Đồ án Nghiên cứu công nghệ WiMAX và ứng dụng ởViệt Nam

WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Mục lục Mục lục.................................................................................................................. 1 LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 5 Chương 1 Vô tuyến và bộ phận WiMAX trong vô tuyến............................... 7 1.1. Công nghệ vô tuyến........................................................................................ 7 1.1.1. Công nghệ vô tuyến..................................................................................... 7 1.1.2. Xu thế phát triển của công nghệ vô tuyến................................................... 7 1.1.3. Một số công nghệ vô tuyến hiện hành ...................................................... 11 1.1.3.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất.(1G). .................................. 11 1.1.3.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. (2G). .................................. 12 1.1.3.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. (3G). .................................. 14 1.1.3.5. Mạng lan không dây............................................................................... 15 1.1.3.6. Mạch vòng vô tuyến nội hạt................................................................... 16 1.2. Wimax trong hệ thống các công nghệ vô tuyến........................................... 17 1.2.1. Giới thiệu chung........................................................................................ 17 1.2.2. Quá trình phát triển, xu thế chung và phân loại wimax ............................ 17 Chương 2 Công nghệ wimax ........................................................................... 20 2.1. Lịch sử, quá trình phát triển ......................................................................... 20 2.1.1. Lịch sử ....................................................................................................... 20 2.1.2. Quá trình phát triển ................................................................................... 21 2.2. Tầm nhìn chung............................................................................................ 24 2.2.1. Thành phần hệ thống ................................................................................. 24 2.2.2.Thành phần công nghệ ............................................................................... 25 2.3. Ưu điểm, nhược điểm................................................................................... 25 2.3.1. Ưu điểm..................................................................................................... 25 2.3.2. Hạn chế, nhược điểm wimax..................................................................... 28 Đỗ Tấn Trọng -1- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 2.4. Nguyên lý ..................................................................................................... 29 2.4.1. Sơ đồ nguyên lý......................................................................................... 29 2.4.2. Nguyên tắc hoạt động................................................................................ 29 2.5. Công nghệ..................................................................................................... 31 2.5.1. Chuẩn IEEE802.16.................................................................................... 31 2.5.2. Đặc trưng lớp MAC của IEEE802.16 ....................................................... 32 2.5.2.1. Lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng ........................................................... 32 2.5.2.2. Lớp con phần chung (MAC CPS).......................................................... 33 2.5.3. Kỹ thuật OFDM ........................................................................................ 36 2.5.4. Mã hóa, tránh và sửa lỗi ............................................................................ 37 2.5.4.1. FEC (Forward Error Correction)............................................................ 37 2.5.4.2. Phương pháp kiểm tra sai dùng ARQ .................................................... 40 2.6. Kỹ thuật OFDM ........................................................................................... 43 2.6.1 Kỹ thuật OFDM nói chung. ....................................................................... 43 2.6.1.1. Sự ảnh hưởng của môi trường đến việc truyền dẫn ............................... 43 2.6.1.2. Công nghệ OFDM với khả năng hạn chế nhiễu..................................... 44 2.6.2. Kĩ thuật OFDMA cho mạng WIMAX ...................................................... 46 2.6.2.1. Nguyên lý cơ bản ................................................................................... 46 2.6.2.2. Những đặc tính vượt trội ........................................................................ 47 2.7. Wimax trong mối quan hệ với các công nghệ không dây đặc điểm tương tự wimax .................................................................................................................. 47 2.7.1. Wimax và WLAN ..................................................................................... 47 2.7.2. Wimax và Wifi .......................................................................................... 48 Chương 3 Wimax di dộng................................................................................ 49 3.1. Giới thiệu chung, sự ra đời và phát triển...................................................... 49 3.1.1. Giới thiệu chung........................................................................................ 49 3.1.2. Tiềm năng.................................................................................................. 51 Đỗ Tấn Trọng -2- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 3.2. Công nghệ..................................................................................................... 51 3.2.1. Lớp vật lý .................................................................................................. 51 3.2.1.1. OFDM .................................................................................................... 51 3.2.1.2. Cấu trúc lớp ký hiệu OFDM và phân kênh con ..................................... 53 3.2.1.3. OFDM theo tỷ lệ .................................................................................... 55 3.2.1.4. Cấu trúc khung TDD.............................................................................. 56 3.2.1.5. Các đặc trưng ưu điểm của lớp vật lý .................................................... 57 3.2.1.6. So sánh OFDM và OFDMA .................................................................. 60 3.2.2. Chất lượng dịch vụ QoS............................................................................ 62 3.2.2.1. Chất lượng dịch vụ ................................................................................. 62 3.2.2.2. MAC....................................................................................................... 63 3.2.2.3. Quản lý ................................................................................................... 65 3.2.2.4. Bảo mật................................................................................................... 67 3.2.3. Ưu việt so với wimax cố định ................................................................... 68 3.2.3.1. Công nghệ anten thông minh ................................................................. 68 3.2.3.2. Dùng lại tần số phân đoạn...................................................................... 70 3.2.3.3. Dịch vụ đa hướng và quảng bá (MBS) .................................................. 72 3.2.4. Các vấn đề khác......................................................................................... 73 3.2.4.1. Nền IP..................................................................................................... 73 3.2.4.2. Hiệu suất wimax di động........................................................................ 77 3.2.4.3. Hiệu năng giữa wimax – evdo – hspa .................................................... 90 Chương 4. Ứng dụng................................................................................... 98 4.1. Sự ra đời, phát triển và ứng dụng trên phạm vi thế giới .............................. 98 4.1.1. Khó khăn ................................................................................................... 98 4.1.2. Tình hình trên thế giới nói chung............................................................ 100 4.1.3. Quy mô toàn cầu của wimax................................................................... 107 4.2. Ứng dụng ở Việt Nam................................................................................ 110 Đỗ Tấn Trọng -3- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 4.2.1. Ưu điểm................................................................................................... 110 4.2.2. Thách thức............................................................................................... 110 4.2.3. Tình hình thực tế. .................................................................................... 114 Chương 5. Tiềm năng phát triển .................................................................. 118 5.1. Sơ lược tiềm năng phát triển trên quy mô thế giới .................................... 118 5.2. Xu hướng của wimax trong thời gian tới trên quy mô thế giới ................. 120 5.3. Sự phát triển công nghệ viễn thông và di động ở việt nam ....................... 121 5.4. Tiềm năng cho wimax ở việt nam.............................................................. 122 5.4.1. WiMAX cố định...................................................................................... 122 5.4.2. WiMAX di động...................................................................................... 123 5.5. Ý kiến đánh giá của tác giả ........................................................................ 123 Kết luận ............................................................................................................ 124 Thuật ngữ viết tắt .............................................................................................. 126 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ....................................................................... 131 Tài liệu tham khảo............................................................................................. 132 Đỗ Tấn Trọng -4- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Khi thế giới bước vào kỷ nguyên của Internet, thiết bị di động và truyền tải thông tin băng rộng thì có rất nhiều công nghệ mới được nghiên cứu, thử nghiệm và đi vào sử dụng. Trong vài năm lại đây, sự bùng nổ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – tên thương mại của chuẩn 802.16 với nghĩa là khả năng tương tác toàn cầu với viba – đã tạo ra sự quan tâm rất lớn đối với những người trong ngành và các cơ quan chuyên môn. Là một công nghệ vô tuyến tiên tiến, WiMAX có những đặc điểm vượt trội như là khả năng truyền dẫn tốc độ cực cao, chất lượng dịch vụ tốt, an ninh đảm bảo, dễ dàng lắp đặt…chính vì vậy sự phát triển nhanh chóng của WiMAX là một tất yếu. WiMAXtruyền tải tốc độ dữ liệu cao nhờ công nghệ không dây bằng sóng viba theo họ chuẩn 802.16. Nó được xây dựng trên nền tảng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM và lớp MAC linh hoạt, mềm dẻo… Trải qua các giai đoạn phát triển, họ 802.16 được đưa ra nhiều chuẩn công nghệ như là 802.16a, 802.16b, 802.16c, 802.16d, 802.16e, 802.16g…tuy nhiên hiện nay các nhà khai thác đang thử nghiêm và sử dụng chủ yếu là họ chuẩn 802.16e do đây là họ chuẩn phù hợp với nhiều lĩnh vực kinh doanh trên thị trường như là thiêt bị di động, thiết bị cầm tay, và cả thiết bị cố định…chuẩn tấn số WiMAX khá rộng và đa dạng, nhưng theo khuyến khích thì tần số sử dụng cho WiMAX tốt nhất ở các dải tần như là: 2,3GHz, 2,4 GHz 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, 3,7 GHz, và 5,8 GHz. Đây là các tấn số áp dụng tốt nhất cho chuẩn 802.16e. Trên thế giới tính đến ngày 16.10.2007 thì đã có 1272 giấy phép cấp cho WiMAX, tăng gấp đôi so với năm trước , theo thăm dò ý kiến từ ngày 11.04.2007 đến ngày 11.05.2007 với 1388 người yêu thích công nghệ tại Đông Nam Á với độ tuổi trung bình là 25 thì có tới 99,2% số người được hỏi cho biết họ muốn có WiMAX tại nơi họ sinh sống. đây là số liệu điều tra của Motorola tại Hồng Kông, Malasia và Philippin. Chính vì những điều đó, em nhận thấy WiMAX là công nghệ đang có tiềm năng nhất hiện nay với khả năng phát triển vững chắc và lâu dài…cho nên em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là: “Nghiên cứu công nghệ WiMAX và ứng dụng ở Việt Nam”. Trải qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, đúc kết dưới sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình đúng như thời gian yêu cầu của nhà trường đặt ra. Đỗ Tấn Trọng -5- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Em xin bày tỏ long cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Đàm Thuận Trinh, người trực tiếp hướng dẫn em làm đồ án này ! Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, anh chị em cùng toàn thể bạn bè giúp đỡ để hoàn thành bản đồ án trong thời gian sớm nhất ! Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 05/05/2008 Sinh viên Đỗ Tấn Trọng Đỗ Tấn Trọng -6- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Vô tuyến và bộ phận WiMAX trong vô tuyến 1.1. Công nghệ vô tuyến 1.1.1. Công nghệ vô tuyến. Thời cổ đại, người ta truyền tin bằng cách chạy bộ hoặc phi ngựa, vừa tốn thời gian, vừa tốn công sức. Đến thế kỷ XIX, cùng với sự phát triển của sản xuất tư bản chủ nghĩa, những cách truyền tin cổ xưa không tài nào đáp ứng được nhu cầu truyền tin nhanh chóng, cho dù có sử dụng những phương pháp mới như bằng xe lửa, tàu thuyền. Sau khi điện bước lên vũ đài khoa học, mọi người khao khát mở ra một cuộc cách mạng tin tức trong điện học. Để giải quyết vấn đề khoa học kỹ thuật nan giải đó, rất nhiều người đã tốn biết bao nhiêu công sức và tâm huyết trên con đường khoa học đầy trắc trở này. Cuối cùng họ cũng đổi lấy được hàng loạt các thành quả khoa học to lớn: cuối thập niên 30 thế kỷ XIX, người Mỹ Beese Morse (1791 - 1872) đã chế tạo thành công chiếc máy điện báo hữu dụng, và xây dựng đường điện báo hữu tuyến đầu tiên giữa Washington và Baltimore và năm 1844. Năm 1876, người Mỹ Bell (1847 - 1922) phát minh ra điện thoại ống nghe. Đến thập niên 90 lại có người phát minh ra điện báo vô tuyến truyền tin. Trải qua quá trình phát triển lâu dài cùng với những bước đột phá của mình cho đến nay vô tuyến trở thành một hệ thống các công nghệ đa dạng phong phú gồm rất nhiều thành phần như công nghệ Viba, công nghệ vô tuyến bằng vệ tinh, công nghệ vô tuyến di động…công nghệ vô tuyến dựa trên môi trường truyền dẫn là môi trường không khí, khí quyển truyền thông tin thông qua sự truyền sóng điện từ trong môi trường vô tuyến. 1.1.2. Xu thế phát triển của công nghệ vô tuyến Thế giới đang bước vào kỷ nguyên hội tụ của thông tin di động, máy tính và Internet. Điều này đã và đang tạo nên một xã hội đa phương tiện băng rộng. Các hệ thống tế bào hiện nay (thường hiểu là các hệ thống 2G) tuy đã được tối ưu hóa cho các dịch vụ thoại thời gian thực nhưng chúng có khả năng rất hạn chế trong việc cung cấp các dịch vụ đa phương tiện băng rộng bởi vì chúng có tốc độ truyền dữ liệu chậm và màn hiển thị nhỏ. Các hệ thống IMT-2000, hay gọi là các hệ thống 3G, đang trong quá trình phát triển với tốc độ dữ liệu nhanh hơn lên tới 384kbit/s (2Mbit/s về sau) và có màn hiển thị tốt hơn các hệ thống 2G. Thông tin truyền qua Internet sẽ ngày càng phong phú hơn. Các dịch vụ đa phương tiện băng rộng chẳng bao lâu nữa sẽ tràn đầy trong mạng cố định dựa trên công nghệ Internet thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, khả năng của các hệ thống 3G không thể đáp ứng được nhu cầu Đỗ Tấn Trọng -7- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp ngày càng tăng của các dịch vụ đa phương tiện băng rộng. Điều này đặt ra là phải có một hệ thống thông tin mới có khả năng đáp ứng được các nhu cầu của truyền thông đa phương tiện. Các hệ thống tế bào đã mở ra một thời kỳ tiến bộ trong công nghệ vô tuyến và những thay đổi trong nhu cầu của người sử dụng (như trong hình 1.1). Bảng 1.1 chỉ ra sự tiến hóa của các hệ thống tế bào từ 1G đến 4G. Cùng với sự bùng nổ của lưu lượng Internet trong mạng cố định, yêu cầu cho các dải dịch vụ đang trở nên mạnh mẽ hơn thậm chí trong các mạng thông tin di động. Hệ thống tế bào 4G sẽ hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn các hệ thống tế bào 3G (W-CDMA, CDMA2000). 1G 2G 3G 4G Tương tự Số Số Tới 1Gbit/s Truy nhập vô tuyến FDMA TDMA, DS- CDMA DS-CDMA OFDM, MC-CDMA Thoại Thoại Thoại Các dịch vụ chính Internet (chỉ text) Internet (text, hình ảnh) Internet băng rộng Mạng lõi Chuyển mạch kênh Chuyển mạch kênh/gói Chuyển mạch kênh/gói IP băng rộng Bảng 1.1: Tổng quan về các hệ thống thông tin tế bào Các hệ thống mà hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cực cao (ví dụ 1Gbit/s) thường là không có khả năng cung cấp một vùng bao phủ toàn quốc. Những nơi mà người sử dụng yêu cầu các dịch vụ dữ liệu tốc độ cực cao có thể là các khu vực điểm nóng (hot spot) nhỏ, gia đình, chợ, các nhà ga, sân bay, khách sạn… Do vậy không thể nào xây dựng được một siêu hệ thống vô tuyến để đáp ứng được mọi nhu cầu. Một vấn đề quan trọng là làm cách nào để cho người sử dụng các dịch vụ đa phương tiện băng rộng cho cả những người sử dụng di động và những người di cư khắp mọi nơi. Đỗ Tấn Trọng -8- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1: Sự phát triển của các hệ thống tế bào • Hệ thống vô tuyến toàn cầu Một giải pháp tốt đó là đưa ra một hệ thống vô tuyến toàn cầu có thể kết nối một cách hiệu quả nhiều mạng vô tuyến riêng (ví dụ các hệ thống tế bào 2G/3G/4G, WLAN, các hệ thống quảng bá…), được tối ưu hóa tới các môi trường truyền thông khác nhau, sử dụng công nghệ Internet băng rộng. Khái niệm này cho phép mỗi hệ thống vô tuyến phát triển độc lập với các hệ thống khác (như trong hình 1.2). Các hệ thống tế bào cung cấp vùng bao phủ rộng, trong khi hệ thống WLAN sẽ chỉ bao phủ các khu vực điểm nóng nhưng với tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều các hệ thống tế bào. Các hệ thống quảng bá có thể có vùng bao phủ rộng để cung cấp cho người dùng di động và di cư với các chương trình video và ca nhạc chất lượng cao một chiều. Sự kết hợp ngày càng gần của các hệ thống tế bào, WLAN và quảng bá và các hệ thống vô tuyến khác sẽ là hết sức quan trọng để cung cấp các dịch vụ toàn quốc. Đỗ Tấn Trọng -9- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2: Hệ thống vô tuyến toàn cầu • Các yêu cầu về tốc độ dữ liệu Nhu cầu về tải số lượng lớn thông tin ngày càng tăng sẽ trở nên cao hơn. Ghép dữ liệu mềm dẻo nhiều dải các tốc độ thông tin lớn hơn các hệ thống vô tuyến 3G hiện nay là yêu cầu cho các liên kết đường xuống (trạm gốc tới máy di động). Yêu cầu đặt ra cho các tốc độ dữ liệu có thể là: ƒ Các điểm nóng và môi trường đông dân cư: 100M đến 1Gbit/s ƒ Môi trường phương tiện vận tải: ~100Mbit/s ƒ Do giới hạn của nhiều băng tần hiện nay, các hệ thống yêu cầu phải có hiệu suất phổ rất cao. Để đạt được điều này, các hệ thống anten đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO) sẽ đóng một vai trò quan trọng. • Mạng truy nhập vô tuyến Lưu lượng gói sẽ thống trị lưu lượng chuyển mạch kênh trong tương lai gần. Hình 1.3 đưa ra một khái niệm về cấu hình mạng tế bào 4G. Phần vô tuyến của mạng sẽ gần với một mạng WLAN, nhưng với sự quản lý tính di động vùng rộng như trong các hệ thống tế bào 2G/3G. Các hệ thống tế bào yêu cầu nhiều chức năng kiểm soát cuộc gọi và cơ sở dữ liệu được phân phối. Tất cả các chức năng này sẽ được liên kết qua mạng toàn IP. Lưu lượng thoại sẽ được truyền như các gói IP nhưng làm cách nào để đảm bảo các yêu cầu QoS khác nhau và giảm trễ là vấn đề kĩ thuật chính mà các hệ thống 4G phải đối mặt. Đỗ Tấn Trọng -10- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Hình 1.3: Cấu hình hệ thống tế bào 4G 1.1.3. Một số công nghệ vô tuyến hiện hành 1.1.3.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất.(1G). Các hệ thống thông tin di động đầu tiên trên thế giới phải nói tới là: a. Hệ thống AMPS (Avanced Mobile Phone Service): Hệ thống dịch vụ điện thoại di động tiên tiến. b. Hệ thống TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy cập tổng thể. c. Hệ thống NMT (Nordic Mobile Telephone): Hệ thống thông tin di động Bắc Âu. Các hệ thống thông tin di động thứ nhất đã không được ứng dụng nhiều trên thị trường do nhiều hạn chế của chúng như giá của thiết bị đầu cuối, của hệ thống cao và hạn chế về dung lượng phổ. Hạn chế chính là do sử dụng phương pháp điều chế tương tự (điều tần: FM: Frequency Modulation) trong hệ thống đã hạn chế Đỗ Tấn Trọng -11- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp đáng kể số lượng người sử dụng so với các hệ thống dùng phương pháp điều chế số. 1.1.3.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. (2G). Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) có nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ thống thông tin di động tương tự (anolog) 1G. Các ưu điểm vượt trội đó là việc ứng dụng các công nghệ số cho phép cải thiện chất lượng thông tin và tăng đáng kể số lượng người sử dụng. Ngoài ra trong hệ thống 2G, sự xuất hiện của kĩ thuật chuyển giao (hand-over) mở ra hệ thống điện thoại tế bào (cellular system) đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. a. Hệ thống hay chuẩn GSM: Năm 1992, hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai xuất hiện ở Châu Âu đó là hệ thống GSM (Global System for Mobile Communication) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu. Đây là hệ thống thông tin ở Châu Âu đầu tiên sử dụng các kĩ thuật điều chế số. b. Hệ thống DCS: Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai, hệ thống DCS (Digital Communication System: Hệ thống thông tin số), xuất hiện ở Châu Âu năm 1993. Hệ thống này có các thông số kĩ thuật chính giống như hệ thống GSM nhưng ở tần số 1800 MHz. Do đó ở một số nước Châu Âu người ta còn gọi chuẩn này là GSM 1800. c. Hệ thống DECT: Năm 1993 cũng tại Châu Âu, xuất hiện hệ thống điện thoại không dây thế hệ thứ hai, hệ thống DECT (Digital European Cordless Telephone: Hệ thống điện thoại không dây số Châu Âu). Hệ thống này sử dụng phương pháp điều chế tần số GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), bộ lọc sử dụng là bộ lọc Gaussian có hệ số 0,5. d. Hệ thống IS – 54: Cùng vào thời điểm năm 1992 ở Bắc Mĩ, hệ thống điện thoại tế bào thế hệ thứ hai (IS – 54 hoặc NADC North American Digital Cellular: Hệ thống điện thoại vô tuyến tế bào số Bắc Mĩ) xuất hiện. Cũng giống như hệ thống GSM ở Châu Âu, các bước tiến triển tiếp theo của hệ thống IS -54 cũng đang được nghiên cứu và phát triển. Hệ thống NADC sử dụng phương thức điều chế pha π / 4 DQPSK. Bộ lọc sử dụng là bộ lọc cosin nâng (Raised-Cosine Filter) với hệ số truy cập bằng hệ số roll-off bằng 0,35. e. Hệ thống IS – 95 hay CDMA One: Cũng năm 1992 ở Châu Mĩ, một hệ thống điện thoại tế bào khác xuất hiện, đó là hệ thống IS-95 hay CDMA one. f. Hệ thống IS-136: Hệ thống IS-136 hay còn gọi là hệ thống điện thoại di động số tiên tiến (Digital Advanced Mobile Phone System) là sự phát triển của hệ thống Đỗ Tấn Trọng -12- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp tương tự AMPS có thể sử dụng băng tần 800 MHz của chuẩn IS-54 và băng tần 1900 MHz của hệ thống PCS. g. Hệ thống PDC: Năm 1994, ở Nhật Bản xuất hiện một hệ thống điện thoại tế bào thế hệ thứ hai, hệ thống PDC (Personal Digital Cellular: Hệ thống điện thoại tế bào số cá nhân). Hệ thống này sử dụng phương thức điều chế π / 4 DQPSK, bộ lọc sử dụng là bộ lọc cosine nâng có hệ số roll-off bằng 0,5 h. Hệ thống PHS: Đây là một chuẩn không dây thế hệ thứ hai của Nhật Bản xuất hiện năm 1993. Hệ thống PHS (Personal Handy Phone System: hệ thống điện thoại vô tuyến cầm tay) sử dụng điều chế π / 4 DQPSK, bộ lọc sử dụng là bộ lọc cosine nâng với hệ số truy cập băng hay hệ số roll-off là 0,5. 1.1.3.