Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX

Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX

Tải bản đầy đủ - 0trang

1.1 Giới thiệu chương:

Chương này giới thiệu về WiMAX, giới thiệu qua các chuẩn IEEE 802.16,

802.16 OFDM, 802.16-2004 OFDMA, 802.16e và tìm hiểu khái quát về lớp MAC

và PHY trong WiMAX. Qua đó thấy được những ưu nhược điểm của WiMAX so

với các thế hệ trước.



1.2 Giới thiệu về công nghệ WiMAX:

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) là tiêu chuẩn

IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng không dây ở khoảng cách

lớn.

Ngày nay để truy nhập vào Internet chúng ta có rất nhiều phương thức, nhưng

chia ra làm hai mảng chính là truy cập có dây và khơng dây. Đối với kênh truyền có

dây thì tốc độ đáp ứng cao hơn, ổn định hơn nhưng lại cần có đường dây kết nối,

các đường thuê kênh riêng thì giá thành cao mà không dễ dàng triển khai đối với

các khu vực có địa hình phức tạp. Cũng chính từ những khó khăn đó người ta lại tạo

ra mạng vơ tuyến như các hệ thống thông tin di động, công nghệ WiFi, WiMAX…

Hệ thống thông tin di động hiện tại cung cấp tốc độ truyền 9,6Kbit/s quá thấp so với

nhu cầu người sử dụng, ngay cả các mạng thế hệ sau GSM như GPRS (2.5G) cho

phép truy cập ở tốc độ lên đến 171,2Kbit/s hay EDGE khoảng 300-400Kbit/s cũng

chưa thể đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng khi sử dụng các dịch vụ mạng Internet.

Ở hệ thống di động thế hệ tiếp theo 3G thì tốc độ truy cập Internet cũng khơng vượt

q 2Mb/s. Với mạng WiFi chỉ có thể áp dụng cho các thiết bị trao đổi thông tin với

khoảng cách ngắn. Với thực tế như vậy, WiMAX ra đời nhằm cung cấp một phương

tiện truy cập Internet khơng dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và Wifi. Hệ

thống WiMAX có khả năng cung cấp đường truyền với tốc độ lên đến 70Mb/s và

với bán kính phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50 km. Mơ hình phủ sóng

của mạng WiMAX tương tự như mạng điện thoại tế bào. Bên cạnh đó, WiMAX



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

cũng hoạt động mềm dẻo như Wifi khi truy cập mạng. Mỗi khi một máy tính muốn

truy nhập mạng nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WiMAX gần nhất.

Hệ thống WiMAX cho phép kết nối băng rộng vơ tuyến cố định (người sử

dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sử

dụng có thể di chuyển ở tốc độ đi bộ), di động với khả năng phủ sóng của một trạm

anten phát lên đến 50km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS) và bán kính lên

tới 8 km khơng theo tầm nhìn thẳng (NLOS).

Gồm có 2 phần:

WiMAX cố định (Fixed WiMAX)

WiMAX di động (Mobile WiMAX)

WiMAX cố định cung cấp khả năng truy cập được mạng không dây ở vị trí cố

định, ít di chuyển hay có thể di chuyển ở tốc độ thấp. Đây là một mệnh đề thường

xuyên được sử dụng để chỉ đến những hệ thống được xây dựng trên chuẩn 802.16d.

WiMAX di động cung cấp khả năng truy cập được mạng không dây khi thiết

bị kết nối đang di chuyển với tốc độ cao. Đây là một mệnh đề thường xuyên được

sử dụng để chỉ đến những hệ thống được xây dựng trên chuẩn 802.16e. WiMAX di

động bao hàm luôn cả WiMAX cố định.



