CÔNG NGHỆ WiMAX

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẪU TRIỂN KHAI

CHO VÙNG ĐỊA HÌNH ĐẶC THÙ TẠI VIỆT NAM

PHẦN MỞ ĐẦU

Giới thiệu đề tài nghiên cứu

Hiện nay công nghệ WiMAX là một trong những công nghệ băng rộng không

dây được nghiên cứu, thử nghiệm và triển khai rộng rãi trên toàn thế giới cũng như

Việt Nam.

Với tốc độ truy cập lên tới 70Mbps trong bán kính phủ sóng 40km của chuẩn

WiMAX cố định, cũng như khả năng duy trì kết nối với tốc độ di chuyển lên tới

120km/h của WiMAX di động, công nghệ WiMAX nói chung hứa hẹn sẽ mang lại

cuộc cách mạng thực sự trong việc thay đổi cách thức truy cập Internet của con

người trong vài năm tới.

Việc thử nghiệm kỹ thuật và nghiên cứu các yếu tố kinh tế, xã hội ảnh hưởng

bởi WiMAX đang được các doanh nghiệp kinh doanh hàng đầu trong lĩnh vực viễn

thông nước ta như: VNPT, Viettel, VTC, FPT, EVN tiến hành đối với WiMAX cố

định từ tháng 03 năm 2006 và WiMAX di động từ 01 tháng 10 năm 2007 đã chứng

tỏ vai trò quan trọng của WiMAX trong chiến lược phát triển của các doanh nghiệp

cũng như lợi ích mang lại cho người tiêu dùng không chỉ ở thành thị mà còn tới tất

cả các khu vực được coi là khó khăn nhất trên cả nước.

Việc nghiên cứu mô hình triển khai WiMAX cho hai khu vực thành thị và

nông thôn trên tất cả các khía cạnh kỹ thuật công nghệ, kinh tế xã hội cũng như giáo

dục là một vấn đề cấp thiết hiện nay. Việc triển khai WiMAX tại khu vực thành thị

là một điều có thể dễ dàng nhìn nhận được lợi ích mang lại cho cả doanh nghiệp

cũng như người tiêu dùng.

Vậy bài toán còn lại là triển khai WiMAX cho khu vực nông thôn, những khu

vực khó khăn nhất về địa hình hiểm trở liệu có khả thi trên tất cả các phương diện

kỹ thuật công nghệ, kinh tế, xã hội hay không? Luận văn này sẽ đi sâu phân tích và

trả lời cho câu hỏi đó.

Phạm vi nghiên cứu và nội dung luận văn

Luận văn này nghiên cứu một cách tổng quan nhất về công nghệ WiMAX (Cả

di động và cố định), mô hình ứng dụng và các vấn đề kỹ thuật cơ bản cần quan tâm

khi tiến hành thiết kế, triển khai mạng WiMAX vào thực tế. Chương 4 của luận văn

tập trung nghiên cứu và xây dựng một mô hình mẫu để triển khai WiMAX về

những vùng khó khăn nhất về địa lý của Việt Nam.

Bố cục và nội dung chính của luận văn:

- Chương I: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMAX, các đặc điểm

chính của WiMAX cố định, WiMAX di động. Tình hình thử nghiệm, triển

khai thương mại WiMAX ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới.

- Chương II: Đi sâu nghiên cứu các đặc tả về lớp vật lý và lớp MAC

của các chuẩn WiMAX cố định (IEEE 802.16 – 2004) và WiMAX di động

(IEEE 802.16e – 2005).

- Chương III: Mô hình triển khai ứng dụng WiMAX với yêu cầu truy

cập di động cũng như cố định và các vấn đề kỹ thuật cơ bản nhất cần quan

tâm khi thiết kế và triển khai một mạng WiMAX vào thực tế.

- Chương IV: Nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu triển khai ứng

dụng WiMAX để cung cấp dịch vụ Internet và thoại VoIP cho những người

dân nông thôn, những vùng đặc thù khó khăn về địa lý điển hình của Việt

Nam. Nghiên cứu đề cập một cách toàn diện trên các mặt: kỹ thuật công

nghệ, kinh tế xã hội cũng như giáo dục khi triển khai.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN . i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU .v

DANH SÁCH HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ . vi

THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT . vii

PHẦN MỞ ĐẦU .1

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX .3

1.1 Khái niệm về mạng không dây băng rộng 3

1.2 Công nghệ WiMAX 5

1.2.1 WiMAX là gì? 5

1.2.2 Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16 8

1.2.3 WiMAX được công nhận là chuẩn toàn cầu .12

1.3 Đặc điểm cơ bản của WiMAX 14

1.3.1 Đặc điểm Fixed WiMAX 14

1.3.2 Đặc điểm Mobile WiMAX .15

1.4 Tình hình thử nghiệm, thương mại hóa WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam 16

1.4.1 Thử nghiệm và thương mại hóa WiMAX trên thế giới 16

1.4.2 Thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam 18

1.5 Kết luận .19

CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ WIMAX .20

2.1 WiMAX cố định - IEEE 802.16d-2004 21

2.1.1 Lớp MAC 21

2.1.2 Lớp PHY .30

2.2. WiMAX di động - IEEE 802.16e - 2005 .38

2.2.1 Lớp PHY .38

2.2.2 Lớp MAC 45

2.3 Kết luận .50

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN

QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ MẠNG WiMAX 51

3.1 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập di động 51

3.2 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập cố định .52

3.3 Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế và triển khai mạng WiMAX. 54

