{Đồ án} tìm hiểu mạng wimax và ứng dụng tại việt nam

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1 1.1 Mạng LAN không dây 1 1.1.1 Sơ lược về mạng LAN không dây 1 1.1.2 Cấu hình cơ bản của một mạng WLAN 4 1.1.3 Lợi ích, ưu điểm của WLAN 5 1.1.4 Nhược điểm của WLAN 6 1.2 Mạng diện rộng không dây WMAN 9 1.2.1 Trạm gốc BS 9 1.2.2 Trạm thuê bao SS 9 1.3 Công nghệ WiMax 10 1.3.1 Các tiêu chuẩn 802.16 11 1.3.1.1 Giới thiệu về chuẩn 802.16 11 1.3.1.2 Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu 13 1.3.1.3 So sánh WLAN và WiMax 17 1.3.2 Lớp PHY và MAC của chuẩn IEEE 802.16a 18 1.3.2.1 Lớp vật lý PHY 18 1.3.2.2 Lớp MAC trong chuẩn IEEE 802.16a 23 1.3.2.3 Lớp con bảo mật 31 1.3.3 Lớp con hội tụ truyền 33 1.4 Kết luận 34 Chương 2: KỸ THUẬT CƠ BẢN CHO MẠNG WIMAX 35 2.1 Kỹ thuật OFDM 35 2.1.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật OFDM 35 2.1.2 Khái niệm đa sóng mang 36 2.1.3 Sự trực giao của hai tín hiệu 39 2.1.4 Tín hiệu OFDM 43 2.1.4.1 Tín hiệu OFDM 44 2.1.4.2 Phổ tín hiệu OFDM 45 2.1.5 Khoảng bảo vệ 50 2.1.5.1 Bảo vệ chống lại dịch thời gian 52 2.1.5.2 Bảo vệ chống lại ISI 52 2.1.6 Tiền tố vòng trong tín hiệu OFDM 54 2.1.7 Các ưu và nhược điểm của kỹ thuật OFDM 55 2.2 Kỹ thuật MIMO 56 2.2.1 Mô hình kênh MIMO 56 2.2.2 Các phương pháp phân tập 58 2.2.2.1 Phân tập thời gian 59 2.2.2.2 Phân tập tần số 59 2.2.2.3 Phân tập phân cực 60 2.2.2.4 Phân tập không gian 60 2.2.3 Phân tập không gian thu 61 2.2.3.1 Kết hợp chọn lọc 61 2.2.3.2 Kết hợp tỷ lệ tối đa 62 2.2.4 Phân tập không gian phát 63 2.2.4.1 Phân tập phát tỷ lệ tối đa 63 2.2.4.2 Phân tập phát trễ 64 2.2.4.3 Phân tập phát không gian thời gian 65 2.2.5 Các phương pháp truyền dẫn trên kênh MIMO 67 2.2.5.1 Mã khối không gian thời gian 68 2.2.5.2 Phương pháp MIMO – SDM 68 2.3 Kỹ thuật điều chế thích nghi 71 2.3.1 Điều chế MPSK 72 2.3.2 Điều chế MQAM 75 2.4 Kết luận 76 Chương 3: TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG WIMAX TẠI VIỆT NAM 77 3.1 Tình hình triển khai WiMax tại Việt Nam hiện nay 77 3.2 Mô hình thử nghiệm WiMax của Viettel 78 3.2.1 Quy mô và địa bàn thử nghiệm 78 3.2.2 Tần số và dung lượng 79 3.2.3 Cấu trúc thử nghiệm 79 3.2.4 Tính chất thử nghiệm 82 3.2.5 Các dịch vụ dự kiến thử nghiệm 82 3.2.6 Cách thức đánh giá chất lượng 83 3.2.7 Đối tác cung cấp thiết bị 83 3.3 Kết luận 83 Kết luận chung 84 Tài liệu tham khảo 85

MỤC LỤC

Trang

Mục lục i

Danh sách các hình vẽ, các bảng iv

Danh sách các thuật ngữ viết tắt vi

Lời nói đầu ix

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1

1.1 Mạng LAN không dây 1

1.1.1 Sơ lược về mạng LAN không dây 1

1.1.2 Cấu hình cơ bản của một mạng WLAN 4

1.1.3 Lợi ích, ưu điểm của WLAN 5

1.1.4 Nhược điểm của WLAN 6

1.2 Mạng diện rộng không dây WMAN 9

1.2.1 Trạm gốc BS 9

1.2.2 Trạm thuê bao SS 9

1.3 Công nghệ WiMax 10

1.3.1 Các tiêu chuẩn 802.16 11

1.3.1.1 Giới thiệu về chuẩn 802.16 11

1.3.1.2 Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu 13

1.3.1.3 So sánh WLAN và WiMax 17

1.3.2 Lớp PHY và MAC của chuẩn IEEE 802.16a 18

1.3.2.1 Lớp vật lý PHY 18

1.3.2.2 Lớp MAC trong chuẩn IEEE 802.16a 23

1.3.2.3 Lớp con bảo mật 31

1.3.3 Lớp con hội tụ truyền 33

1.4 Kết luận 34

Chương 2: KỸ THUẬT CƠ BẢN CHO MẠNG WIMAX 35

2.1 Kỹ thuật OFDM 35

2.1.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật OFDM 35

2.1.2 Khái niệm đa sóng mang 36

2.1.3 Sự trực giao của hai tín hiệu 39

2.1.4 Tín hiệu OFDM 43

2.1.4.1 Tín hiệu OFDM 44

2.1.4.2 Phổ tín hiệu OFDM 45

2.1.5 Khoảng bảo vệ 50

2.1.5.1 Bảo vệ chống lại dịch thời gian 52

2.1.5.2 Bảo vệ chống lại ISI 52

2.1.6 Tiền tố vòng trong tín hiệu OFDM 54

2.1.7 Các ưu và nhược điểm của kỹ thuật OFDM 55

2.2 Kỹ thuật MIMO 56

2.2.1 Mô hình kênh MIMO 56

2.2.2 Các phương pháp phân tập 58

2.2.2.1 Phân tập thời gian 59

2.2.2.2 Phân tập tần số 59

2.2.2.3 Phân tập phân cực 60

2.2.2.4 Phân tập không gian 60

2.2.3 Phân tập không gian thu 61

2.2.3.1 Kết hợp chọn lọc 61

2.2.3.2 Kết hợp tỷ lệ tối đa 62

2.2.4 Phân tập không gian phát 63

2.2.4.1 Phân tập phát tỷ lệ tối đa 63

2.2.4.2 Phân tập phát trễ 64

2.2.4.3 Phân tập phát không gian thời gian 65

2.2.5 Các phương pháp truyền dẫn trên kênh MIMO 67

2.2.5.1 Mã khối không gian thời gian 68

2.2.5.2 Phương pháp MIMO – SDM 68

2.3 Kỹ thuật điều chế thích nghi 71

2.3.1 Điều chế M-PSK 72

2.3.2 Điều chế M-QAM 75

2.4 Kết luận 76

Chương 3: TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG WIMAX TẠI VIỆT NAM 77

3.1 Tình hình triển khai WiMax tại Việt Nam hiện nay 77

3.2 Mô hình thử nghiệm WiMax của Viettel 78

3.2.1 Quy mô và địa bàn thử nghiệm 78

3.2.2 Tần số và dung lượng 79

3.2.3 Cấu trúc thử nghiệm 79

3.2.4 Tính chất thử nghiệm 82

3.2.5 Các dịch vụ dự kiến thử nghiệm 82

3.2.6 Cách thức đánh giá chất lượng 83

3.2.7 Đối tác cung cấp thiết bị 83

3.3 Kết luận 83

Kết luận chung 84

Tài liệu tham khảo 85

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

1.1 MẠNG LAN KHÔNG DÂY

1.1.1 Sơ lược về mạng LAN không dây

Mạng LAN không dây (WLAN) là một mạng dùng để kết nối hai haynhiều máy tính với nhau mà không sử dụng dây dẫn WLAN dùng công nghệtrải phổ, sử dụng sóng vô tuyến cho phép truyền thông giữa các thiết bị trongmột vùng nào đó Nó giúp cho người sử dụng có thể di chuyển trong mộtvùng bao phủ rộng mà vẫn kết nối được với mạng WLAN có mọi khả năngnhư các mạng LAN có dây truyền thông nhưng không bị hạn chế về cáp, dâydẫn Với WLAN, cơ sở hạ tầng mạng như cáp nối, các đường dây là khôngcần nữa mà thay vào đó là môi trường truyền sóng vô tuyến

Mạng cục bộ không dây WLAN chỉ giống mạng LAN truyền thống ởchỗ chúng đều phụ thuộc vào một môi trường vật lý truyền tín hiệu đi qua.Thay vì phải dùng một đôi dây xoắn hoặc cáp quang như trong mạng LAN,mạng cục bộ WLAN sử dụng tia hồng ngoại (Infrared) hoặc các tần số vôtuyến điện (RF), trong đó việc sử dụng tần số vô tuyến điện RF phổ biến hơn

vì dải thông sóng RF không rộng hơn sóng mang và phủ sóng rộng hơn.Trong thực tế hiện nay các mạng WLAN sử dụng dải tần 2.4GHz và 5GHz

WLAN là một hệ thống truyền dữ liệu mềm dẻo, nó được sử dụngtrong những ứng dụng cần sự di động Sử dụng sóng điện từ, WLAN gửi vànhận dữ liệu qua không khí mà không cần bất cứ một đường truyền vật lý

nào Công nghệ WLAN hiện nay có thể đạt được tốc độ truyền lên đến11Mbps.

