nghiên cứu, tìm hiểu wimax và các vấn đề an toàn thông tin của wimax

Nó cung cấp kết nối mạng vùng thành thị không dây MAN với tốc độlên tới 70Mbps và các trạm gốc Wimax trung bình có thể bao phủ từ 5 đến10km.Các chuẩn cố định và di động đều đợc sử dụng t

Mục lục

Mục lục 1

Lời Nói Đầu 4

CHƯƠNG I: 6

TổNG QUAN Về WIMAX 6

1.1 Lịch sử Wimax 6

1.2 Khái niệm Wimax 7

1.3 Băng tần hoạt động và chuẩn công nghệ của Wimax 7

1.3.1 Băng tần hoạt động 7

1.3.2 Chuẩn công nghệ Wimax 10

Chơng ii : 13

Đặc điểm kỹ thuật của WiMAx di động 13

2.1 Tóm lợc 13

2.2 Lớp vật lý PHY(physical) 14

2.2.1 Cở sở OFDM 14

2.2.2 Cấu trúc symbol OFDMA và kênh con hoá 15

2.2.3 Scalable OFDMA 18

2.3.4 Cấu trúc khung TDD 18

2.2.5 Các đặc tính lớp PHY cao cấp khác 20

2.3 Lớp kiểm soát truy nhập MAC (Media Access Control) 22

2.3.1 Các khía cạnh lớp kiểm soát truy nhập MAC 22

2.3.2 Hỗ trợ chất lợng dịch vụ (QoS) 23

2.3.3 Dịch vụ lập lịch trình MAC (Media Access Control) 25

2.3.4 Quản lý tài nguyên 25

2.3.4.1 Quản lý di động 25

2.3.4.2 Quản lý nguồn năng lợng 26

2.3.4.3 Chuyển giao 26

2.3.5 Các đặc tính cao cấp hỗ trợ khá năng di động 27

2.3.5.1 Công nghệ Anten thông minh 27

2.3.5.2 Sử dụng lại tần số 30

2.3.6 Tính toán hiệu suất hệ thống di động Wimax 34

2.3.6.1 Các thông số hệ thống di động Wimax 34

2.3.6.2 Quỹ đờng truyền WiMAX di động 39

2.3.6.3 Độ tin cậy và mào đầu của MAP trong WiMAX di động 39

2.3.6.4 Hiệu suất hệ thống WiMAX 42

2.3.7 Kiến trúc WiMAX đầu cuối (end-to-end) và ứng dụng 45

2.3.7.1 Kiến trúc WiMAX đầu cuối (end-to-end) 45

2.3.7.2 Hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng: 46

2.3.8 Tính mềm dẻo, khả năng mở rộng, phủ sóng 47

2.3.8.1 Liên mạng và chuyển vùng (roaming) 47

2.3.8.2 Khá năng di động và chuyển giao 51

2.3.8.3 Khả năng mở rộng, và lựa chọn của nhà khai thác 51

2.4 Kết chơng 52

Chơng IIi: 54

Vấn đề an toàn thông tin của wimax 54

3.1 Tóm lợc 54

3.2 Kỹ thuật an toàn thông tin quy định trong wimax 55

3.2.1 Khái quát quy trình an toàn thông tin cho IEEE 802.16 55

3.2.2 Liên kết bảo mật (Security Association) 60

3.2.3 Chứng thực (Authentication) 65

3.2.3.1 Hash Message Authentication Code(HMAC): 65

3.2.3.2 Chứng chỉ nhận thực X.509: 66

3.2.3.3 Giao thức chứng thực mở EAP 66

3.2.4 Quản lý riêng t và hệ thống giải mã PKM 67

3.2.4.1 Xác thực và trao đổi AK: 67

3.2.4.2 Trao đổi TEK: 68

3.2.5 Mã hóa dữ liệu(Data Encryption): 70

3.2.5.1 DES (Data Encryption Standard) 70

3.2.5.2 AES (Advanced Encryption Standard) 71

3.2.5.3 Thuật toán mật mã hóa khóa công khai (RSA) 75

3.2.6 Giao thức quản lý khóa phiên bản 2-PKMv2: 76

3.2.6.1 PKMv2 quản lý khóa dựa trên RSA: 78

3.2.6.2 Xác thực PKMv2 dựa vào EAP: 79

3.2.6.3 Chi tiết về PKMV2 dùng trong IEEE802.16e dựa vào EAP .83 3.3 Các điểm yếu ATTT của wimax và phơng pháp khắc phục 85

3.3.1 Nguy cơ bị tấn công ở lớp lớp vật lý (PHY) 86

3.3.1.1 Phơng thức tấn công Jamming (tấn công kiểu chèn ép) 86

3.3.1.2 Phơng thức tấn công Scrambling 86

3.3.2 Điểm yếu của lớp con bảo mật 86

3.3.3 Điểm yếu quá trình nhận thực qua lại 87

3.3.4 Nguy cơ mất an toàn dữ liệu 88

3.3.5 Lổ hỏng an ninh trong việc quản lý khóa 89

3.3.6 Các điểm yếu an toàn khác 89

Kết luận 91

Bảng ký hiệu viết tắt 93

Danh mục hình ảnh 96

Danh mục bảng 98

Tài liệu tham khảo 99

Lời Nói Đầu

Viễn thông nói chung và công nghệ thông tin nói riêng đã có những bớctiến dài cơ bản, các thế hệ mạng liên tục đợc xây dựng và phát triển Thực tế

đã chứng minh đây là yếu tố quan trọng hàng đầu thúc đẩy nền kinh tế pháttriển với những xu thế toàn cầu hoá đầy thời cơ, thách thức với mỗi quốc gia

và các đặc khu kinh tế Vì thế ngày nay, vấn đề xây dựng một hệ thống cơ sởhạ tầng viễn thông, công nghệ thông tin tiết kiệm về sức ngời, sức của, hơnnữa an toàn trong vận hành và khai thác phục vụ các chiến lợc an ninh quốcphòng, phát triển kinh tế là u tiên hàng đầu của mỗi quốc gia

Việc nghiên cứu WiMAX cũng không nằm ngoài mục đích đa ra mộtthế hệ mạng mới có thế thay thế các công nghệ trớc đó nh xDSL, Wi-Fi, 2G,3G, Nhằm đa internet băng thông rộng đến với tất cả mọi ngời trên thế giới

kể cả những vùng xa xôi heo lánh địa hình phức tạp Bên cạnh đó không làmmất đi mỹ quan của đô thị, tránh và giảm thiểu các thiệt hại đáng tiếc do thiêntai gây ra

Giá trị lớn nhất khi nghiên cứu WiMAX chính là: Nghiên cứu một thế

hệ mạng bền vững cho tơng lai, đảm bảo tính ‘‘An toàn thông tin’’ Một thế

hệ mạng mới thay thế, hay bổ sung khắc phục các điểm yếu mà những thế hệmạng trớc đó để lại Nhằm xây dựng một cơ sở hạ tầng ‘‘xanh’’, chiến lợc,

đáp ứng đợc các nhu cầu dài hạn về lĩnh vực thông tin viễn thông nói chung vàcông nghệ thông tin nói riêng

Vì vậy việc chọn đồ án tốt nghiệp là đề tài: Nghiên cứu, tìm hiểu‘‘

WiMAX và các vấn đề an toàn thông tin của WiMAX’’ mang ỷ nghĩa thực

tiến rất cao Trong khuôn khổ của đồ án đã tìm hiểu kiến thức cơ bản về trúccủa mạng WiMAX và từ đó đi sâu nghiên cứu các cơ chế bảo mật màWiMAX đa ra cũng nh các lỗ hỏng an ninh và phơng pháp khắc phục giảmthiếu các cuộc tấn công có thế xẩy ra đối với WiMAX, cụ thể bổ cục nh sau

Bổ cục của đồ án bao gồm 3 chơng:

Chơng I : Tổng quan về WiMAX

Tìm hiểu sơ lợc về WiMAX Từ lịch sử phát triển, khái niệm, đến băngtần hoạt động và những thách thức

Chơng II : Đặc điểm về kỹ thuật của WiMAX di động

Nghiên cứu, đánh giá chi tiết, rõ ràng các đặc điểm kỹ thuật củaWiMAX di động Sở dĩ nghiên cứu ‘‘WiMAX di động’’ mà không phải làWiMAX bởi vì Hiện nay nói đến WiMAX là ngời ta nghĩ đến IEEE 802.16e,

nó bao hàm các đặc điểm của ‘‘WiMAX cố định’’ (802.16d) trở về trớc và hỗtrợ thêm rất nhiều tính năng u việt trong phạm vi phủ sóng cũng nh khả năngbảo mật

Chơng III : Vấn đề an toàn thông tin của WiMAX

Trình bày các nội dung an toàn mà IEEE802.16 quy định trong quátrình xây dựng và phát triển, qua đó nghiên cứu, đánh giá các điểm yếu, cácnguy cơ mất An toàn thông tin của WiMAX và phơng pháp khắc phục, giảmthiếu các thiệt hại khi WiMAX bị tấn công.

