Nghiên cứu công nghệ Wimax và đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội

Đề tài : Nghiên cứu công nghệ Wimax và đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội Luận văn được trình bày thành 3 chương, bố cục và các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về công nghệ Wimax. Trong chương này sẽ tìm hiểu sự phát triển của hệ thống truy nhập vô tuyến, các tiêu chuẩn công nghệ, sự phát triển của hệ thống băng rộng trong tương lai. Chương này cũng sẽ tìm hiểu quá trình ra đời, phát triển của công nghệ Wimax, tiêu chuẩn 802.162004 cho Wimax cố định, tiêu chuẩn 802.16e cho Wimax di động và đánh giá khả năng phát triển, cung cấp dịch vụ của Wimax. Tiếp theo Chương 2 sẽ nghiên cứu về kiến trúc mạng Wimax. Tìm hiểu về kiến trúc mạng Wimax, chức năng của các ASN, CSN. Nghiên cứu cấu trúc lớp vật lý, lớp MAC trong Wimax. Chương 3 : Đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội.

LỜI CẢM ƠN III

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT III DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 2

1.1 Truy nhập băng rộng 2

1.2 Quá trình phát triển của công nghệ truy nhập vô tuyến 3

1.3 Công nghệ Wimax 7

1.3.1 Các tiêu chuẩn công nghệ cho Wimax 8

1.3.2 Một số đặc điểm của Wimax 9

1.4 Tính kinh tế và hiệu quả của Wimax 12

1.5 Động lực thúc đẩy của thị trường 14

1.6 Kết luận 16

Chương 2 KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX 17

2.1 Kiến trúc mạng của Wimax 17

2.1.1 Sơ đồ kiến trúc mạng của Wimax 17

2.1.2 ASN và các chức năng chính 19

2.1.3 CSN và các chức năng chính 20

2.1.4 Các điểm tham chiếu 21

2.2 Lớp vật lý trong Wimax 24

2.3 Lớp MAC trong Wimax 31

2.4 Băng tần số đề xuất sử dụng cho Wimax 41

2.5 Mô hình kết nối mạng Wimax 42

2.6 Tương tác giữa Wimax với các mạng truy nhập khác 44

2.7 Wimax có thể cạch tranh với xDSL 47

2.8 Kết luận 48

Chương 3 ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG HÀ NỘI 49

3.1 Tình hình phát triển mạng băng rộng trên thế giới và ở Việt Nam 49

3.1.1 Phát triển mạng băng rộng trên thế giới 49

3.1.2 Phát triển mạng băng rộng tại Việt Nam 50

3.2 Đề án nghiên cứu thử nghiệm Wimax tại Hà Nội 51

3.2.1 Phạm vi và mục tiêu nghiên cứu thử nghiệm 51

3.2.2 Nghiên cứu chọn vùng phủ sóng 51

3.2.3 Thử nghiệm dịch vụ 55

3.3 Nghiên cứu và đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội .60 3.3.1 Quy hoạch vùng phủ sóng và dự kiến dung lượng mạng 60

3.3.4 Quy mô hệ thống 64

3.3.5 Băng tần sử dụng 65

3.3.6 Phân bổ trạm BTS 66

3.4 Kết luận 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật này, trước hết phải kể đến công lao đào tạo của tất

cả các Thầy, Cô giáo trong Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông, sự động viên giúp đỡ của tất cả người thân, bạn bè, đặc biệt là sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của Thầy giáo TS Vũ Ngọc Phàn trong thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cô giáo trong Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, đặc biệt là các Thầy, Cô giáo trong khoa Quốc tế và Đào tạo sau Đại học, các đồng chí Lãnh đạo, các anh chị đồng nghiệp trong Công ty Dịch vụ Viễn thông Hà Nội nơi tôi đang công tác.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè của tôi, những người đã động viên, khuyến khích tôi rất nhiều trong cuộc sống cũng như trong qúa trình công tác và học tập.

Với năng lực và thời gian hạn chế luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi mong muốn nhận được sự chỉ bảo, góp ý chân thành của các Thầy Cô giáo cùng các anh chị đồng nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, tháng 9/2008

Trần Mạnh Cường

BNI Base station network interface Giao diện giữa trạm gốc và mạng

BWA Broadband wireless access Truy nhập vô tuyến băng rộngCDMA code division multiple access Đa truy nhập chia mã

CPE Customer Premise Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao

CPS Common part sublayer Lớp con phần chung

CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra dư chu trình

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DHCP Dynamic host configuration protocol Thủ tục cấu hình chủ động

FBSS Fast Base Station Switching Chuyển đổi trạm gốc nhanhFDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần sốFDD Frequency division duplex Song công phân chia theo tần sốFFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh

GPS Global positioning satellite Vệ tinh định vị toàn cầu

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngượcIFFT Inversion Fast Fourier transform Biến đổi Fourier ngược nhanh

MAC Medium access control layer Lớp điều khiển truy nhập môi

trườngMAN Metropolitan area network Mạng khu vực thành phố

MDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao đa dạng phân tậpMIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường ra

NLOS Non line of sight Tầm nhìn bị che khuất

OFDM Orthogonal frequency division

PDA Personal Digital Assistant Thiết bị phục vụ số cá nhân

PDU Protocol data unit Đơn vị dữ liệu thủ tục

PMP Point - to - multipoint Điểm đa điểm

PPP Point-to-Point Protocol Thủ tục điểm-điểm

QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phươngQoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature phase-shift keying Khoá dịch pha cầu phương

SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm

TDD Time division duplex Song công chia thời gian

Bảng 1.1 Các hệ thống thông tin di động 4

Bảng 1.2 Các dịch vụ triển khai ở IMT-2000 7

Bảng 2.1 Các thông số của OFDM sử dụng trong Wimax 27

Bảng 3.1 Thống kê số lượng thuê bao xDSL tại Hà Nội 61

Hình 1.1 Con đường phát triển từ 2G đến 3G 6

Hình 1.2 Công nghệ vô tuyến cũ và mới 6

Hình 1.3 Ứng dụng Wimax di động 13

Hình 1.4 Sơ đồ mạng MAN sử dụng kết nối công nghệ Wimax 15

Hình 2.1 Kiến trúc mạng Wimax dựa trên nền IP 17

Hình 2.2 Mô hình mạng Wimax dựa trên các thực thể chức năng 18

Hình 2.3 Cấu trúc ASN 20

Hình 2.4 Kiến trúc mạng tham chiếu dựa trên các thực thể chức năng 22

Hình 2.5 Điểm tham chiếu R3 23

Hình 2.6 Điểm tham chiếu R4 24

Hình 2.7 Ảnh hưởng của NLOS 25

Hình 2.8 Phổ tần OFDMA 30

Hình 2.9 So sánh OFDM và OFDMA 30

Hình 2.10 Kiến trúc giao thức Wimax 32

Hình 2.11 Cấu trúc khung MAC PDU 33

Hình 2.12 Các kết nối quản lý MAC 35

Hình 2.13 Khởi tạo và đăng ký SS 36

Hình 2.14 Chất lượng dịch vụ QoS 38

Hình 2.15 Mô hình kết nối mạng WIMAX di động 43

Hình 2.16 Sơ đồ khối cấu trúc của DAP 44

Hình 2.17 Tương tác giữa mạng Wimax và mạng xDSL 45

Hình 2.18 Tương tác giữa mạng Wimax và mạng 3GPP, 3GPP2 46

Hình 2.19 Mô hình cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao của hệ thống Wimax .48

