Tài liệu Cấu trúc khung mac trong các chế độ hoạt động của wimax

EBOOKBKMT.COM Mục lục MỤC LỤC Mục lục.......................................................................................................................... I Danh mục hình vẽ.......................................................................................................IV Danh mục bảng...........................................................................................................VI Thuật ngữ viết tắt.......................................................................................................VII Lời mở đầu.................................................................................................................... 1 Chương 1: Tổng quan về WiMAX................................................................................3 1.1 Giới thiệu về WiMAX.....................................................................................3 1.2 Các chuẩn WiMAX.........................................................................................5 1.2.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001.......................................................................5 1.2.2 Các chuẩn bổ sung của WiMAX...............................................................7 1.3 Phân loại........................................................................................................10 1.4 Đặc điểm chung của WiMAX........................................................................11 1.5 Hệ thống WiMAX.........................................................................................12 1.5.1 Mô hình hệ thống....................................................................................12 1.5.2 Cấu hình mạng........................................................................................16 1.6 Một số kĩ thuật sử dụng trong WiMAX.........................................................18 1.6.1 Kĩ thuật OFDM.......................................................................................18 1.6.2 Chuỗi bảo vệ...........................................................................................20 1.6.3 Kĩ thuật song công..................................................................................22 1.6.4 Kĩ thuật OFDMA....................................................................................23 1.6.5 Điều khiển công suất...............................................................................24 1.6.6 Điều chế thích nghi.................................................................................25 1.7 Ưu nhược điểm của WiMAX.........................................................................26 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 I EBOOKBKMT.COM Mục lục 1.7.1 Ưu điểm..................................................................................................26 1.7.2 Nhược điểm.............................................................................................28 1.8 Các ứng dụng của WiMAX...........................................................................29 1.9 Kết luận chương.............................................................................................30 Chương 2: Mô hình phân lớp của WiMAX.................................................................32 2.1 Mô hình phân lớp...........................................................................................32 2.2 Lớp MAC......................................................................................................33 2.2.1 Lớp con hội tụ (MAC CS).......................................................................34 2.2.2 Lớp con phần chung MAC (MAC CPS).................................................35 2.2.3 Lớp con bảo mật (MAC PS)....................................................................41 2.2.4 MAC PDU..............................................................................................44 2.3 Lớp vật lí.......................................................................................................52 2.4 Kết luận chương.............................................................................................54 Chương 