đồ án : PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CHUYỂN GIAO TRONG WIMAX DI ĐỘNG

đồ án :PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CHUYỂN GIAO TRONG WIMAX DI ĐỘNG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU xi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ WIMAX DI ĐỘNG xiii

1.1Lớp vật lý Wimax di động (PHY) xiii

1.1.1 Cở bản về đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao xiii

1.1.2 Kênh con và cấu trúc ký hiệu OFDMA xvii

1.1.3 Cấu trúc khung ghép song công phân chia theo thời gian xix

1.1.4 Các đặc điểm nổi bật khác của lớp vật lý xxii

1.2Lớp điều khiển truy nhập môi trường Wimax Di động (MAC) xxiv 1.2.1 Mặt phẳng dữ liệu/điều khiển xxvi

1.2.2 Chất lượng dịch vụ (QoS) cung cấp xxx

1.2.3 Dịch vụ lập lịch MAC xxxi

1.2.4 Băng thông cấp phát và yêu cầu kỹ thuật xxxiii

1.2.5 Quản lý di động xxxiv

1.2.6 An ninh xxxv

1.3Đặc điểm nổi bật khác của Wimax di động xxxvii

1.3.1 Các công nghệ anten thông minh xxxvii

1.3.2 Tái sử dụng phân đoạn tần số xxxix 1.3.3 Dịch vụ quảng bá và đa đường xli

1.4 Sự thực thi xlii 1.5 Tóm tắt xliii

CHƯƠNG II: TÍNH DI ĐỘNG CỦA WIMAX DI ĐỘNG xliv

2.1 Kiến trúc mạng xliv

2.1.1 Mạng dịch vụ truy nhập xlv 2.1.2 Mạng dịch vụ kết nối xlv 2.1.3 Mô hình tham khảo mạng xlvi 2.1.4 Sự ảnh hưởng giữa các công nghệ khác nhau xlviii

2.2 Chuyển giao xlviii

2.2.1 Các loại chuyển giao l 2.2.2 Xử lý chuyển giao liv 2.2.3 So sánh phương pháp chuyển giao lxii

2.3 Sự quản lý công suất lxii

2.3.1 Chế độ chờ lxiii 2.3.2 Chế độ không tải lxvi

2.4 Tóm tắt lxx

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM lxxi

3.1 Kịch bản lxxii 3.2 Các thành phần lxxii

3.2.1 Module-Neighbor Discovery lxxii 3.2.2 Module-Media Independent Handover (MIH) lxxiii

3.3 Các tham số lxxiv

3.3.1 Các tham số bất biến lxxiv 3.3.2 Các tham số được điều chỉnh lxxv

3.4 Vận tốc của MS lxxvi 3.5 Tóm tắt lxxviii

KẾT LUẬN lxxix TÀI LIỆU THAM KHẢO lxxxi

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Kiến trúc cơ bản của một hệ thống OFDM xv

Hình 1.2: Thêm vào tiền tố chu trình xvi

Hình 1.3: Phổ OFDM xvii

Hình 1.4: Kiến trúc sóng mang con OFDMA xviii

Hình 1.5: Cấu trúc khung OFDMA trong TDD xx

Hình 1.6: Cấu trúc của một gói mã hóa HARQ xxiii

Hình 1.7: Định dạng MAC PDU xxvii

Hình 1.8: Xây dựng MAC PDU xxix Hình 1.9: Ví dụ các CID ghép nối PDU MAC xxix Hình 1.10: Cung cấp QoS Wimax Di động xxx Hình 1.11: Cấu trúc đa-vùng khung xl Hình 1.12: Tái sử dụng một phần tần số xli Hình 2.1: Kiến trúc mạng Wimax di động xliv Hình 2.2: Mô hình tham khảo mạng xlvi Hình 2.3: Mô hình tham khảo ASN chứa một ASN-GW đơn xlvii Hình 2.4: Sơ đồ khối tham khảo sự phân ly ASN-GW xlviii Hình 2.5: Hiện thực hóa chuyển giao cứng li Hình 2.6: Chuyển giao phân tập Macro lii Hình 2.7: Chuyển mạch trạm gốc nhanh liii Hình 2.8: Tiếp nhận mạng và xử lý chuyển giao lv Hình 2.9: Sự chọn lại tế bào với định cự ly lvii Hình 2.10: Gửi bản tin trong thời gian một MS bắt đầu chuyển giao lviii Hình 2.11: Sự truyền dẫn định cự ly chuyển giao/bắt đầu cho OFDMA lix Hình 2.12: Sự truyền dẫn định cự ly chuyển giao/bắt đầu cho OFDMA (với việc sử dụng hai mã định cự lý bắt đầu liên tiếp) lix Hình 2.13: Máy phát PRBS cho việc tạo mã định cự ly lx Hình 2.14: Ví dụ các sự hoạt động chế độ chờ với hai lớp tiết kiệm công suất lxv Hình 2.15: Ví dụ chế độ chờ: MS/BS được bắt đầu lxvi Hình 3.1: Kịch bản mô phỏng lxxii Hình 3.2: Tổng quan thiết kế MIH lxxiv Hinh 3.3: Các thời điểm chuyển giao cho lần chuyển giao đầu tiên lxxvii

Hình 3.4: Các thời điểm chuyển giao cho lần chuyển giao thứ hai lxxviii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các tham số OFDMA khả định cỡ xvi

Bảng 1.2: So sánh các kiểu hoán vị xix

Bảng 1.3: Cung cấp tùy chọn mã hóa và điều chế xxii

Bảng 1.4: QoS và ứng dụng trong Wimax Di động xxxi

Bảng 1.5: Các tùy chọn anten tiên tiến (Nr/t= số lượng anten phát/thu) xxxix

Bảng 1.6: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO (kênh 10MHz, khung 5 ms, kênh con PUSC, 44 kí hiệu OFDM dữ liệu) xxxix Bảng 2.1: So sánh tính di động 802.16-2004 và 802.16e-2005 l

Nhật thực, trao quyền và thanh toán

AAS Advanced Antenna Systems Các hệ thống anten tiên tiến

AC Access Concentrator Bộ tập trung truy nhập

ACK Acknowledgment Xác nhận

AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mật mã tiên tiến

AES-CCM AES-CTR mode with CBC-MAC Chế độ AES-CTR với CBC-MAC

AK Authorization Key Khóa cho phép

AKA Authentication and Key Agreement Thỏa thuận xác thực và khóa

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

AMS Adaptive MIMO Switching Chuyển mạch MIMO thích ứngASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập

ASN-GW Access Service Network Gateway Cổng mạng dịch vụ truy nhập

BE Best Effort Sự nỗ lực tối đa

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BSID Base Station Identity Nhận dạng trạm gốc

BSS Basic Service Set Cài đặt dịch vụ cơ bản

BTC Block Turbo Code Mã khối turbo

CBC-MAC Cipher Block Chaining Message

Authentication Coder

Bộ mã hóa xác thực bản tin tạo khối chuỗi mật mã

CC (1) Chase Combining Kết hợp theo đuổi

CC (2) Convolutional Coding Mã hóa xoắn

CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãCID Connection Identifier Bộ nhận dạng kết nối

CINR Carrier to Interference plus Noise

CP Cyclic Prefix Tiên tố chu trình

CQICH Channel Quality Indicator Channel Kênh chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư thừa chu kỳ

CSN Connectivity Service Network Mạng dịch vụ kết nối

CTC Convolutional Turbo Coding Mã hóa turbo xoắn

CTR Counter Mode Encryption Mật mã chế độ bộ đếm

DC Direct Current Dòng điện một chiều

DCD DL Channel Descriptor Bộ mô tả kênh DL

DoA Direction of Arrival Phương tới

DP Decision Point Điểm quyết định

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

DSx DSA, DSC, or DSD; Dynamic

Service Addition/Change/Deletion

DSA, DSC, hoặc DSD; xóa/thay đổi/thêm dịch vụ thích ứngEAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng

EP Enforcement Point Điểm bắt buộc

ertPS Extended Real-Time Polling Service Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian

thực mở rộngFBSS Fast Base Station Switching Chuyển mạch trạm gốc nhanhFCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần

sốFDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần sốFFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FSS Frequency Selective Scheduling Lập lịch lựa chọn tần số

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file

FUSC Full Usage of Sub-channels Các kênh con sử dụng toàn bộ FuTURE Future Technologies for a Universal

Radio Environment

Các công nghệ tương lai cho một môi trường vô tuyến chung

GMC Generalized Multi-Carrier Đa sóng mang chung

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GRD Guard (interval) Bảo vệ (khoảng thời gian)

GSM Global System for Mobile

communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp tự động lai ghép

HHO Hard Handoff Chuyển giao cứng

HMAC keyed-Hash Message Authentication

Code

Mã hóa xác thực bản tin khóa băm

HO Handoff, or handover Handoff, hoặc chuyển giao

HSDPA High Speed Downlink Packet

IE Information Element Phần tử thông tin

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Học viện các kỹ sư điện và điện tử

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngượcIMT-A International Mobile

IR Incremental Redundancy Tích lũy tăng dần

ISI Inter Symbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các ký hiệuITU International Telecommunication

Union

Liên hợp viễn thông quốc tế

KEK Key Encryption Key Khóa mật mã khóa

LDPC Low Density Parity check Code Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấpLSB Least Significant Bit Bit ít ý nghĩa nhất

LTE Long Term Evolution Kế hoạch phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngMAP Map, mapping, definition Ánh xạ, sự ánh xạ, sự định nghĩaMBS Multicast and Broadcast Service Dịch vụ quảng bá và đa đườngMBWA Mobile Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng rộng di

