WIMAX VÀ KỸ THUẬT OFDM TRONG WIMAX

ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
LỜI GIỚI THIỆU

*****
Sự ra đời của chuẩn 802.16 cho mạng WiMAX (Worldwide Interoperability for
Microwave Access - Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) nó đánh dấu
sự bắt đầu cho một kỷ nguyên truy nhập không dây băng rộng cố định đang đến giai
đoạn phát triển. Nó mang đến những thách thức lớn cho mạng hữu tuyến hiện tại vì
nó có một chi phí thấp khi lắp đặt và bảo trì. Chuẩn này cũng áp dụng cho mạng
truyền thông vô tuyến đường dài (lên tới 50km) trong thực tế và có thể sẽ là một sự
bổ sung hoặc thay thế cho mạng 3G. Tất cả những đặc tính đầy hứa hẹn này của
WiMAX sẽ mang lại một thị trường lớn trong tương lai.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, em đã lựa chọn đề tài :
“WIMAX VÀ KỸ THUẬT OFDM TRONG WIMAX “
Nội dung báo cáo đồ án gồm :
Chương 1: Tổng quan về công nghệ WiMAX
Chương 2: Tổng quan về Kĩ thuật OFDM
Chương 3 : Ảnh hưởng của nhiễu trong WIMAX và các biện pháp khắc phục
Chương 4 : Ảnh hưởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiệu
Trong quá trình làm đề tài , chúng em đã cố gắng song do kiến thức hạn chế nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót; chúng em rất mong nhận được sự thông cảm ,
phê bình , hướng dẫn tận tình của Cô và sự giúp đỡ của bạn bè .
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Võ Thị Hương đã hướng dẫn và các
bạn lớp học phần 10ĐAKTVT02 đã giúp đỡ chúng em trong quá trình hoàn thành
đồ án này .
*****
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
MỤC LỤC
Chương 1: Tổng quan về công nghệ WIMAX.............................................1
1.1 Giới thiệu chương.................................................................................................1

1.2 Khái niệm về WIMAX..........................................................................................1
1.3 Khái niệm về IEEE 802.16....................................................................................2
1.4 Giới thiệu chuẩn 802.16 OFDM...........................................................................4
1.4.1 Bảng thông số kĩ thuật .......................................................................................4
1.4.2 Các băng tần số..................................................................................................5
1.4.3 Chức năng phân kênh(Subchannelization).........................................................5
1.4.4 Cấu trúc khung...................................................................................................6
1.5 Chuẩn 802.16 -2004 OFDMA...............................................................................7
1.5.1 Giới thiệu chương..............................................................................................7
1.5.2 Tổng quát về khung (Frame)..............................................................................8
1.5.3 Các phần trong khung (Frame parts ).................................................................8
1.5.3.1 Preamble..........................................................................................................9
1.5.3.2 FCH.................................................................................................................9
1.5.3.3 DL-MAP\UL-MAP.........................................................................................9
1.6 Chuẩn 802.16e.......................................................................................................9
1.7 Lớp MAC và lớp PHY trong WiMAX...............................................................11
1.7.1 Giới thiệu chung...............................................................................................11
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
1.7.2 Lớp MAC.........................................................................................................12
1.7.2.1 Lớp SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer)..................................13
1.7.2.2 Lớp CPS (Common Part Sublayer).............................................................13
1.7.3 Lớp PHY..........................................................................................................17
1.7.3.1 Giới thiệu chung............................................................................................17
1.7.3.2 Phương pháp ghep kênh................................................................................18
1.8
Các kỹ thuật sử dụng trong WiMAX để khắc phục những ảnh hưởng của môi
trường NLOS..........................................................................................................19
1.9 Ứng dụng..........................................................................................................20
1.10 Kết luận chương.............................................................................................21

Chương 2 : Tổng quan về kỹ thuật OFDM ................................................22
2.1 Giới thiệu chương ..............................................................................................22
2.2 Khái niệm OFDM...............................................................................................23
2.3 So sánh FDM và OFDM.....................................................................................23
2.4 Tính trực giao......................................................................................................25
2.5 Cấu trúc OFDM...................................................................................................26
2.6 Sơ đồ khối của hệ thống OFDM.........................................................................27
2.6.1 Bộ chuển đổi nối tiếp song song......................................................................28
2.6.2 Mã hoá kênh và sắp xếp(Coding & Mapping) trong hệ thống OFDM............28
2.6.2.1 Mã hoá kênh..................................................................................................28
2.6.2.2 Ánh xạ ( Mapping ).......................................................................................29
2.6.3 Ứng dụng kĩ thuật IFFT/FFT trong OFDM.....................................................30
2.6.4 Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix)..........................................................................32
2.6.5 Điều chế RF......................................................................................................33
2.7 Đồng bộ...............................................................................................................34
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
2.7.1 Đồng bộ kí tự...................................................................................................34
2.7.1.1 Lỗi thời gian..................................................................................................34
2.7.1.2 Nhiễu pha sóng mang....................................................................................35
2.7.2 Đồng bộ tần số sóng mang...............................................................................35
2.7.2.1 Lỗi tần số.......................................................................................................35
2.7.2.2 Ước lượng tần số...........................................................................................36
2.7.2.3 Nhận xét........................................................................................................36
2.7.3 Đồng bộ tần số lấy mẫu....................................................................................36
2.8 OFDM trong hệ thống.........................................................................................37
2.9 Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM..................................................................38
2.9.1 Ưu điểm............................................................................................................38
2.9.2 Nhược điểm......................................................................................................39
2.10 Kết luận chương................................................................................................39

