Tổng quan về công nghệ WiMAX

1.1. WiMAX là gì?

WiMAX là tên viết tắt của hệ thống truy cập không dây băng rộng theo tiêu chuẩn IEEE 802 – 16 - “Worldwide Interoperability for Microwave Access”.

WiMAX là công nghệ không dây cung cấp các kết nối băng rộng trên các cự ly  xa. WiMAX có thể được sử dụng cho các  ứng dụng, bao gồm các kết nối  băng rộng chặng cuối (last mile), các điểm nóng (hotspots) và kết nối tốc độ cao cho các khách hàng. WiMAX cung cấp kết nối mạng MAN tại tốc độ tới 70Mb/s và trạm gốc WiMAX có thể phủ sóng trung bình từ 5km đến 10km.

1.2. Tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn về các hệ thống BWA được phát triển bởi Uỷ ban IEEE 802 MAN ở Mỹ và Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) ở  châu Âu. Các hệ thống IEEE MAN đã được tập trung vào nhóm 802.16 là nhóm đã công bố các tiêu chuẩn cho  toàn bộ dải tần 2-66GHz. ETSI đã tập trung vào mạng vô tuyến vùng đô thị hiệu suất cao cho các băng tần dưới 11GHz.

IEEE 802.16

Nhóm IEEE 802.16 là nhóm IEEE  về mạng vùng đô thị không dây. Tiêu chuẩn IEEE 802.16 được công bố vào tháng 4 năm 2002 định nghĩa các giao diện không gian của mạng MAN không dây. IEEE 802.16  được xây dựng để khai thác trong băng tần 10-66GHz và xác định tầng vật lý (PHY),  tầng điều khiển truy cập trung gian (MAC) của các hệ thống BWA. Ở băng tần 10-66GHz, truyền dẫn yêu cầu tầm nhìn thẳng (LOS).

Tiêu chuẩn IEEE 802.16 cung cấp cơ sở cho một nền công nghiệp MAN không dây. Tuy nhiên, tầng vật lý không thích hợp cho các ứng dụng ở tần số thấp.  Vì lý do này, IEEE công bố tiêu chuẩn 802.16a để điều chỉnh yêu cầu NLOS vào tháng 4 năm  2003. Tiêu chuẩn này ở các tần số cấp phép và không cấp phép trong dải tần từ 2GHz đến 11GHz và là sự mở rộng của tiêu chuẩn 802.16.

Tiêu chuẩn 802.16a cho phép người sử dụng kết nối băng rộng với trạm gốc mà không cần tầm nhìn thẳng. IEEE 802.16a xác định ba chỉ tiêu kỹ thuật của giao diện không gian và các chỉ tiêu này cung cấp cho các nhà  cung cấp thiết bị cơ hội để sản xuất các sản phẩm của họ theo các yêu cầu của khách hàng cho các loại triển khai khác nhau. Ba chỉ tiêu kỹ thuật của tầng vật lý trong 802.16a là:

- MAN- SC không dây: sử dụng một dạng điều chế sóng mang đơn.

- MAN-OFDM không dây: sử dụng đa phân chia tần số trực giao (OFDM) với 256 điểm biến đổi Fourie nhanh (FFT). Kiểu điều chế này có tính chất bắt buộc cho các băng tần không cấp phép.

- MAN- OFDMA không dây: sử dụng  đa truy cập phân chia tần số trực giao (OFDMA) với 2048 điểm biến đổi Fourie nhanh. Đa truy cập được cung cấp bởi việc đánh địa chỉ một tập con của  nhiều sóng mang vào một máy thu riêng.

ESTI HIPERMAN

ETSI đã tạo ra một tiêu chuẩn MAN không dây  cho băng tần giữa 2GHz và 11GHz. Tiêu chuẩn ETSI HIPERMAN đã được công bố vào tháng 10 năm 2003. ETSI làm việc chặt chẽ với nhóm IEEE 802.16 và tiêu chuẩn HIPERMAN về thực chất đi theo hướng của 802.16. Tiêu chuẩn HIPERMAN cung cấp  thông tin mạng không dây ở băng tần 2-11GHz  trên toàn châu Âu. Nhóm HIPERMAN sử dụng kỹ thuật điều chế 256 điểm FFT. Đây là một kỹ thuật điều chế được  định rõ trong tiêu chuẩn 802.16a.

Mối quan hệ giữa 802.16a, HIPERMAN và WIMAX

Một trong những mục đích  của WiMAX Forum là tạo ra một tiêu chuẩn có tính tương tác từ các tiêu chuẩn BWA của IEEE và ETSI. Tiêu chuẩn IEEE 802.16a được dự định để cho phép nhiều nhà cung cấp thiết bị   sản xuất ra  thiết bị có tính tương tác. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này cho phép các nhà cung cấp thiết bị  thực hiện các kỹ thuật điều chế khác nhau và sản xuất các thiết bị theo yêu cầu của khách hàng và vì vậy, hầu hết các sản phẩm được sản xuất ra  là khác nhau giữa các nhà cung cấp thiết bị  .

