Hình 1.6 cho thấy những thành phần quan trọng của một hệ thống WiMAX. Sơ đồ này chỉ ra rằng thành phần chính của một hệ thống WiMAX bao gồm trạm thuê bao (SS), một trạm cơ sở (BS) kết nối các thiết bị cổng (Gateways). Trong trạm thuê bao có một ăngten và máy thu bên trong một hộp chuyển đổi tín hiệu sóng radio (Set top box)
Trong ví dụ này, một hệ thống WiMAX đang sử dụng để cung cấp truyền hình và những dịch vụ truyền thông dữ liệu băng rộng. Hệ thống đầu cuối (Head End System) kết nối hệ thống WiMAX với một vệ tinh liên lạc cho những kênh truyền hình cáp cho hình ảnh theo yêu cầu. Khi tín hiệu dữ liệu băng rộng này phân tán trong nhà, nó được chuyển đổi vào trong tín hiệu ti vi chuẩn hệ (NTSC hoặc PAL) qua một Set Top Box. Tín hiệu số từ hệ thống WiMAX cũng kết nối Internet qua Gateway đến một máy tính ở trong nhà để cung cấp truy nhập Internet băng rộng. Điều này cũng cho thấy phần tần số thấp hơn 2-11GHz đó của hệ thống WiMAX (802.16a) có thể trải khoảng cách xa 50 km trong khi phần tần số cao hơn 10-66 GHz thì bị giới hạn khoảng 5 tới 10 km.
Omnidirectional Antenna Data Switch Voice Video Data 20 –150 Feet Directional Antennas Directional Antennas Cluster of Home
Hình 1.6 Thành phần một hệ thống WiMAX
Như đã trình bày trong hình vẽ trên, một mạng Điểm – Đa điểm cố định về cơ bản là một mạng được khu vực hoá bao gồm hai thành phần chính: Một trạm gốc (Base Station - BS) và thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng (Customer Premises Equipment - CPE). Thông tin điều khiển nguồn được gửi bởi BS tới tất cả các thiết bị CPE.
Trạm gốc BS : Là phần thu phát vô tuyến của hệ thống mà qua đó các SS có thể liên lạc được với hệ thống.Tại đây, các tín hiệu vô tuyến được điều chế, khuyếch đại và phối hợp thu phát. BS đảm nhiệm các chức năng sau :
- Phát quảng bá các thông tin hệ thống
- Quản lý thu phát tín hiệu thông tin trên các kênh vật lý - Mã hoá và giải mã tín hiệu
BS bao gồm một hoặc nhiều thiết bị thu phát vô tuyến, mỗi thiết bị chịu trách nhiệm kết nối với nhiều CPE trong khu vực phủ sóng. Các modem không dây (Radio modems) kết nối tới một bộ đa công (Multiplexer), tương tự như một khó chuyển đổi, nó tập hợp lưu lượng từ các sector khác nhau và gửi chuyển (forward) chúng tới một bộ định tuyến (Router) cung cấp kết nối giao thức (IP) của nhà cung cấp dịch vụ mạng.
TV
Set Top Box
Antenna Head End System Head End System Base Station GW GW Internet Subcriber Station (SS) Digital Channel 5 to 50 km 10-66 GHz (802.16) 2-11 GHz (802.16a) Chương trình truyền hình từ vệ tinh hoặc thiết bị trường quay
Thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng CPE (hay SS) bao gồm 3 thành phần chính: một modem, một radio, và một anten. Modem cung cấp một giao diện giữa mạng của khách hàng với mạng FBWA của nhà cung cấp dich vụ. Radio cung cấp một giao diện giữa modem với anten. Anten là thành phần thu phát sóng vô tuyến Ba thành phần có thể là riêng biệt, hoặc tích hợp một phần hay hoàn toàn lên thành phần của thiết bị
CPE là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nó có một địa chỉ ngoài như là một node trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của khách hàng. CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các Hotspot và chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng (tương tự hoặc số). CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một số chức năng như:
- Cung cấp giao diện vô tuyến hướng tới trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ. - Cung cấp giao diện cho các thiết bị đầu cuối của khách hàng.
