoại,video.   WiMAX và Wi-Fi ứng dụng trong hai môi trường khác nhau. Mục đích của WiMAX sẽ hướng tới không chỉ là phạm vi phủ sóng mạng di động mà cả những mạng công cộng khác. Một trong các hướng phát triển quan trọng khác của  WiMAX đó là giải quyết kết nối cho mạng VoIP trong tương lai không xa. - WiMAX với HiperMAN của ETSI: Các chuẩn 802.16-2004 (256 OFDM PHY) của IEEE và HiperMAN của ETSI sẽ chia sẻ chung các đặc tính kỹ thuật PHY và MAC. Diễn đàn WiMAX hoạt động ở cả hai tổ chức tiêu chuẩn này để đảm bảo một chuẩn toàn cầu chung cho MAN vô tuyến, sẽ được chấp nhận. 1.5 Các băng tần Wimax: Các băng được WiMax Forum tập trung xem xét và vận động cơ quan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMax là: 3600-3800MHz, 3400-3600MHz (băng 3.5GHz), 3300-3400MHz (băng 3.3GHz), 2500-2690MHz (băng 2.5GHz), 2300-2400MHz (băng 2.3GHz), 5725-5850MHz (băng 5.8GHz) và băng 700-800MHz (dưới 1GHz). 1.5.1 Băng 3400-3600MHz (băng 3.5GHz): 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 (Wireless Broadband Access-WBA). WiMax cũng được xem là một công nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMax. Vì vậy, WiMax Forum đã 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 nomandic, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế độ song công TDD hoặc FDD. Một số nước quy định băng tần này chỉ dành cho các hệ thống cung cấp các dịch vụ cố định, không có ứng dụng nomandic, nên để triển khai được WiMax cần thiết phải sửa đổi lại quy 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. 1.5.2 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. 1.5.3 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 có 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. 1.5.4 Băng 2500-2690MHz (băng 2.5 GHz) 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) đó 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 còn 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 Ấn Độ thì còn đang xem xét. Ví dụ, Singapore đó 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 đó 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. 1.5.5 Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz) 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. Trong khi Mỹ chia thành các 5 khối và 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. 1.5.6 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. 1.5.7 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 là 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 phóng được một phần phổ tần nên có thể sử dụng cho WBA/WiMax. Ví dụ, Mỹ đã cấp đoạn băng tần 699-741MHz trước đây dùng cho kênh 52-59 UHF truyền hình 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 dải 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. 1.6 Kiến trúc của WiMAX: Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp: Lớp con tiếp ứng (convergence) làm giữ vai tròn giao diện giữa lớp đa nhập và các lớp bên trên. Lớp đa truy nhập ( MAC layer). Lớp truyền dẫn (transmission). Lớp vật lý (physical layer) Các lớp này tương đương với 2 lớp dưới cùng cùng của mô hình OSI, được tiêu chuẩn hoá để giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên. Lớp vật lí: Lớp vật lý (PHY) được 802.16 định nghĩa có ba biến thể: WirelesMAN Sca PHY giao diện điều chế đơn sóng mang, WirelessMAN OFDM 256 sóng mang và Wireless MAN OFDMA 2048 sóng mang. 