Nghiên cứu mạng Wimax - Thiết kế và triển khai Wimax di động.pdf

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
-------------------------------------
luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
ngµnh : kü thuËt ®iÖn tö
Nghiªn cøu M¹NG WIMAX - THIÕT KÕ Vµ
TriÓn khai wimax di ®éng
Ng« thanh h-¬ng
Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: PGS.TS.NGUYÔN §øc thuËn
Hµ Néi 2008

Phụ lục 1 SƠ ĐỒ MẠNG THỬ NGHIỆM
.

Phụ lục 2 CẤU HÌNH THỬ NGHIỆM CÁC DỊCH VỤ
.

Phụ lục 3. MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM WIMAX DI ĐỘNG

Luận văn thạc sỹ khoa học
Ngô Thanh Hương – CH. ĐTVT 2006-2008
MỤC LỤC
Chương 1. Giới thiệu công nghệ WIMAX 1
1.1. Khái niệm về WiMAX 2
1.2. Các tính năng và ưư điểm của WiMAX 5
1.3. Các chuẩn IEEE 802.16 5
1.3.1. I E 802.16 2001 6
EE –
1.3.2. I E 802.16 a 2002 8
EE –
1.3.3. I E 802.16 c 2003 8
EE –
1.3.4. I E 802.16 2004 8
EE –
1.3.5. I E 802.16 e 8
EE
1.4. Truyền ó
s ng 11
1.4.1. i u ch nghi
Đ ề ế thích 11
1.4.2. C ng ngh s a l
ô ệ ử ỗi 11
1.4.3. i u khi n c
Đ ề ể ông suất 11
1.5. Các công nghệ vô tuyến tiên tiến 12
1.5.1. n t thu v
Phâ ập à phát 12
1.5.2. C c ng ngh nten th
ác ô ệ ă ích nghi S
AA 13
1.5.3. So s h gi c ng ngh Wifi v WiMAX
án ữa ô ệ à 15
Chương 2. Lớp PHY và lớp MAC 20
2.1. Mô hình tham chiếu 20
2.2. Tổng quan lớp vật lý 21
2.3. Lớp MAC( Media Access Control) 22
2.3.1. L con h t chuy n bi v d v MAC CS
ớp ội ụ ê ệt ề ịch ụ 22
2.3.2. L con ph n chung MAC CPS
ớp ầ 23

2.3.2.1. Các định ạng
d MAC PDU 23
2.3.2.2. C c Q
ơ ấu AR 24
2.3.3. L con b o m
ớp ả ật 24
2.3.4. L con h t truy
ớp ội ụ ền TC 24
Chương 3. Hệ thống WiMAX di động. Phân tích và đánh giá 26
3.1. Mở đầu 26
3.2. Mô tả lớp PHY của WiMAX di động 27
3.2.1. Kh i ni
á ệm DM
OF 27
3.2.1.1. Nguyê ý ơ ả
n l c b n của OFDM 28
3.2.1.2. H ng tin dung
ệ thống thô OFDM 30
3.2.2. Ph n bi DM v DMA
â ệt OF à OF 38
3.2.3. C u tr symbol DMA v c chia nh k
ấ úc OF à việ ỏ ênh 40
3.2.4. Kh n ng m
ả ă ở ộng
r quy mô 42
3.2.5. C u tr khung T
ấ úc DD 43
3.2.6. C c t h ti n ti n c l PHY
ác đặ ín ê ế ủa ớp 45
3.3. Mô tả lớp MAC 47
3.3.1. Hỗ trợ chất lượng QoS 48
3.3.2. D v l l
ịch ụ ập ịch trình MAC (Scheduling) 50
3.3.2.1. Qu n l ngu n
ả ý ồ 52
3.3.2.2. Chuy n giao
ể 52
3.3.2.3. B o m
ả ật 54
3.4. Các tính năng tiên tiến của WiMAX di động 55
3.4.1. C ng ngh nten th nghi S
ô ệ ă ích AA 55
3.4.2. T s d t n s
ái ử ụng ầ ố 57
3.4.3. D v truy
ịch ụ ề đ đ ể
n a i m v b MBS
à phát quảng á 59

3.5. Đánh giá hoạt động của hệ thống WiMAX di động 61
3.5.1. C tham s h W
ác ố ệ thống iMAX di động 61
3.5.2. Quỹ đường ề
truy n WiMAX di động 62
3.5.3. tin c v head c MAP trong W
Độ ậy à Over ủa iMAX di động 65
3.5.4. Hi n ng ho c h
ệu ă ạt động ủa ệ thống WiMAX 68
3.6. Kiến trúc WiMAX 72
3.7. Các vấn đề cần quan tâm khác 77
3.7.1. C d
ác ứng ụng của WiMAX di động 79
3.7.2. V c
ấn đề phổ ủa WiMAX di động 80
3.7.3. C l h cho s W
ác ộ trìn ản phẩm iMAX 81
3.8. Các tính toán cho quá trình thiết kế WiMAX 82
3.8.1. Tốc độ downlink và uplink cực đại theo lý thuyết 82
3.8.2. B k nh v
án í ùng ủ
ph song v c ng s
à ác thô ố khác 83
3.8.3. Hi c
ệu suất phổ ủa trạm gốc BS 88
3.8.4. C t h to n trong k thu i u ch
ác ín á ỹ ật đ ề ế thích nghi 90
3.8.4.1. Suy hao truy n trong kh ng gian t
đường ề ô ự do 90
3.8.4.2. L u l
ư ượng của cell 93
3.9. Kết luận 94
Chương 4. Thi k v tri n khai th nghi W di cho m
ết ế à ể ử ệm iMAX động ạng
Viettel 96
4.1. K nghi W
ết quả thử ệm iMAX c c Viettel
ố định ủa 96
4.1.1. Quy mô và địa điểm triển khai 96
4.1.2. T h n
ín ăng của các CPE 97
4.2. Triển khai thử nghiệm WiMAX 101
4.2.1. Sơ đồ mạng thử nghiệm 101

4.2.2. C u h h th nghi
ấ ìn ử ệm 101
4.2.3. D v d n th nghi
ịch ụ ự kiế ử ệm 104
4.2.4. K nghi
ết quả thử ệm 104
4.3. Các thức đán á ượng à chỉ tiê á á ô
h gi chất l v u b o c o c ng nghệ 105
4.3.1. C h th
ác ức đánh gi l
á chất ượng 106
4.3.2. C u b o c
ác chỉ tiê á áo c ng ngh
ô ệ 106
4.4. Kế hoạch thử nghiệm WiMAX di động 107
4.4.1. T n s v dung l
ầ ố à ượng 108
4.4.2. C u tr
ấ úc thử nghiệm 108
4.4.3 T h ch nghi
ín ất thử ệm 109
4.4.5. C h gi l
ác thức đán á chất ượng 109
4.5. C v
ác ấn đề trong Mobile WiMAX 110
4.5.1. V Radio 110
ấn đề
4.5.2. V cung c p d v
ấn đề ấ ịch ụ 111
Kết luận
Phụ lục
Từ ngữ viết ắt
t

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng à
1.1. Các thuộc tính v phi n b c 802.16 7
ê ản ủa
B 1.2. So s h gi WiMAX v Wifi
ảng án ữa à 19
B 2.1. Thu
ảng ật ngữ à
v mô ả ô
t giao diện kh ng gian 22
B 3.1. C tham s
ảng ác ố tỷ lệ OFDM 43
B 3.2. C k thu m
ảng ác ỹ ật ã á à đ ề
ho v i u ch c h
ế đượ ỗ trợ 45
Bảng 3.3. Tốc độ dữ liệu PHY với các kênh con PUSC của WiMAX di động 47
B 3.4. C d
ảng ác ứng ụng à ượng ịch ụ
WiMAX v l
chất d v 49
B 3.5. C c
ảng ác tuỳ chọn ủa anten ti n ti
ê ến 56
B 3.6. C t
ảng ác ốc độ d cho c c u h h SIMO/MIMO
ữ liệu ác ấ ìn 57
B 3.7. C ng s h WiMAX di
ảng ác thô ố ệ thống động 62
B 3.8. C c th ng s DMA
ảng á ô ố OF 62
B 3.9. Ph ng th truy
ảng ươ ức ề ó
n s ng 62
B 3.10. Qu
ảng ỹ đường ề
truy n DL cho WiMAX di động 64
B 3.11. Qu
ảng ỹ đường ề
truy n UL cho WiMAX di động 65
B 3.12. C m h h k
ảng ác ô ìn ênh đ đường
a mô ỏng
ph hoạt động ệ
của h thống 68
Bảng 3.13. Mô hình kênh thuê bao hỗn hợp cho mô phỏng hoạt động của hệ thống 68
B 3.14. C c u h nh WiMAX di
ảng ác giả thiết ấ ì động 70
B 3.15. T h n ng ho c h WiMAX di
ảng ín ă ạt động ủa ệ thống động 71
B 3.16. Th ng s t h to
ảng ô ố ín án đường truyền 84
B 3.17. Hi
ảng ệu suất phổ 87
B 3.18. Gi v l 802.16
ảng ả định ật ý 92

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến sự bùng nổ của công
nghệ mạng không dây. Khả năng liên lạc không dây đã gần như tất yếu trong các
thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị kỹ
thuật số khác. Với các tính năng ưu việt về vùng phục vụ kết nối linh động, khả
năng triển khai nhanh chóng, giá thành ngày càng giảm.
Xu hướng kết nối không dây (vô tuyến) ngày càng trở nên phổ cập trong kết
nối mạng máy tính. Với chiều hướng giá thành của máy tính xách tay ngày càng
giảm và nhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nước phát triển các
dịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ cập, bạn có thể ngồi ở bất
cứ nơi đâu và truy nhập Internet từ máy tính xách tay của mình một cách dễ dàng
thông qua kết nối không dây và công nghệ dịch chuyển địa chỉ IP. Các công
nghệ hiện tại đã đem đến cho người sử dụng những khả năng kết nối không dây
thật hoàn hảo. Ví như Bluetooth kết nối không dây, Wi Fi truy xuất Internet
-
không dây, điện thoại di động...
Nhưng bên cạnh ưu điểm, công nghệ kết nối không dây hiện nay còn hạn chế
và chưa thật sự liên thông với nhau. Vấn đề chính với truy nhập WiFi đó là các
hotspot thì rất nhỏ, vì vậy phủ sóng rải rác. Cần có một hệ thống không dây mà
cung cấp tốc độ băng rộng cao khả năng phủ sóng lớn hơn. Đó chính là WiMAX
(Worldwide Interoperability Microwave Access). Nó cũng được biết đến như là
IEEE 802.16. m
WiMAX là ột công nghệ dựa trên nền tảng một chuẩn tiến hóa
cho mạng không dây điểm đa điểm. Là giải pháp cho mạng đô thị không dây
-
băng rộng với phạm vi phủ sóng tới 50km và tốc độ bit có thể lên tới 75Mbps
với kênh 20MHz, bán kính cell từ 2-9km.
Chuẩn được thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối
trực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Netwo MAN) đạt băng thông
rk-
tương đương xDSL, trục T1/E1 phổ biến hiện nay. Công nghệ WiMax đang là xu
hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập không dây

băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động. Chất lượng dịch vụ
được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di động, sử
dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép. WiMax thực sự đang được
các nhà cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm.
Nhận thấy Wimax là công nghệ mới có nhiều ứng dụng ở các nước trên thế giới
cũng như tại Việt nam trong tương lai, vì vậy em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu công
nghệ mạng truy nhập không dây Wimax- thiết kế và triển khai mạng WiMAX di
động”.
Nội dung nghiên cứu luận văn này được xây dựng trên cơ sở những kiến thức
đã được tiếp thu trong quá trình học tập, nghiên cứu tại khoa Điện tử Viễn thông
- Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng như thời gian làm việc tại Công ty công nghệ
Viettel.
Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu có giới hạn, bài luận văn này không tránh
khỏi có những sai sót, tác giả mong được sự góp ý chỉ bảo của các Thầy Cô và
bạn bè đồng nghiệp.
Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Nguyễn Đức
Thuận Bộ môn Công nghệ Điện tử và Y Sinh – Khoa ĐTVT Đại học Bách
- -
Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tận tình và có nhiều góp ý, cùng nhiều tài liệu bổ ích để
bản luận văn này được hoàn thành. Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng
nghiệp đã có những chỉ bảo và cung cấp chia sẻ những kết quả tài liệu quí giá
trong suốt thời gian thực hiện bài luận văn này.
Hà Nội, ngày 28 thán 11 năm 2008
Học viên
Ngô Thanh Hương