3: Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX...............55 3.1 Cấu trúc khung TDD......................................................................................55 3.1.1 Cấu trúc OFDM symbol..........................................................................55 3.1.2 Cấu trúc khung TDD...............................................................................56 3.2 Cấu hình trúc khung trong chế độ PMP.........................................................59 3.2.1 Chế độ PMP............................................................................................59 3.2.2 Cấu trúc khung MAC..............................................................................60 3.3 Cấu trúc khung trong chế độ Mesh................................................................64 3.3.1 Cấu hình lưới Mesh.................................................................................64 3.3.2 Cấu trúc và hoạt động của khung MAC..................................................66 3.4 Cấu trúc khung trong chế độ Multihop..........................................................73 3.4.1 Cấu hình chuyển tiếp Multihop Relay.....................................................73 3.4.2 Cấu trúc khung MAC và hoạt động.........................................................74 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 II EBOOKBKMT.COM 3.5 Mục lục Kết luận chương.............................................................................................79 Kết luận chung............................................................................................................80 Tài liệu tham khảo.......................................................................................................81 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 III Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sự phát triển của lớp vật l IEEE 802.16...........................................................7 Hình 1.2. Mô hình hệ thống WiMAX..............................................................................13 Hình 1.3. Kết nối tới một trạm gốc...................................................................................14 Hình 1.4. Kết nối tới thiết b thu......................................................................................15 Hình 1.5. Cấu hình điểmđđa điểm....................................................................................17 Hình 1.6. Cấu hình lưới....................................................................................................17 Hình 1.7. Cấu hình chuyển tiếp multihop.........................................................................18 Hình 1.8. Kĩ thuật ghpp kênnh phân chia theo tần số trực giao..........................................19 Hình 1.9. So sánh giữa FDM và OFDM...........................................................................20 Hình 1.10. Chuỗi bảo vệ...................................................................................................21 Hình 1.11. ISI và cyclic preii1.........................................................................................22 Hình 1.12. TDD và FDD..................................................................................................23 Hình 1.13. Sự khác nhau giữa OFDM và OFDMA..........................................................24 Hình 1.14. Các phương pháp điều chế trong WiMAX IEEE 802.16................................26 Hình 2.1. Mô hình phân lớp WiMAX..............................................................................33 Hình 2.2. Luồng dữ liệu qua mỗi lớp...............................................................................34 Hình 2.3. Quy trình bảo mật trong WiMAX....................................................................42 Hình 2.4. Đ nh dạng MAC PDU......................................................................................44 Hình 2.5. Đ nh dạng của tiênu đề MAC PDU chung.........................................................45 Hình 2.6. Đ nh dạng tiênu đề yênu cầu dải thông................................................................47 Hình 2.7. Ghpp nối các MAC PDU..................................................................................49 