kết hợp kỹ thuật mimo và ofdm ứng dụng trong mạng không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

KẾT HỢP KỸ THUẬT MIMO VÀ OFDM
ỨNG DỤNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: B2009 - 22 - 45

S KC 0 0 3 2 0 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

KẾT HỢP KỸ THUẬT MIMO VÀ OFDM
ỨNG DỤNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY
Mã số: B 2009 – 22 – 45

Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Trường Sơn

TP. Hồ Chí Minh, 9/2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

KẾT HỢP KỸ THUẬT MIMO VÀ OFDM
ỨNG DỤNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY
Mã số: B 2009 – 22 – 45

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài
(ký, họ tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên)

TS. Đặng Trường Sơn


TP. Hồ Chí Minh, 9/2011
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài

Họ và tên

Đơn vị công tác

TS. Đặng Trường Sơn

Khoa CNTT ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

TS. Phan Hồng Phương

Khoa Điện - Điện tử ĐH Bách khoa TP.HCM

ThS. Lưu Thị Thủy

NCS tại Đại học Vestfold, Na-Uy

ThS. Phan Chánh Phong

Công ty VMS Mobifone khu vực 2

KS. Ngô thị Lụa

Đại học Bách Khoa TP.HCM

KS. Đinh thanh Trúc

Đại học Bách Khoa TP.HCM


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................................ 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................................ 5
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................... 6
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 8
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 12
CHƢƠNG 1: MẠNG KHÔNG DÂY VÀ VẤN ĐỀ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ................... 17
1.1. Chuẩn IMT-2000 cho mạng 3G ......................................................................................... 17
1.2. Chuẩn IEEE 802 dùng cho mạng LAN và WAN .............................................................. 19
1.2.1 Giới thiệu ..................................................................................................................... 19
1.2.2 Một số chuẩn IEEE không dây .................................................................................... 20
1.3. Chuẩn HiPerLAN............................................................................................................... 22
1.4. Giải pháp cải tiến chất lƣợng mạng không dây ................................................................. 23
CHƢƠNG 2: TỔNG HỢP TÀI LIỆU VỀ KĨ THUẬT MIMO-OFDM ....................................... 25
CHƢƠNG 3: KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN VÀ HỆ THỐNG MIMO-OFDM ......................... 29
3.1. Kênh truyền vô tuyến ......................................................................................................... 29
3.1.1 Large Scale: Suy hao trong lan truyền không gian tự do ............................................. 29

3.1.2 Small scale fading và hiện tƣợng đa đƣờng ................................................................. 29
3.2. Hệ thống MIMO-OFDM.................................................................................................... 30
3.2.1. Kỹ thuật OFDM .......................................................................................................... 30
3.2.2 Hệ thống MIMO-OFDM.............................................................................................. 33
CHƢƠNG 4: ƢỚC LƢỢNG SAI LỆCH VÀ ĐỒNG BỘ TẦN SỐ TRONG MIMO-OFDM .... 37
4.1. Vấn đề đồng bộ trong MIMO-OFDM ............................................................................... 37
4.2. Lệch tần số sóng mang ....................................................................................................... 37
4.2.1. Ảnh hƣởng của lệch tần số sóng mang ....................................................................... 37
4.2.2 Mô hình kênh truyền OFDM khi có lệch tần số sóng mang ........................................ 38
4.2.3. Ƣớc lƣợng CFO bằng giải thuật Maximum Likelihood ............................................. 40
4.2.4. Phƣơng pháp khắc phục dịch tần số bằng bộ lọc Kalman mở rộng ............................ 42
4.2.5. Ƣớc lƣợng CFO và kênh truyền bằng phƣơng pháp mù ............................................. 46
4.2.6. Đồng bộ tần số lấy mẫu .............................................................................................. 47
CHƢƠNG 5: ƢỚC LƢỢNG KÊNH TRUYỀN ........................................................................... 55
5.1. Ƣớc lƣợng kênh dùng chuỗi huấn luyện (Training Sequences) ....................................... 55
5.1.1. Ý tƣởng của phƣơng pháp ........................................................................................... 55
-1-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây
5.1.2. Mô hình hệ thống ........................................................................................................ 55
5.1.3. Thiết kế chuỗi huấn luyện ........................................................................................... 58
5.1.4. Đánh giá thông số ảnh hƣởng: .................................................................................... 58
5.1.5. Ƣu khuyết điểm của phƣơng pháp: ............................................................................. 62
5.2. Ƣớc lƣợng kênh dựa vào pilot-tones: ................................................................................ 62
5.2.1.Tổng quan ƣớc lƣợng kênh dựa vào pilot-tones .......................................................... 62
5.2.2.Thiết kế pilot-tones ...................................................................................................... 65
5.2.3. Thông số ảnh hƣởng hiệu quả phƣơng pháp ............................................................... 65
5.2.4. Ƣu khuyết điểm phƣơng pháp: ................................................................................... 68
5.3. Ƣớc lƣợng kênh truyền bằng phƣơng pháp mù (Blind estimation) ................................... 68

