Nghiên cứu wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt

ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
LỜI MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ truyền thông vô
tuyến băng rộng qua khoảng cách xa, nhiều công nghệ nổi lên như để chứng tỏ tiềm
năng và tính khả thi của mình như công nghệ DSL, ADSL, WiFi. Nhưng cho tới nay
tất cả những công nghệ này tuy hiện nay rất phổ biến nhưng dường như vẫn không đáp
ứng được nhu cầu ngày càng cao của người dùng về mặt tốc độ, khả năng phủ sóng…
WiMAX nói chung và đặc biệt là WiMAX di động nói riêng với những đặc tính vượt
trội đã chứng tỏ mình là một giải pháp tích cực có thể giải quyết các vấn đề đa truy
nhập về mặt chi phí lắp đặt, khoảng cách phủ sóng, tốc độ đường truyền, đồng thời thu
hút được sự tham gia hợp tác của các tập đoàn điện tử lớn trong việc sản xuất thúc đẩy
sự hoàn thiện của công nghệ mới này.
Đề tài tốt nghiệp với tiêu đề: “Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển
khai trên mạng nội hạt” được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về công
nghệ WiMAX di động đồng thời nghiên cứu tình hình triển khai của công nghệ mới
này trong điều kiện thực tế ở Việt Nam để trả lời các câu hỏi như: “Tại sao công nghệ
mới này lại hấp dẫn các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng cũng như các khách
hàng như vậy?” và “Quá trình triển khai trên thực tế được thực hiện như thế nào, kết
quả thu được là gì?”. Đồng thời, việc nghiên cứu tìm hiểu về WiMAX di động trong
tình hình mạng viễn thông Việt Nam hiện nay là điều cần thiết không chỉ đối với thị
trường nói chung cũng như các các nhà quản lý nói riêng.
Trên cơ sở những thông tin có sẵn từ các tài liệu trong và ngoài nước, phần nội
dung của bài viết được thực hiện thông qua đọc và phân tích đồng thời nêu lên quan
điểm của bản thân về những vấn đề cần nghiên cứu. Nội dung đề tài bao gồm 3 phần
chính:
 Chương 1: Tổng quan về chuẩn 802.16e và WiMAX di động.
 Chương 2: Các đặc tính kỹ thuật của WiMAX di động.
GVHD : Trần Quang Thanh - 1 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
 Chương 3: Ứng dụng triển khai WiMAX di động trên mạng nội hạt tại Việt
Nam

Trong thời gian thực hiện đề tài, các thầy trong liên bộ môn điện tử viễn thông đã
tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để em có thể hoàn thành tốt bài báo cáo của mình.
Trước tiên , em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Quang Thanh – người đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, góp ý và hỗ trợ em trong thời gian qua. Sau cùng, em xin
chân thành cảm ơn các thầy cô trong liên bộ môn điện – điện tử đã giúp đỡ em trong
thời gian thực hiện đề tài.
GVHD : Trần Quang Thanh - 2 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 3
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
DANH MỤC BẢNG 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN 802.16e VÀ WiMAX DI ĐỘNG 11
1.1 Giới thiệu chung về WiMAX di động 11
1.2 Mô hình hệ thống 13
1.3 Kiến trúc mạng WiMAX di động 15
1.4 Kỹ thuật truyền thông số 16
1.4.1 Mô tả lớp vật lý 16
1.4.1.1 Các khái niệm cơ bản về OFDM 16
1.4.1.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa 19
1.4.1.3 OFDMA theo tỷ lệ (S-OFDMA) 22
1.4.1.4 So sánh OFDM và OFDMA 23
CHƯƠNG 2: CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA WIMAX DI ĐỘNG 27
2.1 Cấu trúc khung TDD 27
2.2 Các đặc điểm lớp vật lý cải tiến khác 29
2.3 Mô tả lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC (Media Access Control) 32
2.3.1 Dịch vụ lập lịch MAC 33
2.3.2 Hỗ trợ QoS 35
2.3.3 Quản lý nguồn 37

