2.1.9.1 Kỹ thuật đồng bộ
Bộ giải điều chế hướng xuống cung cấp một đồng hồ tham chiếu được lấy từ đồng hồ ký hiệu hướng xuống. Tham chiếu này được sử dụng bởi các trạm thuê bao đạt được sự định thời khi đồng hồ hướng xuống bị khóa để tham chiếu chính xác tới BS.
Việc đồng bộ các khe thời gian hướng lên một cách chính xác được thực hiện thông qua thủ tục chỉnh ranging được xác định ở lớp MAC đảm bảo rằng việc truyền dẫn bởi nhiều người dùng không bị giao thoa với nhau. Do đó lớp vật lý phải cung cấp sự định thời chính xác từ BS và mềm dẻo trong việc chỉnh định thời ở phía SS theo các đặc tính của bộ phát.
2.1.9.2 Kiểm soát tần số
Kiểm soát tần số là một thành phần của lớp PHY. Lỗi tần số rất khác nhau theo từng thời kỳ và nhiệt độ trong đơn vị sóng vô tuyến, đặc biệt là ở tần số cao. Để giảm độ phức tạp trong các thành phần tần số ở SS tần số sóng mang hướng
lên và hướng xuống sẽ tham chiếu lẫn nhau. Tuy nhiên việc chỉnh tần số và công suất cũng tồn tại trong quá trình ranging. Sau khi tần số ban đầu được điều chỉnh các biện pháp chỉnh lệch tần số theo chu kỳ ở phía BS sẽ được thực hiện ở lớp vật lý và gửi tới SS thông qua thông điệp lớp MAC nếu cần thiết.
2.1.9.3 Điều khiển công suất
Cùng với việc kiểm soát tần số, thuật toán điều khiển công suất cũng được hỗ trợ ở tuyến lên với cả hai khả năng là điều chỉnh ban đầu và điều chỉnh theo chu kỳ với mục tiêu không mất dữ liệu. BS có khả năng đo chính xác công suất của tín hiệu nó nhận được. Giá trị này được so sánh với mức công suất chuẩn. Nếu có lỗi, những lỗi này sẽ được gửi lại SS trong một thông điệp điều chỉnh tới từ lớp MAC. Thuật toán điều chỉnh công suất sẽ được thiết kế hỗ trợ sự suy hao công suất do khoảng cách, do sự thay đổi công suất ở mức cao nhất là 10dB/s với độ sâu thấp nhất là 40 dB. Việc thực hiện thuật toán này một cách chính xác sẽ được đưa ra bởi các nhà cung cấp cụ thể. Phạm vi điều khiển công suất tổng bao gồm cả phần cố định và phần được điều khiển tự động bằng thông tin phản hồi. Thuật toán này cũng tính đến cả sự ảnh hưởng lẫn nhau của bộ khuếch đại công suất với các dạng burst profile khác nhau.
2.1.10 Lớp con hội tụ truyền dẫn
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. Không có lớp TC, một SS hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của một "burst" khi một lỗi không thể sửa chữa xuất hiện.
Nói tóm lại với các nét đặc trưng của lớp vật lý nó sẽ có một số lợi ích như sau:
ã 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.
ã 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.
ã 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.
ã 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.
ã 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.
Tất cả các đặc trưng trên đều là những yêu cầu thiết yếu cơ sở cho kỹ thuật FBWA outdoor hoạt động. Tính mềm dẻo của kích cỡ kênh cũng là một điều bắt buộc nếu nó muốn được thực thi trên phạm vi toàn thế giới. Khi mà trong dải phổ cho phép sự hoạt động trong hệ thống phải trả giá cước cho từng MHz, thì đó là vấn đề cấp thiết cho việc triển khai hệ thống sử dụng tất cả các phần của dải phổ và cung cấp tính mềm dẻo trong mạng tổ ong cellular.
2.2 Lớp MAC
2.2.1 Vấn đề về công nghệ
Giao thức lớp MAC của IEEE 802.16 được thiết kế cho các ứng dụng truy nhập băng rộng không dây. Nó đáp ứng tốc độ dữ liệu cao trên cả hai tuyến uplink và downlink. Thuật toán truy nhập và cấp phát băng thông phải đáp ứng
hàng trăm thiết bị đầu cuối trên mỗi kênh trong đó mỗi thiết bị có thể được dùng chung bởi nhiều người dùng.
