Ứng Dụng OFDM Trong WIMAX

WiMAX là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16.

MỤC LỤC

Lời nói đầu -2

Phân chia công việc -3

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX -4

1.1 Khái niệm -4

1.2 Đặc điểm -4

1.3 Các chuẩn WiMAX -6

1.4 Phổ WiMAX -7

1.5 Truyền sóng -8

1.6 Thị trường cho WiMAX -13

1.7 Các ứng dung -14

Chương 2 LỚP MAC VÀ PHY -17

2.1 Mô hình tham chiếu -17

2.2 Lớp MAC -18

2.3 Lớp PHY -26

Chương 3 TỔNG QUAN VỀ OFDM -35

3.1 Khái niệm về OFDM -35

3.2 Đặc điểm của OFDM -35

3.3 Ưu điểm và nhược điểm của OFDM -43

3.4 Công nghệ OFDM cho việc truyền dẫn vô tuyến ở mạng WIMAX -45

Chương 4 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG LỚP VẬT LÝ -47

4.1 Mô hình mô phỏng lớp vậy lý IEEE 802.16d -47

4.2 Thiết kế các khối -48

4.3 Kết quả mô phỏng lớp vật lý IEEE 802.16d Kết luận -61

Tài liệu tham khảo -62

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gin day, gain công nghệ thông tin đã chứng kiến sự bùng nổcủa nền công nghiệp mạng không dây Khả năng liên lạc không dây đã gần như tất yếutrong các thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị sốkhác Với các tính năng ưu việt về vùng phục vụ kết nối linh động, khả năng triển khainhanh chóng, giá thành ngày càng giảm

Xu hướng kết nối không dây/vô tuyến ngày càng trở nên phổ cập trong kết nốimạng máy tính Với chiều hướng giá thành của máy tính xách tay ngày càng giảm vànhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nước phát triển các dịch vụ truy nhậpInternet không dây đã trở nên phổ cập, bạn có thể ngồi trong tiền sảnh của một kháchsạn và truy nhập Internet từ máy tính xách tay của mình một cách dễ dàng thông qua kếtnối không dây và công nghệ dịch chuyển địa chỉ IP Công nghệ hiện tại đã đem đếnBluetooth kết nối không dây, Wi-Fi truy xuất Internet không dây, điện thoại di động Nhưng bên cạnh ưu điểm, công nghệ kết nối không dây hiện nay còn hạn chế và chưathật sự liên thông với nhau Vấn đề chính với truy nhập WiFi đó là các hotspot thì rấtnhỏ, vì vậy phủ sóng rải rác Cần có một hệ thống không dây mà cung cấp tốc độ băng

rộng cao khả năng phủ sóng lớn hơn Đó chính là WiMAX(Worldwide Interoperability

Microwave Access) Nó cũng được biết đến như là IEEE 802.16 WiMAX là một côngnghệ dựa trên nền tảng một chuẩn tiến hóa cho mạng không dây điểm- đa điểm Là giảipháp cho mạng đô thị không dây băng rộng với phạm vi phủ sóng tới 50km và tốc độ bitlên tới 75Mbps với kênh 20MHz, bán kính cell từ 2-9km

Chuẩn được thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nốitrực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tươngđương cáp, DSL, trục T1 phổ biến hiện nay Công nghệ WiMax đang là xu hướng mớicho các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộngcho cả thiết bị cố định, xách tay và di động Chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từngkết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di động, sử dụng cả phổ tần cấp phép vàkhông được cấp phép WiMax thực sự đang được các nhà cung cấp dịch vụ cũng nhưcác nhà sản xuất quan tâm

WiMax được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh chia theo tần sốtrực giao Lợi ích của WiMax là khả năng ghép kênh cao, vì thế các nhà cung cấp dịch

vụ có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụ truy nhập không dây Khả nănghọat động NLOS

Nhóm sẽ đi sâu vào nghiên cứu tổng quan về WIMAX và ứng dụng của OFDMtrong công nghệ mới này

Phân chia công việc

1 Hoàng Ngọc Tuấn : Chương 1

2 Nguyễn Mạnh Đức : Tìm hiểu lớp PHY(chương 2)

3 Ngô Tuấn Anh : Tìm hiểu lớp MAC(chương 2)

4 Trần Công Thành : Chương 3

5 Dương Công Thái : Mô phỏng

Chương 2

WiMAX là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêuchuẩn IEEE 802.16 Công nghệ WiMAX cung cấp phạm vi và băng thông lớn hơn họcác chuẩn Wi-Fi và cung cấp một sự thay thế không dây cho backhaul có dây và nhữngtriển khai last mile mà sử dụng các modem cáp, các công nghệ DSL, các hệ thốngT-x/E-x, và các công nghệ OC-x

WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo ra khả năngkết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây di động,phạm vi phủ sóng được mở rộng

WiMAX đã được thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với các loạitriển khai truy nhập có dây truyền thống như:

 Bachhaul Sử dụng các anten điểm – điểm để nối nhiều hotspot với nhau và đến

các trạm gốc qua những khoảng các dài (đường kết nối giữa điểm truy nhập WLAN vàmạng băng rộng cố định)

 Last mile Sử dụng các anten điểm – đa điểm để nối các thuê bao thuộc nhà riêng

hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc

WiMAX đã được phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như:

 Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm – đa

điểm, công nghệ mesh và phủ sóng khắp mọi nơi MAC (điều khiển truy nhập phươngtiện truyền dẫn) hỗ trợ điểm – đa điểm và dịch vụ rộng khắp bởi lập lịch một khe thờigian cho mỗi SS (trạm thuê bao) Nếu có duy nhất một SS trong mạng, BS (trạm gốc) sẽliên lạc với SS trên cơ sở điểm – điểm Một BS trong một cấu hình điểm – điểm có thể

sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xa hơn

 Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗn hợp lưu

lượng sẽ được mang Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tự nguyện (UGS),

dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng không thời gian thực (nrtPS),

nỗ lực tốt nhất (BE).iMX

 Triển khai nhanh: So sánh với triển khai các giải pháp có dây, WiMAX yêu cầu

ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài Ví dụ, đào hố để tạo rãnh cácđường cáp thì không yêu cầu Các nhà vận hành mà đã có được các đăng ký để sử dụngmột trong các dải tần đăng ký, hoặc dự kiến sử dụng một trong các dải tần không đăng

ký, không cần đệ trình các ứng dụng hơn nữa cho chính phủ

 Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựa vào sự

thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng.Chi tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau tới các thuêbao khác nhau, thậm chí tới những người dùng khác nhau sử dụng cùng SS Cung cấptruy nhập băng rộng cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cápđồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độthấp nơi mà các nhân tố công nghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất tháchthức

 Tính tương thích: WiMAX dựa vào quốc tế, các chuẩn không có tính chất rõ rệt

nhà cung cấp, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải và sử dụng

SS của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Tínhtương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì nó có thể chọn lựa thiết

bị từ các nhà đại lý thiết bị, và nó sẽ tiếp tục đưa chi phí thiết bị xuống khi có một sựchấp nhận đa số

 Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả năng di

động Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao) vàOFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các thiết bị và các dịch vụtrong một môi trường di động Những cải tiến này, bao gồm OFDMA mở rộng được,MIMO (nhiều đầu ra nhiều đầu vào), và hỗ trợ đối với chế độ idle/sleep và hand – off,

sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ ở tốc độ tới 160 km/h Mạng WiMax di động chophép người sử dụng có thể truy cập Internet không dây băng thông rộng tại bất cứ trongthành phố nào

 Lợi nhuận: WiMAX dựa vào một chuẩn quốc tế mở Sự chấp nhận đa số của

chuẩn, và sử dụng chi phí thấp, các chip được sản xuất hàng loạt, sẽ đưa chi phí giảmđột ngột, và giá cạnh tranh xảy ra sẽ cung cấp sự tiết kiệm chi phí đáng kể cho các nhàcung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng Môi trường không dây được sử dụng bởiWiMAX cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phá vỡ những chi phí gắn với triển khai códây, như thời gian và công sức

 Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà không đòi hỏi tầm

nhìn thắng giữa BS và SS Khả năng này của nó giúp các sản phẩm WiMAX phân phátdải thông rộng trong một môi trường NLOS

 Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồm BPSK,

QPSK, 16QAM, 64QAM Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao và hoạt độngvới điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặc QPSK) Các hệ thống WiMAX có thể phủsóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và SS không bị cản trở Mở rộngphạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công cộng (hotspot) đến phạm vi rộng(hotzone) – cùng công nghệ thì có thể sử dụng ở nhà và di chuyển Ở những điều kiệntốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50 km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vàiMbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình là gần 5 km với CPE (NLOS) trong nhà và gần15km với một CPE được nối với một anten bên ngoài (LOS)

 Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các trạm gốc với

một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất

 Tính mở rộng Chuẩn 802.16 -2004 hỗ trợ các dải thông kênh tần số vô tuyến

(RF) mềm dẻo và sử dụng lại các kênh tần số này như là một cách để tăng dung lượngmạng Chuẩn cũng định rõ hỗ trợ đối với TPC (điều khiển công suất phát) và các phép

đo chất lượng kênh như các công cụ thêm vào để hỗ trợ sử dụng phổ hiệu quả Chuẩn đãđược thiết kế để đạt tỷ lệ lên tới hàng trăm thậm chí hàng nghìn người sử dụng trongmột kênh RF Các nhà vận hành có thể cấp phát lại phổ qua hình quạt như số thuê baogia tăng Hỗ trợ nhiều kênh cho phép các nhà chế tạo thiết bị cung cấp một phương tiện

để chú trọng vào phạm vi sử dụng phổ và những quy định cấp phát được nói rõ bởi cácnhà vận hành trong các thị trường quốc tế thay đổi khác nhau

 Bảo mật: Bằng cách mật hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và SS, sử dụng chuẩn

mật hóa tiên tiến AES ở chế độ CCM, đảm bảo sự toàn vẹn của dữ liệu trao đổi qua giaodiện vô tuyến Cung cấp cho các nhà vận hành với sự bảo vệ mạnh chống lại nhữnghành vi đánh cắp dịch vụ.e

2.5.1 CHUẨN IEEE 802.16 - 2001

Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công bố vào4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™ cho các mạngvùng đô thị

Đặc điểm chính của IEEE 802.16 – 2001:

 Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định họatđộng ở dải tần 10 – 66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng

 Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC

 Tốc độ bit: 32 – 134 Mbps với kênh 28 MHz

 Điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM

 Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz

 Bán kính cell: 2 – 5 km

 Kết nối có hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật

2.5.2 CHUẨN IEEE 802.16a

Vì những khó khăn trong triển khai chuẩn IEEE 802.16, hướng vào việc sử dụngtần số từ 10 – 66 GHz, một dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a đã được hoàn thành vàotháng 11/2002 và được công bố vào tháng 4/2003 Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giaodiện không gian cho những tần số trong băng tần 2–11 GHz, bao gồm cả những phổ cấpphép và không cấp phép và không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng

Đặc điểm chính của IEEE 802.16a như sau:

 Bổ sung 802.16, các hiệu chỉnh MAC và các đặc điểm PHY thêm vào cho 2 – 11GHz (NLOS)

 Tốc độ bit: tới 75Mbps với kênh 20 MHz

 Điều chế OFDMA với 2048 sóng mang, OFDM 256 sóng mang, QPSK, 16 QAM,

64 QAM

 Dải thông kênh có thể thay đổi giữa 1,25MHz và 20MHz

 Bán kính cell: 6 – 9 km

 Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-OFDM, OFDMA, SCa

 Các chức năng MAC thêm vào: hỗ trợ PHY OFDM và OFDMA, hỗ trợ công nghệMesh, ARQ

2.5.3 CHUẨN IEEE 802.16 - 2004

← Tháng 7/2004, chuẩn IEEE 802.16 – 2004 hay IEEE 802.16d được chấp thôngqua, kết hợp của các chuẩn IEEE 802.16 – 2001, IEEE 802.16a, ứng dụng LOS ở dảitần số 10- 66 GHz và NLOS ở dải 2- 11 GHz Khả năng vô tuyến bổ sung như là “beamforming” và kênh con OFDM

2.5.4 CHUẨN IEEE 802.16e

Đầu năm 2005, chuẩn không dây băng thông rộng 802.16e với tên gọi MobileWiMax đã được phê chuẩn, cho phép trạm gốc kết nối tới những thiết bị đang dichuyển Chuẩn này giúp cho các thiết bị từ các nhà sản xuất này có thể làm việc, tươngthích tốt với các thiết bị từ các nhà sản xuất khác 802.16e họat động ở các băng tần nhỏhơn 6 GHz, tốc độ lên tới 15 Mbps với kênh 5 MHz, bán kính cell từ 2 – 5 km

WiMAX 802.16e có hỗ trợ handoff và roaming Sử dụng SOFDMA, một công nghệđiều chế đa sóng mang Các nhà cung cấp dịch vụ mà triển khai 802.16e cũng có thể sửdụng mạng để cung cấp dịch vụ cố định 802.16e hỗ trợ cho SOFDMA cho phép sốsóng mang thay đổi, ngoài các mô hình OFDM và OFDMA Sự phân chia sóng mangtrong mô hình OFDMA được thiết kế để tối thiểu ảnh hưởng của nhiễu phía thiết bịngười dùng với anten đa hướng Cụ thể hơn, 802.16e đưa ra hỗ trợ cải tiến hỗ trợMIMO và AAS, cũng như các handoff cứng và mềm Nó cũng cải tiến các khả năng tiếtkiệm công suất cho các thiết bị di động và các đặc điểm bảo mật linh hoạt hơn

2.6 PHỔ WiMAX

WiMAX – thiết bị mềm dẻo sẽ được phép hoạt động trong cả hai dải được đăng

ký và không được đăng ký

2.6.1 BĂNG TẦN ĐĂNG KÝ

Các giải pháp đăng ký cung cấp các ưu điểm chất lượng dịch vụ được cải thiệncao hơn các giải pháp không đăng ký, chấp nhận NLOS tốt hơn ở các tần số thấp, nó cómột ngân qũy công suất đường xuống rộng hơn và có thể hỗ trợ các anten trong nhà tốthơn Giải pháp đăng ký cho phép kiểm soát qua cách sử dụng phổ và nhiễu

