TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
CÔNG NGHỆ WIMAX VÀ KHẢ NĂNG
ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Người hướng dẫn : ThS. Cao Thành Nghĩa
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Quân
Lớp

: 47K - ĐTVT

Vinh, 5-2010
1


MỤC LỤC
Trang

2


LỜI NÓI ĐẦU
Thế giới đang đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học công
nghệ, truyền thông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều
lợi ích cho người sử dụng. Bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy nhập
Internet, các trò chơi tương tác, hội nghị truyền hình,... thì truyền thông băng
rộng di động cũng đang được ứng dụng rộng rãi, cung cấp các kết nối tin cậy

năng nhất hiện nay với khả năng phát triển vững chắc và lâu dài, cho nên em
chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “Công nghệ WiMAX và khả
năng ứng dụng tại Việt Nam”.
Bố cục đồ án gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về công nghệ WiMAX.
Chương 2. Các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX và các yếu tố
ảnh hưởng.
Chương 3. Khả năng triển khai và ứng dụng hệ thống WiMAX trên
mạng Viễn thông Việt Nam.
WiMAX là một công nghệ mới, vì vậy đòi hỏi sự nghiên cứu và tìm tòi
nếu các bạn muốn tìm hiểu. Nội dung và kiến thức trong bản đồ án này là sự
tổng hợp những kiến thức trong quá trình học tập, tìm hiểu, nghiên cứu từ các
tài liệu. Vì thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên bản đồ án này
chắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý
kiến đóng góp từ các thầy, cô giáo và các bạn đọc.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo
trong khoa Điện tử Viễn thông đã giúp đỡ và góp ý cho em trong quá trình
làm đồ án. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn
ThS. Cao Thành Nghĩa, đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh, tháng 05 năm 2011
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Tiến Quân

4


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ truyền
thông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Trang

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
AAA

Authentication, authorization
and Account

Nhận thực, cấp phép và tính
cước

AAS

Adaptive Antena System

Hệ thống anten thích nghi

ACK

Acknowledgment

Xác nhận

ARQ

Automatic Retransmission
Request

Yêu cầu truyền lại tự động

Bit Error Ratio

Tỷ lệ lỗi bit

BNI

Base station network interface

Giao diện giữa trạm gốc và
mạng

BS

Base Station

Trạm gốc

BW

BandWidth

Băng thông

BWA

Broadband Wireless Access

Truy nhập không dây băng
rộng


CRC

Cyclic redundancy check

Kiểm tra vòng dư

CS

Convergence sublayer

Lớp con hội tụ

DES

Data Encryption Standard

Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu

DFS

Dynamic Frequency Selection

Lựa chọn tần số động

DFT

Discrete Fourier Transform

Biến đổi Fourier rời rạc


Mật mã - giải mã - mật mã

FEC

Forward Error Correction

Mã hóa sử lỗi trước

ETSI

European Telecommunications
Standard Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu

FBSS

Fast Base Station Switching

Chuyển đổi trạm gốc nhanh

FDMA

Frequency Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia tần số

8

Truy nhập không dây cố định

GI

Guard Interval

Chuỗi bảo vệ

GPS

Global Positioning Satellite

Vệ tinh định vị toàn cầu

H-FDD

Half-duplex FDD

FDD bán song công

HHO

Hard Handoff

Chuyển vùng cứng

IE

Information Element


International
Telecommunications Union

Hiệp hội viễn thông Quốc tế

KEK

Key Encryption Key

Khoá Mật mã Khoá

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

LMDS

Local multipoint distriution
service

Dịch vụ phân phối đa điểm
nội hạt

LOS

Line Of Sight

Tia trực xạ


Dịch vụ phân phối đa điểm đa
kênh

MS

Mobile Station

Trạm di động
9


MPEG

Moving Picture Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu
ảnh động

NCFG

Network configuration

Cấu hình mạng

NLOS

Non Line Of Sight

Tia không trực xạ

PCMCIA

Personal Computer Memory
Card International Association

Hiệp hội quốc tế về tấm mạch
nhớ của máy tính cá nhân

PAN

Propressional Area Network

Mạng cá nhân

PDA

Personal Digital Assistant

Thiết bị vụ số cá nhân

PDH

Plesiochronous digital hierarchy

Phân cấp số cận đồng bộ

PDU

Protocol Data Unit


Thủ tục điểm-điểm

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QAM

Quadrature Amplitude
Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QPSK

Quadrature phase-shift keying

Khoá dịch pha cầu phương

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

REQ

Request


SAP

Service Access Point

Điểm truy nhập dịch vụ

SAR

Synthetic Aperture Radar

Rada khe hở nhân tạo

SC

Single Carrier

Kênh mang đơn

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SDU

Service Data Unit

Đơn vị dữ liệu dịch vụ


Trạm thuê bao

STC

Space Time Coding

Mã thời gian không gian

TDD

Time Division Duplex

Song công chia thời gian

TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh chia thời gian

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia thời
gian

TEK


UTRA

UMTS terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến trên mặt
đất UMTS

UTRAN

UMTS terrestrial Radio Access
Network

Mạng truy nhập vô tuyến trên
mặt đất UMTS

VoIP
WiMAX

Voice Over IP
Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Wide Area Network

Thoại qua IP
Khả năng tương tác toàn cầu
với truy nhập vi ba
Mạng diện rộng

WAN


Wi-Fi Mutlimedia Extensions

Những mở rộng đa phương tiện
Wi-Fi

WPA

Wi-Fi Protected Access

Truy nhập được bảo vệ Wi-Fi

WSM

Wi-Fi Scheduled Multimedia

Đa phương tiện được lập
danh mục theo Wi-Fi

XOR

Exclusive-OR

Hàm cộng modul

12


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
Trong chương này trình bày tổng quát về công nghệ WiMAX, đặc điểm,

Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị
và linh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác
nhận tính tương thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập
không dây băng thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng
tốc độ triển khai truy cập không dây băng thông rộng trên toàn cầu. Do đó
các chuẩn 802.16 thường được biết đến với cái tên WiMAX.
Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vào
năm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập
không dây. Nếu như Wireless LAN đuợc phát triển để cung cấp dịch vụ truy
nhập Internet cho mạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truy
nhập Internet cho những vùng tập trung đông dân cư trong những phạm vi
hẹp thì với WiMAX ngoài khả năng cung cấp dịch vụ ở vùng đô thị nó còn
giải quyết được những vấn đề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet
cho những vùng thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử
dụng dây đồng không thể đạt tới.
WiMAX cũng là một sự phát triển kế tiếp từ dịch vụ cung cấp băng
thông giữa LAN nâng cấp lên mạng WAN. WiMAX sử dụng chuẩn kết nối
802.16 có nhiều đặc điểm nổi trội hơn về tốc độ, phạm vi phủ sóng so với
chuẩn kết nối không dây hiện nay là 802.11. Không giống như chuẩn 802.11
chỉ có thể phủ sóng trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể phủ sóng một
vùng rộng tới 50 km với tốc độ lên đến 70Mbps. WiMAX cung cấp truy nhập
băng rộng không dây cố định theo hai phương pháp điểm - điểm (Point to
Point ) hoặc điểm - đa điểm (Point to multipoint). [1]
Một hệ thống WiMAX gồm hai phần:
- Trạm phát: Giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với
công suất lớn có thể phủ sóng tới một vùng rộng tới 8000km2.

14



Backhau: Sử dụng các Anten điểm - điểm để nối nhiều hotspot với nhau
và đến các trạm gốc qua những khoảng các dài (đường kết nối giữa điểm truy
nhập WLAN và mạng băng rộng cố định).
Last mile: Sử dụng các anten điểm - đa điểm để nối các thuê bao thuộc
nhà riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc.
1.2.1 Đặc điểm của WiMAX cố định ( Fixed WiMAX)
- Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km.
- Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa là 70Mb/s.
- Hoạt động trong cả 2 môi trường truyền dẫn: Đường truyền tầm nhìn
thẳng LOS và đường truyền che khuất N-LOS.
- Dải tần làm việc 2-11GHz và 10-66GHz.
- Hướng lên truyền tin được chia thành 2 đường lên và xuống. Phân
chia đường lên và xuống có thể dùng cả 2 công nghệ: TDD và FDD.
- Fixed WiMAX sử dụng phương pháp điều chế OFDM, định nghĩa
kích thước của FFT là 256 với 192 sóng mang dữ liệu, 8 sóng mang dẫn
đường và 55 sóng mang bảo vệ.
- Các phương pháp điều chế số được sử dụng là: QPSK, 16QAM,
64QAM; dùng phối hợp các phương pháp mã hóa sửa lỗi là mã khối (Reed
Salomon) và mã xoắn (mã chập) CC.
- Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đếnt rên 20MHz được chia
16


thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa
nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy nhập đồng thời
một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng
băng tần.
- Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX đựoc chia thành 4 lớp: Lớp
con hội tụ (Convergence Layer) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập
và các lớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp bảo mật (Security) và lớp

khắp nơi bằng cách sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao (SS).
Nếu chỉ có một SS trong mạng, thì trạm gốc WiMAX sẽ thông tin với SS trên
cơ sở điểm tới điểm. Một BS trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng một
anten búp hẹp hơn để phủ các vùng lớn hơn.

Hình 1.2 Các đặc tính của WiMAX
- Bảo mật cao: WiMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hoá tiên tiến) và
3DES (chuẩn mật mã hoá số liệu). Bằng cách mật mã hoá các liên kết giữa
BS và SS, WiMAX phục vụ các thuê bao tách biệt (chống nghe trộm) và bảo
mật trên giao diện không dây băng rộng. Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà
khai thác hệ thống an ninh chống ăn trộm dịch vụ. WiMAX cũng được xây
dựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp bảo vệ dữ liệu được truyền từ các người sử
dụng khác nhau trên cùng một BS.
- Triển khai nhanh: So với sự triển khai của các giải pháp dây, WiMAX
yêu cầu ít hoặc không yêu cầu xây dựng kế hoạch mở rộng. Ví dụ, đào hố để
hỗ trợ rãnh của các cáp không được yêu cầu. Các nhà khai thác có giấy phép

18


để sử dụng một trong số các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sử
dụng một trong các băng tần không được cấp phép, không cần thiết xem xét
sâu hơn các ứng dụng cho chính phủ. Khi anten và thiết bị được lắp đặt và
được cấp nguồn, WiMAX sẽ sẵn sàng phục vụ. Trong hầu hết các trường hợp,
triển khai WiMAX có thể hoàn thành trong khoảng mấy giờ, so với mấy
tháng cho các giải pháp khác.
- QoS WiMAX: WiMAX có thể được tối ưu hoá hỗn hợp lưu lương
được mang. Bốn loại dịch vụ được hỗ trợ như trong bảng 1.1.
- Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng
tần (hiện tại là 7 MHz), các hệ thống WiMAX có thể cung cấp độ rộng băng

UGS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian
thực bao gồm các gói số liệu kích thước cố định được phát
ra tại các khoảng tuần hoàn, như T1/E1 và thoại trên nền IP.

Dịch vụ kiểm soát

rtNS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian

vòng thời gian

thực bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà được

thực (rtPS)

phát ra tại các khoảng tuần hoàn, như MPEG video.

Dịch vụ kiểm soát

nrtPS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu dung sai

vòng phi thời gian

trễ bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà yêu

thực (nrtPS)

cầu tốc độ số liệu tối thiểu, như FTP.

Best Effort (BS)
nỗ lực tối đa

- Ảnh hưởng của thời tiết xấu đặc biệt là mưa to có thể làm gián đoạn
các dịch vụ.
- Các sóng vô tuyến điện lân cận có thể gây nhiễu với kết nối WiMAX và
là nguyên nhân gây suy giảm dữ liệu trên đường truyền hoặc làm mất kết nối.
- Ngoài ra vì đây là công nghệ hoàn toàn mới do đó có việc chuẩn hoá
chưa thực sự trên phạm vi toàn thế giới nên khó khăn trong lắp ráp, thay thế ở
các khu vực khác nhau.
1.3 Các chuẩn của WiMAX [1]
1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001
Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên ra đời vào tháng 10/2001 và được công
bố vào 4/2002, IEEE 802.16 WiMAX có thể hoạt động trong băng tần số từ
2 - 66GHz, với các ứng dụng khác nhau, WiMAX sẽ sử dụng các băng tần
số khác nhau để tránh sự giao thoa.
Đặc điểm chính của IEEE 802.16 - 2001:
- Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố
định họat động ở dải tần 10 - 66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng.
- Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC.
- Tốc độ bit: 32 - 134 Mbps với kênh 28 MHz.
21


- Điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM.
- Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz.
- Bán kính cell: 2 - 5 Km.
- Kết nối có định hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật.
1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a
Chuẩn 802.16a được hoàn thành vào tháng 11/2002 và được công bố vào
tháng 4/2003. Chuẩn này cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở
đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2 - 11 GHz, bao gồm cả những phổ
cấp phép và không cấp phép, với khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50

khả năng hỗ trợ tốt trong những ứng dụng mô hình điểm - đa điểm, cũng như
những ứng dụng mô hình kiến trúc Mesh.
1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e
Chuẩn 802.16e - 2005 được tổ chức IEEE đưa ra vào tháng 11 - 2005.
Đây là phiên bản phát triển dựa trên việc nâng cấp chuẩn 802.16 - 2004 nhằm
hỗ trợ thêm cho các dịch vụ di động. Chuẩn này sử dụng kỹ thuật đa truy
nhập SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Access ), kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng kênh phụ. Băng tần được
khuyến cáo dành cho chuẩn là < 6Ghz để phục vụ cho các ứng dụng trong
môi trường không trong tầm nhìn thẳng và ứng dụng di động. Tuy tốc độ và
khả năng bao phủ không được lớn như chuẩn cố định, nhưng với kênh băng
thông 10 Mhz, nó cũng có thể đạt tới tốc độ 30 MHz, với khả năng bao phủ
tới 15 km. Một đặc điểm nổi bật của chuẩn này là có thể ứng dụng trong môi
trường di động với tốc độ lý thuyết có thể lên tới đến 120 Km/h.
1.4 Các băng tần của WiMAX [1]
1.4.1 Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới
Các băng tần được Diễn đàn WiMAX tập trung xem xét và vận động cơ
quan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMAX là:
- Băng tần 2,3 - 2,4GHz (2,3GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho Mobile
WiMAX. Tại Hàn Quốc băng này đã được triển khai cho WBA (WiBro).

23


- Băng tần 2,4 - 2,4835GHz: Được đề xuất sử dụng cho WiMAX trong
tương lai.
- Băng tần 2,5 - 2,69GHz (2,5GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho
WiMAX di động trong giai đoạn đầu.
- Băng tần 3,3 - 3,4GHz (3,3GHz Band): Được đề xuất sử dụng cho
WiMAX cố định.

dân sự và quân sự vẫn chưa có hệ thống nào được triển khai trong băng tần
này. Do đó, có thể cho phép sử dụng WiMAX trong băng tần 3,3 - 3,4GHz.
- Băng tần 3,4 - 3,6GHz, 3,6 - 3,8GHz:
Đối với Việt Nam, hệ thống vệ tinh VINASAT dự kiến sẽ sử dụng
một số đoạn băng tần trong băng C và Ku, trong đó cả băng tần 3,4 3,7GHz. Ngoài ra, đoạn băng tần 3,7 - 3,8GHz mặc dù chưa sử dụng cho
VINASAT nhưng có thể được sử dụng cho các trạm mặt đất liên lạc với
các hệ thống vệ tinh khác. Vì vậy, không nên triển khai WiMAX trong
băng tần 3,4 - 3,8 GHz.
- Băng tần 5,725 - 5,850GHz:
Hiện nay, băng tần này đã được Bộ qui định dành cho WiFi. Nếu cho
phép triển khai WiMAX trong băng tần này thì cũng sẽ hạn chế băng tần dành
cho WiFi. Băng tần này có thể thích hợp cho các hệ thống WiMAX ở vùng
nông thôn, vùng sâu, vùng xa, ở đó có thể cho phép hệ thống WiMAX phát
với công suất cao hơn để giảm giá thành triển khai hệ thống WiMAX. Vì vậy,
đề nghị cho phép triển khai WiMAX trong băng tần 5,725 - 5,850GHz nhưng
WiMAX phải dùng chung băng tần và phải bảo vệ các hệ thống WiFi.
Như vậy, với hiện trạng sử dụng băng tần tại Việt Nam như trên, các
băng tần có khả năng dành cho WiMAX ở Việt Nam là:
- Băng tần 2,3 - 2,4GHz và 3,3 - 3,4GHz cho các hệ thống truy cập
không dây băng rộng, kể cả WiMAX.
- Băng tần 5,725 - 5,850GHz cho các hệ thống truy cập không dây
băng rộng, kể cả WiMAX nhưng các hệ thống này phải dùng chung

25