Nghiên cứu triển khai mạng truy nhập vô tuyến trên nền hệ thống MAN Ethernet của Viễn thông Hà nội

Mở đầu
Hiện nay xu hớng phát triển Viễn thông-Công nghệ thông tin là triển khai
cung cấp các dịch vụ băng rộng theo yêu cầu của khách hàng trên nền NGN. Với
đặc thù cung cấp dịch vụ viễn thông trên địa bàn Thủ đô Hà nội với sự cạnh tranh
quyết liệt trong kinh doanh dịch vụ viễn thông, hiện nay Viễn thông Hà nội đang
gặp phải một số khó khăn:
Tại một số khu vực chung c, căn hộ cao cấp trên địa bàn Thành phố Hà nội
đã có hiện tợng các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông nhanh tay ký các hợp
đồng cung cấp dịch vụ với ban quản lý khu nhà và triển khai mạng cáp trong
thời gian thi công công trình. Điều đó dẫn đến hiện tợng độc quyền kinh
doanh dịch vụ viễn thông, ngăn cản các nhà cung cấp khác (do không triển
khai đợc mạng cáp trong toà nhà).
Bắt đầu xuất hiện nhu cầu truy nhập không dây tốc độ cao tại các địa điểm
công cộng tập trung đông ngời nh: Khu vực triển lãm, nhà ga hàng không,
sân vận động, siêu thị v.v
Để giải quyết các vấn đề nói trên, việc nghiên cứu triển khai mạng truy nhập
băng rộng vô tuyến là hớng nghiên cứu đang đợc Viễn thông Hà nội nói riêng và
Tập đoàn BC-VT Việt nam tập trung đẩy mạnh trong thời gian tới.
Hiện nay, việc triển khai thử nghiệm hệ thống truy nhập băng rộng vô tuyến
WiMAX trên trên nền MAN Ethernet mạng viễn thông Hà nội đã đợc lãnh đạo tập
đoàn VNPT, lãnh đạo Viễn thông Hà nội đặc biệt quan tâm, nhất là trong hoàn cảnh
một số nhà kinh doanh viễn thông khác cũng bắt đầu có sự quan tâm đến thị truờng
mới này.
Với thế mạnh đặc thù của mạng truy nhập vô tuyến nh: triển khai nhanh
chóng, cấu hình mềm dẻo, hiệu quả đầu t cao, ít phụ thuộc vào việc thiết kế, quy
hoạch đô thị, lại tận dụng đợc u việt của hệ thống truy nhập quang trên nền MAN
Ethernet sẵn có nh dung lợng truyền dẫn, độ tin cậy cao, việc xây dựng hệ thống
truy nhập băng rộng vô tuyến WiMAX trên trên nền MAN Ethernet có thể góp
phần giải quyết các bài toán kinh doanh nói trên của Viễn thông Hà nội nói riêng và
VNPT nói chung.
1

Chơng I.
truy nhập vô tuyến băng rộng và
mạng lai quang-vô tuyến hfr
1.1. Tổng quan về truy cập băng rộng - mạng lai quang/vô tuyến:
Các dịch vụ băng rộng điện tử nh WWW, VoD, truyền hình số, dữ liệu có
nhu cầu về băng thông ngày càng tăng. Các đờng truyền vô tuyến là một trong
những giải pháp cho phân đoạn cuối cùng, hứa hẹn hiệu quả trong việc sử dụng vốn
đồng thời sẽ phát triển nhanh và rẻ hơn so với triển khai dịch vụ tới tận nhà thông
qua cáp đồng và cáp quang. Phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể, các hệ thống vô
tuyến thờng khác nhau về phạm vi hoạt động, cơ chế phân bố, tần số sóng
mang.v.v
Trong xu hớng hiện nay, với nhu cầu ngày càng cao về truy cập di động thì
mạng truy nhập vô tuyến đã trở thành một giải pháp bổ sung hữu hiệu cho mạng
truy nhập quang cho dù mạng truy nhập quang vốn rất có u thế về độ tin cậy cũng
nh dung lợng, tốc độ đờng truyền nhng lại không thể là giải pháp khả thi cho vấn đề
truy nhập di động. Tuy đã đợc nghiên cứu từ rất sớm nhng cho tới trớc khi chuẩn
IEEE 802.11 thờng đợc biết đến với tên gọi Wi-Fi hay sau đó là 802.16 (WiMAX),
LTE (chuẩn châu Âu) ra đời thì các hệ thống truy nhập vô tuyến thực sự cha thoả
mãn đợc nhu cầu ngày càng cao về dung lợng, tốc độ cho các khách hàng. Những
hệ thống cung cấp tính di động tốt nhất nh các hệ di động tế bào GSM/DSC1800
(Châu Âu) hay D-AMPS, PHS (Nhật Bản) cũng chỉ cho phép cung cấp từ 9,6kbs tới
hàng chục kbps hay thậm chí với tốc độ lý thuyết 171kbps của GPRS cũng không
đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng cao của ngời sử dụng. Các dịch vụ dữ liệu hay
multimedia chất lợng cao vẫn đòi hỏi một băng thông lớn hơn nhiều vốn chỉ đợc
cung cấp bởi các dịch vụ cáp quang hay cáp đồng mang lại. Việc ra đời của
WiMAX với băng thông từ 8Mbps tới hàng chục Mbps/sector hay từ hàng trăm
Kbps tới 5Mbps tại đầu cuối kết hợp với mạng truyền dẫn quang sẵn có thực chất đã
là điểm đến của việc kết hợp tính năng truy nhập dữ liệu băng rộng IP với tính năng
di động, một trong những mục tiêu chính của 3G.
2

1.2 HFR cho các ứng dụng truy nhập
1.2.1. W-LAN (IEEE 802.11) HFR
W-LAN (IEEE 802.11): mạng trong nhà dựa trên tiêu chuẩn W-LAN IEEE
802.11, về lý thuyết có thể sử dụng các hệ thống HFR cho liên kết nối với các hệ
thống mặt đất. Sơ đồ mạng phụ thuộc vào các đặc tính của các hệ thống HFR và
khả năng của các thiết bị E/O (quỹ công suất và băng tần). Kiến trúc truy nhập HFR
trong nhà có khả năng cho tế bào pico, W-LAN khi các trạm gốc đợc đặt ở trung
tâm và các điểm truy nhập chỉ gồm các Anten đầu xa và chuyển đổi quang sang
điện.
1.2.2. WiMAX (IEEE 802.16) trên HFR
WIMAX di động (IEEE 802.16e) cung cấp thông tin tốc độ cao (tới 5Mbps)
giữa thiết bị vô tuyến khách hàng ở môi trờng trong nhà và cung cấp kết nối tốc độ
cao giữa thiết bị xách tay và IP, ATM băng rộng và các loại mạng lõi khác. Tính di
động đợc hỗ trợ trong vùng dịch vụ cục bộ; tính di động vùng rộng (ví dụ roaming).
WIMAX di động (IEEE 802.16e) với khả năng di động và roaming đã đợc chuẩn
hoá, việc triển khai nhanh chóng rất thuận tiện cho các khu vực khó triển khai mạng
truy nhập quang cũng nh các hotspot nh trung tâm hội nghị, hội chợ, nhà ga v.v
Hiện nay băng tần 2.5GHz đã đợc cấp phép cho dịch vụ WiMAX (thử
nghiệm tại Hà nội và TP. Hồ Chí Minh. Trong tơng lai là việc xem xét cấp phép cho
các băng tần 2.3GHz, 3.5GHz và 5.8GHz.
1.3. Mô hình kết nối Ethernet-WiMAX trong mạng MANE
Sơ đồ nguyên tắc tổ chức hệ thống truy nhập WiMAX trên MANE nh hình 1
sau đây:
Hình 1: Cấu trúc WiMAX trên MANE
3
Nh vậy trong sơ đồ tổ chức trên, WiMAX đóng vai trò của lớp truy nhập
(Access) tơng ứng tại cấu hình 3 lớp của MANE. Ngoài chức năng truyền tải lu l-
ợng truy nhập, MANE còn đóng vai trò hệ thống truyền dẫn kết nối giữa các site
của WiMAX và giữa các site với WiMAX core. Vai trò xác thực - tính cớc có thể
thực hiện tại WiMAX core hoặc tại ISP, lúc này WiMAX thuần tuý đóng vai trò lớp

