Cụng nghệ anten cú thể dựng để cải thiện truyền dẫn theo hai cỏch – sử dụng cụng nghệ phõn tập và sử dụng cỏc hệ thống anten và cỏc cụng nghệ chuyển mạch tiờn tiến. Cỏc cụng nghệ này cú thể cải thiện tớnh co dón và tỉ số tớn hiệu trờn tạp õm nhưng khụng bảo đảm phỏt dẫn sẽ khụng bị ảnh hưởng của nhiễu.
1.5.1. Phõn tập thu và phỏt
Cỏc lược đồ phõn tập được sử dụng để lợi dụng cỏc tớn hiệu đa đường và phản xạ xảy ra trong cỏc mụi trường NLOS. Bằng cỏch sử dụng nhiều ăng ten (truyền và/hoặc nhận), fading, nhiễu và tổn hao đường truyền cú thể được làm giảm. Phõn tập truyền sử dụng mó thời gian khụng gian STC (Space Time Code). Đối với phõn tập nhận, cỏc cụng nghệ như kết hợp tỷ lệ tối đa MRC ( Maximum Rate Combining) mang lại ưu điểm của hai đường thu riờng biệt. Về MISO (Multiple Input- Single Output-một đầu ra nhiều đầu vào) xem hỡnh 1.3.
Hỡnh 1. 3. MISO iple Input-
Mở rộng tới MIMO( Mult Multiple Output) (xem hỡnh 1.4), sử dụng MIMO cũng sẽ nõng cao thụng lượng và tăng cỏc đường tớn hiệu. MIMO sử dụng nhiều ăng ten thu và/hoặc phỏt cho ghộp kờnh theo khụng gian. Mỗi ăng ten cú thể truyền dữ liệu khỏc nhau mà sau đú cú thể được giải mó ở mỏy thu. Đối với OFDMA, bởi vỡ mỗi súng mang con là cỏc kờnh băng hẹp tương tự, fading lựa chọn tần số xuất hiện như là fading phẳng tới mối súng mang. Hiệu ứng này cú thể sau đú được mụ hỡnh húa như là một sự khuếch đại khụng đổi phức hợp và cú thể đơn giản húa sự thực hiện của một mỏy thu MIMO cho OFDMA.
1.5.2. Cỏc hệ thống ăngten thớch nghi AAS (Advanced Antenna Systems) AAS(Advanced Antenna Systems hay Adaptive Antenna System) là một phần tựy chọn. Cỏc trạm gốc cú trang bị AAS cú thể tạo ra cỏc chựm mà cú thể được lỏi, tập trung năng lượng truyền để đạt được phạm vi lớn hơn. Khi nhận, chỳng cú thể tập trung ở hướng cụ thể của mỏy thu. Điều này giỳp cho loại bỏ nhiễu khụng mong muốn từ cỏc vị trớ khỏc. Xem hỡnh 1.5 và hỡnh 1.6.
Tiờu chuẩn 802.16 cung cấp thờm cỏc tớnh năng và một cấu trỳc bỏo hiệu cho phộp sử dụng cỏc hệ thống ănten thụng minh. Cấu trỳc khung riờng biệt điểm – đa điểm PMP được định nghĩa cho phộp truyền cỏc chựm DL và UL sử dụng cỏc tia định hướng, mỗi tia dành cho một hay nhiều SS. Ngoài ra cú một tớn hiệu giữa BS và SS cho phộp SS cung cấp cỏc phản hồi về chất lượng kờnh cho BS.
Hỡnh 1. 6. Anten AAS đường xuống
Cỏc thành phần thực và thành phần ảo của đỏp ứng kờnh đối với mỗi tia và súng mang con cụ thể được cung cấp cho BS. BS cú thể xỏc định độ phõn giải tần số của phản hồi này. Tiờu chuẩn cho phộp SS cung cấp đỏp ứng kờnh theo mỗi súng mang con thứ 4, 8, 16 hay 64. Một số sảnh phẩm ban đầu theo chuẩn WiMAX dựng ănten thớch nghi để cải thiện hiệu quả tần số của hệ thống.
1.5.3. So sỏnh giữa cụng nghệ Wifi và WiMAX
Sự khỏc nhau cơ bản nhất giữa Wifi và WiMAX là chỳng được thiết kế cho cỏc ứng dụng hoàn toàn khỏc nhau.