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trước hết, chúng ta nên hiểu công nghệ WiMAX là công nghệ như thế nào?
WiMAX(World Interoperability Microwave Access) là hệ thống truy nhập viba
có tính tương tác toàn cầu. WiMAX cho phép đưa truy cập các dịch vụ vô tuyến
tới số đông khách hàng. là tên thông dụng của chuẩn IEEE 802.16. Công nghệ
WiMAX cung cấp các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến cho truy nhập không dây
băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động. WiMAX có nhiều
ưu điểm vượt trội, như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, vùng phủ rộng, chất lượng
dịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di
động, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép. Ngoài ra, công
nghệ này còn đưa ra sự lựa chọn giá rẻ thay thế cho truy cập băng rộng qua cáp
và qua đường truyền thuê bao số DSL, chi phí lắp đặt cho một hạ tầng vô tuyến
dựa trên chuẩn IEEE802.16 cũng thấp hơn nhiều so với các giải pháp hữu tuyến,
thường đòi hỏi việc đi cáp trên đường phố và trong các toà nhà. Do vậy,
WiMAX đã trở thành một giải pháp hấp dẫn cho việc cung cấp kết nối băng rộng
trong mạng vô tuyến đô thị.
Từ những ưa điểm nổi trội trên của WiMAX và sự bùng nổ công nghệ trên
toàn thế giới về công nghệ này, việc tìm hiểu về công nghệ và khả năng ứng dụng
của nó trên thực tế là hết sức cần thiết.
Luận văn này trình bày các đặc điểm của WiMAX và đi sâu nghiên cứu công
nghệ WiMAX di động với các yếu tố cần thiết để thiết kế và tính toán phủ sóng
khi triển khai công nghệ WiMAX ở Việt Nam.
Ở Việt Nam công nghệ này chỉ mới được thử nghiệm bởi các nhà cung cấp
dịch vụ Internet, do vậy phần cuối của luận văn sẽ đưa ra kết quả thử nghiệm và
khả năng triển khai của công ty cổ phần viễn thông Viettel Telecom tại Việt Nam
và kế hoạch triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX di động của Viettel
Telecom.

Luận văn gồm 2 phần:
Phần 1. Giới thiệu WiMAX
Chương 1. Giới thiệu tổng quan công nghệ WiMAX.
- Các ưu điểm nổi bật của WiMAX
- Các chuẩn IEEE 802.16
- So sánh WiMAX và Wifi
Chương 2. Lớp MAC và lớp PHY
Phần 2. Phân tích thiết kế và triển khai WiMAX
Chương 3. Hệ thống WiMAX di động và các thông số cần thiết để tính toán
đường truyền khi thực hiện thiết kế và triển khai WiMAX di động.
Chương 4. Mô hình thiết kế và triển khai thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam
của công ty Viettel Telecom và kế hoạch thử nghiệm WiMAX di động của công
ty này.

1
Chương 1. Giới thiệu công nghệ WiMAX
Truy cập băng thông rộng đang đứng trước nhiều ngã rẽ trước sự phát triển
mạnh mẽ của ngành viễn thông trong những năm gần đây. Cả hai công nghệ vô
tuyến và băng thông rộng đều được sự chấp thuận của thị trường nói chu một
ng
cách nhanh chóng. Các dịch vụ di động không dây phát triển từ số lượng 11 triệu
thuê bao trong năm 1990 tới hơn 2 tỷ thuê bao vào năm 2005. Trong suốt thời
gian phát triển, mạng Internet đã lớn mạnh và trở thành một công cụ hữu ích và
có khoảng 1 tỷ người sử dụng. Sự phát triển chóng mặt của mạng Internet là yêu
cầu đặt ra cho các dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao, hướng tới sự phát triển
song song đối với băng thông rộng. Chưa đầy một thập kỷ, các dịch vụ băng
thông rộng đã phát triển từ số 0 tới trên 200 nghìn. Và có nhiều câu hỏi được đặt
ra, thứ nhất là có thể phát triển sự kết hợp giữa thương mại và kỹ thuật hay
không? Công nghệ truy cập không dây có thể đưa ra các ứng dụng băng thông
rộng và các dịch vụ được quan tâm tới những người sử dụng hay không? Trước
khi đi sâu vào nghiên cứu WiMAX chúng ta sẽ tìm hiểu về truy cập băng thông
rộng hiện nay.
1.1. Khái niệm về WiMAX
WiMAX (World Interoperability for Microwave Access) là hệ thống truy cập
vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên các chuẩn IEEE 802.16. Các chuẩn này
do hai tổ chức quốc tế là Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và
diễn đàn WiMAX là tổ chức triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16.
Mục đích của công nghệ truy cập vô tuyến đang được triển khai nhiều ứng
dụng triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di động. Trong khi, mạng
Wifi chỉ phục vụ mạng nội bộ LAN, còn mạng WiMAX chủ yếu phục vụ cho
mạng đô thị MAN.
Công nghệ WiMAX đưa ra sự lựa chọn giá rẻ thay thế cho truy cập băng rộng
qua cáp và qua đường truyền thuê bao số DSL, chi phí lắp đặt cho một hạ tầng

2
vô tuyến dựa trên chuẩn IEEE802.16 cũng thấp hơn nhiều so với các giải pháp
hữu tuyến, thường đòi hỏi việc đi cáp trên đường phố và trong các toà nhà. Do
vậy, WiMAX đã trở thành một giải pháp hấp dẫn cho việc cung cấp kết nối băng
rộng trong mạng vô tuyến đô thị.
Công nghệ WiMAX còn là giải pháp thiết thực để mở rộng các dịch vụ tới các
vùng miền khác nhau trên khắp cả nước, từ nông thôn tới các thị trường đang
phát triển, trong khi hạ tầng công nghệ hữu tuyến bị hạn chế.
Thực chât, WiMAX không phải là một công nghệ mới mà nó chỉ là một sự
thích nghi mang tính thương mại và có đổi mới dựa trên công nghệ đã được sử
dụng để mang các dịch vụ vô tuyến băng rộng phủ khắp toàn cầu.
1.2.Các tính năng và ưu điểm của WiMAX
WiMAX đã được thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với các
loại triển khai truy nhập có dây truyền thống như:
➢Bachhaul. Sử dụng các anten điểm – điểm để nối nhiều hotspot với nhau và
đến các trạm gốc qua những khoảng các dài (đường kết nối giữa điểm truy nhập
WLAN và mạng băng rộng cố định).
➢Last mile. Sử dụng các anten điểm – đa điểm để nối các thuê bao thuộc nhà
riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc.
WiMAX đã được phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như:
➢Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm –
đa điểm, công nghệ mesh và phủ sóng khắp mọi nơi. MAC (điều khiển truy nhập
phương tiện truyền dẫn) hỗ trợ điểm – đa điểm và dịch vụ rộng khắp bởi lập lịch
một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao SS (Subcriber Station). Nếu có duy
nhất một SS trong mạng, trạm gốc BS (Base Station) sẽ liên lạc với trạm thuê
bao SS trên cơ sở điểm – điểm. Một BS trong một cấu hình điểm – điểm có thể
sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xa hơn.
➢Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗn
hợp lưu lượng sẽ được mang. Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tự
nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng không

3
thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE).iMX
➢Triển khai nhanh: So sánh với triển khai các giải pháp có dây, WiMAX
yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài. Ví dụ, đào hố
để tạo rãnh các đường cáp thì không yêu cầu. Các nhà vận hành mà đã có được
các đăng ký để sử dụng một trong các dải tần đăng ký, hoặc dự kiến sử dụng một
trong các dải tần không đăng ký, không cần đệ trình các ứng dụng hơn nữa cho
chính phủ.
➢Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựa vào
sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng
cuối cùng. Chi tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác
nhau tới các thuê bao khác nhau, thậm chí tới những người dùng khác nhau sử
dụng cùng SS. Cung cấp truy nhập băng rộng cố định trong những khu vực đô
thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn, khắc
phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi mà các nhân tố công nghệ và
kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức.
➢Tính tương thích: WiMAX dựa vào quốc tế, các chuẩn không có tính chất
rõ rệt nhà cung cấp, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải
và sử dụng SS của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ
khác nhau. Tính tương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì
nó có thể chọn lựa thiết bị từ các nhà đại lý thiết bị, và nó sẽ tiếp tục đưa chi phí
thiết bị xuống khi có một sự chấp nhận đa số.
➢Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả năng
di động. Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao)
và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các thiết bị và các
dịch vụ trong một môi trường di động. Những cải tiến này, bao gồm OFDMA
mở rộng được, MIMO (nhiều đầu ra nhiều đầu vào), và hỗ trợ đối với chế độ
idle/sleep và han – off, sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ ở tốc độ tới 160
d
km/h. Mạng WiMax di động cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet
không dây băng thông rộng tại bất cứ trong thành phố nào.

4
➢Lợi nhuận: WiMAX dựa vào một chuẩn quốc tế mở. Sự chấp nhận đa số
của chuẩn, và sử dụng chi phí thấp, các chip được sản xuất hàng loạt, sẽ đưa chi
phí giảm, và giá cạnh tranh xảy ra sẽ cung cấp sự tiết kiệm chi phí đáng kể cho
các nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng. Môi trường không dây
được sử dụng bởi WiMAX cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phá vỡ những chi
phí gắn với triển khai có dây, như thời gian và công sức.
➢Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà không đòi
hỏi tầm nhìn thắng giữa BS và SS. Khả năng này của nó giúp các sản phẩm
WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS.
➢Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồm
BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM. Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao
và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặc QPSK). Các hệ thống
WiMAX có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và SS
không bị cản trở. Mở rộng phạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công cộng
(hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone) – cùng công nghệ thì có thể sử dụng ở nhà
và di chuyển. Ở những điều kiện tốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50
km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình là
gần 5 km với CPE (NLOS) trong nhà và gần 15km với một CPE được nối với
một anten bên ngoài (LOS).
➢Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các trạm gốc
với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất.
➢Tính mở rộng. Chuẩn 802.16 2004 hỗ trợ các dải thông kênh tần số vô
-
tuyến (RF) mềm dẻo và sử dụng lại các kênh tần số này như là một cách để tăng
dung lượng mạng. Chuẩn cũng định rõ hỗ trợ đối với TPC (điều khiển công suất
phát) và các phép đo chất lượng kênh như các công cụ thêm vào để hỗ trợ sử
dụng phổ hiệu quả. Chuẩn đã được thiết kế để đạt tỷ lệ lên tới hàng trăm thậm
chí hàng nghìn người sử dụng trong một kênh RF. Các nhà vận hành có thể cấp
phát lại phổ qua hình quạt như số thuê bao gia tăng. Hỗ trợ nhiều kênh cho phép
các nhà chế tạo thiết bị cung cấp một phương tiện để chú trọng vào phạm vi sử

5
dụng phổ và những quy định cấp phát được nói rõ bởi các nhà vận hành trong
các thị trường quốc tế thay đổi khác nhau.
➢Bảo mật: Bằng cách mật hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và SS, sử dụng
chuẩn mật hóa tiên tiến AES ở chế độ CCM, đảm bảo sự toàn vẹn của dữ liệu
trao đổi qua giao diện vô tuyến. Cung cấp cho các nhà vận hành với sự bảo vệ
mạnh chống lại những hành vi đánh cắp dịch vụ.
1.3. Các chuẩn 802.16
1.3.1. IEEE 802.16-2001
Chuẩn WiMAX đầu tiên được phê chuẩn bởi IEEE là chuẩn 802.16-2001.
Chuẩn ra đời vào tháng 12/2001 cung cấp băng rộng không dây cố định trong hệ
thống điểm tới điểm hoặc điểm tới đa điểm.
IEEE802.16- -66 GHz
2001 sử dụng điều chế đơn sóng mang trong dải tần 10
và cho song công cả đường lên và đường xuống TDD và FDD. Giản đồ điều chế
có thể được dùng là QPSK, 16QAM và 64QAM. Sự quan trọng của các giản đồ
sửa lỗi và điều chế khác nhau là có thể dùng được trong mạng chịu nhiều điều
kiện thời tiết khác nhau mà đó chính là nguồn gốc ảnh hưởng đến chất lượng
dịch vụ QoS (Quality of Service).
Trạm gốc BS tạo ra các bản đồ uplink và downlink mà sau đó được chia sẻ
với tất cả các nút của mạng. Các bản đồ này bao gồm thời gian truyền, khoảng
thời gian và sự điều chế. Các thuê bao chỉ cần tập trung vào trạm BS và không
cần lắng nghe các nút khác của mạng. Do sử dụng thuật toán lập lịch, mạng
không phải chịu đựng tình trạng quá tải hoặc tình trạng vượt quá lượng thuê bao.
SS có thể thương lượng để được cấp băng thông theo từng cụm. Các SS có thể
sử dụng các giản đồ điều chế khác nhau QPSK, 16QAM và 64QAM và các
khung khác nhau cũng có thể dùng các giản đồ điều chế này. Giản đồ điều chế
thực hiện tính ổn định và chất lượng của kết nối.
Tính năng quan trọng trong chuẩn 802.16 2001 là nó có khả năng cung cấp
-
chất lượng dịch vụ khác nhau. Một ID của luồng dịch vụ sẽ thực hiện kiểm soát