Đồ án Nghiên cứu, tìm hiểu WiMAX và các vấn đề an toàn thông‘‘

tin của WiMAX’’ đợc trình bày mạch lạc, logic theo tuần tự từ kiến thức cơ

bản đến nâng cao, đó là một quá trình nghiên cứu khoa học mang tính ứngdụng cao Để rõ em xin trình bày chi tiết nội dung

CHƯƠNG I:

TổNG QUAN Về WIMAX 1.1 Lịch sử Wimax

Nhóm công tác IEEE 802.16 của ‘‘Viện nghiên cứu của các kỹ s điện tửHoa Kỳ’’ là nhóm đầu tiên chịu trách nhiệm phát triển chuẩn 802.16 bao gồmgiao diện vô tuyến cho truy nhập không dây băng rộng Hoạt động của nhómkhởi đầu trong một cuộc họp vào 08/1998 Ban đầu nhóm tập trung vào việcphát triển các chuẩn và giao diện vô tuyến cho băng tần 10-60GHz Sau đó dự

án sửa đổi dẫn đến việc tán thành chuẩn IEEE 802.16a tập trung vào băng tần2-11GHz Các chi tiết kĩ thuật giao diện vô tuyến 802.16a đợc phê chuẩn cuốicùng vào 01/2003

ETSI đã tạo ra chuẩn MAN không dây cho băng tần 2-11GHz vào10/2003 còn đợc gọi là HiperMAN Chuẩn HiperMAN về cơ bản là theo sự h-ớng dẫn 802.16 Chuẩn HiperMAN cung cấp việc truyền thông cho mạngkhông dây trong các băng tần 2-11GHz ở Châu Âu Nhóm làm việcHiperMAN tận dụng lợc đồ điều chế OFDM FFT 256 điểm Đó là một trongnhững lợc đồ điều chế đợc định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.16a

Wimax Forum giữ vai trò liên minh tơng tự nh sự liên minh Wi-Fi trongWLAN, hỗ trợ phát triển các sản phẩm MAN vô tuyến dựa trên các chuẩncủa Viện nghiên cứu của các kĩ s điện và điện tử (IEEE) và viện nghiên cứucác chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) Wimax Forum tin rằng một chuẩnchung cho truy nhập vô tuyến băng rộng (BWA) sẽ làm giảm chi phí thiết bị

và thúc đẩy việc cải thiện hiệu năng Bên cạnh đó, các nhà khai thác BWA sẽkhông bị ràng buộc với một nhà cung cấp thiết bị duy nhất Do các trạm gốc(BS) sẽ tơng thích với thiết bị truyền thông cá nhân CPE của nhiều nhà cungcấp Wimax Forum ban đầu tập trung vào truyền thông cố định cho dải tần 10-66GHz, việc mở rộng quy mô lớn bắt đầu vào 01/2003 và chuyển sang cả lĩnhvực di động Wimax dựa trên cơ sở tơng thích toàn cầu đợc kết hợp bởi cácchuẩn IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e của IEEE và ETSI HiperMAN củaETSI Trong đó IEEE 802.16-2004 cho cố định và IEEE 802.16e cho dữ liệu

di động tốc độ cao

1.2 Khái niệm Wimax

Wimax là khả năng khai thác liên mạng toàn cầu đối với truy nhập vi ba(Worldwide Interoperability for Microwave Access) Là một công nghệ khôngdây dựa trên chuẩn 802.16 cung cấp các kết nối băng rộng thông lợng caoqua khoảng cách xa Công nghệ Wimax bao gồm các sóng vi ba để truyền dữliệu không dây Wimax đợc dùng cho một số ứng dụng nh kết nối băng rộng

đầu cuối, các hotspot và các kết nối tốc độ cao cho các khách hàng kinh

doanh Nó cung cấp kết nối mạng vùng thành thị không dây MAN với tốc độlên tới 70Mbps và các trạm gốc Wimax trung bình có thể bao phủ từ 5 đến10km.

Các chuẩn cố định và di động đều đợc sử dụng trong cả băng tần cấpphép và không cấp phép Tuy nhiên miền tần số cho chuẩn cố định là 2-11GHz trong khi chuẩn di động là dới 6GHz Wimax hỗ trợ cả tầm nhìn thẳngLOS ở phạm vi lên đến 50km và ở tầm nhìn không thẳng NLOS khoảng từ 6-10km cho thiết bị truyền thông cá nhân với các CPE cố định Tốc độ dữ liệu

đỉnh cho chuẩn cố định sẽ hỗ trợ lên đến 70Mbps mỗi thuê bao, trong phổ20MHz nhng tốc độ dữ liệu tiêu chuẩn sẽ hơn 20-30Mbps Các ứng dụng di

động sẽ cũng đợc hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh 30Mbps mỗi thuê bao trong phổ10MHz, tốc độ tiêu chuẩn 3-5Mbps Các trạm gốc sẽ hỗ trợ 280Mbps để đápứng nhu cầu của hàng ngàn ngời sử dụng cùng một lúc

1.3 Băng tần hoạt động và chuẩn công nghệ của Wimax

1.3.1 Băng tần hoạt động

Các băng đợc WiMax Forum tập trung xem xét và vận động cơ quanquản lý tần số các nớc phân bổ cho WiMax là: 3600-3800MHz, 3400-3600MHz (băng 3.5GHz), 3300-3400MHz (băng 3.3GHz), 2500-2690MHz(băng 2.5GHz), 2300-2400MHz (băng 2.3GHz), 5725-5850MHz (băng5.8GHz) và băng 700-800MHz (dới 1GHz)

 Băng tần 3400-3600MHz (băng tần 3.5GHz)

Băng tần 3.5Ghz là băng tần đó đợc nhiều nớc phân bổ cho hệ thốngtruy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access - FWA) hoặc cho hệthống truy cập không dây băng rộng (WBA) WiMax cũng đợc xem là mộtcông nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMax Vì vậy,WiMax Forum đó thống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMax

Các hệ thống WiMax ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16-2004 đểcung cấp các ứng dụng cố định và nomadic, độ rộng phân kênh là 3.5MHzhoặc 7MHz, chế độ song công TDD hoặc FDD

Một số nớc quy định băng tần này chỉ dành cho các hệ thống cung cấpcác dịch vụ cố định, không có ứng dụng nomadic, nên để triển khai đ-ợcWiMax cần thiết phải sửa đổi lại quy định này Đối với Việt Nam, do băngtần này đợc u tiên dành cho hệ thống vệ tinh Vinasat nên hiện tại không thểtriển khai cho WiMax

vực châu á, nên ít khả năng băng tần này sẽ đợc chấp nhận choWiMax ở châu

ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song công TDD, FDD

 Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz)

Băng 2.3GHz cũng có đặc tính truyền sóng tơng tự nh băng 2.5GHzHiện có một số nớc phân bổ băng tần này cho WBA nh Hàn Quốc (triển khaiWiBro), úc, Mỹ, Canada, Singapore Singapore đã cho đấu thầu 10 khối 5MHztrong dải 2300-2350MHz để sử dụng cho WBA với các điều kiện tơng tự nhvới băng 2.5GHz úc chia băng tần này thành các khối 7MHz, không qui định

cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, u tiên cho ứng dụng cố định Mỹ chiathành 5 khối 10MHz, không qui định cụ thể về độ rộng kênh, cho phép triểnkhai cảTDD và FDD

Đối với Việt Nam, đây cũng là một băng tần đã và đang đợc sử dụng đểtriển khai WBA/WiMax

 Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz)

Băng tần này đợc WiMax Forum quan tâm vì đây là băng tần đợc nhiềunớc cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn so vớicác đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz),vốn thờng đợc sử dụng cho các ứng dụng trong nhà Theo WiMax Forum thìbăng tần này thích hợp để triển khai WiMax cố định, độ rộng phân kênh là10MHz, phơng thức song công đợc sử dụng là TDD, không có FDD

 Băng tần dới 1GHz

Với các tần số càng thấp, sóng vô tuyến truyền lan càng xa, số trạm gốccần sử dụng càng ít, tức mức đầu t cho hệ thống thấp đi Vì vậy,WiMaxForum cũng đang xem xét khả năng sử dụng các băng tần dới 1GHz, đặc biệt

là băng 700-800MHz

Hiện nay, một số nớc đang thực hiện việc chuyển đổi từ truyền hình

t-ơng tự sang truyền hình số, nên sẽ giải phúng đợc một phần phổ tần sử dụngcho WBA/WiMax Ví dụ, Mỹ đó cấp đoạn băng tần 699-741MHz trớc đâydùng cho kênh 52-59 UHF truyền hình và xem xét cấp tiếp băng 747-801MHz(kênh 60-69 UHF truyền hình)

Với Việt Nam, do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phơng nêncác kênh trong giải 470-806MHz dành cho truyền hình đợc sử dụng dày đặccho các hệ thống truyền hình tơng tự Hiện cha có lộ trình cụ thể nào đểchuyển đổi các hệ thống truyền hình tơng tự này sang truyền hình số, nên chathấy có khả năng có băng tần để cấp cho WBA/WiMax ở đây.

Dải tần cho 802.20 là dới 3.5GHz trong môi trờng NLOS Vì mục đíchcủa 802.20 là tăng tính di động cho 802.16e hơn nữa nên nó hoạt động ở dãitần dới 3.5GHz và NLOS

802.22 WRAN thì hoạt động trong dãi tần UHF/VHF TV-band Ví dụ ở

Mỹ thì nó sẽ dùng dãi tần trong khoảng 54-854MHz

Các dãi băng tần không cấp phép unlicensed không giống nhau ở các

n-ớc khác nhau Băng tần này dành cho truyền thông vô tuyến tầm ngắn nh wifi(2.4Ghz, 5.xGHz cho 802.11a), bluetooth, Do vậy, nhiễu trong băng này cóthể sẽ lớn

IEEE 802.16-2004 dựa trên kĩ thuật OFDM và đợc thiết kế cho các hoạt

động trong các băng tần 2-11GHz hỗ trợ các lợc đồ điều chế thích ứng và mãhóa Đây là một giải pháp không dây cho truy nhập Internet băng rộng cố

định, cung cấp sự tơng tác, giải pháp phân loại sóng mang cho các thiết bị đầucuối Nó có thể đợc dùng trong các băng tần đợc cấp phép và không cấp phép

IEEE 802.16e hoạt động trong băng tần không cấp phép 2.3GHz,2.5GHz và 3.5GHz Hiện nay các nớc hầu nh chỉ xây dựng và phát triểnWimax di động bởi hay nâng cấp hệ thống Wimax cố định thành di động Bởivậy phạm vi của đồ án cũng chỉ tập trung nghiên cứu chuẩn công nghệ này

