2.1.1.Lớp vật lý
2.1.1.1 Khung (Framing)
đặc tả lớp vật lý ở ựây hoạt ựộng trong một dạng khung. Trong mỗi khung có một khung con ựường lên (DL) và một khung con ựường xuống (UL). Khung con ựường lên bắt ựầu với thông tin cần thiết cho ựồng bộ hoá và ựiều khiển khung. Trong trường hợp song công phân chia theo thời gian (TDD), khung con ựường lên tới trước khung con ựường xuống. Trong trường hợp song công phân chia theo tần số (FDD), việc truyền xảy ra ựồng thời.
2.1.1.2. Song công và ựa truy cập
Song công
Song công: trong hệ thống PMP hiện nay tồn tại 2 kỹ thuật song công (hoạt ựộng theo hai chiều: chiều xuống - downstream và chiều lên - upstream)
trong ựó sự truyền tải ựường lên và ựường xuống xảy ra ở thời gian khác nhau nhưng có thể chia sẻ cùng tần số.
- FDD: (Kỹ thuật song công theo tần số): Một phương pháp song công trong ựó sự truyền tải ựường lên và ựường xuống sử dụng những tần số khác nhau nhưng có thể xảy ra ựồng thời.
* Sự hoạt ựộng của kỹ thuật song công theo tần số FDD
Trong sự hoạt ựộng của FDD, các kênh UL và DL trên các rải tần riêng biệt. Khả năng của DL ựược truyền loạt thuận lợi cho các phương pháp ựiều chế khác nhau và cho phép hệ thống hỗ trợ ựồng thời các trạm thuê bao song công hoàn toàn (có thể truyền và nhận ựồng thời) và bán song công.
Hình 2.2: Vắ dụ về dải tần FDD
* Sự hoạt ựộng của kỹ thuật song công theo thời gian TDD
Trong trường hợp của TDD, sự truyển tải UL và DL chia sẻ cùng tần số nhưng riêng biệt theo thời gian như hình 2.3
đa truy nhập
Cơ chếựa truy nhập trong WiMAX là ựa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Các thuê bao sẽ ựược cung cấp các khe thời gian khác nhau. Các phương ựa truy nhập sử dụng ựể tách rời người sử dụng với nhau trong một kênh truyền.
Các phương thức ựa truy nhập phổ biến nhất ựược sử dụng bao gồm: đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), ựa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), ựa truy nhập theo mã (CDMA), ựa truy phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), và ựa truy nhập nhảy cảm sóng mang (CSMA).
2.1.1.3.Lớp vật lý ựường lên
Dải thông cho phép trong ựường lên trực tiếp ựược ựịnh nghĩa như một hạt của một khe vật lý. Dải thông cho phép trong ựường xuống trực tiếp ựược ựịnh nghĩa như một hạt của một khe nhỏ, trong ựó ựộ dài khe nhỏ là 2m khe vật lý (m từ 0 ựến 7). Số lượng các khe vật lý ựối với mỗi khung là nhiệm vụ của tỷ lệ ký hiệu. Tỷ lệ ký hiệu ựược lựa chọn ựể thu ựược toàn bộ số các khe vật lý trong mỗi khung. Vắ dụ, với một tỷ lệ dữ liệu 20 MBd, có 5000 khe vật lý trong một 1ms khung.
Khung con ựường lên
Cấu trúc của khung con ựường lên sử dụng TDD ựược minh hoạ trong hình 2.4. Khung con ựường lên bắt ựầu với phần mào ựầu, tiếp theo là phần ựiều khiển của khung, chứa DL-MAP ( và UL-MAP bắt ựầu các khe vật lý với các cụm (cụm (burst)) bắt ựầu. Phần TDM tiếp theo chứa dữ liệu, ựược tổ chức thành các cụm (burst) với các hiện trạng cụm (burst) khác nhau và vì thế các mức truyền mạnh khác nhau. Các cụm (burst) ựược truyền ựể giảm bớt sức mạnh.
Mỗi trạm thuê bao nhận và giải mã thông tin ựiều khiển của ựường lên và tìm kiếm phần ựầu MAC chỉ ra dữ liệu cho trạm thêu bao ựó trong phần còn lại của khung con ựường lên.
