Đồ án Nghiên cứu và thiết kế mạng không dây WiMAX mô hình triển khai ứng dụng tại VDC

Trang 1

MUC LUC

NY 10 Os 0 | Orne 1 Chương 1: Tổng quan về mạng khÔng đây ecoc co th th th 6Ý hy sEesessesssasessessesessessssesssessesassessseesee Ẩ 1.1 Kiến trúc chung của các chuẩn IEEE 802.11 và 802 ÏỐ - - 5 + S2 + SE SE Hy hs si rrrrerrrrxey 5 L.2.COng nghé WAP i 0.c0 h6 -:::/3 - 6 1.2.1 Đánh giá ưu, nhược điểm CUA WIFI cccccc ccc ceccceseeeceecseesestenecsecsesscascee saesssseeaeceecaeeneessseneaaees Il 1.3.Công nghệ WUMA X HH HH TH HH KH TH Tà họ TH ha th kh 12 1.3.1.Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu ĐiỂH: - 52 532C xxx vn TH TH TH HH ren 14 In 1 (0n ếggố.ố 19 1.4, So sanh cong nghé (im, 'Í)0ẲG hố saseeceesessensesseeeestenenes 20

Chuong 2: Láp PHY va MAC cua chuẩn IEEE 802.16 (do bo h6 6060000060060000000000060900000000099000600090006000090006606 22

2.1, LOp cứ“ he cee cae ces ceseecoesceceneecescsesaacuasenacesseseesnsessesssscaeseseseeeceesessessesneeenes 22 2.2 Lép MAC trong chudin TEEE 802.16 G .1 cccscsccscscsssescsesesscsesesssssesessveceusessusscsecesseecietensesesesees 28 2.2.1 Những lớp con quy tụ chuyên biệt về địch VU ccccccccccccecececenseceeceeceensececastencascenseseenseeess 29 2.2.2 Lớp con phan chung (common part suÏđy€?) ÀÚ Đà 5S cọc nền ch nen Hee 29 2.2.3 LOp COM DAO UGE eee 35 2.3 LOp CON NOI te Cruye Ma ố ố 37

Chuong 3:Công nghệ truy nhập băng rong CỐ HH 0 Go 6 0 9 A0 5 9 0 959.0 1.09 0 0800 9 98988 980.9908890 96.089 09 38

3.1 Các đải tân số trong truy nhập băng rộng không dây cố định (FBWA - Fixed Broadband Wireless 1.7170 1ẼẼ8 ẻ 38 3.2 Topo mang FBWA .12:cs0ccceceeeessee cesses ces cneeeceecescncnseeseeecacsseaeeseesseneeeeeceesessenseeseceesessensaeseeseseenenes 39 3.3 Cấu trúc mang Điểm - Da điểm (P.ÌMPP) À - Ác tt nh TH HH HH HT HH KH TH Trà 41 3.4 Tam nhin thang trong mang diém - da di€m (PMP) ccccsccccesescscesesesescseesetescsssecersereesensseseaseeeeess 42 SN 1., 6 7 nan ố .ố ố.ốỐố e 44 3.5.1 Các phương pháp điều chế don SÓNG IILAHE .Ộ .Q SH TH TH HH HH inch re 45 3.5.2 Điều chế đa sóng mang sử dụng OFDÌM À ÀÀÚ Đ nh HH TH HH ng Ty Hy 47

ShhAS“ 2) 01,.015.1 86 e 50

Trang 2

Đồ án tốt nghiệp Mang WiMAX& WiFi

Kể c7.) 186 n6 n^4A :Í:äẲ 53

3.7.1 Trai phé 0u Sẽ 53

3.7.2 Trdi pho mhdy td FSSS, 0 ccccccccccccescsscsvsesesceecsesescosescsesenssessesesensecessecesecareesteatetaseneaeecees 55 3.7.3 So sánh FHSS va DSSS 0 .ccccc cee ceececceece cee cesses cneeeceeecessnseeeceeseeseeneaeeceesessesnaneeeseeseneseees 57 B.B.V Gin AE DAO MA cccccecccccceecsessevsssssseesesseevssssevesssseesesssuvesessvuccessuvessssevesessvestssuessssinitersuviesssestsssseees 57 ` Xa 38

3.9.1 Cac ii 0n i6 6c on ố ẻ ẻ 59

KV Áo áo oi áo Gốc vn ó0 3.9.3 Amten ao 9 e 60

ky lì(0 ii ác ó0 Chương 4:Thiết kế kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây CỐ đ[HÌN .occeseeesessesesesSSssssse 62 1N G21 16 á18n ( an ee 62

CS 5N con nh e 62

h0 6 N6 CC HHÃÄÄäẬậặHH Ả.ẢẢ 64

EU, 1 1 1,06 0n nốố.ố 64

4.2.1 Mơ hình suy hao đường truyÊN +2 + 3x S2 vn Hà HH ngư 65 4.2.2 Mơ hình Fading . 2 22222 cv 1222251115 22278 11110717221 EE axerrrrriee 66 4.3 Mơ hình suy hao đường truyền được sử dụng trong IEEE 802.Ì]Ĩa 7 25c S< se se sec ssxx 66 (7 5 ae eeee 69

4.4.1 Tổng lưu lượng va sự tập trung Tutu Iwong «2.0 ceeee ees ceceeeeeeeeeeseeeeseseteeeeseecees 69 4.4.2 Điều chế thích nghỉ và dung lượng trung bình của một secf0r . - - 7< c<<cc~s 70 m1 1 21/10) in e 72

4.5.1 Bảng tính năng lượng liên kết - +22 S2 32325312 E1 vn HH ngàn Hàn HH vn 72 4.5.2 Mối quan hệ giữa độ dự trữ fading với sự sẵn sàng cung cấp dịch vụ - 74

4.5.3 Phạm vi của BS - FBWA ở dải tân 3,5 GHHz LG - 02 HS HH HH nen re, 75 11/0 1.111.100.111 80 eee<e 76

NẴNG 6 0 (on .'^®Ồ 76

4.6.2 Sự chỉ định kênh 222222222222 222211221221121122211112221711E122221111122212112a1 xe 76

Chương 5:Mơ hình triển khai hệ thống mạng không dây cố định của VNPT so se se sc<se 78 5.1 Mục tiêu triển khai mạng WIMAX của VNNPT, -Ú- - Se SH HH HH HH HT HH ng rưc 78

Trang 4

Chương 1: Tổng quan về mạng không dây

Sự bùng nổ về nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng hố các loại hình dịch vụ cung cấp như: truy nhập Internet, thư điện tử, thương mại điện

tử, truyền file, là sự thúc đẩy cho sự xuất hiện của hàng loạt các chuẩn không

dây Hiện nay, căn cứ vào phạm vi sử dụng, tốc độ kết nối, chúng ta có những chuẩn khơng dây tương ứng với các mơ hình mạng truyền thống

IEEE 802.20” 3GPP, EDGE

(proposed) (GSM)

IEEE 802.16 ETSI HiperMAN &

WirelessMAN* HIPERACCESS

IEEE 802.117 |

Wireless LAN ; == HiperLAN

IEEE 802.15” RS

Bluetooth* HiperPAN

* Trademarks or Servicemarks are the property of them respective owners

Hình1.1: Tổng quan về các chuẩn không day

- Mạng PAN - Personal Area Network: Chuẩn WPAN được ứng dụng trong phạm vi gia đình, hoặc trong khơng gian xung quanh của 1 cá nhân, tốc độ truyền dẫn trong nhà có thể đạt 480 MB/giây trong phạm vi 10m Trong mơ hình mạng WPAN, có sự xuất hiện của các công nghệ Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE 802.15(Institute for Electrical and Electronics Engineers) Hiện nay 802.15 này

đang được phát triển thành 802.15.3 được biết đến với tên công nghệ

Ultrawideband - siêu băng thông

- Mạng LAN (Local Area Network): mạng WirelessLAN sử dụng chuẩn

IEEE 802.11 bao gồm các chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n WLAN

Trang 5

là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn hay các sân bay Tại Việt Nam WLAN đã được triển khai ứng dụng ở nhiều nơi Công nghệ này cho phép người sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cập Internet với

tốc độ lớn hơn rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống

- Mạng MAN: Mạng WMAN sử dụng chuẩn IEEE 802.16, được hoàn thành

vào tháng 10/2001 và được công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN cho các mạng vùng đô thị Việc đưa ra chuẩn này mở ra một công nghệ mới truy nhập không dây băng rộng WiMAX cho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50 km và có thể truyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn so với đường truyền cáp hoặc ADSL Đây sẽ là cơng cụ hồn hảo cho các ISP muốn mở rộng hoạt động vào những vùng dân cư rải rác, nơi mà chi phí triển khai ADSL và đường cấp quá cao hoặc gặp khó khăn trong q trình thi cơng

- Mạng WAN: Trong tương lai, các kết nối Wireless WAN sẽ sử dụng chuẩn 802.20 để thực hiện các kết nối diện rộng

