Bài giảng Mạng thế hệ mới - Chủ đề: Công nghệ WiMAX

Mạng thế hệ mới 
Chủ đề : 
Công nghệ WiMAX 
Thực hiện 
Lương Ánh Hoàng 
Đỗ Quốc Cường 
Nội dung 
 Tổng quan về WiMAX 
 Định nghĩa 
 Đặc điểm, ứng dụng 
 Phân loại 
 Mô hình 
 Kiến trúc WiMAX 
 Tầng vật lý 
 Tầng MAC 
 Triển khai 
 Kết luận 
Tổng quan về WiMAX 
 WiMAX (Worldwide Interoperability for 
Microwave Access ) - Tương tác toàn cầu 
với truy nhập vi ba 
 Công nghệ truy nhập không dây băng 
thông rộng thế hệ mới mới, dựa trên chuẩn 
IEEE 802.16 
 Gần giống với Wi-Fi, được cải thiện hơn để 
có thể tăng tốc độ truyền dữ liệu lên tới 70 
Mbit/s 
 Phạm vi hoạt động:2-10 km trong khu vực 
thành thị và 50 km tại những vùng hẻo 
lánh. 
Tổng quan về WiMAX 
 Tháng 6 năm 2001: WiMAX Forum được thành lập. Diễn đàn này cũng miêu tả WiMAX 
là "tiêu chuẩn dựa trên kỹ thuật cho phép truyền dữ liệu không dây băng thông rộng 
giống như với cáp và DSL." 
 Tháng 9 năm 2001: Chuẩn IEEE802.16 đầu tiên được đưa ra và công nhận. 
 Tháng 12 năm 2001: Chuẩn IEEE 802.16 chuẩn được hoàn thành cho băng tần quét > 
11GHz 
 Tháng 2 năm 2002: Hàn Quốc cấp phép cho bằng tần trong dải tần 2.3GHz cho mạng 
băng thông rộng không dây lấy tên là WiBro 
 Tháng 1 năm 2003: Chuẩn IEEE 802.16a chuẩn được hoàn thành 
 Tháng 6 năm 2004: Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 chuẩn được hoàn thành và được chấp 
nhận 
 Tháng 9 năm 2004: Intel bắt đầu xuất xưởng chipset WiMAX đầu tiên có tên là 
Rosedale 
 Tháng 12 năm 2005: Chuẩn IEEE 802.16e chuẩn được hoàn thành và được chấp nhận. 
 Tháng 1 năm 2006: Sản phẩm được chức nhận đầu tiên của WiMAX Forum được công 
bố cho các ứng dụng cố định. 
 Tháng 6 năm 2006: Các dịch vụ thương mại của WiBro được triển khai ở Hàn Quốc. 
 Tháng 8 năm 2006: Sprint Nextel công bố những kế hoạch triển khai WiMAX di động tại 
Mỹ. 
 Tháng 10 năm 2007: Hội đồng thông tin vô tuyến của liên minh viễn thông thế giới 
(ITU) họp tại Geneve Thuỵ Sỹ đã thông qua việc bổ sung giao diện vô tuyến OFDMA 
TDD WMAN – WiMAX di động và họ giao diện vô tuyến IMT – 2000 (thường được biết 
tới với tên 3G). 
Đặc điểm 
 Phủ sóng một vùng rộng lớn 
 Triển khai mạng nhanh, thuận lợi và có tính 
kinh tế cao so với việc kéo cáp, đặc biệt là 
vùng có địa hình phức tạp 
 Cho phép kết nối băng rộng qua sóng vô 
tuyến cố định hay di động 
Ứng dụng 
 Kết nối các điểm truy nhập không dây WiFi 
với Internet 
 Thay thế các kết nối băng rộng bằng dây 
cáp, DSL 
 Cung cấp dịch vụ dữ liệu và truyền thông. 
 Điện thoại cố định 
 Điện thoại di động 
 TV 
 Ứng dụng trung chuyển trong mạng GSM/CDMA 
 WiMAX có thể sẽ thay thế các công nghệ như GSM 
hay CDMA, đồng thời cũng có thể sử dụng như một 
lớp hỗ trợ để tăng lưu lượng các mạng này. 
 Kết nối các BTS với nhau qua sóng Viba dùng công 
nghệ WiMAX 
 Được sử dụng ở các nước kém phát triển 
Ứng dụng 
Phân loại WiMAX 
• WiMAX cố định ( Fixed WiMAX) 
• Dựa trên chuẩn IEEE 802.16-2004 (802.16d) 
• Cho phép kết nối cố định (fixed), cầm theo 
được (portable) hoặc di động bị khuất tầm 
nhìn thẳng (non line of sight) từ BS đến SS 
• Hỗ trợ kết nối điểm điểm và điểm đa điểm 
• Cho phép hàng trăm cơ quan kết nối với tốc 
độ cao và hàng nghìn khách hàng cá nhân 
kết nối với tốc độ DSL từ 1 trạm phát 
Phân loại WiMAX(TT) 
Phân loại WiMAX(TT) 
• WiMAX di động (Mobile WiMAX) 
• Là một bước tiến xa hơn của các WiMAX cố 
định 
• Cho phép điện thoại di động cũng như các 
ứng dụng khác hoạt động ở phạm vi rộng 
hơn. 
