Thiết bị đầu cuối khách hàng

Chuẩn sử dụng

Khi nói tới ứng dụng cố định, nhiều người sẽ nghĩ ngay tới việc sử dụng

WiMAX cố định theo chuẩn IEEE 802.16 – 2004. Cho đến thời điểm hiện nay,

Fixed WiMAX đã có thiết bị được sản xuất đồng loạt và triển khai vào thực tế. Các

thử nghiệm ở Việt Nam cũng như theo công bố cuả các hãng đã triển khai thương

mại hóa chuẩn Fixed WiMAX, cho thấy chuẩn này đã hoàn toàn chín muồi để triển

khai các ứng dụng truy cập cố định, hoặc có thể di chuyển được - portable (nhưng

trong quá trình di chuyển nhanh thì không giữ được kết nối).

Theo quan điểm người viết, chuẩn IEEE 802.16e sẽ được khuyến nghị để sử

dụng chung cho cả hai loại ứng dụng truy cập cố định và di động với các loại thiết

bị đầu cuối khác nhau:

-



Với yêu cầu truy cập di động, các chip WiMAX sẽ được tích hợp vào các

thiết bị cầm tay như laptop, PDA, điện thoại....



-



Với các yêu cầu truy cập cố định: Sẽ sản xuất các loại thiết bị đầu cuối

khách hàng SS theo chuẩn 802.16e nhưng là thiết bị để bàn, thiết bị này cho

phép kết nối các máy tính của người dùng cố định với mạng Internet không

dây WiMAX.



Hình 3.1: Ứng dụng đa dạng của Mobile WiMAX

Việc triển khai chỉ một chuẩn Mibile WiMAX cho cả hai loại ứng dụng di

động và cố định sẽ tiết kiệm được tài nguyên về tần số cũng như chi phí triển khai

trạm gốc BTS.

Tuy nhiên chuẩn Fixed WiMAX có thể được tính toán sử dụng để cung cấp

kết nối backbone cho các trạm BS Mobile WiMAX. Hoặc sử dụng Fixed WiMAX



để cung cấp cho các khách hàng theo mô hình lease line mà hiện nay đang dùng cáp

quang để cung cấp kết nối.

Việc tính toán có nên sử dụng Fixed WiMAX hay không xin dành cho các nhà

quản lý, các doanh nghiệp, phần viết của luận văn này chỉ để cập tới ứng dụng

WiMAX vào việc cung cấp băng thông rộng tới người dùng đầu cuối với các tính

năng ưu việt của nó.



3.3 Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế và triển

khai mạng WiMAX.

Phần này đề cập tới các vấn đề kỹ thuật cơ bản cần lưu ý khi chúng ta thiết kế

và triển khai thương mại hóa WiMAX.



3.3.1 Lựa chọn băng tần

Khi thiết kế một mạng WiMAX, ta phải lựa chọn băng tần hoạt động cho

mạng trong số các băng tần được phép sử dụng.Thông thường, lựa chọn băng tần

hoạt động là việc đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế các mạng di động nói

chung. Những băng tần thấp tín hiệu được truyền tốt hơn nhưng băng thông lại nhỏ

hơn. Các tiêu chí để lựa chọn băng tần hoạt động bao gồm:

- Dải tần cấp phép

- Dung lượng tập trung phụ thuộc vào vùng dịch vụ

- Mật độ thuê bao trong vùng dịch vụ

- Địa hình của vùng dịch vụ

- Mức độ nhiễu trong các băng tần không cần cấp phép

- Giá thành thiết bị hoạt động trong băng tần đó

Do phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vậy nên việc lựa chọn băng tần nào đòi

hỏi phải có một sự tính toán rất kỹ lưỡng. Sau đây là một số tần số có thể dành cho

việc triển khai WiMAX:



Băng 3400 – 3600 MHz (băng 3.5 GHz):

Băng 3.5Ghz là băng tần đó được nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cập

không dây cố định (Fixed Wireless Access - FWA) hoặc cho hệ thống truy cập



không dây băng rộng (WBA). WiMax cũng được xem là một công nghệ WBA nên

có thể sử dụng băng tần này cho WiMax. Vì vậy, WiMax Forum đó thống nhất lựa

chọn băng tần này cho WiMax.

Tuy nhiên ở Việt Nam, băng tần này được ưu tiên sử dụng cho hệ thống vệ

tinh nên không thể triển khai.



Băng tần 3300 – 3400 MHz (băng 3.3 GHz)

Băng tần này đã được phân bổ ở những nước đang phát triển có thị trường lớn

như Ấn Độ và Trung Quốc. Tuy chưa có nhiều nước cấp băng tần này cho WBA,

nhưng thiết bị WiMAX cũng đã được phân bổ chính thức tại Việt Nam.