GVHD : Trần Quang Thanh - 3 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
2.3.4 Quản lý di động 38
2.3.5 Bảo mật 39
2.3.6 Truy nhập kênh truyền 40
2.4 Các đặc điểm cải tiến của WiMAX di động 42
2.4.1 Công nghệ anten thông minh 42
2.4.1.1 MIMO 42
2.4.1.2 Công nghệ anten thông minh 43
2.4.2 Sử dụng lại tần số phân đoạn 46
2.4.3 Dịch vụ Multicast và Broadcast (MBS) 48
2.5 Các vấn đề về phổ của WIMAX di động 49
2.6 Kiến trúc WiMAX end-end 50
2.6.1 Hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng 52
2.6.2 Liên mạng và chuyển vùng 52
2.6.3 Bảo mật 57
2.6.4 Tính di động và chuyển giao 58
2.6.5 Khả năng mở rộng, vùng bao phủ và lựa chọn nhà khai thác 58
2.6.6 Khả năng liên hoạt động của đa nhà sản xuất 59
2.6.7 Chất lượng dịch vụ 60
2.7 Ưu và nhược điểm của Wimax di động 61
2.7.1 Ưu điểm của Wimax di động 61
2.7.2 Nhược điểm của Wimax di động 63
2.8 So Sánh Wimax di động với công nghệ 3G 64
GVHD : Trần Quang Thanh - 4 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI WiMAX DI ĐỘNG TRÊN MẠNG NỘI
HẠT TẠI VIỆT NAM 66
3.1 Tổng quan 66
3.2 Triển khai WIMAX di động của công ty Viễn Thông Hà Nội (HNPT) 67

3.2.1 Mục tiêu triển khai 67
3.2.1.1 Yêu cầu về dịch vụ cho hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng 67
3.2.1.2 Đối tượng khách hàng của hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng 67
3.2.2 Qui mô triển khai WIMAX di động tại Hà Nội 68
3.2.3 Phối hợp thử nghiệm triển khai Wimax giữa Motorola và HNPT 69
3.2.3.1 Mục đích của cuộc Phối hợp Thử nghiệm Công nghệ (PTC) 70
3.2.3.2 Nội dung công việc triển khai 82
3.2.3.3 Sơ đồ chung về mạng của ULAP WiMAX 83
3.2.3.4 Các thành phần hệ thống và thiết bị kiểm tra được yêu cầu 84
3.2.3.4.1 Phần mềm 85
3.2.4 Cấu hình thử nghiệm 86
3.2.4.1 Các mô hình thử nghiệm 87
3.2.4.1.1 Dịch vụ dữ liệu 87
3.2.4.1.2 Dịch vụ thoại trên nền IP 89
3.2.4.1.3 Dịch vụ game tương tác 90
3.2.4.1.4 Dịch vụ mạng riêng ảo 91
3.2.4.1.5 Dịch vụ cấp phát địa chỉ IP-DHCP 92
3.2.4.1.6 Thử nghiệm VOIP với VOIP Server và Voice Gateway 94
3.2.5 Kết quả thử nghiệm triển khai Wimax di động 95
GVHD : Trần Quang Thanh - 5 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
KẾT LUẬN CHUNG 96
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO 102
GVHD : Trần Quang Thanh - 6 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Profile hệ thống WiMAX di động 12
Hình 1.2: Lộ trình phát triển công nghệ WiMAX 13
Hình 1.3: Mô hình hệ thống WiMAX 14

Hình 1.4: Kiến trục mạng WiMAX di động 15
Hình 1.5: Phân chia luồng số liệu trong OFDM 17
Hình 1.6: Mặt cắt của Cyclic Prefix 17
Hình 1.7: Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế OFDM 18
Hình 1.8: Miền tần số OFDM 18
Hình 1.9: Mô hình kênh con hóa OFDM 19
Hình 1.10: Cấu trúc sóng mang con OFDMA 20
Hình 1.11: Sự phân bổ pilot và dữ liệu trong các ký hiệu chẵn lẻ 21
Hình 1.12: Cấu trúc tile của UL PUSC 21
Hình 1.13: So sánh OFDM và OFDMA 24
Hình 1.14: Tương quan so sánh giữa OFDM và SOFDMA 25
Hình 1.15: Tuyến lên trong OFDM và OFDMA 26
Hình 2.1: Cấu trúc khung WiMAX OFDMA 29
Hình 2.2: Mô hình điều chế trong 802.16e 30
Hình 2.3: Phân lớp MAC và các chức năng 33
Hình 2.4: Qos hỗ trợ WiMAX di động 36
Hình 2.5: Các bước kết nối với trạm BS 42
Hình 2.6 : Kỹ thuật MIMO 43
GVHD : Trần Quang Thanh - 7 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 2.7: Chuyển mạch thích ứng cho anten thông minh 46
Hình 2.8 Cấu trúc khung đa miền 47
Hình 2.9: Sử dụng lại tần số 48
Hình 2.10: Hỗ trợ MBS nhúng với những vùng WiMAX-MBS di động 49
Hình 2.11: Mô hình tham chiếu mạng WIMAX 54
Hình 2.12: Cấu trúc mạng WiMAX trên nền IP 56
Hình 3.1: Sơ đồ các khu vực triển khai WiMAX di động 68
Hình 3.2: Cấu hình sản phẩm Ultra Light 70
Hình 3.3: Cấu hình sản phẩm ULAP 71
Hình 3.4: Framework quản lý các phần tử ULAP 72