• Cho phép truyền dữ liệu từ thiết bị di động di 
chuyển với vận tốc rất cao (100Km/h) 
• Nó tiềm năng thay thế các cách truyền dữ 
liệu di động như: EvDo, EvDv và HSDPA 
Phân loại WiMAX(TT) 
Mô hình WiMAX 
 Mô hình phủ sóng mạng WiMAX tương tự 
như mô hình một mạng điện thoại di 
động 
 Bao gồm 2 thành phần chính: 
 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. 
Mô hình WiMAX 
Mô hình WiMAX 
 Các trạm phát được kết nối với nhau thông qua 
các đuờng truyền có dây tốc độ cao hoặc qua 
các trạm trung chuyển trực xạ LOS 
 LOS : Các anten được đạt cố định tại các điểm 
trên cao, tín hiệu ổn định và đạt tốc độ truyền 
tối đa, tần số sử dụng 66GHz 
 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 
Mô hình WiMAX 
So sánh WiMAX với WiFi 
Freature 
WiMax 
(802.16a) 
Wi-Fi 
(802.11b) 
Wi-Fi 
(802.11a/g) 
Primary 
Application 
Broadband 
Wireless 
Access 
Wireless LAN Wireless LAN 
Frequency Band 
Licensed/Unlicen
sed 
2 G to 11 GHz 
2.4 GHz ISM 
2.4 GHz ISM (g) 
5 GHz U-NII (a) 
Channel 
Bandwidth 
Adjustable 
1.25 M to 20 MHz 
25 MHz 20 MHz 
Half/Full Duplex Full Half Half 
Radio Technology 
OFDM 
(256-channels) 
Direct Sequence 
Spread Spectrum 
OFDM 
(64-channels) 
Bandwidth 
Efficiency 
<=5 bps/Hz <=0.44 bps/Hz <=2.7 bps/Hz 
Modulation 
BPSK, QPSK, 
16-, 64-, 256-
QAM 
QPSK 
BPSK, QPSK, 
16-, 64-QAM 
FEC 
Convolutional 
Code 
Reed-Solomon 
None 
Convolutional 
Code 
Encryption 
Mandatory- 3DES 
Optional- AES 
Optional- RC4 
(AES in 802.11i) 
Optional- RC4 
(AES in 802.11i) 
Mobility 
Mobile WiMax 
(802.16e) 
In development In development 
Mesh Yes 
Vendor 
Proprietary 
Vendor 
Proprietary 
Access Protocol Request/Grant CSMA/CA CSMA/CA 
Kiến trúc WiMAX 
 WiMAX hoạt động ở tầng 1 (Physical) và 
một phần tầng 2 (Media Access Control) 
trong mô hình OSI. 
Tầng vật lý - Băng tần hoạt động 
 Băng 3400-3600MHz ( Băng 3.5GHz ): 
 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) 
 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 
 Độ rộng kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế độ song 
công TDD hoặc FDD. 
 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. triển khai cho WiMAX 
Tầng vật lý - Băng tần hoạt động 
 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 
 Độ rộng kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế độ song 
công TDD hoặc FDD. 
 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 
 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. 
Tầng vật lý - Băng tần hoạt động 
 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. 
 Hàn Quốc : WiBro 
 Được phân bố ở Úc, Mỹ, Canada, Singapore 
 Đối với Việt Nam, đây cũng là một băng tần có khả 
năng sẽ được sử dụng để triển khai WBA/WiMAX. 
 Không qui định cụ thể về độ rộng kênh, cho phép 
triển khai cả TDD và FDD. 
 Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz) 
 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. 
 Độ rộng phân kênh là 10MHz, TDD 
Tầng vật lý - Băng tần hoạt động 
 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 
Tầng vật lý – Đặc điểm kỹ thuật 
 Sơ đồ khối quá trình truyền nhận: 
Tầng vật lý – Đặc điểm kỹ thuật 
 Mã hóa kênh 
 Quá trình ngẫu nhiên hóa : Cụm các bit đầu vào sẽ được 
biến đổi sao cho xác suất xuất hiện các bit 0 và 1 là tương 
đương nhau, chống lại hiên tượng quá nhiều bit 0 và bit 1 
cùng xuất hiện 
 Quá trình mã hóa sửa lỗi : Wimax kết hợp cả hai loại mã 
sửa lỗi là mã khối và mã chập. Dữ liệu được mã hóa bằng mã 
khối, sau đó sẽ được mã hóa bằng mã chập. 
