CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Tổng quan Sự gia tăng nhanh chóng trong nhu cầu đối với mạng không dây băng thông rộng tốc độ cao đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ mới trong những năm gần đây. WiMAX là từ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access - Công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng, là một trong những công nghệ này. WiMAX dựa trên chuẩn IEEE 802.16, cung cấp giải pháp không dây linh hoạt cố định và di dộng và một loạt các ứng dụng khác nhau, các hỗ trợ bao gồm cả chức năng đa phương tiện, với các tham số chất lượng dịch vụ QoS khác nhau.
Khoảng cách Hình 1.1: Miền phủ sóng của các công nghệ mạng không dây hiện nay Diễn đàn WiMAX đã mô tả WiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn cho phép việc cung cấp các dặm cuối truy cập băng rộng không dây như là một cách thay thế cho cáp và đường dây thuê bao DSL [1]. Các thành viên Forum WiMAX [8] Các kiến trúc cơ bản IEEE 802.16 bao gồm một trạm gốc BS và một hoặc nhiều hơn trạm thuê bao SS. BS đóng vai trò thực thể trung tâm để chuyển tất cả các dữ liệu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 từ SS trong một chế độ PMP điểm đến đa điểm. Truyền dẫn diễn ra thông qua hai kênh độc lập: Kênh Downlink (từ BS đến SS) và kênh Uplink (từ SS đến BS).
Kênh Uplink được chia sẻ giữa tất cả các SS trong khi kênh đường xuống Downlink chỉ được sử dụng bởi BS. Lớp vật lý IEEE 802.16, tốc độ của dữ liệu phụ thuộc vào băng thông và kỹ thuật điều chế, việc sử dụng OFDM cho các kết nối tốc độ cao cho cả trạm cố định và di động. Các giao thức lớp MAC định nghĩa cả song công phân chia tần số FDD và song công phân chia theo thời gian TDD cho các kết nối của nó. Các kiến trúc bao gồm hai thành phần, một trạm gốc (BS) và một số Dịch vụ (SS) với hai hướng truyền thông.
Thứ nhất là đường xuống (DL) truyền từ BS đến SS, và được thực hiện trong phương pháp tiếp cận PMP, thứ hai là các hướng đường lên (UL). Các kênh UL là chung cho tất cả các nút và các khe thời gian thông qua phương pháp TDD trên cơ sở nhu cầu đối với dữ liệu đa phương tiện. Internet Các thuê bao Khu dân cư Mạng điện thoại công cộng Các thuê bao Các thuê bao Văn phòng Di động Hình 1. Kiến trúc mạng IEEE 802.16 kết nối điểm đa điểm (PMP)[6] Nhóm IEEE 802.16 đã ban hành các tiêu chuẩn trong dải 10-66 GHz cho truyền thông tầm nhìn thẳng LOS và dải 2-11 GHz cho truyền thông không có tầm nhìn thẳng NLOS [3].
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.4: WiMAX làm việc như thế nào [4].16 hỗ trợ QoS, nó hỗ trợ bốn loại luồng dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực tại tầng MAC với các yêu cầu QoS khác nhau: Dịch vụ cấp phát tự nguyện (UGS): UGS thiết kế hỗ trợ luồng dịch vụ thời gian thực, dịch vụ này hỗ trợ tốc độ BIT không đổi (CBR), như ứng dụng Voice IP, các ứng dụng này yêu cầu phân bổ băng thông không đổi. Dịch vụ thăm dò thời gian thực (rtPS): Các ứng dụng này có các yêu cầu băng thông cụ thể cũng như độ trễ lớn nhất, như ứng dụng MPEG video. Dịch vụ này hỗ trợ cho các ứng dụng có tốc độ BIT thay đổi định kỳ theo thời gian. Dịch vụ thăm dò phi thời gian thực (nrtPS): Dịch vụ này cho các luồng không phải thời gian thực, nó đòi hỏi tốt hơn dịch vụ Best Effort ví dụ truyền tập tin băng thông cao.