Do vậy các dịch vụ phục vụ mỗi người dùng này là khác nhau, gồm có thoại và dữ liệu được ghép kênh theo thời gian, các kết nối IP hay VoIP. Để đáp ứng các dịch vụ khác nhau này lớp MAC phải đáp ứng cả hai dòng lưu lượng dạng liên tục (continuous) hay dạng xung (bursty). Ngoài ra những dịch vụ này phải đáp ứng cả QoS trên từng lưu lượng. Lớp MAC 802.16 cho phép một phạm vi ứng dụng rộng rãi từ các loại dịch vụ tương tự tới các dạng dịch vụ chuyển giao bất đồng bộ (ATM) cũng như các dạng mới như tốc độ khung được đảm bảo (GFR guaranteed frame rate).
Giao thức lớp MAC cũng hỗ trợ các yêu cầu khác nhau của mạng backhaul như chuyển giao bất đồng bộ (ATM) hay các giao thức dựa trên gói dữ liệu. Lớp con hội tụ được sử dụng để ánh xạ các dòng lưu lượng từ lớp truyền tải tới lớp MAC, đây là một lớp dịch vụ mềm dẻo để mang bất cứ loại lưu lượng nào. Thông qua các đặc tính như chặn phần đầu tải tin, đóng gói, phân đoạn lớp hội tụ và lớp MAC có thể làm việc cùng nhau tạo một cơ chế truyền tải hiệu suất hơn.
Vấn đề hiệu suất truyền tải cũng được đưa ra ở giữa lớp MAC và lớp PHY. Ví dụ như sơ đồ mã hóa và điều chế được chỉ ra ở burst profile có thể điều chỉnh tương ứng với mỗi dạng burst và mỗi thuê bao. Lớp MAC có thể sử dụng burst profile để đạt hiệu suất băng thông cao nhất với điều kiện tuyến truyền dẫn tốt.
Cơ chế yêu cầu/ cấp phát (request/ grant) giúp cho mạng có thể mở rộng quy mô, đạt hiệu suất cao hơn. Hệ thống truy nhập 802.16 sẽ không giảm hiệu suất khi nó phục vụ nhiều kết nối trên mỗi thiết bị đầu cuối, đáp ứng nhiều mức QoS trên mỗi thiết bị đầu cuối và phục vụ số lượng người dùng lớn nhất.
Trong khi việc cấp phát băng thông mở rộng và cơ chế QoS được chuẩn hóa thì chi tiết của việc lập lịch trình và cơ chế quản lý dành riêng chưa được chuẩn hóa cung cấp cho các nhà đầu tư cơ hội tạo sự khác biệt trong thiết bị của mình.
Cùng với những nhiệm vụ cơ bản như định băng thông, truyền tải dữ liệu lớp MAC còn có lớp con bảo mật cung cấp sự xác thực mạng truy nhập và thiết lập kết nối tránh việc trộm dịch vụ, cung cấp sự trao đổi khóa và bảo mật dữ liệu
cá nhân. Để đáp ứng nhiều dạng lớp vật lý khác nhau và các yêu cầu dịch vụ khác nhau ở băng tần 2-11 GHz lớp MAC của 802.16a phải được nâng cấp để cung cấp yêu cầu lặp tự động (automatic repeat request ARQ) và hỗ trợ mạng lưới chứ không chỉ là kiến trúc mạng điểm - đa điểm.
Lớp MAC gồm có ba lớp con: lớp hội tụ chuyên biệt dịch vụ giao tiếp với các lớp bên trên, nằm trên lớp MAC con phần chung thực hiện chức năng quan trọng của lớp MAC. Lớp bên dưới là lớp con bảo mật.
Quản lý liờn kết ARQ Bộ lập lịch trỡnh Bảo mật Quản lý MAC Xử lý burst hướng lờn Lập lịch burst hướng xuống Lớp vật lý điều khiển quản lý kết nối Quản lý cấu hỡnh Hệ thống quản trị mạng Tập hợp cỏc gúi hướng lờn Phõn lớp gúi hướng xuống SSCS CPS Hàng đợi dựa trờn QoS Kiến trỳc Service Flow Lớp ứng dụng PHY
Hình 2.7: Sơ đồ khối chức năng lớp MAC 2.2.2 Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ
Lớp con hội tụ chuyên biệt các dịch vụ nằm trên lớp MAC phần chung. Thông qua SAP lớp MAC phần chung sẽ cung cấp các dịch vụ cho lớp hội tụ phần chung. Chuẩn IEEE 802.16 xác định hai lớp con hội tụ chuyên biệt các dịch vụ để ánh xạ các dịch vụ tới và từ các kết nối lớp MAC. Lớp hội tụ phần chung thực hiện các chức năng cụ thể sau:
ã Nhận các PDU từ các lớp cao hơn.
