Một trong những công nghệ mà có được sự quan tâm trong cả giới học viện và công nghiệp đó chính là WiMAX. Chuẩn đầu tiên của WiMAX, IEEE 802.16a, hoạt động ở dải tần 10-66 GHz. Trong dải tần số này, chỉ truyền thông được LOS. Chuẩn sau đó phát triển năm 2004 IEEE 802.16-2004; được biết đến là 802.16d. Chuẩn IEEE 802.16-2004 hỗ trợ hoạt động trong dải tần số 2-11 GHz cho phép các truyền thông NLOS. Nó đưa ra quan điểm về truy nhập đa điểm đối với các thuê bao cố định. Chuẩn IEEE 802.16e-2005 cập nhật và mở rộng chuẩn này để cho phép đối với các trạm thuê bao di động di chuyển tại tốc độ của phương tiện. Phiên bản có khả năng mở
rộng của OFDMA được giới thiệu để cải thiện hiệu năng của toàn bộ hệ thống. Trong khi vai trò của IEEE là để phát triển các chuẩn đối với các tầng PHY và MAC, diễn đàn WiMAX lại đảm bảo khả năng tương thích và tương tác giữa các thiết bị của các nhà cung cấp thông qua quá trình xác thực của chúng.
Phương pháp OFDMA PHY có lẽ là phương pháp đáng quan tâm nhất được hỗ trợ bởi WiMAX. Bằng việc sử dụng báo hiệu OFDM, phương pháp OFDMA PHY cho phép một trạm gốc (BS) WiMAX hỗ trợ nhiều người dùng cố định hoặc di động tại cùng một thời điểm. Trong phương pháp này, một hệ thống BS tận dụng kênh có sẵn bằng cách chia các thuê bao có sẵn thành các kênh con. Một số kênh con được nhóm lại với một số ký hiệu OFDMA tạo thành một khe (slot). Một slot được định nghĩa như là đơn vị phân bố dữ liệu nhỏ nhất. Định nghĩa slot chỉ ra rằng các tài nguyên hệ thống được chia sẻ giữa các người dùng trong hai miền. Miền thứ nhất là miền tần số mà được biểu diễn bởi số kênh con trong mỗi slot. Miền thứ hai là miền thời gian được biểu diễn bởi số ký hiệu OFDMA.
Hình 3.11 chỉ ra cấu trúc tín hiệu OFDMA sử dụng trong WiMAX. Chú ý rằng hình này chỉ dành cho mục đích minh họa và do đó số sóng mang con hoặc kích thước slot không phản ánh số lượng thực tế được sử dụng bởi chuẩn.
Trong các hệ thống dựa trên WiMAX, các người dùng có thể được gán các băng thông, các khoảng thời gian, các mức công suất phát, và các cách thức điều chế khác nhau (xem Bảng 3.1) dựa trên nhiều tham số chẳng hạn như tỷ số nhiễu tạp âm trên sóng mang (CINR), bộ chỉ thị mức độ tín hiệu thu (RSSI), hoặc băng thông có sẵn. Hơn nữa, OFDMA PHY đưa ra nhiều kích thước FFT, kích thước CP, và các phương pháp phân bổ hoa tiêu. Kích thước FFT có thể được lựa chọn là 128, 256, 512, 1024, hoặc 2048 dựa vào băng thông truyền dẫn (đây được gọi là OFDMA có khả năng thay đổi. Các kích thước FFT được sử dụng để giữ khoảng cách sóng mang con không đổi đối với các băng thông truyền dẫn khác nhau). Tương tự, độ dài CP có thể được thiết lập là 1/4, 1/8, 1/16 và 1/32 lần chiều dài ký hiệu OFDM. Kích thước của CP có thể được thay đổi dựa vào các đặc điểm của môi trường. Với tất cả các đặc trưng thích ứng này, WiMAX có khả năng thích ứng với nhiều điều kiện kênh và kịch bản truyền thông. Thực vậy, một BS WiMAX đo đạc kênh có sẵn và các tham số tín hiệu thu, tạo ra một kế hoạch có các thiết lập phù hợp nhất cho truyền thông với các thuê bao hiện tại (với các mục đích cụ thể như thông lượng tối đa, chất lượng dịch vụ (QoS).), và thực hiện kế hoạch này.