5.3.1. Tổng quan ƣớc lƣợng mù: ........................................................................................... 68
5.3.2 Thuật toán ƣớc lƣợng mù ............................................................................................. 72
CHƢƠNG 6: MÃ HÓA KÊNH TRUYỀN KHÔNG GIAN-THỜI GIAN .................................. 75
6.1. Tốc độ mã hóa .................................................................................................................... 75
6.2. Mã hóa không gian - thời gian ........................................................................................... 75
6.2.1. Mã hóa Alamouti ........................................................................................................ 76
6.2.2. Mã khối không gian – thời gian (STBC – Space - time block code) .......................... 78
6.2.3. Mã Turbo không gian – thời gian ............................................................................... 79
CHƢƠNG 7: CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM ............................. 84
7.1. Giới thiệu chƣơng trình mô phỏng..................................................................................... 84
7.2. Start Menu.......................................................................................................................... 84
7.3. Mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM với kỹ thuật mã hóa không gian – thời gian ............. 85
7.3.1 Mã hóa Alamouti ......................................................................................................... 85
7.3.2 Mã hóa STBC .............................................................................................................. 86
7.4. Mô phỏng ƣớc lƣợng kênh truyền trong hệ thống MIMO-OFDM .................................... 87
7.5. Mô phỏng KT ƣớc lƣợng sai lệch và đồng bộ tần số sóng mang trong MIMO-OFDM .... 88
7.5.2 Mô phỏng ƣớc lƣợng kênh ........................................................................................... 90
7.5.3. Mô phỏng đồng bộ tần số.......................................................................................... 110
7.6. Chƣơng trình ƣớc lƣợng sai lệch và đồng bộ tần số lấy mẫu trong OFDM ................... 122
KẾT LUẬN ................................................................................................................................. 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 139
PHỤ LỤC.................................................................................................................................... 141

-2-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Các cấu hình anten khác nhau ............................................................................ 24

Hình 3.1: Biểu diễn các dạng truy cập ............................................................................... 31
Hình 3.2: Sơ đồ tổng quát của một khối điều chế OFDM .................................................. 32
Hình 3.3: Hệ thống MIMO-OFDM .................................................................................... 34
Hình 3.4: Tốc độ truyền dữ liệu ......................................................................................... 35
Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM .................................................................. 36
Hình 4.1: Phổ tín hiệu OFDM khi không có CFO và khi có CFO ...................................... 38
Hình 4.2: Mô hình kênh truyền MIMO-OFDM khi có CFO .............................................. 38
Hình 4.3: Ảnh hƣởng của CFO đối với SER của hệ thống MIMO-OFDM khi dùng ƣớc
lƣợng kênh dựa trên pilot ............................................................................................. 39
Hình 4.4: Ảnh hƣởng của CFO đến tỷ lệ lỗi bit của hệ thống MIMO-OFDM khi dùng MLK
để ƣớc lƣợng CFO và dùng Training Sequences để ƣớc lƣợng kênh........................... 41
Hình 4.5: Ảnh hƣởng số preamble và độ dài mỗi symbol trong ƣớc lƣợng dùng EKF ...... 46
Hình 4.6: Quá trình chuyển đổi DAC và lấy mẫu ............................................................... 48
Hình 4.7: Kết quả nội suy với kiểu điều chế BPSK ............................................................ 50
Hình 4.8: Cấu trúc máy thu sửa độ lệch tần số .................................................................... 51
Hình 4.9: So sánh các phƣơng pháp khắc phục với SFO = 0.001 ....................................... 52
Hình 4.10: So sánh các phƣơng pháp khắc phục với SFO = 0.004 ..................................... 53
Hình 4.11: So sánh các phƣơng pháp khắc phục với SFO = 0.01 ....................................... 54
Hình 5.1: Sơ đồi khối bộ phát trong hệ thống TS................................................................ 56
Hình 5.2: Sơ đồ khối bộ thu TS channel estimation ............................................................ 56
Hình 5.3: Khảo sát ảnh hƣởng của CP đến MSE ................................................................ 59
Hình 5.4: Khảo sát ảnh hƣởng của CP đến SER ................................................................. 59
Hình 5.5: Ảnh hƣởng của Df đến MSE ............................................................................... 60
Hình 5.6: Ảnh hƣởng của Df đến SER ................................................................................ 60
Hình 5.7: Ảnh hƣởng của hiệu ứng Doppler đến MSE ....................................................... 61
Hình 5.8: Ảnh hƣởng của hiệu ứng Doppler đến SER ........................................................ 61
Hình 5.9: Sơ đồ khối bộ phát dùng pilot-tones.................................................................... 62
Hình 5.10: Ví dụ chèn pilot-tones với khoảng cách Pilot-tones là 2 ................................... 63
Hình 5.11: Sơ đồ khối hệ thống thu (pilot-tones) ................................................................ 64
Hình 5.12: Symbol OFDM sau khối FFT ............................................................................ 64

