Ngày nay, việc truyền data sử dụng công nghệ HSPA plus (21.6/5.76 Mbps) đã không còn xa lạ. Bài viết sau đây, xin giới thiệu những điểm nhấn kỹ thuật của công nghệ Wimax, công nghệ của hiện tại và trong tương lai gần.
Câu nói về WiMAX: WiMAX là một công nghệ chặng cuối (last mile ) tiên tiến thúc đẩy truy nhập internet băng rộng.
1. Thế nào gọi là công nghệ chặng cuối?
Trong hệ thống mạng thông tin (mạng internet, hay mạng di động), để cung cấp dịch vụ cho người dùng, hệ thống được chia ra nhiều bước, trong các bước có các công nghệ thực hiện riêng, bước xử lý trong core, bước xử lý từ core đến mạng truy nhập, và bước từ mạng truy nhập đến người dùng. Người ta định nghĩa rằng bước từ mạng truy nhập đến người dùng là bước cuối cùng trong quá trình cấp phát dữ liệu.
2. Các tổ chức hình thành và phát triển WiMAX?
WiMAX là một công nghệ dựa trên chuẩn 802.16 của tổ chức IEEE đề ra cho các mạng truy nhập internet băng thông rộng. Do đó, một cách tóm tắt:
- IEEE xây dựng chuẩn cho các lớp Phy và lớp MAC trong WiMAX
- WiMAX Forum (một tổ chức do các vendors, suppliers, và operators thành lập nhằm hỗ trợ các vendors và operators có thể xây dựng hệ thống ) hoàn tất các lớp trên và xây dựng cấu hình cho hệ thống WiMAX.
- Hiện nay, WiMAX Forum và ETSI đang cùng nhau hợp tác phát triển WiMAX và UMTS có thể hoạt động tương tác (chuyển giao qua lại )
3. Quá trình phát triển (các phiên bản):
nguồn: WiMAX Forum, intel corp.
4. Các dải tần trong WiMAX:
5. Các dịch vụ WiMAX hỗ trợ:
Nguồn: WiMAX Forum
6. Mô hình tham chiếu:
7. Cấu hình khung TDD trong wimax
Một khung trong WiMAX có độ dài 5ms, gồm một khung con cho DL, 1 khung con cho UL và khoảng gap giữa DL và UL để thiết bị có thể chuyển từ thu sang phát và tránh nhiễu do phát cùng tần.
- preamble: mào đầu, được sử dụng để đồng bộ, là symbol OFDM đầu tiên của khung FCH (frame control header ): ngay sau symbol mào đầu, cung cấp thông tin cấu hình khung như chiều dài các bản tin MAP, chế độ mã hóa và các kênh con khả dụng.
- DL-MAP và UP-MAP: cung cấp thong tin về việc cấp phát kênh con và một số thông tin điều khiển khác cho các khung con DL và UL tương ứng.
- UL ranging: UL ranging là một kênh con được cấp phát cho MS để thực hiện hiệu chỉnh về thời gian vòng đóng (closed-loop time ), tần số và công suất. nó còn được dùng để MS yêu cầu băng thong.
- UL CQICH: là kênh được cấp phát cho MS để MS phản hồi lại thông tin trạng thái kênh cho mạng.
- UL ACK: được cấp phát cho MS để phản hồi xác nhận DL HARQ.
8. Công nghệ truyền đa sóng mang OFDM:
- Thay vì truyền trên một sóng mang, dữ liệu được truyền trên nhiều sóng mang cùng một thời điểm. Nó gần giống như FDM (frequency division multiplex ), tuy nhiên các kênh tần số (được gọi là sóng mang con ) có thể chồng lấn lên nhau.
- Nếu dung một sóng mang con để mang dữ liệu tốc độ cao (hàng Mbps ) thì chu kỳ bit sẽ rất nhỏ gây ra ra nhiều khó khăn trong truyền không dây băng rộng. OFDM biến truyền tuần tự các bit thành truyền song song các bit dẫn đến tăng chu kỳ bit, biến truyền băng rộng thành truyền băng hẹp.