Các ứng dụng này không cần thời gian thực và đòi hỏi cấp phát băng thông tối thiểu như FTP, HTTP (trình duyệt Web). Nỗ lực tốt nhất (BE): dịch vụ BE được thiết kế để hỗ trợ các luồng dữ liệu mà không cần bất kỳ sự đảm bảo QoS nào như ứng dụng HTTP [3].2 Các phiên bản của WiMAX Các phiên bản mới nhất của IEEE 802.16-2004 (trước đây được gọi là sửa đổi D, hay 802.16d), đã được phê chuẩn vào tháng năm 2004, 802.16-2004 là một tiêu chuẩn phạm vi rộng, bao gồm các phiên bản trước (802.16a vào năm 2003) và bao gồm cả LOS và NLOS ứng dụng trong các tần số 2-66 GHz. Các tiêu chuẩn IEEE, tập chung chủ yếu vào lớp MAC và lớp vật lý (PHY). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 18 Những thay đổi được đưa vào 802.16-2004 đã được tập trung vào các ứng dụng cố định và lưu trú trong các tần số 2-11 GHz.
Hai kỹ thuật điều chế đa sóng mang được hỗ trợ trong 802.16-2004: OFDM với 256 sóng mang và OFDMA với 2048 sóng mang [5].1 sẽ mô tả tóm tắt các đặc trưng chuẩn 802.16e thiện Tháng 12 năm 802.16REVd: năm 2004 Phổ tần số 10 đến 66 Ghz <11Ghz <6Ghz Điều kiện Line-of-Sight Non-Line-of-Sight Non-Line-of-Sight only Tốc độ BIT 32 đến 134 Tốc độ max 75Mbps Tốc độ 15Mbps Mbps Kênh 20Mhz Kênh 5Mhz Điều chế QPSK 16QAM OFDM 256 Sóng mang con Tương tự 802.16a 64QAM QPSK 16QAM 64QAM Tính di động Cố định Cố định, Người đi bộ chuyển Di động < vùng địa phương nomandic 120km/h Băng thông 20, 25, 28 Mhz Lựa chọn giữa 1.25Mhz và Từ 1.25Mhz đến của một kênh 20Mhz 20Mhz Bán kính tế 1 đến 3 km 6-10 km (50 km tối đa dựa 1 đến 3 km, tối đa bào trên chiều cao tháp, anten, và 15km công suất truyền dẫn) Bảng 1.1 Bảng tóm tắt chuẩn 802.3 Đặc điểm WiMAX cố định và WiMAX di động 1.1 WiMAX cố định (Fixed WiMAX): Là công nghệ mạng thích hợp cho những thiết bị truy cập mạng cố định tại chỗ, hoặc có thể di chuyển từ nơi này qua nơi khác nhưng với tốc độ chậm. Công nghệ này được định nghĩa qua chuẩn IEEE 802.16-2004 và dựa trên ETSI HiperMAN, Nó sử dụng OFDM và hỗ trợ truy cập cố định và di chuyển trong môi trường LOS và NLOS. LOS là chế độ truyền đòi hỏi tầm nhìn thẳng nghĩa là điểm thu và điểm phát nhìn thấy nhau theo đường thẳng. NLOS là chế độ truyền không đòi hỏi tầm nhìn thẳng.
Bảng mô tả ban đầu diễn đàn xây dựng là cho băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz [9]. Kỹ thuật điều chế OFDM: Công nghệ OFDM – Là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, là một hình thức cải tiến của công nghệ TDM, nơi các tần số được ghép trực giao với nhau và phổ của tín hiệu này được chồng lấn lên nhau. Sự chồng lấn phổ tín hiệu, làm cho công nghệ OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kỹ thuật trước đây. Ưu điểm chính của công nghệ này là làm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 19 giảm hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI và nhiễu liên kênh ICI nhờ sử dụng các chuỗi bảo vệ CP.
