NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
Lời nói đầu
Một vài năm trở lại đây, các công nghệ không dây được đề cập đến nhiều và được
coi là một trong những giải pháp cho nhiều loại hình mạng. Trong quá trình học tập tại
trường đại học Bách khoa Hà Nội cũng như thực tập tại viện Công nghệ thông tin Quân
đội, em đã được tiếp xúc, được đọc, tham khảo những tài liệu về các công nghệ này. Một
công nghệ không dây mới xuất hiện và có những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ
đi trước nó là công nghệ Wimax. Dù rằng Wimax chưa được triển khai, cũng mới chỉ có
các hệ thống thử nghiệm nhưng nó hứa hẹn là một công nghệ cách mạng trong lĩnh vực
không dây. Dựa trên sự hợp chuẩn của hai tổ chức chuẩn hóa lớn nhất thế giới là IEEE
và ETSI cũng như sự hậu thuẫn của hàng loạt các công ty lớn trên thế giới như Intel,
Alvarion… chắc chắn rằng trong tương lai không xa, Wimax sẽ trở nên phổ biến trên
phạm vi toàn cầu. Đối với Việt Nam, Wimax có thể được coi là một giải pháp đi tắt đón
đầu và hoàn toàn phù hợp với hoàn cảnh nước ta.
Để tìm hiểu trước về một công nghệ vẫn còn mới mẻ và đầy tiềm năng, em đã thực
hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ không dây Wimax”.
Do thời gian có hạn, công nghệ Wimax lại là một công nghệ mới, phức tạp, hơn
nữa kiến thức của bản thân em vẫn còn nhiều hạn chế nên chắc chắn rằng đề tài sẽ không
thể tránh khỏi những sai sót. Mong các thấy, cô, các bạn góp ý cho em để em có hiểu
biết sâu, rộng hơn về công nghệ này.
Đây là đề tài được thực hiện trong một thời gian dài và là thành quả lớn nhất của
em trong quá trình học tập dưới mái trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Ngoài sự cố
gắng, nỗ lực của bản thân, em còn được sự động viên giúp đỡ của rất nhiều người để có
thể hoàn thành đề tài.
Em xin cảm ơn cô giáo PGS.TS Nguyễn Việt Hương, người đã tận tình hướng
dẫn, định hướng, góp ý cho em nhiều điều vô cùng quý báu trước và trong quá trình em
thực hiện đề tài này.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông, các thầy cô giáo trường
đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền đạt cho em rất nhiều nhiều kiến thức, kinh nghiệm
trong quá trình em học tập và nghiên cứu tại trường.
I

3.1.2 Hiệu ứng fading.................................................................................................15
3.2 Các kĩ thuật điều chế...............................................................................................17
3.2.1 Điều chế BPSK/QPSK......................................................................................17
3.2.2 Điều chế QAM...................................................................................................18
III
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
3.3 Kĩ thuật OFDM........................................................................................................19
3.3.1 Khái niệm OFDM.............................................................................................19
3.3.2 Hệ thống OFDM...............................................................................................22
3.3.3 Lợi ích của OFDM............................................................................................24
3.3.4 Ứng dụng của OFDM.......................................................................................24
3.4 Mã hóa kênh.............................................................................................................25
3.5 Các kĩ thuật đa truy nhập.......................................................................................26
3.5.1 Kĩ thuật FDMA.................................................................................................27
3.5.2 Kĩ thuật TDMA.................................................................................................27
3.5.3 Kĩ thuật CDMA.................................................................................................28
3.5.4 Kĩ thuật OFDMA..............................................................................................28
3.6 Mã hóa bảo mật........................................................................................................28
3.6.1 Mã hóa đối xứng...............................................................................................29
3.6.2 Mã hóa khóa công cộng....................................................................................32
CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIMAX.............................................34
4.1 Khái niệm công nghệ Wimax..................................................................................34
4.2 Một số các ứng dụng điển hình của Wimax..........................................................36
4.3 Ưu điểm của Wimax................................................................................................36
4.4 Wimax Forum..........................................................................................................37
CHƯƠNG 5: CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG WIMAX..................................39
5.1. Những băng tần cơ bản sau được sử dụng trong 802.16....................................39
5.2. Mô hình tham chiếu................................................................................................39
5.3. Lớp con hội tụ CS...................................................................................................40
5.4. Lớp con MCPS........................................................................................................43

