LUẬN VĂN: CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX docx

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 3 -











Luận văn



CÔNG NGHỆ MẠNG WiMAX

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 4 -



CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MẠNG WiMAX
1.1 Công nghệ băng rộng không dây
1.1.1 Thế nào là băng rộng không dây

Băng rộng không dây là một công nghệ hứa hẹn những kết nối tốc độ cao
trong không trung. Nó sử dụng sóng radio để truyền và nhận dữ liệu trực tiếp tới
và từ những người dùng bất cứ khi nào họ muốn. Các công nghệ như 3G, WiFi,
hay WiMAX và UWB sẽ làm việc cùng nhau để đáp ứng nhu cầu duy nhất này
của khách hàng. Truy nhập không dây băng rộng (BWA) là hệ thống điểm đa
điểm được tạo nên từ các trạm phát sóng cơ sở và các thiết bị của khác như hình
1.1. Hình này chỉ ra một trạm phát sóng cơ sở được kết nối với mạng đường trục
(backbone). Thay vì sử dụng các kết nối vật lý giữa các trạm cơ sở và các thuê

bao, các trạm phát sóng cơ sở sử dụng anten ngoài trời để nhận và gửi dữ liệu,
thoại tốc độ cao tới các thuê bao. Công nghệ này giảm được những yêu cầu về
cơ sở hạ tầng hữu tuyến đồng thời cung cấp những giải pháp mềm dẻo và hiệu
quả cho những chặng cuối.


Hình 1.1: Mô hình băng rộng không dây

1.1.2 Lợi ích của băng rộng không dây
- Băng rộng hứa hẹn các dịch vụ thoại dữ liệu và truyền hình tốc độ cao.
- BWA có thời gian triển khai nhanh chóng, tốn ít chi phí hơn các phương pháp
truyền thống, không cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng hữu tuyến tốn kém.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 5 -

- Nó đưa ra những kết nối ở những chặng cuối, mà DSL hay băng rộng hữu
tuyến không thể đạt tới.
- Thời gian triển khai nhanh hơn, dễ dàng mở rộng hơn, mềm dẻo hơn do vậy nó
đem lại những dịch vụ thay thế cho những khách hàng vốn không thỏa mãn với
các dịch vụ băng rộng hữu tuyến.
- Nó vượt qua sự thực thi và độ tin cậy của các mạng hữu tuyến với đường dây
thuê riêng.
- Tạo ra một môi trường cạnh tranh cho sự phát triển các dịch vụ và các sản
phẩm mới. Các đặc tính của BWA sẽ thu hút các công ty các nhà đầu tư vào
ngành công nghiệp băng rộng không dây.
1.2. Giới thiệu về WiMAX
1.2.1 Định nghĩa WiMAX
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) hay IEEE
802.16 - wireless microwave access - truy cập vô tuyến sóng cực ngắn), tiêu

chuẩn kỹ thuật này sinh ra từ dòng 802.xx ngày một phát triển của IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers). IEEE 802.16 Broadband
Wireless Metropolitan Area Network (Wireless MAN) Standard cung cấp giải
pháp kết nối băng rộng tới những người dùng cố định di động do đó nó kinh tế
hơn cơ sở hạ tầng hữu tuyến. IEEE 802.16 Working Group on BWA đang phát
triển chuẩn dành cho mạng WMAN với khả năng ứng dụng trên phạm vi toàn
cầu từ tháng 7 năm 1999. Chuẩn IEEE 802.16 liên quan đến giao tiếp không gian
giữa các thuê bao và các trạm phát sóng. Chuẩn IEEE 802.16 được công bố vào
ngày 8 tháng 4 năm 2002. Các chuẩn dành cho mạng WMAN có thể kết nối các
điểm nóng 802.11 tới Internet và đưa ra giải pháp truy nhập băng rộng ở những
chặng cuối thay thế cho DSL và cáp. Chuẩn WMAN sẽ hỗ trợ các dịch vụ truy
nhập không dây băng rộng tới các tòa nhà, chủ yếu thông qua các anten ngoài
trời tới các trạm phát sóng cơ sở.
Phạm vi có thể lên tới 50 km và cho phép người sử dụng đạt được kết nối
băng rộng mà không cần tầm nhìn thẳng tới các trạm phát sóng. The IEEE
802.16 Working Group đang phát triển các chuẩn truy nhập băng rộng không
dây cho hệ thống ở băng tần 10- 66 GHz và dưới 11 GHz. Chuẩn này tập trung
vào lớp MAC và lớp vật lý.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 6 -

Hình 1.2: Mô hình mạng WiMAX

1.2.2 Đặc điểm của công nghệ WiMAX

Hình 1.3: Đặc điểm công nghệ WiMAX

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG

- 7 -
* Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX có một vài kiến trúc như Point to Point dành cho
backhaul, Point to Multipoint cho BS (base station) đến SS (subscriber).
Nếu chỉ có một SS trong mạng WiMAX thì BS sẽ giao tiếp với SS trên nền tảng
Point to Point. Các trạm BS trong mô hình Point to Point có thể dùng một anten
với độ định hướng cao để đạt được khoảng cách lớn hơn
* An ninh mạnh: WiMAX hỗ trợ AES (advanced Encryption Standard) và
3DES (triple Data Encryption Standard). Với việc bảo mật tuyến giữa BS và
SS,WiMAX cung cấp sự riêng tư và an toàn ở giao tiếp không dây băng rộng.
An ninh mạng WiMAX còn cho phép các nhà vận hành mạng chống lại sự
đánh cắp các dịch vụ. Ngoài ra WiMAX cũng cho phép xây dựng mạng riêng ảo
(VPN),cho phép bảo vệ những dữ liệu được gửi đi từ những người sử dụng khác
nhau trong cùng một BS.
* Cung cấp QoS: WiMAX cung cấp QoS trên từng kết nối đáp ứng tất cả các
dịch vụ nhạy cảm với trễ như thoại , truyền hình…và các dịch vụ đa phương
tiện.
* Sự triển khai nhanh chóng: So với sự triển khai mạng hữu tuyến thì WiMAX
có thể được triển khai nhanh hơn rất nhiều. Chỉ với một anten và thiết bị cài đặt
được cung cấp nguồn là WiMAX sẵn sàng phục vụ các dịch vụ. Trong nhiều
trường hợp sự triển khai WiMAX có thể được tính bằng giờ so với hàng tháng
đối với các giải pháp khác.
* Cung cấp dịch vụ nhiều mức (multi_level service): Với việc đáp ứng các mức
độ QoS khác nhau dựa trên thỏa thuận về mức dịch vụ SLA (giữa nhà cung cấp
dịch vụ và người sử dụng cuối cùng của mạng WiMAX). Ngoài ra WiMAX còn
cho phép một nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau tới các
thuê bao khác nhau hoặc thậm chí tới những người sử dụng khác nhau trên cùng
một SS.
* Khả năng hoạt động cùng các thiết bị khác( Interoperability) WiMAX là một
công nghệ phát triển sau này nên cần phải đảm bảo khả năng tương thích với các
thiết bị trước đó để có thể được thị trường chấp nhận.

