Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
4 Cấu trúc của một hệ thống WiMAX:

4 Cấu trúc của một hệ thống WiMAX:

Tải bản đầy đủ - 0trang

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 cơng 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 không 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 thông 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 khơng 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



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

các đơn vị dịch vụ dữ liệu MAC (MAC service data units-MSDUs) và tập hợp

chúng vào trong giao thức đơn vị dữ liệu MAC (MAC protocol data units-MPDUs)

cho việc truyền trong khơng khí. Chuẩn IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e-2005

thiết kế lớp MAC bao gồm lớp con quy tụ để có thể giao tiếp với các giao thức lớp

cao hơn, chẳng hạn như ATM, TDM voice, Ethernet, IP và nhiều giao thức chưa

được công bố.

Lớp MAC được thiết kế từ cơ bản đến việc hỗ trợ tốc độ cao của đỉnh bit trong

khi phát các bản tin chất lượng dịch vụ giống như ATM hay DOCSIS. Lớp MAC

WiMAX sử dụng chiều dài MPDU thay đổi và đưa ra nhiều phương thức truyền để

mang lại hiệu quả cao nhất. Ví dụ, nhiều MPDU có chiều dài giống hay khác nhau

có thể tập hợp vào trong một burst đơn lưu giữ ở đầu của lớp PHY. Tương tự, nhiều

MPDU từ các dịch vụ lớp cao hơn có lẽ được nối với nhau vào trong một MPDU

đơn để lưu vào đầu header của lớp MAC. Ngược lại, những MSDU lớn được chia

thành những đoạn MPDU nhỏ hơn và được gởi qua nhiều khung nhịp.

Hình bên dưới là ví dụ cho các khung dạng MAC PDU(packet data unit) khác

nhau. Mỗi khung MAC được gắn vào một header chung GMH(generic MAC

header) chứa thông tin nhận dạng kết nối CID(connection identifier), chiều dài

khung và 32 bít CRC, các header con, phần dữ liệu đã mã hóa. Phần tải trọng của

lớp MAC mang thông tin vận chuyển hoặc sử dụng để quản lý. Ngoài các MSDU,

phần tải trọng vận chuyển có thể chứa thơng tin u cầu băng thông hay yêu cầu

được truyền lại. Kiểu của tải trọng mang thông tin vận chuyển được nhận biết bằng

phần header con đứng ngay trước nó. Ví dụ về header con thơng qua việc đóng gói

và phân đoạn header con. Lớp MAC của WiMAX cũng hỗ trợ cơ chế ARQ dùng để

yêu cầu phát lại những MSDU đã phân mảnh hoặc chưa phân mảnh. Độ dài khung

lớn nhất là 2047 byte được đại diện bởi 11 bít trong phần GMH.

Bảng 1.1 : Các ví dụ khác nhau của khung MAC PDU

GMH



SH



Đồ án tốt nghiệp



Gói MSDU



Gói MSDU



...



Gói MSDU



có kích



có kích



có kích



thước cố



thước cố



thước cố



CRC



Trang 12



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

định



định



định



(a) Các MSDU có độ dài riêng biệt cố định được đóng gói cùng nhau



GMH



SH



FSH



khác



MSDU



CRC



(b) Một MSDU đơn phân mảnh

Kích



Kích thước



thước

GMH



SH



PSH



MSDU có

thể thay



MSDU có

PSH



thể thay







CRC



đổi hay 1



đổi hay 1



đoạn



đoạn



(c) Các MSDU có độ dài lớn được đóng gói cùng nhau



GMH



SH



ARQ Feedback



khác



CRC



(d) ARQ mang thơng tin



GMH



SH

khác



FSH



ARQ

Feedback



PSH



Kích thước MSDU có

thể thay đổi hay 1 đoạn



CRC



(e) ARQ and MSDUs payload



GMH



Đồ án tốt nghiệp



Bản tin quản lý MAC



CRC



Trang 13



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

(f) Khung quản lý MAC

Với

CRC: Cyclic Redundancy Check

FSH: Fragmentation Subheader

GMH: Generic MAC Header

PSH: Packing Subheader

SH: Subheader

1.4.3.2



Kỹ thuật truy cập kênh:



Trong WiMAX, lớp MAC ở các BS chịu trách nhiệm cấp phát băng thông cho

tất cả người sử dụng, ở cả hai đường uplink và downlink. Chỉ có trong thời gian các

MS thực hiện một vài điều khiển về việc chỉ định dải thơng thì khi đó nó sẽ có

nhiều phiên hay nhiều kết nối với các BS. Trong trường hợp đó thì BS sẽ cấp phát

dải thông đến MS, và tại MS sẽ được chia ra nhiều phần cho nhiều kết nối. Còn lại

tất cả việc lập lịch khác trên đường uplink và downlink đều do các BS giải quyết.

Đối với đường downlink, các BS có thể cấp phát dải thơng cho mỗi MS dựa trên

những nhu cầu về lưu lượng đến mà không cần thông tin yêu cầu từ MS. Ngược lại

đối với đường uplink, mọi sự cấp phát đều phải thông qua các yêu cầu từ MS.

BS cấp phát tài nguyên dùng chung hay chia sẻ đến mỗi MS, có thể dùng để

u cầu băng thơng. Q trình này được gọi là q trình kiểm tra tuần tự (Polling).