HÌNH 2-2: HỆ THỐNG CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY.............................11
HÌNH 2-3: QUAN HỆ GIỮA 802 VÀ OSI...........................................................12
HÌNH 2-4: HỆ THỐNG CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY CỦA IEEE............13
HÌNH 3-5: HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG TRONG TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN. 16
HÌNH 3-6: ĐIỀU CHẾ BPSK.............................................................................17
HÌNH 3-7: ĐIỀU CHẾ QPSK.............................................................................18
HÌNH 3-8: ĐIỀU CHẾ QAM...............................................................................19
HÌNH 3-9: SO SÁNH GIỮA FDM VÀ OFDM.....................................................20
HÌNH 3-10: NGUYÊN LÝ TẠO MỘT KÍ HIỆU OFDM........................................21
HÌNH 3-11: PHỔ NĂNG LƯỢNG TRONG OFDM.............................................22
HÌNH 3-12: DẢI BẢO VỆ TRONG MỘT KÍ HIỆU..............................................22
HÌNH 3-13: SƠ ĐỒ THU PHÁT CỦA HỆ THỐNG OFDM.................................23
HÌNH 3-14: MÃ HÓA KÊNH TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ..............25
HÌNH 3-15: MÃ KHỐI........................................................................................26
HÌNH 3-16: MÃ XOẮN.......................................................................................26
HÌNH 3-17: ĐA TRUY NHẬP THEO TẦN SỐ...................................................27
HÌNH 3-18: ĐA TRUY NHẬP THEO THỜI GIAN..............................................28
VI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
HÌNH 3-19: CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÃ HÓA..........................................29
HÌNH 3-20: MÃ HÓA DES.................................................................................30
HÌNH 3-21: MÃ HÓA VỚI IV.............................................................................31
HÌNH 3-22: MÃ HÓA TRONG FM.....................................................................32
HÌNH 3-23: MÃ HÓA CÔNG CỘNG..................................................................33
HÌNH 5-24: MÔ HÌNH THAM CHIẾU CỦA 802.16............................................40
HÌNH 5-25: CẤU TRÚC CỦA ATM-CS PDU CHẾ ĐỘ CHUYỂN MẠCH
ĐƯỜNG...........................................................................................42
HÌNH 5-26: CẤU TRÚC KHUNG ATM-CS PDU CHẾ ĐỘ CHUYỂN MẠCH
KÊNH...............................................................................................42
HÌNH 5-27: QUÁ TRÌNH PHÂN LOẠI MAC SDU..............................................43

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 5.1: Ý nghĩa các trường trong tiêu đề MAC PDU................................................50
Bảng 5.2: Ý nghĩa các bit trong trường Type...............................................................51
Bảng 5.3: Các mô hình mã hóa.....................................................................................69
Bảng 5.4: Các mô hình xen kẽ......................................................................................71
Bảng 5.5: Thông số điều chế OFDM trong Wimax.......................................................71
Bảng 5.6: Tổng kết về Wimax......................................................................................82
IX
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
BẢNG TỪ VIẾT TẮT
Kí hiệu Từ viết tắt
AK Authorization Key
ATM Asynchronous Transfer Mode
BE Best Effort
BPSK Binary Phase Shift Keying
BS Base Station
CATV Cable Television
CDMA Code Division Multiple Access
CID Connection Identifier
CP Cyclic Prefix
CRC Cyclic Redundancy Check
CS Service-Specific Convergence Sublayer
CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
DCD Downlink Channel Descriptor
DES Data Encryption Standard
X
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
DL-MAP Download Map
DSL Digital Subcriber Line

PMP Point-to-Multipoint
QAM Quadrature Amplitude Modulation
QoS Quality of Service
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
rtPS
Real-time Polling Service
RSA Rivest, Shamir, and Adleman
SA Security Association
SC Single Carrier
SDU Service Data Unit
SFID Service Flow Identifier
SS Subcriber Station
TDD Time Division Duplexing
TDM Time Division Multiplexing
TDMA Time Division Multiple Access
XII
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY WIMAX
TEK Traffic Encryption Key
UCD Uplink Channel Descriptor
UGS Unsolicited Grant Service
UL-MAP Upload Map
UNI User-to-Network Interface
UNII Unlicensed National Information Infrastructure
VCI Virtual Channel Identifier
VPI Virtual Path Identifier
WiFi Wireless Fidelity
WIMAX Worldwide Interoperability Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network
WMAN Wireless Metro Area Network
WPAN Wireless Personal Area Network