2.6.1.1 Băng tần đăng ký 2,5 GHz

Đã được cấp phát trong phần lớn thế giới, bao gồm bắc Mỹ, Mỹ Latin, đông vàtây Âu và nhiều vùng của châu Á - thái bình dương như một băng tần đăng ký Mỗiquốc gia thường cấp phát dải khác nhau, vì vậy phổ được cấp phát qua các vùng có thể

sử dụng FDD hoặc TDD Phổ trên mỗi đăng ký thay đổi từ 25MHz đến 256 MHz 2.6.2 BĂNG TẦN KHÔNG ĐĂNG KÝ 5GHz

Phần lớn các quốc gia toàn thế giới đã sử dụng phổ 5 GHz cho các phương tiện liênlạc không đăng ký Các băng 5,15 GHz và 5,85 GHz đã được chỉ định như không đăng

ký trong phần lớn thế giới

Các giải pháp không đăng ký cung cấp một vài thuận lợi chính hơn các giải phápđăng ký, bao gồm chi phí ban đầu thấp hơn, rút ra nhanh hơn, và một băng chung có thểđược sử dụng ở phần lớn thế giới Các lợi ích này đang thu hút sự quan tâm và có khảnăng cho sự chấp nhận băng rộng nhanh chóng

Tuy nhiên một giải pháp không đăng ký thì khả năng nhiễu cao hơn, và nhiều sựcạnh tranh đối với các nhà kinh doanh bất động sản cho việc triển khai Một giải phápkhông đăng ký sẽ không được xem như một sự thay thế cho giải pháp đăng ký Mỗi giảipháp cung cấp một thị trường khác nhau dựa vào sự thỏa hiệp giữa chi phí và QoS

Trong khi nhiều công nghệ hiện đang tồn tại cho không dây băng rộng chỉ có thể

cung cấp phủ sóng LOS, công nghệ WiMAX được tối ưu để cung cấp phủ sóng NLOS.Công nghệ tiên tiến của WiMAX cung cấp tốt nhất cho cả hai Cả LOS và NLOS bị ảnhhưởng bởi các đặc tính đường truyền môi trường của chúng, tổn thất đường dẫn, vàngân quỹ kết nối vô tuyến.

Trong liên lạc LOS, một tín hiệu đi qua một đường trực tiếp và không bị tắc nghẽn từmáy phát đến máy thu Một liên lạc LOS yêu cầu phẩn lớn miền Fresnel thứ nhất thìkhông bị ngăn cản của bất kì vật cản nào, nếu tiêu chuẩn này không thỏa mãn thì có sựthu nhỏ đáng kể cường độ tín hiệu quan sát Độ hở Fresnel được yêu cầu phụ thuộc vàotần số hoạt động và khoảng cách giữa vị trí máy phát và máy thu

Trong liên lạc NLOS, tín hiệu đến máy thu qua phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ Các tínhiệu đến máy thu bao gồm các thành phần từ đường trực tiếp, các đường được phản xạnhiều lần, năng lượng bị tán xạ, và các đường truyền bị nhiễu xạ Các tín hiệu này cókhoảng trễ khác nhau, suy hao, phân cực, và độ ổn định quan hệ với đường truyền trựctiếp Là nguyên nhân gây ra nhiễu ISI và méo tín hiệu Điều đó không phải là vấn đề đốivới LOS, nhưng với NLOS thì lại là vấn đề chính

Hiện tượng đa đường cũng có thể gây ra sự phân cực tín hiệu bị thay đổi Vì vậy sửdụng phân cực như là biện pháp sử dụng lại tần số, như được thực hiện thông thườngtrong các triển khai LOS có thể khó giải quyết trong các ứng dụng NLOS

Một hệ thống vô tuyến sử dụng các tín hiệu đa đường này như thế nào hướng tớimột thuận lợi là chìa khóa để cung cấp dịch vụ trong các điều kiện NLOS Một sảnphẩm mà chỉ đơn thuần tăng công suất để xuyên qua các vật cản (đôi lúc được gọi là

“gần tầm nhìn thẳng”) thì không phải là công nghệ NLOS bởi vì phương pháp này vẫncòn dựa vào đường truyền trực tiếp đủ mạnh mà không sử dụng năng lượng xuất hiệntrong các tín hiệu gián tiếp

Có nhiều ưu điểm mà những triển khai NLOS tạo ra đáng khao khát Ví dụ, cácyêu cầu lập kế hoạch chặt chẽ và giới hạn chiều cao anten mà thường không cho phépanten được bố trí cho LOS Với những triển khai tế bào kề nhau phạm vi rộng, nơi tần

số được sử dụng lại là tới hạn, hạ thấp anten là thuận lợi để giảm nhiễu kênh chung giữacác vị trí cell liền kề Điều này thường có tác dụng thúc đẩy các trạm gốc hoạt độngtrong các điều kiện NLOS Các hệ thống LOS không thể giảm chiều cao anten bởi vìlàm như vậy sẽ có tác động đến đường quan sát trực tiếp được yêu cầu từ CPE đến trạmgốc

Hình 1.1 Minh họa họat động WiMAX

Công nghệ NLOS cũng giảm phí tổn cài đặt bằng cách đặt dưới các mái che thiết bịCPE đúng như nguyên bản và giảm bớt khó khăn định vị trí các địa điểm đặt CPE thíchhợp Công nghệ cũng giảm bớt nhu cầu quan sát vị trí thiết bị phía trước và cải thiện độchính xác của các công cụ lập kế hoạch NLOS Xem minh họa trên hình 1.1

Công nghệ NLOS và những tính g cao trong WiMAX tạo khả năng sử dụng thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) trong nhà Điều này có hai khó khăn chính; đầu tiên là khắc phục những tổn hao xuyên qua tòa nhà và thứ hai, phủ sóng các khoảng cách hợp lý với công suất truyền và các tăng ích anten thấp hơn mà thường được kết hợp với các CPE trong nhà.

Công nghệ WiMAX, giải quyết và giảm nhẹ các vấn đề do bởi các điều kiệnNLOS bằng cách sử dụng: công nghệ OFDM, OFDMA, điều chế thích nghi, các côngnghệ sửa lỗi, các công nghệ anten, điều khiển công suất, kênh con Dưới đây trình bàykhái quát về những giải pháp nêu trên

2.7.1 ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI

Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh sơ đồ điều chế tín hiệuphụ thuộc vào điều kiện SNR của liên kết vô tuyến Khi liên kết vô tuyến chất lượngcao, sơ đồ điều chế cao nhất được sử dụng, đưa ra hệ thống dung lượng lớn hơn

Hình 1.2 Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi.

Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống WiMAX có thể dịch đến một sơ đồ điềuchế thấp hơn để duy trì chất lượng kết nối và ổn định liên kết Đặc điểm này cho phép

hệ thống khắc phục fading lựa chọn thời gian

2.7.2 CÔNG NGHỆ SỬA LỖI

Các công nghệ sửa lỗi đã được hợp nhất trong WiMAX để giảm các yêu cầu tỉ số tínhiệu trên tạp âm hệ thống Các thuật toán FEC, mã hóa xoắn và chèn được dùng để pháthiện và sửa các lỗi cải thiện thông lượng Các công nghệ sửa lỗi mạnh giúp khôi phụccác khung bị lỗi mà có thể bị mất do fading lựa chọn tần số và các lỗi cụm Tự động yêucầu lặp lại (ARQ) được dùng để sửa lỗi mà không thể được sửa bởi FEC, gửi lại thôngtin bị lỗi Điều này có ý nghĩa cải thiện chất lượng tốc độ lỗi bit (BER) đối với một mứcngưỡng như nhau

2.7.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Các thuật toán điều khiển công suất được dùng để cải thiện chất lượng toàn bộ

hệ thống, nó được thực hiện bởi trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất đến mỗiCPE để điều chỉnh mức công suất truyền sao cho mức đã nhận ở trạm gốc thì ở mộtmức đã xác định trước Trong môi trường fading thay đổi động, mức chỉ tiêu đã địnhtrước này có nghĩa là CPE chỉ truyền đủ công suất thỏa mãn yêu cầu này Điều khiểncông suất giảm sự tiêu thụ công suất tổng thể của CPE và nhiễu với những trạm gốccùng vị trí Với LOS, công suất truyền của CPE gần tương ứng với khoảng cách của nóđến trạm gốc, với NLOS, tùy thuộc nhiều vào độ hở và vật cản

2.7.4 CÁC CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TIÊN TIẾN

Công nghệ anten có thể dùng để cải thiện truyền dẫn theo hai cách – sử dụng côngnghệ phân tập và sử dụng các hệ thống anten và các công nghệ chuyển mạch tiên tiến.Các công nghệ này có thể cải thiện tính co dãn và tỉ số tín hiệu trên tạp âm nhưng khôngbảo đảm phát dẫn sẽ không bị ảnh hưởng của nhiễu

2.7.4.1 Phân tập thu và phát

Các lược đồ phân tập được sử dụng để lợi dụng các tín hiệu đa đường và phản

xạ xảy ra trong các môi trường NLOS Bằng cách sử dụng nhiều ăng ten (truyềnvà/hoặc nhận), fading, nhiễu và tổn hao đường truyền có thể được làm giảm Phân tậptruyền sử dụng mã thời gian không gian STC Đối với phân tập nhận, các công nghệnhư kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC) mang lại ưu điểm của hai đường thu riêng biệt VềMISO (một đầu ra nhiều đầu vào) xem Hình 1 3

Hình 1.3 MISO.

Mở rộng tới MIMO (xem Hình 1 4), sử dụng MIMO cũng sẽ nâng cao thônglượng và tăng các đường tín hiệu MIMO sử dụng nhiều ăng ten thu và/hoặc phát choghép kênh theo không gian Mỗi ăng ten có thể truyền dữ liệu khác nhau mà sau đó cóthể được giải mã ở máy thu Đối với OFDMA, bởi vì mỗi sóng mang con là các kênhbăng hẹp tương tự, fading lựa chọn tần số xuất hiện như là fading phẳng tới mối sóngmang Hiệu ứng này có thể sau đó được mô hình hóa như là một sự khuếch đại khôngđổi phức hợp và có thể đơn giản hóa sự thực hiện của một máy thu MIMO choOFDMA

Hình 1.4 MIMO 2.7.4.2 Các hệ thống ăng ten thích nghi

AAS là một phần tùy chọn Các trạm gốc có trang bị AAS có thể tạo ra cácchùm mà có thể được lái, tập trung năng lượng truyền để đạt được phạm vi lớn hơn Khinhận, chúng có thể tập trung ở hướng cụ thể của máy thu Điều này giúp cho loại bỏnhiễu không mong muống từ các vị trí khác Xem Hình 1 5 và Hình 1 6

Hình 1.5 Beam Shaping

Hình 1.6 AAS đường xuống

Truy nhập băng rộng toàn quốc đã trở thành một ưu thế trong nhiều quốc gia Tronghầu hết các quốc gia phát triển, phạm vi phủ sóng băng rộng trung bình tới 90% trongcác năm sắp tới Ngoài ra, những vùng nông thôn, phạm vi băng rộng sẽ không vượt quá50% Sự khác biệt dịch vụ có thể được phân loại bởi hai đặc điểm: loại vùng (nông thônhoặc thành phố) và mức phát triển quốc gia Trong các quốc gia phát triển, phát triểndịch vụ DSL đã từng có quy mô lớn trong những triển khai ở thành phố và ngoại ô,trong khi mức độ bao phủ của các vùng hẻo lánh – những thị trấn nhỏ và các vùng nôngthôn hơn thì đang giữ lại phía sau Những trở ngại cần khắc phục là chất lượng đườngtruyền kém của nền tảng cáp đồng được thiết lập, khoảng cách rộng hơn đến các trụ sởtrung tâm hoặc các cabinet, hoặc mật độ dân số thấp Trong tình huống này, WiMAXvới hỗ trợ QoS , phạm vi rộng hơn, và tốc đỗ dữ liệu tương tự với DSL, đương nhiênđược được xác định vị trí như một sự chọn lựa đầu tiên có thể tồn tại cung cấp truy nhậpbăng rộng tới những người sử dụng

2.9.1 CÁC MÔ HÌNH ỨNG DỤNG

WiMAX tích hợp hoàn toàn vào các mạng cố định và di động đang tồn tại, bố sungchúng khi cần thiết

2.9.1.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)

Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 -2004 Tiêu chuẩnnày gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định

tại nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thôngtin vệ tinh.

Tiêu chuẩn IEEE 802.16 – 2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiênthu không khỏe bằng anten ngoài trời Băng tần công tác (theo quy định và phân bổ củaquốc gia) trong băng 2,5 GHz hoặc 3,5 GHz Trong mạng cố định, WiMAX thực hiệncách tiếp nối không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạng xDSLhoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóngquang) WiMAX cố định có thể phục vụ cho các loại người dùng như: các xí nghiệp,các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, cáctrạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS Về cách phân

bố theo địa lý, các user thì có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và cácvùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó

2.9.1.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động

Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn 802.16e bổsung cho tiêu chuẩn IEEE 802.16 – 2004 hướng tới các user cá nhân di động, làm việctrong băng tần thấp hơn 6 GHz Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN, mạng di độngcellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng Chuẩn WiMAX đượcphát triển mang lại một phạm vi rộng các ứng dụng

2.9.2 CÁC ỨNG DỤNG

Hình 1.7 Các ứng dụng WiMAX

Các ứng dụng WiMAX như, được minh họa trên Hình 1 7 như:

 Truy nhập băng rộng last-mile cố định như một sự thay thế cho DSL có dây, cable,hoặc các kết nối T1

 Backhaul chi phí rẻ cho các vị trí cell và các hotspot WiFi

 Khả năng kết nối tốc độ cao cho các doanh nghiệp

 VoIP

2.9.3 CPE WiMAX

CPE WiMAX, trong hầu hết các trường hợp, một đầu cuối “plug and play” đơngiản, tương tự với modem DSL, cung cấp khả năng kết nối Xem Hình 1 8 Đối vớinhững khách hàng được đặt ở vị trí vài km từ trạm gốc WiMAX, một anten bên ngoài tựcài đặt có thể được yêu cầu để cải thiện chất lượng truyền dẫn Để phục vụ các kháchhàng ở biệt lập, một anten chỉ dẫn trỏ đến trạm gốc WiMAX có thể được yêu cầu Vớicác khách hàng yêu cầu thoại thêm vào các dịch vụ băng rộng, CPE cụ thể sẽ cho phépkết nối bình thường hoặc các cuộc gọi điện thoại VoIP Cuối cùng thì chip WiMAX sẽđược nhúng trong các thiết bị trung tâm dữ liệu

Hình 1.8 CPE WiMAX cho truy nhập cố định, card WiMAX PC.

