Kỹ thuật OFDMA ứng dụng trong hệ thống vô tuyến băng rộng WIMAX

Đồ án tốt nghiệp Đại học
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn TS Thái Văn Lan, người trực tiếp hướng
dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án.
Em cũng muốn nói lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo, Ban Giám đốc Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ,
động viên em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, anh, chị em cùng tất cả những người
thân và bạn bè, những người đã giành cho em những gì tốt đẹp nhất trong suốt quá
trình học tập để em có được đến hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn!.
Hà Nội, ngày 2 tháng 12 năm 2010
Nguyễn Văn Cường
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi
LỜI NÓI ĐẦU x
CHƯƠNG I 1
CÁC CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN FDMA,TDMA.CDMA VÀ
SDMA 1

 !"#
$%&'(!"#$
)%&*+!"#,
,%&-.!"#/
/(0-12
CHƯƠNG II 8
CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO

(OFDMA) ỨNG DỤNG TRONG WIMAX DI ĐỘNG 8
3456"#73856"#79:;
3456"#7;
3456"#79:$
<=> !"#?,
@41A*<=> !"?,
BCDE41A*<,
FGHG32
$7IDJ<K> !";
)7IDJK> !"
> !"#,
$L9M> !"#56"#79:;
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
i
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
$F&*HG34> !"#;
$NO-J> !"#38-CAP
$.QR1$S
$.QR1DCM$
$$> !"#-GTU=.V> !"#?$
$)NO-(!!$
$,&WX*D%YZG[1-&$$
)F1D$,
CHƯƠNG III 37
CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA WIMAX DI ĐỘNG 37
$$2
$"GD"#\56"#79:$;
$ND]9T3M$;
$!T3MDDT"#56"#79:$P
$$^GDEK9:)S

$$^GDJ_)S
$$X3`a)
$)#)
$$&WX*G[1\56"#79:)
$$).I9MDbb),
$$,!T3M"D[38c9)2
$,@&&-Gd5*R9:,,
$/&R*Re-&,2
$/f*g5*R9:,2
$/&h9M\5*R9:,;
$/$&R*Re05*R9:,P
$/)i:jGf*5*R,P
$PF1D/$
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO 64
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
ii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
TÀI LIỆU THAM KHẢO 65
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
iii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu hình vẽ
DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ
Yja%& !"#k !!
Yja%& !"#k(!!
Yj$a(!"#k !!)
Yj)a(!"#k(!!)
Yj,aBCDJ!"#k !!,
Yj/a.<-&l !!38(!!/
Yj(A*<*:-mK,
Yj$._CQ41> !"/

Yj)":0dD]\K> !"/
Yj,=?cC:0\KC-CH?cC:0\K> !"
_*)A*2
Yj/@bHG3-E<> !";
Yj2._-49n> !"3BA*P
Yj;@bHG3W3498o$
YjPpqHG3WRIDJ)
YjS"G> !"38> !"#/
Yj@'DC3> !"38> !"#2
Yj._e-C<;
Yj$NOA*> !"#P
Yj).QR1-C!i%r.$S
Yj,NOD&'DCari%r.$
Yj,NO-> !"#(!!$$
Yj$"jNND]9T3M\56"#79:$;
Yj$$N-"D[Vs)/
Yj$)(&I9Mb)2
Yj$,"c.56"#79:);
Yj$;i:j&Gf*56"#7/S
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
iv
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu hình vẽ
cG$@WK*h\> !"#=.V> !"#?;
cG&\.V> !"#$
cG$@41*+At]56"#7$)
cG)(:9lD-C%r.$)
cG$&h9M38CND]9T3M\5"#79:$P
cG$&*5*R9:,/
cG$$&*> !"#,/
cG$)"j4]I9M&&-Gd,2

cG$,ih9M\56"#79:,;
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
v
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục từ viết tắt
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AAS Adaptive Antena System Hệ thống anten thích nghi
AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến
AK Authorization key Khoá Cấp phép
BE Best effort Cố gắng tối đa
BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit
BNI Base station network interface Giao diện giữa trạm gốc và mạng
BS Base station Trạm gốc
BW bandwidth Băng thông
BWA Broadband wireless access Truy nhập không dây băng rộng
CDMA code division multiple access Đa truy nhập chia mã
CA Certification authority Quyền Chứng thực
CP Cyclic Prefix Tiền tố Tuần hoàn
CPE Customer Premise Equipment Thiết bị đầu cuối thuê bao
CPS Common part sublayer Lớp con phần chung
CQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênh
CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra vòng dư
CS Convergence sublayer Lớp con hội tụ
DES Data encryption standard Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu
DFS Dynamic frequency selection Lựa chọn tần số động
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc
DHCP Dynamic host configuration protocol Thủ tục cấu hình chủ không cố định
DL Downlink Hướng xuống
EC Encryption control Điều khiển mật mã
ECB Electronic code book Bảng mật mã điện tử
EDE Encrypt-Decrypt-Encrypt Mật mã-giải mã-mật mã

