ước lượng kênh trong ofdm của wimax

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
1

Lớp: 03DT1
Các thuật ngữ viết tắt

ADSL Asymmetric Digital Mạng số truy câp internet băng
subcribe Line rộng.

AM Amplified modulation Điều biên.

AMC Adaptive modulation Mã hóa và điều chế thích nghi.
and coding

BPSK Binary PSK Điều chế pha 2 mức.

BS Base station Trạm cơ sở.

CDMA Code division Đa truy cập phân chia
Multiplex access theo mã.

CTC Convolution turbo code Mã xoắn turbo.

DAB Digital Audio Broadcasting Hệ thống phát thanh số và truyền
số liệu tốc độ cao.

DEMUX Bộ tách kênh.

DSP Digital signal processing Bộ xử lý số.

DVB_T Digital video broadcasting Hệ thống truyền hình số mặt đất.
for terrestrial transmission mode

FDD Frequency division duplex Song công theo tần số.

FFT Fast fourier transformer Chuyển đổi fourier nhanh.

FM Frequency modulation Điều tần.

FUSC Fully used sub-carrier Sóng mang con sử dụng
Hoàn toàn.

HARQ Hybrid automatic Kĩ thuật sửa lỗi bằng dò lặp.
repeat request

ICI Inter-carrier interference Nhiễu giữa các sóng
mang.
Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
2

Lớp: 03DT1

IFFT Inverse FFT Chuyển đổi fourier nhanh ngược.

ISI Inter-symbol interference Nhiễu giữa các biểu tượng.

LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng.

LS Least square

MAC Media access control

MAI multiplex access interference Nhiễu đa truy cập.

MIMO Multiple input multiple Hệ thống đa anten phát
Output và thu.

MMSE Minimum square error

MUX Multiplexer Bộ ghép kênh.

NLOS Noneline of sight Không phải tầm nhìn thẳng.

OFDM Orthogonal frequency Ghép kênh phân chia
division mutiplex theo tần số trực giao.

OFDMA Orthogonal frequency Đa truy cập phân chia
division multiplex access theo tần số trực giao.

PSK Phase shift keying Điều pha.


QAM Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu phương.
Modulaion

QPSK Quadrature PSK Điều chế cầu phương PSK.

PUSC patially used sub-carrier Sóng mang con sử dụng
Một phần.

SER Symbol error rate Tỷ lệ lỗi biểu tượng.

SNR Signal noise to ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
3

Lớp: 03DT1
SOFDMA Scalable OFDMA

SS Subcribe station Trạm người dùng.

TDD Time division duplex Song công theo thời gian.
WIMAX Worldwide interoperability Khả năng kết nối không
for microwave access dây trên diện rộng với truy
viba.

VLAN Virtual local area netword Mạng LAN ảo.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
4

Lớp: 03DT1

ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG HỆ THỐNG OFDM CỦA
WIMAX
Mục lục

CHƯƠNG 1
Tổng quan về hệ thống WiMAX
1.1 Giới thiệu chương 1
1.2 Giới thiệu hệ thống WiMAX 1
1.2.1 WIMAX là gi? 1
1.2.2 Lịch sử ra đời 1
1.2.3 Đặc điểm của WIMAX 2
1.3 Các chuẩn WIMAX 3
1.3.1 Chuẩn cơ bản 802.16 3
1.3.2 Các chuẩn bổ sung của WIMAX 3
1.4 Các công nghệ sử dụng trong WIMAX 4
1.4.1 Điều chế thứ tự cao hơn 4

1.4.2 Công nghệ OFDM 5
1.4.3 Công nghệ OFDMA 7
1.5 Ứng dụng của WIMAX 9
1.6 Kết luận chương 13

CHƯƠNG 2
Kĩ thuật OFDM và OFDMA trong WIMAX
2.1 Giới thiệu chương 14
2.2 Công nghệ OFDM 14
2.2.1 Cơ sở của OFDM 14
2.2.1.1 Cơ sở trực giao 15
2.2.1.2 Tiền tố vòng CP 19
2.2.1.3 biểu tượng Pilot 21
2.3 Kĩ thuật OFDMA trong WIMAX 21
2.3.1 Cấu trúc biểu tượng OFDMA và kênh con hoá 21
2.3.2 Scalable OFDMA 24
2.3.3 Cấu trúc khung TDD 25
2.4 kết luận chương 27

CHƯƠNG 3
Ước lượng kênh trong hệ thống OFDM
3.1 Giới thiệu chương 28
3.2 Mô tả hệ thống 29
3.3 Các kĩ thuật ước lượng kênh 32
3.3.1 Ước lượng MMSE 33
3.3.2 Ước lượng LS 34
3.4 Giảm kích thước FFT với ước lượng MMSE và LS 36
3.4.1 Mục đích của phương pháp 36
3.4.2 Giảm kích thước FFT với ước lượng MMSE 36
3.4.3 Giảm kích thước FFT với ước lượng LS 37

3.3 Kết luận chương 38

CHƯƠNG 4
Mô phỏng ước lượng kênh

4.1 Giới thiệu chương 39
4.2 Mô phỏng SER dựa trên MMSE và LS 39
4.3 Mô phỏng so sánh ước lượng MMSE và LS 40
4.3.1 Ưu điểm của MMSE 41
4.3.2 Nhược điểm của MMSE 41
4.4 Mô phỏng giảm kích thước FFT với ước lượng MMSE 41
4.4.1 Ưu điểm của phương pháp 41
4.4.2 Nhược điểm của phương pháp 42
4.5 Mô phỏng giảm kích thước FFT với ước lượng LS 43
4.6 Kết luận chương 44
4.7 Hướng phát triển đề tài 44

Tài liệu tham khảo 45
Phần phụ lục 46


LỜI MỞ ĐẦU
1) Đặt vấn đề

Công nghệ OFDM hiện nay đã tìm được sự ứng dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn
viễn thông như hệ thống truyền hình số DVB-T, phát thanh số DAB, hay mạng
truy nhập Internet băng thông rộng ADSL, …Hiện nay công nghệ này đang được
ứng dụng trong hệ thống truy nhập Internet không dây băng rộng WIMAX theo
các tiêu chuẩn IEEE 802.16 và trong hệ thống di động toàn cầu thế hệ thứ 4 cũng
như nhiều hệ thống viễn thông khác.