Chương 3

Hình 2.1 minh họa mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn Trong mô hìnhtham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tương ứng với lớp

2 (lớp liên kết dữ liệu) trong mô hình OSI

Hình 2.9 Mô hình tham chiếu.

Trên hình ta có thể thấy lớp MAC bao gồm 3 lớp con Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch

vụ cung cấp bất cứ biến đổi hay ánh xạ dữ liệu mạng bên ngoài, mà nhận được qua điểmtruy nhập dịch vụ CS (CS SAP), vào trong các MAC SDU được tiếp nhận bởi lớp conphần chung MAC (CPS) qua SAP MAC Tức là phân loại các đơn vị dữ liệu dịch vụmạng ngoài (các SDU) và kết hợp chúng với định danh luồng dịch vụ (SFID) MAC vàđịnh danh kết nối (CID) riêng Nó cũng có thể bao gồm các chức năng như nén đầu mụctải (PHS) Nhiều đặc tính CS được cung cấp cho giao tiếp với các giao thức khác nhau.Định dạng bên trong của payload CS là duy nhất với CS, và MAC CPS không được đòihỏi phải hiểu định dạng hay phân tích bất cứ thông tin nàu từ payload CS MAC CPScung cấp chức năng MAC cốt lõi truy nhập hệ thống, định vị dải thông, thiết lập kết nối,

và quản lý kết nối Nó nhận dữ liệu từ các CS khác nhau, qua MAC SAP, mà được phânloại tới các kết nối MAC riêng MAC cũng chứa một lớp con bảo mật riêng cung cấpnhận thực, trao đổi khóa bảo mật, và mật hóa.

Lớp vật lý là một ánh xạ hai chiều giữa các MAC-PDU và các khung lớp vật lýđược nhận và được truyền qua mã hóa và điều chế các tín hiệu RF

3.4. LỚP MAC(media access control)

3.4.1 LỚP CON HỘI TỤ MAC

Chuẩn định nghĩa hai lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ tổng thể để ánh xạcác dịch vụ đến và từ những kết nối MAC Lớp con quy tụ ATM được định nghĩa chonhững dịch vụ ATM và lớp con quy tụ gói được định nghĩa để ánh xạ các dịch vụ gói nhưIPv4, IPv6, Ethernet và VLAN Nhiệm vụ chủ yếu của lớp con là phân loại các SDU (đơn

vị dữ liệu dịch vụ) theo kết nối MAC thích hợp, bảo toàn hay cho phép QoS và cho phépđịnh vị dải thông Ngoài những chức năng cơ bản này, các lớp con quy tụ có thể cũngthực hiện nhiều chức năng phức tạp hơn như chặn và xây dựng lại đầu mục tải tối đa đểnâng cao hiệu suất kết nối không gian

3.4.2 LỚP CON PHẦN CHUNG MAC

Lớp con phần chung MAC (MAC CPS) là trung tâm của chuẩn Trong lớp connày, các quy tắc cho quản lý kết nối, định vị dải thông và cơ cấu cho truy nhập hệ thốngđược định nghĩa Ngoài ra các chức năng như lập lịch đường lên, yêu cầu và cấp phát dảithông, và yêu cầu lặp lại tự động (ARQ) cũng được định nghĩa

MAC 802.16 theo kiểu hướng kết nối Tất cả những dịch vụ bao gồm những dịch

vụ không kết nối cố hữu, được ánh xạ tới một kết nối Điều đó cung cấp một cơ chế choyêu cầu dải thông, việc kết hợp QoS và các tham số về lưu lượng, vận chuyển và địnhtuyến dữ liệu đến lớp con quy tụ thích hợp và tất cả các hoạt động khác có liên quan đếnđiều khoản hợp đồng của dịch vụ Các kết nối được tham chiếu đến các CID 16-bit và cóthể yêu cầu liên tiếp dải thông được cấp phát hay dải thông theo yêu cầu

Lúc vào mạng, SS được gán ba kết nối quản lý cho mỗi hướng Ba kết nối nàyphản ánh ba yêu cầu QoS khác nhau được sử dụng bởi ba mức quản lý khác nhau Kết

nối đầu tiên là kết nối cơ sở được dùng để truyền các thông điệp ngắn, “time-criticalMAC” và điều khiển liên kết vô tuyến RLC Kết nối quản lý sơ cấp được sử dụng đểtruyền các thông điệp dài hơn, chịu trễ nhiều hơn như để chứng thực và cài đặt kết nối.Kết nối quản lý thứ cấp được sử dụng để truyền các thông điệp quản lý dựa trên cơ sở cácchuẩn như DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), TFTP (Trivial File TransferProtocol) và SNMP (Simple Network Management Protocol)

Ngoài những kết nối quản lý này, các SS được cấp phát các kết nối vận chuyểncho các dịch vụ đã ký hợp đồng Những kết nối vận chuyển theo một hướng duy nhất đơngiản hoá các tham số QoS đường lên và đường xuống khác nhau và các tham số lưulượng Và MAC còn dự trữ các kết nối bổ sung cho những mục đích khác như sự truynhập lúc khởi đầu trên cơ sở cạnh tranh, sự truyền quảng bá cho đường xuống cũng nhưcho báo hiệu kiểm tra tuần tự (polling)

3.4.2.2.Các định dạng MAC PDU(protocol data unit)

MAC BS và MAC SS trao đổi các bản tin, và các bản tin này được xem như cácPDU Định dạng của MAC PDU xem Hình 2 10

Hình 2.10 Các định dạng MAC PDU

Trên hình ta có thể thấy bản tin bao gồm ba phần: header MAC chiều dài cố định

là 6 byte, payload chiều dài thay đổi, và CRC Ngoại trừ các PDU yêu cầu dải thông(không có payload), các MAC PDU có thể chứa hoặc các bản tin quản lý MAC hoặc dữliệu lớp con hội tụ - MAC SDU Payload là tùy chọn, CRC cũng tùy chọn và chỉ được sửdụng nếu SS yêu cầu trong các tham số QoS

Có hai loại header MAC: header MAC chung (GMH) và header MAC yêu cầu dảithông (BR) GMH được sử dụng để truyền dữ liệu hoặc các bản tin quản lý MAC Header

BR được sử dụng bởi SS để yêu cầu nhiều dải thông hơn trên UL Header MAC và cácbản tin quản lý MAC không được mật hóa

A Định dạng header MAC chung.

Hình 2.11 Định dạng của header MAC PDU chung.

Trên hình 2.3, minh họa định dạng của một header MAC chung Ý nghĩa cáctrường được giải thích trong bảng trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Các trường header MAC chung

Tên Chiều dài

Tuần tự khóa mật hóaChỉ số của khóa mật hóa lưu lượng (TEK) và vector khởi tạo được sử dụng để mật hóa payload Trường này chỉ có ý nghĩa khi trường EC được thiết lập là 1

Tuần tự kiểm tra headerMột trường 8 bit được sử dụng để phát hiện các lỗi trong header Đa thức sinh là g(D)=D8+D2-D-1 Bên phát sẽ tính toángiá trị HCS cho 5 byte đầu tiên của header, chèn kết quả vào trường HCS (byte cuối cùng của header MAC)

HT 1 Loại header Được thiết lập là 0

LEN 11 Chiều dài Chiều dài tính theo byte của MAC PDU mà bao

gồm header MAC và CRC nếu có

Type 6 Trường này chỉ ra các loại subheader và payload đặc biệt có

mặt trong payload bản tin.

