CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ WIMAX 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX WIMAX (World Interoperability Microwave Access) là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802. Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa ra : Tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802, và Diễn đàn WIMAX là người triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802. Công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di động.
Mạng WiFi chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ LAN, còn WIMAX phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network). Mạng WIMAX cũng như mạng đô thị hữu tuyến (truyền dẫn qua cáp) như mạng DSL đều được sử dụng để phục vụ các thuê bao trong vùng tới 50km. Công nghệ WIMAX chủ yếu là quan tâm đến việc đưa truy cập vô tuyến băng rộng tới số đông. Công nghệ này đưa ra một sự lựa chọn giá rẻ cho truy cập băng rộng qua cáp và qua đường dây thuê bao số (DSL).
Các chi phí lắp đặt cho một hạ tầng vô tuyến dựa trên chuẩn 802.16 thấp hơn rất nhiều so với các giải pháp hữu tuyến hiện nay, mà thường phải đòi hỏi đi cáp trong các toà nhà và trên các đường phố. Chính vì lý do đó, WIMAX đã trở thành một giải pháp hấp dẫn cho việc cung cấp kết nối cuối trong các mạng vô tuyến đô thị. Trong tình trạng thiếu hụt về hạ tầng hữu tuyến thì công nghệ WIMAX là một giải pháp thiết thực để mở rộng dịch vụ tời nhiều miền khác nhau trên khắp đất nước, có thể mang truy cập băng rộng đến các hộ gia đình và các cơ sở kinh doanh của hàng triệu người sống ở vùng nông thôn và các thị trường đang phát triển. Trang 1 Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX 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.
Hai mô hình ứng dụng của WIMAX theo tiêu chuẩn IEEE.16 đó là : + Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WIMAX). + Mô hình ứng dụng di động (Mobile WIMAX).1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WIMAX). Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.16-2004, gọi là “không dây cố định”. Thiết bị thông tin làm việc với các anten được đặt cố định (trên mái nhà hoặc trên cột tháp của các nhà thuê bao) tương tự như chảo thông tin vệ tinh.
Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên tín hiệu thu không khoẻ bằng anten ngoài trời. Băng tần công tác trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz. Độ rộng băng tần là 3,5MHz. Trong mạng cố định WIMAX thực hiện cách tiếp nối không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang).
WIMAX cố định có thể phục vụ cho các loại người sử dụng như : các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS. Về cách phân bố theo địa lý, các user có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó. Mô hình ứng dụng cố định WIMAX dựa trên chuẩn 802.16-2004 có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 75Mbps trên một trạm gốc 4 sector (đạt tốc độ truyền dữ liệu cao nhất trên 1 sector là 18.7 Mbps), tức là có đủ băng thông để cung cấp đồng thời (thông qua một trạm gốc riêng ) hơn 60 cơ sở kinh doanh với kết nối kiểu T1/E1 và hàng trăm gia đình với kết nối DSL. Trang 2 Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX Hình 1.1: Cấu trúc mạng vô tuyến cố định 1.2 Mô hình ứng dụng WIMAX di động (Mobile WIMAX).
Mô hình WIMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802. Tiêu chuẩn này bổ sung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hướng tới các user cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN, mạng di động Cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng. Trang 3 Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX Hình 1.2: Cấu trúc mạng vô tuyến di động 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ WIMAX : Tiêu chuẩn WIMAX đã được phát triển với nhiều đặc tính.
Có thể được khái quát như sau: 1.1 Lớp vật lý dựa vào công nghệ OFDM : lớp vật lý (PHY) WIMAX dựa trên OFDM, cung cấp tốt chống đa đường truyền và cho phép WIMAX hoạt động trong điều kiện NLOS. OFDM là ngay bây giờ được công nhận rộng rãi như là phương pháp lựa chọn cho các băng thông rộng không dây.2 Tốc độ truyền dữ liệu cao: WIMAX có khả năng để tốc độ truyền dữ liệu cao. Trong thực tế, tốc độ truyền dữ liệu có thể được tăng cao như mức 74Mbps khi hoạt động bằng cách sử dụng một băng quang phổ 20MHz.Bằng cách sử dụng một băng 10MHz TDD định các hoạt động bằng cách sử dụng chương trình với một tỉ lệ 3:1 tương ứng với Downlink-to-uplink, tốc độ truyền dữ liệu sẽ là 25Mbps và 6Mbps.Tốc độ truyền dữ liệu đạt cao nhất khi sử dụng điều chế 64 QAM với tỷ lệ sửa lỗi mã hóa là 5 / 6. Thậm chí, khi tín hiệu tốt tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nếu sử dụng nhiều antenna .3 Mở rộng băng thông và hỗ trợ tốc độ dữ liệu: lớp vật lý của WIMAX được mở rộng theo tốc độ dữ liệu một cách dễ dàng với kênh băng thông có sẵn.