Các hệ thống WiMax ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16-2004 để cung cấp

các ứng dụng cố định và nomadic, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế

độ song công TDD hoặc FDD

Như đã nói ở trên, băng tần 3300 – 3400 đã được lựa chọn để triển khai thử

nghiệm công nghệ WiMAX cố định với các doanh nghiệp VNPT/VDC, FPT, VTC,

Viettel và EVN.



Băng tần 2500 – 2690 MHz (băng 2.5 GHz)

Băng tần này là băng tần được WiMax Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMax di

động theo chuẩn 802.16-2005. Trước đây băng tần này trước đây được sử dụng phổ

biến cho các hệ thống truyền hình MMDS, nhưng do hệ thống này không phát triển

nên rất có thể băng tần đó sẽ được cấp phép sử dụng cho mạng WBA tại Việt Nam.

Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT được cấp phép thử nghiệm

Mobile WiMAX ở dải tần số này.



Băng 2300 - 2400 MHz (băng 2.4 GHz)

Đây cũng là một băng tân được ưu tiên lựa chọn cho WiMAX di động. Có hai

lý do cho sự lựa chọn này. Thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền

sóng của băng tần này thích hợp cho các ứng dụng di động. Thứ hai là khả năng

băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMax.

WiMax ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song công TDD, FDD.



Băng 2.3 GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2.5 GHz do đó

cũng sẽ là một lựa chọn cho mạng WiMAX di động tại Việt Nam. Hiện tại các đơn

vị FPT, VTC, EVN và Viettel được chính phủ cấp phép thử nghiệm Mobile

WiMAX ở dải tần số này.



Băng 5725 – 5850 (băng 5.8 GHz)

Băng tần này được WiMax Forum quan tâm vì đây là băng tần được nhiều

nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn so với

các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốn

thường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà.

Theo WiMax Forum thì băng tần này thích hợp để triển khai WiMax cố định,

độ rộng phân kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD, không

có FDD.

Bên canh các băng tần số trên còn có một số băng tần số khác cũng được Diễn

đàn WiMAX đề cập đến, tuy nhiên xét trong điều kiện triển khai tại Việt Nam thì

nhưng băng tần số này là không phù hợp. Ta có thể tóm tắt các băng tần số có thể

lựa chọn trong bảng 3.1 dưới đây.

Bảng 3.1: Phân bổ tần số cho các công nghệ không dây

Băng tần



Khả năng ứng dụng



3400 – 3600 MHz



FWA, WBA, Fix WiMAX



3600 – 3800 MHz



Hệ thống vệ tinh viễn thông



3300 – 3400 MHz



Fix WiMAX



2500 – 2690 MHz



MMDS, WBA



2300 – 2400 MHz



Mobile WiMAX



5725 – 5850 MHz



Fix WiMAX



< 1 GHz



Truyền hình địa phương



3.3.2 Lựa chọn phương thức song công

WiMAX hỗ trợ cả hai phương thức song công FDD và TDD trong các mô

hình ứng dụng của nó.

- FDD (Frequency Division Duplexing): kỹ thuật này chia kênh tần số

ra làm hai kênh riêng biệt, một tần số được sủ dụng cho chiều lên,

còn tần số còn lại được sử dụng cho chiều xuống.

- TDD (Time Division Duplexing): kỹ thuật này cho phép các khung

đường lên và đường xuống có thể nằm trên cùng một kênh, tuy chúng

ở những khe thời gian khác nhau .

Hai chế độ song công TDD và FDD được thể hiện trong hình vẽ 3.2 dưới đây:



Hình 3.2: Hai chế độ song công TDD và FDD

Đối với các vấn đề nhiễu, TDD yêu cầu sự đồng bộ hóa hệ thống diện rộng.

Tuy nhiên, trong WiMAX TDD được thường ưu tiên ở chế độ song công vì những

lý do sau:

-



TDD cho phép điều chỉnh tỷ lệ DL / UL (đường xuống / đường lên) để hỗ trợ

hiệu quả lưu lượng bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống, trong khi

với FDD, đường lên và đường xuống luôn được giữ cố định, và thông

thường băng thông đường lên và đường xuống bằng nhau



-



TDD bảo đảm sự trao đổi kênh nhằm hỗ trợ tốt hơn cho các kết nối thích

ứng, MIMO và các công nghệ anten nâng cao khác.



-



Không giống như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh

duy nhất cho cả đường lên và đường xuống, đem lại sự thích ứng linh động

hơn cho việc cấp phát phổ tần số khác nhau.



-



Bộ thu phát được thiết kế cho việc thực hiện TDD cũng đơn giản hơn và do

vậy đỡ tốn kém hơn.



Cấu trúc khung PMP

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.



Cấu trúc khung WiMAX OFDM được thể hiện trên hình vẽ 3.3:



Hình 3.3: 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, 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

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.