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). Đầu tiên là Wireless Metropolitan Area Network- Single carrier physical layer dựa trên tập chuẩn 802.16c, hoạt động ở băng tần 11-66GHz. Trạm gốc (Base Station-BS) chỉ cần một anten đẳng hướng, truyền dữ liệu hướng xuống các user đã có mã số nhận dạng kết nối (Connection Identifer- CID). Các máy thu (Subcriber Station- SS) với các anten định hướng, hướng về phía các BS. Tín hiệu xử lí phía máy phát bao gồm: ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi, sắp xếp các kí hiệu, sửa dạng xung (pulse shaping) truớc khi truyền đi. Ngẫu nhiên hoá để bảo đảm khôi phục tín hiệu phía đầu thu vì nếu tín hiệu không được mã hoá giả ngẫu nhiên thì năng lượng sẽ tập trung tại một số tần số nào đó như phổ vạch, điều này tạo ra nguy hiểm cho máy thu, bộ dao động VCO của máy thu có thể khoá pha tại các tần số này thay vì tại tần số sóng mang sẽ dẫn đến không giải điều chế được và sẽ mất thông tin của luồng dữ liệu. Bộ mã hoá sửa lỗi FEC bao gồm mã Reed Solomon, mã chập (mã xoắn) , có thể có thêm mã kiểm tra chẳn lẻ hay mã xoắn turbo (Convolution turbo code- CTC). Tỉ lệ mã phụ thuộc vào điều kiện của kênh truyền và tỉ số bít lỗi (Bit error rate- BER). Các kĩ thuật điều chế thường là QPSK, 16-QAM, đôi khi sử dụng 64- QAM. Chuẩn này áp dụng cho kết nối vi ba điểm - điểm (point to point- PPP) và điểm –đa điểm (point to multi point- PMP); giúp tiết kiệm thời gian, chi phí hơn so với việc lắp đặt cáp. Ngoài ra, tập chuẩn 802.16a cũng hỗ trợ WirelessMAN Sca PHY nhưng dành hco băng tần dưới 11GHZ và hoạt động trong NLOS. SS có thể là một mày tính với vớ modem gắn ngoài nối với một anten đẳng hướng. Tập chuẩn này cũng hỗ trợ song công TDD và FDD, như 802.16c, sử dụng thêm các kĩ thuật cân bằng và uớc lượng kênh để khắc phục hiệu ứng đa đường, và để nâng chất lượng tín hiệu vẫn phải sử dụng TCM( trellis coded modulation), FEC, ghép xen, hệ thống anten thích ứng ( Adaptive Antenna System- AAS), mã hoá không gian thời gian (Space Time coding- STC). WirelessMAN 256 sóng mang dựa trên tập chuẩn 802.16d, cung cấp dịch vụ kết nối băng rộng trong nhà. Các SS là các thiết bị anten dùng trong nhà và có thể di chuyển với tốc độ thấp ( portable). Nhờ sử dụng OFDM nên cho phép kết nối NLOS dưới 11GHz, và làm bỏ bớt khối cân bằng trong bộ thu. Các kĩ thuật hỗ trợ cũng gồm: FEC với Reed-Solomon, AAS, STC, ghép xen; thời gian kí hiệu và số điểm FFT có thể thay đổi phù hợp cho phù hợp với băng thông tương ứng. Với WirelessMAN OFDMA 2048 sóng mang: tương tự như WirelessMAN 256 sóng mang nhưng có nhiều ưu điểm hơn. Dựa trên tập chuẩn 802.16e (2005), với sự hỗ trợ của OFDMA ở lớp vật lý, cho phép các user (SS) di chuyển với tốc độ cao, khoảng gần 125km/s, sử dụng mã hoá kênh là mã xoắn, mã xoắn turbo, mã khối, mã kiểm tra chẳn lẻ mật độ thấp (Low Density Parity Check- LDPC); dữ liệu được ngẫu nhiên hoá, ghép xen để tránh tổn thất khi khôi phục và lỗi cụm. Ngoài kĩ thuật AAS, STC còn sử dụng thêm phân tập thu phát (Multi In Multi Out –MIMO). Lớp truy nhập : 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 điểm- đa điểm. Hoạt động truy nhập kênh ở lớp MAC của WiMax hoàn toàn khác so với WiFi. WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD và TDD sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA. Ưu điểm của phương pháp này là nó cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống, dẫn đến có thể thay đổi tốc độ phát (Upload) hoặc thu (Download) dữ liệu chứ không phải là cố định như trong ASDL hay CDMA. Trong WiFi tất cả các trạm truy nhập một cách ngẫu nhiên đến điểm truy cập (Access point - AP), chính vì vậy khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm giảm thông lượng mạng. Ngược lại, ở lớp MAC của 802.16, lịch trình hoạt động cho mỗi thuê bao được định trước, do vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm gia nhập mạng. Sau thời điểm này, mỗi trạm được trạm phát gốc gắn cho một khe thời gian. Khe thời gian có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn. Ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độ truyền dẫn vẫn hoạt động ổn  định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê bao đăng ký vượt  quá cho phép, và nó cũng có thể tăng  được hiệu quả sử dụng băng tần. Việc sử dụng thuật toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc điều khiển chất lượng dịch vụ (Quality of Service -QoS) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao. Physical Layer Tranmission MAC Layer Convergence Physical Layer MAC Layer Mô hình OSI Kiến trúc phân lớp của WiMAX Hình 1.4 Phân lớp của WiMAX so với OSI 1.7 Ứng dụng của WiMAX và tình hình triển khai: Đối với các doanh nghiệp, WiMAX cho phép truy cập băng rộng với chi phí hợp lý. Vì phần lớn các doanh nghiệp sẽ không được chia thành khu vực để có đường cáp, lựa chọn duy nhất của họ đối với dịch vụ băng rộng là từ các nhà cung cấp viễn thông địa phương. Điều này dẫn tới sự độc quyền. Các doanh nghiệp sẽ được hưởng lợi từ việc triển khai các hệ thống WiMAX chứng nhận nhờ tạo ra sự cạnh tranh mới trên thị trường, giảm giá và cho phép các doanh nghiệp thiết lập mạng riêng của mình. Điều này đặc biệt phù hợp đối với các ngành như khí đốt, mỏ, nông nghiệp, vận tải, xây dựng và các ngành khác nằm ở những vị trí xa xôi, hẻo lánh. Đối với người sử dụng là hộ gia đình ở những vùng nông thôn (nơi dịch vụ DSL và cáp chưa thể vươn tới), WiMAX mang lại khả năng truy cập băng rộng. Điều này đặc biệt phù hợp ở các nước đang phát triển nơi mà hạ tầng viễn thông truyền thống vẫn chưa thể tiếp cận. Một số điểm tin nổi bật về tình hình WiMAX : Ngày 12/10/2006 Intel xuất xưởng chip WiMAX connection 2210 hỗ trợ các mạng WiMAX di động và cố định, sẽ tích hợp vào dòng sản phẩm CPEi 200 cho thiết bị hướng tới người tiêu dùng, như các modem không dây không dây tốc độ cao. Hình 1.5 Chip Intel tích hợp công nghệ WiMAX Motorola đã có những hợp đồng lắp đặt mạng WiMAX ở nhiều nơi trên thế giới (trong đó có Việt Nam). Các giải pháp thuộc dòng MOTOwi4 gồm các trạm thu phát sóng, thiết bị đầu cuối khách hàng (CPE), thẻ hỗ trợ kết nối WiMAX dành cho máy tính, bộ vi xử lí WiMAX di động đang phát tirển và sử dụng trong các thiết bị của Motorola Nokia dự định tung sản phẩm điện thoại di động dùng công nghệ WiMAX vào nănm 2008. Cả Intel, Nokia, Samsung , Motorola đều hỗ trợ tiêu chuẩn mở WiMAX như kết nối Internet băng rộng không dây với các mạng di động thế hệ thứ ba. Điểm yếu của các mạng di động 3G là tốc độ truy cập Internet có thể bị ảnh hưởng nếu các mạng tràn ngập cuộc gọi. Tình hình triển khai thử nghiệm WiMAX tại Lào Cai: -Dự án thử nghiệm WiMAX tại Lào Cai sử dụng thiết bị theo chuẩn 802.16 Rev D chạy ở tần số 3.3-3.4 GHz của hãng Alvarion, được triển khai tại 19 điểm đầu cuối bao gồm: 01 điểm Bưu điện Văn hoá xã 02 điểm truy cập café Internet, 06 trường học, 02 Cơ sở y tế, 02 doanh nghiệp vừa và nhỏ, 05 trụ sở chính quyền địa phương, 01 hộ nông dân. Hệ thống được triển khai hai ứng dụng: Truy nhập Internet tốc độ cao và gọi điện thoại VoIP. Truy nhập Internet tốc độ cao: với dịch vụ này, người dùng