độngMD5 Message-Digest algorithm 5 5 thuật toán phân loại bản tinMDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao phân tập MacroMIH Media Independent Handover Chuyển giao độc lập phương tiệnMIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra

MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh di động

Microsoft-giao thức xác thực bắt tay hô lệnh

NACK Negative Acknowledgment Từ chối xác nhận

NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng

NRM Network Reference Model Mô hình tham khảo mạng

nrtPS Non Real-Time Polling Service Dịch vụ kiểm soát vòng phi thời

gian thựcNS-2 Network Simulator version 2 Mô phỏng mạng phiên bản 2NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng

NWG Network Working Group Nhóm làm việc mạng

OFDM Orthogonal Frequency Division

PKMv1/2 Privacy Key Management version

1or 2

Quản lý khóa riêng phiên bản 1 hoặc 2

PMP Point-to-multipoint Điểm-tới-đa điểm

PRBS Pseudo-Random Binary Sequences Các chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiênPSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộngPUSC Partial Usage of Sub-channels Các kênh con sử dụng một phầnQAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RA Router Advertisement Sự thông báo bộ định tuyến

RoF Radio over Fiber Truyền sóng vô tuyến qua sợi

quang RRA Radio Resource Agent Tác nhân tài nguyên vô tuyến

RRC Radio Resource Controller Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyếnRRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RS Router Solicitation Sự níu kéo định tuyến

RSA public key cryptography method

developed by Rivest, Shamir,Adleman

Phương pháp mật mã khóa công cộng được phát triển bởi Rivest, Shamir, Adleman

RTG Receive/Transmit Transition Gap Khoảng trống chuyển tiếp

nhận/phátrtPS Real-Time Polling Service Dịch vụ kiểm soát vòng thới gian

thực

SA Security Association Liên kết an ninh

SAID Security Association Identity Nhận dạng liên kết an ninh

SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

SDMA Space-Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không

gianSDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SFN Single Frequency Network Mạng tần số đơn

SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao

SIMO Single Input Multiple Output Một đầu vào nhiều đầu ra

SM Spatial Multiplexing Ghép kênh không gian

SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SOFDMA Scalable OFDMA OFDMA khả định cỡ

SS Subscriber Station Trạm thuê bao

STBC Space-Time Block Code Mã khối không gian thời gianSTC Space-Time Coding Mã hóa thời gian không gianTCP/IP Transmission Control

TLS Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải

TTG Transmit/Receive Transition Gaps Các khoảng trống chuyển tiếp

phát/nhậnTTLS Tunneled TLS Đường hầm TLS

TUSC Tiled Use of Sub-channel Bảng sử dụng kênh con

UCD UL Channel Descriptor Bộ mô tả kênh UL

UGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ cho phép không khẩn nài

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

VoIP Voice over IP Thoại qua IP

WAVE Wireless Access for the Vehicular

Wi-Fi Wireless Fidelity Tính trung thực không dây

WLAN Wireless Local Area Network Mạng khu vực nội hạt không dâyWPA Wi-Fi Protected Access Truy nhập được bảo vệ Wi-FiWRAN Wireless Regional Area Network Mạng khu vực vùng không dâyVR-(N)RT Variable-Rate (Non-)Real-Time Biến số-tỷ lệ (phi-) thời gian-thực

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ những yêu cầu trao đổi thông tin hữu hiệu nhất Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, mạng thông tin di động ngày càng được cải tiến, cụ thể là xu hướng chuyển đổi từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai sang thế hệ ba

Mặc dù thông tin di động thế hệ hai (2G) đã sử dụng công nghệ số nhưng vì là

hệ thống băng hẹp và xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các kiểu dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ bit thấp và cao, truy nhập Internet tốc độ cao, đa phương tiện, truyền video và các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn khác, vậy nên sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin di động mới (UMTS, CDMA2000 và WIMAX) là một điều tất yếu

Với mục đích nâng cao sự hiểu biết của bản thân về các xu hướng phát triển trong ngành viễn thông nói chung và thông tin di động nói riêng em đã quyết định nghiên cứu đồ án “Phân tích hiệu suất chuyển giao trong Wimax di động”

để có thể nắm bắt rõ hơn công nghệ Wimax di động Đồ án đựoc chia làm ba chương với các nội dung như sau:

Chương I: Tổng quan về Wimax di động

Chương II: Tính di động của Wimax di động

Chương III: Kết quả thực nghiệm

Do tính chất mới của đề tài cùng những hiểu biết hạn chế của bản thân vì vậy đồ án tất nhiên không tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong nhận được

sự góp ý của các thầy cô và các bạn để phục vụ thêm cho công tác học tập của mình trong tương lai

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với Ths Phạm Thị Thúy Hiền - Khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông,

đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành đồ

án tốt nghiệp này

Em cũng xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ về mọi mặt của các thầy các cô khoa Viễn Thông I- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình

Cuối cùng con xin chân thành cảm ơn bố mẹ, cảm ơn các bạn trong lớp D2004VT1 và những người thân trong gia đình đã giúp đỡ và động viên trong suốt 5 năm học tập vừa qua

Hà Nội, ngày 1 tháng 11 năm 2008

Sinh viên

Lê Thành Trung

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ WIMAX DI ĐỘNG

Trong chương này nói về công nghệ Wimax di động (802.16e-2005) Đầu tiên, các đặt tính của lớp MAC và vật lý được giới thiệu Sau đó, các vấn đề bảo mật được thảo luận với những khả năng di động rất cơ bản, tính di động của Wimax được dành cho một chương sau chương này Một số các vấn đề thảo luận ở đây

là chìa khóa để tạo ra tính di động của Wimax di động

Ngoài ra, các công nghệ đã được giới thiệu như WLAN truyền thống (họ 802.11), công nghệ post-GSM, một số tiêu chuẩn IEEE 802 khác sẽ cùng hiện diện hoặc cạnh tranh trong lĩnh vực viễn thông không dây

1.1.1 Cở bản về đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

Ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) là một điều chế số thích hợp cho quảng bá mặt đất Nó có thể điều khiển lan truyền đa đường và trễ giữa các

tín hiệu thu OFDM rất nhạy với các thay đổi tần số như dịch Doppler trong khi trạm di động (MS) đang di chuyển Tuy nhiên, sự mở rộng độ trễ không phải là vấn đề lớn trong OFDM bởi vì khoảng thời gian của kí hiệu đã được tăng lên.

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) là một phiên bản của OFDM dành cho một số môi trường viễn thông di động người dùng Nó là một giải pháp dùng để xem xét vấn đề điều chế trong các công nghệ viễn thông không dây tiên tiến trong tương, ví dụ kế hoạch phát triển dài hạn (LTE), truy nhập không dây băng rộng di động (MBWA), hoặc Wimax di động

OFDMA có một số ưu điểm so với đa truy nhập phân chia theo mã truyền thống (CDMA)-nhiều phiên bản đã được sử dụng trong các công nghệ 3G post-GSM OFDMA cho hiệu quả phổ cao hơn và Fading cho phép tốt hơn Các dòng dữ liệu OFDMA từ các người dùng khác nhau được kết hợp trên các kênh con trong cả đường lên (DL) và đường xuống (UL) Tuy nhiên, OFDMA cũng

có nhiều hạn chế Việc sản xuất linh kiện điện tử OFDMA khá phức tạp, do đó giá thành cao Ngoài ra, nhiễu đồng kênh (CCI) từ các tế bào lân cận trong CDMA ít hơn trong OFDM Mặc dù nhiễu CCI trong OFDMA có thể được giảm bớt bằng cách tái sử dụng một phần tần số

Nguyên lý cơ bản OFDM

Với OFDM độ rộng băng tần sử dụng được phân chia vào trong các sóng mang con tần số khác nhau cho nên chúng trực giao nhau Dòng dữ liệu đầu vào được tách ra nhiều lần, thành các dòng dữ liệu con song song với tốc độ dữ liệu giảm Sau đó các dòng dữ liệu con được điều chế và gửi trên các sóng mang con riêng biệt Kết quả là làm tăng khoảng thời gian kí hiệu

Việc kéo dài khoảng thời gian tín hiệu làm suy giảm nhiễu giao thoa giữa các

ký hiệu (ISI) và là nguyên nhân lan truyền đa đường, nó hiệu quả trong truyền dẫn các dòng dữ liệu tốc độ thấp song song, thay thế cho một dòng dữ liệu tốc

độ cao Do khoảng thời gian của tín hiệu dài, vì thế khi sử dụng một khoảng bảo vệ thích hợp, ISI có thể tránh được với giả định khoảng bảo vệ dài hơn so với sự khác nhau giữa tiếng dội đa đường trước và sau Hình 1.1 minh họa nguyên lý một số dòng dữ liệu con được kết hợp tại phía phát và tách ra ở phía thu

Trong hình 1.1 thông tin được điều chế và mã hóa qua các sóng mang con trước khi thực hiện một biến đổi Fourier nhanh ngược (IFFT) IFFT có lợi thế phân tập tần số kênh đa đường Cuối cùng, trước khi truyền dữ liệu, các dòng

dữ liệu được kết hợp lại thành một tín hiệu đơn và phát đi vào trong môi trường không khí Tại phía thu thủ tục cũng như vậy nhưng được làm ngược lại Bản thuyết minh 802.16e định nghĩa kích thước biến đổi Fourier nhanh (FFT) có thể là 128, 512, 1024, hoặc 2048 với các độ rộng kênh tương ứng là 1,25, 5, 10,

và 20 MHz Tuy nhiên Wimax di động cũng cho phép nhiều mặt cắt dải thông khác được sử dụng

Hình 1.1: Kiến trúc cơ bản của một hệ thống OFDM

Các tài nguyên sẵn có của OFDM được phân chia trong miền tần số và thời gian Trong miền thời gian các kí hiệu OFDM được sử dụng và miền tần số có nhiều sóng mang con Cả hai được sử dụng cho các người dùng riêng lẻ bằng việc sử dụng nhiều kênh con

