Tiểu luận Orthogonal Frequency Division Multiple Access in WiMAX and LTE A Comparison

(Lê Duy Nhất)
Tóm tắt
OFDMA(đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao),được áp dụng cho cả WiMAX và tiêu
chuẩn LTE(phát triển dài hạn).Đó là hai đối thủ chính trong việc phát triển mạng không dây
4G .Trong bài viết này chúng tôi sẽ so sánh chi tiết về việc thực hiện OFDMA trong WiMAX và
LTE. lơị thế đa dạng nhiều người dùng của OFDMA được sử dụng trong LTE,trong khi đó đa tần
số được khai thác trong WiMAX, các lớp bên trên lớp vật lí trong LTE tốt hơn đáng kể so với
WiMAX. Quá trình thâm nhập mạng của một điện thoại di động LTE là đơn giản hơn so với một
điện thoại di động WiMAX. Ngoài ra, hệ thống LTE dự kiến sẽ phản ứng nhanh hơn với những
thay đổi trong lưu lượng và điều kiện kênh do nhỏ hơn số lần khung thời gian.Tuy nhiên thiết kế
OFDMA trong WiMAX sẽ đáp ứng cho tốt kênh trong điêu kiện khó khăn,mà có lẽ là trong thực
tế còn tốt hơn dự kiến.
Giới thiệu
IEEE 802.16e trên nền WiMAX và Dự án hợp tác thế hệ thứ ba (3GPP) trên nền LTE là hai tiêu
chuẩn có khả năng thống trị mạng không dây thế hệ thứ tư(4G) [1, 2]. Các phiên bản đầu tiên của
WiMAX (WiMAXv1) và LTE LTE (R8) không được phân loại như các hệ thống không dây
4G,như vậy họ đã không đáp ứng đúng yêu cầu của ITU. Tuy nhiên phát triển của WiMAX (dựa
trên chuẩn IEEE 802.16m và từ đó được gọi là WiMAXv2) và sự phát triển của LTE được gọi là
LTE-advanced(LTE-A) là những ứng cử viên chính cho hệ thống mạng không dây 4G. Cả hai sẽ
được phát triển tương thích với các phiên bản trước đó của họ. có nghĩa là, WiMAXv2 sẽ tương
thích với WiMAX, và tương tự, LTE-A sẽ tương thích với LTE. Do đó, các nhà khai thác có khả
năng triển khai các phiên bản đầu tiên của WiMAX và LTE, và sau đó nâng cấp lên các phiên
bản 4G cho phù hợp. Tuy nhiên, tin tức gần đây từ ngành công nghiệp chỉ ra rằng LTE và sự phát
triển của nó có khả năng để chiếm ưu thế hơn WiMAX trong triển khai công nghệ không dây 4G.
Cả hai tiêu chuẩn LTE và WiMAX sử dụng một số công nghệ chung với những khác biệt tinh vi
[3],điểm chung chính là sử dụng công nghệ OFDMA. Trong WiMAX OFDMA được sử dụng
trên cả hai đường xuống và đường lên, trong khi trong LTE nó được sử dụng chỉ trên đường
xuống. Tuy nhiên, công nghệ được sử dụng trong các đường lên LTE, đa truy nhập phân chia
theo tần số đơn song mang (SC-FDMA),là một sự thay đổi nhỏ của FDMA,do vậy có nhiều điểm
của OFDMA đem lại ảnh hưởng tốt cho SC-FDMA, và chúng tôi sẽ chỉ ra nhưng khác biệt nhỏ
mà chúng tôi đã thấy. Có nhiều lý do tốt để lựa chọn OFDMA như khả năng xử lý đa đường, khả

năng mở rộng hoạt động trong băng thông khác nhau,khả năng xử lý tốc độ dữ liệu khác nhau, và
khả năng dễ dàng kết hợp với nhiều kĩ thuật ăng-ten [4]. Chủ yếu, OFDMA cho kỹ thuật bù kênh
tương đối đơn giản trong tần số kênh fading lựa chọn, [4]. Ngoài ra, tần số đa dạng và kênh
thông tin phản hồi có thể được sử dụng hiệu quả để cải thiện sức mạnh và thông lượng [4]. Do
đó, (OFDM) được ưu tiên trong hệ thống thông tin hiện đại như kênh thuê bao số (DSL), thông
tin liên lạc đường dây, và mạng cục bộ không dây (WLAN). bây giờ di động 4G cũng đã thông
qua OFDM như là cơ sở công nghệ do những lợi thế của nó. Hệ thống không dây thế hệ tiếp theo
cần phải xử lý dữ liệu và thông tin liên lạc bằng giọng nói trong một cách thức liền mạch. Thế hệ
thứ hai (2G) và Công nghệ 3G như GSM, IS-95, và UMTS(3G) chủ yếu phục vụ thoại với một
số hỗ trợ cho tốc độ dữ liệu thấp đến trung bình. Tuy nhiên, tiến bộ của công nghệ như HSPA và
EVDO, đó là tương thích với UMTS(hệ thống thong tin di động toàn cầu) và IS-95,tương ứng
với điều đó là nó hỗ trợ cho dữ liệu ở tốc độ cao [3]. Phương pháp như vậy cần đầu tư trong
nhiều công nghệ vô tuyến và mạng lõi dẫn đến chi phí cao.trong mạng không dây 4G,dự kiến
một đài phát thanh tích hợp phục vụ mạng lõi với các dịch vụ khác nhau . Công nghệ OFDMA
giúp đạt được mục tiêu này như nguồn tài nguyên có thể được chia thành các đơn vị nhỏ hơn và
phân bổ cho các dịch vụ khác nhau theo yêu cầu. Khả năng của các hệ thống OFDM tích hợp với
nhiều đầu vào nhiều đầu ra(MIMO-OFDM) công nghệ là một yếu tố quan trọngtrong việc lựa
chọn OFDMA [1, 2]. công nghệ MIMO giúp đạt được hiệu quả phổ cao như MIMO-OFDM,
được chứng minh thành công trong IEEE 802.11n. Một số nhược điểm tỷ số công suất đỉnh trên
công suất trung bình(PAPR) đã có lý do không sử dụng OFDMA cho các đường lên trong LTE.
Tuy nhiên, trong WiMAX, sử dụng thông minh tài nguyên thời gian-tần số có thể giảm bớt gánh
nặng PAPR trên điện thoại di động và làm cho nó thực tế [1]. Trọng tâm của bài viết này là so
sánh về việc sử dụng của OFDMA trong LTE và các hệ thống WiMAX. Chúng ta sẽ so sánh cách
sử dụng và gắn với các khái niệm khác như đa tần số và sự đa người dùng (MUD). Ví dụ, những
lợi thế MUD của OFDMA được cũng được sử dụng trong LTE, trong khi lợi thế đa dạng tần số
được triển khai khai thác trong hầu hết các hệ thống WiMAX . Ngoài ra, hệ thống LTE được dự
kiến sẽ phản ứng nhanh hơn với những điều kiện thay đổi trong lưu lượng tin và kênh do khung
thời gian nhỏ hơn so với WiMAX. Để định lượng sự khác biệt trong việc sử dụng OFDMA trong
WiMAX và LTE, chúng tôi phân tích trên lớp vật lý trong cả hai hệ thống. Chúng tôi cũng tính
toán những tham số lớp vật lý liên quan đến giới hạn kênh có thể được chấp nhận và nêu bật sự

