Kỹ thuật OFDMA trong WiMAX cố định

Kỹ thuật OFDMA trong
WiMAX cố định
ĐỀ TÀI:
GVHD : NGUYỄN VIẾT ĐẢM
TIỂU LUẬN: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
1
NỘI DUNG
Tổng quan WiMAX
I.
Kiến trúc mạng WiMAX
II.
Nguyên lý OFDM
III.
Lớp vật lý WiMAX cố định
IV.
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
•
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) là
một mạng không dây băng thông rộng.
•
WiMAX ứng dụng trong thiết bị mạng Internet dành số lượng
người sử dụng lớn thêm vào đó là giá thành rẻ.
•
WiMAX được thiết kế dựa vào tiêu chuẩn IEEE 802.16.
•
WiMAX đã giải quyết tốt nhất những vấn đề khó khăn trong việc
quản lý đầu cuối
3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.1. Tổng quan họ tiêu chuẩn IEEE 802.16


Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 (giao diện vô tuyến mạng vùng
đô thị không dây) cho truy nhập băng rộng (BWA:
Broadband Wireless Access) cung cấp công nghệ truy nhập
“km cuối cùng” cho các điểm nóng với các dịch vụ số liệu,
video và thoại tốc độ cao.
4
802.16 802.16a
802.16-
2004
802.16e 802.16m
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX

Các chuẩn của WiMAX:
1.1. Tổng quan họ tiêu chuẩn IEEE 802.16
Chuẩn cơ bản.
Dự thảo đầu
tiên vào tháng
12/2001, công
bố vào
8/4/2002.
Sửa đổi bổ
sung cho
chuẩn 802.16.
Ban hành vào
1/4/2003.
Hợp nhất và
sửa đổi các
chuẩn 802.16-
2001, 802.16c,

802.16a.
Công bố vào
năm 2004.
Xây dựng
trên cơ sở
chuẩn
802.16a.
Công bố năm
2005.
Sửa đổi bổ sung
cho IEEE
802.16-2004 và
IEEE 802.16e-
2005.
Được đưa ra
năm 2009
5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.1. Tổng quan họ tiêu chuẩn IEEE 802.16

Bảng 1.1. So sánh các chuẩn IEEE 802.16, 802.16-2004, 802.16e
802.16 802.16-2004 802.16-2005
Ngày hoàn
thành
8/2002 6/2004 12/2005
Băng tần 10-66GHz 10-66GHz
2-11GHz
2-11GHz cho cố định
2-6GHz cho di động
Kiến trúc

MAC
Điểm đa điểm Điểm đa điểm, lưới Điểm đa điểm, lưới
Sơ đồ truyền
dẫn
Đơn sóng mang Đơn sóng mang OFDM
256 hay 2024 sóng
mang
Đơn sóng mang, 256-
OFDM, S-OFDMA
6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.1. Tổng quan họ tiêu chuẩn IEEE 802.16
802.16 802.16-2004 802.16e-2005
Điều chế QPSK, 16QAM,
64QAM
BPSK, QPSK, 16QAM,
64QAM
BPSK, QPSK, 16-QAM,
64QAM
Tốc độ tổng 32-134,4 Mbps 1-75 Mbps 1-75 Mbps
Ghép kênh Cụm: TDM/TDMA Cụm: TDM/TDMA Cụm:
TDM/TDMA/OFDMA
Tính di động Cố định Cố định Cố định, di rời, xách tay, di
động
Băng thông
kênh
20, 25, 28 MHz 1,75MHz; 3,5MHz; 7MHz;
14MHz; 1,25MHz; 5MHz;
10MHz; 15MHz; 8,75MHz
1,75MHz; 3,5MHz; 7MHz;

14MHz; 1,25MHz; 5MHz;
10MHz; 15MHz; 8,75MHz

Bảng 1.1. So sánh các chuẩn IEEE 802.16, 802.16-2004, 802.16e
7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.1. Tổng quan họ tiêu chuẩn IEEE 802.16