Access cho MANE. Đây là kiểu kiến trúc tích hợp trạm gốc đa tế bào và HFR.
Ưu điểm của kiến trúc này là :
Giảm số lợng giao diện vật lý và logic tới mạng lõi
Chức năng tập trung lu lợng giữa các tế bào khác nhau. Kết hợp băng
tần của nhiều tế bào có thể làm giảm tổng số lợng các băng tần
Tích hợp cao hơn bằng cách chia sẻ tài nguyên (nguồn nuôi, phân bố
đồng bộ, khả năng các bộ vi điều khiển, bộ nhớ v.v . . . )
Tơng tác đơn giản giữa các trạm gốc đầu xa. Thay vì các giao thức, hệ
thống có thể sử dụng các phần mềm để giải quyết các vấn đề thông tin
xử lý nội bộ.
Giảm giá thành khai thác và bảo dỡng
Sử dụng các kỹ thuật vô tuyến mới, khi phần lớn hạ tầng HFR không
phụ thuộc vào băng tần và phơng thức điều chế.
Một vấn đề quan trọng khác của kiến trúc trạm gốc có liên quan tới tính kết
nối giữa các thiết bị đầu cuối đăng nhập vào cùng một trạm gốc. Tính kết nối có thể
đợc cung cấp bên trong trạm gốc tuy nhiên trong trờng hợp này vấn đề tính cớc cần
đợc giải quyết.
Trong khi di chuyển vị trí, các thuê bao (CPE) sẽ chuyển vùng dịch vụ và các
thiết bị đầu cuối sẽ thay đổi môi trờng vô tuyến. Có nghĩa là sẽ liên tục thay đổi
điểm truy nhập vào mạng. Các thủ tục nắm giữ vấn đề thay đổi vị trí của thuê bao đ-
ợc gọi là quản lý tính di động.
Quản lý tính di động gồm hai chức năng quan trọng: quản lý vị trí và chuyển
giao.
Các hệ thống di động phải lu giữ đờng đi của các thuê bao, đó là họ phải cập
nhật các thông tin về vị trí thực để thiết lập các cuối gọi tới các thuê bao. Thủ tục
4
quản lý vị trí này gồm việc lựa chọn tế bào và cập nhật vị trí cần thiết cho thực hiện
các cuộc gọi.
Trong việc hỗ trợ tính di động, chuyển giao rất cần thiết để ngăn ngừa việc
rớt cuộc gọi khi đi ra các vùng biên của tế bào. Nhìn chung, việc chuyển giao đợc

xem nh việc thay đổi các kênh vật lý để duy trì cuộc gọi. Khái niệm chuyển giao tế
bào bao gồm cả thuật ngữ intra (trong tế bào) và inter (giữa các tế bào). Thông th-
ờng chuyển giao đợc coi nh hoạt động trong một hệ thống. Tuy nhiên với việc xuất
hiện chuyển giao các sản phẩm đa băng tần và đa nhiệm sẽ thực hiện tốt với các hệ
thống khác nhau.
1.4 Kết luận
Mặc dù có rất nhiều các hoạt động nghiên cứu về công nghệ HFR tuy nhiên
các tiêu chuẩn hay khuyến nghị cho các hệ thống HFR cho tới nay còn rất ít. Hiện
nay mới chỉ có ITU đa ra một khuyến nghị cho tín hiệu RF truyền qua sợi quang.
Đó là khuyến nghị ITU-R F.1332-1 đợc đợc nhóm nghiên cứu thông tin vô tuyến số
8 và nhóm nghiên cứu chuẩn hoá viễn thông số 15 đa ra vào năm 1999.
Khuyến nghị này tập trung vào các tín hiệu vô tuyến truyền tải trong sợi
quang thông thờng ứng dụng cho các tuyến truy nhập tới trạm gốc vô tuyến và một
số các hệ thống HFR. Các hệ thống HFR này có u điểm là:
Triển khai các bộ điều chế/giải điều chế và một số chức năng thiết bị
OLT ở phía mạng phân bố để đơn giản hoá RAU từ đó giảm giá thành và
bảo dỡng.
Tối u hiệu quả băng tần của đờng truyền vô tuyến
HFR có thể tích hợp đợc với những hệ thống vô tuyến sau:
Truy nhập vô tuyến cố định: WLL, HIPERACCESS, LMDS.
Các hệ thống đi động: GSM-900, DCS-1800, IS-95, WCDMA, . . .
W-LAN trong nhà: HIPERLAN/2, IEEE802.11, IEEE802.16.
Các hệ thống truy nhập vệ tinh
Các ứng dụng hiện thời của HFR chủ yếu tập trung vào giải quyết vấn đề phủ
sóng cho các khu vực rất khó thực thi các giải pháp truy nhập khác. Tuy nhiên,
HFR có thể tìm đợc thị trờng lớn hơn đó là cung cấp cho các điểm hotspot tại các
miền micro và pico, ví dụ nh trung tâm thành thị, nhờ việc tập trung hoá tại trạm
trung tâm.
5
Chơng II.

Công nghệ WiMAX - truy nhập vô tuyến băng rộng
2.1. Tổng quan kỹ thuật và đánh giá tính khả thi của WiMAXx di động
2.1.1 Giới thiệu
Lớp vật lý WiMAX di động và lớp MAC đợc dựa trên bản sửa 802.16e của
chuẩn giao diện không gian IEEE 802.16. Trong lúc đó, nhóm làm việc mạng của
diễn đàn WiMAX quy định các chuẩn làm việc mạng cao hơn cho các hệ thống
WiMAX ngoài những gì đã đợc quy định trong chuẩn IEEE 802.16. Và nhóm kỹ
thuật Mobile quy định các profile WiMAX phải đảm bảo tính tơng hỗ hoạt động với
nhau. Cố gắng kết hợp của IEEE 802.16 và diễn đàn WiMAX đã định ra giải pháp
hệ thống end-to-end cho WiMAX di động.
Giao diện không gian WiMAX di động đợc dựa trên chuẩn giao diện vô
tuyến IEEE 802.16-2004 (I) và bản sửa IEEE 802.16e di động (II) so với chuẩn.
Profile hệ thống WiMAX di động quy định những đặc điểm bắt buộc và những tuỳ
chọn của chuẩn IEEE cần thiết để xây dựng một giao diện không gian Mobile
WiMAX tuân thủ do diễn đàn WiMAX chứng nhận. Profile hệ thống WiMAX di
động cho phép định cấu hình các hệ thống di động dựa trên một bộ chức năng cơ
bản chung.
Công nghệ WiMAX, đợc dựa trên chuẩn giao diện vô tuyến IEEE 802.16-
2004 đang chứng tỏ đợc rằng nó là một công nghệ đóng vai trò quan trọng trong
mạng MAN vô tuyến băng rộng cố định. Phòng lab cấp chứng chỉ đầu tiên đợc thiết
lập tại Cetecom, Malaga, Tây Ban Nha đang hoạt động với hơn 150 thử nghiệm về
sản phẩm WiMAX từ các khu vực Châu Âu, Châu á, Châu Phi, Bắc và Nam Mỹ.
Không còn nghi ngờ gì nữa, WiMAX cố định, đợc dựa trên chuẩn giao diện vô
tuyến IEEE 802.16-2004 đang chứng tỏ là một giải pháp vô tuyến cố định hiệu quả
về mặt giá thành khi so với các dịch vụ khác nh dịch vụ cáp và DSL. Tháng 10, năm
2005 IEEE thông qua bản bổ sung 802.16e để thành chuẩn 802.16. Bản bổ xung
này đa ra các đặc điểm và thuộc tính để có thể hộ trợ đợc tính di động. Diễn đàn
WiMAX đang xác định năng lực của hệ thống và profile chứng chỉ đợc dựa trên
IEEE802.16e, và sau đó, diễn đàn WiMAX xác định các yếu tố kỹ thuật cũng nh
6