WLAN dễ dàng kết nối nhanh và hiệu quả với mạng LAN có dây haychuẩn LAN Chỉ cần đơn giản thiết lập một điểm truy cập trong mạng LAN

có dây, các máy tính cá nhân được trang bị các card mạng không dây có thểnối với mạng LAN có dây với tốc độ cao và có thể cách xấp xỉ 300m so vớiđiểm truy cập

Vào tháng 7/1997 IEEE đã đưa ra chuẩn cho WLAN Chuẩn này có tên

là IEEE 802.11, và vào tháng 9/1999 IEEE đã thông qua chuẩn 802.11b (tốc

độ cao) Vài năm trở lại đây, hầu hết các mạng WLAN đều được triển khaitheo chuẩn 802.11b hoạt động ở tần số trải phổ là 2.4GHz Chuẩn 802.11bcho phép tốc độ kết nối lớn hơn 11Mbps, đủ nhanh để nhận các email dunglượng lớn và chạy các chương trình cần độ rộng băng thông lớn như hội thảotruyền hình Trong khi chuẩn 802.11b hiện nay đang chiếm ưu thế trên thịtrường mạng WLAN, thì các chuẩn khác của 802.11 như 802.11a hay802.11g đang được phát triển để tăng tốc độ kết nối Các nhà cung cấp dịch

vụ WLAN hiện đang cung cấp các chuẩn khác nhau

Hình 1.1: Mô hình 1 mạng WLAN là mở rộng của mạng LAN

Trước hết phải hiểu rằng, các hệ thống không dây không có nghĩa làhoàn toàn không sử dụng dây dẫn Trên đây là một sơ đồ của một mạngWLAN được xây dựng như một phần của mạng LAN có dây

Các thiết bị không dây chỉ là một phần của một mạng LAN có dâytruyền thống Các hệ thống không dây được thiết kế và xây dựng sao cho cóthể kết nối được với các hệ thống LAN có dây truyền thống Mặt khác, cácthiết bị không dây phải được vận hành với khả năng mã hóa và giải mã, nén

và giải nén, trải phổ và giải trải phổ, phát và thu tín hiệu không dây như đa sốcác thiết bị thông tin vô tuyến khác

Cấu hình của một mạng cục bộ không dây WLAN điển hình bao gồm

có một bộ thu phát hay điểm truy cập (Access Point - AP) nối vào mạng códây từ một điểm cố định sử dụng cáp mạng tiêu chuẩn Điểm truy cập nhận

dữ liệu, lưu trú vào bộ đệm, phát dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối trongmạng

Các thiết bị đầu cuối có thể là máy tính xách tay, máy in, các thiết bịcầm tay hay các thiết bị không dây khác và mạng hữu tuyến Một điểm truycập đơn lẻ có thể hỗ trợ một nhóm nhỏ người sử dụng trao đổi dữ liệu vớimạng nhờ card mạng không dây của máy tính cá nhân hay các thiết bị tương

tự của điện thoại di động, máy hỗ trợ cá nhân số (PDA)

Các thiết bị của một mạng cục bộ không dây WLAN đầu tiên có tốc độtruyền dữ liệu thấp, thiếu các tiêu chuẩn quốc tế về phát triển công nghệkhông dây nên đã không được sử dụng phổ biến Sau này, các hệ thống hiệnđại đã được chuẩn hóa quốc tế truyền dữ liệu với tốc độ cao, được chấp nhậntrên toàn thế giới và có tính tương thích giữa các sản phẩm của các nhà sảnxuất khác nhau

Trong những năm gần đây, các tổ chức quốc tế về phát triển công nghệmạng không dây như IEEE 802.11 và Liên minh WiFi đã cùng nhau tiến hànhchuẩn hóa các chuẩn về mạng không dây Công nghệ không dây hiện nay hỗtrợ cho các tốc độ dữ liệu khác nhau và có các giao thức cần thiết để có thểcùng hoạt động với các mạng cục bộ không dây WLAN truyền thống Hơnnữa giá thành các thiết bị không dây mới đã giảm nhiều so với trước kia.WLAN đang là một lựa chọn có triển vọng về mạng cục bộ vì việc đưa những

hệ thống này vào sử dụng không cần sự cho phép đặc biệt nào của các cơquan quản lý tần số vô tuyến điện

1.1.2 Cấu hình cơ bản của một mạng WLAN

Mỗi mạng không dây cần có một bộ thu phát vô tuyến và anten Cácthành phần cấu tạo nên một mạng không dây cơ bản: các trạm (station) và cácđiểm truy cập Trong đó, một trạm dịch vụ cơ sở (Base Service Set) được tạonên bởi hai hay nhiều các trạm liên lạc với nhau và thiết lập thành một mạng.Một trạm dịch vụ mở rộng (Enlarge Service Set) được tạo nên bởi nhiều trạmdịch vụ cơ sở được kết nối với nhau (mỗi một trạm dịch vụ cơ sở có một AP).Một mạng cục bộ không dây hoạt động theo một hoặc hai chế độ: chế độmạng ngang hàng và chế độ có hạ tầng cơ sở

Trong chế độ mạng ngang hàng, mỗi máy tính trong mạng giao tiếptrực tiếp với nhau thông qua các card mạng không dây mà không dùng đếncác thiết bị định tuyến hay các điểm truy cập không dây Trong chế độ này,mỗi trạm thông tin trực tiếp với các trạm khác mạng bên trong mạng Chế độnày chỉ hoạt động được khi các trạm ở trong phạm vi truyền sóng của nhau và

có thể thông tin được với nhau Nếu một trạm trong mạng ngang hàng muốnthông tin với mạng phạm vi bên ngoài phạm vi phủ sóng thì cần có một bộđịnh tuyến

Còn trong chế độ có hạ tầng cơ sở, các máy tính trong hệ thống mạng

sử dụng một hoặc nhiều các thiết bị định tuyến (hay thiết bị thu phát) còn

được gọi là các thiết bị điểm truy cập để thực hiện các hoạt động trao đổi dữliệu với nhau Trong chế độ này, mỗi trạm gửi thông tin của mình tới mộtđiểm truy cập Khi đó điểm truy cập hoạt động như một cầu nối và tiếp tụcgửi thông tin vào mạng (không dây hoặc có dây).

1.1.3 Lợi ích, ưu điểm của WLAN

Sự phổ biến của WLAN chủ yếu là do sự thuận tiện của nó, hiệu quảchi phí và dễ dàng tích hợp với các thành phần và hệ thống khác Với sự tăngtrưởng của số lượng người sử dụng các thiết bị di động đòi hỏi phải thực hiệntruyền thống giữa các người sử dụng một cách nhanh chóng

- Sự thuận tiện

Tính chất không dây của WLAN cho phép sử người sử dụng có thể truynhập tài nguyên mạng tại bất kỳ vị trí nào trong môi trường mạng (ở nhà hoặcvăn phòng) Với sự tăng trưởng của các máy tính laptop thì sự thuận tiện càngtrở nên dễ thực hiện

- Sự di động

Với sự nổi lên của các mạng không dây công cộng, người sử dụng cóthể truy cập Internet ngay bên ngoài nơi làm việc của họ Hầu hết tại các quáncafé, khách hàng có thể truy cập Internet với giá rất thấp hoặc miễn phí

Kết nối Internet bằng mạng WLAN là rất hợp lý cho bất kỳ công ty nào

mà không thể triển khai được mạng LAN có dây ví dụ như bị giới hạn bởikhông gian một tòa nhà, hoặc ở những nơi cho thuê hoặc những nơi tạm thời.Công nghệ WLAN cho phép mạng có thể tới bất cứ nơi đâu mà dây dẫnkhông thể tới được Những người sử các thiết bị di động có thể dễ dàng dichuyển trong toàn bộ không gian mạng phủ sóng mà vẫn kết nối được vớimạng WLAN

- Năng suất

Người sử dụng có kết nối với mạng không dây có thể duy trì một mốiquan hệ gần như không thay đổi với mạng khi họ di chuyển từ chỗ này sangchỗ khác Đối với kinh doanh, một nhân viên có thể tăng năng suất của côngviệc vì họ có thể hoàn thành công việc của họ ở bất cứ vị trí thuận tiện nào.

- Sự triển khai

Cài đặt ban đầu của một mạng không dây cơ bản yêu cầu thấp hơn vớimột điểm truy cập đơn Nói cách khác, mạng có dây cần thêm chi phí và phứctạp hơn khi hoạt động ở nhiều vị trí

WLAN rõ ràng tốt hơn so với mạng LAN có dây truyền thống trongthời gian thiết lập Thời gian cần thiết để thiết lập mạng WLAN là rất ngắn

Tốc độ của các mạng hiện đại là khá cao (có thể lên đến 54Mbps) bằngcách sử dụng vùng phổ rộng

- Khả năng mở rộng

Mạng không dây có thể phục vụ với số lượng tăng lên bất ngờ của cácmáy trạm (Client) Còn đối với mạng có dây thì khi muốn thêm các máy trạmthì yêu cầu phải thêm dây

Với sự giúp đỡ của các thiết bị không dây, mạng WLAN có thể kết nối

dễ dàng với các mạng có dây truyền thống

- Chi phí

Trong khi vốn đầu tư ban đầu cho phần cứng của mạng WLAN là caohơn so với mạng LAN truyền thống, tuy nhiên chi phí cài đặt tổng thể và chiphí toàn bộ chu trình có thể thấp hơn một cách đáng kể Lợi ích kinh tế trongmột thời gian dài là rất lớn trong những môi trường động yêu cầu thay đổi và

di chuyển thường xuyên

Hầu hết các thiết bị WLAN là các thiết bị cắm và chạy (Plug and Play),

do đó giúp giảm chi phí cho việc cài đặt, duy trì thiết bị và loại bỏ các thiết bịthừa trong trường hợp hệ thống phá hủy

