Đồ án Triển khai dịch vụ IPTV trên công nghệ WIMAX

tín hiệu trên được lấy mẫu với tần số lấy mẫu ta=== (2.5) Ở tại thời điểm lấy mẫu t=kT+lta,, S’(t-kT) =S0, do vậy (2.3) viết lại : m’k(kTs+lta) = S0 = S0 (2.6) Do ωSkTS = 2, kết quả Tương tự như vậy, với , (2.6) được viết lại: m’k(kTs+lta)=S0 (2.7) Phép biểu diễn (2.7) trùng với phép biến đổi IDFT. Do vậy bộ điều chế OFDM có thể thực hiện một cách dễ dàng bằng phép biến đổi IDFT. 1.4 Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM Ưu điểm của phương pháp điều chế OFDM không chỉ thể hiện ở hiệu quả sử dụng băng thông mà còn có khả năng làm giảm hay loại trừ nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter Symbol Interference) nhờ sử dụng chuỗi bảo vệ (Guard Interval- GI ). Một mẫu tín hiệu có độ dài là TS, chuỗi bảo vệ tương ứng là một chuỗi tín hiệu có độ dài TG ở phía sau được sao chép lên phần phía trước của mẫu tín hiệu như hình vẽ sau: Phần tín hiệu có ích Phần tín hiệu có ích GI Hình 2.5: Chuỗi bảo vệ GI Do đó, GI còn được gọi là Cyclic Prefix (CP). Sự sao chép này có tác dụng chống lại nhiễu xuyên kí hiệu ISI do hiệu ứng phân tập đa đường. Nguyên tắc này giải thích như sau: Giả sử máy phát đi một khoảng tín hiệu có chiều dài là Ts, sau khi chèn thêm chuỗi bảo vệ có chiều dài TG thì tín hiệu này có chiều dài là T = TS+TG. Do hiệu ứng đa đường multipath, tín hiệu này sẽ tới máy thu theo nhiều đường khác nhau. Trong hình vẽ mô tả trang bên,hình a,tín hiệu theo đường thứ nhất không có trễ, các đường thứ hai và thứ ba đều bị trễ một khoảng thời gian so với đường thứ nhất. Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tổng hợp của tất cả các tuyến, cho thấy kí hiệu đứng trước sẽ chồng lấn vào kí hiệu ngay sau đó, đây chính là hiện tượng ISI.Do trong OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ có độ dài TG sẽ dễ dàng loại bỏ hiện tượng này. Trong trường hợp TG ≥τ MAX như hình vẽ mô tả thì phần bị chồng lấn ISI nằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ, còn thành phần tín hiệu có ích vẫn an toàn. Ở phía máy thu sẽ gạt bỏ chuỗi bảo vệ trước khi gửi tín hiệu đến bộ giải điều chế OFDM.Do đó, điều kiện cần thiết để cho hệ thống OFDM không bị ảnh hưởng bởi ISI là: TG ≥τ MAX (2.8) với τMAX là trễ truyền dẫn tối đa của kênh. a ) Không có GI b) Có GI Hình 2.6 Tác dụng của chuỗi bảo vệ Việc sử dụng chuỗi bảo vệ đảm bảo tính trực giao của các sóng mang con, do vậy đơn giản hoá cấu trúc bộ đánh giá kênh truyền, bộ cân bằng tín hiệu ở máy thu. Tuy nhiên, do chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích nên tăng phổ của tốc độ truyền nên phổ tín hiệu sẽ tăng, tiêu tốn băng thông, làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông một lượng là: (2.9) 1.5 Phép nhân với xung cơ bản Trong đa số các hệ thống vô tuyến, tín hiệu trước khi truyền đi đều được nhân với xung cơ bản. Mục đích chính là để giới hạn phổ tín hiệu phát sao cho phù hợp với độ rộng kênh truyền.Trong trường hợp độ rộng phổ tín hiệu lớn hơn độ rộng kênh truyền thì sẽ gây nhiễu xuyên kênh cho hệ thống khác. Trong OFDM, tín hiệu trước khi phát đi được nhân với xung cơ bản có bề rộng đúng bằng bề rộng của một mẫu tín hiệu OFDM, xung cơ bản thường là xung vuông hay xung chữ nhật. Sau khi chèn thêm chuỗi bảo vệ thì xung cơ bản kí hiệu là S(t) có độ rộng là TS + TG. S(t) TS -TG T 0 Hình 2.7 Xung cơ bản Trong thực tế xung cơ bản thường được sử dụng là bộ lọc cos nâng (Raise cosine filter). Nguyên lý giải điều chế OFDM Truyền dẫn phân tập đa đường Kênh truyền dẫn phân tập đa đường,về mặt toán học, được biểu hiện qua đáp ứng xung h(τ, t) và hàm truyền đạt H(j , t).