Đang tải... (xem toàn văn)
WiMAX là công nghệ dựa trên chuẩn 802.16 cho phép cung cấp các dịch vụ truy nhập không dây mọi lúc mọi nơi. Nó được xây dựng trên nền tảng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM và lớp MAC linh hoạt, mềm dẻo.Do vậy, các sản phẩm của WiMAX có thể sử dụng trong các loại hình cố định hoặc di động. Theo đánh giá của các chuyên gia, Wimax sẽ nhanh chóng vượt qua các công nghệ hiện có như Wi Fi hay 3G, bởi khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao trong phạm vi rộng lớn hơn. Hơn nữa, việc cài đặt dễ dàng, tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ và giảm giá thành dịch vụ cho người sử dụng. Xuất phát từ những tiềm năng nêu trên, nhóm em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình là: Công nghệ Wimax . Đề tài gồm có 4 chương: Chương 1: Khái niệm công nghệ WiMax Chuơng 2: Khái quát về công nghệ WiMax Chương 3: Các công nghệ trong WiMax và WiMax di động Chuơng 4: Ứng dụng và tiềm năng phát triển
MỞ ĐẦU Trong kỉ nguyên Internet ngày nay, ngành điện tử viễn thơng góp phần lớn vào q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Từ hệ thống chuyển mạch, truyền dẫn linh hoạt, tốc độc xử lý cao với nhiều phương thức truyền dẫn đại tới thiết bị đầu cuối đa dạng Bên cạnh với địi hỏi ngày cao đời sống xã hội, mặt chất lượng dịch vụ, tốc độ kết nối, phải đáp ứng yêu cầu mỹ quan ưu việt công nghệ Từ thực tế cơng nghệ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) đời thành đáng khích lệ, nấc thang cho mạng viễn thông WiMAX công nghệ dựa chuẩn 802.16 cho phép cung cấp dịch vụ truy nhập không dây lúc nơi Nó xây dựng tảng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM lớp MAC linh hoạt, mềm dẻo.Do vậy, sản phẩm WiMAX sử dụng loại hình cố định di động Theo đánh giá chuyên gia, Wimax nhanh chóng vượt qua cơng nghệ có Wi- Fi hay 3G, khả kết nối băng thông rộng tốc độ cao phạm vi rộng lớn Hơn nữa, việc cài đặt dễ dàng, tiết kiệm chi phí cho nhà cung cấp dịch vụ giảm giá thành dịch vụ cho người sử dụng Xuất phát từ tiềm nêu trên, nhóm em lựa chọn đề tài nghiên cứu là:" Cơng nghệ Wimax " Đề tài gồm có chương: - Chương 1: Khái niệm cơng nghệ WiMax - Chuơng 2: Khái quát công nghệ WiMax - Chương 3: Các công nghệ WiMax WiMax di động - Chuơng 4: Ứng dụng tiềm phát triển CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CÔNG NGHỆ WIMAX I.1 Lịch sử, trình phát triển I.1.1 Lịch sử Hiện có nhiều phương pháp truy cập Internet Mỗi phương pháp truy cập có đặc điểm riêng : - Với Modem quay số điện thoại tốc độ thấp - ADSL có tốc độ lên tới 8Mb/s cần có đường dây kết nối - Thuê bao riêng: giá thành đắt, khó triển khai khu vực có địa hình phức tạp - Hệ thống thơng tin di động cung cấp tốc độ truyền 9.6 Kb/s thấp so với nhu cầu người sử dụng - GSM(2G), GPRS(2.5G) cho phép truy cập tốc độ 172,2 Kb/s hay EDGE 300 đến 400 Kb/s chưa đủ đáp ứng nhu cầu ngày tăng dịch vụ Internet - Hệ thống di động 3G tốc độ truy cập khơng vượt Mb/s - Mạng Wifi( hay LAN không dây) áp dụng cho máy tính trao đổi thông tin khoảng cách ngắn) Với thực tế công nghệ vậy, cần đưa giải pháp truy cập internet băng rộng cố định/di động thay công nghệ truy cập nơi đâu với tốc độ cao, cơng nghệ WIMAX WiMax tập trung giải vấn đề mạng vô tuyến trời băng rộng điểm – điểm, điểm – đa điểm Hoạt động WiMAX mềm dẻo tương tự WiFi truy cập mạng tức máy tính có nhu cầu truy cập mạng tự động kết nối đến trạm anten WiMAX gần Điều quan trọng WiMAX xây dựng dựa tiêu chuẩn IEEE.802.16 I.1.2 Quá trình phát triển : Quá trình phát triển WiMAX qua số chuẩn như: Đầu tiên chuẩn IEEE 802.16a, công nhận vào tháng 1/2003.Với dải tần hoạt động 11 GHz , cho phép kết nối mà khơng cần thỏa mãn điều kiện tầm nhìn thẳng Điều khiến cho chuẩn IEEE 802.16a trở thành công nghệ sáng giá dành cho ứng dụng kết nối đầu cuối ứng dụng hay bị ảnh hưởng vật cản, dành cho trạm gốc gắn nhà