6
QoS. Các luồng dịch vụ được mô tả bởi các tham số QoS. Các luồng dịch vụ có
thể được bắt nguồn từ một trong hai BS hoặc SS.
802.16-2001 hoạt động trong tầm nhìn thẳng LOS.
1.3.2. IEEE 802.16a-2003
Chuẩn kế tiếp này được phê chuẩn vào 1/2003 và có nhiều sự thay đổi so với
c -
huẩn 802.16 2001 trước đó. Sự thay đổi quan trọng nhất là nó thêm vào tính
năng hỗ trợ hoạt động trong tần số cấp phép 2 11 GHz. Tính năng này quan
-
trọng là vì sẽ có rất nhiều công nghệ hoạt động trong dải tần đó. Tính năng quan
trong lớn nhất là IEEE802.1 2003 hỗ trợ hoạt động trong tầm nhìn không
6a-
thẳng NLOS. Với tính năng này có thể mở rộng mạng hơn rất nhiều so với khi
hoạt động trong chuẩn 802.16 2001. Trong chuẩn 802.16a 2003 cũng có nhiều
- -
sự thay đổi trong giản đồ điều chế. Cùng với điều chế đơn sóng mang, QPSK,
16QAM, 64QAM thì OFDM cũng là một tuỳ chọn của chuẩn này.Trong phạm vi
tần số 2 11 GHz thì có thể sử dụng OFDMA.
-

7
Bảng 1. . Các thuộc tính và phiên bản của 802.16
1
802.16-
2001
802.16a-2003 802.16c-
2002
802.16-2004 (hay
802.16Revd)
802.16e
Thời gian
phê chuẩn
12-2001 1-2003 12-2002 6-2004 2005
Dải tần
hoạt động
10-66 GHz 2-11 GHz 10-66 GHz 2-11 GHz 2-6 GHz
Ứng dụng Trục
“backhaul”
cho các
Hotspots
Dịch vụ E1/T1 cho
các công ty lớn.
Backhaul cho các
Hotspots.
Truy cập băng rộng
có hạn định cho các
hộ gia đình
Liên thông Truy cập băng rộng
trong nhà cho các
người dùng gia đình
(internet tốc độ cao,
điện thoại internet
VOIP)
Truy cập
băng rộng
di động cho
tất cả các
khách hàng
Điều kiện
kênh truyền
LOS NLOS LOS NLOS NLOS
Tốc độ
truyền
32-134
Mbps tại
độ rộng
kênh 28
MHz
Tối đa 75 Mbps tại
độ rộng kênh 20
MHz
Tối đa 75 Mbps tại
độ rộng kênh 20 MHz
Tối đa 15
Mbps tại độ
rộng kênh 5
MHz
Điều chế QPSK,
16QAM,
64QAM
OFDM 256 sóng
mang con, QPSK,
16QAM, 64QAM
QPSK,
16QAM
OFDM 256 sóng
mang con, QPSK,
16QAM, 64QAM
Scalable
OFDMA
Tính
chuyển
động
Cố định Cố định Cố định Cố định Khách đi
bộ, di động
chuyển
vùng
Độ rộng
kênh
20, 25 và
28 MHz
Lựa chọn trong
khoảng 15-20 MHz
20, 25 và 28
MHz
Lựa chọn trong
khoảng 15-20 MHz
Bán kính tế
bào
1-3 dặm 4-6 dặm
Có thể lên tới 30
dặm tuỳ vào chiều
cao, độ tăng ích của
anten và năng lượng
truyền
1-3 dặm 4-6 dặm
Có thể lên tới 30 dặm
tuỳ vào chiều cao, độ
tăng ích của anten và
năng lượng truyền
1-3 dặm
Thiết bị đầu
cuối khách
hàng (CPE)
Hộp mở
rộng được
nối tới PC
bằng một
anten
ngoài
Hộp mở rộng được
nối tới PC bằng một
anten ngoài
Hộp mở
rộng được
nối tới PC
bằng một
anten ngoài
Hộp mở rộng được
nối tới PC bằng một
anten ngoài
PC card
Chuẩn 802.16a hỗ trợ thêm kiến trúc mạng Mesh. Có nghĩa là lưu lượng có
thể được định tuyến từ SS này tới một SS khác. Do vậy nên trong lớp MAC có
một vài sự thay đổi để có thể truyền dẫn từ SS đến SS.

8
1.3.3. IEEE 802.16c-2002
Trong chuẩn này đã thêm vào hồ sơ hệ thống một cách chi tiết so với chuẩn
đầu tiên trong dải tần 10 66 GHz. Chuẩn này cũng đã sủa một vài lỗi trong phiên
-
bản đầu tiên.
1.3.4. IEEE 802.16-2004
Ba chuẩn 802.16 2001, 802.16c và 802.16a 2003 được tích hợp lại cùng nhau
- -
và tạo ra một chuẩn mới có tên gọi là 802.1 2004 hoặc 802.16
6- -Revd. 802.16-
2004 được phê duyệt vào 24/6/2004. Chuẩn này chỉ rõ giao diện không gian cho
hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định mà hỗ trợ nhiều dịch vụ đa
phương tiện. Lớp MAC hỗ trợ cơ bản kiến trúc PMP thêm tuỳ chọn topo mesh.
MAC được xây dựng để hỗ trợ nhiều đặc tính kỹ thuật của PHY tuỳ từng môi
truờng hoạt động cụ thể. Đối với tần số 10 66GHz, PHY dựa trên điều chế đơn
-
sóng mang, với tần số dưới 11GHz mà hoạt động không cần trong LOS thì có
dạng điều chế OFDM, OFDMA.
1.3.5. IEEE 802.16e
✓ Là sự sửa đổi tới chuẩn IEEE 802.16 (giao diện không gian cho các hệ
thống truy nhập không dây băng rộng cố định), việc sửa đổi dựa trên 802.16a và
802.16c.
✓ Chuẩn bao gồm lớp MAC và PHY cho kết nối cố định và di động trong
dải tần cấp phép.
✓ Chuẩn 802.16e đưa ra các khả năng di động mà cho phép nguời sử dụng
kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ internet không dây (WISP-wireless internet
service provider) khi họ di chuyển ra khỏi nhà hoặc là cơ quan hoặc là tới thành
phố khác miễn là vẫn có một WISP.
✓ Là đích ngắm cho các nguời dùng di động là những nguời mong muốn giữ
được kết nối trong khi đang di chuyển hoặc lái xe với tốc độ từ 75 93 dặm một
-
giờ.
1.4.Truyền sóng
Trong khi nhiều công nghệ hiện đang tồn tại cho không dây băng rộng chỉ có

9
thể cung cấp phủ sóng LOS, công nghệ WiMAX được tối ưu để cung cấp phủ
sóng NLOS. Công nghệ tiên tiến của WiMAX cung cấp tốt nhất cho cả hai. Cả
LOS và NLOS bị ảnh hưởng bởi các đặc tính đường truyền môi trường của
chúng, tổn thất đường dẫn, và ngân quỹ kết nối vô tuyến.
Trong liên lạc LOS, một tín hiệu đi qua một đường trực tiếp và không bị tắc
nghẽn từ máy phát đến máy thu. Một liên lạc LOS yêu cầu phẩn lớn miền
Fresnel thứ nhất thì không bị ngăn cản của bất kì vật cản nào, nếu tiêu chuẩn này
không thỏa mãn thì có sự thu nhỏ đáng kể cường độ tín hiệu quan sát. Độ hở
Fresnel được yêu cầu phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa vị trí
máy phát và máy thu.
Trong liên lạc NLOS, tín hiệu đến máy thu qua phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ. Các
tín hiệu đến máy thu bao gồm các thành phần từ đường trực tiếp, các đường
được phản xạ nhiều lần, năng lượng bị tán xạ, và các đường truyền bị nhiễu xạ.
Các tín hiệu này có khoảng trễ khác nhau, suy hao, phân cực, và độ ổn định quan
hệ với đường truyền trực tiếp. Là nguyên nhân gây ra nhiễu ISI và méo tín hiệu.
Điều đó không phải là vấn đề đối với LOS, nhưng với NLOS thì lại là vấn đề
chính.
Hiện tượng đa đường cũng có thể gây ra sự phân cực tín hiệu bị thay đổi. Vì
vậy sử dụng phân cực như là biện pháp sử dụng lại tần số, như được thực hiện
thông thường trong các triển khai LOS có thể khó giải quyết trong các ứng dụng
NLOS.
Một hệ thống vô tuyến sử dụng các tín hiệu đa đường này như thế nào hướng
tới một thuận lợi là chìa khóa để cung cấp dịch vụ trong các điều kiện NLOS.
Một sản phẩm mà chỉ đơn thuần tăng công suất để xuyên qua các vật cản (đôi lúc
được gọi là “gần tầm nhìn thẳng”) thì không phải là công nghệ NLOS bởi vì
phương pháp này vẫn còn dựa vào đường truyền trực tiếp đủ mạnh mà không sử
dụng năng lượng xuất hiện trong các tín hiệu gián tiếp.
Có nhiều ưu điểm mà những triển khai NLOS tạo ra đáng khao khát. Ví dụ,
các yêu cầu lập kế hoạch chặt chẽ và giới hạn chiều cao anten mà thường không

10
cho phép anten được bố trí cho LOS. Với những triển khai tế bào kề nhau phạm
vi rộng, nơi tần số được sử dụng lại là tới hạn, hạ thấp anten là thuận lợi để giảm
nhiễu kênh chung giữa các vị trí cell liền kề. Điều này thường có tác dụng thúc
đẩy các trạm gốc hoạt động trong các điều kiện NLOS. Các hệ thống LOS không
thể giảm chiều cao anten bởi vì làm như vậy sẽ có tác động đến đường quan sát
trực tiếp được yêu cầu từ CPE đến trạm gốc.
Hình 1. . Minh họa họat động WiMAX
1
Công nghệ NLOS cũng giảm phí tổn cài đặt bằng cách đặt dưới các mái che
thiết bị CPE đúng như nguyên bản và giảm bớt khó khăn định vị trí các địa điểm
đặt CPE thích hợp. Công nghệ cũng giảm bớt nhu cầu quan sát vị trí thiết bị phía
trước và cải thiện độ chính xác của các công cụ lập kế hoạch NLOS. Xem minh
họa trên hình 1.2.
Công nghệ NLOS và những tính g cao trong WiMAX tạo khả năng sử dụng
thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) trong nhà. Điều này có hai khó khăn chính;
đầu tiên là khắc phục những tổn hao xuyên qua tòa nhà và thứ hai là phủ sóng
các khoảng cách hợp lý với công suất truyền và các tăng ích anten thấp hơn mà
thường được kết hợp với các CPE trong nhà.
Công nghệ WiMAX, giải quyết và giảm nhẹ các vấn đề do bởi các điều kiện
NLOS bằng cách sử dụng: công nghệ OFDM, OFDMA, điều chế thích nghi, các

11
công nghệ sửa lỗi, các công nghệ anten thích ứng, điều khiển công suất, kênh
con. Dưới đây trình bày khái quát về những giải pháp nêu trên.
1.4.1. Điều chế thích nghi
Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh sơ đồ điều chế tín
hiệu phụ thuộc vào điều kiện SNR của liên kết vô tuyến. Khi liên kết vô tuyến
chất lượng cao, sơ đồ điều chế cao nhất được sử dụng, đưa ra hệ thống dung
lượng lớn hơn.
Hình 1. . Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi
2
Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống WiMAX có thể dịch đến một sơ
đồ điều chế thấp hơn để duy trì chất lượng kết nối và ổn định liên kết. Đặc điểm
này cho phép hệ thống khắc phục fading lựa chọn thời gian.
1.4.2. Công nghệ sửa lỗi
Các công nghệ sửa lỗi đã được hợp nhất trong WiMAX để giảm các yêu cầu tỉ
số tín hiệu trên tạp âm hệ thống. Các thuật toán FEC, mã hóa xoắn và chèn được
dùng để phát hiện và sửa các lỗi cải thiện thông lượng. Các công nghệ sửa lỗi
mạnh giúp khôi phục các khung bị lỗi mà có thể bị mất do fading lựa chọn tần số
và các lỗi cụm. Tự động yêu cầu lặp lại (ARQ) được dùng để sửa lỗi mà không
thể được sửa bởi FEC, gửi lại thông tin bị lỗi. Điều này có ý nghĩa cải thiện chất
lượng tốc độ lỗi bit (BER) đối với một mức ngưỡng như nhau.
BPSK, SNR = 6dB, 1bit/ Hz
QPSK, SNR = 9dB, 2bit/ Hz
16QAM, SNR = 16dB, 4bit/ Hz
64QAM, SNR = 22dB, 6bit/ Hz