Hình 3.1 Bản đồ phân bố độ cao khu vực : Bờ Hồ, Kim Liên, Cẩm Hội 52

Hình 3.2 Bản đồ phủ sóng 3 site : Bờ Hồ, Kim Liên, Cẩm Hội 54

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối mạng phục vụ thử nghiệm Wimax tại Viễn thông Hà Nội 56

Hình 3.4 Driving test khu vực nội thành 58

Hình 3.5 Driving test khu vực ngoại thành 59

Hình 3.6 Băng tần 2.5Ghz sử dụng thử nghiệm Wimax Mobile 65

Hình 3.7 Cấu hình tần số tại BTS 1:4:2 65

Hình 3.8 Sơ đồ phân bố trạm BTS cho 8 quận nội thành Hà Nội 66

Hình 3.9 Bản đồ phủ sóng của 91 trạm BTS giai đoạn 1 cho 8 quận nội thành Hà Nội 67

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thôngtin, truyền thông thì nhu cầu băng thông rộng ngày càng cần thiết Các ứng dụng đòihỏi băng thông rộng như là : Điện thoại có hình, Camera, truyền số liệu, truyềnhình, VoIP, IPTV

Lịch sử phát triển của công nghệ truy nhập vô tuyến đã và đang trải qua cácthế hệ từ 1G, 2G, 2.5G Mặc dù một số thế hệ gần đây đã sử dụng công nghệ sốnhưng vẫn là băng hẹp và xây dựng trên cơ sở chuyển mạch kênh nên không đápứng được băng thông cho các dịch vụ mới

Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin thế

hệ ba với tên gọi là IMT-2000 Công nghệ Wimax cũng được tổ chức liên minhviễn thông quốc tế ITU đã chấp thuận vào bộ các tiêu chuẩn công nghệ viễn thông3G toàn cầu (IMT-2000)

Các hệ thống 3G khi đưa vào triển khai sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễnthông bao gồm: dịch vụ thoại, dịch vụ số liệu tốc độ cao, video

Đề tài : "Nghiên cứu công nghệ Wimax và đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội" nhằm mục đích nghiên cứu, đề xuất triển

khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội

Luận văn được trình bày thành 3 chương, bố cục và các nội dung chính nhưsau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ Wimax Trong chương này sẽ tìm hiểu

sự phát triển của hệ thống truy nhập vô tuyến, các tiêu chuẩn công nghệ, sự pháttriển của hệ thống băng rộng trong tương lai

Chương này cũng sẽ tìm hiểu quá trình ra đời, phát triển của công nghệWimax, tiêu chuẩn 802.16-2004 cho Wimax cố định, tiêu chuẩn 802.16e choWimax di động và đánh giá khả năng phát triển, cung cấp dịch vụ của Wimax.

Tiếp theo Chương 2 sẽ nghiên cứu về kiến trúc mạng Wimax Tìm hiểu về

kiến trúc mạng Wimax, chức năng của các ASN, CSN Nghiên cứu cấu trúc lớp vật

lý, lớp MAC trong Wimax

Chương 3 : Đề xuất triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễn thông Hà Nội Trong chương này sẽ tìm hiểu tình hình phát triển thuê bao băng rộng của Việt

Nam và thế giới, đồng thời dự báo nhu cầu phát triển thuê bao băng rộng ở ViệtNam Trên cơ sở đó đề xuất mô hình triển khai hệ thống Wimax trên mạng Viễnthông Hà Nội

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX

1.1 Truy nhập băng rộng

Các dịch vụ truy nhập băng rộng hiện tại được cung cấp dựa trên các truy nhậphữu tuyến và vô tuyến Một số dịch vụ truy nhập băng rộng đang được cung cấptrên mạng Viễn thông Việt Nam :

 Dịch vụ xDSL :

Cung cấp việc truy cập băng rộng qua đôi cáp đồng có thể đi liền với điệnthoại cố định Tốc độ tối đa cho đường lên là 2Mpbs, đường xuống là 8Mbps Vớidịch vụ ADSL 2+ tốc độ tối đa đường xuống có thể đạt 24Mbps

Các nhà cung cấp dịch vụ : Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT,Công ty FPT, Công ty Viễn thông Quân đội Viettel

 Dịch vụ kênh thuê riêng :

Là dịch vụ cho thuê kênh truyền dẫn vật lý dùng riêng để kết nối và truyềnthông tin giữa các thiết bị đầu cuối, mạng nội bộ, mạng viễn thông dùng riêng củaKhách hàng tại các địa điểm cố định khác nhau Dịch vụ triển khai trên các đôi cápđồng

 Dịch vụ MegaWAN

Là dịch vụ cung cấp kết nối mạng riêng cho khách hàng trên nền mạngIP/MPLS Dịch vụ VPN/MPLS cho phép triển khai các kết nối nhanh chóng, đơngiản, thuận tiện

 Dịch vụ truy nhập vô tuyến băng rộng đối với các mạng điện thoại di động như :Vinaphone, Mobifone, Viettel,

Hiện đang triển khai dịch vụ truy nhập vô tuyến qua GPRS Tuy nhiên tốc độ cònhạn chế và giá thành vẫn cao Công ty viễn thông điện lực đã cung cấp dịch vụ truynhập băng rộng qua hệ thống CDMA1x EV-DO làm việc tại tần số 450 MHz tuynhiên vùng phủ sóng vẫn còn hạn chế

Việc cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng qua đôi cáp đồng dẫn đến sự hạnchế về khoảng cách Khoảng cách tối đa từ tổng đài đến thuê bao là 5km Vì vậynhững khu vực vùng sâu, vùng xa sẽ gặp khó khăn trong việc triển khai cung cấpdịch vụ Với truy nhập vô tuyến hiện tại thì tốc độ vẫn thấp, đặc biệt là giá thànhdịch vụ vẫn cao do đó chưa khuyến khích được Khách hàng sử dụng.

