84
Tile chứa 4 sóng mang con liền kề trải trên 3 symbol OFDMA. Mỗi tile chứa 4 sóng mang pilot. 4 sóng mang con x 6 tile/kênh con = 48 sóng mang con
Đối với mơ hình này, do các sóng mang con được nhóm vào các cluster, nên rất thuận lợi cho việc tái sử dụng tài nguyên tần số. PUSH được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống.
3. Mơ hình AMC (Adaptive Modulation and Coding- Mã hố và điều chế thích nghi)
Khơng gian các sóng mang con được chia thành các Bin. Mỗi Bin gồm có 9 sóng mang con liền kề trong 1 symbol, trong đó có 8 sóng mang con dữ liệu và 1 sóng mang con pilot. Một kênh con được tạo thành bởi 1 tập các Bin có dạng MxN (trong đó M là số Bin liền kề/1symbol,N là số Symbol liền kề). Tập hợp có thể có của MxN là 6x1, 3x2, 2x3, 1x6. AMC được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống.
Với FUSC và PUSC, việc phân phối các sóng mang con tới các kênh con được thực hiện theo mơ hình giả ngẫu nhiên mà ở đó các sóng mang con của một kênh con nhất định trong một cell nhất định khác với các sóng mang con tại cùng một kênh con đó trong một cell khác (ví dụ sóng mang con trong kênh con 1 trong cell 1 sẽ hồn tồn khác với các sóng mang trong kênh con 1 trong cell 2). Sự hoán đổi giả ngẫu nhiên này có ảnh hưởng tương đối đến nhiễu. Điều này làm giảm tác động đối nghịch của hiện tượng nhiễu giữa các cell. Nhìn chung, FUSC và PUSC là 2 tùy chọn tốt nhất cho các ứng dụng di động, trong khi AMC phù hợp hoàn toàn với các ứng dụng cố định, mang xách và di chuyển chậm.
3.2.3. Kỹ thuật SOFDMA
Trong tiêu chuẩn IEEE 802.16e – 2005 dành cho WiMAX di động, các nhà nghiên cứu đã mở rộng thêm cách thức đa truy nhập nữa dựa trên kỹ thuật
85
SOFDMA (Scalable OFDMA). Việc mở rộng công nghệ SOFDMA đã hỗ trợ khả năng điều chỉnh OFDMA cho phù hợp với độ rộng kênh đang được sử dụng. SOFDMA hỗ trợ những băng thông dải rộng một cách linh hoạt cần thiết cho sự cấp phát nhiều loại phổ khác nhau cũng như yêu cầu cho những mơ hình hữu ích khác.
Điểm quan trọng của SOFDMA là nó ln giữ cho khoảng cách tần số (freq spacing) giữa các subcarrier (sóng mang con) là ln luôn không đổi cho các system bandwidth khác nhau. Cái khoảng cách tối ưu đã được chứng minh là tầm 11kHz.
Theo nguyên tắc khi ấn định số lượng dải phổ dành cho các nhà cung cấp dịch vụ khác, các thơng số cơng nghệ OFDMA có thể được tối ưu hố sao cho tỷ lệ với dải băng tần cấp cho một nhà cung cấp dịch vụ cụ thể. Đối với công nghệ SOFDMA, khả năng mở rộng được hỗ trợ bằng cách điều chỉnh kích thước FFT trong khi vẫn giữ nguyên độ rộng băng tần sóng mang con, có nghĩa là khi độ rộng kênh thay đổi, thì kích thước FFT cũng sẽ thay đổi theo một tỷ lệ nhất định với độ rộng kênh, sao cho khoảng cách giữa các sóng mang phụ là khơng đổi. Ví dụ: trong kênh 5MHz một FFT kích cỡ 512 sóng mang con được xác định, còn trong một kênh 10MHz một FFT kích cỡ 1024 được xác định. Điều đó đảm bảo rằng cả hai hệ thống 5MHz và 10MHz có cùng khoảng thời gian của ký tự và do đó có cùng khả năng chống méo đa đường kể cả khi 2 hệ thống khác nhau về kích cỡ. Do đó, băng thơng sóng mang con theo đơn vị tài nguyên và khoảng thời gian của ký hiệu được giữ nguyên, ảnh hưởng tới các lớp cao hơn cũng được giảm tối thiểu khi lấy tỉ lệ băng thông.