Sự mở rộng này được hỗ trợ trong cách ghép kênh OFDMA, nơi kích thước FFT (Fast Fourier Transform) được điều chỉnh để phù hợp với các kênh băng thông có sẵn. Ví dụ, một hệ thống WiMAX có thể sử dụng 128 bits, 512 bits, hoặc 1048 bits, cho dù FFT dựa trên các kênh băng thông tương ứng là 1.25MHz, 5MHz, hoặc 10MHz. Sự mở rộng có thể được thực hiện tự động để hỗ trợ người sử dụng khác nhau trên mạng với băng thông khác nhau. Trang 4 Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX 1.4 Điều chế thích nghi (AMC): Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh được phương pháp điều chế tín hiệu dựa trên điều kiện SNR của tuyến.
Khi tuyến truyền dẫn có chất lượng tốt, kiểu điều chế cao nhất được sử dụng, làm tăng dung lượng của hệ thống. Khi tuyến ở mức chất lượng thấp hơn, hệ thống WiMAX có thể chuyển sang một kiểu điều chế thấp hơn để đảm bảo chất lượng kết nối và ổn định của tuyến.5 Liên kết-lớp phát lại: Đối với các kết nối có yêu cầu độ tin cậy cao, WIMAX hỗ trợ tự động phát lại yêu cầu (ARQ) ở lớp liên kết. ARQ cho phép kết nối yêu cầu mỗi gói sẽ được truyền được công nhận của bên thu; nếu gói trả lời bị mất thì nó sẽ tự động truyền lại. WIMAX cũng hỗ trợ các tùy chọn của ARQ, đó là sự tương tác một cách hiệu quả giữa kỹ thuật sửa lỗi trước (FEC) và ARQ.6 Hỗ trợ cho FDD và TDD: Hỗ trợ cả phân chia song công thời gian và tần số, cũng như bán song công trong kỹ thuật TDD.
Phí tổn thấp khi khai triển hệ thống. TDD được triển khai nhiều trong thực tế vì những ưu điểm của nó: (1) Tính linh hoạt trong việc chọn tốc độ dữ liệu uplink-to-Downlink. (2) Khả năng khai thác kênh tương tác. (3) Khả năng để triển khai thực hiện trong nonpaired.
(4) Thiết kế bên thu và phát ít phức tạp hơn. Tất cả các tính năng WIAMX đều được dựa trên kỹ thuật TDD, ngoại trừ cho WiMAX cố định trong băng 3.7 Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) : OFDMA là công nghệ đa sóng mang phát triển từ công nghệ OFDM, ứng dụng như một công nghệ đa truy cập. OFDMA hỗ trợ các nhiệm vụ của các sóng mang con đối với các thuê bao nhất định. Mỗi một nhóm sóng mang con được biểu thị như một kênh con (subchannel) và mỗi thuê bao được chỉ định một hoặc nhiều kênh con để truyền phát dựa trên mỗi yêu cầu cụ thể lưu lượng của mỗi thuê bao.
OFDMA có một số ưu điểm như khả năng linh hoạt cao, thông lượng và tính ổn định được cải tiến. Bằng việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền phát từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu tác động như ảnh hưởng đa truy nhập (MAI).8 Phân bổ cho mỗi thuê bao linh hoạt :Cả hai đường truyền Downlink uplink và khả năng phân bổ được kiểm soát bởi một cơ sở dữ liệu trong các trạm thuê bao. Khả năng dùng chung giữa nhiều người dùng trên một cơ sở nhu cầu được giải quyết bằng cách sử dụng một chương trình mở rộng TDM. Khi sử dụng chế độ OFDMA-PHY, tần số được thêm vào bộ dồn kênh bằng cách phân chia các kênh con khác nhau của sóng mang OFDM đến những người dùng khác nhau.
Trang 5 Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX Khả năng đáp ứng có thể được phân bổ trong không gian tên miền cũng như khi sử dụng hệ thống ăng-ten (AAS) nâng cao. Các tiêu chuẩn của băng thông cho các khả năng đáp ứng được cấp phát trong miền thời gian, tần số, không gian và có một cơ chế linh hoạt để truyền các thông tin về việc phân bổ khả năng đáp ứng một khung cơ bản.9 Các hệ thống anten thích ghi AAS (Adaptive Antena System) : là một phần của lựa chọn tiêu chuẩn IEEE 802. AAS có khả năng điều chỉnh búp sóng chỉ tập trung vào một hướng nhất định hoặc cũng có thể tập trung vào nhiều hướng. Điều này có nghĩa là trong khi phát tín hiệu được giới hạn theo một hướng nhất định của phía thu, giống như một điểm sáng.
Còn khi thu, hệ thống AAS cũng có khả năng giảm nhiễu đồng kênh từ các vị trí khác. AAS được coi là sự phát triển của tương lai, có khả năng cải thiện tỷ lệ tái sử dụng phổ tần và khả năng của một mạng WiMAX.10 Chất lượng hỗ trợ dịch vụ: Các lớp MAC của WIMAX có một kết nối được thiết kế để hỗ trợ một loạt các ứng dụng, bao gồm cả giọng nói và các dịch vụ đa phương tiện.