Đồ án Tìm hiểu kỹ thuật công nghệ WiMAX

QoS riêng. Hình 3.1 thể hiện quá trình phân loại MAC SDU Hình 3.1 Quá trình phân loại MAC SDU 3.1.1.2 Lớp con MAC CPS Sự trao đổi giữa các BS và SS trong một vùng thường có mấy dạng kiến trúc là P2P, PMP và Mesh. - Kiến trúc P2P xảy ra khi chỉ có một BS và một SS, các kết nối xảy ra giữa từng cặp BS, SS. - Kiến trúc PMP là sẽ có một kết nối giữa một BS với nhiều SS khác nhau. So với P2P thì PMP có khả năng phục vụ cao hơn, hiệu suất tốt nhưng phạm vi bao phủ thường hẹp hơn nhiều. Kiến trúc PMP trong triển khai thường được tổ chức thành các vùng (sector) và nó hỗ trợ tốt trong truyền thông multicast. - Kiến trúc Mesh là một kiến trúc mà bao giờ cũng có một đường kiên kết giữa hai điểm bất kì. Mặc dù 802.16- 2004 hỗ trợ cả ba kiểu kiến trúc trên nhưng PMP là kiến trúc được quan tâm nhất. Kiến trúc này có một BS làm trung tâm sẽ cung cấp kết nối cho nhiều SS. Trên đường xuống (downlink), dữ liệu đưa tới SS được hợp kênh theo kiểu TDM. Các SS chia sẻ đường lên theo dạng TDMA. MAC 802.16 theo kiểu hướng kết nối (connection-oriented). Tất cả những dịch vụ bao gồm những dịch vụ không kết nối (connectionless) cố hữu, được ánh xạ tới một kết nối. Điều đó cung cấp một cơ chế cho yêu cầu dải thông, việc kết hợp QoS và các tham số về lưu lượng, vận chuyển và định tuyến dữ liệu đến lớp con quy tụ thích hợp và tất cả các hoạt động khác có liên quan đến điều khoản hợp đồng của dịch vụ. Các kết nối được tham chiếu đến các CID 16-bit (16-bit connection identifier) và có thể yêu cầu liên tiếp dải thông được cấp phát hay dải thông theo yêu cầu. Đánh địa chỉ và kết nối Mỗi SS sẽ có một địa chỉ cứng gọi là địa chỉ MAC 48bit, giống như được định nghĩa trong 802 nói chung. Địa chỉ này là duy nhất cho thiết bị trên toàn thế giới. Nó được sử dụng trong quá trình khởi tạo kết nối. Nó cũng có thể được dùng để chứng thực giữa BS và SS với nhau. Lúc vào mạng, SS được gán ba kết nối quản lý (management connection) cho mỗi hướng (Uplink hoặc Down link). Ba kết nối này phản ánh ba yêu cầu QoS khác nhau được sử dụng cho ba mức quản lý khác nhau giữa BS và SS. Kết nối đầu tiên là kết nối cơ sở (basic connection) được dùng để truyền các thông điệp ngắn, “time - critical MAC” và RLC (radio link control). Kết nối quản lý sơ cấp (primary management connection) được sử dụng để truyền các thông điệp dài hơn, chịu trễ nhiều hơn như những gì được sử dụng để chứng thực và cài đặt kết nối. Kết nối quản lý thứ cấp được sử dụng để truyền các thông điệp quản lý dựa trên cơ sở các chuẩn như DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) và SNMP (Simple Network Management Protocol). Ngoài những kết nối quản lý này, các SS được cấp phát các kết nối vận chuyển (transport connection) cho các dịch vụ đã ký hợp đồng. Những kết nối vận chuyển theo một hướng duy nhất đơn giản hoá các tham số QoS đường lên và đường xuống khác nhau và các tham số lưu lượng. Ngoài ra MAC còn dự trữ các kết nối bổ sung cho những mục đích khác như sự truy nhập lúc khởi đầu trên cơ sở cạnh tranh, sự truyền quảng bá (broadcast) cho đường xuống hoặc sự kiểm tra tuần tự (polling). Định