WIMAX là một công nghệ không dây băng thông rộng mang lại tốc độ kết nối
nhiều Megabit và thông lượng cao cho phép truy cập một khối lượng lớn các dữ
liệu như phim và các nội dung đa phương tiện, đồng thời có phạm vi phủ sóng
rộng giúp mang lại khả năng truy cập tới các dữ liệu trong khoảng cách xa.

Hiện nay nhiều hãng sản xuất các thiết bị điện tử như Laptop, điện thoại và các
thiết bị văn phòng khác đã tích hợp các phần cứng cũng như các phần mềm ứng
dụng của công nghệ WIMAX vào các sản phẩm của mình để đáp ứng được nhu
cầu ngày càng cao và phong phú của khách hàng.

Các thiết bị WIMAX này đã được kiểm tra về khả năng tương thích với nhau sẽ
giúp khách hàng dễ dàng hơn khi chuyển vùng từ hệ thống mạng này sang hệ
thống mạng khác với các thiết bị Internet của mình, mang lại cho người sử dụng
một trải nghiệm di động luôn được kết nối .

Để tiếp cận và tìm hiểu về công nghệ WIMAX chúng ta hãy đi vào tìm hiểu cơ sở
và các ứng dụng của kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM-
Othogonal Frequency Division Multiplex ) trong hệ thống WIMAX mà điển hình
là kĩ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM của WIMAX.
Vì còn nhiều hạn chế về khả năng lẫn kiến thức nên đề tài chỉ nghiên cứu các
phương pháp ước lượng kênh trong hệ thống OFDM của WiMAX đề làm nền tảng
cho các vấn đề chuyên sâu sau này. Rất mong được sự góp ý của thầy cô và bạn bè
trong khoa Điện Tử Viễn Thông-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.

2) Kết cấu của đề tài
Đề tài chia làm 4 chương, trong đó 2 chương đầu là những khái niệm lý thuyết cơ
bản, chương 3 trình bày các phương pháp và những biểu thức tính toán của ước
lượng kênh. Chương 4 là phần mô phỏng để làm rõ những biểu thức tính toán ở
chương 3.

Nội dung chính của từng chương như sau:
Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống WiMAX
Trình bày những vấn đề liên quan đến mô hình của một hệ thống WiMAX cơ bản,
những đặc điểm và các ứng dụng của nó đối với quá trình truyền tin trên lý thuyết
và trên thực tế.

Chương 2: Kĩ Thuật OFDM Và OFDMA Trong WiMAX
Phần này giới thiệu về cơ sở, đặc điểm cơ bản của kĩ thuật ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao và ứng dụng công nghệ OFDM trong WiMAX điển hình là kĩ
thuật OFDMA.

Chương 3: Kĩ Thuật Ước Lượng Kênh Trong Hệ Thống OFDM
Mô tả các phương pháp ước lượng kênh và những biểu thức toán học của nó dựa
trên đáp ứng xung của kênh.

Chương 4: Mô Phỏng Ước Lượng Kênh
Mô phỏng so sánh sự khác nhau giữa ước lượng MMSE và ước lượng LS. Đề xuất
phương pháp giảm kích thước FFT trong ước lượng MMSE và LS.

3) Phương pháp nghiên cứu
Đề tài làm rõ những khái niệm về ước lượng kênh trong OFDM, từ đó dựa vào
những biểu thức tính toán, thực hiện mô phỏng so sánh sự khác nhau của ước
lượng MMSE và LS.
4) Mục tiêu của đề tài
Từ những kết quả mô phỏng đạt được, rút ra những nhận xét về những ưu điểm
cũng như nhược điểm của 2 phương pháp và đề xuất phương pháp giảm kích
thước FFT với 2 phương pháp ước lượng trên.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
1

Lớp: 03DT1
CHƯƠNG 1 : Tổng Quan Về Hệ thống WIMAX
1.1 Giới thiệu chương
Trước khi đi vào tìm hiểu các vấn đề về ước lượng kênh trong hệ thống OFDM của
WiMAX, ta sẽ tìm hiểu hệ thống WiMAX là gì?, nó có những đặc điểm gì?, và nó có
những ưu điểm nào trong các ứng dụng thực tế.

1.2 Giới thiệu hệ thống WIMAX :
1.2.1 WIMAX là gì ?
WIMAX là từ viết tắt của Worldwide Interoperability For Microwave Access-khả năng
kết nối không dây trên diện rộng với truy nhập vi ba. Nó cho phép truy nhập băng
thông rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp là
DSL.

WIMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, mang xách tay được, di động
mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng (line of sight) trực tiếp đến một trạm.
WIMAX có 2 phiên chính : WIMAX cố định (Fixed WIMAX)
WIMAX di động(Mobile WIMAX)

1.2.2 Lịch sử ra đời :
Chuẩn 802.16 được xây dựng từ viện kĩ thuật điện và điện tử từ năm 1999, nhưng tiêu
chuẩn đầu tiên được đưa ra và được cả thế giới công nhận vào năm 2001.