OFDMA khả định cỡ

OFDMA khả định cỡ (S-OFDMA hoặc SOFDMA) tạo cơ sở cho 80.16e-2005

Về cơ bản S-OFDMA cho phép điều chỉnh dải thông sử dụng, do đó có thể phục vụ các môi trường khác nhau với các yêu cầu phổ thay đổi Băng thông điều chỉnh có thể chọn trong khoảng 1,25-20 MHz như được mô tả trong bảng 1.1 Tính khả định cỡ được thực thi bằng cách điều chỉnh kích cỡ FFT và khoảng cách tần số của các sóng mang con được định nghĩa là 10,94 kHz

Bảng 1.1: Các tham số OFDMA khả định cỡ

Các tham số Các giá trị

Băng thông kênh hệ thống (MHz) 1,25 5 10 20Tần số lấy mẫu (MHz) 1,4 5,6 11,2 22,4Kích thước FFT 128 512 1024 2048

Số lượng các kênh con 2 8 16 32Khoảng cách tần số sóng mang con 10,94 kHz

Khoảng thời gian ký hiệu hữu ích (Tb=1/f) 91,4 µs

Khoảng thời gian bảo vệ (Tg=Tb/8) 11,4 µs

Khoảng thời gian ký hiệu OFDMA (Ts=Tb+Tg) 102,9 µs

Số lượng các ký hiệu OFDMA (5 ms khung) 48

Tiền tố chu trình (CP)

Trong suốt khoảng thời gian bảo vệ, một tiền tố chu trình (CP) được gửi đi và thường CP có cùng độ dài như khoảng thời gian bảo vệ CP đánh dấu sự kết thúc của ký hiệu cũ và bắt đầu của một ký hiệu mới, có thể nhìn thấy trong hình 1.2

Hình 1.2: Thêm vào tiền tố chu trình

Nhiệm vụ của CP là giải quyết các tiếng dội từ quá trình truyền lan đa đường trước khi dữ liệu thực tế được xử lý Cũng có nhiều lợi ích khác khi sử dụng

CP Chẳng hạn, nhiễu giao thoa giữa các khối (nhiễu giao thoa giữa các kí hiệu

n và n+2) được ngăn ngừa Ngoài ra, nó còn dễ dàng cho phép cân bằng miền tần số Hạn chế của việc sử dụng CP là cần có mào đầu mở rộng bởi vậy hiệu quả dải thông bị ảnh hưởng Tuy nhiên, băng tần kênh có thể được sử dụng một cách hiệu quả cho truyền dẫn dữ liệu khi phổ OFDM nhanh mất dần bên ngoài các sóng mang chứa cửa sổ thực tế, như nhìn thấy trong hình 1.3 Phổ OFDM cũng quan trọng cho việc định nghĩa chiều dài CP tại các trạm gốc (BS) trong suốt quá trình khởi tạo, từ sự thay đổi phổ OFDM buộc các MS khác tái đồng

bộ hóa

Hình 1.3: Phổ OFDM

Việc lựa chọn kích thước FFT phụ thuộc vào truyền đa đường, dịch Doppler, giá thành và tính phức tạp Nếu kích thước của FFT được tăng lên, khoảng cách sóng mang được giảm xuống và độ dài kí hiệu tổng được tăng lên Cả hai tạo cho hệ thống mạnh mẽ hơn chống lại sự trải rộng trễ đa đường Tuy nhiên, do khoảng cách sóng mang con hẹp, dịch Doppler là nguyên nhân tạo ra nhiễu giao thoa giữa các sóng mang trong các ứng dụng di động Thêm nữa, khi kích thước FFT tăng lên yêu cầu năng lực tính toán nhiều hơn nữa, do đó làm tăng các chi phí

1.1.2 Kênh con và cấu trúc ký hiệu OFDMA

Cấu trúc ký hiệu OFDMA được minh họa trong hình 1.4 Nó gồm 3 loại sóng mang con Các sóng mang con dữ liệu mục đích truyền dẫn dữ liệu, các sóng mang con hoa tiêu cho mục đích đồng bộ và ước tính, các sóng mang con vô giá trị không dùng cho truyền dẫn, mà chúng được dành cho các băng bảo vệ

và các sóng mang con một chiều (DC)

Hình 1.4: Kiến trúc sóng mang con OFDMA

Các sóng mang con tích cực (dữ liệu và hoa tiêu) được nhóm thành tập các tập con gọi là các kênh con Đơn vị tài nguyên thời gian-tần sô nhỏ nhất của kênh con là một khe bằng 48 tone (dữ liệu) Sóng mang con được hỗ trợ trong cả UL

và DL

Trong Wimax di động việc hoán vị sóng mang con của kênh con có thể làm theo hai cách: hoán vị liền kề hoặc phân tập Trong đa số trường hợp các hoán

vị phân tập là phù hợp hơn cho môi trường di động trong khi các hoán vị liền

kề phù hợp nhiều hơn cho môi trường cố định, xách tay, hoặc các thiết bị di động thấp Việc lựa chọn giữa hai phương pháp này có thể làm tăng thông lượng hoặc đem lại nhiều tính linh hoạt cho việc di chuyển của người sử dụng

Hoán vị phân tập

Hoán vị phân tập, cũng được biết như là hoán vị phân phối, các sóng mang con được sắp xếp một cách giả ngẫu nhiên để tạo ra một kênh con Điều này tạo ra tính phân tập tần số và trung bình nhiễu giao thoa giữa các tế bào Trong hoán

vị phân tập (hay hoán vị phân phối) các sóng mang con được sắp xếp một cách giả ngẫu nhiên để tạo ra một kênh con Điều này tạo ra tính phân tập tần số và trung bình hóa nhiễu giao thoa giữa các tế bào Các hoán vị phân tập bao gồm

DL FUSC (sóng mang con được sử dụng hoàn toàn) và DL PUSC (sóng mang con được sử dụng một phần) 802.16e-2005 định nghĩa nhiều hoán vị để chọn lựa, như là sự chọn lựa FUSC (OFUSC), bảng sử dụng kênh con 1 và 2 (TUSC1/2)

Hoán vị liền kề

Hoán vị liền kề, tạo ra một kênh con bởi nhóm một khối các sóng mang con kề nhau Những kiểu có sẵn cho hoán vị liền kề là mã hóa và điều chế thích ứng cho cả DL và UL (DL AMC và UL AMC) Việc lựa chọn AMC cho phép điều chỉnh hợp lý mã hóa và điều chế sẽ được thực hiện dựa trên các điều kiện của

kênh hiện tại Bảng 2.1 mô tả sự khác nhau chính giữa hai kiểu hoán vị.

Lợi ích kênh con;

chọn tần số

Bộ lập lịch đơn;

phân tập tần số để đạt được truyền dẫn tốt

Điều kiện kênh Kênh cố định Kênh thay đổi nhanh

Công nghệ anten

thông minh

1.1.3 Cấu trúc khung ghép song công phân chia theo thời gian

PHY Wimax di động hỗ trợ TDD, FDD song công hoàn toàn và bán song công Đây là phương thức chủ yếu được sử dụng bởi vì các hạn chế định vị trong một

số vùng Mặt hạn chế của TDD là nó cần phải được đồng bộ trên toàn bộ hệ thống, nhưng tuy nhiên, có một vài lý do cho việc sử dụng TDD Tỷ số các tốc

độ dữ liệu DL/UL có thể điều chỉnh được trong khi với FDD thì tỉ số luôn luôn

cố định Việc sử dụng TDD đảm bảo cho việc trao đổi kênh, nó đem lại việc cung cấp tốt hơn cho thích ứng liên kết, MIMO (đa đầu vào đa đầu ra) và các

công nghệ anten tiên tiến vòng lặp kín khác Mặt khác, FDD yêu cầu kênh phải được ghép đôi thì TDD có thể chia sẻ cho cả hai lưu lượng DL/UL Thêm vào

đó, xét về mặt kinh tế, FDD truyền dẫn phức tạp hơn bởi vậy nó sẽ tốn nhiều chi phí hơn trong việc sản xuất máy thu phát vô tuyến

Một khung OFDMA bao gồm một phần mở đầu và hai khung con DL và UL,

và có thể cho phép tỉ số chiều dài thay đổi từ 3:1 đến 1:1 Các phần này bị tách rời bởi các ngắt quãng truyền dẫn thu/phát và phát/thu (TTG và RTG) TTG đi theo sau khung con DL và RTG UL Chúng được dùng để tránh va chạm Hình 1.5 minh họa cấu trúc của một khung TDD OFDMA Có nhiều trường tùy chọn

và bổ sung có thể được sử dụng trong các khung con Các trường tùy chọn và bắt buộc được đề cập cụ thể như sau

Hình 1.5: Cấu trúc khung OFDMA trong TDD Phần mào đầu

Phần mào đầu là phần kí hiệu đầu tiên của một khung Nó có thể bao gồm một hoặc hai kí hiệu, nó phụ thuộc vào kiểu phần mào đầu Có một phần mào đầu trước cả hai khung con DL và UL Phần mào đầu trước khung con DL dài hơn với hai kí hiệu khong khi phần mào đầu UL chứa duy nhất một kí hiệu Nhiêm

vụ của phần mào đầu là đồng bộ tần số, điều chỉnh pha và biên độ của tín hiệu.Một sự sắp xếp chọn lựa các phần mào đầu được hỗ trợ, mà chúng có thể được

sử dụng trong UL sau 8, 16, hoặc 32 kí hiệu, hoặc trong DL tại vị trí bắt đầu ở

mỗi cụm Việc sử dụng các phần mào đầu thường xuyên chống lại các sự biến đổi đúng lúc