1.2 Quá trình phát triển của công nghệ truy nhập vô tuyến

Xu hướng phát triển của công nghệ truyền thông đó là tính di động, đạt đượctốc độ cao trong một điều kiện môi trường có nhiều thay đổi và điều này đã trởthành một trong những nhân tố quan trọng nhất Hệ thống truyền thông vô tuyếnđáp ứng được việc cung cấp việc liên lạc mọi lúc, mọi nơi

Lịch sử phát triển của công nghệ vô tuyến đã và đang trải qua các giai đoạnphát triển từ thế hệ 1G, 2G, 2+, rồi đến 3G

Bảng sau mô tả các thế hệ thông tin di động :

Trung gian 2 + GPRS, EDGE,

CDMA2000 1x Trước hết là tiếngthoại có đưa thêm các

dịch vụ số liệu gói

TDMA, CDMA, sửdụng chồng lên phổ tầncủa thế hệ hai nếukhông sử dụng phổ tầnmới Tăng cườngtruyền số liệu gói chothế hệ hai

CDMA, CDMA kếthợp với TDMA, băngrộng (tới 2 Mbps), sửdụng chồng lấn lên thế

hệ hai hiện có, nếukhông sẽ sử dụng phổtần mới

Bảng 1.1 Các hệ thống thông tin di động

a) Hệ thống di động thế hệ thứ hai (2G)

Hệ thống thế hệ thứ 2 sử dụng công nghệ số đa truy nhập như là: đa truy nhậpphân chia theo thời gian (TDMA - time division multiple access), đa truy nhập phânchia theo mã (CDMA - code division multiple access)

Ví dụ về hệ thống thế hệ thứ 2 là hệ thống GSM của Vinaphone, MobiFone, Viettel

Hệ thống thế hệ thứ 2 sử dụng các trạm điều khiển gốc (BSC), giao diện giữa MSC

và BSC được tiêu chuẩn hóa

Một đặc điểm mở rộng trong MSC là cơ chế chuyển vùng (handoff) Bằng cáchgiám sát tín hiệu thu được từ trạm gốc các máy di động có thể thực hiện việcchuyển vùng bằng cách gửi một tín hiệu thông báo cho mạng

Các giao thức ở thế hệ thứ 2 hỗ trợ thoại, giới hạn trong truyền số liệu như fax, dịch

vụ bản tin ngắn (SMS – short messaging service)

b) Hệ thống di động thế hệ 2+

Thế hệ 2+ là sự phát triển, cải tiến thêm của thế hệ 2 nhằm mục đích cung cấpthêm các dịch vụ số liệu mà không làm thay đổi căn bản cơ sở hạ tầng 2G đã có.Một số công nghệ được áp dụng nhằm tăng tốc truyền số liệu như :

Công nghệ HSCSD (High-speed circuit-switched data): được thiết kế cho phépmạng GSM có thể truyền số liệu với tốc độ tăng gấp bốn lần so với tốc độ cơ bảnban đầu

Công nghệ GPRS (General packet radio service): là công nghệ vô tuyến cho mạngGSM nhằm cung cấp giao thức chuyển mạch gói GPRS tăng tốc độ dữ liệu và việctính cước dựa trên cơ sở tính tổng số dung lượng dữ liệu truyền, thời gian truyền dữliệu

Công nghệ EDGE (Enhanced data GSM environment) : Cho phép GSM hoạt động

sử dụng băng tần vô tuyến sẵn có để cung cấp dịch vụ multimedia dựa trên nền IP.Theo lý thuyết thì tốc độ có thể đạt đến 384 Kbps

c) Hệ thống di động thế hệ 3G

Hệ thống 3G được đưa ra với dựa trên một số các yêu cầu về công nghệ ỞChâu Âu có 2 tổ chức nghiên cứu là : UMTS (Universal Mobile

Telecommunications Systems) và MBS (Mobile Broadband Systems) nghiên cứu.Một số công nghệ được sử dụng trong 3G :

CDMA 2000 : Đưa ra với tiêu chuẩn IS-95

W-CDMA : Công nghệ W-CDMA được xem như là nền tảng cho hệ thống 3G Con đường phát triển từ 2G đến sau 3G

Hình 1.1 Con đường phát triển từ 2G đến 3G

Hình vẽ sau minh họa các công nghệ vô tuyến cũ và mới

để thiết kế hệ thống tương lai đó là các hệ thống 4G.

Bảng thống kê các dịch vụ được cung cấp ở IMT-2000

Dịch vụ viễn thông Dịch vụ âm thanh  Dịch vụ âm thanh chất lượng

cao (16-64kbps)

 Dịch vụ truyền thanh AM 64kbps)

(32- Dịch vụ truyền thanh FM

(64-384 kbps)Dịch vụ số liệu  Dịch vụ số liệu tốc độ trung

bình (64-144 kbps)

 Dịch vụ số liệu tốc độ tươngđối cao (144 kbps- 2 Mbps)

 Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥2Mbps)

Dịch vụ đa phương tiện  Dịch vụ Video (384 kbps)

 Dịch vụ hình chuyển động(384 kbps- 2 Mbps)

 Dịch vụ hình chuyển động thờigian thực (≥ 2 Mbps)

Dịch vụ Internet Dịch vụ internet đơn

giản

 Dịch vụ truy cập Web (384kbps-2 Mbps)

Dịch vụ internet thờigian thực

 Dịch vụ Internet (384 Kbps- 2Mbps)

Dịch vụ internet đaphương tiện  Dịch vụ Website đa phươngtiện thời gian thực (≥ 2 Mbps)

Bảng 1.2 Các dịch vụ triển khai ở IMT-2000

Tháng 10/2007 Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) đã nhóm họp và thông quaviệc bổ sung công nghệ Wimax vào họ giao diện vô tuyến IMT-2000 Điều này đặcbiệt quan trọng và đặt Wimax vào một vị trí vững chắc để cạnh tranh với các dịch

vụ băng rộng cố định xDSL và băng rộng di động 3G

1.3.1 Các tiêu chuẩn công nghệ cho Wimax

Trong quá trình phát triển từ năm 1999 đến nay IEEE đã đưa ra nhiều bộ tiêuchuẩn cho truy cập vô tuyến băng rộng WBA (Broadband Wireless Acess) Đến nay

hệ thống Wimax đã có được 2 tiêu chuẩn công nghệ Đầu tiên đó là tiêu chuẩn côngnghệ cho truy nhập vô tuyến cố định, gọi là tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004, thứ hai

là tiêu chuẩn cho truy nhập vô tuyến di động IEEE 802.16e

a) Tiêu chuẩn 802.16-2004

Trước đó là 802.16 REVd và được IEEE đưa ra tháng 7 năm 2004 Tiêu chuẩnnày sử dụng phương thức điều chế OFDM và có thể cung cấp các dịch vụ cố định,nomadic (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối) theo tầmnhìn thẳng (LOS) và không theo tầm nhìn thẳng (NLOS)

Băng tần : 2Ghz đến 11 Ghz

Tốc độ : Lên đến 75Mbps cho độ rộng kênh 20Mhz

Kiến trúc MAC : điểm – đa điểm

Truyền dẫn : 1 sóng mang 256 OFDM hoặc 2048 OFDM

Điều chế : QPSK, 16QAM, 64QAM

Độ rộng kênh : 1.75Mhz, 3.5Mhz, 7Mhz, 14Mhz, 1.25Mhz, 5Mhz, 10Mhz,15Mhz, 8.75Mhz

Ghép kênh : TDM/TDMA/OFDMA

Truyền dẫn song công TDD (Time Division Duplexing), FDD (FrequencyDivision Duplexing)