dạng MAC PDU MAC PDU là đơn vị dữ liệu được dùng để trao đổi thông tin giữa các lớp MAC của BS và SS. MAC PDU có hai dạng, dạng thông thường và dạng yêu cầu băng thông. MAC PDU thông thường bắt đầu bởi một tiêu đề có chiều dài cố định. Tiếp theo là tải (payload), tải có độ dài thay đổi, chính vì vậy mà MAC PDU cũng có chiều dài thay đổi. Và cuối cùng là mã CRC. MAC PDU yêu cầu băng thông thì chỉ có phần tiêu đề mà thôi. Hình 3.2 dưới đây mô tả dạng của MAC PDU Hình 3.2 Cấu trúc của MAC PDU Mỗi MAC PDU bao gồm phần tiêu đề có chiều dài cố định. Tiếp theo là tải, tải thông thường bao gồm các tiêu đề con (subheader) và MAC SDU. Tải cũng có thể có độ dài bằng 0 trong trường hợp đó là MAC PDU dùng để yêu cầu băng thông. CRC (Cyclical Redundancy Checking) là mã vòng kiểm soát lỗi cho cả phần header và payload trong MAC PDU tương ứng với nó. CRC chỉ được gắn vào MAC PDU khi đó là MAC PDU thông thường (chứa thông tin quản lý hoặc dữ liệu). Như vậy, MAC PDU yêu cầu băng thông không được bảo vệ bằng CRC. Quá trình xây dựng MAC PDU Trước khi được truyền đi, lớp MAC sẽ phải xây dựng MAC PDU một cách hợp lí và hiệu quả nhất. Quá trình này bao gồm các bước sau: - Quá trình móc nối: Nhiều MAC PDU có thể được kết hợp với nhau vào một phiên truyền ( PDU dữ liệu, PDU yêu cầu băng thông,…). Quá trình này có thể thực hiện ở cả đường lên và đường xuống. - Quá trình phân mảnh: Quá trình này chia một MAC SDU có kích thước lớn thành nhiều MAC PDU có kích thước hợp lí hơn. Quá trình này được sử dụng đối với các dịch vụ mà gói tin có kích thước lớn như voice, video,.. được dùng để khai thác một cách hiệu quả băng thông liên quan đến chất lượng dịch vụ. Nó có thể được thực hiện ở cả đường lên và đường xuống. - Quá trình đóng gói (packing): Quá trình kết hợp nhiều MAC SDU thành một MAC PDU. Các kết nối phải cho phép mang các gói tin có kích thước thay đổi để khai thác được hiệu quả tính năng này. Cả hai quá trình phân mảnh và đóng gói có thể được bắt đầu bởi một BS cho một kết nối đường xuống hoặc một SS cho một kết nối đường lên. Hai quá trình này được cho phép đồng thời để có thể sử dụng dải thông một cách hiệu quả. Yêu cầu dải thông và cấp phát Khi vào mạng, mỗi SS được gán đến 3 CIDs cho các mục đích gửi và nhận những thông điệp điều khiển, 3 cặp kết nối CID này được sử dụng để phân biệt các mức QoS của các kết nối khác nhau. Yêu cầu tăng hoặc giảm băng thông rất cần thiết cho tất cả các dịch vụ ngoại trừ kết nối UGS (dịch vụ cấp phát tự nguyện) có tốc độ bit không đổi. Ngoài ra các kết nối khác có nhu cầu tăng hoặc giảm băng thông phụ thuộc vào lưu lượng truyền. Khi một SS cần yêu cầu băng thông trên một kết nối với dịch vụ lập lịch BE (Best Effort), nó gửi một thông điệp đến BS bao gồm nhu cầu tức thì về kết nối DAMA (DAMA là một dịch vụ cung cấp tài nguyên khi SS phát sinh nhu cầu). QoS cho kết nối đã được tạo lập tại lúc thiết lập kết nối và được tìm kiếm bởi BS. Hỗ trợ PHY và cấu trúc khung MAC IEEE 802.16-2004 hỗ trợ cả TDD lẫn FDD. Sự lựa chọn giữa hai công nghệ song công này có những ảnh hưởng nhất định đến thông số lớp PHY cũng như tác động đến các đặc tả hỗ trợ của