Có hai phương pháp song công: song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing), song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing). Trong FDD, quá trình truyền trao đổi hai hướng ở hai tần số khác nhau trong khi TDD thì chỉ sử dụng một tần số duy nhất nhưng lại ở những thời gian khác nhau.
- Khung TDD gồm hai phần: downlink subframe và uplink subframe
- FDD cần có 2 kênh, một đường lên (uplink), một đường xuống (downlink). Với TDD chỉ cần 1 kênh tần số, lưu lượng đường lên và đường xuống được phân chia theo các khe thời gian.
3.6.Phạm vi phủ sóng của WiMAX:
Phần này sẽ trình bầy hai kiểu trạm gốc chính và tính năng của chúng. *Kiểu trạm gốc với tính năng cơ bản (standard base station)
- Thực hiện chức năng WiMAX cơ bản (chỉ có những tính năng bắt buộc).
- Công suất đầu ra RF cơ bản cho một trạm gốc giá thành thấp (theo nhà ccấp thiết bị).
Hình 3.14. Mô tả về FDD và TDD
Hình 3.15. Cấu trúc khung của FDD
*Kiểu trạm gốc với đầy đủ tính năng (full featured base station)
- Công suất đầu ra RF cao hơn trạm gốc cơ bản (theo nhà cung cấp thiết bị).
-Kết hợp phân tậpTx/Rx với mã hoá không gian thời gian và sự thu nhận MRC. -Kênh con hoá.
-ARQ.
Cả trạm gốc với tính năng cơ bản hay đầy đủ tính năng đều tuân theo chuẩn WiMAX, tuy nhiên hiệu suất của mỗi kiểu lại khác nhau. Bảng 3.2 dưới đây cho biết sự khác nhau giữa hai kiểu trạm này khi xét trong cùng một cấu hình hệ thống chuẩn. Điều quan trọng là trong WiMAX có một số tuỳ chọn cho phép nhà khai thác và nhà cung cấp thiết bị khả năng xây dựng các mạng hoàn toàn phù hợp với các ứng dụng và thương mại của họ. Thông lượng cực đại hướng lên (uplink) trong Bảng 3.2 giả định cho một kênh con đơn lẻ được sử dụng để mở rộng vùng phủ của cell xa nhất có thể.
Bảng 3.2. Minh hoạ hai kiểu trạm:
Các giả định
Tần số : 3.5 GHz Băng thông: 3.5 MHz 600 / sector
Đầy đủ tính
năng Tính năng cơ bản
Từ Đến Từ Đến
(Km)
LOS 30 50 10 16
NLOS (của Erceg) 4 9 1 2
CPE tự cài đặt trong
nhà 1 2 0.3 0.5
Thông lượng tối đa cho mỗi sector (Mbps)
Downlink 11.3 8 11.3 8
Uplink 11.3 8 11.3 8
Thông lượng tối đa cho mỗi CPE tại đường viền cell (Mbps)
Downlink 11.3 2.8 11.3 2.8
Uplink 0.7 0.175 11.3 2.8
Số thuê bao tối đa Nhiều hơn Ít hơn
Nhận thấy hiệu suất đạt được về vùng che phủ với trạm đầy đủ tính năng ở chế độ các CPE tự cài đặt trong nhà (indoor self-installed CPE) gấp 10 lần so với trạm có tính năng cơ bản.
3.7. Vai trị của OFDM trong công nghệ Wimax
Như đó trình bày ở trước, sử dụng mạng không dây để truyền nhận thông tin đa dạng đang ngày càng được quan tâm vì nó có nhiều hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Như chúng ta đó biết, trên đường truyền vô tuyến, tín hiệu từ máy phát có thể bị phản xạ từ các vật chắn (đồi nơi, nhà của, xe cộ, cây cối…), điều này sẽ gây ra nhiều tia tín hiệu đi qua các tuyến khác nhau gồm tia sóng đến trực tiếp và các tia phản xạ (Multipath Channel) gây ra hiện tượng thăng giáng của tín hiệu tại điểm thu mà ta còn gọi là hiện tượng phading. Với khoảng cách ngắn, tín hiệu có thể bị thay đổi từ 10 – 30 dB. Phân bố Rayleigh thường được dựng để mô tả tính chất thay đổi theo thời gian của tín hiệu tại điểm thu, nó mô tả xác suất của mức tín hiệu thu được do hiện tương phading.
