TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY
Quá trình phát triển của các mạng truy nhập không dây
Các mạng truy cập vô tuyến hiện nay phát triển chủ yếu theo hai hướng: công nghệ di động tế bào và các công nghệ khác như WLAN và WIMAX Đây là hai xu hướng công nghệ phổ biến nhất trong lĩnh vực này.
1.1.1 Công nghệ di động tế bào
Quá trình phát triển của hệ thống di động bắt đầu từ thế hệ thứ hai (2G) với sự ra đời của hệ thống GSM, được chuẩn hóa tại Châu Âu vào năm 1989 và chính thức triển khai vào năm 1992 GSM sử dụng công nghệ TDMA và nhảy tần chậm để điều chế thoại, tạo thuận lợi cho việc Roaming giữa các quốc gia Trong khi đó, tại Mỹ, các chuẩn di động số 2G như IS-54, hoàn thành vào năm 1992 và triển khai vào năm 1994, đã gây ra tranh cãi do sự không tương thích giữa các công nghệ Chuẩn IS-54 kết hợp TDMA với FDMA để cải thiện chuyển giao và điều khiển tín hiệu, và sau đó được mở rộng thành chuẩn IS-136.
Vào đầu những năm 1990, Qualcomm đã đề xuất một chuẩn cạnh tranh cho các hệ thống 2G dựa trên CDMA, được gọi là IS-95 hay IS-95A Chuẩn này hoàn thành vào năm 1993 và được triển khai thương mại dưới tên CDMAOne vào năm 1995.
Chuẩn di động tế bào kỹ thuật số thế hệ hai tại Nhật Bản, được gọi là PDC, đã được thiết lập vào năm 1991 và chính thức triển khai vào năm 1994 Chuẩn này tương tự như IS-95, mang lại những cải tiến đáng kể trong công nghệ di động.
Hệ thống thông tin di động tương thích với các kênh thoại 25KHz và hoạt động trên các băng tần 900MHz và 1500MHz, phù hợp với các tiêu chuẩn Nhật Bản Sự phát triển của hệ thống này đã được ghi nhận từ năm 1983 đến 2000, như thể hiện trong Hình 1.1.
Trong băng tần 900MHz, có hai chuẩn chính là IS-54, kết hợp TDMA và FDMA với điều chế khóa chuyển pha, và IS-95 (hay IS-95a) sử dụng CDMA chuỗi trực tiếp với điều chế và mã hóa nhị phân Băng tần 2GHz PCS đã được bán đấu giá, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn giữa các chuẩn hiện có hoặc phát triển hệ thống độc quyền cho phổ mà họ sở hữu Kết quả là có ba chuẩn di động tế bào khác nhau trong băng tần này, bao gồm IS-136 (tương tự IS-54 nhưng ở tần số cao hơn), IS-95 và chuẩn GSM Châu Âu.
Vào cuối những năm 1990, hệ thống 2G được phát triển với hai hướng chính: chuyển sang tần số cao hơn nhờ vào băng rộng di động tế bào ở Châu Âu và Mỹ, và bổ sung các dịch vụ dữ liệu cho thoại Năm 1994, Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) đã bắt đầu bán đấu giá phổ tần 1.9GHz cho các hệ thống di động, cho phép các nhà khai thác lựa chọn chuẩn khác nhau như GSM, IS-136 và IS-95 Sự đa dạng trong các chuẩn này đã gây khó khăn cho việc Roaming trong nước, mặc dù số lượng điện thoại di động tế bào số ngày càng gia tăng Các hệ thống GSM hoạt động chủ yếu trong băng tần PCS.
(CDMAOne) được chuyển sang băng PCS với tên gọi giữ nguyên Châu Âu cấp phát thêm phổ di động tế bào trong băng 1.8GHz
Băng tần GSM 1800 hay DCS 1800, thuộc hệ thống di động tế bào số, sử dụng chuẩn GSM cơ bản với một số điều chỉnh để cho phép chồng lấn giữa các tế bào vi mô và vĩ mô Các điện thoại không dây thế hệ hai như DECT, PACS và PHS cũng hoạt động trong băng tần 1.9GHz, nhưng chủ yếu hỗ trợ các dịch vụ tổng tài nhánh riêng (PBX).
Chuẩn IS-95 đã được cải tiến để hỗ trợ dịch vụ dữ liệu bằng cách phân bổ nhiều chức năng trải phổ trực giao cho một người dùng Tốc độ dữ liệu tối đa đạt 115.2Kbps, nhưng thực tế thường chỉ đạt khoảng 64Kbps Sự phát triển này được gọi là IS-95b.
Hình 1.1 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trên thế giới
Vào cuối năm 1996, Liên Minh viễn thông quốc tế đã thành công trong việc lập kế hoạch cho một băng tần toàn cầu và chuẩn hóa hệ thống di động tế bào số hóa thế hệ ba (3G), nhằm khắc phục sự phân đoạn của các chuẩn và băng tần trong hệ thống 2G Chuẩn này được gọi là viễn thông di động quốc tế.
IMT-2000 đã cung cấp tốc độ dữ liệu Mbps, phục vụ cho các ứng dụng như truy cập Internet băng rộng, trò chơi tương tác và giải trí hình ảnh, âm thanh chất lượng cao Tuy nhiên, không có một chuẩn duy nhất được thống nhất, mà hầu hết các quốc gia đã chọn một trong hai chuẩn cạnh tranh: CDMA2000, được hỗ trợ bởi 3GPP2, và WCDMA, được hỗ trợ bởi 3GPP Cả hai chuẩn này đều sử dụng công nghệ CDMA với điều khiển công suất và đầu thu RAKE, nhưng có sự khác biệt về tốc độ chip và các đặc điểm kỹ thuật khác Do đó, CDMA2000 và WCDMA không tương thích, yêu cầu điện thoại phải có hai chế độ để hoạt động trên cả hai hệ thống.
Chuẩn CDMA2000, phát triển từ CDMAOne, mở rộng cho công nghệ 3G với CDMA2000 1X (hay CDMA2000 1XRTT), hoạt động trên băng tần 1.25MHz và tương thích với CDMAOne Hệ thống này gấp đôi dung lượng thoại của CDMAOne, cung cấp dịch vụ thoại tốc độ cao với tốc độ đỉnh khoảng 300Kbps và tốc độ thực tế khoảng 144Kbps Hai phát triển chính của công nghệ này, CDMA2000 1XEV, bao gồm CDMA2000 1XEV-DO (dữ liệu) hỗ trợ tốc độ dữ liệu xuống đến 3Mbps và CDMA2000 1XEV-DV (thoại và dữ liệu) với tốc độ lên đến 4.8Mbps CDMA2000 cũng dự kiến gộp ba kênh 1.25MHz thành một kênh 3.75MHz, được gọi là CDMA2000 3X, với các chi tiết kỹ thuật vẫn đang được triển khai.