MAC. Ở hệ thống FDD, đường lên và đường xuống được đặt ở những tần số riêng biệt, dữ liệu đường xuống có thể được phát "continuous" (liên tục) hoặc theo từng "burst" (không liên tục). Các đường xuống “continuous” có tính đến các kỹ thuật nâng cao hiệu suất như “interleaving” (chèn). Các đường xuống “burst” (FDD hoặc TDD) cho phép sử dụng nhiều kỹ thuật nâng cao khả năng và dung lượng hơn như “burst-profiling” thích ứng mức thuê bao và các hệ thống ăngten cải tiến. MAC xây dựng khung con (subframe) của đường xuống bắt đầu với một đoạn điều khiển khung có chứa các thông điệp DL-MAP và UL-MAP. Chúng chỉ ra những chuyển tiếp PHY trên đường xuống cũng như những định vị dải thông và các “burst-profile” ở đường lên. DL-MAP luôn có thể ứng dụng cho khung hiện thời và luôn có độ dài tối thiểu là hai block FEC. Sự chuyển tiếp PHY đầu tiên được biểu thị trong block FEC đầu tiên cho phép thời gian xử lý thích ứng. Trong cả hai hệ thống TDD và FDD, UL-MAP cung cấp các định vị bắt đầu không muộn hơn khung đường xuống tiếp theo. Tuy vậy, UL-MAP có thể định vị sự khởi đầu khung hiện thời miễn là những thời gian xử lý và những độ trễ toàn phần (round-trip delay) phải được giám sát. Điều khiển kết nối Radio (RLC- Radio Link Control) Công nghệ được cải tiến của PHY 802.16-2004 đòi hỏi RLC nâng cao, đặc biệt khả năng PHY để chuyển tiếp từ một burst-profile tới một burst-profile khác. RLC phải điều khiển khả năng này cũng như các chức năng RLC truyền thống. Uplink Scheduling Services (các dịch vụ lập lịch đường lên) - Mỗi kết nối theo hướng đường lên được ánh xạ đến một scheduling-service. Mỗi scheduling-service liên quan đến một tập các quy tắc dựa trên trình lập lịch BS (BS-scheduler) chịu trách nhiệm cấp phát dung lượng cho đường lên và giao thức cấp phát theo yêu cầu giữa SS và BS. Đặc tả chi tiết các quy tắc và scheduling-service được dùng cho một kết nối đường lên đặc thù được thỏa thuận tại thời gian cài đặt kết nối. Dịch vụ cấp phát tự nguyện UGS (unsolicited grant service) được biến đổi để mang lại các dịch vụ tạo ra những đơn vị cố định dữ liệu theo chu kỳ. Khi được sử dụng với UGS, đầu mục con quản lý cấp phát gồm poll-me bit cũng như slip indicator flag (cờ báo lỗi) cho phép SS báo cáo rằng hàng đợi truyền bị ùn do các yếu tố như mất sự cấp phát hay lệch giờ giữa hệ thống và mạng bên ngoài. Nhờ vào sự phát hiện slip- indicator flag, BS có thể cấp phát dung lượng bổ sung nào đó cho SS, cho phép nó hồi phục trạng thái hàng đợi trung bình. Những kết nối được cấu hình với UGS thì không được phép sử dụng những cơ hội truy nhập ngẫu nhiên cho các yêu cầu. Quá trình khởi tạo và đi vào mạng Hệ thống hỗ trợ những thủ tục cho quá trình đăng kí vào mạng của một SS mới. Thủ tục này bao gồm những pha nhỏ sau: - Sự thu nhận kênh (Channel Acquisition): Giao thức MAC bao gồm một thủ tục khởi tạo được thiết kế để loại trừ nhu cầu cấu hình thủ công. Vào lúc cài đặt, một SS bắt đầu quét danh sách tần số của nó để tìm ra một kênh hoạt động. Nó có thể được chương trình hoá để đăng ký với một BS xác định, tham chiếu đến một broadcast ID BS (có khả năng chương trình hoá). Sau khi