Khoảng cách : 5km đến 8km

b) Tiêu chuẩn 802.16e

Được IEEE thông qua tháng 12/2005 Tiêu chuẩn này sử dụng phương thứcđiều chế SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing), chophép thực hiện các chức năng chuyển vùng và chuyển mạng, có thể cung cấp đồngthời dịch vụ cố định, mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đibộ), di động hạn chế và di động

Băng tần : 2Ghz đến 6 Ghz

Tốc độ : Lên đến 15Mbps cho độ rộng kênh 5Mhz

Kiến trúc MAC : điểm – đa điểm

Truyền dẫn : 1 sóng mang 256 OFDM hoặc 128, 512, 1024, 2048 OFDMĐiều chế : QPSK, 16QAM, 64QAM

Độ rộng kênh : 1.75Mhz, 3.5Mhz, 7Mhz, 14Mhz, 1.25Mhz, 5Mhz, 10Mhz,15Mhz, 8.75Mhz

Ghép kênh : TDM/TDMA/OFDMA

Truyền dẫn song công TDD, FDD

Khoảng cách : 1.6km đến 5km

1.3.2 Một số đặc điểm của Wimax

a) OFDM - Cơ sở cho lớp vật lý

Lớp vật lý WiMAX dựa trên kỹ thuật ghép phân chia theo tần số trực giao,một phương thức cơ bản để hạn chế hiện tượng đa đường, và cho phép WiMAXhoạt động trong điều kiện NLOS.

b) Tốc độ dữ liệu đỉnh lớn

WiMAX cho phép hỗ trợ tốc độ đỉnh rất cao Trong thực tế, tốc độ dữ liệuđỉnh tại lớp vật lý có thể lên đến 74Mbps khi phổ tần hoạt động có độ rộng là20MHz Đặc biệt hơn, sử dụng một phổ tần 10 MHz kết hợp với phương thức TDDvới tỉ lệ 3:1 downlink-uplink, tốc độ PHY đỉnh đạt được khoảng 25 Mbps và 6.7Mbps cho down-link và uplink Tốc độ này có được khi sử dụng điều chế QAM64với tỉ lệ mã hoá sửa lỗi là 5/6 Với điều kiện tín hiệu tốt, thậm chí các tốc độ đỉnhcao hơn có thể đạt được khi sử dụng nhiều ăng ten

c) Độ rộng băng tần thay đổi và hỗ trợ tốc độ dữ liệu

WiMAX có kiến trúc vật lý linh hoạt cho phép tốc độ dữ liệu có thể thay đổi

dễ dàng với độ rộng băng tần kênh khả dụng Khả năng này có được nhờ phươngthức OFDMA, trong đó kích cỡ FFT được chia dựa trên độ rộng băng tần kênh khảdụng

Ví dụ: Một hệ thống WiMAX có thể sử dụng 128, 512, hoặc 1024 bit FFT dựa trên

độ rộng băng tần kênh là 1.25 MHZ, 5MHz hoặc 10 MHz việc chia này có thể thựchiện tự động để hỗ trợ người dùng chuyển qua các sóng mang có độ rộng băng tầnchỉ định khác nhau

d) Mã hoá và Điều chế thích ứng (AMC)

WiMAX hỗ trợ một số phương pháp điều chế và mã hoá sửa lỗi (FEC) và chophép các phương pháp này được thay đổi trên mỗi người dùng dựa trên những điềukiện của kênh AMC là một cơ chế hiệu quả để tối đa thông lượng trên một khoảngthời gian của kênh

e) Phát lại tại Link-layer

Với các kết nối yêu cầu đảm bảo độ tin cậy, WiMAX hỗ trợ các yêu cầu phátlại tự động (ARQ) ở lớp vật lý ARQ - cho phép các kết nối yêu cầu mỗi gói phát điđược xác nhận bởi máy thu; những gói không được xác nhận được xem như bị mất

và được phát lại WiMAX cũng hỗ trợ hybrid-ARQ, đây là một hybrid hiệu quảgiữa FEC và ARQ.

f) Hỗ trợ TDD và FDD

IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e cung cấp cả phương thức song công phânchia theo thời gian, song công phân chia theo tần số và bán song công FDD, chophép đưa ra hệ thống với giá thành thấp TDD thường được lựa chọn vì nó có những

ưu điểm:

 Linh hoạt trong việc lựa chọn tỉ lệ tốc độ đường uplink-downlink

 Có khả năng đảo kênh (exploit channel reciprocity)

 Tiết kiệm phổ tần

 Thiết kế máy thu ít phức tạp

g) Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

WiMAX di động sử dụng OFDMA như là một công nghệ đa truy nhập, nhữngngười dùng khác nhau có thể được chỉ định các subset tần số OFDM khác nhau

h) Ấn định tài nguyên cho mỗi người dùng một cách linh động

Việc ấn định tài nguyên cả đường lên và đường xuống được điều khiển bởimột lịch trình tại trạm BS Dung lượng được dùng chung giữa nhiều người dùngdựa trên những yêu cầu cơ bản, sử dụng một cụm TDM Khi sử dụng phương thứcOFDMA-PHY, việc ghép được thực hiện trong miền tần số để ấn định tập các sóngmang con OFDM cho những người dùng khác nhau Những tài nguyên này có thểđược ấn định trong miền không gian như khi sử dụng các hệ thống ăng ten cải tiến(AAS) Kỹ thuật này cho phép nguồn tài nguyên tần số được ấn định trong miềnthời gian, tần số và không gian và có cơ chế mềm dẻo để khôi phục thông tin ấnđịnh tài nguyên trên các khung cơ bản

i) Hỗ trợ các kỹ thuật ăng ten cải tiến

WiMAX sử dụng kỹ thuật nhiều ăng ten như tạo búp sóng, mã hoá không gianthời gian và ghép trong không gian Những phương pháp này có thể nâng cao dunglượng hệ thống và hiệu quả phổ tần nhờ ứng dụng nhiều ăng ten tại máy phátvà/hoặc máy thu

để cung cấp cho một số lượng lớn người dùng, với nhiều kết nối tại một đầu cuối,

và mỗi kết nối yêu cầu một QoS cho nó

k) Bảo mật mạnh

WiMAX cung cấp phương thức mật mã hoá, sử dụng chuẩn mật mã cải tiến(AES) Hệ thống cũng đưa ra kiến trúc nhận thực mềm dẻo dựa trên giao thức nhậnthực mở rộng (EAP)

m) Hỗ trợ cho tính di động

Hệ thống di động WiMAX có cơ chế hỗ trợ chuyển giao cho các ứng dụng diđộng như VoIP Hệ thống cũng xây dựng cơ chế tiết kiệm nguồn, tăng tuổi thọ củapin tại các thiết bị thuê bao cầm tay

n) Kiến trúc mạng dựa trên cơ sở IP

WiMAX forum định nghĩa một kiến trúc mạng dựa trên nền tảng hoàn toàn IP.Tất cả các dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối, QoS, quản lý phiên, an ninh mạngđược phân phát qua một kiến trúc IP chuyển tiếp, trên các giao thức dựa trên nền IPtới đầu cuối