FEC Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước
ETSI EuropeanTelecommunications Standard
Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
FBSS Fast Base Station Switching Chuyển đổi trạm gốc nhanh
FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần số
FDD Frequency division duplex Song công chia tần số
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
vi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục từ viết tắt
FEC Forward error correction Sửa lỗi hướng đi
FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh
FSS Fixed satellite service Dịch vụ vệ tinh cố định
FWA Fixed wireless access Truy nhập không dây cố định
GPS Global positioning satellite Vệ tinh định vị toàn cầu
H-FDD Half-duplex FDD FDD bán song công
HHO Hard Handoff Chuyển vùng cứng
IE Information element Phần tử thông tin
IEEE Institute oi Electrical Electronics Engineer Viện các kỹ sư điện và điện tử
IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức kỹ sư thiết kế Internet
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược
IFFT Inversion Fast Fourier transform Biến đổi Fourier ngược nhanh
IP Internet Protocol Thủ tục Internet
ITU International Telecommunications Union Hiệp hội viễn thông Quốc tế
KEK Key encryption key Khoá Mật mã Khoá
LAN Local area network Mạng nội bộ
LMDS Local multipoint distriution service Dịch vụ phân phối đa điểm nội hạt
LOS Line of sight Tia trực xạ
MAC Medium access control layer Lớp điều khiển truy nhập môi
trường

MAN Metropolitan area network Mạng khu vực thành phố
MDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao đa dạng riêng
MIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường ra
MMDS Multichannel multipoint distribution service Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh
MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia nghiên cứu ảnh
động
MPLS Multiprotocol Label Switching Công nghệ chuyển mạch nhãn
NCFG Network configuration Cấu hình mạng
NLOS Non line of sight Tia không trực xạ
nrtPS Non-real-time polling service Dịch vụ thăm dò không thời gian
thực
OFDM Orthogonal frequency division multiplexing Ghép kênh chia tần số trực giao
OFDMA Orthogonal frequency division multiple access Đa truy nhập chia tần số trực giao
PARP Peak-to Average Power Ratio Công suất tương đối cực đại
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
vii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục từ viết tắt
PCMCIA Personal Computer Memory Card International
Association
Hiệp hội quốc tế về tấm mạch nhớ
của máy tính cá nhân
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị vụ số cá nhân
PDH Plesiochronous digital hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ
PDU Protocol data unit Đơn vị dữ liệu thủ tục
PER Packet Error Rate Tỷ lệ lỗi gói
PHY Physical layer Lớp vật lý
PKM Privacy key management Quản lý khoá riêng
PMP Point - to - multipoint Điểm đa điểm
PPP Point-to-Point Protocol Thủ tục điểm-điểm
QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadrature phase-shift keying Khoá dịch pha cầu phương
REQ Request Yêu cầu
rtPS Real-time polling service Dịch vụ thăm dò thời gian thực
Rx Reception Thu
SA Security association Tập hợp bảo mật
SAID Security association identifier Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật
SAP Service access point Điểm truy nhập dịch vụ
SAR Synthetic aperture radar Rada khe hở nhân tạo
SC Single carrier Kênh mang đơn
SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ
SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không
gian
SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SF Service flow Luồng dịch vụ
SFID Service Flow Identifier Bộ Nhận dạng Luồng Dịch vụ
SNMP Simple Network Management Protocol Thủ tục quản lý mạng đơn giản
SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm
SS Subscriber Station Trạm thuê bao
STC Space time coding Mã thời gian không gian
TDD Time division duplex Song công chia thời gian
TDM Time division multiplex Ghép kênh chia thời gian
TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia thời gian
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
viii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục từ viết tắt
TEK Traffic encryption key Khoá mật mã lưu lượng
Tx Transmission Truyền dẫn
UGS Unsolicited grant service Dịch vụ cấp phát tự nguyện
WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave

Access
Khả năng tương tác toàn cầu với
truy nhập vi ba
UL Uplink Hướng lên
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
ix
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, các dịch vụ ứng dụng trên Internet đã có bước phát
triển bùng nổ với nhiều loại hình dịch vụ mới như các dịch vụ mua bán trực tuyến,
ngân hàng, du lịch hay các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến Cùng với sự phát
triển bùng nổ của các loại hình dịch vụ trên Internet, các công nghệ truy nhập cũng
liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao về băng thông cho
truy nhập Internet. Các công nghệ truy nhập băng rộng đã được phát triển nhanh chóng
trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ truy nhập hữu tuyến và công nghệ
vô tuyến.
Hệ thống WiMAX được sản xuất dựa trên họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 đang
được các hãng cung cấp thiết bị cũng như nhà cung cấp dịch vụ quan tâm đặc biệt. Các
hệ thống WiMAX cố định dựa trên chuẩn 802.16-2004 đã được sản xuất, đưa vào thử
nghiệm và đã được diễn đàn WIMAX cấp chứng nhận đã cho thấy rõ những ưu điểm
của công nghệ này. Hệ thống WiMAX di động dựa trên tiêu chuẩn 802.16e cũng đang
được các nhà cung cấp thiết bị lên kế hoạch để đưa thiết bị vào thử nghiệm trong thời
gian tới.
Mạng Viễn thông Việt Nam trong những năm qua đã có sự phát triển mạnh mẽ,
các hệ thống cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng đã và đang được triển khai tại hầu
hết các tỉnh thành. Tuy nhiên, phần lớn vẫn là các hệ thống xDSL cung cấp truy nhập
hữu tuyến và hệ thống WiFi với phạm vi phục vụ còn rất hạn chế. Trong khi đó, nhu
cầu sử dụng dịch vụ băng rộng lại đang đòi hỏi rất cấp thiết tại nhiều vùng, nhiều khu
vực mà các giải pháp hiện có rất khó triển khai hoặc triển khai chậm. Để có thể triển
khai nhanh chóng và hiệu quả hệ thống truy nhập băng rộng tại các khu vực này thì