SC: Kĩ thuật điều chế tín hiệu trên một sóng mang.
XV

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan về đề tài
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. Trước
đây, khi nhu cầu ít, thông tin được trao đổi rất đơn giản, có khi chỉ là những kí hiệu,
những chữ thông thường… rồi dần dần đến các văn bản, email, tệp tin cỡ nhỏ,…
Nhưng như hiện nay, và cả trong tương lai, người ta không chỉ muốn trao đổi các loại
hình thông tin đơn giản cũ nữa mà người ta muốn trao đổi cả những thông tin có kích
thước lớn hơn, đa dạng hơn như âm thanh, hình ảnh, video,…
Trước thực tế đó, ngoài việc đưa ra các chính sách, các quy định,.. còn cần phải
có các công nghệ mới để hỗ trợ cho việc xây dựng và triển khai dịch vụ. Người ta cần
cải tạo toàn bộ hệ thống mạng để đáp ứng nhu cầu đó, từ mạng lõi, mạng phân tán
đến các mạng truy nhập. Hiện nay trên thế giới và cả Việt Nam, mạng lõi, mạng phân
tán cũng đã được cải thiện một cách đáng kể. Riêng mạng truy nhập thì gặp nhiều
khó khăn hơn. Mạng truy nhập là mạng nối từ nhà cung cấp dịch vụ tới khách hàng,
nó chiếm phần đầu tư rất lớn cho toàn bộ mạng nói chung. Đây cũng là nơi mà rất
nhiều giải các giải pháp được đưa ra nhằm cải thiện khả năng cung cấp dịch vụ cho
khách hàng đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí.
Mạng truy nhập được nói đến nhiều nhất hiện nay là các mạng truy nhập băng
rộng. Gọi là băng rộng vì nó cung cấp một tốc độ đủ lớn để triển khai các dịch vụ
tiên tiến như thoại, dữ liệu và có thể cả video,…Các công nghệ băng rộng cho mạng
này được phân ra làm hai loại, một là không dây và một là có dây.
Loại có dây vẫn được dùng phổ biến từ trước cho tới nay như DSL, CATV, cáp
quang,… Công nghệ có dây ưu điểm là tốc độ rất cao, không bị giới hạn nhiều về các
chính sách, quy định,… nhưng nhược điểm rõ ràng của nó là giá thành rất cao, việc
triển khai phức tạp và kém linh hoạt. Trái lại, đây lại là những ưu điểm của mạng
không dây. Dù rằng tốc độ của mạng không dây không cao lại bị ràng buộc chặt chẽ

của công nghệ.
Đề tài được chia làm sáu chương:
• Chương I: Chương giới thiệu tổng quan, phạm vi đề tài như đã trình bày ở
trên.
• Chương II: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ băng rộng nói chung và công
nghệ băng rộng không dây nói riêng, hệ thống chuẩn của các công nghệ băng
rộng không dây và Wimax.
• Chương III: Chương này tổng kết nền tảng lí thuyết, kĩ thuật,… sẽ được ứng
dụng trong Wimax như các hiện tượng đa đường, suy hao, các kĩ thuật điều
chế, mã hóa….
• Chương IV: Chương này giới thiệu chung về công nghệ Wimax, Wimax là
gì? Ứng dụng của nó thế nào? Khả năng của nó ra sao? Chương này cũng giải
thích một số các yếu tố ngoài kĩ thuật mà có thể biến Wimax trở thành một
công nghệ phổ biến trong tương lai.
• Chương V: Chương này tập trung lí giải các vấn đề kĩ thuật trong Wimax như
mô hình phân lớp, chất lượng dịch vụ, bảo mật,…
• Chương VI: Giới thiệu một số mô hình triển khai Wimax, hiện trạng công
nghệ Wimax trên thế giới và ở Việt Nam.
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG
2.1 Khái niệm công nghệ băng rộng
2.1.1 Nhu cầu của công nghệ băng rộng
Mạng truy nhập là mạng nằm giữa tổng đài nội hạt CO (Central Office) và thiết
bị đầu cuối của khách hàng. Các dịch vụ viễn thông mà khách hàng có thể sử dụng
được xác định bởi tổng đài nội hạt. Mạng truy nhập có vai trò hết sức quan trọng
trong mạng viễn thông. Nó là phần lớn nhất của bất kỳ mạng viễn thông nào, trải dài
3
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
trên vùng địa lý rộng lớn. Thông thường chi phí xây dựng mạng truy nhập chiếm ít
nhất là một nửa chi phí xây dựng toàn bộ mạng viễn thông. Đó là con đường duy nhất
để cung cấp các dịch vụ (gồm cả thoại và dữ liệu). Chất lượng và hiệu năng của