- Wifi là một cụng nghệ mạng phủ súng vựng nội hạt LAN, được thiết kế để tăng thờm tớnh di động cho cỏc mạng LAN hữu tuyến riờng.
- WiMAX được thiết kế để cung cấp một dịch vụ truy nhập khụng dõy băng rộng BWA (Broadband Wireless Access) cho mạng vựng đụ thị MAN.
Do vậy, Wifi chỉ hỗ trợ truyền dẫn trong phạm vi vài trăm một thỡ WiMAX cú thể hỗ trợ người dựng trong bỏn kớnh tới hàng chục kilụmột.
Bờn cạnh đú, một số cải thiện vố cụng nghệ liờn kết vụ tuyến là khỏc nhau giữa hai cụng nghệ này. Chuẩn IEEE 802.11 WLAN mụ tả bốn giao diện liờn kết vụ tuyến hoạt động trong băng tần vụ tuyến khụng cấp phộp 2.4GHz hoặc
5GHz. Cỏc chuẩn WiMAX bao gồm một dải rộng hơn cỏc bổ sung tiềm năng để giải quyết cỏc yờu cầu của súng mang khắp thế
giới. Cỏc băng tần WiMAX sử dụng cả băng tần cấp phộp và băng tần khụng cấp phộp trong dải từ 2-11GHz.
Trong cỏc băng tần khụng cấp phộp, cỏc chuẩn WiMAX kết hợp đặc điểm lựa chọn tần số động ở những nơi mà súng vụ tuyến tự động tỡm kiếm một kờnh chưa sử dụng. Trong cỏc vựng ở xa, nhiễu cú thể được giảm thiểu.
Đối với WiMAX, kờnh đường lờn và đường xuống sử dụng kỹ thuật ghộp kờnh phõn chia thời gian TDD và kỹ thuật ghộp kờnh phõn chia theo tần số FDD. Trong TDD, với khe thời gian được ấn định cho đường lờn và đường xuống tỏch biệt nhau vỡ thế kờnh truyền là song cụng toàn phần. Trong khi giảm tốc độ truyền là 50% thỡ cỏc hệ thống này chỉ sử dụng một nửa băng tần vụ tuyến so với FDD.
Đối với Wifi, sử dụng kỹ thuật TDD trờn cơ sở tranh chấp nơi mà điểm truy cập và cỏc trạm sử dụng chung một kờnh. Bởi vỡ hoạt động trong mụi trường dựng chung nờn tất cả cỏc mạng Wifi là bỏn song cụng. Wifi sử dụng hai cụng nghệ truyền dẫn vụ tuyến cơ bản.
- 802.11b: Liờn kết vụ tuyến sử dụng cụng nghệ trải phổ tuần tự trực tiếp được gọi là khoỏ mó bổ sung CCK. Sau đú luồng bit được xử lý với mó đặc biệt và được điều chế sử dụng Khoỏ dịch pha cầu phương QPSK. - 802.11a và 802.11g: Sử dụng cụng nghệ ghộp kờnh phõn chia theo tần
số trực giao OFDM. Đầu phỏt mó hoỏ luồng bit trờn 64 súng mang sử dụng BPSK, QPSK hay một trong hai kiểu 16–QAM, 64-QAM. Một số thụng tin được phỏt là khụng cần thiết, vỡ thế đầu thu khụng phải nhận tất cả cỏc súng mang con để khụi phục thụng tin.
WiMAX sử dụng cụng nghệ OFDM và OFDMA cho lớp vật lý để làm tăng quy mụ và tốc độ cho mạng.
Cả Wifi và WiMAX đều sử dụng điều chế thớch ứng và nhiều mức FFC để tối ưu hoỏ tốc độ truyền và hiệu suất lỗi. Khi mụt tớn hiệu vụ tuyến giảm cụng suất
hay cú nhiễu dẫn đến tỷ lệ lỗi sẽ tăng. Điều chế thớch ứng cú nghĩa là đầu phỏt sẽ tự động thay đổi để hiệu suất tăng lờn hay thậm chớ cũn giảm đi.