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G. Sự tăng trưởng về số lượng người sử dụng và sự phát triển mạnh các dịch vụ đa phương tiện như internet, điện thoại hội nghị… đòi hỏi các hệ thống thông tin di động có tốc độ truyền dẫn cao. Tuy nhiên, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai không cung cấp tốc độ bit đủ lớn để đáp ứng các yêu cầu này, do đó yêu cầu phải nâng cấp và phát triển mạng GSM hiện hữu. Người ta đã đề xuất nâng cấp hệ thống GSM (General Packet Radio Services) và hệ thống EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution). Các hệ thống 2,5 G này như là sự sát nhập hệ thống 2G lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G). Ưu điểm của các hệ thống này là tận dụng được cơ sở vật chất có sẵn của mạng GSM, chỉ yêu cầu thay đổi rất ít để có thể khai thác được. a. Hệ thống GPRS: Một sự phát triển đầu tiên của hệ thống GSM để đạt được tốc độ bit thích hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ bit trung bình là việc dựa trên nền GSM sẵn có và thêm một lớp trong thủ tục thông tin cho phép vận chuyển các dữ liệu dạng gói với tốc độ bit khoảng 115 Kbit/s và giữ nguyên kiểu (hay mode) chuyển mạch cho các tốc độ bit thấp khoảng chục kbit/s. Hệ thống này có tên là GPRS. Bằng việc sử dụng lại các tần số, khung truyền dẫn (trame) và các cơ sở vật chất sẵn có của mạng GSM, chỉ có duy nhất có thay đổi về phần mềm trong việc cài đặt hệ thống, giải pháp GPRS sử dụng là mode thông tin khác nhau. b. Hệ thống EDGE: Một giải pháp kĩ thuật khác để đạt được tốc độ bit tương thích với các ứng dụng truyền thông đa phương tiện tốc độ cao đó là giải pháp EDGE (Enhanced Data Rate for Evolution). Giải pháp này sử dụng lại các đặc trưng phổ của chuẩn GSM cho phép tốc độ bit đạt tới 384 kbit/s. Chuẩn EDGE cho phép đạt được tốc độ bit này bằng việc kết hợp sử dụng phương thức điều chế pha 8-PSK (8 – Phase Shift Keying) và sử dụng hay kết hợp nhiều khe thời gian trong Đỗ Tấn Trọng -13- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp quá trình truyền dẫn như trong mạng GPRS thay vì chỉ sử dụng khe thời gian như trong mạng GSM. Bằng việc có thể sử dụng lại hầu hết các cơ sở vật chất của mạng GSM, giải pháp này cho phép giảm giá thành đầu tư. 1.1.3.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. (3G). Các dịch vụ vô tuyến di động thế hệ thứ 3 mới (3G) không tương ứng với một giao diện thông tin duy nhất và toàn cầu, mà tương ứng với sự kết hợp các hệ thống có nhiều giao diện với nhau. Sự kết hợp này được gọi là IMT 2000 và nó kết hợp hệ thống UMTS (Universal Mobile Telephone System), hệ thống UWC-136 và CDMA 2000. Ở Mỹ, các hệ thống đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển đó là hệ thống CDMA 2000 tương ứng với sự tiến triển của hệ thống IS-95 và hệ thống UWC-136 là một tiến triển của IS-136. Ở Châu Âu, các hệ thống đang được nghiên cứu và phát triển tương ứng với chuẩn UMTS. Chuẩn UMTS và CDMA 2000 sử dụng phương pháp truy cập theo mã CDMA, trong khi chuẩn UWC-136 dựa trên phương pháp truy cập theo thời gian TDMA. Hệ thống UMTS: UMTS là một hệ thống được lựa chọn cho các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. UMTS được quản lý bởi liên đoàn viễn thông thế giới ITU trong khuôn khổ dự án IMT-2000 toàn cầu. Năm 1998, dự án UMTS đã mở rộng đến các đối tác, các tổ chức ở Mỹ, Nhật và Hàn Quốc. Dự án này có tên là GPP (Third Generation Group Project Partnership). Viện các tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunication Standards Institute) là cơ quan tổ chức chuẩn hóa các giao diện vô tuyến của hệ thống UMTS, công việc đã thực hiện bởi nhóm 3GPP. Mục đích của UMTS là để phát triển vùng phủ sóng tốt nhất, tăng số lượng thuê bao, cải tiến sự hội tụ giữa điện thoại cố định và di động và xúc tiến việc hoàn thành dịch vụ 3G. UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) là giao diện vô tuyến của UMTS. UTRA có hai kiểu hay phương thức đa truy cập: truy cập theo mã băng rộng W-CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access) dành cho mode FDD và phương pháp phân bố theo mã trong miền thời gian TD- CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) cho mode TDD. Phương thức điều chế được sử dụng cho mỗi kênh là QPSK. Tuỳ theo nhu cầu sử dụng phổ và tốc độ bit truyền, hệ số trải phổ sẽ thay đổi cho phù hợp. Kĩ thuật điều chế và trải phổ được kết hợp gọi là HPSK. Tốc độ bit dữ liệu thay đổi tuỳ theo vận tốc di chuyển và hệ thống UMTS hoạt động theo phương thức truyền dẫn không đồng bộ. Tốc độ dữ liệu thay đổi và hệ thống cho phép giảm các ảnh hưởng của fading trong kênh vô tuyến. Đỗ Tấn Trọng -14- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 1.1.3.5. Mạng lan không dây Một mạng LAN (Local Area Network) là một cơ sở hạ tầng thông tin kết nối các thiết bị tin học và cho phép chia sẻ tài nguyên chung trong một cự ly giới hạn vài trăm mét. Một số mạng LAN điển hình như Ethernet, IEEE 802.3, IEEE 802.5 hoặc Token-ring, IEEE 802.4 hoặc Wireles LAN (WLAN). Mạng WLAN được ứng dụng rất nhiều trong thời gian gần đây. WLAN được ứng dụng ở nhiều khu vực khác nhau như trong các toà nhà, trong các bệnh viện, trường học…Trong mạng WLAN, hai phương thức truyền tin được sử dụng để truyền thông tin: phương thức truyền điểm - điểm và phương thức truyền “đẳng hướng” (omini- directional). Hai phương thức truyền thông này có thể hoạt động theo kiểu hỗ trợ nhau tuỳ theo ứng dụng. Các vấn đề chính liên quan đến ứng dụng của các mạng WLAN là sự xuất hiện của nhiễu (interference). Trong WLAN, kĩ thuật trải phổ được sử dụng nhiều. Hai kĩ thuật trải phổ là: trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spead Spectrum) và kĩ thuật trải phổ dãy trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spead Spectrum). Tuy nhiên kĩ thuật trải phổ dãy trực tiếp được dùng nhiều hơn trong mạng WLAN. Thuật ngữ WLAN bao gồm nhiều chuẩn tương ứng từ chuẩn tốc độ bit thấp đến chuẩn có tốc độ bit cao (IEEE 802.11, HYPERLAN 1 và HYPERLAN 2). a. Chuẩn IEEE 802.11: Viện các tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI đã dành băng tần từ 2.4GHz đến 2.484GHz cho các ứng dụng liên quan đến chuẩn này. Tốc độ dữ liệu trong IEEE 802.11 thường từ 1Mbit/S đến 2Mbit/s. Ở lớp vật lí này, có hai phương pháp trải phổ là FHSS và DSSS. Băng tần 2.4GHz đến 2.48GHz được dung chung cho 3 kênh chính. Công suất phát tối đa 1W (ở Mĩ), 10mW (ở Nhật) và 1mW (ở Pháp). Các phương thức điều chế được sử dụng phụ thuộc vào tốc độ bit. Với tốc độ bit từ 1 đến 2 Mbit/s, phương thức điều chế BPSK hoặc QPSK kết hợp với trải phổ dãy trực tiếp DSSS; với tốc độ bit 5.5Mbit/s hoặc 11Mbit/s, người ta sử dụng phương thức điều chế CCK (Complementary Code Keying) là một trường hợp đặc biệt của điều chế M trạng thái trực giao. b. Các chuẩn HYPERLAN: Chuẩn HYPERLAN (High Performance Radio Local Area Network) là một họ các chuẩn cho thông tin vô tuyến tốc độ cao trong băng tần 5.15GHz – 5.3GHz và 17.1GHz – 17.3GHz. Các chuẩn HYPERLAN mô tả giao diện không gian và lớp vật lí cho các thiết bị thông tin không dây. Các chuẩn này không mô tả tất cả các lớp như trong chuẩn GSM chẳng hạn mà nó cung cấp các thông số kĩ thuật cho 2 lớp thấp nhất trong mô hình OSI, nhưng không mô tả các lớp cao hơn bởi vì các chuẩn này đã được phát triển cho phép ghép nối giữa Đỗ Tấn Trọng -15- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp các mạng khác nhau và không phụ thuộc vào các ứng dụng. Ta có thể sử dụng các chuẩn HYPERLAN để truy cập vào các mạng khác nhau. HYPERLAN phải đảm bảo sự tương thích của các hệ thống thông tin khác nhau ở lớp vật lí và ở giao diện không gian. Tồn tại 4 chuẩn HYPERLAN: HYPERLAN 1, HYPERLAN 2, Hyperaccess và Hyper - Link. c. Bluetooth và Home RF: Nhiều hệ thống truyền dẫn vô tuyến cự li ngắn vẫn đang được nghiên cứu và phát triển để kết nối các thiết bị khác nhau trong một cự li từ vài mét đến vài chục hoặc vài trăm mét 1.1.3.6. Mạch vòng vô tuyến nội hạt Mạch vòng vô tuyến nội hạt là các mạng vô tuyến cố định cung cấp việc truy cập vô tuyến cho các mạng viễn thông công cộng. Ưu điểm của mạng WLL là dựa trên sự tiện ích, sự linh hoạt và sự phát triển mạng một cách nhanh chóng. Các hệ thống vô tuyến băng tần rộng có thể cung cấp các tốc độ bit đa dạng và cho nhiều người sử dụng đồng thời. Việc sử dụng băng tần thấp giữa 1.9GHz và 3.4GHz cho phép cung cấp dịch vụ tốc độ bit thấp (N lần 64Kbit/s). Để cung cấp dịch vụ tốc độ bit cỡ 2Mbit/s cần tăng tần số trong băng lên 10.5GHz hoặc 26GHz. Để truy cập với tốc độ bit cỡ Gbit/s cần thiết dải tần rộng hơn từ 28GHz tới 40GHz, thậm chí 60GHz. Công nghệ được lựa chọn cho mạch vòng vô tuyến nội hạt là hệ thống phân bố đa điểm nội hạt LMSA (Local Mutipoint Distribution System). LMDS là sự mở rộng tương đối gần đây của hệ thống phân bố đa điểm đa kênh MMDS (Microware or Multichannel Moultipoint Distribution System). a. Hệ thống MMDS: MMDS là hệ thống phát vô tuyến truyền hình, do đó phương thức truyền dẫn là bán song công và chỉ cung cấp đường truyền xuống hướng thuê bao. Hệ thống này sử dụng một băng tần số khá hẹp 200MHz từ 2.4GHz đến 2.6GHz. Hạn chế này giảm dung lượng truyền dẫn số kênh truyền hình. Đối với tín hiệu truyền hình băng thông 6MHz, chỉ có 33 kênh có thể phát được. Các tần số được sử dụng trong mạng MMDS cho phép phủ song các vùng với bán kính từ 50 đến 60 km. Ngoài ra, các tần số này ít bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng suy giảm gây ra bởi các phần tử nước và do đó đảm bảo sự hoạt động của hệ thống MMDS trong điều kiện thời tiết xấu. Các phương thức điều chế sử dụng trong MMDS là QPSK, 16 QAM hoặc 64 QAM. Bộ khuyếch đại công suất đảm bảo công suất ra từ 1 đến 100 mW. Đỗ Tấn Trọng -16- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp b. Hệ thống LMDS: LMDS là một hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng điểm - đa điểm có tần số hoạt động dưới 20GHz phụ thuộc vào mỗi nước. Hệ thống này cho phép thông tin song biến (2 biên) tiếng nói,dữ liệu, internet và video. Các chữ viết tắt trong LMDS bao hàm ý nghĩa và các ứng dụng của hệ thống: L (Local): hệ thống LMDS là một hệ thống nội hạt vì tần số sử dụng, khoảng cách hay cự li truyền song bị hạn chế cỡ chục km. M (Multipoint): LMDS là một hệ thống thông tin trong dó các tín hiệu được phát ra từ trạm thu phát vô tuyến tới nhiều người sử dụng, trong khi hướng ngược lại là phương thức truyền dẫn điểm - điểm. D (Distribution): hệ thống này cho phép truyền dẫn các tín hiệu có thể đồng thời là thoại, dữ liệu, internet hoặc hình ảnh 1.2. Wimax trong hệ thống các công nghệ vô tuyến 1.2.1. Giới thiệu chung Như chúng ta đã thấy ở trên, hệ thống các công nghệ vô tuyến là một hệ thống rất rộng và đã phát triển từ lâu với những công nghệ hiện nay đang được sử dụng khá rộng rãi như wifi, vệ tinh, vi ba… tuy nhiên người ta vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ vô tuyến do những công nghệ cũ chưa đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. WiMAX là một công nghệ mới với những tính năng vượt trội đã và đang được lắp đặt thử nghiệm cũng như đi vào hoạt động chính thức trên quy mô toàn cầu 1.2.2. Quá trình phát triển, xu thế chung và phân loại wimax Trải qua số năm không nhiều, WiMAX đã phát triển và đổi mới khá nhanh, hiện nay WiMAX đang được thử nghiệm và đi vào hoạt động : Xu hướng băng thông rộng di động Ông Jay Andersen, Phó Chủ tịch bán hàng khu vực Châu Á, nhóm di động gia đình và mạng, Motorola, cho biết WiMAX hiện đã sẵn sàng về mặt công nghệ cũng như thương mại. Đối với các nhà cung cấp dịch vụ, việc triển khai WiMAX hết sức đơn giản và ít tốn kém, mỗi điểm truy cập chỉ cần một thiết bị nhỏ gọn, mất chưa đầy 1 giờ để lắp đặt. Tốc độ truy cập (cố định cũng như di động) cao với thế mạnh chuyên về dữ liệu do dựa trên IP khiến WiMAX là sự bổ sung tối ưu cho những nhà cung cấp đã triển khai mạng 3G. Bên cạnh đó, theo ông Andersen, WiMAX còn phù hợp cả với các nhà cung cấp 2G để họ có thể vượt qua 3G và tiến thẳng lên cung cấp những dịch vụ "giống như 4G". Về chi phí hàng tháng cho mỗi người sử dụng, nếu ở mức Đỗ Tấn Trọng -17- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp dùng dưới 2GB thì giữa WiMAX và các công nghệ di động (GSM, CDMA) là xấp xỉ nhau. Tuy nhiên, từ 2GB trở lên, chi phí sử dụng cho WiMAX càng lúc càng thấp hơn hẳn. Cùng chung nhận định, ông Michael Lai, Giám đốc điều hành Packet One, công ty viễn thông đang triển khai thử nghiệm WiMAX tại Malaysia, cho rằng WiMAX nằm trong xu hướng phát triển mới. Theo đó, xu hướng lớn đầu tiên trong ngành viễn thông là xu