 Quá trình xen kẽ : Phòng trường hợp lỗi bit xảy ra một cụm 
liên tục nhau. Các cụm bit sẽ được truyền xen kẽ với nhau 
Tầng vật lý – Đặc điểm kỹ thuật 
 Điều chế OFDM (Orthogonal frequency 
division multiplexing) 
 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao 
 Tầng vật lý của WiMAX sử dụng kỹ thuật này để 
ghép kênh 
 Là sự chọn lựa tốt cho chiến lược truyền dữ liệu 
tốc độ cao, video và truyền thông đa phương 
tiện và được sử dụng rộng rãi trong các hệ 
thống băng thông rộng thương mại như DSL, 
Wi-Fi  
 Là kỹ thuật hiệu quả cho việc truyền dữ liệu 
hiệu suất cao trong các môi trường NLOS hoặc 
sóng radio nhiều đường. 
 Chia dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ 
liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi 
luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con trực 
giao khác nhau 
Tầng vật lý – Đặc điểm kỹ thuật 
 Mỗi OFDM symbol là 
một kênh độc lập và có 
thể chia cho một người 
dùng tại một thời điểm 
 Có thể sử dụng kỹ thuật 
Guard Interval – GI 
period để khắc phục 
ảnh hưởng của echo và 
ISI 
Tầng vật lý – Đặc điểm kỹ thuật 
 WiMAX cố định và WiMAX di động có 
những sự khác nhau về thông số của lớp 
vật lý OFDM. 
 WiMAX cố định dựa vào chuẩn IEEE 
802.16-2004, sử dụng FFT kích thước 256 
 WiMAX di động dựa vào chuẩn IEEE 
802.16e sử dụng FFT có kích thước thay 
đổi được từ 128 tới 2048. 
Tầng vật lý – Đặc điểm kỹ thuật 
Thông số 
WiMAX cố định sử 
dụng OFDM – PHY 
WiMAX di động sử dụng OFDMA – PHY thay đổi 
được 
Kích thước FFT 256 128 512 1024 2048 
Số lượng sóng mang dữ liệu sử 
dụng 
192 72 360 720 1440 
Số lượng sóng mang tìm đường 8 12 60 120 240 
Số lượng sóng mang trống/bảo 
vệ băng tần 
56 44 92 184 368 
Chu kì tiền tố hoặc thời gian bảo 
vệ (Tg/Tb) 
1/32, 1/16, 1/8, ¼ 
Tỉ lệ lấy mẫu (Fs/BW) 
Phụ thuộc vào băng thông: 7/6 với 256 OFDM, 8/7 với đa băng 1.75 MHz và 
28/25 với đa băng 1.25 MHz, 1.5 MHz, 2MHz hay 2.75 MHz 
Độ rộng băng thông kênh (MHz) 3.5 1.25 5 10 20 
Khoảng cách tần số sóng mang 
(kHz) 
15.625 10.94 
Thời gian kí hiệu có ích (µs) 64 91.4 
Thời gian bảo vệ đạt12.5% (µs) 8 11.4 
Độ dài kí hiệu OFDM (µs) 72 102.9 
Số lượng của các kí hiệu OFDM 
trong khung 5ms 
69 48 
Tầng vật lý – Đặc điểm kỹ thuật 
 Điều chế cao tần 
 Các sóng mang trong quá trình điều chế 
OFDM tạo thành một OFDM Symbol cơ 
bản, nó vẫn chưa thể phát truyền đi được. 
 Để đưa lên Anten để phát, cần phải có 
thêm quá trình điều chế cao tần. 
Tầng MAC 
 Chuẩn 802.16 của IEEE đưa ra một lớp MAC chung cho tất 
cả các kiểu lớp vật lý 
 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 
 Sử dụng kỹ thuật truy cập TDMA/OFDMA 
 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 theo thuật toán lập lịch, do 
vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh 
truyền dẫn là thời điểm truy nhập mạng 
 Sau thời điểm này, mỗi trạm được trạm phát gốc gắn cho 
một khe thời gian có thể co giãn được trong quá trình truyền 
 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 
Triển khai WiMAX 
Triển khai WiMAX 
 Các thành phần của mạng WiMAX 
 SS/MS: Khách hàng, trạm cuối (Subscriber 
Station/Mobile Station). 
 ASN: Mạng dịch vụ truy nhập (Access Service 
Network). 
 BS: Trạm cơ sở, một phần của ASN ( Base Station). 
 ASN-GW: ASN gateway, một phần của ASN. 
 CSN: Mạng dịch vụ kết nối (Connectivity Service 
Network). 
 HA: Home Agent, một phần của CSN. 
 AAA: Máy chủ cung cấp dịch vụ xác thực, phân quyền 
và thống kê lưu lượng, một phần của CSN. 
 NAP: Nhà cung cấp kết nối mạng. 
 NSP: Nhà cung cấp dịch vụ mạng. 
Các công nghệ cạnh tranh 
Kết luận 
WiMAX mang lại băng thông lớn và khoảng cách 
rộng. 
WiMAX vẫn trong giai đoạn phát triển. 
Chi phí thiết bị đầu cuối khá đắt đỏ và chưa tương 
thích. 
Dài tần số bị trùng ở nhiều quốc gia. 
WiMAX đã được VTC và VNPT triển khai thử nghiệm 
ở Việt Nam nhưng thất bại.