Hình 2.4: Cấu trúc khung con ựường lên TDD
Trong trường hợp FDD, cấu trúc của khung con ựường lên ựược minh hoạ trong hình 2.5. Giống như trường hợp TDD, khung con ựường lên bắt ựầu với một phần mào ựầu của khung, sau ựó là phần ựiều khiển khung và một phần TDM ựược tổ chức thành các cụm (burst) ựược phát giảm sức mạnh hiện trạng cụm (burst). Phần TDM của khung con ựường lên này chứa dữ liệu ựược truyền tới một hoặc nhiều phần dưới ựây:
- Các SS song công ựầy ựủ
- Các SS bán song công ựược lập lịch ựể phát sau ựó trong khung hơn chúng nhận
- Các SS bán song công ựược lập lịch ựể truyền trong khung này.
Khung con ựường lên FDD tiếp tục với một phần TDMA ựược sử dụng ựể truyền dữ liệu tới bất kỳ SS bán song công nào ựược lập lịch ựể phát sớm hơn chúng nhận trong khung này. điều này cho phép SS riêng lẻ giải mã một phần
Hình 2.5: Khung con DL FDD
định vị cụm (burst) ựường lên
Những phần dữ liệu ựường lên ựược sử dụng ựể phát dữ liệu và ựiều khiển thông ựiệp tới các trạm thuê bao cụ thể. Dữ liệu này luôn luôn ựược mã hoá sửa lỗi trước (FEC) và ựược phát ở sự ựiều biến của các trạm thuê bao riêng lẻ hoạt ựộng ở thời ựiểm hiện tại. Trong phần TDM, dữ liệu sẽ ựược phát ựể giảm sức mạnh hiện trạng cụm (burst). Trong trường hợp phần TDMA, dữ liệu ựược nhóm thành các cụm (burst) ựược mô tả tách biệt nhau mà không cần loại mạnh. Thông ựiệp DL-MAP chứa một lược ựồ bắt ựầu ở khe vật lý mà hiện trạng cụm (burst) xuất hiện thay ựổi. Trong trường hợp TDMA, nếu dữ liệu ựường lên không phủ hoàn toàn khung con ựường lên, bên truyền sẽ dừng lại. Mã hoá từ FEC trong một cụm (burst) ựược sắp xếp ở dạng nén sắp xếp các ựường biên mức bit. điều này có nghĩa là, trong khi từ mã FEC lần ựầu bắt ựầu ởựường biên khe vật lý ựầu tiên. Các từ mã kế tiếp thậm trắ có thể bắt ựầu trong một ký tự ựiều biến hoặc trong một PS nếu từ mã FEC tiếp theo kết thúc ở một ký tự ựiều biến hoặc trong một PS. điều kiện liên kết chắnh xác phụ thuộc vào các thông số hiện trạng cụm (burst).
Thông thường, số các khe vật lý i (là một số nguyên) cấp cho một cụm (burst) ựặc biệt có thể ựược tắnh toán từ DL-MAP, nó cho biết vị trắ bắt ựầu của
mỗi cụm (burst) cũng như các hiện trạng cụm (burst). đặt n là giá trị nhỏ nhất của các PS ựược yêu cầu cho một từ mã FEC của hiện trạng cụm (burst) ựược ựưa ra ựầy ựủ (n không nhất thiết là một số nguyên). Khi ựó i=kn+j+q trong ựó k là số mã từ FEC ựầy ựủ thắch hợp trong cụm (burst), j (không nhất thiết là một số nguyên) là số các khe vật lý ựang sử dụng bằng từ mã ựược rút ngắt nhiều nhất có thể, và q (0 ≤ q < 1) là số các khe vật lý ựang sử dụng bởi các bit ựệm ựược chèn vào cuối cụm (burst) ựể bảo ựảm rằng i là một số nguyên. Trong sự hoạt ựộng từ mã cố ựịnh, j luôn bằng 0. Nhớ lại rằng một từ mã có thể một phần kết thúc qua một ký tự ựiều biến cũng như phần qua qua một PS. Khi ựiều này xuất hiện, từ mã tiếp theo sẽ bắt ựầu ngay lập tức, không chèn các bắt ựệm. Ở phần cuối của cụm (burst) (tức là không có từ mã tiếp theo), thì 4q ký tự ựược thêm vào như là làm ựệm (nếu ựược yêu cầu) ựể hoàn thành PS ựược ựịnh rõ trong DL-MAP. Số các bit ựệm trong các ký tự ựệm này bằng 4q lần mật ựộ ựiều biến, trong ựó mật ựộ ựiều biến của QPSK là 2, 16-QAM là 4, 64-QAM là 6. Chú ý rằng các bit ựệm có thể ựược yêu cầu có hoặc không ngắn hơn. k,j không ựồng thời bằng 0. Giả sử j # 0, ựủ lớn sao cho b lớn hơn các bắt FEC, r, ựược cộng bởi lược ựồ FEC cho cụm (burst). Số các bit (tốt nhất là một số nguyên của các byte) có giá trị trong dữ liệu người sử dụng trong từ mã FEC ựược ngắn lại là b-r. Một từ mã không thể có ắt hơn 6 byte thông tin.