WCDMA là chuẩn 3G cạnh tranh với CDMA2000, được chọn làm sự kế thừa cho GSM và được xem như hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS Nó cũng được áp dụng ở FOMA Nhật Bản và các hệ thống điện thoại 3G khác tại đây WCDMA hỗ trợ tốc độ đỉnh lên tới 2.4Mbps, với tốc độ đặc trưng khoảng 384Kbps Khác với CDMA2000 sử dụng kênh 1.25MHz, WCDMA sử dụng kênh 5MHz Ngoài ra, WCDMA còn có các nâng cấp như HSDPA và HSUPA, cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 9Mbps, có thể là nền tảng cho các hệ thống 4G sau này.
DỮ LIỆU GÓI TÍCH HỢP ĐA PHƯƠNG TIỆN DI ĐỘNG
Hình 1.2 Quá trình phát triển của các mạng di động tế bào
3GPP (UTMS/WCDMA) đã phát triển HSDPA và HSUPA trên nền tảng mạng UTMS hiện tại, mang lại tốc độ dữ liệu cao Đối với mạng thế hệ tiếp theo, 3GPP đã thiết lập một tổ chức giải pháp lâu dài (LTE) nhằm xem xét các lựa chọn cho mạng này Hiện tại, một số lựa chọn dựa trên công nghệ OFDM đang được thảo luận nhưng vẫn chưa được hoàn thiện.
3GPP2 (CDMA2000) đang xem xét nhiều lựa chọn để phát triển từ các mạng 1×EV-DO Rev0 và Rev A Tổ chức phát triển giao diện không gian (AIE) trong 3GPP2 được giao nhiệm vụ đánh giá các tùy chọn cho mạng thế hệ tiếp theo Một trong những lựa chọn đáng chú ý là đa sóng mang (MC)-DO, dựa trên Nx-HRPD (dữ liệu gói tốc độ cao) Ngoài ra, tổ chức cũng thảo luận về các lựa chọn dựa trên OFDM, cùng với những giải pháp mà Flarion mang lại thông qua Qualcomm.
FLASH-OFDM của Flarion vào cuộc đua như một chọn lựa cho giải pháp của mạng 3GPP2
Các chuẩn cho hệ thống không dây băng thông rộng
Ba tổ chức chính trong việc chuẩn hóa các mạng không dây băng rộng bao gồm IEEE, ETSI và 3GPP Trong đó, IEEE và ETSI tập trung vào việc chuẩn hóa các mạng không dây dựa trên nền tảng công nghệ tiên tiến.
Tố c độ di độ n g (km/ h )
Tốc độ dữ liệu (Mbps)
Mạng 100m max và các mạng gói 3GPP chủ yếu tập trung vào công nghệ mạng tế bào và di động IEEE, tổ chức của Mỹ, cùng với ETSI, tổ chức của Châu Âu, có ảnh hưởng rộng rãi trên toàn cầu.
Chuẩn 802.11, được giới thiệu vào năm 1997, chia sẻ hai băng tần không cấp phép là 2.4GHz và 5GHz Trong đó, có hai phiên bản chính: phiên bản trải phổ nhảy tần (FHSS) và phiên bản trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS), cả hai đều hoạt động trong băng tần 2.4GHz Chuẩn 802.11b là một trong những tiêu chuẩn quan trọng trong công nghệ mạng không dây.
Chuẩn 802.11b, ra mắt vào năm 1999, hoạt động trên băng tần 2,4GHz và hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 11Mbps Các thiết bị như AP và card mạng không dây tương thích với chuẩn này đã được cung cấp từ năm 1999, và hiện nay hầu hết các mạng WLAN đều hỗ trợ chuẩn 802.11b.
Một trong những ưu điểm nổi bật của chuẩn 802.11b là khả năng phủ sóng rộng, có thể lên đến 100m Chuẩn này quy định 14 kênh, trong đó tại Mỹ, các kênh từ 1 đến 11 được sử dụng cho cấu hình điểm truy cập (AP) Mỗi kênh chiếm một phần băng tần 2,4GHz để truyền tải tín hiệu Để tối ưu hóa hiệu suất mạng WLAN, hầu hết các nhà thiết kế lựa chọn các kênh 1, 6 và 11, vì đây là những kênh không chồng lẫn, giúp giảm thiểu nhiễu từ các AP lân cận.
Chuẩn 802.11b gặp nhược điểm chủ yếu do nhiễu từ các thiết bị điện tử vô tuyến khác hoạt động trong băng tần 2,4GHz, dẫn đến suy giảm chất lượng kết nối Với phương thức DSSS, chuẩn này trải phổ tín hiệu trên băng tần 2,4GHz với độ rộng kênh 22MHz, mang lại khả năng chống nhiễu tốt hơn so với tín hiệu băng hẹp Mặc dù tốc độ truyền dẫn của 802.11b thấp hơn so với 802.11e, nhưng nó vẫn được ưa chuộng trong các môi trường sản xuất, kinh doanh và dịch vụ nhờ vào chi phí thiết bị thấp và tốc độ đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng Internet như duyệt Web, Email, chat và nhắn tin.
Hình 1.4 Quy mô triển khai các chuẩn truy nhập b.Chuẩn 802.11a
IEEE 802.11a hoạt động trong băng tần 5GHz, hoàn thiện vào năm
Vào năm 1999, công nghệ 802.11a đã ra đời, tận dụng giao diện không gian mới dựa trên phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) với tốc độ dữ liệu mục tiêu đạt 54Mbps và phạm vi phủ sóng tối đa khoảng 30m, tuy nhiên, người dùng thực tế thường chỉ có thể chia sẻ băng thông khoảng 20Mbps Một trong những ưu điểm nổi bật của 802.11a là khả năng cấp phát lên tới 8 hoặc 12 kênh không phủ chồng, so với chỉ 3 kênh không phủ chồng trong 802.11b, giúp hỗ trợ nhiều người dùng với nhu cầu chất lượng cao như video streaming Bên cạnh đó, với việc hoạt động ở băng tần 5GHz, 802.11a ít bị ảnh hưởng bởi các thiết bị gây nhiễu như điện thoại di động, Bluetooth hay lò vi sóng, dẫn đến chất lượng kết nối tốt hơn Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của 802.11a là phạm vi phủ sóng.