ã Thực hiện phân loại các PDU của các lớp trên.
ã Xử lý các PDU dựa trên sự phân loại.
ã Đưa các CS PDU đến các MAC SAP tương ứng.
ã Nhận các CS PDU từ các thực thể ngang hàng.
2.2.2.1 Lớp con hội ATM
Lớp con hội tụ ATM sử dụng cho các dịch vụ ATM, nhận các cell ATM từ các lớp ATM thực hiện phân lớp , chặn mào đầu tải tin, và đưa các CS PDU đến các MAC SAP tương ứng.
2.2.2.1.1 Dạng PDU
Hình 2.8: Dạng PDU của lớp hội tụ con ATM
PDU của lớp hội tụ con ATM có hai phần: phần mào đầu PDU và phần tảI tin PDU như hình 2.8.
2.2.2.1.2 Sự phân lớp
Một kết nối ATM được xác định bởi hai giá trị nhận dạng đường ảo VPI (Virtual Path Identifier) và nhận dạng kênh ảo VCI (Virtual Channel Identifer) trong mô hình chuyển mạch theo đường hay chuyển mạch theo kênh. Trong mô hình chuyển mạch theo đường tất cả các VCI trong một VPI sẽ tự động được ánh xạ đến lối ra của VPI. Trong mô hình chuyển mạch theo kênh các giá trị VPI/VCI sẽ được ánh xạ đến các VPI/VCI tương ứng. Khi thực hiện chặn phần mào đầu tải tin thì sẽ phân biệt hai loại mô hình này riêng.
Mô hình chuyển mạch VP
Trong mô hình này trường VPI dành 12 bít cho giao tiếp mạng - mạng (NNI) và 8 bit cho giao tiếp người dùng - mạng (UNI) được ánh xạ tới CID 16 bit.
Mào đầu
Mô hình chuyển mạch VC
Trong mô hình này trường VPI và VCI có tổng số 28 bit cho NNI và 24 bit cho UNI, cũng được ánh xạ tới CID. Tuy nhiên phạm vi của VPI/ VCI là 2 28 cho NNI và 2 24 UNI không được hỗ trợ cùng một lúc.
2.2.2.1.3 Chặn mào đầu tải tin (PHS payload header suppression)
Chặn phần mào đầu tải tin, bản sao của phần mào đầu tải tin sẽ được loại bỏ ở bên gửi và được khôi phục tại bên nhận. Khi không có chặn mào đầu tải tin thì không một phần nào của phần mào đầu được loại bỏ kể cả HEC (Header Error Check). Khả năng này cung cấp sự toàn vẹn phần mào đầu cell. Việc có áp dụng PHS trong kết nối ATM hay không được chỉ ra trong thông điệp DSA-REQ ở quá trình tạo kết nối, đồng thời mô hình VPI hay VCI cũng sẽ được chỉ ra trong thông điệp này.
PHS của kết nối ATM dựa trên chuyển mạch đường:
Hình 2.9: CS PDU trong kết nối ATM dựa trên chuyển mạch đường
PTI: payload type indicator CLP: cell loss priority
PHS của kết nối ATM dựa trên chuyển mạch kênh:
Hình 2.10: CS PDU trong kết nối ATM dựa trên chuyển mạch kênh
Mào đầu Tải tin cell ATM ATM CS (48 bit)
PTI CLP chưa sử dụng VCI (3 bit) (1 bit) (4 bit) (16 bit)
Mào đầu Tải tin cell ATM
ATM CS (48 bit)
PTI CLP chưa sử (3 bit) (1 bit) dụng (4 bit)
2.2.2.1.4 Thủ tục báo hiệu
Giao diện ATM hỗ trợ 3 loại kết nối:
ã Kênh ảo chuyển mạch SVC ( switched virtual circuit)
ã Kênh ảo cố định PVC (permanent virtual circuit )
ã Kênh ảo cố định mềm soft PVC (soft permanent virtual circuit) Từ “cố định” ám chỉ rằng kênh được thiết lập cho mục đích quản lý. Mặc dù cả PVC và Soft PVC đều được thiết lập để quản lý nhưng PCV dùng cho quá trình xử lý dự phòng còn soft PVC được sử dụng để báo hiệu.