mà không gắn đỉnh tháp hay đỉnh núi Tiếp theo dải tần hoạt động thấp hơn: Phiên 802.16-2004, chuẩn mà diễn đàn WiMAX tập trung vào Chuẩn dành cho công nghệ WiMAX cố định, động mang xách không dành cho WiMAX di động Vào tháng 12 năm ngoái, chuẩn 802.16e phê chuẩn, bổ sung thêm khả di động thông qua thay đổi lớp MAC, chuyển giao BTS lớp vật lý SOFDMA Nhóm IEEE 802.16 nghiên cứu phiên 802.16m với mục đích đẩy tốc độ truyền lên lớn 350Mbps tương thích với WiMAX cố định di động có Phiên theo dự kiến hoàn thiện vào cuối 2009, bước tiến vượt trội 3G LTE Nó dựa kỹ thuật ăng-ten MIMO công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát thu nhiều WiMAX di động « Wave » 802.16m trang bị ăng-ten phát ăng-ten thu đẩy tốc độ truyền lên lớn 350Mbps Theo dự kiến, WiMAX Release với hoàn thiện 802.16m hoàn thành vào cuối năm 2009 bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010 Sơ đồ phát triển công nghệ wimax I.2 Khái niệm: - WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) công nghệ truy nhập không dây băng thông rộng mới, dựa chuẩn IEEE 802.16, gọi WirelessMAN WiMAX cho phép người dùng duyệt Internet máy laptop mà không cần kết nối vật lý cổng Ethernet tới router switch - WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử dụng di chuyển cố định lúc kết nối), mang xách cuối di động mà không cần thiết Tầm nhìn thẳng (Line-of-Sight) trực tiếp tới trạm gốc - WiMAX công nghệ dựa chuẩn, cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) phương thức thay cho cáp DSL - WIMAX kỹ thuật viễn thông cung cấp việc truyền dẫn không dây khoảng cách lớn nhiều cách khác nhau, từ kiểu kết nối điểm - điểm kiểu truy nhập tế bào CHƯƠNG II: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX II.1 Thành phần II.1.1 Thành phần hệ thống : Gồm có phần: II.1.1.1 Trạm gốc Wimax: - Bao gồm thiết bị điện tử nhà (indoor electronics) cột phát ( WIMAX TOWER) - Một trạm gốc phủ sóng bán kính 10 km ( theo lí thuyết trạm gốc phủ sóng bán kính 50 km) - Bất kì node khơng dây nằm vùng bao phủ truy cập tới Internet II.1.1.2 Trạm thu Wimax: - Trạm thu anten hộp chuẩn stand-alone card PC máy tính hay máy tính xách tay - Truy cập tới trạm gốc tương đương với truy cập tới điểm truy cập vô tuyến mạng WiFi, vùng phủ sóng lớn - Một vài trạm gốc kết nối với trạm gốc khác với việc sử dụng liên kết sóng vi ba backhaul tốc độ cao Điều cho phép thuê bao WIMAX chuyển vùng từ trạm gốc tới vùng trạm gốc khác, giống chuyển vùng cho phép cơng ty điện thoại tổ ong Hình:Cấu hình mạng vùng thành thị nông thôn II.1.2 Thành phần cơng nghệ: - Các chuẩn cơng nghệ sử dụng WiMAX: + Chuẩn IEEE802.16 + Lớp MAC + Kỹ thuật OFDM + FEC (Forward Error Corection) - Trên thành phần công nghệ mà WIMAX nói chung sử dụng - Với WIMAX di động, đặc thù tính di động nên người ta cịn phải trọng nhiều đến vấn đề liên quan để tăng khả phát sóng thu sóng thiết bị di động II.1.3 Các băng tần WiMAX : Các băng phân bổ cho WiMAX là: - Băng 3400-3600MHz (băng 3.5GHz) Băng 3.5Ghz băng tần nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access – FWA) cho hệ thống truy cập không dây băng rộng (WBA) WiMax xem công nghệ WBA nên sử dụng băng tần Đối với Việt Nam, băng tần ưu tiên dành cho hệ thống vệ tinh Vinasat nên triển khai cho WiMax - Băng 3600-3800MHz Băng 3600-3800MHz số nước châu Âu xem xét để cấp cho WBA - Băng 3300-3400MHz (băng 3.3 GHz) Chuẩn WiMax áp dụng băng tần tương tự với băng 3.5GHz, WiMax cố định, chế độ song cơng FDD TDD, độ rộng kênh 3.5MHz 7MHz Băng tần phân bổ Ấn Độ, Trung Quốc Việt Nam xem xét phân bổ thức - Băng 2500-2690MHz (băng 2.5 GHz) Băng tần băng tần WiMax Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMax di động theo chuẩn 802.16-2005 Lý do: + So với băng 3GHz điều kiện truyền sóng băng tần thích hợp cho ứng dụng di động + Khả băng tần nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm WiMax WiMax