Tổng quan về công nghệ WinMax

WiMAX Overview
&
Technology
1
Mục lục
1 Tổng quan về WiMAX ........................................................................ 7
1.1 Giới thiệu chung về WiMAX ............................................................................. 7
1.2 Sự đi lên từ Wifi đến WiMAX ........................................................................... 7
1.3 Hai mô hình ứng dụng WiMAX ......................................................................... 9
1.3.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) ....................................................... 9
1.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động ................................................................. 10
2 Các chuẩn trong WiMAX .................................................................. 10
2.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001 .............................................................................. 10
2.2 Chuẩn IEEE 802.16a ......................................................................................... 11
2.3 Chuẩn IEEE 802.16c - 2002 ............................................................................. 11
2.4 Chuẩn IEEE 802.16d - 2004 ............................................................................. 12
2.5 Chuẩn IEEE 802.16e – 2005 ........................................................................... 12
3 Đặc điểm chuẩn 802.16d và 802.16e cho WiMAX cố định và di động 12
3.1 Cấu trúc khung lớp PHY ................................................................................... 13
3.1.1 Cơ chế điều khiển ............................................................................................. 20
3.2 Lớp MAC ........................................................................................................... 22
3.2.1 Service-specific convergence sublayer .............................................................. 23
3.2.2 MAC common path sublayer_lớp con phần chung ............................................ 23
3.2.3 Lớp con bảo mật ............................................................................................... 30
3.3 So sánh và các phương thức nâng cấp từ chuẩn 802.16d và 802.16e ............. 35
3.3.1 So sánh ............................................................................................................. 35
3.3.2 Các phương thức nâng cấp ................................................................................ 35
4 Các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX ........................................ 36
4.1 Kỹ thuật điều chế số .......................................................................................... 36
4.1.1 Kỹ thuật điều chế pha QPSK ............................................................................. 36
4.1.2 Kỹ thuật điều chế biên độ cầu phương QAM .................................................... 38

4.2 Kỹ thuật điều chế OFDM .................................................................................. 39
2
4.3 Kỹ thuật song công ............................................................................................ 43
4.4 Kỹ thuật đa truy nhập ........................................................................................ 45
4.4.1 TDMA .............................................................................................................. 45
4.4.2 OFDMA ............................................................................................................ 45
4.4.3 Scalable OFDMA (SOFDMA) .......................................................................... 51
4.5 Điều chế thích nghi và mã hóa AMC .......................................................... 52
4.6 Cơ chế yếu cầu truyền lại tự động ARQ ................................................... 54
4.6.1 Kiểu ARQ dừng và đợi ................................................................................... 55
4.6.2 Kiểu ARQ lùi N ............................................................................................... 56
4.6.3 Kiểu ARQ chọn lọc .......................................................................................... 59
4.6.4 Hybrid ARQ ...................................................................................................... 59
4.7 Phản hồi kênh nhanh CIQCH ........................................................................... 60
4.8 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS ......................................................................... 61
4.9 Dịch vụ lập lịch MAC ....................................................................................... 63
4.10 Chuyển giao trong WiMAX di động .............................................................. 65
4.11 Quản lý sự di động và công suất tiêu thụ ....................................................... 68
Mục lục hình ảnh
3
Hình 1.1 Mô hình mạng WiMAX cố định..............................................9
Hình 3.2 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền TDD.......................14
Hình 3.3 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền FDD.......................15
Hình 3.4 Cấu trúc khung WiMAX OFDM...........................................18
Hình 3.5 Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng....................19
Hình 3.6 Mô hình lớp PHY và MAC....................................................22
Hình 3.7 Định dạng MAC PDU...........................................................25
Hình 3.8 Generic MAC header format..................................................26
Hình 3.9 Bandwidth request header......................................................27
Hình 3.10 MAC management messages format....................................28

Hình 3.11 Ghép MAC PDU..................................................................28
Hình 3.12 MAC PDU encryption.........................................................29
Hình 3.13 Mô hình lớp con bảo mật.....................................................31
Hình 3.14 Giao thức chứng thực...........................................................34
Hình 4.15 Điều chế QPSK....................................................................36
Hình 4.16 Bộ biến đổi nối tiếp song song.............................................37
Hình 4.17 Tổ hợp bit điều chế QPSK...................................................37
Hình 4.18 Sơ đồ khối điều chế QPSK..................................................38
Hình 4.19 Sơ đồ khối phương pháp điều chế M_QAM........................39
Hình 4.20 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao.............................40
Hình 4.21 Cấu trúc của một ký hiệu OFDM.........................................41
Hình 4.22 Tiền tố vòng CP và hiện tượng đa đường ..........................43
Hình 4.23 Hai chế độ song công TDD và FDD....................................44
Hình 4.24 Cấu trúc sóng mang con OFDMA........................................46
Hình 4.25 Kênh con hóa trong OFDMA...............................................46
Hình 4.26 Sự tạo kênh trong mô hình FUSH........................................47
4
Hình 4.27 Cluster trong mô hình DL PUSH.........................................48
Hình 4.28 Tile trong mô hình UL PUSH.............................................48
Hình 4.29 Mô hình AMC......................................................................49
Hình 4.30 Nhóm các sóng mang con cho mỗi người dùng khác nhau. .50
Hình 4.31 Cấu trúc khung công nghệ đa truy nhâp OFDMA............51
Hình 4.32 Điều chế thích nghi và mã hóa dựa trên khoảng cách với BS53
Hình 4.33 Mô hình giao thức ARQ dừng và đợi...................................56
Hình 4.34 Mô hình giao thức ARQ lùi N..............................................57
Hình 4.35 Giao thức ARQ lùi N với gói tin bị lỗi.................................57
Hình 4.36 Giao thức ARQ lùi N với ACK bị lỗi..................................58
Hình 4.37 Cơ chế yêu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra....................................60
Hình 4.38 Hỗ trợ QoS WiMAX di động...............................................62
Hình 4.39 Chuyển giao cứng HHO.......................................................65