1.4 Tính kinh tế và hiệu quả của Wimax

Cung cấp hiệu quả băng tần vô tuyến đến tất cả mọi nơi là chìa khoá thànhcông với các hệ thống vô tuyến tương lai Với sự thành công của dịch vụ Internet,truyền thông dữ liệu vô tuyến phải cung cấp các dịch vụ tương tự theo cách này.WiMAX là một công nghệ cho phép truy nhập vô tuyến băng rộng với chi phí thấp.Ngày nay WBA dường như là một giải pháp kinh tế cho các vùng nông thôn,truy nhập băng rộng với chi phí rẻ hơn Một trạm xDSL được triển khai sẽ có chíphí cao hơn triển khai một trạm WBA Tại những khu vực cơ sở hạ tầng có dây cònnghèo nàn thì WBA trở thành một giải pháp kinh tế hơn

Ví dụ theo tính toán lý thuyết của nhiều công ty nghiên cứu thị trường thì một mạngWiMAX mà có thể cung cấp cho 75% dân số Mỹ với đầu tư là 1,5 tỉ đô la cung cấpcho khoảng 85 triệu thuê bao Tính toán lý thuyết mỗi thuê bao phải trả 45 đô la trêntháng.

Một trạm gốc WiMAX sẽ có từ 4 đến 8 sector , nằm trong một dải băng tần đã đăng

ký và cung cấp lên đến 1000 CPE đăng ký trên một sector Các trạm gốc 6 sectorvới 100 thuê bao trên sector (600 thuê bao trên trạm gốc) với hệ số tỉ lệ độ rộngbăng là 10:1, hệ thống có thể cung cấp tốc độ cụm đường xuống lên đến 14 Mbps

và tốc độ cụm đường lên là 4,7 Mbps trong một kênh 7 MHz, với một khoảng cách

ít nhất là 5 km so với trạm gốc

Nếu chúng ta sử dụng kênh 10 MHz, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ cho phép tốc độđỉnh lên đến 20 Mbps tại đường xuống và 7 Mbps tại đường lên (giả sử tỉ lệ 75:25uplink:downlink trong TDD); hoặc 40 Mbps trên đường xuống và 14 Mbps trênđường lên với kênh 20 MHz

Một trong những đặc điểm nổi bật của Wimax là cung cấp dịch vụ truy nhậpbăng rộng cho các thiết bị di động Các thiết bị đầu cuối di động như là : Laptop,Smartphone, có thể di chuyển với tốc độ cao (đến 125km/h) và được chuyểnvùng mềm

Thiết bị di động luôn được kết nối khi người sử dụng di chuyển với tốc độ caotrong vùng phủ sóng của mạng Chức năng chuyển vùng cho phép dịch vụ được liêntục với mọi ứng dụng

Hình 1.3 mô tả khả năng cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng vô tuyến chocác thiết bị di động

Hình 1.3 Ứng dụng Wimax di động

1.5 Động lực thúc đẩy của thị trường

Mạng vô tuyến băng rộng không phải là một công nghệ hoàn toàn mới mà nóchỉ là sự phát triển tiếp theo để tiến đến các chuẩn Công nghệ Wimax được hứa hẹncung cấp dịch vụ băng rộng đến mọi đối tượng trên thị trường viễn thông, có thể làcác vùng nông thôn xa xôi, hay là tại các quốc gia phát triển hoặc các quốc gia đangphát triển

Wimax sẽ thành công trên toàn cầu bởi các lý do :

Với thị trường chưa phát triển, chưa có mạng cố định thì việc lựa chọn Wimax

là một cơ hội lớn cho các Nhà cung cấp dịch vụ, nhằm rút ngắn thời gian triển khai

và nhanh chóng đưa ra dịch vụ giá rẻ đến người sử dụng

Với thị trường mới phát triển : Wimax với lợi thế triển khai dịch vụ thấp sẽđưa ra được dịch vụ thoại giá rẻ

Với thị trường đã phát triển : Wimax sẽ cung cấp dịch vụ băng rộng nhằm đápứng các yêu cầu ngày càng cao của dịch vụ : camera, video, truyền số liệu

Với thị trường truyền số liệu : Việc thiết lập các hệ thống mạng như là : mạng

cá nhân (PAN), mạng nội bộ (LAN), mạng trong vùng thủ đô (MAN), mạng diện

rộng (WAN) với công nghệ hiện nay thường sử dụng : Công nghệ Ethernet, đườngtruyền kênh thuê riêng Công nghệ Wimax với ưu điểm băng thông rộng, truy nhập

vô tuyến là một trong những lựa chọn tối ưu cho việc triển khai các mạng trên.Hình 1.4 mô tả dịch vụ truyền số liệu được cung cấp trên hệ thống Wimax :Với lợi thế truy nhập vô tuyến và băng thông rộng của Wimax có thể dễ dàng triểnkhai các kênh thuê riêng để xây dựng các mô hình mạng LAN, MAN, WAN

Hình 1.4 Sơ đồ mạng MAN sử dụng kết nối công nghệ Wimax

Công nghệ WiMAX có thể đáp ứng các yêu cầu của những khu vực thươngmại trung bình và nhỏ trong môi trường mật độ thấp và cũng có thể cung cấp trongthành phố, cạnh tranh với các dịch vụ DSL và các dịch vụ leased line

Bên cạnh đó nó còn thích hợp với các tổ chức vừa và nhỏ Ngoài ra, nó còn cónhững lợi ích khác: mang đến truy nhập nhanh đến các trung tâm thương mại, đặcbiệt trong những thị trường nhỏ mà không có lựa chọn kết nối nào khác

Với các khu dân cư, doanh nghiệp nhỏ, ngày nay phân đoạn thị trường nàyphụ thuộc vào tính khả dụng của xDSL và cáp Tại vài khu vực những dịch vụ khảdụng này có thể không đáp ứng mong đợi của khách hàng về hiệu năng, độ tin cậyhoặc là quá đắt Ở nhiều vùng nông thôn khách hàng bị giới hạn bởi các dịch vụ

dial-up tốc độ thấp Tại các nước đang phát triển có rất nhiều vùng không cóphương tiện khả dụng cho truy nhập Internet Phân tích sẽ cho thấy công nghệWiMAX sẽ cho phép hoạt động hiệu quả tại phân đoạn thị trường này.

