Tài liệu 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...........................................................................12 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 .............................................................................................................13 3.1 Cấu trúc khung lớp PHY................................................................................13 3.1.1 Cơ chế điều khiển.............................................................................................21 3.2 Lớp MAC.......................................................................................................23 3.2.1 Service-specific convergence sublayer.............................................................24 3.2.2 MAC common path sublayer_lớp con phần chung..........................................24 3.2.3 Lớp con bảo mật...............................................................................................31 3.3 So sánh và các phương thức nâng cấp từ chuẩn 802.16d và 802.16e............36 3.3.1 So sánh.............................................................................................................36 3.3.2 Các phương thức nâng cấp...............................................................................36 4 Các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX.......................................37 4.1 Kỹ thuật điều chế số.......................................................................................37 4.1.1 Kỹ thuật điều chế pha QPSK............................................................................37 4.1.2 Kỹ thuật điều chế biên độ cầu phương QAM...................................................39 2 4.2 Kỹ thuật điều chế OFDM...............................................................................40 4.3 Kỹ thuật song công.........................................................................................44 4.4 Kỹ thuật đa truy nhập.....................................................................................46 4.4.1 TDMA.............................................................................................................. 46 4.4.2 OFDMA...........................................................................................................46 4.4.3 Scalable OFDMA (SOFDMA).........................................................................52 4.5 Điều chế thích nghi và mã hóa AMC ........................................................53 4.6 Cơ chế yếu cầu truyền lại tự động ARQ ..................................................55 4.6.1 Kiểu ARQ dừng và đợi ...................................................................................56 4.6.2 Kiểu ARQ lùi N..............................................................................................57 4.6.3 Kiểu ARQ chọn lọc.........................................................................................60 4.6.4 Hybrid ARQ.....................................................................................................60 4.7 Phản hồi kênh nhanh CIQCH.........................................................................61 4.8 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS.......................................................................62 4.9 Dịch vụ lập lịch MAC....................................................................................64 4.10 Chuyển giao trong WiMAX di động............................................................66 4.11 Quản lý sự di động và công suất tiêu thụ.....................................................69 3 Mục lục hình ảnh Hình 1.1 Mô hình mạng WiMAX cố định.............................................9 Hình 3.2 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền TDD.....................15 Hình 3.3 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền FDD.....................16 Hình 3.4 Cấu trúc khung WiMAX OFDM..........................................19 Hình 3.5 Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng...................20 Hình 3.6 Mô hình lớp PHY và MAC...................................................23 Hình 3.7 Định dạng MAC PDU..........................................................26 Hình 3.8 Generic MAC header format................................................27 Hình 3.9 Bandwidth request header.....................................................28 Hình 3.10 MAC management messages format..................................29 Hình 3.11 Ghép MAC PDU.................................................................29 Hình 3.12 MAC PDU encryption........................................................30 Hình 3.13 Mô hình lớp con bảo mật....................................................32 Hình 3.14 Giao thức chứng thực..........................................................35 Hình 4.15 Điều chế QPSK...................................................................37 Hình 4.16 Bộ biến đổi nối tiếp song song............................................38 Hình 4.17 Tổ hợp bit điều chế QPSK..................................................38 Hình 4.18 Sơ đồ khối điều chế QPSK.................................................39 Hình 4.19 Sơ đồ khối phương pháp điều chế M_QAM.......................40 Hình 4.20 