việc nghiên cứu triển khai các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng WiMAX là hết
sức cần thiết.
Với mục đích tìm hiểu kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao
OFDMA được ứng dụng trong hệ thống vô tuyến băng rộng WIMAX, đồ án được chia
làm ba chương chính như sau:
Chương 1: Các công nghệ đa truy nhập FDMA,TDMA,CDMA và SDMA.
Chương 2: Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao ứng dụng
trong WIMAX di động.
Chương 3: Các đặc điểm của WIMAX di động.
Trong thời gian làm đồ án, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức còn hạn
chế và thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên không thể tránh được sai sót. Em rất
mong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp chân thành của các thầy cô và các
bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
x
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Các công nghệ đa truy nhập….
CHƯƠNG I
CÁC CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN
FDMA,TDMA.CDMA VÀ SDMA.
1.1. Giới thiệu chương.
Các công nghệ đa truy nhập là nền tảng của các hệ thống thông tin đa truy nhập
vô tuyến và thông tin di động. Các công nghệ này cho phép các hệ thống đa truy nhập
vô tuyến phân bổ tài nguyên vô tuyến một cách hiệu suất cho các người sử dụng. Tùy
thuộc vào việc sử dụng tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho người sử dụng mà các
công nghệ này được phân chia thành: Đa truy nhập phân chia theo tần số(FDMA), đa
truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA),
đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA).
Các hệ thống thông tin di động mới đều sử dụng kết hợp cả 4 công nghệ đa
truy nhập vô tuyến này để phân bổ hiệu quả nhất cho các người sử dụng. Ta thấy công
nghệ đa truy nhập phân chia theo mã được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật trải phổ với

nhiều ưu việt so với các công nghệ đa truy nhập khác.
1.2 Công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA.
Trong phương pháp đa truy nhập này độ rộng băng tần cấp phát cho hệ
thống B Mhz được chia thành n băng tần con, mỗi băng tần con được ấn định cho
một kênh riêng có độ rộng băng tần là B/n MHz. Trong dạng đa truy nhập này các
máy vô tuyến đầu cuối phát liên tục một số sóng mang đồng thời trên các tần số khác
nhau. Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm để phòng
ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động. Máy thu đường xuống
hoặc dường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp. Như vậy FDMA là
phương thức đa truy nhập mà trong đó mỗi kênh được cấp phát một tần số cố định.
Có 2 phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số: FDMA/FDD
(Frequency Divison Duplex: Ghép song công theo tần số) và FDMA/TDD (Time
Division Duplex: Ghép song công theo thời gian)
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
1
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Các công nghệ đa truy nhập….
Hình1.1: Phương pháp FDMA/FDD.
Phương pháp thứ nhất được mô tả ở hình 1.1. Trong phương pháp này băng
tần dành cho hệ thống được chia thành hai nửa: một nửa thấp (Lower Half Band) và
một nửa cao (Upper Half Band). Trong mỗi nửa băng tần người ta bố trí các tần số
cho các kênh (xem hình 1.1) . Trong hình 1.1 các cặp tần số ở nửa băng thấp và nửa
băng cao có cùng chỉ số được gọi là cặp tần số thu phát hay song công, một tần số sẽ
được sử dụng cho máy phát còn một tần số được sử dụng cho máy thu của cùng một
kênh, khoảng cách giữa hai tần số này được gọi là khoảng cách thu phát hay song
công.
Hình1.2: Phương pháp FDMA/TDD
Trong phương pháp thứ hai (FDMA/TDD) cả máy thu và máy phát có thể sử
dụng chung một tần số (nhưng phân chia theo thời gian) khi này băng tần chỉ là một
và mỗi kênh có thể chọn một tần số bất kỳ trong băng tần (phương pháp ghép song
công theo thời gian: TDD). Phương pháp này được mô tả ở hình 1.2. Hình 1.2 cho

thấy kênh vô tuyến giưã trạm gốc và máy đầu cuối chỉ sử dụng một tần số f
i
cho cả
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
2
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Các công nghệ đa truy nhập….
phát và thu. Tuy nhiên phát thu luân phiên, chẳng hạn trước tiên trạm gốc phát xuống
máy thu đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Tx, sau đó nó ngừng phát và thu tín
hiệu phát đi từ trạm đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Rx, sau đó nó lại phát
ở khe Tx
Độ rộng băng thông bị chiếm dụng bởi một số sóng mang con khác nhau , các
sóng mang con này được phát đi từ một trạm gốc tới tất cả các máy đầu cuối nằm
trong phạm vi của anten này. Máy thu của các máy đầu cuối vô tuyrns phải lọc ra các
sóng mang tương ứng với chúng, việc lọc sẽ được thực hiện dễ dàng hơn khi phổ của
các sóng mang được phân cách với nhau bởi một băng tần bảo vệ rộng. Tuy nhiên việc
sử dụng băng tần bảo vệ rộng sẽ dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả độ rộng băng
tần của kênh. Vì thế phải thực hiện dung hòa giữa kỹ thuật điều chế với tiết kiệm phổ
tần. Nhưng một phần công suât của sóng mang lân cận với một sóng mang cho trước
sẽ bị thu bởi máy thu được điều hưởng đến tần số của sóng mang cho trước nói trên.
Điều này dẫn đến nhiễu do sự giao thoa được gọi là nhiễu kênh lân cận ACI.
Công nghệ FDMA có nhược điểm là mỗi sóng mang tần số vô tuyến chỉ truyền
được một Erlang vì thế nếu trạm gốc cần cung cấp bao nhiêu Erlang dung lượng thì
cần bấy nhiêu bộ thu phát cho mỗi trạm.
Phương pháp FDMA ít nhậy cảm với sự phân tán thời gian do truyền lan sóng
không cần đồng bộ và không xẩy ra trễ do không cần xử lý tín hiệu nhiễu, vì vậy giảm
trễ hồi âm.
1.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA.
Các máy đầu cuối vô tuyến phát không liên tục trong thời gian T
B
. Sự truyền