hướng di động; xu hướng lớn thứ hai là băng thông rộng. Băng thông rộng hiện nay vẫn chủ yếu ở dạng cố định và chia sẻ, tức là nhiều nguời dùng chung một băng thông (ADSL, cáp...). Tuy nhiên, xu hướng lớn thứ ba đang bắt đầu diễn ra là băng thông rộng di động, hay còn được coi là băng thông rộng cá nhân, nghĩa là mỗi người có một băng thông riêng tới thiết bị cá nhân của riêng mình. WiMAX ra đời nhằm đáp ứng xu hướng này. Ông Steve Bell, Giám đốc cao cấp, nhóm Chiến lược và Thiết bị WiMAX, Motorola, cho biết WiMAX đáp ứng một khía cạnh quan trọng của trào lưu băng thông rộng di động, đó là tốc độ tải lên. Các công nghệ viễn thông dựa trên di động có thể mang lại tốc độ tải xuống tương đối tốt, song tốc độ tải lên vẫn rất chậm. WiMAX cho người dùng tốc độ tải lên nhanh hơn, đáp ứng những nhu cầu ngày càng tăng như blog, chia sẻ hình ảnh, video... Thách thức phía trước Theo ông Andersen, thách thức đầu tiên về mặt công nghệ của WiMAX đã được vượt qua sau khi Hội Truyền thông vô tuyến điện ITU chấp nhận đưa WiMAX vào họ công nghệ IMT-2000. Quyết định này đảm bảo cho các nhà khai thác và nhà quản lý trên toàn thế giới có thể yên tâm đầu tư vào WiMAX. Điều này đặc biệt quan trọng tại Châu AÁ đối với băng tần 2.5 GHz. Những thách thức phía trước đồng thời cũng là cơ hội đối với WiMAX, theo ông Bell, là về những dịch vụ và nội dung đi kèm. WiMAX phát triển sẽ mở rộng việc sử dụng hàng loạt thiết bị khác nhau, và để kết nối chúng cần những ứng dụng và dịch vụ mới. Đồng thời, WiMAX cũng tạo ra những mô hình kinh doanh mới và đi theo nó là những dịch vụ đa dạng như truyền hình di động, quảng cáo di động, tìm kiếm thông tin, duyệt web... Những đòi hỏi này là thách thức mới mẻ, song cũng là mảnh đất màu mỡ, do đó các đại gia về công nghiệp nội dung như Google, Yahoo! đều đang rất quan tâm. Tại diễn đàn, Motorola đã trình diễn những khả năng mà hiện tại WiMAX đã có thể thực hiện, như duyệt web trong khi di chuyển với tốc độ cao; vừa xem video trực tuyến trên điện thoại vừa dùng điện thoại như một modem WiMAX để giúp máy tính xem một đoạn video khác song song; thực hiện cuộc gọi VoIP với Đỗ Tấn Trọng -18- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp chất lượng tốt từ thiết bị WiMAX sang thuê bao di động... Tuy nhiên, những thiết bị mẫu mà Motorola trình có giá khá cao. Thêm vào đó, nếu các nhà sản xuất muốn tích hợp nhiều công nghệ kết nối vào một thiết bị (WiMAX, Wi-Fi, GSM...), để cung cấp khả năng "di động không giới hạn", giá thành thiết bị có thể lên khá cao. Theo các chuyên gia, phải tới năm 2009 các thiết bị này mới bắt đầu phổ biến. Các thiết bị này cũng đặt ra câu hỏi về tính tiện dụng bởi khi tích hợp quá nhiều thứ, pin có thể không đáp ứng đủ. Công nghệ WiMAX sẽ được trình bày kỹ hơn ở phần sau. Đỗ Tấn Trọng -19- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Công nghệ wimax 2.1. Lịch sử, quá trình phát triển 2.1.1. Lịch sử Ngày nay sự phát triển của mạng viễn thông với dịch vụ ngày càng đa dạng đã làm cho các công nghệ truy nhập tiên tiến ngày càng được phát minh và đưa vào phục vụ. Hiện nay chúng ta biết đến truy nhập Internet với các dịch vụ quay số Modem thoại, ADSL hay các đường thuê bao riêng hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di động hay mạng WiFi. Mỗi phương phấp truy nhập mạng đều có đặc điểm riêng: ƒ Với Modem quay số điện thoại thì thốc độ thấp. ƒ ADSL có tốc độ lên tới 8Mb/s nhưng cần có đường dây kết nối. ƒ Các đường thuê bao riêng thì giá thành đắt mà lại khó triển khai với các khu vực có địa hình phức tạp. ƒ Hệ thống thông tin di động hiện nay cung cấp tốc độ truyền 9,6Kb/s là rất thấp so với nhu cầu của người sử dụng. ƒ GSM (2G),GPRS (2,5G) cho phép truy nhập ở tốc độ 172,2Kb/s hay EDGE ở 300 đến 400Kb/s cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ Internet. ƒ Hệ thống di động 3G thì tốc độ truy nhập Internet cũng không vượt quá 2Mb/s. ƒ Mạng WiFi (hay LAN không dây) chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao đổi thông tin khoảng cách ngắn. Với thực tế các công nghệ như vậy, WIMAX (Worldwide Interoprability for Microwave Access) đã ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy nhập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi. Hệ thống WIMAX có thể cung cấp đường truyền với tốc độ lên tới 70Mb/s và có bán kính phủ sóng của một trạm là 50Km. Mô hình phủ sóng của WIMAX tương tự như mạng tế bào. Hoạt động của WIMAX rất mềm dẻo và tương tự như của WiFi khi truy nhập mạng tức là khi một máy tính có nhu cầu truy nhập mạng thì nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WIMAX gần nhất.Điều quan trọng nhất WIMAX xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE.802.16. Đỗ Tấn Trọng -20- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 2.1.2. Quá trình phát triển Quá trình phát triển của WiMAX trải qua một số các chuẩn như là: Chuẩn 802.16: Chuẩn IEEE 802.16a, được công nhận vào tháng 1/2003, cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối, giữa người sử dụng và điểm kết nối, bằng các băng tần từ 2 đến 11 GHz. Dải tần này cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng. Điều này khiến cho chuẩn IEEE 802.16a trở thành một công nghệ sáng giá dành cho các ứng dụng kết nối đầu cuối là những ứng dụng hay bị ảnh hưởng của vật cản như cây cối hay nhà cửa, cũng như dành cho các trạm gốc chỉ gắn được trong nhà mà không gắn được trên đỉnh tháp hay đỉnh núi. Để hỗ trợ mô hình kinh doanh có lợi nhuận, các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ mạng cần phải duy trì một hỗn hợp khách hàng là doanh nghiệp tạo doanh thu cao và số lượng lớn các thuê bao tư nhân. Các hệ thống 802.16a có thể đáp ứng được yêu cầu này bằng cách hỗ trợ nhiều cấp dịch vụ khác biệt. Ví du, một trạm gốc có thể đồng thời hỗ trợ 60 doanh nghiệp có kết nối luồng E1 và hàng trăm hộ gia đình dùng kết nối thuê bao số. Bán kính của phủ sóng của một điểm phát 802.16a điển hình có thể xa từ 4 tới 6 dặm. Chuẩn mới này sẽ giúp ngành viễn thông tạo ra các giải pháp chung cho các kiểu thị trường băng rộng: a. Băng thông theo yêu cầu. Công nghệ không dây 802.16a cho phép các nhà cung cấp dịch vụ triển khai được dịch vụ có tốc độ tương đương với sử dụng giải pháp kết nối dây chỉ trong vài ngày với chi phí cực thấp. Nó cũng cho phép đặt cấu hình tức thời theo yêu cầu kết nối tốc độ cao dùng cho các sự kiện ngắn ngày như hộ trợ triển lãm. b. Trục nhánh của mạng tế bào. Băng thông lớn của công nghệ 802.16 khiến nó trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để tải dữ liệu trục nhánh cho các trạm gốc của mạng tế bào theo cấu hình mạng điểm nối điểm. c. Băng thông rộng cho gia đình: lấp đầy khoảng trống kết nối mà thuê bao số và mạng cáp không cung cấp dịch vụ tới được. Có nhiều giới hạn ngăn cản công nghệ thuê bao số và mạng cáp tiếp cận tới người dùng băng thông rộng tiềm năng. Điều này sẽ thay đổi nhờ việc tung ra các hệ thống chuẩn dựa trên 802.16a. d. Các khu vực thiếu dịch vụ. Công nghệ Internet không dây dựa trên công nghệ IEEE 802.16là một sự lựa chọn tự nhiên cho khu vực nông thôn thiếu dịch vụ và các khu vực ngoại ô có mật độ dân số thấp. Đỗ Tấn Trọng -21- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp e. Dịch vụ không dây kết nối tốt nhất. Chuẩn IEEE 802.16e* mở rộng tới 802.16a giới thiệu khả năng di động cho phép người sử dụng kết nối khi đang di chuyển ngoài khu vực nhà ở của mình. Các yếu tố khiến 802.16 a trở nên khác biệt Thông lượng. Bằng cách sử dụng một phương thức điều chế mạnh, IEEE 802.16a tạo ra thông lượng cao trên khoảng cách có năng suất phổ mức cao chịu lỗi phản xạ tốt. Trạm gốc có thể đánh đổi thông lượng để lấy khoảng cách. Ví dụ nếu một đường truyền băng thông lớn không thể thiết lập điều chế QAM 64 (Điều biên cầu phương) thì có thể chuyển qua QAM 16 để tăng khoảng cách hiệu dụng. Khả năng mở rộng được. Để sử dụng được kế hoạch mạng cho cả hai phổ được cấp phép và miễn phép trên toàn cầu, chuẩn 802.16a hỗ trợ các băng thông kênh linh hoạt. Ví dụ một nhà khai thác mạng được cấp phổ 20MHz có thể chia phổ này thành 2 phần, mỗi phần 10MHz. Phủ sóng. Bên cạnh việc hỗ trợ phương thức điều chế mạnh và động, chuẩn IEEE 802.16a cũng hỗ trợ các công nghệ tăng cường việc phủ sóng trong đó co các kỹ thuật topo mạng nhện và ăng ten thông minh. Chất lượng dịch vụ. Chuẩn IEEE 802.16a bao gồm các tính năng Chất lượng dịch vụ cho phép các dịch vụ như thoại và email là những dịch vụ đòi hỏi mạng có độ trễ thấp hoạt động được. Dịch vụ thoại dùng 802.16a có thể dùng ghép kênh phân chia thời gian (TDM) hoặc IP (VoIP). Bảo mật. Các tính năng bảo mật và mã hóa có sẵn trong chuẩn 802.16a để hỗ trợ truyền thông tin an toàn và nhận dạng, giải mã số liệu. Bằng việc sử dụng chuẩn 802.16a, các nhà cung cấp dịch vụ mạng có thể giảm chi phí nghiên cứu phát triển bằng cách phân bổ chi phí trên lượng sản phẩm lớn hơn. Một điểm quan trọng nữa là đối với hàng triệu người trên thế giới không thể kết nối băng thông rộng qua mạng cáp hoặc thuê bao số, công nghệ không dây IEEE 802.16a mới sẽ là đường dẫn thứ ba (ngoài đường dây điện thoại và cáp truyền hình) kết nối các hộ gia đình, doanh nghiệp, các điểm truy cập công cộng và các quán cafe có dịch vụ truyền dẫn tới rất nhiều lợi ích của Internet. Chuẩn cơ bản 802.16 basic Đỗ Tấn Trọng -22- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện (interface) không dây dựa trên một nghi thức MAC (Media Access Control) chung. Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát (BS - Base Station) và người sử dụng (SS - Subscriber Station). Trong một vùng phủ sóng, trạm BS sẽ điều khiển toàn bộ sự truyền dự liệu (traffic). Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi truyền thông giữa hai SS với nhau. Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một kênh uplink và downlink. Kênh uplink sẽ chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh downlink có đặc điểm broadcast. Trong trường hợp không có vật cản giữa SS và BS (line of sight), thông tin sẽ được trao đổi trên băng tần cao. Ngược lại, thông tin sẽ được truyền trên băng tần thấp để chống nhiễu. Các chuẩn bổ sung (amendments) của WiMAX - 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2 - 11 GHz. Đây là băng tần thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc vớiBS thông qua một thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới rộng. - 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (class of service). Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a. - 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tần từ 10- 66GHz với mục đích cải tiến interoperability. - 802.16d : Có một số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802.16a. Chuẩn này được chuẩn hóa 2004. Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này. - 802.16e : Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hóa. Đặc điểm nổi bật của chuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn nhất mà vẫn có thể dùng tốt dịch vụ này là 100km/h). IEEE 802.16e hay IEEE 802.16e-2005 là một chuẩn mở rộng (amendment) của chuẩn 802.16-2004, thường được gọi là WiMAX di động (Mobile WiMAX) vì nó có khả năng đáp ứng dịch vụ cho người dùng di động thông qua các giao thức chuyển giao. 802.16e dùng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA; sử dụng kỹ thuật MIMO và AAS để cải thiện vùng Đỗ Tấn Trọng -23- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp phủ và năng suất; mã Turbo và LDPC để tăng tính an toàn và cải thiện hiệu năng của NLOS. - Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hóa như 802.16g, 802.16f, 802.16h... 2.2. Tầm nhìn chung 2.2.1. Thành phần hệ thống Hệ thống WIMAX gồm 2 phần: ƒ Trạm gốc WIMAX: trạm gốc bao gồm thiết bị điện tử trong nhà và tháp WIMAX. Thông thường, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 10 km (theo lý thuyết, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 50 km). Mọi node vô tuyến bên trong vùng phủ sóng có thể truy cập internet. ƒ Máy thu WIMAX: máy thu và anten có thể là hộp riêng lẻ hoặc card PC ở trong máy tính hay máy tính xách tay. Truy cập tới trạm gốc WIMAX tương đương với truy cập tới điểm truy cập vô tuyến trong mạng WiFi, nhưng vùng phủ sóng lớn hơn. Một vài trạm gốc được kết nối với một trạm gốc khác với việc sử dụng các liên kết sóng vi ba backhaul tốc độ cao. Hình 2.1: Các cấu hình mạng trong các vùng thành thị và nông thôn Một vài trạm gốc có thể được nối với một trạm gốc khác sử dụng các liên kết backhaul tốc độ cao. Điều này cho phép thuê bao WIMAX chuyển vùng từ một trạm gốc này tới vùng trạm gốc khác, giống như chuyển vùng được cho phép bởi các công ty điện thoại tổ ong. Đỗ Tấn Trọng -24- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Một vài lựa chọn backhauling và cấu hình được hỗ trợ cho các trạm gốc WIMAX: backhauling có dây (thường qua Ethernet), kết nối vi ba điểm tới điểm, cũng như backhaul WIMAX. Đối với lựa chọn sau cùng, trạm gốc có khả năng backhaul chính nó. Điều này có thể đạt được bằng cách dự trữ phần độ rộng băng tần thường được dùng cho lưu lượng người sử dụng đầu cuối và sử dụng nó cho các mục đích backhauling. 