B Định dạng header MAC yêu cầu dải thông.

PDU yêu cầu dải thông chỉ chứa header yêu cầu dải thông và sẽ không chứapayload Trên hình 2.4, minh họa định dạng của một header MAC chung, ý nghĩa cáctrường được giải thích trong bảng trong bảng 2.2

Hình 2.4 Định dạng header yêu cầu dải thông.

Bảng 2.2 Các trường header MAC yêu cầu dải thông

Tên Chiều dài

Chỉ thị CRC1= CRC được gắn vào payload PDU sau khi mật hóa, nếu có 0=Không chứa CRC

CID 16 Định danh kết nối

Điều khiển mật hóa0=Payload không được mật hóa1=Payload được mật hóa

Tuần tự khóa mật hóaChỉ số của khóa mật hóa lưu lượng (TEK) và vector khởi tạođược sử dụng để mật hóa payload Trường này chỉ có ý nghĩakhi trường EC được thiết lập là 1

HCS 8 Tuần tự kiểm tra header

Một trường 8 bit được sử dụng để phát hiện các lỗi trong header

Đa thức sinh là g(D)=D8+D2-D-1 Bên phát sẽ tính toán giá trị

HCS cho 5 byte đầu tiên của header, chèn kết quả vào trường HCS (byte cuối cùng của header MAC)

HT 1 Loại header Được thiết lập là 0

LEN 11 Chiều dài Chiều dài tính theo byte của MAC PDU mà bao gồm

header MAC và CRC nếu có

Type 6 Trường này chỉ ra các loại subheader và payload đặc biệt có mặt

trong payload bản tin

C Các loại MAC – PDU

 Các MAC PDU yêu cầu dải thông: HT =1; và không có payload, chỉ có header

D. Các subheader và các payload đặc biệt.

Có 5 loại subheader có thể có mặt Mỗi subheader PDU (mesh, ARQ Feedback, Fragmentation, Packing, và Grant Mangement) có thể được chèn theo saungay header MAC chung

Fast-Các subheader ARQ Fast-Feedback and Grant Management được sử dụng đểtruyền ARQ và các trạng thái cấp phát dải thông giữa BS và SS

Các subheader phân mảnh và đóng gói được sử dụng để tận dụng có hiệu quả định

vị dải thông Subheader Packing, khi được sử dụng, MAC có thể đóng gói nhiều SDUvào một MAC PDU Khi đóng gói các MAC SDU chiều dài thay đổi, MAC đặc trướcmỗi SDU một subheader Packing

Nếu cả hai subheader Fragmentation và Grant Mangement đều có mặt, thìsubheader Grant Mangement sẽ đặt trước Nếu subheader mesh có mặt, nó sẽ đặt trước tất

cả các subheader khác Subheader ARQ Fast-Feedback sẽ luôn xuất hiện như làsubheader cuối cùng Subheader duy nhất cho mỗi SDU là subheader Packing Cácsubheader Fragmentation và Packing không thể cùng xuất hiện trong cùng MAC PDU

3.4.2.3 Xây dựng và truyền các MAC PDU.

Các MAC PDU được truyền trên các burst PHY, burst PHY có thể chứa nhiều bolck FEC

A Ghép

Nhiều MAC PDU có thể được ghép vào một truyền dẫn riêng ở các hướng hoặcđường lên hoặc đường xuống Xem Hình 2 13

Hình 2.5 Ví dụ chỉ ra việc ghép MAC PDU.

B Phân mảnh:

Phân mảnh là quá trình một MAC SDU có thể được chia thành nhiều đoạn, mỗiđoạn được ghép vào trong một MAC PDU Quá trình này bảo đảm cho phép sử dụng hiệuquả dải thông khả dụng liên quan tới các yêu cầu QoS của một luồng dịch vụ của kết nối.Các khả năng phân mảnh và tái hợp là bắt buộc

Thực hiện phân mảnh lưu lượng trên một kết nối được xác định khi kết nối đượctạo ra bởi MAC SAP Phân mảnh có thể được bắt đầu ở BS cho các kết nối đường xuống

và bởi một SS cho các kết nối đường lên

Hình 2.6 Phân mảnh các MAC SDU.

ra như Hình 2 15

Hình 2.7 Đóng gói các MAC SDU với chiều dài cố định.

Khi các SDU chiều dài thay đổi, như 802.3/Ethernet, quan hệ nxk+j giữa trườnglength của header MAC và các MAC SDU lớp cao hơn không còn đảm bảo nữa Điềunày đòi hỏi chỉ số nơi mà một MAC SDU kết thúc và SDU khác bắt đầu Trong trườnghợp MAC SDU chiều dài thay đổi, MAC gắn thêm một subheader packing cho mỗi MACSDU

Một MAC PDU chứa một chuỗi các MAC SDU chiều dài thay đổi được đóng góiđược tạo ra như trong hình 2.8 Nếu hơn một MAC SDU được đóng gói trong MACPDU, trường type trong header MAC chỉ ra sự xuất hiện của các subheader packing(PSH)

Hình 2.8 Quá trình đóng gói các MAC SDU chiều dài thay đổi.

Đóng gói và phân mảnh đồng thời cho phép sử dụng hiệu quả kết nối không gian

Để thực hiện điều này, khi một subheader Packing có mặt, thông tin phân mảnh cho cácMAC SDU riêng hoặc các mảnh MAC SDU được chứa trong subheader packing tươngứng

D Tính toán CRC

Một luồng dịch vụ có thể yêu cầu một CRC được thêm vào mỗi MAC PDU mang

dữ liệu cho luồng dịch vụ đó Trong trường họp này, với mỗi MAC PDU với HT=0, mộtCRC, sẽ được nối vào payload của MAC PDU CRC sẽ được tính sau mật hóa, CRC bảo

vệ Header chung và payload đã mật hóa

E Mật hóa các PDU

Khi truyền một MAC PDU trên một kết nối mà được ánh xạ tới một SA, bên gửi

sẽ thực hiện mật hóa và nhận thực dữ liệu payload MAC PDU mà được chỉ ra bởi SA đó.Khi nhận một MAC PDU trên một kết nối được ánh xạ tới một SA, bên nhận sẽ thực hiệngiải mã và nhận thực dữ liệu payload MAC PDU, được chỉ ra bởi SA đó

Header MAC chung sẽ không được mật hóa Header chứa tất cả thông tin mật hóa(trường EC, trường EKS, và CID) cần thiết cho giải mã một payload ở trạm nhận