Cơ chế hiệu chỉnh lỗi trước FEC ( Forward Error Correction) nhằm khắc phục bớt lỗi và cải thiện hiệu năng truyền dẫn. Tuy nhiờn, lỳc đầu Wifi với chuẩn 802.11b chưa cú FEC nhưng FEC mó xoắn đó được kết hợp với 802.11a và 802.11g. WiMAX sử dụng cả hai hệ thống FEC mó xoắn và Reed-Solomon.
Bờn cạnh đú WiMAX được hỗ trợ nhiều cụng nghệ vụ tuyến hiện đại như cỏc ănten thụng minh cú thể làm giảm nhiễu và nõng cao tốc độ truyền. Kết hợp với tớnh đa dạng đầu phỏt, đa dạng đầu thu MIMO để cải thiện phạm vi bao phủ. Tốc độ truyền dữ liệu được hỗ trợ cho WiMAX là rất cao, lờn tới 100Mbps trong một kờnh 20MHz, trong đú tốc độ được duy trỡ là 70Mbps. Đối với Wifi, tốc độ truyền được hỗ trợ tối đa chỉ đạt 54Mbps.
Lớp MAC của Wifi và WiMAX hoàn toàn khỏc nhau.
➢ Đối với WiMAX thỡ giao diện lớp MAC cú thể chia sẻ kờnh vụ tuyến giữa hàng trăm người dựng trong khi vẫn đảm bảo QoS, WiMAX sử dụng kỹ thuật yờu cầu cấp/phỏt loại trừ cỏc tranh chấp đường lờn hỗ trợ trễ nhất quỏn cho thoại và trễ biến đổi cho cỏc dịch vụ dữ liệu. Giao thức MAC của WiMAX cũng cú đặc điểm sửa lỗi sử dụng yờu cầu truyền lại tự động ARQ (Automatic Repeat Request).
➢ Ngược lại trong Wifi thỡ giao thức lớp MAC dựa trờn cơ sở tranh chấp, giao thức MAC của Wifi được gọi là đa truy nhập cảm ứng súng mang trỏnh xung đột CSMA/CA. Trong khi WLAN là bỏn song cụng chia sẻ mụi trường, tất cả cỏc trạm sẽ phỏt và thu trờn cựng một kờnh vụ tuyến, vấn đề cơ bản là cỏc trạm khụng lắng nghe khi đang gửi và vỡ thế khụng thể phỏt hiện xung đột. Do vậy, một kỹ thuật đó được hỗ trợ cho Wifi gọi là chức năng điều khiển phõn tỏn DCF (Distributed Control Function). Nền tảng kỹ thuật cơ bản là định nghĩa một hệ thống của cỏc khoảng thời gian đợi và cỏc bộ đếm thời gian lựi để giảm xung đột nhưng khụng huỷ bỏ cỏc xung đột. Một trạm Wifi sẽ chỉ phỏt nếu nú cho rằng kờnh rỗi. Tất cả việc
truyền dẫn được xỏc nhận, vỡ thế nếu trạm gốc khụng được xỏc nhận, nú cho rằng xung đột đó xảy ra và thử lại sau một khoảng thời gian đợi ngẫu nhiờn. Tỏc động của xung đột sẽ gia tăng khi lưu lượng tăng lờn hay đang trong tỡnh trạng trạm di động khụng thể lắng nghe cỏc trạm khỏc ( vấn đề node ẩn).
Trong mạng WiMAX, giao thức yờu cầu cấp/phỏt nhận được hỗ trợ. Truy nhập đường lờn sẽ được điều khiển bởi trạm gốc. Cỏc người dựng muốn truyền đường lờn đầu tiờn phải gửi cỏc yờu cầu trờn một kờnh truy nhập trờn cơ sở tranh chấp. Cho phộp dành riờng để dựng kờnh đường lờn sau đú được cấp phỏt bởi trạm gốc sử dụng một hệ thống chấp nhận. Chỉ cú một trạm gốc được cho phộp gửi trong một thời điểm, như vậy khụng cú xung đột đường lờn.
