Chương 1
TONG QUAN VE CHUAN 802.16E VA WiMAX DI DONG
1.1 Giới thiệu chung về WiMAX di động
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access
- Kha năng tương tác toản cầu với truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên các chuan 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 cô định, nomandic - trong đó người sử dụng có thé di chuyên nhưng cố định trong lúc kết nối, mang xách được trong đó người sử
dụng có thé di chuyên 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 thăng (LOS — Line of sight) và bán kính cell lên tới 8km không theo tầm nhìn thắng (NLOS — Non line of sight).
1.2 Mô hình hệ thống
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 tram BTS trong mạng thông tin di
động với công suất lớn, có thê phủ sóng khu vực rộng tới
8000 km?
Trang 2= Trạm thu: Có thé là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp hoặc được gắn thêm trên mainboard của máy tính
như card WLAN.
1.3 Kiến trúc mạng WiMAX di động
Ta thay dé thiết lập một mạng WiMAX hay WiMAX di động
ta can 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). Nhiéu WAC tập hop 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 cùng kết nối với một hoặc nhiều CSN (Core
Service Network).
1.4 Kỹ thuật truyền thông số 1.4.1 Mô tả lớp vật lý
1.4.1.1 Các khái niêm cơ bản về OFDM
OFDM 1a công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao-một kỹ thuật hap dan sử dung cho các hệ thống truyền thông số
liệu tốc độ cao Nó được phát triển từ 2 kĩ thuật quan trọng là ghép
kênh phân chia theo tần số (FDM) và truyền thông đa sóng mang OFDM là một kỹ thuật ghép kênh mà chia băng tần thành các tần số
sóng mang nhỏ.
Trang 3Điều chế OFDM có thê 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 thé được tổ
chức thành các kênh con dùng cho việc phân bổ tới từng người sử
dụng riêng rẽ.
1.4.1.2 Cau trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Access) là một phương thức da truy nhập phân chia theo tan 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.
OFDMA là một công nghệ đa sóng mang phát triển trên nền kỹ thuật OFDM Trong OFDMA, một số sóng mang con, không nhất thiết là phải nằm kề nhau được gộp lại thành một kênh con (sub-channel) và các user khi truy cập vào tải nguyên sẽ được cấp cho một hay nhiều kênh con để truyền nhận tùy theo yêu cầu lưu lượng cụ thê.
1.4.1.3 S-OFDMA theo tỷ lệ
Đây là một đặc điểm bổ xung cho IEEE 802.16e để hỗ trợ
chuyên giao dé dang.
OFDMA theo tỉ lệ (S-OFDMA) giải quyết các van dé nay bằng cách giữ cho không gian sóng mang con không thay đổi Nói cách
khác, số sóng mang con có thể tăng hoặc giảm với những thay đổi trong một băng tần cho trước Ví dụ, nếu một băng tần 5MHz được
3
Trang 4chia thành 512 sóng mang con, một băng tan 10MHz sẽ được chia
thành 1024 sóng mang con.
1.4.1.4 So sánh OFDM và OFDMA
Theo kỹ thuật ghép kênh cơ bản thì OFDM được sử dụng cho định dạng 802.16 — 2004 rất phù hợp với các ứng dụng cố định,
trong khi chuẩn 802.16e lại sử dụng OFDMA lại đặc biệt thích hợp với mục đích ứng dụng trong di động và về bản chất OFDM ít phức tạp hơn so với SOFDMA.
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 Nc nhóm mỗi nhóm có Ng sóng mang và Ngkênh 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.
Trong OFDM, các thiết bị người dùng được gán các khe thời gian dé phát, nhưng chi một thiết bị người dùng có thé phát trong một khe thời gian duy nhất Trong OFDMA, việc tạo kênh con cho phép một số thiết bị được phát trong cùng một thời gian qua các kênh con được gán cho chúng.
1.5 Cau trúc khung TDD
PHY 802.16e hỗ trợ TDD, FDD va hoạt động FDD
half-duplex Tuy nhién, phién ban ban dau cua profile chimg chi WiMAX
di động chỉ có với chế độ TDD Với phiên bản đang được nghiên
cứu, profile FDD sẽ được xem xét bởi diễn đàn WiMAX dé tạo ra các cơ hội kinh doanh mới cho những nơi có các yêu cầu về phô nội hạt hoặc cam đối với TDD hoặc là phù hợp hơn với triển khai FDD.