Do bản chất của mạng không dây là sử dụng sóng vơ tuyến Và như vậy,

người ta có thể truy cập Internet hoặc điều khiển thiết bị mà chẳng cần đường

điện thoại hay dây dẫn Do đó về lý thuyết, với máy tính xách tay dùng cơng nghệ không dây, chúng ta có thể truy cập Internet từ trong rừng hay ngoài biển

(miễn nằm trong vùng phủ sóng trạm thu phát)

1.1 Kiến trúc chung của các chuẩn IEEE §02.11 và 802.16:

Chuẩn IEEE 802.11 và 16 đặc tả lớp vật lý - PHY (Physical) và lớp điều khiển truy nhập môi trường - MAC (Medium Access Control) cho truy nhập băng rộng không dây cố định - FBWA (Fixed Broadband Wireless Access) cho pham

vi mạng khu vực đô thị - MAN (Metropolitan Area Network) Chuẩn IEEE

802.11 va IEEE 802.16 bi đấp sự thiếu hụt giữa chuẩn IEEE 802.2 về lớp liên kết vật lý và giao diện không gian Cùng với khả năng làm cầu nối (Bridging) được

mô tả trong chuẩn IEEE 802.1, những chuẩn này và những cơ chế truy nhập ở những lớp cao hơn có thể sử dụng để tạo ra khả năng định tuyến đầy đủ cho

Trang 6

Hình 2 minh hoạ vị trí của các chuẩn IEEE 802.11 và 16 trong hệ thống các

chuẩn IEEE 802 Œ — B —- M ||, 502.2 LOGICAL LINK ee) Lu : Œ ot | |e = a ||2| | i DATA

B/E] ]2 802 1™ BRIDGING LINK

oO

e || 2 LAYER

< z

# II 8023" 8024” 8025” || 8028” | |802117| |80212”| | 80216” “SỈ MEDIUM | | MEDIUM} | MEDIUM} | MEDIUM | | MEDIUM} | MEDIUM | | MEDIUM ữ Ñ ACCESS| |ACcEss| |ACCESS | |ACCESS| |ACCESS | |ACCESS| | ACCESS

re fñ

6

“ Formerly IEEE Std 802 14"

Hinh1.2: 802.11 va 802.16 trong hé thống các chuẩn của IEEE 802 1.2.Công nghệ WiEi

Trong bối cảnh tồn cầu hố, sự bùng nổ nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng hoá các loại hình dịch vụ cung cấp như truy nhập Internet, thư

điện tử, thương mại điện tử, truyền file, đã thúc đẩy sự phát triển của các giải

pháp mạng cục bộ vô tuyến (WLAN) Mục đích của WLAN nhằm cung cấp thêm một phương án lựa chọn cho khách hàng bên cạnh các giải pháp như xDSL, Ethernet, GPRS, 3G WLAN là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như khách sạn, sân bay và thậm chí có thể ngay cả trên các phương tiện vận tải

Các thành phố lớn trên thế giới đang tự hào với hàng trăm điểm truy cập không dây WLAN ở những nơi công cộng hay tại các văn phòng Tại Việt Nam WLAN đã được triển khai ứng dụng ở nhiều nơi Công nghệ này cho phép người sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cấp Internet với tốc độ lớn hơn

rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống

Trang 7

Ban đầu, WLAN được phát triển cho những ứng dụng LAN từ có dây sang khơng dây vì vậy WLAN có phạm vi phục vụ là trong nhà (Indoor) Tuy nhiên, công nghệ WLAN đáp ứng đầy đủ đòi hỏi của các đối tượng mức doanh nghiệp về kha năng vận hành, tính ổn định, tốc độ cao, an ninh đảm bảo vv Ngày nay, WLAN được phát triển từ Indoor sang Outdoor là khả năng cung cấp truy nhập băng rộng ở những điểm công cộng như nhà ga, sân bay, café internet hoặc bất cứ địa điểm nào tập trung dân cư đơng đúc có nhu cầu sử dụng Internet Do đáp ứng đây đủ các đòi hỏi của các khách hàng mức doanh nghiệp cũng như các khách hàng cá nhân, vừa có ứng dụng Indoor và Outdoor nên WLAN trở thành một chuẩn được thừa nhận và hỗ trợ rộng rãi của các nhà sản xuất lớn trên thế giới

Tương lai của mạng không dây phụ thuộc vào khả năng kết nối liên tục và an toàn của nhiều loại thiết bị đân dụng như máy tính cá nhân, thiết bị trợ giúp cá

nhân, điện thoại, máy ¡n , sự chuyển đổi qua lại không gián đoạn giữa WLAN

và LAN Sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng không dây di động cũng

đang thúc đẩy quá trình này

Các mạng WI-Fi tạo ra một vùng không gian rộng 100m cho phép các thiết bị

đầu cuối có thể kết nối khơng dây để truy cập Web hoặc vào các mạng máy tính

dùng chung Wi-Fi cho phép trao đổi dữ liệu qua làn sóng radio với một tốc độ

rất nhanh Mạng Wi-Fi có thể sử dụng để kết nối với nhau, với Internet, và với

mạng cáp Là một công nghệ không dây giống như điện thoại di động WI-FEI cho phép các máy tính gửi và nhận dữ liệu trong nhà cũng như ngoài trời, ở bất cứ điểm nào trong vùng phủ sóng của trạm gốc Nó cũng có tốc độ hoạt động thực tương đương mạng cáp Ethernet 10BaseT hiện có trong rất nhiều văn phòng Và

điều hay hơn cả là nó rất nhanh, nhanh hơn nhiều lần các kết nối modem cáp

nhanh nhất

WLAN là một hệ thống truyền thông dữ liệu mở để truy nhập vô tuyến đến mạng Internet và các mạng Intetranet Nó cũng cho phép kết nối LAN tới LAN

trong một toà nhà hoặc một khu tập thể, hoặc một khu trường đại học Một hệ

thống WLAN có thể được tích hợp với mạng vô tuyến diện rộng Tốc độ đạt được

Trang 8

Cho tới nay IEEE đã phát triển ba chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng LAN không dây: 802.11a, 802.1 Ib và 802.11g Cả ba chỉ tiêu kỹ thuật này sử dụng công nghệ Đa truy nhập Nhạy cảm sóng rang có phát hiện va chạm (Carriler Sense Multiple Access - Collision Detection CSMA/CD) như một giao thức chia sẻ đường dẫn CSMA/CD là một phương pháp truyền dỡ liệu được ưa thích vì độ tin cậy của nó thơng qua khả năng chống mất dữ liệu

Một trạm không dây muốn truyền khung, đầu tiên nó sẽ nghe trên môi trường không dây để xác định liệu hiện có trạm nào đang truyền không (đây là phần nhạy cảm sóng mang của CSMA/CA) Nếu môi trường này hiện đang bị chiếm, trạm không dây tính tốn một khoảng trễ lặp lại ngẫu nhiên Ngay sau khi thời

gian trễ đó trơi qua, trạm khơng dây lại nghe xem liệu có trạm nào đang truyền khơng Bằng cách tạo ra một thời gian trễ ngẫu nhiên, nhiều trạm đang muốn truyền tin sẽ không cố gắng truyền lại tại cùng một thời điểm (đây là phần tránh

xung đột của CSMA/CD)

Những va chạm có thể xảy ra và không giống như Ethernet, chúng không thể

bị phát hiện bởi các node truyền dẫn Do đó, 802.11b dùng giao thức Request to send (RTS)/ Clear to send (CTS) với tín hiệu ACK (Acknowlegment) để bảo đảm

rằng một khung nào đó đã được gửi và nhận thành công

Các ứng dụng mạng LAN, các hệ điều hành hoặc giao thức mạng, bao gồm cả giao thức Internet TCP/IP sẽ chạy trên các mạng WLAN tương thích chuẩn 802.11 dễ dàng như chạy trên Ethernet nhưng không cần phải chạy cáp qua tường

hay trần nhà

Về mặt vật lý, WLAN có hai thành phần cơ bản là:

-Tram géc khéng day (WBS — Wireless Base Station) hay con goi la AP

(Access Point)

- Khối giao tiếp người sử dụng đầu cuối hay còn gọi là CPE (Customer Premise Equipment)

> AP là thiết bị đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, nó phải được đấu nối với mạng của nhà cung cấp đó để truy cập vào mạng Internet Thông thường AP được đấu với Router, Hub hoặc Switch dé được cấp mot dia chi IP riêng Sau đó kết nối

Trang 9

tới mạng của nhà cung cấp dịch vu thông qua các hệ thống truyền dẫn thông dụng như cáp quang, cáp đồng hoặc viba AP có khả năng chuyển đổi tín hiệu số đến từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ thành dạng tín hiệu số tương thích với các chuẩn truyền dẫn vô tuyến AP bao gồm một bộ thu phát (Transceiver) và một bộ điều khiến (Controller) thực hiện các chức năng chủ yếu như:

"Cung cấp giao diện cho kết nối với mạng của nhà khai thác, giao diện vơ tuyến hướng phía khách hàng

"Đảm bảo chức năng an tồn thơng tin trên giao tiếp vô tuyến, chứng thực giao diện kết nối với khách hàng

= Quan tri tài nguyên vô tuyến

" Đăng ký khối giao diện người sử dụng " Định tuyến, tính cước

" Duy trì và chuyển đổi giao thức, mã hoá và giải mã, nén và giải nén

> CPE 1a thiét bi dat ở phía khách hàng, nó có một địa chỉ ngoài như là một node trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của khách

hang CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các AP và chuyển đổi chúng thành dạng

tín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng (tương tự hoặc số) CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một số chức năng như:

= Cung cap giao diện vô tuyến hướng tới trạm gốc của nhà cung cấp dich vu " Cung cấp giao diện cho các thiết bị đầu cuối của khách hàng

Trang 10

Subscriber

RADIUS AAA Sgivết _—— Gateway => ee

Billing System L KO | », — - SHDSL

Hình1 3: Cấu hình một mạng WLAN điển hình Các chuẩn IEEE 802.11 tiêu biểu:

* Chuẩn IEEE 802.11b

Tháng 9 năm 1999, Viện công nghệ điện và điện tử (TEEE) đã thông qua các chỉ tiêu của chuẩn IEEE 802.11b hay còn được biết đến với tên gọi Wi-Fi IEEE 802.11b định nghĩa lớp vật lý và lớp con MAC cho việc truyền tin qua mạng LAN không dây dùng chung Tại lớp vật lý, IEEE 802.11b hoạt động tại tần số vô tuyến 2,45GHz với tốc độ bit tối đa là 11 Mbps Nó sử dụng cơng nghệ truyền

dẫn trải trải phổ dãy trực tiếp (DSSS)

* Chuẩn IEEE 802.11g

Do IEEE phát triển, những mạng dùng chuẩn 802.11b cho phép dữ liệu được

truyền với dung lượng tối đa 10 megabit/giây (trung bình là 4 Mbps) Chuẩn mới hơn là IEEE 802.11g cho phép truyền đữ liệu với dung lượng cao nhất - 54 Mbps (trung bình 22 Mbps) Cả hai chuẩn này đều dùng băng tần 2,4 GHz và hoạt động tương tác

* Chuẩn IEEE 802.11a

Chuan IEEE 802.11a hoạt động trong dải tân 5 GHz, tạo cho các kết nối sử dụng chuẩn 802.1 la ít bị ảnh hưởng hơn đối với sự giao thoa sóng điện từ mà các

Trang 11

kết nối sử dụng chuẩn 802.11b, 802.11g hoạt động ở tần số 2,4 GHz có thể gây

ra Bởi dải tần 2,4 GHz thường được dùng trong công nghiệp, y tế, và sử dụng trong các thiết bị gia đình

Bang 1.1 - So sánh các chuan IEEE 802.11

; V Ghép

Chuan Tân số Tốc độ Ghi chú

kênh

IEEE FHSS

900 MHz 2 Mbps

802.11 DSSS

IEEE 2,4 GHz 11 FHSS Được sử dụng phổ biến

802.11b 900 MHz Mbps DSSS nhất

IEEE 54 Mới hơn, nhanh hơn,

5 GHz OFDM -

802.11a Mbps dùng tần số cao hơn

IEEE 5 GHz 54

OFDM

802.Ile UNH Mbps

IEEE 2,4 GHz 54 DSSS Nhanh hơn và tương

802.11g ISM Mbps FHSS thích với 802.1Ib

1.2.1 Đánh giá ưu, nhược diém cia WIFI

1.2.1.1 Một số wu điểm của mạng không dây WIFI e Khong phải khoan tường, bấm và đi dây

se _ Không phải ngồi tại những vị trí cố định

e Trong nhiều trường hợp là giải pháp rẻ hơn cho mạng LAN e Có thể kết nối ở khoảng cách xa hơn so với các thiết bị bluetooth e Có tính linh động cao, có thể đáp ứng được yêu cầu về địa hình

L2.12 Nhược điểm của mang không dây WIFI

Trang 12

e Thong tin được truyền trên không trung trên tần số dùng chung dẫn đến

các vấn đề an ninh và nhiễu

e Tần số càng cao thì tốc độ càng cao, nhưng đồng thời độ suy giảm cũng

càng cao

1.3.Công nghệ WiMAX

Wi-Fi hién dang là công nghệ kết nối khơng dây "nóng" xét từ nhiều góc độ Tuy nhiên theo nhìn nhận của nhiều chuyên gia, Wi-Fi chẳng qua cũng chỉ là "công nghệ mở đường" cho hàng loạt chuẩn kết nối không dây mới ưu việt hơn

nhu WiMAX, 802.16e, 802.11n va Ultrawideband

Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị và

linh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận tính

tương thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập không dây băng

thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng tốc độ triển khai truy

cập không dây băng thông rộng trên tồn cầu Do đó các chuẩn 802.16 thường được biết đến với cái tên WIMAX

Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vào

năm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập không

dây Nếu như Wireless LAN được phát triển để cung cấp dịch vụ truy nhập

Internet cho mạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truy nhập Internet cho những vùng tập trung đông dân cư trong những phạm vị hẹp thì với WIiMAX ngoài khả năng cung cấp dịch vụ ở vùng đô thị nó cịn giải quyết được những vấn đề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet cho những vùng thưa dân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử dụng dây đồng không thể đạt tới áp dụng WiMAX về cơ bản sẽ mang lại khả năng kết nối khơng dây cho tồn bộ một thị trấn Giải pháp này giúp thu ngắn khoảng cách giữa những vùng quê xa xôi hẻo lánh với những vùng thành thị hiện đại

WiMAX cũng là một sự phát triển kế tiếp từ dịch vụ cung cấp băng thông giữa LAN nâng cấp lên mạng WAN WiMAX sử dụng chuẩn kết nối 802.16 có

nhiều đặc điểm nổi trội hơn về tốc độ, phạm vi phủ sóng so với chuẩn kết nối

không dây hiện nay là 802.11 Không giống như chuẩn 802.11 chỉ có thể phủ

Trang 13

sóng trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể phủ sóng một vùng rộng tới 50 km với tốc độ lên đến 70Mbps WIMAX cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố

định theo hai phương pháp điểm - điểm (Point to Point ) hoặc điểm - đa điểm

(Point to multipoint)

Chuẩn IEEE 802.16, một mang vùng đô thị không dây cung cấp sự truy nhập mạng cho các tòa nhà thơng qua anten ngồi trời có thể truyền thơng với các trạm phát sóng cơ sở (BS) Do hệ thống khơng dây có khả năng hướng vào những vùng địa lý rộng, hoang vắng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém như trong việc triển khai các kết nối cáp nên công nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong việc triển khai và như vậy dẫn đến sự truy cập băng rộng tăng lên ở khắp mọi nơi Một ăng ten WiMAX có hiệu quả đầu tư cao hơn khi cung cấp băng thông rộng tới các hộ gia đình trong bán kính lên tới 50 km, loại bỏ hoàn toàn các chỉ phí liên quan tới việc triển khai các hệ thống dây kết nối Với công nghệ được mở rộng, nó là

chuẩn được phát triển để hỗ trợ những người dùng luôn cần sự di chuyển

Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế dé mở ra một tập các giao diện không

gian (air interfaces) dua trên một giao thức MÁC thông thường nhưng với các đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong

băng tần 10 - 66 GHz Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ

Trang 14

Non Line of Sight

Point to Multi-point Point to Point BACKHAUL E1/T1+ LEVEL SERVICE ENTERPRISE OUTDOOR 802.11 Telco Core Network or Private (Fiber) Natwork — 9 = Ụ oT } = = = 30-40 Km

Hình1 4: Mơ hinh mang WiMAX

1.3.1.Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu:

Ban dau chudn IEEE 16 chi có một sự đặc tả lớp MAC Sau một loạt những

nghiên cứu đã đưa thêm vào nhiều sự khác biệt về những đặc tả lớp vật lý (PHY)

như những sự chỉ định trải phổ mới, cả cấp phép và không cấp phép, đã trở nên có

giá trị Dưới đây trình bày bản tóm tắt ngắn gọn về những sự mở rộng khác nhau và các dải tần của họ chuẩn IEEE 802.16

1.3.1.1 IEEE 802.16 - 200]

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 cé dinh (Fixed Fixed

Wireless Access) theo mơ 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 (ai Interfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớp

vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn

Trang 15

này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 10 - 66 GHz Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ cả hai

phương pháp song công phân chia theo thoi gian TDD (Time Division Duplexing) hay phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing)

Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảm sóng mang cé co ché tranh xung d6t (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA) dé 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 hồn

tồn khác để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng Trong thời gian 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 đường xuống Bằng việc lập lịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ Thuê bao chỉ cần nghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trong phạm v1 phủ sóng của BS đó