Chương 3 : Ảnh hưởng của nhiễu trong WIMAX và các biện pháp khắc
Phục...........40
3.1 Giới thiệu chương :.............................................................................................40
3.2 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin vô tuyến :......................................................40
3.3 Ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống vô tuyến :.................................................41
3.3.1 Suy hao (pathloss) ...........................................................................................41
3.3.2 Che chắn (shadowing)......................................................................................42
3.3.3 Nhiễu đồng kênh CCI .....................................................................................43
3.3.4 Hiện tượng đa đường (multipath) :..................................................................44
3.3.5 Hiện tượng Doppler ........................................................................................46
3.4 Các biện pháp nhằm giảm ảnh hưởng của nhiễu được sử dụng
trong WiMAX.47
3.4.1 Tái sử dụng tần số phân đoạn ..........................................................................47
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
3.4.2 Các biện pháp giảm phadinh ...........................................................................48

3.4.2.1 Phading băng hẹp (phadinh phẳng ) ..............................................................49

3.4.2.2 Phadinh băng rộng (phadinh lựa chọn tần số )..............................................51
3.4.2.3 Bộ cân bằng ..................................................................................................51
3.4.2.4 Mã hoá và điều chế thích nghi .....................................................................52
3.4.2.5 Mã hoá kênh (channel coding) .....................................................................55
3.5 kết luận chương ..................................................................................................57
Chương 4 :Ảnh hưởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiệu ........58
4.1 Giới thiệu chương ..............................................................................................58
4.2 Kênh Fadinh đa đường (Multipath fadinh channel)............................................59
4.2.1 Thông số tán xạ thời gian (Time dispersion parameter)..................................60
4.2.2 Giải thông kết hợp (coherence bandwidth)......................................................60
4.2.3 Phổ doppler (doppler spectrum).......................................................................60

4.2.4 Trải doppler và thời gian kết hợp (Doppler spread and coherence time).........62
4.3 Mô hình đáp ứng xung của kênh fading..............................................................64
4.4 Phân bố Rayleigh và phân bố Ricean..................................................................66
4.4.1 Phân bố Rayleigh.............................................................................................66
4.4.2 Phân bố Ricean.................................................................................................68
4.5 Kết luận chương .................................................................................................69
.......................................................................................................................................

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
1.1 Giới thiệu chương
Chương này giới thiệu về WiMax, lịch sử phát triển của chuẩn IEEE 802.16,
cấu trúc và các thông số kỹ thuật của chuẩn 802.16 OFDM, 802.16-2004 OFDMA ,
802.16e cũng như tìm hiểu một cách khái quát về lớp MAC và lớp PHY. Qua đó,
giúp người đọc hiểu được những ưu điểm và nhược điểm của Wimax so với các thế
hệ trước.
1.2 Khái niệm về WiMax
WiMax là một mạng không dây băng thông rộng viết tắt là Worldwide
Interoperability for Microwave Access. 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.
WiMax sử dụng kỹ thuật sóng vô tuyến để kết nối các máy tính trong mạng
Internet thay vì dùng dây để kết nối như DSL hay cáp, modem. Trong Wimax, người
sử dụng có thể sử dụng trong phạm vi từ 3 đến 5 dặm so với trạm chủ (BS) nếu thiết
lập một đường dẫn công nghệ NLOS (Non-Line-Of-Sight) với tốc độ truyền dữ liệu
rất cao là 75Mbps. Còn nếu người sử dụng trong phạm vi lớn hơn 30 dặm so với trạm
chủ (BS) thì sẽ có anten sử dụng công nghệ LOS (Line-Of-Sight) với tốc độ truyền
dữ liệu gần bằng 280Mbps.

