16.2 Chế độ PMP
Trong WiMAX việc truyền thông PMP sẽ cung cấp thông tin giữa BS tới bất kỳ một SS nằm trong vùng phủ sóng của BS. Các SS muốn liên lạc để truyền thông với một trạm gốc có thể phát quảng bá qua một tần số duy nhất thông qua kênh quảng bá. Có thể hình dung việc truyền dẫn này giống như đường đi từ cấu trúc thân-nhánh cây tới các trạm đặt ở vị trí lá cây. Các trạm SS có thể truyền thông đơn hướng trên 1 tần số duy nhất thông qua cấu trúc nhánh-thân cây tới trạm gốc. Trong cấu trúc kiểu “thân-nhánh cây” này, các nút ở vị trí lá cây không thể giao tiếp trực tiếp với nhau hay nói trực tiếp các SS không thể liên lạc trực tiếp với nhau và do đó không có truyền thông ngang hàng giữa hai nút (pear to pear). Trong việc chuyển tiếp thông tin, một anten trung tâm hoặc cụm anten ở trạm gốc sẽ gửi quảng bá tới các anten nhận ở trạm di động. Mặt khác, hệ thống sử dụng một dạng của cấu trúc đa truy nhập cho sự truyền đi ngược hướng. Kênh thông tin có thể được truyền dẫn đồng thời giữa hướng chuyển tiếp và ngược lại thông qua các kĩ thuật song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD).
Trong Wimax, trạm gốc và trạm đầu cuối (di động hoặc cố định) được gọi tương ứng là BS và SS. Minh họa trong hình 3.5, tín hiệu từ BS có thể tới tất cả các trạm SS của nó trực tiếp khi SS nằm hoàn toàn trong vùng phủ sóng của một trạm gốc. Khoảng cách phủ sóng thực tế này thường là 5km đối với một thiết bị đầu cuối di động và 15km đối với một thiết bị trong nhà được nối với một anten ngoài trời hoặc được gắn trực tiếp trên thiết bị đầu cuối.
các chế độ hoạt động của Wimax
Hình 3.29. Chế độ PMP
Mọi SS nằm ngoài vùng phủ sóng không thể liên lạc được với trạm gốc. Do đó truyền thông PMP có những hạn chế nhất định về yêu cầu khoảng cách tới một trạm gốc. Khi liên lạc được với trạm gốc thì kể từ đây PMP trong Wimax có cấu trúc tương tự như một mạng di động, nơi mỗi cell tower có thể tới phối hợp các tín hiệu đến và ra từ các máy di động. Trong khi truyền quảng bá là truyền đơn hướng từ một BS tới tất cả các SS trong vùng phủ sóng của nó thì trong WiMAX truyền thông tin đơn hướng từ BS có thể được thực hiện bằng cách gửi mỗi thông điệp mà hướng trực tiếp tới một SS cụ thể và được chỉ ra bởi một kết nối định danh (CID). Mặc dù tất cả các SS có thể nhận tất cả các thông điệp quảng bá nhưng mỗi SS sẽ chỉ nhận gói tin mà BS “dự định” gửi cho SS đó hoặc những gói tin mà dự định một cách rõ ràng cho một nhóm các SS nào đó.
17. Cấu trúc khung MAC
Truyền thông PMP trong Wimax thông qua một khung truyền cơ bản nơi mà mỗi kênh truyền dẫn được tạo thành từ việc truyền các khung có thời gian định kỳ gọi là các khung MAC.
các chế độ hoạt động của Wimax
Hình 3.30. Cấu trúc khung MAC với TDD trong chế độ PMP
Hình 3.6 mô tả cấu trúc khung MAC cho lớp vật lý OFDM trong chế độ truyền song công TDD. Chiều dài khung MAC là thay đổi và có độ dài từ 2,5 đến 20 ms. Trong mỗi khung MAC này sẽ được chia thành hai phần là khung con đường lên và khung con đường xuống riêng, ngăn cách bởi một khoảng thời gian truyền - nhận (TTG) và một khoảng cách nhận - truyền (RTG). Cụ thể TTG ở giữa đường xuống và đường lên và nó cho phép BS chuyển hoạt động từ truyền sang nhận. Tương tự RTG ở giữa đường lên và đường xuống và nó cho phép BS chuyển hoạt động từ nhận sang truyền. Cả TTG và RTG đều không vượt quá 10ms. Việc định nghĩa ra khoảng thời gian truyền nhận và nhận truyền này để giúp các BS cũng như các SS có thêm thời gian xử lí khi truyền - nhận tín hiệu một cách liên tục, cũng như chống xung đột giữa hai quá trình này.
các chế độ hoạt động của Wimax OFDM được sử dụng để đồng bộ khung MAC và nó được điều khiển bởi con trỏ khung mào đầu của tín hiệu OFDM. Con trỏ khung mào đầu (FCH) được điều chế mã hóa nhị phân giai đoạn (BPSK) với tốc độ mã hóa 1/2. Trong khung con trỏ mào đầu sẽ chứa tất cả thông điệp quản lý quảng bá MAC.