Hình 3.5: Cấu hình cell điển hình (4 sector) 72
Hình 3.6: Module thuê bao ngoài trời 73
Hình 3.7: Cấu hình đa sector của ULAP 74
Hình 3.8: Cấu hình mạng chung ULAP 83
Hình 3.9: Cấu hình mạng 84
Hình 3.10: Cấu hình thử nghiệm WiMAX di động của HNPT 86
Hình 3.11: Thử nghiệm dịch vụ truyền file FTP 87
Hình 3.12: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web intranet 88
Hình 3.13: Thử nghiệm dịch vụ duyệt Web internet 88
Hình 3.14: Thử nghiệm dịch vụ VOIP PC-to-PC 89
Hình 3.15: Thử nghiệm dịch vụ Game trực tuyến 90
Hình 3.16: Thử nghiệm dịch vụ mạng riêng ảo VPN 91
GVHD : Trần Quang Thanh - 8 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 3.17: SM built-in DHCP Server 92
Hình 3.18: External DHCP Server 93
Hình 3.19: Thử nghiệm VOIP với VOIP server (HNPT)
và Voice Gateway (HNPT) 94
GVHD : Trần Quang Thanh - 9 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các tham số tỉ lệ OFDMA 23
Bảng 2.1: Các kỹ thuật mã hóa và điều chế được hỗ trợ 30
Bảng 2.2: Tốc độ dữ liệu PHY với các kênh con PUSC trong WiMAX di động 31
Bảng 2.3: Các dịch vụ trong QoS 37
Bảng 2.4: Các tùy chọn của Anten cao cấp 44
Bảng 2.5: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO 45
Bảng 3.1: Tổng hợp những đặc tính kỹ thuật chính của ULAP 74
Bảng 3.2: Đặc tính kỹ thuật vô tuyến của ULAP 77
Bảng 3.3 : Đặc tính kỹ thuật vô tuyến của ULAP ( tiếp ) 78