3GPP (GPRS/UMTS), 3GPP2 (1X /CDMA2000), GSMA và OMA là các tiêu chuẩn quan trọng trong lĩnh vực mạng di động So với 802.11b/g, 802.22 RAN hoạt động ở băng tần cao hơn, dẫn đến vùng phủ sóng hẹp hơn trong cùng một diện tích địa lý Mạng WLAN theo chuẩn 802.11a yêu cầu số lượng điểm truy cập (AP) nhiều hơn để duy trì kết nối Mặc dù tốc độ của 802.11a nhanh hơn so với 802.11b trong cùng một phạm vi làm việc, người dùng vẫn có thể giữ kết nối khi ra ngoài tầm phủ sóng của 802.11a, nhưng tốc độ sẽ giảm xuống còn khoảng 1Mbps hoặc 2Mbps.
Chuẩn 802.11a và 802.11b không tương thích, khiến các máy trạm và điểm truy cập của hai chuẩn này không thể kết nối Để giải quyết vấn đề này, một số nhà sản xuất đã phát triển card mạng không dây hỗ trợ đa chế độ cho cả 802.11a và 802.11b Chuẩn 802.11d cũng được giới thiệu nhằm cải thiện khả năng tương thích.
Chuẩn 802.11c được chuẩn hoá vào năm 2001, tập trung vào việc quy định các khía cạnh liên quan đến phân kênh (Channelization) và mẫu nhảy tần (Hopping Patterns) nhằm mở rộng hoạt động của WLAN 802.11 tại các quốc gia chưa có quy định cụ thể về việc triển khai ứng dụng 802.11 Điểm truy cập AP có khả năng cung cấp thông tin cho người dùng về số hiệu kênh hợp pháp và mức truyền tương ứng.
Chuẩn IEEE 802.11c cung cấp kỹ thuật bắc cầu giữa các mạng WLAN, tạo thành một mạng riêng Bằng cách sử dụng 802.11c, nhiều điểm truy cập (AP) có thể hoạt động phối hợp qua mạng hữu tuyến truyền thống, cho phép các thiết bị kết nối với các AP khác nhau để trao đổi dữ liệu hiệu quả Chuẩn 802.11e cũng liên quan đến việc cải thiện chất lượng dịch vụ trong mạng không dây.
Chuẩn IEEE 802.11e cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) trên mạng WLAN thông qua cả chế độ DCF và PCF, nâng cao khả năng của lớp MAC để hỗ trợ tốt hơn cho các ứng dụng yêu cầu QoS Ngoài ra, chuẩn này còn tăng cường tính bảo mật và hiệu quả của giao thức, đồng thời mở rộng khả năng hoạt động cho mạng không dây.
Chuẩn 802.11f, được hoàn thiện vào năm 2003, áp dụng cho mạng WLAN di động lớn, cho phép sử dụng thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau Giao thức IAPP (Inter Access Point Protocol) mở rộng 802.11 giúp kết nối vô tuyến giữa các điểm truy cập (AP) thông qua hệ thống phân phối (DS), đảm bảo việc trao đổi thông tin liên tục và an toàn giữa các AP hiện tại và AP mới trong quá trình chuyển giao Mức độ bảo mật được quản lý thông qua các khoá mã do máy chủ RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service) cấp phát, đồng thời máy chủ này cũng thực hiện việc ánh xạ giữa địa chỉ MAC của các AP và địa chỉ IP Đối với mạng WLAN có phạm vi rộng, chuẩn 802.11f là cần thiết.
IEEE 802.11g, được giới thiệu vào năm 2003, sử dụng các lược đồ điều chế và giao diện không gian tương tự như IEEE 802.11a nhưng hoạt động trong băng tần ISM 2.4GHz Mặc dù có sự khác biệt so với IEEE 802.11b, chuẩn này mang lại lợi ích về tốc độ dữ liệu khi kết hợp với các mạng 802.11b, với tốc độ tối đa đạt 54Mbps nhờ vào phương thức ghép kênh theo tần số trực giao OFDM Một trong những ưu điểm lớn nhất của 802.11g là khả năng tương thích với 802.11b, cho phép các mạng không dây hiện tại dễ dàng nâng cấp thiết bị truy cập AP lên chuẩn 802.11g, đồng thời cho phép các thiết bị của hai chuẩn này hoạt động trong cùng một băng tần 2,4GHz.
Chuẩn 802.11g, tương tự như 802.11b, chịu ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến từ các thiết bị điện tử hoạt động trong băng tần 2,4GHz, và bị giới hạn bởi số lượng chỉ 3 kênh vô tuyến không chồng lẫn Điều này dẫn đến dung lượng của 802.11g bị hạn chế hơn so với chuẩn 802.11a.
CÔNG NGHỆ WIMAX
Tổng quan về Wimax
WiMax, viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access, là một mạng không dây băng thông rộng được thiết kế theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 Công nghệ này phục vụ cho một lượng lớn người dùng với chi phí thấp, đồng thời giải quyết hiệu quả các vấn đề quản lý đầu cuối.
WiMax sử dụng sóng vô tuyến để kết nối Internet cho các máy tính, thay vì sử dụng dây như DSL hay cáp modem Nó hoạt động như một tổng đài trong khu vực, kết nối đến một trạm chủ để thiết lập đường dữ liệu đến Internet Người dùng trong khoảng cách 3 đến 5 dặm từ trạm chủ có thể tận hưởng tốc độ truyền dữ liệu cao lên tới 75Mbps qua công nghệ NLOS (Non-Line-Of-Sight) Đối với người dùng ở khoảng cách lớn hơn 30 dặm, công nghệ LOS (Line-Of-Sight) cho phép đạt tốc độ gần 280Mbps WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển mạnh mẽ, hứa hẹn mang lại khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định và mạng di động.
WiMAX được thiết kế để giải quyết các thách thức liên quan đến triển khai truy cập có dây truyền thống Đối với backhaul, công nghệ này sử dụng anten điểm-điểm để kết nối nhiều hotspot với nhau và với các trạm gốc qua khoảng cách dài, tạo ra đường kết nối hiệu quả giữa điểm truy cập WLAN và mạng băng rộng cố định Đối với last mile, WiMAX áp dụng anten điểm-đa điểm để kết nối các thuê bao, bao gồm cả hộ gia đình và doanh nghiệp, tới trạm gốc một cách nhanh chóng và hiệu quả.
WiMAX được phát triển với nhiều mục tiêu quan trọng, trong đó có cấu trúc mềm dẻo, hỗ trợ các hệ thống điểm – đa điểm, công nghệ lưới (mesh) và phủ sóng toàn diện Điều khiển truy cập (MAC) phương tiện truyền dẫn cho phép hỗ trợ điểm – đa điểm và cung cấp dịch vụ rộng khắp thông qua việc lập lịch một khe thời gian cho từng trạm di động (MS) Khi có một MS duy nhất trong mạng, trạm gốc (BS) sẽ tiến hành liên lạc với trạm này.