2.2.2.Thành phần công nghệ Nhìn chung về mặt công nghệ thì WiMAX sử dụng những công nghệ sau đây là quan trọng nhất, sau đây tôi xin được điểm sơ qua về một số công nghệ và các chuẩn áp dụng trong WiMAX, còn để hiểu chi tiết hơn về công nghệ sẽ được trình bày kỹ hơn trong chương sau. Các chuẩn và công nghệ chính sử dụng trong WiMAX: - chuẩn IEEE802.16 - lớp MAC của chuẩn IEEE802.16 - kỹ thuật OFDM - FEC (Forward Error Corection) - phương pháp truyền khung dừng và chờ ARQ, truyền lại có lựa chọn ARQ Trên đây là những thành phần công nghệ mà WIMAX nói chung sử dụng. WIMAX được xây dựng trên chuẩn của ITU (liên minh viễn thông thế giới) đậy là tiêu chuẩn của công nghệ không dây chuẩn cho WIMAX, ngoài ra xung quanh chuẩn đó người ta còn sử dụng thêm nhiều các kỹ thuật khác nữa như đã nói ở trên. Đối với WIMAX di động thì do đặc thù của tính di động nên người ta còn phải chú trọng nhiều đến những vấn đề liên quan để tăng khả năng phát sóng và thu sóng của thiết bị di động. 2.3. Ưu điểm, nhược điểm 2.3.1. Ưu điểm Được xây dựng trên tiêu chuẩn IEEE.802.16, WIMAX là hệ thống đa truy nhập không dây băng rộng dùng công nghệ OFDM với cả hai kiểu đường truyền LOS và NLOS. Chuẩn WIMAX phát triển với nhiều mục tiêu, chúng được tổng kết ở dưới. Đỗ Tấn Trọng -25- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Hình 2.2: Ưu điểm của công nghệ WIMAX • Kiến trúc mềm dẻo: WIMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống, bao gồm điểm tới điểm, điểm tới đa điểm, và bao phủ khắp nơi. MAC (điều khiển truy nhập phương tiện) WIMAX hỗ trợ điểm tới đa điểm và các dịch vụ ở khắp nơi bằng cách sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao (SS). Nếu chỉ có một SS trong mạng, thì trạm gốc WIMAX sẽ thông tin với SS trên cơ sở điểm tới điểm. Một BS trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng một anten búp hẹp hơn để phủ các vùng lớn hơn. • Bảo mật cao: WIMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hóa tiên tiến) và DES (trong đó là chuẩn mật mã hóa số liệu). Bằng cách mật mã hóa các liên kết giữa BS và SS, WIMAX cung cấp các thuê bao riêng (chống nghe trộm) và bảo mật trên giao diện không dây băng rộng. Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà khai thác sự bảo vệ mạnh mẽ chống ăn trộm dịch vụ. WIMAX cũng được xây dựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp sự bảo vệ dữ liệu được truyền bởi các người sử dụng khác nhau trên cùng một BS. • Triển khai nhanh: so với sự triển khai của các giải pháp dây, WIMAX yêu cầu ít hoặc không yêu cầu xây dựng kế hoạch mở rộng. Ví dụ, đào hố để hỗ trợ rãnh của các cáp không được yêu cầu. Các nhà khai thác có giấy phép để sử dụng một trong số các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sử dụng một trong các băng tần không được cấp phép, không cần thiết xem xét sâu hơn các ứng dụng cho Chính Phủ. Khi anten và thiết bị được lắp đặt và được cấp nguồn, WIMAX sẽ sẵn sàng phục vụ. Trong hầu hết các trường hợp, triển khai WIMAX có thể hoàn thành trong khoảng mấy giờ, so với mấy tháng cho các giải pháp khác. Đỗ Tấn Trọng -26- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp • QoS WIMAX: WIMAX có thể được tối ưu hóa hỗn hợp lưu lượng được mang. Bốn loại dịch vụ được hỗ trợ: Loại dịch vụ Mô tả Dịch vụ cấp tự nguyện (UGS) UGS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian thực bao gồm các gói số liệu kích thước cố định được phát ra tại các khoảng tuần hoàn, như T1/E1 và thoại trên nền IP Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực (rtPS) rtNS được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu thời gian thực bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà được phát ra tại các khoảng tuần hoàn, như MPEG video Dịch vụ kiểm soát vòng phi thời gian thực (nrtPS) nrtPS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu dung sai trễ bao gồm các gói số liệu kích thước thay đổi mà yêu cầu tốc độ số liệu tối thiểu, như FTP. Best Effort (BS) Dịch vụ BS được thiết kế để hỗ trợ các luồng số liệu mà không yêu cầu mức dịch vụ tối thiểu và có thể xử lý trên cơ sở giá trị không gian. Bảng 2.1: QoS WIMAX • Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng tần (hiện tại là 7 MHz), các hệ thống WIMAX có thể cung cấp độ rộng băng tần đáng kể cho các người sử dụng đầu cuối. • Độ bao phủ rộng hơn: WIMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồm BPSK, QPSK, 16-QAM, và 64-QAM. Khi được trang bị với một bộ khuyếch đại công suất lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ, BPSK hoặc QPSK), các hệ thống WIMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi đường giữa BS và SS thông suốt. • Mang lại lợi nhuận: WIMAX dựa trên chuẩn quốc tế mở. Chuẩn được thông qua đa số, sử dụng chi phí thấp, các chipset được sản xuất hàng loạt, sẽ điều khiển giá hạ xuống; và cạnh tranh giá cả làm cho các nhà cung cấp dịch vụ, người sử dụng đầu cuối tiết kiệm được chi phí. • Dịch vụ đa mức: Là loại mà QoS đạt được dựa vào hợp đồng mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Hơn nữa, một nhà cung cấp Đỗ Tấn Trọng -27- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau cho những người đăng ký khác nhau, hoặc thậm chí cho những người sử dụng khác nhau trong cùng một SS. • Khả năng cùng vận hành: WIMAX dựa vào các chuẩn cung cấp trung lập, quốc tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải và sử dụng SS của họ tại các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Khả năng cùng vận hành bảo vệ vốn đầu tư ban đầu của nhà khai thác vì nó có thể chọn thiết bị từ các đại lý thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làm giảm giá thiết bị. • Khả năng mang theo được: Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi SS WIMAX được cấp công suất, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kết với BS, chỉ cần SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàm phán các đặc tính truyền dẫn phù hợp. • Tính di động: Chuẩn 802.16e IEEE được thêm một số đặc điểm chủ yếu trong việc hỗ trợ tính di động. Các cải tiến được tạo ra cho lớp vật lí OFDMA và OFDM để cung cấp các thiết bị và dịch vụ trong môi trường di động. Các môi trường này bao gồm: OFDMA có thể chia tỷ lệ được, MIMO, và hỗ trợ chế độ idle/sleep, chuyển giao, cho phép tính di động hoàn toàn tại tốc độ 160 km/h. Chuẩn hỗ trợ bởi Forum WIMAX được hưởng hiệu năng NLOS (tầm nhìn không thẳng) tốt hơn của OFDM và hoạt động chịu được đa đường, làm cho nó phù hợp hơn với môi trường di động. • Quá trình hoạt động tầm nhìn không thẳng: NLOS thường ám chỉ đường dẫn vô tuyến có miền Fresnel thứ nhất bị chặn hoàn toàn. WIMAX dựa vào công nghệ OFDM có dung lượng vốn có của các môi trường NLOS. Dung lượng này giúp các sản phẩm WIMAX phân phát độ rộng băng tần rộng trong môi trường NLOS, mà các sản phẩm vô tuyến khác không làm được. WIMAX cho phép cả hai công nghệ TDD (Time Division Duplexing) và FDD (Frequency Division Duplexing) cho phân chia truyền dẫn của hướng lên và hướng xuống. 2.3.2. Hạn chế, nhược điểm wimax Với bất cứ hệ thống truyền thông vô tuyến nào thì ảnh hưỏng của môi trường truyền sóng là không thể tránh khỏi. Hệ thống WIMAX cũng có những hạn chế về đường truyền: • Ảnh hưởng của thời tiết xấu đặc biệt là mưa to có thể làm gián đoạn các dịch vụ. Đỗ Tấn Trọng -28- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp • Các sóng vô tuyến điện lân cận có thể gây nhiễu với kết nối WIMAX và là nguyên nhân gây suy giảm dữ liệu trên đường truyền hoặc làm mất kết nối. • Ngoài ra vì đây là công nghệ hoàn toàn mới do đó việc chuẩn hóa chưa thực sự trên phạm vi toàn thế giới nên khó khăn trong lắp ráp, thay thế ở các khu vực khác nhau. 2.4. Nguyên lý 2.4.1. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.3: Mô hình truyền thông của WIMAX 2.4.2. Nguyên tắc hoạt động WIMAX sử dụng kĩ thuật phát sóng vô tuyến ngắn để kết nối các máy tính tới một khu vực của mạng. Quá trình kết nối thông qua các dây kết nối DSL hoặc các bộ biến đổi cáp. Các công việc của WIMAX rất phù hợp với không gian gần từ các trạm chính nơi mà yêu cầu thiết lập đường nối dữ liệu tới mạng toàn cầu được đưa ra. Đỗ Tấn Trọng -29- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Sử dụng trong vòng 3 đến 5 dặm của trạm chính sẽ có thể thiết lập đường truyền với tốc độ lên tới 70Mb/s. Người sử dụng trong vòng bán kính 30 dặm từ trạm chính với một anten ROD và truyền trong tầm nhìn thẳng sẽ có thể kết nối với tốc độ lên tới 280Mb/s. Cấu trúc WIMAX gồm 2 phần: • Trạm phát: cũng như trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2. • Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các thẻ (card) mạng cắm vào hoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong máy tính. Các trạm (BTS) phát được kết nối với mạng Internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể nối tới một BTS khác như một trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng LOS (Line of sight), vì vậy mà WIMAX có vùng phủ sóng rộng lớn. Các anten thu, phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia truyền sóng thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng các anten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Có thể sử dụng ở tần số cao lên đến 66Ghz bởi vì tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. Nếu có tia phản xạ thì WIMAX dùng băng tần thấp hơn 2 - 11Ghz vì ở tần số thấp tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật để đến đích. Về mặt cấu trúc phân lớp, WIMAX được chia thành 4 lớp: • Lớp con tiếp ứng (convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên. • Lớp đa truy nhập (MAC). • Lớp truyền dẫn (Transmission). • Lớp vật lí. Các lớp này tương ứng với hai lớp dưới cùng của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hóa để có thể giao tiếp với các ứng dụng lớp trên. Đỗ Tấn Trọng -30- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Hình 2.4: Mô hình phân lớp trong hệ thống WIMAX so sánh với OSI 2.5. Công nghệ 2.5.1. Chuẩn IEEE802.16 Chuẩn 802.16 là chuẩn đưa cho mạng không dây MAN ở dải tần 2-11Ghz. Các linh kiện thì có khả năng di động và dùng cho vệc kết nối các hotspots của 802.11 với Internet, khả năng kết nối không dây với mạng DSL trong việc kéo dài đường truyền tới nhà thuê bao. Nó cung cấp vùng phủ dịch vụ khoảng 50 km và không cần tầm nhìn thẳng tới trạm cơ sở. Tốc độ dữ liệu lên tới 280Mbps cho mỗi trạm cơ sở. Hình 2.5: Các chuẩn không dây cho các mạng khác nhau Đỗ Tấn Trọng -31- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Chi tiết về tiêu chuẩn này được cụ thể trong bảng sau: 802.16 802.16a 802.16e Hoàn thành 12/2001 1/2003 Đánh giá vào Q3 /2004 Phổ cho phép Từ 10 -66 Ghz < 11Ghz < 6Ghz Điều kiện kênh Yêu cầu tầm nhìn thẳng Không yêu cầu Không yêu cầu Tốc độ bit 32 -134 Mbps ở 28 Mhz cho mỗi kênh > 75 Mbps ở 20 Mhz cho mỗi kênh >1 Mbps ở 5 Mhz cho mỗi kênh Điều chế được sử dụng QPSK, 16QAM, 4QAM OFDM 256, nủa sóng mang QPSK và 16 QAM ,64 QAM Như 802.16a Ứng dụng cố định cố định Di dộng và xách ay Độ rộng kênh 20,25 và tới 28Mhz 1,25 -20 Mhz Như 802.16 a Khả năng ứng dụng 1 – 3 dặm 3 – 5 dặm .Lớn nhất là 30 dặm cho các ứng dụng có anten ở các toà nhà cao . Khoảng 1 -3 dặm Bảng 2.2: Các đặc tính của chuẩn IEEE802.16 2.5.2. Đặc trưng lớp MAC của IEEE802.16 2.5.2.1. Lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng MAC CS bao gồm các chức năng thích ứng đặc trưng. Hai đặc điểm có thể dùng được: ATM (kiểu truyền dẫn không đồng bộ) CS, để thích ứng lưu lượng ATM, và gói CS, để thích ứng lưu lượng IP và