STC (sơ đồ Alamouti) cú thể được sử dụng cho đường xuống để cung cấp phõn tập phỏt (khụng gian) bậc hai. Hai anten phỏt được sử dụng tại BS và một anten thu được sử dụng tại SS. Sơ đồ này đũi hỏi ước tớnh kờnh MISO (Multi Input Single Output: nhiều đầu vào một đầu ra). Hai anten phỏt phỏt đồng thời hai ký hiệu số liệu OFDM khỏc nhau. Bộ giải mó phớa thu sẽ thực hiện giải mó sau khi nhận được cả hai ký hiệu này từ mỗi anten. Trong sơ đồ này mỗi ký hiệu được phỏt lặp theo thời gian trờn hai anten khỏc nhau.
Hỡnh 2.6 cho thấy vị trớ của STC trong chuỗi truyền dẫn OFDM. Mỗi anten phỏt cú một chuỗi truyền dẫn OFDM riờng, nhưng chỳng cú cựng bộ dao động nội cho mục đớch đồng bộ. Điều chế kờnh con Đúng gúi đầu vào IFFT Mó húa phõn tập phỏt IFFT IFFT Lọc DAC RF Lọc DAC RF RF ADC Lọc FFT Bộ kết hợp phõn tập Bộ giải điều chế kờnh con Lấy Log tỷ lệ khả giống Bộ giải mó BS SS Hỡnh 2.6. Nguyờn lý STC. 2.5.3. Phỏt lại tự động, ARQ
Cơ chế ARQ (Automatic Repeat Request) là một bộ phận của MAC, nú được sử dụng như một tựy chọn. Khi ARQ được cài đặt, nú được cho phộp theo từng kết nối. ARQ sẽ được đặc tả và đàm phỏn trong quỏ trỡnh tạo lập kết nối. Một kết nối khụng thể cú hỗn hợp cả lưu lượng ARQ và lưu lượng khụng ARQ.
2.5.4. Cấu hỡnh điểm đa điểm và lưới
WiMAX cố định cho phộp hỗ trợ cả hai cấu hỡnh điểm đa điểm (PMP: Point to
1. Cấu hỡnh bắt buộc điểm đa điểm, PMP
Trong chuẩn IEEE 802.16e-2005 cho cỏc hệ thống khụng dõy cố định, cấu hỡnh điểm đa điểm (PMP) là bắt buộc. Trong cấu hỡnh này, đường xuống từ BS đến cỏc SS làm việc trờn cơ sở điểm đa điểm. Đường truyền vụ tuyến của IEEE 802.16e-2005 làm việc với một BS trung tõm cú anten phõn đoạn để cú thể xử lý đồng thời nhiều đoạn ụ. Trong một kờnh tần số cho trước và một đoạn ụ cho trước, tất cả cỏc SS nhận được cựng một truyền dẫn. BS chỉ là mỏy phỏt phỏt theo hướng này, vỡ thế nú chỉ việc phỏt mà khụng phối hợp với cỏc SS khỏc trừ việc phõn chia thời gian cho đường lờn và đường xuống trong TDD. Núi chung đường xuống phỏt quảng bỏ. Trong trường hợp bản tin sắp xếp đường xuống (DL MAP) khụng chỉ thị một đoạn khung con đường xuống cho một SS cụ thể, thỡ tất cả cỏc SS cú thể thu đoạn khung con này đều sẽ thu. Cỏc SS sẽ kiểm tra CID (Connection Identifier: nhận dạng kết nối) của cỏc PDU (Protocol Data Unit) thu được và sẽ chỉ nhận cỏc PDU gửi cho nú.
2. Cấu hỡnh lưới, Mesh
Khỏc biệt chớnh giữa chế độ PMP và chế độ lưới là trong chế độ PMP, lưu lượng chỉ xẩy ra giữa BS và cỏc SS, cũn trong chế độ lưới (Mesh) lưu lượng cú thể được định tuyến qua cỏc SS khỏc và cú thể xẩy ra giữa cỏc SS. Phụ thuộc vào giải thuật cuả giao thức truyền dẫn được sử dụng, điều này cú thể được thực hiện trờn cơ sở bỡnh đẳng khi sử dụng lập biểu phõn bố hoặc trờn cơ sở ưu tiờn. của Mesh BS.