Tiêu đề điều khiển khung (FCH)

Tiếp theo sau phần mào đầu là một tiêu đề điều khiển khung (FCH), nó bao gồm thông tin cấu hình khung, độ dài bản tin MAP theo sau FCH, kế hoạch mã hóa và điều chế và các sóng mang con sẵn có

Các bản tin ánh xạ DL/UL (MAP)

Theo sau FCH, khung con DL chứa đựng các bản tin DL-MAP và UL-MAP quảng bá Chúng được dành cho việc ánh xạ định vị vùng dữ liệu của các người dùng khác nhau trong phạm vi khung Các bản tin MAP miêu tả cụ thể cụm (định nghĩa việc sử dụng mã hóa và điều chế) cho mỗi người dùng Các bản tin MAP được tính toán để chứa các thông tin quan trọng, chúng thường được gửi trên một liên kết mạnh với điều chế thấp, ví dụ khóa dịch pha nhị phân (BPSK) Trong trường hợp một vài người dùng sử dụng các gói nhỏ (VoIP), phần mào đầu có thể tăng lên đáng kể Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp Wimax di động có giải pháp tùy chọn sử dụng một vài bản tin sub-MAP mà có các bản tin điều khiển chuyên dụng đến các người sử dụng khác nhau và việc

sử dụng các tốc độ cao hơn được xác định cho từng người một bởi các đặc tính kênh tương ứng của chúng Để đạt được hiệu quả cao các bản tin MAP có thể nén nhỏ lại Các bản tin MAP có thể đi theo sau các bản tin mô tả kênh DL/UL (DCD và UCD) bao gồm các đặc điểm kênh vật lý cho DL và UL theo thứ tự được định sẵn

Các cụm DL

Thực tế tải tin dữ liệu từ các người dùng khác nhau được mang trong phạm vi các cụm DL có thể có kiểu và kích thước khác nhau phụ thuộc vào các ứng dụng của người dùng Thêm vào đó, số lượng các cụm là mềm dẻo và có thể thay đổi trên một liên khung cơ bản

Định cự ly UL

Khung con UL chứa một trường cho các mục đích định cự ly Trường này dành riêng cho các MS để làm chu trình kín tuần hoàn thời gian, tần số, và điều chỉnh lại công suất với các yêu cầu về định cự ly Việc xử lý định cự ly sẽ được

mô tả chi tiết hơn ở trong phần sau, khi xử lý chuyển giao được thảo luận Kênh định cự ly có thể được thêm vào sử dụng tối đa truyền dẫn dữ liệu, chúng quá nhỏ cấp cho một UL định vị cho nó

1.1.4 Các đặc điểm nổi bật khác của lớp vật lý

Để đạt được những sự cải tiến thực hiện trong phạm vi và khả năng WiMAX di động có nhận được một số đặc tính mới được so với WiMAX truyền thống

Mã hóa và điều chế thích ứng (AMC)

Các kĩ thuật về điều chế trong Wimax di động là khóa dịch pha vuông (QPSK), điều chế biên độ vuông góc 16-điểm (16QAM), và 64QAM Sự mã hóa đạt được với mã xoắn (CC) hoặc mã Turbo xoắn với tốc độ thay đối và mã hóa lặp lại Các phương pháp chọn lựa mã hóa là mã khối Turbo (BTC) và mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC) Bảng 1.3 cung cấp các phương pháp mã hóa và điều chế

Bảng 1.3: Cung cấp tùy chọn mã hóa và điều chế

Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM

Tỷ lệ mã

CC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 1/2, 2/3, 5/6CTC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 1/2, 2/3, 5/6Lặp lại x2, x4, x6 x2, x4, x6

Mã hóa và điều chế trực tiếp tác động đến tốc độ dữ liệu, do đó, với điều chế 64QAM được tốc độ cao hơn, nhưng kênh bị ảnh hưởng bởi sự nhiễu loạn, còn đối với điều chế QPSK thì ngược lại Từ đó chọn quá trình điều chế và mã hóa cho phù hợp

Hồi tiếp kênh nhanh (CQICH)

Khung con UL OFDMA có một tùy chọn kênh chỉ thị chất lượng kênh

(CQICH) được sử dụng để cung cấp thông tin về các điều kiện kênh từ MS cho đến bộ lập lịch của BS Có nhiều thông tin, như là tỷ số sóng mang trên nhiễu cộng tạp âm (CINR), khả năng của CINR, chọn kiểu MIMO, và sự chọn lựa kênh con chọn lựa tần số có thể được phân phát quay trở lại đến BS Trong khi

sử dụng TDD, những đề xuất tác động qua lại kênh là một phép đo chính xác khả năng kênh cho thích ứng liên kết

Yêu cầu lặp tự động lai ghép (HARQ)

Các phương pháp yêu cầu lặp tự động được dành cho các trạng thái khi gói tin gửi không được nhận đúng cách, chẳng hạn từ các lỗi bit, và quá trình phát lại được yêu cầu HARQ là một phần tùy chọn của MAC Wimax Di động và được cung cấp duy nhất bởi PHY OFDMA Việc sử dụng HARQ và các tham số cần thiết được dàn xếp trong thời gian quá trình xử lý tiếp nhận mạng, hoặc tiếp nhận lại trong trường hợp chuyển giao Có sự hỗ trợ HARQ trên đầu cuối hoặc trên kết nối sử dụng, bởi tất cả các CID hoạt động của mỗi đầu cuối hoặc bởi một CID đơn Nó định nghĩa một trạm thuê bao (SS) có thể sử dụng thi hành trên thiết bị đầu cuối Trong khi một MS có thể sử dụng thi hành trên mỗi kết nối SS là giới hạn chung của một trạm Wimax còn MS là một trường hợp đặc biệt hỗ trợ di động, SS cũng được biết đến như trạm Wimax Cố định

Trong khi sử dụng HARQ, một vài đơn vị dữ liệu giao thức MAC (PDU) có thể được ghép đến một gói HARQ Gói HARQ được hình thành bằng cách thêm vào một trường kiểm tra dư thừa chu kỳ (CRC) đến các PDU MAC Một

ví dụ được minh họa trong hình 1.6 Trường chẵn lẻ chứa các thông tin phát hiện và sửa chữa lỗi

Hình 1.6: Cấu trúc của một gói mã hóa HARQ

HARQ là một giao thức cơ bản với dừng-và-đợi, được cung cấp một vài kênh HARQ trên mỗi kết nối Một phần trong các kênh này có một bộ mã hóa gói chờ đợi đồng thời Với cách này tài nguyên băng thông của một quá trình

HARQ chờ đợi có thể được sử dụng cho truyền tải dữ liệu của các quá trình khác Kết quả, thông lượng tổng có thể được cải thiện Tuy nhiên, cấn phải tránh các vấn đề với việc sử dụng bộ nhớ, số lượng của các kênh cần phải giữ

đủ thấp

Như đa được đề cập, khung con UL chứa tùy chọn cho kênh xác nhận (UL ACK) được sử dụng với báo hiệu ACK/NACK HARQ từ MS đến BS BS sử dụng một IE (phần tử thông tin) ánh xạ bit HARQ cho DL Khi tiếp nhận thành công MS gửi một ACK và ngược lại một xác nhận từ chối (NACK) được gửi lại đến BS Sau khoảng thời gian nhất định không nhận được ACK hoặc NACK, BS phát lại gói HARQ cho tới khi nhận được một ACK Trước đấy bộ thu được lưu trữ, gói hỏng có thể thay đổi để ghép thông tin trong quá trình phát lại Do đó, việc giải mã gói có thể thành công thông qua quá trình phát lại tuy nhiên vẫn có các lỗi Ở đây chức năng của HARQ được mô tả trực tiếp ở trong DL, nhưng kịch bản có thể được thay đổi cả đến UL nữa

Có hai sự khác nhau chính cho hoạt động của HARQ trong Wimax Di động, sự kết hợp theo đuổi (CC) và tích lũy tăng dần (IR) Các phương thức hoạt động của chúng biến đổi trong thủ tục phát lại đã được giới thiệu CC luôn phát lại gói với cùng kiểu mã hóa như gói gốc và cố gắng ghép dữ liệu nhận được từ quá trình phát lại với dữ liệu gốc, như đã được mô tả Mặt khác, IR tin tưởng vào việc thay đổi mã hóa tạo ra một phiên bản mới với khoảng dịch chuyển tốt hơn chống lại những truyền dẫn sai lầm Bản tin gốc phát đi sử dụng mã hóa mức cao với sự phát hiện duy nhất và những khả năng sửa chữa có lẽ đơn giản Khi một lỗi bị phát hiện tại phía thu, gói được lưu trữ trong bộ đệm và bộ thu thông báo máy phát có lỗi xảy ra Máy phát gửi lại khối chẵn lẻ gốc với các bít được thêm vào và đạt được một mã sửa chữa/phát hiện lỗi tốt hơn

HARQ tăng tính tin cậy cho truyền dẫn, ngoài ra hiệu suất của kết nối trên tế bào được cải thiện Báo hiệu trong Wimax cho phép hoạt động đồng bộ, tạo ra một độ trễ có thể thay đổi giữa các quá trình phát lại Nó tạo ra sự mềm dẻo cho bộ lập lịch, phần mào đầu thêm vào được yêu cầu cho mỗi quá trình phát lại Khi sử dụng HARQ với AMC và CQICH, Wimax di động có thể thiết lập một liên kết cho mỗi MS di chuyển tại các tốc độ trên 120 km/h

1.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trường Wimax Di động

(MAC)

Sự phát triển của Wimax di động đã tính toán đến những nhu cầu cho các loại lưu lượng thực tế ngày nay Có nghĩa rằng nó phải hỗ trợ thoại, dữ liệu, video,

thậm chí là đồng thời các loại Các cuộc gọi thoại thông thường bị ảnh hưởng bởi độ trễ, mặt khác các dòng dữ liệu video yêu cầu một dung lượng truyền dẫn Lưu lượng dữ liệu yêu cầu kết nối tốc độ cao, nhưng dải thông sử dụng phụ thuộc vào số lượng cụm Tài nguyên được cấp phát có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn đến toàn bô khung.