2003 > 802.16a
2004 > 802.16d

2005 > 802.16e

Chuẩn được thiết kế hỗ trợ cho cả phương thức song công theo thời gian (Time
Division Duplex-TDD) và song công theo tần số (Frequency Division Duplex-FDD).
TDD, tại đó đường lên và đường xuống dùng chung một kênh nhưng không truyền
cùng một lúc. FDD, tại đó đường lên và đường xuống hoạt động trong những kênh
riêng biệt.

1.2.3 Đặc điểm của WIMAX:
WIMAX di đông cũng có các đặc điểm giống EV-DO hoặc HSxPA nhằm tăng tốc độ
truyền thông (Data Rate). Những đặc điểm đó bao gồm: mã hoá và điều chế thích nghi
(Adaptive Modulation and coding-AMC), kĩ thuật sửa lỗi bằng dò lặp (Hybrid
Automatic Repeat Request-HARQ). Phân bố nhanh (Fast Scheduling) và chuyển giao
mạng (Handover) nhanh và hiệu quả.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
2

Lớp: 03DT1
Không giống như công nghệ 3G dựa trên CDMA được xây dựng nhằm vào dịch vụ
thoại, WIMAX được thiết kế để đáp ứng dịch vụ truyền dữ liệu dung lượng lớn (trong
đó có cả dịch vụ thoại VoIP). WIMAX sử dụng kĩ thuật trải phổ SOFDMA và hạ tần
mạng xây dựng trên nền IP.
WIMAX cung cấp khả năng kết nối Internet không dây nhanh hơn WIFI, tốc độ uplink
và downlink cao hơn, sử dụng được nhiều ứng dụng hơn, và quan trọng là vùng phủ

ong rộng hơn và không bị ảnh hưởng bởi địa hình. WIMAX có thể thay đổi một cách
tự động phương thức điều chế để có thể tăng vùng phủ


ong bằng cách giảm tốc độ
truyền và ngược lại.

Để tăng vùng phủ

ong, chuẩn WIMAX hoặc sử dụng mạng Mesh hoặc sử dụng anten
thông minh hoặc MIMO.
Dữ liệu truyền trong mạng WIMAX được phân chia thành 5 lớp dịch vụ với những ưu
tiên khác nhau nhằm cung ứng QoS. Ngoài ra bảo mật cũng là một đặc điểm nổi trội
của WIMAX so với WIFI.

1.3 Các chuẩn của WIMAX:
1.3.1 Chuẩn cơ bản 802.16 :
Chuẩn 802.16 được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện (Interface) không dây
dựa trên một giao thức MAC (Media Access Control) chung. Kiến trúc mạng cơ bản
của 802.16 bao gồm một trạm phát BS (Base Station) và người sử dụng ( SS-Subcribe
Station ).

Trong một vùng phủ

ong, trạm BS sẽ điều khiển toàn bộ sự truyền dữ liệu (Traffic).
Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi truyền thông giữa 2 SS với nhau. Nối kết
giữa BS và SS sẽ gồm một kênh Downlink và Uplink. Kênh Uplink sẽ chia sẽ cho
nhiều SS trong khi kênh Downlink có đặc điểm Broadcast. Trong trường hợp không có
vật cản giữa BS và SS ( Line of sight ), thông tin sẽ được trao đổi trên băng tần cao.
Ngược lại, thông tin sẽ được trao đổi ở băng tần thấp để chống lại nhiễu.

1.3.2 Các chuẩn bổ sung (Amendments) của WIMAX :
 Chuẩn 802.16a: Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2-11 Ghz.

Đây là
băng tần thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được
các chướng ngại trên đường truyền. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai
mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (Terminal) có thể liên lạc với BS
thông qua một thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ

ong của 802.16a
BS sẽ được nới rộng.

 Chuẩn 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần 5-6Ghz với mục đích cung
ứng dịch vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin
Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
3

Lớp: 03DT1
của những ứng dụng Video, thoại, Real-time thông qua những lớp dịch vụ khác
nhau (Class of Service).


 Chuẩn 802.16c: Chuẩn này định nghĩa

ong các Profile mới cho dải băng tần
từ 10-66 Ghz với mục đích cải tiến Interoperability.


 Chuẩn 802.16d: Có một số cải tiến nhỏ so với 802.16a. Chuẩn này được chuẩn
hoá 2004. Các thiết bị Pre-WIMAX có trên thị trường là dựa vào chuẩn này.

 Chuẩn 802.16e: Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hoá. Đặc điểm nổi
bật của chuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động ( vận tốc di chuyển
lớn nhất mà có thể sử dụng dịch vụ này lên đến 100 Km/h ).


Ngoài ra, còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai
đoạn chuẩn hoá như 802.16g, 802.16f, 802.16h…

1.4 Các công nghệ sử dụng trong WIMAX:
1.4.1 Điều chế thứ tự cao hơn:
Ngược với công nghệ tương tự có trước đây (FM,AM) và biểu đồ điều chế số hóa hiệu
suất thấp. (PSK, BPSK, và QPSK) được sử dụng rộng rãi trong các mạng ngày nay,
công nghệ băng rộng không dây yêu cầu sử dụng các biểu đồ điều chế theo thứ tự cao
hơn với hiệu quả trải phổ tốt hơn.