Hình 4.40 Chuyển trạm gốc nhanh ( FBSS )........................................66
Hình 4.41 Chuyển giao phân tập MDHO.............................................67
Mục lục bảng biểu
Bảng 3.1 Thông số định dạng của DLFP..............................................16
Bảng 3.2 Một số bản tin sử dụng kết nối cơ sở.....................................23
Bảng 3.3 Một số bản tin sử dụng kết nối quản lý sơ cấp......................24
Bảng 3.4 Nội dung khóa chứng thực AK trong PMK version 2..........33
Bảng 3.5 Bảng so sánh chuẩn 802.16d và 802.16e...............................35
Bảng 4.6 Các tham số tỉ lệ OFDMA.....................................................52
Bảng 4.7 Tốc độ dữ liệu PHY trong WiMAX di động.........................54
Bảng 4.8 Các dịch vụ WiMAX và QoS...............................................63
5
6
1 Tổng quan về WiMAX
1.1Giới thiệu chung về WiMAX
Wimax , tên viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access, là hệ thống
truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE
802.16-2004. Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa ra: Tổ công tác 802.16 trong
ban tiêu chuẩn IEEE 802, và Diễn đàn WiMAX. Tổ công tác IEEE 802.16 là người chế
định ra tiêu chuẩn; còn Diễn đàn WiMAX là người triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE
802.16. WiMAX là một công nghệ được tao ra bởi sự ảnh hưởng của các thành phần
truyền tin và sự trang bị của các công ty, nó đã thúc đẩy và chứng nhận tính tương thích
của thiết bị truy nhập băng rộng không dây, nó tương thích với chuẩn IEEE 802.16 và
chuẩn ETSI-HIPERMAN. WiMax hoạt động gần giống với Wi-Fi nhưng được cải thiện
khá nhiều để có thể tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu tới 70 Mbit/s với phạm vi hoạt động
2-10 km trong khu vực thành thị và 50 km tại những vùng hẻo lánh.
Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị và linh kiện
truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận tính tương thích và
khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập không dây băng thông rộng tuân theo
chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng tốc độ triển khai truy cập không dây băng thông

rộng trên toàn cầu. Do đó các chuẩn 802.16 thường được biết đến với cái tên WiMAX.
Công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm bổ
sung cho mạng thông tin di động. Mạng Wi-Fi chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ LAN,
còn WiMAX phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network).
Mạng WiMAX cũng như mạng đô thị hữu tuyến (truyền dẫn qua cáp) như mạng DSL
đều được sử dụng để phục vụ các thuê bao trong vùng tới 50km.
1.2Sự đi lên từ Wifi đến WiMAX
Trên thực tế, trong thời gian qua, với sự ra đời của Wifi đã làm thay đổi cách thức trao
đổi thông tin của người sử dụng.Tuy nhiên, do Wifi là công nghệ được thiết kế hướng
tới các mạng LAN kh dây, chính vì vậy trong những trượng hợp cụ thể, khi áp dụng
công nghệ này cho mạng MAN, thì nó đã bộc lộ rất nhiều những hạn chế. Trước hết
Wifi được thiết kế cho mạng ít thuê bao,kênh truyền của nó cố định kích thước khoảng
20Mhz, do vậy rất kém linh hoạt. Bên cạnh đó, Wifi không hỗ trợ kiến trúc Mesh, một
7
kiến trúc đảm bảo sự liên thông tốt trong mạng đô thị.Hơn nữa, nếu ta truyền trong môi
trường tốt, ít nhiễu, tầm nhìn thẳng ( LOS ), dụng các Anten định hướng với công suất
đủ lớn thì Wifi cũng chỉ đạt tới khoảng cách vài km, rất hạn chế cho việc phủ song
trong một pham vi lớn…
Sự ra đời của Wimax đã khắc phục được những nhược điểm trên của Wifi. Hiện nay,
Wimax được xem là một giải pháp toàn diện của công nghệ không dây băng rộng trong
đô thị, ngoại ô và những vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh… Wimax cho phép truyền
không dây các loại dữ liệu, hình ảnh, âm thanh nhanh hơn cả DSL hay cáp, và tất nhiên
là nhanh hơn nhiều lần các công nghệ không dây hiện hành như 802.11a hay 802.11b
mà không yêu cầu điều kiện truyền thẳng.
WiMAX là mạng không dây phủ sóng một vùng rộng lớn, thuận tiện cho việc triển khai
mạng nhanh, thuận lợi và có lợi ích kinh tế cao so với việc kéo cáp, đặc biệt là vùng có
địa hình phức tạp. Vì vậy, mạng truy nhập không dây băng rộng WiMAX sẽ đáp ứng
được các chương trình phổ cập Internet ở các vùng sâu, vùng xa, nơi có mật độ dân cư
thưa. Đối với các vùng mật độ dân cư vừa phải (ngoại vi các thành phố lớn nơi đòi hỏi
cung cấp đa dịch vụ với chất lượng được đảm bảo) thì việc triển khai WiMAX để cung