12
1.4.3. Điều khiển công suất
Các thuật toán điều khiển công suất được dùng để cải thiện chất lượng toàn bộ
hệ thống, nó được thực hiện bởi trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất đến
mỗi CPE để điều chỉnh mức công suất truyền sao cho mức đã nhận ở trạm gốc
thì ở một mức đã xác định trước. Trong môi trường fading thay đổi động, mức
chỉ tiêu đã định trước này có nghĩa là CPE chỉ truyền đủ công suất thỏa mãn yêu
cầu này. Điều khiển công suất giảm sự tiêu thụ công suất tổng thể của CPE và
nhiễu với những trạm gốc cùng vị trí. Với LOS, công suất truyền của CPE gần
tương ứng với khoảng cách của nó đến trạm gốc, với NLOS, tùy thuộc nhiều vào
độ hở và vật cản
1.5. Các công nghệ vô tuyến tiên tiến
Công nghệ anten có thể dùng để cải thiện truyền dẫn theo hai cách – sử dụng
công nghệ phân tập và sử dụng các hệ thống anten và các công nghệ chuyển
mạch tiên tiến. Các công nghệ này có thể cải thiện tính co dãn và tỉ số tín hiệu
trên tạp âm nhưng không bảo đảm phát dẫn sẽ không bị ảnh hưởng của nhiễu.
1.5.1. Phân tập thu và phát
Các lược đồ phân tập được sử dụng để lợi dụng các tín hiệu đa đường và phản
xạ xảy ra trong các môi trường NLOS. Bằng cách sử dụng nhiều ăng ten
(truyền và/hoặc nhận), fading, nhiễu và tổn hao đường truyền có thể được
làm giảm. Phân tập truyền sử dụng mã thời gian không gian STC (Space
Time Code). Đối với phân tập nhận, các công nghệ như kết hợp tỷ lệ tối đa
MRC ( Maximum Rate Combining) mang lại ưu điểm của hai đường thu
riêng biệt. Về MISO (Multiple Input một đầu ra nhiều đầu
- Single Output-
vào) xem hình 1.3.

13
Hình 1. 3. MISO
iple Input-
Mở rộng tới MIMO( Mult Multiple Output) (xem hình 1.4), sử
dụng MIMO cũng sẽ nâng cao thông lượng và tăng các đường tín hiệu. MIMO
sử dụng nhiều ăng ten thu và/hoặc phát cho ghép kênh theo không gian. Mỗi ăng
ten có thể truyền dữ liệu khác nhau mà sau đó có thể được giải mã ở máy thu.
Đối với OFDMA, bởi vì mỗi sóng mang con là các kênh băng hẹp tương tự,
fading lựa chọn tần số xuất hiện như là fading phẳng tới mối sóng mang. Hiệu
ứng này có thể sau đó được mô hình hóa như là một sự khuếch đại không đổi
phức hợp và có thể đơn giản hóa sự thực hiện của một máy thu MIMO cho
OFDMA.
Hình 1. 4. MIMO

14
1.5.2. Các hệ thống ăngten thích nghi AAS (Advanced Antenna Systems)
AAS( hay
Advanced Antenna Systems Adaptive Antenna System) là một phần
tùy chọn. Các trạm gốc có trang bị AAS có thể tạo ra các chùm mà có thể được
lái, tập trung năng lượng truyền để đạt được phạm vi lớn hơn. Khi nhận, chúng
có thể tập trung ở hướng cụ thể của máy thu. Điều này giúp cho loại bỏ nhiễu
không mong muốn từ các vị trí khác. Xem hình 1.5 và hình 1.6.
Tiêu chuẩn 802.16 cung cấp thêm các tính năng và một cấu trúc báo hiệu cho
phép sử dụng các hệ thống ănten thông minh. Cấu trúc khung riêng biệt điểm –
đa điểm PMP được định nghĩa cho phép truyền các chùm DL và UL sử dụng các
tia định hướng, mỗi tia dành cho một hay nhiều SS. Ngoài ra có một tín hiệu
giữa BS và SS cho phép SS cung cấp các phản hồi về chất lượng kênh cho BS.
Hình 1. Dạng phủ sóng chùm (Beam Shaping
5. )

15
Hình 1. 6. Anten AAS đường xuống
Các thành phần thực và thành phần ảo của đáp ứng kênh đối với mỗi tia và
sóng mang con cụ thể được cung cấp cho BS. BS có thể xác định độ phân giải
tần số của phản hồi này. Tiêu chuẩn cho phép SS cung cấp đáp ứng kênh theo
mỗi sóng mang con thứ 4, 8, 16 hay 64. Một số sảnh phẩm ban đầu theo chuẩn
WiMAX dùng ănten thích nghi để cải thiện hiệu quả tần số của hệ thống.
1.5.3. So sánh giữa công nghệ Wifi và WiMAX
Sự khác nhau cơ bản nhất giữa Wifi và WiMAX là chúng được thiết kế cho
các ứng dụng hoàn toàn khác nhau.
- Wifi là một công nghệ mạng phủ sóng vùng nội hạt LAN, được thiết kế
để tăng thêm tính di động cho các mạng LAN hữu tuyến riêng.
- WiMAX được thiết kế để cung cấp một dịch vụ truy nhập không dây
băng rộng BWA (Broadband Wireless Access) cho mạng vùng đô thị
MAN.
Do vậy, Wifi chỉ hỗ trợ truyền dẫn trong phạm vi vài trăm mét thì WiMAX có
thể hỗ trợ người dùng trong bán kính tới hàng chục kilômét.
Bên cạnh đó, một số cải thiện vè công nghệ liên kết vô tuyến là khác nhau
giữa hai công nghệ này. Chuẩn IEEE 802.11 WLAN mô tả bốn giao diện liên kết
vô tuyến hoạt động trong băng tần vô tuyến không cấp phép 2.4GHz hoặc

16
5GHz. Các chuẩn WiMAX bao gồm một dải rộng hơn các bổ sung tiềm năng để
giải quyết các yêu cầu của sóng mang khắp thế
giới. Các băng tần WiMAX sử dụng cả băng tần cấp phép và băng tần không
cấp phép trong dải từ 2-11GHz.
Trong các băng tần không cấp phép, các chuẩn WiMAX kết hợp đặc điểm lựa
chọn tần số động ở những nơi mà sóng vô tuyến tự động tìm kiếm một kênh
chưa sử dụng. Trong các vùng ở xa, nhiễu có thể được giảm thiểu.
Đối với WiMAX, kênh đường lên và đường xuống sử dụng kỹ thuật ghép
kênh phân chia thời gian TDD và kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDD.
Trong TDD, với khe thời gian được ấn định cho đường lên và đường xuống tách
biệt nhau vì thế kênh truyền là song công toàn phần. Trong khi giảm tốc độ
truyền là 50% thì các hệ thống này chỉ sử dụng một nửa băng tần vô tuyến so với
FDD.
Đối với Wifi, sử dụng kỹ thuật TDD trên cơ sở tranh chấp nơi mà điểm truy
cập và các trạm sử dụng chung một kênh. Bởi vì hoạt động trong môi trường
dùng chung nên tất cả các mạng Wifi là bán song công. Wifi sử dụng hai công
nghệ truyền dẫn vô tuyến cơ bản.
- 802.11b: Liên kết vô tuyến sử dụng công nghệ trải phổ tuần tự trực tiếp
được gọi là khoá mã bổ sung CCK. Sau đó luồng bit được xử lý với mã
đặc biệt và được điều chế sử dụng Khoá dịch pha cầu phương QPSK.
- 802.11a và 802.11g: Sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao OFDM. Đầu phát mã hoá luồng bit trên 64 sóng mang sử
dụng BPSK, QPSK hay một trong hai kiểu 16– QAM. Một số
QAM, 64-
thông tin được phát là không cần thiết, vì thế đầu thu không phải nhận
tất cả các sóng mang con để khôi phục thông tin.
WiMAX sử dụng công nghệ OFDM và OFDMA cho lớp vật lý để làm tăng
quy mô và tốc độ cho mạng.
Cả Wifi và WiMAX đều sử dụng điều chế thích ứng và nhiều mức FFC để tối
ưu hoá tốc độ truyền và hiệu suất lỗi. Khi môt tín hiệu vô tuyến giảm công suất

17
hay có nhiễu dẫn đến tỷ lệ lỗi sẽ tăng. Điều chế thích ứng có nghĩa là đầu phát sẽ
tự động thay đổi để hiệu suất tăng lên hay thậm chí còn giảm đi.
Cơ chế hiệu chỉnh lỗi trước FEC ( Forward Error Correction) nhằm khắc phục
bớt lỗi và cải thiện hiệu năng truyền dẫn. Tuy nhiên, lúc đầu Wifi với chuẩn
802.11b chưa có FEC nhưng FEC mã xoắn đã được kết hợp với 802.11a và
802.11g. WiMAX sử dụng cả hai hệ thống FEC mã xoắn và Reed-Solomon.
Bên cạnh đó WiMAX được hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến hiện đại như các
ănten thông minh có thể làm giảm nhiễu và nâng cao tốc độ truyền. Kết hợp với
tính đa dạng đầu phát, đa dạng đầu thu MIMO để cải thiện phạm vi bao phủ. Tốc
độ truyền dữ liệu được hỗ trợ cho WiMAX là rất cao, lên tới 100Mbps trong một
kênh 20MHz, trong đó tốc độ được duy trì là 70Mbps. Đối với Wifi, tốc độ
truyền được hỗ trợ tối đa chỉ đạt 54Mbps.
Lớp MAC của Wifi và WiMAX hoàn toàn khác nhau.
➢ Đối với WiMAX thì giao diện lớp MAC có thể chia sẻ kênh vô
tuyến giữa hàng trăm người dùng trong khi vẫn đảm bảo QoS, WiMAX sử
dụng kỹ thuật yêu cầu cấp/phát loại trừ các tranh chấp đường lên hỗ trợ trễ
nhất quán cho thoại và trễ biến đổi cho các dịch vụ dữ liệu. Giao thức MAC
của WiMAX cũng có đặc điểm sửa lỗi sử dụng yêu cầu truyền lại tự động
ARQ (Automatic Repeat Request).
➢ Ngược lại trong Wifi thì giao thức lớp MAC dựa trên cơ sở tranh
chấp, giao thức MAC của Wifi được gọi là đa truy nhập cảm ứng sóng
mang tránh xung đột CSMA/CA. Trong khi WLAN là bán song công chia
sẻ môi trường, tất cả các trạm sẽ phát và thu trên cùng một kênh vô tuyến,
vấn đề cơ bản là các trạm không lắng nghe khi đang gửi và vì thế không thể
phát hiện xung đột. Do vậy, một kỹ thuật đã được hỗ trợ cho Wifi gọi là
chức năng điều khiển phân tán DCF (Distributed Control Function). Nền
tảng kỹ thuật cơ bản là định nghĩa một hệ thống của các khoảng thời gian
đợi và các bộ đếm thời gian lùi để giảm xung đột nhưng không huỷ bỏ các
xung đột. Một trạm Wifi sẽ chỉ phát nếu nó cho rằng kênh rỗi. Tất cả việc