Tuy nhiên biểu đồ điều chế theo thứ tự cao hơn này rất dễ bị tác động bởi nhiễu
(Interference) và hiện tượng đa đường dẫn. Cả hai yếu tố này đều phổ biến trong các
triển khai mạng không dây có mặt khắp nơi với số lượng người

ong lớn.


Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
4

Lớp: 03DT1
Hình 1.1: Một số lược đồ điều chế theo thứ tự khác nhau

Để biết được những tác động này, công nghệ OFDM, OFDMA và SOFDMA là những

công nghệ truy cập mới cải tiến hỗ trợ kênh cần thiết để đạt được hiệu quả trải phổ cao
hơn với thông lượng kênh cao hơn. Những công nghệ mới này là nền tản cho WIMAX
di động và các hệ thống băng rộng di động thế hệ tiếp theo khác.


1.4.1.1 Công nghệ OFDM:
Nhu cầu về các dịch vụ băng thông rộng tin cậy trong điều kiện truyền không dây bị
che chắn (tầm nhìn khuất–NLOS, đặc biệt bị ảnh hưởng bởi hiện tượng đa đường dẫn
và can thiệp từ các nhà cung cấp dịch vụ không dây khác) đã đưa công nghệ không dây
vào triển khai rộng khắp sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OFDM trong các chuẩn và sản phẩm .



Hình 1.2: Công nghệ OFDM

Công nghệ OFDM chia luồng dữ liệu ra thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng
tần số sử dụng các

ong mang con trực giao với một

ong mang con khác.
Những

ong mang con này sau đó ghép thành các kênh tần số để truyền vô tuyến.


Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
5

Lớp: 03DT1

Hình 1.3 : Lược đồ các

ong mang con trong OFDM.


Các đường truyền băng hẹp này sử dụng các kí tự có khoảng thời gian dài (Long-
Duration-Sysbol) trong miền thời gian để làm cho các kí tự không bị méo do hiện
tượng đa đường dẫn.

Bằng cách sử dụng các khoảng thời gian của kí tự xấp xỉ 100 ms với khoảng bảo vệ
khoảng 10 ms, công nghệ OFDM cho phép khắc phục được các tác động của hiện
tượng đa đường .



Hình 1.4 : Sự nguyên vẹn của kí tự được sử dụng làm chậm trễ hiện tượng đa đường
dẫn với khoảng bảo vệ thời gian.

Để đảm bảo khả năng trực giao, khoảng dãn cách giữa các

ong mang con phải được
chọn lựa sao

ong

đảo ngược với khoảng thời gian của kí tự .

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
6

Lớp: 03DT1
Hình 1.5 : Khoảng dãn cách giữa các

ong mang con được lựa chọn để mỗi

ong
mang con trực giao với các

ong mang con khác. Độ dãn cách giữa các

ong mang
con phải cân bằng với sự đảo ngược các khoảng thời gian của kí tự .
Số lượng các

ong mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh và mức độ
nhiễu. Con số này tương ứng với kích thước FFT ( Fast-Fourier-Transformer ).
Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16-2004 xác định rõ 256 sóng mang con, tương ứng với
kích cỡ FFT từ 512 đến 2048 phù hợp với các độ rộng kênh từ 5 tới 20 Mhz để duy trì
tương đối khoảng thời gian không đổi của kí tự và khoảng dãn cách giữa các

ong
mang con độc lập với độ rộng kênh .

Vì thế với công nghệ OFDM, sự kết hợp của các


ong mang con trực giao truyền song
song với các kí tự có khoảng thời gian dài đảm bảo rằng lưu lượng băng thông rộng
không bị hạn chế do môi trường bị che chắn tầm nhìn (NLOS) và nhiễu do hiện tượng
đa đường dẫn.

1.4.1.2 Công nghệ OFDMA:
Truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA ) là công nghệ đa

ong mang phát
triển từ công nghệ OFDM, ứng dụng như một công nghệ đa truy cập. Được diễn tả như
biểu đồ dưới đây, OFDMA hỗ trợ các nhiệm vụ của các

ong mang con đối với các
thuê bao nhất định.

Mỗi một nhóm

ong mang con được biểu thị như một kênh con (sub-channel), và mỗi
thuê bao được chỉ định một hoặc nhiều kênh con để truyền phát dựa trên mỗi yêu cầu
cụ thể và lưu lượng của mỗi thuê bao.


Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
7

Lớp: 03DT1

Hình 1.6 : Công nghệ OFDM và OFDMA

OFDMA có một số ưu điểm như khả năng linh hoạt tăng, thông lượng và tính ổn định
được cải tiến. Bằng việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền phát
của các thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm
thiểu tác động như ảnh hưởng đa truy cập –MAI (Multiplex Access interference).

Hơn nữa, hiện tượng các kênh con cho phép tập trung công suất phát qua một số lượng
các

ong mang con ít hơn. Kết quả này làm tăng số đường truyền dẫn đến tăng phạm
vi và khả năng phủ

ong .

Việc sửa đổi bổ sung chuẩn IEEE 802.16e-2005 được triển khai nhằm mở rộng chuẩn
vô tuyến 802.16 đáp ứng các ứng dụng di động. Sự bổ sung này cho phép công nghệ
OFDMA đáp ứng nhiều tính năng sử dụng một cách linh hoạt và các thách thức về việc
các thuê bao di động di chuyển nhanh trong môi trường NLOS. Chuẩn 802.16e-2005
hỗ trợ 3 tuỳ chọn phân phối kênh con, tùy theo tình huống sử dụng như sau :

 Các

ong mang con có thể được tán xạ thông qua kênh tần số. Điều này liên
quan đến việc sử dụng phân hoá kênh con (sub-channelization) hoặc FUSC.