Mạng ATM sử dụng báo hiệu kênh chung (CCS common channel signaling) trong đó thông điệp báo hiệu được truyền trên những kết nối độc lập với kết nối của người sử dụng. Một kênh báo hiệu sẽ mang tín hiệu báo hiệu của một số người dùng nhất định.
Kênh ảo chuyển mạch chịu trách nhiệm khởi tạo thủ tục báo hiệu bằng việc phát đi một thông điệp báo hiệu tương ứng và thực hiện việc ánh xạ các thông điệp báo hiệu ATM tới MAC CPS.
Kênh ảo cố định mềm (soft PVC) được sử dụng trong hệ thống quản trị mạng. Kênh này có nhiệm cụ thiết lập và giải phóng kết nối khi cuộc liên lạc kết thúc hay trong trường hợp chuyển hệ thống hay tuyến liên kết bị lỗi. Bên cạnh đó cũng có nhiệm vụ chuyển thông điệp báo hiệu tới MAC CPS.
2.2.2.2 Lớp con hội tụ gói
Lớp con hội tụ gói nằm trên lớp MAC CPS, dùng cho các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet, mạng LAN ảo (VLAN). Nhiệm vụ chính của lớp con này là phân loại đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) tới các kết nối MAC thỏa đáng, duy trì và cho phép các thông số QoS và cho phép cấp phát băng thông.
Việc ánh xạ có rất nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào các loại dịch vụ. Ngoài các chức năng cơ bản này lớp con hội tụ có thể thực hiện các chức năng tinh vi hơn như chặn phần mào đầu tải tin và tái tạo nâng cấp hiệu suất tuyến truyền dẫn. Chức năng cụ thể như sau:
ã Phân lớp các PDU giao thức lớp cao hơn tới những kết nối tương ứng.
ã Chặn phần mào đầu tải tin.
ã Đưa các CS PDU tới các MAC SAP liên kết với các dòng dịch vụ để
chuyển sang các MAC SAP ngang hàng.
ã Nhận các CS PDU từ các MAC SAP ngang hàng.
ã Xây dựng lại bất kỳ một thông tin nào của phần mào đầu tải tin. CS bên gửi sẽ chịu trách nhiệm đưa MAC SDU tới các MAC SAP. Lớp MAC sẽ đưa MAC SDU tới MAC SDU ngang hàng theo phù hợp với QoS, phân đoạn, ghép nối và các chức năng khác liên quan đến các đặc tính của dòng dịch vụ. Bên nhận sẽ chuyển các MAC SDU tới các lớp giao thức cao hơn.
2.2.2.2.1 Dạng MAC SDU
Các PDU lớp cao hơn được bọc trong dạng MAC SDU như hình 2.11
Hình 2.11: Dạng MAC SDU
Trong SDU có trường PHSI 8 bit là trường chỉ dẫn chặn mào đầu tải tin. Nếu giá trị trường này bằng 0 thì không có PHS trong SDU.
2.2.2.2.2 Sự phân lớp
Phân lớp là một quá trình mà MAC SDU được ánh xạ tới các kết nối truyền dẫn cụ thể giữa các MAC ngang hàng. Việc ánh xạ các MAC SDU tới một kết nối tạo sự liên kết với các đặc tính của dòng dịch vụ của kết nối đó. Để có thể thực hiện phân lớp từng gói tin cần có các thông tin như thứ tụ ưu tiên phân lớp,
tham chiếu tới CID hay loại gói tin của các giao thức cụ thể (ví dụ như gói tin IP).
Nếu không có các thông tin phân lớp này gói tin sẽ được đến những kết nối mặc định hoặc bị loại bỏ. Việc phân lớp có thể được thêm vào thông qua sự quản lý mạng hoặc thông qua sự hoạt động động (như báo hiệu động) hay giao thức SNMP.
2.2.2.2.3 Chặn mào đầu tải tin
Chặn mào đầu tải tin là bản sao của thông tin mào đầu của lớp cao hơn sẽ được hủy bỏ ở bên gửi và được khôi phục lại ở bên thu. Mỗi SDU sẽ có PHSI( payload header suppression identify) chỉ ra trường chặn mào đầu tải tin PHSF ( payload header suppression field).
PHS có một trường là PHSV (payload header suppression valid) để xác nhận phần tải tin trước khi chặn. PHS cũng có trường PHSM cho phép lựa chọn những byte sẽ không cần chặn. PHSM được sử dụng khi gửi những byte thay đổi