Việc lựa chọn các định dạng đƣợc thúc đẩy bởi nhu cầu thị trƣờng, độ khả dụng của phổ tần, những ràng buộc về chính sách, các dịch vụ cần cung cấp và đầu tƣ của công ty.
Ví dụ nhƣ, tính khả dụng phổ tần cho các dịch vụ vô tuyến băng rộng ở một số nƣớc là động lực thúc đẩy việc tạo ra các định dạng ban đầu trong băng tần
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 3,5 GHz. Tính khả dụng của các phổ miễn phép và nhu cầu về các dịch vụ cố định đã quyết định việc tạo ra một định dạng trong băng tần 5,8 GHz. Nhu cầu về các dịch vụ di động và tính khả dụng phổ làm cho các băng tần 2,3 GHz và 2,5 GHz chắc chắn trở thành mục tiêu cho các định dạng của 802.16e. Các định dạng của Diễn đàn WiMAX đƣợc xác định bởi các tham số sau đây:
- Dải phổ : băng tần đƣợc dùng cho dịch vụ WiMAX do các tổ chức quản lý cung cấp .Hiện tại có 2 loại băng tần dành cho WiMAX là:
o Băng tàn cấp phép :2.3 – 2.6 GHz và 3.3 – 3.6 GHz o Băng tần không cấp phép 5.7 -5.8 GHz
- Song công. Hai tuỳ chọn sẵn có: Song công phân chia theo thời gian (TDD) cho các nhà khai thác có phổ không cặp đôi hoặc phổ miễn phép, và Song công Chia theo Tần số (FDD). FDD đòi hỏi hai kênh, một cho lƣu lƣợng tuyến lên và kênh kia cho lƣu lƣợng tuyến xuống. Trong một mạng TDD, lƣu lƣợng chỉ chiếm một kênh duy nhất với lƣu lƣợng tuyến lên và tuyến xuống đƣợc gán các khe thời gian khác nhau.
- Độ rộng (Băng thông) kênh. Băng thông của kênh phụ thuộc rất cao vào phổ do các nhà chính sách phân bổ. Những định dạng ban đầu đƣợc hạn chế cho 3,5 MHz và 7 MHz trong phổtần đƣợc cấp phép khi chúng là các kênh có phổ thông dụng đƣợc phân bổ trong băng tần 3,5 GHz. Khi các nhà khai thác có khả năng sử dụng các kênh rộng hơn, thì các thành viên của Diễn đàn WiMAX sẽ bổ sung các định dạng chứng nhận với các băng thông của kênh rộng hơn.
- Tiêu chuẩn IEEE. Các định dạng của 802.16-2004 sử dụng OFDM với 256 sóng mang. Các định dạng của 802.16e hầu nhƣ chắc chắn dựa trên SOFDMA. Chỉ tiêu chuẩn này mới hỗ trợ tính di động.
Tất cả các định dạng chứng nhận dựa trên 802.16-2004 đều theo một định dạng hệ thống chung. Định dạng này bao gồm các yêu cầu kỹ thuật của WiMAX, duy trì bất kỳ tham số nào dù là tần số, kích thƣớc kênh hay phƣơng pháp tạo song công. Một định dạng hệ thống mới vừa đƣợc phát triển gần đây cho các định dạng chứng nhận 802.16e. Nếu có đủ mối quan tâm từ cộng đồng các nhà sản xuất, một định dạng hệ thống thứ ba có thể đƣợc giới thiệu cho các sản phẩm 802.16-2004 để hỗ trợ khả năng xách tay và di động giới hạn. Các định dạng ban đầu đƣợc Diễn đàn WiMAX xác định hỗ trợ truy nhập cố định và lƣu trú trong các băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz..
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Bảng 1.4 Các định dạng đã chứng nhận của điễn đàn WiMAX
Tần số (MHz) Song công Băng thông kênh (MHz) Ký hiệu định dạng Ghi chú 3400-3600 TDD 3.5 3.5T1 Hiện tại 3400-3600 FDD 3.5 3.5 F1 Hiện tại 3400-3600 TDD 7 3.5T2 Hiện tại 3400-3600 FDD 7 3.5 F2 Hiện tại 5725-5850 TDD 10 5.8T Hiện tại 2300-2600 TDD 5.0/5.5 2.5 T1 Tƣơng lai 2300-2600 FDD 5.0/5.5 2.5 F1 Tƣơng lai 1.3 Các mô hình ứng dụng [2]
WiMAX đƣợc đề xuất 2 mô hình ứng dụng là cố định vàdi động.
1.3.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)
Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004. Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao. Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tƣơng tự nhƣ chảo thông tin vệ tinh.