Hình 2.6: Các sử dụng các khối FEC ựược thu ngắn lại - trường hợp TDM
Tầng con hội tụ truyền theo ựường lên
Sự tải theo ựường lên sẽ ựược phân ựoạn thành các khối dữ liệu ựược thiết kế vừa ựúng kắch thước của từ mã sau khi byte con trỏ CS ựược thêm vào. Chú ý rằng ựộ dài tải vào có thể thay ựổi, phụ thuộc vào sự rút ngắn của các từ mã ựược cho phép hoặc không ựối với tình trạng cụm (burst) này. Một byte con trỏ sẽ ựược thêm vào mỗi ựoạn tải vào ựược minh hoạ trong hình 2.7
Hình 2.8: Các sử dụng các khối FEC ựược thu ngắn lại - trường hợp TDMA
Trường con trỏ nhận dạng số byte trong gói tin, nó chỉ ra rằng hoặc phần ựầu của PDU MAC bắt ựầu trong gói tin hoặc phần ựầu của bất kỳ byte vật liệu nào ựến trước MAC PDU tiếp theo. Byte ựầu tiên trong gói tin xem như là byte số 1. Nếu không MAC PDU hoặc các byte vật liệu bắt ựầu ở gói tin CS, thì con byte con trỏ ựược ựặt là 0. Khi dữ liệu không ựược phép phát, một mẫu byte vật liệu có một 1 giá trị (0xFF) sẽ ựược sử dụng ựể làm ựầy bất kỳ khoảng trống nào giữa các IEEE 802.16 MAC PDU.
2.1.1.4. Lớp vật lý ựường xuống
Khung con ựường xuống
Cấu trúc của khung con ựường xuống ựược sử dụng SS ựể phát tới BS ựược biểu diễn trong hình 2.9. Ba lớp cụm (burst) có thể ựược phát bởi SS trong suốt
a) Chúng ựược phát ở các cơ hội cạnh tranh dành riêng cho dãy ban ựầu. b) Chúng ựược phát ở các s cơ hội cạnh tranh ựược ựịnh nghĩa bởi các khoảng thời gian yêu cầu dành riêng ựể ựáp lại sự thăm dò một - nhiều và phát rộng.
c) Chúng ựược phát ở những khoảng thời gian ựược ựịnh nghĩa bởi IEs Grant Data phân phát tới các SS riêng lẻ.
Hình 2.9: Cấu trúc khung con ựường xuống
Bất kỳ lớp cụm (burst) nào có thể có mặt trong khung bất kỳ ựược ựưa ra. Chúng có thể xuất hiện ở bất kỳ số lượng và loại nào (ựược giới hạn bởi số các PS cho phép) trong khung.
Dải thông phân phát cho các cơ hội cạnh tranh yêu cầu và dãy ban ựầu có thể ựược nhóm cùng nhau và luôn luôn ựược sử dụng với các tình trạng cụm (burst) ựường lên cho các khoảng thời gian ban ựầu (UIUC=2) và khoảng thời gian ựược yêu cầu (UIUC=1) tương ứng. Các khe thời gian truyền tải còn lại ựược nhóm lại bởi SS. Trong khi nó lập lịch dải thông, một SS phát với tình trạng cụm (burst) ựược xác ựịnh bởi BS.
2.1.2.Lớp ựiều khiển truy cập môi trường (Media Access Control Ờ MAC)
2.1.2.1. Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ (Service Specific CS)
Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ nằm phắa trên lớp con phần chung MAC và thống nhất với lớp này, thông qua ựiểm truy cập dịch vụ MAC (MAC SAP), các dịch vụ ựược cung cấp bởi lớp con phần chung MAC (MAC CPS). Lớp con hội tụ thực hiện các chức năng sau:
Chấp nhận các ựơn vị dữ liệu giao thức (PDUs) lớp cao hơn. Thực hiện phân loại PDUs lớp cao hơn.
Xử lý (nếu cần) PDUs lớp cao hơn dựa trên sự phân loại. Cấp phát lớp con hội tụ PDUs thắch hợp với MAC SAP Tiếp nhận lớp con hội tụ PDUs từ thực thể ngang hàng.