Đối với đáp ứng xung, biến là trễ truyền dẫn của kênh, là khoảng thời gian tín hiệu đi từ máy phát đến máy thu. Biến đổi Fourier của đáp ứng xung cho ta hàm truyền đạt của kênh H(jω,t) = (2.10) Giả sử không có AWGN, mối liên hệ giữa tín hiệu thu u(t), tín hiệu phát m(t) và đáp ứng xung: u(t) h(τ,t) H(jω,t) m(t) Hình 2.8 Mô hình kênh truyền Trong miền thời gian là tích chập của tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh: u(t) = m(t) * h() = (2.11) Nguyên tắc giải điều chế Sơ đồ u(t) ejLt ejnt e- jLt Giải điều chế Giải điều chế X X X Giải điều chế Hình 2.9 Bộ thu tín hiệu OFDM Các bước thực hiện ở đây đều ngược lại so với phía máy phát. Tín hiệu thu sẽ được tách chuỗi bảo vệ, giải điều chế để khôi phục băng tần gốc, giải điều chế ở các sóng mang con, chuyển đổi mẫu tín hiệu phức thành dòng bít (tín hiệu số) và chuyển đổi song song sang nối tiếp t (k-1)T (k-1)TS kT kTS Hình 2.10 Tách chuỗi bảo vệ Sau khi tách chuỗi bảo vệ khỏi luồng tín hiệu u(t), luồng tín hiệu nhận được là: u’(kTS+t)=u(kT+t) (2.12) Thực hiện giải điều chế bằng thuật toán FFT Giả thiết một mẫu tin OFDM Ts được chia thành NFFT mẫu tín hiệu, tín hiệu được lấy mẫu với chu kỳ lấy mẫu là ta. Khi đó độ rộng một mẫu là : ta = (2.13) Sau khi lấy mẫu, tín hiệu nhân được sẽ trở thành luồng tín hiệu số: u’(t) => uk’(kTs + nta) , n=0,1,2,....,NFFT – 1 (2.14) Mẫu tín hiệu sau khi giải điều chế được biểu diễn dưới dạng số: = (2.15) Tách sự biểu diễn thành phần mũ thành tích hai thành phần (2.15) được viết lại dưới dạng: = (2.16) Với , thì Mặt khác, nên (2.16) viết lại: = (2.17) Biểu thức trên chính là phép biễu diễn DFT với chiều dài NFFT. Nguyên lý đa truy cập OFDMA OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân tần trực giao ) là một công nghệ đa sóng mang phát triển dựa trên nền kĩ thuật OFDM. Trong OFDMA, một số các sóng mang con, không nhất thiết phải nằm kề nhau, được gộp lại thành một kênh con (sub-channel) và các user khi truy cập vào tài nguyên sẽ được cấp cho một hay nhiều kênh con để truyền nhận tùy theo nhu cầu lưu luợng cụ thể. 3.1 Đặc điểm OFDMA có một số ưu điểm như là tăng khả năng linh hoạt, thông lượng và tính ổn định đươc cải thiện.Việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền nhận từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu những tác động như nhiễu đa truy xuất (Multi access Interfearence- MAI) Hình 3.1 ODFM và OFDMA Hình 3.2 mô tả một ví dụ về bảng tần số thời gian của OFDMA, trong đó có 7 người dùng từ a đến g và mỗi người sử dụng một phần xác định của các sóng mang phụ có sẵn,khác với những người còn lại. F A d A D a D A d A D a D A c e A c E a c E A c e A c E a c E B e g B E g b E g B e g