60 136 120 280 Sóng mang con dữ liệu 3 272 720
2.3 Các tính năng tiên tiến của WiMax di động 1Các công nghệ anten thông minh
Công nghệ anten thông minh bao gồm các toán tử vector hoặc ma trận phức tác động lên các tín hiệu bởi nhiều anten khác nhau. OFDMA cho phép thực hiện kỹ thuật anten thông minh trên các sóng mang con mặt phẳng vector. Không cần phải sử dụng các bộ cân bằng phức tạp để bù tần do pha đinh chọn lọc tần số. Do đó OFDMA rất phù hợp với công nghệ anten thông minh. Trong thực tế MIMO- OFDMA/OFDMA được coi là nền tảng cho các hệ thống thông tin băng rộng thế hệ mới. WiMax di động cung cấp công nghệ anten thông minh để nâng cấp tính năng hoạt động hệ thống. Các công nghệ anten thông minh được hỗ trợ gồm:
- Tạo chùm (Beamforming): Với kỹ thuật tạo chùm, hệ thống sử dụng nhiều anten để phát các tín hiệu quan trọng để tăng vùng phủ sóng và dung lượng hệ thống và giảm xác suất mất dịch vụ.
- Mã không gian-thời gian (STC-Space Time Code): Phân tập phát như mã Alamouti được hỗ trợ để cung cấp khả năng phân tập không gian và giảm dự trữ suy hao tín hiệu.
- Ghép kênh không gian SM: Ghép kênh không gian được hỗ trợ để tận dụng ưu thế tốc độ đỉnh cao hơn và tăng thông lượng. Nhờ ghép kênh không gian nhiều luồng được phát qua nhiều anten. Nếu máy thu cũng có nhiều anten nó có thể chia tách nhiều luồng để đạt được thông lượng cao hơn so với các hệ thống một anten. Với hệ thống MIMO 2x2, ghép kênh không gian làm tăng tốc độ dữ liệu gói đỉnh lên 2 lần bằng cách phát đi 2 luồng dữ liệu. Trên đường lên, mỗi người sử dụng chỉ có một anten phát, 2 người sử dụng có thể phát kết hợp trong cùng một khe như trường hợp 2 luồng được ghép không gian từ 2 anten của cùng một người sử dụng, gọi là ghép kênh không gian kết hợp đường lên.
Các đặc tính hoạt động của WiMax di động được mô tả trong bảng 2.5
Liên kết Dạng trùm Mã hoá không
gian-thời gian Ghép kênh không gian DL Nt≥2, Nr≥15 Nt=2, Nr≥1 Ma trËn A Nt=2, Nr≥2 Ma trËn B, m· ho¸ däc UL Nt≥1, Nr≥2 N/A Nt=1, Nr≥2 Hai người dùng cộng tác SM
Bảng 2.5: Các tuỳ chọn của anten tiên tiến
WiMax di động hỗ trợ chuyển mạch thích nghi giữa các lựa chọn để tối đa hoá lợi ích của các công nghệ anten thông minh theo các điều kiện kênh khác nhau. Chẳng hạn, ghép kênh không gian cải thiện thông lượng đỉnh. Tuy nhiên khi điều kiện kênh không tốt, tỷ lệ lỗi gói tin (PER) sẽ cao và vùng phủ sóng với tỷ lệ PER yêu cầu sẽ bị hạn chế. Mặt khác STC cung cấp vùng phủ sóng rộng bất kể điều kiện kênh nhưng không cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh. WiMax di động còn hỗ trợ chuyển mạch MIMO thích nghi (AMS-Adaptive MIMO Switching) giữa các chế độ đa MIMO để tối đa hiệu suất phổ tần mà không làm giảm vùng phủ sóng. Hình 2.8 mô tả cấu trúc hỗ trợ các tính năng anten thông minh. Bảng 2.6 tổng kết các tốc độ dữ liệu đỉnh lý thuyết cho các tỉ số DL/UL khác nhau, giả sử một băng thông kênh 10MHz, độ dài khung 5ms với 44 symbol OFDM (trong tổng số 48 symbol OFDM) và kênh con hoá kiểu PUSC. Với hệ thống MIMO 2x2, người sử dụng đường xuống và tốc độ dữ liệu đỉnh sector được nhân đôi về lý thuyết. Tốc độ dữ liệu đỉnh đường xuống tối đa là 63.36 Mbps khi tất cả ký hiệu (symbol) dữ liệu được dành riêng cho hướng xuống. Với việc ghép kênh không gian kết hợp cho đường lên, tốc độ dữ liệu đỉnh sector của đường lên được nhân đôi trong khi tốc độ dữ liệu đỉnh của người sử dụng không thay đổi. Tốc độ đỉnh của người sử dụng cho đường lên và tốc độ dữ liệu đỉnh sector tương ứng là 14.11Mbps và 28.22 Mbps khi tất cả các ký hiệu dữ liệu chỉ dành cho hướng lên. Bằng việc áp dụng tỷ số DL/UL khác nhau, băng tần có thể được điều chỉnh giữa đường xuống và lên để cung cấp các mẫu lưu lượng khác nhau. Cần lưu ý rằng các trường hợp đặc biệt như mọi đường xuống và đường lên đều ít khi được sử dụng thì các tham số WiMax hỗ trợ các tỷ số DL/UL trong khoảng từ 3:1 đến 1:1 để cung cấp cho các tham số lưu lượng khác nhau. Kết quả là các tốc độ dữ liệu đỉnh điển hình được so sánh giữa hai trường hợp đặc biệt.
Tỷ số DL/UL 1:0 3:1 2:1 3:2 1:1 0:1 Tỷ lệ tối đa SIMO (1x2) DL 31.68 23.04 20.16 18.72 15.84 0 UL 0 4.03 5.04 6.05 7.06 17.11
người dùng (Mbps) MIMO (2x2) DL 63.36 46.08 40.32 37.44 31.68 0 UL 0 4.03 5.04 6.05 7.06 16.11 Tỷ lệ tối đa vùng (Mbps) SIMO (1x2) DL 31.68 23.04 20.16 18.72 15.84 0 UL 0 4.03 5.04 6.05 7.06 14.11 MIMO (2x2) DL 63.36 46.08 40.32 37.44 31.68 0 UL 0 8.06 10.08 12.10 14.12 28.22 Bảng 2.6: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO
(Cho kênh 10MHz, độ dài khung 5ms, kênh con PUSC, 44 symbol OFDM dữ liệu)
Hình 2.8: Chuyển mạch thích nghi cho anten thông minh.