 Một số nhóm

ong mang con tán xạ có thể được sử dụng để tạo thành một kênh
con. Điều này liên quan 1 phần đến việc sử dụng phân hoá kênh con (sub-
channelization) hoặc PUSC.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
8

Lớp: 03DT1

 Các kênh con có thể được tạo ra bởi các nhóm

ong mang con tiếp theo. Điều
này liên quan đến sự điều biến và mã hoá tuỳ ứng hoặc AMC.


Với PUSC hoặc FUSC, việc phân phối các

ong mang con tới các kênh con được thực
hiện theo mô hình giả ngẫu nhiên mà ở đó các

ong mang con của một kênh con nhất
định trong một cell nhất định khác với các

ong mang con tại cùng một kênh con đó
trong một cell khác (VD :

ong mang con trong kênh con 1 của cell 1 sẽ hoàn toàn
khác với

ong mang con của kênh con 1 trong cell 2). Sự hoán đổi giả ngẫu nhiên này
có ảnh hưởng tương đối đến nhiễu.

Điều này làm giảm tác động đối nghịch của hiện tượng nhiễu giữa các cell. Nhìn

chung, FUSC và PUSC là 2 tuỳ chọn tốt nhất cho các ứng dụng di động, trong khi
AMC hoàn toàn phù hợp cho các ứng dụng cố định, mang xách hoặc di chuyển chậm.




1.4.1.3 Công nghệ SOFDMA:
Việc mở rộng OFDMA (SOFDMA) hỗ trợ khả năng điều chỉnh OFDMA cho phù hợp
với độ rộng kênh đang được sử dụng. Theo nguyên tắc khi ấn định số lượng dải phổ
dành cho các nhà cung cấp dịch vụ khác, các thông số công nghệ OFDMA có thể được
tối ưu hóa sao cho tỷ lệ với dải băng tần cấp cho một nhà cung cấp dịch vụ cụ thể.

Với S-OFDMA, kích cỡ FFT khác với độ rộng kênh dựa trên các thông số theo chuẩn
802.16e-2005. Trong kênh tần số 5Ghz một FFT kích cỡ 512 sóng mang con được xác
định còn một kênh 10Mhz, một FFT kích cỡ 1024 được xác định. Điều đó đảm bảo
rằng cả 2 hệ thống 5Mhz và 10Mhz có cùng khoảng thời gian của kí tự và do đó có
cùng khả năng chống méo đa đường kể cả khi 2 hệ thống khác nhau về kích cỡ.

1.4.1.4 Các công nghệ anten sử dụng trong WIMAX:
1.4.1.4.1 Hệ thống anten thông minh:
Hệ thống công nghệ anten thông minh có liên quan đến loại anten được thiết kế để tăng
cường độ tín hiệu nhận được trong mạng truy cập không dây. Mục đích để làm tăng
CINR (Carrier-to-interference plus noise radio).

Sử dụng công nghệ anten thông minh có thể vừa làm tăng cường độ tín hiệu nhận được
và làm giảm mức độ nhiễu để tăng phần lớn công dụng của một mạng giao tiếp di
động.
Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
9

Lớp: 03DT1

Cường độ tín hiệu nhận được dao động khi các thuê bao di động trong vùng phủ

ong
và việc sử dụng nhiều anten hoặc anten thông minh để tăng chất lượng đường truyền đã
được nghiên cứu ngay từ khi các hệ thống di động đầu tiên mới ra đời. Bước đầu tiên là
sử dụng nhiều anten để cung cấp độ phân tập thu “receiver diversity ”.

Hệ thống này hoặc lựa chọn một anten với cường độ tín hiệu mạnh nhất hoặc tối ưu
phối hợp các tín hiệu nhận được từ tất cả các anten. Chuẩn WIMAX hỗ trợ nhiều loại
công nghệ anten thông minh, bao gồm đa cổng vào ra ( MIMO ) và hệ thống anten
thông minh cải tiến (hoặc thích nghi) (ASS) trên cả hai loại thiết bị đầu cuối khách

ong và trạm gốc.

Trong khi MIMO đề cập đến việc sử dụng nhiều anten và kết quả quá trình yêu cầu các
tín hiệu bổ sung, ASS tùy thuộc hoặc vào công nghệ “ mã hóa không gian-thời gian ”
(Space-time coding) hoặc tạo chum tia “ beam-forming ”.

Với beam-forming, tín hiệu với năng lượng phát đi, sẽ định hình theo dạng vật lý và
truyền phát trực tiếp đến một thuê bao cụ thể dẫn đến độ lợi cao hơn, thông lượng cao
hơn và khả năng chống nhiễu tốt hơn. Do công nghệ OFDMA chuyển một kênh dài tần
rộng thành nhiều

ong mang con phẳng và độ rộng kênh hẹp, ASS có thể được hỗ trợ
với độ phức tạp ít hơn nhiều so với yêu cầu của các hệ thống băng rộng không dây
khác.

1.4.1.4.2 Công nghệ đa cổng vào ra :
Công nghệ đa cổng vào ra (MIMO) miêu tả các hệ thống sử dụng nhiều hơn 1 radio và
hệ thống anten tại một điểm cuối của các đường kết nối không dây. Trước đây, chi phí
để kết hợp nhiều anten và các radio trong một đầu cuối khách

ong là rất cao.

