MỞ ĐẦU IEEE 802.16-2004 đặc tả giao diện vô tuyến cho các hệ thống truy nhập không dây băng rộng (BWA) hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện cho mạng vùng. Lớp MAC trước hết hỗ trợ kiến trúc điểm đa điểm cùng với cấu hình topo lưới tùy chọn. MAC được cấu trúc để hỗ trợ nhiều dạng lớp vật lý, trong đó mỗi dạng lớp vật lý phù hợp cho một môi trường cụ thể. Đối với các tần số trong trong dải tần từ 10-66 GHz, để đảm bảo truyền sóng trực xạ lớp vật lý WirelessMAN-SC PHY (điều chế đơn sóng mang) được đặc tả.
Đối với các tần số trong dải tần thấp hơn 11 GHz, để đảm bảo truyền sóng không trực xạ (NLOS), ba lớp vật lý được đặc tả: WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN- OFDMA và WirelessMAN -SCa (điều chế đơn sóng mang). Chuẩn này sửa đổi và thống nhất các chuẩn IEEE-802.16 e-2005 sửa đổi và bổ sung các chuẩn trước đó và bao hàm cả các dịch vụ truy nhập không dây cố định và di động. WiMAX chỉ đề cập đến các dịch vụ truy nhập không dây dược trên WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN- OFDMA. Trong phần này ta sẽ xét các giao diện vô tuyến cho truy nhập không dây cố định cuả WiMAX 2.
MÔ HÌNH THAM KHẢO Hình 2.1 cho thấy mô hình tham khảo giao diện vô tuyến của chuẩn IEEE 802. TỔNG QUAN CÁC TÍNH NĂNG LỚP MAC MAC bao gồm ba lớp con: (i) lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ (CS: Convergence Sublayer); (ii) lớp con phần chung của MAC (MAC CPS); (iii) lớp con an ninh. Lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ (CS): đảm bảo chuyển đổi các số liệu nhận từ mạng ngoài qua điểm truy nhập dịch vụ CS (CS SAP) vào các MAC SDU (đơn vị số liệu dịch vụ MAC) và cung cấp chúng cho lớp con phần chung của MAC qua điểm truy nhập dịch vụ MAC(MAC SAP). MAC SDU gồm: các đơn vị số liệu dịch vụ (SDU) từ mạng ngoài, nhận dạng luồng dịch vụ (SFID: Service Flow Identifier) MAC 21 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com và nhận dạng kết nối (CID: Connection Identifier).
Nó có thể có cả chức năng nén tiêu đề tải tin (PHS: Payload Header Supression). Nhiều đặc tả CS được đưa ra để cho phép giao tiếp với các giao thức khác nhau. Khuôn dạng bên trong của tải tin CS là duy nhất đối với CS và MAC CPS không cần biết khuôn dạng này hay bất kỳ thông tin nào về tải trọng CS. Phạm vi của tiêu chuẩn CS SAP Thực thể quản lý Lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ (CS) Các lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ MAC SAP MAC Hệ thống quản lý mạng Lớp con phần chung của MAC MAC CPS Thực thể quản lý Lớp con phần chung của MAC Lớp con an ninh Lớp con an ninh PHY SAP PHY Lớp vật lý (PHY) Thực thể quản lý PHY Mặt phẳng số liệu/điều khiển Mặt phẳng quản lý Ký hiệu: SAP: Service Access Point: điểm truy nhâp dịch vụ MAC: Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường CS: Convergence Sublayer: lớp con hội tụ CPS: Common Part Sublayer: lớp con phần chung PHY: Physical: lớp vật lý Hình 2.
Mô hình tham khảo ngăn xếp giao thức của 802. Lớp con MAC CPS: cung cấp chức năng MAC lõi của hệ thống truy nhập như: cấp phát băng thông, thiết lập kết nối và duy trì kết nối. Nó nhận số liệu từ các CS khác nhau thông qua MAC SAP (được phân loại cho từng kết nối cụ thể). Áp dụng QoS cho truyền dẫn và lập biểu số liệu đưa đến lớp vật lý.