Trong một mạng Mesh, một hệ thống cú kết nối trực tiếp đến cỏc dịch vụ đường trục ra bờn ngoài mạng Mesh đựơc gọi là Mesh BS. Tất cả cỏc hệ thụng khỏc của mạng Mesh đều được gọi là Mesh SS. Núi chung, cỏc hệ thống của mạng Mesh được gọi là cỏc nỳt. Trong ngữ cảnh Mesh, cỏc đường lờn và đường xuống được định nghĩa là lưu lượng trong hướng đến Mesh BS và và ngược lại.
2.6. TỔNG KẾT CÁC ĐẶC TẢ GIAO DIỆN Vễ TUYẾN KHÁC NHAU TRONG IEEE 802.16e – 2005 CHO TRUY NHẬP CỐ ĐỊNH TRONG IEEE 802.16e – 2005 CHO TRUY NHẬP CỐ ĐỊNH
Bảng 2.1. tổng kết cỏc đặc tả giao diện vụ tuyến khỏc nhau trong chuẩn IEEE 802.16 e cho truy nhập cố định.
Bảng 2.1. Cỏc đặc tả giao diện vụ tuyến
Tờn đặc tả Ứng dụng Yờu cầu lớp MAC Cỏc tựy chọn Kỹ thuật ghộp song
bổ sung cụng Wireless MAN-SC 10-66GHz TDD FDD WirelessMAN- SCa Cỏc băng tần cấp phộp dưới 11 MHz AAS** ARQ*** STC**** TDD FDD WirelessMAN- OFDM Cỏc băng tần cấp phộp dưới 11 MHz AAS ARQ Cấu hỡnh lưới STC TDD FDD WirelessMAN- OFDMA Cỏc băng tần cấp phộp dưới 11 MHz AAS HARQ STC TDD FDD
WirelessHUMAN* Cỏc băng tần miễn
phộp dưới 11 MHz DFS AAS ARQ Cấu hỡnh lưới STC TDD
* HUMAN: High Speed Unlicensed Metropolitan Network: Mạng đụ thị miễn phộp tốc độ cao
** AAS: Adaptive Antenna System: Hệ thống anten thớch ứng ***ARQ: Automatic Repeat Request: Yờu cầu phỏt lại tự động ****STC: Space Time Coding: Mó khụng gian thời gian
Vỡ WiMAX chỉ đề cập đến OFDM và OFDMA nờn trong cỏc phần dưới đõy ta sẽ xột WirelessMAN OFDM và WirelessMAN OFDMA.
2.7. WIRELESSMAN OFDM
2.7.1. Tổng quan cỏc tớnh năng của WirelessMAN OFDM
Băng tần cụng tỏc cần thiết cho WirelessMAN OFDM là 2-11GHz, vỡ khụng thể đảm bảo truyền khụng trực xạ (NLOS: Non Line of Sight) trong băng tần cao hơn. Bảng 2.2 cho thấy cỏc tớnh năng chớnh của lớp vật lý (PHY) của IEEE 802.16e -2005 cho hệ thống khụng dõy cố định.
Bảng 2.2. Cỏc tớnh năng của WirelessMAN OFDM
Tớnh năng Lợi ớch
Dạng súng 256 điểm FFT OFDM Để hỗ trợ cỏc mụi trường LOS và NLOS
ngoài trời Điều chế và thay đổi mó sửa lỗi thớch
ứng theo từng cụm súng vụ tuyến
Đảm bảo đường truyền vụ tuyến bền vững nhưng vẫn duy trỡ tốc độ bit cực đại cho từng thuờ bao
Hỗ trợ TDD và FDD Đỏp ứng cỏc điều lệ khỏc nhau ở cỏc vựng
khỏc nhau trờn thế giới Kớch thước kờnh linh hoạt (3,5MHz;
5MHz; 10 MHz...)
Cung cấp nhu cầu khai thỏc linh hoạt trong cỏc băng tần khỏc nhau phụ thuộc vào yờu cầu kờnh khỏc nhau trờn thế giới
Thiết kế để hỗ trợ cỏc hệ thống an ten thớch ứng (tạo bỳp) và STC
Cỏc hệ thống này càng khả dụng và giỏ thành ngỏy càng rẻ. Chỳng cho phộp giảm nhiễu, tăng độ lợi hệ thống và sẽ trở nờn quan trong khi triển khai BWA.
Việc sử dụng nhiều điểm FFT trong WirelessMAN OFDM hơn trong 802.11a (256 so với 64) cho phộp mở rộng thời gian một ký hiệu và vỡ thế khả năng chịu đựng trễ đa đường lớn hơn đối với hoạt động NLOS cự ly xa.