WiMAX là một công nghệ mạng không dây dựa trên điểm - điểm, cho phép sử dụng anten chùm hẹp để mở rộng khoảng cách phủ sóng Chất lượng dịch vụ (QoS) của WiMAX được tối ưu hóa cho hỗn hợp lưu lượng với bốn loại dịch vụ: UGS, rtPS, nrtPS và BE Việc triển khai WiMAX nhanh chóng hơn so với các giải pháp có dây, không yêu cầu xây dựng hạ tầng phức tạp Dịch vụ đa mức dựa vào thỏa thuận SLA giữa nhà cung cấp và người dùng, cung cấp truy cập băng rộng tại các khu vực đô thị và ngoại ô Tính tương thích của WiMAX với các tiêu chuẩn quốc tế giúp người dùng dễ dàng chuyển đổi giữa các nhà cung cấp dịch vụ WiMAX hỗ trợ di động với các cải tiến như OFDM, OFDMA và MIMO, cho phép truy cập Internet không dây băng thông rộng ở tốc độ cao Chi phí triển khai WiMAX thấp nhờ vào tiêu chuẩn mở và sản xuất hàng loạt, mang lại lợi ích kinh tế cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người tiêu dùng Cuối cùng, WiMAX có khả năng hoạt động không cần tầm nhìn trực tiếp giữa BS và MS, giúp cung cấp băng thông rộng trong các môi trường phức tạp.
WiMAX cung cấp khả năng phủ sóng rộng hơn nhờ hỗ trợ nhiều mức điều chế, cho phép truyền tải dữ liệu hiệu quả trong các điều kiện khác nhau Hệ thống này có thể mở rộng phạm vi từ WLAN công cộng (hotspot) đến các khu vực rộng hơn (hotzone), với khả năng đạt được phạm vi phủ sóng lên đến 50 km trong điều kiện lý tưởng, mặc dù phạm vi điển hình thường là 5 km trong nhà và 15 km với anten ngoài WiMAX cũng có dung lượng cao, có thể đạt tới 75 Mbit/s cho các trạm gốc với kênh 20 MHz trong điều kiện tốt Chuẩn 802.16-2004 cho phép sử dụng dải tần số linh hoạt và hỗ trợ TPC, giúp tăng cường khả năng sử dụng phổ và đáp ứng nhu cầu của hàng trăm đến hàng nghìn người dùng Cuối cùng, WiMAX đảm bảo tính bảo mật thông qua việc mã hóa các liên kết vô tuyến bằng chuẩn AES, cung cấp sự bảo vệ mạnh mẽ chống lại các hành vi đánh cắp dịch vụ.
2.1.3 Các chuẩn của Wimax a Chuẩn IEEE 802.16 – 2001
Chuẩn IEEE 802.16-2001, được hoàn thành vào tháng 10 năm 2001 và công bố vào tháng 4 năm 2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật cho giao diện không gian WirelessMAN™ trong các mạng đô thị Những đặc điểm chính của chuẩn IEEE 802.16-2001 bao gồm khả năng cung cấp kết nối không dây hiệu quả cho các khu vực đô thị.
Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định họat động ở dải tần 10 – 66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng
Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC
Tốc độ bit: 32 – 134 Mbps với kênh 28 MHz
Điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM
Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz
Kết nối có định hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật b Chuẩn IEEE 802.16a
Do những khó khăn trong việc triển khai chuẩn IEEE 802.16, một dự án sửa đổi mang tên IEEE 802.16a đã được hoàn thành vào tháng 11/2002 và công bố vào tháng 4/2003 Chuẩn này mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho tần số trong băng tần 2–11 GHz, bao gồm cả các phổ cấp phép và không cấp phép, đồng thời không yêu cầu điều kiện tầm nhìn thẳng Các đặc điểm chính của IEEE 802.16a được nhấn mạnh trong tài liệu này.
Bổ sung 802.16, các hiệu chỉnh MAC và các đặc điểm PHY thêm vào cho dải 2 – 11 GHz (NLOS)
Tốc độ bit : tới 75Mbps với kênh 20 MHz
Điều chế OFDMA với 2048 sóng mang, OFDM 256 sóng mang, QPSK, 16 QAM, 64 QAM
Dải thông kênh có thể thay đổi giữa 1,25MHz và 20MHz
Các chức năng MAC thêm vào: hỗ trợ PHY OFDM và OFDMA, hỗ trợ công nghệ Mesh, ARQ c Chuẩn IEEE 802.16 – 2004
Vào tháng 7/2004, chuẩn IEEE 802.16 – 2004 (hay IEEE 802.16d) đã được phê duyệt, kết hợp các chuẩn trước đó như IEEE 802.16 – 2001 và IEEE 802.16a, với khả năng ứng dụng LOS ở dải tần số 10-66 GHz và NLOS ở dải 2-11 GHz Chuẩn này cũng tích hợp các công nghệ vô tuyến tiên tiến như "beam forming" và kênh con OFDM Đầu năm 2005, chuẩn không dây băng thông rộng 802.16e, hay còn gọi là Mobile WiMax, được phê chuẩn, cho phép kết nối trạm gốc với các thiết bị di động Chuẩn 802.16e hoạt động ở băng tần dưới 6 GHz, cung cấp tốc độ lên tới 15 Mbps với kênh 5 MHz và bán kính cell từ 2-5 km, đồng thời đảm bảo tính tương thích giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau.
WiMAX 802.16e hỗ trợ tính năng handoff và roaming, sử dụng công nghệ SOFDMA để điều chế đa sóng mang Các nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai 802.16e để cung cấp dịch vụ cố định Công nghệ SOFDMA cho phép thay đổi số sóng mang, bên cạnh các mô hình OFDM và OFDMA, nhằm giảm thiểu nhiễu cho thiết bị người dùng với anten đa hướng 802.16e cũng cải tiến hỗ trợ MIMO và AAS, cùng với các phương thức handoff cứng và mềm Ngoài ra, nó còn nâng cao khả năng tiết kiệm năng lượng cho thiết bị di động và cung cấp các đặc điểm bảo mật linh hoạt hơn.