Bảng 3.4: Đặc tính kỹ thuật anten của ULAP 79
Bảng 3.5: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao 80
Bảng 3.6: Các thông số kỹ thuật Module và Anten thuê bao (tiếp ) 81
GVHD : Trần Quang Thanh - 10 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN 802.16E VÀ WiMAX DI ĐỘNG
1.1 Giới thiệu chung về WiMAX di động
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng tương
tác toàn cầu cho truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên các chuẩn 802.11 và
802.16 của IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – Viện các kỹ sư
điện và điện tử) cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối như một phương thức thay thế
cho cáp, DSL, ADSL hoặc hệ thống cáp quang tốn kém. Hệ thống WiMAX, theo như
WiMAX Forum, cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomandic - trong đó
người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối, mang xách được trong
đó 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 50 km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS – Line of
sight) và bán kính cell lên tới 8km không theo tầm nhìn thẳng (NLOS – Non line of
sight).
Trong họ IEEE 802.16 nổi bật nhất là chuẩn 802.16e – 2005 với khả năng đáp
ứng các ứng dụng cố định và đặc biệt là các dịch vụ di động, nên còn được gọi là
WiMAX di động. Chuẩn này đánh dấu sự phát triển vượt bậc trong khả năng đáp ứng
nhu cầu sử dụng ngày càng cao của người dùng. Với những thuộc tính vượt trội đặc
biệt về tốc độ đường truyền số liệu lên tới 64Mbps downlink và 28Mbps uplink khả
năng cung ứng di động tối đa lên tới 120km/h, và bán kính phủ lên tới 1/5/30km,
WiMAX di động đang dần chứng tỏ mình là một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực
cung cấp giải pháp Internet băng rộng di động và là một đối thủ cạnh tranh đáng gờm
đối với mạng thông tin di động 3G LTE trong việc cung ứng các dịch vụ tương tự như
thoại VoIP, Internet di động hay TV di động.
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 chia theo tần số trực giao (OFDMA) để cải thiện vấn đề đa
GVHD : Trần Quang Thanh - 11 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
đường trong môi trường NLOS. Phương thức OFDMA scalable (SOFDMA) được sử
dụng trong bản bổ xung IEEE 802.16e để hỗ trợ băng tần kênh thay đổi từ 1.25 tới 20
Mhz. Hiện nay, một profile hệ thống WiMAX di động đang được phát triển nhằm xác
định các đặc điểm bắt buộc và tuỳ chọn của chuẩn IEEE để xây dựng các giao diện vô
tuyến tuân theo WiMAX di động. Profile hệ thống WiMAX di động này cho phép hệ
thống di động được cấu hình dựa trên tập hợp các đặc điểm chung do đó đảm bảo các
cho đầu cuối và trạm gốc có thể liên hoạt động. Một vài đặc điểm tuỳ chọn của profile
trạm gốc được đưa ra nhằm tạo nên sự mềm dẻo trong việc triển khai các cấu hình khác
nhau với điều kiện hoặc tối ưu về 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 002E
Hình 1.1: Profile hệ thống WiMAX di động
Hiện nay, một nhóm làm việc mạng của diễn đàn WiMAX đang phát triển các
tiêu chuẩn kỹ thuật mạng “mức cao” cho hệ thống WiMAX di động mà trong chuẩn
IEEE 802.16 mới chỉ giải quyết các vấn đề đơn giản của các phần giao diện vô tuyến.
Nhóm này cũng đang nghiên cứu phiên bản khác là 802.16m với mục đích đẩy tốc độ
dữ liệu của WiMAX lên hơn nữa trong khi vẫn tương thích với WiMAX cố định và di
động đã và đang được triển khai. Phiên bản này theo dự kiến sẽ được hoàn thiện vào
cuối năm 2009, như là một bước tiến để vượt trội hơn 3G LTE và xâm nhập sâu rộng
hơn vào thị trường di động hiện nay. Phiên bản 802.16m sẽ vẫn dựa trên kỹ thuật ăng-
GVHD : Trần Quang Thanh - 12 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
ten MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu
nhiều hơn WiMAX di động « Wave 2 ». 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten
thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps. Theo dự kiến,WiMAX Release 2
với sự hoàn thiện của 802.16m sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu

triển khai dịch vụ từ 2010. Hình 1.2 dưới đây thể hiện lộ trình phát triển của công nghệ
WiMAX đã, đang và sẽ xuất hiện .
Hình 1.2: Lộ trình phát triển công nghệ WiMAX
1.2 Mô hình hệ thống
Mô hình phủ sóng mạng WiMAX hay WiMAX di động tương tự như một mạng
điện thoại di động với 2 phần: Trạm phát và Trạm thu.
 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 8000 km
2
 Trạm thu: Có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp hoặc được
gắn thêm trên mainboard của máy tính như card WLAN.
GVHD : Trần Quang Thanh - 13 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Người dùng có thể truy cập WiMAX di động tại bất cứ địa điểm nào dù là cố định
hay đang di động. Một điểm đáng chú ý đó là các trạm phát do được kết nối với mạng
Internet thông qua các đường truyền Internet tốc độ cao hoặc các trạm trung chuyển
theo đường truyền thẳng LOS nên khả năng phủ sóng của WiMAX là rất rộng. Các
anten thu phát có thể trao đổi thông tin qua các đường truyền LOS hoặc NLOS. Đối
với trường hợp truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao do
vậy tín hiệu thu được trong trường hợp này rất ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa. Tuy
nhiên đối với trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn, 2 – 11
GHz tương tự như WLAN, tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ,
nhiễu xạ, tán xạ…để tới đích.
Hình 1.3: Mô hình hệ thống WiMAX
GVHD : Trần Quang Thanh - 14 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
1.3 Kiến trúc mạng WiMAX di động
Hình 1.4: Kiến trúc mạng WiMAX di động
Ta thấy để thiết lập một mạng WiMAX hay WiMAX di động ta cần có các trạm
phát BS (giống BTS của mạng thông tin di động). Nhiều BS sẽ được kết nối, quản lý