1.1.4 Nhược điểm của WLAN

Công nghệ WLAN, ngoài rất nhiều sự tiện lợi và những ưu điểm đượcnêu ở trên thì cũng có các nhược điểm Trong một số trường hợp mạng LANkhông dây có thể không như mong muốn vì một số lý do Hầu hết chúng phảilàm việc với những giới hạn vốn có của công nghệ

- An ninh mạng

Sự nguy hiểm đối với người sử dụng công nghệ không dây ngày càngtăng nhanh vì công nghệ này càng trở nên phổ biến Ngày nay có một sốlượng lớn những mối nguy hiểm về bảo mật trong công nghệ không dây.Những mối nguy hiểm đó đang ngày càng tăng nhanh Những hacker đã biếtrằng hệ thống sẽ bị tổn thương rất lớn nếu bị tấn công vào các giao thứckhông dây, các phương pháp mã hóa hay sự bất cẩn và thiếu kinh nghiệm củangười dùng Các phương pháp crack cũng ngày càng tinh vi và sáng tạo hơn.Việc crack cũng ngày càng đơn giản và dễ thực hiện bằng các công cụ trênnền Window và Linux, trên các trang web mà ít được chăm sóc

- Phạm vi phủ sóng

Phạm vi phủ sóng điển hình của mạng 802.11g với các thiết bị chuẩn làvài chục mét Giới hạn trên chỉ đủ trong phạm vi một ngôi nhà nhưng lạikhông đủ trong một không gian lớn hơn Để có phạm vi phủ sóng lớn hơn tacần phải mua các bộ lặp (repeater) hoặc các điểm truy cập Chi phí cho cácthiết bị này có thể tăng lên rất nhanh Các công nghệ khác đang trong giaiđoạn phát triển, tuy nhiên với thuộc tính tăng phạm vi phủ sóng hy vọng sẽkhắc phục nhược điểm này một cách thích đáng

- Độ tin cậy

Giống như truyền tải sóng radio, tín hiệu mạng không dây bị ảnh hưởngbởi nhiễu rất lớn và các hiệu ứng truyền dẫn vô tuyến (như hiện tượng phântập đa đường, đặc biệt là hiện tượng phadinh) khi ở xa trung tâm điều khiểncủa quản trị mạng Trong các mạng điển hình, người ta thường dùng phươngpháp điều chế dịch khóa pha (PSK) hoặc QAM để làm giảm nhiễu và các hiệntượng thu phát vô tuyến Do vậy mà các tài nguyên mạng quan trọng rất hiếmkhi được kết nối không dây.

Các thiết bị WLAN không thể gửi và nhận dữ liệu chính xác trongtrường hợp có sương mù dày đặc hoặc bão bụi Các thiết bị WLAN khó màgửi và nhận dữ liệu đúng thời gian khi có một vật thể bay qua khu vực mạng

Hầu hết môi trường ở văn phòng và ở nhà đều được xây dựng bằng vậtliệu tương đối trong suốt với sóng radio tần số 2.4GHz vì thế phạm vi sẽkhông bị giới hạn, tuy nhiên chúng lại được bao bọc bởi những môi trườngphản xạ và khúc xạ nên sẽ bị giới hạn cơ bản gây ra bởi hiện tượng phân tập

đa đường

Thiếu sự tương thích giữa các sản phẩm WLAN của các nhà sản xuấtkhác nhau Sản phẩm WLAN của các nhà sản xuất khác nhau thường làkhông tương thích với nhau Chuẩn Ethernet 802.11 cổ điển đã bị bỏ quatrong quá trình phát triển những sản phẩm WLAN sau này

- Tốc độ

Tốc độ của hầu hết các mạng không dây (điển hình là từ 1 – 54Mbps)

là rất chậm so với tốc độ chậm nhất của mạng có dây (từ 100Mbps đến vàiGbps) Tuy nhiên người sử dụng vẫn chưa khai thác hết tốc độ này, tốc độ nàyvẫn lớn hơn nhiều so với tốc độ truyền Internet Ví dụ, tốc độ tối đa củađường truyền ADSL là 8Mbps được đưa ra bởi các công ty viễn thông tớikhách hàng thì vẫn chậm hơn nhiều so với tốc độ của mạng LAN không dây

Ta hoàn toàn có thể sử dụng mạng LAN không dây để truy cập Internet tốc độ

cao Tuy nhiên trong một số trường hợp đặc biệt, sử dụng đường truyền códây vẫn là cần thiết.

Do giới hạn về băng thông, công nghệ WLAN không thể hỗ trợ hộinghị truyền hình Tuy nhiên, những nhà chuyên môn cho rằng WLAN sẽ hỗtrợ hội nghị truyền hình trong những năm tới

Yếu điểm của WLAN là nhạy cảm với nhiều dạng của các giao tiếpngoài và chi phí của các trạm truyền dẫn

1.2 MẠNG DIỆN RỘNG KHÔNG DÂY WMAN

Mạng diện rộng không dây WMAN sử dụng chuẩn 802.16 được hoànthành tháng 12 năm 2001 và được công bố vào tháng 8 năm 2002, định nghĩađặc tả kỹ thuật giao diện không gian cho các mạng vùng đô thị Việc đưa rachuẩn này mở ra một công nghệ mới truy cập không dây băng rộng WiMaxcho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50km và có thểtruyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn so vớiđường truyền cáp hoặc ADSL Đây sẽ là công cụ hoàn hảo cho các nhà cungcấp dịch vụ Internet muốn mở rộng hoạt động vào những vùng dân cư rải rác,nơi mà chi phí triển khai ADSL và đường cáp quá cao hoặc gặp khó khăntrong quá trình thi công

Mô hình tổng quát của mạng diện rộng không dây thường bao gồm hailoại trạm sau đây: trạm gốc (Base Station - BS) và trạm thuê bao (SubscriberStation - SS)

1.2.2 Trạm thuê bao SS

Trạm thuê bao SS là trạm đầu cuối kết nối liên lạc với trạm BS Các SSchuyển dữ liệu theo đường lên điểm – điểm trong cấu hình mạng điểm – đađiểm và cả điểm – điểm hoặc điểm – đa điểm trong mô hình mạng hỗn hợp.Tất cả các trạm thuê bao SS trong cùng một khu vực và kênh tần số sẽ nhậncùng một thông tin đường xuống Một trạm thuê bao SS có thể trở thành đầucuối số liệu gói hoặc đa phương tiện cùng với dải dung lượng tốc độ truyền

Mạng diện rộng không dây WMAN có cấu hình điểm – đa điểm, tại đómột trạm gốc BS gửi dữ liệu và điều khiển thông tin tới nhiều trạm thuê bao

SS Trong khi một trạm thuê bao SS có thể liên lạc tới một trạm gốc BS thôngqua các kênh dữ liệu cơ sở có tranh chấp hoặc đã được phân bố Có thể lựachọn mô hình hỗn hợp cho WMAN, các trạm thuê bao SS có thể liên lạc trựctiếp tạo điều kiện cho kiểu liên lạc nhiều bước

Chuẩn IEEE 802.16 khai thác các khái niệm mới sau đây nhằm mụcđích sử dụng tài nguyên một cách mềm dẻo và hiệu quả

- Sử dụng băng thông: Khi thuê bao được phân định băng thông để kếtnối hay trao đổi số liệu, nó có thể sử dụng một phần hoặc cả băng thông đócho báo hiệu

- Điều chế thích nghi: Khả năng gửi và nhận tín hiệu của trạm bằngcách lựa chọn một sơ đồ thích hợp trong số nhiều sơ đồ điều chế khác nhau.Với điều chế thích nghi, trạm thu có thể nhận từ trạm sử dụng các hồ sơ đacụm Trạm phát cũng có thể gửi số liệu sử dụng điều chế thích nghi tới cáctrạm sử dụng các hiện trạng đa khung

- Anten thích nghi: Trạm thu có thể nhận tín hiệu từ nhiều anten mộtcách thích hợp khi tăng dung lượng và cải thiện vùng phủ sóng

1.3 CÔNG NGHỆ WIMAX

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) là hệthống truy nhập viba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở hệ thống tiêuchuẩn kỹ thuật IEEE 802.16.

Công nghệ mạng không dây đang được triển khai nhiều ứng dụng cótriển vọng bổ sung cho mạng thông tin di động Mạng WiFi hay mạng LANkhông dây chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ LAN, còn WiMax phục vụ chủyếu cho mạng đô thị MAN Mạng WiMax cũng như mạng đô thị hữu tuyến(truyền dẫn qua cáp) như mạng DSL đều được sử dụng để phục vụ cho cácthuê bao trong vùng có bán kính tới 50km

Hình 1.2: Mô hình một mạng WiMax

WiMax là một giải pháp vô tuyến băng rộng cho phép hội tụ các mạngbăng rộng cố định và di động thông qua một công nghệ truy nhập vô tuyếnbăng rộng trên diện rộng và kiến trúc mạng mềm dẻo Giao diện không gianWiMax thông qua công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

OFDMA để cải thiện hiệu suất đa đường trong môi trường không có tầm nhìnthẳng NLOS.