dẫn này được gọi là cụm. Sự phát đi một cụm được đưa vào một cấu trúc thời gian dài
hơn được gọi là chu kỳ khung, tất cả các máy đầu cuối vô tuyến phải phát theo cấu
trúc này. Mỗi sóng mang thể hiện một cụm sẽ chiếm toàn bộ độ rộng của kênh vô
tuyến được mang bởi tần số sóng mang f
i
.
Phương pháp vừa nêu ở trên sử dụng cặp tần số song công cho TDMA được
gọi là đa truy nhập phân chia theo thời gian với ghép song công theo tần số
TDMA/ FDD (FDD: Frequency Division Duplexing). Trong phương pháp này đường
lên (từ máy đầu cuối đến trạm gốc) bao gồm các tín hiệu đa truy nhập theo thời gian
(TDMA) được phát đi từ các máy đầu cuối đến trạm gốc, còn ở đường xuống (từ trạm
gốc đến máy đầu cuối) là tín hiệu ghép kênh theo thời gian (TDM: Time Division
Multiplexing). Như hình 1.3.
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
3
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Các công nghệ đa truy nhập….
TSi: Khe thời gian dành cho người sử dụng
TB: Thời gian của 1 cụm
TF: Thời gian của 1 khung
Hình 1.3: TDMA/FDD
Để có thể phân bổ tần số thông minh hơn, phương pháp TDMA/TDD
(TDD: Time Division Multiplexing) được sử dụng. Trong phương pháp này cả hai
đường lên và đường xuống đều sử dụng chung một tần số, tuy nhiên để phân chia
đường phát và đường thu các khe thời gian
phát và thu được phát đi ở các khỏang thời
gian khác nhau (xem hình 1.4)
Hình 1.4: TDMA/TDD
So với FDMA, TDMA cho phép tiết kiệm tần số và thiết bị thu phát hơn. Tuy
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
4

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Các công nghệ đa truy nhập….
nhiên ở nhiều hệ thống nếu chỉ sử dụng một cặp tần số thì không đủ đảm bảo dung
lượng của mạng. Vì thế TDMA thường được kết hợp với FDMA cho các mạng đòi hỏi
dung lượng cao.
Nhược điểm của TDMA là đòi hỏi đông bộ tốt và thiết bị phức tạp hơn FDMA
khi cần dung lượng truyền dẫn cao, ngoài ra đòi hỏi xử lý số phức tạp nên xẩy ra hiện
tượng hồi âm.
1.4. Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã, CDMA.
CDMA là phương thức đa truy nhập mà ở đó mỗi kênh được cung cấp một
cặp tần số và một mã duy nhất. Đây là phương thức đa truy nhập mới, phương thức
này dựa trên nguyên lý trải phổ. Tồn tại ba phương pháp trải phổ:
- Trải phổ theo chuỗi trực tiếp (DS: Direct Sequency).
- Trải phổ theo nhẩy tần (FH: Frequency Hopping).
- Trải phổ theo nhẩy thời gian. (TH: Time Hopping).
Hệ thống CDMA/FDD: làm việc ở hai băng tần với hai sóng mang: một cho
đường lên và một cho đừơng xuống. Trên mỗi cặp sóng mang này có thể đồng thời M
người sử dụng truy nhập vào mạng trên cơ sở được trải phổ bằng M chuỗi trực giao
khác nhau. Mỗi cặp sóng mang này được gọi là một kênh CDMA. Thí dụ về hệ
thống CDMA với N kênh CDMA trong đó mỗi kênh cho phép M người sử dụng đồng
thời truy nhập mạng được cho ở hình 1.5.
Hình 1.5: Nguyên lý CDMA/FDD
Hệ thống CDMA/TDD: Khác với FDD phải sử dụng cặp sóng mang cho
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
5
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Các công nghệ đa truy nhập….
truyền dẫn song công, TDD chỉ sử dụng một sóng mang cho truyền dẫn song công.
Sự khác nhau về phân bổ tần số ở FDD và TDD được cho ở hình 1.6.
Hình 1.6: Sự khác nhau giữa FDD và TDD
CDMA có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp đa truy nhập FDMA và
TDMA như:

-
Cho dung lượng cao hơn.
- Khả năng chống nhiễu và pha đinh tốt hơn.
- Bảo mật thông tin tốt hơn.
- Dễ dàng áp dụng cho các hệ thống đòi hỏi cung cấp linh hoạt dung lượng
kênh cho từng người sử dụng.
- Cho phép chuyển giao lưu lượng mềm giữa các vùng phủ sóng nhờ vậy
không xảy ra mất thông tin khi thực hiện chuyển giao.
- Vì có thể sử dụng chung tần số cho nhiều người sử dụng nên quy hoạch mạng
cũng đơn giản hơn.
Tuy nhiên CDMA không tránh khỏi các nhược điểm:
- Đồng bộ phức tạp hơn. Ở đây ngoài đồng bộ định thời còn phải thực hiện cả
đồng bộ mã.
- Cần nhiều mạch điện xử lý số hơn.
- Mạng chỉ cho hiệu suất sử dụng cao khi nhiều người cùng sử dụng chung tần số.
1.5 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo không gian, SDMA.
Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) được sử dụng ở tất cả
các hệ thống thông tin vô tuyến tổ ong: cả ở hệ thống tương tự và hệ thống số. Các hệ
thống thông tin vô tuyến tổ ong cho phép đa truy nhập đến một kênh vô tuyến chung
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
6
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Các công nghệ đa truy nhập….
(hay tập các kênh) trên cơ sở ô (tuỳ theo vị trí của máy di động trên mặt đất). Các hệ
thông thông tin vô tuyến tổ ong là minh hoạ cụ thể nhất của SDMA. Yếu tố hạn chế
đối với kiểu SDMA này là hệ số tái sử dụng tần số. Tái sử dụng tần số là khái niệm
chủ yếu ở vô tuyến tổ ong, trong đó nhiều người sử dụng chia sẻ đồng thời cùng một
tần số. Các người sử dụng này phải đủ cách xa nhau để giảm thiểu ảnh hưởng của
nhiễu đồng kênh (nhiễu cùng tần số). Tập các tần số trong cùng một ô có thể đựơc lặp
lại ở các ô khác trong hệ thống nếu đảm bảo đủ khoảng cách giưã các ô sử dụng
cùng tần số để ngăn chặn nhiễu giao thoa đồng kênh.

Có rất nhiều sơ đồ SDMA trong các hệ thống tổ ong hiện nay: ô mini, ô micro,
ô phân đoạn, ô dù che và các anten thông minh.
1.6 Tổng kết chương.
Chương này đã xét tổng quan về 4 công nghệ đa truy nhập vô tuyến cơ bản
được ứng dụng trong hệ thống thông tin di động: FDMA, TDMA, CDMA và SDMA.
Qua tính toán người ta đã tính được dung lượng của một hệ thống CDMA gấp 15,6 lần
dung lượng một hệ thống FDMA và gấp gấp 7,36 lần dung lượng một hệ thống của
công nghệ TDMA. Từ đó cho ta thấy vì sao công nghệ CDMA được lựa chọn cho hệ
thống thông tin di động thế hệ ba.
Từ năm 1991, mạng điện thoại Tế bào Số ứng dụng kỹ thuật Đa truy nhập phân
chia theo thời gian (TDMA), điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM đã
được ứng dụng rộng rãi tại châu Âu và nhiều nước trên thế giới.
Từ năm 1998, số lượng thuê bao đã vượt trên con số 500 triệu; lợi nhuận thu từ
các dịch vụ Thông tin di động đã bắt kịp và vượt rất nhanh so với lợi nhuận thu từ các
dịch vụ cố định.
Phương thức truy nhập mới Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA được coi
là ứng cử viên hàng đầu để hỗ trợ đa dịch vụ trong thông tin di động vì nó mang các
ưu điểm: có khả năng đáp ứng dịch vụ; cung cấp dung lượng cao hơn các phương thức
truy nhập truyền thống như FDMA và TDMA; chống lại việc chọn lọc tần số của kênh
truyền; tính bảo mật và khả năng chống nhiễu…
Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều nước sử dụng mạng di động thế hệ ba.
Cuộc cách mạng điện thoại di động thế hệ ba tại Hàn Quốc được xem như một huyền
thoại và là mơ ước của nhiều tập đoàn viễn thông cũng như nhiều quốc gia trên thế giới.
Vào những năm 2000, một giải pháp đa truy nhập mới được phát minh, gây
nên sự chú ý và lôi cuốn rất nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên toàn thế giới. Đó là
phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA). Công nghệ
OFDMA sẽ được chúng ta đi sâu nghiên cứu ở chương sau của đồ án.
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
7
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II. Công nghệ OFDMA