Để đảm bảo tớnh bền vững và thụng lượng cực đai, cỏc sơ đồ điều chế thớch ứng được sử dụng trong chuẩn WirelessMAN OFDM: QPSK, 16QAM, 64 QAM. Khi điều kện kờnh tốt, điều chế 64QAM tốc độ số liệu cao được lựa chọn, trỏi lại khi điều kiện kờnh kộm điều chế QPSK tốc độ số liệu thấp hơn được lựa chọn (hỡnh 2.7).
Trạm gốc SS3 SS1 SS2 SS4 Hỡnh 2.7. Điều chế thớch ứng trong lớp vật lý
Một tớnh năng tiờn tiến khỏc của WirelessMAN OFDM là nú cho phộp định cỡ kờnh từ 1,75 MHz đến 20 MHz. Vỡ thế nhà sản suất thiết bị cú thể linh hoạt sử dụng toàn bộ băng thụng được cấp phỏt. Chẳng hạn nếu băng thụng được cấp phỏt là 14 MHz, họ sẽ khụng sử dụng băng thụng 6MHz vỡ sẽ lóng phớ 2MHz. Họ cú thể sử dụng băng thụng 1,75MHz, 3,5 MHz cũng như 7MHz. Như vậy toàn bộ băng thụng sẽ được sử dụng.
2.7.2. Cấu trỳc khung
Hệ thống sử dụng khung cú độ dài 0,5; 1 hay 2 ms. Mỗi khung được chia thành cỏc khe vật lý (PS: Physical Slot) để ấn định băng thụng và nhận dạng sự chuyển đổi lớp vật lý. Lớp vật lý OFDM hỗ trợ ba phương ỏn ghộp song cụng: FDD, TDD và HFDD. Mỗi khung bao gồm một khung con đường xuống và một khung con đường lờn. Trong phương ỏn FDD khung con đường xuống và đường lờn được truyền trong toàn bộ thời gian khung nhưng ở hai tần số khỏc nhau. Trong phương ỏn TDD, khung con đường lờn được truyền tiếp sau khung con đường xuống trong cựng một thời gian khung trờn cựng một súng mang, giữa khai khung con này cú một khoảng bảo vệ để trỏnh chồng lấn do đồng bộ khụng tốt. Mỗi khung chứa cỏc PDU (Protocol Data Unit: đơn vị số liệu giao thức) lớp vật lý, cỏc khoảng trống và cỏc khoảng bảo vệ.
Cấu trỳc khung con đường xuống và đường lờn của OFDM được cho trờn hỡnh 2.8 và 2.9.
Khung con đường xuống chỉ chứa một PDU đường xuống. Khung con đường lờn chứa cỏc khoảng va chạm (tranh chấp) được lập biểu cho định cự ly khởi đầu, để yờu cầu
băng thụng và một hay nhiều PDU lớp vật lý đường lờn từ cỏc SS khỏc nhau. PDU lớp vật lý đường xuống bắt đầu bằng một tiền tố dài sử dụng cho đồng bộ lớp vật lý. Sau tiền tố này là cụm FCH (Frame Control Header: tiờu đề điều khiển khung). Cụm FCH cú độ dài một ký hiệu OFDM được phỏt bằng cỏch điều chế BPSK với sơ đồ mó húa kờnh tỷ lệ mó 1/2. FCH chứa DLFP (DL Frame Prefix:tiền tố khung đường xuống) để đặc tả hồ sơ cụm và độ dài của một hay nhiều cum đường xuống tiếp sau FCH. Bản tin DL-MAP (sắp xếp đường xuống) (nếu được truyền trong khung này) sẽ là PDU của lớp MAC đầu tiờn tiếp sau FCH. Sau DL-MAP (nếu được truyền) là UL-MAP (sắp xếp đường xuống). Tiếp theo UL-MAP là UCD (mụ tả kờnh đường lờn) và DCD (mụ tả kờnh đường xuống) nếu cỏc mụ tả này đựơc truyền. Mặc dự cụm 1 chứa thụng tin quảng bỏ, nhưng khụng nhất thiết phải sử dụng điều chế và mó húa chắc chắn nhất. Cú thể sử dụng sơ đồ điều chế mó húa hiệu suất nhất cho tấtcả cỏc SS của BS.
Cỏc cụm đường xuống sau FCH được truyền với cỏc hồ sơ cụm khỏc nhau. Mỗi cụm chứa một số nguyờn cỏc ký hiệu OFDM. Vị trớ và hồ sơ cụm thứ nhất được đặc tả trong DLFP. Vị trớ và hồ sơ của cỏc cụm tiếp theo đựơc đặc tả trong DL-MAP đựơc phỏt quảng bỏ trong cụm 1.