Lớp con an ninh: MAC cũng chứa một lớp con an ninh riêng để đảm bảo nhận thực, trao đổi khóa và mật mã. 22 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. TỔNG QUAN CÁC TÍNH NĂNG LỚP VẬT LÝ, PHY 2. Băng tần cấp phép 10-66 MHz Băng tần 10-66 MHz được sử dụng cho môi trường vật lý, trong đó do bước sóng ngắn, nên chỉ sử dụng đường truyền trực xạ (LOS), còn các đường truyền phản xạ và tán xạ (NLOS) không đáng kể.
Trong băng tần này, băng thông được sử dụng thường là 25 hay 28 MHz. Với tốc độ bit thô lớn hơn 10Mbps, môi trường này rất thích hợp cho truy nhập điểm đa điểm (PMP) để phục vụ các ứng dụng khác nhau từ các ứng dụng văn phòng nhỏ hoặc văn phòng tại nhà (SOHO: Small Office/Home Office) đến các ứng dụng văn phòng lớn và trung bình. Trong băng tần này giao diện vô tuyến điều chế đơn sóng mang được đặc tả trong chuẩn giao diện vô tuyến "WirelessMAN-SC". Các tần số thấp hơn 11 MHz Các tần số thấp hơn 11 MHz được sử dụng trong môi trường vật lý, trong đó do bước sóng dài, nên LOS không đáng kể và chủ yếu là NLOS.
Để có thể hỗ trợ các trường hợp cận trực xạ và không trực xạ (NLOS), lớp vật lý phải có chức năng bổ sung như: các kỹ thuật quản lý công suất tiên tiến, loại bỏ nhiễu, hoặc đồng tồn tại nhiễu và đa anten. Tại đây một số tính năng được bổ sung cho MAC như: cấu hình lưới và yêu cầu tự động phát lại (ARQ: Automatic Repeat Request). Các tần số miễn phép dưới 11 MHz (chủ yếu là 5-6MHz) Môi trường vật lý các băng tần miễn phép dưới 11 MHz tương tự như môi trường cho các băng tần miễn phép trong dải tần này. Tuy nhiên bản chất của miễn phép là gây thêm nhiễu và các vấn đề đồng tồn tại, đồng thời các quy định cũng hạn chế công suất được phép phát xạ.
Ngoài các tính năng như đã trình bày trong 2.2, lớp PHY và MAC trong trường hợp này còn có thêm tính năng chọn tần số động (DFS: Dynamic Frequency Selection) để phát hiện và tránh lỗi. Kỹ thuật ghép song công 23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Giao thức MAC hỗ trợ một số kỹ thuật ghép song công cho PHY. Việc lựa chọn kỹ thuật ghép song công ảnh hưởng lên một số thông số PHY cũng như các tính năng có thể được hỗ trợ. Ghép song công phân chia theo tần số, FDD Trong hệ thống FDD, kênh đường lên và đường xuống được ấn định tần số riêng, và số liệu đường xuống có thể truyền theo cụm.
Khung có độ dài cố định được sử dụng cho cả đường xuống và đường lên. Điều này cho phép sử dụng các kiểu điều chế khác nhau. Ngoài ra nó cũng cho phép các trạm thuê bao (SS: Subscriber Station) sử dụng chế độ phát song công (phát thu đồng thời) và bán song công (phát thu không đồng thời) ở dạng tùy chọn. Trong chế độ bán song công, bộ điều khiển băng thông không cấp phát băng thông đường lên cho SS khi nó thu số liệu trên kênh đường xuống, bao gồm cả trễ truyền lan, khoảng thời gian chuyển đổi từ phát sang thu của SS (SSTTG)và chuyển đổi từ thu sang phát của SS (SSRTG).2 cho thấy việc ấn định băng thông FDD theo cụm.