* Khả năng di động (Portability): Giống như hệ thống cellular một WiMAX SS
được bật lên tự nó sẽ xác định mình và quyết định các đặc tính đường truyền tới
BS. Ngay khi SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu của hệ thống,nó sẽ thoả thuận
về đặc tính đườngtruyền.
* Khả năng di dộng hòan tòan (Mobility): Chuẩn IEEE 802.16 sửa đổi được
thêm đặc tính quan trọng là hỗ trợ di động. Để đáp ứng khả năng di động lớp vật
lý dùng OFDM và OFDMA được nâng cấp đáng kể. Sự cải thiện này bao gồm
Scaleable OFDM, MIMO (multi input- multi output) và hỗ trợ dạng Idle/sleep và
handoff cho phép sự di động ở tốc độ lên tới 160 km/h.
*Phạm vi phủ sóng rộng khắp: WiMAX hỗ trợ nhiều mức điều chế bao gồm
BPSK, QPSK, 16_QAM, 64_QAM. Khi hoạt động với bộ khuếch đại công suất
lớn và mức điều chế thấp BPSK, QPSK WiMAX vẫn có thể bao phủ một vùng
rộng với đường truyền giữa BS và SS trong môi trờng LOS.
* Hoạt động trong đờng truyền NLOS: WiMAX dựa trên công nghệ OFDM có
khả năng xử lý trong môi trường NLOS (non light of sight) mà các sản phẩm
khác không thể.

1.2.3 Băng tần của WiMAX
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 8 -
802.16 cho phép nhiều lớp vật lý do đó nó có thể hoạt động trong băng
tần rộng từ 2GHz đến 66 GHz . Vì sóng điện từ không thể lan truyền trong phạm
vi rộng như vậy, nên chuần 802.16 chia phạm vi tần số này thành các băng tần
khác nhau, mỗi băng tần dùng một lớp vật lý riêng. Có 3 dạng băng tần chính:
* 10-66 GHz (licensed band): Truyền dẫn trong băng tần này yêu cầu đường
truyền LOS giữa BS và SS. Vì thực tế là trong phạm vi tần số này bước sóng
ngắn do đó phải đảm bảo cân bằng sự ảnh hưởng của suy hao do đặc điểm địa
hình hay do giao thoa. Tuy nhiên ưu điểm của băng tần này là có thể đạt được
tốc độ dữ liệu cao.

* 2-11 GHz (licensed band): Truyền dẫn trong băng tần này không yêu cầu
đường truyền LOS, tuy nhiên nếu không có đường truyền LOS thì công suất tín
hiệu có thể rất khác nhau giữa BS và SS.
* 2-11 GHz (unlicensed band): ở đây đặc tính của băng tần 2-11GHz không cần
cấp phép gần giống như băng tần được cấp phép 2-11 Ghz. Tuy nhiên vì chúng
là băng tần không cần cấp phép nên không có sự đảm bảo rằng sẽ không xảy ra
sự giao thoa bởi các hệ thống khác hay người dùng khác dùng cùng một băng
tần.

1.2.4 Giới thiệu các chuẩn liên quan

1.2.4.1 Chuẩn 802.16-2001
Chuẩn WiMAX đầu tiên là chuẩn 802.16 - 2001 được phê chuẩn vào
tháng 12 năm 2001, chuẩn này hỗ trợ ứng dụng truy nhập không dây băng rộng
cố định trong mô hình điểm - điểm và điểm - đa điểm.
Chuẩn sử dụng điều chế sóng mang đơn trong phạm vi tần số 10Ghz đến
66Ghz và sử dụng cả hai phơng pháp ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD)
và ghép kênh phân chia theo tần số (FDD). Các sơ đồ điều chế được sử dụng là
QPSK, 16QAM và 64 QAM. Khả năng thay đổi phương pháp điều chế và
phương pháp sửa lỗi trước cho phép mạng thích nghi được với sự bất thường của
thời tiết do đó đáp ứng được chất lượng dịch vụ cho người sử dụng.
Các trạm phát sóng BS tạo ra các ánh xạ (Map) kênh hướng lên và kênh
hướng xuống sau đó sẽ chia sẻ nó tới các nút trong mạng. Các ánh xạ này bao
gồm số lần truyền phát, khoảng thời gian và phương pháp điều chế. Theo cách
này vấn đề về nút ẩn có thể bị loại bỏ. Các thuê bao lúc này chỉ tập trung vào
một trạm phát sóng BS mà chúng không cần phải lắng nghe bất kỳ một nút nào
khác trong mạng. Cũng nhờ thuật toán này mạng không bao giờ bị quá tải hay số
thuê bao tăng lên đột ngột.
Các thuê bao có thể thỏa thuận về dải tần được cấp phát từ burst này đến
burst (burst to burst) khác đồng thời cung cấp lịch trình truy nhập mềm dẻo. Như

đã nói ở trên các sơ đồ điều chế được sử dụng gồm: QPSK, 16 QAM và
64QAM, tuy nhiên các thuê bao khác nhau hoàn toàn có thể sử dụng các sơ đồ
điều chế khác nhau, và các khung khác nhau cũng có thể sử dụng sơ đồ điều chế
khác nhau. Các sơ đồ điều chế được lựa chọn phải đáp ứng được các mục đích
cuối cùng là đảm bảo sự kết nối ổn định và chất lượng của kết nối.
Một đặc tính rất quan trọng của 802.16-2001 là khả năng cung cấp chất
lượng dịch vụ (QoS) khác nhau ở lớp vật lý. Một mã nhận dạng lưu lượng dịch
vụ (Service Flow ID) sẽ thực hiện kiểm tra QoS. Các dòng lưu lượng dịch vụ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 9 -
này được mô tả bởi các thông số QoS như thời gian trễ tối đa, hay lượng jiter
cho phép. Các lưu lượng dịch vụ này có thể được tạo ra bởi trạm phát sóng BS
hay thuê bao SS.
802.16 - 2001 chỉ hoạt động trong môi trường tầm nhìn thẳng và với các
thiết bị CPE ngoài trời.

1.2.4.2 Chuẩn 802.16a-2003
Vào tháng 1 năm 2003 IEEE công bố chuẩn 802.16a-2003 để cung cấp sự
hoạt động trong băng tần 2Ghz đến 11Ghz. Trong khi 802.16 hoạt động trong
băng tần 10Ghz đến 66Ghz phải yêu cầu tầm nhìn thẳng thì với băng tần 2Ghz -
11Ghz 802.16a cho phép kết nối không cần tầm nhìn thẳng, tránh được tác động
của các vật cản như cây cối nhà cửa. Khả năng này mở ra cho WiMAX một
phạm vi phủ sóng rộng lớn lên tới 50km , cho phép người dùng kết nối băng
rộng mà không cần tầm nhìn thẳng tới trạm phát sóng BS, tốc độ có thể lên tới
hàng trăm Mbps ở mỗi trạm đồng thời luôn cung cấp đủ băng thông để đáp ứng
tức thời hàng trăm công ty với những đường kết nối T1/E1 và hàng ngàn hộ gia
đình với những kết nối DSL tới 1 trạm BS.
Tuy nhiên khả năng mới này lại đem đến cho 802.16a những thách thức ở
lớp vật lý, đó là việc phải thay lớp vật lý sao cho đáp ứng được sự hoạt động ở