cấp các dịch vụ đa phương tiện sẽ nhanh và có hiệu quả kinh tế cao hơn và với việc
cung cấp băng thông rộng sẽ đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng. WiMAX có
những ưu thế vượt trội so với các công nghệ cung cấp dịch vụ băng thông rộng hiện nay
về tốc độ truyền dữ liệu và giá cả thấp do cung cấp các dịch vụ trên nền IP. Với khả
năng truy nhập từ xa, tốc độ dữ liệu cao đáp ứng đa dạng các dịch vụ như Internet tốc
độ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng
thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật...
WiMAX phù hợp với các ứng dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong các máy
tính xách tay và PDA, cho phép truy nhập không dây băng rộng ngoài trời ở các khu
vực đô thị, đồng thời cũng thích ứng với các ứng dụng truy nhập băng rộng cố định ở
những vùng xa xôi, hẻo lánh.
WiMAX là một giải pháp tuyệt vời về mặt công nghệ kết nối nhưng sẽ cần một chi phí
lớn phải bỏ ra để phát triển hạ tầng cho một hệ thống mới trong khi hệ thống cũ vẫn còn
chưa được sử dụng hết. Quả thực, nếu phải đầu tư một khoản kinh phí để triển khai
WiMAX trên một quy mô lớn trong khi công nghệ 3G vẫn là tiềm năng chưa khai thác
hết thì chắc chắn các công ty viễn thông sẽ phải tính toán và cân nhắc hết sức kỹ lưỡng
trước khi bỏ tiền đầu tư cho việc phát triển dịch vụ này.
8
1.3Hai mô hình ứng dụng WiMAX
Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đề xuất 2 mô hình ứng dụng:
 Mô hình ứng dụng cố định
 Mô hình ứng dụng di động.
1.3.1Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)
Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004. Tiêu chuẩn
này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định
tại nhà các thuê bao. Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông
tin vệ tinh.


Hình 1.1 Mô hình mạng WiMAX cố định

Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên tín
hiệu thu không khỏe bằng anten ngoài trời. Băng tần công tác ( theo quy định và phân
bổ của quốc gia ) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz. Độ rộng băng tầng là 3,5MHz.
Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếp nối không dây đến các modem cáp,
đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch)
và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang). WiMAX cố định có thể phục vụ cho các
loại người dùng (user) như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập
WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và
9
các mạch điều khiển trạm BS. Về cách phân bố theo địa lý, các user thì có thể phân tán
tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến
đến đó.
Sơ đồ kết cấu mạng WiMAX được đưa ra trên hình 1.4. Trong mô hình này bộ phận vô
tuyến gồm các trạm gốc WiMAX BS (làm việc với anten đặt trên tháp cao) và các trạm
phụ SS (SubStation). Các trạm WiMAX BS nối với mạng đô thị MAN hoặc mạng
PSTN
1.3.2Mô hình ứng dụng WiMAX di động
Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e.
Tiêu chuẩn 802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hướng tới các user cá nhân di
động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN,
mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng. Hy
vọng các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để thực hiện được mạng viễn
thông digital truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộng thỏa mãn được các nhu cầu
đa dạng của thuê bao. Tiêu chuẩn IEEE 802.16e được thông qua trong năm 2005.
2 Các chuẩn trong WiMAX
2.1Chuẩn IEEE 802.16 - 2001
Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công bố vào
ngày 08/04/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™ cho
các mạng vùng đô thị. Việc hoàn thành chuẩn báo trước sự chấp nhận truy nhập không
dây băng rộng như một công cụ chủ yếu mới trong sự cố gắng liên kết các tòa nhà và cơ

quan doanh nghiệp với các mạng viễn thông nòng cốt trên thế giới.
Như trong định nghĩa chuẩn IEEE 802.16, một mạng vùng đô thị không dây cung cấp
sự truy nhập mạng cho các tòa nhà thông qua ăngten ngoài trời có thể truyền thông với
các trạm cơ sở rađiô trung tâm (BS). Do hệ thống không dây có khả năng hướng vào
những vùng địa lý rộng, hoang vắng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém như
trong việc triển khai các kết nối cáp nên công nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong việc triển
khai và như vậy dẫn đến sự truy cập băng rộng tăng lên ở khắp mọi nơi. Bản thiết kế
MAC WirelessMAN có thể làm thích nghi mọi kết nối với chất lượng dịch vụ (QoS)
10
hoàn hảo. Với công nghệ được mở rộng theo hướng này, nó là chuẩn được phát triển để
hỗ trợ những người cung luôn cần sự di chuyển ( ví dụ như trong xe cộ chẳng hạn ).
Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (air
interfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớp vật lý
phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan. Chuẩn hướng vào
các tần số từ 10 – 66 GHz, nơi phổ rộng hiện có sẵn để sử dụng trên toàn cầu, nhưng tại
đó những bước sóng ngắn được xem như những thách thức trong việc triển khai. Chính
vì lý do đó đã là tiền đề cho sự ra đời của chuẩn mới, chuẩn 802.16a.
2.2Chuẩn IEEE 802.16a
Chuẩn 802.16a được hoàn thành vào tháng 11 - 2002 và được công bố vào tháng 4 -
2003. Chuẩn này cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm
kết nối bằng băng tần 2-11 GHz, bao gồm cả những phổ cấp phép và không cấp phép,
với khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểm điểm
và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm đa điểm. Tốc độ truy nhập có thể đạt tới
70 Mbps.
Trong khi với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16 - 2001 phải yêu cầu tầm nhìn thẳng, thì
với dải tần 2-11Ghz chuẩn 802.16a cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện
tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trên đường truyền như cây cối, nhà
cửa. Chuẩn này sẽ giúp ngành viễn thông có các giải pháp như cung cấp băng thông
theo yêu cầu, với thời gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công
nghệ thuê bao số hay mạng cáp không tiếp cận được. So sánh với những tần số cao hơn,