Hình 2.8. Phân đoạn thành các MAC PDU......................................................................50 Hình 2.9. Đónng góni các SDU kích thước cố đ nh.............................................................51 Hình 2.10. Đónng góni các SDU kích thước thay đổi..........................................................52 Hình 3.1. Cấu trúc symbol OFDM trong miền thời gian..................................................55 Hình 3.2. Cấu trúc symbol OFDM trog miền tần số.........................................................56 Hình 3.3. Miênu tả OFDM symbol trong miền tần số và thời gian....................................56 Hình 3.4. Cấu trúc khung TDD........................................................................................58 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 IV Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ Hình 3.5. Chế độ PMP.....................................................................................................60 Hình 3.6. Cấu trúc khung MAC với TDD trong chế độ PMP..........................................61 Hình 3.7. Hoạt động lớp MAC trong chế độ PMP...........................................................63 Hình 3.8. Chế độ Mesh....................................................................................................65 Hình 3.9. Khung MAC trong chế độ Mesh......................................................................67 Hình 3.10. Cấu trúc khung MAC trong WiMAX mesh mode..........................................68 Hình 3.11. Cấu trúc2 bản tin cấu hình..............................................................................69 Hình 3.12. Cấu trúc 3 bản tin điều khiển lập l ch.............................................................69 Hình 3.13. Lập l ch tập trung...........................................................................................70 Hình 3.14.Thuật toán bầu chọn lưới để truyền trong khe thời gian hiện tại.....................71 Hình 3.15. Cấu hình Multihop relay.................................................................................74 Hình 3.16. Cấu trúc khung MAC chuyển tiếp Multihop trong chế độ Transparent..........75 Hình 3.17. Chức năng cụ thể các vnng trong khung MAC...............................................77 Hình 3.18. Cấu trúc khung MAC trong chế độ Nontransparent.......................................78 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 V Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Công nghệ WiMAX di động và các công nghệ cạnh tranh................................4 Bảng 1.2. So sánh chuẩn 802.16, 16a, 16e.........................................................................9 Bảng 1.3. nng dụng của WiMAX....................................................................................29 Bảng 2.1. Các trường tiênu đề MAC chung.......................................................................45 Bảng 2.2. Các trường tiênu đề MAC yênu cầu dải thông.....................................................47 Bảng 2.3. So sánh các giao diện vật lí..............................................................................53 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 VI Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AES AK AP ARQ ATM BE BER BS BSC BTS BWA CDMA CID CP CPE CRC CSMA/CA CTS DCD DES DHCP DL DSL DSLAM ETSI FCH FDD FFT GI GMH GPC Tên tiếng Anh Advanced Encryption Standard Authentication Key Access Point Automatic Repeat Request Asynchronous Transier Mode Best Eiiort Bit Error Rates Base Station Base Station Control Base Transceiver Station Broadband Wireless Access Wideband Code Division Multiple Access Connection Identiiier Cyclic Preii1 Customer Premises Equipment Cyclic Redundancy Check Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect Clear To Send Downlink Channel Description Data Encryption Standard Dynamic Host Coniiguration Protocol Downlink Digital Subscriber Line Digital Subscriber Line Access Multiple1er European Therapy Studies Institute Frame Control Header Frequency Division Duple1ing Fast Fourier Transiormer Guard Interval General MAC Header Grant per Connnection SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 