4
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
2.1.2 Lợi ích từ công nghệ truy nhập băng rộng
Trước tiên là nhanh, nó cho phép truy cập với một tốc độ gấp 10-20 lần so với
phương pháp quay số thông thường, thậm chí hơn nữa. Khi ta dùng modem để quay
số, tốc độ chỉ có thể đạt từ 30 đến 50Kbps còn với một kết nối băng rộng, tốc độ lên
tới từ 256Kbps đến 10Mbps, phụ thuộc vào dịch vụ mà ta chọn. Hãy tưởng tượng,
khi ta sử dụng modem kết nối 28,8Kbps, ta phải mất đến 18 phút để tải một tệp nhạc
MP3 3½ phút, trong khi nếu sử dụng kết nối băng rộng 1.5Mbps thì chỉ cần 20 giây.
Ưu điểm thứ hai là luôn kết nối. Bất kì khi nào máy tính được bật lên thì nó đều
ở trạng thái kết nối với internet. Điều này có nghĩa là không phải lãng phí thời gian
cho việc quay số và đợi modem kết nối mỗi lần muốn vào interntet. Sẽ không có
chuyện bị cảnh báo mạng bận hoặc hiếm khi bị rớt ra khỏi mạng.
Không bắt buộc phải ngừng dịch vụ điện thoại trong khi dùng dịch vụ internet.
Tức là thuê bao hoàn toàn không phải trả tiền cho đường dây thuê bao thứ hai. Hơn
thế nữa cũng có thể chia sẻ giữa nhiều máy với nhau thông qua một kết nối internet.
Lợi ích đáng nói nhất của công nghệ băng rộng chính là tốc độ. Chính vì đạt
được tốc độ cao như vậy nên có thể triển khai được rất nhiều các dịch vụ khác mà với
các kết nối quay số thông thường không thể làm được. Điều này đồng nghĩa với việc
thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của các dịch vụ xã hội khác. Có thể
kể qua ở đây một số dịch vụ đáng chú k y như là: dịch vụ cho phép truyền các tệp tin
với dung lượng lớn, có thể là tệp văn bản, tệp âm thanh, tập hình ảnh, tệp phim…,
các dịch vụ nhắn tin nhanh IM (Instant Message), dịch vụ hội tụ (Video
Conferencing) tốc độ cao.
2.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng đáng lưu tâm
Công nghệ DSL
DSL không phải là một công nghệ mà là một nhóm công nghệ. Nó sử dụng
đường cáp đồng có sẵn để truyền dữ liệu với tốc độ cao. Nó cho phép truyền đồng
thời dữ liệu và âm thanh trên đôi cáp đồng đó nhờ vào việc truyền dữ liệu và âm
thanh trên các tần số khác nhau.