18
truyền dẫn được xác nhận, vì thế nếu trạm gốc không được xác nhận, nó
cho rằng xung đột đã xảy ra và thử lại sau một khoảng thời gian đợi ngẫu
nhiên. Tác động của xung đột sẽ gia tăng khi lưu lượng tăng lên hay đang
trong tình trạng trạm di động không thể lắng nghe các trạm khác ( vấn đề
node ẩn).
Trong mạng WiMAX, giao thức yêu cầu cấp/phát nhận được hỗ trợ. Truy
nhập đường lên sẽ được điều khiển bởi trạm gốc. Các người dùng muốn truyền
đường lên đầu tiên phải gửi các yêu cầu trên một kênh truy nhập trên cơ sở tranh
chấp. Cho phép dành riêng để dùng kênh đường lên sau đó được cấp phát bởi trạm
gốc sử dụng một hệ thống chấp nhận. Chỉ có một trạm gốc được cho phép gửi trong
một thời điểm, như vậy không có xung đột đường lên.
Vấn đề bảo mật, điểm khác nhau chính giữa Wifi và WiMAX là riêng tư hay
khả năng để bảo vệ các truyền dẫn không bị lấy trộm. Bảo mật là một trong các
thiếu sót quan trọng của Wifi, mặc dù các hệ thống mật mã hoá tốt hơn là có sẵn.
Trong Wifi, mật mã hoá là tuỳ chọn, và có ba dòng công nghệ khác nhau được
định nghĩa:
• WEP (Wired Equipvalent Privacy) : Mật mã hoá 104 bit hoặc 40 bit
trên cở sở RC4 với khoá tĩnh
• WPA (Wifi Protected Access) : Một chuẩn mới sử dụng khoá WEP
104 hoặc 40 bit nhưng thay đổi khoá trên mỗi gói để cản trở những kẻ
trộm khoá. Giao thức chuyển khoá được gọi là giao thức toàn vẹn khoá
theo thời gian TKIP ( Temporal Key Integrity Protocol)
• IEEE 802.11i/ WPA2: Chuẩn này dựa trên công nghệ mật mã hoa
mạnh được gọi là chuẩn mật mã nâng cao AES ( Advanced Encryption
Standard)
Mã hoá trong WiMAX ban đầu là chuẩn mật mã số 3DES. Sau đó kết hợp với
chuẩn mật mã nâng cao AES và đảm bảo tính bảo mật cao.
Về tính di động trong Wifi và WiMAX cũng có những khác biệt. Trong khi
chuẩn 802.16 của WiMAX được thiết kế cho truy nhập băng rộng di động bảo

19
đảm tốc độ cao và chuyển giao không gián đoạn, đảm bảo tốc độ di chuyển của
giao thông. Với Wifi, tính di động bị hạn chế và chỉ đảm bảo cho việc di động
tốc độ thấp.
Bảng 1. . So sánh giữa WiMAX và Wifi
2
Tiêu chí 802.11 802.16
Tính mở
rộng
- Kênh trong giải tần số 20 MHz
- Thiết kế cho 10s MAC ( hàng chục
người dùng)
- -20MHz
Kênh có thể chọn từ 1.5
- Thiết kế cho 1000s MAC ( hàng
nghìn người dùng)
Khả năng
hoạt động
- Kênh tần số 20 MHz
- Tốc độ dữ liệu tối đa 54 Mbps
- -20MHz
Kênh tần số từ 1.5
- Tốc độ dữ liệu tối đa 63 Mbps
Chất lượng
dịch vụ
- Địa chỉ MAC phân quyền
- Không hỗ trợ độ trễ cho hình ảnh,
âm thanh
- Không phân chia nhiều mức dịch vụ
khác nhau cho người sử dụng
- Kỹ thuật điều chế TDD không đối
xứng
- Chất lượng dịch vụ theo mức ưu
tiên
- Địa chỉ MAC cấp phát
- Hỗ trợ tiềm năng cho hình ảnh, âm
thanh
- Phân chia nhiều mức dịch vụ khác
nhau cho người sử dụng
- Kỹ thuật điều chế TDD, FDD,
HFDD đối xứng và không đối xứng
- Chất lượng dịch vụ theo mức tập
trung
Tầm hoạt
động
- Hoạt động trong vòng 100m
- Không có hỗ trợ cho khoảng cách
xa, gần
- Thiết kế cho môi trường multipath
trong nhà
- Lớp vật lý và lớp MAC thiết kế cho
khoảng cách gần.
- Hoạt động trong vòng 40 km
- Thiết kế cho người sử dụng ở
khoảng cách xa
- Thiết kế cho môi trường multipath
ngoài trời
- Lớp vật lý và lớp MAC thiết kế cho
khoảng cách xa.
Tầm bao
phủ
- Tối ưu cho NLOS trong nhà
- Chưa hỗ trợ MESH
- Tối ưu cho NLOS ngoài trời
- Hỗ trợ MESH và kỹ thuật Anten
tiên tiến
Bảo mật Sử dụng chuẩn WEP Sử dụng Tripple DES (128bits) và
RSA (1024 bits)

Ngô Thanh Hương – CH. ĐTVT 2006-2008 20
Chương 2. Lớp PHY và lớp MAC
2.1. Mô hình tham chiếu
Hình 2.1 minh họa mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn. Trong mô
hình tham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC
tương ứng với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) trong mô hình OSI.
Hình 2. . Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMAX so sánh với mô
1
hình OSI
Trên hình ta có thể thấy lớp MAC bao gồm 3 lớp con. Lớp con hội tụ
chuyên biệt dịch vụ cung cấp bất cứ biến đổi hay ánh xạ dữ liệu mạng bên
MAC CS : MAC Convergence Sublayer
MAC CPS : MAC Common Sublayer

ngoài, mà nhận được qua điểm truy nhập dịch vụ CS (CS SAP – CS Service
Access Point), vào trong các MAC SDU (Service Data Unit) được tiếp nhận
bởi lớp con phần chung MAC (CPS) qua SAP MAC. Tức là phân loại các đơn
vị dữ liệu dịch vụ mạng ngoài (các SDU) và kết hợp chúng với định danh
luồng dịch vụ (SFID) MAC và định danh kết nối (CID) riêng. Nó cũng có thể
bao gồm các chức năng như nén đầu mục tải (PHS). Nhiều đặc tính CS được
cung cấp cho giao tiếp với các giao thức khác nhau. Định dạng bên trong của
payload CS là duy nhất với CS, và MAC CPS không được đòi hỏi phải hiểu
định dạng hay phân tích bất cứ thông tin nàu từ payload CS. MAC CPS cung
cấp chức năng MAC cốt lõi truy nhập hệ thống, định vị dải thông, thiết lập kết
nối, và quản lý kết nối. Nó nhận dữ liệu từ các CS khác nhau, qua MAC SAP,
mà được phân loại tới các kết nối MAC riêng. MAC cũng chứa một lớp con
bảo mật riêng cung cấp nhận thực, trao đổi khóa bảo mật, và mật hóa.
Lớp vật lý là một ánh xạ hai chiều giữa các MAC PDU và các khung lớp
-
vật lý được nhận và được truyền qua mã hóa và điều chế các tín hiệu RF.
2.2.Tổng quan lớp vật lý
• 10-66 GHz -
.Trong thiết kế của đặc tả PHY cho 10 66 GHz, sự
truyền lan “line of sight” (tầm nhìn không bị vật cản) là cần thiết. Do kiến
trúc “điểm nhiều điểm” về cơ bản BS truyền một tín hiệu TDM với những
trạm thuê bao riêng lẻ được định vị những khe thời gian theo chu kỳ. Sự truy
nhập theo hướng đường lên cho bởi TDMA. Tiếp theo những thảo luận mở
rộng về sóng công (duplexing), một thiết kế “cụm” (burst) được chọn cho
phép cả TDD tại đó đường lên và đường xuống dùng chung một kênh nhưng
không truyền cùng một lúc và FDD tại đó đường lên và đường xuống hoạt
động trong những kênh riêng biệt. Thiết kế “cụm” này cho phép cả TDD và
FDD được xử lý theo cách tương tự.
• 2-11 GHz -
. Các băng tần 2 11 GHz đã cấp phép và được miễn đều
nằm trong dự án IEEE 802.16a. Chuẩn 802.16a chủ yếu bao gồm sự phát
triển những đặc tả vật lý mới cho giao diện không gian và mỗi đặc tả trong

chúng đưa ra tính hoạt động cùng nhau. Lớp vật lý 2 11 GHz được thiết kế
-
do nhu cầu theo hướng hoạt động không trong tầm nhìn thẳng NLOS( Non-
light- -
of sight). Vì các ứng dụng mang tính dân cư, các việc truyền sóng phải
được thực hiện theo nhiều đuờng.
Bảng 2. . Thuật ngữ và mô tả giao diện khô
1 ng gian
Tên gọi Băng tần ứng dụng Song công Mô tả
WirelessMAN-SC 10-66 GHz TDD, FDD Đơn sóng mang
WirelessMAN-Sca 2-11 GHz băng tần
cấp phép
TDD, FDD Đơn sóng mang được mở rộng
tới các tần số NLOS
WirelessMAN-
OFDM
2-11 GHz băng tần
cấp phép
TDD, FDD OFDM hoạt động cho NLOS
WirelessMAN-
OFDMA
2-11 GHz băng tần
cấp phép
TDD, FDD OFDM được chia thành các
nhóm con cung cấp đa truy
cập trong một dải tần đơn
WirelessHUMAN 2-11 GHz băng tần
cấp phép được miễn
TDD Có thể là SC, OFDM hoặc
OFDMA
2.3. Lớp MAC (Media Access Control)
2.3.1. Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ MAC CS (Convergence
Sublayer)
Chuẩn định nghĩa hai lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ tổng thể để ánh
xạ các dịch vụ đến và từ những kết nối MAC. Lớp con quy tụ ATM được định
nghĩa cho những dịch vụ ATM và lớp con quy tụ gói được định nghĩa để ánh
xạ các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet và VLAN. Nhiệm vụ chủ yếu của
lớp con là phân loại các SDU (đơn vị dữ liệu dịch vụ) theo kết nối MAC thích
hợp, bảo toàn hay cho phép QoS và cho phép định vị dải thông. Ngoài những
chức năng cơ bản này, các lớp con quy tụ có thể cũng thực hiện nhiều chức
năng phức tạp hơn như chặn và xây dựng lại đầu mục tải tối đa để nâng cao
hiệu suất kết nối không gian.

2.3.2. Lớp con phần chung MAC CPS (Common Part Sublayer)
Lớp con phần chung MAC (MAC CPS) là trung tâm của chuẩn. Trong lớp
con này, các quy tắc cho quản lý kết nối, định vị dải thông và cơ cấu cho truy
nhập hệ thống được định nghĩa. Ngoài ra các chức năng như lập lịch đường
lên, yêu cầu và cấp phát dải thông, và yêu cầu lặp lại tự động (ARQ) cũng
được định nghĩa.
2.3.2.1. Các định dạng MAC PDU
Hình 2. 2. Các định dạng MAC PDU
MAC- -
BS và MAC MS trao đổi các bản tin, và các bản tin này được xem
như các PDU. Định dạng của MAC PDU như hình 2.9. Trên hình ta có thể
thấy bản tin bao gồm ba phần: header MAC chiều dài cố định là 6 bytes,
payload chiều dài thay đổi và CRC. Các MAC PDU có thể chứa hoặc các bản
tin quản lý MAC hoặc dữ liệu lớp con hội tụ MAC SDU. Payload là tùy
-
chọn, CRC cũng tùy chọn và chỉ được sử dụng nếu MS yêu cầu trong các
tham số QoS.
Có hai loại header MAC: header MAC chung (GMH) và header MAC yêu
cầu dải thông (BR). GMH được sử dụng để truyền dữ liệu hoặc các bản tin
quản lý MAC. Header BR được sử dụng bởi MS để yêu cầu nhiều dải thông
hơn trên UL. Header MAC và các bản tin quản lý MAC không được mật hóa.
* Các loại MAC PDU bao gồm:
-
- MAC PDU dữ liệu: payload là các MAC SDU, các segment.
- MAC PDU quản lý: payload là các bản tin quản lý MAC hoặc các gói IP
được gói gọn trong các MAC CS PDU, được truyền trên các kết nối quản
lý.
- Các MACPDU yêucầudải thông: HT =1; và không có payload, chỉ có header.
2.3.2.2. Cơ cấu ARQ (Automatic Repeat Request)