3.2.4. Sự kết hợp các phương thức đa truy nhập cũ vào OFDMA
a. Đa truy nhập phân chia theo tần số
FDMA có thể sẵn sàng thực hiện trong hệ thống OFDM bằng cách gán mỗi người sử dụng vào một phần của sóng mang con. Sự phân chia này có thể
86
được thực hiện theo nhiều cách. Phương pháp đơn giản nhất là phân chia tĩnh các sóng mang con cho mỗi người sử dụng. Ví dụ, trong hệ thống OFDM 64 sóng mang con, người sử dụng 1 có thể nhận sóng mang con 1 đến 16, với người sử dụng 2, 3 và 4 sử dụng các sóng mang con tương ứng 17 đến 32, 33 đến 48, và 49 đến 64. Sự phân chia này là bắt buộc với bộ ghép kênh cho các người sử dụng khác nhau trước khi thực hiện biến đổi IFFT. Đương nhiên, cũng có thể phân chia không đều với các người sử dụng tốc độ dữ liệu cao được phân chia nhiều sóng mang con hơn các người sử dụng tốc độ dữ liệu thấp hơn.
Sự cải thiện so với phân chia tĩnh ở trên là sự phân chia sóng mang động, dựa trên điều kiện kênh. Ví dụ như tuỳ thuộc vào pha đing lựa chọn tần số, người sử dụng 1 có thể có điều kiện kênh tương đối tốt tại sóng mang 33 đến 48, trong khi người sử dụng 3 có thể có các kênh tốt tại sóng mang 1 đến 16. Rõ ràng, muốn đem lại lợi ích cho nhau thì những người sử dụng phải hoán đổi sự phân chia tĩnh được cho lúc trước.
b. Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Để bổ xung và thay thế cho FDMA, TDMA có thể phù hợp với đa người sử dụng. Trong thực tế, hệ thống sử dụng cả FDMA và TDMA, khi mà thơng thường có nhiều người sử dụng trên hệ thống hơn có số lượng có thể mang đồng thời trên 1 symbol OFDM đơn. Hơn thế nữa, các người sử dụng không thường xuyên có dữ liệu để gửi, do vậy nó quyết định đến mục đích hiệu quả mà các sóng mang con được phân chia động với mục đích tránh lãng phí.
Phương pháp TDMA tĩnh tương thích với tốc độ bít khơng đổi, chuyển mạch, các ứng dụng như là thoại và luồng video. Nhưng tổng quát, hệ thống cơ sở gói như là WIMAX có thể sử dụng nhiều các thuật tốn liệt kê phức tạp dựa trên các chiều dài hàng đợi, các điều kiện kênh, và các ràng buộc trễ để
87
đạt được hiệu suất tốt hơn nhiều so với TDMA tĩnh. Trong trường hợp các hệ thống cơ sở gói, TDMA tĩnh thường được gọi là bảng “round robin”: mỗi người sử dụng đơn giản là đợi vòng để truyền.
c. Đa truy nhập phân chia theo mã
CDMA là kỹ thuật đa truy nhập chủ yếu cho các hệ thống tế bào hiện tại nhưng nó khơng thích hợp với truyền dữ liệu tốc độ cao, khi mà nguyên tắc gốc của CDMA là một băng thông lớn hơn rất nhiều tốc độ dữ liệu được sử dụng để khử nhiễu. Trong các mạng băng rộng không dây, tốc độ dữ liệu là rất lớn do đó sự trải phổ ra xa hơn là khơng thể được. Ngay cả và đối với các tiêu chuẩn CDMA băng rộng như HSDPA và 1x EV- DO có chỉ số mở rộng nhỏ.