B E g b E g B F g B F g b F g B F g B F g b F g t Hình 3.2 Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA. Thí dụ cụ thể này thực tế là sự  hỗn hợp của OFDMA và TDMA bởi vì mỗi người sử dụng chỉ phát ở một trong 4 khe thời gian, chứa 1 hoặc vài symbol OFDM. 7 người sử dụng từ a đến g  đều  được đặt cố định (fix set) cho các sóng mang  theo bốn khe thời gian. 3.2 OFDMA nhảy tần Trong ví dụ trước của OFDMA, mỗi người sử dụng đều có một sự sắp đặt cố định (fix set) cho sóng mang. Có thể dễ dàng cho phép nhảy các sóng mang phụ theo khe thời gian như được mô tả trong hình. Việc cho phép nhảy với các mẫu nhảy khác nhau cho mỗi user làm biến đổi thực sự hệ thống OFDM trong hệ thống CDMA nhảy tần. Điều này có lợi là tính phân tập theo tần số tăng lên bởi vì mỗi user dùng toàn bộ băng thông có sẵn cũng như là có lợi về xuyên nhiễu trung bình, điều rất phổ  biến đối với các biến thể của CDMA. Bằng cách sử dụng mã sửa lỗi hướng đi (Forward Error Correcting - FEC) trên các bước nhảy, hệ thống có thể sửa cho các sóng mang phụ khi bị fading sâu hay các sóng mang bị xuyên nhiễu bởi các user khác. Do đặc tính xuyên nhiễu và fading thay đổi với mỗi bước nhảy, hệ thống phụ thuộc vào năng lượng tín hiệu nhận được trung bình hơn là phụ thuộc vào user và năng lượng nhiễu trong trường hợp xấu nhất. f A b c c B A B c B a C A t Hình 3.3 Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c  đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian. Ưu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy tần hơn hẳn các hệ thống DS-CDMA và MC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong một tế bào bằng cách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong một tế bào. Một ví dụ của việc nhảy tần như vậy được mô tả trong hình 3.4 cho N sóng mang phụ,nó luôn luôn có thể tạo ra N mẫu nhảy trực giao. A F e D c b B A f E d c C B a F e d D C b A f e E D c B a f F E d C b a Hình 3.4 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau 3.3 Hệ thống OFDMA Điềuchế băng tần gốc Chèn ký tự dẫn đường IFFT Chèn GI DAC DAC Tách GI IFFT Tách ký tự dẫn đường Cân bằng kênh Khôi phục kênh truyền Giải điều chế băng tần gốc Kênh truyền Hình 3.5: Tổng quan hệ thống sử dụng OFDMA Nguồn tín hiệu làm một bít được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua các phương pháp điều chế như QPSK ,M- QAM… Tín hiệu dẫn đường (bản tin dẫn đường, kênh hoa tiêu - pilot symbol) được chèn vào nguồn tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua biến đổi IFFT và chèn chuỗi bảo vệ GI. Luồng tín hiệu số được chuyển thành tín hiệu tương tự trước khi truyền trên kênh vô tuyến qua anten phát. Tín hiệu này sẽ bị ảnh hưởng bởi fading và nhiễu trắng AWGN( Addictive White Gaussian Noise ). Tín hiệu dẫn đường là mẫu tín hiệu được biết trước ở phía phát và phía thu, được phát kèm với tín hiệu có ích nhằm khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống. Hình 3.6 Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA Phía máy thu sẽ thực hiện ngược lại so với máy phát. Để khôi phục tín hiệu phát thì hàm truyền phải được khôi phục nhờ vào mẫu tin dẫn đường đi kèm. Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia làm hai luồng tín hiệu. Luồng thứ nhất là tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng kênh. Luồng thứ hai là mẫu tin dẫn đường được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền, sau đó lại được đưa đến bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Đối với kênh hướng xuống : Hình 3.7 OFDMA downlink Hình 3.8 Cấu trúc cụm trong OFDMA downlink Cấu trúc cụm bao gồm 1 kênh con trong miền tần số và n kí hiệu OFDM trong miền thời gian, chứa N sóng mang. Mỗi sóng mang có thể được điều chế khác nhau. Đối với kênh hướng lên : Hình 3.9 OFDMA uplink Hình 3.10 Cấu trúc cụm trong OFDMA uplink Cấu trúc cụm gồm 1 kênh con trong miền tần số và 3 kí hiệu OFDM trong miền thời gian, mỗi cụm chứ 144 sóng mang dữ liệu, sử dụng điều chế thích nghi trên từng user; mỗi user có thể yêu cầu từ 1 đến 32 kênh con; 2 kênh con được sử dụng làm ranging (phép đo cự li bằng cách đo thời gian truyền của tín hiệu điện từ) và yêu cầu băng thông (nếu có) của user . Khi cấp sóng mang cho các user, OFDMA tạo ra một dãy cơ bản các sóng mang rồi thực hiện dịch vòng dãy khi cấp cho các user khác nhau. Cấu trúc lớp MAC Hình 2.11 minh họa mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn. Trong mô hình tham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tương ứng với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) trong mô hình OSI. Hình 2.11: Mô hình tham chiếu Trên hình ta có thể thấy lớp MAC bao gồm 3 lớp con. Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ cung cấp bất cứ biến đổi hay ánh xạ dữ liệu mạng bên ngoài, mà nhận được qua điểm truy nhập dịch vụ CS (CS SAP), vào trong các MAC SDU được tiếp nhận bởi lớp con phần chung MAC (CPS) qua SAP MAC. Tức là phân loại các đơn vị dữ liệu dịch vụ mạng ngoài (các SDU) và kết hợp chúng với định danh luồng dịch vụ (SFID) MAC và định danh kết nối (CID) riêng. Nó cũng có thể bao gồm các chức năng như nén đầu mục tải (PHS). Nhiều đặc tính CS được cung cấp cho giao tiếp với các giao thức khác nhau. Định dạng bên trong của payload CS là duy nhất với CS, và MAC CPS không được đòi hỏi phải hiểu định dạng hay phân tích bất cứ thông tin nàu từ payload CS. MAC CPS cung cấp chức năng MAC cốt lõi truy nhập hệ thống, định vị dải thông, thiết lập kết nối, và quản lý kết nối. Nó nhận dữ liệu từ các CS khác nhau, qua MAC SAP, mà được phân loại tới các kết nối MAC riêng. MAC cũng chứa một lớp con bảo mật riêng cung cấp nhận thực, trao đổi khóa bảo mật, và mật hóa. Chuẩn 802.16 được triển khai bắt đầu từ việc truyền các dịch vụ băng rộng gồm thoại, dữ liệu và video. Lớp MAC dựa vào chuẩn DOCSIS và có thể hỗ trợ lưu lượng dữ liệu cụm với yêu cầu tốc độ đỉnh cao khi mà hỗ trợ đồng thời video liên tục và lưu lượng thoại nhạy với trễ trên cùng một kênh. Tài nguyên được cấp phát cho một đầu cuối bởi bộ lập lịch MAC có thể thay đổi từ một khe thời gian tới toàn bộ khung, do đó cung cấp một dải động lớn thông lượng tới người sử dụng đầu cuối đặc trưng tại các thời điểm nhất định. Hơn nữa, do thông tin cấp phát tài nguyên được truyền trong các bản tin MAP tại bắt đầu mỗi khung, nên bộ lập lịch có thể thay đổi hiệu quả cấp phát tài nguyên trên cơ sở từng khung một để phù hợp với bản chất cụm của lưu lượng. 1. Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) Với liên kết không gian (air) nhanh, công suất đường xuống/đường lên không đối xứng, tính chất tài nguyên nhiều và kỹ thuật cấp phát tài nguyên linh hoạt, chuẩn 802.16e có thể đạt được các yêu cầu QoS cho đủ mọi loại dịch vụ dữ liệu và ứng dụng. Hình 3.17 Hỗ trợ QoS trong 802.16e Trong lớp MAC 802.16e, QoS được cung cấp qua các luồng dịch vụ như mô tả trong hình 3.17. Đó là một luồng các gói theo một hướng duy nhất được cung cấp một tập các thông số QoS riêng biệt. Trước đây khi cung cấp một loại dịch vụ dữ liệu nào đó, thì trước tiên trạm gốc và đầu cuối người sử dụng thiết lập một liên kết logic theo một hướng duy nhất giữa các MAC ngang cấp được gọi là kết nối. Sau đó MAC ngoài cùng kết hợp các gói đi ngang qua giao diện MAC thành một luồng dịch vụ, rồi được chuyển qua kết nối. Các thông số QoS kết hợp với luồng dịch vụ định nghĩa lập lịch và thứ tự truyền trên giao diện vô tuyến. Vì vậy QoS hướng kết nối có thể cung cấp điều khiển chính xác qua giao diện vô tuyến. Vì giao diện vô tuyến thường bị nghẽn cổ chai, nên QoS hướng kết nối cho phép điều khiển hiệu quả QoS đầu cuối-đầu cuối. Loại QoS Ứng dụng Đặc điểm QoS UGS Dịch vụ cấp phát tự nguyện VoIP Tốc độ duy trì lớn nhất Dung sai trễ lớn nhất Dung sai trượt rtPS Dịch vụ theo dõi thời gian thực Dòng Audio hoặc Video Tốc độ dành riêng nhỏ nhất Tốc độ duy trì lớn nhất Dung sai trễ lớn nhất Ưu tiên lưu lượng ErtPS Dịch vụ theo dõi thời gian thực mở rộng Thoại với tách sóng tích cực (VoIP) Tốc độ dành riêng nhỏ nhất Tốc độ duy trì lớn nhất Dung sai trễ lớn nhất Dung sai trượt Ưu tiên lưu lượng nrtPS Dịch vụ theo dõi phi thời thực Giao thức truyền file (FTP) Tốc độ dành riêng nhỏ nhất Tốc độ duy trì lớn nhất Ưu tiên lưu lượng BE Dịch vụ nỗ lực tốt nhất Truyền dữ liệu, trình duyệt Web, ... Tốc độ duy trì lớn nhất Ưu tiên lưu lượng Bảng 3.7 Chất lượng dịch vụ và ứng dụng 802.16e Các thông số luồng dịch vụ có thể được quản lý tự động qua các bản tin MAC để điều chỉnh các yêu cầu dịch vụ động. Kỹ thuật QoS dựa vào luồng dịch vụ áp dụng cho cả DL và UL để cung cấp QoS được cải thiện trong cả hai hướng. Chuẩn IEEE 802.16e hỗ trợ đủ mọi loại dịch vụ dữ liệu và ứng dụng có các yêu cầu QoS thay đổi. Tất cả được tổng kết trong bảng 3.7. 2. Dịch vụ lập lịch MAC Dịch vụ lập lịch MAC 802.16e được thiết kế để truyền hiệu quả các dịch vụ băng rộng bao gồm thoại, dữ liệu và video qua kênh vô tuyến băng rộng biến thiên theo thời gian. Dịch vụ lập lịch MAC có các đặc điểm sau đây: Bộ lập lịch dữ liệu nhanh: bộ lập lịch MAC phải cấp phát hiệu quả tài nguyên khả dụng đáp ứng cho lưu lượng dữ liệu cụm và các điều kiện kênh biến thiên theo thời gian. Bộ lập lịch được đặt tại mỗi trạm gốc cho phép đáp ứng nhanh các yêu cầu lưu lượng và các điều kiện kênh. Các gói dữ liệu được kết hợp thành các luồng dịch vụ với các thông số QoS xác định trước trong lớp MAC sao cho bộ lập lịch có thể xác định chính xác thứ tự truyền dẫn gói qua giao diện vô tuyến. Kênh CQICH cung cấp thông tin hồi