TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ VỆ TINH KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG WIMAX

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HÔ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
oOo
BÁO CÁO ĐỀ TÀI:
KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU
TRONG WIMAX
MÔN: CÔNG NGHỆ VỆ TINH
GIẢNG VIÊN:
Thầy: Trần Bá Nhiệm NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Lý Tuấn Anh – 08520011
Lê Hoàng Chánh – 08520036
Nguyễn Chí Duy Đức – 08520100
TP. HỒ CHÍ MINH, 01/05/2013
MỤC LỤC
Lời giới thiệu
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1 Giới thiệu về WiMAX 1
1.2 Mô hình hệ thống 1
1.3 Các ưu nhược điểm của WiMAX 4
1.3.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX 4
1.3.2 Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX 5
1.4 Cấu trúc của WiMAX 6
1.4.1 Các đặc tính của lớp vật lý (PHY) 6
1.4.2 Các đặc tính của lớp truy nhập (MAC) 7
1.5 So sánh WiMAX với WiFi 8
1.6 Các dải tần áp dụng 9
1.6.1 Các dải tần cấp phép 11-66 GHz 9
1.6.2 Các dải tần cấp phép dưới 11 GHz 9
1.6.3 Các dải tần được miễn cấp phép dưới 11 GHz (chủ yếu từ 5-6 GHz 10
1.7 Ứng dụng của WiMAX 10
1.7.1 Các mạng riêng 10

1.7.2 Các mạng công cộng 15
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM
2.1 Giới thiệu kỹ thuật điều chế OFDM 18
2.1.1 Khái niệm 18
2.1.2 Lịch sử phát triển 19
2.1.3 Các ưu nhược điểm của kỹ thuyật OFDM 20
2.2 Nguyên lý điều chế OFDM 21
2.2.1 Sự trực giao của hai tín hiệu 21
2.2.2 Sơ đồ điều chế 22
2.2.3 Thực hiện điều chế bằng thuật toán IFFT 23
2.2.4 Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM 24
2.2.5 Phép nhân với xung cơ bản 25
2.3 Nguyên lý giải điều chế OFDM 26
2.3.1 Truyền dẫn phân tập đa đường 26
2.3.2 Nguyên tắc giải điều chế 27
2.4 Ứng dụng và hướng phát triển của kỹ thuật điều chế OFDM 29
2.4.1 Hệ thống DRM 29
2.4.2 Các hệ thống DVB 30
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT OFDMA TRONG WIMAX
3.1 Giới thiệu kỹ thuật OFDMA 35
3.2 Đặc điểm 35
3.3 OFDMA nhảy tần 36
3.4 Hệ thống OFDMA 37
3.4.1 Chèn chuỗi dẫn đường ở miền tần số và miền thời gian 41
3.4.2 Điều chế thích nghi 42
3.4.3 Các kỹ thuật sửa lỗi 43
3.5 Điều khiển công suất 48
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM
4.1 Mô phỏng hệ thống OFDM bằng simulink 49
4.2 Một số lưu đồ thuật toán của chương trình 52

4.2.1 Lưu đồ mô phỏng kênh truyền 52
4.2.2 Lưu đồ mô phỏng thu phát tín hiệu OFDM 53
4.2.3 Lưu đồ mô phỏng thu phát tín hiệu QAM 54
4.2.4 Lưu đồ mô phỏng thuật toán tính BER 55
4.3 So sánh tín hiệu QAM và OFDM 56
Kết luận và hướng phát triển 58
LỜI GIỚI THIỆU
Sự ra đời của chuẩn 802.16 cho mạng WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave
Access - Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) nó đánh dấu sự bắt đầu cho một kỷ
nguyên truy nhập không dây băng rộng cố định đang đến giai đoạn phát triển. Nó mang đến
những thách thức lớn cho mạng hữu tuyến hiện tại vì nó có một chi phí thấp khi lắp đặt và bảo
trì. Chuẩn này cũng áp dụng cho mạng truyền thông vô tuyến đường dài (lên tới 50km) trong
thực tế và có thể sẽ là một sự bổ sung hoặc thay thế cho mạng 3G. Tất cả những đặc tính đầy hứa
hẹn này của WiMAX sẽ mang lại một thị trường lớn trong tương lai.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, em đã lựa chọn đề tài “KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU
TRONG WiMAX”. Mục tiêu đầu tiên của đồ án này là nghiên cứu những đặc tính mới của
WiMAX và tập trung chủ yếu vào việc phân tích lớp vật lý và lớp truy nhập. Mục tiêu thứ hai là
tìm hiểu về kỹ thuật điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple – Ghép kênh
phân tần trực giao) và kỹ thuật OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa
truy nhập phân tần trực giao) được sử dụng trong WiMAX Mục tiêu thứ ba là thực hiện việc mô
phỏng quá trình xử lý tín hiệu trongWiMAX dựa trên kỹ thuật OFDM
Nội dung đồ án gồm 4 chương chính như sau :
Chương 1: Tổng quan về công nghệ WiMAX
Trong chương 1 này sẽ trình bày về những khái niệm cơ bản, về cấu trúc, cácbăng tần sử dụng,
các ứng dụng thực tế và những ưu nhược điểm của công nghệ WiMAX.
Chương 2: Kỹ thuật điều chế OFDM
Trong chương 2 sẽ trình bày những khái niệm cơ bản, ưu nhược điểm, nguyên lý điều chế
và giải điều chế của kỹ thuật điều chế OFDM, và những ứng dụng của kỹ thuật này.
Chương 3: Kỹ thuật OFDMA trong WiMAX
Trong chương này sẽ trình bày về những khái niệm cơ bản, các đặc điểm và tính chất nổi

bật của kỹ thuật đa truy nhập phân tần trực giao OFDMA. Qua đó chúng ta có thể thấy được
những ưu điểm của kỹ thuật này trong việc xử lý truyềnnhận tín hiệu nói chung và ứng dụng
trong công nghệ WiMAX nói riêng.
Chương 4: Chương trình mô phỏng hệ thống OFDM
Để hiểu hơn những vấn đề lý thuyết được trình bày trong những chương trước.Trong chương
cuối cùng này, sẽ trình bày chương trình mô phỏng quá trình xử lýtín hiệu trong WiMAX dựa
trên kỹ thuật điều chế OFDM. Đây là chương trình đượcviết bằng Matlab, chương trình bao gồm
sơ đồ khối mô phỏng sự phát và thuOFDM, mô phỏng kênh truyền, tính BER so sánh tín hiệu
OFDM và QAM, sơ đồ khối mô phỏng hệ thống OFDM bằng simulink của Matlab.Trong thời
gian làm đồ án, nhóm đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức còn hạn chế, thời gian nghiên cứu
đề tài có hạn và nguồn tài liệu chủ yếu là các bộ chuẩn và các bài báo tiếng Anh trên mạng nên
đồ án còn nhiều sai sót trong quá trình dịch thuật. Nhóm rất mong nhận được sự phê bình, các ý
kiến đóng góp chân thành của thành.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX
Giới thiệu chương: Trong chương 1 này sẽ tìm hiểu về những khái niệm cơ bản, về cấu trúc, các
băng tần sử dụng trong hệ thống mạng WiMAX. Qua đó chúng ta có thể thấy được các ứng dụng
thực tế và những ưu nhược điểm của công nghệ WiMAX so với các phương thức truyền thông
khác.
1.1 Giới thiệu về wimax
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng tương tác toàn cầu với
truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên chuẩn 802.16 của IEEE cho phép truy cập vô
tuyến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp, DSL và WLAN.
Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa các giao diện vô tuyến trong mạng vô tuyến nội thị
(WiMAX) cho việc truy nhập vô tuyến băng rộng cố định (BWA), nó cung cấp “chặng cuối” cho
công nghệ truy nhập tới các hotpot với thoại, video và những dịch vụ dữ liệu tốc độ cao. Ưu
điểm nổi bật nhất của BWA là nó có chi phí thấp cho sự lắp đặt và bảo trì so với những mạng
hữu tuyến truyền thống hoặc so với mạng truy nhập quang, đặc biệt là cho những vùng xa xôi
hoặc những vùng có địa hình khó khăn.WiMAX chính là một giải pháp cho việc mở rộng mạng

truyền dẫn quang và nó có thể cung cấp một dung lượng lớn hơn so với các mạng cáp hoặc các
đường thuê bao số (DSL). Các mạng WiMAX có thể được xây dựng dễ dàng trong một thời gian
ngắn bằng cách triển khai một số lượng nhỏ các trạm gốc (BS) trên các toà nhà hoặc trên các cột
điện để tạo ra những hệ thống truy nhập vô tuyến dung lượng lớn.
Hệ thống WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định (người sử dụng có thể di chuyển
nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển ở tốc độ đi
bộ), di động với khả năng phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50km dưới các điều kiện
tầm nhìn thẳng (LOS) và bán kính lên tới 8km không theo tầm nhìn thẳng (NLOS).
1.2 Mô hình hệ thống
Mô hình phủ sóng mạng WiMAX tương tự như một mạng điện thoại di động :
8
Hình 1.1 Mô hình hệ thống WiMAX
Một hệ thống WiMAX được mô tả như hình gồm có 2 phần :
• Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn, có
thể phủ sóng khu vực rộng tới 8000km2.
• Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp (hay gắn thêm) trên
các mainboard của máy tính như WLAN.
Các trạm phát được kết nối tới mạng Internet thông qua các đuờng truyền Internet tốc độ cao
hay kết nối tới các trạm khác như là trạm trung chuyển theo đường truyền trực xạ (line of sight)
nên WiMAX có thể phủ sóng đến những khu vực xa.
Các anten thu phát có thể trao đổi thông tin qua qua các đường truyền LOS hay NLOS.Trong
trường hợp truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao, tín hiệu trong
trường hợp này ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa. Băng tần sử dụng có thể ở tần số cao, khoảng
66GHz, vì ở tần số này ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng lớn. Một
đường truyền LOS yêu cầu phải có đặc tính là toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có
chướng ngại vật, nếu đặc tính này không được bảo đảm thì cường độ tín hiệu sẽ suy giảm đáng
9
kể. Không gian miền Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa trạm phát và
trạm thu.
Hình 1.2 Miền Fresnel trong trường hợp LOS

Trong trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn 2-11GHz, tương tự
như WLAN, tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ ….để
đến đích. Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng hợp các thành phần nhận được từ
đường đi trực tiếp, các đường phản xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ. Những tín
hiệu này có những khoảng trễ, sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan tới
đường truyền trực tiếp là khác nhau.
Hình 1.3 Truyền sóng trong trường hợp NLOS
10
Hiện tượng truyền sóng đa đường cũng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi phân cực tín hiệu. Do
đó sử dụng phân cực cũng như tái sử dụng tần số mà được thực hiện bình thường trong triển khai
LOS lại khó khăn trong các ứng dụng NLOS. Nếu chỉ đơn thuần tăng công suất phát để “vượt
qua” các chướng ngại vật không phải là công nghệ NLOS. Điều kiện phủ sóng của cả LOS và
NLOS bị chi phối bởi các đặc tính truyền sóng của môi trường, tổn hao trên đường truyền (path
loss) và quỹ công suất của đường truyền vô tuyến.
1.3 Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX
1.3.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX
1.3.1.1 Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân tần trực
giao)
Kỹ thuật này giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phép WiMAX hoạt động tốt trong
môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn, do đó khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có
thể lên đến 50km.
Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ các sóng mang con có thể chồng lấn lên nhau nên sẽ tiết kiệm, sử
dụng hiệu quả băng thông và cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt
động ở chế độ TDD (song công phân thời) với tỉ số đường xuống/đường lên (downlink-to-uplink
ratio) là 3:1 thì tốc độ đỉnh tương ứng sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps.
1.3.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao
Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường : hướng lên( uplink) và hướng xuống
(downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng xuống và đều sử dụng kĩ thuật OFDM. OFDM
sử dụng tối đa 2048 sóng mang, trong đó 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32
kênh con, mỗi kênh con tương đương 48 sóng mang. WiMAX còn sử dụng thêm điều chế nhiều

mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256 - QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi như ngẫu
nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi Reed Solomon,mã xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kết
nối với hoạt động phân loại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn.
Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia truyền dẫn
hướng lên và hướng xuống.
1.3.1.3 Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple
Access- truy nhập OFDM)
Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏ thành nhiều băng con
1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩ thuật OFDM, cho phép nhiều thuê bao
truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt, đảm bảo hiệu quả sử dụng băng
thông.OFDMA cho phép thay đổi tốc độ dữ liệu để phù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay
đổi số mức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt là: 128 bit,
11
512 bit, 1048 bit tương ứng với băng thông kênh truyền là: 1.25MHz, 5MHz, 10MHz; nhờ vậy
sẽ dễ dàng hơn cho user kết nối giữa các mạng có băng thông kênh truyền khác nhau.
1.3.1.4 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai
• WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền 802.16, tập chuẩn về hệ
thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và cố định của IEEE, nên các sản phẩm,
thiết bị phần cứng sẽ do diễn đàn WiMAX chứng nhận phù hợp, tương thích ngược với
HiperLAN của ETSI cũng như Wi-Fi.
• Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá không gian, mã hoá thời gian.
• Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP : QoS (trong các dịch vụ đa phương tiện, thoại),
ARQ (giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), ….
1.3.1.5 Chi phí thấp
• Thiết lập, cài đặt dịch vụ WiMAX dễ dàng sẽ giảm chi phí cho nhà cung dịch vụ cũng
như khách hàng.
• Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện ở các vùng
sâu, vùng xa, những nơi khó phát triển hạ tầng mạng băng rộng, khắc phục những giới
hạn của đường truyền Internet DSL và cáp.
• CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử dụng trong máy

tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem có thể tự lắp đặt trong nhà
CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc có thể sử dụng cùng loại chipset chung
được thiết kế cho các điểm truy cập WiMAX chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng
cũng thỏa mãn cho việc đầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vô
tuyến (RF), làm chi phí giảm hơn nữa.
1.3.2 Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX
• Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế sự phổ biến
công nghệ rông rãi.
• Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo mật.
• Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do hiện giờ đang sử
dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau. Theo diễn dàn WiMAX chỉ mới có
khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứng nhận bao gồm : Alvarion, Selex
Communication, Airspan, Proxim Wilreless, Redline, Sequnas, Siemens, SRTelecom,
Telsim, Wavesat, Aperto, Axxcelera.
• Về giá thành: Dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (như Intel, Alcatel,
Alvarion, Motorola…) tham gia nghiên cứu phát triển nhưng giá thành vẫn còn rất cao.
• Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tin chính thức nào
đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự cố ra sao. Ngay
cả ở Việt Nam,VNPT ( với nhà thầu nước ngoài là Motorola, Alvarion) cũng đã triển
khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụ thể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các
12
điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh, huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về
tính hiệu quả đáng kể của hệ thống.
1.4 Cấu trúc của WiMAX
Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp:
• Lớp con tiếp ứng (convergence) làm giữ vai trò giao diện giữa lớp đa truy nhập và các
lớp bên trên.
• Lớp đa truy nhập ( MAC layer).
• Lớp truyền dẫn (transmission).
• Lớp vật lý (physical layer)

Các lớp này tương đương với 2 lớp dưới cùng cùng của mô hình OSI,được tiêu chuẩn hoá để
giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên.
1.4.1 Các đặc tính của lớp vật lý ( PHY)
Có 3 kiểu lớp vật lý ( PHY) được đưa ra trong chuẩn 802.16 :
• WirelessMAN PHY SC: Sử dụng điều chế đơn sóng mang.
• WirelessMAN PHY OFDM 256 điểm FFT: Sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao có 256 điểm biến đổi Fourier nhanh (FFT). Điều này là bắt buộc cho các băng tần
được miễn cấp phép.
• WirelessMAN PHY OFDMA 2048 điểm FFT: Sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần
số trực giao có 2048 điểm FFT. Đa truy nhập được sử dụng bằng cách gửi một tập con
nhiều sóng mang cho các máy thu riêng biệt.
Đầu tiên là Wireless Metropolitan Area Network - Single carrier physical layer (MAN vô tuyến -
lớp vật lý đơn sóng mang) dựa trên tập chuẩn 802.16c, hoạt động ở băng tần 11-66GHz. Trạm
gốc (Base Station-BS) chỉ cần một anten đẳng hướng, truyền dữ liệu hướng xuống các user đã có
mã số nhận dạng kết nối (Connection Identifer - CID). Các máy thu (Subcriber Station - SS) với
các anten định hướng, hướng về phía các BS (máy phát). Tín hiệu xử lí phía máy phát bao gồm:
ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi, sắp xếp các kí hiệu, sửa dạng xung (pulse shaping) truớc khi
truyền đi. Ngẫu nhiên hoá để bảo đảm khôi phục tín hiệu phía đầu thu vì nếu tín hiệu không được
mã hoá giả ngẫu nhiên thì năng lượng sẽ tập trung tại một số tần số nào đó như phổ vạch, điều
này tạo ra nguy hiểm cho máy thu, bộ dao động VCO của máy thu có thể khoá pha tại các tần số
này thay vì tại tần số sóng mang sẽ dẫn đến không giải điều chế được và sẽ mất thông tin của
luồng dữ liệu. Bộ mã hoá sửa lỗi FEC bao gồm mã Reed Solomon, mã chập (mã xoắn), có thể
có thêm mã kiểm tra chẳn lẻ hay mã xoắn turbo (Convolution turbo code - CTC). Tỉ lệ mã phụ
thuộc vào điều kiện của kênh truyền và tỉ số bít lỗi (Bit error rate- BER). Các kĩ thuật điều chế
thường là QPSK, 16-QAM, đôi khi sử dụng 64 - QAM. Chuẩn này áp dụng cho kết nối vi ba
điểm - điểm (point to point- PPP) và điểm - đa điểm (point to multi point- PMP); giúp tiết kiệm
thời gian, chi phí hơn so với việc lắp đặt cáp.
13
Ngoài ra, tập chuẩn 802.16a cũng hỗ trợ WirelessMAN PHY SC nhưng dành cho băng tần dưới
11GHZ và hoạt động trong NLOS. SS có thể là một máy tính với vớ modem gắn ngoài nối với

một anten đẳng hướng. Tập chuẩn này cũng hỗ trợ song công TDD và FDD, như 802.16c, sử
dụng thêm các kĩ thuật cân bằng và uớc lượng kênh để khắc phục hiệu ứng đa đường, và để nâng
chất lượng tín hiệu vẫn phải sử dụng TCM( trellis coded modulation), FEC, ghép xen, hệ thống
anten thích ứng (Adaptive Antenna System - AAS), mã hoá không gian thời gian (Space Time
coding - STC).
WirelessMAN 256 sóng mang dựa trên tập chuẩn 802.16d, cung cấp dịch vụ kết nối băng rộng
trong nhà. Các SS là các thiết bị anten dùng trong nhà và có thể di chuyển với tốc độ thấp
(portable). Nhờ sử dụng OFDM nên cho phép kết nối NLOS dưới 11GHz, và làm bỏ bớt khối
cân bằng trong bộ thu.Các kĩ thuật hỗ trợ cũng gồm: FEC với Reed-Solomon, AAS, STC, ghép
xen; thời gian kí hiệu và số điểm FFT có thể thay đổi cho phù hợp với băng thông tương ứng.
Với WirelessMAN OFDMA 2048 sóng mang: tương tự như WirelessMAN 256 sóng mang
nhưng có nhiều ưu điểm hơn. Dựa trên tập chuẩn 802.16e (2005), với sự hỗ trợ của OFDMA ở
lớp vật lý, cho phép các user (SS) di chuyển với tốc độ cao, khoảng gần 125km/s, sử dụng mã
hoá kênh là mã xoắn, mã xoắn turbo, mã khối, mã kiểm tra chẳn lẻ mật độ thấp (Low Density
Parity Check- LDPC); dữ liệu được ngẫu nhiên hoá, ghép xen để tránh tổn thất khi khôi phục và
lỗi cụm.Ngoài kĩ thuật AAS, STC còn sử dụng thêm phân tập thu phát (Multi In Multi Out –
MIMO).
1.4.2 Các đặc tính của lớp truy nhập (MAC)
Hình 1.4 Phân lớp của WiMAX so với mô hình OSI
14
Chuẩn 802.16 của IEEE đưa ra cùng một lớp MAC cho tất cả lớp PHY (đơn sóng mang, 256
OFDM, 2048 OFDMA). Lớp MAC này là kết nối được định hướng điểm - đa điểm.Hoạt động
truy nhập kênh ở lớp MAC của WiMax hoàn toàn khác so với WiFi. WiMax hỗ trợ phương pháp
truyền song công FDD và TDD sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA. Ưu điểm của
phương pháp này là nó cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống, dẫn đến có
thể thay đổi tốc độ phát (Upload) hoặc thu (Download) dữ liệu chứ không phải là cố định như
trong ASDL hay CDMA.Trong WiFi tất cả các trạm truy nhập một cách ngẫu nhiên đến điểm
truy cập (Access point - AP), chính vì vậy khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm
giảm thông lượng mạng. Ngược lại,ở lớp MAC của 802.16, lịch trình hoạt động cho mỗi thuê
bao được định trước, do vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời

điểm gia nhập mạng. Sau thời điểm này, mỗi trạm được trạm phát gốc gắn cho một khe thời
gian. Khe thời gian có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn. Ưu điểm của việc
đặt lịch trình là chế độ truyền dẫn vẫn hoạt động ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng
thuê bao đăng ký vượt quá cho phép, và nó cũng có thể tăng được hiệu quả sử dụng băng tần.
Việc sử dụng thuật toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc điều khiển chất lượng dịch vụ
(Quality of Service -QoS) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao.
1.5 So sánh WiMAX với WiFi
WiMAX và WiFi sẽ cùng tồn tại và trở thành những công nghệ bổ sung ngày càng lớn cho các
ứng dụng riêng.Đặc trưng của WiMAX là không thay thế WiFi. Hơn thế WiMAX bổ sung cho
WiFi bằng cách mở rộng phạm vi của WiFi và mang lại những thực tế của người sử dụng "kiểu
WiFi" trên một quy mô địa lý rộng hơn.Công nghệ WiFi được thiết kế và tối ưu cho các mạng
nội bộ (LAN), trong khi WiMAX được thiết kế và tối ưu cho các mạng thành phố (MAN).Trong
khoảng thời gian từ 2008 - 2010, hy vọng cả 802.16 và 802.11 sẽ xuất hiện trong các thiết bị
người sử dụng từ laptop tới các PDA, cả hai chuẩn này cho phép kết nối vô tuyến trực tiếp tới
người sử dụng tại gia đình, trong văn phòng và khi đang di chuyển. Mặc dù có cùng mục đích
như nhau nhưng chúng ta thấy công nghệ sử dụng trong mạng WiMAX có một số ưu điểm so
với WiFi:
• Sai số tín hiệu truyền nhận ít hơn
• Khả năng vượt qua vật cản tốt hơn
• Số thiết bị sử dụng kết nối lớn hơn hàng trăm so với hàng chục trong WiFi.
• Lớp vật lý MAC (Medium Access Control) dùng trong WiMAX dựa trên kỹ thuật phân
chia theo khe thời gian cho phép đồng nhất băng tần giữa các thiết bị (TDMA) hiệu quả
hơn sơ với WiFi (sử dụng CSMA-CA rất gần CSMA-CD sử dụng trong mạng Ethernet).
Chính vì vậy phổ sóng vô tuyến sẽ đạt được tốt hơn.
Mạng WiMAX không thể thay thế được WiFi trong các ứng dụng nhưng nó góp phần bổ sung để
hình thành mạng không dây. Xu hướng chung của mạng không dây đó là cải thiện phạm vi phủ
sóng với hiệu quả tốt nhất. Kỹ thuật nổi bật đó là chiếm lĩnh về không gian, tích hợp với các kỹ
thuật hiện tại và quan tâm đến các yếu tố cơ bản như công suất tiêu thụ thấp, phạm vi lớn, tốc độ
15
truyền dữ liệu cao. Trong mạng không dây chất lượng tại lớp thấp nhất để có thể điều khiển trễ

trong quá trình truyền và các dịch vụ như thoại, video.
WiMAX và WiFi ứng dụng trong hai môi trường khác nhau. Mục đích của WiMAX sẽ hướng tới
không chỉ là phạm vi phủ sóng mạng di động mà cả những mạng công cộng khác. Một trong
các hướng phát triển quan trọng khác của WiMAX đó là giải quyết kết nối cho mạng VoIP
trong tương lai không xa.
1.6 Các dải tần áp dụng
1.6.1 Các dải tần cấp phép 11-66 GHz
Dải tần từ 11-66 GHz hoạt động trong các môi trường vật lý có bước sóng ngắn,tầm nhìn thẳng
(LOS) và ảnh hưởng của đa đường là không đáng kể. Thông thường, độ rộng băng tần của kênh
trong dải tần này là 25 MHz hoặc 28 MHz.Ở dải tần này, giao diện vô tuyến áp dụng kiểu điều
chế sóng mang đơn WirelessMAN SC
1.6.2 Các dải tần cấp phép dưới 11 GHz
Các tần số dưới 11 GHz hoạt động trong các môi trường vật lý có bước sóng lớn hơn,điều kiện
LOS là không cần thiết và có thể chấp nhận đa đường lớn hơn.
Nó có khả năng hỗ trợ LOS gần và NLOS.
Bảng 1.1 Đặc tính của các giao diện vô tuyến
16
1.6.3 Các dải tần được miễn cấp phép dưới 11 GHz (chủ yếu từ 5-6 GHz)
Đây là băng tần được nhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao
hơn so với các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz ), thường được sử dụng
trong các ứng dụng trong nhà. Băng tần này thích hợp để triển khai WiMax cố định, độ rộng
kênh là 10 MHz.
1.7 Ứng dụng của WiMAX
Đối với các doanh nghiệp, WiMAX cho phép truy cập băng rộng với chi phí hợp lý. Vì phần
lớn các doanh nghiệp sẽ không được chia thành khu vực để có đường cáp, lựa chọn duy nhất của
họ đối với dịch vụ băng rộng là từ các nhà cung cấp viễn thông địa phương. Điều này dẫn tới sự
độc quyền. Các doanh nghiệp sẽ được hưởng lợi từ việc triển khai các hệ thống WiMAX, nhờ
tạo ra sự cạnh tranh mới trên thị trường,giảm giá và cho phép các doanh nghiệp thiết lập mạng
riêng của mình. Điều này đặc biệt phù hợp đối với các ngành như khí đốt, mỏ, nông nghiệp, vận
tải, xây dựng và các ngành khác nằm ở những vị trí xa xôi, hẻo lánh.

Đối với người sử dụng là hộ gia đình ở những vùng nông thôn (nơi dịch vụ DSL và cáp chưa thể
vươn tới), WiMAX mang lại khả năng truy cập băng rộng. Điều này đặc biệt phù hợp ở các nước
đang phát triển nơi mà hạ tầng viễn thông truyền thống vẫn chưa thể tiếp cận.
Công nghệ WiMAX cách mạng hoá phương pháp truyền thông. Nó cung cấp hoàn toàn tự do cho
những người thường xuyên di chuyển, cho phép họ lưu lại kết nối thoại, dữ liệu và các dịch vụ
hình ảnh. WiMAX cho phép ta đi từ nhà ra xe, sau đó đi đến công sở hoặc bất cứ nơi nào trên thế
giới, hoàn toàn không có đường nối. Để minh hoạ khả năng của WiMAX cho các ứng dụng được
phân cấp trong phần trước, một vài mô hình sử dụng tiêu biểu được nhóm thành hai loại lớn: các
mạng công cộng và riêng.
1.7.1 Các mạng riêng
Các mạng riêng, được dùng dành riêng cho một tổ chức, cơ quan hoặc cơ sở kinh doanh, cung
cấp các liên kết thông tin chuyên dụng đảm bảo chuyển giao tin cậythoại, dữ liệu và hình ảnh.
Triển khai đơn giản và nhanh thường được ưu tiên cao, và các cấu hình tiêu biểu là điểm tới
điểm hoặc điểm tới đa điểm.
1.7.1.1 Chuyển về các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến
Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến (WSPs) sử dụng thiết bị WiMAX để chuyển lưu lượng từ
trạm gốc về các mạng truy cập của họ, như được minh hoạ ở hình 1.5
17
Hình 1.5 Minh hoạ chuyển về nhà cung cấp dịch vụ
Các mạng truy cập dựa trên WiFi, WiMAX hoặc bất kỳ công nghệ truy cập vô tuyến có đăng ký
độc quyền. Nếu mạng truy nhập sử dụng thiết bị WiFi, thì toàn bộ mạng WSP được xem như
một hot zone. Vì các WSP thường cung cấp thoại, dữ liệu và hình ảnh, nên đặc điểm QoS của
WiMAX gắn liền sẽ giúp ưu tiên, tối ưu hoá dung lượng chuyển về. Thiết bị WiMAX có thể
được triển khai nhanh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giới thiệu nhanh mạng WSP. Như đã
được minh hoạ, điều kiện thuận lợi chuyển về thuê từ công ty điện thoại địa phương sẽ tăng chi
phí hoạt động, và triển khai giải pháp cáp quang có thể rất tốn kém và yêu cầu lượng thời gian
đáng kể, tác động chống lại sự giới thiệu dịch vụ mới.Hơn nữa, cáp quang, DSL không có lợi
nhuận trong các vùng nông thôn, ngoại thành, và hầu hết các phiên bản của DSL,công nghệ cáp
không cung cấp được dung lượng yêu cầu cho các mạng này.
1.7.1.2 Các mạng giáo dục

18
Hình 1.6 Minh hoạ về mạng giáo dục
Các ban phụ trách trường học có thể sử dụng mạng WiMAX để kết nối các trường với trụ sở ban
trong một quận (huyện), như được minh hoạ ở dưới. Một số yêu cầu chính cho hệ thống trường
học là NLOS, độ rộng băng tần cao (>15 Mbps), khả năng điểm tới điểm điểm tới đa điểm, và độ
phủ rộng. Các mạng giáo dục dựa vào WiMAX sử dụng QoS, có thể thực hiện đầy đủ các yêu
cầu thông tin liên lạc, bao gồm hệ thống thoại, hoạt động dữ liệu (như các báo cáo của sinh viên),
email, truy cập internet, intranet (dữ liệu), giáo dục từ xa (hình ảnh) giữa trụ sở ban và tất cả các
trường trong vùng; giữa các trường với nhau.
Giải pháp WiMAX cung cấp vùng phủ rộng, làm cho nó có lợi nhuận, đặc biệt cho các trường ở
nông thôn không có hoặc có ít cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc, bị phân tán khắp nơi. Khi ban phụ
trách trường học sở hữu, vận hành các mạng riêng,họ có thể đáp ứng lại những thay đổi về vị trí
và cách bố trí các tiện nghi của họ.
Điều này giảm đáng kể chi phí vận hành các tuyến thuê hàng năm. Các giải pháp có dây không
thể cung cấp khả năng triển khai nhanh chóng, giá thành thấp, và hầu hết các phiên bản DSL,
công nghệ cáp không có thông lượng được yêu cầu bởi các mạng giáo dục này.
1.7.1.3 An ninh công cộng
19
Các cơ quan an ninh công cộng của chính phủ, như: cảnh sát, cứu hoả, tìm kiếm và cứu hộ, có
thể sử dụng các mạng WiMAX để hỗ trợ đáp lại những tình huống cấp cứu và tình trạng khNn
cấp khác,như được minh hoạ ở hình 1.7.
Ngoài ra còn cung cấp truyền thông thoại hai chiều giữa trung tâm giải quyết nhanh và các đội
đáp lại tình trạng khNn cấp, mạng tiếp sóng các hình ảnh video, dữ liệu từ địa điểm vụ tai nạn
hoặc thảm họa tới trung tâm điều khiển. Dữ liệu này có thể được tiếp sóng tới các đội chuyên gia
cấp cứu hoặc nhân viên khNn cấp, là những người có thể phân tích các tính huống trong thời
gian thực, như thể là họ đang ở đó. WiMAX QoS cho phép mạng xử lý các loại lưu lượng khác
nhau. Các giải pháp WiMAX có khả năng triển khai cao, do đó đội đáp ứng ban đầu có thể thiết
lập một mạng vô tuyến tạm thời tại địa điểm vụ tai nạn, sự kiện, hoặc thảm hoạ tự nhiên trong
khoảng vài phút. Họ cũng có thể tiếp sóng lưu lượng từ mạng này trở về trung tâm giải quyết
nhanh hoặc trung tâm điều khiển, qua mạng WiMAX hiện hành.

Hình 1.7 Minh hoạ về mạng an ninh công cộng
Các giải pháp có dây không phải là các giải pháp thích hợp, do tính không thể dự đoán, không ổn
định của các vụ tai nạn và các thảm hoạ. Ở đây có lẽ cũng yêu cầu cả tính di động, ví dụ như:
một cảnh sát đang phải truy cập cơ sở dữ liệu từ một phương tiện chuyển động, hoặc môt lính
cứu hoả phải tải thông tin về tuyến đường tốt nhất tới nơi xảy ra hoả hoạn hoặc kiến trúc của tòa
nhà đang bị cháy. Các máy quay video trong xe cứu thương có thể cung cấp trước thông tin về
tình trạng của bênh nhân, trước khi xe cứu thương đến bênh viện. Trong tất cả các trường hợp
20
đó, WiMAX hỗ trợ tính di động và độ rộng băng tần cao, mà các hệ thống băng hẹp không thể
chuyển được.
1.7.1.4 Các phương tiện liên lạc xa bờ
Các nhà sản xuất ga, dầu có thể sử dụng thiết bị WiMAX để cung cấp các tuyến nối thông tin
liên lạc từ các phương tiện trên mặt đất tới các giàn khoan dầu, các bệ khoan, để hỗ trợ các hoạt
động từ xa, các phương tiện liên lạc cơ bản và an ninh, như được minh hoạ ở hình 1.8.
Các hoạt động từ xa bao gồm: việc xử lý sự cố từ xa các vấn đề thiết bị phức tạp, kiểm tra định
hướng địa điểm, và truy cập cơ sở dữ liệu. Ví dụ, các đoạn video của các thành phần hoặc các
cụm lắp ráp gặp sự cố được truyền tới đội chuyên gia trên mặt đất để phân tích. An ninh gồm:
kiểm tra đèn cảnh báo, giám sát video. Các phương tiện liên lạc cơ bản gồm: điện thoại, email,
truy cập internet, trao đổi video
Hình 1.8 Minh hoạ về mạng liên lạc xa bờ
21
1.7.2 Các mạng công cộng
Trong mạng công cộng,các tài nguyên được truy cập, chia sẻ với những người sử dụng khác
nhau, gồm cả các hãng kinh doanh và các cá nhân riêng biệt. Nói chung mạng công cộng yêu cầu
lợi nhuận qua việc cung cấp vùng phủ song khắp nơi, vì vị trí của người sử dụng hoặc là cố định
hoặc có thể dự đoán được. Các ứng dụng chính của mạng công cộng là truyền thông thoại và dữ
liệu, mặc dù truyền thông video đang trở nên phổ biến hơn. An ninh là một yêu cầu then chốt, vì
nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một mạng. Hỗ trợ kèm theo VLAN và mã hoá dữ liệu là giải
pháp an ninh được sử dụng. Mạng công cộng bao gồm một số bối cảnh sử dụng được minh hoạ
dưới đây.

1.7.2.1 Nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến truy cập mạng
Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến (WSPs) sử dụng mạng WiMAX để cung cấp kết nối tới cả
khu dân cư (thoại, dữ liệu và video) và hãng kinh doanh (chủ yếu là thoại và internet), được
minh hoạ ở hình 1.9
Hình 1.9 Minh hoạ về mạng WiMAX của nhà cung cấp dịch vụ
22
WSP có thể là một CLEC (các nhà cung cấp tổng đài nội hạt cạnh trạnh) mà bắt đầu việc kinh
doanh với ít hoặc không có cơ sở hạ tầng được lắp đặt. Vì WiMAX rất dễ để triển khai, nên
CLEC có thể lắp đặt mạng nhanh chóng và ở vào thế cạnh tranh với ILEC (nhà cung cấp sóng
mang tổng đài nội hạt).
Kỹ thuật QoS gắn liền với WiMAX rất phù hợp với hỗn hợp lưu lượng được mang bởi CLEC.
QoS MAC cũng đưa ra dịch vụ đa mức để cung cấp cho các nhu cầu dịch vụ khác nhau của
khách hàng. Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ cho phép các luồng thu nhập khác nhau, tuy nhiên nó giảm
chi phí thu được từ khách hàng, và tăng ARPU (thu nhập trung bình trên mỗi người sử dụng).
WSP chỉ cần một hệ thống quảng cáo và một cơ sở dữ liệu khách hàng.
Các nhà vận hành tế bào cũng quan tâm tới ứng dụng WiMAX trong mạng của họ. Các nhà vận
hành đã có các cơ sở hạ tầng quảng cáo và khách hàng, nhưng triển khai giải pháp WiMAX sẽ
mở rộng thị trường trong vùng dịch vụ của họ. Tất cả các giải pháp có dây (bao gồm: cáp quang,
DSL, và cáp) yêu cầu các chi phí ban đầu đáng kể để xây dựng cơ sở hạ tầng. Nói cụ thể, các giải
pháp có dây không phù hợp với các thị trường đang phát triển ở các nước, như các vùng nông
thôn, thị trấn nhỏ hoặc rìa ngoại ô của các trung tâm lớn.
1.7.2.2 Kết nối nông thôn
Các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng WiMAX để phát triển dịch vụ cho các thị trường ít được quan
tâm trong các vùng nông thôn, vùng ngoại ô của các thành phố, như được minh hoạ ở hình 1.10.
23
Hình 1.10 Minh hoạ về mạng WiMAX cho kết nối ở vùng nông thôn
Sự phân phát kết nối nông thôn là vấn đề then chốt trong các nước đang phát triển và các vùng ít
được quan tâm của những nước phát triển, mà ở đó không có hoặc có rất ít cơ sở hạ tầng có giá
trị. Kết nối thông thôn chủ yếu cung cấp dịch vụ internet và điện thoại. Vì WiMAX cung cấp
vùng phủ rộng nên đây là một giải pháp mang lại lợi nhuận nhiều nhất.

Kết Luận chương : Với những nội dụng được trình bày trong chương 1 đã cho chúng ta một cái
nhìn tổng quát về công nghệ WiMAX, chúng ta cơ bản hiểu được cấu trúc bên trong, ưu nhược
điểm của wimax, và những ứng dụng trong thực tế của nó. Khi đã nắm vững những kiến thức cơ
bản đó rồi thì chúng ta sẽ dễ dàng hơn trong việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động cũng như cách
thức xử lý tín hiệu trong WiMAX sẽ được trình bày trong các chương sau.
24
CHƯƠNG 2
KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM
Giới thiệu chương: Trong chương 2 sẽ trình bày những khái niệm cơ bản, ưu nhược điểm,
nguyên lý điều chế và giải điều chế của kỹ thuật điều chế OFDM. Qua đó chúng ta sẽ thấy được
những ưu điểm của kỹ thuật này khi được ứng dụng trong công nghệ WiMAX nói chung và
những kỹ thuật truyền thông khác.
2.1 Giới thiệu kỹ thuật điều chế OFDM
2.1.1 Khái niệm
Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế
FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng, trong đó
các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub-carrier) trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu
của các sóng mang phụ này được phép chồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại
được tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử
dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ thuật điều chế thông thường.
Hình 2.1: So sánh giữa FDMA và OFDM
Số lượng các sóng 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. Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16d (2004) xác định
256 sóng mang con tương ứng FFT 256 điểm, hình thành chuẩn Fixed WiMAX, với độ rộng
kênh cố định.Chuẩn giao tiếp 802.16e (2005) cho phép kích cỡ FFT từ 512 đến 2048 phù hợp
với độ rộng kênh 5MHz đến 20MHz, hình thành chuẩn Mobile WiMAX (Scalable OFDMA ), để
duy trì tương đối khoảng thời gian không đổi của các kí hiệu và khoảng dãn cách giữa các sóng
mang với độ rộng kênh.
25