ARQ sẽ không được sử dụng với đặc tả PHY ơ cấu
WirelessMAN-SC. C
ARQ là một phần của MAC, mà là tùy chọn bổ sung. Khi được bổ sung, ARQ
có thể được phép trên cơ sở mỗi kết nối. Mỗi kết nối ARQ sẽ được chỉ rõ và
được dàn xếp trong thời gian tạo kết nối. Một kết nối không thể có sự kết hợp
cả lư ượng ARQ và không ARQ. Chỉ hiệu quả với các ứng dụng không thời
u l
gian thực.
2.3.2.3. Truy nhập kênh và QoS
IEEE 802.16 có thể ỗ
h trợ ề ị ụ thông tin (dữ ệ ạ
nhi u d ch v li u, tho i, video)
với các yêu cầu QoS khác nhau. Cơ cấu nguyên lý để cung cấp QoS là phải
kết hợp các gói qua giao diện MAC vào một luồng dịch vụ được nhận biết bởi
CID. Một luồng dịch vụ là một luồng vô hướng mà được cung cấp một QoS riêng
biệt. MS và BS cung cấp QoS này theo tập tham số QoS được định nghĩa cho
luồng dịch vụ. Mục đích chính của các đặc tính QoS được định nghĩa ở đây là để
xác định thứ tự và lập lịch truyền ở giao diện không gian.
2.3.3. Lớp con bảo mật
Toàn bộ bảo mật của 802.16 dựa vào lớp con bảo mật. Lớp con bảo mật là
lớp con giữa MAC CPS và lớp vật lý. Mục tiêu của nó là để cung cấp điều
khiển truy nhập, bảo mật liên kết dữ liệu, chịu trách nhiệm mật hóa, giải mã
dữ liệu vào/ra ở lớp vật lý (PHY). Đồng thời sử dụng cho cấp phép và trao đổi
khóa bảo mật, ngăn chặn đánh cắp dịch vụ.
Bảo mật của 802.16 gồm các thành phần sau: các liên kết bảo mật (SA),
chứng nhận X.509, giao thức cấp phép quản lý khóa riêng tư (authorization
PKM), quản lý khóa và riêng tư (PKM), mật hóa dữ liệu. Chương 3 sẽ nghiên
cứu sâu hơn về vấn đề bảo mật trong WiMax.
2.3.4. Lớp con hội tụ truyền TC
Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền dẫn TC. Lớp này thực hiện
sự biến đổi các MAC PDU độ dài có thể thay đổi vào trong các khối FEC độ
dài cố định (cộng thêm có thể là một khối được rút ngắn vào đoạn cuối) của
mỗi cụm. Lớp TC có một PDU có kích thước khớp với khối FEC hiện thời bị

đầy. Nó bắt đầu với 1 con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục MAC PDU tiếp theo bắt
đầu bên trong khối FEC.
Hình . Định dạng TC PDU
2. 3
Khuôn dạng PDU TC cho phép đồng bộ hoá MAC PDU tiếp sau trong
trường hợp khối FEC trước đó có những lỗi không thể phục hồi được. Không
có lớp TC, một SS hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của một cụm khi
có một lỗi không thể sửa chữa xuất hiện.
Preamble Khối PDU đầu tiên
khởi
đ
Khối PDU thứ 2
khởi đầu trong TC
hiện tại
Khối PDU khởi
đầu trong TC ngay
trước
PDU của lớp con TC
P = con trỏ 1 byte

Chương 3. Hệ thống WiMAX di động
Phân tích và đánh giá
3.1. Mở đầu
Một hệ thống được thiết kế và triển khai cần phải tính toán đến rất nhiều yếu
tố, các vấn đề tưởng như là riêng rẽ nhưng thực chất lại có mối liên quan với
nhau. Ví dụ như việc lựa chọn vị trí đặt thiết bị phát sóng sẽ liên quan tới các yếu
tố như: chi phí, công suất cần thiết của hệ thống, tầm phủ sóng, lưu lượng chịu
ảnh hưởng của việc chọn thiết bị phát sóng và tần số hoạt động. Do đó, ta có thể
hình dung được một phần nào sự phức tạp khi thiết kế một hệ thống lớn. Trong
luận văn này chỉ đề cập sâu vào việc trình bày cách thức tính toán các tham số
phục vụ cho việc thiết kế một mạng WiMAX di động.
Khi thiết kế hệ thống thì các tổng hợp đuợc càng nhiều thông số càng tốt. Và
đầu tiên cần phải biết hệ thống được triển khai ở đâu, phủ sóng cho khu vực nào
và công suất cần thiết là bao nhiêu. Ngoài ra, các bản thiết kế, sơ đồ, tài liệu liên
quan tới cấu trúc hiện tại của toà nhà, …sẽ có hữu ích trong việc ước lượng được
lưu lượng và vùng phủ sóng.
Trong một vùng phủ sóng, có rất nhiều trạm phát sóng được đặt ở các vị trí
khác nhau, do đó cần phải lựa chọn vị trí nào tập trung các trạm phát sóng để đạt
được kết quả tốt nhất theo một quan điểm thiết kế RF. Do đó, người thiết kế
cũgn phải tìm hiểu các đặc tính hoạt động của thiết bị.
Để lập sơ đồ thiết kế cho một hệ thống, người thiết kế cần phải tìm ra câu trả
lời những vấn đề sau:
•Độ dự trữ suy hao cần thiết của hệ thống là bao nhiêu?
•Mức độ suy hao hệ thống cần khắc phục được là bao nhiêu?
•Thiết bị của người sử dụng được gắn ở bên ngoài có ănten có độ
tăng ích cao hay không?

Bởi vì khi truyền sóng vô tuyến xảy ra hiệu ứng đa đường, tín hiệu bị phản
xạ hay còn gọi là Phadinh. Thông thường, độ dự trữ phadinh cho một hệ thống từ
8 –10 dB. Nếu tại phía thu, thiết bị được đặt trong toà nhà (Indoor) thì bản thân
toà nhà đó là nguyên nhân gây suy hao đường truyền. Một số suy hao tương ứng:
từ 5 7 dB đối với vật liệu là gỗ, cho tới 25dB nếu toà nhà đó được thiết kế với
-
vật liệu là kim loại và kính.
Nếu thiết bị của người sử dụng có ănten có độ tăng ích và định hướng tốt, nó
có thể khắc phục một phần suy hao đường truyền và tăng độ nhạy thu cho thiết
bị.
Khi một vị trí được xác định, mô hình truyền sóng sẽ được lựa chọn dựa trên
các tiêu chí về kinh độ, vĩ độ, độ cao. Điều này sẽ giúp người thiết kế một giải
pháp ước lượng trước phạm vi phủ sóng tại mỗi vị trí và nhanh chóng xác định
phương án nào phù hợp.
Trước khi đi vào phân tích các tham số liên quan đến thiết kế đối với một
mạng WiMAX di động trên cơ sở tiêu chuẩn 802.16e cần nhắc lại một số khái
niệm liên quan đến WiMAX di động.
3.2. Mô tả lớp vật lý PHY của WiMAX di động
3.2.1 Khái niệm OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)
Trước hết ta tìm hiểu khái niệm về OFDM.
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM là một trường hợp đặc
biệt của phương pháp điều chế đa sóng , trong đó các sóng mang con trực giao
với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu của các sóng mang con cho phép chồng lấn lên
nhau và phía thu có thể khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn tín
hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ tín hiệu lớn hơn nhiều so
với các kỹ thuật điều chế thông thường.
OFDM là một công nghệ điều chế và mã hoá số, đã được sử dụng thành công
trong ứng dụng hữu tuyến cũng như modem DSL và modem cáp. Các sản phẩm
của các công ty thành viên WiMAX Forum đang sử dụng các hệ thống 802.16
dựa trên OFDM để vượt qua những thách thức của việc truyền sóng NLOS.

OFDM đạt đến tốc độ và hiệu quả dữ liệu cao nhờ sử dụng nhân chồng các
tín hiệu sóng mang thay cho chỉ một tín hiệu. Ưu điểm quan trọng của OFDM là
khả năng mang lại hiệu suất băng thông cao hơn và do đó lưu lượng dữ liệu sẽ
cao hơn thậm chí phải đối mặt thách thức với kịch bản triển khai chẳng hạn như
các kết nối NLOS phải chịu suy hao đáng kể do điều kiện đa đường.
3.2.1.1 Nguyên lý cơ bản của OFDM
OFDM phân chia kênh truyền theo cả miền tần số và miền thời gian
Hình 3. . Phổ tần số của tín hiệu điều chế OFDM
1
Hình 3. . Điều chế OFDM và OFDMA
2
• Miền tần số chia thành nhiều băng con
• Miền thời gian chia thành liên tiếp các khe thời gian Ts

- -
Mỗi một ô (Thời gian Tần số) được bố trí một sóng mang. Mỗi khe thời
gian chứa N sóng mang gọi là một ký hiệu OFDM (OFDM symbol). Trong mỗi
khoảng thời gian đó các sóng mang được điều chế với vài bit dữ liệu, số bit
truyền trên mỗi sóng mang tuỳ thuộc vào các loại điều chế như BPSK là 1 bit,
QPSK là 2 bit, 8 PSK là 3 bit, 16 – PSK là 4 bit….v.v. Mỗi một symbol OFDM
-
chứa N sóng mang, tập hợp một số lượng nhất định symbol OFDM tạo thành
một khung truyền dẫn.
Trong OFDM, phổ của tín hiệu do các sóng mang trực giao nhau nên khi
ghép với nhau, phổ của chúng có thể chồng lên nhau mà không ảnh hưởng lẫn
nhau.
Hình 3. . Phổ của điều chế OFDM
3
Trong FDM, các tần số không có quan hệ này nên để tránh nhiễu giữa các
tần số kề nhau thì phổ của các kênh không được chồng lên nhau.
Hình 3. . Phổ của diều chế FDM
4
Vì vậy, độ rộng băng tần của FDM lớn hơn OFDM, với mỗi sóng mang tồn
tại thời gian Ts, phổ của nó là hàm Sin có độ rộng là 2/Ts. Giả sử có 5 sóng
mang ứng với 5 tần số khác nhau, dùng kỹ thuật FDM thì độ rộng băng tần yêu
cầu là : B(fdm) = 5 * 2/Ts = 10/Ts; dùng kỹ thuật OFDM thì băng tần yêu cầu
chỉ còn là : B(ofdm) = 5 * 1/Ts = 5/Ts. Như vậy, đối với OFDM thì hiệu suất sử
dụng phổ cao hơn so với FDM.

Hình 3. . Độ rộng băng tần của OFDM khi có 5 sóng mang
5
3.2.1.2 Hệ thống thông tin dùng OFDM
Trước tiên, phía máy phát dữ liệu vào nối tiếp được nhóm thành từng tổ hợp
M bít, sau đó chuyển thành dữ liệu song song. Mỗi tổ hợp phù hợp với kiểu điều
chế số M PSK được sử dụng trên mỗi sóng mang. IFFT chuyển đổI từng ký hiệu
-
OFDM miền thời gian. Khoảng an toàn được chèn vào giữa các ký hiệu OFDM
để tránh nhiễu xuyên ký hiệu ISI ( Inter –Interference) gây ra bởi méo đa
-symbol
đường. Cuối cùng, các ký hiệu rời rạc được chuyển đổi thành tương tự, được lọc
thông thấp rồi chuyển lên cao tần RF để phát lên kênh truyền dẫn. Máy thu xử lý
ngược lại quá trình phát, sau khi loại bỏ khoảng an toàn, khối FFT chuyển đổi tín
hiệu thu đựơc từ miền thời gian sang miền tần số. Tiếp theo tín hiệu được đưa
qua giải điều chế số và chuyển đổi song song thành nối tiếp để khôi phục lại dữ
liệu ban đầu.
Do nhiễu sóng mang nên rất dễ gây nên nhiễu xuyên sóng mang ICI (Inter
Carrier Interference). Để tránh điều này, kỹ thuật OFDM bố trí các sóng mang
trực giao với nhau – có nghĩa là khoảng cách giữa các sóng mang bằng nghịch
đảo của thời gian một ký hiệu Ts.
Độ rộng băng tần