Internet. Các chức năng chính CS là: phân loại SDU và ghép kênh (vào trong một kết nối dữ liệu đơn); và xoá hoặc tạo lại tiêu đề tải trọng. Đỗ Tấn Trọng -32- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 2.5.2.2. Lớp con phần chung (MAC CPS) MAC CPS chịu trách nhiệm đối với một vài chức năng quan trọng có chung kĩ thuật CS khách. Phần này miêu tả các chức năng sau: a) Quá trình kết nối WiMAX là hướng kết nối. Điều này có nghĩa là trước khi gửi thông tin người sử dụng, nó cần thiết lập một kết nối giữa một SS và một BS hoặc một SS và một SS khác phụ thuộc vào cấu hình sử dụng. Đa hướng được hỗ trợ. Mỗi kết nối có một nhận dạng kết nối 16 bit (CID). Có bốn loại kết nối khác nhau: cơ bản, sơ cấp, thứ cấp và dữ liệu. Kết nối dữ liệu thường được sử dụng để truyền thông tin người sử dụng trên một đường không trực tiếp, trong khi đó ba loại còn lại được sử dụng để truyền thông tin điều khiển. b) MAC PDU Các MAC PDU được chia làm ba phần: một tiêu đề chung (6 byte); một tải trọng độ dài thay đổi và một mã kiểm tra tuần hoàn (4 byte). Độ dài PDU lớn nhất là 2 Kbyte. Tải trọng có thể được sử dụng để truyền thông tin điều khiển qua các tiêu đề con. Tải trọng có thể rỗng hoặc đầy với các tiêu đề con, các MAC PDU hoặc các đoạn. Để mà đàm phán băng thông, nó được phát triển một MAC PDU không chấp nhận. PDU này có một tiêu đề đặc biệt, chứa các thông số băng thông. Có năm loại tiêu đề con: đoạn, gói, quản lí trợ cấp, lưới và cấp phát hồi tiếp nhanh. Tiêu đề con đoạn được sử dụng để điều khiển đoạn MAC SDU thành hai hoặc nhiều MAC PDU, trong khi đó tiêu đề con gói được sử dụng để tập hợp một hoặc nhiều MAC SDU thành một MAC PDU. Tiêu đề con quản lí trợ cấp cho phép các yêu cầu băng thông không cần gửi một PDU dành riêng. Yêu cầu được mang cùng với một MAC PDU chung. Khi cấu hình MAC được sử dụng, tiêu đề con lưới chứa một ID node, được sử dụng chỉ địa chỉ của node trong hàng xóm của chúng. IEEE 802.16TM-2004 mô tả 41 bản tin quản lí được phát trong các tải trọng MAC PDU qua các kết nối quản lí. Các MAC PDU được sắp xếp trong các khung lớp vật lí. c) Phân kênh Không chỉ TDD (phân kênh phân chia theo thời gian) mà cả FDD (phân kênh phân chia theo tần số) cũng được hỗ trợ. Trong FDD cả các cạnh cũng phát ngay lập tức trên các tần số khác nhau, trong khi đó trong TDD chỉ một tần số được sử dụng và nó được chia sẻ dựa vào thời gian. Khung TDD có hai phần: khung con Đỗ Tấn Trọng -33- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp đường lên và khung con đường xuống. Mỗi khung con được phân chia thành các khe vật lí (PL) đối với các giao diện không gian sóngm mang đơn, và thành các burst đối với các giao diện không gian OFDM. Các MAC PDU được chèn trong các PL hoặc các burst theo các giao diện không gian được triển khai. Trên FDD, mô hình song công và bán song công được cho phép. d) Sắp xếp Sắp xếp được triển khai để cấp phát băng thông cho các kết nối. Đối với giao diện không gian sóng mang đơn, BS gửi trong khung con đường lên một sắp xếp đường xuống (UL-MAP) và một sắp xếp đường lên (DL-MAP). DL-MAP chứa các khe thời gian một SS có thể sử dụng để trên đường xuống. DL-MAP chứa các khe thời gian một SS phải nghe trong đường lên. Khung con đường lên bắt đầu với các MAP này, được gửi qua giao diện không gian tới tất cả các SS. Vì vậy, UL- MAP và DL-MAP định nghĩa băng thông được cấp phát cho các kết nối (qua số các khe thời gian có thể), các khe thời gian mỗi trạm phải phát và nhận, và mô tả burst được sử dụng. Đối với giao diện không gian OFDM, các kí hiệu OFDM và các kênh con được sử dụng. IEEE 802.16TM-2004 mô tả xử lý sắp xếp cho mỗi giao diện không gian. Chúng khá khác nhau. e) Lập lịch, yêu cầu băng thông và trợ cấp Lập lịch được triển khai để định nghĩa quyền ưu tiên truyền dẫn các MAC SDU qua các kết nối MAC tồn tại. Với mỗi kết nối nó được kết hợp với một loại lập lịch được xác định trước. Mỗi loại có các thông số xác định các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS). Có bốn loại được định nghĩa: dịch vụ trợ cấp tự nguyện (UGS), dịch vụ bầu cử thời gian thực (rtPS), dịch vụ bầu cử thời gian không thực (nrtPS) và nỗ lực tốt nhất (BE). UGS được định nghĩa cho lưu lượng tốc độ bít không đổi thời gian thực, giống như trạng thái mạch. rtPS được định nghĩa cho lưu lượng tốc độ bít thay đổi thời gian thực giống như lưu lượng video. nrtPS liên quan tới lưu lượng tốc độ bít thay đổi thời gian không thực trễ dung sai, giống phân phối video. Đối với lưu lượng dữ liệu tốc độ bit thay đổi, nó được định nghĩa một loại nỗ lực tốt nhất (BE). Đối với các kết nối UGS, BS trợ cấp một cách định kỳ một lượng băng thông cố định, được đàm phán khi thiết lập kết nối. Các loại khác phải yêu cầu định kỳ băng thông, được cấp phát động trong khoảng truyền dẫn. Băng thông có thể được yêu cầu bởi một yêu cầu một mình (MAC PDU yêu cầu BW) hoặc một yêu cầu mang (tiêu đề con MAC PDU). Các yêu cầu có thể tăng lên hoặc kết hợp lại. Các yêu cầu kết hợp thay thế các kết nối ưu tiên được Đỗ Tấn Trọng -34- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp yêu cầu băng thông, trong khi đó các yêu cầu tăng lên cải thiện dòng băng thông bởi lượng yêu cầu. Các SS phải yêu cầu băng thông theo chu kì đối với các kết nối BE, rtPS, nrtPS, vìvậy giảm sử dụng băng thông. Chu kì cập nhật phụ thuộc loại lập lịch và chất lượng liên kết. Thêm vào các yêu cầu riêng lẻ, BS có thể cấp phát một yêu cầu khoảng thời gian, trong đó một hoặc nhiều SS có thể gửi các bản tin yêu cầu băng thông. Xử lý này được gọi là bầu cử. Bầu cử có thể được thực hiện theo hai cách: bầu cử đơn hướng và bầu cử dựa vào đấu tranh. Trong bầu cử đơn hướng, BS cấp phát băng thông nghe các yêu cầu của một SS, trong khi đó trong bầu cử dựa vào đấu tranh, BS cấp phát băng thông nghe yêu cầu của một nhóm đa hướng các SS hoặc tất cả các SS. SS có nhiều cách để yêu cầu băng thông, kết hợp bầu cử đơn hướng với trả lời của các yêu cầu dựa vào đấu tranh và hiệu quả của băng thông tự nguyện. Băng thông có thể được trợ cấp trên kết nối (GPC) hoặc trên SS (GPSS). Trong cả hai trường hợp, các yêu cầu băng thông được thông tin trên kết nối, để mà cải thiện cấp phát băng thông BS. Tuy nhiên, trong GPC băng thông được trợ cấp cho các kết nối đặc biệt, trong khi đó trong GPSS nó được trợ cấp cho SS, cái mà quyết định phân phối nó. f) Sự giải quyết xung đột Mặc dù BS điều khiển cấp phát băng thông trong đường xuống, nó có thể xuất hiện xung đột trong khoảng thiết lập và khoảng thời gian yêu cầu băng thông. Thuật toán mũ nhị phân rút ngắn được triển khai để giảiquyết các trạng thái xung đột. g) ARQ ARQ là xử lý phát lại các MAC PDU đã bị mất hoặc sai lạc. Theo IEEE 802.16TM-2004, cơ cấu ARQ là cơ cấu ARQ dựa vào bít chỉ dẫn dựa vào số thứ tự đoạn của các tiêu đề con đoạn hoặc gói. Cơ cấu có thể làm việc hoặc như một xác nhận tích luỹ, lựa chọn hoặc như một cơ cấu ARQ kết hợp. ARQ hỗ trợ tuỳ chọn và có thể được lựa chọn cho mỗi kết nối. Lựa chọn được thực hiện trong khoảng thiết lập kết nối. ARQ không có thể được sử dụng cùng với giao diện không gian sóng mang đơn. Khi ARQ được cho phép, các MAC PDU có thể được phân trong các khối ARQ. Xác nhận ARQ được gửi hoặc trong bản tin MAC riêng lẻ qua một kết nối quản lí cơ bản hoặc được mang trên một MAC PDU qua một kết nối dữ liệu tồn tại. Đỗ Tấn Trọng -35- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp h) Mô tả burst thích ứng Để thích ứng các thay đổi trong điều kiện liên kết vô tuyến, IEEE 802.16TM-2004 đã triển khai một cơ cấu tiến bộ để mã hoá, điều chế, sắp xếp và công suất truyền dẫn động. Mô tả burst thích ứng được sử dụng để thay đổi các đặc tính truyền dẫn dựa vào trạng thái liên kết. Mục tiêu là cân bằng giữa sức mạnh và hiệu quả. Cơ cấu khác giữa đường lên và đường xuống. Bản tin được sử dụng để thông tin trao đổi giữa các thiết bị. BS không chỉ điều khiển SS mô tả burst đường xuống sử dụng UL-MAP mà còn tính toán mô tả burst đường lên theo chất lượng của tín hiệu thu được từ mỗi SS. Tuy nhiên các SS có thể yêu cầu thay đổi trong mô tả burst đường lên nếu điều kiện môi trường quá xấu. 2.5.3. Kỹ thuật OFDM WIMAX dùng công nghệ đa truy nhập kênh OFDM lớp MAC, với việc hỗ trợ bởi hai phương pháp truyền song công FDD và TDD. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép linh hoạt thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống vì vậy có thể thay đổi tốc độ phát hoặc thu dữ liệu chứ không phải là cố định như trong ADSL hay trong CDMA. Trong Wi-Fi thì tất cả các trạm đều truy nhập một cách ngẫu nhiên đến điểm truy cập AP, vì vậy mà khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm giảm thông lượng của mạng. Nhưng ở lớp MAC của 802.16 thì quá trình truy nhập của mỗi thuê bao là được định trước vì vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm ra nhập mạng. Sau mỗi thời điểm đó thì mỗi trạm được trạm gốc gắn cho một khe thời gian, khe thời gian đó có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn. Ưu điểm của việc đặt sẵn lịch trình này là việc truyền dẫn vẫn hoạt động một cách ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê bao đăng ký vượt quá cho phép làm tăng khả năng sử dụng băng tần. Ngoài ra nó còn cho phép trạm gốc có thể điều khiển chất lượng dịch vụ (Q0S) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao. Các quá trình đó được thực hiện bởi việc mã hóa và điều chế thích nghi AMC (Adaptation Modulation and Coding) để tối ưu hóa băng thông tuỳ thuộc vào điều kiện của kênh truyền. Với kênh truyền tốt có thể điều chế dạng 64-QAM. Với kênh truyền chất lượng thấp hơn thì dùng điều chế QPSK. Đỗ Tấn Trọng -36- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Kĩ thuật AMC là một trong những ưu điểm lớn của OFDM vì nó cho phép tối ưu hóa mức điều chế trên mỗi kênh con dựa trên chất lượng của tín hiệu (SNR) và chất lượng của kênh truyền dẫn. Với OFDMA nó cho phép việc phân chia tài nguyên cho các thuê bao thông qua việc truy nhập vào các sóng mang phụ khác nhau. 2.5.4. Mã hóa, tránh và sửa lỗi 2.5.4.1. FEC (Forward Error Correction) Đây là phương pháp dựa trên việc cho từng chuỗi móc nối với nhau trong một khuôn của mã phía ngoài và mã bên trong TCM với một tỷ lệ tương thích. Việc chèn giữa các mã trong và ngoài là tuỳ ý. Phương pháp này được thực hiện ở lớp vật lí thực chất là việc chèn thêm các byte theo một tỷ lệ nào đó trong quá trình mã hóa dữ liệu để khi có lỗi xảy ra trên đường truyền thì nó tự động có thể sửa lỗi được. Tức là FEC sẽ làm cho khả năng thu được đúng là nhiều nhất. Hình 2.6 sơ đồ mô tả quá trình mã hóa Phân tích sơ đồ khối Outer RS code N: số bytes sau khi mã hóa =255 K: số bytes trước khi mã hóa =239 R=2T : Số bytes dữ liệu cần để chèn = N-K (T=8) Các đa thức được sử dụng cho quá trình mã hóa Đa thức g(x) = (x+λ0)(x+λ1)(x+λ2)….