quyết định trên kênh nào, SS cố gắng thử đồng bộ hoá sự truyền đường xuống do phát hiện ra các đoạn đầu khung theo chu kỳ (periodic frame preambles). Một khi lớp vật lý được đồng bộ hoá, SS sẽ tìm kiếm những thông báo UCD và DCD quảng bá định kỳ cho phép SS nhận biết sự điều chế và các kế hoạch FEC sử dụng trên sóng mang. - Chứng thực và đăng ký SS: Mỗi SS có chứa một giấy chứng nhận số X.509 được cài đặt từ nhà máy và giấy chứng nhận của nhà sản xuất. Các giấy chứng nhận này thiết lập một liên kết giữa địa chỉ MAC 48-bit của SS và khoá RSA dùng chung, được gửi cho BS từ SS trong những thông báo yêu cầu cấp phép và thông tin chứng thực. Mạng có khả năng xác minh sự giống nhau của SS bởi việc kiểm tra các giấy chứng nhận và sau đó kiểm tra mức cho phép của SS. Nếu SS được cấp phép để tham gia mạng, BS sẽ đáp lại yêu cầu của nó với một Authorization Reply (trả lời cấp phép) có chứa một khoá AK (Authorization Key) được mã hoá với khóa dùng chung của SS và được dùng để bảo vệ những giao dịch sau này. Trong lúc cấp phép thành công, SS sẽ đăng ký với mạng. Điều đó sẽ thiết lập kết nối quản lý thứ cấp của SS và xác định những khả năng có liên quan đến cài đặt kết nối và quá trình hoạt động MAC. Phiên bản IP được sử dụng với kết nối quản lý thứ cấp cũng được xác định trong thời gian đăng ký. - Tạo kết nối IP (tùy chọn): Sau khi đăng ký, SS giành được một địa chỉ IP qua DHCP và thiết lập thời gian trong ngày qua đường ITP (Internet Time Protocol). Server DHCP cũng cung cấp địa chỉ của server TFTP (Trivial File Transfer Protocol), từ đó SS có thể yêu cầu một file cấu hình. File này cung cấp một giao diện chuẩn đưa ra thông tin cấu hình đặc trưng của nhà cung cấp. - Cài đặt kết nối: Nhìn tổng thể, việc cài đặt các luồng dịch vụ trong IEEE 802.16-2004 được khởi tạo bởi BS trong thời gian khởi tạo SS. Tuy vậy, các luồng dịch vụ có thể cũng được thiết lập động bởi BS hoặc SS. Điển hình SS chỉ khởi tạo các luồng dịch vụ nếu có một kết nối được báo hiệu động như một SVC (switched virtual connection) từ một mạng ATM. Sự thiết lập các luồng dịch vụ được thực hiện thông qua một giao thức “three-way handshaking" (bắt tay ba bước) mà tại đó yêu cầu thiết lập luồng dịch vụ được đáp lại và sự đáp lại đó được xác nhận. Chất lượng dịch vụ trong 802.16-2004 Mạng băng rộng là nơi cung cấp rất nhiều loại dịch vụ với các yêu cầu khác nhau. Vì thế mà QoS chính là một vấn đề cơ bản đối với các mạng băng rộng. So với các mạng băng rộng không dây khác, ưu điểm lớn của 802.16 là nó hỗ trợ rất tốt vấn đề QoS. Một loạt các tính năng đảm bảo cơ chế QoS cho các loại dịch vụ khác nhau gồm cả âm thanh, hình ảnh. 802.16 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ quản lí được lưu lượng đối với từng thuê bao, dựa vào các thỏa thuận đã cam kết. Chất lượng dịch vụ trong 802.16 phụ thuộc vào ba yếu tố sau: - Giao thức MAC trong 802.16 hoạt động hướng kết nối (connection- oriented). Mỗi một gói tin trong 802.16 đều được đưa vào một kết nối cụ thể, kết nối này là kết nối ảo, được xác định bởi tham số CID. Việc tạo nên các kết nối ảo này khiến các gói tin được gửi đi một cách hiệu quả và nhanh