1.3.1 Các tiêu chuẩn 802.16

1.3.1.1 Giới thiệu về chuẩn 802.16

Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bốvào năm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truycập không dây Một mạng vùng đô thị không dây cung cấp sự truy nhập mạngcho tòa nhà thông qua anten ngoài trời có thể truyền thông với các trạm phátsóng cơ sở Do hệ thống không dây có khả năng hướng vào những vùng địa lýrộng, hoang vắng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém như trongviệc triển khai các kết nối cáp nên công nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong việctriển khai Một anten WiMax có hiệu quả đầu tư cao hơn khi cung cấp băngthông rộng tới các hộ gia đình trong bán kính lên đến 50km, loại bỏ hoàn toàncác chi phí liên quan tới việc triển khai các hệ thống không dây kết nối Vớicông nghệ được mở rộng, nó là chuẩn được phát triển để hỗ trợ những ngườidùng luôn cần sự di chuyển Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ramột tập các giao diện không gian dựa trên một giao thức MAC thông thườngnhưng với các đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điềuchỉnh phổ liên quan Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện không giancho những tần số trong băng tần 10 – 66GHz Với phương pháp điều chế đơnsóng mang, chuẩn 802.16 hỗ trợ cả hai phương pháp song công phân chiatheo thời gian TDD (Time Division Duplexing) hay phân chia theo tần sốFDD (Frequency Division Duplexing)

Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khảnăng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối băng tần 2 –11GHz với khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50km trong trường hợpkết nối điểm – điểm và 7 – 10km trong trường hợp kết nối từ điểm – đa điểm.Tốc độ truy nhập có thể đạt tới 70Mbps Trong khi với dải tần 10 – 66GHz,

chuẩn 802.16-2001 phải yêu cầu tầm nhìn thẳng, thì với dải tần 2 – 11GHzchuẩn 802.16a cho phép kết nối mà không cần tầm nhìn thẳng, tránh được tácđộng của các vật cản trên đường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽgiúp ngành viễn thông có các giải pháp như cung cấp băng thông theo yêucầu, với thời gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà côngnghệ thuê bao số hay cáp mạng không tiếp cận được.

Tháng 7/2004 IEEE đưa ra chuẩn 802.16-2004 thường được gọi với tên802.16-d Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp các chuẩn 802.16-

2001, 802.16-a, 802.16-d

1.3.1.2 Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu

Ban đầu chuẩn IEEE 802.16 chỉ có một sự đặc tả lớp MAC Sau mộtloạt những nghiên cứu đã đưa thêm vào nhiều sự khác biệt về những đặc tảlớp vật lý (PHY) như những sự chỉ định trải phổ mới, cả cấp phép và khôngcần cấp phép, đã trở nên có giá trị

* IEEE 802.16-2001

Những đặc tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC

và PHY có khả năng cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố định theo

mô hình điểm – điểm và điểm – đa điểm Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết

kế để mở ra một tập các giao diện không gian dựa trên một giao thức MACthông thường nhưng với các đặc tả vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng vànhững điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diệnkhông gian cho những tần số trong băng tần 10 – 66GHz Với phương phápđiều chế đơn sóng mang, 802.16 hỗ trợ cả hai phương pháp song công phânchia theo thời gian TDD và phân chia theo tần số FDD

Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảmsóng mang có cơ chế tránh xung đột CSMA/CA (Carrier Sense MultipleAccess with Collision Avoidance) để cho phép khi nào một node trên mạng

được phép truyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một

mô hình hoàn toàn khác để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng Trong thờigian truyền dẫn, phương pháp điều chế được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất

cả các node trong mạng trong thông tin broadcast cho cả đường lên và đườngxuống Bằng việc lập lịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã đượcloại trừ Thuê bao chỉ cần nghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trongphạm vi phủ sóng của BS đó Ngoài ra, thuật toán lập lịch có thể thay đổi khixảy ra quá tải hoặc khi số thuê bao tăng lên quá nhiều

Trạm thuê bao SS có thể thương lượng về độ rộng dải tần được cấppháp trong một burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhập mềm dẻo Cácphương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM và 64-QAM.Chúng có thể thay đổi từ khung này tới khung khác, hay từ SS này tới SSkhác tùy thuộc vào tình trạng của kết nối Khả năng thay đổi phương phápđiều chế và phương pháp sử dụng sửa sai hướng đi FEC (Forward ErrorCorrection) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích ứngnhanh chóng với điều kiện thời tiết, như phađing do mưa Các tham số truyềndẫn ban đầu được thỏa thuận thông qua một quá trình tương tác gọi là InitialRanging Trong quá trình này thì năng lượng, phương pháp điều chế đượccung cấp bởi BS được kiểm soát và quản lý theo điều kiện hiện thời của lỗi

Phương pháp song công của kênh đường lên và đường xuống được sửdụng hoàn toàn theo một trong hai phương pháp TDD và FDD

Quan trọng hơn nữa, chuẩn IEEE 802.16-2001 kết hợp chặt chẽ các đặctính có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống cấp vật lý.Khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ được xây dựng theo khái niệm về lưulượng dịch vụ (service flow), nó được xác định một cách vừa đủ bởi một IDlưu lượng dịch vụ Những lưu lượng dịch vụ này được mô tả bởi các tham sốQoS của chúng như thời gian trễ tối đa và lượng jitter cho phép Lưu lượngdịch vụ là đơn hướng và nó có thể được tạo ra bởi BS hoặc SS

Đóng vai trò cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớpcon riêng biệt (Privacy Sublayer) Mục đích chính của lớp con riêng biệt làcung cấp sự bảo mật trên các kết nối không dây của mạng Nó được thực hiệnthông qua việc mật mã hóa dữ liệu gửi giữa BS và SS Để ngăn cản việc trộmdịch vụ, SS có thể được nhận thực qua chứng chỉ số X.509 Chứng chỉ nàybao gồm khóa công khai của SS và địa chỉ MAC.

* IEEE 802.16a-2003

Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khảnăng truy nhập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băngtần 2 – 11GHz với khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50km trongtrường hợp kết nối điểm – điểm và 7 – 10km trong trường hợp kết nối từ điểm– đa điểm Tốc độ truy nhập có thể đạt tới 70Mbps Chuẩn này sẽ giúp chongành viễn thông có các giải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, vớithời gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệthuê bao số hay cáp mạng không tiếp cận được

IEEE 802.16a bao gồm cả đặc tả lớp vật lý PHY và cải tiến lớp MACcho khả năng truyền dẫn đa đường và giảm tối đa nhiễu Các đặc tính đượcthêm vào cho phép sử dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dãyanten thích ứng Phương pháp dồn kênh phân chia theo tần số trực giaoOFDM cung cấp thêm một sự lựa chọn cho phương pháp điều chế đơn sóngmang Để cung cấp một kỹ thuật giảm thiểu can nhiễu trong các mạng khôngdây hiện nay, IEEE 802.16a cung cấp thêm một sự lựa chọn cho phương phápđiều chế đơn sóng mang Để cung cấp một kỹ thuật giảm thiểu can nhiễutrong các mạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũng định nghĩa thêmphương pháp điều chế đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMAtrong phạm vi dải tần 2 – 11GHz

Vấn đề bảo mật cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp conriêng biệt được đưa thêm vào Các đặc tính riêng biệt được sử dụng để nhậnthực tác nhân gửi của một thông điệp MAC nào đó.

IEEE 802.16a cũng đưa thêm các tùy chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ởnhững nơi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ SS tới BS Đây là sự thayđổi từ chế độ điểm – đa điểm, khi mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS

và SS Sự bổ sung những đặc tả lớp MAC thích hợp cho phép việc lập lịchtruyền dẫn giữa các SS của mạng Mesh mà không cần phải có sự kiểm soátcủa BS

* IEEE 802.16c-2002

Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002 Bản cập nhật đã sửmột số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một sốprofiles hệ thống chi tiết cho dải tần 10 – 66GHz

* IEEE 802.16-2004

Chuẩn IEEE 802.16-2004 chính thức được phê chuẩn ngày 24/7/2004

và được công bố rộng rãi vào tháng 9/2004 IEEE 802.16-2004 thường đượcgọi với tên 802.16-REVd Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợpcác chuẩn 802.16-2001, 802.16a, 802.16c Chuẩn này đã được phát triểnthành một tập các đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng đủtoàn diện để phân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE 802.16ban đầu

thời tiết kiệm năng lượng cho thiết bị di động Tần số hoạt động dưới 6GHzcho phép mở rộng phạm vi bao phủ Chuẩn này đã mở ra nhiều ứng dụng mớitrong tương lai.