tiếp kênh nhanh cho phép bộ lập lịch lựa chọn điều chế và mã hoá thích hợp cho mỗi cấp phát. Điều chế/mã hoá thích ứng kết hợp với HARQ cung cấp truyền dẫn tốt hơn qua kênh biến thiên theo thời gian. Lập lịch cho cả UL và DL: dịch vụ lập lịch được cung cấp cho cả lưu lượng UL và DL. Bộ lập lịch MAC thực hiện cấp phát tài nguyên hiệu quả và cung cấp QoS mong muốn trong UL, UL phải hồi tiếp chính xác và thông tin đúng lúc như các điều kiện lưu lượng và các yêu cầu QoS. Nhiều kỹ thuật yêu cầu băng thông đường lên, như yêu cầu băng thông qua kênh sắp xếp, yêu cầu piggyback và thăm dò được thiết kế để hỗ trợ các yêu cầu băng thông UL. Luồng dịch vụ UL xác định kỹ thuật hồi tiếp cho mỗi kết nối đường lên để đảm bảo dự báo hoạt động của bộ lập lịch UL. Hơn nữa, các kênh con UL trực giao, không có nhiễu trong tế bào. Lập lịch UL có thể cấp phát tài nguyên hiệu quả hơn và QoS tốt hơn. Cấp phát tài nguyên động: MAC hỗ trợ cấp phát tài nguyên thời gian-tần số cho cả UL và DL trên cơ sở từng khung. Cấp phát tài nguyên được truyền trong các bản tin MAC tại bắt đầu mỗi khung. Vì vậy, cấp phát tài nguyên có thể được thay đổi trên từng khung đáp ứng với các điều kiện kênh và lưu lượng. Thêm nữa, lượng tài nguyên trong mỗi cấp phát có thể trải rộng từ một khe đến toàn bộ khung. Cấp phát tài nguyên tốt và nhanh cho phép QoS mong ước cho lưu lượng dữ liệu. QoS định hướng: Bộ lập lịch MAC điều khiển truyền dữ liệu trên cơ sở từng kết nối. Mỗi kết nối được kết hợp với một dịch vụ dữ liệu có một tập các thông số QoS để xác định khía cạnh hoạt động của nó. Với khả năng cấp phát động tài nguyên cho cả UL và DL, bộ lập lịch có thể cung cấp QoS mong muốn cho cả lưu lượng UL và DL. Đặc biệt với lập lịch đường lên –Tài nguyên đường lên được cấp phát hiệu quả hơn, hiệu suất dễ tiên đoán hơn và QoS tốt hơn. Lập lịch lựa chọn tần số: Bộ lập lịch có thể hoạt động trên các loại kênh con khác nhau. Với các kênh con tần số thay đổi khác nhau như hoán vị PUSC, các sóng mang con trong các kênh con được phân bố giả ngẫu nhiên dọc theo băng thông, các kênh con có chất lượng như nhau. Lập lịch tần số thay đổi khác nhau có thể hỗ trợ QoS có tính chất tốt hơn và lập lịch tài nguyên thời gian-tần số linh hoạt. Với hoán vị liền kề như hoán vị AMC, các kênh con phải chịu suy hao khác nhau. Lập lịch lựa chọn tần số có thể cấp phát các người sử dụng di động cho các kênh con tương ứng mạnh nhất. Lập lịch lựa chọn tần số có thể làm tăng dung lượng hệ thống với sự tăng vừa phải trong tiêu đề CQI ở UL. 3. Quản lý tính di động Tuổi thọ của pin và chuyển giao là hai vấn đề then chốt của các ứng dụng di động. 802.16e hỗ trợ chế độ Sleep và chế độ Idle cho phép hoạt động MS hiệu quả về công suất. 802.16e cũng hỗ trợ chuyển giao cho phép MS chuyển mạch từ một trạm gốc tới trạm khác mà không làm ngắt quãng kết nối. Quản lý công suất Chuẩn IEEE 802.16e hỗ trợ hai chế độ để vận hành công suất hiệu quả-chế độ Sleep và chế độ Idle. Chế độ Sleep là một trạng thái trong đó MS kiểm soát các khoảng thời gian vắng mặt ở giao diện vô tuyến trạm gốc phục vụ được đàm phán trước. Khoảng thời gian này được đặc trưng bởi tính không không