Hình 5.13: Pilot Remove ..................................................................................................... 65
Hình 5.14: Khảo sát ảnh hƣởng của chiều dài CP đến MSE ............................................... 66
khi ƣớc lƣợng kênh dựa vào pilot-tones .............................................................................. 66
Hình 5.15: Khảo sát ảnh hƣởng của CP đến SER của hệ thống khi dùng phƣơng pháp ƣớc
lƣợng kênh dựa vào pilot-tones .................................................................................... 66
Hình 5.16: Khảo sát ảnh hƣởng của Doopler đến MSE của bộ ƣớc lƣợng kênh dùng Pilottones.............................................................................................................................. 67
Hình 5.17: Khảo sát ảnh hƣởng của hiệu ứng Doopler đến SER của hệ thống khi dùng bộ
ƣớc lƣợng dựa trên pilot-tones ..................................................................................... 67
Hình 5.18: Sơ đồ khối ƣớc lƣợng mù .................................................................................. 69
Hình 6.2: Bộ mã hóa Alamouti............................................................................................ 76
Hình 6.1: Bộ mã hóa STBC. ................................................................................................ 76
Hình 6.3: Sơ đồ bộ giải mã Alamouti .................................................................................. 77
-3-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây
Hình 6.4: Biểu diễn SER đối với SNR khi mã hóa hệ thống với mã Alamouti tốc độ mã hóa
là 1 cho 2 antenna phát và 1 antenna thu ...................................................................... 78
Hình 6.5: Biểu diễn (BER, SNR), (SER, SNR) khi mã hóa hệ thống với mã khối không
gian-thời gian tốc độ mã hóa là ¾. ............................................................................... 79
Hình 6.6: Cấu trúc bộ mã hóa và giải mã Turbo không gian-thời gian ............................... 80
Hình 6.7: Bộ mã hóa BTC nối tiếp ..................................................................................... 80
Hình 6.8: Bộ giải mã lặp BTC ............................................................................................. 81
Hình 6.9: Bộ mã hóa CTC ................................................................................................... 81
Hình 6.10: Bộ mã hóa RSC ................................................................................................. 82
Hình 6.11: Bộ giải mã CTC (mã Turbo song song) ............................................................ 82
Hình 6.12: Biểu diễn BER đối với Eb/N0, số lần lặp giải mã là 2 khi mã hóa hệ thống với
mã Turbo không gian-thời gian .................................................................................... 83
Hình 6.13: Biểu diễn BER đối với Eb/N0, số lần lặp giải mã là 4 khi mã hóa hệ thống với
mã Turbo không gian-thời gian .................................................................................... 83

