Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Tổng quan về công nghệ WinMax
WiMAX Overview&Technology1 Mục lục1 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 ảnh3 Hình 1.1 Mô hình mạng WiMAX cố định 9Hình 3.2 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền TDD .14Hình 3.3 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền FDD .15Hình 3.4 Cấu trúc khung WiMAX OFDM .18Hình 3.5 Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng 19Hình 3.6 Mô hình lớp PHY và MAC 22Hình 3.7 Định dạng MAC PDU .25Hình 3.8 Generic MAC header format 26Hình 3.9 Bandwidth request header 27Hình 3.10 MAC management messages format 28Hình 3.11 Ghép MAC PDU 28Hình 3.12 MAC PDU encryption .29Hình 3.13 Mô hình lớp con bảo mật .31Hình 3.14 Giao thức chứng thực .34Hình 4.15 Điều chế QPSK 36Hình 4.16 Bộ biến đổi nối tiếp song song .37Hình 4.17 Tổ hợp bit điều chế QPSK .37Hình 4.18 Sơ đồ khối điều chế QPSK 38Hình 4.19 Sơ đồ khối phương pháp điều chế M_QAM 39Hình 4.20 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao .40Hình 4.21 Cấu trúc của một ký hiệu OFDM .41Hình 4.22 Tiền tố vòng CP và hiện tượng đa đường 43Hình 4.23 Hai chế độ song công TDD và FDD 44Hình 4.24 Cấu trúc sóng mang con OFDMA 46Hình 4.25 Kênh con hóa trong OFDMA .46Hình 4.26 Sự tạo kênh trong mô hình FUSH 474 Hình 4.27 Cluster trong mô hình DL PUSH .48 Hình 4.28 Tile trong mô hình UL PUSH .48Hình 4.29 Mô hình AMC 49Hình 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 51Hình 4.32 Điều chế thích nghi và mã hóa dựa trên khoảng cách với BS53Hình 4.33 Mô hình giao thức ARQ dừng và đợi .56Hình 4.34 Mô hình giao thức ARQ lùi N 57Hình 4.35 Giao thức ARQ lùi N với gói tin bị lỗi .57Hình 4.36 Giao thức ARQ lùi N với ACK bị lỗi 58Hình 4.37 Cơ chế yêu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra 60Hình 4.38 Hỗ trợ QoS WiMAX di động .62Hình 4.39 Chuyển giao cứng HHO .65Hình 4.40 Chuyển trạm gốc nhanh ( FBSS ) 66Hình 4.41 Chuyển giao phân tập MDHO .67Mục lục bảng biểuBảng 3.1 Thông số định dạng của DLFP 16Bảng 3.2 Một số bản tin sử dụng kết nối cơ sở .23Bảng 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 33Bảng 3.5 Bảng so sánh chuẩn 802.16d và 802.16e .35Bảng 4.6 Các tham số tỉ lệ OFDMA .52Bảng 4.7 Tốc độ dữ liệu PHY trong WiMAX di động .54Bảng 4.8 Các dịch vụ WiMAX và QoS .635 6 1 Tổng quan về WiMAX1.1Giới thiệu chung về WiMAXWimax , 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 WiMAXTrên 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 WiMAXTiêu 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 địnhTiêu 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 PSTN1.3.2Mô hình ứng dụng WiMAX di độngMô 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 WiMAX2.1Chuẩn 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 [...]... 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... 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... 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... 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... 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... 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...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... 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,... 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... 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 . QoS...............................................635 6 1 Tổng quan về WiMAX1.1Giới thiệu chung về WiMAXWimax , tên viết tắt của Worldwide Interoperability. 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