3.3.1 Lựa chọn băng tần .54

3.3.2 Lựa chọn phương thức song công .57

3.3.3 Tổng lưu lượng, bán kính phủ sóng và số sector của mỗi trạm gốc .61

3.3.4 Quy hoạch và tái sử dụng tần số có tính toán tới các loại nhiễu .63

3.3.5 Anten và các công nghệ nâng cao .65

3.3.6 Quản lý sự di động (Đối với ứng dụng Mobile WiMAX) 73

3.3.7 Trung tâm quản lý .76

3.3.8 Sơ đồ kết nối mạng WiMAX 78

3.4 Kết luận .80

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẪU ỨNG DỤNG

WiMAX CUNG CẤP DỊCH VỤ INTERNET VÀ THOẠI CHO KHU VỰC

ĐỊA HÌNH ĐẶC THÙ TẠI VIỆT NAM 81

4.1 Giới thiệu dự án thử nghiệm WiMAX tại Tả Van 81

4.1.1 Đặc điểm điển hình của địa điểm thử nghiệm 82

4.1.2 Mục tiêu của việc nghiên cứu và xây dựng mô hình mẫu để triển khai ứng dụng

thực tiễn từ thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Tả Van .84

4.1.3 Chuẩn WiMAX và thời gian thử nghiệm .84

4.2 Hệ thống WiMAX thử nghiệm thực tế tại xã Tả Van .85

4.2.1 Đặc điểm công nghệ của dự án thử nghiệm 85

4.2.2 Thiết bị WiMAX được thử nghiệm 85

4.2.3 Các địa điểm tham gia thử nghiệm .86

4.2.4 Các ứng dụng được thử nghiệm 88

4.2.5 Kiến trúc hệ thống .89

4.2.6 Mô hình kết nối tại trạm gốc .91

4.2.7 Mô hình kết nối phía khách hàng 92

4.2.8 Hệ thống VoIP trên nền WiMAX .93

4.2.9 Cài đặt và cấu hình hệ thống WiMAX .97

4.3 Kết quả nghiên cứu, đánh giá trên phương diện kỹ thuật của hệ thống WiMAX

thử nghiệm .100

4.3.1 Khả năng bao phủ của mạng .100

4.3.2 Khả năng quản lý từ xa của hệ thống triển khai tại Tả Van 100

4.3.3 Độ ổn định/tin cậy của hệ thống .101

4.3.4 Tốc độ truy nhập tối đa/trung bình đạt được 101

4.3.5 Các ứng dụng chạy tốt trên nền WiMAX .102

4.3.6 Độ trễ 102

4.3.7 Jitter của hệ thống vệ tinh .102

4.3.8 Chất lượng dịch vụ VoIP trên nền hệ thống WiMAX: .103

4.4 Kết quả nghiên cứu, đánh giá về hiệu quả kinh tế xã hội, giáo dục và nâng cao

dân trí .104

4.4.1 Nhu cầu sử dụng và lợi ích mang lại từ việc truy cập Internet tốc độ cao của

người dân nông thôn là rất lớn .104

4.4.2 Cách thức đào tạo dựa trên phương thức truyền đạt kinh nghiệm thực tế phát huy

hiệu quả cao .108

4.4.3 Chia sẻ băng thông giữa các người dùng khác nhau .109

4.4.4 Bưu điện văn hóa xã và UBND xã đóng vai trò quan trọng trong sự thành công

của việc mang băng thông rộng tới người dân nông thôn: 109

4.5 Mô hình bền vững được khuyến nghị khi triển khai băng thông rộng tới vùng

nông thôn Việt Nam 110

4.5.1 Mô hình kỹ thuật, công nghệ và các đối tượng được thụ hưởng dịch vụ băng

thông rộng không dây: .110

4.4.2 Cung cấp nội dung thông tin được chuẩn hóa tới mọi người dân .111

4.5.3 Chi phí đầu tư hệ thống ban đầu và chi phí khai thác hàng tháng 112

4.5.4 Mô hình kinh doanh bền vững với sự hỗ trợ của nhà nước 114

4.6 Kết luận .115

PHẦN KẾT LUẬN .116

TÀI LIỆU THAM KHẢO .117

TÓM TẮT LUẬN VĂN .119

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.16 12

Bảng 2.1: Các loại khoá bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16-2004 . 29

Bảng 2.2: Thông số symbol OFDM theo chuẩn 802.16-2004 32

Bảng 2.3: Mã sửa lỗi đối với các phương thức điều chế 34

Bảng 2.4: Kích cỡ khối bit xen kẽ 35

Bảng 2.5: Thông số SOFDMA 41

Bảng 2.6: Các phương thức điều chế và Mã hóa được hỗ trợ trong 802.16e 42

Bảng 2.7: Tốc độ dữ liệu lớp PHY Mobile WiMAX 43

Bảng 2.8: Các dịch vụ WiMAX di động và QoS . 47

Bảng 3.1: Phân bổ tần số cho các công nghệ không dây . 56

Bảng 3.2 Tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO . 7