2.1.4 Các băng tần của Wimax a.Các băng tần được đề xuất cho WiMAX trên thế giới
Các băng được Diễn đàn WiMax tập trung xem xét và vận động cơ quan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMax là:
● Băng tần 2,3-2,4GHz (2,3GHz Band) : được đề xuất sử dụng cho Mobile WiMAX Tại Hàn Quốc băng này đã được triển khai cho WBA (WiBro)
● Băng tần 2,4-2,4835GHz: được đề xuất sử dụng cho WiMAX trong tương lai
● Băng tần 2,5-2,69GHz (2,5GHz Band): được đề xuất sử dụng cho WiMAX di động trong giai đoạn đầu
● Băng tần 3,3-3,4GHz (3,3GHz Band): được đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định
● Băng tần 3,4-3,6GHz (3,5GHz Band): được đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định trong giai đoạn đầu : FWA (Fixed Wireless Access)/WBA (WideBand Access)
Băng tần 3,6-3,8GHz được đề xuất cho WiMAX cố định (WBA) tại Châu Âu Tuy nhiên, băng tần 3,7-3,8GHz đã được sử dụng cho dịch vụ vệ tinh viễn thông tại Châu Á, do đó không thể áp dụng cho WiMAX tại khu vực này.
● Băng tần 5,725-5,850GHz: được đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định trong giai đoạn đầu
Một số băng tần khác được phân bổ cho BWA mà các nước đang xem xét cho BWA/WiMax bao gồm băng tần 700-800MHz (dưới 1GHz) và băng tần 4,9-5,1GHz Tại Việt Nam, các băng tần này cũng có khả năng được dành cho WiMAX.
Có thể dành đoạn băng tần này cho WiMAX Băng tần 2,3-2,4GHz thích hợp cho cả WiMAX cố định và di động
Băng tần này hiện đang được sử dụng phổ biến cho dịch vụ vi ba và MMDS, chủ yếu tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Đồng thời, đây cũng là một trong những băng tần được đề xuất cho công nghệ 3G.
Băng tần 2,5-2,69GHz được đánh giá là phù hợp nhất cho WiMAX di động và đã được Diễn đàn WiMAX xác nhận Nhiều quốc gia như Mỹ, Mêhicô, Brazil, Canada và Singapore cũng đã dành băng tần này cho WiMAX Do đó, việc đề nghị dành băng tần 2,5-2,69GHz cho WiMAX là cần thiết.
Theo Quy hoạch phổ tần số VTĐ quốc gia, băng tần 3,3-3,4GHz được phân bổ cho các nghiệp vụ Vô tuyến định vị, cố định và lưu động, nhưng hiện chưa có hệ thống nào triển khai trong băng tần này, do đó có thể cho phép sử dụng WiMAX Băng tần 3,4-3,6GHz và 3,6-3,8GHz sẽ được hệ thống vệ tinh VINASAT sử dụng một số đoạn trong băng C và Ku, bao gồm cả băng tần 3,4-3,7GHz Ngoài ra, băng tần 3,7-3,8GHz mặc dù chưa được VINASAT sử dụng, có thể được áp dụng cho các trạm mặt đất liên lạc với các hệ thống vệ tinh khác.
Vì vậy, không nên triển khai WiMAX trong băng tần 3,4 - 3,8 GHz
Truyền sóng trong WiMAX
Trong khi nhiều công nghệ không dây băng rộng chỉ cung cấp phủ sóng LOS, công nghệ WiMAX được tối ưu hóa để cung cấp phủ sóng NLOS WiMAX mang lại hiệu suất tốt nhất cho cả hai loại phủ sóng, với khả năng vượt qua các đặc tính đường truyền môi trường, tổn thất đường dẫn và ngân quỹ kết nối vô tuyến.
Trong liên lạc LOS (Line of Sight), tín hiệu truyền đi qua một đường thẳng không bị cản trở từ máy phát đến máy thu Để đảm bảo liên lạc LOS, cần có một phần lớn miền Fresnel thứ nhất không bị vật cản nào che khuất; nếu không, cường độ tín hiệu sẽ giảm đáng kể Độ hở Fresnel cần thiết phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa máy phát và máy thu.
Trong liên lạc NLOS, tín hiệu đến máy thu chủ yếu qua các hiện tượng phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ Các tín hiệu này bao gồm thành phần từ đường trực tiếp và các nhiễu xạ, với khoảng trễ, suy hao, phân cực và độ ổn định khác nhau so với đường truyền trực tiếp Những yếu tố này gây ra nhiễu ISI và méo tín hiệu, điều này không phải là vấn đề trong liên lạc LOS nhưng lại trở thành thách thức lớn trong NLOS.
Triển khai NLOS mang lại nhiều lợi ích đáng giá, đặc biệt trong việc giảm yêu cầu lập kế hoạch và chiều cao anten, điều này thường không khả thi trong các hệ thống LOS Việc hạ thấp anten trong các khu vực có tế bào kề nhau giúp giảm nhiễu kênh giữa các vị trí cell liền kề, từ đó thúc đẩy hoạt động của các trạm gốc trong điều kiện NLOS Ngược lại, các hệ thống LOS không thể giảm chiều cao anten mà không ảnh hưởng đến đường quan sát trực tiếp giữa CPE và trạm gốc.
Hình 2.1 Minh họa họat động WiMAX
Công nghệ NLOS giúp giảm chi phí lắp đặt bằng cách cho phép đặt thiết bị CPE dưới mái che, đồng thời đơn giản hóa việc xác định vị trí lắp đặt CPE thích hợp Công nghệ này cũng giảm thiểu nhu cầu theo dõi vị trí thiết bị phía trước và nâng cao độ chính xác của các công cụ lập kế hoạch NLOS Hình 1.1 minh họa cho những lợi ích này.
Công nghệ NLOS và những tính năng được nâng cao trong WiMAX tạo khả năng sử dụng thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) trong nhà
Công nghệ WiMAX giúp giải quyết và giảm nhẹ các vấn đề do điều kiện NLOS thông qua việc áp dụng nhiều giải pháp công nghệ tiên tiến như OFDM, OFDMA, điều chế thích nghi, công nghệ sửa lỗi, công nghệ anten, điều khiển công suất và kênh con Bài viết này sẽ tóm tắt các giải pháp hiệu quả này.
Công nghệ OFDM (Ghép kênh phân chia tần số trực giao) là một phương pháp truyền tín hiệu hiệu quả, dựa trên FDM, cho phép truyền đồng thời nhiều tín hiệu qua các tần số khác nhau, từ đó tăng tốc độ truyền dẫn Mỗi tín hiệu được điều chế theo một dải tần số riêng biệt, với các sóng mang con được tách biệt bởi dải bảo vệ để tránh hiện tượng chồng lấn SOng mang này được giải điều chế tại máy thu thông qua các bộ lọc để tách riêng các dải tần OFDM có ưu điểm hơn FDM nhờ vào khoảng cách gần hơn giữa các kênh con, cho phép tín hiệu chồng lấn mà không làm giảm chất lượng Việc giải điều chế tín hiệu sử dụng bộ biến đổi Fourier rời rạc (DFT) để xử lý hiệu quả.