…
CHƯƠNG II
CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ
TRỰC GIAO (OFDMA) ỨNG DỤNG TRONG WIMAX DI ĐỘNG
2.1. Giới thiệu về WIMAX và WIMAX di động.
2.1.1 Giới thiệu về WIMAX.
WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là tên thương mại
của nhóm kỹ thuật vô tuyến được hình thành từ họ tiêu chuẩn IEEE 802.16
WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Mục đích của họ tiêu chuẩn
này là tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến băng rộng điểm - đa điểm
hoạt động trong giải tần số 10-66 GHz và dưới 11 GHz. Phạm vi của tiêu chuẩn bao
gồm: Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) và Lớp vật lý (PHY).
WiMAX là công nghệ vô tuyến được diễn đàn WiMAX lựa chọn trên cơ sở một
số tiêu chuẩn trong họ tiêu chuẩn 802.16. Phạm vi ứng dụng của WiMAX bao gồm:
kết nối tầm xa cho nhà riêng, khu thương mại và kết nối đường trục (backhaul) cho các
điểm nóng (hotspost) của mạng WiFi, vv
Các loại hình dịch vụ truy nhập mà WiMAX có thể cung cấp bao gồm: truy nhập
cố định, lưu động, xách tay hay di động. Đáp ứng các loại truy nhập khác nhau, hai
phiên bản của WiMAX đã được đưa ra.
– Phiên bản thứ nhất dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 được thiết kế cho loại
truy nhập cố định và lưu động. Trong phiên bản này sử dụng kỹ thuật ghép kênh
chia tần số trực giao (OFDM) hoạt động trong cả môi trường nhìn thẳng (LOS)
và không nhìn thẳng (NLOS). Sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn này đã được cấp
chứng chỉ và thương mại hóa đầu năm 2006.
- Phiên bản thứ hai dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e được thiết kế cho loại truy
nhập xách tay và di động. Tiêu chuẩn 802.16e được sửa đổi trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE
802.16-2004 để tối ưu cho các kênh vô tuyến đi động cung cấp khả năng chuyển vùng
(handoff) và chuyển mạng (roaming). Hệ thống này sử dụng phương thức đa truy nhập
ghép kênh chia tần số trực giao (OFDMA).
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường

8
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II. Công nghệ OFDMA
…
2.1.1.1 Mô hình hệ thống WiMAX .
Mô hình hệ thống WiMAX cũng giống như các hệ thống thông tin di động tế bào
truyền thống như hình 2.1.
Hình 2.1 Mô hình hệ thống WiMAX
Hai phần chính của hệ thống WiMAX gồm:
– Trạm gốc WIMAX: Đây là phần thiết bị giao tiếp với các hệ thống cung cấp dịch
vụ mạng lõi bằng cáp quang, hoặc kết hợp các tuyến vi ba điểm - điểm kết nối
với các nút quang hoặc qua các đường thuê riêng từ các nhà cung cấp dịch vụ
hữu tuyến. Các dịch vụ được chuyển đổi qua anten trạm gốc kết nối với các thiết
bị đầu cuối WiMAX CPE qua môi trường vô tuyến.
– Thiết bị đầu cuối WiMAX CPE: Có thể là các thiết bị cố định hoặc di động. Các
thiết bị cố định có thể có anten ngoài trời hoặc trong nhà, thiết bị di động có thể
là một thiết bị cầm tay hay là một card PCMCIA gắn vào trong máy tính hoặc
laptop. Các thiết bị này truy cập đến trạm gốc WiMAX giống như truy cập đến
điểm truy cập của mạng WiFi, nhưng có phạm vi vùng phủ sóng của trạm gốc
rộng hơn.
Tốc độ truy nhập của các thiết bị đầu cuối CPE WiMAX phụ thuộc vào rất nhiều
yếu tố, trong đó môi trường truyền dẫn và độ rộng băng thông đóng vai trò đáng kể.
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
: Đường trục P-P
Giao diện không gian
802.16
802.16-2004
802.16e
BS: trạm gốc
SS: trạm thuê bao
MS: trạm di động

ODU: Khối ngoài trời
IDU: khối trong nhà
9
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II. Công nghệ OFDMA
…
Bảng 2.1 đưa ra mối liên hệ giữa môi trường truyền dẫn, bán kính vùng phủ sóng và
tốc độ trên sector.
Bảng2.1 Bán kính vùng phủ sóng và tốc độ
Môi trường Bán kính Tốc độ trên 1 sector
Trong nhà thành phố (NLOS) 1 km5 21 Mbps, kênh 10 MHz
Trong nhà ngoại ô (NLOS) 2,5 km 22 Mbps, kênh 10 MHz
Ngoài trời ngoại ô (LOS) 2,5 km 22 Mbps, kênh 10 MHz
Trong nhà nông thôn (NLOS) 5 km 4,5 Mbps, kênh 3,5 MHz
Ngoài trời nông thôn (LOS) 15 km 4,5 Mbps, kênh 3,5 MHz
Nhiều trạm gốc có thể kết nối lẫn nhau bằng cách sử dụng các liên kết vi ba đường
trục tốc độ cao. Điều này cho phép các thuê bao WiMAX chuyển vùng từ trạm gốc
này đến khu vực trạm gốc khác, cũng tương tự như chuyển vùng trong mạng điện
thoại tế bào.
2.1.1.2 Tình hình chuẩn hoá của họ tiêu chuẩn IEEE 802.16.
Tháng 7/1999, IEEE thành lập nhóm làm việc về truy cập vô tuyến băng rộng gọi
tắt là BWA (Broadband Wireless Acess) để xây dựng chuẩn mạng khu vực đô thị
(MAN) vô tuyến có khả năng ứng dụng toàn cầu.
Bộ tiêu chuẩn đầu tiên IEEE 802.16 về “Giao diện vô tuyến cho hệ thống truy cập
vô tuyến băng rộng cố định hoạt động ở băng tần 10-66 GHz” được chấp nhận vào
12/2001 và được công bố vào ngày 8/4/2002 (hay còn gọi là bộ tiêu chuẩn IEEE
802.16 - 2001). Tiêu chuẩn này định nghĩa các giao diện không gian của mạng MAN
không dây. IEEE 802.16 được xây dựng để khai thác trong băng tần 10-66GHz và xác
định tầng vật lý (PHY), tầng điều khiển truy cập trung gian (MAC) của các hệ thống
BWA. Ở băng tần 10-66GHz, truyền dẫn yêu cầu tầm nhìn thẳng (LOS).
– Nhóm nghiên cứu bổ sung sữa đổi chuẩn 802.16 mở rộng sang băng tần cấp phép