băng tần có độ rộng kênh 5MHz, chế độ song công TDD, FDD -Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz) Băng 2.3GHz có đặc tính truyền sóng tương tự băng 2.5GHz nên băng tần WiMax Forum xem xét cho WiMax di động Hiện có số nước phân bổ băng tần cho WBA Hàn Quốc (triển khai WiBro), Úc, Mỹ, Canada, Singapore Ở Việt Nam, băng tần có khả sử dụng để triển khai WBA/WiMax - Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz) Băng tần WiMax Forum quan tâm băng tần nhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép với công suất tới cao so với đoạn băng tần khác dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốn thường sử dụng cho ứng dụng nhà WiMax (thích hợp để triển khai WiMax cố định) độ rộng phân kênh 10MHz, phương thức song công sử dụng TDD, khơng có FDD - Băng 700-800MHz( băng 1GHz) Với tần số thấp, sóng vô tuyến truyền lan xa, số trạm gốc cần sử dụng ít, tức mức đầu tư cho hệ thống thấp đi(đang xem xét khả sử dụng) Với Việt Nam, đặc điểm có nhiều đài truyền hình địa phương nên kênh giải 470-806MHz dành cho truyền hình sử dụng dày đặc cho hệ thống truyền hình tương tự II.2 Nguyên lý II.2.1.Sơ đồ nguyên lý II.2.2 Nguyên tắc hoạt động WIMAX tiêu chuẩn hoá theo chuẩn IEEE 802.16, sử dụng kĩ thuật phát sóng vơ tuyến ngắn để kết nối máy tính tới khu vực mạng Q trình kết nối thơng qua dây kết nối DSL biến đổi cáp Hệ thống Wimax hệ thống đa truy cập không dây sử dụng cơng nghệ OFDMA có đặc điểm sau: • Khoảng cách trạm thu phát từ 30Km tới 50Km • Tốc độ truyền thay đổi, lên tới 70Mbit/s • Hoạt động hai mơi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS đường truyền bị che khuất NLOS o NLOS, loại dịch vụ Wifi, có anten nhỏ gắn máy tính kết nối với tháp anten Trong chế độ này, Wimax sử dụng băng tần số thấp 2-11GHz (giống Wifi) Đường truyền bước sóng ngắn khơng dễ dàng đứt cản trở vật lý, chúng tốt để làm nhiễu xạ, chỗ cong xung quanh khu vực chướng ngại vật o LOS, điểm anten đĩa cố định đặt đỉnh nhà hay điểm cực hướng thẳng đến tháp anten Wimax Kết nối LOS mạnh ổn định hơn, gửi nhiều liệu với mức lỗi thấp Đường truyền LOS sử dụng tần số cao từ 10 đến 66GHz Tại mức tần số cao nhiễu thấp sử dụng băng thơng rộng • Độ rộng băng tần WiMax từ 5MHz đến 20MHz chia thành nhiều băng 1,75MHz Mỗi băng chia nhỏ nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời hay nhiều kênh cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu sử dụng băng tần • Cho phép sử dụng hai công nghệ TDD FDD cho việc phân chia truyền dẫn hướng lên (uplink) hướng xuống (downlink) Trong chế TDD, khung đường xuống đường lên chia sẻ tần số tách biệt mặt thời gian Trong FDD, truyền tải khung đường xuống đường lên diễn thời điểm, tần số khác Về mặt cấu trúc phân lớp, WIMAX chia thành lớp: • Lớp hội tụ (Convergence) làm nhiệm vụ giao diện lớp đa truy nhập lớp • Lớp điều khiển đa truy nhập (MAC layer) • Lớp truyền dẫn (Transmission) • Lớp vật lí (Physical) Các lớp tương ứng với hai lớp mơ hình OSI tiêu chuẩn hóa để giao tiếp với ứng dụng lớp mơ tả hình đây: II.3 Ưu hạn chế công nghệ WiMax II.3.1 Ưu điểm: Chuẩn WIMAX phát triển khắc phục nhược điểm công nghệ truy cập băng rộng trước đây, cụ thể: Hình:Ưu điểm cơng nghệ wimax • Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ cấu trúc hệ thống bao gồm điểm – đa điểm, cơng nghệ lưới (mesh) phủ sóng khắp nơi Điều khiển truy nhập môi trường – MAC, phương tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm – đa điểm dịch vụ rộng khắp lập lịch khe thời gian cho trạm di động (MS) Nếu có MS mạng, trạm gốc (BS) liên lạc với MS sở điểm – điểm Một BS cấu hình điểm – điểm sử dụng anten chùm hẹp để bao phủ khoảng cách xa • Bảo mật cao: Bằng cách mã hóa liên kết vơ tuyến BS MS, sử dụng chuẩn mã hóa tiên tiến AES DES (trong chuẩn mật mã hóa số liệu), WIMAX cung cấp thuê bao riêng (chống nghe trộm) bảo vệ mạnh chống lại hành vi đánh cắp dịchvụ WIMAX đồng thời hỗ trợ VLAN (Virtual LAN), cung cấp khả bảo vệ liệu truyền tải người sử dụng khác BS • Triển khai nhanh, chi phí thấp: So sánh với triển khai giải pháp có dây, WIMAX u cầu khơng cần đến việc xây dựng bên Mỗi lần anten thiết bị lắp đặt cấp nguồn, WIMAX sẵn sàng cung cấp dịch vụ Trong hầu hết trường hợp, việc triển khai WIMAX hồn thành tính theo giải pháp khác phải kéo dài hàng tháng Ngoài ra, dựa chuẩn mở WiMAX, khơng có độc quyền tiêu chuẩn này, dẫn đến việc cạnh tranh nhiều nhà sản xuất, làm cho chi phí đầu tư hệ thống giảm đáng kể •Cung cấp mức QoS khác nhau: WiMAX tối ưu động hỗn hợp lưu lượng mang Có loại dịch vụ hỗ trợ: • Dung lượng cao: Có thể đạt dung lượng 75 Mbit/s cho trạm gốc với kênh 20 MHz điều kiện truyền sóng tốt • Độ bao phủ rộng hơn: WIMAX hỗ trợ điều chế đa mức, bao gồm BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM Khi trang bị với khuyếch đại công suất lớn hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK QPSK), hệ thống WIMAX bao phủ vùng địa lý rộng đường truyền BS MS không bị cản trở • Dịch vụ đa mức: Là loại mà QoS đạt dựa vào thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) nhà cung cấp dịch vụ người sử dụng Hơn nữa, nhà cung cấp dịch vụ đưa SLA khác cho người đăng ký khác nhau, chí cho người sử dụng khác MS • Khả tương thích: WIMAX xây dựng để trở thành chuẩn quốc tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải sử dụng MS họ vị trí khác nhau, với nhà cung cấp dịch vụ khác Tính tương thích bảo vệ vốn đầu tư ban đầu nhà khai thác chọn lựa thiết bị từ nhà đại lý thiết bị khác nhau, tiếp tục làm giảm giá thiết bị • Tính di động: Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao) OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) hỗ trợ thiết bị dịch vụ môi trường di động Những cải tiến này, bao gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (Multi In Multi Out - nhiều đầu vào nhiều đầu ra), hỗ trợ chế độ idle/sleep handoff, cho phép khả di động đầy đủ tốc độ tới 160 km/h Mạng WiMAX di động cho phép người sử dụng truy cập Internet không dây băng thông rộng đâu có phủ sóng WiMAX • Hoạt động khơng theo tầm nhìn thẳng: Thay truyền dẫn dải tần > 11GHz , WIMAX truyền dải < 11GHz với công nghệ OFDM, anten thông minh,… tạo khả điều khiển môi trường NLOS Điều giúp sản phẩm WIMAX phân phối băng tần rộng môi trường NLOS, điều mà sản phẩm vô tuyến khác làm II.3.2 Hạn chế, nhược điểm wimax Vấn đề tiêu chuẩn Các tiêu chuẩn dành cho WIMAX chưa hoàn thiện Đặc biệt tiêu chuẩn dành cho thiết bị WIMAX di động chưa có Do đó, thiết bị dành đầu cuối dành cho WIMAX di dộng chưa có sản phẩm thương mại mà dừng lại mức thử nghiệm Vấn đề chi phí Các thiết bị dành cho WIMAX có u cầu cơng nghệ cao chưa sản xuất đại trà giá thành đắt Trong thời gian tới chưa thể phố biến tới đại phận người dân 10 + Sóng mang liệu để truyền dẫn liệu + Sóng mang hoa tiêu cho mục đích ước tính đồng + Sóng mang vơ giá trị không dùng cho truyền dẫn, mà sử dụng cho dải bảo vệ sóng mang DC - Các sóng mang tích cực( liệu hoa tiêu) nhóm thành tập gọi kênh Lớp vật lý OFDMA WiMAX hỗ trợ kênh DL UL Cấu trúc sóng mang OFDMA Với DL PUSC, cặp kí hiệu OFDM, sóng mang khả dụng thích hợp nhóm thành cụm bao gồm 14 sóng mang liền kề chu kì kí hiệu, có cấp phát hoa tiêu liệu cụm kí hiệu lẻ chẵn biểu diễn hình sau: Kênh phân tập tần số DL Kế hoạch xếp lại sử dụng để nhóm cụm cho nhóm cấu thành từ cụm phân bố khắp khơng gian sóng mang Một kênh nhóm gồm hai cụm cấu thành từ 48 sóng mang liệu, sóng mang hoa tiêu Các sóng mang liệu nhóm hốn vị để tạo kênh nhóm Vì vậy, vị trí hoa tiêu cụm biểu hình 30 Các sóng mang liệu cụm phân bố cho nhiều kênh Tương tự với cấu trúc cụm DL, cấu trúc tile định nghĩa cho UL PUSC có dạng hình sau: 17 Cấu trúc tile cho UL PUSC Khơng gian sóng mang khả dụng chia thành tile tile chọn qua toàn phổ kế hoạch hốn vị/sắp xếp lại, nhóm