những phổ như vậy tạo cơ hội để thu được nhiều khách hàng hơn với chi phí chấp nhận
được, mặc dù các tốc độ dữ liệu là không cao. Tuy nhiên, các dịch vụ sẽ hướng tới
những toà nhà riêng lẻ hay những xí nghiệp vừa và nhỏ.
2.3Chuẩn IEEE 802.16c - 2002
Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002. Chuẩn được nâng cấp lên từ chuẩn
802.16 – 2001. Bản cập nhật đã sửa một số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn
ban đầu và thêm vào một số profiles hệ thống chi tiết cho dẩi tần 10 – 66 GHz.
11
2.4Chuẩn IEEE 802.16d - 2004
Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/07/2004 và được công bố
rộng rãi vào tháng 9/2004. IEEE 802.16 – 2004 thường được gọi với tên 802.16-REVd.
Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp các chuẩn 802.16-2001, 802.16a,
802.16c. Chuẩn mới này đã được phát triển thành một tập các đặc tả hệ thống có tên là
IEEE 802.16-REVd, nhưng đủ toàn diện để phân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh
chuẩn IEEE 802.16 ban đầu.
Chuẩn 802.16d hỗ trợ cả 2 dải tần số, cho phép kết nối thực hiện ở các môi trường khác
nhau :
• Băng tần 10 – 66 Ghz : với băng tần này thường được dung trong môi trường
tầm nhìn thẳng ( LOS ). Độ rộng kênh được khuyến nghị cho dải tần này là 25
đến 28 MHz. Nó cung cấp khả năng hỗ trợ tốt trong những ứng dụng mô hình
điểm – đa điểm.
• Băng tần 2 – 11 GHz : với băng tần này thường được dung trong môi trường
không trong tầm nhìn thẳng ( NLOS ).Nó cung cấp khả năng hỗ trợ tốt trong
những ứng dụng mô hình Mesh.
2.5Chuẩn IEEE 802.16e – 2005
Chuẩn 802.16e - 2005 được tổ chức IEEE đưa ra vào tháng 11 - 2005. Đây là phiên bản
phát triển dựa trên việc nâng cấp chuẩn 802.16 - 2004 nhằm hỗ trợ thêm cho các dịch vụ
di động. Chuẩn này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA ( Scalable Orthogonal
Frequency Division Multiplexing Access ), kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng
kênh phụ. Băng tần được khuyến cáo dành cho chuẩn là < 6Ghz để phục vụ cho các ứng

dụng trong môi trường ko trong tầm nhìn thẳng và ứng dụng di động. Tuy tốc độ và khả
năng bao phủ không được lớn như chuẩn cố định, nhưng với kênh băng thông 10 Mhz,
nó cũng có thể đạt tới tốc độ 30 MHz, với khả năng bao phủ tới 15 km. Một đặc điểm
nổi bật của chuẩn này là có thể ứng dụng trong môi trường di động với tốc độ lý thuyết
có thể lên tới đến 120 km/h.
3 Đặc điểm chuẩn 802.16d và 802.16e cho WiMAX cố
định và di động
Trong chuẩn IEEE 802.16 d và 802.16e có đưa ra 4 cấu hình dành cho lớp PHY đó là:
12
+ Wireless MAN-SC PHY sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang và
hoạt động tại băng tần từ 10-66 GHz
+ Wireless MAN-SCa PHY cũng sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang
nhưng được thiết kế hoạt động trong môi trường NLOS và trong giải tần số dưới
11GHz
+ Wireless MAN-OFDM PHY sử dụng phương pháp điều chế OFDM , được
thiết kế hoạt động trong môi trường NLOS và trong dải tần số dưới 11GHz
+ Wireless MAN-OFDM PHY cũng sử dụng phương pháp điều chế OFDM và
cũng hoạt động trong môi trường NLOS dưới tần sô 11GHz, nhưng đây là lớp PHY mở
rộng cho các ứng dụng mobile.
3.1Cấu trúc khung lớp PHY
Trong băng tần cấp phép, phương pháp song công được lựa chọn là FDD hoặc TDD.
Trong băng tần không phải đăng ký phương pháp song công được sử dụng là TDD. Một
khung thời gian bao gồm PHY PDU của BS và SS, khoảng trống và thời gian bảo vệ.
OFDM PHY hỗ trợ truyền thông tin dựa trên các khung. Một khung bao gồm một
downlink subframe và một uplink subframe. Một downlink subframe chỉ bao gồm một
dowlink PHY PDU, một uplink subframe bao gồm một hoặc nhiều uplink PHY PDUs,
mỗi cái được truyền từ một SS khác nhau.
Một downlink bắt đầu bằng một phần preamble(?) được sử dụng để đồng bộ PHY, tiếp
theo là một FCH brust. FCH brust là một OFDM symbol dài và được truyền sử dụng
BPSK với tốc độ ½ với hệ thống mã bắt buộc. Nếu được truyền trong khung thì một bản