Nghĩa Chuẩn mã hóna tiênn tiến Khóna nhận thực Điểm truy nhập Yênu cầu tự động phát lại Chế độ truyền tải đồng bộ Nỗ lực tối đa Tỉ lệ lỗi bít Trạm gốc Điều khiển trạm gốc Trạm thu phát di động Truy cập vô tuyến băng rộng Đa truy nhập phân chia theo mã Đ nh danh kết nối Tiền tố vòng Thiết b đầu cuối người dnng Kiểm tra lỗi vòng dư Đa truy nhập cảm nhận sónng mang cón phát hiện 1ung đột Xóna để gửi Mô tả kênnh đường 1uống Chuẩn mã hóna dữ liệu Giao thức cấu hình trạm động Đường lênn Đường thuên bao số Ghpp truy nhập đường thuên bao số Viện tiênu chuẩn viễn thông châu Âu Tiênu đề điều khiển khung Ghpp kênnh phân chia theo tần số Biến đổi Fourier nhanh Chuỗi bảo vệ Tiênu đề MAC chung Cấp phát trênn mỗi kết nối VII Đồ án tốt nghiệp Đại học GPSS HTTP IEEE ISI LOS LTE MAC MBWA MS NLOS NMS OFDM OFDMA PDU PHS PHY PKM QoS RS RSA Grant per SubScrible HyperTe1t Transier Protocol Institute oi Electrical and Electronics Engineers Intersymbol Interierence Line oi Sight Long Term Evolution Mandatory Access Control Mobile Broadband Wireless Cấp phát trênn mỗi trạm thuên bao Giao thức truyền tải siênu văn bản Viện các kỹ sư Điện và Điện tử Nhiễu 1uyênn kí hiệu Tầm nhìn thẳng Tiến hóna dài hạn Điều khiển truy nhập bắt buộc Truy cập không dây di động băng Access Mobile Station Non line oi sight Network Management Symtem Orthogonal Frequency Division rộng Trạm di động Tầm nhìn không thẳng Hệ thống quản lí mạng Ghpp kênnh phân chia theo tần số Multiple1ing Orthogonal Frequency Division trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số Multiple1ing Access Protocol Data Unit Payload Header Suppression Physical Privacy and Key Management trực giao Đơn v dữ liệu giao thức Npn tiênu đề tải trọng Lớp vật lí Protocol Quality oi Service Relay Station Ron Rivest, Adi Shamir và Len RTG Adleman Receive Transition Gap rtPS Realđtime Polling Service RTS SAP SDU SFID SNR Request To Send Service Access Point Sevice Data Unit Service Flow Identiiier Signal to Noise Ratio Scalable Orthogonal Frequency SOFDMA Thuật ngữ viết tắt SS Division Multiple1ing Access Subscriber Station TDD Time Division Duple1ing TDMA Time Division Multiple Access SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 Giao thức quản lí khóna và bảo mật Chất lượng d ch vụ Trạm chuyển tiếp Thuật toán mã hóna RSA (chữ cái đầu tênn 3 nhà khoa học) Khoảng thời gian nhận đtruyền D ch vụ kiểm soát vòng thời gian thực Yênu cầu để gửi Điểm truy nhập d ch vụ Đơn v dữ liệu d ch vụ đ nh danh luồng d ch vụ Tỉ số tín hiệu trênn nhiễu Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao mở rộng Trạm thuên bao Ghpp kênnh phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia thời gian VIII Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt TEK Traiiic Encryption Key TFTP Trivial File Transier Protocol TTG UCD UGS UL Transmit Transition Gap Uplink Channel Description Unsolicited Grant Service Uplink Universal Mobile thường Khoảng thời gian truyền đ nhận Mô tả kênnh đường lênn D ch vụ cấp phát tự nguyện Đường 1uống Hệ thống viễn thông di động toàn Telecommunication System Virtual LAN Voice over Internet Protocol Worldwide Interoperability oi cầu Mạng LAN ảo Giao thức thoại qua Internet Khả năng tương tác toàn cầu với Microwave Access Wireless Local Area Network truy nhập vi ba Mạng LAN không dây UMTS VLAN VoIP WiMAX WLAN SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 Khóna mã hóna lưu lượng Giao thức truyền tải iile tầm IX Đồ án tốt nghiệp Đại học Nhận 1pt NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM (Của giáo viên hướng dẫn) Những năm gần đây, mạng vô tuyến phát triển bnng nổ nhằm phục vụ những nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng. Nằm trong 1u thế đón mạng WiMAX ra đời nhằm mục đích cung cấp d ch vụ đa dạng không dây tốc độ cao cho người sử dụng mọi lúc mọi nơi. WiMAX hoạt động mềm dẻo với các chế độ khác nhau như cấu hình điểm – đa điểm, cấu hình lưới và cấu hình chuyển tiếp. Đồ án “Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX” của sinh viênn Nguyễn Huy Quang lớp D08VT tập trung tìm hiểu các trường trong cấu trúc khung MAC tại ba chế độ hoạt động khác nhau của WiMAX. Nội dung của đồ án được trình bày mạch lạc theo kết cấu sau:  Tổng quan về WiMAX  Mô hình phân lớp của WiMAX  Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX Trong quá trình thực hiền đồ án, sinh viênn Nguyễn Huy Quang đã thể hiện tính độc lập, chủ động nghiênn cứu hoàn thành đồ án cũng như tích cực trao đổi với giáo viênn hướng dẫn về những nội dung còn vướng mắc. Dựa vào nội dung hoàn thành của đồ án và thái độ thực nghiênm túc làm đồ án của sinh viênn đề ngh hội đồng chấm đồ án thông qua. Điểm: ……..