(x+λ2T-1) λ=02HEC P(x)= x8+x4+x3+x2+1 Như vậy quá trình mã hóa này cho phép kích cỡ của khối có thể thay đổi được và làm hiệu quả của quá trình sửa lỗi tăng lên. Khi một khối bị thu ngắn lại còn K’ byte dữ liệu (1<K’<K) lúc đó sẽ có 239Kbytes không được đánh tên và Đỗ Tấn Trọng -37- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp chúng không được mã hóa. Vì vậy phải chèn và người ta dùng các byte trong 2T=16 byte để thực hiện quá trình này, chèn vào các bit MSB đầu tiên. Khối chèn: Khối này cung cấp qúa trình chèn giữa các mã trong và ngoài với độ dài của NR=10 là một yêu cầu bắt buộc. Thực chất của quá trình chèn là tạo ra một byte ở một hàng (trong số các hàng của từ mã RS) và đọc ra một byte cùng thời điểm tại một cột (trong số các cột của RS). Trong đó: NR: là số hàng. C: là số cột. B: là kích cỡ bình thường của một khối chèn. B=C.NR (byte) P : Kích cỡ của gói mã hóa RS dùng chèn (byte). Khi P<=B hoặc kích cỡ của RS ngắn hơn kích cỡ bình thường thì bộ chèn sẽ lấy 1 byte từ mỗi cột. Khi P>= B quá trình chèn sẽ diễn ra trong mỗi khối phụ, chiều sâu của mỗi khối phụ là giống nhau (số hàng NR). Khi đó quá trình tính toán như sau: Tổng số các từ mã RS trong một gói là: T= {P/C]. Số các khối phụ S=[ P/B]. Độ sâu lớn nhất của các khối phụ Cmax =[T/S]. Số khối với chiều sâu Cmin = Cmax - 1 là: QCmin=S - QCmax. QCmin đầu tiên của khối sẽ dùng chèn Cmax và phần còn lại sẽ dùng cho một bộ chèn sau Cmin = Cmax - 1. Bộ mã hóa trong (Inner code): Mỗi khối RS được mã hóa bởi mã nhị phân xoắn có. Tỷ lệ 1/2 , độ dài giới hạn là 7. Ví dụ quá trình mã hóa với tỷ lệ 1/2. Đỗ Tấn Trọng -38- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Xout Hình 2.7: Mô tả đầu ra của hệ thống dùng FEC Giá trị của X, Y được thể hiện qua bảng sau: Quá trình mã hóa được tiến hành khi data trong các khối đi qua các bộ mã hóa RS và sau đó đi qua một bộ mã hóa xoắn. Một đoạn cuối 0x00 của byte được chèn vào đoạn cuối của mỗi phần đầu ra, quá trình này diễn ra một cách ngẫu nhiên. Trong bộ mã hóa RS thừa nhận các bit được gửi đến trước khi đưa vào các bit giữ ở phần cuối của các byte đã chỉ định. Khi tổng số bit data dư ra không phải là một số nguyên của byte thì các bit đệm không giá trị sẽ được thêm vào sau các bit cuối một cách có chủ định. Tỷ lệ ½ 2/3 3/4 4/5 Dfree 10 6 5 4 X 1 10 101 10101 Y 1 11 111 11010 XY X1Y1 X1YY2 X1Y1Y2Y3 X1Y1Y2Y3Y4Y5 1 bit delay 1 bit delay 1 bit delay 1 bit delay 1 bit delay 1 bit Delay + + Đỗ Tấn Trọng -39- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Có thể áp dụng phương pháp sửa lỗi này cho các phương pháp điều chế sau: Modulation Khả năng Tỷ lệ mã trong Bit/kí hiệu BPSK băng rộng M (bắt buộc) 1/2;3/4 1/2*FS 3/4*FS BPSK M 1/2;3/4 1/2;3/4 QPSK M 1/2;2/3;3/4; 5/6;7/8 1;4/3;3/2 5/3;7/4 16QAM M 1/2;3/4 2/3 64QAM M 2/3;5/6 4/5 256QAM O(tuỳ chọn) 3/4;7/8 6/7 2.5.4.2. Phương pháp kiểm tra sai dùng ARQ Phương pháp này dùng để kiểm tra, tìm và sửa sai trong Frame được truyền đi. Phương pháp này gồm 3 cách thức sau: Dừng và chờ ARQ. Trở lại N-ARQ. Truyền lại có lựa chọn ARQ. Dừng và chờ ARQ Trạm nguồn truyền một Frame đơn giản và nó chờ ACK. Các Frame khác không được truyền cho đến khi trạm nhận cung cấp tín hiệu đó cho trạm nguồn. Frame truyền đi có thể mất hoặc sai, nếu như bộ phận nhận phát hiện sai, nó bỏ Frame đó và truyền lại tín hiệu NAK do đó nguồn truyền lại Frame bị hư. Mặt khác nếu Frame nguồn bị mất do nhiễu thì bộ phận thu không cho trả lời, nguồn phải chờ một thời gian. Sau mỗi Frame được truyền thì nguồn chờ ACK hoặc NAK, nếu không nhận được ACK trong thời gian đó thì nguồn truyền lại Frame đó (nguồn luôn giữ một bản copy của Frame được truyền cho đến khi nó nhận được ACK). Đỗ Tấn Trọng -40- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Nếu một khung được truyền đúng mà trong khi truyền ACK bị mất thì cũng sau một khoảng thời gian dừng chờ không có ACK thì nguồn phát lại khung đó. Khi đó thì đầu thu sẽ nhận được 2 Frame giống nhau, nên để tránh điều đó thì các Frame đều được đánh giá trị số thứ tự 0 hoặc 1 và của ACK cũng vậy. Phương pháp này tương đối đơn giản, nguyên lý của nó được biểu diễn trong hình dưới đây. Hình 2.8: Dừng và chờ ARQ Trở lại N- ARQ Với kĩ thuật này một trạm có thể gửi đi một loạt các khung với các khung cửa sổ trượt sử dụng cho kĩ thuật kiểm tra dòng khi mà không có sai thì bộ phận nhận sẽ dùng ACK. Giả thiết là trạm A gửi một Frame sang B. Sau mỗi lần truyền một Frame A sẽ thiết lập tín hiệu ACK. Nhìn chung trong kĩ thuật này có thể xảy ra những trường hợp sau: Mất Frame ƒ A truyền Frame thứ i đến B. ƒ B phát hiện ở Frame đó có sai. ƒ B gửi NAKi chỉ rằng Frame i phải truyền lại. Đỗ Tấn Trọng -41- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp ƒ Khi A nhận được NAK i thì tất cả các khung đã truyền đều phải truyền lại. ƒ Frame i bị mất trong khi truyền, Frame (i+1) vẫn được gửi đi và B nhận Frame (i+1) thấy không đúng thứ tự nó sẽ gửi NAK về A. ƒ Frame i bị mất trong khi truyền nhưng sau đó A không truyền Frame (i+1). B không nhận được gì và trả lại ACK hay NAK. A sẽ dừng và sau một thời gian quy định nó sẽ truyền lại. Mất ACK ƒ B nhận được Frame i và truyền ACK i+1 và nó bị mất trong khi truyền, khi đó A chờ trong một khoảng thời gian không thấy nó sẽ gửi lại. ƒ Khung bị sai ví dụ frame 2 bị sai thì B sẽ gửi NAK2 đến A dù Frame 3,4,5 đã gửi đi nhưng A sẽ phải truyền lại từ Frame2, các Frame đã nhận bị huỷ bỏ. Có thể tóm tắt quá trình đó qua sơ đồ sau: Hình 2.9: Sơ đồ trở lại N-ARQ Truyền lại có lựa chọn ARQ Khi phát hiện sai trên đường truyền hoặc Frame bị sai thì nguồn chỉ cần truyền lại Frame sai đó. Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn so với trở lại N- ARQ vì nó tiết kiệm được thời gian và không phải truyền lại tất cả các Frame sai nữa. Ta cũng có thể tóm tắt quá trình theo sơ đồ: Đỗ Tấn Trọng -42- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Hình 2.10: Sơ đồ mô tả quá trình truyền lại có lựa chọn 2.6. Kỹ thuật OFDM 2.6.1 Kỹ thuật OFDM nói chung. 2.6.1.1. Sự ảnh hưởng của môi trường đến việc truyền dẫn Thứ nhất ta phải khẳng định rằng môi trường truyền thông vô tuyến là một môi trường khắc nghiệt nhất trong truyền dẫn thông tin. Nó gây suy hao tín hiệu về biên độ cũng như suy hao lựa chọn tần số kèm theo các hiệu ứng fading đa đường. Sự suy hao tín hiệu tăng nhanh theo khoảng cách và ở tần số cao, ngoài ra sự suy hao cũng phụ thuộc vào địa hình (khu vực nông thôn, thành thị, đồng bằng hay miền núi). Hình vẽ dưới đây minh hoạ sự suy giảm tín hiệu theo khoảng cách và trên các loại địa hình với các điều kiện truyền dẫn khác nhau của hai hệ thống ISM tần số 2,4 GHz và UNII tần số 5,4 GHz. Hình 2.11: Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách. Đỗ Tấn Trọng -43- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Ngoài ra trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ nơi phát tới nơi thu là điều không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này có thể làm biến dạng tín hiệu khiến bên thu không thể khôi phục được tín hiệu. 2.6.1.2. Công nghệ OFDM với khả năng hạn chế nhiễu WIMAX sử dụng công nghệ OFDM để truyền dữ liệu ở giao diện vô tuyến và cho phép các thuê bao truy nhập kênh. Cũng có nhiều công nghệ khác ở giao diện này như FDM, CDMA. Tuy nhiên OFDM đã chứng tỏ nó có những ưu điểm hơn rất nhiều về tốc độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đã được IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng trong chuẩn IEEE.802.16. Các kĩ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA như trong chuẩn 802.11b rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường vì thời gian trễ có thể vượt qua khoảng thời gian của một kí tự. OFDM sử dụng kĩ thuật truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền kí tự lên nhiều lần. Ngoài ra OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ GI (Gaurd Interval) thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền giữa 2 kí tự nên nhiễu ISI có thể được loại bỏ hoàn toàn. Trên kênh truyền dẫn thì nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề ảnh hưởng lớn đến chất lượng truyền thông tín hiệu. Tuy vậy OFDM cũng rất mềm dẻo và linh hoạt khi giải quyết vấn đề này. OFDM có thể khôi phục lại kênh truyền thông qua tín hiệu dẫn đường (Pilot) được truyền đi cùng với dòng tín hiệu thông tin. Ngoài ra với các kênh con suy giảm nghiêm trọng về tần số thì OFDM còn có một lựa chọn nữa để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm bớt số bit mã hóa cho một tín hiệu điều chế tại kênh tần số đó. Hình 2.12: So sánh sóng mang của OFDM với các hình thức truyền thống Đỗ Tấn Trọng -44- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Hình trên so sánh giữa hai hình thức điều chế. Đối với các hình thức truyền thống, một sóng mang đơn với băng thông rộng sẽ được truyền đi, trong khi với OFDM băng thông rộng này được chia thành các băng con, mỗi băng con sẽ ứng với một sóng mang con, các sóng mang con trực giao nhau. Việc chia băng con này sẽ làm tốc độ trên mỗi băng con này giảm đi N lần, tuy nhiên, chu kì của một sóng mang cũng sẽ dài hơn N lần. Điều này giúp cho việc đồng bộ dễ dàng hơn, tránh nhiễu đa đường cũng tốt hơn. Việc chia thông tin cũng giúp cho việc chống nhiễu tốt hơn, vì nếu bị nhiễu, cũng chỉ bị nhiễu trên các cụm đơn lẻ, nên có thể khắc phục dễ dàng hơn. Mỗi sóng mang được gán luồng dữ liệu để truyền đi. Biên độ và pha của sóng mang được tính toán dựa trên phương thức điều chế (thường là QPSK, BPSK, QAM). Sau đó dùng biến đổi IFFT (Inverse Fast Fourier Tranform) để biến từ miền tần số về miền thời gian. IFFT là một phương pháp biến đổi hiệu quả và đảm bảo cho các sóng mang con trực giao. Tại bộ nhận, người ta dùng biến đổi FFT(Fast Fourier Tranform) để biến đổi ngược lại từ miền thời gian sang miền tần số. Một vấn đề quan trọng trong truyền dẫn là sự đòi hỏi khắt khe về sự đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Intercarrier Interfrence) mà hậu quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng ảnh hưởng tới hệ thống cũng như BER. Tuy nhiên OFDM cũng có thể giảm bớt sự phức tạp của vấn đề đồng bộ thông qua khoảng bảo vệ GI. Việc sử dụng chuỗi GI cho phép OFDM có thể điều chỉnh tần số thích hợp mặc dù việc thêm GI cũng đồng nghĩa với việc giảm hiệu quả sử dụng băng tần. Hình 2.13: OFDM phát và thu Đỗ Tấn Trọng -45- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Bộ Serial to Para định dạng luồng dữ liệu, nhóm các bit lại để gán cho các sóng mang (Ví dụ sẽ nhóm 6 bit một nhóm nếu là QAM64) Bộ Carrier Modulation mã hoá vi sai dữ liệu trong mỗi sóng mang, sau đó ánh xạ theo dạng khoá dịch pha PSK. Mã hoá vi sai đòi hỏi phải có dữ liệu ban đầu, do đó một symbol sẽ được thêm vào ban đầu. Sau đó dữ liệu sẽ được ánh xạ theo pha tuỳ theo cách điều chế. Ví dụ với QPSK các góc sẽ là 0, 90, 180, 270 độ. Điều này có nghĩa là biên độ sẽ là hằng số, nên sẽ ít nhạy cảm với méo phi tuyến. Bộ IFFT biến đổi từ miền tần số sang miền thời gian Bộ Guard Period Insertion thêm khoảng bảo vệ vào sau mỗi sóng mang Tại bộ nhận, trình tự làm theo chiều ngược lại. Khoảng bảo vệ sẽ được loại bỏ, sau đó dùng biến đổi FFT biến từ miền thời gian sang miền tần số. Sau đó dùng bộ giải điều chế để ánh xạ các sóng mang thành luồng dữ liệu tương ứng. OFDM là một công nghệ chia nhỏ băng tần thành các băng nhỏ hơn. Trong WIMAX theo chuẩn 802.16d, đã áp dụng công nghệ này. Vì vậy WIMAX fixed có thể hoạt động được trong môi trường NLOS(Non Light of Sight). Trong WIMAX fixed được chia thành 256 sóng mang con, 198 là dành cho dữ liệu, còn lại dành cho khoảng bảo vệ. 2.6.2. Kĩ thuật OFDMA cho mạng WIMAX 2.6.2.1. Nguyên lý cơ bản WIMAX dùng công nghệ đa truy nhập kênh OFDM lớp MAC, với việc hỗ trợ bởi hai phương pháp truyền song công FDD và TDD. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép linh hoạt thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống vì vậy có thể thay đổi tốc độ phát hoặc thu dữ liệu chứ không phải là cố định như trong ADSL hay trong CDMA. Trong Wi-Fi thì tất cả các trạm đều truy nhập một cách ngẫu nhiên đến điểm truy cập AP, vì vậy mà khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm giảm thông lượng của mạng. Nhưng ở lớp MAC của 802.16 thì quá trình truy nhập của mỗi thuê bao là được định trước vì vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm ra nhập mạng. Sau mỗi thời điểm đó thì mỗi trạm được trạm gốc gắn cho một khe thời gian, khe thời gian đó có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn. Đỗ Tấn Trọng -46- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 2.6.2.2. Những đặc tính vượt trội Ưu điểm của việc đặt sẵn lịch trình này là việc truyền dẫn vẫn hoạt động một cách ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê bao đăng ký vượt quá cho phép làm tăng khả năng sử dụng băng tần. Ngoài ra nó còn cho phép trạm gốc có thể điều khiển chất lượng dịch vụ (Q0S) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao. Các quá trình đó được thực hiện bởi việc mã hóa và điều chế thích nghi AMC (Adaptation Modulation and Coding) để tối ưu hóa băng thông tuỳ thuộc vào điều kiện của kênh truyền. Với kênh truyền tốt có thể điều chế dạng 64-QAM. Với kênh truyền chất lượng thấp hơn thì dùng điều chế QPSK. Kĩ thuật AMC là một trong những ưu điểm lớn của OFDM vì nó cho phép tối ưu hóa mức điều chế trên mỗi kênh con dựa trên chất lượng của tín hiệu (SNR) và chất lượng của kênh truyền dẫn. Với OFDMA nó cho phép việc phân chia tài nguyên cho các thuê bao thông qua việc truy nhập vào các sóng mang phụ khác nhau. 2.7. Wimax trong mối quan hệ với các công nghệ không dây đặc điểm tương tự wimax 2.7.1. Wimax và WLAN Không giống như WLAN, WIMAX cung cấp lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) sử dụng kĩ thuật yêu cầu - cấp phát là căn cứ để trao đổi dữ liệu. Đặc điểm này cho phép khai thác các tài nguyên vô tuyến tốt hơn, cụ thể với các anten thông minh, và quản lý độc lập lưu lượng của mỗi người dùng. Đặc điểm này làm đơn giản việc hỗ trợ các ứng dụng thoại và thời gian thực. Một trong những hạn chế để triển khai rộng rãi WLAN là đặc điểm kém an ninh của các phát hành đầu tiên. WIMAX đề xuất đủ các đặc điểm an ninh để đảm bảo trao đổi dữ liệu an toàn: • Nhận thực đầu cuối bằng cách trao đổi các chứng nhận để ngăn ngừa các thiết bị giả danh. • Nhận thực người dùng bằng cách sử dụng giao thức nhận thực có thể mở rộng (EAP). • Mã hóa dữ liệu bằng cách sử dụng chuẩn mã hóa dữ liệu (DES) hoặc chuẩn mã hóa tiên tiến (AES), cả hai chuẩn này đều mạnh hơn nhiều sự riêng biệt đương Đỗ Tấn Trọng -47- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp lượng vô tuyến được sử dụng lúc đầu bởi WLAN. Hơn nữa, mỗi dịch vụ được mã hóa có sự kết hợp an ninh riêng của nó và các khóa riêng. 