chóng. Nó giống như các mạch ảo trong ATM. - Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant: Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông của hệ thống, đặc biệt là các hệ thông mà có nhiều thuê bao. Trong cơ chế này, SS yêu cầu lượng băng thông cấp phát từ BS thông qua một số các phương thức khác nhau. BS sẽ cấp phát băng thông bằng cách cấp phát các timeslot tới các SS có yêu cầu. - Phân loại dịch vụ : Giống như mọi hệ thống hỗ trợ tốt QoS khác, việc phân loại dịch vụ cũng là điểm cốt lõi trong việc đảm bảo QoS của hệ thống 802.16. Cơ chế hoạt động chủ yếu là để cung cấp QoS trong 802.16 là đưa các gói tin khác nhau vào các dịch vụ khác nhau, các dịch vụ này được xác định bởi chỉ định bowirCID.802.16 phân loại các luồng dữ liệu với yêu cầu QoS khác nhau vào các kết nối khác nhau. Mỗi kết nối sẽ thuộc một loại dịch vụ, mỗi dịch vụ có các tham số QoS khác nhau. 3.1.1.3 Lớp con bảo mật Khác với các chuẩn không dây băng rộng khác, 802.16- 2004 thiết kế hẳn một lớp con bảo mật, lớp này làm cung cấp các cơ chế điều khiển truy nhập tin cậy, đảm bảo an toàn cho dữ liệu trên đường truyền. 802.16 chống lại việc truy cập trái phép các dịch vụ bằng việc mã hóa các luồng dịch vụ. Nó có các giao thức quản lí khóa tại BS để thực hiện chứng thực và cấp phát các khóa tới SS cần thiết. Trong quá trình thương lượng về bảo mật giữa SS và BS, nếu một SS không cung cấp các cơ chế bảo mật của 802.16-2004 thì các bước chứng thực và cấp phát khóa sẽ được bỏ qua. BS nếu chấp nhận điều đó thì sẽ vẫn cho phép SS được truyền dữ liệu, ngược lại BS sẽ không cho phép. Chỉ có hai loại kết nối được bảo vệ trong 802.16-2004 là các kết nối vận chuyển và kết nối thứ cấp. Các kết nối quản lí, điều khiển khác không cần phải bảo vệ. Trong bảo mật 802.16-2004 có hai loại giao thức chính. - Giao thức làm nhiệm vụ xử lí đóng gói, mã hóa: Giao thức này làm các nhiệm vụ như định nghĩa hệ thống mã hóa, kết hợp giữa mã hóa dữ liệu và chứng thực, xử lí các MAC PDU. - Giao thức quản lí khóa bảo mật PKM (Pryvacy Key Management): cung cấp cơ chế phân phối khóa từ BS đến SS. Thông qua giao thức này, BS và SS có thể đồng bộ khóa với nhau. BS sử dụng giao thức này để thi hành các điều kiện truy cập vào mạng. Giao thức sử dụng nhiều khóa khác nhau khi thiết lập một sự mã hóa bảo mật. Chúng tổng hợp lại trong bảng 3.1 : Khoá Được tạo bởi Được sử dụng cho Thời gian tồn tại Thuật toán Cặp khoá công khai / bảo mật Nhà sản xuất - nhận thực SS - trao chuyển AK lâu dài RSA AK BS - tạo ra các KEK - tính toán các HMAC digest - kiểm tra các HMAC digest nhận được 1 đến 70 ngày 3 – DES, SHA – 1 KEK BS, SS - mã hoá TEK cho việc truyền dẫn (BS) - giải mã TEK để sử dụng (SS) giống AK 3 – DES TEK BS mã hoá lưu lượng số lượng 30 phút tới 7ngày DES Bảng 3.1: Các loại khoá bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16-2004 3.1.2 Lớp PHY Lớp vật lý trong chuẩn 802.16-2004 có bốn đặc tả: - Đặc tả SC (Single Carrier): Sử dụng một sóng mang duy nhất để mang thông tin. Đặc tả này được chuẩn hóa từ 802.16 ban đầu. - Đặc tả SCa: Đặc tả này cũng sử dụng một sóng mang duy nhất để mang thông tin nhưng