1.3.1.3 So sánh WLAN và WiMax

a) Phạm vi truyền dẫn

Sự khác nhau cơ bản giữa WLAN và WiMax là chúng được thiết kếcho các ứng dụng hoàn toàn khác nhau WLAN là một công nghệ mạng vùngnội hạt LAN được thiết kế để tăng thêm tính di động cho các mạng LAN hữutuyến riêng WiMax được thiết kế để cung cấp một dịch vụ truy nhập khôngdây băng rộng BWA cho mạng vùng thành thị Vì thế trong khi WLAN hỗ trợtruyền dẫn trong phạm vi một vài trăm mét, thì WiMax có thể hỗ trợ ngườidùng ở trong bán kính hàng chục km

b) Các tiêu chuẩn

Chuẩn IEEE 802.11 WLAN miêu tả bốn giao diện liên kết vô tuyếnhoạt động trong băng tần vô tuyến không cấp phép 2.4GHz – 5GHz Cácchuẩn WiMax bao gồm một dải băng tần rộng hơn, sử dụng cả băng tần cấpphép và băng tần không cấp phép

c) Kỹ thuật ghép kênh

WiMax sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian TDD và

kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDD cho cả đường lên và đườngxuống Trong TDD với khe thời gian được ấn định cho đường lên và đườngxuống tách biệt nhau, vì thế kênh truyền là song công toàn phần

WLAN sử dụng TDD trên cơ sở tranh chấp nơi mà điểm truy cập vàcác trạm sử dụng chung một kênh Tất cả các mạng WLAN đều là bán songcông

d) Công nghệ truyền dẫn

WiMax được hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến hiện đại như các antenthông minh có thể giảm nhiễu và nâng cao tốc độ truyền Kết hợp với tính đadạng ở đầu phát, đa dạng đầu thu MIMO để cải thiện phạm vi bao phủ

1.3.2 Lớp PHY và MAC của chuẩn IEEE 802.16a

Chuẩn IEEE 802.16a được xây dựng dưới dạng ngăn xếp với nhiềugiao diện được định nghĩa Lớp MAC bao gồm ba lớp con: Lớp con hội tụchuyên biệt dịch vụ (Service Specific Convergence Sublayer), lớp con MACphần chung (MAC Common Part Sublayer) và lớp con bảo mật (PrivacySublayer) Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (TransmissionConvergence Sublayer) Vị trí tương đối của các lớp con MAC và lớp PHYđược trình bày trong bảng:

Lớp cao hơn

Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ

(Service Specific Convergence Sublayer)

MAC

Lớp con MAC phần chung

(MAC Common Part Sublayer)

Lớp con bảo mật

(Privacy Sublayer)

Lớp con hội tụ truyền TC (Transmission Convergence Sublayer)

PHY

Bảng 1.1: Vị trí tương đối của lớp MAC và PHY

1.3.2.1 Lớp vật lý PHY

Trong những công bố đầu tiên của chuẩn IEEE 802.16 chỉ ra rằng nóhoạt động trong tầm nhìn thẳng LOS ở băng tần cao trong dải tần số từ

10GHz đến 66GHz Nhưng đã được sửa đổi và chỉ ra ở trong chuẩn IEEE802.16a, thiết kế cho các hệ thống hoạt động ở dải tần từ 2GHz đến 11GHz Ýnghĩa quan trọng của sự khác nhau giữa hai băng tần trên đó là khả năng hỗtrợ trong tầm nhìn không thẳng NLOS và ở tần số thấp khi mà các thiết bịkhông thể thực hiện được ở tần số cao Do đó chuẩn IEEE 802.16a đã sửa đổi

và là một chuẩn mở tạo cơ hội cho sự thay đổi lớn ở lớp vật lý Nó được chỉ

rõ qua sự khuyến cáo hai phương pháp điều chế ở lớp vật lý, đó là:

- 256 point FFT OFDM

- 2048 point FFT OFDMA

Sau một số lần kiểm tra, cuối cùng tổ chức WiMax đã chấp nhận sự hỗtrợ của phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, cùng với sự phát triểncủa các công nghệ khác dựa vào sự quyết định của thị trường Thay vì lựachọn CDMA tổ chức IEEE đã lựa chọn dạng tín hiệu OFDM vì nó có khảnăng hỗ trợ sự thực thi trong tầm nhìn không thẳng, trong khi vẫn duy trìđược mức hiệu suất cao nhất của quang phổ khi sử dụng dải phổ có sẵn.Trong công nghệ CDMA (thường được áp dụng trong điệnt thoại di động thế

hệ 2G – 3G) băng thông RF cần phải lớn hớn nhiều so với lưu lượng dữ liệu,

để có thể đáp ứng được cho bộ xử lý chống lại nhiễu

IEEE 802.16a có kiến trúc điểm – đa điểm, nên về cơ bản BS truyềnmột tín hiệu với những trạm thuê bao riêng lẻ được định vị những khe thờigian theo chu kỳ Sự truy nhập theo hướng đường lên cho bởi TDMA Và vớithiết kế burst được chọn cho phép cả TDD (tại đó đường lên và đường xuốngdùng chung một kênh nhưng không truyền cùng một lúc) và FDD (tại đóđường lên và đường xuống dùng trong những kênh riêng biệt) được xử lý mộtcách tương tự Việc lựa chọn TDD hay FDD hỗ trợ những burst thích hợptrong đó việc điều chế và mã hóa có thể được gán động trên từng burst mộtvới mỗi trạm thuê bao CPE (Customer Premise Equipment)

FEC (Forward Error Correction) có khả năng thay đổi kích thước block

và khả năng sửa lỗi FEC này được liên kết với một mã nhân chập khối bêntrong để truyền dữ liệu tới hạn một cách thông suốt, như các truy nhập điềukhiển khung và truy nhập khởi đầu

Hệ thống sử dụng một khung 0.5ms, 1ms hoặc 2ms Khung này đượcchia ra thành những khe vật lý cho mục đích cấp phát và nhận biết dải thôngthuộc các chuyển tiếp PHY Một khe vật lý được định nghĩa cho 4 ký hiệuQAM

Trong phương án TDD của PHY, khung con của đường lên kế tiếpkheo khung con của đường xuống trong cùng một tần số sóng mang Trongphương án FDD, các khung con của đường lên và đường xuống cuối cùngtrùng khớp nhưng chúng được mang trên những tần số riêng biệt

Xét khung con của đường xuống: Nó bắt đầu với một đoạn điều khiểnkhung có chứa DL – MAP cho khung đường xuống hiện hành cũng như UL –MAP cho thời gian định rõ trong tương lai Nó còn chứa một “TDM –portion” ngay tiếp theo đoạn điều khiển khung Dữ liệu đường xuống đượctruyền tới mỗi CPE khi sử dụng một burst – profile thỏa thuận Sau đoạnTDM là đoạn TDMA có chữa một đoạn mở đầu (preamble) phụ tại điểm xuấtphát của mỗi burst – profile mới Như vậy nó cho phép sự hỗ trợ tốt hơn vớicác CPE bán song công do các CPE này có thể mất sự đồng bộ hóa với đườngxuống và TDMA – preamble cho phép chúng lấy lại sự đồng bộ hóa đó

Broadcast control DIUC -0

TDM DIUC a

UL-MAP DL-MAP

TDMA DIUC g TDMA

DIUC f TDMA

DIUC e

TDMA DIUC d

TDM DIUC c TDM

DIUC b TDMA portion

C¸c ®iªm khëi ®Çu“burst”

TDM : Time Division Multiplex DIUC : Downlink Interval Usage Code Preamble : §o¹n ®Çu khung

Hình 1.3: Khung con đường xuống

Xét khung con đường lên: Trong đó UL – MAP cấp dải thông cho cácCPE cụ thể Các CPE truyền trong vùng cấp phát được ấn định có sử dụngburst – profile chỉ rõ bởi UIUC (Uplink Interval Usage Code) trong mục vào

UL – MAP cấp dải thông cho chúng Nó có thể cũng chứa những định vị trên

cơ sở cạnh tranh cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu và quảng bá hay truyền

đa hướng các yêu cầu dải thông Nó có cấu trúc khung như hình vẽ:

Truy nhập burst dải thôngYêu cầu

Xung đột

Khoảng trống chuyển tiếp SS

Khoảng trống chuyển tiếp Tx/Rx (TDD)

Các khả năng

duy trì khởi

đầu (UIUC - 2)

Khoảng dữ

liệu SS1 (UIUC-j)

Khoảng dữ

liệu SSN (UIU-j)

Các khả năng xung đột yêu cầu (UIUC - 1)

Truy nhập burst

Xung đột

Yêu cầu dải thông

Hỡnh 1.4: Khung con đường lờn

Một số nột đặc trưng khỏc của lớp vật lý ở chuẩn IEEE 802.16a mà dophương phỏp điều chế đú mang lại đú là cụng suất phỏt lớn trong một vựngrộng, độ rộng cỏc kờnh cú tớnh mềm dẻo, một mặt thớch ứng về tốc độ, tự hiệuchỉnh lỗi, phụ thuộc vào cỏc hệ thống anten cao cấp để cải thiện vựng phủsúng và dung lượng hệ thống, phương phỏp lựa chọn tần số DFS sẽ làm chonhiễu giảm tới mức nhỏ nhất cú thể, phương phỏp mó húa theo cỏc khoảngthời gian tăng cường sự thực hiện trong mụi trường phadinh và vượt qua tớnh

đa dạng về khụng gian

Nói tóm lại với các nét đặc trưng của lớp vật lý nó sẽ có một số lợi íchnhư sau:

- Với phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, nó sẽ tạo ra những

sự hỗ trợ cho việc xây dựng các địa chỉ mạng đa đường trong môi trườngLOS ở vùng Outdoor và NLOS

- Với khả năng thích ứng điều chế và phương pháp mã hóa có khả năng

tự hiệu chỉnh lỗi trong một cụm RF, đã đảm bảo độ mạnh cho các kênh RFtrong khi vẫn đảm bảo số bít/giây cho mỗi một khối các thuê bao là lớn nhất

- Với việc hỗ trợ truy nhập TDD và FDD, thì việc thay đổi địa chỉ trêntoàn diện rộng được quy định ở một nơi nào đó hoặc tất cả những nơi chophép

- Với độ mềm dẻo về kích thước của kênh, nó cung cấp tính mềm dẻocần thiết cho sự hoạt động ở một số băng tần khác nhau với sự thay đổi kênhtheo nhu cầu trên toàn thế giới

- Với sự hỗ trợ của hệ thống anten thông minh, sẽ làm tăng khả năngtriệt nhiễu như vậy hệ thống sẽ lớn lên và giá thành sẽ giảm xuống