F Đệm

Khoảng được chỉ định trong một burst dữ liệu mà không được sử dụng sẽ đượckhởi tạo một trạng thái đã biết Điều này có thể được thực hiện bằng cách thiết lập mỗibyte không sử dụng giá trị byte nhồi (0xFF) Nếu kích thước vùng không sử dụng ít nhấtbằng kích thước của header MAC, vùng này cũng có thẻ được khởi tạo bằng cách tạo mộtkhoảng không sử dụng như là một MAC PDU Khi làm như vậy, trường CID headerMAC sẽ được thiết lập giá trị CID đệm, các trường Type, CI, EC, HT sẽ được thiết lập là

0, trường length sẽ được thiết lập số byte không sử dụng (chứa kích thước của headerMAC được tạo cho MAC PDU đệm) trong burst dữ liệu, và HCS sẽ được tính theo cáchnày

2.2.3.1 Các cơ cấu yêu cầu và cấp phát dải thông.

A Các yêu cầu

Các yêu cầu dựa vào cơ cấu mà SS sử dụng để thông báo cho BS rằng chúng cầncấp phát dải thông đường lên Một yêu cầu có thể được xem như là một header yêu cầudải thông độc lập hoặc là một yêu cầu mang trên một bản tin nào đó (piggyback) Bản tinyêu cầu dải thông có thể được truyền trong bất cứ vị trí đường lên nào, ngoại trừ trongkhoảng intial ranging

Các yêu cầu dải thông có thể là tăng thêm hoặc gộp lại Khi BS nhận một yêu cầudải thông tăng, nó sẽ thêm lượng dải thông được yêu cầu vào sự cảm nhận hiện thời cácnhu cầu dải thông của nó của kết nối Khi BS nhận một yêu cầu dải thông gộp lại, nó sẽthay sự cảm nhận các nhu cầu dải thông của nó của kết nối bằng lượng dải thông đượcyêu cầu Trường Type trong header yêu cầu dải thông chỉ ra yêu cầu là tăng hay là gộplại Bởi vì các yêu cầu dải thông piggyback không có trường type, nên nó sẽ luôn là tăng.Bản chất tự hiệu chỉnh của giao thức yêu cầu/cấp phát đòi hỏi các SS sử dụng định kỳ cácyêu cầu dải thông gộp lại Chu kỳ có thể là một hàm của QoS của một dịch vụ và của chấtlượng liên kết Bởi vì khả năng va chạm, các yêu cầu dải thông được truyền trong cácthành phần thông tin yêu cầu broadcast hoặc unicast nên là các yêu cầu gộp lại

G Các cấp phát

Đối với một SS, các yêu cầu dải thông liên quan tới các kết nối riêng trong khimỗi cấp phát dải thông được gửi tới CID cơ bản của SS, không phải tới các CID riêng.Bởi vì không xác định trước yêu cầu sẽ được thực hiện đúng, khi SS nhận một cơ hộitruyền ngắn hơn mong đợi (quyết định trình lập lịch, mất bản tin yêu cầu, …), không có

lý do rõ ràng nào được đưa ra Trong tất cả các trường hợp, dựa vào thông tin nhận đượcsau cùng từ BS và trạng thái của yêu cầu, SS có thể quyết định thực hiện yêu cầu trở lạihoặc hủy SDU Một SS có thể sử dụng các thành phần thông tin yêu cầu mà được quảng

bá, trực tiếp ở một nhóm thăm dò multicast mà nó là một thành viên trong đó, hoặc trựctiếp ở CID cơ bản của nó Trong các trường hợp, burst profile thành phần thông tin yêucầu được sử dụng dù là BS có khả năng nhận SS với một burst profile hiệu quả hơn Đểnhận ưu điểm của một burst profile hiệu quả hơn, SS sẽ truyền nó trong một khoảng đượcxác định bởi một thành phần thông tin cấp phát dữ liệu trực tiếp ở CID cơ bản của nó.Bởi vì điều này, thăm dò unicast một SS bình thường sẽ được thực hiện bằng cách chỉđịnh một thành phần thông tin cấp phát dữ liệu ở CID cơ bản của nó Trong một thànhphần thông tin dữ liệu trực tiếp ở CID cơ bản, SS có thể tạo ra các yêu cầu dải thông chobất cứ kết nối nào

3.4.3. Hỗ trợ PHY

Nhiều công nghệ song công được hỗ trợ bởi giao thức MAC Chọn lựa công nghệsong công có thể ảnh hưởng tới các tham số PHY nào đó cũng như tác động tới các đặctính mà có thể được hỗ trợ

FDD, các kênh đường lên và đường xuống được đặt ở các tần số tách biệt và dữ liệu

đường xuống có thể được truyền theo trong các burst Một khung chu kỳ cố định được sửdụng cho các truyền dẫn đường lên và đường xuống Điều này thuận tiện cho sử dụng cácloại điều chế khác nhau Và cũng cho phép đồng thời sử dụng cả các SS song công(truyền và nhận đồng thời) và tùy chọn các SS bán song công (không truyền và nhận

đồng thời) Nếu các SS bán song công được sử dụng, trình điều khiển dải thông sẽ khôngchỉ định dải thông cho một SS bán song công ở cùng thời điểm mà nó được trông mong

để nhận dữ liệu ở kênh đường xuống, bao gồm hạn định cho phép trễ truyền, khoảngtruyền dẫn truyền/nhận SS (SSTTG), và khoảng truyền dẫn nhận/truyền SS (SSRTG)

TDD, truyền đường lên và xuống xảy ra ở các thời điểm khác nhau và thường chia sẻ

cùng tần số Một khung TDD có khu kỳ cố định và chứa một khung con đường xuống vàmột khung con đường lên Khung được chia thành một số nguyên các khe thời gian vật

lý, mà giúp cho phân chia dải thông dễ dàng

10-Để cho phép sử dụng phổ mềm dẻo, cả TDD và FDD được hỗ trợ Hai công nghệnày sử dụng một định dạng truyền dẫn burst mà cơ cấu khung của nó hỗ trợ burstprofiling thích ứng, ở đó những tham số truyền, bao gồm các kế hoạch điều chế và mãhóa, có thể được điều chỉnh riêng cho mỗi trạm thuê bao trên cơ sở từng khung một

Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM

Cấu trúc khung bao gồm một khung con đường xuống và một khung con đườnglên Kênh đường xuống là TDM, với thông tin cho mỗi SS được ghép kênh trên mộtluồng dữ liệu duy nhất và được nhận bởi tất cả các SS trong cùng dải quạt Để hỗ trợ các

SS bán song công phân chia tần số, đường xuống cũng được cấu tạo chứa một đoạnTDMA

Đường lên dựa vào sự kết hợp TDMA và DAMA Cụ thể, kênh đường lên đượcphân thành một số khe thời gian Số các khe thời gian được gán cho các sử dụng khácnhau (đăng ký, cạnh tranh, bảo vệ, hoặc lưu lượng) được điều khiển bởi MAC trong BS

và có thể thay đổi đối với thời gian để chất lượng tối ưu

Mỗi SS sẽ cố gắng nhận tất cả các phần của đường xuống trừ những burst màburst profile của nó hoặc không được thực hiện bởi SS hoặc không mạnh bằng burstprofile đường xuống hoạt động hiện thời của SS Các SS bán song công sẽ không cố gắng

nghe các phần trùng khớp đường xuống với truyền dẫn đường lên được chỉ định chochúng, nếu có thể, được điều chỉnh bởi sự sớm định thời truyền của chúng