nó có thêm một số cải tiến. Đặc tả này được chuẩn hóa từ 802.16a. - Đặc tả OFDM: Đặc tả OFDM dựa trên nền công nghệ OFDM cho phép truyền thông tin trên nhiều sóng mang khác nhau. Đặc tả này được chuẩn hóa từ 802.16a. - Đặc tả OFDMA : Đặc tả OFDMA cũng dựa trên nền công nghệ OFDM nhưng nó hỗ trợ đa truy cập phân chia theo sóng mang. 3.1.2.2 Sơ đồ khối quá trình truyền nhận Hình 3.3 Quá trình truyền-nhận Thông tin từ lớp trên cũng như thông tin của lớp vật lý sẽ được nhồi vào các kí hiệu. Để truyền được dữ liệu, các quá trình gồm có mã hóa kênh, điều chế OFDM thành các kí hiệu và điều chế cao tần. Quá trình ngược lại ở bên nhận. Mã hóa kênh truyền Gồm ba quá trình nhỏ là quá trình ngẫu nhiên hóa, quá trình mã hóa sửa lỗi FEC và quá trình xen kẽ: - Quá trình ngẫu nhiên hóa (Randomization): Quá trình được gọi là ngẫu nhiên nhưng thực chất đó chỉ là sự giả ngẫu nhiên. Tức là một cụm các bit đầu vào sẽ được biến đổi sao cho xác suất xuất hiện các bit 0 và 1 là tương đương nhau, chống lại hiện tượng quá nhiều bit 0 và bit 1 cùng xuất hiện. Nhưng quá trình này có chu kì lặp lại nên trong một khoảng thời gian nhất định thì coi nó là ngẫu nhiên. Điều này có hai tác dụng: thứ nhất và quan trọng nhất là nó đảm bảo được sự đồng bộ với bên thu, đồng hồ bên thu sẽ dễ dàng được khôi phục hơn, qua đó sự giải điều cũng dễ hơn; thứ hai, đối với các thiết bị mà không có được bộ giải điều chế ngẫu nhiên thì các tín hiệu này giống như các tín hiệu nhiễu, tạp (xác suất bit 1 và 0 là ngang nhau), nó sẽ không thu nhận được. - Quá trình mã hóa sửa lỗi FEC: Đây là quá trình mã hóa để sửa lỗi trong trường hợp các bit bị hỏng, bị sai trên đường truyền. Trong những điều kiện truyền không tốt, dữ liệu bị hỏng, bên thu có thể dựa vào quá trình giải mã để hồi phục lại nguyên vẹn thông tin. WiMAX kết hợp cả hai loại mã sửa lỗi là mã khối và mã chập. Dữ liệu được mã hóa bằng mã khối (dùng mã Reed-Salomon), sau đó sẽ được mã hóa bằng mã chập (Convolutional Code). Bảng 3.2 dưới đây mô tả cụ thể đối với mã sửa lỗi với các lựa chọn khác nhau. Bảng 3.2 Mã sửa lỗi đối với các phương thức điều chế - Mã hóa RS(N, K, T) nghĩa là K bytes đầu vào, N bytes đầu ra và T bytes dữ liệu được sửa lỗi. - Mã hóa CC với tốc độ K/N nghĩa là ta có K bytes đầu vào và N bytes đầu ra Ví dụ khi dùng điều chế QPSK với 24byte đầu vào chưa được mã hóa. Khi qua bộ mã hóa Reed-Solomon RS (32,24,4) ta sẽ có 32byte đầu ra. Tiếp tục cho qua bộ mã hóa CC 2/3 ta sẽ có 48byte đầu ra. Như vậy số byte đầu vào là 24 và số byte đầu ra tổng cộng là 48. Kết quả ta có hệ số mã hóa chung (Overall coding rate) là 1/2. - Quá trình xen kẽ (interleaving): Đây cũng là một quá trình nhằm hỗ trợ việc khôi phục thông tin bên thu. Phòng trường hợp lỗi bit xảy ra một cụm liên tục nhau. Các cụm bit sẽ được truyền xen kẽ với nhau như hình 3.4 dưới dây: Hình 3.4 Quá trình xen kẽ Ta thấy, giả sử nếu truyền như trường hợp 1, thì sẽ có trường hợp mà cụm bit a1a2a3a4 gặp quá nhiều lỗi đến mức không thể sửa được. Thực tế khi truyền dẫn nói chung, cả không dây và có dây, so với các lỗi khác thì xác suất xảy ra lỗi cụm là lớn. Vì vậy thay vì truyền cả