1.3.2 Chuẩn công nghệ Wimax

Chuẩn IEEE 802.16 đặc tả lớp vật lý (PHY) và lớp điều khiển truy nhậpmôi trờng (MAC) đối với truy nhập băng rộng trong một mạng khu vực đô thị(MAN) Chuẩn IEEE 802.16 điền đầy các lỗ hổng giữa lớp liên kết logic IEEE802.2 và giao diện vô tuyến Cùng với khả năng của bridging theo chuẩn IEEE802.1, các chuẩn này và các kỹ thuật truy nhập ở lớp cao hơn của chúng có thể

đợc sử dụng để tạo ra một mạng hỗn loạn (routable) Hình 1.1 minh họa vị trícủa chuẩn 802.16 trong cấu trúc các chuẩn IEEE 802

Trong khi chuẩn 802.16 chỉ đặc tả một lớp điều khiển truy nhập môi ờng (MAC), nó đã trải qua hàng loạt sự sửa đổi Sự sửa đổi này thêm vào sự

tr-đặc tả vài lớp vật lý khác nhau, nh vị trí phổ tần mới, cả dải tần cho phép vàdải tần không cho phép cũng xuất hiện Để ngăn cản sự lộn xộn, một bản tómtắt ngắn gọn của nhiều sự mở rộng và phạm vi dải tần khác nhau của cácchuẩn đợc thể hiện ở dới đây

Hình 1 : Vị trí của chuẩn IEEE 802.16 trong cấu trúc chuẩn IEEE 802

 Các chuẩn cơ bản

 Chuẩn 802.16c - 2002

Tháng 12/2002, uỷ ban các tiêu chuẩn IEEE phê chuẩn bổ sung chuẩnIEEE 802.16c Sự bổ sung này để hiệu chỉnh một vài lỗi và sự mâu thuẫntrong chuẩn cơ bản, mô tả chi tiết hệ thống trong dải tần 10-60 GHz

 Chuẩn 802.16a - 2003

IEEE 802.16a là một phiên bản sửa đổi từ chuẩn cơ bản, đợc thông quabởi chuẩn băng rộng IEEE trong 1/2003 Quan trọng hơn, chuẩn IEEE802.16a mở rộng thêm sự hỗ trợ trong băng tần cho phép 2-11GHz, nó mở ranhiều thị trờng công nghệ tiềm năng Sự hoạt động theo đờng truyền NLOS trởthành hiện thực khi hoạt động trong dải tần 2-11 GHz, mở rộng vùng địa lýcủa mạng Sự truyền dẫn đa đờng có thể trở thành một sự cản trở Chuẩn IEEE802-16a bao gồm cả việc đặc tả lớp PHY và tăng lớp MAC để phù hợp với sựtruyền dẫn đa đờng và việc giảm bớt các giao diện Các đặc trng đã đợc thêmvào để cho phép các kỹ thuật quản lý công suất tiến tiến và ma trận antenthích ứng Ngoài ra lựa chọn OFDM nh là một sự lựa chọn để điều chế sóngmang đơn Để cung cấp một cơ cấu cho việc giảm các giao diện khi mà xuấthiện nhiều mạng, chuẩn IEEE 802.16a thêm vào phơng pháp điều chếOFDMA để lựa chọn trong phạm vi dải tần 2-11GHz hiện có

Với nhiều yếu tố yêu cầu các đặc tính của phân lớp con phần riêng vấn

đề bảo mật đợc cải thiện Các đặc tính riêng đợc sử dụng để chứng minh chắcchắn ngời gửi các bản tin MAC

IEEE 802.16 thêm vào sự hỗ trợ tùy chọn cho các mạng hình lới(Mesh), nơi mà lu lợng có thể định tuyến từ trạm thuê bao tới trạm thuê bao

Đó là một sự thay đổi từ mô hình điểm-đa điểm (PMP), nơi mà lu lợng chỉ đợccho phép giữa BS và SS IEEE 802.16 thêm vào sự đặc tả lớp MAC phù hợp đãlàm cho lợc đồ truyền dẫn của SS là một phần của lới (Mesh), nhng nó khônghiện rõ tới SS

 Chuẩn 802.16d - 2004 (Fixed WiMAX)

IEEE 802.16-2001, 802.16a và 802.16c đợc tích hợp trong chuẩn IEEE802.16-2004 đợc chứng nhận trong 24/6/2004 và đã đợc công bố vào tháng12/2004 Phiên bản này bắt đầu đợc phát triển nh việc đặc tả một hệ thống dớicái tên IEEE 802.16-REVd nhng đã đủ để công bố nh là một sự tái bản thànhcông của các chuẩn cơ bản IEEE 802.16 IEEE 802.16-2004 là một phiên bản

đợc chuẩn hóa để sử dụng cho việc chứng nhận Wimax

 Chuẩn 802.16 - 2005 (Mobile WiMAX)

Chuẩn IEEE 802.16e-2005 đợc chứng nhận vào cuối tháng 12/2005.IEEE 802.16e thêm vào tính di động cho các chuẩn hiện tại, sử dụngSOFDMA thay cho OFDM trong chuẩn IEEE 802.16d IEEE 802.16e chophép chuyển giao tín hiệu tốc độ cao cần thiết cho truyền thông với những ng-

ời dùng di chuyển ở tốc độ của phơng tiện giao thông Chuẩn này là chuẩncông nghệ mạnh nhất hiện nay, đợc các nhà cung cấp thiết bị cũng nh dịch vụWiMAX lựa chọn để mở rộng và phát triển WiMAX, các đặc điểm kỹ thuậtcủa IEEE 802.16 trớc đó đều đợc thể hiện và hỗ trợ cho chuẩn cho chuẩn này.Bởi vậy trong quá trình nghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu các đặc điểm kỹthuật của WiMAX về chuẩn WiMAX di động này Hơn nữa IEEE 802.16cũng bao hàm các đặc điểm của chuẩn trớc đó và bổ sung thêm các tính năng

u việt hơn cho công nghệ internet di động

 Chuẩn 802.16m

IEEE 802.16m là một chuẩn mở rộng của IEEE 802.16e-2005 đợcchuẩn hóa bởi nhóm TG16m của IEEE 802.16m định nghĩa một giao diện vôtuyến tiên tiến nhằm cung ứng tốc độ trên 100Mbit/giây cho ứng dụng di động

và trên 1Gbit/giây đối với ứng dụng cố định Chuẩn 802.16m dự kiến sẽ kếtthúc vào cuối năm nay, năm 2009

Tham số WiMAX di động cho các hệ thống di động đợc phép cấu hìnhtrên cơ sở một tập các đặc tính cơ bản để đảm bảo chức năng cơ bản nhất chocác thiết bị đầu cuối (terminal) và các trạm gốc (base station) Đó là các cấuhình đợc tối u về dung lợng hoặc đợc tối u về phủ sóng Phiên bản WiMAX di

động phiên bản 1 sẽ bao gồm các băng thông kênh 5, 7, 8.75 và 10 MHz dànhcho các dải tần đợc cấp phép trên thế giới nh: 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz và3.5 GHz

Các hệ thống WiMAX di động cung cấp khả năng mở rộng về cả côngnghệ truy nhập vô tuyến và kiến trúc mạng, do đó cung cấp khả năng linh

động cao trong các lựa chọn phát triển mạng và cung cấp dịch vụ Một số các

đặc điểm chính mà WiMAX di động hỗ trợ là:

 Tốc độ dữ liệu cao:

Các kỹ thuật anten MIMO cùng với các nguyên lý chia nhỏ kênh channelization) linh hoạt, mã hoá và điều chế nâng cao, tất cả làm cho côngnghệ WiMAX di động có khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu đờng xuống (DL) tối

(sub-đa alên tới 63Mbps cho một sector và tốc độ dữ liệu đờng lên (UL) tối (sub-đa lêntới 28Mbps cho một sector trong một kênh 10MHz

 Chất lợng dịch vụ (QoS):

Tiền đề cơ bản của kiến trúc MAC (Media Access Control) trong IEEE802.16 là QoS Nó định nghĩa luồng dịch vụ (Service Flows) mà có thể ánh xạ

đến các điểm mã DiffServ hoặc các nhãn luồng MPLS để cho phép kết nối đầucuối tới đầu cuối (end-to-end) theo giao thức IP trên cơ sở QoS Ngoài ra, cácnguyên lý báo hiệu trên cơ sở kênh chi nhỏ kênh (sub-channelization) và MAPcung cấp một cơ chế linh động cho việc lập lịch tối u tài nguyên không gian,tần số và thời gian trên giao diện vô tuyến theo khung (frame by frame)

 Tính mềm dẻo:

Tài nguyên phổ cho băng rộng không dây đợc cấp phát khác nhau Vìvậy công nghệ WiMAX di động đợc thiết kế để có thể linh hoạt (mềm dẻo) đểhoạt động trong các kênh khác nhau từ 1.25 đến 20 MHz thoả mãn các yêucầu trên toàn cầu.