bởi một ASN (Access Service Network) gateway. ASN Gateway này là thực thể miêu
tả trong WiMAX Forum, tuy nhiên trong các mạng triển khai thực tế thì người ta hay
gọi là WAC (WiMAX hay Wireless Access Controller). Nhiều WAC tập hợp lại tạo
thành một ASN. Nhiều ASN của cùng một operator tạo thành một NAP (Network
Access Provider). Nhiều nhà cung cấp khác nhau sẽ có thể triển khai nhiều mạng truy
nhập khác nhau, rồi chúng sẽ cùng kết nối với một hoặc nhiều CSN (Core Service
Network).
ASN định nghĩa một đường biên logic và biểu diễn theo một cách thuận lợi để mô
tả tập hợp các thực thể chức năng và các luồng bản tin tương ứng kết hợp với các dịch
vụ truy cập. ASN biểu diễn đường biên cho chức năng liên kết nối với các mạng
GVHD : Trần Quang Thanh - 15 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
WiMAX khác, các chức năng dịch vụ kết nối WiMAX và tập các chức năng của nhiều
nhà cung cấp khác nhau. CSN được định nghĩa là một tập các chức năng mạng cung
cấp các dịch vụ kết nối IP cho các thuê bao WiMAX. Một CSN có thể gồm các phần tử
mạng như router (bộ định tuyến), máy chủ/proxy nhận thực AAA, cơ sở dữ liệu người
dùng và thiết bị cổng liên mạng. Một CSN có thể được triển khai như một phần của
nhà cung cấp dịch vụ mạng WiMAX.
1.4 Kỹ thuật truyền thông số
1.4.1 Mô tả lớp vật lý
1.4.1.1 Các khái niệm cơ bản về OFDM
Công nghệ WiMAX di động chọn phương pháp truy cập đa điểm dựa trên việc
phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiple Access -
OFDMA) để nâng cao hiệu suất truyền giữa các điểm trong môi trường không phát
sóng trực tiếp. Tuy nhiên để hiểu rõ về OFDMA thì việc tìm hiểu những nét cơ bản về
OFDM là rất cần thiết.
OFDM là công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao-một kỹ thuật hấp
dẫn sử dụng cho các hệ thống truyền thông số liệu tốc độ cao. Nó được phát triển từ 2
kĩ thuật quan trọng là ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) và truyền thông đa sóng
mang. OFDM là một kỹ thuật ghép kênh mà chia băng tần thành các tần số sóng mang

nhỏ như được chỉ ra trong hình sau :
GVHD : Trần Quang Thanh - 16 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.5: Phân chia luồng số liệu trong OFDM
Trong hệ thống OFDM, luồng số liệu đầu vào được chia ra thành các luồng con
song song với tốc độ số liệu nhỏ hơn và như vậy tăng khoảng thời gian của ký hiệu và
mỗi luồng nhỏ được điều chế và truyền trên một sóng mang trực giao. Hơn nữa, sự sử
dụng tiền tố lặp-CP (cyclic frefix) có thể hoàn toàn loại trừ xuyên nhiễu giữa các ký
hiệu (ISI) miễn là thời lượng CP lâu hơn trễ kênh lan truyền. CP là một sự lập lại của
một đoạn cuối của khối số liệu và được gán tới đầu của đoạn tải số liệu như được chỉ ra
trong hình:
Hình 1.6: Mặt cắt của Cyclic Prefix
Sử dụng CP để chống lại xuyên nhiễu giữa các ký hiệu và tạo cho kênh “xuất
hiện” vòng tròn. Một trong những nhược điểm của CP là làm giảm hiệu quả của băng
thông do sử dụng thêm ở phần tiêu đề. CP làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông đi
GVHD : Trần Quang Thanh - 17 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
một ít. Do phổ OFDM có hình rất nhọn giống như “brick-wall”, do đó một phần lớn
băng thông kênh được sử dụng cho truyền số liệu nên giúp giảm ảnh hưởng trong việc
sử dụng tiền tố vòng tròn.
Hình 1.7: Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế OFDM
OFDM có thể triển khai trên nhiều dải tần số khác nhau với đa kênh bằng cách sử
dụng mã hoá và thông tin tại sóng mang nhỏ trước khi đưa vào truyền dẫn.
Hình 1.8: Miền tần số OFDM
Điều chế OFDM có thể hiện thực hoá một cách hiệu quả với chuyển đổi Fourier
ngược nhanh. Điều này cho phép truyền một số lượng lớn các sóng mang nhỏ mà
GVHD : Trần Quang Thanh - 18 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
không phức tạp trong việc thực hiện. Trong một hệ thống OFDM, các tài nguyên trong
miền thời gian chính là các ký hiệu OFDM và trong miền tần số là các sóng mang nhỏ.