và không cấp phép từ 2-11 GHz và đã được nhóm làm việc IEEE 802.16 và sau
đó là Ủy ban quản lý IEEE 802 chấp nhận làm chuẩn IEEE 802.16a vào
29/1/2003 và được công bố vào 01/04/2003. Tiêu chuẩn này cho phép người sử
dụng kết nối băng rộng với trạm gốc mà không cần tầm nhìn thẳng (NLOS).
Nhóm nghiên cứu bổ sung sữa đổi chuẩn IEEE 802.16 phát triển profile hệ thống
băng tần 10-66 GHz để giúp đỡ đặc điểm tương tác giữa các thành phần và đã được
chấp nhận như chuẩn IEEE 802.16c vào ngày 11/12/2002.
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
10
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II. Công nghệ OFDMA
…
Dự án 802.16d được thông qua vào ngày 11/09/2003 và công bố như chuẩn IEEE
802.16-2004 ngày 24/6/2004 thay thế các bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16-2001, IEEE
802.16c-2002 và IEEE 802.16a-2003. [1]
Dự án 802.16e về lớp MAC và lớp vật lý cho di động và cố định ở băng tần cấp
phép, được chấp nhận vào 07/12/2005 và được công bố vào 01/2006[2]. Tiêu chuẩn
này chính là sự mở rộng của tiêu chuẩn 802.16-2004 cho di động. Hơn nữa, 802.16e
hỗ trợ cho đa đường vào đa đường ra (MIMO) và các hệ thống anten thích ứng (AAS),
cũng như chuyển vùng cứng và mềm. Tiêu chuẩn này cũng đã cải thiện về các khả
năng tiết kiệm nguồn điện cho các thiết bị di động và các đặc tính bảo mật rộng hơn
Dự án 802.16f về quản lý thông tin được IEEE chấp nhận vào 22/09/2005 và công
bố vào ngày 01/12/2005.
Dự án 802.16g về quản lý thủ tục và dịch vụ, dự án 802.16h đang phát triển.
Với quá trình chuẩn hóa các tiêu chuẩn về vô tuyến băng rộng như trên, đến nay
có 2 tiêu chuẩn chính đã được chuẩn hóa và hiện đang được áp dụng trong qúa trình
sản xuất, triển khai thử nghiệm các thiết bị WiMAX đó là tiêu chuẩn IEEE 802.16-
2004 và IEEE 802.16e. Trong đó tiêu chuẩn 802.16-2004 bao gồm 2 tiêu chuẩn chính
là IEEE 802.16 và IEEE 802.16a. Tóm tắt các yêu cầu chính trong các tiêu chuẩn
IEEE 802.16, IEEE 802.16a và IEEE 802.16e được cho như bảng 2.2.
Bảng 2.2 Tóm tắt các chỉ tiêu chính về chuẩn WiMAX

Chuẩn 802.16 802.16a 802.16e
Hoàn thành Tháng 12-2001 Tháng 1 - 2003 Tháng 12- 2005
Phổ tần số 10 - 66 GHz 2-11GHz < 6 GHz
Điều kiện
truyền
Nhìn thẳng
(Light of Sight)
(Không nhìn thẳng)
Non Light of Sight
Không nhìn
thẳng
Tốc độ tối đa 134 Mbps 75 Mbps 15 Mbps
Phương thức
điều chế
QPSK,
16 QAM,
64 QAM
OFDM 256, OFDMA
64 QAM, 16QAM,
QPAK, BPSK
Tương tự như
802.16a
Mức di động Cố định Cố định và xách tay Tới 120 Km/h
Độ rộng kênh
20, 25 và 28
MHz
1.25 - 20 MHz 5 MHz
Khoảng truyền 50 Km 50 Km ( Bán kính cell
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
11

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II. Công nghệ OFDMA
…
(Bán kính cell
1,7 -> 5 Km)
(Bán kính cell 5 -> 10
Km)
1,7 -> 5 Km)
2.1.1.3 Mục tiêu và lợi ích của tiêu chuẩn WiMAX
Mục tiêu của tổ chức IEEE khi phát triển tiêu chuẩn 802.16 bao gồm:
– Thúc đẩy tiêu chuẩn vô tuyến băng rộng.
– Xây dựng một phạm vi chuẩn thu hẹp “profile” để dễ dàng cho sự phát triển và
phối hợp giữa các nhà sản xuất, nhà cung cấp và cả người sử dụng
– Thúc đẩy quá trình chứng nhận phối hợp hoạt động và tuân thủ cho các hệ thống
truy nhập vô tuyến băng rộng trên toàn cầu.
Với mục tiêu đề ra, các tiêu chuẩn cho WiMAX có lợi ích hết sức to lớn đối với cả
nhà sản xuất, người sử dụng, nhà cung cấp dịch vụ và thị trường.
– Đối với nhà nhà sản xuất:
+ Trên cơ sở tiêu chuẩn chung, nhà sản xuất có thể nhanh chóng phát triển các
sản phẩm mà ít phải chi phí cho nghiên cứu, tạo ra các thành phần và dịch vụ
mới
+ Một nhà sản xuất có thể tập trung vào một lĩnh vực (chẳng hạn trạm gốc hoặc
CPE), không cần thực hiện đầy đủ giải pháp từ đầu cuối đến đầu cuối.
– Đối với người sử dụng
+ Người sử dụng tại các khu vực trước đây chưa được cung cấp dịch vụ truy
nhập băng rộng nay có thể được sử dụng nhờ khả năng phủ sóng rộng của
WiMAX.
+ Nhiều nhà cung cấp dịch vụ trên thị trường tạo điều kiện cho người sử dụng có
thêm nhiều lựa chọn cho dịch vụ truy nhập băng rộng.
+ Tạo sự cạnh tranh có lợi cho người sử dụng, giảm các chi phí.
– Đối với nhà cung cấp dịch vụ