- Chuyển đổi giao thức, chuyển đổi mã, cấp nguồn
Gateway: Thiết bị có chức năng định tuyến như Router cho kết nối mạng diện rộng.
Trung tâm quản lý
Về cơ bản, trung tâm quản lý gồm có các thành phần sau: - Hệ thống tiếp nhận kết nối :
Đảm nhận vai trò kết nối trung tâm quản lý và tất cả các WiMAX BS đầu cuối. Ngoài ra, hệ thống này còn phải hỗ trợ giao diện LAN để kết nối với các thành phần còn lại trong trung tâm quản lý.
- Subcriber Gateway :
Cổng giao tiếp dành cho thuê bao. Nhiệm vụ chính của nó là quản lý tất cả thông tin về thuê bao. Việc chứng thực người dùng hay tính cước khai thác Internet đều phải thông qua Gateway này. Do đó, Subcriber Gateway luôn được đặt tại cửa ngõ liên thông Internet duy nhất của toàn hệ thống cho từng miền. Cisco Building Broadband Service Manager (BBSM) là một sự lựa chọn lý tưởng cho một Subcriber Gateway. BBSM sẽ kết nối với hệ thống tiếp nhận kết nối qua giao diện LAN để tiếp nhận các yêu cầu của thuê bao WiMAX gửi về. Từ đó, nó sẽ thực thi nhiệm vụ của mình để cho phép hoặc không cho phép khách hàng thuê bao được đi ra Internet, hay ghi nhận thông tin cho việc tính cước đối với các khách hàng này.
- Firewall System : Có chức năng chính là bảo vệ cho trung tâm quản lý và toàn hệ thống WiMAX cho từng miền. Vì toàn hệ thống chỉ sử dụng duy nhất một cửa ngõ kết nối Internet nên Firewall tại đây đòi hỏi phải có thông lượng khá tốt, hoạt động hiệu quả và ổn định. Đối với những đòi hỏi đặc thù như vậy Cisco PIX Firewall thường là một sự lựa chọn tốt cho nhà cung cấp dịch vụ.
- Hệ thống máy chủ chức năng: Bao gồm Radius server, Billing Server, DBMS server và các LAN server khác. Mỗi máy chủ sẽ đảm nhiệm vai trò của một chức năng đặc thù. Tuy nhiên, việc kết hợp chúng lại với nhau trong một hệ thống của trung tâm quản lý cho phép nhà cung cấp dịch vụ quản lý người dùng đầu cuối của mình một cách có hiệu quả.
Để đấu nối các WiMAX BTS về trung tâm quản lý. Sau khi tất cả các trạm dịch vụ đã được đấu nối về các hệ thống tiếp nhận tại trung tâm thành công, phần việc còn lại chỉ là tích hợp các phân hệ tiếp nhận kết nối trên vào hệ thống hiện
có. Phân hệ tiếp nhận đấu nối của WiMAX BTS có thể những bộ đấu nối cáp quang hoặc là các bộ thiết bị không dây dựng công nghệ WiMAX. Quá trình tích hợp có thể theo mô hình (Hình1.8)
Giới thiệu qua về tầm nhìn thẳng (LOS) và không tầm nhìn (NLOS)
- Tầm nhìn thẳng (LOS) mô tả một đường truyền dẫn dữ liệu trực tiếp không bị nghẽn tắc từ máy phát đến phía máy thu. Tiêu điểm của anten phát là trực tiếp và không bị nghẽn tắc đường dẫn, bên phía anten nhận thu được tín hiệu sóng radio tốt hơn, tăng khả năng tốc độ truyền dẫn.
- Không tầm nhìn (NLOS) mô tả một đường truyền mà một phần nào đó bị ngăn cản. Kết quả là tín hiệu mà anten nhận được có sự phản xạ, phân tán và làm nhiễu xạ. Tín hiệu gốc truyền đi bị trễ, hoặc sai lệch đi do những thành phần truyền theo nhiều đường, gây ra sự suy giảm và thậm chí là sự thay đổi tín hiệu, tất cả điều đó đều gây khó khăn cho phía bên nhận để có thể giải mã tín hiệu chính xác. Những ảnh hưởng trên cũng có thể phá huỷ mối liên kết giữa 2 phía (phát - thu), nhưng điều chắc chắn là nó sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn dữ liệu.