Băng tần (Mhz) Độ rộng kênh (Mhz) Phương pháp ghép kênh 3400 – 3600 3,5 TDD 3400 – 3600 3,5 FDD 3400 – 3600 7 TDD 3400 – 3600 7 FDD 5725 – 5859 10 TDD Bảng 1.2 Các bản mô tả chứng nhận cho WiMAX cố định [9].2 WiMAX di động (Mobile WiMAX) Phiên bản này dựa trên bản bổ sung 802.16e, hỗ trợ thêm tính di động. Nó sử dụng OFDMA, một kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng sự tạo kênh con. Các nhà cung cấp dịch vụ triển khai WiMAX di động cũng có thể sử dụng phiên bản này để cung cấp các dịch vụ cố định. Hai phiên bản WiMAX cố định và WiMAX di động cùng tồn tại và đáp ứng yêu cầu phát triển truy cập băng thông rộng không dây trong thị trường cố định và di động.
Khi chọn một giải pháp, nhà cung cấp cần đánh giá các yếu tố như thị trường cung cấp, phổ khả dụng và thời gian triển khai. Các sản phẩm WiMAX cố định ít phức tạp hơn các phẩm WiMAX di động. Sản phẩm WiMAX cố định có thể sử dụng với dải băng tần không đăng ký, thời gian triển khai nhanh, thường có thông lượng cao hơn các thiết bị dựa trên WiMAX di động. Ngược lại, các sản phẩm WiMAX di động hỗ trợ di động, cải tiến độ bao phủ và quản lý linh hoạt tài nguyên phổ.
WiMAX cố định WiMAX di động Khoảng cách giữa trạm thu và phát Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km. Tốc độ truyền tối đa là 70Mb/s. Tốc độ truyền: 10 – 30Mb/s Hoạt động trong cả 2 môi trường Không yêu cầu truyền trong tầm nhìn LOS và NLOS. thẳng Dải tần làm việc 2-11GHz và 10- Dải tần làm việc trong khoảng tần số 66GHz.
dưới 6GHz ( 2,3 GHz; 2,5 GHz;3,3 GHz; 3,5 GHz) Sử dụng cả 2 công nghệ: TDD và Khuyến nghị sử dụng TDD FDD. - Fixed WiMAX sử dụng phương Điểm khác biệt rõ nét so với Fixed pháp điều chế OFDM[19] WiMAX là Mobile WiMAX sử dụng công nghệ điều chế hỗ trợ đa truy nhập Scalable OFDMA Bảng 1.3: Đặc điểm WiMAX cố định và WiMAX di động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 20 Kỹ thuật điều chế OFDMA OFDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao, được phát triển từ công nghệ OFDM. Sub-Carriers Time Người dùng 1 Sub-Channels Người dùng 2 Người dùng 3 Người dùng 4 Người dùng 5 Time Hình 1.5: Công nghệ OFDMA so với công nghệ OFDM: Kênh con và sóng mang con OFDMA có một số ưu điểm như là tăng khả năng linh hoạt, thông lượng và tính ổn định đươc cải thiện. Việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền nhận từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu những tác động như nhiễu.
Băng tần (Mhz) Độ rộng kênh (Mhz) Phương pháp ghép kênh 2,3 – 2,4 8,75 TDD 2,3 – 2,4 5 TDD 10 2,305 – 2,320 3,5 TDD 2,345 – 2,360 2,305 – 2,320 5 TDD 2,345 – 2,360 2,305 – 2,320 10 TDD 2,345 – 2,360 2,496 – 2,69 5 TDD 10 3,3 – 3,4 5 TDD 3,3 – 3,4 7 TDD Bảng 1.4 Các bản mô tả chứng nhận cho WiMAX di động [9]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 21 Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được chia thành 4 lớp: Lớp con hội tụ CS làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên, lớp con phần chung MAC CPS, lớp bảo mật Security và lớp vật lý PHY. Các lớp này tương đương với hai lớp dưới cùng của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hóa để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên.4 Các ứng dụng của WiMAX.