(Bằng chữ: ………….) Ngày 10 tháng 12 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn ThS. Lê Tùng Hoa SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 X Đồ án tốt nghiệp Đại học Nhận 1pt NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM (Của Người phản biện) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………….. Điểm: ……..(Bằng chữ: ………….) Ngày ... tháng ... năm 2012 CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (ký, họ tên) SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 XI Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ viễn thông ngày nay đang cón sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là các công nghệ không dây băng rộng tốc độ cao. WiMAX đ chuẩn mạng không dây diện rộng (WMAN) hứa hẹn một tương lai tươi sáng cho các d ch vụ dữ liệu không dây trong phạm vi rộng và thúc đẩy 1u hướng hội tụ các d ch vụ thoại di động và cố đ nh truyền thống với các d ch vụ dữ liệu di động hay cố đ nh băng thông rộng. WiMAX với những công nghệ đặc tính vượt trội là một giải pháp tích cực cón thể giải quyết các vấn đề đa truy nhập về mặt chi phí lắp đặt, khoảng cách phủ sónng, tốc độ đường truyền, đồng thời thu hút được sự tham gia hợp tác của các tập đoàn điện tử lớn trong việc sản 1uất thúc đẩy sự hoàn thiện của công nghệ mới này. WiMAX không chỉ đa dạng về d ch vụ hỗ trợ mà còn hỗ trợ nhiều cấu hình hoạt động khác nhau. Nếu như chế độ điểmđđa điểm b giới hạn về khoảng cách truyền dẫn thì chế độ lưới của WiMAX được đưa ra nhằm hỗ trợ các đầu cuối di động không nhất thiết phải nằm trong vnng phủ sónng của trạm gốc. Trong chế độ lưới các đầu cuối di động tham gia vào quá trình “kết nối trung gian” dẫn đến việc cấu trúc khung MAC cần cón sự thay đổi giữa các chế độ hoạt động. Tuy nhiênn lại đặt ra vấn đề về tính tương thích giữa các đầu cuối di động khi hoạt động chuyển giao giữa các chế độ khác nhau. Chế độ chuyển tiếp ra đời nhằm nâng cao hiệu quả của chế độ điểmđđa điểm bằng việc thênm vào hệ thống các trạm chuyển tiếp. Trênn quan điểm đón, đề tài tốt nghiệp của em với tiênu đề: “Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX” được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về WiMAX, đồng thời sẽ tìm hiểu mô hình phân lớp cũng như cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của cô giáo ThS. Lê Tùng Hoa, dựa trênn kiến thức và tài liệu tham khảo, phần nội dung của đồ án được chia thành 3 chương chính:  Chương 1: Tổng quan về WiMAX SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu Giới thiệu tổng về công nghệ WiMAX, các chuẩn và đặc điểm trong công nghệ này, cùng với một số kĩ thuật được sử dụng trong WiMAX.  Chương 2: Mô hình phân lớp của WiMAX Chương này trình bày cụ thể về mô hình phân lớp WiMAX, cấu trúc và chức năng của từng lớp cụ thể. Cùng với đó là cấu trúc khung luồng dữ liệu qua mỗi lớp, các quá trình phát triển giao diện vật lí của WiMAX.  Chương 3: Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX Trình bày cấu trúc khung TDD tổng quát, nói rõ hơn về ba chế độ hoạt động điểm – đa điểm, lưới và chuyển tiếp multihop, cơ chế hỗ trợ trong từng cấu hình và cấu trúc khung TDD trong từng chế độ hoạt động. Cuối cnng, em 1in cảm ơn các thầy trong bộ môn viễn thông đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để em cón thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình. Em 1in gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo Th.S Lê Tùng Hoa đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, gónp và hỗ trợ em trong thời gian qua. Hà Nội, ngày 1 tháng 12 năm 2012 Sinh viênn thực hiện Nguyễn Huy Quang SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wima1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ WIMAX Chương 1 giới thiệu chung nhất về công nghệ, hệ thống WiMAX, các chuẩn và đặc điểm trong công nghệ này. Cnng với đón là các kĩ thuật phổ biến được sử dụng trong WiMAX và các ưu nhược điểm cũng như các mô hình ứng dụng hiện nay. 1.1 Giới thiệu về WiMAX WiMAX (viết tắt của Worldwide Interoperability oi Microwave Access) là một kỹ thuật viễn thông cung cấp việc truyền dẫn không dây ở khoảng cách lớn bằng nhiều cách khác nhau, từ kiểu kết nối điểm đ điểm cho tới kiểu truy nhập tế bào với tốc độ khá lớn, được nghiênn cứu và phát triển dựa trênn các tiênu chuẩn của IEEE 802.16, còn được gọi là WirelessMan tức mạng không dây đô th . WiMAX cho phpp người dnng cón thể duyệt Internet trênn máy laptop mà không cần kết nối vật l bằng cổng Ethernet tới router hoặc switch. Tênn WiMAX do WiMAX Forum tạo ra, bắt đầu từ tháng 6 năm 2001 đề 1ướng việc 1ây dựng một tiênu chuẩn cho phpp kết nối giữa các hệ thống khác nhau. Diễn đàn này cũng miênu tả WiMAX là “tiênu chuẩn dựa trênn kĩ thuật cho phpp truyền dữ liệu không dây băng thông rộng giống như với cáp và DSL.” Diễn đàn WiMAX là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết b và cấu kiện truyền thông hàng đầu. Mục tiênu của Diễn đàn WiMAX là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết b truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI (Viện tiênu chuẩn viễn thông châu Âu). Diễn đàn WiMAX được thành lập để dỡ bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA (Broadband Wireless Access), vì riênng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi một công nghệ. Theo mục tiênu này, diễn đàn đã hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản l để đảm bảo các hệ thống được diễn đàn phên chuẩn đáp ứng các yênu cầu của khách hàng và của các chính phủ. Hiện nay mạng băng rộng đang được tiếp tục nghiênn cứu và phát triển rất nhanh nênn luôn tồn tại các công nghệ cạnh tranh. Các công nghệ cạnh tranh của SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wima1 WiMAX cón thể kể đến như LTE hay như truy nhập không dây băng rộng. Cụ thể các công nghệ cạnh tranh cnng giao diện vô tuyến được thể hiện ở bảng dưới. Bảng 1.1. Công nghệ WiMAX di động và các công nghệ cạnh tranh Công nghệ Giao diện vô tuyến Tốc độ dữ liệu (Mbps) Độ rộng kênnh Downlink Uplink WiMAX OFDM,OFDMA 75 75 20đMHz UMTSđTDD TDđCDMA 16 16 5đMHz 3GPP LTE OFDM,OFDMA 100 100 20đMHz CDMA2000/EVDO FDđCDMA 3.1 1.8 OFDMA 275 75 3GPP ultra mobile broadband N × 1.25đMHz, N≤4 20đMHz Như thể hiện trong bảng 1.1 WiMAX di động cón một số công nghệ cạnh tranh, đối thủ chính là các công nghệ mạng di động tế bào 3G đang được tiếp tục phát triển và tiến hóna để cung cấp tốc độ băng thông lớn. So với mạng WiMAX, các mạng tế bào 3G rõ ràng cón lợi thế của việc cón sẵn cơ sở hạ tầng cón thể nâng cấp để cung cấp truy cập không dây băng rộng với chi phí được giảm thiểu. Do đón khi một người dnng di chuyển ra khỏi vnng phủ sónng của các thiết b được nâng cấp, họ cón thể trở lại hệ thống hiện cón chưa được nâng câp trong một môi trường di động đầy đủ. Điều này cón lợi thế hơn hẳn một mạng phải triển khai mới hoàn toàn như WiMAX. Hiện tại cón hai công nghệ 3G chính, UMTS (Hệ thống viễn thông di động toàn cầu) và CDMA2000. Đối với UMTS, UMTSđTDD, hiện đang đề 1uất sử dụng TDđ CDMA là giao diện vô tuyến, nhằm mục đích cung cấp một tốc độ dữ liệu 16Mbps cả đường 1uống và đường lênn trênn một kênnh băng thông 5 MHz. Hơn nữa UMTS sẽ chuyển lênn 4G theo đường của 3GPP LTE, với giao diện vô tuyến OFDMA và OFDM cón thể được sử dụng để cung cấp tốc độ dữ liệu 100Mbps cho luồng lênn và luồng 1uống tương ứng, trênn một kênnh băng thông 20 MHz. Đối với CDMA2000, EVDO SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wima1 hiện đã được đề 1uất sử dụng FDđCDMA là giao diện vô tuyến để cung cấp tốc độ dữ liệu 3.1 và 1.8 Mbps tương ứng cho đường 1uống và đường lênn trênn một kênnh băng thông 5 MHz. Tương tự như UMTS, CDMA2000 cũng sẽ chuyển lênn 4G. Con đường lênn 4G của CDMA2000 cũng sẽ theo 3GPP2 siênu di động băng rộng, cón thể sử dụng OFDMA như giao diện vô tuyến để cung cấp tốc độ dữ liệu 275 và 75 Mbps cho đường 1uống và đường 1uống tương ứng trênn một kênnh băng thông 20 MHz. Ngoài công nghệ di động 3G và 4G, truy cập không dây di động băng rộng (MBWA), hiện đang được phát triển bởi nhónm làm việc IEEE 802.20 cũng cón thể là một đối