Khung n-1- Khung n Khung n+1 Khung n+2
DL PHY PDU
Tiền tố FHC Cụm DL#1 Cụm DL#m
DLFP
MAC PDU 1 MAC PDU n éệm
Cỏc bản tin
quảng bỏ Cỏc MAC PDU thụng thường
Cụm DL#2
Một ký hiệu OFDM sử
dụng BPSK tỷ lệ 1/2 Tiờu đề MAC (6 byte) Tải tin MAC
(tựy chọn) CRC (tựy chọn) Chứa một hay nhiều cụm DL với điều chế và mó húa
khỏc nhau được phỏt theo thứ tự giảm dần độ bền chắc Thời gian
DL: Downlink: đường xuống
MAC: Medium Access Control: điều khiển truy nhập mụi trường PDU: Protocol Data Unit: đơn vị số liệu giao thức
DL-MAP: sắp xếp đường xuống UL-MAP: sắp xếp đường lờn
DCD: Downlink Channel Descriptor: mụ tả kờnh đường xuống UCD: Uplink Channel Descritor: mụ tả kờnh đường lờn DLFP: Downlink Frame Prefix: tiền tố đường xuống
Chứa: DL-MAP UL-MAP, DCD,
UDC
Khung con đường xuống
Khung n-1- Khung n Khung n+1 Khung n+2 Thời gian
UL: Uplink: đường lờn
MAC: Medium Access Control: điều khiển truy nhập mụi trường PDU: Protocol Data Unit: đơn vị số liệu giao thức
Khung con đường lờn Khe va chạm để
định cự ly lầnđầu Khe va chạm để yờu cầu băng thụng PDU lớp vật lý từ SS#1 PDU lớp vật lý từ SS#n
Tiền tố Cụm UL
MAC PDU#1 MAC PDU#n Đệm
Một cụm UL cho một PDU lớp vật lý đựơc truyền theo điều chế và
mó húa riờng cho từng SS
Tiờu đề MAC
(6 byte) Tải tin MAC
(tựy chọn) CRC (tựy chọn)
Hỡnh 2.9. Cấu trỳc khung OFDM đường lờn
DL-MAP xỏc định mức độ sử dụng cỏc đoạn thời gian đường xuống cho một cụm. UL-MAP xỏc định mức độ sử dụng đường lờn được thể hiện ở dịch thời cụm so với thời điểm cấp phỏt ban đầu.
DDC và UDC là cỏc bản tin MAC để mụ tả cỏc đặc tớnh lớp vật lý của kờnh đường xuống và đường lờn.
Tiền tố trong khung đường xuống được gọi là tiền tố dài bao gồm CP sau đú là 4x64, tiếp theo lại là một CP với 2x128 mẫu đi sau như trờn hỡnh 2.10.
CP 64 64 64 64 CP 128 128
TG TFFT TG TFFT
Hỡnh 2.10. Tiền tố dài đường xuống
Tiền tố dài được sử dụng để đồng bộ và ước tớnh kờnh.
2.7.3. Cấu trỳc lớp vật lý WirelessMAN OFDM
2.7.3.1. Cỏc thụng số WirelessMAN OFDM
Cỏc thụng số chớnh của WirelessMAN OFDM OFDM đựơc cho trong bảng 2.3 (cho trường hợp băng thụng 3,5MHz)
Bảng 2.3 Cỏc thụng số chớnh WirelessMAN OFDM
Thụng số Giỏ trị
Băng thụng 3,5MHz
Tỷ lệ tần số lấy mẫu trờn băng thụng,
n=fs/B
Đối với băng thụng là bội số 1,75 GHz: n=8/7, đối với băng thụng là bội số 1,5 GHz: n=86/75, đối với băng thụng là bội số 1,25 GHz: n=144/125, đối với băng thụng là bội số 2,75GHz: n=316/275, đối với băng thụng là bội số 2GHz: n=57/50; Đối với băng thụng khụng đựơc đặc tả khỏc: n=8/7.