khác biệt giữa việc sử dụng đường xuống và đường lên. Cuối cùng, chúng tôi xem xét các tín
hiệu đó phải được quan sát bởi một điện thoại di động trước khi nó thực hiện các mục truy nhập
mạng để cung cấp cho một ý tưởng về sự phức tạp liên quan đến các hệ thống đối với bước tiến
quan trọng này.
SỬ DỤNG OFDMA TRÊN WiMAX và LTE
CẤU TRÚC KHUNG.
Trong WiMAX, hép song công phân chia theo thời gian (TDD) được dùng phổ biến. Thời gian
khung là 5 (ms) với băng thông triển khai từ 5 đến 10 MHz [1, 5]. Khung được chia thành số kí
hiệu OFDM (ví dụ, 48), một số trong đó được phân bổ cho đường xuống và phần còn lại cho
đường truyền lên theo ý muốn của các nhà điều hành hệ thống,kí hiệu đầu tiên trong khung được
sử dụng để truyền phần mào đầu. Kiểm soát và truyền dữ liệu được gửi đi sử dụng kênh con,
được hình thành từ một nhóm các sóng mang con. Phân bổ đặc trưng kéo dài giữa kênh con và
trục biểu tượng, và thường là một khu vực 2D được gán cho cả đường xuống và đường lên được
truyền đi, như thể hiện trong hình. 1a. Các trạm cơ sở (BS) thông báo một lịch trình từng giai
đoạn khung (ví dụ, 5 mili giây) để chuyển tải phân bổ đường xuống và đường lên [1, 5].Trong
LTE, thời gian khung cố định ở mức 10(ms), được chia thành khung con trong 1(ms) thời gian.
Hai khe 0,5 (ms) được hình thành trên một khung con, như biểu diễn trong hình. 1b. BS truyền đi
trong mỗi 1 ms, mà còn được gọi là khoảng thời gian truyền (TTI), và khối tài nguyên được hình
thành từ các sóng mang con phân bổ trên đường xuống. Hiện nay, (FDD) là mô hình triển khai
phổ biến cho LTE. Tuy nhiên, trong một thời gian (TDD) phát triển mạnh mẽ, việc triển khai
LTE được gọi là TD-LTE cũng có thể được triển khai ở các nước như Trung Quốc và Ấn Độ [2].
(Lê Trần Mạnh)
Ánh xạ nguồn từ sóng mang con.
Sóng mang con (cũng được gọi là phần tử nguồn [RES] trong LTE) là đơn vị cơ sở nhỏ nhất
trong miền tần số, và độ dài kí tự OFDM là đơn vị cơ sở nhỏ nhất trong miền thời gian của hệ
thống OFDMA. Tuy nhiên, do số lượng sóng mang con là quá lớn, nhóm của sóng mang con
được xem xét cùng nhau trong một kí tự OFDM. Trên trục thời gian, một nhóm các ký hiệu
OFDM được gom với nhau để giảm thiểu chi phí tín hiệu trong khi vẫn đạt được độ chi tiết trong
tỷ lệ đạt được để hỗ trợ các dịch vụ khác nhau.
Trong WiMAX, kênh con được hình thành từ một nhóm các sóng mang con trong một ký tự