Nếu so với Wimax thì WiLANs (Wireless Local Area Networks) cũng là mạng
không dây kết nối các thiết bị trong một phạm vi hẹp hơn so WiMax như là một văn
phòng hay một gia đình. Các thiết bị theo chuẩn 802.11b sẽ cung cấp tốc độ 11Mbps
và các thiết bị theo chuẩn 802.11g sẽ cung cấp tốc độ 54Mbps.
Bảng 1.1. So sánh giữa WiLANs và WiMAX
Technology Primary use Data rates
WiMAX 802.16 External 75 – 250 Mbps
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
WiLAN 802.11g Internal Up to 54Mbps
WiLAN 802.11b Internal Up to 11Mbps
Bảng trên cho ta thấy WiMax có tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn so với
WiLANs. Chính điều này đã làm cho WiMax trở nên ưu điểm hơn so với mạng
không dây khác.
1.3 Khái niệm về IEEE 802.16
Ngày nay đã có rất nhiều hệ thống mạng không dây ra đời như là WiFi,
bluetooth nhưng chúng không bằng những ưu điểm mà WiMax đã thể hiện. Trong vài
năm gần đây, những vấn đề đang được quan tâm hiện nay như bảo mật, QoS, giá
thành và những vấn đề khác nữa… gặp rất nhiều khó khăn. Nhưng đối với WiMax thì
những vấn đề trên trở nên khá đơn giản, nó đáp ứng được nhu cầu internet không dây
do chính WISPs (Wireless Internet Providers) cung cấp với giá thành rẻ và tốc độ
truyền cao khi kết nối đến thiết bị đầu cuối trong một khoảng cách truyền lớn.
Về tiêu chuẩn, WiMax là một bộ tiêu chuẩn dựa trên họ tiêu chuẩn 802.16 của
IEEE nhưng hẹp hơn và tập trung vào một số cấu hình nhất định. Hiện có 2 chuẩn
của WiMax là 802.16-2004, 802.16-2005.
- Chuẩn 802.16-2004 (trước đó là 802.16 REVd) được IEEE đưa ra tháng 7
năm 2004. Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức điều chế OFDM và có thể cung cấp
các dịch vụ cố định, nomadic (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong
lúc kết nối) theo tầm nhìn thẳng (LOS) và không theo tầm nhìn thẳng (NLOS).
- Chuẩn 802.16-2005 (hay 802.16e) được thông qua IEEE tháng 12/2005. Tiêu

chuẩn này sử dụng phương thức điều chế SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency
Division Multiplexing), cho phép thực hiện các chức năng chuyển vùng(handover) và
chuyển mạng(roaming) nên có thể cung cấp đồng thời dịch vụ cố định, nomadic,
mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ), di động hạn chế
và di động.
IEEE 802.16 sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM như là
phương pháp truyền cho kết nối NLOS. Tín hiệu OFDM được tạo từ nhiều sóng
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
mang trực giao và mỗi một sóng mang được điều chế số với tốc độ ký tự thấp.
WiMax có băng thông không phải là một hằng số mà thay đổi từ 1.25MHz đến
28MHz. Trong chuẩn IEEE 802.16-2004, một khác biệt có thể nhận thấy được giữa
hai phương pháp: OFDM và OFDMA. Trong chế độ OFDM thông thường, 200 sóng
mang đã có sẵn cho việc truyền dữ liệu và cả hai phương pháp song công TDD và
FDD đều được sử dụng. Còn đối với chế độ OFDMA, những thuê bao khác nhau có
thể được phục vụ đồng thời bởi việc cho mỗi thuê bao một nhóm sóng mang riêng
biệt để mang dữ liệu đến thuê bao đó. Số lượng sóng mang có thể tăng lên một cách
đáng kể. Chuẩn IEEE 802.16e là một chuẩn mở rộng của WiMax ở tần số 6 GHz với
mục đích ứng dụng trong di động . Lịch sử phát triển của các loại chuẩn IEEE 802.16
được cho trong hình sau. (Hình 2.2)
1.4 Giới thiệu chuẩn 802.16 OFDM
802.16 sử dụng kỹ thuật truy cập OFDM mà đã được sử dụng trong các hệ
thống khác như 802.11a. Những đặc điểm mới chính trong lớp PHY - quan hệ với
802.11a là: số sóng mang FFT dài hơn ( từ 64-FFT đến 256-FFT); thay đổi được
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Hình 1.1. Từ 802.11b tới 802.16e
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
băng thông kênh và tần số lấy mẫu, và thay đổi được tỷ số của hai giá trị này; nhiều
người sử dụng được với một Tx burst; loại điều chế có thể thay đổi theo thời gian
trong khung; bốn thay cho hai giá trị khoảng bảo vệ cần thiết.

Bảng 1.2. Các tiêu chuẩn của 802.16
1.4.1 Bảng thông số kỹ thuật
Bảng 1.3. Các thông số kỹ thuật của chuẩn 802.16
1.4.2 Các băng tần số
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
Bảng 1.4. Các băng tần số
1.4.3 Chức năng phân kênh (Subchannelization)
WIMAX được thiết kế để vận hành như là một mạng cơ sở hạ tầng, và sự phân
chia tài nguyên này cũng là một vấn đề quan trọng.
Với WIMAX ( OFDM và OFDMA), Subchannelization cho phép ta nhóm hoàn
toàn một số các sóng mang OFDM thành các block và phân cho mỗi block thành các
segment khác nhau của trạm BS. Những block được trải ra trên hoàn toàn vùng tần số
và gồm một số các sóng mang liên tiếp nhau. Subchannel index điều khiển sử dụng
những Block khác nhau trên toàn bộ phổ.
Số sóng mang dữ liệu hoàn tất (192) có thể được chia thành 2, 4, 8 hoặc 16
Subchannel. Tất cả các sóng mang được trải trên 4 vùng " regions" khác nhau của
vùng tần số.
Nếu bốn Subchannel được sử dụng như ví dụ dưới đây, sẽ có 16/4 = 4
subchannel khác nhau và 192/4 = 48 sóng mang trên subchannel, mà được chia trên 4
"region" khác nhau, vì vậy có thể coi 48/4 = 12 sóng mang liên tiếp / subchannel
block.
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Hình 1.2 Subchannelization với 4 kênh sử dụng
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
1.4.4 Cấu trúc khung
Một khung được chia thành các khung nhỏ DL và UL. Những khung nhỏ DL và
UL được bắt đầu với ô preamble (cho biết giới hạn số sóng mang của symbol) để tìm
lại thông tin về kênh truyền và cho phép máy thu tìm lại đáp ứng kênh. Ô FCH và DL
MAP chứa thông tin về nội dung khung (vị trí và kiểu điều chế của mỗi burst) và

được điều chế - BPSK. (hình 2.4)
1.5 Chuẩn 802.16-2004 OFDMA
1.5.1 Giới thiệu chung
OFDMA mở rộng chức năng của OFDM bằng cách thêm vào đặc điểm đa truy
cập trong miền tần số. Điều này có nghĩa là băng thông được chia thành các khe cho
người sử dụng trong miền thời gian và miền tần số.
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Hình 1.3. Cấu trúc khung 802.16 OFDM
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
Điểm khác với chuẩn FDMA là các sóng mang OFDMA cho các user khác
nhau là rất gần với nhau và cho phép các sóng mang vật lý có thể thay đổi từ symbol
này đến symbol khác.
Như vậy thật là khó khăn để thiết kế một máy thu với khoảng cách sóng mang
(subcarrier) thay đổi; các nhà sản xuất thì nghiên cứu để thực hiện các sự kết nối của
băng thông hệ thống và kích thước FFT để đưa ra khoảng cách sóng mang cố định.
Bảng dưới đây đưa ra sự thiết lập hợp lý cho các băng thông hệ thống và kích
cỡ FFT khác nhau.
Bảng 1.5. Tham số vật lý của OFDMA
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Hình 1.4. Sự so sánh OFDM và OFDMA
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
1.5.2 Tổng quát về khung (Frame)
Hình vẽ dưới đây giới thiệu một cách khái quát về khung OFDMA.
Hình 1.5. Cấu trúc khung OFDMA
1.5.3 Các phần trong khung (Frame Parts)
UL và DL được tách ra bởi các khe hở: transmit transition gap(TTG) sau khung
con DL và receive transition gap(RTG) sau khung con UL.
Trong DL có 4 thành phần mà nó mang thông tin cho phép máy thu giải điều
chế tín hiệu : preamble, FCH, DL-MAP và UL-MAP.
Bốn thành phần này trong cấu trúc 802.16-2004 được sử dụng cho việc truyền

thêm thông tin tín hiệu cần thiết trong tín hiệu OFDMA.
1.5.3.1 Preamble
Ô preamble là ô bắt đầu của mỗi khung downlink. Nó bao gồm các sóng mang
điều chế-BPSK và có độ dài 1 symbol OFDMA.
Preamble được sửdụng vào hai mục đích:
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
- Bố trí tuần tự pilot vào trong ô preamble để làm cho nó dễ dàng hơn cho máy
thu trong việc đánh giá lỗi tần số và pha và để đồng bộ với máy phát. Chúng được sử
dụng để đánh giá và cân bằng kênh.
- Số sóng mang preamble sử dụng để chỉ ra 3 segment được sử dụng. Các
Sóng mang 0,3,6... chỉ ra rằng segment 0 là được sử dụng, các sóng mang 1,4,7 ... chỉ
ra segment 1 được dùng, và các sóng mang 2,5,8,.. chỉ ra segment 3 được dùng.
1.5.3.2 FCH
Frame control header(FCH) được điều chế QPSK và có độ dài 2 symbol
OFDMA. Vị trí vật lý của trường FCH là cố định, để khi trong preamble không có
thông tin thì nó sẽ mô tả địa chỉ.
Nội dung của FCH mô tả Subchannel sử dụng, độ dài của DL-MAP và các
tham số truyền dẫn khác sẽ được cho dưới đây.
1.5.3.3 DL-MAP /UL-MAP
DL-MAP (downlink map) mô tả vị trí của các burst chứa trong Downlink
Zones. Nó gồm số các downlink burst, độ dài của chúng theo cả hướng thời gian
(=symbol) và tần số (= subchannel).
UL-MAP (uplink map) được truyền như burst đầu tiên trong đường
xuống(downlink) và gồm các thông tin về vị trí của UL burst cho các người sử dụng
khác nhau.
1.6 Chuẩn 802.16e
802.16e là sự phát triển cao hơn của 802.16-2004. Chuẩn này bao gồm tất cả
các đặc điểm của 802.16-2004 và thêm một số chức năng khác.
Bảng 1.6. So sánh các loại giao diện của lớp PHY

SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
Hầu hết các đặc điểm được thêm vào lớp cao hơn( đặc biệt là lớp MAC và một
số đặc điểm như là roaming), nhưng cũng có những thay đổi ở lớp vật lý:
- Sự thay đổi quan trọng là 802.16e không chỉ cung cấp size FFT 2048 mà còn
thêm các size FFT khác(1024,512, và 128).
- Tất cả các thông số khác (N
used
, số subchannel...) sẽ thay đổi theo kích thước
FFT.
- Số nhóm subchannel bị giảm đi 3( số 0 ,2, và 4) cho size FFT 128 và 512.
- Nội dung FCH được thu ngắn lại đối với size FFT 128.
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
SC SCa OFDM OFDMA
Frequency 10-66GHz 2-11GHz 2-11GHz 2-11GHz
Modulation
QPSK,
16QAM,
64QAM
BPSK,
QPSK,
16QAM,
64QAM,
256QAM
QPSK,
16QAM,
64QAM
QPSK,
16QAM,
64QAM

No. of subcarriers
N/A N/A 256 2048
Duplexing TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD
Channel
Bandwidth
28MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz
SC SCa OFDM OFDMA
Frequency 10-66GHz 2-11GHz 2-11GHz 2-11GHz
Modulation
QPSK,
16QAM,
64QAM
BPSK,
QPSK,
16QAM,
64QAM,
256QAM
QPSK,
16QAM,
64QAM
QPSK,
16QAM,
64QAM
No. of subcarriers
N/A N/A 256 2048
Duplexing TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD
Channel
Bandwidth
28MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương

- Hệ số lấy mẫu 86/75,144/125, 316/275 và 57/50 đã thay bởi 28/25.
1.7 Lớp MAC và lớp PHY trong WIMAX
1.7.1 Giới thiệu chung
Hình 1.6. Khối giao thức
Mô hình của chuẩn IEEE 802.16 có 3 phần : khối người dùng (user), khối điều
khiển (control), khối quản lý (managerment) như trong hình 2.7.
Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 liên quan đến khối người dùng và khối điều
khiển. Nó định nghĩa hai lớp trong các khối này: lớp MAC (Medium Access Control
Layer), lớp vật lý PHY(Physical Layer). Lớp MAC gồm có 3 lớp con: CS
(Service-Specific Convergence Sublayer), MAC CPS (MAC Common Part Sublayer)
và lớp con bảo mật (Security Sublayer). CS cung cấp những đáp ứng được yêu cầu
cho quá trình lưu thông lớp. MAC CPS giải quyết vấn đề truyền tin không dây băng
thông rộng. Lớp bảo mật cung cấp bảo mật viễn thông về mặt riêng tư, thông tin quốc
gia, bản quyền của cá nhân.
Dưới lớp MAC, là lớp vật lý PHY, nó cung cấp khả năng truyền tải mạnh và
thích nghi với môi trường không dây. Lớp PHY sử dụng 5 loại giao diện:
• WirelessMAN-SC
TM
(Line of Sight - LOS).
• WirelessMAN-SCa
TM
(Non Line of Sight - NLOS).
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
• WirelessMAN-OFDM
TM
.
• WirelessMAN-OFDMA
TM
.