Wimax giới thiệu hai cơ chế chia sẻ cho giao diện vô tuyến Mạng lưới đa-điểm (PMP) và mạng lưới Mesh, chúng được mô tả chi tiết ở các phần sau

điểm-DL trong Wimax hoạt động trên cơ sở mạng PMP, có nghĩa rằng một BS đơn phát đến một hoặc một vài người dùng Trên một kênh tần số nhất định và một phần anten của tất cả các SS, cố định hoặc di động, nhận giống như truyền dẫn

từ BS, trừ khi nó được định nghĩa rõ ràng trong DL-MAP một khung con nhất định cho một SS nhất định Nhiều CID trong các PDU được kiểm tra bởi các

SS thu và duy nhất các địa chỉ gửi tới chúng được giữ lại UL được chia sẻ khi yêu cầu và tài nguyên cấp phát dành cho các dịch vụ cần thiết Tất nhiên, BS phải xác định xem SS có được truy nhập đến chúng hay là không

Wimax cung cấp một chọn lựa mạng Mesh, chúng nhắc đến chức năng ad-hoc được sử dụng trong các mạng WLAN (802.11) Do đó, lưu lượng có thể được định tuyến thông qua các SS khác hoặc hai SS thông tin trực tiếp với nhau mà không cần qua BS Mạng Mesh có một trạm, kết nối trực tiếp đến các dịch vụ backhaul bên ngoài mạng Mesh, được gọi là BS Mesh trong khi tất cả các trạm khác được gọi là các SS Mesh Thuật ngữ trong mạng lưới Mesh khác nhau không đáng kể khi sử dụng chẳng hạn các trạm được gọi là các node, các quan

hệ hàng xóm, miền lân cận, và miền lân cận mở rộng được đưa ra Các node với liên kết trực tiếp đến các node khác được gọi là các hàng xóm và các hàng xóm của một node thiết lập một miền lân cận Miền lân cận mở rộng bao gồm nhiều hàng xóm của miền lân cận

Không giống như PMP, BS Mesh không thể phát tín hiệu khi không có sự đồng

ý của các node khác Với sự lập lịch được phân phối, tất cả các node quảng bá định kỳ chấp nhận các sự lập lịch hiện thời của chúng, với khả năng có thể đưa

ra các thay đổi đến chúng, đến tất cả các hàng xóm trong khoảng cách hai-bước nhảy Các node phải đảm bảo quá trình truyền dẫn của chúng không xảy ra đụng độ với dữ liệu khác hoặc các lưu lượng điều khiển trong cả DL và UL Phương pháp lập lịch trong mạng Mesh được gọi là lập lịch tập trung, nó dựa trên BS Mesh tâp hợp các yêu cầu tài nguyên từ các SS hàng xóm trong khoảng cách xác định của nhiều bước nhảy Chúng quyết định sự cấp phép cho lưu

lượng DL và UL và thông tin các SS Mesh trong phạm vi bước nhảy về những tài nguyên được công nhận

1.2.1 Mặt phẳng dữ liệu/điều khiển

Địa chỉ và các kết nối

Trong PMP, mỗi giao diện vô tuyến của một MS được cấp cho một địa chỉ MAC duy nhất; giống như tính thích ứng mạng Ethernet Địa chỉ được sử dụng với quá trình định cự ly ban đầu và là một phần của quá trình xác thực Một kết nỗi giữa BS và MS được nhận ra thông qua một CID Khi MS liên hệ đến BS, hai cặp kết nối quản lý (DL và UL) được tạo ra Ngoài ra, một cặp đôi thứ ba tùy chọn cũng có thể được tạo ra Những kết nối này hình thành ba mức chất lượng dịch vụ khác nhau (QoS) sắn có cho lưu lượng quản lý Kết nối thứ nhất, gọi là kết nối cơ sở, được dành cho trao đổi ngắn và các bản tin khẩn cấp, trong khi các kết nối khác, được gọi là thứ cấp, nó được sử dụng dài hơn và một số lưu lượng quản lý dung sai trễ giữa các MAC BS và MS Tùy chọn, kết nối thứ

ba được gọi là kết nối quản lý thứ cấp, được sử dụng cho giảm trễ, các bản tin được dựa theo các tiêu chuẩn Ngoài ra, cũng sẵn có một kết nối quảng bá cho việc phân phát một số bản tin quản lý

Các CID cho các kết nối quản lý được định nghĩa trong phép đo khoảng cách hoặc các bản tin đáp ứng đăng ký, RNG-RSP và REG-RSP, theo thứ tự định sẵn Cả hai thành viên của một cặp kết nối (DL và UL) chia sẻ cùng một CID Thông tin được gửi trên các kết nối này không bao giờ gửi trên các kết nối dành cho truyền dẫn lưu lượng dữ liệu

Các yêu cầu truyền dẫn được dựa trên các CID quản lý bởi vì băng thông cấp phép có thể thay đổi cho các kết nối khác nhau trong khi chúng cùng một kiểu dịch vụ Lấy ví dụ trong văn phòng, nơi một MS đơn đang phục vụ một vài người dùng với các sự hạn chế dịch vụ khác nhau Ngoài ra, lưu lượng từ một vài mức cao hơn (như TCP/IP) với các tham số yêu cầu dịch vụ chung có thể được ghép đến một kết nối đơn, khi địa chỉ (nguồn và đích) mạng khu vực nội hạt được đóng gói trong phần tải tin của các truyền dẫn

Mạng Mesh cũng sử dụng các địa chỉ MAC, giống như mạng PMP Ở đây quá trình xác thực không liên quan đến MS và BS như trong mạng PMP, tuy nhiên node và mạng nhận dạng từng quá trình xác thực Sau khi quá trình xác thực thành công node nhận được một nhận dạng Node (Node ID), được yêu cầu từ

BS Mesh Ngoài ra, các node thiết lập các nhận dạng liên kết (Link ID) giữa

các node hàng xóm mà chúng liên kết đến Các Link ID sử dụng sự lập lịch phân phối với mục đích nhận dạng các yêu cầu và những tài nguyên được cung cấp Với mạng Mesh lưu lượng được quảng bá đến tất cả các node, nó có thể quyết định việc cung cấp lập lịch bằng việc kiểm tra Node ID của bộ phát và Link ID trong một lập lịch chế độ Mesh với bản tin lập lịch phân phối (MSH-DSCH).

Các định dạng đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) MAC

Cấc trúc của một MAC PDU được giới thiệu trong hình 1.7 PDU bắt đầu với một trường mào đầu MAC có độ dài cố định Trường thứ hai là phần tải tin Tải tin có thể có, nhưng cũng có thể không có, các mào đầu con hoặc các đơn vị dịch vụ MAC (SDU) và/hoặc các phân đoạn Độ dài của tải tin có thể thay đổi, tuy nhiên MAC PDU không thể xác định rõ ràng cụ thể là bao nhiêu byte Trường kết thúc được dành cho một CRC, nó được yêu cầu cho các lớp OFDM

và PHY OFDMA, trong khi một số lớp PHY 802.16-2004 là tùy chọn

Hình 1.7: Định dạng MAC PDU Các bản tin quản lý MAC

Trong phần này giới thiệu các bản tin quản lý quan trọng trong lớp MAC Các bản tin đó được truyền đi trong phần tải tin của PDU

Các bản tin bộ mô tả kênh Downlink/Uplink (DCD/UCD) được gửi một cách định kì và chức năng của nó cung cấp các tham số kênh vật lý đường lên và đường xuống

Các bản tin MAP Downlink/Uplink (DL/UL-MAP) được dành cho định nghĩa truy nhập thông tin downlink/uplink

Các bản tin yêu cầu/đáp ứng định cự ly (RNG-REQ/RSP) là một cặp yêu đáp ứng trong suốt quá trình khởi tạo tiếp nhận mạng RNG-REQ/RSP được gửi đi bởi MS trong khi khởi tạo và sau đó nó được gửi đi một cách định kỳ Quá trình định cự ly xác định độ trễ mạng cùng với việc yêu cầu công suất và các thay đổi trạng thái cụm đường xuống Bản tin RNG-RSP là một phản hồi của bản tin RNG-REQ trước đó RNG-RSP cũng có thể được gửi đi không đồng bộ bằng cách điều chỉnh các giá trị thu được hoặc các bản tin MAC Do

cầu-đó, MS có thể nhận được RNG-RSP bất kỳ lúc nào mặc dù nó không yêu cầu

Các bản tin đáp ứng/yêu cầu đăng ký (REG-REQ/RSP) được sử dụng trong giai đoạn khởi tạo MS yêu cầu đăng ký bằng cách gửi đi bản tin REG-REQ đến BS và BS trả lời bằng cách gửi lại bản tin REG-RSP Các bản tin đó chứa

cụ thể thông tin về một số tính chất của kết nối đã được thiết lập

Sự xây dựng và truyền dẫn các PDU MAC

Các quá trình xây dựng PDU MAC được giới thiệu trong hình 1.8

Hình 1.8: Xây dựng MAC PDU

Sự ghép nối là một thủ tục ghép nhiều PDU MAC vào trong một truyền dẫn đơn, trong DL hoặc UL Mối PDU có một CID duy nhất, nó cho phép MAC thu nhận giải quyết SDU MAC từ một hoặc nhiều PDU thu được và trả lại giá trị SDU cho một điểm truy nhập dịch vụ (SAP) MAC tương ứng Ngoài ra, các PDU cho các bản tin quản lý MAC, dữ liệu người dùng, băng thông yêu cầu cũng có thể được chứa trong cùng một sự truyền dẫn Hình 1.9 minh họa vị trí truyền dẫn cụm UL