Vấn đề bảo mật, điểm khỏc nhau chớnh giữa Wifi và WiMAX là riờng tư hay khả năng để bảo vệ cỏc truyền dẫn khụng bị lấy trộm. Bảo mật là một trong cỏc thiếu sút quan trọng của Wifi, mặc dự cỏc hệ thống mật mó hoỏ tốt hơn là cú sẵn. Trong Wifi, mật mó hoỏ là tuỳ chọn, và cú ba dũng cụng nghệ khỏc nhau được định nghĩa:
• WEP (Wired Equipvalent Privacy) : Mật mó hoỏ 104 bit hoặc 40 bit trờn cở sở RC4 với khoỏ tĩnh
• WPA (Wifi Protected Access) : Một chuẩn mới sử dụng khoỏ WEP 104 hoặc 40 bit nhưng thay đổi khoỏ trờn mỗi gúi để cản trở những kẻ trộm khoỏ. Giao thức chuyển khoỏ được gọi là giao thức toàn vẹn khoỏ theo thời gian TKIP ( Temporal Key Integrity Protocol)
• IEEE 802.11i/ WPA2: Chuẩn này dựa trờn cụng nghệ mật mó hoa mạnh được gọi là chuẩn mật mó nõng cao AES ( Advanced Encryption Standard)
Mó hoỏ trong WiMAX ban đầu là chuẩn mật mó số 3DES. Sau đú kết hợp với chuẩn mật mó nõng cao AES và đảm bảo tớnh bảo mật cao.
Về tớnh di động trong Wifi và WiMAX cũng cú những khỏc biệt. Trong khi chuẩn 802.16 của WiMAX được thiết kế cho truy nhập băng rộng di động bảo
đảm tốc độ cao và chuyển giao khụng giỏn đoạn, đảm bảo tốc độ di chuyển của giao thụng. Với Wifi, tớnh di động bị hạn chế và chỉ đảm bảo cho việc di động tốc độ thấp.
Bảng 1. . So sỏnh giữa WiMAX và Wifi2
Tiờu chớ 802.11 802.16 Tớnh mở
rộng
- Kờnh trong giải tần số 20 MHz - Thiết kế cho 10s MAC ( hàng chục người dựng)
- Kờnh cú thể chọn từ 1.5-20MHz - Thiết kế cho 1000s MAC ( hàng nghỡn người dựng)
Khả năng hoạt động
- Kờnh tần số 20 MHz
- Tốc độ dữ liệu tối đa 54 Mbps - - Kờnh tần số từ 1.5Tốc độ dữ liệu tối đa 63 Mbps-20MHz
Chất lượng dịch vụ
- Địa chỉ MAC phõn quyền
- Khụng hỗ trợ độ trễ cho hỡnh ảnh, õm thanh
- Khụng phõn chia nhiều mức dịch vụ khỏc nhau cho người sử dụng
- Kỹ thuật điều chế TDD khụng đối xứng
- Chất lượng dịch vụ theo mức ưu tiờn
- Địa chỉ MAC cấp phỏt
- Hỗ trợ tiềm năng cho hỡnh ảnh, õm thanh
- Phõn chia nhiều mức dịch vụ khỏc nhau cho người sử dụng
- Kỹ thuật điều chế TDD, FDD, HFDD đối xứng và khụng đối xứng - Chất lượng dịch vụ theo mức tập trung Tầm hoạt động - Hoạt động trong vũng 100m - Khụng cú hỗ trợ cho khoảng cỏch xa, gần
- Thiết kế cho mụi trường multipath trong nhà
- Lớp vật lý và lớp MAC thiết kế cho khoảng cỏch gần.
- Hoạt động trong vũng 40 km - Thiết kế cho người sử dụng ở khoảng cỏch xa
- Thiết kế cho mụi trường multipath ngoài trời
- Lớp vật lý và lớp MAC thiết kế cho khoảng cỏch xa.
Tầm bao phủ
- Tối ưu cho NLOS trong nhà - Chưa hỗ trợ MESH
- Tối ưu cho NLOS ngoài trời - Hỗ trợ MESH và kỹ thuật Anten tiờn tiến
Bảo mật Sử dụng chuẩn WEP Sử dụng Tripple DES (128bits) và RSA (1024 bits)
Chương 2. Lớp PHY và lớp MAC 2.1. Mụ hỡnh tham chiếu
Hỡnh 2.1 minh họa mụ hỡnh tham chiếu và phạm vi của chuẩn. Trong mụ hỡnh tham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tương ứng với lớp 2 (lớp liờn kết dữ liệu) trong mụ hỡnh OSI.