Bảng 1.1. So sánh các chuẩn IEEE 802.16, 802.16-2004, 802.16e
802.16 802.16-2004 802.16e-2005
Ký hiệu giao
diện vô tuyến
WirlessMAN-SC WirlessMAN-SCa,
WirlessMAN-OFDM,
WirlessMAN-OFDMA,
WirlessHUMAN
WirlessMAN-SCa,
WirlessMAN-OFDM,
WirlessMAN-OFDMA,
WirlessHUMAN
Bán kính ô
điển hình
2-5 km 7-40 km 2-5 km
Ứng dụng
cho WiMAX
Không 256 OFDM cho WiMAX
cố định
S-OFDM cho WiMAX di
động
8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.2. WiMAX Forum

Chuẩn IEEE 802.16 được phát triển nhiều năm với sự tham gia của nhiều nhà
công nghiệp. WiMAX Forum, một tổ chức phi lợi nhuận bao gồm trên 350 thành
viên, tiếp nhận công việc mà IEEE để lại.

Hoạt động khởi thảo các tiêu chuẩn đo kiểm được sử dụng trong quá trình kiểm
tra của WiMAX Forum được thực hiện với sự cộng tác chặt chẽ của ETSI BRAN
HiperMAN, nhóm công tác WiMAX Forum và nhóm công tác chứng nhận
WiMAX Forum.

Forum định nghĩa hiệu năng hệ thống và các hồ sơ chứng nhận bao gồm một tập
con chuẩn IEEE 802.16 với các tính năng bắt buộc và tùy chọn cùng với một bộ
đo kiểm tính tương tác và hợp chuẩn để kiểm tra thiết bị và đảm bảo tính tương
hợp của nhiều nhà cung cấp.

Vì thế nhãn chứng nhận WiMAX đảm bảo cả sự hợp chuẩn WiMAX 802.16 lẫn
tính tương hợp.
9
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.3. Các tính năng tiên tiến của WiMAX

Lớp vật lý dựa trên OFDM

Tốc độ số liệu đỉnh rất cao

Hỗ trợ băng thông và tốc độ số liệu khả định cỡ

Mã hóa và điều chế thích ứng (AMC)


Phát lại lớp vật lý

Hỗ trợ TDD và FDD

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA)

Ấn định tài nguyên linh hoạt và động cho từng người sử dụng

Hỗ trợ các kỹ thuật anten tiên tiến

Hỗ trợ QoS

An ninh nghiêm ngặt

Hỗ trợ tính di động

Kiến trúc dựa trên IP
10
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.4. Đặc điểm của WiMAX di động

WiMAX di động được xây dựng trên chuẩn IEEE 802.16e và IEEE 802.16m là một
giải pháp không dây băng rộng cho phép hội tụ các mạng di động và cố định thông
qua một công nghệ vô tuyến băng rộng vùng rộng chung và một kiến trúc mạng
linh hoạt.

Giao diện vô tuyến của WiMAX di động tiếp nhận đa truy nhập phân chia theo tần
số trực giao (OFDMA) để cải thiện hiệu năng cho các môi trường truyền dẫn không
trực xạ.


Phát hành 1 của các hồ sơ WiMAX di động sẽ bao phủ các băng thông 5; 7; 8,5; 10
MHz cho các ấn định phổ tần trong các băng cấp phép: 2,3; 2,5; 3,3; 3,5 GHz.
11
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.4. Đặc điểm của WiMAX di động

Một số tính năng được WiMAX di động hỗ trợ:.
Tốc độ số liệu cao: hỗ
trợ tốc độ số liệu đỉnh
lên đến 63 Mbps trên
đoạn ô và tốc độ số liệu
đỉnh đường lên lên đến
28 Mbps trên đoạn ô
trong kênh 10 MHz
Chất lượng dịch vụ (QoS): điểm căn
bản của kiến trúc IEEE 802.16 MAC
là QoS. Nó định nghĩa các luồng
dịch vụ để có thể sắp đặt chúng lên
các điểm mã DiffServ hoặc các nhãn
MPLS để truyền IP đầu cuối đầu
cuối theo QoS
12
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.4. Đặc điểm của WiMAX di động