tin DL_MAP sẽ là MAC_PDU đầu tiên trong burst ngay sau FCH. Một bản tin
UL_MAP sẽ nằm ngay sau bản tin DL_MAP (nếu như nó được truyền) hoặc là DLFP
(nếu nhu bản tin DL_MAP không được truyền). Nếu bản tin UCD và DCD được truyền
trong khung nó sẽ đi ngay sau bản tin DL_MAP và UL_MAP. Mặc dù burst # 1 bao
gồm các bản tin điều khiển MAC broadcast nhưng nó không cần thiết phải sử dụng
phương pháp điều chế và mã hóa hiệu quả. Phương pháp điều chế mã hóa hiệu quả có
thể sử dụng nếu nó được hỗ trợ và áp dụng cho tất cả các SS của một BS. Một FCH
được theo sau bởi một hoặc nhiều downlink burst.
Mỗi một downlink burst bao gồm một số nguyên các OFDM symbol. Vị trí và các
profile của downlink burst đầu tiên được xác định trong downlink frame prefix (DLFP).
Vị trí và cấu trúc của (profile) của số lượng burst theo sau cũng có thể sẽ được xác định
13
trong DLFP. Tối thiểu một DL_MAP đầy đủ phải được broadcast trong burst# 1. (thông
tin trong bảng 342)
Vị trí và profile của các burst khác được xác định trong DL_MAP
Hình 3.2 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền TDD
14
Hình 3.3 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền FDD
15
Sau đây là các thông số định dạng của DLFP:
Cú pháp Kích thước Note
DL_frame_prefix_format(){
Base_station_ID 4 bits 4LBS của BS_ID.
Burst được xác định
bởi DLFP sẽ không
được giải mã nếu
những bit này không
phù hợp với những bit
của BS mà nó đã được
đăng ký

Frame_number 4 bits 4 LBS
Configuration_change_count 4 bíts 4 LBS của giá trị
change count
Reserved 4 bits Sẽ được thiết lập về 0
For (n=0;n<4;n++){
DL_frame_prefix_IE(){
Rate_ID/DIUC 4 bits Đối với những thông
tin đầu tiên nó sẽ được
mã hóa rate_ID theo
bảng 224.
If(DIUC!=0){
Preamble present 1 bit Nếu bit này bằng 1 thì
preamble sẽ nằm
trước burst
Length 11 bits Số OFDM symbol
trong burst
} else {
Start time 12 bits
}
}
}
HSC 8 bits
}
Bảng 3.1 Thông số định dạng của DLFP
16
8 bits Header Check Sequence sử dụng để phát hiện lỗi trong DL Frame Prefix. Đa thức
sinh là
1)(
28
+++= DDDDg

. Bên truyền sẽ mang tất cả các byte trong DLFP ngoại
trừ thông tin được lưu cho HCS và chia chúng cho hàm
)(xg
và sử dụng số dư như là
một mã HCS. Tại bên nhận, phép chia DLFP cho
)(xg
sẽ số dư bằng 0 nếu thông tin
thu được là chính xác.
Cấu trúc khung PMP trong WiMAX di động
Trong hệ thống sử dụng TDD và FDD bán song công, các trạm thuê bao chấp nhận phải
được tạo bởi khoảng hở truyền dẫn giữa các trạm thuê bao thu/phát SSRTG (
Subscriber Station Receive/Transmit Transition Gap ) và khoảng hở truyền dẫn giữa
các trạm thuê bao phát/thu SSTTG ( Subscriber Station Transmit/Receive Transition
Gap ). Trạm gốc sẽ không thể truyền thông tin đường xuống tới một trạm muộn hơn
thời gian SSRTG và trễ vòng lặp RTD ( Round Trip Delay ) trước khi bắt đầu việc lập
lịch cấp phát đường lên đầu tiên của nó. Thêm vào đó, trạm thuê bao không những
được phép để thu nhận mào đầu đường xuống ( preamble downlink ) cho mỗi khung
mà nó còn chứa đựng dữ liệu DL trong đó, bảo đảm cho các khoảng được chỉ định ở
trên không được chồng lấp vào phần mào đầu. Các thông số SSRTG và SSTTG được
cung cấp bởi BS và SS dựa trên những yêu cầu trong quá trình đi vào mạng
Hình sau minh họa cấu trúc khung OFDM ở chế độ TDD.Mỗi khung được chia ra
thành các khung lên và khung xuống bởi bộ Phát / Thu và Thu / Phát để tránh đụng độ
giữa đường lên và đường xuống. Trong một khung, các thông tin điều khiển đi theo để
đảm bảo hệ thống hoạt động tối ưu :
- Phần đầu khung ( Preamble ) : Phần mào đầu, được sử dụng cho đồng bộ, là symbol
OFDM đầu tiên của khung.
- Tiêu đề điểu khiển khung FCH ( Frame Control Head ) : FCH nằm sau phần mào đầu
khung. Nó cung cấp thông tin cấu hình khung như độ dài bản tin MAP, nguyên lý mã
hóa và các kênh con hữu dụng.
- DL-MAP và UL-MAP : DL-MAP và UL-MAP cung cấp sự cấp phát kênh con và các