lại để hình thành khe Khe gồm có 48 sóng mang liệu 24 sóng mang hoa tiêu kí hiệu OFDM Hốn vị liền kề nhóm khối sóng mang liền kề để hình thành kênh Hoán vị liền kề bao gồm DL AMC UL AMC, có cấu trúc tương tự Một bin gồm sóng mang liền kề kí hiệu, với gán cho liệu gán cho hoa tiêu Một khe AMC định nghĩa tập hợp bin kiểu (NxM=6), N số bin liền kề M số kí hiệu liền kề Vì vậycho phép kết hợp [(6 bin, kí hiệu), (3 bin, kí hiệu), (2 bin, kí hiệu), (1 bin, kí hiệu) ] Hốn vị AMC cho phép phân tập đa người sử dụng lựa chọn kênh với đáp ứng tần số tốt Nhìn chung, phân tập hốn vị sóng mang thực tốt ứng dụng di động hốn vị sóng mang liền kề tốt mơi trường cố định tính di động thấp Các lựa chọn cho phép thiết kế hệ thống để cân yếu tố tính di động cho thông lượng III.2.1.3 OFDMA theo tỉ lệ (scalable) Mô hình OFDMA MAN khơng dây (IEEE 802.16e-2005) dựa vào khái niệm OFDMA theo tỉ lệ (S-OFDMA) S-OFDMA hỗ trợ dải rộng băng thông với địa linh động cần cho cấp phát phổ khác yêu cầu mơ hình thơng thường Tính linh động hỗ trợ điều chỉnh cỡ FFT cố định khơng gian tần số sóng mang 10.94 KHz Từ khối tài ngun băng thơng sóng mang khoảng kí hiệu cố định, tác động tới lớp cao nhỏ phân tỉ lệ băng thông Các thông số S-OFDMA liệt kê bảng 3.1 Các băng thông hệ thống cho hai thiết kế ban đầu phát triển nhóm cơng nghệ diễn đàn WIMAX phát hành 10 MHz Thông số Băng thông kênh hệ thống (MHz) Giá trị 1.25 10 20 Tần số lấy mẫu (Fp MHz) 1.4 5.6 11.2 22.4 18 Cỡ FFT (NFFT) Số kênh Khoảng tần số sóng mang Thời gian kí hiệu có ích (Tb=1/f) Thời gian bảo vệ (Tg=Tb/8) Khoảng kí hiệu OFDMA (Ts=Tb+Tg) 128 512 10.94 KHz 91.4 ms 11.4 ms 102.9 ms Số kí hiệu OFDMA (khung 5ms) III.2.1.4 Cấu trúc khung TDD 48 1024 16 2048 32 PHY 802.16e hỗ trợ TDD hoạt động FDD song công bán song công; Tuy nhiên phát hành ban đầu sơ lược WIMAX di động bao gồm TDD Với vấn đề nhiễu đối lập TDD yêu cầu đồng hệ thống rộng; nhiên, TDD ưu tiên cho mơ hình song cơng với lý sau đây: • TDD cho phép điều chỉnh tỉ lệ đường lên/đường xuống để hỗ trợ hiệu lưu lượng đường lên/đường xuống khơng đối xứng, với FDD, đường lên đường xuống lúc cố định nhìn chung băng thơng UL DL • TDD đảm bảo đặc quyền kênh để hỗ trợ tốt thích ứng đường, MIMO kĩ thuật anten ưu điểm chống lặp khác • Khơng giống FDD, mà yêu cầu cặp kênh, TDD yêu cầu kênh đơn cho đường lên đường xuống, cung cấp tính mềm dẻo tốt để thích ứng cấp phát phổ rộng khác • Thiết kế máy thu phát vơ tuyến cho TDD phức tạp nên rẻ Trong khung, thông tin điều khiển sau sử dụng để đảm bảo hoạt động hệ thống bình thường: • Đoạn mở đầu: đoạn mở đầu sử dụng cho đồng bộ, kí hiệu OFDM khung •Tiêu đề điều khiển khung (FCH): FCH nằm sau đoạn mở đầu cung cấp thơng cấu hình khung giống độ dài tin MAP kế hoạch mã hóa thích hợp việc sử dụng kênh •DL-MAP UL-MAP: DL-MAP UL-MAP cung cấp cấp phát kênh thông tin điều khiển khác cho tách biệt khung DL UL 19 •Sắp xếp UL: kênh xếp UL cấp phát cho trạm di động (MS) để thực chống lặp thời gian, tần số điều chỉnh công suất yêu cầu băng thơng •UL CQICH: Kênh UL CQICH cấp phát cho MS để thông tin trạng thái kênh hồi tiếp •UL ACK: UL ACK cấp phát cho MS để chấp nhận DL HARQ hồi tiếp Hình Cấu trúc khung TDD III.2.2 Phân lớp giao thức MAC III.2.2.1 Cấu trúc lớp MAC: -Lớp MAC 802.16 thiết kế hỗ trợ ứng dụng điểm-đa điểm dựa CSMA/CA (Collision Sense Multiple Access with Collision Avoidance) - MAC AP 802.16 quản lý tài nguyên UL, DL gồm chức định thời truyền nhận - Lớp MAC cịn có số chức hỗ trợ ứng dụng diện rộng mà tính di động khơng ổn định như: + Tích hợp dịch vụ di động: bình chọn tức thời (realtime Polling Service) không tức thời (non-realtime Polling Service) + Đóng gói/phân mảnh để tăng độ hiệu sử dụng băng tần + Quản lý khóa riêng tư (PKM-privacy key management) để bảo mật từ lớp MAC +Hỗ trợ phát đa luồng +Chuyển mạch tốc độ cao +Quản lý lượng PKM phiên cịn có khả kết hợp với