Một đặc điểm khác là đặc tuyến tần số của truyền dẫn (kênh truyền), thông thường không bằng phẳng. Nó thường bị lõm hoặc suy giảm tại một tần số nào đú do các hiện tượng nêu trên. Hầu hết các kỹ thuật điều chế đều sử dụng. Với nhưng kênh có băng thông rộng, điều này là khó đạt được.
Độ trễ của tín hiệu phản xạ so với tia sóng trực tiếp sẽ gây ra hiện tượng ảnh hưởng lẫn nhau của các bit lân cận. Đặc điểm này của đường truyền không dây gây ra hai hiện tượng đặc trưng là xuyên nhiều giữa các từ mã trong một băng tần con (ISI – Inter – Symbol Interference) và giữa các kênh lân cận (ICI – Interfernce). Nó làm tăng một cách đáng kể lỗi truyền tin. Đặc biệt, khi tốc độ truyền tăng, độ trễ đạt đến 50% độ rộng bit, thì mức độ ảnh hưởng trở nên rất lớn, do các bớt trước trùng lặp càng nhiều các bit sau.
Một trong những thách thức của thị trường truy nhập không dây băng thông rộng hiện nay là triển khai và vận hành các hệ thống không dây trong khi vẫn đảm bảo hoạt động tốt, tốc độ dữ liệu cao trong nhiều khu vực có địa hình khác nhau. Yếu tố tác động đến hoạt động của hệ thống vô tuyến chính là các chướng ngại vật tự nhiên và nhân tạo. Đú chính là thách thức đối với các nhà vận hành hiện nay cho dù trong điều kiện NLOS hay đa đường (Multipath). Công nghệ OFDM là một giải pháp để vượt qua thách thức này.
Kỹ thuật này có thể đạt được tốc độ dữ liệu cao, chống nhiễu giao thoa ky tự ISI và giải quyết được vấn đề đa đường. Kỹ thuật này cũng cho phép truyền tin tại những khu vực mà NLOS là một yếu tố hạn chế triển khai các hệ thống vô tuyến thông thường.
OFDM không phải là một công nghệ mới, nó là một bước cải tiến công nghệ đó được thương mại hoá đó được nhu cầu của thị trường chấp nhận. OFDM tạo nên một nền tảng
vững chắc cho các quy hoạch mạng của các nhà điều hành viễn thông để có thể thu được lợi nhuận nhờ vào khai thác khách hàng.
3.8. Kết luận chương :
Hệ thống WiMAX gồm hai thành phần (trạm phát và trạm thu) hoạt động tương tự như WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn rất nhiều so với một số lượng lớn người sử dụng. Hệ thống WiMAX cung cấp hai dạng truyền dẫn song vô tuyến là LOS và NLOS. Trong chế độ NLOS, các điểm anten đĩa cố định đặt trên đình nhà hay điểm cực hướng thẳng tới tháp anten WiMAX. Kết nối LOS thì mạnh và ổn định hơn, vì thế nó có thể gửi nhiều dữ liệu với mức lỗi thấp. Đường truyền LOS sử dụng tần số cao hơn lên đến 66GHz.
WiMAX sử dụng kỹ thuật OFDM và MIMO với khả năng cung cấp hiệu suất băng thông cao hơn và do đó thông lượng dữ liệu cao hơn với tốc độ có thể đạt tới 70Mbit/s. WiMAX sẽ trở thành một giải pháp chi phí hợp lý nhất cho các nhà khai thác triển khai các ứng dụng vô tuyến cố định và di động cho các máy xách tay và PDA.
CHƯƠNG IV: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ MẠNG WiMAX
Khi triển khai một hệ thống viễn thông nói chung hay hệ thống WiMAX nói riêng, việc tính toán thiết kế sơ bộ hệ thống là công việc rất cần thiết. Chương này sẽ trình bày các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế mạng WiMAX và đề xuất một số mô hình triển khai vào thực tế đồng thời xây dựng mô hình mô phỏng kênh đường xuống trong băng tần cơ sở của WiMAX qua đó ta có thể trực quan hóa nguyên lý hoạt động và đánh giá hiệu năng hệ thống thông tin WiMAX.
4.1. Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy nhập di động:
Mô hình sẽ được triển khai tương tự như hệ thống thông tin di động hiện nay. Trong đó hệ mạng lưới các trạm gốc WiMAX sẽ được thiết lập và phủ kín cả khu vực, ví dụ cả thành phố. Các thiết bị đầu cuối có thể đi động trong toàn bộ phạm vi khu vực được phủ sóng.