 Khả năng bảo mật:

Các đặc tính khả năng bảo mật trong WiMAX di động là tốt nhất trongcác chuẩn IEEE 802.x với sự xác thực theo EAP, dữ liệu mã hoá đợc xác thựctheo AES-CCM, các nguyên bảo vệ bản tin điều khiển theo CMAC và HMAC.Các xác thực cho một tập các ngời dùng đang tồn tại bao gồm: thẻ SIM/USIM,các thẻ thông minh (Smart Card), các chứng chỉ số (Digital Certificate), cácnguyên lý Username/ Password theo các phơng pháp EAP tơng ứng cho kiểunhận thực

 Khả năng di động:

WiMAX di động hỗ trợ các nguyên lý chuyển giao tối u với trễ nhỏ hơn

50 msec để đảm bảo các ứng dụng thời gian thực nh VoIP với dịch vụ không

bị suy giảm Các nguyên lý quản lý khoá linh động mà bảo mật đợc duy trìtrong quá trình chuyển giao Chi tiết về các kỹ thuật nền tảng của Wimax nhsau

2.2 Lớp vật lý PHY(physical).

2.2.1 Cở sở OFDM

Công nghệ ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) là một kỹthuật ghép kênh, nó chia nhỏ băng thông thành các tần số sóng mang con.Trong một hệ thống OFDM, luồng dữ liệu đầu vào đợc chia thành các luồngcon song song với tốc độ giảm (và nh vậy tăng khoảng thời gian của ký hiệu -symbol) và mỗi luồng con đợc đợc điều chế và truyền trên một sóng mang con(sub-carrier) trực giao tách biệt Khoảng thời gian cho mỗi biểu trng tăng sẽcải thiện khả năng chống lại trễ lan truyền của OFDM Hơn nữa, tiền tố vòng -

CP (cyclic prefix) có thể hoàn toàn loại bỏ nhiễu xuyên ký hiệu (ISI) miễn làthời lợng CP lâu hơn trễ kênh lan truyền CP chính là sự lặp lại phần dữ liễugồm các mẫu cuối của khối đợc gắn vào trớc một tải tin Chính CP chống lạinhiễu liên khối và làm kênh quay vòng và cho phép cân bằng miền tần số với

độ phức tạp thấp Tuy vậy, một hạn chế của CP là nó đợc thêm vào trớc tải tinlàm giảm hiệu suất sử dụng băng thông CP không chỉ làm giảm hiệu suấtbăng thông, ảnh hởng của CP cũng tơng tự nh hệ số roll- off trong các hệthống sóng mang đơn đợc lọc cosine nâng Do OFDM có một phổ "tờng gạch"(đan xen) rất nhọn, một tỉ lệ lớn các băng thông kênh cấp phát có thể đợc sửdụng cho truyền số liệu, giúp làm giảm suy hao hiệu suất do tiền tố vòng CP

OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh đa đờng bằng cách mãhoá và chèn thông tin trên các sóng mang con trớc khi truyền đi Điều chếOFDM có thể thực hiện đợc với biến đổi ngợc Fourier nhanh - IFFT, phép

biến đổi này cho phép một số lợng lớn các sóng mang con (lên tới 2048) với

độ phức tạp thấp Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong miênthời gian chính là các symbol OFDM và trong miền tần số chính là các sóngmang con Tài nguyên về thời gian và tần số có thể đợc tổ chức thành cáckênh con (sub-channel) cấp phát cho ngời dùng OFDMA là một nguyên lý đatruy cập/ ghép kênh cung cấp khả năng ghép kênh các luồng dữ liệu từ nhiềungời dùng trên các kênh con hớng xuống và đa truy nhập hớng lên nhờ cáckênh con hớng lên

2.2.2 Cấu trúc symbol OFDMA và kênh con hoá

- Cấu trúc symbol OFDMA gồm 3 loại sóng mang con nh hình dới

- Sóng mang con dữ liệu (data) cho truyền dữ liệu

- Sóng mang con dẫn đờng (pilot) cho mục đích ớc lợng và đồng bộ

- Sóng mang con vô dụng (null) không để truyền dẫn; đợc sử dụng chocác băng bảo vệ và các sóng mang DC

Hình 2 : Cấu trúc sóng mang con OFDMA

Các kênh con tích cực (dữ liệu và dẫn đờng) đợc nhóm lại thành các tậpcon các sóng mang con gọi là các kênh OFDMA PHY hỗ trợ kênh con hoá ởcả hớng xuống - DL và hớng lên - UL Đơn vị tài nguyên tần số thời gian tốithiểu là một khe bằng với 48 âm điệu dữ liệu (các sóng mang con) Có haikiểu hoán vị các kiểu sóng mang con cho kênh con hoá; phân tập (diversity)

và lân cận (contiguous) Hoán vị phân tập kéo theo các sóng mang con ngẫunhiên tạo thành các kênh con Nó cung cấp phân tập tần số và lấy trung bìnhnhiễu liên tế bào Các hoán vị phân tập gồm 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 phần) và UL PUSC và các hoán vị tuỳchọn thêm vào Với DL PUSC, mỗi cặp symbol OFDM, các sóng mang conkhả dụng đợc nhóm lại thành các cluster chứa 14 sóng mang con lân cận trênmỗi khoảng thời gian của symbol, với cấp phát dữ liệu và dẫn đờng trong mỗicluster trong các symbol chẵn và lẻ nh mô tả trên Hình 2.2

Hình 2 : Tần số DL gồm nhiều kênh con

Một nguyên lý sắp xếp lại đợc sử dụng để tạo thành các nhóm clusterchẳng hạn mỗi nhóm đợc tạo thành bởi các cluster đợc phân bố qua khônggian các sóng mang con Mỗi kênh con trong một nhóm chứa hai cluster và đ-

ợc tạo bởi 48 sóng mang con và 8 sóng mang dẫn đờng (pilot) Các sóng mangcon dữ liệu trong mỗi nhóm đợc tiếp tục hoán vị để tạo thành các kênh controng phạm vi nhóm Vì vậy, chỉ các vị trí dẫn đờng trong cluster là đợc biểuthị trong hình 2.1 Các sóng mang con dữ liệu trong cluster đợc phân bổ chonhiều kênh con Cấu trúc cluster cho DL, một cấu trúc lát (tilte) đợc địnhnghĩa cho UL PUSC có định dạng nh Hình 2.3

Hình 2 : Cấu trúc tilte cho đờng lên UL PUSC

Không gian sóng mang con khả dụng sẽ đợc phân chia thành các lát(tile) và 6 lát, đợc chọn từ toàn bộ phổ theo nguyên lý hoán vị/ sắp xếp lại, và

đợc nhóm lại với nhau tạo thành khe (slot) Một slot gồm 48 sóng mang condữ liệu và 24 sóng mang cón dẫn đờng trong 3 symbol OFDM Hoán vị lâncận nhóm một khối các sóng mang lân cận tạo thành một kênh con Các hoán

vị lân cận gồm AMC hớng DL và AMC hớng UL có cùng cấu trúc Trong mộtsymbol có 9 sóng mang con lân cận (gọi là bin), với 8 trong số đó đợc ấn địnhcho dữ liệu (data) và 1 đợc ấn định cho dẫn đờng (pilot) Một slot trong AMC

đợc định nghĩa nh một tập các bin của kiểu (NxM =6), trong đó N là số cácbin lân cận và M là số các symbol cận Do vậy các tổ hợp cho phép là [(6 bins,

1 symbol)

2.2.3 Scalable OFDMA

Chế độ OFDM cho mạng không dây diện rộng (Wireless MAN) theochuẩn IEEE 802.16e-2005 dựa trên kỹ thuật S-OFDMA (Scalable OFDMA).S-OFDMA hỗ trợ nhiều dải băng thông khác nhau để xác định hoạt động nhucầu cấp phát phổ khác nhau và các yêu cầu mô hình sử dụng Khả năng tỉ lệ đ-

ợc hộ trợ nhờ điều chỉnh kích thớc FFT trong khi vẫn giữ nguyên độ rộngbăng tần sóng mang con là 10.94 KHz Do vậy băng thông sóng mang contheo đơn vị tài nguyên và độ dài của symbol là cố định, ảnh hởng ở các lớpcao hơn cũng đợc tối thiểu hoá khi lấy tỉ lệ băng thông Các tham số S-OFDMA đợc liệt kê trong Bảng 2.1 Các băng thông hệ thống cho hai hồ sơ

mà nhóm kỹ thuật WiMAX Forum đa ra lần đầu (Release-1) là 5 và 10 MHz

Thời gian symbol hữu ích (Tb=1/f) 91.4 micro giây

Thời gian bảo vệ (Tg=Tb/8) 11.4 micro giây

Khoảng thời gian symbol OFDMA

Bảng 2 : Các tham số tỉ lệ OFDMA 2.3.4 Cấu trúc khung TDD

Chuẩn 802.16e hỗ trợ TDD và FDD bán song công; tuy nhiên phêchuẩn WiMAX di động đa ra lần đầu tiên chỉ có TDD Với những phát hànhsắp tới, WiMAX Forum sẽ đề cập đến FDD cho các thị trờng xác định - nơi

mà các yêu cầu ổn định phổ cục bộ sẽ hoặc kế thừa TDD hoặc sẽ triển khaiFDD Đối với các vấn đề nhiễu, TDD không yêu cầu sự đồng bộ hệ thống ởdiện rộng; trái lại TDD sẽ u tiên chế độ song công bởi các lý do:

TDD cho phép điều chỉnh tỉ lệ DL/UL (đờng xuống/đờng lên) để hỗ trợhiệu quả lu lợng không đối xứng giữa đờng xuống và đờng lên (với FDD thì tỉ

lệ đờng xuống và lên là không đổi và thờng là bằng băng thông của đờngxuống và đờng lên).

TDD đảm bảo sự trao đổi kênh để: hỗ trợ khả năng điều chỉnh đờngtruyền, MIMO và các công nghệ anten vòng kín cao cấp khác

Không nh FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơncho cả đờng lên và đờng xuống đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấpphát tần số toàn cục

Các thiết kế bộ thu phát để triển khai TDD cũng ít phức tạp và ít tốnkém hơn Hình 2.4 minh hoạ cấu trúc khung OFDM ở chế độ TDD Mỗikhung đợc chia thành các khung con hớng xuống (DL) và hớng lên (UL) bởi

bộ Phát/Thu và Thu/Phát (TTG và RTG) để tránh xung đột giữa hớng DL và

UL Trong một khung, thông tin điều khiển dùng để đảm bảo hoạt động hệthống đợc tối u:

Phần đầu khung (Preamble): Là symbol OFDM đầu tiên của khungdùng để đồng bộ

Tiêu đề điều khiển khung (FCH): FCH nằm sau phần mở đầu khung

Nó cho biết thông tin cấu hình khung nh độ dài bản tin MAP, nguyên lý mãhoá và các kênh con khả dụng

DL-MAP và UL-MAP: DL-MAP và UL-MAP cho biết cấp phát kênhcon và các thông tin điều khiển khác lần lợt cho các khung con DL và UL

Sắp xếp UL: Kênh con sắp xếp cho UL đợc cấp phát cho trạm di động(MS) để thực hiện điều chỉnh: thời gian vòng kín, tần số và công suất cung nhyêu cầu băng thông

UL CQICH: Kênh UL CQICH cấp phát cho MS để phản hồi trạng tháikênh

UL ACK: Kênh UL ACK cấp cho MS để xác nhận phản hồi DLHARQ

Hình 2 : Cấu trúc khung WiMAX OFDMA 2.2.5 Các đặc tính lớp PHY cao cấp khác.