giao thức xác thực mở rộng (EAP-Extensible Authentication Protocol) - MAC thiết kế đặc biệt cho môi trường truy cập không dây điểm tới đa điểm (point-to-multipoint PMP) Nó hỗ trợ cho lớp cao giao thức giao vận ATM, 20 Ethernet hay Internet Protocol IP thiết kế cho có khả phù hợp với giao thức tương lai MAC có tốc độ bit cao lên đến 268 mbps chiều - MAC bao gồm lớp quy tụ chuyên biệt dịch vụ giao diện với lớp cao hơn, phía lớp phần chung (common part) MAC nòng cốt thực chức MAC chủ yếu Bên lớp phần chung lớp bảo mật (security sublayer) + Những lớp quy tụ chuyên biệt dịch vụ Tiến hành chuyển đổi gói tin từ định dạng mạng khác thành gói tin phù hợp với định dạng IEEE 802.16 Lớp nằm đỉnh MAC, thực nhận PDU từ lớp cao hon, phân lớp dịch vụ PDU phân phối xuống lớp phần chung + Lớp phần chung (common part sublayer): Cung cấp chức MAC bao gồm * Chức truy nhập * Phân bố băng thông * Thiết lập * Quản lí kết nối Sự trao đổi thơng tin trạm gốc (Base Station - BS) trạm thuê bao (Subcriber Station - SS) vùng địa lí theo kiến trúc: Điểm – Điểm (Point to Point), Điểm – Đa điểm (Point to MultiPoint) kiến trúc kết hợp (Mesh) + Lớp bảo mật (security sublayer): *Cung cấp chế chứng thực, trao đổi khóa mã hóa Lớp bảo mật cung cấp chế điều khiển truy nhập tin cậy, đảm bảo an toàn liệu đường truyền, khắc phục việc truy cập trái phép dịch vụ việc mã hóa luồng dịch vụ 21 *Lớp tiếp ứng (Convergence) làm nhiệm vụ giao diện lớp đa truy cập lớp III.2.2.2 Các dịch vụ MAC: *QoS: - Định nghĩa luồng dịch vụ mà ánh xạ đến điểm mã DiffServ nhãn luồng MPLS phép kết nối đầu cuối tới đầu cuối theo giao thức IP sở QoS Ngoài ra, nguyên lý báo hiệu sở subchannelization MAP cung cấp chế linh động cho việc lập lịch tối ưu tài nguyên không gian, tần số thời gian giao diện vô tuyến frame by frame - QoS phụ thuộc vào yếu tố: + Giao thức MAC hoạt động hướng kết nối (connection – oriented) + Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant + Phân loại dịch vụ Có loại hình dịch vụ QoS: 22 * Scheduling: -Cơ chế lập lịch (scheduling) WiMAX không qui định cụ thể chuẩn Có nhiều hình thức lập lịch khác nhau, mục đích làm để dụng tài nguyên UL va DL cách có hiệu đảm bảo QoS yêu cầu * Power Saving Management: - WiMAX di động hỗ trợ hai chế độ vận hành– Sleep Mode Idle Mode để tiết kiệm lượng tiêu thụ -Sleep Mode trạng thái mà MS giai đoạn trước có trao đổi thơng tin với trạm gốc qua giao diện vô tuyến Sleep Mode cho phép MS tối thiểu lượng tiêu thụ tối thiểu tài nguyên vô tuyến trạm gốc Sleep Mode cung cấp khả linh hoạt cho MS để dò trạm gốc khác để thu thập thông tin hỗ trợ chuyển giao (handoff) Sleep Mode -Idle Mode cung cấp chế cho MS để sẵn sàng cách định kỳ nhận tin quảng bá DL mà không cần đăng ký với trạm gốc xác định MS di chuyển mơi trường có đường truyền vơ tuyến phủ sóng nhiều trạm gốc * Quản lý di động: - Có ba phương pháp chuyển giao chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ + Chuyển giao cứng (Hard Handoff – HHO) + Chuyển trạm gốc nhanh (Fast Base Station Switching – FBSS) +Chuyển giao phân tập vỹ mơ (Macro Diversity Handover – MDHO) Trong đó, chuyển giao HHO bắt buộc FBSS MDHO hai chế độ tùy chọn * Bảo mật: - WiMAX di động hỗ trợ tốt đặc tính bảo mật lớp nhờ áp dụng công nghệ tốt sẵn có Nó hỗ trợ nhận thực thiết bị/người dùng, giao thức quản lý khóa linh động, mã hóa lưu lượng, bảo vệ tin điều khiển tối ưu hóa giao thức bảo mật cho chuyển giao nhanh + Giao thức quản lý khóa 23 + Nhận thực thiết bị/người dung + Mã hóa lưu lượng + Bảo vệ tin điều khiển +Hỗ trợ chuyển giao nhanh *Dịch vụ Muticast Broadcast – MBS: Dịch vụ MBS WiMAX di động kết hợp đặc tính tốt DVB – H, MediaFLO 3GPP E – UTRA, thỏa mãn yêu cầu sau: - Tốc độ liệu cao khả phủ sóng sử dụng mạng tần số (SFN – Single Frequency Network) -Cấp phát tài nguyên vô tuyến linh động * Truy nhập kênh truyền (network entry and initialization): - Khi