Các cải tiến gần đây trong công nghệ tích hợp và triển khai quy mô nhỏ cho hệ thống
vô tuyến làm tăng tính khả thi và chi phí hiệu quả. Phối hợp nhiều tín hiệu nhận được
sẽ đạt được các lợi ích tức thời khi tăng cường độ tín hiệu nhận được, tuy nhiên công
nghệ MIMO cũng cho phép truyền phát các luồng dữ liệu song song để đạt được thông
lượng lớn hơn.

Ví dụ, trong một MIMO 2x2 (tức là gồm 2 phần tử phát và thu) với hệ thống điểm-
điểm 2 phân cực, các tần số cấp cho carrier có thể được sử dụng 2 lần, làm tăng tốc độ
truyền dữ liệu gấp 2 lần.

Trong hệ thống điểm-đa điểm sử dụng MIMO, mỗi anten trạm gốc phát đi luồng dữ
liệu khác nhau và mỗi thiết bị đầu cuối khách

ong nhận nhiều thành phần của tín hiệu
Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
10

Lớp: 03DT1
phát khác nhau với mỗi anten thiết bị thuê bao khách

ong được minh họa trong hình
dưới đây.

Bằng cách sử dụng thuật toán thích hợp, thiết bị đầu cuối khách

ong có thể phân chia
và giải mã các luồng dữ liệu nhận được trong cùng một lúc. Chuẩn WIMAX di động
bao gồm công nghệ mã hóa MIMO cho tới 4 anten tại mỗi điểm cuối đường kết nối
(4x4 MIMO).


Hình 1.7: Công nghệ anten MIMO.

1.4.1.5 Mã hóa không gian-thời gian:
Mã hóa không gian-thời gian (Space-time coding) là kĩ thuật thực hiện phân tập truyền
phát (Transmission diversity). WIMAX sử dụng kĩ thuật phân tập truyền phát trên
đường Downlink để phân tập từng phần nhằm tăng cường chất lượng tín hiệu truyền
đến một thuê bao cụ thể nằm tại bất cứ điểm nào trong dải chùm tia anten phát ra.

Mặc dầu cung cấp độ lợi tín hiệu thấp hơn beam-forming nhưng đối với người sử dụng
di động thì sự phân tập truyền phát càng cần thiết hơn bởi vì nó không yêu cầu các kiến
thức hiểu biết trước về đặc tính truyền dẫn của kênh tần số cụ thể của một thuê bao.
Công nghệ STC, được biết đến như Alamouti code, được công bố vào năm 1998 và nó
hợp nhất với chuẩn WIMAX.

Tạo chum tia (Beam-forming):
Việc truyền phát các tín hiệu đi từ nhiều anten ở các pha cân bằng cụ thể có thể được
sử dụng để tạo

ong tia hẹp hơn. Hiện tượng này gọi là beam-forming.
Beam-forming mang đến các cải tiến đáng kể trong ngân sách đường kết nối theo cả 2
hướng uplink và downlink bằng cách tăng độ lợi của anten, ngoài ra để làm giảm sự

suy giảm cường độ tín hiệu do tác động bởi nhiễu.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
11

Lớp: 03DT1
Beam-forming yêu cầu thông tin về vị trí của thuê bao đặc biệt là đối với thuê bao đang
di chuyển với tốc độ lớn. Tuy nhiên, theo số liệu thống kê mạng Cellular, đa số các
thuê bao hoặc không di chuyển, hoặc di chuyển với tốc độ chậm, vì thế beam-forming
mang đến các lợi ích quan trọng cho hầu hết các mô hình sử dụng.




Hình 1.8: Beam-forming


Ví dụ, cấu hình beam-forming gồm 4 anten có thể hỗ trợ tăng cường tín hiệu có độ lợi
6dB trong khi vẫn cải tiến được tín hiệu truyền phát bị suy giảm. Kết quả là beam-
forming đem lại khả năng mở rộng hơn, thông lượng cao hơn và tăng khả năng phủ

ong trong nhà (indoor).

Với số lượng trạm gốc ít hơn để đạt được một dung lượng cụ thể trong một hệ thống,
beam-forming là công nghệ anten thông minh thứ 3 được hợp nhất trong thông số kĩ
thuật của WIMAX để tăng dung lượng hệ thống và tính năng trong các mạng di động
băng thông rộng.

1.4.1.7 Sử dụng lại tần số:

Để tối đa hóa khả năng bao phủ và khả năng sử dụng lại tần số đồng thời giảm thiểu độ
nhiễu, hệ thống không dây bao phủ vùng phục vụ với nhiều cell, được chia nhỏ thành
nhiều Sector.

Do một số các thuê có thể được định vị tại các ranh giới giữa các cell hoặc các Sector
và thường nhận được các tín hiệu từ nhiều nguồn-do đó nó tạo ra nhiễu-mỗi sector
được ấn định một kênh tần số khác nhau.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
12

Lớp: 03DT1
Khi đó để phù hợp với quy mô phủ

ong vô tuyến tại một khu vực, mỗi kênh tần số
được sử dụng lại với một sự phân chia về mặt không gian để tối đa hóa việc sử dụng
của dải quang phổ bị hạn chế trong khi vẫn giảm thiểu hiện tượng tự nhiễu từ cùng
kênh được sử dụng lại trong mạng. Điều này thường liên quan đến hiện tượng nhiễu
cùng kênh CSI.

Chức năng sử dụng lại, là thước đo một dải tần cung cấp được sử dụng lại linh hoạt
như thế nào, được thể hiện như một phần nhỏ của sector hoặc cell hoạt động với cùng
một kênh tần số. Các hệ số sử dụng lại điển hình đối với các hệ thống cellular truyền
thống là hệ số 3 hoặc 7-tùy theo nhu cầu 3-7 kênh tần số khác nhau để triển khai một
mô hình mạng cụ thể.