1.6 Kết luận

Công nghệ Wimax được phát triển từ các hệ thống chuyển mạch kênh bănghẹp lên băng rộng với nền tảng trung tâm là IP Trong chương này đã thảo luận vềcác mô hình truyền thông vô tuyến băng rộng, các đặc điểm của công nghệ Wimax,đánh giá khả năng phát triển, triển khai dịch vụ của hệ thống Wimax

Chương 2 KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX

2.1 Kiến trúc mạng của Wimax

2.1.1 Sơ đồ kiến trúc mạng của Wimax

Kiến trúc mạng WiMAX dựa trên mô hình mạng dịch vụ hoàn toàn IP Hình2.1 chỉ ra một kiến trúc mạng WiMAX đơn giản dựa trên nền IP

BS

BS

BS

ASN GW MS

MS

MS

AAA MIP-

HA

OSS/BSS

GW

ASP Internet

IP Network

IP Network M¹ng truy

nhËp

M¹ng dÞch vô truy nhËp (ASN)

Hình 2.1 Kiến trúc mạng Wimax dựa trên nền IP

Qu¶n lý phiªn paging

CÊu h×nh

Qu¶n lý kho¸

Public

Qu¶n lý chÊt lù¬ng dÞch vô

MËt m· ho¸

ChuyÓn giao

Qu¶n lý tµi nguyªn v« tuyÕn RRM client

Qu¶n lý vÞ trÝ paging

Hình 2.2 Mô hình mạng Wimax dựa trên các thực thể chức năng

Hình 2.2 mô tả mô hình mạng Wimax dựa trên các thực thể chức năng Cácchứng năng dành cho thuê bao di động (MS), chức năng cho mạng dịch vụ truynhập (ASN), chức năng cho mạng dịch vụ kết nối (CSN)

Một số thành phần của mạng :

MS sử dụng cho người dùng truy nhập mạng

Mạng dịch vụ truy nhập ASN, bao gồm nhiều BS và ASN gateway để truynhập vô tuyến tại đường biên và kết nối với mạng lõi (SCN), cung cấp các chứcnăng mạng lõi IP

Toàn bộ kiến trúc được chia ra thành nhiều lớp., đặc biệt là kiến trúc cho phép

3 thực thể thương mại:

 Nhà cung cấp mạng truy nhập (NAP)

 Nhà cung cấp mạng dịch vụ (NSP)

 Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng (ASP), cung cấp các dịch vụ giá trị giatăng như là các ứng dụng đa phương tiện sử dụng IMS và kết hợp VPNchạy trên nền IP.

Các thực thể chức năng của mạng bao gồm:

Trạm BS: BS chịu trách nhiệm cung cấp giao diện vô tuyến cho MS, có thểthêm vào chức năng quản lý di động tại BS, quản lý tài nguyên vô tuyến, thiết lậptunnel, QoS theo yêu cầu, phân lớp dịch vụ, DHCP proxy, quản lý khoá, quản lýphiên, và quản lý nhóm multicast

Gateway mạng truy nhập dịch vụ (ASN-GW): ASN gateway hoạt động như làđiểm tập trung lưu lượng lớp 2 trong ASN Các chức năng của ASN-gateway gồm:Quản lý vị trí trong nội bộ ASN và paging, quản lý tài nguyên vô tuyến, giám sátđiều khiển, lưu hồ sơ thuê bao và các khoá mật mã Chức năng AAA client thiết lập

và quản lý tunnel di động với các trạm BS, QoS, chức năng FA (foreign agent) cho

IP di động và định tuyến đến CSN

Mạng dịch vụ kết nối (CSN): CSN cung cấp kết nối đến internet, ASP và cácmạng công cộng khác CSN gồm AAA server để hỗ trợ nhận thực cho các thiết bị,người dùng và các dịch vụ đặc biệt CSN chịu trách nhiệm về quản lý địa chỉ IPgiữa các ASN, tính di động và roaming giữa các ASN CSN cũng chính là gatewaytương tác với các mạng khác, như là PSTN, 3GGP và 3GGP2

2.1.2 ASN và các chức năng chính

ASN: là một tập các chức năng mạng đầy đủ cần thiết để cung cấp truy nhập

vô tuyến đến thuê bao WiMAX, nó gồm ít nhất một hoặc nhiều BS kết nối vớiASN gateway Hình 2.3 mô tả cấu trúc ASN

Hình 2.3 Cấu trúc ASN

Các chức năng cơ bản của ASN

- Truyền các bản tin AAA đến nhà cung cấp dịch vụ mạng chủ của thuê baoWiMAX (H-NSP) để nhận thực, cấp phép và các phiên thanh toán cho cácphiên thuê bao

- Chức năng chuyển tiếp để thiết lập kết nối lớp 3 (L3) với một WiMAX MS(chỉ định địa chỉ IP)

- Quản lý tài nguyên vô tuyến

- Ngoài ra các chức năng chính trên, để thuê bao hoạt động trong môi trường

di động, một ASN phải cung các các chức năng sau:

- Địa chỉ IP MS và các thông số điểm cuối chỉ định cho các phiên ngườidùng

- Truy nhập internet

- AAA proxy hoặc server

- Adminission Control và Policy dựa trên người dùng hoặc các hồ sơ thuêbao.

- Hỗ trợ ASN-CSN tunneling

- Tính cước thuê bao WiMAX

- Tunneling Inter-CSN dùng cho roaming

- Inter-ASN mobility

Như vậy CSN gồm các thực thể chức năng sau:

- AAA server (RADIUS for release 1, DIAMETER later)

- Mobile IP Home Agent (dùng cho dịch vụ di động)

- DHCP server (ấn định địa chỉ IP)

- Các router kết nối với các mạng khác

- Hệ thống tính cước

2.1.4 Các điểm tham chiếu

Điểm tham chiếu là tập hợp các giao thức giữa các thực thể chức năng có quan

hệ mật thiết với nhau và được mô tả trong hình vẽ 2.4, 2.5 và 2.6

R1 : Các giao thức giữa MS và ASN:

- Giao thức giao diện vô tuyến 802.16 (e)

- Báo hiệu QoS

R2 : Tập hợp các giao thức giữa MS và CSN

- Bao gồm DHCP ( MS đến DHCP server), IP di động ( MS đến HA)

- Giao thức giữa một “visited” CSN và một “home” CSN RADIUS

R3 là tập hợp các giao thức giữa ASN và CSN bao gồm :

- IP di động ( Giữa chức năng FA trong CSN và chức năng HA trongCSN)

- RADIUS ( Giữa AAA client/proxy trong ASN và AAA server trongCSN)

- DHCP (Nếu sử dụng DHCP relay trong ASN)

Hình 2.4 Kiến trúc mạng tham chiếu dựa trên các thực thể chức năng

R4 là tập hợp các giao thức giữa hai ASN

- Giao thức dùng cho chuyển giao của một MS khi di chuyển từ một BSthuộc ASN này đến BS thuộc ASN khác

- Giao thức dùng cho chuyển tiếp dữ liệu giữa hai ASN

- Chỉ định các thủ tục cập nhật qua hai ASN

Hình 2.5 Điểm tham chiếu R3

Ví dụ các giao thức qua R4:

- Giao thức báo hiệu HO

- Giao thức chuyển giao HO

Giữa “HO function” trong một ASN này và “HO function” trong một ASNkhác

- Giao thức chuyển tiếp dữ liệu

Giữa “Data Path Function” trong một ASN này và một “Data PathFunction” trong một ASN khác