Tất cả các đặc trưng trên đều là những yêu cầu thiết yếu cơ sở cho kỹthuật FBWA Outdoor hoạt động Tính mềm dẻo của kích cỡ kênh cũng là mộtđiều bắt buộc nếu nó muốn được thực thi trên phạm vi toàn thế giới Khi màtrong dải phổ cho phép sự hoạt động trong hệ thống phải trả giá cước chotừng MHz, thì đó là vấn đề cấp thiết cho việc triển khai hệ thống sử dụng tất

cả các phần của dải phổ và cung cấp tính mềm dẻo trong mạng tổ ongCellular Ví dụ khi phải trả cước cho một dải tần 14MHz thì chúng ta khôngmuốn hệ thống sử dụng các kênh 6MHz vì như vậy sẽ mất đi 2MHz trong dảiphổ mà chúng ta không sử dụng đến và chúng ta muốn hệ thống đó có thểđược triển khai với các kênh 7MHz, 3.5MHz hoặc 1.75MHz để có khả năng

sử dụng dải tần cao nhất

Trong các hệ thống, sau đoạn TDM là một đoạn TDMA có chứa mộtđoạn mở đầu (preamble) phụ tải điểm xuất phát của mỗi burst – profile mới.Đặc tính này cho phép hỗ trợ tốt hơn các CPE bán song công Trong một hệthống FDD được hoạch định hiệu quả với nhiều CPE bán song công, một số

có thể truyền sớm hơn trong khung hơn là chúng nhận Vì bản chất bán songcông, các CPE này mất sự đồng bộ hóa với đường xuống TDMA – preamblecho phép chúng lấy lại sự đồng bộ hóa đó

Một khung con đường lên điển hình cho PHY 2 – 11GHz được mô tảkhông giống như đường xuống, UL – MAP cấp giải thông cho các CPE cụthể Các CPE truyền trong vùng cấp phát được ấn định có sử dụng burst –profile chỉ rõ bởi UIUC trong mục vào (entry) UL – MAP cấp dải thông chochúng Khung con đường lên có thể cũng chứa những định vị trên cơ sở cạnhtranh cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu và “broadcast” hay “multicast” cácyêu cầu dải thông Những cơ hội truy cập cho truy nhập hệ thống lúc ban đầuđược xác định độ lớn để cho phép thêm thời gian bảo vệ các CPE mà chúng

đã không được giải quyết thời gian truyền cần thiết để bù lại độ trễ toàn phần(round – trip delay) cho BS

1.3.2.2 Lớp MAC trong chuẩn IEEE 802.16a

Giao thức MAC IEEE 802.16a được thiết kế cho những ứng dụng truynhập không dây băng rộng “điểm – đa điểm” Nó hướng vào nhu cầu nhữngtốc độ truyền theo bit rất cao, cả đường lên (tới BS) và đường xuống (từ BS).Những giải thuật truy cập và định vị dải thông phải thích ứng hàng trăm thiết

bị đầu cuối cho mỗi kênh, với những thiết bị đầu cuối dùng chung cho nhiềungười dùng cuối Những dịch vụ được yêu cầu bởi những người dùng cuốinày vẫn thay đổi như vốn có và bao gồm tiếng và dữ liệu TDM (TimeDivision Multiplex) kế thừa, kết nối IP (Internet Protocol) và VoIP (Voiceover IP) gói hóa Để hỗ trợ sự đa dạng các dịch vụ, MAC 802.16a phải điềutiết cả hai lưu lượng liên tục và không liên tục Đồng thời, những dịch vụ này

đang chờ để được gán chất lượng dịch vụ (QoS) thích hợp với những kiểu lưulượng như vậy MAC 802.16a cung cấp một phạm vi rộng các kiểu dịch vụtương tự như những dịch vụ ATM truyền thống cũng như những dịch vụ mớihơn.

Giao thức MAC 802.16a cũng phải hỗ trợ một sự đa dạng các nhu cầugửi trả về, bao gồm giao thức ATM và giao thức dựa theo gói (Packet Based).Thông qua những đặc tính như chặn đầu mục tải tối đa (Payload Header),đóng gói và phân mảnh, những lớp con quy tụ và MAC làm việc cùng nhau

để mang lại một lưu lượng nhiều hiệu quả hơn cơ chế vận chuyển vốn có Cơchế “request grant” (cấp phát theo yêu cầu) được thiết kế để có thể biến đổi,

có hiệu suất cao và tự sửa chữa lỗi

Cùng với những nhiệm vụ cơ bản như cấp phát dải thông và vậnchuyển dữ liệu, MAC bao gồm một lớp con bảo mật cung cấp sự chứng thựctruy cập mạng và thiết lập kết nối để ngăn ngừa hành vi trộm dịch vụ và cungcấp sự trao đổi và mã hóa khóa cho dữ liệu riêng biệt

MAC bao gồm những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ giao diệnvới những lớp cao hơn, phía trên lớp con phần chung (Common Part) MACnòng cốt thực hiện những chức năng MAC chủ yếu Bên dưới lớp con phầnchung là lớp con bảo mật (Privacy Sublayer)

a) Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ

Chuẩn IEEE 802.16a định nghĩa hai lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch

vụ tổng thể để ánh xạ các dịch vụ đến và từ những kết nối MAC 802.16a Lớpcon quy tụ ATM được định nghĩa cho những dịch vụ ATM và lớp con quy tụgói được định nghĩa để ánh xạ các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet vàVLAN (Virtual Local Area Network) Nhiệm vụ chủ yếu của lớp con là phânloại các SDU (Service Data Unit) theo kết nối MAC thích hợp, bảo toàn haycho phép QoS và cho phép định vị dải thông Ngoài những chức năng cơ bản

này, các lớp con quy tụ có thể cũng thực hiện nhiều chức năng phức tạp hơnnhư chặn và xây dựng lại đầu mục tải tối đa (Payload Header) để nâng caohiệu suất kết nối không gian.

b) Lớp con phần chung (Common Part Sublayer)

Nhìn chung về kiến trúc tổng thể MAC 802.16a được thiết kế để hỗ trợkiến trúc “điểm – đa điểm” với một BS trung tâm điều khiển nhiều khu vựcđộc lập đồng thời Trên đường xuống, dữ liệu đến các CPE được dồn kênhtheo kiểu TDM Đường lên được dùng chung giữa các CPE theo kiểu TDMA

MAC 802.16a theo kiểu hướng kết nối Tất cả những dịch vụ bao gồmnhững dịch vụ không kết nối cố hữu, được ánh xạ tới một kết nối Điều đócung cấp một cơ chế cho yêu cầu dải thông, việc kết hợp QoS và các tham số

về lưu lượng, vận chuyển và định tuyến dữ liệu đến lớp con quy tụ thích hợp

và tất cả các hoạt động khác có liên quan đến điều khoản hợp đồng của dịch

vụ Các kết nối được tham chiếu đến các CID 16bits (16bits ConnectionIndentifier) và có thể yêu cầu liên tiếp dải thông được cấp phát hay dải thôngtheo yêu cầu

Mỗi CPE có một địa chỉ MAC 48 bit chuẩn, nhưng những phục vụ nàychủ yếu như một bộ nhận diện thiết bị, từ khi những địa chỉ gốc được sử dụngtrong thời gian hoạt động là các CID Lúc vào mạng, CPE được gán ba kết nốiquản lý (Management Connection) cho mỗi hướng Ba kết nối này phản ánh

ba yêu cầu QoS khác nhau được sử dụng bởi ba mức quản lý khác nhau Kếtnối đầu tiên là kết nối cơ sở (Basic Connection) được dùng để truyền cácthông điệp ngắn, “Time Critical MAC” và RLC (Radio Link Control) Kết nốiquản lý sơ cấp (Primary Management Connection) được sử dụng để truyềncác thông điệp dài hơn, chịu trễ nhiều hơn như những gì được sử dụng đểchứng thực và cài đặt kết nối Kết nối quản lý thứ cấp được sử dụng để truyềncác thông điệp quản lý dựa trên cơ sở các chuẩn như DHCP (Dynamic Host

Control Protocol) Ngoài những kết nối quản lý này, các CPE được cấp phátcác kết nối vận chuyển (Transport Connection) cho các dịch vụ đã ký hợpđồng Những kết nối vận chuyển theo một hướng duy nhất đơn giản hóa cáctham số QoS đường lên và đường xuống khác nhau và các tham số lưu lượng.Ngoài ra MAC còn dự trữ các kết nối bổ sung cho những mục đích khác như

sự truy nhập lúc khởi đầu trên cơ sở cạnh tranh, sự truyền quảng bá(Broadcast) cho đường xuống cũng như cho báo hiệu kiểm tra tuần tự(Polling)

Việc truyền các MAC - PDU

Lớp MAC của IEEE 802.16 MAC hỗ trợ các giao thức lớp cao hơnkhác nhau như ATM hay IP Những MAC – SDU mới đến từ các lớp con quy

tụ tương ứng được định dạng theo khuôn dạng của MAC – PDU, có thể với

sự phân mảnh và / hoặc đóng gói, trước khi được chuyên trở qua một haynhiều kết nối với sự đồng ý của giao thức MAC Sau khi vượt qua kết nốikhông gian, các MAC – PDU được cấu trúc trở về các MAC – SDU gốc, nhưvậy những sửa đổi khuôn dạng được thực hiện bởi giao thức lớp MAC thểhiện tính “trong suốt” đối với thực thể nhận

IEEE 802.16 tận dụng lợi thế của sự hợp nhất các quá trình đóng gói vàphân mảnh với quá trình định vị dải thông để tối ưu hóa tính linh hoạt và hiệusuất cho cả hai Phân mảnh là một quá trình trong đó một MAC – SDU đượcchia cắt ra làm một hay nhiều đoạn MAC – SDU Đóng gói là một quá trìnhtrong đó nhiều MAC – SDU được hợp nhất lại vào một “Payload” MAC –PDU Cả hai quá trình có thể được bắt đầu bởi một BS cho một kết nối đườngxuống hoặc một CPE cho một kết nối đường lên IEEE 802.16 cho phép phânmảnh và đóng gói đồng thời để có thể sử dụng dải thông một cách hiệu quả