Hình 1.9: Ví dụ các CID ghép nối PDU MAC

Sự phân đoạn có thể xảy ra khi SDU MAC hoặc bản tin quản lý không phù hợp với một PDU MAC và nó được chia cắt vào trong một vài PDU Sự phân đoạn

và sự tái hợp được sử dụng nhằm tận dụng tốt hơn băng thông sẵn có và chúng phải được cung cấp bởi thiết bị

Quá trình đóng gói cho phép một vài SDU đóng gói vào trong một PDU đơn Quyết định đó do trạm phát và quá trình mở gói bắt buộc cho tất cả các trạm

Việc tính toán CRC có thể yêu cầu một số kết nối và trong trường hợp này trường CRC thêm vào dữ liệu chứa đựng các PDU tương ứng cho các kết nối đấy CRC chứa mào đầu MAC chung và phần tải tin của PDU Trong trường hợp sự mật mã hóa được sử dụng, thì việc tính toán CRC sẽ được thực hiện sau

Mật mã được thực hiện tại phần tải tin của PDU MAC nếu kết nối đó được ánh

xạ vào trong một sự kết hợp bảo mật (SA) Mật mã và nhật thực dữ liệu được thực hiện tại đầu cuối phát tuân theo các đặc điểm kĩ thuật của SA và quá trình ngược lại được thực hiện tại bộ thu dựa trên cùng một SA Có duy nhất phần tải tin là được mật mã trong khi mào đầu MAC chung thông được mật mã thông tin được yêu cầu việc giải mã Nếu một PDU được ánh xạ vào trong một

SA yêu cầu mật mã mà nó được nhận không mật mã thì nó bị bỏ đi

Việc đệm được dành để lấp đầy các phần không được sử dụng của không gian được cấp phát trong phạm vi một cụm dữ liệu Không gian đó phải được biết trạng thái, nó có thể đạt được bằng cách cài đặt từng byte không sử dụng vào trong giá trị byte độn (0xFF) Trong trường hợp kích thước phần không gian không được sử dụng lớn hơn độ dài mào đầu MAC, nó có thể được định dạng như một PDU MAC

1.2.2 Chất lượng dịch vụ (QoS) cung cấp

Wimax di động cung cấp các phương pháp QoS cho các ứng dụng và các dịch

vụ dữ liệu khác nhau Tại đây đạt được các tốc độ dữ liệu mong muốn, dung lượng có thể điều chỉnh phù hợp trong cả DL và UL, tính chất tài nguyên tốt,

cơ chế linh hoạt cho việc phân bố tài nguyên Trong Wimax di động, QoS được cung cấp thông qua các luồng dịch vụ mô tả trong hình 1.10 Đó là luồng các gói đơn hướng với các tham số QoS nhất định

Hình 1.10: Cung cấp QoS Wimax Di động

Khi muốn cung cấp một số loại dịch vụ dữ liệu (thoại, dữ liệu, hình ảnh…), một kết nối được thiết lập giữa BS và MS Đầu tiên xây dựng một liên kết logic đơn hướng giữa những MAC tương đương Các gói tại giao diện MAC được thêm vào thông tin luồng dịch vụ để phân phát trên kết nối Luồng dịch vụ chứa các tham số QoS được cấp cho bộ lập lịch quyết định các yêu tiên truyền dẫn, trong suốt thời gian truyền dẫn các tham số QoS phải được thay đổi cho

phù hợp với từng loại dịch vụ.

QoS là định hướng kết nối, nó được điều khiển hiệu quả trong suốt quá trình truyền dẫn Ngoài ra, cho phép một QoS từ đầu cuối đến đầu cuối trong giao diện vô tuyến, QoS luôn là vấn đề chính trong các giao tiếp không dây Nguyên

lý luồng dịch vụ được cung cấp trong cả DL và UL Trong bảng 2.4 giới thiệu các đặc điểm kĩ thuật được sử dụng cho các ứng dụng và các dịch vụ dữ liệu khác nhau

Bảng 1.4: QoS và ứng dụng trong Wimax Di động

Loại QoS Các ứng dụng Đặc điểm kỹ thuật QoS UGS

Dịch vụ cho phép không

khẩn nài

VoIP

Tốc độ duy trì cực đạiDung sai trễ cực đạiDung sai Jitter

Tốc độ duy trì cực đạiDung sai trễ cực đạiYêu tiên lưu lượng

ertPS

Dịch vụ kiểm soát vòng

thời gian thực mở rộng Thoại với phát hiện hoạt động (VoIP)

Tốc độ dành riêng tối thiểu

Tốc độ duy trì cực đạiDung sai trễ cực đạiYêu tiên lưu lượngDung sai Jitter

nrtPS

Dịch vụ kiểm soát vòng

phi thời gian thực

Giao thức truyền tải file

(FTP)

Tốc độ dành riêng tối thiểu

Tốc độ duy trì cực đạiYêu tiên lưu lượng

BE

Sự nỗ lực tối đa Truyền dữ liệu, duyệt

Web…

Tốc độ duy trì cực đạiYêu tiên lưu lượng

1.2.3 Dịch vụ lập lịch MAC

Một người dùng di động tạo ra các yêu cầu đặc biệt cho truyền dẫn do các thay đổi liên tục trong khi sử dụng môi trường truyền dẫn Để đạt được các kết nối hiệu quả với dữ liệu, âm thanh hoặc video, một dịch vụ lập lịch hiệu suất cao cần được sử dụng Dịch vụ lập lịch MAC Wimax Di động chứa bộ lập lịch dữ liệu nhanh, lập lịch cho cả DL và UL, cấp phát tài nguyên thích ứng, lập lịch

được định hướng QoS, và lập lịch lựa chọn tần số.

Việc lập lịch dữ liệu truyền dẫn trên kết nối giữa BS và MS được thực hiện tại

bộ lập lịch MAC Một kết nối được kết hợp với dịch vụ lập lịch đơn, nó được định nghĩa bằng cách cài đặt các thông số kĩ thuật QoS như danh sách trong bảng 1.4 BS lập lịch các yêu cầu và hỗ trợ các truyền dẫn UL bằng cách cung cấp băng thông hoặc sắp xếp băng thông yêu cầu cho các MS BS cần có các kiểu lập lịch và các thông số QoS để có khả năng dự đoán những nhu cầu của

MS về thông lượng và độ trễ của lưu lượng UL

Lập lịch yêu cầu/cho phép đường lên

Dịch vụ cho phép tự nguyện

UGS tập trung trên lưu lượng UL với các yêu cầu thời gian thực và gói độ dài

cố định được gửi định kì Như được đề cập trong bảng 1.4, lưu lượng VoIP thuộc vào loại này Dịch vụ cung cấp định kỳ cho phép kích thước cố định trong thời gian thực Các sự cho phép được MS dự đoán trước sao cho phần mào đầu và góc trễ là nhỏ nhất Kích thước cho phép được định nghĩa trên cơ

sở tốc độ lưu lượng duy trì cực đại của luồng dịch vụ và kích thước phải đủ rộng để chứa dữ liệu kích thước cố định từ các ứng dụng và phải có thông tin mào đầu

Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực

rtPS được sử dụng tương tự như UGS, nhưng ở đây kích thước gói có thể thay đổi Một ví dụ về loại lưu lượng này là MPEG luồng dữ liệu video được nén lại MS có khả năng yêu cầu băng thông trên cơ sở kích thước truyền dẫn Kết quả từ việc thay đổi băng thông là rtPS yêu cầu nhiều mào đầu hơn so với UGS BS cung cấp yêu cầu được gửi đi định kì trên các bản tin đơn đường

Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực mở rộng

erPS là sự kết hợp hai dịch vụ trước đấy, UGS và rtPS BS cung cấp truyền đơn đường với khả năng có thể thay đổi kích thước được yêu cầu erPS được thiết

kế cho lưu lượng VoIP với việc phát hiện hoạt động Do đó, khi có các khoảng yên lặng trong giao tiếp, các gói cần ít không gian hơn và băng thông được tiết kiệm BS cung cấp các phân phối định kì được sử dụng cho yêu cầu băng thông hoặc truyền tải dữ liệu Đối với UGS, có một tốc độ lưu lượng dự trữ cực đại, với việc định nghĩa kích thước mặc định cho các phân phối, tuy nhiên, với erPS giá trị này có thể được thay đổi khi yêu cầu

Dịch vụ kiểm soát vòng phi thời gian thực

nrtPS được gửi đi đơn đường Với nrtPS các sự yêu cầu là luôn sẵn sàng thậm chí trong trường hợp mạng bị tắc nghẽn Khoảng thời gian giữa các kiểm soát vòng là không cố định, nhưng chúng được giữ đủ ngắn để cung cấp đầy đủ dịch

vụ cho MS

Dịch vụ nỗ lực tối đa

Dịch vụ BE được dành cho loại lưu lượng không yêu cầu chặt chẽ về độ trễ và QoS Loại lưu lượng tiêu biểu là lướt Web bình thường, nó chứa các cụm dữ liệu trên một số các khoảng thời gian ngẫu nhiên Như tên gọi của dịch vụ, mục tiêu của nó là cung cấp các kiểu dịch vụ mức cao hơn

1.2.4 Băng thông cấp phát và yêu cầu kỹ thuật

Để truyền dẫn được thì BS phải cấp băng thông cho MS Tùy thuộc vào loại QoS sử dụng mà có một vài khả năng có thể xảy ra