Hình 1.4 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định
Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhƣng tất nhiên tín hiệu thu không tốt bằng anten ngoài trời. Băng tần công tác (theo quy định
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz. Độ rộng băng tầng là 3,5MHz. Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếp nói không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang).
WiMAX cố định có thể phục vụ cho các loại ngƣời dùng nhƣ: các xí nghiệp, các khu dân cƣ nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS. Về cách phân bố theo địa lý, ngƣời dùng có thể phân tán tại các địa phƣơng nhƣ nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đƣa mạng cáp hữu tuyến đến đó.
1.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động
Hình 1.5 Mô hình ứng dụng WiMAX di động
Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e đƣợc thông qua trong năm 2005.Tiêu chuẩn 802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hƣớng tới các ngƣời dùng cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lƣới này phối hợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng. Hy vọng các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để thực hiện đƣợc mạng viễn thông số truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộng thỏa mãn đƣợc các nhu cầu đa dạng của thuê bao.
Việc lựa chọn triển khai trên diện rộng với WIMAX di động hay cố định là câu hỏi của nhiều nƣớc. Sự so sánh dƣới đây sẽ làm rõ sự khác biệt giữa 2 chẩn này.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Tổng kết
Toàn chƣơng một đã đƣa ra cái nhìn tổng quan nhất về một số công nghệ mạng truy nhập băng rộng, những đặc thù của các loại công nghệ truy nhập này nhằm tạo cơ sở khách quan để đánh giá và lựa chọn công nghệ phù hợp.
Chƣơng này cũng trình bày rõ sự khác biệt gữa hai mô hình ứng dụng WiMAX cố định và WiMAX di động. Dựa vào những đặc điểm khác nhau của các định dạng này giúp các nhà cung cấp dịch vụ trong từng hoàn cảnh cụ thể sẽ lựa chọn mô hình phù hợp trong triển khai thực tế .
Với những tìm hiểu sơ lƣợc ta cũng thấy công nghệ WiMAX tỏ ra có rất nhiều đặc tính ƣu viêt trong việc triển khai dịch vụ băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động, thậm chí đến các vùng mà với các công nghệ trƣớc đây là khó khăn hoặc không thể.
Trong chƣơng tiếp theo ta sẽ tìm hiểu sâu hơn vềkiến trúc mạng và các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong công nghệ WiMAX.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
CHƢƠNG 2: MẠNG WiMAX
2.1 Mô hình cấu trúc hệ thống WiMAX [12]
WiMAX gồm 2 mặt phẳng tham chiếu là:
- Mặt phẳng quản lý: là mặt phẳng chứa các thực thể để quản trị mạng nhƣ quản lý và tính cƣớc.
- Mặt phẳng truyền tin :Mặt phẳng này tƣơng đƣơng với hai lớp dƣới của mô hình OSI đảm bảo cho việc truyền tin gữa 2 trạm trong 1 cuộc kết nối và đƣợc tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên
Hình 2.1 Mô hình cấu trúc của WiMAX
2.2 Mặt phẳng truyền tin:
Mặt phẳng này gồm 2 lớp và đƣợc phân chia thành 4 lớp nhỏ hơn: - MAC
o Lớp con tiếp ứng CS (Convergence Sublayer) o Lớp con phần chung CPS (Common Part Sublayer) o Lớp con bảo mật PS (Privaci Sublayer)
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
2.2.1 Lớp con tiếp ứng (hay lớp con hội tụ dịch vụ đặc biệt MAC_CS) [2]
MAC CS nằm trên MAC CPS và sử dụng thông qua MAC SAP, các dịch vụ đƣợc cung cấp bởi MAC CPS. Lớp này thực hiện các chức năng sau:
- Nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) từ lớp cao hơn. - Thực hiện phân loại các PDU lớp cao hơn.
- Xử lí (nếu cần) các PDU lớp cao hơn trên cơ sở phân loại. - Phát các CS PDU đến các MAC SAP thích hợp.
- Nhận CS PDU từ thực thể cùng cấp.
Hiện nay, có hai chi tiết kĩ thuật CS đƣợc cung cấp là: ATM CS và Packet CS. Lớp con hội tụ ATM, hay ATM CS là một giao diện logic kết hợp các dịch vụ ATM khác nhau với MAC CPS SAP. ATM CS nhận các tế bào ATM từ lớp ATM, thực hiện phân loại và nếu đƣợc cung cấp PHS (nén tiêu đề tải trọng), sau đó phát các CS PDU đến MAC SAP phù hợp.