Sóng mang con DC
Tần số
Băng tần bảo vệ Băng tần bảo vệ
Kênh con 1 Kênh con 2 Kênh con 3 Kênh con 4
Các sóng mang con đã vô hiệu Các hoa tiêu User 1 User 2 User 3 User 4 User 5 User 6 Một slot
Trong trường hợp này, nó là một kênh con bởi 2 ký
hiệu OFDMA K ên h c o n (M iề n t ần số ) Ký hiệu OFDMA (Miền thời gian)
Hình 3.11. Minh họa cấu trúc tín hiệu OFDMA sử dụng trong WiMAX
Chuẩn WiMAX cũng liên quan nhiều tới các kỹ thuật anten nâng cao. Bảng 3.1 chỉ ra các đặc tính MIMO có sẵn trong chuẩn WiMAX di động, IEEE 802.16E-2005. Mặc dù các kỹ thuật anten thông minh này không bắt buộc yêu cầu, nhưng chúng khá phù hợp với Vô tuyến thông minh và giúp đạt được tốc độ dữ liệu cao.
Chuẩn IEEE 802.16 sửa đổi là 802.16h, hiện tại đang được phát triển, đưa ra các đặc tính thông minh cho WiMAX. Mục tiêu là để các thiết bị WiMAX có thể cùng tồn tại trong các băng tần không cấp phép. Hơn nữa, các phương pháp để cùng tồn tại với các người dùng chính cũng được phát triển.
Bảng 3.1. Các đặc tính anten nâng cao của WiMAX.
Kỹ thuật Mô tả Ưu thế
Tạo búp Hệ thống anten thích ứng (AAS)
BS sử dụng nhiều anten để tạo dạng búp theo hướng của một sóng mang con.
Mở rộng vùng và tăng dung lượng nhờ vào mức nhiễu thấp hơn.
Mã hóa không gian - thời gian (STC)
Phân tập phát chẳng hạn như sử dụng mã Alamouti.
Tăng độ lợi hệ thống thông qua phân tập không gian và giảm suy hao biên.
Ghép kênh không gian (SM)
Các tín hiệu dữ liệu mã hóa độc lập và riêng rẽ được truyền qua nhiều anten.
Tăng dung lượng (tốc độ dữ liệu cao hơn).
Phân tập không gian cộng tác
Hai người dùng đường lên có thể truyền hợp tác trong cùng slot nếu được ghép kênh riêng rẽ từ hai anten của cùng một người dùng.
Tăng vùng phủ và thông lượng.
Lựa chọn anten Bất kỳ sự kết hợp nào của các anten được lựa chọn (loại lựa chọn tắt-mở của nhóm anten từ các anten có sẵn) đều dựa trên phản hồi kênh.
Hiệu quả sử dụng công suất có sẵn
Nhóm anten BS có thể nhóm nhiều anten đối với các sóng mang con khác nhau trong các cách khác nhau dựa trên phản hồi từ các BS. Ví dụ, nếu ta có ba anten Tx, BS có thể nhóm hai anten đầu tiên trong một vài sóng mang, và hai anten cuối cùng trong một vài sóng mang khác.
Tối đa phân tập / tăng dung lượng
Tiền mã hóa MIMO
Các phần tử anten được tăng trọng lượng với một ma trận trước khi ánh xạ chúng tới các anten phát dựa trên phản hồi từ các trạm sóng mang con. Chiến thuật này tương tự với giải thuật đổ đầy nước.
Tăng độ lợi dung lượng
Kết hợp gói con STC
Trong truyền dẫn ban đầu, các gói được truyền trong chế độ ghép kênh không gian MIMO đầy đủ (không phân tập). Nếu dữ liệu không thể được giải mã đúng (CRC không kiểm tra),
Cung cấp sự tăng phần dư
thì các gói được gửi trong chế độ STC đầy đủ (chế độ phân tập phát đầy đủ). Máy thu kết hợp dữ liệu ban đầu và dữ liệu sau đó để lựa chọn tốt hơn.
Mã hóa phân tập nhảy tần (FHDC)
Kế hoạch này (như đối với STC) phát hai ký hiệu phức tạp sử dụng kênh MISO (nhiều đầu vào một đầu ra).
Chuyển mạch MIMO thích ứng (AMC)
STC hoặc SM được lựa chọn một cách thích ứng để thông qua các điều kiện kênh.
Tối ưu hiệu quả phổ tần