cụm a1a2a3a4 ta thực hiện việc xen kẽ với các cụm khác rồi mới truyền. Giả dụ mà cả cụm a1b1c1d1 bị lỗi, thì khi khôi phục xen kẽ, trong cụm a1a2a3a4 cũng chỉ có bit a1 là bị lỗi, sẽ khôi phục lại dễ dàng bằng mã sửa lỗi. 16 kênh con (Mặc định) 8 kênh con 4 kênh con 2 kênh con 1 kênh con BPSK 192 96 48 24 12 QPSK 384 192 96 48 24 16QAM 768 384 192 96 48 64QAM 1152 576 288 144 72 Bảng 3.3: Kích cỡ khối bit xen kẽ Tất cả các bit dữ liệu đã mã hóa sẽ được quét xen kẽ theo khối bit, kích cỡ khối bit này phụ thuộc vào số bit mã hóa và số kênh con trong 1 symbol OFDM. Bảng 3.3 dưới đây mô tả kích cỡ khối bit xen kẽ trong WiMAX. Điều chế OFDM Quá trình này có một số điểm cần chú ý: - Thêm các thông tin dẫn đường Thông tin dẫn đường là các thông tin được chèn thêm vào để bên nhận có thể dự đoán được kênh truyền. Nó được vận chuyển bởi các sóng mang dẫn đường. Quá trình này được thực hiện trước khi ánh xạ vào các ký hiệu BPSK. - Điều chế số Các bit sẽ được ánh xạ vào các kí hiệu BPSK, QPSK, 16QAM hoặc 64QAM tùy trường hợp. Do yêu cầu phải đảm bảo độ tin cậy, khỏe nhất nhất đối với các thông tin dẫn đường mà các thông tin này bắt buộc điều chế vào các kí hiệu BPSK. - Điều chế số Các bit sẽ được ánh xạ vào các kí hiệu BPSK, QPSK, 16QAM hoặc 64QAM tùy trường hợp. Do yêu cầu phải đảm bảo độ tin cậy, khỏe nhất nhất đối với các thông tin dẫn đường mà các thông tin này bắt buộc điều chế vào các kí hiệu BPSK. - Điều chế cao tần Các sóng mang trong quá trình điều chế OFDM tạo thành một kí hiệu OFDM cơ bản, nó vẫn chưa thể phát truyền đi được. Để đưa lên Anten để phát, cần phải có thêm một quá trình điều chế cao tần nữa. Quá trình nhận được thực hiện theo thứ tự ngược lại, qua các khâu giải điều chế, giải mã. 3.1.2.3 Lớp con hội tụ truyền Giữa PHY và MAC có một lớp con hội tụ truyền TC (transmission convergence). Lớp này thực hiện sự biến đổi các MAC PDU độ dài có thể thay đổi vào trong các block FEC độ dài cố định (cộng thêm có thể là một block được rút ngắn vào đoạn cuối) của mỗi “burst”. Lớp TC có một PDU có kích thước khớp với block FEC hiện thời bị đầy. Nó bắt đầu với một con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục PDU MAC tiếp theo bắt đầu bên trong block FEC. Khuôn dạng TC PDU cho phép đồng bộ hóa lại MAC PDU tiếp sau trong trường hợp block FEC trước đó có những lỗi không thể phục hồi được. Không có lớp TC, một SS hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của một "burst" khi một lỗi không thể sửa chữa xuất hiện. 3.1.2.4 Phương thức song công Cấu trúc điểm - đa điểm trong Fixed WiMAX hỗ trợ một cấu trúc khung với hai chế độ truyền song công TDD và FDD. Chế độ TDD Một khung TDD bao gồm một khung con đường lên và một khung con đường xuống như hình vẽ 3.5: Hình 3.5 Cấu trúc khung TDD TTG và RTG là những khoảng trống phân cách dữ liệu đường lên và đường xuống. Độ dài cho phép của khung: 2,5; 4; 5; 8; 10; 12,5 và 20ms. - Khung con đường xuống (DL Subframe) Khung con đường xuống là một đơn vị giao thức dữ liệu lớp vật lý (PHY PDU) đường xuống. Nó bao gồm mào đầu (preamble), một header điều khiển khung (FCH), và một hoặc nhiều burst dữ liệu đường