- Giao thức Paging và cập nhật vị trí

Giữa “Paging controller” trong một ASN và “Paging Controller” trongASN khác

Hình 2.6 Điểm tham chiếu R4

a) Truyền lan LOS

Trong truyền lan LOS, một tín hiệu di chuyển qua một đường truyền thẳng vàkhông có vật cản từ đầu phát đến đầu thu

Nếu tiêu chuẩn này không được đáp ứng thì sẽ có sự tiêu hao đáng kể của tín hiệutrên đường truyền

b) Truyền lan NLOS

Trong truyền lan NLOS, một tín hiệu đến đầu thu thông qua phản xạ, tán xạ vànhiễu xạ

Tín hiệu đến tại đầu thu bao gồm các thành phần từ đường truyền thẳng, các đườngtruyền phản xạ, năng lượng tán xạ và các đường truyền lan nhiễu xạ Các tín hiệunày khác nhau về biến động trễ, suy hao, độ phân cực và độ ổn định liên quan đếnđường truyền thẳng

Hiện tượng đa đường có thể gây ra sự thay đổi phân cực tín hiệu do đó sử dụngphân cực như một phương pháp để tái sử dụng tần số, điều đó là thông dụng trongtriển khai LOS nhưng có thể gặp nhiều khó khăn trong các ứng dụng NLOS.

c) Những ảnh hưởng của NLOS

Trong môi trường NLOS tín hiệu truyền lan từ máy phát đến máy thu sẽ bịhiện tượng biến động trễ gây ra nhiễu giữa các ký tự gọi là nhiễu xuyên ký tự (ISI).Một trong những hệ số giới hạn trong hiệu năng của các hệ thống truyền thông

vô tuyến di động là nhiễu xuyên ký tự gây ra bởi hiện tượng đa đường Trong các hệthống sóng mang đơn, chiều dài ký tự (cho hệ thống dung lượng lớn) là rất nhỏ và

độ rộng băng tần trong miền tần số là rất lớn, khi có nhiều đường đến ở các thờiđiểm khác nhau sẽ có sự chồng lấn giữa các ký tự và dẫn đến ISI Hình 2.7 mô tảbiến động trễ tại máy thu

Hình 2.7 Ảnh hưởng của NLOS

d) Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM

OFDM là một phương thức truyền dẫn được gọi là điều chế đa sóng mang,dựa trên ý tưởng chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấpsong song và điều chế mỗi luồng dữ liệu này trên các sóng mang riêng - thường gọi

là sóng mang con Các phương thức điều chế đa sóng mang hạn chế nhiễu ISI bằng

+

Tín hiệu x(t+) tại máy thu

§ êng 1

cách ấn định độ rộng khoảng thời gian ký tự vì vậy mà sự biến động trễ được hạnchế

Do đó, trong các hệ thống mà khoảng thời gian ký tự là nhỏ, việc phân chialuồng dữ liệu thành nhiều luồng song song làm tăng khoảng thời gian ký tự của mỗiluồng như vậy sự biến động trễ được phân nhỏ vào các khoảng thời gian ký tự.OFDM là một phương thức điều chế với các sóng mang con được lựa chọn cótính trực giao với nhau trong khoảng thời gian ký tự do đó ngăn chặn các kênh sóngmang con chồng lấn nhau để hạn chế nhiễu giữa các sóng mang con Lựa chọn sóngmang con đầu tiên có tần số là một số lặp nguyên lần trong một chu kỳ ký tự, và đặt

độ rộng băng tần sóng mang con là BSC = B/L

Trong đó B là độ rộng băng (bằng với tốc độ bít), và L là số sóng mang con,đảm bảo rằng tất cả các tần số được trực giao với nhau trong chu kỳ tín hiệu Tínhiệu OFDM với việc biến đổi Fourier rời rạc ngược IDFT Tuy nhiên để dễ dàngthực hiện và giảm bớt các phép tính sử dụng IFFT, FFT tại các máy phát và máythu

Để hoàn toàn hạn chế ISI, khoảng thời gian bảo vệ được sử dụng giữa các ký

tự OFDM, bằng cách tạo ra khoảng thời gian bảo vệ rộng hơn với sự biến động trễ

đa đường, ISI có thể hoàn toàn được ngăn chặn Tuy nhiên, thêm vào khoảng thờigian bảo vệ là lãng phí công suất phát và giảm hiệu quả sử dụng băng tần Tổngcông suất lãng phí phụ thuộc vào khoảng thời gian bảo vệ và khoảng thời gian ký

tự Do đó chu kỳ ký tự lớn hớn, với tốc độ dữ liệu lớn hơn, cần sử dụng nhiều sóngmang con hơn Sự mất mát công suất nhỏ hơn và tăng hiệu quả sử dụng băng tần.Kích cỡ FFT trong thiết kế OFDM phải được lựa chọn cẩn thận cân đối giữaviệc chống lại hiện tượng đa đường, dịch doppler và giá thành thiết kế/độ phức tạp.Với một băng tần được lựa chọn một kích cỡ FFT lớn sẽ giảm không giansóng mang con và tăng thời gian ký tự Điều này giúp dễ dàng bảo vệ chống lại hiệntượng biến động trễ đa đường

Các thông số OFDM trong Wimax:

Các phiên bản cố định và di động của WiMAX có sự khác nhau trong lớp vật

lý

WiMAX cố định, dựa trên chuẩn 802.16-2004, sử dụng 256 FFT tại lớp vật lýOFDM WiMAX di động dựa trên chuẩn 802.16e, sử dụng OFDMA làm cơ sở lớpvật lý Trong trường hợp WiMAX di động kích cỡ FFT có thể thay đổi từ 128bitđến 2,048 bít

Bảng sau chỉ ra các thông số liên quan OFDM cho cả OFDM và OFDMA

Thời gian bảo vệ (Tg/Tb) 1/32, 1/16, 1/8, 1/4

Chồng lấn khung (Fs/BW) Phụ thuộc vào độ rộng băng : 7/6 cho 256 OFDM, 8/7

Thời gian bảo vệ đưa ra

12% (µs)

Số mẫu OFDM trong

Bảng 2.1 Các thông số của OFDM sử dụng trong Wimax

Trong Wimax cố định với kích cỡ FFT cố định là 256 Trong đó 192 sóngmang con được sử dụng để mang dữ liệu, 8 được sử dụng như các sóng mang conhoa tiêu dùng cho việc tính toán kênh và mục đích đồng bộ, và phần còn lại sử dụngcho các sóng mang con nằm trong khoảng bảo vệ Khi kích cỡ FFT được cố định,

độ rộng sóng mang con thay đổi theo độ rộng băng tần kênh Khi độ rộng băng tầnlớn hơn được sử dụng, độ rộng sóng mang con tăng lên, và thời gian ký tự giảm đi.Việc giảm thời gian ký tự dẫn đến cần có một khoảng thời gian bảo vệ đủ lớn đểtránh biến động trễ Bảng 2.1 chỉ ra WiMAX cho phép một khoảng thời gian rộng