Các sự yêu cầu

Một yêu cầu là một bản tin được gửi đến BS thông báo MS sẽ phát dữ liệu và yêu cầu cấp phát băng thông UL Các yêu cầu đó được phát đi thông qua một mào đầu yêu cầu dải thông tách rời hoặc bởi một yêu cầu kèm thêm tùy chọn Kích thước được yêu cầu gồm có số lượng các byte cho phần mào đầu MAC và tải tin, nhưng không có phần mào đầu PHY Các yêu cầu đó được phát đi bằng cách sử dụng một vài UL, trừ trong gian đoạn định cự ly ban đầu Ngoài ra, MS không được phép yêu cầu băng thông kết nối nếu không có một PDU nào được phát trên kết nối tương ứng đó Yêu cầu đó có thể tăng lên hoặc kết hợp lại, khi một yêu cầu gia tăng tới BS, giá trị hiện tại được điều chỉnh cho phù hợp trong khi đó với chọn lựa kết hợp giá trị cũ được thay thế Các yêu cầu kèm thêm tùy chọn luôn tăng lên, khi chúng không chứa trường chỉ thị loại yêu cầu

Các sự cho phép

BS cho phép MS cấp phát băng thông phù hợp với các yêu cầu được gửi trước

đó Các yêu cầu đó được kết hợp trong MS với những kết nối nhất định bằng những CID của chúng, nhưng các sự cho phép được kết hợp với CID của MS

Nó có nghĩa rằng BS sẽ cho phép băng thông MS, nhưng thực tế sử dụng được xác định tại MS Nhưng giải thông được cấp là ít hơn yêu cầu ban đầu Trong trường hợp này, MS phải quyết định các kết nối, nếu kết nối nào được phép nó

sẽ sử dụng phần được cấp phát MS giải quyết đơn giản quyết định của BS và giảm SDU hoặc yêu cầu lại

Sự kiểm soát vòng

Các yêu cầu băng thông luôn được liên kết đến các CID và sự cho phép đó được đánh địa chỉ tới những MS nhất định Quá trình kiểm soát vòng xuất hiện khi BS cấp phát băng thông cho các MS đặc biệt cho việc tạo các yêu cầu băng thông Sự định vị có thể được trỏ vào MS đơn hoặc vào một nhóm các MS (multi-/broadcast) Trong khi kiểm soát vòng các MS, không có bản tin đặc biệt nào được gửi đi, nhưng UL MAC chứa băng thông cấp phát đủ lớn cho một

MS trả lời một yêu cầu băng thông Trong sự kiểm soát vòng BS đơn, CID của

MS được sử dụng với sự kiểm soát vòng multi-/broadcast, UL MAP đó chứa một CID đặc biệt được thiết kế cho multi-/broadcast

Các tính chất của bộ lập lịch MAC

Wimax di động chứa một bộ lập lịch dữ liệu nhanh để sắp xếp sử dụng các khả năng sẵn có cho những nhu cầu ứng dụng hiện thời Các gói cho những yêu cầu QoS nhất định đã được giới thiệu trong phần 1.2.3 và được dựa trên “các nhãn” này, BS cho phép quyền yêu tiên đến các lớp lưu lượng nhất định Bộ lập lịch cung cấp việc lập lịch cho cả DL và UL Lập lịch UL cài đặt sự ràng buộc việc phân phát thông tin chính xác về chất lượng kết nối và cần có QoS đến BS Việc cấp phát tài nguyên động cũng được cung cấp cho lưu lượng DL và UL Nhiều tài nguyên có thể được cấp phát cho cả hai miền thời gian và tần số Viêc cấp phát được thực hiện bằng cách chèn các bản tin MAC vào trong phần đầu của mỗi khung Do đó, các thay đổi trên một xen khung cơ bản có thể xảy

ra, nó cho phép phản ứng nhanh trước những sự thay đổi trong kết nối đó Lập lịch là định hướng QoS, nó có nghĩa rằng việc lập lịch truyền tải dữ liệu trong MAC được thực hiện cẩn thận cho mỗi kết nối riêng biệt và những kết nối này được đặt vào trong các lớp dịch vụ dữ liệu đặc biệt với các yêu cầu QoS và việc lập lịch được thực hiện tương ứng Với việc lập lịch lựa chọn tần số, bộ lập lịch MAC được thiết kế khai thác các kênh con với cách thức khác nhau Khi các sóng mang con trong các kênh con được phân phối giả ngẫu nhiên băng thông (chẳng hạn như PUSC), thì các sóng mang con đấy có chất lượng như nhau Nếu hoán vị liền kề (như AMC) được sử dụng, sự suy giảm giữa các kênh con

có thể thay đổi Lợi thế của FSS là các kênh con yếu của các người dùng di động có thể tránh được và lựa chọn tốt hơn các kênh con cho truyền dẫn FSS tạo ra một số mào đầu trong CQI cho UL nhưng mặt khác dung lượng tổng được gia tăng trong trường hợp tính di động thấp

1.2.5 Quản lý di động

Các vấn đề chính cho ứng dụng di động nói chung là không đủ tài nguyên công

suất cho các vấn đề trong chuyển giao Wimax di động có hai chế độ cấp phát công suất khi có sự việc gì xảy ra: là chế độ chờ và chế độ không tải Wimax di động cũng đề cập tới việc cung cấp các chuyển giao liên tục (kết nối không bị đứt trong khi thay đổi BS), tốc độ có thể lên trên 100 km/h Những vấn đề về di động được nói chi tiết hơn trong các chương sau

1.2.6 An ninh

Các ứng dụng không dây và di động yêu cầu một vài sự bảo mật so với cố định truyền thống và các giao tiếp có dây dẫn Khi sử dụng giao diện vô tuyến làm môi trường truyền dẫn, thì lưu lượng dữ liệu và sự báo hiệu giữa MS và BS được mật mã hóa để đảm bạo sự bí mật Ngoái ra, khi xây dựng kết nối với một MS/BS mới thì yêu cầu sự xác thực cho cả hai đầu cuối Wimax Di động cung cấp sự xác thực lẫn nhau giữa các thiết bị/người dùng với một giao thức quản

lý khóa linh hoạt Ngoài ra nó cũng cung cấp mã hóa lưu lượng và bảo vệ bản tin báo hiệu Các chuyển giao nhanh cần sự tăng cường các giao thức bảo mật

Giao thức quản lý khóa

Các vấn đề bảo mật của Wimax di động được định nghĩa như là một lớp con trong lớp MAC Giao thức được sử dụng, và cơ sở cho bảo mật Wimax, là sự riêng tư và giao thức quản lý khóa với hai phiên bản 1 và 2 (PKMb1/2) Wimax (cố định) cung cấp duy nhất phiên bản đầu tiên trong khi Wimax di động cung cấp cả hai

Trao quyền và sự xác thực thiết bị/người dùng

Khi một thiết bị Wimax di động được bật nó cố găng kết nối đến một BS Tuy nhiên, một kết nối tin cậy giữa người dùng và BS phải được đảm bảo Kết nối này có thể được thực hiện bằng cách xác thực lẫn nhau hoặc một phía (BS xác thực MS) được cung cấp bởi PKM PKM cũng cho phép trao quyền/sự xác thực định kì và làm mới lại khóa Nó có thể sử dụng giao thức xác thực mở rộng (EAP) hoặc các chứng nhận số X.509 với giải thuất mật mã hóa khóa công cộng RSA Tuy thế giải pháp khác là sử dụng một chuỗi số bắt đầu với sự xác thực RSA và theo sau bởi quá trình xác thực EAP

PKM tạo ra một khóa trao quyền (AK), có độ dài 160 bit và là một khóa bí mật dùng chung giữa MS và BS Sau sự thiết lập của AK, khóa mã hóa khóa (KEK) được tạo ra từ AK KEK được sử dụng để mã hóa sau các thay đổi PKM của khóa mã hóa lưu lượng (TEK)

Giải pháp RSA được dựa trên một chứng nhật X.509 đơn nhất nó được tạo ra bởi hãng sản xuất MS Chứng nhận X.509 chứa khóa công cộng (PK) của MS

và địa chỉ MAC Khi MS đang yêu cầu một AK, nó gửi chứng nhận số đó đến

BS, sau đó nó xác nhận chứng nhận và tạo ra AK dựa trên PK thu được

Giải pháp EAP sử dụng một chứng nhận dành riêng được cung cấp bởi thao tác viên Đây có thể là module nhận dạng thuê bao (SIM) hoặc một chứng nhận X.509 được đề cập ở trên Thao tác viên chọn phương pháp phù hợp nhất và loại EAP phù hợp Với SIM loại được sử dụng là EAP-xác thực và thỏa thuận khóa (AKA) hoặc với X.509 EAP-TLS (bảo mật lớp vận chuyển) Khả năng có thể xảy ra là sử dụng EAP-TLS (đường hầm TLS) cho Microsoft-giao thức xác thực bắt tay hô lệnh (MS-CHAPv2)

Sau quá trình xác thực MS vẫn cần sự trao quyền và một nhận dạng kết hợp bảo mật (SAID) từ BS Với yêu cầu trao quyền ở trên BS đó liên hệ xác thực, trong mạng máy chủ sẽ trao quyền và tính toán (AAA) và sau khi giao tiếp thành công với AAA, gửi trở lại đến MS một AK, một khóa thời gian và SAID

SA được định nghĩa như là thông tin bảo mật được chia sẻ giữa BS và các MS được kết nối đến BS SA có thể nguyên thủy, tĩnh hoặc động SA nguyên thủy được thiết lập trong khi khởi tạo MS và các SA tĩnh được cung cấp trong phạm

vi BS Ngoài ra, các SA động được phát sinh trong thực tế khi tạo ra các luống dịch vụ Từ đó có thể có đồng thời vài luồng dịch vụ cho một MS, nó cũng có thể có một vài SA động Tuy nhiên, phải có sự tương thích với các kiểu dịch vụ