WiMAX di động đã đa ra các kỹ thuật: AMC - điều chế thích nghi vàmã hoá, HARQ - Yêu cầu lặp lại tự động lại kiểu kết hợp, CQICH - Phản hồikênh nhanh để nâng cao khả năng phủ sóng, dung lợng cho WiMAX trong cácứng dụng di động Trong WiMAX di động ở đờng xuống, bắt buộc phải cócác hỗ trợ điều chế QPSK, 16QAM và 64QAM, còn ở đờng lên, 64QAM làtuỳ chọn Cả mã hoá vòng và mã hoá Turbo vòng với tốc độ mã thay đổi vàmã lặp cũng đợc hỗ trợ Ngoài ra, mã khối Turbo và mã kiểm tra chẵn lẻ mật

độ thấp (LDPC) cũng đợc hỗ trợ tuỳ chọn Bảng 2.2 tổng kết các nguyên lýmã hoá và điều chế hỗ trợ trong WiMAX di động (điều chế và mã hoá hớnglên tuỳ chọn đợc in nghiêng)

Bảng 2 : Các kỹ thuật mã hoá và điều chế đợc hỗ trợ

Sự tổ hợp các kỹ thuật điều chế và các tốc độ mã đem lại sự tinh phângiải tốc độ dữ liệu nh minh hoạ trong Bảng 2.3 (với độ rộng các kênh là 5 và

10 MHz với các kênh con PUSC) Độ dài khung là 5 ms Mỗi khung có 48biểu trng OFDM gồm 44 biểu trng OFDM sẵn sàng để truyền dữ liệu Các giátrị đợc đánh dấu màu là để chỉ các tốc độ cho kỹ thuật 64QAM tuỳ chọn ở đ-ờng lên.

Bảng 2 : Tốc độ dữ liệu PHY với các kênh con PUSC

Bộ lập lịch trạm gốc xác định tốc độ dữ liệu phù hợp cho mỗi cấp phátcụm (burst) dựa trên kích thớc bộ đệm và điều kiện truyến sóng ở phía thu,v.v… Một kênh chỉ thị chất l Một kênh chỉ thị chất lợng kênh (CQI - Channel Quality Indicator) đợc

sử dụng để cung cấp thông tin trạng thái kênh từ thiết bị đầu cuối ngời dùng

đến bộ lập lịch trạm gốc Thông tin trạng thái kênh tơng ứng từ kênh CQICHgồm: CINR vật lý, CINR hiệu quả, lựa chọn chế độ MIMO và lựa chọn kênhcon lựa chọn tần số Với kỹ thuật TDD, khả năng điều chỉnh kênh lợi dụng u

điểm khả năng trao đổi kênh để cung cấp thông tin chính xác hơn về tìnhtrạng kênh

WiMAX di động cũng hỗ trợ HARQ HARQ đợc phép sử dụng giaothức “Dừng và Đợi” N kênh để cung cấp khả năng đáp ứng nhanh để đóng góilỗi và cải tiến khả năng phủ sóng đờng biên cell Ngoài ra để cải thiện hơn nữa

sự ổn định của đờng truyền Một kênh dành riêng ACK cũng đợc cung cấp ở

đờng lên để báo hiệu ACK/NACK của HARQ Hoạt động đa kênh HARQ

cũng đợc hỗ trợ ARQ đa kênh dừng-và-đợi (stop-and-wait) với một số lợngnhỏ kênh là một giao thức đơn giản mà hiệu quả cho phép tối thiểu bộ nhớ yêucầu cho HARQ WiMAX cũng cung cấp báo hiệu cho phép hoạt động ở chế

độ không đồng bộ Chế độ không đồng bộ cho phép các độ trễ khác nhau giữanhững lần truyền lại và chính điều này đem lại sự linh hoạt cho bộ lập lịch do

sự hiệu quả của mào đầu thêm vào khi cấp phát phiên truyền lại HARQ kếthợp với CQICH và AMC sẽ cung cấp khả năng thay đổi đờng truyền trongmôi trờng di động với tốc độ xe tải không vợt quá 120 Km/giờ

2.3 Lớp kiểm soát truy nhập MAC (Media Access Control)

2.3.1 Các khía cạnh lớp kiểm soát truy nhập MAC

Chuẩn 802.16 lúc đầu đợc phát triển cho các dịch vụ băng rộng nhthoại, dữ liệu và video Lớp MAC dựa theo chuẩn DOCSIS và có thể hỗ trợ lulợng dữ liệu cụm với tốc độ định cao ngay cả khi đang hỗ trợ lu lợng thoại vàluồng video trên cùng một kênh Tài nguyên cấp phát cho một thiết bị đầucuối bởi bộ lập lịch MAC có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn đến toàn bộkhung, do vậy có thể cung cấp một dải rất rộng thông lợng cho một ngời dùng

đầu ở một thời điểm cho trớc bất kỳ Hơn nữa, thông tin cấp phát tài nguyên

đợc chuyển thành các bản tin MAP ở đầu mỗi khung nên bộ lập lịch có thểthay đổi sự cấp phát tài nguyên theo từng khung để thích ứng với trạng thái lulợng cụm

Hình 2 : Phân lớp MAC và các chức năng 2.3.2 Hỗ trợ chất lợng dịch vụ (QoS)

Với tốc độ đờng truyền vô tuyến cao, khả năng truyền bất đối xứng ờng lên/đờng xuống và một cơ chế cấp phát tài nguyên linh hoạt, WiMAX di

đ-động hoàn toàn có thể đáp ứng đợc các yêu cầu QoS cho nhiều loại hình dịch

vụ và ứng dụng dữ liệu Trong lớp MAC của WiMAX di động, QoS đợc đảmbảo qua các luồng dịch vụ nh Hình 2.6 Đó là các luồng tin đợc cung cấp vớimột tập các tham số QoS Trớc khi cung cấp một loại hình dữ liệu, trạm gốc

và đầu cuối của ngời dùng phải thiết lập một đờng kết nối logic theo một hớngnhất định giữa các MAC ngang hàng MAC đầu ra kết hợp với các gói tinchuyển đến giao diện MAC tạo thành một luồng dịch vụ để truyền trên kênhkết nối đã thiết lập Các tham số QoS tơng ứng với luồng dịch vụ xác định thứ

tự truyền và lập lịch trên đờng vô tuyến Do vậy QoS hớng kết nối này có thểcung cấp thông tin điều khiển chính xác trên đờng vô tuyến Do đờng truyềnvô tuyến thờng bị nút cổ chai, nên QoS hớng kết nối đảm bảo đợc điều khiểnQoS đầu cuối tới đầu cuối Các tham số luồng dịch vụ có thể đợc quản lý một

cách linh hoạt thông qua các bản tin MAC để thoả mãn yêu cầu dịch vụ.Luồng dữ liệu dựa trên cơ chế QoS nh vậy áp dụng cho cả đờng lên và đờngxuống đã cải thiện đợc QoS cho cả hai hớng WiMAX di động hỗ trợ nhiềuloại ứng dụng và dịch vụ dữ liệu với các yêu cầu QoS khác nhau Bảng 2.4 đ a

ra kết luận tổng hợp

Hình 2 : Hỗ trợ QoS WiMAX di động

Bảng 2 : Các ứng dụng WiMAX di động và QoS 2.3.3 Dịch vụ lập lịch trình MAC (Media Access Control)

Dịch vụ lập lịch MAC có những thuộc tính sau cho dịch vụ dữ liệu băngthông rộng

- Bộ lập lịch dữ liệu nhanh

- Lập lịch trình cho cả đờng xuống và đờng lên:

- Cấp phát tài nguyên động:

động cũng hỗ trợ khả năng chuyển giao trong suốt cho phép MS có thể chuyển

từ một trạm gốc này sang một trạm gốc khác với tốc độ xe tải mà không bịgián đoạn kết nối.

Idle Mode cung cấp một cơ chế cho MS để sẵn sàng một cách định kỳnhận các bản tin quảng bá hớng xuống (DL) mà không cần đăng ký với mộttrạm gốc xác định nào khi MS di chuyển trong một môi trờng có đờng truyềnvô tuyến đợc phủ sóng bởi nhiều trạm gốc Chế độ Idle Mode làm lợi cho MSbằng cách loại bỏ yêu cầu chuyển giao (handoff) và các hoạt động bình thờngkhác và làm lợi cho mạng và trạm gộc bằng cách loại bỏ giao diện vô tuyến và

lu lợng chuyển giao (handoff) của mạng từ các MS không hoạt động trong khivẫn cung cấp một phơng pháp đơn giản để báo cho MS về lu lợng DL đang xửlý

2.3.4.3 Chuyển giao

Có ba phơng pháp chuyển giao đợc chuẩn 802.16e hỗ trợ

 Chuyển giao cứng (Hard Handoff - HHO),

 Chuyển trạm gốc nhanh (Fast Base Station Switching - FBSS)

 Chuyển giao phân tập vĩ mô (Macro Diversity Handover - MDHO) Trong đó, chuyển giao HHO là bắt buộc còn FBSS và MDHO là hai chế

độ tuỳ chọn Những cải tiến này đợc phát triển với mục đích giữ cho trễchuyển giao lớp 2 ít hơn 50 ms

Khi đợc hỗ trợ FBSS, MS và BS duy trì một danh sách các BS mà liênquan đến FBSS với MS Tập này gọi là một tập tích cực (Set Active) TrongFBSS, MS tiếp tục theo dõi các trạm gốc trong tập Active Set Trong các BScủa tập Active Set, một Anchor BS đợc định nghĩa Khi hoạt động trong FBSS,