• WirelessHUMAN
TM
.
Mặc dù mô hình trên chỉ mang tính chất tham khảo, nhưng có sự thống nhất chặt chẽ
giữa chức năng MAC CPS và PHY, nó làm cho chức năng trở nên phụ thuộc và phức
tạp hơn giữa chúng.
1.7.2 Lớp MAC
Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cung cấp giao diện hoạt động độc lập với lớp vật
lý do giao diện lớp vật lý là giao diện vô tuyến. Phần chủ yếu của lớp MAC tập trung
vào việc quản lý tài nguyên trên airlink(lien kết vô tuyến). Giải quyết được bài toán
yêu cầu tốc độ dữ liệu cao trên cả hai kênh downlink và uplink. Các cơ chế điều
khiển truy cập và thuật toán cấp phát băng thông hiệu quả có khả năng đáp ứng cho
hàng trăm đầu cuối trên mỗi kênh.
Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 được xây dựng dựa trên kiến trúc tập trung, hỗ
trợ mô hình Point-to-Point, Point-to- Multipoint và Mesh. Trạm BS đóng vai trò trung
tâm với một ăngten-sectơ hóa có khả năng điều khiển đồng thời nhiều sectơ độc lập
đồng thời.
Các giao thức MAC chuẩn 802.16 là hướng kết nối. Vào thời điểm truy cập
mạng, mỗi SS sẽ tạo một hoặc nhiều kết nối để truyền tải dữ liệu trên cả hai hướng.
Đơn vị lập lịch lớp MAC sẽ sử dụng tài nguyên airlink để cung cấp mức QoS phân
biệt. Lớp MAC cũng được thực hiện chức năng tương thích liên kết (link adaption)
và truyền lại tự động ARQ nhằm duy trì thong lượng tối đa với tỷ lệ lỗi bit (BER)
chấp nhận được. Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cũng điều khiển quá trình truy nhập
và rời khỏi mạng của SS, thực hiện tạo và truyền các đơn vị dữ liệu giao thức PDU.
Ngoài ra, lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 còn cung cấp lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ hỗ
trợ lớp mạng tế bào ATM và lớp mạng gói.
Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 bao gồm 3 lớp:
1.7.2.1 Lớp SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer)
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương

Lớp này có chức năng thu nhận và phân loại PDUs từ lớp cao hơn ,dữ liệu
ngoài vào từ Common sublayer thông qua SAP của nó để tạo thành MAC SDU sau
đó phân loại chúng nhờ vào CID.
1.7.2.2 Lớp CPS (Common Part Sublayer)
MAC CPS là nguyên nhân tạo ra môt số chức năng quan trọng. Nó là tất cả các
đặc tính kỹ thuật chung cho CS. Sau đây sẽ nói rõ hơn các chức năng đó.
WiMax sử dụng phương pháp định hướng trực tiếp. Điều này có nghĩa là trước
khi gởi một vài dữ liệu của người sử dụng thì phải thiết lập kết nối giữa một SS và
một BS hay giữa các SS với nhau. Multicast cũng được hỗ trợ và chỉ truyền với dữ
liệu 16 bit trên mỗi đường truyền. Có 4 loại kết nối: cơ sở (base), sơ cấp(primary),
thứ cấp (secondary) và dữ liệu (data). Loại kết nối dữ liệu được sử dụng để truyền
thông tin của người dùng, trong khi 3 loại còn lại thì được sử dụng để truyền thông
tin điều khiển gọi là kết nối quản lý MAC.
Mỗi SS có 3 kết nối quản lý :
- Basic Connection (kết nối cơ sở): được sử dụng cho những thông tin có thời
gian ngắn.
- Primary Management connection (kết nối quản lý sơ cấp): được sử dụng cho
những kết nối dài hơn, có độ trễ thông tin nhiều hơn.
- Secondary Management Connection (kết nối quản lý thứ cấp): được dùng
cho các thông tin quản lý lớp cao hơn và dữ liệu cấu hình SS.
• Cấu trúc của MAC PDU (MAC Protocol Data Unit)
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Packet PDU
(e.g., IP packet, Ethernet Packet)
PHSI
MAC SDU = CS PDU
Payload Header Suppression Index
Optional, Depending on upper layer
protocol
Hình 1.7 Cấu trúc của MAC SDU ( Service Data Unit )

ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
MAC PDU chia thành 3 phần: phần đầu GMH (Generic MAC Header) dùng 6
bytes, phần tải payload, mã kiểm tra dư thừa chu kỳ CRC (Cyclic Redundancy
Checking) sử dụng 4 bytes.
GMH MSDU (truyền tải gói tin) CRC
Hình 1.8. Hình dạng của MAC PDU
Độ dài lớn nhất của một MAC PDU là 2Kbytes. Phần CRC chỉ được sử dụng
nếu SS yêu cầu trong các thông số QoS.
Generic Header có hai loại :GMH và BRH (Bandwidth Request Header). Loại
thứ nhất là GMH dùng để gửi bản tin quản lý MAC chuẩn. Loại thứ hai là BRH, loại
này chỉ đi một mình không sử dụng phần tải
GMH MAC Management message CRC
BRH MSDU (truyền tải gói tin, phân CRC
Hình 1.9. So sánh hai loại Generic Header của MAC PDU
Bảng 1.7. Bảng thông số của MAC Header
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
Trong hình 2.11 mô tả hình dạng của Generic MAC Header. HT viết tắt là
Header Type (HT bit) nó có giá trị 0 cho GMH, có giá trị 1 cho BRH. Vùng Type
chứa thông tin về bản tin quản lý được lưu trữ trong phần tải (payload). Vùng EKS
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Tên Độ dài(bits) Mô tả
CI 1
Dùng để mô tả CRC
1=CRC được thêm vào PDU
0=CRC không được thêm vào PDU
CID 16 Nhận dạng kết nối
EC 1
Điều khiển mã hoá
0=Payload không được mã hoá

1=Payload được mã hoá
EKS 2
Chuỗi khoá mã
Được dùng để mã hoá payload. Trường này chỉ có nghĩa nếu
trường EC được được set bằng 1.
HCS 8
Chuỗi kiểm tra Header
Trường 8-bit dùng để dò tìm các lỗi trong header. Đa thức
sinh là g(D) = D
8
+ D
2
– D – 1
HT 1 Header Type. Sẽ được set bằng zero.
LEN 11 Độ dài byte của MAC PDU gồm cả MAC header.
Type 6
Trường này mô tả loại payload
LEN
msb
(3)
H
T
CID msb (8)
LEN lsb (8)
Generic MAC Header Format
(Header Type (HT) = 0)
BW Req. Header Format
(Header Type (HT) =1)
E
C

Type (6 bits)
rs
v
C
I
EKS
(2)
rs
v
HCS (8)
CID lsb (8)
BW Req.
msb (8)
H
T
CID msb (8)
BWS Req. lsb (8)
E
C
Type (6 bits)
HCS (8)
CID lsb (8)
Hình 2.11. Hình dạng GMH và BRH của MAC
PDU
LEN
msb
(3)
H
T
CID msb (8)

LEN lsb (8)
Generic MAC Header Format
(Header Type (HT) = 0)
BW Req. Header Format
(Header Type (HT) =1)
E
C
Type (6 bits)
rs
v
C
I
EKS
(2)
rs
v
HCS (8)
CID lsb (8)
BW Req.
msb (8)
H
T
CID msb (8)
BWS Req. lsb (8)
E
C
Type (6 bits)
HCS (8)
CID lsb (8)
Hình 1.10. Hình dạng GMH và BRH của MAC

PDU
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
được sử dụng để chắc chắn rằng trạm BS và trạm SS phải được đồng bộ hoá nhau
trong khi sử dụng các khoá mật mã lưu thông và các vectơ ban đầu IV (Initialising
Vectors). Các thông số đặc trưng trong MAC Header trong (bảng 2.7).
• Sự đóng gói dữ liệu (Data Packet Encapsulations):
- MAC PDUs được truyền trong PHY Bursts
- PHY burst có thể gồm có nhiều FEC blocks
- MAC PDUs có thể là nhiều FEC block
1.7.3 lớp PHY
Hệ thống IEEE 802.16 PHY hoạt động trong dải tần số 2-11GHz được thiết kế
cho NLOS, tốc độ truyền dữ liệu là 1-75Mbps. Các loại điều chế bao gồm:
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
MAC PDU 2
HT
FEC block 1
CRCMAC PDU Payload
OFDM
symbol
1
PHY Burst
(e.g., TDMA burst)
Preamble
OFDM
symbol
2
OFDM
symbol
n
......

FEC
FEC Block 2 FEC block m
......
FEC Block 3
MAC PDU 1
HT CRCMAC PDU Payload
......
MAC PDU k
HT CRC
MAC PDU
Payload
Multiple MAC PDUs are concatenated into the same PHY burst
Hình 1.12. Sự đóng gói MAC PDU
P
H
SI
MAC PDU
Ethernet Packet
Ethernet Packet
Packet PDU
(e.g., Ethernet)
CS PDU
(i.e., MAC SDU)
HT
FEC block 1
CRCMAC PDU Payload
OFDM
symbol
1
PHY Burst