4
Trang 5TDD là một ứng dụng của Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Devision Multiple Acces) dé phân tach tín hiệu đi
và tín hiệu về TDD có một tiện ích lớn trong trường hợp sự không
đối xứng giữa tốc độ uplink và và downlink đữ liệu là thay đổi Khi số liệu uplink tăng lên thì sẽ có một dai thông rộng hon có thé phân
phối cho nó như trước khi nó được co lại dé có thé truyền đi Một
tiện ích khác khiến TDD được sử dụng trong WiMAX di động thế hệ đầu là đường tín hiệu radio uplink và downlink là rất giống trong hệ
thống đi chuyển chậm điều đó có nghĩa là công nghệ như
beamforming làm việc rất tốt với hệ thống TDD.
1.6 Các đặc điểm lớp PHY cải tiến khác
Trong WiMAX di động ở đường xuống, bắt buộc phải có
các hỗ trợ điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM, còn ở đường
lên 64 QAM là tùy chọn.
Cả mã hóa vòng và mã hóa Turbo vòng với tốc độ mã thay đôi
và mã lặp cũng được hỗ trợ Ngoài ra, mã Turbo và mã kiểm tra chăn lẻ mật độ thấp (LDPC) cũng được hỗ trợ tùy chọn Bảng sau tổng kết
các nguyên lý mã hóa và điều chế được hỗ trợ trong profile WiMAX di dộng (với mã UL tuỳ chọn được chỉ ra với chữ in nghiêng).
1.7 Mô tả lớp MAC
Chuan 802.16 được phát triển từ yêu cầu về việc cung cấp đa dạng dịch vụ băng rộng bao gồm thoại, dữ liệu, và video Lớp MAC là hướng kết nối bao gồm ba phân lớp con Lớp con hội tụ dịch vụ
riêng (SSCS) cung cấp mọi sự biến đổi hay ánh xạ đữ liệu mạng ngoài, nhận dữ liệu mạng ngoài qua điểm truy nhập dịch vụ CS SAP, các
Trang 6MAC SDU (đơn vi dt liệu dịch vụ) được nhận bởi lớp con phần chung MAC CPS thông qua MAC SAP.
Tuy nhiên chúng ta sẽ không di sâu vào cấu tric của từng phân lớp con mà sẽ xem xét các đặc tính của lớp MAC nói chung theocách phân chia như sau:
1.7.1 Dịch vụ lập lịch MAC
Dịch vu lập lich MAC WiMAX di động được thiết kế để phân
phát hiệu quả các dịch vụ số liệu băng rộng bao gồm thoại, dự liệu, và video với kênh vô tuyến băng rộng thay đổi theo thời gian.
1.7.2 Hỗ trợ QoS
Với tốc độ đường truyền vô tuyến cao, khả năng truyền tải bất đối xứng đường lên/đường xuống và một cơ chế cấp phát tài nguyên
linh hoạt, WiMAX di động hoàn toàn có thé dap ứng được các yêu
cầu QoS cho nhiều loại hình dich vụ và ứng dụng dé liệu.
Trong lớp MAC của WiMAX di động, QoS được cung cấp qua
luồng dịch vụ như được mô tả trong hình bên đưới Đây là luồng gói
có duy nhất một hướng mà được cung cấp với một tập các tham số
QoS cụ thé Trước khi cung cấp một loại dịch vụ số liệu cụ thể, trạm
gốc va đầu cuối người sử dụng dau tiên thiết lập một kết nối logic một hướng giữa các MAC.
1.7.3 Quản lý nguồn
Đề hỗ trợ các thiết bị cầm tay hoạt động bằng pin, điện thoại di động WiMAX có tính năng tiết kiệm năng lượng cho phép các trạm thuê bao di động hoạt động lâu hơn mà không phải nạp điện Tiết kiệm năng lượng trong WiMAX băng cách tắt cách phần của MS
6
Trang 7trong một cách có kiểm soát khi nó không truyền hoặc nhận dữ liệu.
WiMAX định nghĩa các phương thức cho phép MS chuyên sang chế độ sleep hoặc idle khi không hoạt động.
1.7.4 Quản lý di động
Có 3 phương pháp handoff được hỗ trợ trong chuẩn 802.16e:
handoff cứng (hard) (HHO-Hard Handoff), chuyên mạch trạm gốc nhanh (FBSS- Fast Base Station Switching) và handover chuyền giao
phân tập vĩ mô (MDHO - Macro Diversity Handover).