Hình 1.1. Sự kết nối BS và SS trong mạng WiMAX



Đồ án tốt nghiệp



Trang 2



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX



1.3 Môi trường truyền trong mạng WiMAX:

Trong vô tuyến chia ra 2 loại mơi trường truyền chính là LOS (truyền theo tầm

nhìn thẳng) và NLOS (truyền khơng theo tầm nhìn thẳng). Cơng nghệ WiMAX phát

triển và tối ưu hóa cho ra đời khả năng phủ sóng khơng theo tầm nhìn thẳng, trong

khi nhiều công nghệ chỉ cung cấp khả năng phủ sóng LOS.

Cơng nghệ WiMAX có khoảng cách phủ sóng lên tới 50km ở mơi trường

LOS, bán kính cell lên đến 8km ở điều kiện NLOS.



Hình 1.2. Mơi trường truyền LOS và NLOS

1.3.1



LOS (Light of Sight):



Trong một đường truyền NLOS, tín hiệu đi theo đường trực tiếp và khơng có

chướng ngại vật giữa phía phát và phía thu. Một đường truyền LOS u cầu phải có

đặc tính là tồn bộ miền Fresnel thứ nhất khơng hề có chướng ngại vật. Nếu khơng

đảm bảo điều kiện này tín hiệu sẽ suy giảm đáng kể. Không gian miền Fresnel phụ

thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu.



Hình 1.3. Truyền sóng trong mơi trường LOS



Đồ án tốt nghiệp



Trang 3



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

Dịch vụ truy cập LOS dùng anten hướng thẳng trực tiếp đến các tòa nhà hay

các điểm tập trung sử dụng dịch vụ. Kết nối LOS thì mạnh và ổn định hơn, vì thế

mà việc gởi dữ liệu theo đường này sẽ ít xảy ra lỗi.

1.3.2



NLOS (Non-Light of Sight):



Trên một đường truyền NLOS, tín hiệu tới phía thu thơng qua sự phản xạ và

nhiễu xạ. Tín hiệu tới là tổng hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp,

các đường phản xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ. Những tín hiệu

này có những khoảng trễ, sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan

tới đường trực tiếp là khác nhau.



Hình 1.4. Truyền sóng trong mơi trường NLOS

Do mạng tế bào khơng ngừng mở rộng trong khi sử dụng lại tần số ngày càng

có hạn, hạ thấp các anten chính là ưu điểm để giảm nhiễu đồng kênh giữa các cell

lân cận. Tuy nhiên điều này lại làm cho các trạm gốc phải hoạt động trong điều kiện

NLOS. Các hệ thống LOS không thể hạ thấp độ cao của anten bởi làm thế sẽ ảnh

hưởng đến tầm nhìn thẳng từ CPE (thiết bị tại nhà khách hàng) tới trạm gốc. Công

nghệ NLOS cũng giảm được chi phí cài đặt do CPE có thể cài đặt được ở nhiều điều

kiện địa hình phức tạp. Không những thế, công nghệ này cũng giảm thiểu được yêu

cầu khảo sát vị trí trạm (trước khi lắp đặt) và nâng cao độ chính xác của các cơng cụ

hoạch định NLOS.



Đồ án tốt nghiệp



Trang 4



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX



1.4 Cấu trúc của một hệ thống WiMAX:

1.4.1



Cấu trúc phân lớp:



Hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp:





Lớp con tiếp ứng (Convergence)







Lớp đa truy nhập (MAC layer)







Lớp truyền dẫn (Transmission)







Lớp vật lý (Physical)



Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mơ hình OSI và được tiêu

chuẩn hóa để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mơ tả ở hình dưới

đây.



Hình 1.5. Cấu trúc hệ thống WiMAX

Chúng ta sẽ đi tìm hiểu về 2 lớp quan trọng nhất trong 4 lớp trên: lớp PHY và

lớp MAC.

1.4.2



Lớp PHY:



Hệ thống IEEE 802.16 PHY hoạt động trong dải tần số 2-11GHz được thiết kế

cho NLOS, tốc độ truyền dữ liệu là 1-75Mbps. Các loại điều chế bao gồm:

 QPSK, 16QAM, 64QAM, (256QAM).