Để tạo ra một tiêu chuẩn có tính tương tác, WiMAX đã được quyết định tập trung vào 256 FFT OFDM  là đặc điểm chung giữa 802.16a và HIPERMAN. WiMAX đã phát triển các profile ở các băng tần không cấp phép, phổ biến là 2,4GHz và 5GHz và ở các băng tần cấp phép 2,3GHz, 2,5GHz và 3,5GHz. Độ rộng kênh thay đổi từ 1,5MHz đến 20MHz.

IEEE 802.16- 2004

Phiên bản cuối cùng của IEEE802.16 là 802.16-2004 (còn được biết đến như Revision D, hoặc 802.16-d) được được phê chuẩn ngày 24 tháng 1 năm 2004.  Đây là tiêu chuẩn được xây dựng dựa trên các phiên bản 802.16 và  802.16a và thay thế cho các tiêu chuẩn IEEE  802.16 và  802.16a-2003 trước đây. 802.16-2004 bao gồm các ứng dụng tầm nhìn thẳng (LOS) và không cần tầm nhìn thẳng (NLOS) trong phạm vi tần số từ 2 đến 66GHz. Tiêu chuẩn này cũng chỉ xác định các tầng vật lý (PHY) và điều khiển truy cập phương tiện truyền thông (MAC).

Những thay đổi đưa vào trong 802.16-2004 được tập trung  vào các ứng dụng cố định và nomadic trong  tần số 2-11GHz. Kỹ thuật điều chế được hỗ trợ trong 802.16-2004 là OFDM với 256 sóng mang.

802.16e – Mobile

Tiêu chuẩn IEEE 802.16e là sự mở rộng của tiêu chuẩn  802.16-2004 cho việc sử dụng di động trong băng tần  2-6GHz.

Tiêu chuẩn này được phê chuẩn ngày 7/12/2005  và được công bố  ngày 28/2/2006.

Tiêu chuẩn này hỗ trợ cho SOFDMA (Sự biến đổi trên OFDMA),  tính đến một số sóng mang có thể thay đổi, thêm vào các phương thức OFDM và OFDMA   được xác định trước đây. Việc phân bổ sóng mang trong các phương thức  OFDMA được xây dựng để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu lên các thiết bị của người sử dụng với các anten vô hướng. Hơn nữa, IEEE802.16e hỗ trợ cho đa đường vào đa đường ra (MIMO) và các hệ thống anten thích ứng (AAS), cũng như chuyển giao cứng và mềm. Tiêu chuẩn này cũng đã cải thiện về các khả năng tiết kiệm nguồn điện cho các thiết bị di động và  các đặc tính bảo mật rộng hơn.

1.3. Các dịch vụ WiMax

WiMax là công nghệ băng rộng có thể cung cấp các truy nhập/dịch vụ cố định (fixed), nomadic, portable, di động hạn chế và di động. Trong đó, các ứng dụng được WiMax Forum định nghĩa như sau:

- Truy nhập cố định: thiết bị của người sử dụng là cố định tại một vị trí trong suốt thời gian hoà mạng và  luôn kết nối với cùng sector hay ô trạm gốc.

- Truy nhập nomadic: thiết bị của người sử dụng là cố định tại một vị trí trong thời gian đang điễn ra việc kết nối mạng. Nếu người sử dụng di chuyển đến một vị trí khác, chẳng hạn ô hay sector khác, trong cùng một mạng thì thiết bị của người sử dụng sẽ được nhận dạng và có thể thiết lập kết nối với mạng. Khi kết nối, thiết bị người sử dụng có thể lựa chọn trạm gốc tốt nhất và trong khi đang kết nối nó sẽ kết nối với cùng sector hay ô trạm gốc.

- Mang xách được (portable): thiết bị của người sử dụng luôn luôn kết nối với mạng khi người sử dụng di chuyển với tốc độ đi bộ trong vùng phủ sóng của mạng. Khả năng chuyển vùng hạn chế có thể thực hiện được khi người sử dụng di chuyển từ vùng phủ của ô này sang ô khác trong cùng mạng.

- Di động hạn chế: thiết bị người sử dụng có thể kết nối với mạng với các ứng dụng phi thời gian thực trong khi di chuyển với tốc độ ô tô trong vùng phủ sóng của mạng. Chức năng chuyển vùng giữa các sector và các trạm gốc cho phép việc kết nối được liên tục đối với các ứng dụng phi thời gian thực.

- Di động: thiết bị luôn được kết nối khi người sử dụng di chuyển với tốc độ cao trong vùng phủ sóng của mạng. Chức năng chuyển vùng cho phép dịch vụ được liên tục với mọi ứng dụng.