Hình 7.1: Giao diện chƣơng trình mô phỏng....................................................................... 85
Hình 7.2: Biểu diễn BER đối với Eb/N0 khi mã hóa hệ thống với mã Alamouti không gianthời gian tốc độ mã hóa là 1 cho 2 antenna phát và 1 antenna thu ............................... 85
Hình 7.3: Biểu diễn (BER, Eb/N0), (SER, Eb/N0) khi mã hóa hệ thống với mã khối không
gian-thời gian tốc độ mã hóa là ¾. ............................................................................... 86
Hình 7.4: Giao diện ƣớc lƣợng kênh truyền ........................................................................ 87
Hình 7.5: Giao diện đồng bộ tần số ..................................................................................... 88
Hình 7.6: Đáp ứng MSE (a) và SER (b) theo SNR của các phƣơng thức điều chế khác nhau
trong ƣớc lƣợng kênh block-type pilot ......................................................................... 91
Hình 7.7: Ảnh hƣởng thông số khoảng cách giữa các pilot. D_f = 2;5;10 .......................... 93
Hình 7.8: Ảnh hƣởng thông số tần số Doppler của kênh truyền. fd=50;200;1000 ............. 96
Hình 7.9: Ảnh hƣởng của thông số khoảng bảo vệ (CP). GI=0;2;10 .................................. 98
Hình 7.10: Đáp ứng SER theo SNR của các phƣơng thức điều chế khác nhau .................. 99
Hình 7.11: Ảnh hƣởng thông số tần số Doppler của kênh truyền. fdmax=50;200;1000 .. 102
Hình 7.12: Ảnh hƣởng thông số độ dài CP. GI=0;2;5 và 10 ............................................. 105
Hình 7.13: So sánh 3 mô hình trong môi trƣờng fdmax=50Hz......................................... 107
Hình 7.14: So sánh 3 mô hình trong môi trƣờng fdmax=1000Hz..................................... 109
Hình 7.15: Đồng bộ tần số MLK với = 0.02 .................................................................... 112
Hình 7.16: Đồng bộ tần số MLK với = 0.05 .................................................................... 114
Hình 7.17: Đồng bộ MLK trong kênh truyền không đồng nhất độ dịch tần số................. 116
Hình 7.18: Ảnh hƣởng số preamble trong EKF. Npre=2; 3; 5 và 10 ................................ 119
Hình 7.19: Ảnh hƣởng Nmux khi kênh truyền có độ dịch tần số duy nhất ....................... 120
Hình 7.20: Ảnh hƣởng Nmux khi kênh truyền có độ dịch tần số khác nhau .................... 121
Hình 7.21: Giao diện đồng bộ tần số lấy mẫu ................................................................... 122
Hình 7.22: So sánh các phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.001 ......................................... 132
Hình 7.23: So sánh các phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.004 ......................................... 133
Hình 7.24: So sánh các phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.006 ......................................... 134
Hình 7.25: So sánh các phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.008 ......................................... 135
Hình 7.26: So sánh các phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.01 ........................................... 136

-4-

Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các chuẩn IMT-2000 ............................................................................................... 18
Bảng 6.1: Bảng tiền mã hóa ..................................................................................................... 74
Bảng 7.1: Thông số cơ bản của OFDM chuẩn ....................................................................... 125
Bảng 7.2: Giá trị BER của BPSK khi lệch tần số lấy mẫu ..................................................... 125
Bảng 7.3: Giá trị BER của QPSK khi có lệch tần số lấy mẫu ................................................ 126
Bảng 7.4: Giá trị BER của 4-QAM khi lệch tần số lấy mẫu .................................................. 126
Bảng 7.5: Giá trị BER của 16-QAM khi lệch tần số lấy mẫu ................................................ 127
Bảng 7.6: Giá trị BER của 64-QAM khi lệch tần số lấy mẫu ................................................ 127
Bảng 7.7: Giá trị BER của BPSK khi dùng đa thức nội suy bậc 3 ........................................ 128
Bảng 7.8: Giá trị BER của 4-QAM khi dùng đa thức nội suy bậc 3 ...................................... 128
Bảng 7.9: Giá trị BER của 16-QAM khi dùng đa thức nội suy bậc 3 .................................... 129
Bảng 7.10: Giá trị BER của 64-QAM khi dùng đa thức nội suy bậc 3 .................................. 129
Bảng 7.11: Giá trị BER của BPSK khi dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng .................................. 130
Bảng 7.12: Giá trị BER của 4-QAM khi dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng ............................... 130
Bảng 7.13: Giá trị BER của 16-QAM khi dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng ............................. 131
Bảng 7.14: Giá trị BER của 64-QAM khi dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng ............................ 131

