Chương 3 : Nguyên lý hoạt động của WiMAX
3.9.1Trạm gốc WiMAX (BS)
3.9 Xây dựng các khối của WiMAX
3.9.1Trạm gốc WiMAX (BS)
Một trạm WiMAX bao gồm các thiết bị điện tử nằm trong nhà và một tháp WiMAX. Tiêu biểu một trạm gốc có thể phủ lên đến bán kính 6 dặm (Về mặt lý thuyết, một trạm gốc có thể phủ bán kính lên đến 50 km hoặc 30 dặm, tuy nhiên xét trên thực tế thì giới hạn nó đến 10 km hoặc 6 dặm). Bất cứ nút vô tuyến nào nằm trong vùng phủ sẽ có thể truy cập Internet.
Trạm gốc WiMAX sẽ sử dụng lớp điều khiển truy cập môi trường được định nghĩa trong chuẩn-một giao tiếp chung tạo ra khả năng tương các các mạng-và sẽ cấp phát băng thông đường lên và đường xuống đến thuê bao theo nhu cầu của chúng trên cơ sở thời gian.
Mỗi trạm gốc cung cấp vùng phủ vô tuyến trên một vùng được gọi là cell. Bán kính lớn nhất của cell theo lý thuyết là 50 km (phụ thuộc vào băng tần số được chọn), tuy nhiên việc triển khai điển hình sẽ sử dụng các cell có bán kính từ 3 đến 10 km.
Với một mạng di động tế bào thơng thường, anten trạm gốc có thể là đẳng hướng, cho dạng cell hình trịn, hoặc định hướng để cho vùng phủ dạng tuyến hoặc hình quạt cho sử dụng điểm tới điểm để tăng dung lượng mạng bằng cách chia các cell lớn một cách hiệu quả thành vài vùng sector nhỏ hơn.
Trạm gốc WiMAX có thể đơn giản để hỗ trợ một ít trạm thuê bao đến phức tạp để hỗ trợ hàng ngàn trạm th bao và cung cấp nhiều đặc tính lớp sóng mang.
Các loại trạm gốc
Có lẽ có nhiều thay đổi trong thiết bị trạm gốc. Trạm gốc thiết kế thay đổi theo chi phí, hiệu suất và kích thước vật lý, nhưng có thể được chia thành 2 loại phổ biến: Micro và macro.
Trạm gốc Micro hỗ trợ chỉ một vô tuyến đơn và có chi phí và hiệu suất thấp nhất. Chi phí ít khoảng 2000$, chúng có thể được cấu hình cố định, hoặc thiết kế “pizza-box”. Bởi vì chúng thiếu khả năng mở rộng, nên chúng phù hợp nhất cho các liên kết hoặc mạng từ điểm tới điểm với số lượng nhỏ các trạm th bao. Trạm gốc micro nhìn chung tích hợp tất cả hoặc một phần của vơ tuyến, trong đó các anten ở bên ngoài cho các giá ngoài trời. Cùng với CPE, Ethernet 10/100 là kết nối điển hình đến cơ sở hạ tầng mạng. Giải pháp chi phí thấp nhất này sẽ là triển khai cho vùng nông thôn, khu tập thể, trong nhà và thay thế. Chúng sẽ sử dụng đơn sóng mang RF và hỗ trợ các cell micro và pico.
Trạm gốc Macro giống với trạm gốc được sử dụng trong các mạng tế bào và chi phí hàng ngàn đơla. Để hỗ trợ khả năng cao hơn, các thiết kế này sử dụng nhiều sector. Bởi vì chúng hoạt động một cách độc lập, mỗi sector yêu cầu vô tuyến riêng, băng gốc và MAC. Để hỗ trợ sự mở rộng, trạm gốc macro sử dụng thiết kế dựa trên
chỉ chức năng số như MAC/băng tần cơ sở. Trạm gốc dạng tế bào sẽ cho các triển khai thành thị, ngoại ô, mật độ người sử dụng cao, kinh doanh và nhà riêng.