thông không dây không sử dụng dây dẫn nên khả năng bị xâm nhập, bị phá dữ liệu do
những yếu tố chủ quan là rất lớn.
2.2. Công nghệ không dây băng rộng
2.2.1 Thế giới công nghệ không dây.
Công nghệ WWAN - Wide Wireless Area Network
Đặc điểm của mạng WAN đó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng địa lý
rộng lớn. Có thể là một khu vực rộng, một quốc gia, thậm chí toàn cầu. Chính vì vậy,
mạng này ra đời chủ yếu với mục đích xây dựng nên các hệ thống thông tin di động.
6
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
Kể từ khi ra đời từ năm 80 tới nay, các mạng di động đã phát triển hết sức nhanh
chóng trên phạm vi toàn cầu. Kết quả thống kê ở một số nước cho thấy số lượng các
thuê bao di động đã vượt xa các thuê bao cố định. Trong tương lai, con số này sẽ vẫn
tăng cùng với nhu cầu của thuê bao. Điều này đã khiến cho các nhà khai thác cũng
như các tổ chức viễn thông không ngừng nghiên cứu, cải tiến, đưa ra các giải pháp kĩ
thuật nhằm nâng cao khả năng của mạng di động. Cho đến nay, mạng WWAN đã trải
qua 3 thế hệ với các giai đoạn khác nhau. Và mỗi thế hệ đều có những cải tiến vượt
bậc so với thế hệ đi trước.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Hệ thống mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) được phát triễn vào những năm
cuối thập niên 70, hệ thống này sử dụng kỹ thuật tương tự (analog).Tất cả các hệ
thống 1G sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA. Các hệ
thống mạng di động 1G chỉ được dùng để sử dụng cho dịch vụ thoại với chất lượng
khá thấp nguyên do tình trạng nghẽn mạch và nhiễu xảy ra thường xuyên .
Các hệ thống mạng di động 1G bao gồm các hệ thống: AMPS (Advaced Mobile
Phone System), ETACTS (Enhanced Total Access Cellular System) và NMT(Nordic
Mobile Telephone System).
Hệ thống thông tin di động thứ 2 (2G)
Hệ thống mạng 2G được triển khai vào năm 1990 và hiện nay vẫn được sử dụng
rộng rãi. Là một mạng thông tin di động số băng hẹp, sử dụng phương pháp chuyển

triển khai vào năm 2005.
Công nghệ WMAN
Đặc điểm của công nghệ này là phạm vi bao phủ của nó từ vài đến vài chục km.
Công nghệ này thích hợp cho việc triển khai các ứng dụng trong phạm vi một thành
phố, hoặc một vùng ngoại ô,… Công nghệ này đặc biệt có ý nghĩa trong việc đưa
thông tin tới các vùng sâu, vùng xa hoặc những nơi mà việc đi cáp đến thực sự khó
khăn. Hiện nay có hai tổ chức chính thực hiện việc chuẩn hóa công nghệ này là IEEE
với 802.16 và ETSI với HiperAccess/HiperMAN
Công nghệ WLAN
WLAN là hệ thống liên kết, chia sẻ và trao đổi dữ liệu giữa các máy tính sử
dụng sóng radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thế mạng LAN truyền thống. Tổ chức
chuẩn hóa các mạng WLAN chủ yếu vẫn là IEEE và ETSI. Các hệ thống WLAN có
thể đạt tới tốc độ hàng chục Mbps trong khoảng cách vài chục mét. Thiết bị WLAN
8
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
đã được lắp đặt tại nhiều địa điểm nhất là những nơi tập trung dân cư như khách sạn,
trạm, nhà ga,…
Một số lợi ích cơ bản của WLAN là: cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và
mở rộng một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có
tính chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, thiết lập được mạng ở những
khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém. Bên cạnh đó, việc cài đặt
mạng WLAN cũng khá dễ dàng và công nghệ WLAN cũng rất dễ hiểu và dễ sử dụng.
LAN và WLAN chỉ khác nhau ở một số đặc điểm nhưng nhìn chung tất cả những
công nghệ áp dụng trong LAN thì cũng đều đều áp dụng được cho WLAN. Chúng có
các tính năng giống nhau và thường được nối chung với mạng Ethernet đi dây.
WLAN ngày càng phát triển theo xu hướng “nhanh hơn, tốt hơn, rẻ hơn”, tốc độ
của WLAN đã lên tới vài chục Mbps, khoảng cách hàng kilomet còn giá thành thì
ngày càng giảm. Thậm chí sự phát triển của nó đã làm nó vượt khỏi ranh giới mạng
LAN thông thường
Ở Việt Nam hiện nay, WLAN vẫn chưa phát triển, chỉ có một số rất ít nơi lắp