có thể truy nhập Internet với tốc độ tương đương và lớn hơn dịch vụ ADSL. Bên cạnh đó, hệ thống WiMAX tạo nền tảng cho người dùng đầu cuối có thể sử dụng bất cứ dịch vụ Internet nào mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp. Gọi điện thoại VoIP: đây là hình thức gọi điện thoại trên Internet dùng công nghệ SIP. Người dùng đầu cuối có thể gọi giữa các thuê bao VoIP với nhau, gọi đến thuê bao PSTN và ngược lại. -Các kết quả thử nghiệm: Khả năng bao phủ của mạng: Các đầu cuối của dự án được triển khai trong bán kính 5km xung quanh trạm gốc BTS, tuy nhiên kết quả đo kiểm hệ thống do Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện tiến hành cho thấy mạng hoạt động tốt ở trạm vi ba Cam Đường với khoảng cách 9,5km. Tính cơ động: Hệ thống WiMAX Lào Cai có kích thước nhỏ gọn, rất dễ dàng cho việc lắp đặt và bảo trì, bảo hành. Các thiết bị WiMAX chỉ dùng nguồn điện thông thường, rất thuận tiện cho việc triển khai và vận hành Khả năng quản lý của mạng: Hệ thống WiMAX được nối với một Server có thể quản lý được việc truy nhập vào ra của các SU. Hệ thống quản lý có chức năng qui định các mức chất lượng và lưu lượng khác nhau cho từng SU. - Đánh giá chung về hoạt động của hệ thống WiMAX: Hệ thống đã được lắp đặt và hoạt động khá ổn định Các thiết bị khách hàng CPE (Customer Premises Equipment) được lắp đặt hiện tại đều nằm trong tầm nhìn thẳng nên có công suất thu được lớn. Khi hoạt động ở tốc độ cao CPE và BS có thể sử dụng các kiểu điều chế tốc độ cao như QAM16, QAM 64 với tỉ lệ lỗi cụm thấp. Tốc độ download, upload dữ liệu lớn đáp ứng được các yêu cầu dịnh vụ Internet. Hệ thống WiMAX có khả năng cung cấp truy nhập tốc đội tối đa lên đến 10 Mbps theo thiết kế và trong thực tế đạt được 4-5 Mbps trong quá trình thử thiết bị. Các thuê bao trong dự án được cung cấp mức dịch vụ khác nhau tuỳ vào ứng dụng tại từng địa điểm thử nghiệm, với tốc độ tối đa khác nhau từ 512 Kbps tới 4Mbps, hoặc là cam kết về thời gian trễ ít nhất với thuê bao thiên về ứng dụng VoIP như tại nhà ông Vương Trung Thìn. Khoảng cách giữa CPE và BS (Base Station): Trong điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS): tín hiệu vẫn thu được với khoảng cách giữa CPE và BS lên tới 9.5 km và có thể lớn hơn. Trong điều kiện tầm nhìn không thẳng (NLOS): khả năng hoạt động của hệ thống tùy thuộc vào địa hình, địa vật giữa CPE và BS. Hệ thống đã hoạt động được với khoảng cách 2.2km và có thể lớn hơn. Anten của CPE là anten định hướng nên SU chỉ thu tốt với những vị trí phù hợp. Tại cùng vị trí đặt SU ở các góc khác nhau, công suất thu, tỉ lệ lỗi bit BER của CPE khác nhau. - Hệ thống điện thoại VoIP trên nền WiMAX: Đối với chất lượng thoại VoIP trên nền Công nghệ WiMAX, theo khảo sát của Viện khoa học Kỹ thuật Bưu điện, VDC và Bưu điện tỉnh Lào Cai và Trung tâm CNTT tỉnh Lào Cai cũng như người sử dụng đánh giá thì chất lượng dịch vụ VoIP trên nền công nghệ WiMAX là rất tốt, âm thanh rõ ràng, không có tiếng vọng, không có hiện tượng vỡ tiếng. Các thuê bao VoIP đặt tại BĐ-VHX Vạn Hoà, một xã vùng sâu vùng xa là hoạt động nhiều nhất, phục vụ cho nhu cầu của những hộ dân của xã này. Trung bình mỗi ngày tại đây phát sinh hơn 10 cuộc gọi. Những người dân xung quanh đây chưa có điều kiện trang bị các thuê bao điện thoại PSTN cũng như rất nghèo, nên hệ thống của thử nghiệm đã phát huy tác dụng rất tốt tại điểm này. Các điện thoại VoIP thực hiện nhiều cuộc gọi nhất là tại các điểm Bưu điện Lào Cai, BĐ-VHX Vạn Hòa, Khách sạn Hoa