Polling có thể thực hiện cho từng MS (dùng unicast) hay một nhóm các MS

(multicast). Việc sử dụng multicast polling được dùng khi băng thông sử dụng bị

thiếu do dùng quá nhiều MS. Khi polling được dùng trong multicast, sự phân chia

khe cho việc yêu cầu băng thông là một khe dùng chung. WiMAX định nghĩa sự

truy cập tranh chấp và kỹ thuật phân giải cho trường hợp khi có nhiều hơn một MS

cùng cố gắng để sử dụng khe chung đó. Nếu nó đã định vị trí gởi lưu lượng, thì các

MS khơng cần phải kiểm sóat vòng. Thay vào đó, nó cho phép thực hiện u cầu

băng thơng theo ba cách

(1) Truyền một dải thông độc lập yêu cầu MPDU.

(2) Gởi một băng thông yêu cầu sử dụng dải kênh (the randing channel).

Đồ án tốt nghiệp



Trang 14



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

(3) Mang một băng thông yêu cầu trên những header MAC chung.

1.4.3.3



Chất lượng dịch vụ QoS:



Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS rất cần thiết đối với hệ thống băng rộng không

dây với các kênh được thiết kế đồng thời cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu và

video. Các thuật toán QoS là rất cần thiết để đảm bảo việc sử dụng chung kênh

không dẫn tới việc làm giảm chất lượng dịch vụ hoặc các lỗi dịch vụ. Mặc dù trong

thực tế các thuê bao đang dùng chung một đường truyền kết nối băng rộng với

nhiều thuê bao khác nhau nhưng họ mong đợi nhà cung cấp dịch vụ cung cấp các

tính năng ở một mức độ chấp nhận được trong mọi điều kiện.

Để hỗ trợ một sự đa dạng trong việc ứng dụng, WiMAX đã định nghĩa năm

chương trình dịch vụ được hỗ trợ bởi các BS để đưa ra các phương án vận chuyển

dữ liệu thông qua việc nối kết:

(1) Chấp nhận cấp các dịch vụ (UGS-Unsolicited grant services): Nó được

thiết kế để hỗ trợ các gói dữ liệu có kích thước cố định tại một tốc độ truyền bit

không đổi (CBR-constant bit rate).

(2) Dịch vụ kiểm sóat vòng thời gian thực (rtPS-real time polling services):

Dịch vụ này được thiết kế để hỗ trợ luồng dịch vụ thời gian thực, như là MPEG

video, mà phát các gói dữ liệu có kích thước thay đổi theo một chu kỳ nhất định. Sự

bắt buộc của các tham số luồng dữ liệu được định nghĩa là tốc độ reserved traffic là

cực tiểu, tốc độ sustained traffic là cực đại.

(3) Dịch vụ kiểm sóat vòng khơng thời gian thực (nrtPS-non real time

polling services): Dịch vụ này được thiết kế để hỗ trợ do trễ sai số của luồng dữ

liệu, như là FTP, qui định gói dữ liệu có kích cỡ thay đổi cho phép tốc độ được đảm

bảo ở một tốc độ tối thiểu.

(4) Dịch vụ Best-Effort (BE): Dịch vụ này được thiết kế để hỗ trợ những

dòng dữ liệu, như các trình duyệt Wed, khơng u cầu đảm bảo về mức dịch vụ tối

thiểu.

(5) Dịch vụ tốc độ thời gian thực mở rộng (ERT-VR Extended real-time

variable rate service): Dịch vụ này được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng thời gian

Đồ án tốt nghiệp



Trang 15



Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX

thực, như VoIP với sự nén khi yên lặng, có tốc độ dữ liệu có thể thay đổi nhưng yêu

cầu về độ trễ và tốc độ dữ liệu phải được đảm bảo. Dịch vụ này chỉ được định nghĩa

trong chuẩn IEEE 802.16e-2005 mà khơng có trong IEEE 802.16-2004. Nó cũng

được quy vào như là dịch vụ kiểm tra tuần tự thời gian thực mở rộng ErtPS.

Chuẩn WiMAX di động cung cấp gói cơng cụ cần thiết để hỗ trợ QoS cho đa

ứng dụng. Trạm gốc WiMAX đinh vị các đường uplink và downlink thông qua việc

sử dụng một quy trình quản lý lưu lượng. Quy trình này phản ánh các nhu cầu về

lưu lượng và các thông tin về các thuê bao cá nhân. Sau đó các thuật toán tổng hợp

được triển khai nhằm đảm bảo đáp ứng các tham số QoS ứng dụng cụ thể. Bảng sau

tóm tắt các loại QoS, các ứng dụng và các tham số QoS trong chuẩn 802.16e-2005:



1.4.3.4



Hỗ trợ di động:



Ngoài việc truy cập dải rộng cố định, WiMAX hỗ trợ thêm bốn cách dùng đặc

trưng cho tính di động của mình:

 Thông dụng: Người sử dụng được cho phép truy cập đến một trạm các thuê

bao cố định và nối lại từ một điểm truy cập khác gần đó.

 Linh động: Sự truy cập Nomadic được cung cấp đến một thiết bị di động,

như một PC card, dựa vào ứng dụng best-effort.



Đồ án tốt nghiệp



Trang 16



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

4 Cấu trúc của một hệ thống WiMAX:

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×