Lớp con hội tụ gói hay Packet CS dành cho các dịch vụ dữ liệu dạng gói ví dụ nhƣ Ethernet, PPP, IP và VLAN. Các CS khác có thể đƣợc hỗ trợ trong tƣơng lai.
Trong quá trình gửi thông tin. Dữ liệu từ lớp cao hơn chuyển xuống, lớp CS có trách nhiệm phát các MAC SDU đến MAC SAP. MAC có trách nhiệm phát các MAC SDU đến các MAC SAP ngang cấp phù hợp với QoS, việc phân đoạn, ghép nối, và các chức năng truyền tải khác, kết hợp với các đặc điểm luồng dịch vụ của một kết nối cụ thể.
Với quá trình nhận tin, CS có trách nhiệm nhận MAC SDU từ các MAC SAP. Sau khi xử lý nhƣ phân loại, giải nén tiêu đề…và gửi đến thực thể lớp cao hơn.
2.2.2 Lớp con phần chung (MAC CPS- common part sublayer)
Phần lõi của lớp MAC IEEE 802.16 là MAC CPS, có nhiệm vụ là : - Định nghĩa tất cả các quản lý kết nối.
- Phân phối băng thông, yêu cầu và cấp phát, thủ tục truy nhập hệ thống. - Lập lịch đƣờng lên, điều khiển kết nối và ARQ.
- Truyền thông giữa CS và CPS đƣợc các điểm truy nhập dịch vụ MAC (MAC SAP) duy trì. Thiết lập, thay đổi, xóa kết nối và truyền tải dữ liệu trên các kênh là bốn chức năng cơ bản trong quá trình truyền thông tại lớp này.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
a/ Định dạng và phân loại MAC PDU
MSB LSB
Tiêu đề MAC
(6 byte) Tải trọng (tùy chọn)
CRC (tùy chọn)
Hình 2.2 Định dạng MAC PDU
Phân loại MAC PDU
MAC PDU dữ liệu:
- Tiêu đề là tiêu đề MAC chung với HT=0.
- Tải trọng là các MAC SDU, hay các phân đoạn là dữ liệu từ lớp phía trên (các CSPDU). Đƣợc phát trên các kết nối truyền tải.
Các MAC PDU quản lí:
- Tiêu đề là tiêu đề MAC chung với HT=0.
- Tải trọng là các bản tin quản lí MAC. Đƣợc phát trên các kết nối quản lí. Các MAC PDU yêu cầu băng thông (BW):
- Tiêu đề là tiêu đề yêu cầu băng thông với HT=1. - Không có tải trọng.
Tiêu đề MAC chung
HT EC Type(6 bit) Rsv CI EKS Rsv LEN MSB (3 bit) LEN LSB (8 bit) CID MSB (8 bit)
CID LSB (8 bit) HCS (8 bit)
Hình 2.3 Định dạng tiêu đề MAC chung
Các trƣờng trong tiêu đề MAC chung có ý nghĩa nhƣ sau:
- CI (1 bit) CRC Indicator: Nếu CI có giá trị là 1 có nghĩa CRC đƣợc tính đến trong PDU bằng cách gắn vào tải trọng PDU sau khi mật mã hóa, nếu có giá trị 0 nghĩa là không có CRC.
- CID (16 bit) Connection Identifier: nhận dạng kết nối.
- EC (1 bit) Encryption Control: EC có giá trị bằng 0 nghĩa là tải trọng không đƣợc mật mã hóa. EC có giá trị 1 nghĩa là tải trọng đƣợc mật mã hóa.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ - EKS (2 bit) Encryption Key Sequence: Chỉ mục của khóa mật mã hóa lƣu
lƣợng (TEK) và vector khởi tạo đƣợc sử dụng để mật mã hóa tải trọng. Trƣờng này chỉ có ý nghĩa nếu trƣờng EC đƣợc thiết lập là 1.
- HCS (8 bit) Header Check Sequence: Một trƣờng 8 bit đƣợc sử dụng để phát hiện lỗi trong tiêu đề. Máy phát sẽ tính toán giá trị HCS cho các byte đầu tiên của tiêu đề tế bào và chèn kết quả vào trƣờng HCS (byte cuối cùng của tiêu đề). Nó sẽ là số dƣ của phép chia bởi đa thức đặc trƣng (D=D8+D2+D+1) của đa thức D8 nhân với nội dung của tiêu đề trừ trƣờng HCS.
- HT (1bit) Header Type: HT đƣợc thiết lập là 0.
- LEN (11bit) Length: Trƣờng độ dài theo byte của MAC PDU bao gồm tiêu đề MAC và CRC (nếu có).