(e.g., TDMA burst)
Preamble
OFDM
symbol
2
OFDM
symbol
n
......
FEC
FEC Block 2 FEC block m
......
FEC Block 3
Hình 1.11. Sự đóng gói dữ liệu
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
• QPSK, 16QAM, 64QAM, (256QAM).
• Single Carrier.
• OFDM 256 Subcarrier.
PHY sử dụng anten định hướng và hai loại phương pháp song công:
• TDD.
• FDD.
1.7.3.1Giới thiệu
Lớp PHY là lớp chịu trách nhiệm về quá trình truyền của khung. Giao diện đầu
tiên của nó là WirelessMAN-SC. Nó hoạt động trong dải tần số 10-66GHz, được
thiết kế để ứng dụng trong LOS và thông qua điều chế sóng mang đơn. Nó được chọn
bởi vì nó đủ lớn để cung cấp cho mạng viễn thông không dây băng thông rộng. Do
tầm quan trọng trong việc quảng cáo ngày càng tăng trong dải tần số 2-11GHz cho
NLOS nên một nhóm làm việc trong IEEE 802.16 đã phát triển thêm 3 loại giao diện.
Ba loại giao diện mới là: WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM và
WirelessMAN-OFDMA.

• WirelessMAN-SCa: đây là giao diện sử dụng điều chế sóng mang đơn.
• WirelessMAN-OFDM: sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao với
256 sóng mang.
• WirelessMAN-OFDMA: sử dụng truy cập ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao với 2048 sóng mang để cung cấp nhiều hơn một sóng mang trên một
trạm thuê bao SS.
Ngày nay, do FFT cho phép làm việc với số lượng sóng mang lớn nên
WirelessMAN-HUMAN đã ra đời.
1.7.3.2 Phương pháp ghép kênh (Duplexing)
Có hai phương pháp song công: song công phân chia theo thời gian TDD (Time
Division Duplexing), song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
Duplexing). Trong FDD, quá trình truyền trao đổi hai hướng ở hai tần số khác nhau
trong khi TDD thì chỉ sử dụng một tần số duy nhất nhưng lại ở những thời gian khác
nhau.
- Khung TDD gồm hai phần: downlink subframe và uplink subframe
- FDD cần có 2 kênh, một đường lên (uplink), một đường xuống (downlink).
Với TDD chỉ cần 1 kênh tần số, lưu lượng đường lên và đường xuống được phân
chia theo các khe thời gian.
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Hình 1.13. Mô tả về FDD và TDD
Hình 1.14. Cấu trúc khung của FDD
Hình 1.15. Cấu trúc khung của TDD
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
1.8 Các kỹ thuật sử dụng trong WiMAX để khắc phục những ảnh hưởng
của môi trường NLOS
Các kỹ thuật được sử dụng để giải quyết hay giảm nhẹ những ảnh hưởng trong
môi trường NLOS của WiMAX là:
• Kỹ thuật OFDM

• Phân chia kênh con
• Các ăng ten hướng tính
• Phân tập phát và thu
• Điều chế thích nghi
• Kỹ thuật sửa lỗi
• Điều khiển công suất
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Hình 1.16. Vị trí NLOS của CPE
ĐAVT GVHD: Võ Thị Hương
1.9 Ứng dụng
Công nghệ WiMAX là giải pháp cho nhiều loại ứng dụng băng rộng tốc độ cao
cùng thời điểm với khoảng cách xa và cho phép các nhà khai thác dịch vụ hội tụ tất
cả trên mạng IP để cung cấp các dịch vụ "ba cung": dữ liệu, thoại và video.
WiMAX với sự hỗ trợ QoS, khả năng vươn dài và công suất dữ liệu cao được
dành cho các ứng dụng truy cập băng rộng cố định ở những vùng xa xôi, hẻo lánh nơi
công nghệ chưa đến được, cũng như cho các khu vực thành thị ở các nước đang phát
triển.
WiMAX cũng cho phép các ứng dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong
các máy tính xách tay và PDA, cho phép các khu vực nội thị và thành phố trở thành
những "khu vực diện rộng" nghĩa là có thể truy cập vô tuyến băng rộng ngoài trời. Do
vậy, WiMAX là một công nghệ bổ sung bình thường cho các mạng di động vì cung
cấp băng thông lớn hơn và cho các mạng Wi-Fi nhờ cung cấp kết nối băng rộng ở các
khu vực lớn hơn.
1.10 Kết luận chương
Qua những hiểu biết ở trên về Wimax, thì có thể đưa ra những đánh giá về ưu
cũng như nhược điểm của Wimax như sau:
- Ưu điểm của WiMAX di động so với công nghệ 3G dựa trên CDMA:
• Khả năng chịu được nhiễu đa đường và nhiễu cục bộ
SVTH :THANH BÌNH –DUY CẬN :09LTĐT
Hình 1.17. Một ví dụ ứng dụng WiLAN và WiMax.