 Single Carrier.

 OFDM 256 Subcarrier.

PHY sử dụng anten định hướng và hai loại phương pháp song công:



Đồ án tốt nghiệp



Trang 5



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

 TDD.

 FDD.

Lớp PHY là lớp chịu trách nhiệm về quá trình truyền của khung. Giao diện đầu

tiên của nó là WirelessMAN-SC. Nó hoạt động trong dải tần số 10-66GHz, được

thiết kế để ứng dụng trong LOS và thơng qua điều chế sóng mang đơn. Nó được

chọn bởi vì nó đủ lớn để cung cấp cho mạng viễn thông không dây băng thông rộng.

Do tầm quan trọng trong việc quảng cáo ngày càng tăng trong dải tần số 2-11GHz

cho NLOS nên một nhóm làm việc trong IEEE 802.16 đã phát triển thêm 3 loại giao

diện. Ba loại giao diện mới là: WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM và

WirelessMAN-OFDMA.

 WirelessMAN-SCa: đây là giao diện sử dụng điều chế sóng mang đơn.

 WirelessMAN-OFDM: sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

với 256 sóng mang.

 WirelessMAN-OFDMA: sử dụng truy cập ghép kênh phân chia theo tần số

trực giao với 2048 sóng mang để cung cấp nhiều hơn một sóng mang trên

một trạm thuê bao SS.

Ngày nay, do FFT cho phép làm việc với số lượng sóng mang lớn nên

WirelessMAN-HUMAN đã ra đời.

1.4.2.1



Các giao diện:



1.4.2.1.1 Đặc tả WirelessMAN-SCa:

WirelessMAN-Sca dựa vào công nghệ điều chế sóng mang đơn. Các thành

phần trong PHY này gồm:

 Các định nghĩa TDD và FDD, một trong hai phải được hỗ trợ.

 Đường lên TDMA, đường xuống TDM hoặc TDMA.





Điều chế thích ứng Block và mã hóa FEC cho cả đường lên và đường

xuống.



Đồ án tốt nghiệp



Trang 6



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

 Cấu trúc khung mà cho phép sự cân bằng và chỉ tiêu đánh giá kênh được cải

thiện đối với môi trường LOS và các môi trường trải rộng trễ được mở rộng.

 FEC ràng buộc vào nhau sử dụng Reed-Solomon và điều chế được mã hóa

mắt lưới thực dụng với chèn tùy chọn.

 Các tùy chọn FEC BTC và CTC bổ sung.

 Tùy chọn không FEC sử dụng ARQ cho điều khiển lỗi.

 Tùy chọn phân tập truyền mã hóa thời gian khơng gian (STC).

 Các thiết lập tham số và các bản tin MAC/PHY mà thuận tiện cho các bổ

sung AAS tùy chọn.

1.4.2.1.2 Đặc tả WirelessMAN-OFDM:

WirelessMAN-OFDM PHY dựa vào điều chế ghép kênh phân chia theo tần số

trực giao (OFDM) với 256 sóng mang. Đa truy cập của các trạm thuê bao khác nhau

dựa vào đa truy cập phân chia thời gian (TDMA).

 Lớp PHY OFDM hỗ trợ các hoạt động TDD và FDD, với hỗ trợ cho các SS

cả FDD và H-FDD.

 Mã hóa sửa lỗi trước FEC: một lược đồ mã xoắn RS-CC tốc độ thay đổi

được kết hợp, hỗ trợ các tốc độ mã hóa 1/2, 2/3, 3/4 và 5/6. BTC tốc độ thay đổi

(tùy chọn) và mã CTC cũng được hỗ trợ tùy chọn.

 Chèn (Interleaving).

 Điều chế: Chuẩn hỗ trợ các mức điều chế, gồm BPSK, QPSK, 16-QAM và

64-QAM.