Việc kênh đường lên và đường xuống đều sử dụng khung có độ dài cố định làm đơn giản giải thuật ấn định băng thông. SS song công có thể liên tục đợi thu từ kênh đường xuống trong khi đó SS bán song công chỉ có thể thu từ kênh đường xuống khi nó không phát trên đường lên. Đường xuống Đường lên Khung Thời gian Quảng bá SS bán song công 1 SS song công SS bán song công 2 Hình 2. Ấn định băng thông FDD theo cụm 2.
Ghép song công phân chia theo thời gian, TDD 24 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trong trường hợp TDD, truyền dẫn đường xuống và đường lên xẩy ra trong các thời gian khác nhau và cùng sử dụng chung một tần số. Khung TDD (xem hình 2.3) có độ dài cố định và chứa một khung con đường xuống và một khung con đường lên. Để thuận tiện cho việc phân chia băng thông, các khung này được chia thành một số nguyên lần các PS (Physical Slot: khe vật lý). Việc ấn định khung TDD thay đổi (thích ứng) với sự thay đổi ấn định băng thông đường xuống so với ấn định băng thông đường lên.
Phân chia đường xuống và đường lên là một thông số hệ thống và được điều khiển bởi các lớp trên trong hệ thống. Cấu trúc khung TDD. Hệ thống anten thích ứng, AAS Thông qua việc sử dụng nhiều phần tử anten, hệ thống anten thích ứng có thể cải thiện cự ly phủ sóng và dung lượng hệ thống bằng cách thích ứng mẫu phát xạ anten và tập trung phát xạ đến từng SS. Hiệu suất sử dụng tần phổ tăng tuyến tính theo số lượng phần tử anten.
Điều này đạt được nhờ việc lái các tia đến các người sử dụng khác nhau nhờ vậy có thể đạt được thừa số tái sử dụng tần số giữa các ô bằng một và nội ô tỷ lệ với số phần tử anten. Ngoài ra cũng tăng được tỷ số tín hiệu trên tạp âm nhờ việc kết hợp tương quan các tín hiệu và có khả năng điều khiển độ lợi này cho các người sử dụng cụ thể. Một lợi ích nữa là giảm được nhiễu nhờ việc lái các hướng phát xạ bằng không đến đến các các nguồn nhiễu đồng kênh. Kết hợp các lợi ích do tăng độ lợi SNR của một số người sử dụng và lái phát xạ không cho phép có thể phát đồng thời các cụm đến các SS nằm cách nhau trong không gian.
Cũng có thể áp dụng phương 25 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com pháp này cho đường lên một cách tương hỗ. Việc truyền đồng thời các cụm không chỉ tăng vùng phủ của hệ thống mà có thể tăng dung lương hệ thống. Việc thiết kế tùy chọn AAS (Adaptive Antenna System: hệ thống anten thích ứng) cung cấp cơ chế chuyển từ một hệ thống không AAS đến một hệ thống cho phép ASS, trong đó thay thế ban đầu BS không có AAS bằng BS có AAS sẽ làm mất dịch vụ của các SS không có khả năng AAS. Để tránh điều này cần dành một phần khung cho lưu lượng không AAS và một phần khung cho lưu lượng AAS.
Việc ấn định được thực hiện động bởi BS. Các SS không AAS sẽ bỏ qua lưu lượng AAS. Để nhận ra lưu lượng này chúng sử dụng các bản tin DL MAP và UL MAP (sắp xếp đường lên và đường xuống). Phần AAS của khung đường xuống được bắt đầu bằng một tiền tố đặc thù AAS như cho trên hình 2.
Các cụm đường xuống thông thường xuống thông thường Vùng AAS đường Tiền tố đường Tiền tố AAS Cụm 1 Cụm 2 xuống FCH Các cụm đường lên thông thường Vùng đường lên AAS Hình 2. Vùng AAS, FDD 26 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Các cụm Các cụm đường lên đường xuống thông thường thông thường Vùng đường lên AAS xuống thông thường Vùng AAS đường Tiền tố đường Tiền tố AAS Cụm 1 Cụm 2 xuống FCH Hình 2. Vùng AAS, TDD 27 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.