thông tin điều khiển khác lần lượt cho các khung con DL và UL.
- Sắp xếp UL : Kênh con sắp xếp cho UL được cấp phát cho các trạm di động MS
( Mobile Station ) để điều chỉnh thời gian vòng kín, tần số và công suất cũng như yêu
cầu về băng thông.
- UL CQICH : Kênh UL CQICH cung cấp cho trạm di động MS để phản hồi thông tin
trạng thái kênh.
17
- UL ACK : Kênh UL ACK cung cấp cho trạm di động MS để phản hồi thông tin báo
nhận DL HARQ.
Hình 3.4 Cấu trúc khung WiMAX OFDM
Kênh con được cấp phát trên đường xuống có thể hoạt động theo những cách sau : kênh
con được sử dụng một phần PUSC ( Partial Usage of Subchannel ) khi mà chỉ một số
các kênh con được cấp phát dành cho truyền dẫn. FCH sẽ được truyền đi sử dụng điều
chế QPSK tốc độ1/2 với 4 sự lặp lại sử dụng biểu đồ mã hóa bắt buộc ( thông tin FCH
sẽ được gửi vào trong 4 kênh con cùng với số lượng kênh con logic kế tiếp ) trong vùng
PUSC. FCH chứa đựng tiền tố khung DL ( DL_Frame_Prefix ) được biểu diễn ở hình
dưới và độ dài lý thuyết của bản tin DL MAP đi theo trực tiếp DL_Frame_Prefix, và mã
hóa lặp được sử dụng cho bản tin UL MAP.
Việc chuyển trạng thái từ giữa điều chế và mã hóa diễn ra ở ranh giới các khe trong
miền thời gian ( trừ miền AAS ) và ở các kênh con bên trong ký hiệu OFMDA trong
miền tần số.
Trong WiMax di động, việc sử dụng kênh con linh hoạt được thực hiện dễ dàng do
phân đoạn kênh con và vùng hoán vị. Một phân đoạn là một sự phân mảnh của các kênh
18
con OFDMA sẵn có (một đoạn có thể gồm toàn bộ các kênh con). Một đoạn được sử
dụng để triển khai một trường hợp đơn lẻ của MAC. Như vậy , khung OFMDA có thể
chứa nhiều vùng ( như là PUSC, FUSC, PUSC với tất cả các kênh con, FUSC tùy chọn,
AMC, USC1 và USC2 … ). Vùng hoán vị là một số lượng các ký hiệu OFDMA liền kề
trong DL hoặc UL mà sử dụng cùng hoán vị. Khung con DL hoặc UL bao gồm nhiều
hơn một vùng hoán vị được mô tả trên dưới.

Hình 3.5 Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng
Những giới hạn dưới đây được ứng dụng cho cấp phát đường xuống
a) Số lượng tối đa cho các vùng đường xuống là 8 trong một khung con đường
xuống
b) Đối với mỗi SS, số lượng tối đa các burst được giải mã trong một khung con
đường xuống là 64. Nó bao gồm tất cả các burst không có CID hoặc CID trùng với CID
của SS.
c) Đối với mỗi SS, số lượng tối đa các burst truyền một cách đồng thời và trực
tiếp tới MS được giới hạn bởi các giá trị lý thuyết trong Max_Num_TLV ( bao gồm tất
cả các burst không có CID hoặc có CID trùng với CID của MS ). Các burst truyền đồng
thời là những burst chia sẻ những ký hiệu OFDMA giống nhau. Trước khi MS hoàn
19
thành việc trao đổi với BS sẽ truyền dữ liệu tới MS đồng thời trong burst dữ liệu đầu
tiên của mỗi ký hiệu.
Nếu BS cấp phát nhiều dữ liệu burst hay zone hơn thì sau đó SS sẽ được yêu cầu giải
mã các burst/zone đầu tiên trước khi đạt tới giới hạn.
3.1.1Cơ chế điều khiển
Đồng bộ mạng
Để TDD và FDD có thể nhận biêt, nó sẽ đề nghị (không yêu cầu) tất cả các BS đồng bộ
hóa về thời gian theo một tín hiệu thời gian chung. Nếu như mất tín hiệu thời gian, BS
vẫn tiếp tục hoạt động và tự động đồng bộ hóa lại theo theo tín hiệu thời gian của mạng
khi nó được phục hồi. frequency references nhận được từ timing reference có thể được
sử dụng để điều khiển độ chính xác tần số của BS với điều kiện là chúng đáp ứng
những yêu cầu về chính xác tần số theo 8.3.12. Điều này áp dụng trong điều kiện hoạt
động bình thường trong quá trình mất timing reference.
Ranging
Có hai loại quá trình ranging: initial ranging (ranging ban đầu) và periodic ranging
(ranging chu kỳ). Initial ranging (đồng bộ thô) và power diễn ra trong hai pha: thứ nhất
là lúc đăng ký và lúc mất đồng bộ hóa, thứ hai là trong quá trình truyền dựa trên một
chu kỳ. Initial ranging sử dụng