Số điểm FFT 256
Số súng mang con tớch cực 200
Số súng mang con bảo vệ (trỏi) 28
Số súng mang con bảo vệ (phải) 27
Chỉ số dịch tần của cỏc súng mang con bảo vệ
-128, -129,...,-101 +101, +102,..., +127 Khoảng cỏch tần số súng mang con
(kHz), f
15,625
Thời gian ký hiệu hữu ớch (às), TFFT 64
Khoảng bảo vệ với giả thiết 12% (às),
TGP
8
Thời gian ký hiệu OFDM (às), T 72
Tỷ lệ độ dài tiền tố trờn độ dài hiệu
dụng của ký hiệu OFDM (TG/TFFT)
1/4, 1/8, 1/16, 1/32
2.7.3.2. Sơ đồ khối mỏy phỏt và mỏy thu WirelessMAN OFDM
Mỏy phỏt và mỏy thu WirelessMAN OFDM cú thể được chia thành 2 phần:
B ăn g g ốc D/A D/A IF LO RF LO 90 RF LO IF LO A/D A/D B ăn g g ốc 90 Sync Re Im Luồng bit Luồng bit Re Im Mỏy phỏt vụ tuyến
Mỏy thu vụ tuyến
o
Ký hiệu:
Re: Phần thực, Im: Phần ảo, D/A: biến đổi số vào tương tự, A/D: biến đổi tương tự vào số, IFLO: Bộ giao động nội trung tần, RF LO: Bộ giao động nội vụ tuyến, Sync: Mạch đồng bộ
Hỡnh 2.11. Sơ đồ khối mỏy phỏt và mỏy thu WirelessMAN OFDM
Trước hết luồng bit tại đầu ra của MAC được đưa đến băng gốc của mỏy phỏt, sau xử lý băng gốc, luồng số được chia thành phần thực (Re) và phần ảo (Im). Sau biến đổi số và tương tự (D/A), phần thực và phần ảo đựơc biến đổi vào cỏc súng đồng pha và vuụng gúc. Súng đồng pha được nhõn với súng mang trung tần hàm cos, cũn súng vuụng gúc được nhõn với súng mang trung tần hàm sin. Sau đú hai súng này đựơc cộng với nhau để tạo thành súng mang trung tần được điều chế. Cuối cựng súng này được nhõn với súng mang vụ tuyến để được biến đổi nõng tần trước khi vào anten.
Tại mỏy thu, cỏc thao tỏc ngược được thực hiện theo thứ tự ngược lại. Cần đảm bảo đồng bộ chớnh xỏc để đảm bảo xử lý băng gốc chớnh xỏc. Cần đồng bộ tớn hiệu OFDM cần thiết để phỏt hiện gúi. Đồng bộ bao gồm đồng bộ ký hiệu và đồng bộ tần số.
Phỏt hiện gúi nhằm tỡm ra vị trớ đầu của gúi, quỏ trỡnh này được thực hiện với sự hỗ trợ của cỏc ký hiệu hoa tiờu (chẳng hạn cỏc tiền tố). Cú hai cỏch để thực hiện điều này: (1) Lấy tự tương quan tớn hiệu thu, trong trường hợp này tiền tố thường bao gồm hai phần giống nhau; (2) Lấy tương quan tớn hiệu thu với cỏc tiền tố. Vị trớ nhận đựơc giỏ trị đỉnh chớnh là điểm đầu của gúi.
Cỏc tớn hiệu thu tương tự cần được lấy mẫu tại thời điểm chớnh xỏc của chu ký lấy mẫu (chu kỳ A/D)cho quỏ trỡnh xử lý tớn hiệu số. Tuy nhiờn pha và chu kỳ lấy mẫu
luụn khỏc nhau giữa D/A (phớa phỏt) và A/D (phớa thu). Cú thể hiệu chỉnh khỏc biệt này bằng vũng khúa pha trễ (DPLL: Delay Phase Locked Loop) và VCO để điều chỉnh tần số A/D. Vỡ phớa thu luụn cú thể xỏc định chớnh xỏc được vị trớ cảu cỏc hoa tiờu trờn chựm tớn hiệu và lấy mẫu sai chỉ dẫn đến quay chựm tớn hiệu, vỡ thế dựa trờn khoảng cỏch quay ta cú thể tớnh ra được cỏc tần số cần thiết để điều chỉnh A/D.
Cỏc hệ thống OFDM rất nhậy cảm với dịch tần vỡ đõy là nguyờn nhõn dẫn đến mất tớnh trực giao giữa cỏc súng mang con. Dịch tần được ước tớnh với sự hỗ trợ cuả cỏc tiền tố vỡ dịch pha trờn chựm tớn hiệu dẫn đến dịch tần số cỏc súng mang con. Cú thể thực hiện ước tớnh trong cả miền thời gian lẫn miền tần số dựa trờn một tiờu chuẩn thống kờ nào đú, chẳng hạn khả giống cực đại. Đầu ra của bộ ước tớnh đựơc đưa ngược