Hình 2.2 So sánh FDM và OFDM
Trong OFDM chúng ta có 256 sóng mang với 192 sóng mang con dữ liệu, 8 sóng mang con pilot
Hình 2.3 OFDM với 256 sóng mang
Các sóng mang con pilot cung cấp tham chiếu để giảm thiểu sự dịch chuyển tần số và pha trong quá trình truyền, trong khi các sóng mang null tạo ra khoảng bảo vệ và sóng mang DC (tần số trung tâm) Tất cả các sóng mang con được phát đồng thời.
OFDM là công nghệ nén nhiều sóng mang được điều chế chặt chẽ, giúp giảm băng thông yêu cầu và giữ cho các tín hiệu điều chế trực giao, tránh gây nhiễu lẫn nhau Công nghệ này hoạt động hiệu quả trong việc khắc phục các trở ngại của truyền sóng NLOS, cho phép OFDM WiMAX hoạt động tốt hơn trong môi trường có độ trễ lớn.
Khả năng khắc phục khoảng trễ, đa đường, và ISI theo cách hiệu quả cho phép thông lượng tốc độ dữ liệu cao
Công nghệ OFDMA cho phép phân bổ nhiều sóng mang con cho các người dùng khác nhau, ví dụ như sóng mang con 1, 3 và 7 được gán cho người dùng 1, trong khi sóng mang con 2, 5 và 9 được gán cho người dùng 2 Những nhóm sóng mang con này hoạt động như các kênh con OFDMA cũng cho phép sử dụng các kích thước FFT nhỏ hơn, từ đó cải thiện chất lượng tín hiệu cho các kênh có băng thông thấp hơn.
Trong OFDMA, để giảm thiểu hiện tượng fading do lựa chọn tần số, các sóng mang của các kênh con được trải rộng theo phổ kênh Hình 2.4 minh họa nguyên lý phân chia thành các kênh con, trong đó khoảng sóng mang có thể được chia thành nhiều nhóm liên tiếp Mỗi nhóm bao gồm một số sóng mang liên tiếp N E, sau đó sẽ loại trừ các kênh con pilot đã được gán ban đầu Mỗi kênh con sẽ có một thành phần từ mỗi nhóm, được xác định thông qua một quá trình giả ngẫu nhiên dựa trên sự hoán vị, với N G là số thành phần kênh con Cụ thể, với N = 2048, đường xuống có NG = 48 và NE = 2, trong khi đường lên có NG = 53 và NE = 2.
2.2.3 Điều chế thích nghi Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh sơ đồ điều chế tín hiệu phụ thuộc vào điều kiện SNR của liên kết vô tuyến Khi liên kết vô tuyến chất lượng cao, sơ đồ điều chế cao nhất được sử dụng, đưa ra hệ thống dung lượng lớn hơn
Hình 2.5 cho thấy mối quan hệ giữa bán kính cell và điều chế thích nghi Sơ đồ điều chế thấp hơn được áp dụng nhằm duy trì chất lượng kết nối và ổn định liên kết Đặc điểm này giúp hệ thống khắc phục hiện tượng fading theo thời gian.
Các công nghệ sửa lỗi trong WiMAX đã được tích hợp để giảm yêu cầu tỉ số tín hiệu trên tạp âm hệ thống Sử dụng các thuật toán FEC, mã hóa xoắn và chèn giúp phát hiện và sửa lỗi, từ đó cải thiện thông lượng Những công nghệ sửa lỗi mạnh mẽ này cho phép khôi phục các khung bị lỗi do fading lựa chọn tần số và lỗi cụm Tự động yêu cầu lặp lại (ARQ) được áp dụng để xử lý các lỗi không thể sửa bằng FEC, gửi lại thông tin bị lỗi Kết quả là, chất lượng tốc độ lỗi bit (BER) được cải thiện đáng kể ở mức ngưỡng nhất định.
Các thuật toán điều khiển công suất giúp cải thiện chất lượng hệ thống bằng cách cho phép trạm gốc gửi thông tin điều khiển đến từng CPE, điều chỉnh mức công suất truyền để đạt được mức nhận đã xác định Trong môi trường fading động, mục tiêu này đảm bảo CPE chỉ truyền đủ công suất để đáp ứng yêu cầu Điều này không chỉ giảm tiêu thụ công suất tổng thể của CPE mà còn giảm nhiễu từ các trạm gốc lân cận Đối với trường hợp LOS, công suất truyền của CPE tỷ lệ thuận với khoảng cách đến trạm gốc, trong khi với NLOS, nó phụ thuộc nhiều vào độ hở và vật cản xung quanh.
2.2.6 Các công nghệ vô tuyến tiên tiến a Phân tập thu và phát
Các ứng dụng WiMAX
2.3.1 Các mô hình ứng dụng
WiMAX hoàn toàn tích hợp vào các mạng cố định và di động hiện có, bổ sung chúng khi cần thiết Mô hình ứng dụng cố định, hay còn gọi là Fixed WiMAX, cho phép kết nối Internet tốc độ cao và ổn định, phục vụ nhu cầu truyền thông trong các khu vực đô thị và nông thôn.
Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 -
Tiêu chuẩn "không dây cố định" được giới thiệu vào năm 2004, cho phép thiết bị thông tin hoạt động với các anten cố định tại nhà của các thuê bao Anten này thường được lắp đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp, tương tự như các chảo thông tin vệ tinh.
Tiêu chuẩn IEEE 802.16 – 2004 cho phép sử dụng anten trong nhà, mặc dù hiệu suất thu sóng không mạnh bằng anten ngoài trời Băng tần hoạt động được quy định trong khoảng 2,5 GHz hoặc 3,5 GHz WiMAX cố định phục vụ nhiều loại người dùng, bao gồm các doanh nghiệp, khu dân cư nhỏ, mạng cáp truy cập WLAN công cộng kết nối với mạng đô thị, cũng như các trạm gốc BS trong mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm.
Mô hình ứng dụng WiMAX di động cho phép người dùng ở các khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa tiếp cận internet, bất chấp sự khó khăn trong việc triển khai mạng cáp hữu tuyến Điều này giúp giải quyết vấn đề phân bố địa lý của người dùng, mang lại kết nối ổn định và tiện lợi cho những vùng khó khăn.
Mô hình WiMAX di động sử dụng thiết bị theo tiêu chuẩn 802.16e, bổ sung cho IEEE 802.16 – 2004, nhằm phục vụ người dùng cá nhân di động trong băng tần dưới 6 GHz Mạng lưới này kết hợp với WLAN và mạng di động 3G, tạo ra một mạng di động với vùng phủ sóng rộng Chuẩn WiMAX được phát triển để cung cấp nhiều ứng dụng đa dạng.