MS mở máy (power on) tiến hành bước sau để kết nối với trạm BS: +Thực trình tìm kiếm đồng hóa với BS mà thu sóng radio Để thực điều này, MS tiến hành scan tần số DL (đã biết trước), lắng nghe DL preamble phát từ BS đồng hóa dựa vào thơng điệp điều khiển (control message) +Tiếp theo MS nhận biết thông số uplink cách lắng nghe UL-MAP +MS thực trình ranging Cái giống power control mạng thông tin di động tế bào +MS thỏa thuận việc thuê nhận băng thông với BS thông tin profile +MS thực trình nhận thực, trao đổi khóa tiến hành đăng ký truy nhập vào mạng Kết nối IP thiết lập +Luồng dịch vụ bắt đầu trao đổi 24 III.2.3 Các đặc trưng tiên tiến WiMAX di động WiMAX di động có đặc điểm giống EV-DO HSxPA nhằm tăng tốc độ truyền thông (data rate) Những đặc điểm bao gồm: Mã hóa điều chế thích nghi (Adaptive Modulation and Coding - AMC), kỹ thuật sữa lỗi dò – lặp (Hybrid Automatic Repeat Request - HARQ), Phân bố nhanh (Fast Scheduling) chuyển giao mạng (handover) nhanh hiệu Ưu việt so với wimax cố định 1.Công nghệ anten thông minh Đặc thù cơng nghệ anten thơng minh gồm có vector phức ma trận hoạt động tín hiệu nhờ có nhiều anten OFDMA cho phép vận hành anten thơng minh thực sóng mang vector phẳng Cân phức không yêu cầu để bồi thường pha đinh lựa chọn tần số Vì OFDMA thích hợp để hỗ trợ cơng nghệ anten thông minh Thực tế, MIMO-OFDM/OFDMA mong đợi tảng cho hệ thống thông tin băng rộng hệ WIMAX di động hỗ trợ tồn dải cơng nghệ anten thơng minh để tăng hiệu suất hệ thống Sơ lược WIMAX hỗ trợ dải tỉ lệ DL/UL từ 3:1 25 tới 1:1 để trợ giúp sơ lược lưu lượng khác Dùng lại tần số phân đoạn Trong WIMAX di động, dùng lại kênh linh hoạt làm dễ dàng phân đoạn kênh hoán vị vùng Một phân đoạn chia nhỏ kênh OFDMA sẵn có (một phân đoạn phải bao gồm tất kênh con) Một phân đoạn sử dụng để triển khai trường hợp đơn MAC Hoán vị vùng số kí hiệu OFDMA liền kề DL UL sử dụng hốn vị giống Trong hình 10, F1, F2, F3 miêu tả cácthiết lập khác kênh kênh tần số Với cấu hình này,dùng lại tần số tải đầy đủ trì cho người sử dụng trung tâm để cực đại hóa hiệu phổ tần dùng lại tần số phân đoạn triển khai cho người sử dụng ngồi rìa để đảm bảo chất lượng kết nối người sử dụng ngồi rìa độ thơng qua Mặt phẳng dùng lại kênh đánh giá động qua sector tế bào dựa vào tải trọng mạng điều kiện nhiễu sở khung Vì tất tế bào sector hoạt động kênh tần số không cần mặt phẳng tần số 26 Dịch vụ đa hướng quảng bá (MBS) Dịch vụ đa hướng quảng bá (MBS) hỗ trợ WIMAX di động kết hợp đặc điểm tốt DVB-H, MediaFLO 3GPP E-UTRA thoả mãn yêu cầu sau đây: • Tốc độ liệu mật độ sử dụng mạng tần số đơn (SFN) cao • Cấp phát linh hoạt tài ngun vơ tuyến • Sự tiêu thụ cơng suất MS thấp • Hỗ trợ khn liệu dịng audio video • Thời gian chuyển mạch kênh thấp CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG VÀ TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN IV.1 Ứng dụng cơng nghệ WiMax 27 Hình 1.1 Các ứng dụng WiMAX Các ứng dụng WiMAX như, minh họa Hình 1.1 như: Truy nhập băng rộng last-mile cố định thay cho DSL có dây, cable, kết nối T1 Backhaul chi phí rẻ cho vị trí cell hotspot WiFi Khả kết nối tốc độ cao cho doanh nghiệp VoIP Mơ tả lớp Thời gian thực Trị chơi tương tác Có VoIP, Hội thảo video Có Luồng Media Cơng nghệ thơng tin Có Khơng Loại ứng dụng Độ rộng băng tần Trò chơi tương tác 50-85 kbps VoIP 4-64 kbps Điện thoại hình 32-384 kbps Nhạc/thoại 5-128 kbps Các đoạn video 20-384 kbps Phim >2Mbps Bản tin tức thời 500 kbps Email >500 kbps Dữ liệu lớn, tải phim >1 Mbps 28 Tải nội dung truyền thông (lưu trữ chuyển tiếp) Ngang hàng >500 kbps Bảng : Các ứng dụng wimax IV.2 Tiềm phát triển IV.2.1 Xu hướng phát triển thời gian tới giới WiMAX cơng nghệ có tiềm phát triển lớn chiều rộng lẫn chiều sâu: - Chiều rộng: tiếp tục có nhiều giấy phép cho thử nghiệm khai thác WiMAX, thời co 80 quốc gia cho phép thử nghiệm WiMAX, số tăng lên cách nhanh