- Type (6 bit) - Trƣờng này cho biết các tiêu đề con và các loại tải trọng đặc biệt trong tải trọng của bản tin.
Tiêu đề yêu cầu băng thông
PDU yêu cầu băng thông sẽ chỉ có tiêu đề yêu cầu băng thông và không chứa tải trọng. Yêu cầu băng thông sẽ có các đặc tính sau:
- Độ dài của tiêu đề sẽ luôn là 6 byte.
- Trƣờng EC sẽ đƣợc thiết lập là 0, chỉ thị không mật mã hóa. - CID sẽ cho biết kết nối cho SS yêu cầu băng thông đƣờng lên.
- Trƣờng BR (Bandwidth Request) sẽ cho biết số các byte đƣợc yêu cầu. - Các loại yêu cầu băng thông đƣợc cho phép là 000 cho tăng dần và 001 cho
toàn bộ.
EC Type (3 bit)
BR MSB (11 bit)
BR LSB (8 bit) CID MSB (8 bit)
CID LSB (8 bit) HCS (8 bit)
Hình 2.4 Định dạng tiêu đề yêu cầu băng thông
Một SS nhận một tiêu đề yêu cầu băng thông trên đƣờng xuống sẽ hủy bỏ PDU.Mỗi tiêu đề đƣợc mã hóa, bắt đầu với các trƣờng HT và EC. Mã hóa các trƣờng này là để byte đầu tiên của tiêu đề MAC sẽ không bao giờ có giá trị 0xFF. Điều này ngăn chặn lỗi phát hiện các byte đệm.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ - BR (19 bit): Số lƣợng các byte của băng thông đƣờng lên đƣợc yêu cầu bởi SS. Yêu cầu băng thông là để cho CID. Yêu cầu sẽ không bao gồm bất kì mào đầu PHY nào.
- CID (16 bit) nhận dạng kết nối. - HT có giá trị là 1.
- Type ( 3 bit) : Chỉ thị loại tiêu đề yêu cầu băng thông.
Các kết nối quản lí MAC
Có 4 loại kết nối quản lí:
Kết nối cơ bản: Các bản tin quản lí MAC khẩn cấp về thời gian và ngắn. Các bản tin quản lí MAC nhƣ yêu cầu hủy, thiết lập ARQ...
Kết nối quản lí sơ cấp: Các bản tin quản lí dung sai trễ lớn hơn và dài hơn. Các bản tin quản lí MAC nhƣ quản lí khóa bảo mật, yêu cầu thay đổi dịch vụ...
Kết nối quảng bá: Các bản tin quản lí MAC nhƣ miêu tả kênh, DL-MAP, UL- MAP...
Kết nối quản lí Initial Ranging :Các bản tin quản lí yêu cầu Ranging.
Định dạng bản tin quản lí MAC
MSB LSB
Loại bản tin quản lí MAC (8 bit)
Tải trọng bản tin quản lí MAC
Hình 2.5 Định dạng bản tin quản lí MAC
Bản tin quản lí MAC có thể đƣợc gửi trên các kết nối cơ bản, các kết nối sơ cấp, kết nối quảng bá và các kết nối Initial Ranging.
Lƣợc đồ mã hóa TLV (type/ length/ value) đƣợc sử dụng trong bản tin quản lí MAC ví dụ nhƣ trong bản tin UCD (miêu tả kênh đƣờng lên) cho trạng thái burst đƣờng lên.
• ( type=1, length=1, value=1)-> điều chế QPSK. • ( type=1, length=1, value=2)-> điều chế 16-QAM. • ( type=1, length=1, value=3)-> điều chế 64-QAM.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
b/ Truyền các MAC PDU
Các MAC PDU đƣợc truyền trong các burst. Các burst PHY có thể chứa nhiều khối FEC. Các MAC PDU có thể kéo dài qua các đƣờng biên khối. Quá trình truyền gồm các bƣớc sau: - Ghép nối - Phân đoạn - Đóng gói - Tính CRC - Đệm Quy ƣớc
Các trƣờng của bản tin MAC sẽ đƣợc phát theo thứ tự nhƣ xuất hiện trong các bảng ở trên. Các trƣờng của bản tin MAC và các trƣờng của TLV, đã đƣợc chỉ ra là các số nhị phân (bao gồm CRC và HSC) sẽ đƣợc phát nhƣ một chuỗi các digit nhị phân của chúng, bắt đầu từ MSB.
Các mặt nạ bit (ví dụ nhƣ trong ARQ) đƣợc xem nhƣ các trƣờng số. Các số MSB đã đánh dấu đƣợc định vị để làm dấu.