Một số tính năng được WiMAX di động hỗ trợ:.
Khả định cỡ: công nghệ WiMAX di động phải được thiết kế để có thể định cỡ
theo các kênh khác nhau với băng thông từ 1,25 MHz đến 20 MHz
An ninh: đảm bảo các tính năng an ninh tốt nhất với: nhận thực dựa trên EAP

(giao thức nhận thực khả mở rộng), mật mã hóa với nhận thực dựa trên AES-
CCM, CMAC, HMAC dựa trên các hồ sơ bảo vệ bản tin điều khiển
Di động: hỗ trợ các sơ đồ chuyển giao tối ưu với trễ thấp hơn 50 ms. Các sơ đồ
quản lý khóa linh hoạt đảm bảo an ninh trong quá trình chuyển giao
13
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN WIMAX
1.5. Lộ trình phát triển của các sản phẩn WiMAX
14
Hình 1.1. Lộ trình phát triển
công nghệ WiMAX
15
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX

Mô hình tham chuẩn mạng (NRM) thể hiện logic kiến trúc mạng

NRM định nghĩa các phần tử chức năng và các điểm tham chuẩn,
nơi xảy ra tương tác giữa các phần tử chức năng.

Hình 2.1 minh họa NRM gồm các thực thể chức năng:

MS (Mobile Station: trạm di động)

ASN (Access Service Network: mạng dịch vụ di động

CSN (Connection Service Network: mạng dịch vụ kết nối
16
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX
802.16e MS
(R1MS)
802.16m MS

(AMS)
ASN
GW
R1BS
ABS
ASN khác
CSN
CSN
Mạng
ASP hay
Internet
Mạng
ASP hay
Internet
ASN NSP khách NSP nhà
R2
R2
R1
R1
R3
R4
R5
R6
R6
R8
Hình 2.1. Mô hình tham chuẩn WiMAX di động
17
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX

ASN được định nghĩa như là một tập các chức năng mạng cần

thiết để cung cấp truy nhập vô tuyến đến thuê bao IEEE Std
802.16-2009/802.16m.

ASN bao gồm các phần tử mạng sau: một hay nhiều BS (trạm
gốc), một hay nhiều cổng ASN.
18
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX

ASN cung cấp ít nhất là các chức năng sau:
19
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX

CSN là một tập các chức năng mạng để cung cấp các dịch vụ kết
nối đến các thuê bao chuẩn IEEE Std 802.16-2009/IEEE
802.16m.

CSN gồm các phần tử mạng như các router, các AAA server/đại
diện, các cơ sở dữ liệu của người sử dụng, các chức năng tương
tác mạng.
20
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WIMAX

CSN cung cấp các chức năng:

Ấn định địa chỉ MS IP và thông số điểm cuối cho các phiên của người sử dụng.

Truy nhập Internet.

AAA proxy (đại diện) hay Server.


Điều khiển chính sách và cho phép dựa trên các hồ sơ của các người sử dụng.

Hỗ trợ truyền tunnel giữa ASN-CSN.

Lập biểu cước cho thuê bao IEEE Std 802.16-2009/IEEE 802.16m và thanh toán
cước giữa các nhà khai thác.

Truyền tunnel giữa các CSN để chuyển mạng.

Quản lý di động giữa các ASN và chức năng tác nhân IP di động nhà.

