Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
LỜI MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ truyền thông vô tuyến
băng rộng qua khoảng cách xa, nhiều công nghệ nổi lên như để chứng tỏ tiềm năng và tính
khả thi của mình như công nghệ DSL, ADSL, WiFi. Nhưng cho tới nay tất cả những công
nghệ này tuy hiện nay rất phổ biến nhưng dường như vẫn không đáp ứng được nhu cầu
ngày càng cao của người dùng về mặt tốc độ, khả năng phủ sóng… WiMAX nói chung và
đặc biệt là WiMAX di động nói riêng với những đặc tính vượt trội đã chứng tỏ mình là một
giải pháp tích cực có thể giải quyết các vấn đề đa truy nhập về mặt chi phí lắp đặt, khoảng
cách phủ sóng, tốc độ đường truyền, đồng thời thu hút được sự tham gia hợp tác của các
tập đoàn điện tử lớn trong việc sản xuất thúc đẩy sự hoàn thiện của công nghệ mới này.
Đề tài khóa luận tốt nghiệp với tiêu đề: “Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng
dụng triển khai trên mạng nội hạt” được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan
về công nghệ WiMAX di động đồng thời nghiên cứu tình hình triển khai của công nghệ
mới này trong điều kiện thực tế ở Việt Nam để trả lời các câu hỏi như: “Tại sao công nghệ
mới này lại hấp dẫn các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng cũng như các khách hàng
như vậy?” và “Quá trình triển khai trên thực tế được thực hiện như thế nào, kết quả thu
được là gì?”. Đồng thời, việc nghiên cứu tìm hiểu về WiMAX di động trong tình hình
mạng viễn thông Việt Nam hiện nay là điều cần thiết không chỉ đối với thị trường nói
chung cũng như các các nhà quản lý mà quan trọng hơn sẽ giúp trang bị cho sinh viên khoa
điện tử - viễn thông của trường Đại học Công Nghệ những nền tảng kiến thức thực tế cơ
bản về việc ứng dụng và phát triển công nghệ mới này.
Trên cơ sở những thông tin có sẵn từ các tài liệu trong và ngoài nước, phần nội dung
của bài viết được thực hiện thông qua đọc và phân tích đồng thời nêu lên quan điểm của
bản thân về những vấn đề cần nghiên cứu. Nội dung bài khóa luận bao gồm 2 phần chính:
 Chương 1: Tổng quan về chuẩn 802.16e và WiMAX di động.
 Chương 2: Các đặc tính kỹ thuật của WiMAX di động.
 Chương 3: Ứng dụng triển khai WiMAX di động trên mạng nội hạt tại Việt Nam
MỤC LỤC
- 1 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt

2.4.1.2 Công nghệ anten thông minh ...................................................................40
2.4.2 Sử dụng lại tần số phân đoạn .....................................................................42
2.4.3 Dịch vụ Multicast và Broadcast (MBS).......................................................44
2.5 Các vấn đề về phổ của WIMAX di động................................................................45
2.6 Kiến trúc WiMAX end-end....................................................................................46
2.6.1 Hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng..................................................................48
2.6.2 Liên mạng và chuyển vùng ........................................................................48
2.6.3 Bảo mật......................................................................................................51
2.6.4 Tính di động và chuyển giao.......................................................................52
2.6.5 Khả năng mở rộng, vùng bao phủ và lựa chọn nhà khai thác.......................53
2.6.6 Khả năng liên hoạt động của đa nhà sản xuất..............................................54
2.6.7 Chất lượng dịch vụ .....................................................................................54
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI WiMAX DI ĐỘNG TRÊN MẠNG NỘI
HẠT TẠI VIỆT NAM .................................................................................................55
3.1 Tổng quan..............................................................................................................55
3.2 Triển khai WIMAX di động của công ty Viễn Thông Hà Nội (HNPT) ..................56
3.2.1 Mục tiêu triển khai......................................................................................56
3.2.1.1 Yêu cầu về dịch vụ cho hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng..........56
3.2.1.2 Đối tượng khách hàng của hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng.....56
3.2.2 Qui mô triển khai WIMAX di động tại Hà Nội ..........................................56
3.2.3 Phối hợp thử nghiệm triển khai Wimax giữa Motorola và HNPT................57
3.2.3.1 Mục đích của cuộc Phối hợp Thử nghiệm Công nghệ (PTC)...............59
- 3 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
3.2.3.2 Nội dung công việc triển khai.............................................................69
3.2.3.3 Sơ đồ chung về mạng của ULAP WiMAX .........................................70
3.2.3.4 Các thành phần hệ thống và thiết bị kiểm tra được yêu cầu.................71
3.2.3.4.1 Phần mềm ....................................................................................72
3.2.4 Cấu hình thử nghiệm ..................................................................................73
3.2.4.1 Các mô hình thử nghiệm ....................................................................74