Các chu kỳ khung có thể là 0,5 ms, 1 ms, 2ms

3.3.2.ĐẶC TẢ WirelessMAN-SCa PHY

WirelessMAN-SCa PHY dựa vào công nghệ điều chế sóng mang đơn và đượcthiết kế cho hoạt động NLOS ở các dải tần dưới 11GHz Các thành phần trong PHY nàygồm:

 Các định nghĩa TDD và FDD, một trong hai phải được hỗ trợ

 Đường lên TDMA, đường xuống TDM hoặc TDMA

 Điều chế thích ứng Block và mã hóa FEC cho cả đường lên và đường xuống

 Các cấu trúc khung mà cho phép sự cân bằng và chỉ tiêu đánh giá kênh được cảithiện đối với NLOS và các môi trường trải rộng trễ được mở rộng

 FEC ràng buộc vào nhau sử dụng Reed-Solomon và điều chế được mã hóa mắt lướithực dụng với chèn tùy chọn

 Các tùy chọn FEC BTC và CTC bổ sung

 Tùy chọn không FEC sử dụng ARQ cho điều khiển lỗi

 Tùy chọn phân tập truyền mã hóa thời gian không gian (STC)

 Các chế độ mạnh cho hoạt động CINR thấp

 Các thiết lập tham số và các bản tin MAC/PHY mà thuận tiện cho các bổ sung AAStùy chọn

3.3.3.ĐẶC TẢ WirelessMAN-OFDM PHY

3.3.3.1 Đặc điểm

WirelessMAN-OFDM PHY dựa vào điều chế OFDM và được thiết kế cho họatđộng NLOS ở các dải tần số dưới 11GHz WirelessMAN-OFDM, một lược đồ ghép kênhphân chia tần số trực giao (OFDM) với 256 sóng mang Đa truy nhập của các trạm thuêbao khác nhau dựa vào đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA)

 Lớp PHY OFDM hỗ trợ các hoạt động TDD và FDD, với hỗ trợ cho các SS cả FDD

và H – FDD

 Mã hóa sửa lỗi trước FEC: một lược đồ mã xoắn RS-CC tốc độ thay đổi được kếthợp, hỗ trợ các tốc độ mã hóa 1/2, 2/3, 3/4 và 5/6 BTC tốc độ thay đổi (tùy chọn)và mãCTC cũng được hỗ trợ tùy chọn

Chèn (Interleaving)

 Điều chế: Chuẩn hỗ trợ các mức điều chế, gồm BPSK, QPSK, 16- QAM và

64-QAM

 Hỗ trợ (tùy chọn) phân tập phát ở đường xuống sử dụng STC và các hệ thống antenthích nghi (AAS) với SDMA Lược đồ phân tập sử dụng hai anten ở BS để truyền mộttín hiệu được mã hóa STC

 Nếu phân tập truyền được sử dụng, một phần khung DL (được gọi là miền) có thểđược định rõ để trở thành miền phân tập truyền Tất cả các burst dữ liệu trong miềnphân tập truyền sử dụng mã hóa STC Cuối cùng, nếu AAS được sử dụng, một phầnkhung con DL có thể được chỉ định như là miển AAS Trong phần của khung con này,AAS được sử dụng để giao tiếp với các SS có khả năng AAS AAS cũng được hỗ trợtrong UL

 Truyền kênh con ở đường lên là một tùy chọn cho một SS, và sẽ chỉ được sử dụngnếu các tín hiệu BS có khả năng giải mã các truyền dẫn như vậy

3.3.3.2 Symbol OFDM

Ở miền thời gian, biến đổi Fourier ngược tạo ra dạng sóng OFDM, chu kỳ thờigian này được xem như thời gian symbol hữu ích Tb, một bản sao Tg sau cùng của chu kỳsymbol hữu ích, được quy ước là CP (tiền tố chu kỳ), được sử dụng để thu thập đa đường,trong khi duy trì sự trực giao Hình 2 12 minh họa cấu trúc này

Hình 2.12 Cấu trúc thời gian symbol OFDM

Ở miền tần số, một symbol OFDM bao gồm các sóng mang con, số sóng mangcon xác định kích thước FFT được sử dụng Có ba loại sóng mang con:

 Sóng mang con dữ liệu: cho truyền dữ liệu

 Sóng mang con pilot: cho các mục đích ước lượng khác nhau

 Sóng mang con Null: không truyền dẫn, dùng cho các dải bảo vệ, các sóng mang conkhông hoạt động và sóng mang con DC

Hình 2.13 Mô tả symbol OFDM miền tần số

Mục đích của các dải bảo vệ là để cho phép tín hiệu suy yếu và tạo ra FFT dạnghình “brick wall” Các sóng mang phụ không hoạt động chỉ trong trường hợp truyền kênhcon bởi một SS

3.3.3.3 Cấu trúc khung

OFDM PHY hỗ trợ truyền dựa theo khung Một khung chứa khung con đườngxuống và đường lên Khung con đường xuống chỉ chứa một PHY PDU đường xuống.Một khung con đường lên chứa các khoảng tranh chấp được sắp xếp cho các mục đích

“intial ranging”, yêu cầu dải thông và một hoặc nhiều PHY PDU, mỗi PHY PDU đượctruyền từ một SS khác nhau Xem minh họa trên Hình 2 14

Một PHY PDU đường xuống bắt đầu với một “preamle”, được sử dụng cho đồng

bộ PHY Sau “preamble” là một burst FCH Burst FCH là một symbol OFDM và đượctruyền sử dụng BPSK tốc độ 1/2 với sơ đồ mã hóa bắt buộc FCH chứa DLFP (tiền tốkhung đường xuống) chỉ ra burst profile và chiều dài của một hoặc nhiều burst đườngxuống theo ngay sau FCH Một Bản tin DL-MAP, nếu được truyền trong khung hiệnthời, sẽ là MAC PDU đầu tiên trong burst theo sau FCH Một bản tin UL-MAP sẽ theosau ngay hoặc DL-MAP (nếu nó được truyền) hoặc DLFP Nếu các bản tin UCD và DCDđược truyền trong khung, chúng sẽ theo ngay sau các bản tin DL-MAP và UL-MAP Mặc

dù burst số 1 chứa các bản tin điều khiển MAC quảng bá, nó không cần sử dụng điều chế/

mã hóa được xem là mạnh nhất Điều chế/mã hóa hiệu quả hơn có thể được sử dụng nếu

nó được hỗ trợ và có thể dùng được tới tất cả các SS của một BS

Hình 2.14 Cấu trúc khung OFDM với TDD.

Theo sau FCH là một hoặc nhiều burst đường xuống, mỗi burst được truyền vớiburst profile khác nhau Mỗi burst đường xuống chứa một số nguyên symbol OFDM Vịtrí và profile của burst đường xuống đầu tiên được chỉ ra trong DLFP Vị trí và profilecủa số burst tiếp theo có thể lớn nhất cũng sẽ được chỉ ra trong DLFP Vị trí và profilecủa các burst khác được chỉ trong DL-MAP

Khung con đường DL có thể tùy chọn chứa miền STC nơi mà tất cả các burst DLđược mã hóa STC

Với PHY OFDM, một burst PHY, hoặc một burst PHY đường xuống hoặc mộtburst PHY đường lên, chứa một số nguyên symbol OFDM, mang các bản tin MAC, nhưcác MAC PDU