OFDM. Có hai phương pháp chia nhỏ kênh quan trọng, một trong những nguyên tắc bắt buộc
đầu tiên dựa trên một nhóm sóng mang con phân tán, gọi là sóng mang con được sử dụng một
phần (PUSCs), và các phương pháp tùy chọn khác là dựa trên nhóm sóng mang con liền kề, được
gọi là điều bang thích ứng và mã hóa (BAMC) [1 , 5]. Số lượng các sóng mang con trong một
kênh con là không giống nhau trong cả hai phương pháp. Một khe được hình thành bằng cách kết
hợp một số kênh con với số lượng khác nhau của ký hiệu OFDM. Có 48 sóng mang dữ liệu hữu
dụng trong một khe trong tất cả các phương pháp chia kênh WiMAX. Ví dụ, trong một PUSC, 24
sóng mang con trên 2 ký hiệu OFDM liên tiếp tạo nên một khe, trong khi thông thường trong
BAMC, khe được tạo thành từ 16 sóng mang con trải rộng trên 3 ký hiệu OFDM [1, 5]. Trong
PUSC, băng thông kênh con là khoảng 250 kHz, trong khi thông thường trong BAMC là vào
khoảng 170 kHz. BS phân bổ một số nguyên khe để truyền dữ liệu và thông tin điều khiển. Do
đó, tốc độ dữ liệu tối thiểu có thể của lớp vật lý (PHY) trên đường xuống giả sử trong một
khung 5 ms là 9,6 kb/s, giả định rằng phân bổ tối thiểu này đúng cho mỗi khung WiMAX. Số
lượng các sóng mang con hữu ích trong một khe là như nhau trong các đường lên của WiMAX.
Sự khác nhau giữa đường xuống và đường lên nằm trong việc sử dụng việc điều khiển.
Trong LTE, 12 sóng mang con liền kề được nhóm lại như một đơn vị ở trên trục tần số, và 7 ký
tự OFDM (hoặc 6 trong trường hợp đặc biệt) được coi là một đơn vị trên trục thời gian [2]. 84
(72) sóng mang con như vậy, được nhóm lại gọi là một khối tài nguyên (RB). 2 RB là đơn vị tối
thiểu có thể được phân bổ cho một khung và điều này có nghĩa là tối thiểu 168 sóng mang con có
thể được phân bổ trong trường hợp của LTE. Tốc độ lớp PHY tối thiểu có thể được hỗ trợ trên
đường xuống là 16,8 kb/s giả sử rằng các nguồn tài nguyên được phân bố trên mỗi khung con.
Để truyền thông điệp điều khiển nào đó, nhóm phần tài nguyên bao gồm 4 sóng mang con liền kề
nhau trong một biểu tượng OFDM cũng có thể được sử dụng. Trong LTE, đường lên sử dụng
SCFDMA, có thể được xem như là biến đổi Fourier rời rạc (DFT)-trải OFDMA. Các dữ liệu
được truyền qua một khối DFT trước khi làm đầu vào cho các mô-đun OFDMA. Các khái niệm
về RBS vẫn giữ nguyên như trong đường xuống. Ưu điểm chính của việc sử dụng SCFDMA là
giảm được mức biến đổi trong tỷ lệ công suất đỉnh trung bình (PAPR) của tín hiệu truyền. Trong
WiMAX, để đối phó với vấn đề PAPR, phân bổ đường lên cho một di động được phân bố từ trái
sang phải trong một khung truyền, như thể hiện trong hình 1a, vì vậy số lượng các sóng mang
con được sử dụng trong mỗi ký tự OFDM được giảm đi.

Sử dụng phân tập tần số
Cả WiMAX và LTE có thể gặp fading tần số có chọn lọc do sử dụng các băng thông rộng [1, 2].
Điều này có nghĩa rằng FD trong kênh có thể được loại bỏ bằng việc ánh xạ phù hợp các sóng
mang con đến các kênh con, và bằng cách mã hóa và đan xen. Nó đã được chỉ ra rằng bằng cách
loại bỏ các FD, hiệu suất của OFDMA có thể tốt hơn nhiều so với các hệ thống FDMA đơn sóng
mang được sử dụng trong các đường lên LTE nhờ vào tính hiệu quả năng lượng [2].
Trong WiMAX, trong phương pháp phân kênh bắt buộc gọi là PUSC ( Partially Used Sub-
Carrier ), kênh con được hình thành bằng cách nhóm 24 sóng mang con được trình bày trong
các phần khác nhau của quang phổ. Lựa chọn giả ngẫu nhiên của vị trí các sóng mang con phụ
thuộc vào Cell-ID (gọi là đường xuống cơ sở [DLPB]) và được quy định rõ ràng trong tiêu
chuẩn. Một cái nhìn tổng quát chỉ ra rằng các vị trí sóng mang con được phân phối trên toàn bộ
băng, như trong hình. 2. Tất cả các thông điệp điều khiển cơ bản cũng được gửi bằng phương
pháp phân kênh con dựa trên phân tập để có thể được hưởng lợi nhơ việc tăng sự đa dạng tần số.
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm (SINR) trên toàn bộ băng được sử dụng để lựa chọn
phương pháp điều chế và chương trình mã hóa (MCS) thích hợp.
Trong LTE, một RB (Resource Block) chứa cùng 12 sóng mang con liền kề nhau cho 7 ký hiệu
OFDM. Tuy nhiên, để tận dụng FD, thay vì sử dụng RB tương tự trong phần thứ hai của khung
con, RB khác có thể được sử dụng trong các khe thứ hai của khung con, như minh họa trong hình
3. Nếu nhiều RBs được phân bố, vị trí vật lý của RBs được phân bố cần phải được tiếp giáp để
có được sự đa dạng tần số. Những phương pháp này, được sử dụng trong thúc đẩy sự đa dạng tần
số trong LTE, kết quả là sự hình thành của một RB ảo. Sự khác biệt với WiMAX là trong một ký
tự OFDM, không có FD. Tuy nhiên, kể từ khi dữ liệu được mã hóa và phân bổ xen kẽ trên một
khung, FD có thể được loại bỏ trong LTE rất tốt. Các phương pháp trước đó, các bản tin điều
khiển nhất định như đã đề cập trong LTE sử dụng một chùm nhỏ của sóng mang con liên tục đặt
kế nhau trải rộng trên toàn bộ băng thông để tận dụng FD.
Dựa trên các hướng thực hiện, người ta có thể nhận xét rằng WiMAX đặt sự chú trọng hơn về sự
đa dạng tần số so với LTE. Tuy nhiên tốc độ đáp ứng trong WiMAX là chậm hơn so với LTE (do
thời lượng khung nhỏ hơn trong LTE), người ta có thể hy vọng rằng đặc tính kênh sẽ được thừa
hưởng mạnh mẽ trong LTE với chi phí thông tin phản hồi chi tiết. WiMAX sẽ có xu hướng sử
dụng phân tập tần số trong nhiều tình huống và sẽ không phụ thuộc quá mức vào phản hồi. Trong

môi trường tốc độ cao, các thông tin phản hồi có thể sẽ không được chính xác, và do đó, sử dụng
phân tập tần số có thể phù hợp hơn. Tuy nhiên, các cơ chế truyền lại như kết hợp yêu cầu lặp lại
tự động (HARQ) có thể sẽ được sử dụng để cải thiện hiệu suất trong kịch bản này. Cả LTE và
WiMAX đều có sự nhấn mạnh vào việc sử dụng các kỹ thuật HARQ để xử lí các điều kiện kênh
wireless [1, 2].

Sử dụng phân tập đa người dùng
Trong một kịch bản điển hình, mỗi người dùng có thể sử dụng tần số chọn lọc khác nhau tùy
thuộc vào vị trí của họ như hình 4 hiển thị. Do đó một số người dùng được sử dụng kênh tốt hơn
trong các băng nhất định có tiềm năng cho việc sử dụng MUD bởi lập lịch thông minh [4]. Tuy
nhiên, để tận dụng MUD, cần thông tin phản hồi chính xác của các đáp ứng kênh, và lập lịch có
thể đưa những đặc điểm thời gian-tần số của kênh vào tính toán. Ví dụ, MUD (multi user
diversity) đã được sử dụng trong các hệ thống 3,5G như EVDO và HSPA bằng cách sử dụng
tính chất thời gian khác nhau của kênh. Tuy nhiên, trong hệ thống OFDMA, có khả năng sử dụng
cả thời gian và sự thay đổi tần số của các kênh, dẫn đến lợi ích cao hơn [4]. Tính năng này của
OFDMA được xem là một lợi thế quan trọng hơn các kỹ thuật được sử dụng trong các công nghệ
3G như HSPA và EVDO.
Trong WiMAX, phương pháp BAMC sử dụng các nhóm sóng mang con liền kề nhau trải trên
một số ký tự OFDM để đạt được MUD. Có 9 sóng mang con liền kề nhau được sắp xếp trong
một nhóm, được gọi là các bin, như trong hình 5. Mỗi bin có 8 sóng mang dữ liệu và một sóng
điều khiển, và 4 bin liền kề thì được nhóm vào một band. Người dùng gửi dữ liệu phản hồi trở lại
qua 4 băng tốt nhất theo đánh giá của họ và đồng thời cập nhật các thông tin này sử dụng các bản
tin tin cậy được định nghĩa theo tiêu chuẩn. Dựa trên điều này, trạm gốc sẽ chọn 2 bin trong một
trong số các băng và phân bố những bin như vậy cho 3 ký tự OFDM liên tục, kết quả 48 sóng
mang con cho một khe BAMC. Phân kênh dựa trên BAMC là phương pháp thông thường nhất
mà chứng chỉ WiMAX yêu cầu.
Trong WiMAX, phản hổi kênh sử dụng cho việc phát hiện band tốt nhất cho người dùng. Phản
hồi thông thường là mức độ mạnh của tín hiệu nhận được (RSSI) và SINR. Thông số của chất
lương thông thường được gửi qua bản tin điều khiển truy nhập (MAC). Trong thực tế, có thể có
bản tin thông báo về những thay đổi trong điều kiện ví dụ như là đáp ứng của các yêu cầu từ BTS

[1, 5]. Trong BAMC, một giá trị phản hồi đơn được sử dụng cho một tập liền kề gồm 36 sóng
mang con.
Trong LTE, các RB được hình thành từ một loạt các sóng mang con liên tục trên một vài ký hiệu
OFDM, và các RB giống thế có thể được chỉ định trong độ dài khung phụ, là khoảng thời gian
lập lịch trong LTE. RB được sử dụng để gửi dữ liệu đến một người dùng được lựa chọn bởi các
trạm thu phát gốc (BTS), và nó sử dụng các thông tin phản hồi kênh từ điện thoại di động để sắp
xếp một RB cho người sử dụng trong một khung. Các thông tin phản hồi kênh trong LTE, thay vì
gửi một cách rõ ràng tình trạng đường xuống, gửi một đề nghị về cấu hình truyền tải cho các BS
lập lịch đường xuống của mình. Các đề nghị này dựa trên ước tính qua các điều kiện tức thời của
đường xuống.
Các thông tin phản hồi có thể định kỳ, trong đó máy di động gửi thông tin phản hồi kênh trong
một kênh điều khiển riêng biệt tại các khoảng thời gian thường xuyên được xác định trước. Chu
kỳ tối đa và tối thiểu của truyền thông tin phản hồi được gửi trong một kênh điều khiển riêng
biệt. Thông thường, thời gian tối thiểu giữa các bản tin phản hồi là 2ms, và thời gian tối đa giữa
các bản tin phản hồi là 160ms. Trong thông tin phản hồi không theo chu kỳ, BTS yêu cầu máy di
động để báo cáo tình trạng kênh. Có các chế độ khác nhau của thông tin phản hồi kênh được
phân biệt ở độ phân giải tần số của chúng. Tùy thuộc vào chế độ thông tin phản hồi, phản hồi
kênh có thể được gửi như một giá trị cho toàn bộ băng thông hoạt động hoặc như một chuỗi các
giá trị cho một chuỗi các băng con chứa trong toàn bộ băng thông. Các băng con về cơ bản là
một nhóm của RB. Độ phân giải băng thông tối thiểu của các thông tin phản hồi có thể trong
LTE là 2 RBs.
Do đó, cả hai tiêu chuẩn có quy định cho việc sử dụng MUD. Trong WiMAX, nó là một tùy
chọn, nhưng dự kiến sẽ được hỗ trợ bởi tất cả các nhà cung cấp do nó cần thiết để được chứng
nhận tiêu chuẩn. Trong LTE, sự hình thành tài nguyên mặc định dựa trên MUD, và điều này là
một yếu tố vượt trội trong việc lựa chọn OFDMA cho đường xuống trong LTE. Tín hiệu tham
chiếu âm đặc biệt được gửi bởi người sử dụng trong các phần được chỉ định của khung phụ để
giúp đỡ trong quá trình này. Trong các tiêu chuẩn này, các băng FD và MUD dựa trên việc phân
kênh có thể có mặt trong cùng một khung [1, 2]. Trong WiMAX, các khái niệm về khu vực được
sử dụng để tách riêng hai loại hình truyền (hoặc nhiều hơn), thông thường, cho tế bào cạnh
và/hoặc người sử dụng máy di động tốc độ cao, phương pháp dựa trên phân tập tần số sẽ được ưu

tiên. Đối với người sử dụng có tính di động thấp gần trạm BTS, BAMC có thể được sử dụng để
cải thiện thông lượng. Trong WiMAX, phân tập tần số và truyền tải dựa trên MUD không thể
cùng tồn tại cùng lúc, trong khi ở LTE trong cả hai có thể được sử dụng đồng thời cho những
người sử dụng khác nhau.
(Nguyễn Đức Linh)
Sử dụng phân tập nhiễu
Trong WiMAX, sự hình thành kênh con phụ thuộc vào giá trị của các cơ sở đường xuống. Để
cho phép tái sử dụng tần số chặt chẽ, các sóng mang phụ được sử dụng trong một kênh con xem
xét trong một tế bào được phân phối trong kênh con khác nhau trong các tế bào tái sử dụng. Điều
này có nghĩa rằng các sóng mang con được sử dụng trong một kênh con trong một cell nào đó là
khó có thể lặp đi lặp lại trong một kênh con đặc biệt trong cell khác được cung cấp down-link
các giá trị cơ sở đường khác nhau. Hy vọng rằng, các kênh con khác nhau sẽ được phân bổ đến
người dùng sự khác nhau, dẫn đến năng lượng nhiễu tần số chọn lọc [1]. Do đó, người dùng có
thể trải nghiệm phân tập của nhiễu (hoặc trung bình nhiễu), mà sẽ cung cấp hiệu suất tốt hơn so
với việc có một nguồn nhiễu chi phối không có phản hồi tốt về nhiễu. Lưu ý rằng phân tập của
nhiễu chỉ có thể được thừa hưởng trong trường hợp được truyền PUSC. Trong Bảng 1, chúng ta
thấy làm thế nào các sóng mang con trong một kênh con xem xét được phân phối trên nhiều kênh
con trong một tế bào lân cận. Đối với truyền đi BAMC, phân tập của nhiễu không thể được sử
dụng, nhưng MUD với thông tin phản hồi kênh có thể được sử dụng để thu được lợi ích hiệu suất
đáng kể.
Trong LTE, RB được định nghĩa vẫn giữ nguyên, vì vậy, hai cell cùng kênh có thể gây ra nhiễu
lẫn nhau cũng như có thể có xung đột ở các vị trí của các sóng mang dữ liệu có thể đã được sử
dụng trong bởi các cell lân cận. Điều này có nghĩa rằng không có phân tập của nhiễu trong LTE.
Tuy nhiên, để hoạt động trong điều kiện tái sử dụng tần số chặt chẽ, điều phối nhiễu được thực
hiện trong LTE BSs bằng cách chỉ định phù hợp RBs dựa trên thông tin trao đổi giữa các láng
giềng BSs [2].
Các bước thâm nhập mạng lưới WiMAX và LTE
Trong phần này, chúng ta so sánh các bước trong quá trình nhập mạng vô tuyến đối với OFDMA.
Điều này sẽ phân định tín hiệu/tin nhắn kiểm soát khác nhau được gửi trong khuôn khổ OFDMA.
Cả WiMAX và LTE sử dụng truyền đi khung cơ bản, và nhiệm vụ đầu tiên cho bất kỳ điện thoại

di động là xác định sự bắt đầu của khung trong sự hiện diện của đa kênh, độ lệch tần số, Doppler
thay đổi, và khiếm khuyết khác. Ngoài ra, cả hai hệ thống LTE và WiMAX dự kiến sẽ làm việc
dưới băng thông kênh khác nhau. Trong phần này, chúng ta xem xét các tín hiệu khác nhau được
sử dụng để đạt được đồng bộ hóa trong hai tiêu chuẩn. Sau đó, nhập mạng các bước liên quan và
tin nhắn sẽ được thảo luận.

(Lê Vũ Hiệp)
SYNCHRONISATION
Trong WiMAX,phần mở đầu được truyền đi ở bắt đầu mỗi khung.Thời gian khung là không cố
định,nhưng phổ biến hiện nay là 5 ms.Tín hiệu mở đầu được tạo ra bằng cách sử dụng tất cả các
sóng mang thứ ba trong băng thông cho phép.Ví dụ,hiện tại băng thông phổ biến cho WiMAX là
10 MHz,trong đó có 1024 sóng mang con.Một phần ba(không có sóng mang bảo vệ) được sử
dụng để truyền đoạn đầu.Trình tự ngẫu nhiên được gửi trên các sóng mang được quy định trong
tiêu chuẩn IEEE 802.16e.Một ô định danh được lựa chọn bởi nhà điều hành,trình tự được gửi
trên sóng mang được xác định ở phần mở đầu.Để đạt được khung đồng bộ,một điện thoại di
động sử dụng miền thời gian thuộc tính mở đầu(dựa trên việc sử dụng tất cả các sóng mang thứ
ba),cùng với cấu trúc chu kỳ(CP).Khi băng thông của hệ thống thay đổi,việc phát hiện chính xác
các băng thông là một phần của cơ chế hoạt động.
Khi thời gian của CP không ổn định,một thủ tục tìm kiếm được thực hiện để có được thời gian
CP.Đồng bộ tần số có thể phát hiện điểm khởi đầu của khung bằng cách sử dụng các thuộc tính
khác nhau của phần đầu.Việc xác định các chuỗi được gửi trên phần đầu sóng mang giúp điện
thoại xác định được DLPB,quan trọng để đọc tin nhắn kiểm soát trên khung.Phần đầu thường
kéo dài toàn bộ băng thông(trừ các băng tần bảo vệ),vì vậy kênh dự đoán cũng có thể được thực
hiện sau khi phát hiện chuỗi giả ngẫu nhiên.Phần đầu được gửi vào lúc bắt đầu mỗi khung
hình,chỉnh sửa để ước tính kênh,tần số và thời gian có thể thực hiện bằng cách sử dụng phần
đầu.Điện thoại di động có cổng mạng hoàn thành sử dụng phần đầu đồng bộ và lựa chọn các
phương án bàn giao.
Trong LTE, đồng bộ khung thu được bằng cách phát hiện sự đồng bộ trình tự (PSS),được gửi
hai lần trong một khung thời gian cố định ở mức 10 ms,không phân biệt băng thông hoạt động,
trình tự được gửi trong trung tâm có 64 sóng mang con chiếm 0.96 MHz băng thông.Do

đó,không giống như phần đầu WiMAX,số lượng các sóng mang con được sử dụng PSS là cố
định. Hơn nữa, sóng mang con liên tiếp trong phần giữa của băng thông được sử dụng để gửi
trình tự vì không có thông tin về băng thông để phát hiện PSS.
Trình tự Zadoff-Chu được tải lên các sóng mang con được quy định trong tiêu chuẩn. Nhận dạng
của PSS trong các tín hiệu nhận được cho hai điểm bắt đầu trong khung như
có hai PSS được truyền đi trong khung. Các phát hiện của SSS cung cấp thông tin về thời gian
CP và các tế bào ID. Do đó, không phân biệt băng thông, một xử lý thông thường có thể được
phát triển để đạt được sự đồng bộ khung. Những tín hiệu này cũng được sử dụng để đồng bộ hóa
tần số. Tóm lại, đồng bộ khung trong LTE có vẻ đơn giản khi xem xét hoạt động trong băng
thông khác nhau và thời gian khác nhau CP. Đây là một lợi thế quan trọng cho điện thoại di động
LTE khi băng thông kênh khác nhau được sử dụng trong các mạng khác nhau.
NETWORK ENTRY
Trong WiMAX, một điện thoại di động có để tìm kiếm một phần đầu hợp lệ để có được sự
đồng bộ khung. Các bất trắc là các tần số vô tuyến (RF), băng thông, thời gian CP, số lượng sóng
mang con,phân khúc, và nhận dạng (DLPB). Một lần đồng bộ, điện thoại di động đọc kiểm soát
khung tiêu đề (FCH) tin nhắn, và chiều dài của thông điệp DL-MAP có chứa phân bổ khác nhau
trong khung hình. Cả hai FCH và các thông điệp DL-MAP được gửi sử dụng lặp đi lặp lại mã
hóa để đảm bảo phát hiện đáng tin cậy. Trong WiMAX,vị trí của FCH và đường xuống MAP cố
định phân khúc là xác định quá trình xử lý đoạn đầu. Bằng cách sử dụng DL-MAP, các thông
điệp xa hơn như đường xuống kênh mô tả (DCD) và (định kỳ) đường lên kênh mô tả (UCD) phải
được đọc cùng với UL-MAP để bắt đầu quá trình nhập mạng. Tất cả những thông điệp điều
khiển được gửi đi với quá trình điều chế và tốc độ mã hóa thấp nhất để đảm bảo phát hiện đáng
tin cậy ngay cả ở cạnh di động.
Trong LTE, không phụ thuộc vào băng thông và số sóng mang con, bước đầu tiên vẫn là giống
nhau cho tất cả các điện thoại di động, vị trí đồng bộ hóa tín hiệu (PSS) và đồng bộ hóa thứ cấp
tín hiệu (SSS). Tuy nhiên, để đọc toàn bộ hệ thống thông tin, cần biết tính chất kênh phát
(PBCH), trong đó có thông tin về băng thông của tín hiệu LTE. Thông điệp PBCH chiếm 1,08
MHz phần trung tâm rộng lớn của truyền băng thông. Để kích hoạt tính đáng tin cậy trong giải
mã các thông báo hệ thống BCH, cần lặp đi lặp lại mã hóa được sử dụng.
Trong WiMAX, lời mở đầu và kiểm soát ban đầu của thông điệp được gửi luôn luôn sử dụng

một đơn ăng-ten. Trong các hệ thống LTE, điện thoại di động không thể biết các BS đã sử dụng
nhiều ăng-ten cho việc truyền tải PBCH. Do đó, nó có để xác định số lượng các ăng-ten LTE
BTS. Điều này có thể được thực hiện bằng cách xác định
kiểm tra (CRC), như mỗi cấu hình ăng ten sử dụng một bộ lọc khác nhau như
được xác định trong tiêu chuẩn. Sau đó, một yêu cầu đọc định dạng kênh chỉ thị kiểm soát vật lý
(PCFICH), trong đó cung cấp thông tin về số lượng các ký hiệu OFDM phân bổ cho các thông
báo phân bổ nguồn lực. Cuối cùng ,là đọc kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH) thông
tin, truyền đạt các thông tin phân bổ tới điện thoại di động. Một liên kết lỏng giữa nhiều tin nhắn,
và các tín hiệu trong WiMAX và
LTE được trình bày trong bảng 2.
Thông tin Điều khiển tin nhắn/tín hiệu
WiMAX LTE
Khung và thời gian biểu tượng, đồng bộ hóa tần số,
thông tin tiền tố tuần hoàn, CELL_ID
Cell-specific
preamble
PSS & SSS
Băng thông Phần đầu PBCH
Phân bổ tin nhắn, vị trí, MCS,
chi tiết số
FCH PCFICH
Lớp thông tin vật lý phân bổ cho cả hai đường truyền xuống và đường
truyền lên
DL-MAP và
UL-MAP
PDCCH
Loại MCS được sử dụng trong các phần khác nhau của khung cho cả
đường xuống và đường lên
DCD và UCD PDCC
(Tạ Văn Bách)

Network Entry
Trong WiMax, một preamble được truyền ở phần đầu của tất cả các khung, thời gian khung thì
không cố định, nhưng giá trị thực hiện thường là 5ms. Tín hiệu preamble được tạo ra bằng cách
sử dụng mỗi sóng mang con thứ 3 trong băng thông cho phép. Ví dụ, băng thông hiện tại phổ
biến của cho WiMax là 10MHz, nó có ý nghĩa rằng có 1024 sóng mang con. 1/3 trong đó ( không
có bảo vệ sóng mang con) được sử dụng cho truyền dẫn preamble.
Performance Bounds For Syschronization and Channel Estimation
Thông thường, ước lượng kênh trong WiMax sử dụng preamble. Tuy nhiên, ước lượng kênh
cũng có thể hoàn toàn sử dụng các pilots trong các ký tự dữ liệu. Khoảng cách trong miền tần số
của các sóng mang con khi chuỗi preamble được truyền đi xấp xỉ 33 kHz. Đỉnh lớn nhất của
delay spread có thể chịu được cho ước lượng kênh xấp xỉ bằng nghịch đảo của khoảng cách pilot
trong miền tần số. Do đó, delay spread lớn nhất có thể chịu được đối với ước lượng kênh là
khoảng 30us. Trong mode PUSC bắt buộc của truyền dẫn, trung bình khoảng cách sóng mang
con giữa các pilots là 43.75 kHz. Do đó, delay spread lớn nhất có thể ước lượng được cho
WiMax sử dụng ký tự dữ liệu là xấp xỉ 22.85us. Giá trị đó cao hơn so với khoảng thời gian lớn
nhất hỗ trợ CP hỗ trợ trong WiMax, điều đó có nghĩa rằng khoảng cách pilot đủ nhiều để thiết kế
các thông số của OFDM. Trên đường uplink, các pilots được đặt gần với các pilot khác trong các
tiles được sử dụng bởi người dùng cá nhân. Do đó, trong những giới hạn của ước lượng đáp ứng
kênh trong miền tần, không có vấn đề với đường uplink. Tuy nhiên, nếu sự cắt ngắn miền thời
gian dựa trên các phương pháp được sử dụng trong đường uplink, nó có thể có những thách thức
như số pilots bị hạn chế số lượng tiles bị chiếm bởi người dùng.
Bởi vì chuỗi preamble PN điều chế ở mỗi sóng mang con thứ 3, tần số lớn nhất bù đắp có thể
được ước lượng bằng cách tương quan các phần chu kì của preamble là 16.4 KHz. Hiệu ứng
Doppler spread có thể được thực hiện bởi các pilots đối với ước lượng kênh là nghịch đảo của
khoảng thời gian giữa các ký tự OFDM mang pilots. Bởi vì các pilot được truyền đi trong mỗi ký
tự OFDM xấp xỉ 100us, hệ thống WiMax có thể chịu được hiệu ứng Doppler spread lớn nhất
10kHz. Doppler spread cao hơn so nhiều so với khả năng xảy ra trong thực tế đối với hầu hết các
hệ thống WiMax được triển khai.
Trong LTE, ước lượng kênh không hoàn toàn thực hiện bằng sử dụng tín hiệu PSS và SSS. Do
đó, ước lượng kênh hoàn toàn phụ thuộc vào pilots trong dữ liệu những ký tự OFDM. Do đó,

delay spread lớn nhất 11.11us có thể được ước lượng bởi vì khoảng cách các pilots trong miền
tần số gần 90 kHz. Trong LTE các pilot không được truyền đi trong tất cả các ký tự OFDM. Các
ký tự mang pilot có khoảng cách thời gian là 4*71.42us, có nghĩa là hiệu ứng Doppler spread lớn
nhất có thể chịu được trong ước lượng kênh nằm trong khoảng 3.5 kHz. Do đó, xem xét cả các
pilot mang ký hiệu được đặt so le vị trí trong sóng mang con, delay spread lớn nhất có thể được
ước lượng trong khoảng 22us. Phân bố các pilot là khác nhau trong đường uplink. Người dùng
được cấp RBs cá nhân tương ứng truyền các pilot trong đó. Tuy nhiên, giống như đường uplink
WiMax, những phương pháp cắt ngắn miền thời gian không thể áp dụng một cách dễ dàng, nó
phụ thuộc vào số RBs được cấp cho người dùng. Đối với LTE, tần số bù đắp tối đa chấp nhận
được là ± 13.45 kHz.
Physical layer overhead
Thông tin được truyền đi qua cách trạm BTS trong cả hai tiêu chuẩn để giúp các bộ phận khác
nhau của lớp vật lý. Trong WiMax, một preamble được gửi di trong ký tự đầu tiên của mỗi
frame, và các pilots được gửi đi trong mỗi ký tự. Xem xét một hệ thóng 10Mhz với chỉ đường
downlink hoạt động, chúng ta có thể tính toán phần mào đầu những tín hiệu đó như sau. Một
frame 5ms có 48 ký tự OFDM, và mỗi ký tự có thể sử dụng 840 sóng mang con. Phần mào đầu
do sử dụng preamble và pilot trong mỗi ký tự OFDM được cho bởi tỉ lệ sóng mang con đưa lên
cho preamble cộng với pilot chia cho tổng số sóng mang con có sẵn trong một frame. Xem xét hệ
thống WiMax, phần mào đầu khoảng 16%
Khi nhiều antenna được sử dụng, các phần mào đầu khác nhau phụ thuộc vào loại mode truyền
dẫn. Ví dụ, nếu không gian thời gian mã hóa được sử dụng, số dữ liệu hữu dụng đã gửi qua 2
antenna là giống như trường hợp một antenna. Số pilots cũng được thu nhỏ tương ứng để giữ lại
giống phần mào đầu. Nếu ghép kênh không gian được sử dụng, các pilots được sử dụng trong
một hình dạng tương tự, nhưng số ký tự data thì tăng lên, dẫn tới phần mào đâu tốt hơn. Tuy
nhiên, WiMax cho phép lựa chọn sử dụng một MIMO mid-amble, nó là một preamble độc quyền
để cho phép ước lượng kênh trong MIMO. Trong đường uplink WiMax, không có preamble,
nhưng phần mào đầu pilot là cao do vậy có thể cho phép ước lượng kênh chính xác. Chi phí do
pilots khoảng 33%.
Đối với một hệ thống LTE, sóng mang con được sử dụng cho mục đích sử lý lớp vật lý mang ký
tự tham chiếu, cộng với chỗi đồng bộ hóa cấp 1 và cấp 2. Đối với truyền dẫn đơn antenna, có

50RBs trong một frame 10ms; và 4000 sóng mang con được sử dụng cho việc gửi ký tự tham
chiếu. đếm số lượng sóng mang con cho chuỗi đồng bộ câp 1 và cấp 2, phần mào đầu cho truyền
dẫn LTE đơn antenna khoảng 5%. Nếu 2 antenna được sử dụng ( giống hầu hết LTE được triển
khai) ở BTS, số ký tự tham chiến tăng gấp đôi, và phần mào đầu lớn nhất khoảng 10% như
trường hợp ghép kênh không gian thuần, tương ứng số ký tự data cũng tăng gấp đôi. Trong
đường uplink LTE, số tín hiệu tham chiếu cho mỗ RB tăng cho phép ước lượng kênh chính xác.
Trong mỗi RB, 12 sóng mang con được gán cho những tín hiệu tham chiếu; do đó, phần mào đầu
khoảng 15% cho truyền dẫn đơn antenna. Số lượng antenna tăng đối với truyền dẫn đường
uplink, chúng ta có thể cho rằng nhiều hơn phần mào đầu, nhưng bất chấp điều này, hiệu quả phổ
được cải thiện sẽ làm nó hấp dẫn hơn. Do đó, LTE có một lợi thê nhất định trong phần mào đầu ở
lớp vật lý so với WiMax. Với những lý do đó, WiMax được tiêu chuẩn hóa trước LTE và do đó,
cách tiếp cận của WiMax thì bảo thủ hơn so với LTE; có nhiều pilot hơn, và có 1 ký tự được
dành cho preamble. Ngoài ra, sự tích hợp của MIMO trong chuẩn WiMax không liền mạch như
trong LTE ngay cả WiMax đi tiên phong trong việc sử dụng MIMO OFDM trong môi trường di
động. Điều này cũng áp dụng có các khả năng mở rộng OFDMA, nhưng LTE đã tiến một bước
xa hơn và thực hiện bước đồng bộ hóa ban đầu không phụ thuộc băng thông.
Evolution of WiMax and LTE
Như đã đề cập trước đó, WiMax và LTE là 2 ứng viên cao nhất thỏa mãn các yêu cầu của ITU
IMT-Advanced cho hệ thống không dây 4G. Sự phát triển của WiMax và WiMAXv2 là dựa trên
tiêu chuẩn IEEE 802.16m, có khả năng tương thích ngược với hệ thống WiMAX 802.16e như
một tiêu chí quan trọng. Với những đặc điểm của OFDMA, 802.16m không sử dụng ký hiệu
kênh con hay là các khái niệm về PUSC và các phương pháp hình thành kênh con tương tự khác.
Các cơ chế hình thành tài nguyên được xử lý bằng cách hình thành các đơn vị tài nguyên vật lý
kích thước cố định (PRUs) từ các sóng mang con, sau đó được sử dụng để hình thành DRUs và
LRUs (distributed and contiguous localized resource units). Với một băng thông cho trước, việc
lựa chọn số lượng DRUs và LRUs là linh hoạt. Tất cả bản tin ( data hay control) đều được gán
hoặc là 1 DRU hoặc là 1 LRU và có thể tồn tại trong cùng ký tự OFDM. Do đó, các phương
pháp hình thành tài nguyên là đơn giản và hiệu quả cao hơn vì cả loại được phép tồn tại trong ký
tự OFDM. TTI cũng giảm xuống 1ms từ 5ms TTI trong WiMAXv1. Cũng đạt được những cải
thiện trong phần mào đầu pilot và khả năng tổng hợp nhiều kênh tần số cũng được đề xuất với

việc điều chỉnh cấu trúc khung cho phép độ trễ thấp hơn.
Trong LTE-A không có sự thay đổi lớn nào được đề nghị liên quan đến các khía cạnh của
OFDM ngoại trừ tập hợp nhiều sóng mang để có được băng thông kênh rộng hơn. Do đó, các đặc
tính liên quan đến OFDM tương tự trong cả WiMAXv2 và LTE-A. Do đó, có thể có ít lựa chọn
từ một góc độ công nghệ. Tuy nhiên, những tài sản mạng lưới và khối lượng sản phẩm có thể
đóng một vai trò quan trọng trong lựa chọn hệ thông wireless 4G đối với các nhà khai thác mạng.
Như đã đề cập ở trước đó, hầu hết các nhà khai thác mạng ưu thích LTE hơn WiMAX. Các triển
khai WiMAX hiện nay, như Sprint/Clearwire ở Hoa Kỳ cũng lên kế hoạch di chuyển đên TD-
LTE. Do đó, tương lai có vẻ đầy hứa hẹn hơn ch LTE hơn WiMax, mặc dù sau này sẽ có nhiều
công nghệ đấu tranh cho việc thống trị 4G. Một bảng tóm tắt tính năng giữa WiMax và LTE bảng
3
CONCLUSION
Bài viết này đã so sánh chi tiết việc sử dụng OFDMA trong các chuẩn WiMAX và LTE. Cả hai
hệ thống đều tác động nhiều khía cạnh của OFDMA bao gồm phân tập tần số, MUD và trục tần
số và thời gian. Khác biệt trong khai thác lợi thế khác nhau của OFDMA trong cả 2 hệ thống đều
được nhấn mạnh. Lưu ý rằng phần mào đầu lớp vật lý của WiMAX cao hơn so với hệ thống LTE.
Tuy nhiên, LTE-A và WiMAXv2 thì tương tự nhau ở một góc lớp vật lý; vì vậy, các yếu tố phi
công nghệ như khả năng tương thích ngược, quy định và chi phí sản phẩm có thể có nhiều hơn
một phương diện trong việc lựa chọn cho hệ thông wireless 4G