Hỗ trợ PHY và cấu trúc khung

MAC IEEE 802.16 hỗ trợ cả TDD và FDD Trong FDD, các đường

có tính đến các kỹ thuật nâng cao hiệu suất như chèn (interleaving) Cácđường xuống không liên tục (hoặc FDD hoặc TDD) cho phép sử dụng nhiều

kỹ thuật nâng cao khả năng và dung lượng hơn như burst – profiling thích ứngmức thuê bao và các hệ thống anten cải tiến

MAC xây dựng khung con (subframe) của đường xuống bắt đầu vớimột đoạn điều khiển khung có chứa các thông điệp DL – MAP và UL – MAP.Chúng chỉ ra những chuyển tiếp PHY trên đường xuống cũng như những định

vị dải thông và các burst – profile ở đường lên

DL – MAP luôn có thể ứng dụng cho khung hiện thời và luôn có độ dàitối thiểu là hai block FEC Sự chuyển tiếp PHY đầu tiên được biểu thị trongblock FEC đầu tiên, cho phép thời gian xử lý thích ứng Trong cả hai hệ thốngTDD và FDD, UL – MAP cung cấp các định vị bắt đầu không muộn hơnkhung đường xuống tiếp theo Tuy vậy, UL – MAP có thể định vị sự khởi đầukhung hiện thời, miễn là những thời gian xử lý và những độ trễ toàn phần(round trip delay) phải được giám sát

Điều khiển kết nối Radio RLC (Radio Link Control)

Công nghệ được cải tiến của PHY 802.16 đòi hỏi RLC nâng cao, đặcbiệt khả năng PHY để chuyển tiếp từ một burst – profile tới một burst –profile khác RLC phải điều khiển khả năng này cũng như các chức năngRLC truyền thống

Các dịch vụ lập lịch đường lên (Uplink Scheduling Services) mỗi kếtnối theo hướng đường lên được ánh xạ đến một scheduling – service Mỗischeduling – service liên quan đến một tập các quy tắc dựa trên trình lập lịch

BS (BS – Scheduler) chịu trách nhiệm cấp phát dung lượng cho đường lên vàgiao thức cấp phát theo yêu cầu giữa CPE và BS Đặc tả chi tiết các quy tắc

và scheduling – service được dùng cho một kết nối đường lên đặc thù đượcthỏa thuận tại thời gian cài đặt kết nối

Dịch vụ cấp phát tự nguyện UGS (Unsolicited grant service) được biếnđổi để mang lại các dịch vụ tạo ra những đơn vị cố định dữ liệu theo chu kỳ.

Khi được sử dụng với UGS, đầu mục con quản lý cấp phát gồm poll – me bít cũng như slip indicator flag (cờ báo lỗi) cho phép CPE báo cáo rằng hàng đợi

truyền bị ùn do các yếu tố như mất sự cấp phát hay lệch giờ giữa hệ thống

IEEE 802.16 và mạng bên ngoài Nhờ vào sự phát hiện slip indicator flag BS

có thể cấp phát dung lượng bổ sung nào đó cho CPE, cho phép nó hồi phụctrạng thái hàng đợi trung bình Những kết nối được cấu hình với UGS thìkhông được phép sử dụng những cơ hội truy nhập ngẫu nhiên cho các yêucầu

Những yêu cầu dải thông và cấp phát

MAC IEEE 802.16 điều tiết hai lớp của CPE, được phân biệt thông quakhả năng chấp nhận cấp phát dải thông của chúng cho một kết nối hoặc choCPE toàn vẹn Cả hai lớp dải thông CPE yêu cầu dải thông cho mỗi kết nối đểcho phép giải thuật “BS Uplink Scheduling” (lập lịch đường lên BS) để cânnhắc một cách đúng đắn QoS khi định vị dải thông Với sự cấp phát cho mỗilớp kết nối (Grant per Connection, GPC) của CPE, dải thông được cấp phátcho một kết nối và CPE chỉ sử dụng cấp phát này cho kết nối đó RLC và cácgiao thức quản lý khác sử dụng dải thông được cấp phát cho những kết nốiquản lý này

Với lớp cấp phát cho mỗi CPE (Grant per CPE, GPCPE), các CPEđược cấp các dải thông được tập hợp lại vào trong một cấp phát đơn cho bảnthân CPE đó GPCPE – CPE cần thông minh hơn trong việc xử lý chất lượngdịch vụ của nó Nó sẽ sử dụng đặc trưng dải thông cho kết nối đã yêu cầu nó,nhưng không cần thiết

Để bỏ qua chu trình kiểm tra tuần tự thông thường, bất kỳ CPE nào vớimột kết nối có chạy UGS có thể sử dụng poll – me bit trong đầu mục con

dải thông trên một kết nối khác BS chỉ có thể chọn để cất giữ dải thông quaviệc kiểm tra tuần tự các CPE đã tự nguyện cấp phát các dịch vụ chỉ khichúng đã đặc poll – me bit.

Sự thu nhận kênh (Chanel Acquisition)

Giao thức MAC bao gồm một thủ tục khởi tạo được thiết kế để loại trừnhu cầu cấu hình thủ công Vào lúc cài đặt, một CPE bắt đầu quét danh sáchtần số của nó để tìm ra một kênh hoạt động Nó có thể được chương trình hoá

để đăng ký với một BS xác định, tham chiếu đến một broadcast ID BS (cókhả năng chương trình hoá) Đặc tính này giúp ích cho việc triển khai nơi màCPE có thể “nghe” (nhận biết) một BS thứ cấp do sự giảm âm có chọn lọchoặc khi CPE bắt được một “sidelobe” của một anten BS gần ngay cạnh

Sau khi quyết định trên kênh nào, CPE cố gắng thử đồng bộ hóa sựtruyền đường xuống do phát hiện ra các đoạn đầu khung theo chu kỳ(Periodic Frame Preambles)

Chứng thực và đăng ký CPE

Mỗi CPE có chứa một giấy chứng nhận số X509 được cài đặt từ nhàmáy và giấy chứng nhận của nhà sản xuất Các giấy chứng nhận này thiết lậpmột liên kết giữa địa chỉ MAC 48 bit của CPE và khóa RSA dùng chung,được gửi cho BS từ CPE trong những thông báo yêu cầu cấp phép và thôngtin chứng thực Mạng có khả năng xác minh khả năng giống nhau của CPEbởi việc kiểm tra các giấy chứng nhận và sau đó kiểm tra mức cho phép củaCPE Nếu CPE được cấp phép để tham gia mạng, BS sẽ đáp lại yêu cầu của

nó với một Authorization Reply (trả lời cấp phát) có chứa một khóa AK(Authorization Key) được mã hóa với khóa dùng chung của CPE và đượcdùng để bảo vệ những giao dịch sau này

Trong lúc cấp phép thành công, CPE sẽ đăng ký với mạng Điều đó sẽthiết lập kết nối quản lý thứ cấp của CPE và xác định những khả năng có liên

quan đến cài đặt kết nối và quá trình hoạt động MAC Phiên bản IP được sửdụng với kết nối quản lý thứ cấp cũng được xác định trong thời gian đăng ký.

Kết nối IP

Sau khi đăng ký, CPE giành được một địa chỉ IP qua DHCP và thiết lậpthời gian trong ngày qua đường ITP (Internet Time Protocol) Server DHCPcũng cung cấp địa chỉ của server TFTP (Trivial File Transfer Protocol), từ đóCPE có thể yêu cầu một file cấu hình File này cung cấp một giao diện chuẩnđưa ra thông tin cấu hình đặc trưng của nhà cung cấp

Cài đặt kết nối

Nhìn tổng thể, việc cài đặt các luồng dịch vụ trong IEEE 802.16 đượckhởi tạo bởi BS trong thời gian khởi tạo CPE Tuy vậy, các luồng dịch vụ cóthể được thiết lập động bởi BS hoặc CPE Điển hình CPE chỉ khởi tạo cácluồng dịch vụ nếu có một kết nối được báo hiệu động như một SVC(Switched Virtual Connection) từ một mạng ATM Sự thiết lập các luồng dịch

vụ được thực hiện thông qua một giao thức bắt tay ba bước (three wayhandshaking) mà tại đó yêu cầu thiết lập luồng dịch vụ được đáp ứng và sựđáp lại đó được xác nhận

Những liên kết bảo mật (Security Associations SA)

Giao thức bảo mật của IEEE 802.16 dựa trên cơ sở giao thức PKM(Privacy and Key Management), PKM được xây dựng xung quanh khái niệmcác SA SA là một tập các phương pháp mật mã và các nguyên liệu mã khóakết hợp Điều đó có nghĩa là nó có chứa thông tin về những thuật toán nàođược áp dụng, khóa nào được dùng Mỗi CPE thiết lập tối thiểu một SA trongthời gian khởi tạo Mỗi kết nối, với ngoại lệ các kết nối quản lý cơ sở và sơcấp, được ánh xạ tới một SA hoặc tại thời gian cài đặt kết nối hoặc trong quátrình hoạt động