Hỡnh 2. . Mụ hỡnh phõn lớp trong hệ thống WiMAX so sỏnh với mụ 1 hỡnh OSI
Trờn hỡnh ta cú thể thấy lớp MAC bao gồm 3 lớp con. Lớp con hội tụ chuyờn biệt dịch vụ cung cấp bất cứ biến đổi hay ỏnh xạ dữ liệu mạng bờn
MAC CS : MAC Convergence Sublayer MAC CPS : MAC Common Sublayer
ngoài, mà nhận được qua điểm truy nhập dịch vụ CS (CS SAP – CS Service Access Point), vào trong cỏc MAC SDU (Service Data Unit) được tiếp nhận bởi lớp con phần chung MAC (CPS) qua SAP MAC. Tức là phõn loại cỏc đơn vị dữ liệu dịch vụ mạng ngoài (cỏc SDU) và kết hợp chỳng với định danh luồng dịch vụ (SFID) MAC và định danh kết nối (CID) riờng. Nú cũng cú thể bao gồm cỏc chức năng như nộn đầu mục tải (PHS). Nhiều đặc tớnh CS được cung cấp cho giao tiếp với cỏc giao thức khỏc nhau. Định dạng bờn trong của payload CS là duy nhất với CS, và MAC CPS khụng được đũi hỏi phải hiểu định dạng hay phõn tớch bất cứ thụng tin nàu từ payload CS. MAC CPS cung cấp chức năng MAC cốt lừi truy nhập hệ thống, định vị dải thụng, thiết lập kết nối, và quản lý kết nối. Nú nhận dữ liệu từ cỏc CS khỏc nhau, qua MAC SAP, mà được phõn loại tới cỏc kết nối MAC riờng. MAC cũng chứa một lớp con bảo mật riờng cung cấp nhận thực, trao đổi khúa bảo mật, và mật húa.
Lớp vật lý là một ỏnh xạ hai chiều giữa cỏc MAC PDU và cỏc khung lớp - vật lý được nhận và được truyền qua mó húa và điều chế cỏc tớn hiệu RF.
2.2.Tổng quan lớp vật lý
• 10-66 GHz .Trong thiết kế của đặc tả PHY cho 10 66 GHz, sự - truyền lan “line of sight” (tầm nhỡn khụng bị vật cản) là cần thiết. Do kiến trỳc “điểm nhiều điểm” về cơ bản BS truyền một tớn hiệu TDM với những trạm thuờ bao riờng lẻ được định vị những khe thời gian theo chu kỳ. Sự truy nhập theo hướng đường lờn cho bởi TDMA. Tiếp theo những thảo luận mở rộng về súng cụng (duplexing), một thiết kế “cụm” (burst) được chọn cho phộp cả TDD tại đú đường lờn và đường xuống dựng chung một kờnh nhưng khụng truyền cựng một lỳc và FDD tại đú đường lờn và đường xuống hoạt động trong những kờnh riờng biệt. Thiết kế “cụm” này cho phộp cả TDD và FDD được xử lý theo cỏch tương tự.
• 2-11 GHz . Cỏc băng tần 2 11 GHz đó cấp phộp và được miễn đều - nằm trong dự ỏn IEEE 802.16a. Chuẩn 802.16a chủ yếu bao gồm sự phỏt triển những đặc tả vật lý mới cho giao diện khụng gian và mỗi đặc tả trong
chỳng đưa ra tớnh hoạt động cựng nhau. Lớp vật lý 2 11 GHz được thiết kế - do nhu cầu theo hướng hoạt động khụng trong tầm nhỡn thẳng NLOS( Non- light- -of sight). Vỡ cỏc ứng dụng mang tớnh dõn cư, cỏc việc truyền súng phải được thực hiện theo nhiều đuờng.
Bảng 2. . Thuật ngữ và mụ tả giao diện khụ1 ng gian
Tờn gọi Băng tần ứng dụng Song cụng Mụ tả
WirelessMAN-SC 10-66 GHz TDD, FDD Đơn súng mang
WirelessMAN-Sca 2-11 GHz băng tần
cấp phộp
TDD, FDD Đơn súng mang được mở rộng tới cỏc tần số NLOS
WirelessMAN-
OFDM 2-11 GHz băng tần cấp phộp TDD, FDD OFDM hoạt động cho NLOS
WirelessMAN- OFDMA
2-11 GHz băng tần cấp phộp
TDD, FDD OFDM được chia thành cỏc nhúm con cung cấp đa truy