1.7.5 Bao mat
WiMAX di động hỗ trợ tốt nhất các đặc điểm an ninh bằng
cách sử dụng các công nghệ tốt nhất hiện có hiện nay Hỗ trợ sự nhật
thực thiết bi/ người sử dụng, giao thức quản lý chìa khoá mềm dẻo, mã hoá lưu lượng mạnh, bảo vệ bản tin mặt phẳng quan lý va điều khién, và các tối ưu giao thức an ninh cho chuyển vùng nhanh.
1.7.6 Truy nhập kênh truyền
Khi một MS mở máy nó sẽ tiên hành các bước sau đê kết nôi
với trạm BS như được mô tả ở hình dưới đây.
" Thực hiện quá trình tìm kiếm và đồng bộ hóa với các BS mà nó thu được song radio Đề thực hiện được điều này, các MS sẽ tiền hành scan các tần số DL (đã biết trước), lang nghe các DL preamble phát ra từ các BS và đồng bộ hóa dựa vào các thông điệp điều khiến.
“ Tiếp theo MS nhận biết các thông số uplink bang cách lắng
nghe các UL-MAP.
Trang 8= MS thực hiện quá trình ranging Cái này giống như power control trong mạng thông tin di động tế bao.
= MS thỏa thuận về việc thuê nhận băng thông với BS cũng như các thông tin về profile.
= MS thực hiện quá trình nhận thực, trao đổi khóa và tiễn hành
đăng ký truy nhập vào mạng Kết nối IP được thiết lập 7 Luéng dịch vụ có thé bắt đầu được trao đối.
1.8 Các đặc điểm cải tiến của WiMAX di động
1.8.1 Công nghệ anten thông minh
Kỹ thuật MIMO trong lĩnh vực truyền thông là kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát và nhiều anten thu để truyền dữ liệu MIMO
technique tận dụng sự phân cực (không gian, thời gian, mã hóa )
nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu, tốc độ dữ liệu Kỹ thuật MIMO
ngày nay đang được ứng dụng rất rộng rãi: Wifi,
MIMO-UMTS nhờ tính tối ưu trong việc sử dụng hiệu quả băng thông, tốc
dộ dit liệu cao, robust với kênh truyền fading.
WiMAX di động hỗ trợ chuyển mạch thích ứng giữa các tuỳ chọn để tối ưu lợi ích của công nghệ an ten thông minh trong các điều kiện kênh khác nhau Ví dụ, SM cải thiện thông lượng đỉnh Tuy nhiên, khi điều kiện kênh kém, tốc độ lỗi gói có thể cao và do đó vùng bao phủ đối với PER mục tiêu có thể là giới hạn Mặt khác, STC cung cấp một vùng phủ lớn không quan tâm đến điều kiện kênh nhưng lại không cải thiện được tốc độ số liệu đỉnh WiMAX di động hỗ trợ chuyển mạch thích ứng giữa đa chế độ MIMO để tôi đa hoá sự hiệu quả băng tan mà không giảm đi vùng bao phủ.
Trang 91.8.2 Sử dụng lại tần số phân đoạn
WiMAX di động hỗ tro việc sử dụng tần số, nghĩa là tất cả các cell/sector hoạt động cing một kênh tần số dé tối đa hiệu quả băng tan Tuy nhiên, do xuyên nhiễu kênh lớn (CCI) trong việc triển khai một tần số được sử dụng lại, người sử dụng tại biên của các cell có
thé chịu sự suy giảm về chất lượng kết nối Với WiMAX di động, người sử dụng có thé hoạt động trên các kênh con, mà chỉ chiếm một
phan nhỏ trong toàn thé băng tan kênh, van đề xuyên nhiễu biên của
cell có thể được giải quyết dé dang bằng việc sử dụng kênh với cau hình phù hợp.
1.8.3 Dịch vu Multicast va Broadcast (MBS)
MBS được hỗ trợ bởi WiMAX di động kết hợp các đặc điểm tốt nhất của DVB-H, Media FLO và 3GPP E-UTRA và thoả mãn các yêu câu sau:
= Toc độ sô liệu cao và vùng phủ sử dụng mạng tân sô don
(SEN - Single Frequency Network).