 Hỗ trợ phân tập phát ở đường xuống sử dụng STC và các hệ thống anten

thích nghi (AAS) với SDMA. Lược đồ phân tập sử dụng hai anten ở BS để truyền

một tín hiệu được mã hóa STC.

 Truyền kênh con ở đường lên là một tùy chọn cho một SS, và sẽ chỉ được

sử dụng nếu các tín hiệu BS có khả năng giải mã các truyền dẫn như vậy.



Đồ án tốt nghiệp



Trang 7



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

1.4.2.1.3 Đặc tả WirelessMAN-OFDM:

Lớp PHY OFDMA WirelessMAN cũng có thiết kế dựa trên điều chế OFDM,

sử dụng lược đồ 2048 sóng mang OFDM. Đa truy cập được thực hiện bằng cách

gán một tập con các sóng mang cho một máy thu cá nhân, và vì vậy nó được xem

như là OFDMA.

Lớp PHY OFDMA hỗ trợ hai hoạt động TDD và FDD.

CC (mã xoắn) là lược đồ mã hóa được yêu cầu và các tốc độ mã hóa giống

nhau được hỗ trợ như được hỗ trợ bởi lớp PHY OFDM. Các lược đồ mã hóa BTC

và CTC được hỗ trợ tùy chọn. Các mức điều chế giống nhau cũng được hỗ trợ. STC

và AAS với SDMA được hỗ trợ, cũng như MIMO.

1.4.2.2



TDD và FDD:



1.4.2.2.1 Hệ thống FDD (Frequency Division Duplexing System):

Trong các hệ thống FDD các đường UL và DL được cấp phát riêng biệt trên

các dải tần số. Các kênh UL và DL được nhóm vào trong các khối kề nhau của từng

cặp kênh như hình bên dưới. Một cặp kênh UL và DL bị chia cắt bởi tần số

100MHz.



Hình 1.6. Phổ trong hệ thống FDD

Ưu điểm của hệ thống FDD





Truyền UL và DL đồng thời và liên tục: Hệ thống FDD cung cấp sự hoạt

động song cơng có ứng dụng rất phổ biến như thoại, nơi mà lưu lượng của UL

và DL yêu cầu không cần đối xứng. Hơn nữa, sự truyền liên tục giúp làm giảm

trể lớp MAC bằng cách cho phép sự phản hồi trực tiếp để cung cấp cho các

yêu cầu kênh truyền.



Đồ án tốt nghiệp



Trang 8



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX





Giảm giao thoa của hệ thống: Nhờ khoảng cách lớn giữa 2 đường UL và DL,

từ BS đến BS, từ SS đến SS giao thoa xảy ra sẽ giảm xuống đáng kể.







Giảm đi việc lập kế hoạch mạng: Một khi sự giao thoa của BS-BS được giảm

nhỏ, network radio planning thì dễ dàng hơn cho các hệ thống FDD.





Nhược điểm của các hệ thống FDD





Phân bố kênh cố định: Trong hệ thống FDD sự phân bố kênh UL và DL được

ấn định. Trong khi nó cung cấp các lợi ích cho các lưu lượng đối xứng, nó có

thể dẫn đến việc các băng thơng bị bỏ hoang trong khi các ứng dụng thì khơng

đối xứng. Dẫn đến lưu lượng dữ liệu và việc truy cập internet bị ảnh hưởng

lớn, băng thông cần thiết của người dùng cho việc tận dụng các kênh truyền

một cách linh động trở nên quan trọng hơn.







Băng bảo vệ: FDD yêu cầu một băng bảo vệ để phân chia kênh cho đường UL

và DL.







Chi phí phần cứng cao: FDD yêu cầu một máy phát, một thiết bị thu chuyên

biệt và một bộ phối hợp. Hơn nữa, bộ lọc RF được yêu cầu cô lập với hai

đường UL và DL. Các chi phí trên cao thì cũng có thể chấp nhận tại các BS

nhưng tại các SS thường sử dụng FDD bán song cơng (H-FDD) nhằm mục

đích đưa các chi phí ở đây hạ thấp.