Bandwidth requesting
Có hai loại REQ Region trong một frame đó là: REQ Region-full và REQ Region-
Focuse. Trong một REQ Region-full, khi một subchannelization không được active
mỗi TO sẽ bao gồm một preamble ngắn
Khi subchannelization được active, phần được cấp được phân vào TO cả trong tần số
và thời gian. Độ rộng (trong kênh phụ) và chiều dài (trong OFDM symbol) của mỗi TO
được định nghĩa trong bản tin UCD (bảng 352). Truyền thông tin của một SS sẽ bao
gồm
Điều khiển công suất
Tương tự như việc điều khiển tần số, một thuật toán điều khiển công suất sẽ được hỗ trợ
cho kênh uplink với sự kiểm tra ban đầu và sự điều chỉnh trong quá trình hoạt động để
20
không mất dữ liệu. Mục tiêu của thuật toán điều khiển công suất là mang lại mật độ
công suất thu từ một thuê bao cho trước tới mức độ mong muốn. Mật độ công suất thu
được định nghĩa là tổng công suất thu của một thuê bao cho trước chia cho số sóng
mang phụ active. Khi một kênh phụ không được thuê, thì số lượng sóng mang phụ
active tương ứng với tất cả các thuê bao và thuật toán điều khiển công suất sẽ mang lại
tổng công suất thu từ một thuê bao cho trước tới mức độ mong muốn. BS sẽ có khả
năng đo chính xác công suất của tín hiệu burst nhận được. Giá trị này sau đó có thể
được so sánh lại với một mức tham chiếu và kết quả sai lệch có thể gửi trở lại SS trong
một bản tin. Thuật toán điều khiển công suất được thiết kế để hỗ trợ sự suy giảm công
suất theo khoảng cách suy hao và sự giao động của công suất. Sự áp dụng thuật toán
này được đưa ra bởi nhà sản xuất. Phạm vi điều khiển tổng công suất bao gồm hai phần:
thứ nhất là phần cố định và thứ hai là phần tự động điều khiển bởi phản hồi. Thuật toán
điều khiển công suất sẽ xem xét đến sự tương tác giữa khuyếch đại công suất RF với
các burst profile khác nhau.
Khi kênh phụ được thuê, SS sẽ duy trì mật độ công suất được truyền trừ khi đạt
tới mức công suất tối đa. Nghĩa là khi số lượng kênh phụ cấp cho một người sử dụng
giảm đi, SS sẽ giảm tổng công suất được truyền một cách tương ứng mà không cần có
thêm bản tin điều khiển công suất. Khi số kênh phụ tăng tổng công suất được truyền sẽ

được tăng tương ứng. Tuy nhiên mức công suất được truyền sẽ không đạt đến mức tối
đa. SS sẽ thông báo công suất tối đa cho phép và công suất truyền bình thường.
SS sẽ thông báo công suất tối đa cho phép và công suất truyền hiện thời. nhưng thông
số này có thể được sử dụng bởi BS để phục vụ cho việc lựa chọn mã hóa ,điều chế và
để phân phối kênh phụ. Thuật toán là do nhà sản xuất đưa ra. Các thông số này được
thông báo trong bản tin SBC-REQ. Công suất truyền hiện thời cũng sẽ được thông báo
trong bản tin REP-RSP nếu như cờ thích hợp được thiết lâp.
Công suất truyền hiện thời là công suất của burst mà mang bản tin. Công suất tối đa cho
phép được quy đinh cho các mức điều chế BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM. Thông số
công suất hiện thời và công suất tối đa có đơn vị là dbm. Các thông số này dao động với
bước nhảy 0.5dbm trong phạm vi từ -64dbm (mã hóa 0x00) đến 63.5dbm (mã hóa
0xFF). Các giả trị ở ngoài khoảng này sẽ được gán cho giá trị trong khoảng mà gần
nhất. Những SS không hỗ trợ điều chế 64QAM sẽ thông báo giá trị 0x00 trong trường
công suất lớn nhất dành cho điều chế 64QAM.
21
3.2Lớp MAC
Cũng giống như các bộ phận khác của họ 802 của IEEE, mô hình tham chiếu chuẩn
802.16e của WiMAX di động chỉ tập trung vào hai lớp : lớp liên kết dữ liệu ( Datalink
Layer ) và lớp vật lý ( Physical Layer ) trong mô hình OSI.
Hình 3.6 Mô hình lớp PHY và MAC
Trong những công bố đầu tiên của chuẩn IEEE 802.16 chỉ ra rằng nó hoạt động trong
tầm nhìn thẳng LOS ở băng tần cao trong dải tần số từ 10GHz đến 66GHz. Nhưng đã
được sửa đổi và chỉ ra ở trong chuẩn IEEE 802.16e, thiết kế cho các hệ thống hoạt động
ở dải tần từ 2 GHz đến 6 GHz. Ý nghĩa quan trọng của sự khác nhau giữa hai băng tần
trên đó là khả năng hỗ trợ trong tầm nhìn không thẳng NLOS và ở tần số thấp khi mà
các thiết bị không thể thực hiện được ở tần số cao. Lớp MAC mô tả trong 802.16e bao
gồm 3 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 ).
22