2.3.2 Mô hình hệ thống WiMAX
Mô hình hệ thống WiMAX cũng giống như các hệ thống thông tin di động tế bào truyền thống như hình 1.8
Hình 2.8 Mô hình hệ thống WiMAX
Hai phần chính của hệ thống WiMAX gồm:
Trạm gốc WIMAX là thiết bị quan trọng trong việc giao tiếp với các hệ thống cung cấp dịch vụ mạng lõi thông qua cáp quang, hoặc kết hợp với các tuyến vi ba điểm.
Điểm kết nối với các nút quang hoặc qua các đường thuê riêng từ nhà cung cấp dịch vụ hữu tuyến cho phép chuyển đổi dịch vụ qua anten trạm gốc Các dịch vụ này sau đó được kết nối với các thiết bị đầu cuối WiMAX CPE thông qua môi trường vô tuyến.
Thiết bị đầu cuối CPE WiMAX thường là một giải pháp "plug and play" đơn giản, tương tự như modem DSL, giúp kết nối dễ dàng Đối với khách hàng cách xa trạm gốc WiMAX vài km, việc sử dụng anten bên ngoài tự lắp đặt có thể cần thiết để nâng cao chất lượng truyền dẫn Đối với những khách hàng ở vùng hẻo lánh, một anten chỉ dẫn hướng về trạm gốc WiMAX có thể được yêu cầu Nếu khách hàng cần dịch vụ thoại bên cạnh băng rộng, CPE đặc biệt sẽ hỗ trợ kết nối cho các cuộc gọi điện thoại thông thường hoặc VoIP Cuối cùng, chip WiMAX cũng sẽ được tích hợp trong các thiết bị trung tâm dữ liệu.
Hình 2.9 Các ứng dụng WiMAX
Các ứng dụng WiMAX như, được minh họa trên hình 2.10 như:
Truy nhập băng rộng last-mile cố định như một sự thay thế cho DSL có dây, cable, hoặc các kết nối T1
Backhaul chi phí rẻ cho các vị trí cell và các hotspot WiFi
Tình hình triển khai WiMAX
2.4.1 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới
Hiện nay, công nghệ WiMAX cố định đang được thử nghiệm tại 50 quốc gia trên thế giới, nhằm cung cấp dịch vụ truy cập Internet băng rộng cho các vùng thưa dân cư Theo Maravedis Inc., thị trường viễn thông băng rộng cố định (sub-11GHz) dự kiến sẽ đạt doanh thu hơn 2 tỷ đô vào năm 2010, với tốc độ tăng trưởng hàng năm đạt 30% Sự xuất hiện của công nghệ truy cập không dây băng rộng mới như WiMAX 802.16-2004 hứa hẹn sẽ thúc đẩy sự bùng nổ của thị trường trong những năm tới nhờ vào khả năng triển khai nhanh chóng và chi phí thấp.
Mạng WiBro của Hàn Quốc, một dạng của WiMAX di động, đã được thương mại hóa từ tháng 6 năm 2006 với khả năng di động hạn chế dưới 60 km/h Đây là mạng cung cấp dịch vụ Internet băng rộng di động, cho phép truy cập tốc độ cao mọi lúc, mọi nơi với bốn đặc điểm nổi bật: di động, giá cả phải chăng, tốc độ truyền dữ liệu cao và tính linh hoạt WiBro đáp ứng nhu cầu về dịch vụ đa phương tiện, với các dịch vụ chính bao gồm thoại có hình ảnh, tải nhạc, tải video, video theo yêu cầu và truyền hình hội nghị Hiện nay, nhiều quốc gia như Mỹ, Australia, Brazil và Chile đã triển khai hoặc thử nghiệm các dịch vụ trên nền tảng Mobile WiMAX.
Vào ngày 15-19/10/2007, công nghệ WiMAX đã được Cơ quan viễn thông quốc tế ITU phê duyệt vào bộ chuẩn IMT-2000, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong việc triển khai băng rộng không dây Quyết định này giúp WiMAX đạt được vị thế ngang hàng với các công nghệ kết nối vô tuyến hàng đầu như GSM, CDMA và UMTS, tạo điều kiện cho các nhà khai thác toàn cầu tự tin đầu tư vào giải pháp băng thông rộng di động Đặc biệt, khu vực Châu Á có thể tận dụng băng tần 2,5 GHz để khai thác kinh tế quy mô toàn cầu về thiết bị và giải pháp WiMAX.
2.4.2 Tình hình triển khai thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam
VNPT triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai vào tháng
Dự án WiMAX đã được nghiệm thu thành công vào tháng 4/2007 và hiện đang triển khai thử nghiệm giai đoạn hai tại bản Tả Van, huyện Sapa, tỉnh Lào Cai Khu vực này có địa hình đồi núi phức tạp, tạo ra thử thách lớn cho công nghệ WiMAX trong môi trường không có tầm nhìn trực tiếp (NLOS).
Năm 2006, Bộ Bưu chính Viễn thông Việt Nam cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ WiMAX cố định cho 4 doanh nghiệp: Viettel, VTC, VNPT và FPT Telecom Sau 12 tháng thử nghiệm, Bộ sẽ chọn 3 nhà cung cấp chính thức cho dịch vụ băng rộng không dây này.
VNPT dự kiến sẽ triển khai thử nghiệm dịch vụ WiMAX tại hai thành phố lớn là Hà Nội và TP Hồ Chí Minh trong năm 2007, sau khi thành công trong việc thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai.
Vào ngày 1/10/2007, Chính phủ Việt Nam đã chính thức cấp phép triển khai dịch vụ thông tin di động 3G và dịch vụ truy nhập băng rộng không dây WiMAX theo công văn số 5535/VPCP-CN Phó Thủ tướng cũng đã đồng ý cho bốn doanh nghiệp (EVN Telecom, Viettel, FPT và VTC) thử nghiệm dịch vụ WiMAX di động tại băng tần 2,3 – 2,4 GHz, trong khi VNPT tiến hành thử nghiệm ở băng tần 2,5 – 2,69 GHz.
Kiến trúc mạng truy nhập WiMAX
Mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn được minh họa trong Hình 2.1, trong đó lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tương ứng với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) theo mô hình OSI.
Hình 2.80 Mô hình tham chiếu
Lớp MAC bao gồm ba lớp con, trong đó lớp con hội tụ chuyên biệt cung cấp dịch vụ biến đổi dữ liệu mạng từ điểm truy nhập dịch vụ CS vào các MAC SDU Lớp này phân loại các đơn vị dữ liệu dịch vụ mạng và kết hợp chúng với định danh luồng dịch vụ (SFID) và định danh kết nối (CID) Ngoài ra, nó còn có thể thực hiện các chức năng như nén đầu mục tải (PHS) MAC CPS cung cấp các tính năng cốt lõi như truy cập hệ thống, định vị băng thông, thiết lập và quản lý kết nối, mà không yêu cầu hiểu định dạng hay phân tích thông tin từ payload CS.