chóng thời gian tới nhu cầu sử dụng mạng viên thông giới ngày nhiều bị tải… - Chiều sâu: nhà nghiên cứu, cán kỹ thuật có trách nhiệm tiếp tục nghiên cứu từ chuẩn để ngày hồn thiện cơng nghệ WiMAX WiMAX giúp khách hàng kết nối Internet băng rộng khơng dây có chi phí rẻ nhiều so với việc triển khai Internet băng rộng qua cáp đồng, điều đem lại hiệu kinh tế cho nhà khai thác Thực tế nay, WiMAX thương mại hoá nhiều nơi giới nhà khai thác để cung cấp nhiều dịch vụ cho hộ gia đình, doanh nghiệp, chí kết nối hệ thống ATM ngân hàng như: Pakistan, Đức, Hà Lan,… WiMAX - đặc biệt WiMAX di động – thu hút nhiều ý không Thái Lan mà khu vực Đơng Nam Á Ngun nhân nằm điều kiện địa lý khu vực Đây khu vực có điều kiện địa lý phưc tạp nhiều vật cản Thứ hai thân WiMAX từ lúc thiết kế phát triển không thực công nghệ di động lại có bán kính phủ song tương đối rộng Tầm phủ sóng WiMAX di động lên tới khoảng 16km - lớn nhiều tầm phủ sóng cơng nghệ Wi-Fi Với tầm phủ sóng thế, cơng nghệ WiMAX thực có ưu điều kiện tự nhiên phức tạp khu vực Đơng Nam Á Hiện tồn cầu có khoảng 1,5 triệu người dùng WiMAX Tuy nhiên, giới phân tích nhận định năm số tăng lên tới triệu 35 triệu năm 2011 IV.2.2 Tiềm phát triển Việt Nam Đất nước Việt Nam có địa hình vị trí địa lý thích hợp với triển khai khai thác dịch vụ băng rộng tảng cơng nghệ WiMAX Với địa hình nhiều sơn địa vùng xa, vùng cao, với chiều dài đất nước kéo dài nhỏ hẹp việc triển khai hình thức truyền 29 dẫn hữu tuyến chưa phải giải pháp tối ưu, có đặc điểm hữu tuyến chưa đáp ứng vơ tuyến mà điển hình WiMAX lại đáp ứng được, tỏ phù hợp Tiếp đến ta phải kể đến thị trường sử dụng internet thiết bị di động Việt Nam có tiềm có khả kinh doanh cao Bởi mật độ điện thoại Việt nam đạt khoảng 25%, thị trường nhiều để doanh nghiệp kinh doanh Hơn theo đánh giá nhà chuyên gia WiMAX công nghệ phù hợp với nước phát triển Việt Nam, lấy ví dụ Pakistan, Thái Lan hay Banglades… IV.2.3 Những trở ngại để triển khai Wimax Việt Nam Thứ băng tần Chúng ta phải đợi “ông lớn” giới triển khai trước vào Việt Nam Thứ hai, công nghệ hứa hẹn cơng ty viễn thơng liên lạc hẳn ngần ngại việc triển khai Wimax lo ngại gây thất thu cho dịch vụ SMS voice Và cuối cùng, thách thức lớn Wimax việc bị đối thủ trước chiếm hết thị phần Như Wimax phải đối mặt với việc công nghệ tiềm chỗ đứng thị trường hết Xét mặt khác, cơng nghệ WiMAX ưu việt có khơng it khó khăn khác Đó là: giá thiết bị đầu cuối cịn đắt; có số lượng hạn chế nhà sản xuất thiết bị đầu cuối; việc chuẩn hố thiết bị khó đồng khả mềm dẻo; linh hoạt (flexibility) WiMAX Bên cạnh đó, WiMAX dựa IP nên việc kết nối, đánh số, chất lượng dịch vụ, bảo mật an toàn mạng cần nghiên cứu cụ thể Thử nghiệm Wimax phục vụ Festival Huế Thursday, 05 June 2008 02:18 30 Sáng 4/6, Festival Huế 2008, VNPT Công ty Alcatel Network Systems Viet Nam số đối tác đưa vào hoạt động thử nghiệm hệ thống truy cập băng rộng Wimax với thiết bị giải pháp Wimax Alcatel – Lucent Wimax công nghệ truy cập băng rộng không dây tiên tiến giới nay, đưa vào thử nghiệm rộng rãi để bước đưa vào dụng Việt Nam Trong lần thử nghiệm này, công nghệ Wimax sử dụng dải tần số 2.5 GHz ứng dụng cho cố định di động Nhiều ứng dụng công nghệ cao áp dụng như: truy cập Internet tốc độ cao, video streaming, video on Demand, dịch vụ thoại VoIP… Theo ông Raoul Ros - trưởng đại diện Alcatel - Lucent Việt Nam, ưu điểm Wimax vùng phủ sóng rộng 4,5 km, tốc độ truy nhập hệ thống cao hẳn so với hệ thống WiFi, tăng cường khả đâm xuyên sóng siêu cao tần 2.5GHz sử dụng loại antenna thông minh định hướng…Cũng theo ông Raoul Ros, việc chạy thử nghiệm thành công áp dụng rộng rãi Việt Nam Wimax đưa vào thử nghiệm thời gian Festival diễn từ - 11/6 Sau phục vụ Festival, VNPT xin Bộ TT&TT cấp phép để trì cơng nghệ di động Wimax thêm tháng nữa, nhằm giúp người dân Tp.Huế có điều kiện tiếp xúc sử dụng công nghệ Theo VTCNews 31