để cho phép các nhà thiết kế hệ thống đảm bảo việc cân bằng giữa sự biến động trễ

và hiệu quả phổ tần

Trong Wimax di động Trong WiMAX di động, kích cỡ FFT trong dải từ 128đến 2048 Ở đây khi băng tần khả dụng tăng lên, Kích cỡ FFT cũng tăng lên với độlớn sóng mang con luôn là 10.94 KHz, khoảng thời gian ký tự được xem như là mộtđơn vị cơ bản Dải tần sóng mang con được lựa chọn là 10.94 KHz với sự cân bằnggiữa các yêu cầu biến động trễ và doppler cho hoạt động của hệ thống trong môitrường cố định hoặc di động Với dải tần sóng mang con này cho phép các giá trịbiến động trễ lên đến 20 ms và tốc độ di chuyển lên đến 125 km/h khi hệ thống hoạtđộng ở dải tần 3.5 GHz Dải tần sóng mang con là 10.94 KHz với 128, 512, 1024 và

2048 FFT được sử dụng khi độ rộng băng tần kênh tương ứng là 1.25 MHz, 5 MHz,

10 MHz và 20 MHz

e) Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA

Các sóng mang con khả dụng được chia thành vài nhóm sóng mang con đượcgọi là các kênh con WiMAX cố định dựa trên OFDM-PHY cho phép các kênh congiới hạn ở đường lên uplink Chuẩn này định nghĩa 16 kênh con, trong đó 1, 2, 4, 8được dành cho SS ở đường lên Các kênh con đường lên trong WiMAX cố định chophép các SS phát đi với độ rộng băng tần kênh được chỉ định bởi BS

WiMAX di động dựa trên OFDMA, tuy nhiên cho phép các kênh con ở cảđường lên và đường xuống, và các kênh con sử dụng tài nguyên tần số được chỉđịnh bởi BS Do đó, các kênh con khác nhau cũng có thể được chỉ định cho nhữngngười dùng khác nhau như là một cơ chế đa truy nhập Loại phương thức đa truynhập này được gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA)

Các kênh con có thể sử dụng các sóng mang con liên tục hoặc không liên tụctrên phổ tần WiMAX định nghĩa vài phương thức chia kênh con dựa trên các sóng

mang con chỉ định cho cả đường lên và đường xuống Một trong những kênh connày được gọi là phần các sóng mang con hữu dụng (PUSC), là nhân tố chính chotriển khai WiMAX di động WiMAX profile định nghĩ 15 và 17 kênh con chođường lên và đường xuống, thì PUSC hoạt động trong băng tần 5 MHZ Với độrộng băng tần 10 MHz, có thể là 30 và 35 kênh con.

Phương thức phân kênh dựa trên các sóng mang con liên tục trong WiMAXđược gọi là nhóm mã hoá và điều chế thích ứng (AMC) Mặc dù mất đi phân tậptần số, nhóm AMC cho phép những nhà thiết kế hệ thống tận dụng phân tập nhiềungười dùng, ấn định những kênh con cho người dùng dựa trên đáp ứng tần số Nhìnchung các kênh con liên tiếp là phù hợp hơn với các ứng dụng cố định và tính diđộng thấp

Mỗi người dùng OFDMA phát các ký tự sử dụng các sóng mang con trực giaonhau Nhiều hơn một sóng mang con có thể được chỉ định cho một người dùng đểcung cấp các ứng dụng tốc độ cao Cho phép phát đồng thời từ vài người dùng đểtận dụng hiệu quả băng tần tốt hơn

Đa truy nhập OFDMA được xác định trong miền thời gian và tần số

Chuẩn đưa ra nhiều phương thức để chia tài nguyên tần số thời gian giữanhững người dùng-gọi là phương thức phân kênh (PUSC, AMC, FUSC,….)

OFDMA ký tự được tạo bởi các sóng mang con

- Sóng mang con dữ liệu

- Sóng mang con hoa tiêu

- Sóng mang con null- Dải bảo vệ và sóng mang con DC

Hình 2.8 đưa ra mô tả phổ tần của OFDMA, còn hình 2.9 đưa ra sự so sánh giữaOFDM và OFDMA

Null carriers Data

Pilot subcarriers

sử dụng băng tần hiệu quả Tuy nhiên, để đáp ứng những yêu cầu này hệ thống trởnên phức tạp cùng với những cải tiến về mặt công nghệ

Các phương thức mã hoá kênh hiệu quả và các phương thức phân tập được sửdụng để có được hệ thống dung lượng cao tại mức công suất thấp.WiMAX chuẩnIEEE cung cấp những đặc tính kỹ thuật với các kỹ thuật sửa lỗi hướng phát và cácphương thức được chọn lựa như là hệ thống ăng-ten thích ứng (AAS), mã hoákhông gian thời gian (STC) và các hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu ra (MIMO).AAS giúp có được dung lượng hệ thống cao với sự đầu tư vào trạm BS Do đó đây

là một giải pháp làm tăng dung lượng hệ thống với chi phí tối thiểu

Dữ liệu được phát đi từ một ăng ten đến toàn bộ cell (ăng ten đẳng hướng) làrất khó và có nhiều nhược điểm do đó các ăng ten được phân ra thành các sector vàđược sử dụng rộng rãi trong truyền thông vô tuyến (một Cell có thể chia ra thành 3hoặc 6 sector)

Để có thể có những ưu điểm như là giảm nhiễu, tăng dải SNR, và tính phứctạp tại máy phát BS có thể chấp nhận đựơc người ta sử dụng tạo búp sóng ăng-ten.Tạo búp sóng ăng-ten là một bước cải thiện hiệu năng của hệ thống, ở đây số lượngcác sector là nhiều hơn Đa truy nhập phân chia theo không gian có thể được sửdụng để năng cao hiệu quả của hệ thống

Tạo búp sóng ăng-ten có thể được giải thích đơn giản như sau: thay cho sửdụng một chiếc đèn chiếu sáng đến toàn bộ căn phòng, sử dụng một chiếc đèn bin,với cùng công suất, và chiếu nó đến điểm bạn muốn nhìn Chắc chắn bạn sẽ nhìnthấy nó rõ hơn, đây cũng là khái niệm tạo búp sóng ăng-ten

2.3 Lớp MAC trong Wimax

Nhiệm vụ chính của Lớp MAC WiMax là cung cấp một giao diện giữa lớpgiao vận cao hơn và lớp vật lý Lớp MAC nhận gói dữ liệu từ lớp trên - những góinày được gọi là đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC (MSDUs) và tổ chức chúng vào trongcác đơn vị dữ liệu giao thức MAC (MPDUs) để phát đi trên giao diện vô tuyến Tạiphía thu lớp MAC có nhiệm vụ ngược lại IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e, lớpMAC gồm một lớp con hội tụ để giao diện với các lớp giao thức cao hơn, như là