Hình 2.4: Qos hỗ trợ WiMAX di động
Hình 2.5: Các bước kết nối với trạm BS
Hình 2.6 : Kỹ thuật MIMO
Hình 2.7: Chuyển mạch thích ứng cho anten thông minh
Hình 2.8 Cấu trúc khung đa miền
Hình 2.9: Sử dụng lại tần số
Hình 2.10: Hỗ trợ MBS nhúng với những vùng WiMAX-MBS di động
- 5 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 2.11: Mô hình tham chiếu mạng WIMAX
Hình 2.12: Cấu trúc mạng WiMAX trên nền IP
Hình 3.1: Sơ đồ các khu vực triển khai WiMAX di động
Hình 3.2: Cấu hình sản phẩm Ultra Light
Hình 3.3: Cấu hình sản phẩm ULAP
Hình 3.4: Framework quản lý các phần tử ULAP
Hình 3.5: Cấu hình cell điển hình (4 sector)
Hình 3.6: Module thuê bao ngoài trời
Hình 3.7: Cấu hình đa sector của ULAP
Hình 3.8: Cấu hình mạng chung ULAP
Hình 3.9: Cấu hình mạng
Hình 3.10: Cấu hình thử nghiệm WiMAX di động của HNPT
Hình 3.11: Thử nghiệm dịch vụ truyền file FTP
Hình 3.12: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web intranet
Hình 3.13: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web internet
Hình 3.14: Thử nghiệm dịch vụ VOIP PC-to-PC
Hình 3.15: Thử nghiệm dịch vụ Game trực tuyến
Hình 3.16: Thử nghiệm dịch vụ mạng riêng ảo VPN
Hình 3.17: SM built-in DHCP Server
Hình 3.18: External DHCP Server
Hình 3.19: Thử nghiệm VOIP với VOIP server (HNPT) và Voice Gateway (HNPT)

AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích ứng
ARPU Average Revenue Per User
Chỉ số doanh thu bình quân
của một thuê bao/tháng
ASN gateway Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập
BS Base Station Trạm gốc
CCMP
Cipher Block Chaining Message
Authentication Code Protocol
Giao thức CCMP
CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung
CQI Channel quality indicator Chỉ thị chất lượng kênh
CQI Channel quality indicator
Một kênh chỉ thị chất lượng
kênh
CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ
CSN Core Service Network Mạng dịch vụ lõi
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động
DL Downlink Đường xuống
DL FUSC Fully Used Sub-Carrier
Sóng mang con sử dụng hoàn
toàn
DL PUSC Partially Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng một
- 8 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
phần
DOCSIS
Data Over Cable Service Interface
Specification
Dịch vụ truyền data bằng

MIMO Multiple-input and multiple-output
Kỹ thuật sử dụng nhiều ăng-
ten phát và nhiều ăng-ten thu
để truyền và nhận dữ liệu
MS Mobile Station Trạm di động
- 9 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng
NOSL None-light of sight Không theo tầm nhìn thẳng
NRM Network Reference Model Mô hình tham chiếu mạng
NSP Network Service Provider Nhà cung câp dịch vụ mạng
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số trực giao
PKM Protocal of Key Management Phương thức quản lý khóa
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadratura Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phương
RTG Receive Transition Gap
Khoảng trống chuyển giao
đầu thu
RUIM Removable User Identity Module
Mô đun xác nhận người sử
dụng có thể di chuyển được

WiMAX
Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Khả năng tương tác toàn cầu
với truy nhập vi ba
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN 802.16E VÀ WiMAX DI ĐỘNG
1.1 Giới thiệu chung về WiMAX di động
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 và 802.16
của IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – Viện các kỹ sư điện và điện
tử) cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp, DSL,
ADSL hoặc hệ thống cáp quang tốn kém. Hệ thống WiMAX, theo như WiMAX Forum,
cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomandic - trong đó người sử dụng có thể di
chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối, mang xách được trong đó 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 50
km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS – Line of sight) và bán kính cell lên tới 8km
không theo tầm nhìn thẳng (NLOS – Non line of sight).
Trong họ IEEE 802.16 nổi bật nhất là chuẩn 802.16e – 2005 với khả năng đáp ứng
các ứng dụng cố định và đặc biệt là các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di
động. Chuẩn này đánh dấu sự phát triển vượt bậc trong khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng
ngày càng cao của người dùng. Với những thuộc tính vượt trội đặc biệt về tốc độ đường
truyền số liệu lên tới 64Mbps downlink và 28Mbps uplink khả năng cung ứng di động tối
đa lên tới 120km/h, và bán kính phủ lên tới 1/5/30km, WiMAX di động đang dần chứng tỏ
- 11 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
mình là một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực cung cấp giải pháp Internet băng rộng di
động và là một đối thủ cạnh tranh đáng gờm đối với mạng thông tin di động 3G LTE trong
việc cung ứng các dịch vụ tương tự như thoại VoIP, Internet di động hay TV di động.
WiMAX di động sẽ là một giải pháp vô tuyến băng rộng cho phép hội tụ mạng băng
rộng cố định và di động thông qua công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng

Mô hình phủ sóng mạng WiMAX hay WiMAX di động tương tự như một mạng điện
thoại di động với 2 phần: Trạm phát và Trạm thu.
 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 8000 km
2
 Trạm thu: Có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp hoặc được gắn
thêm trên mainboard của máy tính như card WLAN.
- 13 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Người dùng có thể truy cập WiMAX di động tại bất cứ địa điểm nào dù là cố định
hay đang di động. Một điểm đáng chú ý đó là các trạm phát do được kết nối với mạng
Internet thông qua các đường truyền Internet tốc độ cao hoặc các trạm trung chuyển theo
đường truyền thẳng LOS nên khả năng phủ sóng của WiMAX là rất rộng. Các anten thu
phát có thể trao đổi thông tin qua các đường truyền LOS hoặc NLOS. Đối với trường hợp
truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao do vậy tín hiệu thu
được trong trường hợp này rất ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa. Tuy nhiên đối với trường
hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn, 2 – 11 GHz tương tự như WLAN,
tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ…để tới đích.
Hình 1.3: Mô hình hệ thống WiMAX
1.3 Kiến trúc mạng WiMAX di động
- 14 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.4: Kiến trúc mạng WiMAX di động
Ta thấy để thiết lập một mạng WiMAX hay WiMAX di động ta cần có các trạm phát
BS (giống BTS của mạng thông tin di động). Nhiều BS sẽ được kết nối, quản lý bởi một
ASN (Access Service Network) gateway. ASN Gateway này là thực thể miêu tả trong
WiMAX Forum, tuy nhiên trong các mạng triển khai thực tế thì người ta hay gọi là WAC
(WiMAX hay Wireless Access Controller). Nhiều WAC tập hợp lại tạo thành một ASN.
Nhiều ASN của cùng một operator tạo thành một NAP (Network Access Provider). Nhiều
nhà cung cấp khác nhau sẽ có thể triển khai nhiều mạng truy nhập khác nhau, rồi chúng sẽ

số liệu và được gán tới đầu của đoạn tải số liệu như được chỉ ra trong hình:
- 16 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.6: Mặt cắt của Cyclic Prefix
Sử dụng CP để chống lại xuyên nhiễu giữa các ký hiệu và tạo cho kênh “xuất hiện”
vòng tròn. Một trong những nhược điểm của CP là làm giảm hiệu quả của băng thông do sử
dụng thêm ở phần tiêu đề. CP làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông đi một ít. Do phổ
OFDM có hình rất nhọn giống như “brick-wall”, do đó một phần lớn băng thông kênh được
sử dụng cho truyền số liệu nên giúp giảm ảnh hưởng trong việc sử dụng tiền tố vòng tròn.
Hình 1.7: Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế OFDM
OFDM có thể triển khai trên nhiều dải tần số khác nhau với đa kênh bằng cách sử
dụng mã hoá và thông tin tại sóng mang nhỏ trước khi đưa vào truyền dẫn.
- 17 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.8: Miền tần số OFDM
Điều chế OFDM có thể hiện thực hoá một cách hiệu quả với chuyển đổi Fourier
ngược nhanh. Điều này cho phép truyền một số lượng lớn các sóng mang nhỏ mà không
phức tạp trong việc thực hiện. Trong một hệ thống OFDM, các tài nguyên trong miền thời
gian chính là các ký hiệu OFDM và trong miền tần số là các sóng mang nhỏ. Nguồn tài
nguyên “tần số” và “thời gian” có thể được tổ chức thành các kênh con dùng cho việc phân
bổ tới từng người sử dụng riêng rẽ. Mỗi hình chữ nhật là một kênh con độc lập và cấp cho
những người sử dụng khác nhau:
Hình 1.9: Mô hình kênh con hóa OFDM
1.4.1.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) là một phương thức đa
truy nhập phân chia theo tần số trực giao, cung cấp hoạt động ghép kênh luồng số liệu cho
đa người sử dụng vào các kênh con đường xuống và đa truy nhập đường đa đường lên bằng
phương tiện kênh con đường lên.
- 18 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt

cluster chứa 14 sóng mang liền kề trên một ký hiệu, với sự phân bổ pilot và số liệu trên mỗi
nhóm trong các ký hiệu chẵn và lẽ như hình sau..
Hình 1.11: Sự phân bổ pilot và dữ liệu trong các ký hiệu chẵn lẻ
Một nguyên lý sắp xếp lại được sử dụng để hình thành nhóm các cluster. Một kênh
con trong nhóm chứa 2 cluster và được được tạo bởi 48 sóng mang con số liệu và 8 sóng
mang con pilot. Các sóng mang con số liệu trong mỗi nhóm được tiếp tục hoán vị để tạo
thành các kênh con trong phạm vi nhóm. Vì vậy, chỉ các vị trí dẫn đường trong cluster là
được biểu thị trong hình trên.Các song mang con dữ liệu trong cluster được phân bổ cho
nhiều kênh con.
Tương tự với cấu trúc nhóm cho DL, một cấu trúc tile được xác định cho UL PUSC
có định dạng như hình 1.12
- 20 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.12: Cấu trúc tile của UL PUSC
Không gian sóng mang con hiệu dụng được chia thành các tile, được chọn từ phổ
bằng sơ đồ hoán vị/ sắp xếp lại, được nhóm cùng nhau để hình thành một khe. Khe bao
gồm 48 sóng mang số liệu và 24 sóng mang pilot trong 3 ký hiệu OFDM.
Hoán vị liền kề nhóm một khối các sóng mang con liền kề để hình thành kênh con.
Hoán vị liền kề bao gồm DL AMC và UL AMC, và có cùng một cấu trúc. Một “thùng”
(bin) bao gồm 9 sóng mang con trong một ký hiệu, với 8 được gán cho số liệu và một được
gán cho pilot. Một khe (slot) trong AMC được xác định như là một tập hợp các thùng với
kiểu (N*M=6), trong đó N là số thùng liền kề và M là số ký hiệu liền kề. Do đó, các kiểu
hoán vị này có thể là (6 bin, 1 ký hiệu, 3 bin, 2 ký hiệu, 1 bin 6 ký hiệu). Hoán vị AMC cho
phép nhiều người sử dụng bằng cách chọn kênh con với sự phản hồi tần số tốt nhất.
Nói chung, kiểu hoán vị sóng mang con đa dạng thực hiện tốt trong các ứng dụng di
động trong khi đó hoán vị sóng mang con liền kề lại phù hợp tốt cho môi trường di động
thấp, hoặc có thể lưu động hoặc cố định. Những tuỳ chọn này cho phép người thiết kế hệ
thống lựa chọn ra kiểu hoán vị phù hợp với hệ thống của mình.
1.4.1.3 S-OFDMA theo tỷ lệ
Đây là một đặc điểm bổ xung cho IEEE 802.16e để hỗ trợ chuyển giao dễ dàng.

Hình 1.13: Tương quan so sánh giữa OFDM và SOFDMA
OFDMA tạo cho các định dạng 802.16e linh hoạt hơn rất nhiều trong việc quản lý các
dịch vụ người dùng khác nhau với nhiều kiểu anten và yếu tố hình dạng khác nhau. Nó đem
lại sự giảm bớt can nhiễu cho các thiết bị khách hàng có anten toàn hướng và khả năng
truyền NLOS được cai thiện – những yếu tố rất cần thiết khi hỗ trợ các thuê bao di động.
Việc tạo kênh phụ thuộc sẽ xác định các kênh con để có thể gán cho các thuê bao khác nhau
tùy thuộc vào các trạng thái kênh và các yêu cầu dữ liệu của chúng. Điều này tạo điều kiện
cho các nhà khai thác linh hoạt hơn trong việc quản lý băng thông và công suất phát, từ đó
dẫn đến việc sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn.
- 23 -
Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16e và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.14: So sánh OFDM và OFDMA
Trong OFDM, tất cả các sóng mang đều được phát đi một cách song song với cùng
một biên độ trong khi OFDMA chia không gian sóng mang thành N
G
nhóm mỗi nhóm có
N
E
sóng mang và N
E
kênh con, mỗi kênh con này mang một sóng mang cho mỗi nhóm.
Việc tạo kênh con này giúp cải thiện hiệu năng khi công suất phát từ một thiết bị người
dùng bị hạn chế. Chẳng hạn trong OFDMA có 2048 sóng mang biến đổi thành N
E
= 32 và
N
G
= 48 trong tuyến xuống và N
G
= 53, N