Nguồn tài nguyên “tần số” và “thời gian” có thể được tổ chức thành các kênh con dùng
cho việc phân bổ tới từng người sử dụng riêng rẽ. Mỗi hình chữ nhật là một kênh con
độc lập và cấp cho những người sử dụng khác nhau:
Hình 1.9: Mô hình kênh con hóa OFDM
1.4.1.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) là một phương thức
đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao, cung cấp hoạt động ghép kênh luồng số
liệu cho đa người sử dụng vào các kênh con đường xuống và đa truy nhập đường đa
đường lên bằng phương tiện kênh con đường lên.
OFDMA là một công nghệ đa sóng mang phát triển trên nền kỹ thuật OFDM.
Trong OFDMA, một số sóng mang con, không nhất thiết là phải nằm kề nhau được
gộp lại thành một kênh con (sub-channel) và các user khi truy cập vào tài nguyên sẽ
được cấp cho một hay nhiều kênh con để truyền nhận tùy theo yêu cầu lưu lượng cụ
thể.
OFDMA có một số ưu điểm như là tăng khả năng linh hoạt, thông lượng và tính
ổn định được cải thiện. Việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền
GVHD : Trần Quang Thanh - 19 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
nhận từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó
sẽ giảm những tác động như nhiễu đa truy xuất (Multi Access Interfearence-MAI).
OFDMA cho phép nhiều người dùng truy nhập các sóng mang con cùng một lúc.
Ở mỗi đơn vị thời gian, tất cả các người dùng có thể truy nhập. Việc ấn định các sóng
mang con cho một người dùng có thể thay đổi ở mỗi đơn vị thời gian.
Cấu trúc ký hiệu OFDMA bao gồm 3 kiểu sóng mang con như được chỉ ra trong
hình sau:
 Sóng mang con số liệu cho truyền dẫn số liệu
 Sóng mang con dẫn đường cho mục đích ước lượng và đồng bộ hoá
 Sóng mang con Null không để truyền dẫn truyền, được sử dụng cho phần băng
thông an toàn và tải mang DC.
Hình 1.10: Cấu trúc sóng mang con OFDMA

Sóng mang con (số liệu và pilot), được nhóm thành từng nhóm sóng mang con
được gọi là kênh con. WiMAX OFDMA lớp vật lý hỗ trợ kênh con hoá trong cả DL và
UL. Khối nguồn tài nguyên thời gian-tần số tối ưu cho kênh con hoá là một khe, bằng
48 tone số liệu (sóng mang con).
Có 2 kiểu hoán vị sóng mang con cho kênh con hoá: phân tán và kề nhau. Sự
hoán vị phân tán dẫn đến các sóng mang con giả ngẫu nhiên để hình thành một kênh
con. Sự hoán vị này mang đến tính đa dạng tần số và trung bình xuyên nhiễu giữa các
cell. Sự hoán vị phân tán bao gồm DL FUSC (Sóng mang con sử dụng hoàn toàn), DL
GVHD : Trần Quang Thanh - 20 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
PUSC (Sóng mang con sử dụng một phần), UL PUSC và các hoán vị tuỳ chọn thêm.
Với DL PUSC, mỗi cặp ký hiệu OFDM, các sóng mang con có thể sử dụng hoặc khả
dụng được nhóm thành các cluster chứa 14 sóng mang liền kề trên một ký hiệu, với sự
phân bổ pilot và số liệu trên mỗi nhóm trong các ký hiệu chẵn và lẽ như hình sau
Hình 1.11: Sự phân bổ pilot và dữ liệu trong các ký hiệu chẵn lẻ
Một nguyên lý sắp xếp lại được sử dụng để hình thành nhóm các cluster. Một
kênh con trong nhóm chứa 2 cluster và được được tạo bởi 48 sóng mang con số liệu và
8 sóng mang con pilot. Các sóng mang con số liệu trong mỗi nhóm được tiếp tục hoán
vị để tạo thành các kênh con trong phạm vi nhóm. Vì vậy, chỉ các vị trí dẫn đường
trong cluster là được biểu thị trong hình trên.Các song mang con dữ liệu trong cluster
được phân bổ cho nhiều kênh con.
Tương tự với cấu trúc nhóm cho DL, một cấu trúc tile được xác định cho UL
PUSC có định dạng như hình 1.12
Hình 1.12: Cấu trúc tile của UL PUSC
GVHD : Trần Quang Thanh - 21 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Không gian sóng mang con hiệu dụng được chia thành các tile, được chọn từ phổ
bằng sơ đồ hoán vị/ sắp xếp lại, được nhóm cùng nhau để hình thành một khe. Khe bao
gồm 48 sóng mang số liệu và 24 sóng mang pilot trong 3 ký hiệu OFDM.
Hoán vị liền kề nhóm một khối các sóng mang con liền kề để hình thành kênh

con. Hoán vị liền kề bao gồm DL AMC và UL AMC, và có cùng một cấu trúc. Một
“thùng” (bin) bao gồm 9 sóng mang con trong một ký hiệu, với 8 được gán cho số liệu
và một được gán cho pilot. Một khe (slot) trong AMC được xác định như là một tập
hợp các thùng với kiểu (N*M=6), trong đó N là số thùng liền kề và M là số ký hiệu
liền kề. Do đó, các kiểu hoán vị này có thể là (6 bin, 1 ký hiệu, 3 bin, 2 ký hiệu, 1 bin 6
ký hiệu). Hoán vị AMC cho phép nhiều người sử dụng bằng cách chọn kênh con với sự
phản hồi tần số tốt nhất.
Nói chung, kiểu hoán vị sóng mang con đa dạng thực hiện tốt trong các ứng dụng
di động trong khi đó hoán vị sóng mang con liền kề lại phù hợp tốt cho môi trường di
động thấp, hoặc có thể lưu động hoặc cố định. Những tuỳ chọn này cho phép người
thiết kế hệ thống lựa chọn ra kiểu hoán vị phù hợp với hệ thống của mình.
1.4.1.3 S-OFDMA theo tỷ lệ
Đây là một đặc điểm bổ sung cho IEEE 802.16e để hỗ trợ chuyển giao dễ dàng.
Trong OFDM-TDMA và OFDMA, số lượng sóng mang con thường được giữ
bằng nhau với phổ có sẵn. Số sóng mang con không thay đổi dẫn đến không gian sóng
mang con thay đổi trong các hệ thống khác nhau. Điều này làm cho việc chuyển giao
giữa các hệ thống gặp khó khăn. Ngoài ra, mỗi hệ thống cần một thiết kế riêng và chi
phí cao.
OFDMA theo tỉ lệ (S-OFDMA) giải quyết các vấn đề này bằng cách giữ cho
không gian sóng mang con không thay đổi. Nói cách khác, số sóng mang con có thể
tăng hoặc giảm với những thay đổi trong một băng tần cho trước. Ví dụ, nếu một băng
tần 5MHz được chia thành 512 sóng mang con, một băng tần 10MHz sẽ được chia
thành 1024 sóng mang con.
GVHD : Trần Quang Thanh - 22 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Bởi vì không gian sóng mang con là giữ nguyên trong S-OFDMA nên một máy di
động có thể chuyển giao giữa các hệ thống một cách suôn sẻ. Ngoài ra, với không gian
sóng mang con không thay đổi, một thiết kế là phù hợp cho nhiều hệ thống và có thể
tái sử dụng. Chi phí cho thiết kế và sản phẩm sẽ thấp hơn.
Cụ thể hơn thì S-OFDMA hỗ trợ một khoảng rộng băng thông để giải quyết một

cách mềm dẻo việc phân chia phổ thay đổi và đáp ứng các yêu cầu khác hữu ích.
Scalability thực hiện được do điều chỉnh kích thước FFT trong khi vẫn cố định khoảng
cách tần số cho một sóng mang là 10.94 kHz. Do băng thông sóng mang con và độ dài
của ký tự là cố định, tác động tới lớp cao hơn là nhỏ khi thay đổi băng tần. Các tham số
S-OFDMA được mô tả trong bảng. Băng tần hệ thống của profile ban đầu được phát
triển bởi nhóm làm việc về kỹ thuật với phiên bản-1 là 5 và 10 MHz (được tô sáng
trong bảng)
Bảng 1.1: Các tham số tỉ lệ OFDMA
1.4.1.4 So sánh OFDM và OFDMA
Theo kỹ thuật ghép kênh cơ bản thì OFDM được sử dụng cho định dạng 802.16 –
2004 rất phù hợp với các ứng dụng cố định, trong khi chuẩn 802.16e lại sử dụng
OFDMA lại đặc biệt thích hợp với mục đích ứng dụng trong di dộng và về bản chất
OFDM ít phức tạp hơn so với SOFDMA.
GVHD : Trần Quang Thanh - 23 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.13: Tương quan so sánh giữa OFDM và SOFDMA
OFDMA tạo cho các định dạng 802.16e linh hoạt hơn rất nhiều trong việc quản lý
các dịch vụ người dùng khác nhau với nhiều kiểu anten và yếu tố hình dạng khác nhau.
Nó đem lại sự giảm bớt can nhiễu cho các thiết bị khách hàng có anten toàn hướng và
khả năng truyền NLOS được cải thiện – những yếu tố rất cần thiết khi hỗ trợ các thuê
bao di động. Việc tạo kênh phụ thuộc sẽ xác định các kênh con để có thể gán cho các
thuê bao khác nhau tùy thuộc vào các trạng thái kênh và các yêu cầu dữ liệu của chúng.
Điều này tạo điều kiện cho các nhà khai thác linh hoạt hơn trong việc quản lý băng
thông và công suất phát, từ đó dẫn đến việc sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn.
GVHD : Trần Quang Thanh - 24 – SVTH : Dương Hồng Phúc
ĐTTN : Nghiên cứu Wimax di động và ứng dụng triển khai trên mạng nội hạt
Hình 1.14: So sánh OFDM và OFDMA
Trong OFDM, tất cả các sóng mang đều được phát đi một cách song song với
cùng một biên độ trong khi OFDMA chia không gian sóng mang thành N
G

nhóm mỗi
nhóm có N
E
sóng mang và N
E
kênh con, mỗi kênh con này mang một sóng mang cho
mỗi nhóm. Việc tạo kênh con này giúp cải thiện hiệu năng khi công suất phát từ một
thiết bị người dùng bị hạn chế. Chẳng hạn trong OFDMA có 2048 sóng mang biến đổi
thành N
E
= 32 và N
G
= 48 trong tuyến xuống và N
G
= 53, N
E
=32 trong tuyến lên với
các sóng mang còn lại được dùng cho các băng bảo vệ và báo hiệu.
Trong OFDM, các thiết bị người dùng phát đi bằng cách sử dụng toàn bộ một
kênh cùng một lúc như hình vẽ bên dưới. Trong khi đó, OFDMA hỗ trợ đa truy nhập
cho phép người dùng chỉ phát đi qua các kênh con được gán cho chúng. Như ví dụ trên,
nếu 2048 sóng mang và 32 kênh con, nếu chỉ một kênh con được gán cho một thiết bị
thì toàn bộ công suất phát ra sẽ được tập trung trong 1/32 phổ khả dụng và có thể đem
lại một độ lợi 15dB so với OFDM. Hơn thế nữa, hình thức đa truy nhập này là đặc biệt
có lợi khi sử dụng các kênh rộng.
GVHD : Trần Quang Thanh - 25 – SVTH : Dương Hồng Phúc