cấu hình cần thiết cho kiến trúc mạng WiMAX di động end-end. Profile hệ thống
phiên bản 1 đợc hoàn thành vào đầu năm 2006.
WiMAX di động sẽ là một giải pháp vô tuyến băng rộng cho phép hội tụ
mạng băng rộng cố định và di động thông qua công nghệ truy nhập vô tuyến băng
rộng trên diện rộng và kiến trúc mạng mềm dẻo Nhóm kỹ thuật di động (MTG)
trong diễn đàn WiMAX đang phát triển profile hệ thống WiMAX di động với việc
xác định các đặc điểm bắt buộc và tuỳ chọn của chuẩn IEEE để xây dựng các giao
diện vô tuyến tuân theo WiMAX di động mà có thể đợc cấp chứng chỉ bởi diễn đàn
WiMAX. Profile WiMAX di động sẽ bao gồm độ rộng kênh 5, 6, 8,75 và
10 Mhz trong băng tần số 2,3 Ghz, 2,5 Ghz và 3,5 Ghz.
Hình 2: Profile WIMAX di động
Các profile hệ thống Mobile WiMAX đợc thiết kế để đảm bảo chức năng cơ
bản trên thiết bị kết cuối và các trạm gốc hoàn toàn tơng thích. Một vài thành phần
của trạm gốc đợc quy định là tuỳ chọn để cung cấp thêm độ mềm dẻo khi triển khai
dựa trên các viễn cảnh triển khai đặc thù có thể yêu cầu các cấu hình khác nhau đợc
tối u hoá dung lợng hoặc tối u hoá vùng phủ sóng.
Nhóm làm việc mạng của diễn đàn WiMAX (NWG) đang phát triển các tiêu
chuẩn kỹ thuật mạng mức cao cho hệ thống WiMAX di động mà trong chuẩn
IEEE 802.16 mới chỉ giải quyết các vấn đề đơn giản của các phần giao diện vô
tuyến. Sự nỗ lực kết hợp giữa IEEE 802.16 và diễn đàn WiMAX đã xác định đợc
các giải pháp cho hệ thống WiMAX di động end-to-end.
Các hệ thống WiMAX di động đợc dựa trên phơng thức đa truy nhập chia
theo tần số trực giao (OFDMA) để cải thiện vấn đề đa đờng và hoạt động trong điều
kiện NLOS (không nhìn thẳng). Phơng thức OFDMA mềm dẻo (SOFDMA) đợc sử
7
IEEE 802.16e di động bản
sửa đổi
Chuẩn IEEE 802.16-2004
cố định
Các tính năng

chính và option
Profile WIMAX di
động phiên bản 1
dụng trong bản bổ xung IEEE 802.16e để hỗ trợ băng thông của kênh thay đổi. Mặc
dù chuẩn 802.16 hỗ trợ băng thông kênh từ 1.25 tới 20 Mhz, Profile WiMAX di
động đầu tiên sẽ bao gồm băng thông kênh 5MHz, 6MHz, 8,75MHz và 10 Mhz
trong băng tần sẽ đợc cấp phép của diễn đàn 2,3 Ghz, 2,5 Ghz và 3,5 Ghz. Diễn đàn
WiMAX đã phát triển các đặc điểm kỹ thuật cho Profile WiMAX và cấu trúc mạng
và hoàn thành trong năm 2006. Những profile đầu tiên sẽ đợc hoàn thành trong
Profile phiên bản 1 đã đợc hoàn thành sớm trong đầu năm 2006.
Hệ thống WiMAX di động cung cấp tính mềm dẻo scalability (khả năng
mở rộng) cho cả công nghệ truy nhập vô tuyến và kiến trúc mạng, do đó mang đến
độ mềm dẻo lớn trong tuỳ chọn triển khai mạng và cung cấp dịch vụ. Chức năng
quan trọng nhất đợc hỗ trợ bởi các lớp vật lý và lớp MAC cảa WiMAX di động là
tốc độ số liệu cao: kỹ thuật an ten MIMO cùng với hệ thống kênh con hoá mềm
dẻo, khung MAC lớn hơn, mã hoá cải tiến và điều chế đã cho phép công nghệ
WiMAX di động hỗ trợ tốc độ kênh DL lên tới 63 Mpbs trên một sector và tốc độ
số liệu UL cao nhất lên tới 39Mbps trên một sector đối với kênh 10 Mhz.
2.1.2 Chất lợng dịch vụ QoS:
Tiền đề cơ bản của cấu trúc IEEE 802.16 MAC là QoS. Nó xác định các
luồng dịch vụ có thể đợc ánh xạ tới các điểm mã DiffServ hoặc nhãn luồng MPLS
cho phép IP end-to-end dựa trên QoS. Hơn nữa, kênh con hoá và sơ đồ báo hiệu dựa
trên MAP cung cấp cơ chế mềm dẻo cho việc sắp xếp tối u dựa trên không gian, tần
số và các khe thời gian truy cập gói trong giao diện không gian có thể đợc sắp xếp
khác nhau cho mỗi khung. Sự mềm dẻo này đảm bảo tính chắc chắn đợc duy trì
cùng với các kỹ thuật mã hoá điều chế.
2.1.3 Scalability (khả năng mở rộng):
Mặc dù xu hớng toàn cầu hoá ngày càng tăng, nguồn tài nguyên phổ cho
băng rộng vô tuyến vẫn có những đặc điểm riêng theo vị trí địa lý. Do đó công nghệ
WiMAX di động đợc thiết kế để cho phép làm việc linh hoạt với các độ phân kênh

khác nhau từ 1,25 Mhz tới 20 Mhz để tuân thủ với các yêu cầu khác nhau khi cố
gắng đạt đợc sự hài hoà lâu dài về phổ tần số. Điều này cho phép thay đổi hệ thống
kinh tế để nhận ra lợi ích nhiều mặt của công nghệ WiMAX di động cho những nhu
8
cầu địa lý đặc biệt của họ ví dụ nh cung cấp truy cập Internet ở những vùng nông
thôn thay vì tăng cờng dung lợng của truy cập băng rộng vô tuyến ở Metro và
những khu vực ngoại ô.
2.1.4 Security (An ninh):
Các đặc điểm cho khía cạnh an ninh WiMAX di động thuộc loại tốt nhất với
nhận thực dựa trên EAP, mã hoã nhận thực dựa trên AES-CCM, và sơ đồ bảo vệ bản
tin điều khiển dựa trên CMAC và HMAC. Hỗ trợ cho tập đa dạng của ngời sử dụng
bao gồm SIM/USIM, thẻ thông minh, chứng chỉ số, sơ đồ tên/mật khẩu đợc dựa trên
phơng pháp EAP cho mỗi loại.
2.1.5 Mobility (di động):
WiMAX di động hỗ trợ sơ đồ handover (chuyển giao) tối u với độ trễ nhỏ
hơn 50ms để đảm bảo cho các ứng dụng thời gian thực nh VoIP không làm suy biến
dịch vụ. Sơ đồ quản lý mềm dẻo đảm bảo cho thuộc tính an ninh (security) đợc duy
trì khi chuyển vùng.
Bản sửa 802.16e đợc IEEE phê duyệt vào tháng 12 năm 2005. Với việc hoàn
thành phê chuẩn của IEEE, diễn đàn WiMAX có thể tiếp tục việc quy định hệ thống
và chứng chỉ profile dựa trên bản sửa 802.16e theo đó thêm di động băng rộng vào
các dịch vụ do công nghệ WiMAX hỗ trợ. Trong khi các hoạt động chuẩn hoá đang
đợc tiến hành, các nhà cung cấp thiết bị đã năng động phát triển các thiết bị sẽ tuân
thủ WiMAX/802.16e.
2.2. Mô tả lớp vật lý:
2.2.1 Các khái niệm cơ bản về OFDMA:
Ghép kênh chia theo tần số trực giao là một kỹ thuật ghép kênh trong đó chia
băng thông thành các sóng mang phụ đa tần số nh đợc chỉ ra trong hình 3. Trong hệ
thống OFDM, luồng số liệu đầu vào đợc chia ra thành các luồng phụ song song với
tốc độ số liệu đợc giảm xuống (do đó quá trình mẫu đợc tăng lên) và mỗi luồng phụ