Ngồi ra, thuật tốn lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số thuê bao tăng lên quá nhiều

Trạm thuê bao (Subscriber Stations - SS) có thể thương lượng về độ rộng dải tần được cấp phát trong một burstto - burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhập

mềm dẻo Các phương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM và 64-QAM Chúng có thể thay đổi từ khung (frame) này tới khung khác, hay từ

SS này tới SS khác tuỳ thuộc vào tình trạng của kết nối Khả năng thay đổi

phương pháp điều chế và phương pháp sửa lỗi không lần ngược FEC (forward

error correction) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích ứng

nhanh chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa Các tham số truyền dẫn

ban đầu được thoả thuận thông qua một quá trình tương tác gọi là Initial Ranging Trong quá trình này thì năng lượng, phương pháp điều chế và timing feedback được cung cấp bởi BS được kiểm soát và quản lý theo điều kiện hiện thời của kết nối

Phương pháp song công của kênh đường lên và đường xuống được sử dụng hoàn toàn theo một trong hai phương pháp TDD (time division duplexing) hoặc FDD (frequency division duplexing)

Trang 16

có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống lớp vật lý Khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa theo khái niệm về lưu lượng dịch vụ (service flows), nó được xác định một cách vừa đủ bởi một ID lưu lượng dịch vụ Những lưu lượng dịch vụ này được mô tả bởi các tham số QoS của chúng như thời gian trễ tối đa và lượng jitter cho phép Lưu lượng dịch vụ là đơn hướng và

nó có thể được tạo ra bởi BS hoặc SS

Đóng vai trị cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớp con riêng biệt (privacy sublayer) Mục đích chính của lớp con riêng biệt là cung cấp sự bảo mật trên các kết nối không dây của mạng Nó được thực hiện thông qua việc mật mã hoá dữ liệu gửi giữa BS và SS Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, SS có

thể được nhận thực qua chứng chỉ số X.509 Chứng chỉ này bao gồm khố cơng

khai của SS va dia chi MAC 1.3.1.2 IEEE 802 16a-2003

Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khả năng truy

cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2-11 GHz với

khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểm điểm và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm đa điểm Tốc độ truy nhập có thể đạt tới 70 Mbps Trong khi, với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16 phải yêu cầu

tầm nhìn thẳng thì với dải tần 2-1 1Ghz chuẩn 802.16a cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trên

đường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽ giúp ngành viễn thơng có các

giải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thời gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà cơng nghệ thuê bao số hay mạng cáp không tiếp cận được

IEEE 802.16a bao gồm cả đặc tả lớp PHY và cải tiến lớp MAC cho khả năng

truyền dẫn đa đường và giảm tối đa nhiễu Các đặc tính được thêm vào cho phép

sử dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dãy anten thích ứng Phương

pháp dồn kênh phân chia theo tân số tric giao OFDM (Orthogonal Frequency

Division Multplexing OEFDM) cung cấp thêm một sự lựa chọn cho phương pháp

điều chế đơn sóng mang Để cung cấp một kỹ thuật giảm thiểu can nhiễu trong

các mạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũng định nghĩa thêm phương pháp

Trang 17

điều chế đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - OFDMA- Modulation) trong pham vi dai tần 2 - 11 GHz

Vấn đề bảo mạt cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con riêng biệt

được đưa thêm vào Các đặc tính riêng biệt được sử dụng để nhận thực tác nhân

gửi (sender) của một thông điệp MAC nao do

IEEE 802.lóa cũng đưa thêm các tuỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ở những nơi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ SS tới SS Đây là sự thay đổi từ chế độ PMP, 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 lịch truyền dẫn giữa các SS của mạng Mesh mà khơng cần phải có sự kiểm soát của BS

1.3.1.3 JEEE 802.16c-2002

Chuan IEEE 802.16c duoc dua ra vao thang 9/2002 Bản cập nhật đã sửa một số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào mot sé profiles

hệ thống chi tiết cho đẩi tân 10 - 66 GHz

1.3.1.4 IEEE 802.16-2004

Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/07/2004 và

được công bố rộng rãi vào tháng 9/2004 IEEE 802.16 - 2004 thường được gọi

với tên 802.16-REVd Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp các chuẩn 802.16-2001, 802.16a, 802.1óc Chuẩn mới này đã được phát triển thành một tập các đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng đủ toàn diện để phân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE 802.16 ban đầu Đây là phiên bản của chuẩn sẽ được áp dụng cho giấy chứng nhận chuẩn WiMAX (WiMAX

certification)

1.3.1.5.JEEE 802.16e

Chuẩn mở rộng IEEE 802.16e có thể hỗ trợ cho các trạm thuê bao tính năng

Trang 18

truyền

Bảng 2- So sánh các chuẩn IEEE 802.16

Chuẩn 802.16 802.16a/REVd 802 16e

Dải tần số 10-66GHz <11GHz <6GHz

Môi

Non Light truong Line of Sight Non Light of Sight

- of Sight

truyén

Up to 15 Tốc độ 32-144Mbps Up to 75 Mbps

Mbps

- OFDM 256 sub-carrier, Tuong tu

Diéu ché QPSK QPSK, 16QAM,64QAM 802.16a Có thể cho Mức di Cố định Cố định tốc độ di động , , chuyền thấp Băng Tương tự 20,25,28MHz Dai kénh 1.25-20 MHz thong kénh 802.16a

5 tới 10km; tối đa 50 km

Bán kính -

i 1.7-5km tùy thuộc vào điều kiện 1.7-5km

ce

Phiên bản đầu tiên 802.16a có triển vọng được sử dụng trong các kết nối khơng dây cố định thì các phiên bản kế tiếp 802.16 e,f,g cung cấp kết nối cho các thiết bị di động - máy tính xách tay và điện thoại di động Người ta cho rằng công nghệ này sẽ cạnh tranh với xDSL, cáp và UMTS (Ủniversal Mobile

Telecommunications Systems) hoặc các chuẩn điện thoại di động thế hệ thứ ba

Trang 19

1.3.2.Lợi ích của WIMAX

Độ rủi ro của giá và vốn đầu tư nhỏ

Một điểm quyết định đó là chuẩn cơ sở đưa trên sự cải tiến OpEx, bởi sự phát

sinh đổi mới ở tất cả các lớp, vấn đề quản lý mạng, antenna và một số thứ khác nữa

Thông lượng cao ở vùng phú sóng xa hon(> 50 Km) Số bit/s/Hz lớn hơn ở vùng phủ sóng xa hơn

Cơng suất của hệ thống có thể tăng cao

Đơn giản khi tăng thêm một sector mới, cùng với sự mềm dẻo của các kênh làm cho khả năng chứa đựng của một cell có thể tăng lên là lớn nhất, vì vậy nó cho phép mạng hoạt động tốt hơn hay cũng giống như đồng thời làm tăng lượng khách hàng

Sự mềm dẻo về băng thông của các kênh tạo cho sự trải phổ được phân chia cho tất cả các dải phổ được phép và không được phép

Chất lượng của sự phục vụ

Giao thức MAC đã tạo ra hiệu quả từ một tới hàng trăm thuê bao Mật độ bao phủ

Kỹ thuật tiên tiến ( mesh, beam-forming, MIMO ) đã cải tiến công suất của

đường truyền không cần ở trong tâm nhìn thẳng

Sự phát triển các hệ thống mạnh hơn cho phép có thể vượt qua chướng ngại

vật tốt hơn ở khoảng cách xa hơn

Chức năng TDMA (Grant/Request) MAC đã giảm được vấn đề hỏng hóc của thiết bị cung cấp giống như thoại và video

Cho phép sự khác nhau về mức phục vụ cùng với băng thông yêu cầu được chỉ định : ví dụ như T1/E1 cho các nhà kinh doanh , hiệu ứng tốt hơn ở những

Trang 20

Đồ án tốt nghiệp Mạng WiMAX& WiFi

e Gitip dé su cho phép những đặm cuối cùng của dải băng tần rộng triển khai công nghệ không dây trong khi vẫn giữ sự bổ sung của cong nghé WiFi

e_ Các nhà cung cấp đã sử dụng các thiết bị của chuẩn 802.16 dé đảm bảo tốc

độ của luồng T1/E1 hoặc mạng tốc độ cao kết nối tới các điểm truy cập WIFi của họ

e Ngoài ra các nhà cung cấp đã sẵn sàng thực hiện những yêu cầu về tốc độ, độ rộng băng thông cao cho những khả năng có thể xảy ra đối với những nhà thương nghiệp hoặc những nhà kinh doanh luôn di chuyển, cũng như xây

dựng những điểm mà sự kết nối chỉ là thỉnh thoảng 1.4 So sanh cong nghé WiFi — WiMAX

* Về tính mở rộng:

802.11 802.16a

- Kênh trong giải tần số 20 MHz

- Thiết kế cho 10s MAC

- Kênh có thể chọn từ 1.5-20MHz - Thiết kế cho 1000s MAC

* So sánh về khả năng hoạt động: 802.11 802.16a - Kênh tần số 20 MHz

- Tốc độ dữ liệu tối đa 54 Mbps

- Kênh tần số đa dạng từ 1.5-20MHz

- Tốc độ dữ liệu tối đa 63 Mbps

* Tam bao phủ: 802.11 802.16a

- Tối wu cho NLOS trong nha - Tối ưu cho NLOS ngoài trời - Chưa hỗ trợ MESH - Hỗ trợ MESH và kỹ thuật Anten

tiên tiến

Trang 21

* So sánh về chất lượng dịch vụ: 802.11 802.16a

Dia chi MAC phan quyén Dia chi MAC cap phat

Không hỗ trợ độ trễ cho hình ảnh, âm

thanh

Hỗ trợ tiềm năng cho hình ảnh, âm

thanh

Không phân chia nhiều mức dịch vụ

khác nhau cho người sử dụng

Phân chia nhiều mức dịch vụ khác nhau cho người sử dụng

Kỹ thuật điều chế TDD không đối

xứng

Kỹ thuật điều chế TDD, FDD, HFDD đối xứng và không đối xứng

Chất lượng dịch vụ theo mức ưu tiên Chất lượng dịch vụ theo mức tập

trung * Bảo mật 802.11 802.16a

Sử dụng chuẩn WEP RSA (1024 bits) Sử dụng Tripple DES (128bits) và

* Tam hoat dong:

802.11 802.16a

- Hoạt động trong vịng 100m

- Khơng có hỗ trợ cho khoảng cách xa, gần

- Thiết kế cho môi trường multipath trong nhà

- Lớp vật lý và lớp MAC thiết kế cho

khoảng cách gần

- Hoạt động trong vòng 40 km - Thiết kế cho người sử dụng ở khoảng cách xa

- Thiết kế cho môi trường multipath ngoài trời

- Lớp vật lý và lớp MAC thiết kế cho

khoảng cách gần (Còn 802.16 thi

được thiết kế cho khoảng cách xa)

Trang 22

Chương 2: Lớp PHY và MAC của chuẩn IEEE 802.16 a

Chuan IEEE 802.16a được xây dung dưới dạng thức ngăn xếp với nhiều giao điện được định nghĩa Lớp MAC bao gồm ba lớp con: Lớp con hội tụ chuyên biệt dich vu (Service Specific Convergence Sublayer), lớp con MAC phần chung (MAC Common Part Sublayer) và lớp con bảo mật (Privacy Sublayer) Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (Transmission Convergence Sublayer) VỊ trí tương đối của các lớp con MAC và lớp PHY được trình bày trong hình 2.1

Lớp cao

hơn

Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ (Service Specific Convergence Sublayer)

P LépconMAC phanchung sd

MAC

(MAC Common Part Sublayer)

Lớp con bảo mật (Privacy Sublayer)

Lớp con hội tụ truyền TC (Transmission

Convergence Sublayer)

PHY

QAM QAM

Hình 2.1: Vị trí tương đối của các lớp MAC và PHY 2.1 Lớp vật lý PHY

Trong những công bố đầu tiên của chuẩn IEEE 802.16 chỉ ra rằng nó hoạt

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 IEEE 802.1óa, thiết kế

Trang 23

cho các hệ thống hoạt động ở dải tân từ 2GHz đến 11GHz ý nghĩa quan trong

của sự khác nhau giữa hai băng tần trên đó là khả năng hỗ trợ trong tầm nhìn

khơng thắng NLOS và ở tân số thấp khi mà các thiết bị không 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:

e 256 pointFFTOFDM

e 2048 point FFT OFDMA

Sau một số lần kiểm tra, cudi cing t6 chitc WiMAX da chap nhan su hé tr¢

của phương pháp điều chế 256 poiïnt FFT OFDM, cùng với sự phát triển của các công nghệ khác dựa vào sự quyết định của thị trường Thay vì lựa chọn CDMA tổ chức IEEE đã lưa chọn dạng tín hiệu OFDM vì nó có khả năng hỗ trợ sự thực thi trong tầm nhìn khơng thẳng, trong khi vẫn duy trì được mức hiệu suất cao nhất

của quang phổ khi sử dụng dải phổ có sẵn Trong công nghệ CDMA (thường

được áp dụng trong điện thoại di động thế hệ 2G - 3G) băng thông RE cần phải

lớn hơn nhiều so với lưu lượng dữ liệu, để có thể đáp ứng được cho bộ xử lý

chống lại nhiễu Tuy nhiên thực tế thì băng thông không dây không thể đạt tới L1GHz và cũng từ thực nghiệm cho thấy tốc độ dữ liệu có thể đạt tới 70Mbps khi mà băng thông RE khoảng chừng 200MHz được cung cấp cho bộ xử lý và được

thực hiện không cần trong tầm nhìn thẳng

IEEE 802.1óa có kiến trúc điểm - đa điểm, nên về cơ bản BS truyền một tín

hiệu TDM với những trạm thuê bao riêng lẻ được định vị những khe thời gian theo chu kỳ Sự truy nhập theo hướng đường lên cho bởi TDMA Và với thiết kế burst được chọn cho phép cả TDD (Time Division Duplexing- tại đó đường lên và đường xuống dùng chung một kênh nhưng không truyền cùng một lúc) và FDD (Frequency Division Duplexing - tại đó đường lên và đường xuống dùng trong những kênh riêng biệt) được xử lý một cách tương tự Việc lựa chọn TDD

hay FDD hỗ trợ những burst thích hợp trong đó việc điều chế và mã hóa có thể

được gán động trên từng burst một với mỗi trạm thuê bao CPE (Customer

Trang 24

FEC (forward error correction) cé kha nang thay đổi kích thước block va kha năng sửa lỗi FEC này được liên kết với một mã nhân chập khối bên trong dé

truyền đữ liệu tới hạn một cách thông suốt, như các truy nhập điều khiển khung

và truy nhập khởi đầu

Hệ thống sử sụng một khung 0.5, 1 hoặc 2 ms Khung này được chia ra thành những khe vật lý cho mục đích cấp phát và nhận biết dải thông thuộc các chuyển tiếp PHY Một khe vật lý được định nghĩa cho 4 ký hiệu QAM (quadrature amplitude modulation)

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

Xét khung con của đường xuống: Nó bắt đầu với một đoạn điều khiển khung có chứa DL - MAP cho khung đường xuống hiện hành cũng như ỦL - MAP cho thời gian định rõ trong tương lai Nó có chứa một “TDM- portion” ngay

tiếp theo đoạn điều khiển khung Dữ liệu đường xuống được truyền tới mỗi CPE

khi sử dụng một burst-profile thỏa thuận Sau đoạn TDM là đoạn TDMA có chứa một đoạn mở đầu (preamble) phụ tại điểm xuất phát của mỗi burst-profle mới Như vậy nó cho phép sự hỗ trợ tốt hơn với các CPE bán song công do các CPE này có thể mất sự đồng bộ hóa với đường xuống và TDMA - preamble cho phép chúng lấy lại sự đồng bộ hóa đó

Trang 25

TDM portion 2 -Q | Broadcast

ao

2 2 2 8

< | TDMA | 2 | TDMA | € | TOMA Low! £ |TDMA

oO DIUC d o | DIUCe 8 DIUC f @ |DIUCg

2 2 Em _=

Oo oO oa ao

Các điêm khởi đầu “burst”? 2

a

E i 4 TDM : Time Division Multiplex

Ss DL-MAP [UL-MAP DIUC : Downlink Interval Usage Code

oo Preamble : Doan dau khung

Hình 2.2: Khung con đường xuống

Trang 26

Khoang trong

chuyển tiếp SS Khoảng trống chuyển tiếp 1x/Rx (1DD)

Truy nhap burst

“re - ine Cáp mene Khoang dit Khoang dit

CAN an ligu SSI liệu SSN

TUC-j UIU-j

(UIUC-2) | (UIUC- I) (UIUC) ( Ụ

Yeu êu cầu cf Yéu cầu >

'Iruy nhập burst dai thong dai thong

Xung dot

Hình 2.3: Khung con đường lên

Một số nét đặc trưng khác của lớp vật lý ở chuẩn IEEE 802.16a ma do phương pháp điều chế đó mang lại đó là công suất phát lớn trong một vùng rộng, độ rộng các kênh có tính mềm dẻo, một mặt thích ứng về tốc độ, tự hiệu chỉnh lỗi, phụ thuộc vào các hệ thống anten cao cấp để cải thiện vùng phủ sóng và dung lượng hệ thống, phương pháp lựa chọn tân số DFS sẽ làm cho nhiễu giảm tới mức nhỏ nhất có thể, phương pháp mã hóa theo các khoảng thời gian tăng cường sự thực hiện trong môi trường pha đinh và vượt qua được tính đa dạng về khơng gian