xuống. Mỗi burst dữ liệu đường xuống bao gồm một hoặc nhiều MAC PDUs và có độ dài bằng một số nguyên lần độ dài của symbol OFDM. Cấu trúc một khung con đường xuống được mô tả trong hình 3.6 dưới đây: Hình 3.6 Cấu trúc khung con đường xuống TDD - Khung con đường lên (Uplink Subframe) Khung con đường lên bao gồm một hoặc nhiều PHY PDU của các SS khác nhau. Mỗi PHY PDU có một mào đầu và một burst dữ liệu. Cũng như ở đường xuống, mỗi burst dữ liệu bao gồm một hoặc nhiều MAC PDU, có độ dài bằng một số nguyên lần độ dài của symbol OFDM. Cấu trúc một khung con đường lên được mô tả trong hình 3.7 dưới đây: Hình 3.7 Cấu trúc khung con đường lên TDD. Chế độ FDD Ở chế độ FDD, khung con đường lên và đường xuống được đặt ở những tần số khác nhau. Cấu trúc khung cũng giống như cấu trúc khung con đường lên và đường xuống ở chế độ TDD. 3.2. WiMAX di động - IEEE 802.16e - 2005 Chuẩn 802.16e là phiên bản 802.16-2004 bổ sung những đặc tả cần thiết để hỗ trợ cho khả năng di động của thiết bị thu. Vì vậy, dưới đây sẽ chỉ trình bày những chức năng khác biệt được bổ sung trong lớp MAC và lớp PHY tạo nên phiên bản chuẩn 802.16e. 3.2.1 Lớp PHY 3.2.1.1 Cơ sở về OFDMA OFDM là một công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, nó chia nhỏ băng tần thành những sóng mang con có tần số khác biệt. Trong một hệ thống OFDM, chuỗi dữ liệu đầu vào được chia thành những chuỗi con song song có tốc độ thấp và mỗi chuỗi con này được điều chế và phát đi trên một sóng mang con trực giao riêng. OFDM khai thác sự đa dạng tần số của kênh truyền đa đường bằng cách mã hóa và xen kẽ thông tin được mang bởi sóng mang con trước khi truyền. Điều chế OFDM có thể được nhận dạng bằng phép biến đổi Fourier (nhanh) ngược IFFT, cho phép một số lượng lớn sóng mang con (lên tới 2048) với độ phức tạp không đáng kể. Trong hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong miền thời gian thể hiện qua symbol OFDM và trong miền tần số thể hiện ở sóng mang con. Tài nguyên thời gian và tần số có thể được tổ chức thành những kênh con (sub-channel) cấp cho những người dùng riêng. Công nghệ đa truy cập OFDMA là một cơ chế ghép kênh/ đa truy nhập cung cấp sự ghép những luồng dữ liệu từ nhiều người sử dụng vào những kênh con trên đường xuống và sự đa truy nhập vào mỗi kênh con ở đường lên. Cấu trúc kí hiệu OFDMA và Kênh con hóa Như đã nói ở chương II cấu trúc kí hiệu OFDMA bao gồm 3 loại sóng mang con: sóng mang con dữ liệu (data sub-carrier) cho việc truyền dữ liệu; sóng mang con dẫn đường (pilot sub-carrier) cho những mục đích ước lượng kênh và đồng bộ; sóng mang con rỗng (null sub-carrier) không mang dữ liệu mà được sử dụng làm dải bảo vệ và sóng mang một chiều DC. Những sóng mang con dữ liệu và dẫn đường được nhóm thành NG Group. Mỗi Group có NE sóng mang con, tạo thành NE kênh con, mỗi kênh con có một sóng mang ở mỗi group. Trong hệ thống OFDMA dùng 2048 sóng mang con, đường xuống có NG = 48 sóng mang con và NE = 32 kênh con; đường lên có NG = 53 sóng mang con, NE = 32 kênh con. Mã hóa, điều chế và biên độ được thiết lập riêng cho mỗi kênh con để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạ