ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG LỚP VẬT LÝ WIMAX CHUẨN IEEE 802.16

1


Giáo viên hướng dẫn : Ths. Phạm Thuý Hiền
Giáo viên hướng dẫn : Ths. Phạm Thuý Hiền
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Ngọc Nam
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Ngọc Nam


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1
KHOA VIỄN THÔNG 1
2
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Chuẩn IEEE 802.16 và truy cập băng
rộng không dây BWA
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16
Mô hình mô phỏng
Kết quả mô phỏng
3
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Quá trình phát triển của họ chuẩn IEEE cho
BWA

Nhóm làm việc IEEE 802.16 chịu trách nhiệm phát
triển chuẩn này

Chuẩn này đưa ra chi tiết kỹ thuật cho lớp vật lý và lớp

MAC
IEEE 802.16-2001
IEEE 802.16a
IEEE 802.16-2004
IEEE 802.16e
4


Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Chồng giao thức IEEE
802.16

Lớp MAC

Phân lớp hội tụ xác định
dịch vụ (CS)

Phân lớp phần chung
(CPS) của MAC

Phân lớp riêng bảo mật

Lớp vật lý

Có 4 bản chi tiết kỹ thuật
vật lý khác nhau

SC, SCa, OFDM, OFDMA
5

Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Kiến trúc mạng và mô hình
triển khai

Kiến trúc

Giống với mạng tổ ong

Mỗi một ô có một trạm gốc BS và
một hay nhiều trạm thuê bao

Mô hình

Điểm tới điểm PTP

Điểm tới đa điểm

Mesh
6
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA

ỨNG DỤNG
- Hỗ trợ ATM, IPv4, IPv6,
Ethernet và VLAN

Đường trục tổ ong
- Hospots, đường trục PTP


Băng rộng cho thuê bao
- Khắc phục những thiếu sót
của DSL và cáp

Khu vực nông thôn

Luôn luôn kết nối tốt
nhất
- Thực hiện nhảy vùng
(roaming)
7
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Chuẩn IEEE 802.16 và BWA
Diễn đàn WiMAX và chuẩn IEEE 802.16

Tương hợp toàn cầu cho truy cập sóng viba
(WiMAX)

Một khối liên minh của các nhà cung cấp dịch
vụ và các nhà sản xuất thiết bị và linh kiện
viễn thông

Cải tiến và chứng nhận tính tương hợp cho
các sản phẩm BWA

Đưa ra 2 phiên bản cho chuẩn IEEE 802.16
o
Truy cập cố định và lưu động: lớp vật lý OFDM
chuẩn IEEE 802.16-2004
o

Truy cập sách tay và di động: IEEE 802.16e
8
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16

Thuộc tính lớp vật lý

Sử dụng kỹ thuật ghép song công (FDD, TDD)

Hỗ trợ nhiều băng tần số vô tuyến:

10-66 GHz cho tầm nhìn thẳng

Dưới 11 GHz cho tầm nhìn bị che khuất

Băng thông linh hoạt

Lên tới 134MHz trong băng tần 10-66GHz

Lên tới 20MHz trong băng tần dưới 11GHz

Định ra nhiều kiểu lớp vật lý cho các ứng dụng khác nhau

Sóng mang đơn cho các ứng dụng cự ly dài từ điểm tới điểm

OFDM cho các ứng dụng tốc độ dữ liệu cao PTM

OFDMA tối ưu hoá cho di động bằng cách phân chia thành các kênh con
đường lên và đường xuống


Đưa ra nhiều sơ đồ điều chế mã hoá khác nhau
9
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16
Các giao diện vô tuyến của chuẩn IEEE 802.16
Băng tần hoạt động(GHz) Kĩ thuật ghép
song công
Ghi chú
WirelessMAN-SC
10-66
FDD/TDD SC
WirelessMAN-
SCa
2-11
Băng tần cấp phép
FDD/TDD SC cho NLOS
WirelessMAN-
OFDM
2-11
Băng tần cấp phép
FDD/TDD OFDM cho
NLOS
WirelessMAN-
OFDMA
2-11
Băng tần cấp phép
FDD/TDD
OFDM phân
thành các nhóm
WirelessHUMAN

2-11
Băng tần miễn cấp phép
TDD SC, OFDM,
OFDMA
10
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16

Lớp vật lý WirelessMAN-
OFDM

Băng thông kênh linh hoạt: là bôi
số nguyên của
(1,25/1,5/1,75/2/2,75MHz) với
băng thông kênh tối đa là 20MHz

Cơ chế điều khiển lỗi hiệu quả
- Mã hoá Reed-Solomon bên ngoài và mã
xoắn bên trong
- Mã Turbo (tuỳ chọn)

Mã hoá và điều chế thích ứng

Hệ thống anten thích ứng

Phân tập phát
11
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16
Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.16


OFDM

Là trường hợp đặc biệt của kỹ thuật điều chế đa sóng mang

Phân chia băng thông thành một số sóng mang con

Các sóng mang con trực giao và nằm chồng lấn lên nhau

Giảm đáng kể nhiễu giữa các ký hiệu ISI
So sánh giữa FDM và OFDM
So sánh giữa FDM và OFDM
12
Mô hình mô phỏng
Mô hình mô phỏng
Thiết lập lớp vật lý
Bộ tạo dữ
Bộ tạo dữ
liệu ngẫu
liệu ngẫu
nhiên
nhiên
Mã hoá
Mã hoá
kênh
kênh
Bộ ánh
Bộ ánh
xạ
xạ
I FFT

I FFT
Chèn tiền
Chèn tiền
tố vòng
tố vòng


Bỏ tiền tố
Bỏ tiền tố
vòng
vòng




FFT
FFT
Bộ ánh
Bộ ánh
xạ
xạ
ngược
ngược
Giải mã
Giải mã
kênh
kênh
dữ liệu
dữ liệu
đầu ra

đầu ra
Phía phát
Phía phát
Phía thu
Phía thu
13
Mô hình mô phỏng
Mô hình mô phỏng

MÃ HOÁ KÊNH

Ngẫu nhiên hoá dữ liệu

Sử dụng bộ tạo chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên

15 thanh ghi dịch

Cổng XOR trong đường hồi tiếp

Mã hoá Reed-Solomon

Mã RS có N=255, K= 239, T= 8

Có thể thu ngắn hoặc trích ra

Bộ mã hoá xoắn CC

Tỉ lệ mã = ½

Có thể trích ra để thu được tỉ lệ mã thay đổi


Đan xen: có hai bước hoán vị

Bước đầu: Các bít mã hoá cạnh nhau được ánh
xạ tương ứng với các sóng mang con không
cạnh nhau

Bước sau: Các bít mã cạnh nhau được ánh xạ
lần lượt vào các bít mã trong một chòm
Ngẫu nhiên
Ngẫu nhiên
hoá dữ liệu
hoá dữ liệu
Mã hóa Reed-
Mã hóa Reed-
Solomon
Solomon
Mã xoắn
Mã xoắn
Bộ đan xen
Bộ đan xen
14
Mô hình mô phỏng
Mô hình mô phỏng

Mô tả mô phỏng:

Mỗi khối đầu phát, đầu thu và kênh được viết tách biệt
thành các file


Các tham số khởi tạo: số ký hiệu OFDM, độ dài tiền tố
vòng (khoảng bảo vệ), tỉ lệ mã hoá và điều chế, giá trị SNR,
mô hình kênh SUI

Luồng dữ liệu đầu vào được tạo ra ngẫu nhiên

Các giá trị BER và BLER với SNR khác nhau được lưu
dưới dạng file text.
15
Mô hình mô phỏng
Mô hình mô phỏng

Mô hình kênh: đặc trưng bởi:

Suy hao đường truyền

Trải trễ đa đường

Đặc tính Fađinh

Trải Doppler

Nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận

Các mô hình kênh SUI (Stanford University
Interim)

Mô hình theo kinh nghiệm thực tế

Có 6 mô hình kênh dùng cho 3 kiểu địa hình khác nhau


3 loại được dùng cho mô hình đa đường

Trễ: 0-20 µs
16
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng

Biểu đồ tán xạ
-
“+” là dữ liệu phát
-
“*” là dữ liệ thu
-
Trải tán xạ giảm khi
SNR tăng
-
Phù hợp với mô hình
kênh khác
17
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hiệu năng BER
Đồ thị BER-SNRtheo các sơ đồ điều chế mã hoá khác nhau trên
Đồ thị BER-SNRtheo các sơ đồ điều chế mã hoá khác nhau trên
mô hình kênh SUI-2
mô hình kênh SUI-2
18
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng

SNR cho các kiểu điều chế mã hoá khác nhau với mức BER= 10
-3
BPSK QPSK QPSK 16-
QAM
16-
QAM
64-
QAM
64-
QAM
Tỉ lệ
mã
1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4
SUI-1 4,3 6,6 10 13,2 15,7 19,4 21,3
SUI-2 7,5 10,4 14,1 16,25 19,5 23,3 25,4
SUI-3 12,7 17,2 22,7 22,7 28,3 30 32,7
19
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hiệu năng BER: thay đổi khi điều kiện kênh thay đổi
Đồ thị BER-SNR với điều chế 16-QAM 1/2 cho các kênh SUI
Đồ thị BER-SNR với điều chế 16-QAM 1/2 cho các kênh SUI
khác nhau
khác nhau
20
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hiệu năng BLER
Đồ thị BLER-SNR cho các kiểu mã hoá điều chế khác
Đồ thị BLER-SNR cho các kiểu mã hoá điều chế khác

nhau trong kênh SUI-1
nhau trong kênh SUI-1
21
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hiệu năng BLER
SNR cho các kiểu điều chế mã hoá khác nhau với BLER=
SNR cho các kiểu điều chế mã hoá khác nhau với BLER= 10
-2
BPSK QPSK QPSK 16-
QAM
16-
QAM
64-
QAM
64-
QAM
Tỉ lệ
mã
1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4
SUI-1 7,3 7 11 12,6 15,6 19,6 21,3
SUI-2 10,7 12,7 15,4 16,5 20,8 23,8 26,1
SUI-3 15 17,7 22,7 24,4 28,8 31,2 33,8
22


Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hiệu năng BLER: thay đổi khi điều kiện kênh thay đổi
Đồ thị BLER-SNR cho điều chế 64-QAM tỉ lệ mã 2/3 trong các kênh SUI khác nhau

Đồ thị BLER-SNR cho điều chế 64-QAM tỉ lệ mã 2/3 trong các kênh SUI khác nhau
23


Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hiệu chỉnh lỗi trước FEC
24
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hiệu quả của bộ đan xen
BPSK 1/2 QPSK 1/2 16-QAM1/2 64-QAM 2/3
SNR(dB)
với
BE
R
10
-3
2,2 0,8 1,4 2,2
SNR(dB)
với
BLE
R
10
-2
1 1,2 1,7 2,5
25
KẾT LUẬN
KẾT LUẬN
Các sơ đồ điều chế mã hoá mức thấp cho hiệu

năng tốt hơn khi SNR giảm
Các kết quả thu được từ mô phỏng có thể thiết lập
giá trị ngưỡng cho điều chế thích ứng để đạt được
tốc độ truyền dẫn cao nhất với mức lỗi quy định
FEC cải thiện hiệu năng từ 4,5dB đến 6dB với
mức BER=10
-3
Mã hóa RS cải thiện hiệu năng từ 1dB đến 1,4dB
với mức BER= 10
-3
Bộ mã hoá RS kết hợp với mã xoắn giúp cải thiện
hiệu năng đáng kể.