Điều khiển công suất
Ở bất kỳ mạng WiMAX nào, các mức độ công suất cho cả phát và nhận thì quan trọng cho hiệu suất hệ thống. Thuật tốn điều khiển cơng suất được sử dụng để cải thiện tồn bộ cơng suất hệ thống, nó được thực thi bằng cách trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất đến mỗi CPE để điều chỉnh mức công suất phát để mức công suất thu ở trạm gốc là mức được xác định trước.
Điều khiển cơng suất giảm tồn bộ cơng suất tiêu thụ của CPE và nhiễu với các trạm gốc đồng vị trí khác. Đối với LOS, cơng suất phát của mỗi CPE thì xấp xỉ tỉ lệ với khoảng cách của nó từ trạm gốc, với NLOS nó cũng phụ thuộc mạnh mẽ vào khoảng trống và các chướng ngại. Trong môi trường phađing thay đổi, mức công suất xác định trước này nghĩa là CPE chỉ phát công suất đủ để đáp ứng các yêu cầu này. Cuộc nói chuyện sẽ xãy ra với mức phát CPE dựa trên điều kiện tệ nhất.
Với trạm gốc phát, công suất được phát thực sự phụ thuộc vào khoảng cách th bao, đặc tính đường truyền, băng thơng kênh và sơ đồ điều chế (BPSK, QPSK, 16QAM, hoặc 64QAM). Phương pháp hiệu suất dữ liệu thấp nhất là BPSK. Bởi vì nó được dùng ở nơi trạm thêu bao xa nhất từ trạm gốc, BPSK yêu cầu công suất phát thêm. 64QAM cho hiệu suất dữ liệu cao, nó là tốt nhất khi trạm thuê bao gần trạm gốc.
Bảng 3.2 – Các đặc điểm của 802.16 MAC
Đặc điểm Lợi ích
TDM/TDMA được kế hoạch Cho khung uplink/downlink
• Việc sử dụng băng thơng hiệu quả
Tỉ lệ từ một đến một trăm thuê bao
Kết nối định hướng • Trên kết nối QoS
• Định tuyến và chuyển gói nhanh hơn
QoS hỗ trợ tốc độ bit thay đổi thời gian cấp phát liên tục, tốc độ bit thay đổi khơng
có tính thời gian thực và Best Effort
• Trễ thấp cho các dịch vụ nhạy với trễ (thoại TDM, VoIP)
• Truyền tải tối ưu cho lưu lượng VBR chẳng hạn video)
Yêu cầu truyền lại tự động (ARQ) • Cải thiện hiệu suất end-to-end bằng cách ẩn lớp RF cảm ứng
lỗi bằng các giao thức lớp trên. Hỗ trợ điều chế thích nghi • Tốc độ dữ liệu cao hơn được
cho phép bởi điều kiện kênh, cải thiện dung lượng hệ thống Bảo mật và mật mã hóa
(Triple DES)
• Bảo vệ bí mật người sử dụng
Điều khiển cơng suất tự động • Cho phép triển khai mạng tế bào bằng cách tối thiểu hóa tự gây nhiễu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.3 - Đặc điểm 802.16 PHY
Đặc điểm Lợi ích
Dạng sóng FFT OFDM 256 điểm • Xây dựng để hỗ trợ cho đa đường trong mơi trường LOS và NLOS ngồi trời.
Điều chế thích nghi và mã hố sửa lỗi thay đổi trên cụm RF (RF burst)
• Đảm bảo một liên kết mạnh trong khi đó tối đa số bit/giây cho mỗi đơn vị thuê bao.
Hỗ trợ song công TDD and FDD • Chỉ ra việc thay đổi các hiệu chỉnh rộng khắp, ở nơi mà một hoặc cả hai có thể được phép.
Kích thước kênh linh hoạt (chẳng hạn 3.5MHz, 5MHz, 10MHz, …)
• Cung cấp sự linh hoạt cần thiết để hoạt động trong nhiều băng tần số khác nhau với yêu cầu kênh thay đổi quanh thế giới.
Được thiết kế để hỗ trợ các hệ thống anten thơng minh.
• Các anten thơng minh trở nên có khả năng nhanh chóng, và chi phí giảm xuống, khả năng chống nhiễu và gia tăng độ lợi hệ thống sẽ trở nên quan trọng đến các triển khai BWA.