MS được phép truy nhập

Mã hóa lưu lượng

Lớp MAC Wimax di động sử dụng mã AES-CCM (chuẩn mã hóa tiến bộ-CTR với CBC-MAC, CTR đến từ mã hóa chế độ bộ đếm và CBC-MAC từ bộ mã xác thực bản tin chuỗi khối mật mã ) để đảm bảo sự riêng tư của dữ liệu người dùng Cơ sở cho các khóa được thiết lập đến từ sự xác thực EAP Một KEK được tạo ra ngay tức khắc bởi AK và được sử dụng để tạo ra một TEK TEK phát sinh trong BS và là một số ngẫu nhiên được tạo ra với giải thuật mã hóa TEK với KEK như khóa mã hóa Khóa được sử dụng cho mã hóa lưu lượng dữ liệu là TEK này Các khóa cũng được thay đổi định kì

Bảo vệ bản tin điều khiển

Lưu lượng cho điều khiển kết nối cũng cần được bảo vệ Giải pháp cho Wimax

di động bảo vệ dữ liệu điều khiển là một kế hoạch với AES được dựa trên

CMAC (mã xác thực bản tin mật mã ) hoặc MD5 (5 thuật toán tóm lược bản tin) được dựa trên HMAC (mã xác thực bản tin khóa băm).

Cung cấp chuyển giao nhanh

Chuyển giao nhanh được cung cấp bởi Wimax di động cài đặt yêu cầu cho tính riêng tư của thông tin trao đổi trong khi thay đổi các BS Chuyển giao cần được thực hiện theo cách mà các sự tấn công không có khả năng xảy ra Ngoài ra, cần phải có sự cân bằng giữa những rủi ro và tính tin cậy

Wimax di động cung cấp khả năng sử dụng trước xác thực, xác thực đơn giản được thực hiện trước khi chuyển giao đến một BS đích mục đích làm chuyển giao nhanh hơn Tuy nhiên, cơ chế trước xác thực không lằm trong phạm vi của chuẩn 802.16e-2005

Sự nhạy cảm

Bảo mật Wimax di động phải đương đầu với một số vấn đề nhạy cảm Trường hợp thứ nhất đề cập tính bảo mật tiếp nhận mạng ban đầu Trong khi tiếp nhận mạng một vài các nhân tố cơ bản như các tham số vật lý, các nhân tố thực hiện,

và những tình huống bảo mật giữa MS và BS được chấp nhận Tuy nhiên, thông tin này được bảo vệ Trong khi Wimax di động có bảo vệ bản tin điều khiển với CMAC/HMAC, nhưng chỉ được sử dụng khi hoạt động bình thường

Các mặt hạn chế bảo mật Wimax di động khác liến quan đến mạng truy nhập Chuẩn 802.16e-2005 (hoặc 802.16-2004) không cung cấp một số tiêu chuẩn bảo mật nào cho mạng truy nhập, nhưng nó thừa nhận độ tin cậy của mạng dịch

vụ truy nhập

1.3 Đặc điểm nổi bật khác của Wimax di động

IEEE đã từng giới thiệu một vài công nghệ cung cấp truyền dẫn dữ liệu trong Wimax di động

1.3.1 Các công nghệ anten thông minh

Theo truyền thống, các hệ thống đa anten yêu cầu tính toán phức tạp các tín hiệu do đó tiêu thụ quá nhiều tài nguyên (nguồn, bộ xử lý…) OFDMA tạo ra việc tính toán đơn giản hơn bằng cách sử dụng mặt phẳng vector các sóng mang con Nó không cần các bộ cân bằng phức tạp để bù đắp tổn thất trên các tần số nhất định Hơn nữa, OFDMA rất thích hợp cho những công nghệ anten thông minh Thật sự, hầu hết các hệ thống giao tiếp băng rộng thế hệ tiếp theo

được thiết kế dựa trên MIMO-OFDM/OFDMA Có một vài công nghệ anten thông minh được cung cấp cho Wimax di động Trong phần dưới mô tả ba giải pháp được hỗ trợ.

Beamforming

Beamforming là một phương pháp, ở bất kỳ chỗ nào một vài anten với các tín hiệu có trọng lượng được sử dụng tạo ra các búp sóng mạnh hơn Kĩ thuật đó cải thiện khả năng truyền dẫn và khoảng cách giữa MS và BS được tăng lên

Có loại beamforming được giới thiệu Loại thứ nhất được gọi là búp chuyển đổi, nó cho phép chuyển đổi giữa một vài anten búp hẹp hoặc giữa các búp khác nhau trong một giàn anten Loại thứ hai được gọi là mảng pha động, nó sử dụng giải thuật phương tới (DoA) DoA cung cấp cho người dùng khả năng điều chỉnh búp cho phù hợp Cả hai phương pháp đấy đều làm tăng độ dài tín hiệu Loại thứ ba được biết như là mảng thích ứng hoặc Beamforming thích ứng Phương pháp này xác định những tham số beamforming thích ứng được dựa trên thông tin từ các điều kiện kênh và nhiễu giao thoa Do đó, ảnh hưởng của việc phản xạ tín hiệu trong môi trường thành phố được chống lại

Mã hóa không gian-thời gian

Mã không gian-thời gian (STC), cũng được biết như là MIMO ma trận A, hai dòng dữ liệu giống nhau được gửi vào DL cung cấp tính phân tập thời gian và không gian Với STC tỉ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) được tăng lên kết quả là vùng hoạt động và dung lượng của hệ thống được tăng cường Wimax di động cung cấp phát phân tập như là mã Alamouti mục đích cung cấp phân tập không gian và giảm dư thừa

Ghép kênh không gian

Ghép kênh không gian (SM), được biết như là MIMO ma trận B, nó tương tự như STC nhưng ở đây luồng dữ liệu được phát đi không giống nhau, do đó dữ liệu được lập lịch truyền dẫn và được phân chia trên mỗi dòng dữ liệu SM làm tăng các tốc độ dữ liệu đỉnh và thông lượng tổng của kết nối đó Tuy nhiên, máy thu có thể làm tăng thông lượng nếu nó có một vài anten thu Mỗi người dùng có duy nhất một anten phát trong hướng UL, nhưng hai người dùng tách biệt nhau có thể cộng tác phát trong cùng một khe Nó xuất hiện nếu như dữ liệu phát được thực hiện bằng cách ghép kênh không gian hai dòng dữ liệu từ hai anten của mỗi người dùng Chức năng này được gọi là UL cộng tác với SM.Các sự lựa chọn trong bảng 1.5 có thể được điều chỉnh hoặc được thay đổi

tương ứng để phù hợp với các yêu cầu kết nối hiện hành Chuyển mạch MIMO thích ứng (AMS) được sử dụng làm thay đổi giữa các chế độ MIMO khác nhau Phương pháp này tập trung cải thiện hiệu quả phổ trong khi vùng hoạt động không thay đổi Mặt khác, SM có thể tăng thông lượng đỉnh, nhưng vùng hoạt động có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu trong kết nối đó.

Bảng 1.5: Các tùy chọn anten tiên tiến (N r/t = số lượng anten phát/thu)

Liên kết Beamforming Mã không gian thời

Bảng 1.6: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO (kênh 10MHz,

khung 5 ms, kênh con PUSC, 44 kí hiệu OFDM dữ liệu)

UL 0 8,06 10,08 12,10 14,12 28,22

1.3.2 Tái sử dụng phân đoạn tần số

Điểm tiên tiến nhất của băng thông kênh Wimax di động là cung cấp tái sử dụng phân đoạn tần số Đặc tính tái sử dụng được sử dụng là một, hoặc 1x1 Do

đó, tất cả các BS sử dụng cùng một kênh tần số Phương pháp này giới thiệu ý nghĩa nhiễu giao thoa đồng kênh (CCI), đặc biệt là trên biên giới của các tế

bào, và các người dùng chịu chất lượng kết nối kém Một giải pháp về các thông số của OFDMA và thực tế Wimax di động cho các kênh con người dùng

là sử dụng một phần nhỏ của toàn bộ băng thông Vì thế không cần thiết kế các bảng tần số phức tạp cho các BS hàng xóm

Sự sắp xếp kênh con được tạo ra bằng cách phân đoạn và một vùng hoán vị Trong một số phân đoạn, các kênh con sẵn có sử dụng triển khai MAC đơn Vùng hoán vị được mô tả như là số lượng các kí hiệu OFDMA liền kề trong

DL hoặc UL mà sử dụng cùng hoán vị Ngoài ra, có nhiều hơn một vùng hoán

vị trong khung con DL/UL Trong hình 1.11 minh họa cấu trúc khung với nhiếu vùng khác nhau

Hình 1.11: Cấu trúc đa-vùng khung.

Tái sử dụng các kênh con được sắp xếp khi mà MS kết thúc đến BS, nó có thể

sử dụng tất cả các sóng mang con sẵn có và khi tiếp cận với các đường biên giới đó của một tế bào, duy nhất một phần khả năng các kênh con được sử dụng Phần được sử dụng trong các sóng mang con phải khác so với các phần được sử dụng trong BS hàng xóm Hình 1.12 minh họa nguyên lý tái sử dụng một phần tần số, do đó tất cả nhóm kênh con BS, F1, F2, và F3 có thể được sử dụng cùng một lúc trong khi chúng được sử dụng riếng rẽ tại các mép tế bào Phương pháp này làm cho nhiều người dùng tại mép tế bào có cơ hội hơn duy trì kết nối với BS, băng thông sử dụng hạn chế vì vậy các tốc độ dữ liệu không