Tuy nhiên, ta có thể kết hợp OFDM và CDMA để tạo nên CDMA đa sóng mang (MC- CDMA). Chúng ta có thể sử dụng tín hiệu phổ rộng và việc phân chia các người sử dụng theo các mã trong OFDM bằng sự mở rộng cả với miền thời gian và miền tần số. Sự mở rộng miền thời gian bắt buộc mỗi sóng mang con truyền symbol dữ liệu giống nhau trên vài symbol OFDM liên tiếp tức là symbol dữ liệu được ghép bởi chuỗi mã có độ dài N và sau đó gửi trên các sóng mang con riêng đối với các symbol OFDM tiếp theo N. Sự mở rộng trên miền tần số, mà tổng quát là tốt hơn một chút so với mở rộng trên miền thời gian, bắt buộc mỗi symbol dữ liệu gửi đồng thời trên các sóng mang khác nhau N. MC- CDMA không phải là một phần của các tiêu chuẩn WIMAX nhưng có thể thích ứng trong tương lai, đặc biệt là với chiều lên (uplink).
3.3. ĐA TRUY NHẬP TRONG WIMAX 3.3.1. Phương thức đa truy nhập 3.3.1. Phương thức đa truy nhập
88
phương thức đa truy nhập. WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD và TDD sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA. Ưu điểm của phương pháp này là nó cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống, dẫn đến có thể thay đổi tốc độ phát (Upload) hoặc thu (Download) dữ liệu chứ không phải là cố định như trong ASDL hay CDMA. Ở lớp MAC của 802.16, lịch trình hoạt động cho mỗi thuê bao được định trước, do vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm gia nhập mạng. Sau thời điểm này, mỗi thuê bao được trạm phát gốc gắn cho một khe thời gian. Khe thời gian có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn.
Ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độ truyền dẫn vẫn hoạt động ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê bao đăng ký vượt quá cho phép, và nó cũng có thể tăng được hiệu quả sử dụng băng tần. Việc sử dụng thuật tốn lịch trình cịn cho phép trạm phát gốc điều khiển chất lượng dịch vụ QoS bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao.
Ngoài ra, hệ thống WiMax thực hiện việc mã hoá và điều chế thích nghi (AMC-Adaptation Modulation and Coding) để có thể sử dụng một cách tối đa băng thông. Kỹ thuật điều chế và mã hố thích nghi là một trong những ưu việt vì nó cho phép tối ưu hố mức điều chế trên mỗi kênh con dựa trên chất lượng tín hiệu (tỷ lệ SNR) và chất lượng kênh truyền dẫn. Đặc điểm của phương pháp này là tốc độ truyền tin tuỳ thuộc vào điều kiện của kênh truyền. Đối với kênh truyền tốt (có nghĩa là tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR cao) có thể điều chế ở 64-QAM. Nơi kênh ở chất lượng thấp hơn thì giảm dần mức điều chế xuống đến QPSK hoặc thấp hơn.
3.3.2. Điều chế và mã hóa thích nghi AMC
Các hệ thống WiMAX sử dụng điều chế và mã hố thích nghi với mục đích đem lại lợi thế đối với sự thăng giáng trên kênh. Ý tưởng cơ bản khá đơn
89
giản: truyền với tốc độ dữ liệu cao ở mức khả thi khi kênh tốt, và truyền ở mức tốc độ thấp hơn khi kênh tồi, với mục đích tránh việc các gói bị mất quá mức. Các tốc độ bít thấp hơn đạt được bởi việc sử dụng chịm sao tín hiệu nhỏ (small constellation) như là QPSK, và các mã sử lỗi tốc độ thấp như là các mã turbo hoặc mã xoắn 1/2. Các tốc độ bít cao hơn đạt được với constellation lớn như là 64 QAM và các mã sửa lỗi kém hơn ví dụ là các mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (Low Density Party Check Code) LDPC, mã turbo, mã xoắn tốc độ 3/4.
Mơ hình hệ thống AMC được biểu diễn ở hình 3.16. Trong hệ thống này, ở đầu phát, dữ liệu đầu vào được mã hóa, điều chế, điều khiển mức cơng suất trước khi gửi sang phía thu. Việc lựa chọn dạng điều chế và phương thức mã hóa dựa vào thơng tin về kênh được gửi về từ đầu thu.