khả dụng của MS, được quan sát từ trạm gốc phục vụ, tới lưu lượng DL hoặc UL. Chế độ Sleep nhằm tối thiểu hoá sự sử dụng công suất MS và sử dụng tài nguyên giao diện vô tuyến trạm gốc phục vụ. Chế độ Sleep cũng cung cấp tính linh hoạt cho MS để quét các trạm gốc khác nhằm thu thập thông tin cần cho chuyển giao trong suốt chế độ Sleep. Chế độ Idle cung cấp một kỹ thuật cho MS để trở nên có hiệu lực một cách định kì cho bản tin lưu lượng quảng bá DL mà không có sự đăng kí tại một trạm gốc đặc biệt khi MS đi qua môi trường liên kết vô tuyến có nhiều trạm gốc cư trú. Chế độ Idle giúp ích cho MS bằng cách chuyển các yêu cầu cho chuyển giao, các hoạt động thông thường khác; giúp ích cho mạng và trạm gốc bằng cách loại trừ giao diện vô tuyến và lưu lượng chuyển giao từ các MS không tích cực khi mà vẫn cung cấp một phương pháp đơn giản và hợp lí (gói) để báo cho MS về lưu lượng DL. Chuyển giao Có ba phương pháp chuyển giao được hỗ trợ trong chuẩn 802.16e- chuyển giao cứng (HHO), chuyển mạch trạm gốc nhanh (FBSS), và chuyển giao phân tập macro (MDHO). Trong đó, HHO là bắt buộc còn FBSS và MDHO là hai chế độ tự chọn. Diễn đàn WiMAX đã triển khai một vài kỹ thuật để tối ưu hoá chuyển giao cứng trong chuẩn 802.16e. Sự cải thiện này được triển khai với mục đích giữ trễ chuyển giao lớp 2 luôn nhỏ hơn 50 ms. Khi FBSS được hỗ trợ, MS và BS duy trì một danh sách các BS được bao hàm trong FBSS cùng với MS. Tập này được gọi là tập tích cực. Trong FBSS, MS giám sát liên tục các trạm gốc trong tập tích cực. Trong số các BS ở tập tích cực, một BS neo được định nghĩa. Khi hoạt động trong FBSS, MS chỉ liên lạc với BS neo bằng các bản tin đường xuống và đường lên bao gồm các kết nối lưu lượng và quản lý. Sự chuyển tiếp từ một BS neo này tới BS khác (tức là chuyển mạch BS) được thực hiện mà không cần viện dẫn các bản tin báo hiệu HO rõ ràng. Thủ tục cập nhật neo được cho phép bởi độ dài của tín hiệu thông tin của BS phục vụ qua kênh CQI. Một chuyển giao FBSS bắt đầu với quyết định thu hoặc phát dữ liệu của MS từ BS neo mà có thể thay đổi trong tập tích cực. MS quét các BS lân cận và lựa chọn cái nào được cho là phù hợp trong một phiên thiết lập tích cực. MS báo cáo lựa chọn các BS và thủ tục cập nhật thiết lập tích cực được thực hiện bởi BS và MS. MS giám sát liên tục độ dài tín hiệu của các BS trong thiết lập tích cực và lựa chọn một BS từ thiết lập BS neo. MS báo cáo lựa chọn BS trên CQICH hoặc MS khởi đầu bản tin yêu cầu HO. Một yêu cầu quan trọng của FBSS là dữ liệu được phát cùng một lúc tới tất cả các bộ phận của một thiết lập tích cực của các BS có thể phục vụ MS. Với các MS và BS được hỗ trợ MDHO, MS và BS duy trì một thiết lập tích cực của các BS bao gồm trong MDHO với MS. Giữa các BS trong thiết lập tích cực, một BS neo được định nghĩa. Chế độ chuẩn của hoạt động quy vào một trường hợp riêng biệt của MDHO với thiết lập tích cực gồm có một BS đơn. Khi hoạt động trong MDHO, MS liên lạc với tất cả các BS trong thiết lập tích cực của các bản tin đơn hướng đường xuống và đường lên và lưu lượng. Một MDHO bắt đầu khi một MS quyết định để thu hoặc phát bản tin đơn hướng và lưu lượng từ nhiều