MS chỉ trao đổi với Anchor BS cho các bản tin đờng lên và đờng xuống chứacác kết nối lu lợng và quản lý Việc chuyển từ một Anchor BS đến trạm khác(chẳng hạn chuyển giao BS) đợc thực hiện mà không cần có sự hiện diện củacác bản tin báo hiệu HO Các thủ tục cập nhật “mỏ neo” đợc thực hiện bởi c-ờng độ tín hiệu giữa trạm gốc phục vụ thông qua kênh CQI Một chuyển giaoFBSS bắt đầu một quyết định dựa trện MS nhận hoặc phát dữ liệu từ trạmanchor BS mà nó có thể đợc thay đổi trong tập tích cực MS dò tìm các BS lâncận và lựa chọn trạm nào thích hợp nhất trong tập tích cực

MS gửi báo cáo cho BS đợc chọn và thủ tục cập nhật tập tích cực đợcthực hiện bởi BS và MS MS tiếp tục theo dõi cờng độ tín hiệu của các BStrong tập tích cực và lựa chọn một BS để trở thành anchor BS MS gửi báo cáo

đến BS lựa chọn trên kênh CQICH hoặc MS khởi tạo bản tin yêu cầu HO Mộtyêu cầu quan trọng của FBSS là dữ liệu sẽ đợc truyền đồng thời đến tất cả cácphần tử của tập các BS hoạt động sẵn sang phục vụ MS Đối với các MS và BS

hỗ trợ MDHO, MS và BS duy trì một tập các BS hoạt động mà có chế độMDHO với MS Trong số các BS của tập các trạm gốc hoạt động, một BS mỏneo đợc định nghĩa

Chế độ thông thờng để hoạt động chính là một trờng hợp cụ thể củaMDHO với tập các trạm gốc hoạt động chỉ gồm một BS đơn lẻ Khi hoạt độngtrong chế độ MDHO, MS trao đổi với tất cả BS trong tập các trạm gốc hoạt

động thông qua các bản tin đơn hớng cả hớng lên và hớng xuống Một phiênMDHO bắt đầu khi một MS quyết định truyền và nhận lu lợng và bản tin đơnhớng từ nhiều BS trong cùng khoảng thời gian Đối với MDHO đờng xuống,

có hai hoặc nhiều hơn BS cung cấp khả năng truyền đồng bộ cho dữ liệu đờngxuống MS và nh vậy kết hợp phân tập đợc thực hiện ở MS Đối với đờng lênMDHO, việc truyền dẫn từ MS đợc thu bởi nhiều BS ở đó thông tin phân tậplựa chọn nhân đợc đợc thực hiện

2.3.5 Các đặc tính cao cấp hỗ trợ khá năng di động.

2.3.5.1 Công nghệ Anten thông minh

Các công nghệ anten thông minh bao gồm các toán tử véctơ hoặc matrận phức tạp tác động lên các tín hiệu do hệ thống nhiều anten OFDMA chophép các hoạt động anten thông minh đợc thực hiện trên các sóng mang convéctơ phẳng Các bộ cân bằng phức tạp không phải bù fading lựa chọn tần số.Vì vậy OFDMA rất thích hợp hỗ trợ các công nghệ anten thông minh Trongthực tế, MIMO-OFDM/OFDMA đợc hình dung nh là cơ sở nền tảng cho các

hệ thống truyền thông băng rộng thế hệ mới WiMAX di động hỗ trợ một dảirộng các công nghệ anten thông minh để nâng cao hiệu suất hệ thống Cáccông nghệ anten thông minh đợc hỗ trợ gồm:

 Tạo chum (beamforming): Nhờ khả năng tạo chùm, hệ thống sử dụng

nhiều anten để truyền các tín hiệu quan trọng để nâng cao dung lợng và khảnăng phủ sóng của hệ thống cũng nh giảm khả năng mất dịch vụ

 Mã không gian - thời gian (Space Time Code - STC): Hỗ trợ phân

tập truyền nh mã Alamouti để cung cấp khả năng phân tập không gian vàgiảm dự trữ suy hao tín hiệu

 Ghép kênh không gian (SM): Hỗ trợ ghép kênh không gian để tận

dụng tốc độ đỉnh cao hơn và giảm thông lợng Nhờ ghép kênh không gian,nhiều luồng sẽ đợc truyền trên hệ thống nhiều anten Nếu phía thu cũng có hệthống nhiều anten, nó có thể phân tách các luồng khác nhau để đạt đợc thông

lợng cao hơn so với các hệ thống đơn anten Với hệ thống MIMO 2x2, SMtăng tốc đốc độ dữ liệu đỉnh gấp 2 lần ở đờng lên (UL), mỗi ngời dùng chỉ cómột anten phát, 2 ngời dùng có thể truyền cùng với nhau trong cùng một khethời gian giống nh hai luồng đợc ghép kênh không gian từ hai anten của cùngmột ngời dùng Quá trình nh vậy gọi là SM cùng UL.

Các đặc tính hỗ trợ trong WiMAX di động đợc liệt kê trong bảng 2.5

Bảng 2 : Các tuỳ chọn của Anten cao cấp

WiMAX di động hỗ trợ khả năng chuyển đổi lựa chọn thích nghi đểkhai thác tối đa lợi ích của các công nghệ anten thông minh trong các tìnhtrạng kênh truyền khác nhau Ví dụ, SM cải thiện thông lợng đỉnh Mặc dù,

điều kiện kênh không tốt, tỉ lệ lỗi gói tin PER có thể cao và do vậy vùng phủsóng với tỉ lệ PER yêu cầu sẽ bị hạn chế Ngoài ra STC còn cung cấp khả năngphủ sóng rộng bất chấp tình trạng kênh truyền nhng lại không cải thiện đợctốc độ dữ liệu gói WiMAX di động còn hỗ trợ lựa chọn MIMO thích nghi(Adaptive MIMO Switching - AMS) giữa các chế độ đa MIMO để sử dụng tối

đa hiệu suất phổ mà vùng phủ sõng không bị giảm Hình 2.7 chỉ ra cấu trúc hỗtrợ các đặc tính anten thông minh

Bảng dới đây tổng kết tốc độ dữ liệu đỉnh lý thuyết với các tỉ lệ DL/ULkhác nhau giả định băng thông kênh la 10MHz, độ rộng khung là 5ms gồm 44biểu trng dữ liệu OFDM (trong tổng số 48 biểu trng OFDM) và kênh con hoákiểu PUSC

Với hệ thống MIMO 2x2, hớng xuống của ngời dùng và tốc độ dữ liệu

đỉnh sector có thể gấp đôi (theo lý thuyết) Tốc độ dữ liệu đỉnh tối đa hớngxuống (DL) là 63.36Mbps khi tất cả biểu trng dữ liệu chỉ dành cho hớngxuống (DL) Với đờng lên UL cùng SM, tốc độ dữ liệu đỉnh sector đợc nhân

đôi trong khi tốc độ dữ liệu đỉnh ngời dùng không đổi Tốc độ dữ liệu đỉnh

ng-ời dùng hớng lên và tốc độ dữ liệu đỉnh sector lần lợt là 14.11 Mbps và 28.22Mbps khi tất cả các biểu trng dữ liệu chỉ dành rcho hớng lên (UL) Bằng cách

áp dụng các tỉ lệ DL/UL khác nhau, băng thông có thể đợc điều chỉnh giữa DL

và UL để cung cấp các mẫu lu lợng khác nhau Cần chú ý là hiếm khi có

Hình 2 : Chuyển mạch thích ứng cho anten thông minh

2.3.5.2 Sử dụng lại tần số

WiMAX di động hỗ trợ sử dụng lại một tần số trên tất cả các cell(sector) trên cùng một kênh tần số để tận dụng tối đa hiệu quả sử dụng phổ.Tuy nhiên, do nhiễu đồng kênh lớn (CCI) trong việc triển khai sử dụng lại mộttần số, ngời dùng ở các vùng biên cell sẽ bị suy giảm chất lợng kết nối Nhngvới WiMAX di động, ngời dùng hoạt động trên các kênh con mà chỉ chiếmmột phần nhỏ trên toàn bộ băng thông kênh truyền; vấn đề nhiễu đờng biên ô

có thể dễ dàng đánh địa chỉ bởi sự sử dụng kênh con cấu hình thích hợp màkhông sử dụng đến kế hoạch tần số truyền thống

Trong di động Wimax, việc sử dụng kênh con linh hoạt đợc thực hiện

dễ dàng bởi phânđoạn kênh con và vùng hoán vị Một phân đoạn là một sựphân mảnh của các kênh con OFDMA sẵn có (một đoạn có thể gồm toàn bộcác kênh con) Một đoạn đợc sử dụng để triển khai một trờng hợp đơn lẻ củaMAC Vùng hoán vị là một số lợng các ký hiệu OFDMA liền kề trong DLhoặc UL mà sử dụng cùng hoán vị Khung con DL hoặc UL bao gồm nhiềuhơn một vùng hoán vị đợc chỉ ra nh hình 2.7

Mẫu sử dụng lại tần số kênh con đợc cấu hình để ngời dung gần trạmgốc hoạt động trong khu vực sẵn có các kênh con Còn đối với ngời dùng ở đ-ờng biên, mỗi cell hoạt động trên vùng chỉ có một phần kênh con sẵn có.Trong hình 11, F1, F2 và F3 biểu thị các tập kênh con khác nhau trong cùngmột kênh tần số Với cấu hình nh vậy, một mẫu sử dụng lại tần số đủ tải sẽ đ-

ợc duy trì cho ngời dùng ở trung tâm để tối đa hiệu suất phổ và sử dụng lại tần

số một phần đợc thực hiện cho các thuê bao ở đờng biên để đảm bảo thông ợng và chất lợng kết nối Kế hoạch sử dụng lại kênh con có thể đợc tối u theocell trên cơ sở tải mạng và tình trạng nhiễu khung Do vậy tất cả các cell cóthể hoạt động trên cùng kênh tần số mà không cần hoạch định tần số

l-Dịch vụ Multicast và Broadcast - MBS l-Dịch vụ MBS trong WiMAX di

động kết hợp các đặc tính tốt nhất của DVB-H, MediaFLO và 3GPP E-UTRA,thoả mãn những yêu cầu sau:

- Tốc độ dữ liệu cao và khả năng phủ sóng sử dụng mạng một tần số(SFN)

- Cấp phát tài nguyên vô tuyến linh động

- MS tiêu thụ năng lợng thấp

- Hỗ trợ dữ liệu ngang hàng bao gồm các luồng audio và video

- Thời gian chuyển mạch kênh nhỏ

Hồ sơ WiMAX di động phát hành lần 1 định nghĩa một hộp công cụ đểphân phối các dịch vụ MBS Dịch vụ MBS này có thể đợc hỗ trở bởi sự xâydựng một vùng MBS tách biệt ở khung đờng xuống có kèm dịch vụ unicast(nhúng MBS) hoặc toàn bộ khung có thể đợc dành riêng cho MBS (chỉ đờngxuống) cho riêng dịch vụ quảng bá Hình 2.8 chỉ ra cấu trúc vùng DL/UL khikết hợp cả dịch vụ unicast và broadcast Vùng MBS hỗ trợ chế độ multi-BSMBS sử dụng mạng một tần số (SFN) và khoảng thời gian linh động của cácvùng MBS cho phép ấn định mềm dẻo tài nguyên vô tuyến cho MBS Cần chú

ý là các vùng đa MBS cũng khả thi Chỉ có một ký hiệu MAP IE cho mỗi vùngMBS MS sẽ truy nhập DL MAP để nhận diện các vùng MBS và các vị trí củacác MAP của MBS ở mỗi vùng MS có thể lần lợt đọc MAP của MBS màkhông cần tham chiếu đến DL MAP trừ khi mất đồng bộ với MAP của MBS.MAP IE của MBS xác định cấu hình PHY vùng MBS và xác định vị trí củamỗi vùng MBS thông qua tham số Offset của biểu trng OFDM MAP củaMBS đợc đặt ở kênh con đầu tiên của biểu trng OFDM thứ nhất của vùngMBS tơng ứng MBS nhiều BS không yêu cầu MS phải đăng ký với bất kỳtrạm gốc nào MBS có thể đợc truy nhập khi MS ở trạng thái rỗi (Idle) chophép MS tiêu thụ công suất thấp Sự linh hoạt của WiMAX di động cũng hỗtrợ tích hợp MBS và các dịch vụ unicast đem lại nhiều ứng dụng hơn

Trong WiMax di động, việc sử dụng kênh con linh hoạt đợc thực hiện

dễ dàng do phân đoạn kênh con và vùng hoán vị Một phân đoạn là một sựphân mảnh của các kênh con OFDMA sẵn có (một đoạn có thể gồm toàn bộcác kênh con) Một đoạn đợc sử dụng để triển khai một trờng hợp đơn lẻ củaMAC Vùng hoán vị là một số lợng các ký hiệu OFDMA liền kề trong DLhoặc UL mà sử dụng cùng hoán vị Khung con DL hoặc UL bao gồm nhiềuhơn một vùng hoán vị đợc mô tả trên Hình 2.8

Hình 2 : Cấu trúc khung đa miền

Mẫu sử dụng lại tần số kênh con đợc cấu hình để ngời dùng gần trạmgốc hoạt động trong khu vực sẵn có các kênh con Còn đối với ngời dùng ở đ-ờng biên, mỗi cell hoạt động trên vùng chỉ có một phần kênh con sẵn có.Trong Hình 2.9 F1, F2 và F3 biểu thị các tập kênh con khác nhau trong cùngmột kênh tần số Với cấu hình nh vậy, một mẫu sử dụng lại tần số hợp lý sẽ đ-

ợc duy trì cho ngời dùng ở trung tâm để tối đa hiệu suất phổ và sử dụng lại tần

số một phần đợc thực hiện cho các thuê bao ở đờng biên để đảm bảo thông ợng và chất lợng kết nối Kế hoạch sử dụng lại kênh con có thể đợc tối u theocell trên cơ sở dung lợng mạng và tình trạng nhiễu khung Do đó tất cả cáccell có thể hoạt động trên cùng kênh tần số mà không cần hoạch định tần số

l-Hình 2 : Sử dụng lại tần số chia nhỏ

Hình 2.10 mô tả cấu trúc vùng DL/UL khi kết hợp cả dịch vụ đơn hớng(unicast) và quảng bá (broadcast) Vùng MBS hỗ trợ chế độ multi-BS MBS sửdụng mạng một tần số (SFN) và khoảng thời gian linh động của các vùngMBS cho phép ấn định mềm dẻo tài nguyên vô tuyến cho MBS Cần chú ý làcác vùng đa MBS cũng khả thi

Hình 2 : Hỗ trợ MBS nhúng với những vùng WiMAX-MBS Di động 2.3.6 Tính toán hiệu suất hệ thống di động Wimax

2.3.6.1 Các thông số hệ thống di động Wimax

Khi WiMAX di động đợc dựa trên OFDMA theo mức, nó có thể cấuhình linh hoạt để hoạt động tại các băng thông khác nhau nhờ điều chỉnh cácthông số hệ thống Chúng ta xem xét hệ thống WiMAX di động với các đặctính sau đây nh là một bài toán cho tính toán hiệu suất hệ thống di độngWimax Bảng 2.6 cung cấp các thông số hệ thống, Bảng 2.7 là các thông sốOFDMA, Bảng 2.8 mô tả các phơng thức truyền bá, Bảng 2.9 và 2 10 chỉ racác mô hình truyền sóng đợc sử dụng cho tính toán hiệu suất

KiÓu d¸ng anten víi 20 dB tû sè700(-3dB)

Thêi gian tån t¹i ký hiÖu OFDMA (TÇn sè=Tb+Tg) 102.9 #s

C¸c sãng mang con rçng (Null) 184

DL PUSC

Bảng 2 : Các thông số OFDMA

Hiệu ứng màn che bản ghi thông thờng SD (ós) 8 dB

Bảng 2 : Phơng thức truyền bá

Đờng xuống WiMAX Di động

Số lợng sóng mang con đang sử dụng 840 840 840

Năng lực trên sóng mang con đang sử

Tổn thất thành phần cho phép tối đa 136.4 133.7 128.2 dB

Bảng 2 : Quỹ truyền liên kết DL cho WiMAX di động

Phạm vị khoảng cách ô giới hạn 0.66

Độ nhạy Rx (trên sóng mang con) -135.6 -132.1 -132.1 dBm

Bảng 2 : Quỹ đờng truyền kết nối WiMAX Di động

2.3.6.2 Quỹ đờng truyền WiMAX di động

Tính toán quỹ đờng truyền dựa trên các thông số hệ thống và mô hìnhtruyền sóng kênh tại Bảng 11 Giá trị 5,56 dB đợc sử dụng cho độ dự trữ suyhao giả định trong bảng chiếm 75% khả năng phủ sóng tại đờng biên cell và

90% khả năng phủ sóng trên toàn vùng Dự trữ nhiễu là 2 dB cho DL và 3dBcho UL với mẫu sử dụng lại tần số là (1,1,3) Dự trữ nhiễu có thể giảm xuống0,2% cho mẫu sử dụng lại tần số (1,3,3) nhng tại giá trị ảnh hởng phổ tần sốgiảm Độ lợi phân tập Macro là 4 dB khi hiệu chỉnh fading giả định là 0.5.Phạm vi phủ sóng một cell đợc ớc tính từ quỹ đờng truyền theo bất kỳ môhình truyền sóng nào (nh mô hình Hata hay mô hình Erceg) Mô hình Hatadựa trên kết quả thu đợc theo kinh nghiệm trên dải tần 2Ghz và tiến tới dự

đoán tơng đối tại 2,5 GHz Mô hình Erceg là một mô hình khác đợc sử dụngphổ biến dải tần số này và dự đoán đợc xấp xỉ 70% hoặc cao hơn Cũng chú ýrằng, suy hao đờng truyền cho phép tối đa là 128,2 dB tơng ứng với tốc độ dữliệu vùng biên cell hớng DL là 5,76 Mbps và UL là 115kbps; cao hơn tốc độdữ liệu của hệ thống 3G Tốc độ dữ liệu cao hơn tại vùng biên cell và tần sốsóng mang cao hơn dẫn đến kích thớc cell nhỏ hơn Quỹ đờng truyền tốt hơn

và kích thớc cell lớn hơn có thể đạt đợc ở các tốc độ dữ liệu ở biên cell thấphơn nh chỉ ra ở Bảng 2.9 và 2.10

2.3.6.3 Độ tin cậy và mào đầu của MAP trong WiMAX di động

Thông tin điều khiển WiMAX di động có định dạng là các bản tin MAP

đứng đầu mỗi khung Bản tin MAP điều khiển vị trí DL và UL Bản tin MAPcho phép điều khiển linh hoạt cấp phát tài nguyên đối với cả DL và UL để cảithiện hiệu suất phổ và QoS

Khi các bản tin MAP chứa thông tin cấp phát tài nguyên cho toàn bộkhung thì độ tin cậy của bản tin MAP ảnh hởng nghiêm trọng đến hiệu suất hệthống Vùng phủ kênh điều khiển DL đợc mô phỏng theo cấu hình mô phỏng

đã đợc đề cập trớc đây với và không phân tập phát dịch vòng (CSTD - CyclicShift Transmit Diversity) CSTD chính là sự phân tập trễ thích nghi của các hệthống OFDM Với CSTD, mỗi thành phần anten trong mảng sẽ phát một phiênbản của symbol miền thời gian OFDM (symbol b), x(n,b) (0#n#N-1 ,với N là

cỡ FFT của hệ thống) Ví dụ, nếu có Mb anten truyền tại trạm gốc, anten 1gửi một phiên bản không dịch của biểu trng OFDM, anten m truyền biểu trngOFDM tơng tự nhng đợc dịch vòng đi (m-1)D mẫu theo thời gian Chú ý rằngmỗi anten thêm một tiền tố vòng sau khi dịch vòng biểu trng OFDM và do đó

sự bảo vệ trễ dải rộng đợc chỉ ra bởi tiền tố vòng là không ảnh hởng bởiCSTD

Hình 2 : Hiệu suất của vùng phủ kênh điều khiển cho kênh TU

Hình 2.11 chỉ ra hàm phân phối tích luỹ (CDF) của vùng phủ kênh điềukhiển cho các tỉ lệ lặp là 1,2,4 anten sử dụng mô hình truyền sóng định nghĩa