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao...........................41 Hình 4.21 Cấu trúc của một ký hiệu OFDM........................................42 Hình 4.22 Tiền tố vòng CP và hiện tượng đa đường .........................44 Hình 4.23 Hai chế độ song công TDD và FDD...................................45 Hình 4.24 Cấu trúc sóng mang con OFDMA......................................47 Hình 4.25 Kênh con hóa trong OFDMA.............................................48 4 Hình 4.26 Sự tạo kênh trong mô hình FUSH......................................48 Hình 4.27 Cluster trong mô hình DL PUSH........................................49 Hình 4.28 Tile trong mô hình UL PUSH............................................49 Hình 4.29 Mô hình AMC.....................................................................50 Hình 4.30 Nhóm các sóng mang con cho mỗi người dùng khác nhau 51 Hình 4.31 Cấu trúc khung công nghệ đa truy nhâp OFDMA..........52 Hình 4.32 Điều chế thích nghi và mã hóa dựa trên khoảng cách với BS54 Hình 4.33 Mô hình giao thức ARQ dừng và đợi.................................57 Hình 4.34 Mô hình giao thức ARQ lùi N............................................58 Hình 4.35 Giao thức ARQ lùi N với gói tin bị lỗi...............................58 Hình 4.36 Giao thức ARQ lùi N với ACK bị lỗi.................................59 Hình 4.37 Cơ chế yêu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra...................................61 Hình 4.38 Hỗ trợ QoS WiMAX di động.............................................63 Hình 4.39 Chuyển giao cứng HHO.....................................................66 Hình 4.40 Chuyển trạm gốc nhanh ( FBSS ).......................................67 Hình 4.41 Chuyển giao phân tập MDHO............................................68 Mục lục bảng biểu Bảng 3.1 Thông số định dạng của DLFP.............................................17 Bảng 3.2 Một số bản tin sử dụng kết nối cơ sở...................................24 Bảng 3.3 Một số bản tin sử dụng kết nối quản lý sơ cấp.....................25 Bảng 3.4 Nội dung khóa chứng thực AK trong PMK version 2.........34 Bảng 3.5 Bảng so sánh chuẩn 802.16d và 802.16e..............................36 Bảng 4.6 Các tham số tỉ lệ OFDMA....................................................53 Bảng 4.7 Tốc độ dữ liệu PHY trong WiMAX di động........................55 Bảng 4.8 Các dịch vụ WiMAX và QoS..............................................64 5 6 1 Tổng quan về WiMAX 1.1 Giới 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. 1.2 Sự 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 7 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 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 8 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. 1.3 Hai 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. 1.3.1 Mô 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 9 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 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 1.3.2 Mô 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 2.1 Chuẩn 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 10 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) 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. 2.2 Chuẩn 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. 11 2.3 Chuẩn 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. 2.4 Chuẩn 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 802.16REVd. 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. 2.5 Chuẩn 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. 12 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: + 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. 3.1 Cấu 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 13 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 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 14 Hình 3.2 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền TDD 15 Hình 3.3 Cấu trúc khung OFDM dành cho truyền FDD Sau đây là các thông số định dạng của DLFP: 16 Cú pháp DL_frame_prefix_format(){ Base_station_ID Kích thước Note 4 bits Frame_number Configuration_change_coun t Reserved For (n=0;n<4;n++){ DL_frame_prefix_IE(){ Rate_ID/DIUC 4 bits 4 bíts 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 4 LBS 4 LBS của giá trị change count Sẽ được thiết lập về 0 4 bits 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 Length 11 bits Nếu bit này bằng 1 thì preamble sẽ nằm trước burst Số OFDM symbol trong burst } else { Start time } } } HSC } 12 bits 8 bits Bảng 3.1 Thông số định dạng của DLFP 8 bits Header Check Sequence sử dụng để phát hiện lỗi trong DL Frame Prefix. Đa thức sinh là g ( D) = D 8 + D 2 + D +1 . Bên truyền sẽ mang tất cả các byte trong DLFP 17 ngoại trừ thông tin được lưu cho HCS và chia chúng cho hàm g (x ) và sử dụng số dư như là một mã HCS. Tại bên nhận, phép chia DLFP cho g ( x) 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. - UL ACK : Kênh UL ACK cung cấp cho trạm di động MS để phản hồi thông tin báo nhận DL HARQ. 18 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 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 19 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 thành việc trao đổi với BS sẽ truyền dữ liệu tới MS đồng thời trong burst dữ liệu đầu tiên của mỗi ký hiệu. 20