Cụ thể trong đó bao gồm: mô tả kênh xuống (DCD), mô tả đường lên (UCD), downlink MAP (DL-MAP) và uplink MAP (UL-MAP). Cả DCD và UCD xác định các đặc tính kênh vật lý cho đường xuống và lên. Còn DL-MAP và UL-MAP sẽ chứa tham số chỉ định khe thời gian nào được sử dụng trong quá trình truyền thông. Trong thực tế đặc điểm của kênh truyền được đưa ra như là một tập các đường xuống có thể sử dụng, nơi chứa thông tin mô tả các thuộc tính kênh truyền dẫn để đưa ra việc điều khiển kênh truyền như điều chế và mã hóa cho các tín hiệu cần truyền. Việc này rất cần thiết cho kĩ thuật điều chế thích nghi trong WiMAX. Tiếp theo là các khung nhỏ downlink nơi dữ liệu được mang trên các burst vật lí được đánh số (1,2,...,m).
Trong khung nhỏ đường xuống, bắt đầu mỗi khung nhỏ đường xuống đều được bắt đầu bằng mào đầu để tăng cường sự đồng bộ và kênh dự toán. Sau mào đầu, một số đơn vị dữ liệu MAC được đóng gói và bắt đầu cho đường xuống. Mỗi PDU MAC bao gồm một tiêu đề MAC, PDU tải trọng và mã kiểm tra dư thừa theo ký tự (CRC). Các tiêu đề MAC có thể mang thông tin cho các yêu cầu lặp tự động hỗ trợ phát lại (ARQ), đóng gói hay phân mảnh. Đóng gói là quá trình kết hợp nhiều MAC đơn vị dữ liệu MAC (SDUs) từ giao thức cao hơn vào một MAC PDU. Mặt khác phân mảnh là quá trình phân chia một MAC thành các MAC có kích thước nhỏ hơn như trình bày ở chương 2. Kết thúc một khung nhỏ downlink là một khoảng thời gian Pad để phân biệt với các khung nhỏ downlink tiếp sau nó.
Khung con uplink bao gồm các khe thời gian ban đầu khác nhau, một dành khe cho yêu cầu băng rộng và một hoặc nhiều hơn cho việc thiết lập thao tác đường lên đầu. Khe yêu cầu băng thông được sử dụng cho các SS để truyền thông điệp yêu cầu băng rộng của chúng, các yêu cầu này có thể là cấp thêm băng thông hay cấp mới băng thông.
Cụ thể như minh họa trong hình 3.7, BS duy trì một hàng đợi gói đường xuống cho mỗi SS và hàng đợi được sử dụng để giữ SDU từ các lớp cao hơn. SS cũng duy trì
các chế độ hoạt động của Wimax hàng đợi của riêng nó và để giữ các SDU từ các lớp cao hơn. Trong quá trình truy nhập vào hệ thống, mỗi SS “thương lượng” với BS về băng thông cần cung cấp để đáp ứng yêu cầu QoS của nó bằng việc lập lịch đường lên với các BS thông qua bộ lập lịch đường lên. Đối với hướng truyền đường lên, hàng đợi gói tin được lưu giữ tại SS tương ứng. Khi có SDU đang chờ đường lên tại hàng đợi, SS sẽ gửi một yêu cầu băng thông cho BS, yêu cầu này cũng được gửi thông qua những khe trong một đường lên. BS cũng phát quảng bá tới tất cả các địa chỉ SS. Tuy nhiên có thể gây ra xung đột và vì vậy yêu cầu lượng băng thông đồng thời để đáp ứng cho việc phát.
Hình 3.31. Hoạt động lớp MAC trong chế độ PMP
Căn cứ vào sự tính toán, hàng đợi cho đường lên sẽ được hình thành từ BS tương ứng như hình minh họa 3.7. Căn cứ vào độ dài của hàng đợi đường lên và yêu cầu QoS, đường lên lập trình cho BS khoảng thời gian khác nhau để chỉ định cho đường lên. Trong hình 3.7, có hai quá trình lập lịch cho mỗi BS và có một quá trình lập lịch cho mỗi SS nhưng theo chuẩn IEEE 802.16 không xác định các thuật toán lập lịch thay vào đó là các tiêu chuẩn hỗ trợ cho bốn loại khác nhau của QoS:
các chế độ hoạt động của Wimax • Không được yêu cầu cung cấp dịch vụ (UGS): Trong UGS, các ứng dụng tạo ra
các gói tin dữ liệu với kích thước cố định theo định kỳ, chẳng hạn như thoại qua IP (VoIP).
• Dịch vụ polling thời gian thực (rt-PS): Trong rt-PS, các ứng dụng thời gian thực tạo ra thay đổi kích thước các gói dữ liệu trên cơ sở định kỳ.
• Dịch vụ polling phi thời gian thực (nrt-PS). Trong nrt-PS, các ứng dụng phi thời gian thực tao ra các gói dữ liệu có kích thước thay đổi theo một chu kỳ được hỗ trợ.
• Best efforts (BE): Trong BE tất cả các loại ứng dụng phi thời gian thực được thực hiện mà không có sự đảm bảo của một băng thông tối thiểu nào.