thủ đối với Wima1 hiện nay. MBWA cũng tương tự như Wima1 nhằm mục đích cung cấp kết nối không dây tốc độ cao tới người dnng di động ở tốc độ di động cao (120 – 350 km/h). Ở tốc độ cao như vậy MBWA sử dụng OFDMA làm giao diện vô tuyến và sẽ cung cấp tốc độ dữ liệu 1Mbps. MBWA cón thể được thông qua như là một phần của Wima1 trong tương lai. 1.2 Các chuẩn WiMAX 1.3 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 Mục tiênu của tổ chức IEEE khi phát triển tiênu chuẩn 802.16 là 1ây dựng một chuẩn chung để dễ dàng cho sự phát triển và phối hợp giữa các nhà sản 1uất, nhà cung cấp và cả người sử dụng, bênn cạnh đón cũng thúc đẩy quá trình chứng nhận phối hợp hoạt động và tuân thủ cho các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng trênn toàn cầu. Chuẩn IEEE 802.16đ2001 được hoàn thành vào tháng 10 năm 2001 và được công bố vào ngày 8 tháng 4 năm 2002, đ nh nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện vô tuyến WirelessMAN cho các mạng vnng đô th . Hỗ trợ truy nhập không dây băng rộng như một công cụ để liênn kết giữa các tòa nhà hay các cơ quan, doanh nghiệp với nhau và hỗ trợ kết nối ra các mạng viễn thông khác trênn thế giới. Trong đ nh nghĩa chuẩn IEEE 802.16, một mạng vnng đô th không dây sẽ được hình thành dựa trênn các trạm cơ sở trung tâm (BS) phủ sónng rộng khắp. Do hệ thống không dây cón khả năng hướng vào những vnng đ a l rộng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kpm như trong việc triển khai các kết nối cáp nênn sẽ giảm được rất nhiều chi phí trong việc triển khai. SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wima1 Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện vô tuyến dựa trênn một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớp vật l phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ cón liênn quan. Chuẩn hướng vào các tần số từ 10 – 66 GHz, nơi phổ rộng hiện cón sẵn để sử dụng trênn toàn cầu, nhưng tại đón những bước sónng ngắn được 1em như những thách thức trong việc triển khai do khả năng bức 1ạ qua vật cản kpm, nhất là ở nhưng nơi cón nhiều tòa nhà cao tầng như thành phố hay khu đô th làm giảm đáng kể khả năng phủ sónng. Chính vì l do đón đã là tiền đề cho sự ra đời của chuẩn mới. Một thay thế cho tiênu chuẩn IEEE 802.16 đã được phát triển ở châu Âu bởi nhónm mạng truy cập vô tuyến băng thông rộng của Viện tiênu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI). Tiênu chuẩn châu Âu này được gọi là mạng vô tuyến đô th hiệu suất cao (HIPERMAN). ETSI HIPERMAN đ nh nghĩa chỉ một lớp vật l với 256 sónng mang OFDM. Lớp vật l HIPERMAN là một phương thức bắt buộc trong tiênu chuẩn IEEE 802.16 và cón thênm đ nh nghĩa hai lớp vật l khác, sónng mang đơn (SC) và 2048 sónng mang OFDMA. ETSI HIPERMAN đã được hài hòa hóna và bắt đầu trở thành một tập hợp con của tiênu chuẩn IEEE 802.16. Vì vậy các sản phẩm phn hợp với ETSI HIPERMAN cũng phn hợp với WiMAX. Hình 1.1 minh họa sự phát triển của lớp vật l IEEE 802.16. Tiênu chuẩn IEEE 802.16 đầu tiênn được hoàn thành vào tháng 12 năm 2001. Chuẩn này chỉ đ nh nghĩa chế độ điểm đ đa điểm (PMP) cố đ nh với một yênu cầu truyền dẫn tầm nhìn thẳng (LOS) sử dụng sónng mang đơn trong dải tần số từ 10 tới 66GHz. IEEE 802.16 cón thể cung cấp tốc độ lênn tới 134 Mbps nhưng không thể hoạt động trong tầm nhìn b che khuất (NLOS), do sử dụng sónng mang tần số cao. Trong một phiênn bản tiếp theo IEEE 802.16a đã được đ nh nghĩa hoạt động trong một môi trường NLOS trong dải tần số từ 2 tới 11 GHz. Phiênn bản này hoàn thành vào tháng 1 năm 2003 và cón khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu lênn đến 75 Mbs bằng cách sử dụng giao diện vô tuyến OFDM và OFDMA. Sau khi hài hòa với giao diện vô tuyến OFDM của ETSI HIPERMAN và giao diện OFDMA của WiBro, IEEE 802.16d được hoàn tất trong tháng 10 năm 2004 với cả ba giao diện vật l : sónng mang đơn, 256 sónng mang OFDM, và 2048 sónng mang OFDMA. Trong khi IEEE 802.16d dnng cho mạng cố đ nh, những sửa đổi của IEEE 802.16e sau đón được hoàn tất vào tháng 12 năm 2005 để hỗ trợ mạng di động. SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wima1 Trong IEEE 802.16e OFDMA mở rộng đã được giới thiệu để tiếp tục nâng cao hiệu quả quang phổ. Hình 1.1. Sự phát triển của lớp vật lý IEEE 802.16 2. Các chuẩn bổ sung của WiMAX Những hạn chế của chuẩn ban đầu đã là tiền đề cho các chuẩn mới ưu việt hơn ra đời.  