Nói tóm lại với các nét đặc trưng của lớp vật lý nó sẽ có một số lợi ích như

Sau;

Trang 27

e 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 trường LOS ở vùng Outdoor và NLOS

e 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 RF trong khi vẫn đảm bảo số bít / giây cho mỗi một khối các thuê bao là lớn nhất

e Với việc hỗ trợ truy nhập TDD và FDD, thì việc thay đổi địa chỉ trên toàn

diện rộng được quy định ở một nơi nào đó hoặc tất cả những nơi cho phép

e Với độ mềm dẻo về kích thước của kênh, nó cung cấp tính mềm dẻo cần

thiết cho sự hoạt động ở một số băng tần khác nhau với sự thay đổi kênh theo nhu cầu trên toàn thế giới

e - Với sự hỗ trợ của hệ thống anten smart, sẽ làm tăng khả năng triệt nhiễu

như vậy hệ thống sẽ lớn lên và giá thành sẽ giảm xuống

Trong các hệ thống, sau đoạn TDM là một đoạn TDMA có chứa một đoạn mở dầu (preamble) phụ tại điểm xuất phát của mỗi burst-profile mới Đặc tính này cho phép hỗ trợ tốt hơn các CPE bán song công Trong một hệ thống FDD

được hoạch định hiệu quả với nhiều CPE bán song cơng, một số có thể truyền

sớm hơn trong khung hơn là chúng nhận Vì bản chất bán song công, các CPE này mất sự đồng bộ hóa với đường xuống TDMA-preamble cho phép chúng lấy lại sự đồng bộ hóa đó

Một khung con đường lên điển hình cho PHY 2-11 GHz được mô tả không giống như đường xuống, UL-MAP cấp giải thông cho các CPE cụ thể Các CPE truyền trong vùng cấp phát được ấn định có sử dụng burst-profile chỉ rõ bởi UIÙC (Uplink Interval Usage Code) trong muc vao (entry) UL-MAP c4p dai théng cho chúng Khung con đường lên có thể cũng chứa những định vị trên cơ sở cạnh tranh cho truy nhập hệ thống lúc ban dau va "broadcast" hay "multicast" cdc yéu cầu dải thông Những cơ hội truy cập cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu được 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

Trang 28

2.2 Lớp MAC trong chuẩn IEEE 802.16a

Giao thức MAC TEEE 802.16a được thiết kế cho những ứng dụng truy nhập

không dây băng rộng “điểm - đa điểm” Nó hướng vào nhu cầu những tốc 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 thơng phải thích ứng hàng trăm thiết bị đầu cuối cho

mỗi kênh, với những thiết bị đầu cuối dùng chung cho nhiều người dùng cuối Những dịch vụ được yêu cầu bởi những người dùng cuối này vẫn thay đổi như

vốn có và bao gồm tiếng và dữ liệu TDM (time-division multiplex) kế thừa, kết

nối IP (Internet Protocol) và VoIP (voice over IP) gói hóa Để hỗ trợ sự đa dạng

các dịch vụ, MAC 802.1óa phải điều tiết cả hai lưu lượng liên tục (continuous) va không liên tục (bursty) Đồng thời, những dịch vụ này đang chờ để được gần chất lượng dịch vụ (QoS) thích hợp với những kiểu lưu lượng như vậy MAC 802.16a cung cấp một phạm vi rộng các kiểu dịch vụ tương tự như những dịch vụ ATM truyền thống cũng như những dịch vụ mới hơn như GFR (guaranteed frame rate)

Giao thức MAC 802.16a cũng phải hỗ trợ một sự đa dạng các nhu cầu gửi trả về, bao gồm giao thức ATM và giao thức dựa theo gói (packet-based) Thơng 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 Cơ chế "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 vận chuyển dữ liệu, MAC bao gồm một lớp con bảo mật cung cấp sự chứng thực truy cập mạng

và thiết lập kết nối để ngăn ngừa hành vi "trộm" dịch vụ và cung cấp 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 diện với những lớp cao hơn, phía trên lớp con phần chung (common part) MAC nòng cốt thực hiện những chức năng MAC chủ yếu Bên dưới lớp con phần chung là lớp con bảo mật (privacy sublayer)

Trang 29

2.2.1 Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ

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

tổng thể để ánh xạ các dịch vụ đến và từ những kết nối MAC 802.16a Lớp con

quy tụ ATM được định nghĩa cho những dịch vụ ATM và lớp con quy tụ gói được

định nghĩa để ánh xạ các dịch vụ gói nhu IPv4, IPv6, Ethernet va VLAN (virtual

local area network) Nhiệm vụ chủ yếu của lớp con là phân loai cac SDU (service data unit) theo két n6i MAC thich hop, bao toan hay cho 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 hơn như chặn và xây dựng lại đầu mục

tải tối đa (payload header) dé nang cao hiệu suất kết nối không gian (airlink)

2.2.2 Lớp con phần chung (conunon part sublayer)

Nhìn chung về kiến trúc tổng thể MAC 802.16a được thiết kế để hỗ trợ kiến trúc “điểm - đa điểm” với một BS trung tâm điều khiến nhiều khu vực độc lập đồng thời Trên đường xuống, dữ liệu đến các CPE được dồn kênh theo kiểu

TDM Đường lên được dùng chung giữa các CPE theo kiểu TDMA

MAC 802.16 theo kiéu hướng kết nối (connection-oriented) Tất cả những dịch vụ bao gồm những dịch vụ không kết nối (connectionless) cố hữu, được ánh xạ tới một kết nối Điều đó cung cấp một cơ chế cho yêu cầu dải thông, việc kết hop 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 16-bit (16-bit connection identifier) và có thể yêu cầu liên tiếp dải thông được cấp phát hay dải

thông theo yêu cầu

Trang 30

nhiều hơn như những gì được sử dụng 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 các

chuẩn như DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), TFTP (Trivial File

Transfer Protocol) va SNMP (Simple Network Management Protocol) Ngoai những kết nối quản lý này, các CPE được cấp phát các kết nối vận chuyển (transport connection) cho các dịch vụ đã ký hợp đồng Những kết nối vận chuyển theo một hướng duy nhất đơn giản hoá các tham số QoS đường lên va đường xuống khác nhau và các tham số lưu lượng Ngồi ra MAC cịn 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)

2.2.2.1 Việc truyền các MAC-PDU

Lớp MAC của IEEE 802.16 MAC hỗ trợ các giao thức lớp cao hơn khác 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 hay nhiều kết nối với sự đồng ý của giao thức MAC Sau khi vượt qua kết nối không gian (airlink), các MAC-PDU được cấu trúc trở về các MAC-SDU gốc, như vậy những sửa đổi khuôn dạng được thực hiện bởi giao thức lớp MAC thể hiện tính “trong suốt” đối

với thực thể nhận

TEEE 802.16 tận dụng lợi thế của sự hợp nhất các q trình đóng gói và phân mảnh với quá trình định vị dải thơng để tối ưu hóa tính linh hoạt và hiệu suất cho cả hai Phân mảnh (fragmentation) là một quá trình trong đó một MAC-SDU được chia cắt ra làm một hay nhiều đoạn MAC-SDU Đóng gói (packing) là một q trình trong đó nhiều MAC-SDU được hợp nhất lại vào một "payload" MAC- PDU Cả hai q trình có thể được bắt đầu bởi một BS cho một kết nối đường xuống hoặc một CPE cho một kết nối đường lên IEEE 802.16 cho phép phân

mảnh và đóng gói đồng thời để có thể sử dụng dải thông một cách hiệu quả 2.2.2.2 Hỗ trợ PHY và cấu trúc khung

MAC TEEE 302.16 hỗ trợ cả TDD lẫn FDD Trong FDD, các đường xuống

"continuous" (liên tục) và "burst" (không liên tục) đều được hỗ trợ Các đường

Trang 31

xuống “continuous” có tính đến các kỹ thuật nâng cao hiệu suat nhu “interleaving” (chèn) Các đường xuống “burst” (hoặc FDD hoặc TDD) cho phép sử dụng nhiều kỹ thuật nâng cao khả năng và dung lượng hơn như burst-profiling thích ứng mức thuê bao và các hệ thống ăngten cải tiến

MAC xây dựng khung con (subframe) của đường xuống bắt đầu với một 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 dài tối

thiểu là hai block FEC Sự chuyển tiếp PHY đầu tiên được biểu thị trong block

FEC đầu tiên, cho phép thời gian xử lý thích ứng Trong cả hai hệ thống TDD và FDD, UL-MAP cung cấp các định vị bắt đầu không muộn hơn khung đường xuống tiếp theo Tuy vậy, UL-MAP có thể định vị sự khởi đâu khung hiện thời,

miễn là những thời gian xử lý và những độ trễ toàn phần (round-trip delay) phải

được giám sát

2.2.2.3 Radio Link Control (Diéu khiển Kết nối Radio, RLC)

Công nghệ được cải tiến của PHY 802.16 đòi hỏi RLC nâng cao, đặc biệt 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 năng RLC truyền thống