Điểm mạnh của OFDM:
- Giải quyết được vấn đề multipath fading trong hệ thống thông tin băng rộng
- equalizer của kênh thông tin băng rộng khó chế tạo giờ được thay bằng bộ equalizer của kênh thông tin băng hẹp.
- Tiết kiệm băng thông (nếu số kênh con rất lớn thì phổ sẽ được tiết kiệm ½ )
Nhược điểm đang được khắc phục dần:
- PAPR cao, do vậy bộ khuyếch đại bị lãng phí, để có thể phát công suất lớn thì phải chế tạo bộ khuyếch đại công suất có công suất đỉnh lớn rất khó và chi phí lớn.
- Do các kênh con trong OFDM đặt chồng lên nhau nên khi bị mất đồng bộ giữa các sóng mang con sẽ gây ra nhiễu ISI, ICI rất lớn.
9. Công nghệ đa angten MIMO:
Ưu điểm của MIMO:
- Tăng thông lượng: khi truyền dữ liệu của từng người dung trên từng antenna phát, ta có thể tăng thông lượng lên rất nhiều tỷ lệ thuận với số antenna phát.
- Tăng độ phân tập thu, phân tập phát dẫn đến ta có thể tăng tốc độ dữ liệu của từng người dùng, tăng chất lượng dịch vụ.
Nhược điểm của MIMO:
- Cần có một bộ combiner ở đầu thu để kết hợp các tín hiệu từ nhiều antennas, khi số lượng antenna càng lớn thì bộ combiner càng phức tạp và khó chế tạo.
- Do sử dụng đa antenna nên khoảng cách giữa các antenna phải đủ lớn để đảm bảo tín hiệu tới các antenna là độc lập (khác nhau về đặc tính fading ). Do vậy, mimo hiện nay chỉ phù hợp với các hệ thống tần số hoạt động cao (bước sóng nhỏ), và các thiết bị sử dụng mimo có kích thước khá lớn.
10. Quản lý công suất
11. Chuyển giao
12. Gia nhập mạng và quản lý kết nối:
13. Tái sử dụng tần số:
14. Thế nào là OFDM symbol?
OFDM symbol là khoảng thời gian truyền 1 bit. Trong truyền đơn sóng mang, chu kỳ truyền 1 bit rất nhỏ Td=1/Rb (với Rb là tốc độ bit ), sau khi biến đổi sang truyền song song với công nghệ OFDM, chu kỳ bit đã được kéo dài ra : Tmc = 1/f (với f là khoảng cách giữa hai tần số sóng mang ). Cấu tạo của một OFDM symbol như sau:
CP: cycle prefix, dùng để loại bỏ nhiễu ISI và ICI.
15. Các cơ chế phân kênh đường DL và UL
- Ở đường DL: tập hợp các sóng mang con sẽ được chọn ra cho một số sóng mang pilot, một số sóng mang guard, còn lại sóng mang dữ liệu sẽ được ngẫu nhiên hóa và sau đó sẽ được phân từng kênh con gồm 24 sóng mang con trên 2 timeslot. Mỗi người dùng sẽ được cấp 1 hoặc nhiều kênh con. Có 3cách thực hiện phân kênh là: FUSC, PUSC, AMC. - Ưu điểm: FUSC và PUSC thu được phân tập tần số, AMC thu được phân tập đa người dùng.
- Ở đường UL: cũng sử dụng phân tập tần số như DL tuy nhiên cách thức thực hiện khác sử dụng UL-PUSC.
Note: chi tiết tham khảo chương 6, sách wimax fundamental.
16. Điều chế và mã hóa thích ứng:
- Trong WiMAX sử dụng công nghệ điều chế và mã hóa thích ứng, cho phép thay đổi cơ chế mã hóa và điều chế tín hiệu theo điều kiện môi trường, nâng cao thông lượng và chất lượng dịch vụ.
Câu nói về WiMAX: WiMAX là một công nghệ chặng cuối (last mile ) tiên tiến thúc đẩy truy nhập internet băng rộng.
1. Thế nào gọi là công nghệ chặng cuối?
Trong hệ thống mạng thông tin (mạng internet, hay mạng di động), để cung cấp dịch vụ cho người dùng, hệ thống được chia ra nhiều bước, trong các bước có các công nghệ thực hiện riêng, bước xử lý trong core, bước xử lý từ core đến mạng truy nhập, và bước từ mạng truy nhập đến người dùng. Người ta định nghĩa rằng bước từ mạng truy nhập đến người dùng là bước cuối cùng trong quá trình cấp phát dữ liệu.
2. Các tổ chức hình thành và phát triển WiMAX?
WiMAX là một công nghệ dựa trên chuẩn 802.16 của tổ chức IEEE đề ra cho các mạng truy nhập internet băng thông rộng. Do đó, một cách tóm tắt:
- IEEE xây dựng chuẩn cho các lớp Phy và lớp MAC trong WiMAX
- WiMAX Forum (một tổ chức do các vendors, suppliers, và operators thành lập nhằm hỗ trợ các vendors và operators có thể xây dựng hệ thống ) hoàn tất các lớp trên và xây dựng cấu hình cho hệ thống WiMAX.
- Hiện nay, WiMAX Forum và ETSI đang cùng nhau hợp tác phát triển WiMAX và UMTS có thể hoạt động tương tác (chuyển giao qua lại )
3. Quá trình phát triển (các phiên bản):
nguồn: WiMAX Forum, intel corp.
4. Các dải tần trong WiMAX:
5. Các dịch vụ WiMAX hỗ trợ:
Nguồn: WiMAX Forum
6. Mô hình tham chiếu:
7. Cấu hình khung TDD trong wimax
Một khung trong WiMAX có độ dài 5ms, gồm một khung con cho DL, 1 khung con cho UL và khoảng gap giữa DL và UL để thiết bị có thể chuyển từ thu sang phát và tránh nhiễu do phát cùng tần.
- preamble: mào đầu, được sử dụng để đồng bộ, là symbol OFDM đầu tiên của khung FCH (frame control header ): ngay sau symbol mào đầu, cung cấp thông tin cấu hình khung như chiều dài các bản tin MAP, chế độ mã hóa và các kênh con khả dụng.
- DL-MAP và UP-MAP: cung cấp thong tin về việc cấp phát kênh con và một số thông tin điều khiển khác cho các khung con DL và UL tương ứng.
- UL ranging: UL ranging là một kênh con được cấp phát cho MS để thực hiện hiệu chỉnh về thời gian vòng đóng (closed-loop time ), tần số và công suất. nó còn được dùng để MS yêu cầu băng thong.
- UL CQICH: là kênh được cấp phát cho MS để MS phản hồi lại thông tin trạng thái kênh cho mạng.
- UL ACK: được cấp phát cho MS để phản hồi xác nhận DL HARQ.
8. Công nghệ truyền đa sóng mang OFDM:
- Thay vì truyền trên một sóng mang, dữ liệu được truyền trên nhiều sóng mang cùng một thời điểm. Nó gần giống như FDM (frequency division multiplex ), tuy nhiên các kênh tần số (được gọi là sóng mang con ) có thể chồng lấn lên nhau.
- Nếu dung một sóng mang con để mang dữ liệu tốc độ cao (hàng Mbps ) thì chu kỳ bit sẽ rất nhỏ gây ra ra nhiều khó khăn trong truyền không dây băng rộng. OFDM biến truyền tuần tự các bit thành truyền song song các bit dẫn đến tăng chu kỳ bit, biến truyền băng rộng thành truyền băng hẹp.