1.4.2.2.2 Hệ thống TDD (Time Division Duplexing System):

Một hệ thống TDD không yêu cầu các cặp kênh tần số cho đường UL và DL

cũng không yêu cầu một băng bảo vệ. Thay vào đó hệ thống TDD sử dụng cùng

một kênh cho hai đường truyền UL và DL nhưng xét trong miền thời gian. Mỗi

kênh gồm có một đường dành cho DL và một dành cho khung con của đường UL

như hình mơ tả bên dưới.



Đồ án tốt nghiệp



Trang 9



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX



Hình 1.6. Cấu trúc TDD

Hệ thống TDD sử dụng các băng bảo vệ giữa đường truyền từ DL đến UL và

từ UL đến DL. Các băng bảo vệ này được gọi là TTG (Transmit/receive Transition

Gap) và RTG (Receive/transmit Transition Gap). Nói chung là các TTG thì lớn hơn

RTG để cho phép thời gian trễ lên xuống của tín hiệu từ viền của các sestor là chấp

nhận được.

Ưu điểm của hệ thống TDD





Linh hoạt trong việc cấp dải thông cho UL và DL: Hệ thống TDD thì linh

hoạt trong việc cấp phát dải thông cho UL và DL một cách đơn giản, bằng

cách thay đổi khoảng cách giữa các khung con.







Chi phí phần cứng rẻ hơn FDD: Các chi phí phần cứng của hệ thống TDD

thì rẻ hơn hệ thống FDD bởi vì các bộ tạo dao động và các bộ lọc được dùng

chung cho cả hai đường UL và DL.



Nhược điểm của hệ thống TDD





Vấn đề giao thoa: Giao thoa trong hệ thống TDD xuất hiện tại vị trí các BS

gần nhau gây ra sự không đồng bộ với các khung và sự bất đối xứng của UL

và DL.







Giao thoa khi sử dụng: Khi có nhiều hoạt động thực hiện trong một vùng địa

lý điều này có thể làm cho các cell của những hoạt động khác nhau bị chồng

lên nhau gây ra hiện tượng giao thoa giữa các kênh cạnh nhau(ACI-adjacent

channel interference). Các sự hoạt động cần phải góp phần để cho việc xảy ra

ACI là nhỏ nhất(ví dụ như ta có thể đặt một vật chắn vật lý giữa các BS sử

dụng những kênh kề nhau), tuy nhiên trên thực tế điều này không xảy ra được



Đồ án tốt nghiệp



Trang 10



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

và giải pháp cho trường hợp này sẽ để lại một băng bảo vệ khá lớn giữa các

băng đã sử dụng.

1.4.3

1.4.3.1



Lớp MAC:



Cấu trúc lớp MAC:



Lớp MAC bao gồm 3 lớp con:

 Lớp con quy tụ dịch vụ chuyên biệt (SSCS) cung cấp một giao diện đến các

lớp trên thông qua một điểm truy cập dịch vụ CS (SAP-service access point).

 Lớp con phần chung (CPS-common part sublayer) cung cấp các chức năng

cho phần lõi của lớp MAC, chẳng hạn như tạo lập đường uplink, yêu cầu

băng thông, điều khiển kết nối, tự động yêu cầu lặp lại (ARQ).

 Lớp con bảo mật (PS-Privacy Sublayer) cung cấp việc chứng nhận và thực

hiện mã hóa dữ liệu.

Hìn



h 1.7. Lớp MAC

Nhiệm vụ đầu tiên của lớp MAC cung cấp một giao diện lớp vận chuyển bật

cao và lớp vật lý. Lớp MAC mang những gói từ các lớp trên-các gói này được gọi là



Đồ án tốt nghiệp



Trang 11



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×