đợc điều chế và truyền trên một sóng mang phụ trực giao riêng biệt. Hơn nữa, việc
sử dụng tiền tố tuần hoàn (CP) có thể hoàn toàn loại trừ xuyên nhiễu ký hiệu vì chu
trình CP dài hơn độ trễ kênh. CP là sự lập lại của các mẫu cuối cùng của phần dữ
liệu của khối đợc gắn vào phần đầu của luồng dữ liệu nh nêu trong hình 3.
9
Hình 3: Ghép kênh OFDMA
CP chống lại xuyên nhiễu giữa các khối và cho phép cân bằng miền tần số có
độ phức tạp thấp. Những nhợc điểm có thể thấy của CP là nó sử dụng overhead
(mào đầu) làm giảm đáng kể hiệu quả của băng thông. Trong khi CP làm giảm hiệu
quả sử dụng băng thông đi một phần nào đó, ảnh hởng của CP tơng tự nh roll off
factor trong hệ thống mang đơn lẻ đã đợc qua bộ lọc Raised-cosine. Do phổ
OFDM có hình rất nhọn giống nh phổ brick-wall", do đó một phần lớn băng thông
kênh đợc sử dụng cho truyền số liệu nên giúp giảm ảnh hởng trong việc sử dụng
tiền tố tuần hoàn.
OFDM khai thác sự thay đổi tần số của kênh đa đờng bằng cách sử dụng mã
hoá và chen thông tin qua các sóng mang phụ trớc khi vào truyền dẫn. Điều chế
OFDM có thể đợc thực hiện với chuyển đổi Fourier ngợc nhanh hiệu quả, cho phép
truyền một số lợng lớn các sóng mang phụ (2048) với độ phức tạp thấp. Trong một
hệ thống OFDM, các tài nguyên nguồn đều sẵn có trong miền thời gian dới hình
thức các ký hiệu OFDM và trong miền tần số là các sóng mang phụ. Nguồn tài
nguyên tần số và thời gian có thể đợc tổ chức thành các kênh con dùng cho việc
phân bổ tới từng ngời sử dụng cá nhân. OFDMA là một sơ đồ đa truy nhập / ghép
kênh cung cấp hoạt động ghép kênh các luồng số liệu từ nhiều user (multiple users)
vào các kênh con downlink và đa truy nhập uplink bằng phơng tiện kênh con
uplink.
10
2.2.2. Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa
Cấu trúc ký hiệu OFDMA bao gồm 3 kiểu sóng mang phụ nh đợc chỉ ra
trong hình 4:
Sóng mang con số liệu cho truyền dẫn số liệu

Sóng mang con pilot cho mục đích ớc lợng và đồng bộ hoá
Sóng mang con Null cho không có truyền dẫn, đợc sử dụng cho phần
băng thông an toàn và tải mang DC.
Hình 4: Cấu trúc sóng mang phụ OFDMA
Sóng mang con tích cực (số liệu và pilot), đợc nhóm thành từng nhóm sóng
mang con đợc gọi là kênh con. WiMAX OFDMA PHY hỗ trợ kênh con hoá trong
cả DL và UL. Đơn vị nguồn tài nguyên thời gian-tần số nhỏ nhất cho kênh con hoá
là một khe, bằng 48 tone số liệu.
Có 2 kiểu hoán vị sóng mang con cho kênh con hoá: phân tập (diversity) và
kế tiếp (contiguous). Sự hoán vị phân tập lôi cuốn các sóng mang con giả ngẫu
nhiên để hình thành một kênh con. Sự hoán vị này tạo ra phân tập tần số và mức
trung bình xuyên nhiễu giữa các cell. Sự hoán vị phân tập bao gồm DL FUSC (Fully
Used Sub-Carrier), DL PUSC (Partially Used Sub-Carrier) và UL PUSC và các hoán
vị tuỳ chọn thêm. Với DL PUSC, mỗi cặp ký hiệu OFDM, các sóng mang con sẵn
có hoặc khả dụng đợc nhóm thành các nhóm (clusters) gồm 14 sóng mang liền kề/
ký hiệu, với sự phân bổ pilot và số liệu trên mỗi nhóm thành các ký hiệu chẵn và lẻ
nh hình 5.
Một sơ đồ tái sắp xếp đợc sử dụng để hình thành các nhóm cluster mà mỗi
nhóm đợc tạo thành bởi các cluster đợc phân bố qua độ rộng của sóng mang phụ.
11
Sóng mang phụ
truyền dẫn số liệu
Sóng mang phụ DC
Sóng mang
phụ Pilot
Sóng mang phụ
guard band
Một kênh con trong một nhóm chứa 2 cluster và bao gồm 48 sóng mang con số liệu
và 8 sóng mang con pilot.
Tơng tự với các cấu trúc cluster cho DL, một cấu trúc tile đợc xác định cho

UL PUSC có định dạng nh hình 6.
Độ rộng sóng mang con sẵn có đợc chia thành các tile, và 6 tile đợc chọn từ
toàn bộ phổ bằng sơ đồ hoán vị/ tái sắp xếp, đợc nhóm cùng nhau để hình thành
một khe. Khe bao gồm 48 sóng mang số liệu và 24 sóng mang pilot trong 3 ký hiệu
OFDM.
Hoán vị kế tiếp nhóm một khối các sóng mang con kế tiếp để hình thành
kênh con. Hoán vị kế tiếp bao gồm DL AMC và UL AMC, và có cùng một cấu trúc.
Một bin bao gồm 9 sóng mang con kế tiếp trong một ký hiệu, với 8 đợc gán cho số
liệu và một đợc gán cho pilot. Một khe (slot) trong AMC đợc xác định nh là một tập
hợp các bin với kiểu (N*M=6), trong đó N là bin kế tiếp và M là số ký hiệu kế tiếp.
Do đó, các kiểu kết hợp có thể là [(6 bin, 1 ký hiệu), (3 bin, 2 ký hiệu), (1 bin 6 ký
hiệu)]. Hoán vị AMC cho phép phân tập multi-user bằng cách chọn kênh con với sự
phản hồi tần số tốt nhất.
Nói chung, kiểu hoán vị sóng mang con phân tập thể hiện tốt trong các ứng
dụng di động trong khi đó hoán vị sóng mang con kế tiếp lại phù hợp tốt cho môi tr-
ờng cố định, lu động hoặc có thể là môi trờng chuyển động chậm. Những tuỳ chọn
này cho phép ngời thiết kế hệ thống cân bằng độ di chuyển cho dung lợng.
Hình 5: Phân tập tần số kênh con luồng xuống DL
12
Ký tự chẵn
Ký tự lẻ
Sóng mang phụ Data
Sóng mang phụ Pilot
Hình 6: Cấu trúc hoán vị kế tiếp luồng xuống DL
Hình 7: Chèn mã mào đầu Cyclic
2.2.3. Scalable OFDMA
Phơng thức của IEEE 802.16e vô tuyến MAN OFDMA dựa trên khái niệm
scalable OFDMA (S-OFDMA). S-OFDMA hỗ trợ một khoảng rộng băng thông để
xác định một cách mềm dẻo nhu cầu phân chia phổ và model sử dụng khác nhau.
Scalability đợc hỗ trợ bằng cách điều chỉnh kích thớc FFT trong khi vẫn cố định

khoảng cách tần số cho một sóng mang là 10.94 kHz. Do băng thông sóng mang
con và độ dài của ký tự là cố định, tác động tới lớp cao hơn là nhỏ nhất khi thay đổi
băng tần. Các tham số S-OFDMA đợc mô tả trong bảng 1. Băng tần hệ thống của
profile ban đầu đợc phát triển bởi nhóm làm việc về kỹ thuật của diễn đàn WiMAX
với phiên bản 1 là 5 và 10 Mhz (đợc tô sáng trong bảng)
13
Ký tự 0
Ký tự 1
Ký tự 2
Sóng mang phụ DataSóng mang phụ Pilot
Thời gian 1 ký
hiệu
Thời gian hiệu dụng
Dữ liệuMào đầu
Tham số Giá trị
Băng thông hệ thống 1.25 5 10 20
Tần số lấy mẫu 1.4 5.6 11.2 22.4
Kích thớc FFT (N
FFT
) 128 512 1024 2048
Số kênh con 2 8 16 32
Độ rộng tần số sóng mang phụ 10.94 kHz
Thời gian hiệu dụng (T
b
= 1/f)
91.4 às
Giãn cách (T
g
= T
b