Giao diện không gian WiMax đưa ra trong chuẩn IEEE 802.16 cung

các chuẩn cung cấp truy nhập không dây băng thông rộng trong nhiều môitrường điều tiết Chuẩn này nhằm mục đích tính đến nhiều nhà cung cấp sảnxuất ra các thiết bị có thể hoạt động cùng nhau Tuy vậy, nó cũng chú tâm đến

sự khác nhau giữa các nhà cung cấp Chẳng hạn chuẩn này cung cấp trạm cơ

sở với một tập các công cụ để thực hiện công việc lập kế hoạch hiệu quả Tuynhiên, các thuật toán lập lịch xác định hiệu suất toàn bộ sẽ khác nhau đối vớitừng nhà cung cấp khác nhau và có thể tối ưu hóa những mô hình lưu lượng

cụ thể Theo cách đó, đặc tính burst – profile thích ứng cho phép điều khiển

để tối ưu hóa hiệu suất của vận chuyển PHY Những nhà cung cấp có tính đổimới sẽ giới thiệu những kế hoạch thực hiện thông minh để tăng khả năng cơhội này trong khi bảo lưu tính hoạt động cùng nhau với các trạm thuê baotương hợp

Việc công bố chuẩn IEEE 802.16 có một tầm quan trọng trong đó truycập không dây băng rộng chuyển sang thế hệ thứ hai và bắt đầu sự thiết lậpnhư một xu hướng lựa chọn cho truy cập băng rộng

từ đầu cuối đến đầu cuối như mạng riêng ảo VPN và giải pháp ở mức 7 nhưS/MIME hay SSH Và nó cũng không cung cấp sự bảo vệ tín hiệu vật lý cũngnhư những lớp cao hơn đều cần được tích hợp sử dụng đồng thời để tăng chấtlượng bảo mật

Để quản lý sự trao đổi và đồng bộ hóa bảo mật, lớp con bảo mật củaIEEE 802.16a sử dụng giao thức quản lý khóa bảo mật PKM.

Giao thức sử dụng nhiều khóa khác nhau khi thiết lập một sự mã hóabảo mật, chúng được tổng hợp trong bảng 1.1

Khoá Được tạo

ra bởi Được sử dụng cho

Thời giantồn tại

ThuậttoánCặp khoá

công

khai / bảo

mật

Nhà sản xuất

- kiểm tra các HMAC digest nhận được

1 đến 70 ngày

3 – DES, SHA – 1

- mã hoá TEK cho việc truyền dẫn (BS)

- giải mã TEK để sử dụng (SS)

Bảng 1.2: Các loại khóa bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16a

Trong quá trình thiết lập thủ tục xếp hàng, SS xuất trình chứng nhận số X509cho BS BS xác minh sự nhận thực của chứng nhận số đó Nếu SS được cấpquyền truy nhập vào mạng, BS sử dụng khóa công khai của SS để mã hóa mộtkhóa nhận thực AK (Authentication Key) AK được sử dụng theo một số cáchkhác nhau Chẳng hạn như để tạo ra khóa mã hóa khóa KEK (Key EncryptionKey) hay khóa mã chứng thực thông tin “băm” HMAC (Hashed MessageAuthentication Code) Khóa HMAC được sử dụng để sinh ra và xác nhận các

hóa lưu lượng TEK (Traffic Encryption Key) được tạo ra bởi BS và gửi tới

SS TEK là khóa được sử dụng trên thực tế để mã hóa lưu lượng dữ liệu giữa

BS và SS

Chuẩn này bảo đảm rằng một SS luôn luôn sở hữu một khóa mã hóahợp lệ Cho cả hai mục đích nhận thực và khóa mã hóa lưu lượng dữ liệu, SStạo ra hai khóa với thời gian tồn tại so le nhau Phương pháp trao chuyên khóa(key changeover schemes) được sử dụng trong các AK và TEK là giống nhau

và đảm bảo một thứ tự luân phiên giữa các lần sinh khóa

1.3.3 Lớp con hội tụ truyền

Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (TransmissionConvergence) Lớp này thực hiện sự biến đổi các PDU (Protocol Data Units)MAC độ dài có thể thay đổi vào trong các block FEC độ dài cố định (cộngthêm có thể là một block được rút ngắn vào đoạn cuối) của mỗi “burst” Lớp

TC có một PDU có kích thước khớp với block FEC hiện thời bị đầy Nó bắtđầu với một con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục PDU MAC tiếp theo bắt đâu bêntrong block FEC

Khuôn dạng PDU TC cho phép đồng bộ hóa lại PDU MAC tiếp sautrong trường hợp block FEC trước đó có những lỗi không thể phục hồi được.Không có lớp TC, một CPE hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của một

“burst” khi một lỗi không thể sửa chữa xuất hiện

1.4 KẾT LUẬN

Chương 1 đã tổng quát cho chúng ta những kiến thức về mạng khôngdây Cấu hình cơ bản của một mạng không dây, cũng như những ưu điểm vànhược điểm của mạng không dây cũng đã được đề cập tới Trong chương nàycũng đã đi sâu phân tích về mạng diện rộng không dây WMAN mà điển hình

là mạng WiMax Các tiêu chuẩn IEEE 802.16 dùng cho WiMax cùng với cáclớp PHY và MAC cũng đã được phân tích chi tiết Đồng thời cũng đã có sự sosánh giữa mạng WiFi và WiMax về các vấn đề như: phạm vi truyền dẫn, các

tiêu chuẩn, kỹ thuật ghép kênh, công nghệ truyền dẫn Qua sự so sánh có thểthấy được những ưu điểm vượt trội của WiMax so với mạng LAN không dâyhiện nay.

Chương 2

KỸ THUẬT CƠ BẢN CHO MẠNG WIMAX

2.1 KỸ THUẬT OFDM

2.1.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật OFDM

Ghép kênh theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing – OFDM) sử dụng nguyên lý ghép kênh theo tần số (FrequencyDivision Multiplexing – FDM) truyền thống để cho phép nhiều tin tức đượcgửi qua một kênh vô tuyến Tuy nhiên OFDM cho hiệu quả phổ tốt hơn

OFDM khác FDM ở nhiều điểm Trong phát thanh thông thường, mỗiđài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM đểduy trì sự ngăn cách giữa các đài Mọi sóng mang con trong tín hiệu OFDMđược đồng bộ thời gian và tần số khác nhau Các sóng mang này chồng lấpnhau trong miền tần số, nhưng không gây can nhiễu giữa các sóng mang(InterCarrier Interference – ICI) do bản chất trực giao của điều chế VớiFDM, các tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa các kênh đểngăn ngừa can nhiễu Điều này làm giảm hiệu quả phổ Tuy nhiên, với OFDMviệc thực hiện trực giao các sóng mạng làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cảithiện hiệu quả phổ

OFDM còn dựa trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu tốc độ caothành các luồng dữ liệu tốc độ thấp, truyền trên nhiều sóng mang trực giaonhau Trong công nghệ FDM truyền thống, các sóng mang được lọc ra riêngbiệt để bảo đảm rằng không có chồng phổ, bởi vậy không có hiện tượng giaothoa ký hiệu ISI giữa các sóng mang nhưng phổ lại chưa được sử dụng vớihiệu quả cao nhất Với OFDM, nếu khoảng cách sóng mang được chọn saocho những sóng mang trực giao trong chu kỳ ký hiệu, thì những tín hiệu đó cóthể được khôi phục mà không bị giao thoa hay chồng phổ

Điều chế OFDM là một dạng đặc biệt của điều chế đa sóng mang thôngthường FDM với các sóng mang con được lựa chọn sao cho mỗi sóng mangcon là trực giao với các sóng mang con còn lại Nhờ sự trực giao này phổ tínhiệu của các kênh con cho phép chồng lấn lên nhau Điều này làm hiệu quả sử

dụng phổ tín hiệu của toàn hệ thống tăng lên Sự chồng lấn về phổ tín hiệucủa các kênh con được mô tả theo hình 2.1:

Hình 2.1: Trực giao sóng mang con OFDM trên miền tần số

Ở đây minh họa một cách đơn giản về nguyên lý trực giao, trong đó

phổ tín hiệu của một kênh con có dạng tín hiệu hình sin Các kênh con được

sắp xếp trên miền tần số cách nhau một khoảng đều đặn sao cho điểm cực đạicủa một kênh con là điểm không của kênh con lân cận Điều này làm nguyên

lý trực giao thỏa mãn và cho phép máy thu khôi phục lại tín hiệu mặc dù phổcủa các kênh con chồng lấn lên nhau

2.1.2 Khái niệm đa sóng mang

Nếu truyền tín hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiềusóng mang, mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích và được trải đều trên

cả băng thông thì khi đáp ứng kênh là xấu sẽ có một phần dữ liệu có ích bịmất Khi dùng nhiều sóng mang có tốc độ bit thấp, nhiều dữ liệu gốc sẽ đượcthu chính xác Để phục hồi dữ liệu đã mất, người ta dùng phương pháp sửa lỗitrước (Forward Error Correction – FEC) Ở máy thu mỗi sóng mang đượctách ra khi dùng các bộ lọc thông thường và giải điều chế Tuy nhiên đểkhông có can nhiễu giữa các sóng mang (ICI) cần phải có khoảng bảo vệ(Guard Period) khi hiệu quả phổ kém

Hình 2.2: Môi trường đa sóng mang

Giải pháp khắc phục việc hiệu quả phổ kém khi có khoảng bảo vệ làgiảm khoảng cách giữa các sóng mang và cho phép phổ của các sóng mangcạnh nhau trùng lặp nhau Sự trùng lặp này là được phép nếu khoảng cáchgiữa các sóng mang được chọn chính xác Khoảng cách này được chọn ứngvới trường hợp các sóng mang trực giao nhau Đó là phương pháp ghép kênhtheo tần số trực giao

Hình 2.3 minh họa một hệ thống truyền dẫn đa sóng mang cơ bản với

K sóng mang con.