b. Quá trình xây dựng MAC PDU trong 802.16
3.3.So sánh MIMO và AAS trong WiMAX
Chúng ta sẽ sử dụng các đặc điểm của hai hệ thống này và các chuẩn WiMAX để so sánh chúng theo các phương diện khác nhau như vùng phủ, dung lượng, khả năng di động và tính kinh tế.
- Vùng phủ sóng: Trong môi trường nhiều vật cản như các thành phố, tín hiệu phát lan truyền theo nhiều đường khác nhau. Với hệ thống AAS, ảnh hưởng của đa
đường làm búp sóng rộng hơn, giảm độ lợi. Ảnh hưởng này được gọi là trải phổ
góc, được thể hiện như trong hình 3.1.
Ví dụ, một hệ thống AAS sử dụng dãy 8 cột đạt độ lợi lí tưởng là 6,9dB nhưng trải phổ góc làm giảm chỉ còn 3,2dB trong môi trường thành phố và còn 4,7dB trong môi trường ngoại ô.
Hình 3. 1. Mở rộng búp sóng bởi trải phổ góc
Trái với điều này, hệ thống MIMO được thiết kế cho đa đường. Điều này cho phép nó khai thác các tín hiệu đa đường trong các phần khác nhau của ô. Với vùng tín hiệu mạnh, mỗi tín hiệu có thể truyền tải dữ liệu khác nhau tới một hoặc nhiều người dùng khác nhau, làm tăng dung lượng hệ thống. Với vùng tín hiệu yếu, ở mép ngoài của ô, cùng một dữ liệu được phát trên tất cả các tín hiệu, tạo thành tín hiệu mạnh hơn tới người dùng và tăng phạm vi phủ sóng.
Tuy nhiên AAS có thể cải tiến dải tín hiệu nhưng điều này lại bị hạn chế bởi cách làm việc của WiMAX. WiMAX hỗ trợ nhiều người sử dụng cùng lúc trong một phân đoạn, vì vậy hệ thống WiMAX phát một giao thức MAP (giao thức truy nhập môi trường) tới tất cả các người dùng trong phân đoạn đó để biết phần tín hiệu nào cho người dùng nào. Với dữ liệu được phân phát tin cậy, thiết bị phải thu chính xác MAP và bởi vậy AAS tuy có thể cải thiện dải tần nhưng lại không thể truyền dẫn tin cậy giao thức MAP trong vùng mở rộng.
Như vậy, AAS và MIMO đưa ra vùng phủ sóng như nhau.
-Dung lượng: Cả MIMO và AAS đều sử dụng nhiều anten để nâng cao dung
lượng so với hệ thống đơn anten. Theo lí thuyết, AAS tạo ra một búp sóng mạnh hơn làm tăng dung lượng chậm theo hàm logarit. Nếu 1 trạm thu phát BTS WiMAX SISO có dung lượng 25Mbps thì một hệ thống AAS 4 cột có thể tăng dung lượng này lên gần 50% là 33dB trong khi một hệ thống AAS 8 cột chỉ tăng dung lượng
đến 38 Mbps.
Trái lại, MIMO sử dụng đa đường đạt được lợi nhuận từ sự phân tập anten phát và thu. Vì vậy dung lượng tăng tuyến tính với số anten. Một trạm BTS MIMO 2 anten đạt dung lượng tăng gấp đôi so với trạm BTS SISO và BTS MIMO 4 anten lại tăng dung lượng gấp đôi nữa. Kết quảđược tóm tắt trong bảng 3.1.
Bảng 3. 1. So sánh dung lượng MIMO với các kiến trúc đa anten khác nhau [22]
Từ đó ta thấy công nghệ MIMO đưa ra nhiều tiềm năng cho các ứng dụng trong tương lai. MIMO có thể kết hợp với OFDM là một kỹ thuật nền tảng cho công nghệ 4G và là tiêu điểm cho nhiều nhà đầu tư. Tổ chức WiMAX Forum sẽ tiếp tục tiến trình nghiên cứu công nghệ MIMO bậc cao hơn để đẩy xa vùng phủ sóng cũng như dung lượng hệ thống.
-Tính di động: Một trong những ưu điểm của chuẩn IEEE 16.e so với chuẩn IEEE 16d chính là hỗ trợ tính di dộng trên các phương tiện giao thông với tốc độ lên tới 125kph.
AAS đưa ra giải pháp ước tính kênh nhanh và chính xác để tối ưu lợi nhuận. Nếu một người dùng là di động, việc ước tính kênh phải nhanh chóng vì điều kiện kênh thay đổi liên tục. Ví dụở tốc độ 30km/h và ở 3,5GHz, ước tính kênh cần thực hiện trong vài phần nghìn giây để duy trì hiệu năng tốt, trong khi chiều dài khung WiMAX đầu tiên là 5ms. Như vậy, AAS không lí tưởng với tính di động ở tốc độ
cao. Việc chuyển giao cũng gặp vấn đề vì nhiễu sẽ thay đổi nhanh và không đoán trước được việc lái búp sóng theo những hướng khác nhau. Điều này làm cho việc chuyển giao chậm hơn và ít tin cậy, kết quả là 30-40% cuộc gọi bị rớt trong suốt quá trình chuyển giao ở tốc độ cao.
Trong khi đó MIMO lại rất lí tưởng cho khả năng di động. Nó có thể thực hiện truyền tín hiệu ở tốc độ 120km/h nhưở tốc độ 3km/h, chứng minh khả năng hỗ trợ
tuyệt vời cho việc di động tốc độ cao trong hệ thống MIMO. Điều này là do hệ
thống MIMO có thể đoán trước hướng và phân chia trong khi chuyển giao. Các ô tìm kiếm có thể được sử dụng đểđưa ra các chỉ số tin cậy của kênh, loại bỏ những sự kết hợp phức tạp giữa các cell để xác định điểm chuyển giao tốt nhất. Điều này cho phép thiết bị di động đưa ra quyết định chính xác và nhanh chóng để chuyển giao tốt ở tốc độ cao. Như vậy MIMO thực hiện tốt hơn cho người di động.
- Tính kinh tế: Nhưđã trình bày ở trên vùng phủ của hai công nghệ này tương
đương nhau và số ô yêu cầu để cung cấp vùng phủđó cũng như nhau. Vì vậy giá cả
của một ô sẽ quyết định tính kinh tế của hệ thống. AAS sử dụng dàn anten gần nhau và được định cỡ cẩn thận để điều chế RF, kết quả là tăng giá cả và khối cột anten nặng. MIMO sử dụng giá anten mỏng tiết kiệm giá cả và cân nặng, đồng thời sử
dụng ít anten hơn làm giảm giá cả. Hơn nữa, dung lượng đạt được của hệ thống MIMO lại lớn hơn, điều này cho thấy hệ thống MIMO cho giá cả hiệu quả hơn. Bảng 3.2 trình bày mối liên hệ giá cả giữa hai hệ thống.
Bảng 3. 2. So sánh giá cả giữa các kiến trúc anten khác nhau [22]
Như vậy ta hệ thống MIMO đạt được nhiều ưu điểm hơn so với hệ thống AAS. Để đạt được các lợi ích này từ MIMO, các thiết bị người dùng cần được hỗ trợ MIMO. Vì vậy cho thấy tầm quan trọng của việc hỗ trợ MIMO trong WiMAX và MIMO là lựa chọn đúng cho các nhà cung cấp dịch vụ WiMAX.