Hình 3. . Sơ đồ hệ thống thông tin dùng OFDM
6
Trong một hệ thống OFDM, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành các
luồng dữ liệu con song song có tốc độ dữ liệu nhỏ hơn (giúp tăng khoảng thời
gian của symbol), mỗi một luồng con được điều chế và phát lên một sóng mang
con trực giao riêng biệt.
• Việc tăng khoảng thời gian OFDM symbol giúp cho OFDM cải thiện được
đáng kể trễ kênh truyền.
• Hơn nữa, việc thêm tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix) có thể loại bỏ hoàn toàn
nhiễu xuyên ký hiệu ISI, miễn là khoảng CP dài hơn độ trễ kênh truyền. CP này
là bản sao những mẫu cuối cùng tại vị trí dữ liệu của khối được gắn vào phần
mào đầu của một tải tin như trên hình 3.7. CP này chặn được can nhiễu xuyên
khối (nhiễu ICI và ISI), làm cho kênh được luôn được luân chuyển và cho phép
cân bằng miền tần số với độ phức tạp thấp.
• Nhược điểm của CP là nó thêm vào từ phần mào đầu đoạn làm giảm hiệu quả
sử dụng băng thông. Trong khi, CP thực sự làm giảm hiệu quả sử dụng băng
Dữ liệu vào nối
tiếp
Chuyển đổi
nối tiếp/song
song
Điều
chế
số
IFFT
Chèn
khoảng
Bảo vệ
Kênh
Truyền
Dẫn
Loại bỏ
khoảng
Bảo vệ
FFT
Giải điều
Chế số
Chuyển đổi
song song/nối
tiếp
Dữ liệu ra nối
tiếp
Nhiễu

thông thì tác động của CP tương tự như hệ số ”Roll off” trong các hệ thống sóng
-
mang đơn đựơc lọc Cosine nâng. Do OFDM có phổ rất nhọn, gần như bức tường
gạch, nên một phần lớn của băng tần kênh đã phân bố có thể được tận dụng để
truyền số liệu, giúp bù đắp lại hiệu quả băng thông do sử dụng tiền tố vòng CP.
OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh đa đường bằng cách mã hoá và
xen thông tin trên các sóng mang con trước lúc phát. Điều chế OFDM được thực
hiện bằng thuật toán biến đổi ngược Fourier nhanh IFFT, cho phép một lượng
lớn sóng mang con (lên tới 2048) bớt phức tạp hơn. Trong một hệ thống OFDM,
tài nguyên có sẵn trong miền thời gian chính là các symbol OFDM (ký hiệu) và
trong miền tần số chính là các sóng mang con. Tài nguyên về thời gian và tần số
có thể được bố trí vào các kênh con để phân bổ tới từng người sử dụng riêng
biệt.
OFDMA là một kỹ thuật đa truy nhập ghép kênh cho phép ghép kênh các
luồng dữ liệu từ nhiều người sử dụng trên các kênh con đường xuống, và đa
truy nhập đường lên nhờ các kênh con đường lên. OFDMA cũng là kỹ thuật
được sử dụng trong WiMAX di động, còn OFDM được sử dụng trong WiMAX
cố định.
Ta sẽ tìm hiểu thêm về vấn đề này ở phần sau, sự khác biệt giữa hai kỹ thuật
OFDM và OFDMA.
a. Thuật toán IFFT tạo tín hiệu OFDM
Phép biến đổi nhanh fourier FFT (Fast Fourier Transform) có ứng dụng rộng
rãi trong xử lý số tín hiệu.biến đổi FFT thuận chuyển tín hiệu từ miền thời gian
rời rạc sang miền tần số rời rạc. Biến đổi FFT ngược thực hiện chuyển tín hiệu từ
miền tần số rời rạc sang miền thời gian rời rạc. Giả sử x(n) là tín hiệu rời rạc
theo thời gian tuần hoàn chu kỳ N (N mẫu/chu kỳ) chuyển sang miền tần số rời
rạc X(k). Phép biến đổi FFT thuận N điểm viết dưới dạng tổng các hàm sin và
cosin như sau:

X(k)=   

















 N
kn
os
c
n
x
j
N
kn
n
x
N
n
N
n

 2
).
(
2
sin
.
1
0
1
0
X(k) là giá trị phổ tại tần số thứ k (k=0,1,2…,N 1) cũng là hàm tuần hoàn
-
chu kỳ N,x(n) là tín hiệu tại thời điểm n. Phép biến đổi FFT ngược (IFFT)
chuyển đổi toàn bộ phổ tần X(k) sang tím hiệu miền thời gian rời rạc. Phép biến
đổi IFFT với điểm N là:
X(n) = 












 




 N
kn
k
X
N
j
N
kn
k
X
N
N
k
N
k

 2
cos
).
(
1
2
sin
)
(
1 1
0
1
0
Sự khác nhau giữa FFT và IFFT chỉ là hệ số (biên độ) của hàm sin,cosin và
dấu trừ. Hai quá trình trên là một cặp tuyến tính,dùng IFFT ở máy phát và FFT ở
máy thu ta khôi phục được tín hiệu ban đầu.điều này được minh hoạ như hình
sau:
Tần số Thời gian Tần số
Hình 3. 7. Khôi phục lại phổ tín hiệu ban đầu khi dùng liên tiếp IFFT và FFT
Các bít tín hiệu ở từng dòng có thể được xem như biên độ của 4 hàm sin với
tần số khác nhau.Vì thế ta có thể dùng IFFT để tạo ra tín hiệu miền thời gian.
Cần lưu ý là tín hiệu đang trong niền thời gian, mà IFFT là chuyển đổi tín hiệu từ
miền tần số sang miền thời gian? Câu trả lời đó là ta coi các bít vào không phải
IFFT FFT

biểu diễn miền thời gian mà là ở miền tần số 1,2,3 và 4Hz. Bằng cách này chúng
ta có thể đưa các bít này vào IFFT để tạo ra tín hiệu OFDM miền thời gian.
b. Dải bảo vệ trong OFDM
Trở ngại duy nhất trong việc sử dụng trong kỹ thuật là bản
FFT OFDM
chất không tuần hoàn của tín hiệu trong miền thời gian. Ðiều này có thể được
giải quyết bằng cách thêm một thời khoảng bảo vệ Tg, đoạn này chính là bản sao
của ký hiệu tích cực (Tải dữ liệu) trong Tg giây trước. Ðoạn thêm vào này
thường được gọi là CP (cyclic prefix) bởi vì nó làm cho ký hiệu OFDM như là
tuần hoàn đối với máy thu. Tín hiệu thu sau đó sẽ được xấp xỉ bằng phép chập
tuần hoàn giữa tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh.
Hình 3. . Sơ đồ chèn tiền tố vòng CP vào OFDM symbol
8
Chiều dài của dải bảo vệ bị hạn chế nhằm đảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần.
Tuy nhiên, nó phải dài hơn đáp ứng xung của kênh nhằm duy trì tính trực giao
giữa các sóng mang con và loại bỏ được các loại giao thoa ICI và ISI. Những lợi
ích đạt được nhờ chèn thêm dải bảo vệ này thường có giá trị hơn những suy giảm
trong hiệu suất sử dụng dải tần và trong tỷ số SNR. Ðể minh hoạ cho điều này,
chúng ta có thể thấy rằng năng lượng phát sẽ tăng khi tăng chiều dài Tg của CP,
trong khi đó thì năng lượng tín hiệu thu và lấy mẫu vẫn giữ nguyên.
Năng lượng phát trên một sóng mang con là :
 
Tg
Ts
Ts
dt
t




2
Ts
Tu
Tg
Tiền tố
vòng
CP
Tg
Độ dài một symbol
Thời gian hữu ích
của symbol
Tải dữ liệu

Và suy giảm SNR do loại bỏ CP tại máy thu là :









Ts
Tg
SNR
loss
1
10log10
Như vậy, CP có chiều dài càng lớn thì suy giảm SNR càng nhiều. Thông
thường, chiều dài tương đối của CP sẽ được giữ ở mức nhỏ, còn suy giảm SNR
sẽ chủ yếu là do yêu cầu loại bỏ giao thoa ICI và ISI (nhỏ hơn 1dB với Tg/T <
0,2).
c. Sơ đồ khối hệ thống OFDM
Trong hệ thống OFDM, mã hoá và giải mã các tín hiệu X, Y và L được
phát/thu và các symbol dữ liệu đã được ước lượng, đựơc thực hiện trong miền
tần số.
1. Đầu tiên, chuyển đổi tín hiệu băng rộng B thành các tín hiệu băng hẹp L gọi là
các sóng mang con (Sub-carriers), mỗi sóng mang con có băng thông B/L. Ở
bước này, tốc độ tổng symbol được bảo toàn, nhưng mỗi sóng mang con bị
Fađinh phẳng hay còn được hiểu là trao đổi thông tin không bị nhiễu xuyên ký tự
ISI (ISI –free), và tiền tố vòng CP được sử dụng để hạn chế trễ truyền lan. Các
sóng mang con L với một symbol OFDM cho trước được biểu diễn bởi vector X,
nghĩa là X gồm các symbol L.
2. Điều chế các tín hiệu băng hẹp L. Sử dụng bộ biến đổi Fourier ngược
IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) điều chế các sóng mang con L.
3. Thuật toán biến đổi IFFT/FFT chuyển kênh ISI thành các sóng mang con
trực giao, tiền tố vòng CP chiều dài được thêm vào sau bước biến đổi
v
Fourier ngược IFFT. Các symbol thu được được đưa lên các kênh
L + v
truyền băng rộng theo chuỗi.
4. Ở phía thu, tiền tố vòng CP bị loại bỏ, các symbol L thu được được giải
điều chế, sử dụng bộ biến đổi FFT, kết quả thu được là trong mỗi symbol L
thì mỗi một sóng mang con có dạng :
l
N
X
H
Y l
l
l
l



5. Mỗi sóng mang con được cân bằng qua bộ FEQ bằng cách phân chia các
hệ số khuyếch đại kênh phức tạp cho mỗi sóng mang đó. Kết quả thu
H(i)
được có dạng :
H
N
X
X l
l
l
l


ˆ
Hình 3. . Sơ đồ hệ thống thông tin OFDM
9
Hình 3. . Sơ đồ bộ phát tín hiệu OFDM
10
3.2.2. Phân biệt OFDM và OFDMA
Câu hỏi đặt ra ở đây là tại sao ?
- Chuẩn IEEE 802.16d ( F ixed WiM AX) sử dụng kỹ thuật OFDM
- Chuẩn IEEE 802.16e ( Mobile WiMAX) sử dụng kỹ thuật OFDMA
Và sự khác biệt giữa hai kỹ thuật này là gì? Tại sao lại có sự khác biệt đó?

a.Trong hệ thống FDM
- Các tín hiệu từ các bộ phát được truyền phát đồng thời (ở cùng một
khe thời gian Ts) trên các tần số khác nhau.
- Mỗi một dải tần (sóng mang con) được điều chế riêng rẽ bởi các
luồng dữ liệu khác nhau và một khoảng trống gọi là khỏang bảo vệ (Guard
Band) được đặt giữa mỗi một sóng mang con để tránh việc chồng lấp tín
hiệu.
b.Trong hệ thống OFDM
OFDM được nhắc tới như một kỹ thuật điều chế đa sóng mang bởi vì:
- Thay vì một sóng mang đơn được điều chế, một lượng lớn các sóng
mang con kể cả sóng mang trống (khoảng bảo vệ) đều được điều chế bằng kỹ
thuật QAM
- Kỹ thuật trải phổ này làm tăng hiệu quả truyền dữ liệu bằng việc
tăng truyền phát dữ liệu do điều chế được nhiều sóng mang hơn.
Hơn nữa, vấn đề tín hiệu đa đường bị loại bỏ và nhiễu phổ được giảm rất lớn
bởi vịêc chọn điều chế các sóng mang “ sạch” và loại trừ các sóng mang có tỷ lệ
lỗi bit cao.