Hình 1.9 : Mô hình sử dụng lại tần số
(a)-3 tần số ( hệ thống Digital )
(b)-7 tần số ( Analog FDMA )
©-OFDMA và CDMA

Mục đích khác được sử dụng trong cả 2 công nghệ OFDMA và CDMA là sử dụng tất
cả các kênh tần số trong mỗi sector sẵn có và sử dụng biểu đồ điều chế như OFDMA
hoặc CDMA, để xử lý nhiễu tại mức độ cao từ các sector hoặc các cell lân cận.

Quá trình này liên quan tới việc khi có một hệ số sử dụng lại của 1 đôi khi được gọi là
“ Reuse 1 ” hoặc “universal frequency reuse”-và rất phổ biến với các nhà cung cấp dịch
vụ mạng ngày nay bởi vì từ khi nó giảm thiểu các nhu cầu đối với việc hoạch định vô
tuyến của mạng cụ thể.

Để hỗ trợ sử dụng lại tần số phổ biến, những biểu đồ điều chế này quản lý nhiễu bằng
cách sử dụng các mã sửa lỗi như mã CTC (Convolution turbo code) và bằng cách sử
dụng dải băng tần sẵn có thông qua việc sử dụng các mã truy nhập trong trường hợp sử
dụng CDMA, và các

ong mang con trong trường hợp sử dụng OFDM.

Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
13

Lớp: 03DT1
Chuẩn WIMAX di động cũng cung cấp khả năng phân chia trực giao với các nguồn tài
nguyên trong 1 cell đồng thời vẫn định vị ngẫu nhiên các

ong mang con giữa các cell.

Phân chia trực giao trong cell đảm bảo rằng hiện tượng nhiễu giữa các sector gần nhau
là rất ít hoặc không xảy ra, trong khi hiện tượng định vị các

ong mang con giữa các
cell đảm bảo rằng hiện tượng chồng chéo giữa các

ong mang con được sử dụng trong
các thuê bao cụ thể tại các cell liền kề là rất ít.

Điều này làm giảm khả năng nhiễu giữa các cell và cho phép các kết nối vô tuyến hoạt
động với hiệu quả điều chế cao hơn, dẫn đến thông lượng dữ liệu cao hơn.

1.4.1.8 Điều khiển công suất:
Điều khiển công suất phát thích hợp là một chức năng quan trọng nhằm mục đích đảm
bảo chất lượng đường truyền. Trong luồng upstream, điều khiển công suất phát thích
ứng được sử dụng để tối đa hóa các mức độ điều khiển tiện ích, nhằm đạt được thông
lượng cao nhất trong khi vẫn tiếp tục kiểm soát độ nhiễu đến các cell kế cận.

Trong luồng Downstream, các kênh con cụ thể được phân chia luồng công suất khác
nhau có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ tốt hơn tới các thuê bao tại các cạnh của
cell, trong khi vẫn cung cấp đầy đủ các mức độ tín hiệu tới các thuê bao gần nhất với
trạm gốc.

1.4.1.9 Điều khiển sắp xếp:
Điều khiển sắp xếp là một cơ chế được đặt tại trạm gốc, để quản lí vị trí các gói tin
theo hướng lên và xuống dựa trên các yêu cầu về lưu lượng và các trạng thái kênh phát
tại bất kỳ thời điểm đã định nào.

Bảng phân bố các nguồn tài nguyên vô tuyến tại các dải tần số và khoảng thời gian,

dựa trên các chỉ tiêu như: tham số QoS dành cho các loại lưu lượng cụ thể, chấp nhận
mức dịch vụ thuê bao cá nhân (SLA) và các trạng thái của các đường dẫn dạng
connection-to-connection…

Do lưu lượng dữ liệu có thể thay đổi đáng kể giữa 2 đường uplink và downlink nên
cũng cần hỗ trợ việc cấp phát dữ liệu không đối xứng trong việc thực hiện ghép kênh
phân chia thời gian –TDD với các nguồn tài nguyên vô tuyến và ấn định các gói tin
được thực hiện trên mỗi sector trong một khoảng thời

ong

hay đổi tùy theo nhu cầu
thực. Cơ chế điều khiển sắp xếp này là một phần của WIMAX di động.



Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
14

Lớp: 03DT1
1.4.1.10 Điều khiển chấp nhận:
Là một quá trình xác định xem liệu nó có cho phép thiết lập một kết nối mới hay không
dựa trên: các trạng thái hiện thời của lưu lượng, các nguồn tài nguyên có sẵn và các
yêu cầu QoS có được. Lưu lượng vượt mức trong một cell làm tăng lượng nhiễu tới các
cell lân cận do đó làm giảm khả năng phủ

ong của các cell.

Điều khiển chấp nhận được sử dụng nhằm chấp nhận hoặc từ chối các yêu cầu kết nối

để duy trì sự nhận dữ liệu của cell trong lượng giới hạn được chấp nhận. Chức năng
điều khiển chấp nhận có tại trạm gốc WIMAX hoặc tại cổng mạng dịch vụ truy cập
(ASN) nơi mà các thông tin được nhận về dành cho một số trạm gốc có thể kiểm soát
được.

1.4.1.11 Chất lượng dịch vụ QoS:
Hỗ trợ chất lượng dịch vụ rất cần thiết đối với hệ thống băng rộng không dây với các
kênh được thiết kế để đồng thời cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu và video. Các thuật
toán QoS là cần thiết để đảm bảo việc sử dụng chung kênh không dẫn tới việc làm
giảm chất lượng dịch vụ hoặc các lỗi dịch vụ.