/8)
11.4 às
Độ rộng ký hiệu OFDMA (T
s
=T
b
+T
g
)
102.9 às
Số ký tự OFDMA (Khung 5ms) 48
Bảng 1: Tham số linh hoạt của OFDMA
2.2.4. Cấu trúc khung TDD
PHY 802.16e hỗ trợ TDD, FDD và hoạt động FDD half-duplex. Tuy nhiên,
phiên bản ban đầu của profile chứng chỉ WiMAX di động chỉ có TDD. Với phiên
bản đang đợc nghiên cứu, profile FDD sẽ đợc xem xét bởi diễn đàn WiMAX để đạt
đợc các cơ hội kinh doanh đặc biệt có các yêu cầu về phổ nội hạt hoặc là cấm TDD
hoặc là phù hợp với triển khai FDD hơn. Đối với vấn đề xuyên nhiễu, TDD yêu cầu
sự đồng bộ trên toàn hệ thống, tuy nhiên TDD là chế độ song công đợc a dùng hơn
vì những lý do sau:
TDD cho phép điều chỉnh tỷ số downlink/uplink để hỗ trợ có hiệu quả lu
lợng downlink/uplink không đồng bộ, trong khi đó với FDD, downlink và
uplink luôn luôn có băng thông cố định và nói chung là băng thông DL
và UL bằng nhau.
TDD đảm bảo sự đảo ngợc kênh để hỗ trợ tốt hơn cho thích ứng đờng
truyền, MIMO và các công nghệ an ten tiên tiến vòng kín khác.
Không giống nh FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh
đơn cho cả đờng xuống và đờng lên, nên mềm dẻo hơn khi thích ứng với
các phổ khác nhau trên thế giới.
Thiết kế bộ thu phát vô tuyến cho TDD ít phức tạp hơn và do đó sẽ ít tốn

kém hơn.
14
2.2.5. Các đặc điểm khác của lớp PHY cải tiến
Adaptive modulation and coding (AMC), Hybrid Automatic Repeat Request
(HARQ), và phản hồi kênh nhanh (CQICH) đợc giới thiệu cùng với WiMAX di
động để tăng cờng vùng phủ và dung lợng của WiMAX trong các ứng dụng di
động.
Hỗ trợ cho QPSK, 16 QAM và 64 QAM là bắt buộc trong DL với WiMAX
di động. Trong UL, 64 QAM là tuỳ chọn. Cả mã xoắn (Convolutional Code) và mã
Turbo xoắn (Convolutional Turbo Code) với tỷ lệ mã khác nhau và lặp lại việc mã
hoá đều đợc hỗ trợ. Mã hoá nhắc lại đợc móc nối vào nhau bằng CC hoặc CTC. Tỷ
lệ mã hiệu quả là tỷ lệ mã CC tơng ứng hoặc tỷ lệ CTC bị chia bởi yếu tố lặp. Block
Turbo Code và Low Density Parity Check Code (LDPC) mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ
thấp là đặc điểm tuỳ chọn hỗ trợ. Bảng sau tổng kết sơ đồ điều chế và mã hoá đợc
hỗ trợ trong profile WiMAX di dộng với mã và điều chế UL tuỳ chọn đợc chỉ ra với
chữ in nghiêng.
DL UL
Modulation QPSK, 16QAM, 64QAM
QPSK, 16QAM, 64QAM
Tốc
độ mã
CC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6
1/2, 2/3, 5/6
CTC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6
1/2, 2/3, 5/6
Nhắc lại x2, x4, x6 x2, x4, x6
Bảng 2: Các phơng thức mã hoá và điều chế đợc hỗ trợ
Yêu cầu lặp lại tự động cầu (HARQ) đợc hỗ trợ trong WiMAX di động.
HARQ cho phép sử dụng giao thức dừng và đợi (stop and wait) N kênh cung
cấp phản hồi nhanh với lỗi gói và cải thiện vùng phủ của cell. Sự d thừa tăng đợc hỗ

trợ để cải tiến hơn về độ tin cậy của việc truyền trở lại. Một kênh ACK chuyên dụng
cũng đợc cung cấp trong đờng uplink cho tín hiệu HARQ ACK/NACK. Hoạt động
đa kênh HARQ cũng đợc hỗ trợ. ARQ đa kênh Stop-and-wait hợp cùng với một số
lợng nhỏ các kênh thành giao thức đơn giản, có hiệu quả, sẽ làm tối thiểu hoá bộ
nhớ cần cho HARQ và stalling. WiMAX cung cấp tín hiệu cho phép hoạt động
không đồng bộ hoàn toàn. Hoạt động không đồng bộ cho phép nhiều loại delay (trễ)
giữa các lần truyền lại, làm cho ngời lập trình mềm dẻo hơn khi định giá cho mỗi
tiêu đề thêm vào mỗi phân định truyền lại. HARQ kết hợp với CQICH và AMC
15
cung cấp sự tơng thích liên kết thô trong môi trờng di động với tốc độ phơng tiện
quá 120Km/giờ.
2.3. Mô tả lớp MAC
Chuẩn 802.16 đợc phát triển từ sự khởi đầu của việc cung cấp các dịch vụ
băng rộng bao gồm thoại, dữ liệu, và video. Lớp Mac đợc dựa trên chuẩn DOCSIS
đợc chứng minh bằng thời gian và có thể hỗ trợ khi bùng nổ lu lợng dữ liệu với yêu
cầu tốc độ đỉnh cao [IV] trong khi đồng thời hỗ trợ luồng video và lu lợng thoại trễ
qua cùng một kênh. Nguồn tài nguyên phân bổ tới một đầu cuối bởi lập trình MAC
có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn tới toàn bộ khung, do đó cung cấp một
khoảng động rất lớn của thông lợng tới một thiết bị kết cuối cụ thể tại bất cứ thời
điểm nào. Hơn nữa, do thông tin phân bổ nguồn tài nguyên đợc truyền trong một
bản tin MAP tại điểm bắt đầu của mỗi khung, lập trình có thể thay đổi hiệu quả sự
phân bổ nguồn tài nguyên trên cơ sở frame-by-frame để thích ứng với bản chất
bùng nổ của lu lợng.
2.3.1. Hỗ trợ QoS.
Với sự liên kết nhanh trong không gian, dung lợng uplink/ downlink đối
xứng, chi tiết hoá nguồn tài nguyên tốt và cơ chế phân bổ nguồn tài nguyên mềm
dẻo, WiMAX di động có thể thoả mãn đợc các yêu cầu QoS trong một loạt các dịch
vụ dữ liệu và các ứng dụng.
Trong lớp MAC của WiMAX di động, QoS đợc cung cấp qua luồng dịch vụ.
Đây là luồng gói có một hớng duy nhất đợc cung cấp với một tập các tham số QoS