ở Bảng 9 Nó có thể đợc quan sát từ số liệu sử dụng CSTD với 2 anten phát vàthu, R=1/2CTC với hệ số lặp là 6, xấp xỉ 95% vùng phủ ô đạt đợc tại điểmhoạt động PER là 1% Chú ý rằng hiệu suất MAP có thể tăng cao bằng cách

sử dụng bộ khử nhiễu tại máy di động

Bản tin MAP có kích thớc thay đổi, nó thay đổi theo số lợng các usertrong khung Khi mạng hầu hết là lu lợng của FTP và HTTP, số lợng user đợclập lịch trên một khung là nhỏ hơn 10 Trong trờng hợp này, cấp phát tàinguyên chiếm hiệu quả nhất và bản tin MAP gần nh chỉ chứa mào đầu MAP

cố định Mào đầu của MAP trong trờng hợp này chiếm khoảng 10% trong mộtkênh 10 MHz với cỡ khung là 5ms Khi mạng sử dụng hầu hết là tải VoIP, sốlợng user lập lịch trên mỗi khung là lớn Mào đầu bản tin MAP tăng tuyếntính với số lợng user đợc lập lịch

Hình 2 : Cụm con MAP (Sub - MAP Burst)

Để điều khiển mào đầu MAP, WiMAX di động đa ra bản tin sub-MAPmulticast cho phép bản tin này đợc gửi tại các tốc độ dữ liệu khác nhau vớiSINR khác nhau Do đó, khi bản tin broadcast đợc gửi với sự tin cậy cao nhấtphải phù hợp với vùng phủ ở biên cell, bản tin điều khiển chung nh cấp pháttải tin có thể đợc nhận một cách hiệu quả hơn do tình trạng SINR của user

Nh chỉ ra ở hình 2.12, đa số vùng phủ sóng có thể hỗ trợ tỷ lệ tốc độ dữ liệucao hơn QPSK 1/12 tại 1% PER (và là 60% đối với QPSK 1/4) Do đó, với bảntin sub-MAP multicast thì mào đầu điều khiển có thể giảm một cách đáng kể.Thậm chí với một số lợng lớn các user (20 user trong DL và 20 user trong UL)của 1 khung, mào đầu bản tin MAP nhỏ hơn 20% Do đó, bản tinđiều khiểnWiMAX di động rất linh hoạt đối với truyền dữ liệu

2.3.6.4 Hiệu suất hệ thống WiMAX

Mô phỏng dựa trên phơng pháp ớc lợng 1xEVDV đợc sử dụng để đánhgiá hiệu suất của WiMAX di động Các thông số hệ thống của WiMAX di

động đợc miêu tả ở bảng 2.6, 2.7, 2 8 của phần 2.3.6.1 Mô phỏng hiệu suấtcho thấy hỗn hợp ngời sử dụng với một lợng user di động đợc miêu tả ở bảng2.11 và 2.12

kênh

Đờng 1(dB)

Đờng 2(dB)

Đờng 3(dB)

Đờng 4(dB)

Đờng 5(dB)

Đờng 6(dB)

Bộ thuRăng ca

ITU Ped

B Ch-103 -3.92 -4.82 -8.82 -11.92 -11.72 -27.82

1,2,3,4,5,6ITU Veh

A Ch-104 -3.14 -4.14 -12.14 -13.14 -18.14 -23.14

1,2,3,4,5,6

Bảng 2 : Các kiểu kênh đa đờng cho sự mô phỏng hiệu suất

Bảng 2 : Mô hình kênh ngời dùng hỗn hợp để mô phỏng hiệu suất

Có 10 user trên một sector Lu lợng đợc giả định trên toàn bộ tải bộ

đệm FTP, và giả định tỉ lệ lập lịch hợp lý Mỗi trạm gốc đợc cấu hình với basector và hệ số sử dụng lại tần số sector là bằng 1 Giả định rằng đánh giákênh là lý tởng, sự thích nghi đờng truyền là thực tế Tần số sóng mang chotính toán WiMAX di động là 2,5 GHz Mào đầu khung (Preamble), MAP OH

và kênh điều khiển UL là 7 symbol OFDMA trong DL và 3 ký hiệu OFDMAtrong UL Một ký hiệu đợc chỉ định cho TTG là một tổng của 11 symbol mào

đầu và 37 biểu trng dữ liệu cho cả DL và UL Cấu hình cụ thể và những yếu tốgiả định đợc chỉ ra ở Bảng 2.13

Hiệu suất đợc tính toán trong Bảng 2.14 cho một thực hiện TDD với dảithông kênh truyền là 10 MHZ, các cấu hình anten SIMO, MIMO và các tỉ lệDL/UL tơng ứng là 28:9 và 22:15 Các kết quả này chỉ ra rằng hệ thốngWiMAX di động có hiệu suất phổ cao Với hai anten thu, hiệu suất phổ sector

DL là khoảng 1,2 bit/sec/Hec và sector UL là 0,55 bit/sec/Hz Với 2x2 MIMOhiệu suất phổ đợc cải thiện tới 50% đến 60% trong DL và khoảng 35% trong

UL Hiệu suất phổ cảo bao gồm dải thông kênh truyền lớn, cung cấp thông ợng sector cao cho hệ thống WiMAX di động Với 2x2 MIMO và tỉ lệDL/UL là 3:1, thông lợng sector DL là 13,60 Mbps và thông lợng sector UL là1,83 Mbps; với tỉ lệ DL/UL là 3:2 thông lợng sector là 10,63 Mbps và 3,05

l-Mbps tơng ứng với DL và UL Thông lợng dữ liệu sector cao là cần thiết chodịch vụ dữ liệu băng thông rộng bao gồm cả video và VoIP.

Cũng lu ý rằng 11 symbol mào đầu là một ớc tính vừa phải cho mào

đầu Đối với hầu hết ứng dụng dữ liệu, lu lợng là tập trung và WiMAX có thểhoạt động hiệu quả hơn là với mào đầu ít hơn 11 biểu trng Hơn nữa, kênh con

đợc xem xét cho trờng hợp này là kênh con hoá phân tập PUSC và sự gia tănghoạch định lựa chọn tần số không đợc tính toán đến trong mô phỏng, Vớikênh con hoá lựa chọn tần số AMC, hiệu suất phổ có thể tăng thêm 15 đến25% Do 20 đến 30% so với kết quả đợc chỉ ra tại bảng 2.14 Sự cải tiến vềhiệu suất phổ trong trờng hợp này đợc minh hoạ ở hình 2.13 với cấu hìnhanten 2x2 MIMO

Bộ lập chơng trình Có tỷ lệ hợp lý thuộc quyền sở hữu

Bảng 2 : Các giả định cấu hình WiMAX Di động

Các trờng hợp DL: 28 ký hiệu dữ liệu

UL: 9 ký hiệu dữ liệu

DL: 22 ký hiệu dữ liệuUL: 15 ký hiệu dữ liệuAnten

Liên kết Thông lợng

vùng

Hiêu suấtquang phổ

Thông lợngvùng

Hiệu suấtquang phổ

SIMO DL 8.8 Mbps 1.21 bps/Hz 6.6 Mbps 1.09 ps/Hz

UL 1.38 Mbps 0.55 bps/Hz 2.20 Mbps 0.59 ps/Hz

MIMO DL 13.60 Mbps 1.87 bps/Hz 10.63 Mbps 1.76 ps/Hz

UL 1.83 Mbps 0.73 bps/Hz 2.74 Mbps 0.83 ps/Hz

Bảng 2 : Hiệu suất hệ thống di động WiMAX

Hình 2 : Cải thiện hiệu suất phổ với WiMAX tối u

Một thuận lợi khác của hệ thống WiMAX là khả năng cấu hình lại mộtcách tự động tỉ số DL/UL để đáp ứng lu lợng mạng với sự tận dụng phổ tối đa,thông lợng séctơ đờng xuống DL tối đa có thể lớn hơn 20Mbs và thông lợngsector đờng lên UL tối đa có thể lớn hơn 8Mbs Với một tỉ lệ DL/UL nhất

định thuộc dải từ 3:1 đến 1:1, thông lợng sector đờng xuống có thể biến thiên

từ 10 - 17 Mbs; thông lợng sector đờng lên có thể biến thiên từ 2 - 4 Mbs

Kết quả này dựa trên cấu hình MIMO cơ bản của WiMAX di động, cáccải tiến hiệu suất tốt hơn có thể đợc thực hiện với các đặc tính cao cấp củaWiMAX chẳng hạn nh AAS

2.3.7 Kiến trúc WiMAX đầu cuối (end-to-end) và ứng dụng

2.3.7.1 Kiến trúc WiMAX đầu cuối (end-to-end)

IEEE chỉ định nghĩa các lớp vật lý (PHY) và lớp điều khiển truy nhậpphơng tiện (MAC) trong chuẩn 802.16 Cách tiếp cận này phù hợp với cáccông nghệ nh Ethernet và WiFi dựa vào IETF để thiết lập các tiêu chuẩn chocác giao thức ở lớp cao hơn nh TCP/IP, SIP, VoIP và IPSec Trong truyềnthông di động không dây, 3GPP và 2GPP2 xác lập các tiêu chuẩn thông quamột phạm vị rộng lớn của các giao diện và giao thức bởi vì chúng cần khôngchỉ thao thao tác giữa các phần của đờng truyền vô tuyến mà còn thao tác giữacác phần của nhà cung cấp, của các mạng để chuyển vùng (roaming), các