Mặc dầu trong thực tế các thuê bao đang

ong chung một đường kết nối băng thông
rộng với nhiều thuê bao khác nhưng họ mong đợi nhà cung cấp dịch vụ cung cấp các
tính năng ở một mức độ chấp nhận được trong mọi điều kiện.

Chuẩn WIMAX di động cung cấp gói công cụ cần thiết để hỗ trợ QoS cho đa ứng
dụng. Trạm gốc WIMAX định vị các đường uplink và downlink thông qua việc sử
dụng một quy trình quản lý lưu lượng. Quy trình này phản ánh các nhu cầu về lưu
lượng và các thông tin về thuê bao cá nhân.

Sau đó các thuê bao tổng hợp được triển khai nhằm đảm bảo đáp ứng các tham số QoS
ứng dụng cụ thể. Bảng dưới đây là một bản tóm tắt các loại QoS, các ứng dụng và các
tham số QoS được sử dụng trong chuẩn 802.16e-2005.


Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
15

Lớp: 03DT1

Hình 1.10: Các tham số QoS.


1.5 Ứng dụng của WIMAX :
WIMAX là chuẩn không dây băng thông rộng hỗ trợ cho cả lĩnh vực máy tính và
truyền thông, với hiệu quả chi phí cao. Nó được thiết kế để phục vụ cho nhiều môi
trường khác nhau (doanh nghiệp, người

ong bình thường, hay dịch vụ công cộng),
không kể đến vị trí vật lý (vùng thành thị, ngoại ô, hay nông thôn) hay khoảng cách
gần xa.

Về kĩ thuật, chuẩn WIMAX được phát triển với nhiều mục tiêu đề ra, tập trung ở tính
đa dụng, hiệu suất cao mà chi phí thấp.


Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
16

Lớp: 03DT1


Hình 1.11 :Mô tả hệ thống WIMAX


 Kiến trúc mềm dẻo :

WIMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống bao gồm Point-to-Point, Point-to-
MultiPoint và Uniquitous coverage (bao phủ toàn bộ).

WIMAX MAC (Media Access Control) hỗ trợ Point-to-MultiPoint và
Ubiquitous bằng cách định một khoảng thời gian cho mỗi Subcriber Station (SS-
trạm đăng kí). Nếu chỉ có một SS trong mạng thì WIMAX Base Station (BS-
trạm cơ sở) sẽ giao tiếp với SS bằng Point-to-Point.

 Bảo mật cao :
WIMAX hỗ trợ AES (Advanced Encryption Standard) và 3DES (Triple Data
Encryption Standard). Đường truyền giữa SS và BS được mã hoá hoàn toàn,
đảm bảo độ tin cậy của dịch vụ. Ngoài ra WIMAX hỗ trợ VLAN, đảm bảo tín
riêng tư dữ liệu của mỗi người dùng trong cùng BS.

 WIMAX QoS :
WIMAX có thể tối ưu truyền các loại dữ liệu khác nhau, dựa trên các loại dịch
vụ là: Unsolicited Grant Service (UGS), Real Time Polling Service (rtPS), Non
Real Time Polling Service (nrtPS) và Best Effort (BE).



Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn
SVTH: Lê Tiến Dũng Trang
17

Lớp: 03DT1

 Triển khai nhanh :
Triển khai không cần kéo cáp, chỉ cần một dải băng thông, một cột thu phát


ong (antenna) và một thiết bị được cài đặt cùng với nguồn điện, WIMAX có
thể sẵn

ong hoạt động .
Trong đa số các trường hợp, WIMAX có thể triển khai trong vòng một vài giờ,
so sánh với hàng tháng với những giải pháp khác.

 Multi-Level-Service :
Quản lý băng thông có thể thực hiện xa hơn dựa trên nền tảng Service Level
Agreement (SLA-mức độ phục vụ chấp nhận được) giữa nhà cung cấp và người

ong cuối. Và nhà cung cấp có thể đáp ứng SLA khác nhau cho mỗi người

ong thậm chí trên cùng một SS.

 Interoperability-tương tác :
WIMAX dựa trên nền tảng quốc tế, trung lập với nhà sản xuất. Điều này thuận
lợi cho người

ong di chuyển và sử dụng đăng kí của họ ở nhiều vùng khác
nhau và hơn nữa là khác nhà cung cấp.

Tính tương tác bảo vệ cho nhà điều hành khi sử dụng nhiều thiết bị của các

ong khác nhau trong cùng mạng, chống tính độc quyền và kết quả là giá cả
thiết bị giảm đi đáng kể.

 Portability-di chuyển được:
Như hệ thống cellular hiện nay, một khi WIMAX SS bật lên, nó sẽ tự động kết
nối với BS, xác định các đặc tính của đường truyền với BS dựa trên cơ sở dữ

liệu SS đã đăng kí và thực hiện truyền dữ liệu.

 Mobility-di động :
Chuẩn IEEE 802.16e bổ sung

ong đặc tính hỗ trợ di động, cho phép tốc độ di
chuyển lên đến 160 km/h .

 Hiệu quả chi phí :
WIMAX là chuẩn mở mang tính quốc tế, sử dụng các công nghệ chipset chi phí
thấp, nên giá thành giảm xuống đáng kể .Và kết quả là người

ong cùng với
nhà cung cấp dịch vụ đều tiết kiệm được chi phí.

 Bao phủ rộng:
WIMAX có khả năng bao phủ một vùng địa lý rộng lớn khi mà con đường giữa
BS và SS không có vật cản.