cụ thể. Trớc khi cung cấp một loại dịch vụ số liệu cụ thể, đầu tiên trạm gốc và thiết
bị kết cuối thiết lập một đờng liên kết logic một hớng duy nhất giữa các MAC đồng
đẳng gọi là kết nối. Sau đó, MAC ra ngoài kết hợp các gói ngang qua giao diện
MAC vào một luồng dịch vụ để đợc phân phát qua kết nối. Tham số QoS đợc gắn
kết với luồng dịch vụ xác định thứ tự và lịch trình truyền dẫn trong giao diện vô
tuyến. Do đó, QoS định hớng kết nối có thể điều khiển chính xác qua giao diện vô
tuyến. Do giao diện vô tuyến thờng là nút cổ chai, QoS định hớng kết nối có thể cho
phép điều khiển QoS end-to-end một cách hiệu quả. Tham số luồng dịch vụ có thể
đợc quản lý động thông qua bản tin MAC để thích hợp với các yêu cầu dịch vụ
16
động. Luồng dịch vụ dựa trên cơ chế QoS sẽ áp dụng cho cả DL và UL để cung cấp
QoS đã cải tiến cho cả 2 hớng.
2.3.2. Dịch vụ lập lịch MAC
Dịch vụ lập lịch MAC WiMAX di động đợc thiết kế để thực hiện một cách
hiệu quả các dịch vụ số liệu băng rộng bao gồm thoại, dữ liệu, và video qua kênh vô
tuyến băng rộng thay đổi theo thời gian. Dịch vụ lập lịch MAC có các thuộc tính
sau cho phép các dịch vụ băng rộng:
Lập lịch số liệu nhanh: Lập lịch MAC phải phân bổ hiệu quả nguồn tài
nguyên khả dụng để đáp ứng với sự tăng nhanh lu lợng số liệu và các điều kiện
kênh thay đổi theo thời gian. Lập lịch tại mỗi trạm gốc cho phép phản hồi nhanh với
yêu cầu lu lợng và điều kiện kênh. Gói số liệu đợc đa vào các luồng dịch vụ với
tham số QoS đợc quy định rõ ràng trong lớp MAC để có thể lập lịch một cách đúng
đắn trật tự truyền gói qua giao diện vô tuyến. Kênh CQICH cung cấp phản hồi
thông tin kênh nhanh để cho phép lập lịch lựa chọn mã hoá và điều chế thích hợp
cho mỗi vị trí phân định. Điều chế/mã hoá thích ứng kết hợp với HARQ cung cấp
truyền dẫn thô qua kênh thay đổi theo thời gian.
Lập lịch cho cả DL và UL: dịch vụ lập lịch đợc cung cấp cho cả lu lợng DL
và UL. Để lập lịch MAC phân bổ nguồn tài nguyên hiệu quả và cung cấp QoS mong
muốn trong UL, UL phải phản hồi thông tin chính xác và kịp thời nh với điều kiện
lu lợng và yêu cầu về QoS. Các cơ chế yêu cầu băng tần đa đờng lên, ví dụ nh yêu

cầu băng tần qua sắp xếp kênh, yêu cầu piggyback và polling đợc thiết kế để hỗ trợ
yêu cầu băng tần UL. Luồng dịch vụ UL xác định cơ chế phản hồi cho mỗi kết nối
uplink để đảm bảo tiên đoán đợc hành vi lập lịch UL. Hơn nữa, với kênh con UL
trực giao, không có xuyên nhiễu nội bào. Lập lịch UL có thể phân bổ nguồn tài
nguyên hiệu quả hơn và tham số QoS tốt hơn.
Sự phân bổ nguồn tài nguyên động: MAC hỗ trợ sự phân bổ nguồn tài
nguyên tần số - thời gian đối với DL và UL trên cơ sở mỗi khung. Sự phân bổ nguồn
tài nguyên đợc phát đi trong bản tin MAP tại bắt đầu mỗi khung. Do đó, sự phân bổ
nguồn tài nguyên có thể đợc thay đổi từng khung một theo các điều kiện về kênh và
lu lợng. Hơn nữa, một số tài nguyên trong mỗi lần phân bổ có thể thay đổi từ 1 khe
17
đến toàn bộ khung. Sự phân bổ nguồn tài nguyên chi tiết tốt và nhanh cho phép QoS
tuyệt hảo cho lu lợng số liệu.
QoS oriented: lập lịch MAC nắm giữ việc truyền tải số liệu trên cơ sở từng
kết nối. Mỗi kết nối đợc kết hợp với mét dịch vụ số liệu riêng cùng với một tập hợp
các tham số QoS đảm bảo chất lợng cho nó. Với khả năng phân bổ động nguồn tài
nguyên trên cả DL và UL, lập lịch có thể cung cấp QoS tuyệt hảo cho cả lu lợng DL
và UL. Đặc biệt với việc lập lịch đờng lên (uplink) - nguồn tài nguyên đờng lên đợc
phân bổ hiệu quả hơn, việc thực hiện dễ tiên đoán hơn, và QoS đợc tuân thủ tốt hơn.
Lập lịch lựa chọn tần: lập lịch có thể hoạt động trên các kiểu khác nhau của
kênh con. Đối với các kênh con tần số đa dạng ví dụ nh là hoán vị PUSC, nơi mà
sóng mang con trong các kênh con đợc phân bố giả ngẫu nhiên trên băng tần, các
kênh con có chất lợng đồng đều. Lập lịch đa dạng tần số có thể hỗ trợ QoS với mức
độ chi tiết hoá cao và hỗ trợ lập lịch nguồn tài nguyên thời gian -tần số mềm dẻo.
Với sự hoán vị liền kề nh hoán vị AMC, kênh con có thể trải qua các cờng độ khác
nhau. Lập lịch lựa chọn tần số có thể phân bổ các thuê bao di động tới kênh con
mạnh nhất tơng ứng. Lập lịch lựa chọn tần số có thể tăng cờng dung lợng hệ thống
với sự tăng lên vừa phải trong tiêu đề CQI trong UL.
2.3.3. Quản lý tính di động
Handoff và tuổi thọ của pin là 2 vấn đề quan trọng trong các ứng dụng di

động. WiMAX di động hỗ trợ chế độ sleep và chế độ idle để cho phép MS tiết
kiệm nguồn hoạt động. WiMAX di động cũng hỗ trợ chuyển giao (handoff) cho
phép MS chuyển từ một trạm gốc sang một trạm khác theo tốc độ di chuyển của ph-
ơng tiện mà không bị mất kết nối.
a/ Quản lý nguồn
WiMAX di động hỗ trợ 2 chế độ cho hoạt động nguồn hiệu quả: chế độ
sleep và chế độ Idle. Chế độ sleep là một trạng thái trong đó MS kiểm soát các
giai đoạn vắng mặt khỏi giao diện vô tuyến của trạm phục vụ gốc trớc khi thoả
thuận. Giai đoạn này có những đặc trng là tính không sẵn sàng của MS, khi đợc
quan sát từ trạm phục vụ gốc, tới lu lợng DL hoặc UL. Chế độ sleep đợc dự kiến để
tối thiểu hoá việc sử dụng nguồn MS và tối thiểu hoá nguồn giao diện vô tuyến của
18
trạm gốc đợc sử dụng. Chế độ sleep cũng tạo cho MS tính mềm dẻo để quét các
trạm gốc khác nhằm thu thập thông tin hỗ trợ handoff khi đang ở chế độ Sleep.
Chế độ Idle cung cấp cơ chế cho MS để trở nên sẵn sàng theo định kỳ đối với
bản tin lu lợng DL quảng bá mà không đăng ký tại một trạm gốc cụ thể nào khi MS
đi ngang qua một môi trờng kết nối vô tuyến đợc chiếm giữ bởi nhiều trạm gốc. Chế
độ Idle mang lại lợi ích cho MS bằng cách loại bỏ yêu cầu handoff và các hoạt động
bình thờng khác và mang lại lợi ích cho mạng và trạm gốc bởi sự loại bỏ giao diện
vô tuyến và lu lợng handoff mạng từ sự không hoạt động của MS trong khi vẫn cung
cấp một phơng pháp đơn giản và kịp thời (paging) để cảnh báo MS về lu lợng DL
cha giải quyết.
b/ Handoff (chuyển giao)
Có 3 phơng pháp handoff đợc hỗ trợ trong chuẩn 802.16e: handoff cứng
(HHO), chuyển mạch trạm gốc nhanh (FBSS) và handover đa dạng vi mô (MDHO).
Trong những phơng pháp handoff trên, HHO là bắt buộc trong khi FBSS và MDHO
là 2 chế độ tuỳ chọn. Diễn đàn WiMAX đã phát triển nhiều kỹ xảo cho việc tối u
handoff cứng trong khung của chuẩn 802.16e. Những cải tiến này đợc phát triển với
mục tiêu là giữ cho độ trễ handoff của lớp 2 là bé hơn 50 mili giây.
Khi FBSS đợc hỗ trợ, MS và BS duy trì một danh sách các BS mà nó liên