BS trong khoảng thời gian giống nhau. Với MDHO đường xuống, hai hoặc nhiều hơn BS cung cấp truyền dẫn đồng bộ của dữ liệu đường xuống MS như kết hợp đa dạng được thực hiện tại MS. Với MDHO đường lên, truyền dẫn từ MS được thu bởi nhiều BS trong đó lựa chọn đa dạng của thông tin thu được thực hiện. 4. An ninh Chuẩn IEEE 802.16e hỗ trợ các đặc điểm lớp an ninh bằng cách các công nghệ khả dụng tốt nhất hiện nay. Hỗ trợ nhận thực người sử dụng / thiết bị tương hỗ, giao thức quản lý khoá linh hoạt, mật hoá lưu lượng, quản lý và điều khiển bảo vệ bản tin và tối ưu hoá giao thức an ninh cho các chuyển giao nhanh. Giao thức quản lý khoá: giao thức quản lý khoá và mật mã riêng phiên bản 2 (PKMv2) là cơ sở của an ninh được định nghĩa trong 802.16e. Giao thức này quản lý an ninh MAC sử dụng các bản tin PKM-REQ/RSP. Nhận thực PKM EAP, điều khiển mật hoá lưu lượng, trao đổi khoá chuyển giao và tất cả các bản tin an ninh đa hướng/quảng bá đều dựa vào giao thức này. Nhận thực người sử dụng/thiết bị: Chuẩn IEEE 802.16e sử dụng giao thức IETF EAP để hỗ trợ nhận thực người sử dụng và thiết bị bằng cách cung cấp hỗ trợ dựa vào SIM, USIM hoặc chứng nhận số hoặc dựa vào username/password. Các phương pháp nhận thực EAP-SIM, EAP-AKA, EAP-TLS hoặc EAP-MSCHAPv2 tương ứng được hỗ trợ qua giao thức EAP. Phương pháp chuyển khoá chỉ được giao thức EAP hỗ trợ. Mật hoá lưu lượng: AES-CCM là mật mã được sử dụng để bảo vệ tất cả dữ liệu người sử dụng trên giao diện MAC. Các khoá sử dụng để tạo mật mã được tạo ra từ nhận thực EAP. Một kỹ thuật trạng thái mật hoá lưu lượng có một kỹ thuật nạp lại khoá chu kì (TEK) cho phép duy trì liên tục trạng thái chuyển tiếp của các khoá để cải thiện sự bảo vệ. Bảo vệ bản tin điều khiển: dữ liệu điều khiển được bảo vệ bằng sử dụng AES dựa vào CMAC, hoặc MD5 dựa vào kế hoạch HMAC. Hỗ trợ chuyển giao nhanh: Kế hoạch bắt tay ba bước được hỗ trợ bởi chuẩn IEEE 802.16e để tối ưu kỹ thuật nhận thực lại cho mục đích chuyển giao nhanh. Kỹ thuật này cũng có ích để ngăn chặn kẻ xâm phạm (man-in-the-middle-attacks). Chương 3: TRIỂN KHAI MẠNG WIMAX ỨNG DỤNG DỊCH VỤ IPTV Các nhân tố thành công chính khi triển khai IPTV trên WiMAX Giảm chi phí: Việc giảm chi phí thể hiện trong quá trình sản xuất hoặc điều hành dịch vụ, như muốn gia tăng chương trình sản xuất phải giảm chi phí sản xuất trung bình cho mỗi chương trình. Nếu tối ưu được khả năng giảm chi phí cho hoạt động của các dịch vụ IPTV sẽ tối thiểu được rủi ro và tăng khả năng thành công. Điều này dẫn đến yêu cầu cao về kỹ thuật đối với mạng truy cập để có thể hỗ trợ cho nhiều thuê bao hơn và cung cấp khả năng mobileTV. Phân phối nội dung trực tiếp và đảm bảo chất lượng: đối với người sử dụng chất lượng dịch vụ và chất lượng trải nghiệm đã được nhận định như là các yêu cầu bắt buộc của các dịch vụ IPTV. Nội dung IPTV có thể được xem lướt như thực hiện với các Website trên Internet. Việc xem trực tiếp hoặc theo yêu cầu các nội dung không được quản lý (nội dung hỗ trợ từ các dịch vụ và nhà cung cấp media thứ 3 trên toàn thế giới) sẽ được đáp ứng theo khả năng thực tế tại thời điểm truy cập (phụ thuộc vào băng thông mạng, khả