Điểm mạnh của OFDM:
- Giải quyết được vấn đề multipath fading trong hệ thống thông tin băng rộng
- equalizer của kênh thông tin băng rộng khó chế tạo giờ được thay bằng bộ equalizer của kênh thông tin băng hẹp.
- Tiết kiệm băng thông (nếu số kênh con rất lớn thì phổ sẽ được tiết kiệm ½ )
Nhược điểm đang được khắc phục dần:
- PAPR cao, do vậy bộ khuyếch đại bị lãng phí, để có thể phát công suất lớn thì phải chế tạo bộ khuyếch đại công suất có công suất đỉnh lớn rất khó và chi phí lớn.
- Do các kênh con trong OFDM đặt chồng lên nhau nên khi bị mất đồng bộ giữa các sóng mang con sẽ gây ra nhiễu ISI, ICI rất lớn.
9. Công nghệ đa angten MIMO:
Ưu điểm của MIMO:
- Tăng thông lượng: khi truyền dữ liệu của từng người dung trên từng antenna phát, ta có thể tăng thông lượng lên rất nhiều tỷ lệ thuận với số antenna phát.
- Tăng độ phân tập thu, phân tập phát dẫn đến ta có thể tăng tốc độ dữ liệu của từng người dùng, tăng chất lượng dịch vụ.
Nhược điểm của MIMO:
- Cần có một bộ combiner ở đầu thu để kết hợp các tín hiệu từ nhiều antennas, khi số lượng antenna càng lớn thì bộ combiner càng phức tạp và khó chế tạo.
- Do sử dụng đa antenna nên khoảng cách giữa các antenna phải đủ lớn để đảm bảo tín hiệu tới các antenna là độc lập (khác nhau về đặc tính fading ). Do vậy, mimo hiện nay chỉ phù hợp với các hệ thống tần số hoạt động cao (bước sóng nhỏ), và các thiết bị sử dụng mimo có kích thước khá lớn.
10. Quản lý công suất
11. Chuyển giao
12. Gia nhập mạng và quản lý kết nối:
13. Tái sử dụng tần số:
14. Thế nào là OFDM symbol?
OFDM symbol là khoảng thời gian truyền 1 bit. Trong truyền đơn sóng mang, chu kỳ truyền 1 bit rất nhỏ Td=1/Rb (với Rb là tốc độ bit ), sau khi biến đổi sang truyền song song với công nghệ OFDM, chu kỳ bit đã được kéo dài ra : Tmc = 1/f (với f là khoảng cách giữa hai tần số sóng mang ). Cấu tạo của một OFDM symbol như sau:
CP: cycle prefix, dùng để loại bỏ nhiễu ISI và ICI.
15. Các cơ chế phân kênh đường DL và UL
- Ở đường DL: tập hợp các sóng mang con sẽ được chọn ra cho một số sóng mang pilot, một số sóng mang guard, còn lại sóng mang dữ liệu sẽ được ngẫu nhiên hóa và sau đó sẽ được phân từng kênh con gồm 24 sóng mang con trên 2 timeslot. Mỗi người dùng sẽ được cấp 1 hoặc nhiều kênh con. Có 3cách thực hiện phân kênh là: FUSC, PUSC, AMC. - Ưu điểm: FUSC và PUSC thu được phân tập tần số, AMC thu được phân tập đa người dùng.
- Ở đường UL: cũng sử dụng phân tập tần số như DL tuy nhiên cách thức thực hiện khác sử dụng UL-PUSC.
Note: chi tiết tham khảo chương 6, sách wimax fundamental.
16. Điều chế và mã hóa thích ứng:
- Trong WiMAX sử dụng công nghệ điều chế và mã hóa thích ứng, cho phép thay đổi cơ chế mã hóa và điều chế tín hiệu theo điều kiện môi trường, nâng cao thông lượng và chất lượng dịch vụ.