Các dịch vụ mạng như kết nối các dịch vụ đồng cấp chẳng hạn IMS, LBS, MBS.
21
CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ OFDM
•
Kỹ thuật điều chế OFDM là một phương pháp điều chế đa sóng
mang (MCM) cho phép giảm méo tuyến tính do kênh truyền dẫn vô
tuyến phân tán gây ra.
•
Nguyên lý của OFDM là phân chia tổng băng thông cần truyền vào
một số sóng mang con để có thể truyền đồng thời các sóng mang
này. Bằng cách này luồng số tốc độ cao có thể được chia thành
nhiều luồng tốc độ thấp hơn
•
OFDM là một giải pháp cho tính chọn lọc của các kênh pha đinh.
Việc phân chia tổng băng thông thành nhiều băng thông con với các
sóng mang con dẫn đến giảm độ rộng băng con trong miền tần số và
vì thế tăng độ dài ký hiệu. Số sóng mang con càng lớn thì độ dài ký
hiệu càng lớn
22

CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ OFDM
•
Kỹ thuật điều chế OFDM là một phương pháp điều chế đa sóng mang
(MCM) cho phép giảm méo tuyến tính do kênh truyền dẫn vô tuyến
phân tán gây ra.
•
Nguyên lý của OFDM là phân chia tổng băng thông cần truyền vào một
số sóng mang con để có thể truyền đồng thời các sóng mang này. Bằng
cách này luồng số tốc độ cao có thể được chia thành nhiều luồng tốc độ
thấp hơn
•
OFDM là một giải pháp cho tính chọn lọc của các kênh pha đinh. Việc
phân chia tổng băng thông thành nhiều băng thông con với các sóng
mang con dẫn đến giảm độ rộng băng con trong miền tần số và vì thế
tăng độ dài ký hiệu. Số sóng mang con càng lớn thì độ dài ký hiệu càng
lớn
23
CHƯƠNG IV: LỚP VẬT LÝ WIMAX CỐ ĐỊNH
4.1. Tổng quan tính năng của lớp vật lý, PHY

Băng tần cấp phép 10-66 MHz
o
Băng tần 10-66 GHz được sử dụng cho môi trường vật lý, trong đó do bước sóng
ngắn, nên chỉ sử dụng đường truyền trực xạ (LOS), còn các đường truyền phản
xạ và tán xạ (NLOS) không đáng kể.
o
Trong băng tần này, băng thông được sử dụng thường là 25 hay 28 MHz.
o
Với tốc độ bit thô lớn hơn 10Mbps, môi trường này rất thích hợp cho truy nhập
điểm đa điểm (PMP) để phục vụ các ứng dụng khác nhau

o
Trong băng tần này giao diện vô tuyến điều chế đơn sóng mang được đặc tả trong
chuẩn giao diện vô tuyến "WirelessMAN-SC".
24
CHƯƠNG IV: LỚP VẬT LÝ WIMAX CỐ ĐỊNH
4.1. Tổng quan tính năng của lớp vật lý, PHY

Các tần số thấp hơn 11 MHz
o
Các tần số thấp hơn 11 MHz được sử dụng trong môi trường vật lý,
trong đó do bước sóng dài, nên LOS không đáng kể và chủ yếu là
NLOS.
o
Để có thể hỗ trợ các trường hợp cận trực xạ và không trực xạ (NLOS),
lớp vật lý phải có chức năng bổ sung như: các kỹ thuật quản lý công
suất tiên tiến, loại bỏ nhiễu, hoặc đồng tồn tại nhiễu và đa anten.Tại đây
một số tính năng được bổ sung cho MAC như: cấu hình lưới và yêu cầu
tự động phát lại (ARQ: Automatic Repeat Request).
25
CHƯƠNG IV: LỚP VẬT LÝ WIMAX CỐ ĐỊNH
4.1. Tổng quan tính năng của lớp vật lý, PHY

Các tần số miễn phép dưới 11 MHz (chủ yếu là 5-6MHz)
o
Môi trường vật lý các băng tần miễn phép dưới 11 MHz tương tự như môi
trường cho các băng tần miễn phép trong dải tần này.
o
Lớp PHY và MAC trong trường hợp này còn có thêm tính năng chọn tần số
động (DFS: Dynamic Frequency Selection) để phát hiện và tránh lỗi.


Kỹ thuật ghép song công
o
Giao thức MAC hỗ trợ một số kỹ thuật ghép song công cho PHY
o
Việc lựa chọn kỹ thuật ghép song công ảnh hưởng lên một số thông số PHY
cũng như các tính năng có thể được hỗ trợ.