-5-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
3G:
AP:

AES:
ATM:
IAPP:
CDMA:
CFO:
DFS:
DFT:
DECT:
DES:
DiffServ-FC:
DSL:
DSSS:
EDGE:
EKF:
ETSI:
EV-DO:
FDD:
FDMA:
FHSS:
FPLMTS:
GSM:
GPRS:
HSPA:
ISI:
ITU:
IEEE:
IFFT:
IMT-2000:
IP:
ISM:

LAN:
LLC:
LMS:
LOS:
MAC:

Third Generation
Access Point
Advance Encryption Standard
Asynchronous Transfer Mode
Inter-AP Protocol
Code Division Multiple Access – IS-95
Carrier Frequency Offset
Dynamic Frequency Selection
Discrete Fourier Transform
Digital Enhanced Cordless Telecommunications
Data Encryption Standard
Differentiated Services
Digital Subcriber Line
Direct-Sequence Spread Spectrum
Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Extend Kalman Filter
European Telecommunication Standard Institute
Evolution-Data Optimized hay Evolution-Data only
Frequency-division Duplex
Frequency Division Multiple Access
Frequency-hopping Spread Spectrum
Future Public Land Mobile Telecommunications System
Group Spécial Mobile
General packet radio service

High Speed Packet Access
Intersymbol Interference
International Telecommunications Union
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Inverse Discrete Fourier Transform
International Mobile Telecommunications for the year 2000
Internet Protocol
Industrial Scientific Medical
Local Area Network
Logical Link Control Sublayer
Least Mean Square
Line Of Sight
Media Access Control Sublayer
-6-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây
MAN:
Metropolitan Area Network
MIMO:
Multiple Input – Multiple Output
MISO:
Multiple Input Single Output
MLE:
Maximum Likelihood Estimation
MLK:
Maximum Likelihood
MSE:
Mean Squared Error
NLOS:

Non Line Of Sight
OFDM:
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA:
Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access
PAPR:
Peak to Average Power Ration
PPP:
Point-to-Point Protocol
QoS:
Quality of Service
RSVP:
Resource Reservation Protocol
SER:
Symbol Error Rate
SIMO:
Single Input Multiple Output
SNR:
Signal to Noise Ratio
SNRI:
Signal to Noise Improvement
TDMA:
Time Division Multiple Access
TD-CDMA: Time Division CDMA
TDD:
Time-division Duplex
TD-SCDMA: Time Division SCDMA
TPC:
Transmission Power Control
UMTS:

Universal Mobile Telecomunications System
UNII:
Unlicensed National Information Infrastructure
UTRA:
UMTS Terrestrial Radio Access
UWT-136:
Universal Wireless Communications 136
W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access
Wi-Fi:
Wireless Fidelity
WiMax:
Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN:
Wireless Local Area Network

-7-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
 Tên đề tài: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây
 Mã số: B 2009 – 22 – 45
 Chủ nhiệm: TS. Đặng Trƣờng Sơn
 Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
 Thời gian thực hiện: 3/2009 – 3/2011

2. Mục tiêu:
 Hỗ trợ đào tạo về công nghệ mạng không dây
 Xây dựng mô hình hệ thống MIMO-OFDM
 Viết chƣơng trình tính toán mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM kết hợp kỹ thuật
ƣớc lƣợng kênh và đồng bộ tần số
 Lập chƣơng trình minh họa ứng dụng mô hình hệ thống MIMO-OFDM trong
mạng không dây
3. Tính mới và sáng tạo:
 Đề xuất phƣơng án sử dụng các kết quả mô phỏng lý thuyết về công nghệ mới vào
trong đào tạo cả ngắn hạn và dài hạn, hƣớng tới thiết lập các bài thí nghiệm mô
phỏng giúp việc đào tạo hiệu quả hơn
 Đề xuất cải tiến các thuật toán đã có để giảm thời gian tính toán và độ chính xác
chấp nhận đƣợc
4. Kết quả nghiên cứu:
Đề xuất mô hình cải thiện hiệu quả của hệ thống MIMO-OFDM dùng bộ mã hóa
không gian – thời gian, ƣớc lƣợng kênh truyền, đồng bộ tần số sóng mang và tần số
lấy mẫu
5. Sản phẩm:
 Chƣơng trình mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM viết bằng Matlab, bao gồm:

-8-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

-

Chƣơng trình mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM với kỹ thuật mã hóa không
gian – thời gian

-

Chƣơng trình mô phỏng kỹ thuật ƣớc lƣợng kênh trong hệ thống MIMO-OFDM
Chƣơng trình mô phỏng kỹ thuật ƣớc lƣợng sai lệch tần số sóng mang trong hệ

-

thống MIMO-OFDM
Chƣơng trình mô phỏng kỹ thuật đồng bộ tần số sóng mang trong hệ thống
MIMO-OFDM

-

Chƣơng trình kỹ thuật ƣớc lƣợng sai lệch tần số lấy mẫu trong hệ thống MIMOOFDM

-

Chƣơng trình mô phỏng kỹ thuật đồng bộ tần số lấy mẫu trong hệ thống MIMOOFDM
Chƣơng trình minh họa ứng dụng mô hình hệ thống MIMO-OFDM trong mạng
không dây

-

 Sản phẩm đào tạo: 01 học viên cao học: Phan Chánh Phong. Nghiên cứu giải thuật
ước lượng kênh truyền trong hệ thống MIMO-OFDM, 2009
 01 bài báo khoa học:
Phan Hong Phuong, Luu Thi Thuy, Hoang Pham Dang Huy, Dang Truong Son
Joint Channel Estimation and Frequency Synchronization in MIMO-OFDM Systems
- Proceedings of International Workshop on Telecommunications - Sao Paolo, 2009
- pp.141-145

6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
Áp dụng ở các trƣờng đại học kỹ thuật có đào tạo ngành Viễn thông – Công nghệ
thông tin, đồng thời các trung tâm đào tạo, có thể phát triển thành các bài thí nghiệm mô
phỏng và đƣa vào chƣơng trình đào tạo dài hạn và ngắn hạn giúp cho học viên hiểu rõ
hơn về công nghệ MIMO-OFDM.
Ngày 01 tháng 06 năm 2011
Cơ quan chủ trì
(ký, họ và tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

-9-


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: Combining MIMO and OFDM techniques, applying it to wireless
networks
Code number: B 2009 – 22 – 45
Coordinator: Dang Truong Son
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City
Duration: from 3/2009 to 3/2011
2. Objective(s):
 Support training on wireless technologies
 Modeling the MIMO-OFDM system
 Writing a program to simulate the MIMO-OFDM system combining channel

estimation techniques and frequency synchronization
 Building a program illustrating the application of MIMO-OFDM system in
wireless networks
3. Creativeness and innovativeness:
 Propose using the simulation of new technologies in training both short and long
term, towards setting up simulation experiments for effective training.
 Propose to improve the algorithms to reduce computation time with acceptable
accuracy
4. Research results:
Propose the improved model of MIMO-OFDM system using the space – time
encryption, channel estimation, frequency synchronization, and frequency
sampling.
5. Products:
 The simulation program of MIMO-OFDM system written in Matlab, including:
 The simulation of MIMO-OFDM system with space – time encryption
 The simulation of channel estimation techniques in MIMO-OFDM system
 The simulation of technique to estimate the frequency error in MIMO-OFDM
system

- 10 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

 The simulation of technique of frequency synchronization in MIMO-OFDM
system
 The simulation of technique to estimate the deviation of frequency sampling in
MIMO-OFDM system
 The simulation of technique of synchronization of frequency sampling in MIMOOFDM system
 The Program illustrating the application of MIMO-OFDM system in wireless

networks
 Education result: 01 Master of Science: Phan Chanh Phong. The channel estimation
algorithms in MIMO-OFDM systems, 2009
 01 Scientific paper:
Phan Hong Phuong, Luu Thi Thuy, Hoang Pham Dang Huy, Dang Truong Son
Joint Channel Estimation and Frequency Synchronization in MIMO-OFDM Systems
- Proceedings of International Workshop on Telecommunications - Sao Paolo, 2009
- pp.141-145
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
The research results might be applied at technical universities and information
technology - telecommunications training centers. It also can be developed into
simulations labs for long-term (short-term)
technology.