quan với MS trong FBSS. Tập hợp này đợc gọi là tập hợp tích cực. Trong FBSS, MS
tiếp tục giám sát trạm gốc trong tập hợp tích cực. Giữa các BS trong tập hợp tích
cực, một BS neo đợc xác định. Khi hoạt động trong FBSS, MS chỉ truyền thông
với BS neo cho bản tin đờng lên và đờng xuống bao gồm quản lý và kết nối lu l-
ợng. Chuyển dịch từ một BS neo tới một BS khác (đó là chuyển mạch BS) đợc
thực hiện mà không cần viện dẫn bản tin báo hiệu HO rõ ràng. Các thủ tục cập nhập
BS neo đợc thực hiện bởi độ dài tín hiệu truyền thông của BS phục vụ thông qua
kênh CQI. Chuyển giao FBSS bắt đầu bằng quyết định bởi một MS để nhận hoặc
truyền số liệu từ BS neo mà có thể thay đổi trong tập hợp tích cực. MS quét các BS
lân cận và lựa chọn những BS thích hợp để bao hàm trong tập hợp tích cực. MS báo
cáo những BS đợc lựa chọn và thủ tục cập nhập tập hợp tích cực đợc thực hiện bởi
BS và MS. MS tiếp tục giám sát độ dài tín hiệu của BS trong tập hợp tích cực và lựa
chọn một BS trong tập hợp để trở thành BS neo. MS báo cáo BS neo đợc lựa
19
chọn trên CQICH hoặc MS mở đầu bản tin yêu cầu HO. Một yêu cầu quan trọng
của FBSS là các số liệu đợc truyền đồng thời tới tất cả các thành viên của tập hợp
tích cực của BS có thể phục vụ MS.
Với MS và BS hỗ trợ MDHO, MS và BS duy trì một tập hợp tích cực các BS
bao hàm trong MDHO cùng với MS. Trong các MS trong tập hợp tích cực, một BS
neo đợc xác định. Phơng thức hoạt động thông thờng nhắc đến một trờng hợp đặc
biệt của MDHO với tập hợp tích cực bao gồm chỉ có một BS. Khi hoạt động trong
chế độ MDHO, MS truyền thông với tất cả BS trong tập hợp tích cực của bản tin
unicast đờng lên và đờng xuống và lu lợng. MDHO bắt đầu khi MS quyết định
truyền hoặc nhận bản tin unicast và lu lợng từ nhiều BS trong cùng một khoảng thời
gian. Cho MDHO đờng xuống, 2 hoặc nhiều BS cung cấp truyền dẫn đồng bộ cho
số liệu đờng xuống MS mà kết hợp đa dạng đợc thực hiện tại MS. Cho MDHO đờng
lên, truyền dẫn từ một MS đợc nhận bởi đa BS trong khi sự đa dạng lựa chọn trong
thông tin nhận đợc thực hiện.
2.3.4. An ninh
WiMAX di động hộ trợ tốt nhất các đặc điểm an ninh bằng cách sử dụng các

công nghệ tốt nhất hiện có hiện nay. Hỗ trợ cho sự nhận thực thiết bị/kết cuối
chung, giao thức quản lý chủ chốt mềm dẻo, mã hoá lu lợng mạnh, bảo vệ bản tin
quản lý và điều khiển, và các tối u hoá giao thức an ninh cho chuyển giao nhanh.
Các khía cạnh thông thờng cho các đặc điểm an ninh là:
Giao thức quản lý chủ chốt: giao thức quản lý chủ chốt và bảo mật phiên
bản 2 (PKM v.2) là thành phần cơ bản trong an ninh WiMAX di động đợc xác định
trong 802.16e. Giao thức này quản lý an ninh MAC sử dụng bản tin PMK-
REQ/RSP, nhận thực PMK EAP, điều khiển mã hoá lu lợng, trao đổi chuyển giao
cơ bản và tất cả bản tin an ninh multicast/broadcast đợc dựa trên giao thức này.
Nhận thực thiết bị/ ngời sử dụng: WiMAX di động hỗ trợ nhận thực thiết
bị và ngời sử dụng dùng giao thức IETF EAP bằng sự hỗ trợ credentials (uỷ
nhiệm) dựa trên SIM, hoặc dựa trên USIM hoặc chứng chỉ số hoặc dựa trên tên ngời
sử dụng/mật khẩu. Các phơng pháp nhận thực tơng ứng với EAP-SIM, EAP-AKA,
EAP-TLS, EAP-MSCHAPv2 đợc hỗ trợ thẳng qua giao thức EAP. Chỉ có những
phơng pháp EAP đợc hỗ trợ.
20
Mã hoá lu lợng: AES-CCM là một loại mã hoá đợc sử dụng để bảo vệ tất cả
dữ liệu của thiết bị kết cuối qua giao diện WiMAX MAC di động. Chìa khoá đợc
sử dụng cho mã hoá đợc tạo ra từ việc nhận thực EAP. Một loại máy thông báo tình
trạng mã hoá của lu lợng có cơ chế refresh theo chu kỳ cho phép duy trì việc
chuyển tiếp các keys để cải thiện việc bảo vệ hơn.
Bảo vệ bản tin điều khiển: số liệu điều khiển đợc bảo vệ bằng việc sử dụng
CMAC dựa trên AES hoặc sơ đồ HMAC dựa trên MD5.
Hỗ trợ chuyển giao nhanh: Một sơ đồ bắt tay 3 bớc đợc hỗ trợ bởi WiMAX
di động để tối u cơ chế nhận thực lại cho hỗ trợ chuyển giao nhanh. Cơ chế này
cũng hữu ích trong việc chống lại việc tấn công giữa chừng bởi hacker.
2.4. Các đặc điểm cải tiến của WiMAX di động
2.4.1. Công nghệ an ten thông minh
Công nghệ an ten thông minh điển hình liên quan đến véc tơ phức hoặc hoạt
động ma trận của tín hiệu do có nhiều an ten. OFDMA cho phép các hoạt động an

ten thông minh đợc thực hiện trên các sóng mang con véc tơ phẳng. Không còn sự
cân bằng phức để bù cho sự giảm âm theo tần số. Do đó, OFDMA rất phù hợp để hỗ
trợ công nghệ an ten thông minh. Thực tế, MIMO-OFDM/OFDMA đợc xem nh là
một nền móng cho hệ thống truyền thông băng rộng thế hệ tiếp theo. WiMAX di
động hỗ trợ một loạt các công nghệ an ten thông minh để tăng cờng khả năng thực
hiện của hệ thống. Các công nghệ an ten thông minh đợc hỗ trợ bao gồm:
Tạo chùm: với tạo chùm, hệ thống sử dụng đa ăn ten để truyền các tín hiệu
đã đợc đo với mục đích cải thiện vùng phủ và dung lợng của hệ thống và giảm thiểu
khả năng thất thoát.
Mã hoá không gian-thời gian (STC): Đa dạng truyền ví dụ nh mã hoá
Alamuoti, đợc hỗ trợ để cung cấp sự đa dạng về không gian và giảm độ mê.
Ghép kênh không gian(SM): ghép kênh không gian đợc hỗ trợ để tận dụng
u điểm của tốc độ cao và tăng thông lợng. Với ghép kênh không gian, nhiều luồng
sẽ đợc truyền qua đa an ten. Nếu bộ thu cũng có đa an ten, nó có thể tách rời các
luồng khác nhau để thu đợc thông lợng cao sơn so với hệ thống chỉ có một an ten.
Với 2*2 MIMO, SM tăng thông lợng đỉnh lên 2 lần bằng cách truyền 2 luồng số
liệu. Trong UL, thiết bị kết cuối chỉ có duy nhất một anten truyền dẫn, 2 thiết bị kết
cuối có thể truyền kết hợp trong cùng 1 khe nếu 2 luồng đợc ghép kênh theo không
gian từ 2 an ten của cùng một thiết bị kết cuối.
21
Các đặc điểm đợc hỗ trợ trong profile WiMAX di động đợc liệt kê trong
bảng sau:
Link Beam forming Space Time Coding Spatial Multiplexing
DL Nt >2, Nr>1
4
Nt=2, Nr>1
Matrix A
Nt=2, Nr>2
Matrix B, vertical encoding
UL Nt >1, Nr>2 N/A Nt=1, Nr>2