OFDM giống FDM
- OFDM cũng sử dụng nhiều sóng mang con nhưng giữa các sóng mang con
hầu như là ko có khoảng trống mà không gây nhiễu, loại bỏ được các khoảng
bảo vệ giữa các sóng mang con liền kề nhau. Do các tần số (sóng mang con) là
trực giao, có nghĩa là đỉnh của sóng mang con này trùng khít với khoảng trống
của sóng mang con liền kề (chính là khoảng bảo vệ của sóng mang kế tiếp)
Trong hệ thống OFDM, luồng dữ liệu tốc độ cao được chia song song thành
các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn. Mỗi một luồng dữ liệu nhỏ hơn này được ánh
xạ vào các sóng mang con dữ liệu riêng biệt và được điều chế sử dụng một trong
các loại điều chế sau : QAM (Quadrature Amplitude Modulation), PSK (Phase
Shift Keying), BPSK (Binary PSK), QPSK, 16 QAM, 64
– – QAM
OFDM sử dụng ít băng thông hơn FDM để mang cùng một lượng thông tin
với hiệu suất trải phổ cao hơn. Bên cạnh đó, một hệ thống OFDM như WiIMAX
có khả năng hồi phục nhanh chóng hơn trong môi trường truyền không trong
tầm nhìn thẳng NLOS. Nó có thể khắc phục được hiệu ứng nhiễu và phadinh lựa
chọn tần số do đa đường bởi vì việc làm bằng nhau được thực hiện trên cả cụm
các sóng mang con thay vì trên một sóng mang đơn. Ảnh hưởng của nhiễu ISI
(Inter Symbol Interference) bị hạn chế bởi chiều dài symbol của các sóng mang
con OFDM song song dài hơn hệ thống sóng mang đơn và sử dụng tiền tố vòng
CP.
OFDM đã ứng dụng trong rất nhiều công nghệ băng rộng như TV kỹ thuật
số, modem ADSL, và mạng không dây IEEE 802.11a/g.

c.Trong hệ thống OFDMA
Giống như OFDM, OFDMA là kỹ thuật điều chế đa sóng mang có khoảng
cách gần nhau nhưng các sóng mang này được phân chia thành các nhóm sóng
mang. Mỗi một nhóm gọi là băng con (subchannel). Các sóng mang con hợp
thành băng con không cần thiết phải liền kề nhau. Trên đường downlink, một
băng con có thể kéo dài ở các phía thu khác nhau. Trên đường lên uplink, một bộ
phát có thể được gán một hoặc nhiều băng con.
Tổ hợp băng con định nghĩa các băng con (subchannel), mỗi băng con xác
định một trạm thuê bao SS (Subcriber Station) tuỳ thuộc vào các điều kiện kênh
và yêu cầu dữ liệu của chúng. Bằng việc sử dụng tổ hợp băng con, trong cùng
một khe thời gian Ts, một trạm gốc BS (Base Station) của mạng WiMAX di
động có thể phát công suất lớn hơn đối với các thiết bị của người sử dụng là các
trạm thuê bao SS với tỷ lệ nhiễu SNR thấp hơn, và công suất phát nhỏ hơn với tỷ
lệ nhiễu SNR cao hơn. Tổ hợp băng con cũng giúp cho trạm gốc BS phát với
công suất cao hơn tới trạm thuê bao SS trong toà nhà để thu được kết quả có độ
phủ sóng trong toà nhà tốt hơn.
Hình 3. . So sánh kỹ thuật OFDM và OFDMA
11

Với những ưu điểm của kỹ thuật OFDMA linh hoạt và cho phép sử dụng
hiệu quả hơn về công suất và phổ nên trong WiMAX di động người ta sử dụng
kỹ thuật ghép kênh OFDMA.
3.2.3. Cấu trúc symbol OFDMA và việc chia nhỏ kênh
Cấu trúc symbol OFDMA bao gồm 3 loại sóng mang con như trên hình 3.12.
-Sóng mang con chủ ( pilot dẫn đường) để tính toán và đồng bộ hoá
-
-Sóng mang con dữ liệu để dành cho truyền dữ liệu
-Sóng mang con trống “Null” – không để truyền dẫn, được sử dụng cho
-
các băng tần bảo vệ ( khoảng bảo vệ) và các sóng mang DC.
Hình 3. . Cấu trúc sóng mang con OFDMA
12
Các sóng mang con tích cực (bao gồm dữ liệu và pilot) được nhóm lại thành
các hợp các sóng mang con gọi là kênh con (subchannel). Lớp PHY của
WiMAX OFDMA hỗ trợ việc chia nhỏ kênh, cho phép ghép các kênh con ở cả
đường lên (UL) và đường xuống (DL). Đơn vị tài nguyên tần số thời gian nhỏ
-
nhất của ghép kênh con là một khe tương ứng với 48 tone dữ liệu ( hay 48 sóng
mang con).
Có hai cách hoán vị sóng mang con để chia nhỏ kênh : Hoán vị phân tập và
hoán vị lân cận.
• Hoán vị phân tập : lấy ra các sóng mang con một cách giả ngẫu nhiên để
tạo nên một kênh con. Nó cung cấp phân tập tần số và trung bình hoá can hiễu
liên tế bào. Hoán vị phân tập gồm : DL FUSC ( Fully Used Sub-carrier), DL
PUSC ( Partially Used Sub-carrier), và UL PUSC với các lựa chọn hoán vị khác.
Sóng
mang con
dữ liệu
Sóng
mang con
DC
Sóng
mang con
pilot
Sóng
mang con
bảo vệ

Với DL PUSC, với mỗi cặp symbol OFDMA các sóng mang con sắn có hoặc các
sóng mang con không sử dụng được ghép vào các nhóm 14 sóng mang con lân
cận trên mỗi chu kỳ của symbol, sự phân bố dữ liệu và tín hiệu pilot trong mỗi
Cụm (Cluster) theo các symbol chẵn lẻ như trong hình 3.13.
Hình 3. 13. Kênh con phân tập tần số đường xuống DL
Kỹ thuật tái sắp xếp dùng để tạo thành các Nhóm (Group) của các Cụm
(Cluster) sao chô mỗi Nhóm được tạo thành từ các Cụm được phân bổ trên
khoảng không gian các sóng mang con. Một kênh con trong một Nhóm chứa 2
Cụm và được hình thành từ 48 sóng mang con dữ liệu và 8 sóng mang con pilot.
Các sóng mang con chứa dữ liệu trong mỗi Nhóm lại được hoán vị tiếp để tạo
thành các kênh con trong chính Nhóm đó. Do vậy. hình 3.13 chỉ mô tả vị trí dẫn
đường trong Cụm. Các sóng mang con dữ liệu trong Cụm được phân bố cho
nhiều kênh con.
Tương tự, với cấu trúc cho DL, một cấu trúc khung lợp (Tile) được định
nghĩa cho UL PUSC có định dạng như hình 3.14.
Hình 3. .Cấu trúc khung lợp cho đường lên UL
14
Các symbol lẻ
Các symbol chẵn
Sóng mang con dữ
Sóng mang con pilot
Sóng mang con dữ liệu
Sóng mang con pilot
Symbol 0
Symbol 1
Symbol 2

Không gian sóng mang con khả dụng được chia thành các Khung lợp và 6
khung lợp được chọn ra từ toàn bộ phổ nhờ một kỹ thuật tái sắp xếp/ hoán vị,
chúng được tổ hợp lại thành khe (Slot). Khe này bao gồm 48 sóng mang con
chứa dữ liệu và 24 sóng mang con pilot trong 3 symbol OFDMA.
• Hoán vị lân cận gộp một khối (Block) các sóng mang con lân cận thành
một kênh con. Cá hoán vị lân cận gồm DL AMC và UL AMC và có cùng cấu
trúc. Một Máng (Bin) bao gồm 9 sóng mang con lân cận trong một Symbol,
trong đó 8 sóng mang con dành cho dữ liệu và 1 được dành cho pilot. Một khe
(slot) trong AMC được xác định là tập hợp các Máng theo kiểu (N x M = 6),
trong đó N là số các máng lân cận và M là số symbol lân cận. Do vậy, các tổ hợp
được phép là: {(6 Bin, 1 symbol), (3 Bin, 2 symbol), (2 Bin, 3 symbol), (1 Bin, 6
symbol)}. Hoán vị AMC cho phép phân tập nhiều người sử dụng bằng cách chọn
các kênh con có đáp ứng tần số tốt nhất.
Nhìn chung, hoán vị sóng mang phân tập làm việc tốt trong môi trường các
ứng dụng di động, còn hoán vị lân cận phù hợp với môi trường cố định, cầm tay
hoặc ít di động. Các lựa chọn này cho phép các nhà thiết kế hệ thống có sự cân
nhắc giữa tính di động và lưu lượng.
3.2.4. Khả năng mở rộng quy mô
Phương thức MAN không dây IEEE 802.16e 2005 được dựa trên khái niệm
-
OFDMAtheo tỷ lệ ( S – OFDMA hỗ trợ một dải
-OFDM Scablable OFDMA). S-
rộng các băng tần nhằm đáp ứng một cách linh hoạt nhu cầu thay đổi khi phân bổ
nhiều loại phổ và các yêu cầu mô hình sử dụng. Khả năng tỷ lệ có được là do
điều chỉnh kích thức FFT trong khi cố định khoảng cách tần số sóng mang con là
10,94khZ. Do băng tần sóng mang con và độ dài symbol là cố định nên giảm
thiêu được các tác động tới lớp cao hơn khi thay đổi băng tần. Bảng 3.1. thống
kê các thông số của S OFDMA. Các băng tần hệ thống dành cho 2 trong số
-
phiên bản ban đầu được phát triển nhóm công tác kỹ thuật diễn đàn WiMAX cho
phiên bản đầu tiên là 5 và 10MHz.

Bảng 3. . Các tham số tỷ lệ OFDMA
1
Tham số Giá trị
Băng thông kênh của hệ thống (MHz) 1.25 5 10 20
Tần số lấy mẫu ( Fp tính theo MHz) 1.4 5.6 11.2 22.4
Kích thước FFT( NFFT) 128 512 1024 2048
Số kênh con 2 8 16 32
Độ rộng tần số sóng mang con 10.94 kHz
Khoảng thời gian symbol (Tb= 1/f) 91.4 s
Khoảng thời gian bảo vệ (Tg= Tb/8) 11.4 s
Độ dài Symbol OFDMA (Ts=Tb+ Tg) 102.9 s
Số symbol OFDMA (khung 5ms) 48
3.2.5. Cấu trúc khung TDD
Chuẩn PHY 802.16e hỗ trợ TDD và FDD song công và bán song công, tuy
nhiên phiên bản đầu tiên của chứng chỉ WiMAX di động chỉ có TDD. Trong các
phiên bản tiếp theo, FDD sẽ được diễn đàn WiMAX xem xét để đáp ứng nhu cầu
thị trường cụ thể nơi mà các quy định về phổ tần không cho phép TDD hoặc là
phù hợp với FDD. Để xử lý can nhiễu TDD đòi hỏi sự đồng bộ mang tính hệ
thống, tuy nhiên TDD là phương thức chia kênh được ưa dùng vì:
• TDD cho phép điều chỉnh tỷ số DL/UL để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng
DL/UL không đối xứng, trong khi với FDD chỉ cho phép DL và UL cố định và
thông thường băng tần DL và UL là bằng nhau.
• TDD đảm bảo tính trao đổi kênh để hỗ trợ kết nối thích ứng nối tốt hơn, đáp
ứng công nghệ MIMO và các công nghệ sản xuất ănten vòng kín tiên tiến khác.
• Không như FDD đòi hỏi một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh duy
nhất cho cả tuyến lên và tuyến xuống, cung cấp độ linh hoạt lớn hơn để thích
nghi với các cấp phát phổ khác nhau trên toàn cầu.

Hình 3. . Cấu trúc khung OFDMA của WiMAX
15
• Thiết kế của bộ thu phát TDD ít phức tạp hơn do vậy giảm chi phí.
Hình 3.15 minh hoạ cấu trúc khung OFDM trong kỹ thuật ghép kênh theo
thời gian. Mỗi khung được chia thành các khung con hướng xuống và hướng lên
riêng rẽ bởi khoảng cách giữa đoạn chuyển tiếp Phát/Thu và Thu/Phát (TTG và
RTG) để giảm xung đột truyền dẫn giữa hướng DL và UL. Trong một khung
người ta sử dụng các thông tin điều khiển sau đây được sử dụng để đảm bảo cho
hệ thống hoạt động tối ưu:
• Mào đầu (Preable): Dùng để đồng bộ, là symbol đầu tiên của khung
OFDM.
• Tiêu đề điều khiển khung (FCH – Frame Control Header): nằm sau
phần mào đầu, cung cấp thông tin cấu hình của khung như chiều dài bản tin
MAP và phương thức mã hoá và các kênh con khả dụng.
• DL- -MAP
MAP và UL : Cung cấp các thông tin phân bố kênh con và
thông tin điều khiển khác cho các khung con DL và UL tương ứng.
Bảo vệ
Số
kênh
con
logic
M-1
N-1
NT
Kênh con đường xuống DL
S-1
S+1
1
S
FCH
DL
MAP
UL
MAP
UL
MAP
(cont)
Thứ tự viết ký tự mã hoá
DL Burst #2
DL
Burst#1
DL Burst#4
DL Burst#3
DL Burst#6
DL Burst#7
DL
Burst#5
0 1 3 5 9
3
7 …
Mào
đầu
Số ký tự OFDM(symbol)
ACK-
CH
Đo cự
ly Phản hồi nhanh (CQICH)
Kênh con đường lên UL
Khối 1
Khối 2
Khối 3
Khối 4
Khối 5
…
0

Nghiên cứu mạng Wimax - Thiết kế và triển khai Wimax di động.pdf

Nghiên cứu mạng Wimax - Thiết kế và triển khai Wimax di động.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Nghiên cứu mạng Wimax - Thiết kế và triển khai Wimax di động.pdf

Similar to Nghiên cứu mạng Wimax - Thiết kế và triển khai Wimax di động.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Nghiên cứu mạng Wimax - Thiết kế và triển khai Wimax di động.pdf