3.2.1Service-specific convergence sublayer
Lớp con chuyên biệt về dịch vụ nằm ở phía trên lớp con phần chung, lớp con này thực
hiện các chức năng như nhận, phân loại và xử lý các PDUs từ các lớp cao hơn, phân
phát các dịch vụ PDUs đến các kết nối MAC thich hợp. Chuẩn 802.16 d đưa ra hai lớp
con chuyên biệt về dịch vụ, đó là lớp con quy tụ ATM và lớp con quy tụ gói. Lớp con
quy tụ ATM được định nghĩa cho những dịch vụ ATM . Lớp con quy tụ gói nằm ở phía
trên lớp con phần chung MAC thực hiện các chức năng phân loại các PDU của các lớp
cao hơn vào trong các kết nối thích hợp, lớp con này đưa ra nhằm thực hiện nhiệm vụ
ánh xạ các dịch vụ gói như IP, PPP, Ethernet…
3.2.2MAC common path sublayer_lớp con phần chung
Trong mạng wireless có hai topology thường được sử dụng để truyền thông tin đó là
Point to Point và Mesh. Chuẩn 802.16 đưa ra lớp MAC hỗ trợ cho cả hai topology trên.
Point to point
Mỗi SS có một địa chỉ MAC 48-bit, địa chỉ này là duy nhất nó được sử dụng trong quá
trình xử lý đăng nhập cho một SS. Các kết nối được nhận biết boi 16 bit CID, tại SS lúc
khởi tạo có 2 kết nối quản lý (uplink và downlink) được thiết lập giữa BS và SS và một
quản lý thứ 3 nữa có thể được tạo ra. Ba kết nối quản lý này ánh xạ 3 cấp độ khác nhau
của QoS cho 3 mức quản lý khác nhau giữa BS và SS. Kết nối cớ sở được sử dung bởi
BS MAC và SS MAC để truyền các ban tin quản lý MAC ngắn như:

Message
name
Message description Connection
DBPC-REQ Downlink Burst Profile Channel
Request
Basic
DBPC-RSP Downlink Burst Profile Channel
Response
Basic
REP-RSP Channel measurement Report Response Basic

REP-REQ Channel measurement Report Request Basic
Bảng 3.2 Một số bản tin sử dụng kết nối cơ sở
23
Kết nối quản lý sơ cấp được sử dụng để truyền những ban tin quản lý MAC dài hơn và
có độ trễ lớn hơn như:
Message
name
Message description Connection
REG-REQ Registration Request Primary
Management
REG-RSP Registration Response Primary
Management
PKM-REQ Privacy Key Management
Request
Primary
Management
PKM-RSP Privacy Key Management
Response
Primary
Management
Bảng 3.3 Một số bản tin sử dụng kết nối quản lý sơ cấp
Cuối cùng là kết nối quản lý thứ cấp được sử dụng boi BS và SS để truyền những bản
tin quản lý dựa trên cơ sở các chuẩn như DHCP, TFTP, SNMP. Bản tin mang trong kết
nối thứ cấp có thể được đóng gói (packed) hoặc phân mảnh (fragmented). Với các cấu
hình lớp PHY là SCa, OFDM, OFDMA bản tin quản lý có thêm CRC. Kết nối quản lý
thứ cấp chỉ dành cho quản lý SS.
CID cho các kết nối được đưa vào trong bản tin RNG-RSP và REG-RSP. Các giao tiếp
bản tin cung cấp 3 giá trị CID. Các giá trị CID giống nhau được cung cấp cho cả hai
hướng (uplink và downlink) của kết nối.
Đối với các dịch vụ đã được thuê, thì BS bắt đầu thiết lập kết nối trên cở sở thông tin

phân bố tới BS . Quá trình đăng ký của một BS hoặc quá trình thay đổi dịch vụ đã ký
của một BS, sẽ bắt buộc BS bắt đầu cài lại hoạt động ở lớp cao hơn của kết nối.
Mesh
Mỗi node có một địa chỉ MAC 48 bit. Địa chỉ này là duy nhất do các nhà sản xuất thiết
bị đưa ra. Địa chỉ này được sử dụng trong quá trình xử lý mạng và là một phần của quá
trình xử lý chứng thực
Sau khi được xác nhận vào mạng thì node này sẽ nhận 16 bit ID. Node ID là cơ sở cho
việc nhận diện node trong quá trình hoạt động. Node ID được truyền trong phần tiếp
đầu phụ nằm sau MAC header chung trong thông điệp unicat và broadcast .
24
Link ID có giá trị bit được sử dụng cho địa chỉ node trong local neighborhood, mỗi một
node sẽ gán một ID dành cho mỗi link mà nó thiết lập tới hàng xóm của nó. Link ID
được truyền như một phần của CID trong generic MAC header trong bản tin unicast
MAC PDU format và MAC header
MAC PDU được miêu tả nhu hình sau:
Hình 3.7 Định dạng MAC PDU
Mỗi một PDU được bắt đầu bằng một tiếp đầu MAC chung có chiều dài cố định, sau
phần tiếp đầu là các payload của MAC PDU. Các payload có thể gồm các Subheader,
MAC SDU và thông tin của payload có thể thay đổi vì vậy MAC PDU cũng có thể thay
đổi tương ứng. Một MAC PDU có thể bao gồm cả CRC, sự bổ sung CRC là bắt buộc
đối với SCa, OFDM, OFDMA PHY layer.
Chuẩn 802.16 d định nghía ra 2 dạng MAC header. Đầu tiên là MAC header chung
được bắt đầu tại môi MAC PDU bao gồm các bản tin quản lý hoặc dữ liệu CS. Dạng
thứ hai là bandwidth request header được sử dụng để yêu cầu thêm băng thông. Trường
HT (Header Type)_1bit nằm trong MAC header sẽ biểu diễn là MAC header này thuộc
loại nào.
+ HT=0 generic MAC header
+ HT=1 bandwidth request header
Hình sau miêu tả cấu trúc của generic MAC header:
25