Vinh, Trường THCS Lê Quí Đôn, Trường chuyên cấp 2 Ngô Văn Sở, Trạm y tế xã Bắc Cường và hộ nông dân Vương Trung Thìn. Các điểm BĐ-VHX, điểm truy nhập Internet công cộng, các trường học, trạm y tế xã và các hộ dân là những điểm thử nghiệm hết sức thành công, nhu cầu sử dụng Internet và điện thoại VoIP qua hệ thống WiMAX tại những địa điểm thử nghiệm này rất lớn. Các cơ quan chính quyền do đã có sẵn điện thoại PSTN nên nhu cầu sử dụng điện thoại VoIP trong thực tế chưa lớn như mong muốn. Do là công nghệ không dây nên việc triển khai hệ thống diễn ra một cách nhanh chóng, nhất là ở những vùng sâu vùng xa, những nơi mà việc kéo cáp viễn thông là hết sức khó khăn. Toàn bộ thời gian để triển khai tại trạm gốc và 10 điểm đầu cuối chỉ diễn ra trong vòng 1 tuần. Cơ cấu đất tại Lào Cai thường hay diễn ra sạt lở đất thì ưu điểm không dây càng thể hiện rõ hơn. -WiMAX là công nghệ mới mẻ. Các kết quả triển khai thử nghiệm WiMAX tại Lào Cai là những sở cứ kỹ thuật rất cần thiết trong quá trình lựa chọn những giải pháp phát triển cơ sở hạ tầng viễn thông. -WiMAX hiện đang bị cạnh trạnh dữ dội bởi LTE. Cụm từ 3GPP LTE (The Third Generation Partnership Project Long Term Evolution) được dùng để để nói về một công nghệ di động mới đang được phát triển và chuẩn hóa bởi3GPP. Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới. Mặc dù 3GPP đã phát triển HSDPA, HSUPA để tăng dung lượng truyền (data rate) đến tốc độ lý thuyết max khoảng 14.4 Mbps, nhưng 3G HSPA vẫn không thể cung cấp những dịch vụ như Video, TV... Đứng trước sự ra đời và cạnh tranh của IEEE 802.16e (WiMAX), công nghệ hứa hẹn sẽ đạt dung lượng truyền khoảng 70Mbps, 3GPP buộc phải phát triển 3G LTE để có thể đứng vững. Hình 1.6 Kiến trúc mạng của 3GPP LTE Đặc điểm nổi bật mà 3G LTE mang lại: Dung lượng truyền trên kênh downlink có thể đạt 100 Mbps và trên kênh uplink có thể đạt 50 Mbps. Tăng tốc độ truyền trên cả user + control planes. Sẽ không còn circuit-mode. Tất cả sẽ dựa trên IP packet. VoIP sẽ dùng cho dich vụ thoại. Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng 3G LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng (operator) triển khai 3G LTE mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có. OFDMA và MIMO được sự dụng trong 3G LTE thay vì CDMA như trong 3G. Trong thế giới công nghệ di động, phát minh là không ngừng. Trong khi công nghệ di động thế hệ 3.5 đang bắt đầu được triển khai thì nhiều công nghệ mới đã được chuẩn hóa. Sân chơi càng ngày càng mở rộng, và cạnh tranh cũng trở nên gây gắt giữa hai ông lớn3GPP và IEEE. Dần dần 3GPP bắt đầu chuẩn hóa việc tích hợp Wi-Fi và mạng 3GPP. Tuy nhiên điều này không đúng với WiMAX. 1.8.Kết luận chương: Công nghệ WiMax là mạng không dây băng thông rộng theo chuẩn IEEE802.16. WiMax sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. Wimax đưa hỗ trợ tính di động thông qua giao diện không gian.Với các đặc tính hỗ trợ chuyển giao nhanh,bảo mật nâng cao, tái sử dụng tần số… nhằm duy trì một kết nối liên tục từ nơi này sang nơi khác. Phạm vi ứng dụng của Wimax là rất đa dạng, có thể được sử dụng cho vùng dân cư với mật độ cao. Ngoài ra công nghệ Wimax có thể đáp ứng nhu cầu cho các nhà kinh doanh vừa và nhỏ trong các môi trường phức tạp Với các công nghệ hiện đại nên Wimax có được một số ưu điểm hơn so với các công nghệ trước đây.Hiện nay công nghệ Wimax đang được dần hoàn thiện và cải tiến, khắc phục những nhược điểm, phát huy các ưu điểm để đưa vào sử dụng rộng rãi trong thực tế.