Chuẩn 802.16a Chuẩn 802.16a được hoàn thành vào tháng 11đ2002 và được công bố vào tháng 4 năm 2003. Chuẩn này cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2đ11 GHz, bao gồm cả những phổ cấp phpp và không cấp phpp, với khoảng cách kết nối tối đa cón thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểm đđiểm và 7đ10 km trong trường hợp kết nối từ điểm đ đa điểm. Tốc độ truy nhập cón thể đạt tới 70Mbps. Trong khi với dải tần 10đ66 Ghz chuẩn 802.16 đ 2001 phải yênu cầu tầm nhìn thẳng, thì với dải tần 2đ11Ghz chuẩn 802.16a cho phpp kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trênn đường truyền như cây cối, nhà cửa. Chuẩn này sẽ giúp ngành viễn thông cón các giải pháp như cung cấp băng thông theo yênu cầu, với thời gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệ thuên 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 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wima1 phí chấp nhận được, mặc dn các tốc độ dữ liệu là không cao. Tuy nhiênn, các d ch vụ sẽ hướng tới những toà nhà riênng lẻ hay những 1í nghiệp vừa và nhỏ.  Chuẩn 802.16b Chuẩn này hoạt động trênn băng tầng từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng d nh vụ với chất lượng cao, ưu tiênn truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, thời gian thực thông qua những lớp d ch vụ khác nhau. Chuẩn này sau đón đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a.  Chuẩn 802.16c Chuẩn này được đ nh nghĩa thênm các nội dung mới cho dải băng tần từ 10đ 66GHz với mục đích cải tiến ứng dụng.  Chuẩn 802.16d Chuẩn IEEE 802.16 đ 2004 được chính thức phên chuẩn ngày 24 tháng 7 năm 2004 và được công bố rộng rãi vào tháng 9 năm 2004. IEEE 802.16 đ 2004 thường được gọi với tênn 802.16đREVd. Chuẩn này được hình thành dựa trênn sự tích hợp các chuẩn 802.16đ2001, 802.16a, 802.16c. Chuẩn mới này đã được phát triển thành một tập các đặc tả hệ thống cón tênn là IEEE 802.16đREVd, 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 phpp kết nối thực hiện ở các môi trường khác nhau (LOS và NLOS).  Chuẩn 802.16e Chuẩn 802.16e đ 2005 được tổ chức IEEE đưa ra vào tháng 11 năm 2005. Đây là phiênn bản phát triển dựa trênn việc nâng cấp chuẩn 802.16 đ 2004 nhằm hỗ trợ thênm cho các d ch vụ di động. Chuẩn này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple1ing Access), kỹ thuật điều chế đa sónng mang sử dụng kênnh phụ. Băng tần được khuyến cáo dành cho chuẩn là < 6Ghz để phục vụ cho các ứng dụng trong môi trường không trong tầm nhìn thẳng và ứng dụng di động. Tuy tốc độ và khả năng bao phủ không được lớn như chuẩn cố đ nh, nhưng với kênnh băng thông 10 Mhz, nón cũng cón thể đạt tới tốc độ 30 Mbps, với khả SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wima1 năng bao phủ tới 15 km. Một đặc điểm nổi bật của chuẩn này là cón thể ứng dụng trong môi trường di động với tốc độ l thuyết cón thể lênn tới đến 120 km/h.  Chuẩn 802.16m Hiện nay Viện Kĩ thuật Điện và Điện tử (IEEE) đã phên duyệt 802.16m đ chuẩn cho thế hệ tiếp theo của WiMAX vào năm 2011. IEEE 802.16m, còn được gọi là WirelessMANđAdvanced hoặc WiMa1đ2, được phát triển tiếp sau 802.16e đ chuẩn toàn cầu đầu tiênn cho WiMa1 di động. Chuẩn này hướng tới tăng tốc độ truyền của WiMAX lênn 1Gbps bằng cách dnng MIMO và các dãy anten. Ngoài ra WiMAX còn cón một số chuẩn khác như:  802.16iđ2005 đ cơ sở thông tin quản l .  802.16gđ2007 đ các giao thức và d ch vụ quản l .  802.16kđ2007 đ Bridging 802.16  802.16hđ Cơ chế cnng tồn tại giữa các dải tần cấp phpp (license) và tự do (e1empt).  802.16iđ Cơ sở thông tin quản l di động.  802.16jđ Các đặc tính chuyển tiếp Multihop Bảng 1.2 cho chúng ta thấy sự cải tiến các chuẩn để tối ưu hóna về dung lượng cũng như chất lượng của hệ thống. Bảng 1.2. So sánh chuẩn 802.16, 16a, 16e 802.16 802.16a 802.16e 8đ2002 4đ2003 2005 Phổ tần 10đ66 GHz 2đ11 GHz 2đ6 GHz Các điều kiện kênnh LOS NLOS NLOS Ngày hoàn thành Tốc độ bít Điều chế 32đ134 Mbps 70 Mbps ở kênnh 15 Mbps ở kênnh ở kênnh 28MHz 20 MHz 5 MHz QPSK, 256 sónng mang 128đ2048 16QAM, con 64AQM QPSK, 16QAM, OFDMA, SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 OFDM, mang sónng con 9