Hiện tại có 2 ựặc tả lớp con hội tụ ựược cung cấp: Lớp con hội tụ Chế ựộ truyền dị bộ (ATM CS) và lớp con hội tụ Gói (Packet CS). Những lớp con hội tụ khác có thể ựược ựặc tả trong tương lai. ATM CS ựược ựịnh nghĩa cho các dịch vụ ATM còn Packet CS ựược ựịnh nghĩa cho các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet, VLANẦ ATM CS nhận các tế bào ATM, xử lý, phân lớp dịch vụ và phân phối nó xuống lớp dưới. Packet CS phân lớp các loại MAC SDU vào kết nối thắch hợp, gỡ, thêm các tiêu ựề, phân phối dữ liệu ựến lớp con MAC, nhận dữ liệu từ lớp con MAC rồi xử lý.
Khái niệm nhận dạng kết nối (Connection Identifier Ờ CID): Một kết nối ựược hiểu là một ánh xạ từ MAC Ờ BS tới MAC Ờ SS với mục ựắch vận chuyển lưu lượng của một dịch vụ. Mỗi kết nối ựược xác ựịnh bởi một CID có ựộ dài 16bit. Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ nằm ở trên ựỉnh của lớp MAC và thi hành một số chức năng như nhận các ựơn vị dữ liệu giao thức (Protocol Dat Unit Ờ PDU) từ lớp cao hơn, phân lớp dịch vụ các PDU ựó, tùy theo các dịch vụ mà xử lý các PDU, phân phối các PDU này xuống lớp con phần chung MAC thông qua một SAP thắch hợp.
xử lý QoS. để ựảm bảo thực hiện ựược ựiều này, lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ có thể sử dụng các thuật toán tinh vi ựể ánh xạ hoặc cũng có thể thêm, thay ựổi tiêu ựề mối gói tin của lớp trên ựể xử lý.
2.1.2.2.Lớp con phần chung MAC
Sự trao ựổi giữa các BS và SS trong một vùng thường có mấy dạng kiến trúc là ựiểm Ờ ựiểm (PTP), mạng ựiểm Ờ ựa ựiểm (PMP) và lưới (Mesh). Kiến trúc PTP xảy ra khi chỉ có một BS và một SS, các kết nối xảy ra từng cặp BS, SS. Kiến trúc PMP là sẽ có một kết nối giữa một BS với nhiều SS khác nhau. So với PTP thì PMP có khả năng phục vụ cao hơn, hiệu xuất tốt nhưng phạm vi bao phủ hẹp hơn nhiều. Kiến trúc Mesh là kiến trúc mà bao giờ cũng có một ựường liên kết gữa hai ựiểm bất kỳ.
Mặc dù chuẩn 802.14-2004 hỗ trợ cả ba kiểu kiến trúc trên nhưng PMP là kiến trúc ựược quan tâm nhất. Kiến trúc này có một BS làm trung tâm sẽ cung cấp kết nối cho nhiều SS. Trên ựường lên (DL) dữ liệu ựưa tới SS ựược hợp kênh theo kiểu TDM. Các SS chia sẻ UL theo dạng TDMA.
MAC 802.16 theo hướng kết nối. Tất cả những dịch vụ bao gồm những dịch vụ không kết nối cố hữu, ựược ánh xạ tới một kết nối. điều ựó cung cấp một cơ chế cho yêu cầu dải thông, việc kết hợp QoS và các tham số về lưu lượng, vận chuyển và ựịnh tuyến dữ liệu ựến lớp con quy tụ thắch hợp và tất cả các hoạt ựộng khác có liên quan ựến ựiều khoản hợp ựồng của dịch vụ. Các kết nối ựược tham chiếu ựến các CID 16-bit và có thể yêu cầu liên tiếp dải thông ựược cấp phát hay dải thông theo yêu cầu.
đánh ựịa chỉ
Mỗi SS sẽ có một ựịa chỉ cứng gọi là ựịa chỉ MAC 48 bit, giống nhưựược ựịnh nghĩa trong 802 nói chung. địa chỉ này là duy nhất cho thiết bị trên toàn thế giới. Nó ựược sử dụng trong quá trình khởi tạo kết nối. Nó cũng có thể ựược dùng ựể chứng thực giữa BS và SS với nhau.
định dạng của MAC PDU
MAC PDU là ựơn vị dữ liệu giao thức ựược dùng ựể trao ựổi thông tin giữa các lớp MAC của BS và SS. MAC PDU có hai dạng: dạng thông thường và dạng yêu cầu băng thông. MAC PDU thông thường bắt ựầu với một tiêu ựề có chiều