dải tần 2-11 Ghz. Do vậy ngoài các phương pháp điều chế đã giới thiệu trong
802.16,chuẩn sửa đổi này còn đưa ra 3 dạng lớp vật lý:
- Single carrier
- 256 point FFT OFDM
- 2048 point FFT OFDMA
Để đáp ứng sự tương thích với các chuẩn hiện có WiMAX mới đưa ra hai
dạng lớp vật lý single carrier và 256 point FFT OFMD vào các sản phẩm, còn
dạng thứ ba sẽ được triển khai khi thị trường yêu cầu. Các khung OFDM được
lựa chọn là do khả năng ưu việt hơn so với công nghệ CDMA vì nó có thể hoạt
động trong môi trường không cần tầm nhìn thẳng trong khi đó vẫn đạt được hiệu
suất phổ lớn nhất. Trong trường hợp CDMA, băng thông RF phải lớn hơn thông
lượng dữ liệu nhiễu để chống giao thoa. Nếu sử dụng công nghệ CDMA để thực
hiện không dây băng rộng dưới tần số 11 Ghz và tốc độ lên tới 70Mbps thì băng
thông yêu cầu phải đạt 200Mpbs để có thể hoạt động không cần tầm nhìn thẳng.
Bên cạnh đó một vài đặc tính của lớp vật lý cũng được nêu ra như độ rộng
kênh mềm dẻo, dạng burst thích ứng, và hệ thống anten thích ứng để cải thiện về
phạm vi và dung lượng, sự lựa chọn tần số động giúp làm giảm tối thiểu giao
thoa, mã hóa không gian giúp nâng cấp sự thực hiện trong môi trường fading
nhờ mật độ không gian dày đặc.
Các đặc tính trên là rất cần thiết cho ứng dụng truy nhập băng rộng không
dây ngoài trời, đặc biệt độ rộng kênh mềm dẻo là một yêu cầu đầu tiên để
WiMAX có thể được triển khai rộng rãi, bởi vì ở mỗi nước băng tần là khác
nhau, kích thước kênh cũng khác nhau. Trong khi đó ở băng tần cấp phép các
nhà vận hành mạng phải trả cước phí cho từng Mhz được cấp nên họ luôn muốn
tận dụng hết băng thông được cấp. Ví dụ như một nhà vận hành mạng thuê một
băng tần 14 Mhz, họ sẽ không muốn sử dụng các kênh với độ rộng 6 Mhz vì sẽ
lãng phí 2 Mhz mà họ muốn hệ thống của mình phải triển khai được các kênh
với độ rộng là 7Mhz; 3,5Mhz hay thậm chí 1,75Mhz để tận dụng hết dải tần.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG

- 10 -
Về mặt an ninh 802.16a-2003 đưa ra cải tiến là yêu cầu lớp bảo mật là bắt
buộc trong khi ở chuẩn 802.16-2001 thì lớp bảo mật này là tùy chọn.
802.16a cũng thêm vào hỗ trợ mạng lưới.Điều này có nghĩa là các lưu
lượng từ một thuê bao SS này tới SS khác có thể được định tuyến. Đây là một sự
thay đổi trong mô hình điểm - đa điểm mà trước kia các lưu lượng đều phải qua
trạm phát BS. Sự thay đổi ở lớp MAC này cho phép các thuê bao trong mạng
Mesh có thể lập lịch trình tới nhau mà không cần thông qua trạm phát BS.

1.2.4.3 Chuẩn 802.16c- 2002
Vào tháng 12 năm 2002 chuẩn 802.16c đ- được công bố, bản sửa đổi mới
này xem xét lại một số vấn đề về giao thức, thêm một số dạng hệ thống chi tiết
hơn cho băng tần 10-66Ghz đồng thời cũng sửa một số lỗi và sự mẫu thuẫn của
các bản trước đó.

1.2.4.4 Chuẩn 802.16-2004
Chuẩn 802.16 - 2004 được phê chuẩn vào ngày 24/07/2004 và được Công
bố vào tháng 9 năm 2004, còn được biết đến với cái tên chuẩn 802.16-Revd.
Chuẩn 802.16-2004 chính là sự thống nhất của các chuẩn 802.11-2001,
802.16a- 2003 và 802.16c-2002 tạo nên một chuẩn mới. Ban đầu nó được xem
như là sự xem xét sửa đổi những chuẩn trước đó nhưng những thay đổi mới này
đã hình thành nên một chuẩn mới toàn diện và được áp dụng cho chứng nhận
chuẩn WiMAX.
Chuẩn 802.16 - 2004 đưa ra khả năng tự cài đặt các thiết bị trong nhà, nó
đem lại sự tiện lợi lớn cho người sử dụng. Các thiết bị hoạt động trong băng tần
cấp phép sẽ sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD) còn đối với băng
tần không cấp phép có thể sử dụng cả hai phương pháp ghép kênh phân chia theo
thời gian (TDD) và ghép kênh phân chia theo tần số (FDD). Ngoài ra lớp MAC
là tối ưu cho những tuyến đường truyền dài vì nó được thiết kế với khoảng trễ
lớn hơn và độ trễ biến đổi.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 11 -
Hình 1.4: Sự phát triển các chuẩn 802.16

1.2.4.5 Chuẩn 802.16e và sự mở rộng
Chuẩn 802.16 là chuẩn được thêm vào đặc tính hỗ trợ di động và vẫn
đang được nghiên cứu. Ngoài ra chuẩn này còn đưa vào hệ thống bảo mật cao
cấp (AES), một yêu cầu bắt buộc cho các chứng nhận WiMAX. Tuy nhiên vì
chuẩn này vẫn chưa được phê chuẩn nên chúng ta không thể nói gì về những
thay đổi mới này cho đến khi bản phác thảo cuối cùng được phê duyệt.
Bên cạnh chuẩn 802.16 e thì các chuẩn như 802.16f, 802.16g đang được
nghiên cứu. Các chuẩn này chủ yếu tập trung vào các giao thức quản lý mạng.


Bảng 1.1: Đặc điểm các chuẩn 802.16

1.3 So sánh WiMAX với các công nghệ không dây khác
Ta biết rằng hiện nay một số công nghệ truy cập Internet như thông qua
modem thì đạt tốc độ thấp, ADSL đạt tốc độ 8Mbps nhưng cần có dây, các kênh
thuê riêng thì đắt và khó triển khai. Các hệ thống hiện tại chỉ đạt tốc độ 9,6kbit/s.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 12 -
GSM, GPRS (2,5G) đạt tốc độ 171,2kbit/s, EDGE 300-400kbit/s, hệ
thống 3G đạt tốc độ 2Mbit/s. Mạng WiFi (LAN không dây) chỉ đạt được khoảng
cách ngắn. Nhưng WiMAX cung cấp phương tiện truy cập không dây tổng hợp
thay thế ADSL, WiFi, có thể đạt tốc độ lên tới 70Mbit/s, bán kính phủ sóng
50km với mô hình phủ sóng giống điện thoại tế bào. Bảng bên dưới mô tả một

số đặc điểm của các công nghệ không dây hiện nay.



Bảng 1.2: Đặc điểm của một số công nghệ không dây

1.4 Mô hình triển khai
Sau khi ra đời, 802.16a đã nhanh chóng được triển khai tại châu Âu, Mỹ
và thể hiện một số lợi ích cụ thể.
1.4.1 Mạng trục
802.16a là công nghệ không dây lý tưởng làm mạng trục nối các điểm
hotspot thương mại và LAN không dây với Internet. Công nghệ không dây
802.16a cho phép doanh nghiệp triển khai hotspot 802.11 linh hoạt khi gặp địa
hình hiểm trở, đòi hỏi thời gian ngắn và nâng cấp linh hoạt theo nhu cầu thị
trường.
Chuẩn 802.16a cho phép triển khai những mạng trục tốc độ cao, chi phí
thấp. Tại châu Âu, nơi các nhà vận hành ít chấp nhận chia sẻ cáp trục với đối thủ
cạnh tranh, mạng trục WiMax đã có đất phát triển và được sử dụng trong 80%
tháp sóng. Riêng tại Mỹ, do có điều luật qui định các nhà cung cấp dịch vụ thứ
ba phải thuê tuyến cáp trục từ nhà cung cấp mạng trục Internet nên tốc độ ứng
dụng WiMax chậm hơn châu Âu. Tuy vậy, tỷ lệ ứng dụng WiMax làm mạng
trục cũng đã chiếm đến 20% và sắp tới sẽ phát triển rất nhanh vì FCC đang
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 13 -
chuẩn bị bỏ ràng buộc về tuyến cáp trục với các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba.
Đối với các nước đang phát triển thì giải pháp kết nối không dây 802.16a cho
phép nâng cấp năng lực dịch vụ nhanh chóng theo nhu cầu thực tế mà không
phải lo ngại về vấn đề đào đường, thay đổi kiến trúc hạ tầng.
1.4.2 Kết nối mạng không dây doanh nghiệp

Chuẩn 802.16a được dùng làm cơ sở để liên thông các mạng LAN không
dây, hotspot WiFi 802.11 hiện có. Doanh nghiệp có thể tự do mở rộng qui mô
văn phòng mà môi trường mạng cục bộ vẫn được liên lạc nếu có mạng trung
gian không dây chuẩn 802.16a. Nhìn rộng hơn, doanh nghiệp có thể triển khai
mạng LAN không dây thống nhất cho tất cả văn phòng trong phạm vi một quốc
gia.
1.4.3 Băng rộng theo nhu cầu
Hệ thống không dây cho phép triển khai hiệu quả ngay cả khi sử dụng
ngắn hạn. Với sự hỗ trợ của công nghệ 802.16a, hệ thống hotspot 802.11 vẫn đủ
năng lực phục vụ dịch vụ kết nối tốc độ cao tại những hội chợ, triển lãm có đến
hàng ngàn khách. Nhà cung cấp dịch vụ có thể nâng cấp hoặc giảm bớt năng lực
phục vụ của hệ thống theo nhu cầu thực tế, giúp nâng cao hiệu quả kinh doanh,
tăng tính cạnh tranh của doanh nghiệp.
1.4.4 Mở rộng nhanh chóng, tiết kiệm
Hệ thống 802.16a cho phép phủ sóng đến những vùng hiểm trở, thiếu cáp
trước đây. Do tuyến cáp DSL chỉ có thể đáp ứng trong bán kính 4,8 km tính từ
trạm điều phối trung tâm nên còn nhiều vùng địa hình hiểm trở mà nhà cung cấp
không thể với tới. Thống kê gần đây cho thấy có hơn 2.500 nhà cung cấp dịch vụ
không dây (Wireless ISP) địa phương hoạt động hiệu quả trên 6.000 thị trường
tại Mỹ. Không chỉ triển khai dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, hệ thống còn cho phép
triển khai dịch vụ thoại cho những người dùng ở vùng sâu vùng xa.

1.4.5 Liên thông dich vụ
Với công nghệ IEEE 802.16e mở rộng từ 802.16a, trong tương lai người
dùng sẽ được hỗ trợ dịch vụ roaming tương tự điện thoại di động, tự động
chuyển kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây địa phương ngay
khi ra ngoài vùng phủ sóng của mạng gia đình, công ty. Dự kiến đến 2006, công
nghệ WiMAX sẽ được tích hợp vào máy tính xách tay, PDA như Wi-Fi hiện nay
và từng bước hình thành nên những vùng dịch vụ không dây băng rộng mang tên
"MetroZones".

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 14 -

Hình 1.5 Mô hình triển khai WiMAX
























ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX

SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 15 -


CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG WIMAX

Chuẩn IEEE 802.16a được xây dựng dưới dạng giao thức ngăn xếp với
nhiều giao diện được định nghĩa. Lớp MAC bao gồm ba lớp con: Lớp con hội tụ
chuyên biệt dịch vụ (Service Specific Convergence Sublayer), lớp con MAC
phần chung (MAC Common Part Sublayer) và lớp con bảo mật (Privacy
Sublayer).
Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền dẫn TC (Transmission
Convergence Sublayer). Vị trí tương đối của các lớp con MAC và lớp PHY được
trình bày trong hình 2.1.

Hình 2.1: Cấu trúc giao thức mạng WiMAX
2.1 Lớp vật lý
2.1.1 Giới thiệu
Chuẩn IEEE 802.16 là chuẩn hỗ trợ nhiều giao tiếp môi trường vật lý
khác nhau. Chuẩn được phát triển từ phiên bản năm 2001 và đến nay vẫn được
Nghiên cứu. Trước kia 802.16 chỉ sử dụng dạng điều chế sóng mang đơn nhưng
đến nay đã hỗ trợ công nghệ truy nhập dựa trên ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao mở rộng (SOFDMA). Ban đầu chỉ sử dụng băng tần 10 - 66 GHz đến
nay chuẩn cho phép hoạt động ở cả hai băng tần 2 -11 Ghz và 10 -66 Ghz.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 16 -

Hình 2.2: Tổng quan về chức năng lớp vật lý ở trạm phát sóng WiMAX

10- 66Ghz : Trong băng tần 10-66 Ghz lớp vật lý của 802.16 phải hỗ trợ
môi trường truyền sóng trong tầm nhìn thẳng do vậy dạng điều chế sóng mang
đơn được lựa chọn. Giao tiếp không trung này được gọi là WirelessMAN- SC.
Nhiều thách thức trong vấn đề thiết kế vẫn tồn tại tuy nhiên do kiến trúc sử dụng
ở đây là điểm - đa điểm nên về cơ bản các trạm phát sóng BS sẽ sẽ truyền phát
tín hiệu TDM, trong đó các trạm thuê bao sẽ được định ra các khe thời gian liên
tiếp nhau. ở hướng lên uplink sử dụng công nghệ truy nhập phân chia theo thời
gian TDMA. Về sau bản thiết kế sử dụng dạng burst được lựa chọn bởi vì nó cho
phép cả hai dạng ghép kênh theo thời gian và ghép kênh theo tần số. Sử dụng
ghép kênh phân chia theo thời gian các kênh hướng lên uplink và kênh hướng
xuống downlink đều có thể sử dụng cùng một kênh truyền dẫn nhưng không
được phát cùng một lúc, còn sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số hai kênh
hướng lên uplink và kênh hướng xuống downlink sử dụng hai kênh khác nhau
đôi khi có thể truyền phát cùng lúc. Dạng burst cho phép cả TDD và FDD được
xử lý tương tự nhau, tuy nhiên các thuê bao chỉ sử dụng FDD bán song công.
Hai dạng TDD và FDD có thể thay thế nhau và đều sử dụng dạng burst với sơ đồ
mã hóa và điều chế là tùy chọn, được gán động trên từng burst.
2 - 11Ghz : Trong dải tần 2 -11 Ghz IEEE 802.16 sử dụng cả băng tần
cấp phép và không cần cấp phép trong môi trường truyền dẫn không yêu cầu tầm
nhìn thẳng. Các bản phác thảo hiện tại đưa ra 3 dạng lớp vật lý khác nhau, mỗi
dạng đều có thể tương thích với nhau.
- WirelessMAN- SCa: dạng này sử dụng điều chế sóng mang đơn
- WirelessMAN - OFDM: dạng này sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao với 256 điểm biến đổi FFT. Đây là giao tiếp bắt buộc trong băng tần
không cần cấp phép.
- WirelessMAN - OFDMA: dạng này sử dụng truy nhập phân chia theo tần số
trực giao với 2048 điểm biến đổi FFT. Do yêu cầu về truyền sóng ở dạng vật lý
này sẽ hỗ trợ hệ thống anten tiên tiến.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 17 -

Bảng 2.1: Mô tả các dạng thiết kế lớp vật lý

Lớp vật lý được thiết kế cho sự hoạt động trong băng tần 10 -66 Ghz
được thiết kế với sự mềm dẻo để cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có khả năng
triển khai hệ thống một cách tối ưu trong việc lập các cell, tính chi phí, khả năng
của sóng radio, các dịch vụ hay dung lượng của hệ thống.
Để cho phép sử dụng phổ hiệu quả, cả hai phương pháp ghép kênh TDD
và FDD đều được sử dụng. Bên cạnh đó cả hai phương pháp này đều sử dụng
các burst truyền dẫn, mỗi burst có burst profile chứa các thông số truyền dẫn như
sơ đồ điều chế, sơ đồ mã hóa, và chúng có thể được điều chỉnh trên mỗi thuê bao
dựa trên từng khung một.
2.1.2 Xây dựng khung
Lớp vật lý sử dụng các khung như bảng 2.2 Trong mỗi khung là các
khung con hướng lên và khung con hướng xuống. Các khung con hướng xuống
bắt đầu với các thông tin cần thiết cho việc điều khiển và đồng bộ khung.
Trong trường hợp TDD các khung con hướng xuống sẽ phát trước tiếp
sau đó là các khung con hướng lên.
Trong trường hợp FDD sự truyền phát dữ liệu hướng lên xảy đồng thời
với hướng xuống. Mỗi thuê bao SS sẽ cố gắng nhận hết các burst hướng xuống
ngoại trừ những burst mà burst profile không được thực hiện bởi SS và những
burst có tín hiệu không đủ mạnh so với các burst profile hiện tại của thuê bao SS
đó. Các SS trong mô hình bán song công sẽ không cần thiết phải nghe các phần
của kênh hướng xuống.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG

- 18 -

Bảng 2.2: Độ dài khung vật lý

2.1.3 Mô hình hoạt động FDD
Trong mô hình hoạt động FDD các kênh hướng lên và hướng xuống sử
dụng tần số khác nhau. Các tuyến hướng xuống có thể sử dụng nhiều loại điều
chế khác nhau và cho phép truyền phát ngay lập tức nếu hỗ trợ song công.
2.1.4 Mô hình hoạt động TDD
Trong trường hợp TDD sự truyền phát dữ liệu hướng lên và hướng xuống
sử dụng cùng tần số nhưng ở những thời điểm khác nhau.
Một khung TDD có một khoảng thời gian cố định, và chứa một khung
con hướng lên và một khung con hướng xuống. Các khung TDD được chỉ ra ở
hướng lên và hướng xuống là rất khác nhau tương ứng với dung lượng của
tuyến.
TTG
TTG là một khoảng giữa burst hướng xuống và burst hướng lên theo sau.
Khoảng này mở ra một khoảng thời gian để trạm phát sóng BS có thể chuyển từ
trạng thái phát tin sang trạng thái nhận tin và cho phép thuê bao SS chuyển từ
trạng thái nhận tin sang trạng thái truyền tin. Trong khoảng thời gian này, trạm
phát sóng BS và thuê bao SS không được phát bất cứ dữ liệu gì đã được điều chế
tuy nhiên nó cho phép bộ phát sóng của BS có thể phát đi những xung dốc
xuống, các anten phát /thu khởi động, bộ thu tín hiệu của BS tích cực. Sau
khoảng thời gian này bộ thu của trạm phát sóng BS sẽ tìm kiếm các tín hiệu đầu
tiên của burst uplink.
RTG
RTG là một khoảng giữa burst hướng lên và các burst hướng xuống theo
sau. Khoảng này cho phép trạm phát sóng BS chuyển trạng thái từ nhận dữ liệu
sang phát dữ liệu, trong khoảng thời gian này BS không phát dữ liệu đã điều
chế,tuy nhiên cho phép BS phát đi tín hiệu dốc lên, anten thu/phát tín hiệu khởi

động, bộ thu tín hiệu của thuê bao SS được tích cực. Sau khoảng thời gian này
thuê bao SS sẽ tìm những tín hiệu của dữ liệu điều chế QPSK trong burst hướng
xuống.
Khoảng thời gian này là bội số của khoảng thời gian của một khe vật lý
PS (physical slot) bắt đầu tính từ biên giới của khe vật lý này.
Khe vật lý được dùng cho mục đích định ra băng thông và nhận dạng sự
chuyển tiếp lớp vật lý. Khe vật lý PS thường đựơc xác định bằng các ký hiệu 4-
QAM.

2.1.5 Lớp vật lý hướng xuống (Downlink PHY)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 19 -
Băng thông sẵn có trên các kênh hướng xuống được tính bằng khe thời
gian vật lý PS, còn băng thông hướng lên tính bằng một minislot, trong đó chiều
dài một minislot được tính bằng 2m PS (m = 0 7).
Số lượng khe vật lý trong mỗi khung tạo nên tốc độ ký hiệu (symbol rate).
Tốc độ ký hiệu trong mỗi khung thường được lựa chọn là số nguyên lần PS. Ví
dụ với tốc độ ký hiệu là 20 MBd, thì sẽ có 5000 PS trong một khung 1ms.
Khung con hướng xuống (Downlink subframe)
Cấu trúc của khung con hướngxuống sử dụng TDD được minh họa theo
hình 2.3. Khung con hướng xuống bắt đầu với phần mào đầu đồng bộ khung
được sử dụng để đồng bộ và cân bằng khung. Tiếp theo sau là phần điều khiển
khung chứa DL-MAP và UL-MAP, sau đó là phần mang dữ liệu TDD được tổ
chức thành dạng burst, trong đó mỗi burst có một burst profile khác nhau, giúp
tạo ra mức độ khác nhau trong truyền dẫn.
Burst profile chứa các thông số đặc tả các đặc tính truyền dẫn hướng Lên
và hướng xuống. Mỗi profile chứa các thông số như loại điều chế, sửa lỗi trước,
chiều dài phần mào đầu đồng bộ, khoảng bảo vệ …
Thông thường các burst đầu tiên được truyền đi thường sử dụng phương

pháp điều chế đơn giản nhất, thường là QPSK sau đó là 16 QAM và tiếp theo là
64_QAM. Mỗi thuê bao SS nhận và giải mã các thông tin điều khiển trên kênh
hướng xuống sau đó tìm kiếm phần mào đầu lớp MAC.

Hình 2.3: Cấu trúc khung con hướng xuống
Cũng giống như TDD các khung con hướng xuống cũng bắt đầu bằng
phần mào đầu đồng bộ, theo sau là phần điều khiển khung và phần dữ liệu TDM,
được tổ chức thành dạng burst.
Các khung con hướng xuống sẽ tiếp tục với phần TDMA được sử dụng để
truyền dữ liệu tới bất kỳ một thuê bao bán song công nào đã được lập lịch trình
truyền phát dữ liệu trước khung mà chúng nhận được.
Điều này cho phép các thuê bao cá nhân có thể giải mã các phần khung cụ
thể trong khung hướng xuống mà không cần phải giải mã toàn bộ khung con
hướng xuống. Trong phần TDMA mỗi burst sẽ bắt đầu với phần mào đầu burst
TDMA hướng xuống (downlink TDMA Burst Preamble) dùng để đồng bộ lại.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 20 -
Các burst trong phần TDMA không cần tuân theo thứ tự điều chế từ thấp
đến cao.
Phần điều khiển khung FDD chứa cả hai ánh xạ burst TDM và TDMA.


Hình 2.4: Cấu trúc khung con hướng xuống FDD

Trong khung con hướng xuống TDD vốn đã chứa các dữ liệu truyền tới
các thuê bao SS, và các SS sẽ truyền tin trong một khung khác sau khung mà
chúng nhận được.
Việc này giống với cấu trúc khung con hướng xuống FDD không hỗ trợ
bán song công, khi đó các thuê bao SS được lập lịch trình phát dữ liệu trước khi

chúng nhận được khung.

2.1.6 Lớp vật lý hướng lên (Uplink PHY)
Khung con hướng lên (uplink subframe)
Cấu trúc khung con hướng lên được sử dụng bởi thuê bao SS truyền tin
tới BS được chỉ ra ở hình 2.5. ở đây có 3 loại burst được truyền đi trong một
khung con hướng lên:
- Burst được phát đi với mục đích cạnh tranh dành cho ranging khởi đầu.
- Burst được phát đi với mục đích cạnh tranh được xác định bởi khoảng yêu cầu
(Request Interval) dành cho việc đáp lại poll multicast hay broadcast.
- Burst được phát đi trong các khoảng khác nhau được xác định bởi Data
Grant IE dùng để định ra băng thông cho từng SS.
Các burst này có thể tồn tại trong bất cứ khung nào, xuất hiện ở bất kỳ
thời điểm nào và số lượng không hạn chế (chỉ bị hạn chế bởi số khe vật lý PS)
trong một khung.
Băng thông được chỉ ra cho ranging khởi đầu và cơ hội cạnh tranh yêu
cầu (Request contention opportunies) có thể được nhóm lại với nhau và luôn
được dùng cùng với burst profile hướng lên được chỉ ra trong UIUC (ranging
khởi đầu có UIUC =2, khoảng yêu cầu có UIUC =1). SSTG (SS transition gap)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 21 -
được dùng để tách biệt sự truyền phát của các SS khác nhau trong cùng một
khung con hướng lên. Khoảng trống này có dạng xung dốc xuống và được theo
sau bởi một phần mào đầu cho phép BS đồng bộ với SS mới. Phần mào đầu và
khoảng trống này được quảng bá theo định kỳ trong thông điệp UCD.

Hình 2.5: Cấu trúc khung con hướng lên

Một số nét đặc trưng khác của lớp vật lý ở chuẩn IEEE 802.16a mà do

phương pháp điều chế đó mang lại đó là công suất phát lớn trong một vùng rộng,
độ rộng các kênh có tính mềm dẻo, một mặt thích ứng về tốc độ, tự hiệu chỉnh
lỗi, phụ thuộc vào các hệ thống anten cao cấp để cải thiện vùng phủ sóng và
dung lượng hệ thống, phương pháp lựa chọn tần số DFS sẽ làm cho nhiễu giảm
tới mức nhỏ nhất có thể, phương pháp mã hóa theo các khoảng thời gian tăng
cường sự thực hiện trong môi trường pha đinh và vượt qua được tính đa dạng về
không gian.
2.1.7 Kiểm soát lỗi
Chuẩn IEEE802.16 sử dụng hai phương pháp kiểm soát lỗi ở lớp vật lý:
Sửa lỗi trước (FEC) và yêu cầu truyền lại tự động (ARQ).
Sửa lỗi trước là phương pháp rất phổ biến ở các giao tiếp vô tuyến.
Chuẩn IEEE 802.16 sử dụng Reed Solomon GF (256) FEC, tuy nhiên cho phép
lựa chọn mã Block Turbo để tăng phạm vi phủ sóng của BS hoặc tăng thông
lượng.
Yêu cầu truyền phát lại tự động là một đặc tính lớp vật lý được sử dụng
để xử lý những lỗi xảy ra trong quá trình lan truyền bất thường. ARQ bao gồm
cả sự truyền phát lại từng bít dữ liệu bị mất trong quá trình truyền dẫn ban đầu.
Việc truyền lại riêng từng bít cho phép lớp vật lý có thể tự sửa lỗi trước
khi gửi dữ liệu lên các lớp cao hơn. Đây là một đặc tính chỉ có ở lớp vật lý của
802.16a không có trong chuẩn 802.16.
2.1.8 Tốc độ baud và độ rộng băng thông
Một lượng lớn băng thông luôn có sẵn ở dải tần 10- 66 GHZ cho hệ thống
điểm đa điểm. Mặc dù những yêu cầu quy tắc rất khác nhau ở những vùng địa lý
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 22 -
nhưng vẫn có những tiêu chuẩn chung cho độ rộng kênh RF như bảng 2.3. Điều
này là cần thiết để đảm bảo xây dựng một chuẩn có tính tương thích cho các sản
phẩm.

Bảng 2.3: Tốc độ baud và độ rộng kênh

Trong bảng 2.3 tốc độ baud được chọn là số nguyên lần khe vật lý PS trên
mỗi khung. Khoảng thời gian của khung được chọn dựa trên cơ sở cân bằng giữa
hiệu suất truyền tải và độ trễ.
2.1.9 Kiểm soát hệ thống vô tuyến
2.1.9.1 Kỹ thuật đồng bộ
Bộ giải điều chế hướng xuống cung cấp một đồng hồ tham chiếu được lấy
từ đồng hồ ký hiệu hướng xuống. Tham chiếu này được sử dụng bởi các trạm
thuê bao đạt được sự định thời khi đồng hồ hướng xuống bị khóa để tham chiếu
chính xác tới BS.
Việc đồng bộ các khe thời gian hướng lên một cách chính xác đuợc thực
hiện thông qua thủ tục chỉnh ranging được xác định ở lớp MAC đảm bảo rằng
việc truyền dẫn bởi nhiều người dùng không bị giao thoa với nhau. Do đó lớp
vật lý phải cung cấp sự định thời chính xác từ BS và mềm dẻo trong việc chỉnh
định thời ở phía SS theo các đặc tính của bộ phát.
2.1.9.2 Kiểm soát tần số
Kiểm soát tần số là một thành phần của lớp PHY. Lỗi tần số rất khác nhau
theo từng thời kỳ và nhiệt độ trong đơn vị sóng vô tuyến, đặc biệt là ở tần số cao.
Để giảm độ phức tạp trong các thành phần tần số ở SS tần số sóng mang hướng
lên và hướng xuống sẽ tham chiếu lẫn nhau. Tuy nhiên việc chỉnh tần số và công
suất cũng tồn tại trong quá trình ranging. Sau khi tần số ban đầu được điều chỉnh
các biện pháp chỉnh lệch tần số theo chu kỳ ở phía BS sẽ được thực hiện ở lớp
vật lý và gửi tới SS thông qua thông điệp lớp MAC nếu cần thiết.
2.1.9.3 Điều khiển công suất
Cùng với việc kiểm soát tần số, thuật toán điều khiển công suất cũng
được hỗ trợ ở tuyến lên với cả hai khả năng là điều chỉnh ban đầu và điều chỉnh
theo chu kỳ với mục tiêu không mất dữ liệu. BS có khả năng đo chính xác công
suất của tín hiệu nó nhận được.
Giá trị này được so sánh với mức công suất chuẩn. Nếu có lỗi, những lỗi

này sẽ được gửi lại SS trong một thông điệp điều chỉnh tới từ lớp MAC. Thuật
toán điều chỉnh công suất sẽ được thiết kế hỗ trợ sự suy hao công suất do khoảng
cách, do sự thay đổi công suất ở mức cao nhất là 10dB/s với độ sâu thấp nhất là
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 23 -
40 dB. Việc thực hiện thuật toán này một cách chính xác sẽ được đưa ra bởi các
nhà cung cấp cụ thể. Phạm vi điều khiển công suất tổng bao gồm cả phần cố
định và phần được điều khiển tự động bằng thông tin phản hồi.
Thuật toán này cũng tính đến cả sự ảnh hưởng lẫn nhau của bộ khuếch đại
công suất với các dạng burst profile khác nhau.
2.1.10 Lớp con hội tụ truyền dẫn
Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (transmission
convergence). Lớp này thực hiện sự biến đổi các PDU (protocol data units)
MAC độ dài có thể thay đổi vào trong các block FEC độ dài cố định (cộng thêm
có thể là một block được rút ngắn vào đoạn cuối) của mỗi “burst”. Lớp TC có
một PDU có kích thước khớp với block FEC hiện thời bị đầy. Nó bắt đầu với
một con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục PDU MAC tiếp theo bắt đầu bên trong block
FEC.
Khuôn dạng PDU TC cho phép đồng bộ hóa lại PDU MAC tiếp sau trong
trường hợp block FEC trước đó có những lỗi không thể phục hồi được.
Không có lớp TC, một SS hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của
một "burst" khi một lỗi không thể sửa chữa xuất hiện.
Nói tóm lại với các nét đặc trưng của lớp vật lý nó sẽ có một số lợi ích
như sau:
- Với phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, nó sẽ tạo ra những sự hỗ trợ
cho việc xây dựng các địa chỉ mạng đa đường trong môi trường LOS ở vùng
Outdoor và NLOS.
- Với khả năng thích ứng điều chế và phuơng pháp m- hóa có khả năng tự hiệu
chỉnh lỗi trong một cụm RF, đã đảm bảo độ mạnh cho các kênh RF trong khi vẫn

đảm bảo số bít / giây cho mỗi một khối các thuê bao là lớn nhất.
- Với việc hỗ trợ truy nhập TDD và FDD, thì việc thay đổi địa chỉ trên toàn diện
rộng được quy định ở một nơi nào đó hoặc tất cả những nơi cho phép.
- Với độ mềm dẻo về kích thước của kênh, nó cung cấp tính mềm dẻo cần thiết
cho sự hoạt động ở một số băng tần khác nhau với sự thay đổi kênh theo nhu cầu
trên toàn thế giới.
- Với sự hỗ trợ của hệ thống anten smart, sẽ làm tăng khả năng triệt nhiễu như
vậy hệ thống sẽ lớn lên và giá thành sẽ giảm xuống.
Tất cả các đặc trưng trên đều là những yêu cầu thiết yếu cơ sở cho kỹ
thuật FBWA outdoor hoạt động. Tính mềm dẻo của kích cỡ kênh cũng là một
điều bắt buộc nếu nó muốn được thực thi trên phạm vi toàn thế giới. Khi mà
trong dải phổ cho phép sự hoạt động trong hệ thống phải trả giá cước cho từng
MHz, thì đó là vấn đề cấp thiết cho việc triển khai hệ thống sử dụng tất cả các
phần của dải phổ và cung cấp tính mềm dẻo trong mạng tổ ong cellular.
2.2 Lớp MAC
2.2.1 Vấn đề về công nghệ
Giao thức lớp MAC của IEEE 802.16 được thiết kế cho các ứng dụng
truy nhập băng rộng không dây. Nó đáp ứng tốc độ dữ liệu cao trên cả hai tuyến
uplink và downlink. Thuật toán truy nhập và cấp phát băng thông phải đáp ứng
hàng trăm thiết bị đầu cuối trên mỗi kênh trong đó mỗi thiết bị có thể được dùng
chung bởi nhiều người dùng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 24 -
Do vậy các dịch vụ phục vụ mỗi người dùng này là khác nhau, gồm có
thoại và dữ liệu được ghép kênh theo thời gian, các kết nối IP hay VoIP. Để đáp
ứng các dịch vụ khác nhau này lớp MAC phải đáp ứng cả hai dòng lưu lượng
dạng liên tục (continuous) hay dạng xung (bursty). Ngoài ra những dịch vụ này
phải đáp ứng cả QoS trên từng lưu lượng.
Lớp MAC 802.16 cho phép một phạm vi ứng dụng rộng rãi từ các loại

dịch vụ tương tự tới các dạng dịch vụ chuyển giao bất đồng bộ (ATM) cũng như
các dạng mới như tốc độ khung được đảm bảo(GFR guaranteed frame rate).
Giao thức lớp MAC cũng hỗ trợ các yêu cầu khác nhau của mạng
backhaul như chuyển giao bất đồng bộ (ATM) hay các giao thức dựa trên gói dữ
liệu. Lớp con hội tụ được sử dụng để ánh xạ các dòng lưu lượng từ lớp truyền tải
tới lớp MAC, đây là một lớp dịch vụ mềm dẻo để mang bất cứ loại lưu lượng
nào.
Thông qua các đặc tính như chặn phần đầu tải tin, đóng gói, phân đoạn
lớp hội tụ và lớp MAC có thể làm việc cùng nhau tạo một cơ chế truyền tải hiệu
suất hơn.
Vấn đề hiệu suất truyền tải cũng được đưa ra ở giữa lớp MAC và lớp
PHY. Ví dụ như sơ đồ mã hóa và điều chế được chỉ ra ở burst profile có thể điều
chỉnh tương ứng với mỗi dạng burst và mỗi thuê bao. Lớp MAC có thể sử dụng
burst profile để đạt hiệu suất băng thông cao nhất với điều kiện tuyến truyền dẫn
tốt.
Cơ chế yêu cầu/ cấp phát (request/ grant) giúp cho mạng có thể mở rộng
quy mô, đạt hiệu suất cao hơn. Hệ thống truy nhập 802.16 sẽ không giảm hiệu
suất khi nó phục vụ nhiều kết nối trên mỗi thiết bị đầu cuối, đáp ứng nhiều mức
QoS trên mỗi thiết bị đầu cuối và phục vụ số lượng người dùng lớn nhất.
Trong khi việc cấp phát băng thông mở rộng và cơ chế QoS được chuẩn
hóa thì chi tiết của việc lập lịch trình và cơ chế quản lý dành riêng chưa được
chuẩn hóa cung cấp cho các nhà đầu tư cơ hội tạo sự khác biệt trong thiết bị của
mình.
Cùng với những nhiệm vụ cơ bản như định băng thông, truyền tải dữ liệu
lớp MAC còn có lớp con bảo mật cung cấp sự xác thực mạng truy nhập và thiết
lập kết nối tránh việc trộm dịch vụ, cung cấp sự trao đổi khóa và bảo mật dữ liệu
cá nhân. Để đáp ứng nhiều dạng lớp vật lý khác nhau và các yêu cầu dịch vụ
khác nhau ở băng tần 2-11 GHz lớp MAC của 802.16a phải được nâng cấp để
cung cấp yêu cầu lặp tự động (automatic repeat request ARQ) và hỗ trợ mạng
lưới chứ không chỉ là kiến trúc mạng điểm - đa điểm.

Lớp MAC gồm có ba lớp con: lớp hội tụ chuyên biệt dịch vụ giao tiếp với
các lớp bên trên, nằm trên lớp MAC con phần chung thực hiện chức năng quan
trọng của lớp MAC. Lớp bên dưới là lớp con bảo mật
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 25 -


Hình 2.6: Sơ đồ khối chức năng lớp MAC

2.2.2 Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ
Lớp con hội tụ chuyên biệt các dịch vụ nằm trên lớp MAC phần chung.
Thông qua SAP lớp MAC phần chung sẽ cung cấp các dịch vụ cho lớp hội tụ
phần chung. Chuẩn IEEE 802.16 xác định hai lớp con hội tụ chuyên biệt các
dịch vụ để ánh xạ các dịch vụ tới và từ các kết nối lớp MAC. Lớp hội tụ phần
chung thực hiện các chức năng cụ thể sau:
- Nhận các PDU từ các lớp cao hơn.
- Thực hiện phân loại các PDU của các lớp trên.
- Xử lý các PDU dựa trên sự phân loại.
- Đưa các CS PDU đến các MAC SAP tương ứng.
- Nhận các CS PDU từ các thực thể ngang hàng.
2.2.2.1 Lớp con hội ATM
Lớp con hội tụ ATM sử dụng cho các dịch vụ ATM, nhận các cell ATM
từ các lớp ATM thực hiện phân lớp , chặn mào đầu tải tin, và đưa các CS PDU
đến các MAC SAP tương ứng.
2.2.2.1.1 Dạng PDU

Hình 2.7: Dạng PDU của lớp hội tụ con ATM

PDU của lớp hội tụ con ATM có hai phần: phần mào đầu PDU và phần

tải tin PDU như hình 2.8.
2.2.2.1.2 Sự phân lớp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 26 -
Một kết nối ATM được xác định bởi hai giá trị nhận dạng đường ảo VPI
(Virtual Path Identifier) và nhận dạng kênh ảo VCI (Virtual Channel Identifer)
trong mô hình chuyển mạch theo đường hay chuyển mạch theo kênh.
Trong mô hình chuyển mạch theo đường tất cả các VCI trong một VPI sẽ
tự động được ánh xạ đến lối ra của VPI. Trong mô hình chuyển mạch theo kênh
các giá trị VPI/VCI sẽ được ánh xạ đến các VPI/VCI tương ứng. Khi thực hiện
chặn phần mào đầu tải tin thì sẽ phân biệt hai loại mô hình này riêng.
Mô hình chuyển mạch VP
Trong mô hình này trường VPI dành 12 bít cho giao tiếp mạng - mạng
(NNI) và 8 bit cho giao tiếp người dùng - mạng (UNI) được ánh xạ tới CID 16
bit.
Mô hình chuyển mạch VC
Trong mô hình này trường VPI và VCI có tổng số 28 bit cho NNI và 24
bit cho UNI, cũng đượcánh xạ tới CID. Tuy nhiên phạm vi của VPI/ VCI là
2
28
cho NNI và 2
24
UNI không được hỗ trợ cùng một lúc.
2.2.2.1.3 Chặn mào đầu tải tin (PHS payload header suppression)
Chặn phần mào đầu tải tin, bản sao của phần mào đầu tải tin sẽ được loại
bỏ ở bên gửi và được khôi phục tại bên nhận. Khi không có chặn mào đầu tải tin
thì không một phần nào của phần mào đầu được loại bỏ kể cả HEC (Header
Error Check). Khả năng này cung cấp sự toàn vẹn phần mào đầu cell. Việc có áp
dụng PHS trong kết nối ATM hay không được chỉ ra trong thông điệp DSA-

REQ ở quá trình tạo kết nối, đồng thời mô hình VPI hay VCI cũng sẽ được chỉ
ra trong thông điệp này.
PHS của kết nối ATM dựa trên chuyển mạch đường:

Hình 2.8: CS PDU trong kết nối ATM dựa trên chuyển mạch đường
PTI: payload type indicator
CLP: cell loss priority
PHS của kết nối ATM dựa trên chuyển mạch kênh:

Hình 2.9: CS PDU trong kết nối ATM dựa trên chuyển mạch kênh
2.2.2.1.4 Thủ tục báo hiệu
Giao diện ATM hỗ trợ 3 loại kết nối:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX
SVTH: TRƯƠNG BẢO HOÀNG
- 27 -
- Kênh ảo chuyển mạch SVC ( switched virtual circuit)
- Kênh ảo cố định PVC (permanent virtual circuit )
- Kênh ảo cố định mềm soft PVC (soft permanent virtual circuit)
Từ “cố định” ám chỉ rằng kênh được thiết lập cho mục đích quản lý. Mặc
dù cả PVC và Soft PVC đều được thiết lập để quản lý nhưng PCV dùng cho quá
trình xử lý dự phòng còn soft PVC được sử dụng để báo hiệu.
Mạng ATM sử dụng báo hiệu kênh chung (CCS common channel
signaling) trong đó thông điệp báo hiệu được truyền trên những kết nối độc lập
với kết nối của người sử dụng. Một kênh báo hiệu sẽ mang tín hiệu báo hiệu của
một số người dùng nhất định.
Kênh ảo chuyển mạch chịu trách nhiệm khởi tạo thủ tục báo hiệu bằng
việc phát đi một thông điệp báo hiệu tương ứng và thực hiện việc ánh xạ các
thông điệp báo hiệu ATM tới MAC CPS.
Kênh ảo cố định mềm (soft PVC) được sử dụng trong hệ thống quản trị
mạng. Kênh này có nhiệm cụ thiết lập và giải phóng kết nối khi cuộc liên lạc kết

thúc hay trong trường hợp chuyển hệ thống hay tuyến liên kết bị lỗi. Bên cạnh
đó cũng có nhiệm vụ chuyển thông điệp báo hiệu tới MAC CPS.
2.2.2.2 Lớp con hội tụ gói
Lớp con hội tụ gói nằm trên lớp MAC CPS, dùng cho các dịch vụ gói như
IPv4,IPv6, Ethernet, mạng LAN ảo (VLAN). Nhiệm vụ chính của lớp con này là
phân loại đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) tới các kết nối MAC thỏa đáng, duy trì
và cho phép các thông số QoS và cho phép cấp phát băng thông.
Việc ánh xạ có rất nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào các loại dịch vụ.
Ngoài các chức năng cơ bản này lớp con hội tụ có thể thực hiện các chức năng
tinh vi hơn như chặn phần mào đầu tải tin và tái tạo nâng cấp hiệu suất tuyến
truyền dẫn. Chức năng cụ thể như sau:
- Phân lớp các PDU giao thức lớp cao hơn tới những kết nối tươngứng.
- Chặn phần mào đầu tải tin.
- Đưa các CS PDU tới các MAC SAP liên kết với các dòng dịch vụ để chuyển
sang các MAC SAP ngang hàng.
- Nhận các CS PDU từ các MAC SAP ngang hàng.
- Xây dựng lại bất kỳ một thông tin nào của phần mào đầu tải tin.
CS bên gửi sẽ chịu trách nhiệm đưa MAC SDU tới các MAC SAP. Lớp
MAC sẽ đưa MAC SDU tới MAC SDU ngang hàng theo phù hợp với QoS, phân
đoạn, ghép nối và các chức năng khác liên quan đến các đặc tính của dòng dịch
vụ. Bên nhận sẽ chuyển các MAC SDU tới các lớp giao thức cao hơn.
2.2.2.2.1 Dạng MAC SDU


Hình 2.10: Dạng MAC SDU