Uplink Scheduling Services (các dịch vụ lập lịch đường lên) - Mỗi kết nối theo hướng đường lên được ánh xạ đến một scheduling-service Mỗi scheduling- 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 và giao 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 được thỏa thuận tại thời gian cài đặt kết nối

Dịch vụ cấp phát tự nguyện UGS (unsolicited grant service) được biến đổi để

mang lại các dịch vụ tạo ra những đơn vị cố định dữ liệu theo chu kỳ Khi được

Trang 32

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 phục trạng thái hàng đợi trung bình Những kết nối được cấu hình với UGS thi không được phép sử dụng những cơ hội

truy nhập ngẫu nhiên cho các yêu cầu

2.2.2.4 Những yêu cầu dải thông và cấp phát

MAC IEEE 802.16 điều tiết hai lớp của CPE, được phân biệt thông qua khả

năng chấp nhận cấp phát dải thông của chúng cho một kết nối hoặc cho CPE toàn vẹn Cả hai lớp đải thông CPE yêu cầu dải thông cho mỗi kết nối để cho phép giải thuật “BS uplink scheduling” (lập lịch đường lên BS) để cân nhắc một cách đúng dan QoS khi định vị dải thông Với sự cấp phát cho mỗi lớp kết nối (grant per connection, GPC) của CPE, dải thông được cấp phát cho một kết nối và CPE chỉ sử dụng cấp phát này cho kết nối đó RUC và các giao thức quan lý khác sử dụng dải thông được cấp phát cho những kết nối quản lý này

Với lớp cấp phát cho mỗi CPE (grant per CPE, GPCPE), các CPE được cấp các dải thông được tập hợp lại vào trong một cấp phát đơn cho bản thân CPE đó GPCPE-CPE cần thông minh hơn trong việc xử lý chất lượng dịch vụ của nó Nó

sẽ sử dụng đặc trưng dải thông cho kết nối đã yêu cầu nó, nhưng khơng cần thiết

Ví dụ, nếu tình hình QoS tại CPE đã thay đổi từ yêu cầu cuối cùng, CPE có tuỳ chon để gửi đữ liệu QoS cao hơn cùng với một yêu cầu thay thế dải thông này bi "trộm" từ một kết nối QoS thấp hơn CPE cũng có thể sử dụng một vài dải thông

để đáp ứng nhanh chóng sao cho có thể thay đổi những điều kiện môi trường do việc gửi, ví dụ một thơng điệp DBPC-REQ chẳng hạn

Để bỏ qua chu trình kiểm tra tuần tự thông thường, bất kỳ CPE nào với một

kết nối có chạy UGS có thể sử dụng poll-me bit trong đầu mục con quản lý cấp

phát để cho BS biết nó cần được kiểm tra tuần tự những nhu cầu dải thông trên một kết nối khác BS chỉ có thể chọn để cất giữ dải thông qua việc kiểm tra tuần

tự các CPE đã tự nguyện cấp phát các dịch vụ chỉ khi chúng đã đặt poll-me bit

Trang 33

2.2.2.5 Su thu nhân kênh (Channel Acquisition)

Giao thức MAC bao gồm một thủ tục khởi tao được thiết kế để loại trừ nhu

cầu cấu hình thủ công Vào lúc cài đặt, một CPE bắt đầu quét danh sách tần số của nó để tìm ra một kênh hoạt động Nó có thể được chương trình hố để đăng

ký với một BS xác định, tham chiếu đến một broadcast ID BS (có khả năng

chương trình hố) Đặc tính này giúp ích cho việc triển khai nơi mà CPE có thể

"nghe" (nhận biết) một BS thứ cấp do sự giảm âm có chọn lọc hoặc khi CPE bắt được một “sidelobe” của một ăngten BS gần ngay cạnh

Sau khi quyết định trên kênh nào, CPE cố gắng thử đồng bộ hoá sự truyền đường xuống do phát hiện ra các đoạn đầu khung theo chu kỳ (periodic frame preambles) Một khi lớp vật lý được đồng bộ hoá, CPE sẽ tìm kiếm những thông báo UDC và DCD quảng bá định kỳ cho phép CPE nhận biết sự điều chế và các kế hoạch FEC sử dụng trên sóng mang

2.2.2.6.Chứng thực và đăng ký CPE

Mỗi CPE có chứa một giấy chứng nhận số X.509 được cài đặt từ nhà máy và giấy chứng nhận của nhà sản xuất Các giấy chứng nhận này thiết lập một liên kết giữa địa chỉ MAC 48-bit của CPE và khoá RSA dùng chung, được gửi cho BS từ CPE trong những thông báo yêu cầu cấp phép và thông tin chứng thực Mạng có khả năng xác minh khả năng giống nhau của CPE bởi việc kiểm tra các giấy chứng nhận và sau đó kiểm tra mức cho phép của CPE Nếu CPE được cấp phép để tham gia mạng, BS sẽ đáp lại yêu cầu của nó với một Authorization Reply (trả

lời cấp phép) có chứa một khoá AK (Authorization Key) được mã hố với khóa

dùng chung của CPE và được dùng để bảo vệ những giao địch sau này

Trong lúc cấp phép thành công, CPE sẽ đăng ký với mạng Điều đó sẽ thiết 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 trinh hoạt động MAC Phiên bản IP được sử dụng với kết nối quản lý thứ cấp cũng được xác định trong thời gian đăng ký

2.2.2.7 Kết nối IP

Trang 34

cấp dia chi ca server TFTP (Trivial File Transfer Protocol), tir d6 CPE có thể yêu cầu một file cấu hình File này cung cấp một giao diện chuẩn đưa ra thơng tin cấu hình đặc trưng của nhà cung cấp

2.2.2.8 Cài đặt kết nối

Nhìn tổng thể, việc cài đặt các luồng dịch vụ trong IEEE 802.16 được khởi

tạo bởi BS trong thời gian khởi tạo CPE Tuy vậy, các luồng dịch vụ có thể cũng được thiết lập động bởi BS hoặc CPE Điển hình CPE chỉ khởi tạo các luồng 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 “three-way handshaking" (bắt tay ba bước) mà tại đó yêu cầu thiết lập luồng dịch vụ được đáp ứng và sự đáp lại đó được xác nhận

2.2.2.9 Security Associations (những liên kết bảo mát)

Giao thức bảo mật của IEEE 802.16 dựa trên cơ sở giao thức PKM (Privacy Key Management), PKM được xây dựng xung quanh khái niệm các SA (securIty aCPEociations) SA là một tập các phương pháp mật mã và các nguyên liệu mã

khoá kết hợp Điều đó có nghĩa là nó có chứa thơng tin về những thuật toán nào

được áp dụng, khoá nào được dùng Mỗi CPE thiết lập tối thiểu một SA trong thời gian khởi tạo Mỗi kết nối, với ngoại lệ các kết nối quản lý cơ sở và sơ cấp, được ánh xạ tới một SA hoặc tại thời gian cài đặt kết nối hoặc trong quá trình hoạt động

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

tảng cho việc phát triển và triển khai các mạng vùng đô thị dựa trên các chuẩn

cung cấp truy nhập không dây băng thông rộng trong nhiều môi trường điều tiết Chuẩn này nhằm mục đích tính đến nhiều nhà cung cấp sản xuất ra các thiết bị có thể hoạt động cùng nhau Tuy vậy, nó cũng chú tâm đến sự khác nhau 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 Tuy nhiên, các thuật toán lập lịch xác

định hiệu suất toàn bộ sẽ khác nhau đối với những nhà cung cấp khác nhau và có thể tối ưu hố những mơ hình lưu lượng cụ thể Theo cách đó, đặc tính burst-

profile thích ứng cho phép điều khiển để tối ưu hoá hiệu suất của vận chuyển

PHY Những nhà cung cấp có tính đổi mới sẽ giới thiệu những kế hoạch thực

Trang 35

hiện thông minh dé tang khả năng cơ hội này trong khi bảo lưu tính hoạt động cùng nhau với các trạm thuê bao tương hợp

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

2.2.3 Lớp con bảo mát

Mục đích chính của lớp con bảo mật là ngăn chặn sự nghe lén dữ liệu của người dùng khi truyền trên kênh dần không dây Tất cả lưu lượng dữ liệu giữa BS và SS được mã hố, chỉ trừ thơng tin quản lý MAC Tuy nhiên, trọng tâm của lớp con riêng biệt là bảo vệ các nhà cung cấp dịch vụ chống lại hành vi trộm dịch vụ, và tất nhiên là bảo vệ cả người dùng dịch vụ Mã hoá dữ liệu người dùng là phương pháp hiệu quả để chống lại hành vi trộm dịch vụ Một điều rất quan trọng là lớp con bảo mật chỉ bảo vệ dữ liệu ở lớp 2 của mơ hình OSTI (Open System Interconnection) Nó khơng cung cấp sự mã hoá dữ liệu người dùng từ đầu cuối đến đầu cuối như mạng riêng ảo (Virtual Private Networks) và giải pháp ở mức 7 như Š/MIME hay SSH Và nó cũng khơng cung cấp sự bảo vệ tín hiệu vật lý Kỹ thuật bảo mật lớp vật lý cũng như những lớp cao hơn đều cần được tích hợp sử

dụng đồng thời để tăng chất lượng bảo mật

Để quản lý sự trao đổi và đồng bộ hoá khoá bảo mật, lớp con bảo mật của

IEEE 802.lóa sử dụng giao thức quản lý khoá bảo mật PKM (Privacy Key Management)