CS được phân loại thông qua MAC SAP, với các kết nối MAC riêng biệt Ngoài ra, MAC còn bao gồm một lớp bảo mật riêng, cung cấp các chức năng như nhận thực, trao đổi khóa bảo mật và mã hóa.
Lớp vật lý thực hiện một ánh xạ hai chiều giữa các MAC-PDU và các khung lớp vật lý, đảm bảo việc truyền và nhận thông tin thông qua mã hóa và điều chế tín hiệu RF.
2.5.2 Lớp MAC a.Lớp con hội tụ MAC
Lớp con quy tụ chuyên biệt định nghĩa dịch vụ tổng thể nhằm ánh xạ các dịch vụ đến và từ các kết nối MAC Lớp con quy tụ ATM phục vụ cho các dịch vụ ATM, trong khi lớp con quy tụ gói ánh xạ các dịch vụ như IPv4, IPv6, Ethernet và VLAN Nhiệm vụ chính của lớp con là phân loại các đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) theo kết nối MAC thích hợp, bảo toàn chất lượng dịch vụ (QoS) và định vị dải thông Ngoài các chức năng cơ bản, lớp con quy tụ còn có thể thực hiện các chức năng phức tạp như chặn và xây dựng lại đầu mục tải tối đa để nâng cao hiệu suất kết nối.
Lớp con phần chung MAC (MAC CPS) đóng vai trò trung tâm trong chuẩn, nơi quy định các quy tắc quản lý kết nối, định vị dải thông và cấu trúc truy cập hệ thống Nó cũng định nghĩa các chức năng quan trọng như lập lịch đường lên, yêu cầu và cấp phát dải thông, cũng như yêu cầu lặp lại tự động (ARQ).
▪ Địa chỉ và kết nối
Mỗi thiết bị di động (MS) có một địa chỉ MAC 48 bit, giúp xác định duy nhất thiết bị trong tập hợp của tất cả các nhà cung cấp và loại thiết bị Địa chỉ này đóng vai trò quan trọng trong quá trình "Initial ranging" để thiết lập các kết nối phù hợp cho MS, đồng thời cũng được sử dụng trong quy trình xác thực.
MAC 802.16 theo kiểu hướng kết nối cho phép ánh xạ tất cả các dịch vụ, bao gồm cả những dịch vụ không kết nối, tới một kết nối duy nhất Cơ chế này hỗ trợ yêu cầu băng thông, kết hợp QoS và các tham số liên quan đến lưu lượng, vận chuyển và định tuyến dữ liệu Tất cả các hoạt động này đều tuân theo các điều khoản hợp đồng dịch vụ Các kết nối được xác định bằng các CID 16-bit và có khả năng yêu cầu băng thông theo cách cấp phát liên tiếp hoặc theo yêu cầu.
▪ Các định dạng MAC PDU
MAC-BS và MAC-MS trao đổi các bản tin, và các bản tin này được xem như các PDU Định dạng của MAC PDU xem hình 2
Hình 2.11 Các định dạng MAC PDU
Bản tin MAC bao gồm ba phần chính: header dài 6 byte, payload có chiều dài thay đổi và CRC Các PDU yêu cầu băng thông không có payload, trong khi các MAC PDU có thể chứa bản tin quản lý MAC hoặc dữ liệu lớp con hội tụ - MAC SDU Payload và CRC là tùy chọn, chỉ được sử dụng khi MS yêu cầu trong các tham số QoS.
Có hai loại header MAC là header MAC chung (GMH) và header MAC yêu cầu dải thông (BR) GMH được sử dụng để truyền tải dữ liệu và các bản tin quản lý MAC, trong khi header BR cho phép MS yêu cầu băng thông lớn hơn trên kênh lên (UL) Cả header MAC và các bản tin quản lý MAC đều không được mã hóa.
▪ Xây dựng và truyền các MAC PDU
Các MAC PDU được truyền trên các burst PHY, burst PHY có thể chứa nhiều block FEC
Bao gồm các bước sau: ghép, phân mảnh, đóng gói, tính toán CRC, mật hóa các PDU, đệm
ARQ sẽ không được áp dụng cho đặc tả PHY WirelessMAN-SC, vì nó là một phần của MAC và chỉ là tùy chọn bổ sung Khi được tích hợp, ARQ có thể được cho phép theo từng kết nối, với mỗi kết nối ARQ được chỉ định và dàn xếp trong quá trình tạo kết nối Lưu ý rằng một kết nối không thể kết hợp cả lưu lượng ARQ và không ARQ, và ARQ chỉ hiệu quả với các ứng dụng không yêu cầu thời gian thực.
Thông tin feedback ARQ có thể được gửi dưới dạng bản tin quản lý MAC độc lập qua kết nối quản lý cơ bản hoặc trên một kết nối hiện có Điều quan trọng là feedback ARQ không bị phân mảnh và cửa sổ trượt ở lớp 2 phụ thuộc vào cơ cấu điều khiển luồng ARQ sử dụng một trường số tuần tự để quản lý thông tin.
11 bit, CRC – 32 để kiểm tra lỗi dữ liệu
▪Truy nhập kênh và QoS
IEEE 802.16 hỗ trợ nhiều dịch vụ thông tin như dữ liệu, thoại và video với các yêu cầu QoS khác nhau Để cung cấp QoS, các gói dữ liệu được kết hợp qua giao diện MAC thành một luồng dịch vụ được nhận diện bởi CID Mỗi luồng dịch vụ cung cấp một QoS riêng biệt, với các tham số QoS được định nghĩa cụ thể cho từng luồng Mục đích chính của các đặc tính QoS này là xác định thứ tự và lập lịch truyền tại giao diện không gian.
Các luồng dịch vụ có thể tồn tại ở cả hướng lên và xuống mà không cần hoạt động để mang lưu lượng Mỗi luồng dịch vụ được xác định bởi một SFID 32 bit, trong khi các luồng dịch vụ đang hoạt động và được chấp nhận sẽ có thêm một CID 16 bit.
Các loại luồng dịch vụ: Các luồng dịch vụ dự trữ, các luồng dịch vụ
Các luồng dịch vụ trong hệ thống có thể được phân loại thành tĩnh và động, với mô đun cấp phép BS có khả năng cho phép hoặc từ chối các thay đổi về tham số QoS Chuẩn định nghĩa nhiều khái niệm quan trọng liên quan đến QoS, bao gồm lập lịch cho luồng dịch vụ QoS, thiết lập dịch vụ động, và mô hình hoạt động hai pha.
▪Các cơ cấu yêu cầu và cấp phát dải thông