4.1.1. Tổ chức trạm gốc BS:
Các trạm gốc của hệ thống được tổ chức tương tự như với trạm gốc của hệ thống di động hiện nay. Vì WiMAX và các hệ thống thông tin di động chạy ở các tần số khác nhau, nên sẽ không có nhiễu tần số xảy ra khi chúng ta sử dụng chung cột anten thông tin di động để triển khai WiMAX.
Với các khu vực đô thị, tập chung đông dân cư, yêu cầu trạm gốc phải được xây dựng nhiều hơn để phục vụ cho nhu cầu truy nhập cao. Khi đó công suất phát cảu mỗi trạm gốc sẽ được tính toán phù hợp để tối ưu việc phục vụ nhu cầu người dùng.
Đối với các khu vực dân cư thưa thớt, công suất phát sẽ được tăng lên, để mỗi BS có thể phủ sóng một khu vực rộng lớn hơn.
4.1.2. Tính di động của người dùng:
Người dùng Mobile WiMAX có thể vừa di động vừa giữ được kết nôid Internet với tốc độ di chuyển theo qui định của chuẩn lên tới 120km/h.
Chip Mobile WiMAX sẽ được tích hợp vào các thiết bị di động hiện nay như: laptop, PDA,.. thậm chí là cả điện thoại (theo công bố của Sam Sung). Khi đó WiMAX hy vọng sẽ
thay đổi cách thức truy nhập Internet hiện nay của người dùng, tương tự như trước kia điện thoại di động đã thay đổi cách thức sử dụng điện thoại của người dùng sử dụng điện thoại cố định.
Với nhu cầu di chuyển cao đòi hỏi luôn luôn kết nối, mọi lúc mọi nơi có thể nói ứng dụng WiMAX di động là lựa chọn tối ưu.
4.1.3. Chuẩn sử dụng:
Chuẩn được khuyến nghị sử dụng là 802.16e ở dải tần 2.3GHz và 2.5GHz.
Theo Motorola, hiện nay trên thế giới đã có 580 dự án được cấp phép, một số lớn trong số đó đã đi vào triển kahi Mobile WiMAX sử dụng dải tẩn này.
Do đó Việt Nam cũng nên sử dụng dải tần này để triển khai Mobile WiMAX. Vì khi tập chung theo chuẩn của thế giới, thiết bị trạm gốc cũng như đầu cuối được sản xuất đồng loạt sẽ làm giảm chi phí trên mỗi đầu thiết bị.
4.2. Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập cố định:
Khác với việc hướng tới người dùng yêu cầu tính năng di động, mô hình triển khai WiMAX cho ứng dụng truy cập cố định sẽ hướng tới việc mang băng thông lớn tới người dùng thông qua hệ thống vô tuyến.
Khách hàng của các hệ thống này có thể là văn phòng làm việc của các doanh nghiệp, công sở, các hộ gia đình…
Loại ứng dụng này có đặc điểm là yêu cầu một tốc độ truy cập cao, ổn định nhưng không nhất thiết phải di động. Dịch vụ WiMAX khi đó sẽ thiết lập một loại dịch vụ có QoS được định nghĩa cho phép cung cấp một băng thông lớn, cam kết cả tốc độ tối thiểu cho người dùng.
4.2.1. Thiết bị đầu cuối khách hàng:
Thiết bị đầu cuối khách hàng có thể được lắp đặt ngoài trời (outdoor), hoặc để trên bàn trong nhà (indoor). Phía sau thiết bị đầu cuối khách hàng có thể nối với mạng LAN của doanh nghiệp hay hộ gia đình, tương tự như mô hình kết nối hiện nay của các công nghệ có dây. Trong trường hợp này, WiMAX đóng vai trị cung cấp kết nối tới địa điểm người dùng, thay cho hệ thống cáp đồng hoặc cáp quang hiện nay.
4.2.2. Chuẩn sử dụng:
Khi nói tới ứng dụng cố định, nhiều người sẽ nghĩ ngay tới việc sử dụng WiMAX cố định theo chuẩn IEEE 802.16- 2004.Tới thời điểm hiện nay, Fixed WiMAX đã có thiết bị được sản xuất đồng loạt và triển khai vào thực tế. Các thử nghiệm ở Việt Nam cũng như theo công bố của các hãng đã triển khai thương mại hóa chuẩn Fixed WiMAX, cho thấy chuẩn này đã hoàn toàn chin muồi để triển khai các ứng dụng truy cập cố định, hoặc có thể di chuyển được – portable (nhưng trong quá trình di chuyển nhanh thì không giữa được kết nối).
Theo quan điểm của nhiều người, chuẩn IEEE 802.16e sẽ được khuyến nghị để sử dụng chung cho cả hai lọai ứng dụng truy cập cố định và di động với các loại thiết bị đầu cuối khác nhau.
- Với yêu cầu truy cập di động, các chip WiMAX sẽ được tích hợp vào các thiết bị cầm tay như laptop, PDA, điện thoại…
- Với các yêu cầu truy cập cố định: Sẽ sản xuất các thiết bị đầu cuối khách hàng SS theo chuẩn 802.16e nhưng là thiết bị để bàn, thiết bị này cho phép kết nối các máy tính của người dùng cố định với mạng Internet không dây WiMAX.
Việc triển khai chỉ một chuẩn Mobile WiMAX cho cả hai loại ứng dụng di động và cố định sẽ tiết kiệm được tài nguyên về tần số cũng như chi phí triển khai trạm gố BTS.Tuy nhiên chuẩn Fixed WiMAX có thể được tính toán sử dụng để cung cấp kết nối backbone cho các trạm BS Mobile WiMAX. Hoặc sử dụng Fixed WiMAX để cung cấp cho các khách hàng theo mô hình lease line mà hiện nay đang dùng cáp quang để cung cấp kết nối.
4.3. Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế và triển khai mạng WiMAX:
Phần này đề cập tới các vấn đề kỹ thuật cơ bản cần lưu ý khi chúng ta thiết kế và triển khai thương mại hóa WiMAX.
4.3.1. Lựa chọn băng tần:
Khi thiết kế một mạng WiMAX, ta phải lựa chọn băng tần hoạt động cho mạng trong số các băng tần được phép sử dụng. Thông thường, lựa chọn băng tần hoạt động là việc đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế các mạng di động nói chung. Những băng tần thấp tín hiệu được truyền tốt hơn nhưng băng thông lại nhỏ hơn. Các tiêu chí để lựa chọn băng tần hoạt động bao gồm:
- Dung lượng tập chung phụ thuộc vào vùng dịch vụ. - Mật độ thuê bao trong vùng dịch vụ.
- Địa hình của vùng dịch vụ.
- Mức độ nhiễu trong các băng tần cấp phép. - Gía thành thiết bị hoạt động trong băng tần đó.
Do phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vậy nên việc lựa chọn băng tần nào đòi hỏi phải có một sự tính toán kỹ lưỡng. Sau đây là một số tần số có thể dành cho việc triển khai WiMAX:
Băng tần 3400 – 3600 MHz (băng 3.5 GHz): Băng 3.5 GHz là băng tần được
nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access -FWA) hoặc cho hệ thống truy cập không dây băng rộng (WBA). WiMAX cũng được xem là một công nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMAX. Tuy nhiên ở Việt Nam, băng tần này được ưu tiên sử dụng cho hệ thống vệ tinh nên không được triển khai.
Băng tần 3300 – 3400 MHz (băng 3.3 GHz):Băng tần này đã được phân bổ ở các nước đang phát triển có thị trường lớn như Ấn Độ và Trung Quốc. Tuy chưa có nhiều nước cấp băng tần này cho WBA, nhừng thiết bị WiMAX cũng đã được phân bổ chính thức tại Việt Nam.
Các hệ thống WiMAX ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16- 2004 để cung cấp các ứng dụng cố định và nomadic, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế độ song công TDD hoặc FDD. Như đã nói ở trên, băng tần 3300- 3400 đã được lựa chọn để triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định với các doanh nghiệp VNPT/VDC, FPT,VTC, Viettel và EVN.
Băng tần 2500- 2690MHz (băng 2.5MHz): Băng tần này là băng tần được WiMAX Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMAX di động theo chuẩn 802.16-2005. Trước đây băng tần này được sử dụng phổ biến cho các hệ thống truyền hình MMDS, nhưng do hệ thống này không phát triển nên rất có thể băng tần đó sẽ được cấp phép sử dụng cho mạng WBA tại Việt Nam. Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT được cấp phép thử nghiệm Mobile WiMAX ở dài tần số này.
Băng tần 2300- 2400 MHz (băng 2.4GHz): Đây cũng là một băng tần được ưu tiên lựa chọn cho WiMAX di động. Có hai lý do cho sự lựa chọn này: Thứ nhất, so với các băng
Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMAX. WiMAX ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song cong TDD, FDD.
Băng 2.3GHz cũng có các đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2.5GHz do đó cũng là một lựa chọn cho mạng WiMAX di động tại Việt Nam. Hiện tại các đơn vị FPT,