Trang 36

Encryption Key) - duoc tao ra boi BS - va gửi tới SS TEK là khoá được sử dụng trên thực tế để mã hoá lưu lượng đữ liệu giữa BS và SS

Chuẩn này bảo đảm rằng một SS luôn luôn sở hữu một khoá mã hoá hợp lệ Cho cả hai mục đích nhận thực và khoá mã hoá lưu lượng dữ liệu, SS tạo ra hai khoá với thời gian tồn tại so le nhau Phương pháp trao chuyên khoá (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 khoá

Bảng 2.1: Các loại khoá bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16a

Được tạo Thời gian Thuật

Khoá Được sử dụng cho SỐ

ra boi tồn tại toán

Cặp khố

cơng Nhà sản - nhận thực SS

„ lâu dài RSA

khai / xuất - trao chuyển AK

bảo mật - tạo ra các KEK - tính toán các 1 đến 70 3 - DES, AK BS HMAC digest ngay SHA - 1

- kiểm tra các HMAC

digest nhan được - ma hoa TEK cho việc truyền dẫn (BS)

KEK BS, SS giống AK 3 - DES

- giải mã TEK để sử

dụng (SS)

mã hoá lưu lượng số 30 phút tới

TEK BS DES

lượng 7Tngày

Trang 37

2.3 Lớp con hội tụ truyền

Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (transmission

convergence) 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 (cộng thêm 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 bắt đầu với một con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục PDU MAC tiếp theo bắt đầu bên trong block FEC

Khuôn dạng PDU TC cho phép đồng bộ hóa lại PDU MAC tiếp sau trong trường hợp block FEC trước đó có những lỗi không thể phục hồi được Khơng có lớp TC, một CPE hay BS nhận sẽ mất tồn bộ phần cịn lại của một "burst" khi

Trang 38

Chương 3:Công nghệ truy nhập băng rộng cố

định

3.1 Các dai tan số trong truy nhập băng rộng không dây cố định (FBWA

- Fixed Broadband Wireless Access)

Bang 3.1 trinh bày các dải tân số có thể sử dụng trong các ứng dụng truy

nhập không dây cố định (FBWA) ở Châu Âu Trong đó có các dải tần cần phải được cấp phép và các dải tần không cần cấp phép

Bảng 3.1 Các dải tần có thể sử dụng cho hệ thống FBWA ở Châu Âu

Tên dải tan Dải tần số Độ rộng dải Loại

tan 2,4 GHz ISM 2,400 - 2,4835 GHz 83,5 MHz Không cấp phép 3,5 GHz FBWA 3,410 - 3,600 GHz 190 MHz Cấp phép 5 GHz RLAN 5,470 - 5,725 GHz 255 MHz Không cấp phép 10,5 GHz 10,150 - 10,300 2x150 MHz Cấp phép FBWA GHz 10,500 - 10.650 GHz 26 GHz FBWA 24,577 - 25,417 2x280 MHz Cap phép GHz 25,585 - 26,425 GHz

Dai tin s6 2,4 GHz ISM là dai tần dùng cho công nghiệp, khoa học và y tế (SM Industrial, Scientific and Medical), dải tần này không cần cấp phép trên

toàn thế giới Dải tần này hiện dang được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống

Trang 39

WLAN và Bluetooth, điện thoại khơng dây, lị vi sóng và nhiều thiết bị khác nữa Bất kỳ thiết bị radio nào cũng có thể sử dụng dải tần này với điều kiện là năng lượng phát xạ nhỏ hơn một giới hạn cho phép nào đó Hệ thống mạng truy nhập không dây cố định sử dụng dải tần 2,4 thường dựa trên các chuẩn WLAN

Dai tan 5 GHz radio LAN (RLAN) trén thực tế có hai băng tần số: 5,150 -

5,350 GHz và 5,470 - 5,725 GHz Các dải tần này được chỉ định dùng cho

RLAN, nó được tổ chức viễn thông thế giới ITU (International Telecommunication Union) giới hạn stt dung cho céc mang WLAN Dai tan nay

không cần cấp phép nhưng lại chỉ có thể sử dụng cho các thiết bị RLAN Thực tế

chỉ có băng tần 5,470 - 5,725 được dự định sử dụng cho các ứng dụng ngoài trời thông thường, độ rộng dải tân tối đa có thể sử dụng là 255 MHz, chúng được sử dụng nhiều hơn dải tân 2,4 GHz ISM (có độ rộng dải tần 83,5 MHz) Độ rộng dải tần lớn cho phép chúng ta sử dụng nhiều kênh hoạt động trong cùng một khu vực địa lý, làm gia tăng dung lượng tiềm năng của mạng, giảm can nhiễu, và làm cho việc thiết kế mạng dễ dang hơn nhiều Tất nhiên tần số cao thì làm cho độ dài truyền dẫn giảm, tức là bán kính phủ sóng nhỏ đi

Các dải tần 3,5GHz, 10,5Ghz, 26Ghz được khuyến cáo dùng cho mạng

FBWA ở Châu Âu Dải tân 3,5Ghz và 10,5Ghz được dự định (intended) chỉ sử

dụng cho các ứng dụng điểm - đa điểm (point-to-multipoint), trong khi đó dải tân 26Ghz được triển khai rất tốt cho các liên kết radio cố định điểm - điểm truyền thống Tất cả các băng tần này đều phải được cấp phép, và hằng năm đều phải trả tiền cho dải tần mà mình sử dụng, số tiền đó phụ thuộc vào độ rộng dải tần mình thuê, tần số thuê, khu vực địa lý phủ sóng

3.2 Topo mang FBWA

Mạng FBWA có thể chia làm 3 loại chính: Điểm - điểm (point-to-point PTP), điểm - đa điểm (point-to-multipoint PMP) và mạng lưới (mesh) Mạng điểm-điểm (PTP) chứa một hoặc nhiều liên kết điểm-điểm sử dụng anten có hướng tính cao

tại cả hai đầu cuối của mỗi liến kết Mạng PMP chứa một số các trạm phát sóng

gốc BTS, trong đó mỗi trạm kết nối tới nhiều thiết bị đầu cuối phía người dùng

Trang 40

một khu vực địa lý, ta có một sự so sánh giữa việc lắp dặt một hệ thống PMP hay

nhiều PTP Sự lựa chọn sẽ dựa trên các tiêu chí như: giá thành, mật độ thuê bao,

khả năng phát triển trong tương lai hay số lượng khách hàng tiém năng

Trong mạng lưới (Mesh), mỗi thiết bị đầu cuối hoạt động như các bộ định tuyến (router) cho các lưu lượng khác khác nhau Trạm phát sóng gốc BTS cũng cần được cung cấp kết nối tới mạng lõi Mạng Mesh cung cấp một cách để mở rộng vùng phục vụ của một mạng truy nhập không dây, khi mỗi thuê bao lại có thể coi như một trạm phát gốc phục vụ cho các thuê bao ở gần nó Tuy nhiên, tại

cùng một thời điểm dung lượng của một số liên kết có thể bị méo (strained) Thiết bị đầu cuối phía người dùng cũng phức tạp hơn, bởi vì nó cần phải có chức

năng định tuyến Hiện nay trên thị trường có rất ít thiết bị mạng Mesh-FBWA Trên thực tế mạng FBWA thường sử dụng phối hợp nhiều loại topo mạng khác nhau Ví dụ như, thường sử dụng liên kết PTP như là một đường trục cho

nhiều trạm gốc PMP Có thể kết hợp nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau trong

một mạng Ví dụ, ví dụ như để kết nối tới mạng truy nhập LAN 2,4 GHz ta có thể dùng sóng ở dải tân 3,5 GHz như là kết nối đường trục (backhaul)

Trong chuẩn IEEE 802.16, đặc tả cả hai loại topo mạng Mesh và PMP Trên thực tế, hầu hết các hệ thống trên thị trường là hệ thống PMP Một số hệ thống dựa trên topo dạng Mesh cũng được giới thiệu, tuy nhiên hệ thống PMP sẽ chiếm ưu thế vượt trội trong tương lai gần Do đó, kể từ đây chúng ta sẽ chỉ nghiên cứu

hệ thống PMP Hình 3.1 mơ tả mơ hình có thể triển khai của mot mang PMP

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	25,37 MB