= Sự phân bé mềm dẻo các nguồn tài nguyên vô tuyến = _ Tiêu thụ công suất MS thấp
= Hỗ trợ casting-data, luồng video va audio = Thoi gian chuyên mạch kênh thấp
1.9 Các van đề về phố của WIMAX di động
Đề thu được lợi nhuận tốt nhất từ hệ thống WiMAX, các ấn
định phổ với lưu lượng lớn là đáng quan tâm nhất Điều này cho phép các hệ thông được triển khai theo kiểu TDD với dải thông kênh lớn,
Trang 10sử dụng lại tần số linh hoạt và sự kém hiệu quả của phổ với tần số nhỏ chấp nhận cùng tôn tại để đảm bảo cho các nhà cung cấp dịch vụ
có thé hoạt động cùng nhau Pham vi hoạt động khác của diễn đàn
WiMAX là đang cộng tác với các tổ chức tiêu chuẩn toàn cầu dé phân cấp phổ của dải tần số thấp (<6 Ghz) là trung lập về ứng dụng
và công nghệ Hơn nữa, sự thúc day chính dé tạo ra sự hòa hợp tốt hon cho phân cấp phô như tối thiểu số lượng thiết bị cần thay đổi khi
bao phủ hệ thống toàn cau.
Chương 2
UNG DỤNG TRIEN KHAI THU NGHIEM WiMAX DI DONG TAI VIEN THONG HA NOI
2.1 Muc tiéu trién khai
Công nghệ thử nghiệm: Du án thử nghiệm sử dung công nghệ truy nhập băng rộng không dây di động Mobile WiMAX theo chuẩn IEEE 802.16e dựa trên nền tảng di động WMX 2.0 của hãng
Motorola Thử nghiệm tinh năng handover giữa các tram, ứng dụng
tính cước và khả năng kết nối với các dich vụ gia tang(VoIP, IPTV)
Mạng thử nghiệm được thiết kế nhằm giúp HNPT thực hiện các công viỆc sau :
=» Xac định hiệu năng hệ thông
“ Xác thực tính khả quan đối với công nghệ WiMAX di động.
10
Trang 112.2 Yêu cầu về dịch vụ cho hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng
-Truy nhập băng rộng không dây có định: khách hàng sẽ được trang bị các WIMAX CPE và sử dụng các dịch vụ như MegaVNN,
- Truy nhập băng rong không dây Nomadic: khách hàng có thé thay đổi vi trí sử dụng trong vùng phục vụ của 1 BTS
- Truy nhập băng rộng không dây di động: khách hàng có thể di chuyển qua vùng phủ sóng của 2 BTS mà không bị ngắt quãng dich vụ Đây là dịch vụ truy nhập băng rộng không dây mới của VNPT
- Dịch vụ IPTV : sử dụng dịch vụ IPTV của VASC để cung cấp dịch vụ multicast/unicast video, đồng thời cung cấp các ứng dụng Video
Streaming miễn phí như Skype, TV online cho khách hàng WiMAX
- San sang cung cấp ngay các dịch vụ: truy nhập Internet tốc độ cao
cho các thuê bao cố định và di động (di chuyển với tốc độ < 40 km/h), làm backhaul cho các điểm truy nhập WiFi hotspots.
2.3 Đối tượng khách hàng của hệ thống truy nhập vô tuyến băng
" Khách hàng ở một sô khu đô thị mới và một sô tòa nhà caotang ma mạng cáp do các doanh nghiệp mới triên khai.
“ Các khu vực ngoại thành khó triển khai mang cáp hoặc chi phí cho đầu tư mạng cáp quá lớn.
"Cac khách hang sử dụng dịch vụ di động băng rộng
2.4 Qui mô triển khai thử nghiệm WIMAX di động tại Hà Nội
II
Trang 12Trên cơ sở các khu vực chưa có mạng cáp và trên cơ sở hạ tầng
rất tốt đã có của VNPT, Viễn Thông Hà nội đề xuất triển khai dịch vụ
truy nhập Internet băng rộng qua hệ thống WiMAX di động với một
sô tiêu chí như sau :
= Thử nghiệm ở các địa điểm sau: Làng quốc tế Thăng Long,
Bưu điện Hà Nội, Tram Trung Hòa- Nhân Chính của
Vinaphone, Thượng đình, Cầu Giấy.
= Qui mô hệ thống ở mức phù hợp nhằm để thăm dò thị trường
cũng như có thời gian để đánh giá và kiêm chứng công nghệ
= Hé thống san sàng khả năng nâng cấp lên các Version mới của công nghệ WIMAX di động và mở rộng dung lượng khi
1 AP thực hiện điều chế thích ứng đường xuống băng FastFeedback Thử nghiệm được xác nhận bằng cách sử dụng các giá trị biến CINR và xác minh xem liệu MCS có thay đổi.
2 Thực hiện nhập vào mạng với MS
3 Thực hiện ping liên tục từ PC trong mang tới IP của MS(ping -t)
4 Sử dụng các khoảng cách khác nhau của thử nghiệm này và đảm
bảo răng những thay đổi sự điều chế Nếu trong môi trường cáp, thì thay đổi sự suy hao.
12