2.7.2. Wimax và Wifi WIMAX có cùng một nguyên lý hoạt động với WiFi – nó gửi dữ liệu từ một máy tính tới một máy tính khác qua các tín hiệu vô tuyến. Một máy tính (máy tính để bàn hoặc máy tính xách tay) được trang bị WIMAX sẽ gửi dữ liệu từ trạm phát WIMAX, hầu như sử dụng các khóa dữ liệu được mã hóa để ngăn chặn những người dùng không được nhận thực truy cập trộm. Kết nối WiFi nhanh nhất có thể truyền lên tới 54 megabit trên giây trong các điều kiện tối ưu. WIMAX có thể truyền lên tới 70 megabit trên giây. Thậm chí khi mà 70 megabit bị tách ra giữa vài chục công ty và hàng trăm gia đình người dùng, ít nhất nó sẽ cung cấp tốc độ tương đương với tốc độ truyền của modem cáp cho mỗi người dùng. Sự khác nhau lớn nhất không phải là tốc độ mà là khoảng cách. WIMAX vượt xa WiFi khoảng vài dặm. Cự ly của WiFi là khoảng 100 fit (30m). WIMAX che phủ trong bán kính 30 dặm (50km) với truy cập vô tuyến. Cự ly tăng là do các tần số được sử dụng và công suất của máy phát. Tất nhiên, tại khoảng cách đó, địa hình, thời tiết và các toà nhà lớn sẽ tác động làm giảm cự ly lớn nhất trong một số tình huống, nhưng nó vẫn có khả năng phủ các vùng đất rộng lớn. WIMAX không được thiết kế để mâu thuẫn với WiFi, mà để cùng tồn tại với WiFi. Vùng phủ của WIMAX được đo theo km2, trong khi vùng phủ của WiFi được đo theo m2. Chuẩn WIMAX gốc (IEEE 802.16) đề xuất việc sử dụng phổ tần 10-66 GHz cho truyền dẫn WIMAX, mà cao hơn nhiều cự ly WiFi (lên tới tối đa 5 GHz). Nhưng 802.16a đã hỗ trợ thêm cho tần số 2-11 GHz. Một trạm gốc WIMAX có thể được truy cập bởi hơn 60 người sử dụng. WIMAX cũng có thể cung cấp các dịch vụ quảng bá. Các đặc điểm kĩ thuật WIMAX cũng cung cấp các điều kiện thuận lợi tốt hơn nhiều so với WiFi, cung cấp độ rộng băng tần cao hơn và an ninh dữ liệu cao bằng cách sử dụng các kế hoạch mã hóa tăng cường. WIMAX cũng có thể cung cấp dịch vụ theo cả hai địa điểm LOS và NLOS, nhưng cự ly sẽ thay đổi cho phù hợp. WIMAX cho phép thâm nhập vào dịch vụ băng rộng VoIP, video, và truy cập internet đồng thời. Các anten WIMAX có thể “chia sẻ” một tháp cell mà không cần dàn xếp chức năng của các mạng tổ ong đã thích hợp. Đỗ Tấn Trọng -48- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Wimax di dộng 3.1. Giới thiệu chung, sự ra đời và phát triển 3.1.1. Giới thiệu chung Trên đây là WIMAX nói chung, ở chương này ta sẽ đi sâu hơn vào công nghệ WIMAX di động. công nghệ WIMAX không chỉ sử dụng cho hệ thống cố định mà người ta còn rất chú trọng đến công nghệ di động do đây là một thế mạnh cho tương lai của công nghệ này. Sau đây là một số đặc tính riêng của WIMAX di động: Quản lý nguồn và chuyển vùng là 2 trong số các tính năng đã được bổ sung đối với các ứng dụng di động. WiMAX di động hỗ trợ chế độ ngủ (Sleep) và chế độ rỗi (Idle) cho phép sử dụng hiệu quả nguồn của thiết bị đầu cuối di động. Nó cũng hỗ trợ chuyển vùng thông suốt cho phép thiết bị đầu cuối di động chuyển từ một trạm gốc này sang trạm gốc khác mà không bị ngắt kết nối. a Quản lý nguồn Hai chế độ hoạt động nguồn hiệu suất cao được hỗ trợ trong WiMAX di động là: Chế độ ngủ và chế độ rỗi. Chế độ ngủ là trạng thái mà ở đó thiết bị di động sắp xếp các chu kỳ định trước vắng mặt không liên lạc với giao tiếp vô tuyến của trạm gốc cung cấp dịch vụ. Các chu kỳ này đặc trưng bởi tính không khả dụng của thiết bị di động MS đối với lưu lượng tuyến lên UL hoặc tuyến xuống DL. Chế độ ngủ được dự định để tối thiểu hoá sử dụng nguồn của thiết bị di động và tối thiểu hoá việc sử dụng các tài nguyên giao tiếp vô tuyến của trạm gốc cung cấp dịch vụ. Chế độ ngủ cung cung cấp sự linh hoạt cho thiết bị di động MS để quét các trạm gốc khác nhằm thu thập thông tin trợ giúp chuyển vùng trong suốt. Chế độ rỗi cung cấp một cơ cấu cho thiết bị di động MS trở thành khả dụng theo chu kỳ đối với việc nhắn tin lưu lượng quảng bá tuyến xuống DL không cần đăng ký ở một trạm gốc xác định khi thiết bị di động di chuyển qua một môi trường vô tuyến giao bởi nhiều trạm gốc. Chế độ rỗi tạo thuận lợi cho thiết bị di động nhờ việc loại bỏ yêu cầu chuyển vùng và các hoạt động thông thường khác và tạo thuận lợi cho mạng và trạm gốc nhờ việc bỏ qua giao tiếp vô tuyến và lưu lượng chuyển vùng mạng khỏi các thiết bị di động không kích hoạt trong khi vẫn cung cấp phương thức đơn giản theo chu kỳ thời gian (nhắn tin) để cảnh báo cho thiết bị di động sắp có lưu lượng tuyến xuống DL. b Chuyển vùng: Đỗ Tấn Trọng -49- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp Có 3 phương thức chuyển vùng hỗ trợ trong chuẩn 802.16e: Chuyển vùng cứng (HHO), chuyển đổi trạm gốc nhanh (FBSS) và chuyển giao đa dạng riêng (MDHO). Trong những phương thức này HHO là bắt buộc trong khi FBSS và MDHO là hai phương thức lựa chọn. Diễn đàn WiMAX đã phát triển một vài kỹ thuật để tối ưu chuyển vùng cứng trong khuôn khổ của tiêu chuẩn 802.16e. Những cải tiến này đã được phát triển với mục đích giữa cho trễ chuyển vùng ở lớp 2 nhỏ hơn 50ms. Khi FBSS được hỗ trợ, thiết bị di động MS và trạm gốc BS duy trì một danh sách các BS mà liên quan trong FBSS với thiết bị di động. Tổ hợp này được gọi là tổ hợp tích cực. Trong FBSS, thiết bị di động giám sát liên tục các trạm gốc trong tổ hợp tích cực. Trong số các trạm gốc BS ở trong tổ hợp tích cực, một BS chủ chốt được xác định. Khi hoạt động trong FBSS, thiết bị di động MS chỉ thông tin với trạm gốc chủ chốt bằng các bản tin tuyến lên và tuyến xuống bao gồm quản lý và các kết nối lưu lượng. Việc chuyển đổi từ một trạm gốc chủ này sang một trạm khác (tức là chuyển vùng BS) được thực hiện không cần chỉ dẫn rõ dàng các bản tin báo hiệu HO. Trạm BS chủ cập nhật các thủ tục được thiết lập bằng cường độ tín hiệu thông tin của trạm gốc cung cấp dịch vụ qua kênh CQI. Một chuyển vùng FBSS bắt đầu với một quyết định bởi một thiết bị di động thu hoặc phát dữ liệu từ trạm gốc chủ mà có thể thay đổi trong tổ hợp tích cực. Thiết bị di động quét các trạm gốc BS bên cạnh và lựa chọn những trạm mà phù hợp để kết hợp vào trong tổ hợp tích cực. Thiết bị di động báo cáo cho các trạm gốc được lựa chọn và tổ hợp tích cực cập nhật thủ tục được thực hiện nhờ trạm gốc và thiết bị di động. Thiết bị di động giám sát liên tục cường độ tín hiệu của các trạm gốc BS ở trong tổ hợp tích cực và lựa chọn một trạm gốc BS từ tổ hợp này trở thành trạm gốc chủ. Thiết bị di động MS báo cáo cho trạm gốc chủ được chọn trên CQICH hoặc thiết bị di động khởi tạo bản tin yêu cầu chuyển vùng HHO. Một yêu cầu quan trọng của FBSS đó là dữ liệu được phát tương hỗ tới tất cả các thành viên của tổ hợp các trạm gốc tích cực có thể phục vụ thiết bị di động. Đối với các thiết bị di động MS và các trạm gốc BS mà hỗ trợ MDHO, thiết bị di động MS và trạm gốc BS duy trì một tổ hợp tích cực các trạm gốc BS liên quan trong MDHO với thiết bị di động. Trong số các trạm gốc BS ở trong tổ hợp tích cực, một trạm gốc BS chủ được xác định. Chế độ hoạt động chuẩn ám chỉ trường hợpMDHO tiêu biểu với tổ hợp tích cực gồm một trạm gốc đơn. Khi hoạt động trong MDHO, thiết bị di động thông tin với tất cả các BS bằng tổ hợp các bản tin unicast tuyến lên hoặc tuyến xuống và lưu lượng từ nhiều các BS trong cùng một đơn vị thời gian. Đối với MDHO tuyến xuống, 2 hay nhiều hơn các trạm gốc BS cung cấp truyền dẫn dữ liệu tuyến xuống của MS đồng bộ như là sự kết hợp đa Đỗ Tấn Trọng -50- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp dạng được thực hiện ở thiết bị di động MS. Đối với MDHO tuyến lên, truyền dẫn từ thiết bị di động MS được thu bởi nhiều trạm gốc BS mà ở đó việc lựa chọn đa dạng thông tin thu được thực hiện. 3.1.2. Tiềm năng Với những lợi thế của mình WiMAX di động có những tiềm năng rất lớn cho đáp ứng nhu cầu dịch vụ thị trường hiện tại. với xu thế hiện nay, khi nhu cầu băng rộng ngày càng cao của người sử dụng, WiMAX có những ưu điểm đủ để đáp ứng nhu cầu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế: - về mặt kỹ thuật: WiMAX cung cấp một khả năng kết nối tầm xa tới 70 km nhưng theo các khuyến nghị thì chỉ nên sử dụng cho tới khoảng cách 50km, về mặt tốc độ cho truyền với tốc độ cực cao là 70Mb/s, sử dụng đa truy nhập qua anten thông minh… - về mặt kinh tế: theo dự báo của các nhà lắp đặt thử nghiệm thì công nghệ mới này ra đời thì giá thành cho thuê bao sẽ không đắt hơn giá thành ADSL hiện nay nhiều do tính cạnh tranh thị trường yêu cầu thì để tồn tại WiMAX không thể đi vào thị trường với giá thành quá cao được. Thêm vào đó thiết bị WiMAX dành cho các nhà cung cấp dịch vụ cũng đang được các nhà cung cấp thiết bị sản xuất để ý và quan tâm nhiều do đó đã giảm giá thành rất nhiều. 3.2. Công nghệ 3.2.1. Lớp vật lý 3.2.1.1. OFDM Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một kĩ thuật ghép kênh chia nhỏ băng thông thành nhiều sóng mang con tần số như trong hình 3.1 Trong một hệ thống OFDM, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành một số luồng con song song có tốc độ dữ liệu giảm (vì vậy tăng khoảng kí hiệu) và mỗi luồng con được điều chế, được phát trên một sóng mang con trực giao riêng. Khoảng thời gian kí hiệu tăng cải thiện độ mạnh của OFDM cho trải trễ. Hơn nữa, tiền tố vòng (CP) có thể loại trừ hoàn toàn nhiễu kí hiệu (ISI) chỉ cần khoảng thời gian CP dài hơn trải trễ kênh. CP thường là sự lặp lại các mẫu trước đó của phần dữ liệu của khối được gắn vào điểm bắt đầu tải trọng dữ liệu như trong hình 3.2. CP ngăn chặn nhiễu khối, tạo vòng xuất hiện kênh và cho phép cân bằng miền tần số ít phức tạp. Mặt hạn chế của CP là nó đưa ra mào đầu (overhead) làm giảm hiệu quả băng thông. Khi mà CP làm giảm một phần băng thông, thì ảnh hưởng của CP giống với “hệ số roll-off” trong hệ thống đơn sóng mang sử dụng bộ lọc cosin tăng. Vì OFDM có Đỗ Tấn Trọng -51- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp nhiều đoạn cong, hầu hết phổ “brick-wall”, một phân số lớn băng thông kênh được cấp phát có thể được sử dụng cho truyền dẫn dữ liệu, điều này có thể giúp làm giảm tổn thất hiệu quả vì tiền tố vòng. 0jw te 1jw te 1Njw te − *( )g t− *( )g t− *( )g t− ( )h t ( )g t ( )g t ( )g t 0jwte− 1jw te− 1Njw te −− 0( )a t ∧ 1( )a t ∧ 1()Na t ∧ − 0( )a t 1( )a t 1()Na t− Hình 3.1: Kiến trúc cơ bản của một hệ thống OFDM OFDM khai thác phân tập tần số của kênh đa đường bởi mã hóa và đan xen thông tin qua sóng mang con trước khi truyền dẫn. Điều chế OFDM có thể được thực hiện hiệu quả với biến đổi Fourrier ngược nhanh (IFFT), mà cho phép một số lượng lớn sóng mang con (lên tới 2048) với độ phức tạp thấp. Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên khả dụng trong miền thời gian là các kí hiệu OFDM và trong miền tần số là các sóng mang con. Các tài nguyên thời gian và tần số có thể được sắp xếp thành các kênh con để cấp phát cho từng người sử dụng. Đa truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) là một kế hoạch ghép kênh/đa truy nhập để cung cấp hoạt động ghép kênh của luồng dữ liệu từ nhiều người sử dụng trên các kênh con đường xuống và đa truy nhập đường lên bởi các kênh con đường lên. gT gT bT sT Hình 3.2: Chèn tiền tố vòng (CP) Đỗ Tấn Trọng -52- Lớp KTVT B-44 WIMAX và ứng dụng Đồ án tốt nghiệp 3.2.1.2. Cấu trúc lớp ký hiệu OFDM và phân kênh con Cấu trúc kí hiệu OFDMA gồm có 3 loại sóng mang con như trong hình 3.3: • Sóng mang con dữ liệu để truyền dẫn dữ liệu. • Sóng mang con hoa tiêu cho mục đích ước tính và đồng bộ. • Sóng mang con vô giá trị không dùng cho truyền d