Two-user collaborative SM
Bảng 3: Các tham số của an-ten thông minh
WiMAX di động hỗ trợ chuyển mạch thích ứng giữa các tuỳ chọn này để tối
đa hoá lợi ích của công nghệ an ten thông minh trong các điều kiện kênh khác
nhau. Ví dụ, SM cải thiện thông lợng đỉnh. Tuy nhiên, khi điều kiện kênh kém, tỷ lệ
lỗi gói PER có thể cao và do đó vùng phủ đạt PER mục tiêu có thể bị giới hạn. Mặt
khác, STC cung cấp một vùng phủ lớn bất kể điều kiện kênh nh thế nào nhng lại
không cải thiện đợc băng thông đỉnh. WiMAX di động hỗ trợ chuyển mạch thích
ứng giữa phơng thức đa MIMO để tối đa hoá hiệu quả phổ mà không giảm đi vùng
phủ. Hình 11, chỉ ra cấu trúc cho việc hỗ trợ các đặc điểm an ten thông minh. Bảng
sau cung cấp tổng kết về tốc độ số liệu đỉnh về mặt lý thuyết cho nhiều loại tỷ lệ
DL/UL với giả sử các kênh con PUSC, 46 ký hiệu dữ liệu OFDM và băng tần kênh
10 MHz. Với 2*2 MIMO, tốc độ số liệu đỉnh của thiết bị kết cuối và sector đợc gấp
đôi. Tốc độ số liệu đỉnh DL tối đa là 63.36 Mbps khi tất cả ký hiệu số liệu đợc dành
cho DL. Với UL cộng tác SM, tốc độ đỉnh dữ liệu của UL sector gấp đôi trong khi
tốc độ số liệu đỉnh thiết bị kết cuối là không đổi. Tốc độ số liệu đỉnh thiết bị kết
cuối UL và tốc độ số liệu đỉnh sector là 14.92Mbps và 29.84 Mbps tơng ứng khi tất
cả ký tự số liệu đều dành cho UL. Bằng cách áp dụng các tỷ lệ DL/UL khác nhau,
băng tần có thể đợc điều chỉnh giữa DL và UL để đảm bảo cho các mẫu lu lợng
khác nhau.
DL/UL Ratio 1:0 3:1 2:1 3:2 1:1 0:1
User
Peak
SIMO DL 31.68 23.04 20.16 18.72 15.84 0
UL 0 4.03 5.04 6.05 7.06 14.11
MIMO DL 63.36 46.08 40.32 37.44 31.68 0
UL 0 4.03 5.04 6.05 7.06 14.11
22
Bảng 4: Cấu hình Data rate cho SIMO/MIMO
(Kênh 10MHz, khung 5ms, Kênh con PUSC, 44 ký hiệu dữ liệu OFDM)

2.4.2. Tái sử dụng phân đoạn tần số (fractional)
WiMAX di động hỗ trợ việc tái sử dụng tần số bằng một, nghĩa là mọi cell/
sector hoạt động trên cùng một kênh tần số để tối đa hiệu quả phổ. Tuy nhiên, do
xuyên nhiễu kênh lớn (CCI) trong việc tái sử dụng tần số bằng một, thiết bị kết cuối
tại biên của các cell có thể chịu sự suy giảm về chất lợng kết nối. Với WiMAX di
động, thiết bị kết cuối hoạt động trên các kênh con, chỉ chiếm một phần nhỏ trong
toàn bé băng thông kênh, vấn đề xuyên nhiễu biên của cell có thể đợc giải quyết dễ
23
DL/UL Ratio 1:0 3:1 2:1 3:2 1:1 0:1
Sector
Peak
SIMO DL 31.68 23.04 20.16 18.72 15.84 0
UL 0 4.03 5.04 6.05 7.06 14.11
MIMO DL 63.36 46.08 40.32 37.44 31.68 0
UL 0 8.06 10.08 12.10 14.12 28.22
Hình 8: Chuyển mạch thích ứng cho an-ten thông minh
dàng bằng việc sử dụng kênh với cấu hình phù hợp mà không phải dùng đến kế
hoạch tần số truyền thống.
Trong WiMAX di động, tái sử dụng kênh con mềm dẻo đợc làm cho thuận
tiện bằng các phân đoạn kênh con và vùng hoán vị. Một đoạn là một phân vùng của
một kênh con OFDMA khả dụng (một đoạn có thể bao gồm tất cả các kênh con).
Một đoạn đợc sử dụng cho việc triển khai một MAC đơn.
Vùng hoán vị là một số các ký hiệu OFDMA liền kề trong DL hoặc trong
UL mà sử dụng cùng hoán vị. Khung con DL hoặc UL có thể chứa nhiều hơn một
vùng hoán vị nh đợc chỉ ra trong hình 9:
Hình 9: Kiến trúc khung đa vùng (Multi-Zone)
Mẫu tái sử dụng kênh con có thể đợc cấu hình để thiết bị kết cuối gần trạm
gốc hoạt động tại vùng với tất cả kênh con khả dụng. Trong khi đối với thiết bị kết
cuối biên, mỗi cell hoặc sector hoạt động trong vùng với một phần của tất cả các
kênh. Trong hình 12 F1, F2, F3 đại diện các tập hợp kênh con trong cùng một kênh

tần số. Với cấu hình này, tái sử dụng tần số nguyên tải một đợc duy trì cho thiết bị
kết cuối trung tâm để tối u hoá hiệu quả của phổ và tái sử dụng phân đoạn tần số đ-
ợc thực hiện cho thiết bị kết cuối biên để đảm bảo chất lợng kết nối thiết bị kết cuối
biên và thông lợng. Kế hoạch sử dụng lại kênh con có thể đợc thực hiện tơng ứng
qua các sector hoặc cell dựa trên tải và điều kiện can nhiễu của mạng. Do đó, tất cả
24
Khung con luồng xuống DL
Khung con luồng
lên UL
Bắt buộc có trong khung
Chuyển vùng IEs trong DL-MAP
các cell hoặc sector có thể hoạt động trên cùng một kênh tần số mà không cần kế
hoạch tần số.
2.4.3. Dịch vụ Multicast và Broadcast (MBS)
MBS đợc hỗ trợ bởi WiMAX di động kết hợp các đặc điểm tốt nhất của
DVB-H, Media FLO và 3GPP E-UTRA và thoả mãn các yêu cầu sau:
Tốc độ số liệu và vùng phủ cao sử dụng mạng tần số đơn (SFN).
Sự phân bổ mềm dẻo các nguồn tài nguyên vô tuyến
Tiêu thụ công suất MS thấp
Hỗ trợ casting-data, luồng video và audio.
Thời gian chuyển mạch kênh thấp
Profile Mobile WiMAX phiên bản 1 xác định một bộ công cụ để bắt đầu
chuyển giao dịch vụ MBS. Dịch vụ MBS có thể đợc hỗ trợ bằng cách hoặc xây dựng
một vùng MBS riêng trong khung DL cùng với dịch vụ unicast (MBS) hoặc dành
toàn bộ một khung cho MBS (chỉ có DL) cho riêng dịch vụ broadcast. Hình 12 chỉ
ra việc xây dựng vùng DL/UL khi hỗn hợp dịch vụ broadcast và unicast đợc hỗ trợ.
Vùng MBS hỗ trợ phơng thức đa BS MBS sử dụng mạng tần số đơn (SFN) và độ dài
mềm dẻo của vùng MBS cho phép linh hoạt đặt các nguồn tài nguyên vô tuyến tới l-
25
Hình 10: Tái sử dụng tần số