+ Trên cơ sở nền tảng chung cho phép nhà cung cấp dịch vụ giảm giá thành,
tăng khả năng cạnh tranh cũng như khuyến khích sự đổi mới.
+ Khả năng giảm các chi phí và mức đầu tư cho phép nhà khai thác tăng phạm vi
phục vụ của mình.
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
12
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II. Công nghệ OFDMA
…
+ Nhà khai thác không còn phụ thuộc vào một nhà cung cấp thiết bị riêng do các
sản phẩm riêng biệt của từng hãng.
+ Hệ thống vô tuyến cho phép giảm các rủi ro cho nhà khai thác.
Như vậy, có thể thấy rằng khả năng cũng như lợi ích của các hệ thống WiMAX
dựa trên họ chuẩn 802.16 là hết sức to lớn. Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ triển
khai nhanh chóng các hệ thống mạng của mình, tăng khả năng cạnh tranh đồng thời
cho phép người tiêu dùng có thêm nhiều lựa chọn, tiết kiệm hơn trong các chi phí.
Điều này chính là động lực thúc đẩy các nhà sản xuất và các nhà cung cấp dịch vụ phát
triển hệ thống WiMAX.
2.1.2 Giới thiệu về WIMAX di động.
Công nghệ Wimax, được dựa trên chuẩn giao diện vô tuyến IEEE 802.16-2004
đang chứng tỏ được rằng nó là một công nghệ đóng vai trò quan trọng trong mạng
MAN vô tuyến băng rộng cố định. Phòng lab cấp chứng chỉ đầu tiên được thiết lập tại
Cetecom, Malaga, Tây Ban Nha đang hoạt động với hơn 150 thử nghiệm về sản phẩm
Wimax từ các khu vực Châu Âu, Châu Á, Châu Phi, Bắc và Nam Mỹ. Không còn nghi
ngờ gì nữa, Wimax cố định, được dựa trên chuẩn giao diện vô tuyến IEEE 802.16-
2004 đang chứng tỏ là một giải pháp vô tuyến cố định hiệu quả về mặt giá thành khi so
với các dịch vụ khác như dịch vụ cáp và DSL. Tháng 10, năm 2005 IEEE thông qua
bản bổ sung 802.16e để thành chuẩn 802.16. Bản bổ sung này đưa ra các đặc điểm và
thuộc tính để có thể hộ trợ được tính di động. Diễn đàn Wimax đang xác định năng lực
của hệ thống và profile chứng chỉ được dựa trên IEEE802.16e, và sau đó, diễn đàn
Wimax xác định các yếu tố kỹ thuật cũng như cấu hình cần thiết cho kiến trúc mạng

Wimax di động end-end. Profile hệ thống phiên bản 1 được hoàn thành vào đầu năm
2006.
Wimax di động sẽ là một giải pháp vô tuyến băng rộng cho phép hội tụ mạng
băng rộng cố định và di động thông qua công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên
diện rộng và kiến trúc mạng mềm dẻoGiao diện vô tuyến Wimax di động sử dụng
phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) để cải thiện vấn
đề đa đường trong môi trường NLOS. Phương thức OFDMA scalable (S-OFDMA)
được sử dụng trong bản bổ sung IEEE 802.16e để hộ trợ băng tần kênh thay đổi từ
1.25 tới 20 Mhz. Profile hệ thống Wimax di động cho phép hệ thống di động được cấu
hình dựa trên tập hợp các đặc điểm chung do đó đảm bảo cho các đầu cuối và trạm gốc
mà có thể liên hoạt động. Một vài đặc điểm tuỳ chọn của profile trạm gốc để tạo nên
sự mềm dẻo trong việc triển khai các cấu hình khác nhau với điều kiện hoặc tối ưu về
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
13
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II. Công nghệ OFDMA
…
khả năng hoặc về vùng phủ. Profile Wimax di động sẽ bao gồm độ rộng kênh 5, 6,
8.75 và 10 Mhz trong băng tần số 2.3 Ghz, 2.5 Ghz và 3.5 Ghz.
Ở chương trước ta đã đi nghiên cứu các công nghệ đa truy nhập cơ bản FDMA,
TDMA, CDMA và SDMA. Trong chương này ta sẽ đi nghiên cứu về công nghệ đa
truy nhập phân chia theo tần số trực giao và ứng dụng của nó trong công nghệ
WIMAX di động.
GVHD: TS. Thái Văn Lan SVTH: Nguyễn Văn Cường
14