- 11 -

training courses in MIMO-OFDM


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

MỞ ĐẦU
Trong sự phát triển nhƣ vũ bão của ngành Công nghệ thông tin – Viễn thông, các
sản phẩm, công nghệ mới luôn luôn đƣợc ra đời, cải tiến, cập nhật để đáp ứng nhu cầu
ngày càng tăng của ngƣời dùng. Đối với mạng không dây, các yêu cầu về tốc độ, băng
thông, dung lƣợng, độ tin cậy là những yêu cầu thiết yếu đƣợc đặt ra, để đảm bảo cho
việc truyền dẫn dữ liệu và đáp ứng yêu cầu nhanh, rộng, đảm bảo và đa dạng về dữ liệu
của ngƣời sử dụng dịch vụ. Hệ thống thông tin MIMO-OFDM là một kĩ thuật mới trong
truyền thông không dây băng thông rộng đã nhanh chóng phổ biến nhờ các đặc tính
truyền dữ liệu tốc độ cao và tránh đƣợc các loại ảnh hƣởng do hiện tƣợng đa đƣờng và

các ảnh hƣởng kênh truyền khác.
MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) là kĩ thuật sử dụng nhiều antenna phát và
nhiều antenna thu. Kĩ thuật này có thể tăng hiệu quả dung lƣợng kênh truyền đồng thời
tăng tốc độ truyền tin. Ngoài ra, việc sử dụng kĩ thuật phân tập cho hệ thống antenna, hệ
thống MIMO giúp tín hiệu bên phía thu ổn định hơn, qua đó cải thiện đáng kể tỉ lệ truyền
sai của hệ thống.
Kĩ thuật điều chế OFDM là kĩ thuật điều chế dựa trên tính đặc tính trực giao của
sóng mang con. Sự chồng lấp phổ của sóng mang con giúp cho kĩ thuật này có thể tiết
kiệm băng thông rất nhiều so với phƣơng pháp điều chế truyền thống. Ngoài ra, do chia
phổ tín hiệu lớn thành các phổ tín hiệu con nên phƣơng pháp này còn có ƣu điểm rất lớn
là loại bỏ ảnh hƣởng của kênh truyền chọn lọc tần số.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc:
Hệ thống MIMO đang ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu vì
ƣu điểm vƣợt trội về hiệu suất, triệt can nhiễu, dung lƣợng, tuy nhiên, bản thân MIMO
không cung cấp khả năng chống fading chọn lọc tần số. Trong khi đó phƣơng pháp điều
chế OFDM lại thực hiện rất tốt điều này, chính vì vậy sự kết hợp giữa MIMO và OFDM
hứa hẹn sẽ đem lại một hệ thống thông tin không dây tốc độ cao, tin cậy và có tầm bao
phủ lớn. Việc nghiên cứu MIMO hay OFDM đã đƣợc quan tâm từ khá lâu. Tuy nhiên,
- 12 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

còn khá ít bài báo đề cập đến vấn đề ƣớc lƣợng kênh và đồng bộ tần số trong hệ thống kết
hợp MIMO-OFDM. Ngoài ra hầu hết các nghiên cứu đều chỉ giải quyết một vấn đề riêng
biệt nào đó của hệ thống nhƣ mã hóa, ƣớc lƣợng kênh hay chỉ đồng bộ tần số, hoặc chỉ
nghiên cứu đối với riêng hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM hay riêng MIMO, chƣa có
nghiên cứu nào tổng hợp các vấn đề của hệ thống lại để giải quyết vì các vấn đề đều có
mối tƣơng quan lẫn nhau. Ví dụ nhƣ khi xét vấn đề ƣớc lƣợng kênh truyền và đồng bộ tần
số, một số nghiên cứu tách hai vấn đề này riêng rẽ nhƣng thực tế khi ƣớc lƣợng kênh

không đúng hoàn toàn thì tín hiệu nhận không chính xác này – sau đó sẽ đƣợc tính toán,
ƣớc lƣợng độ sai lệch tần số - sẽ gây ra lỗi liên hoàn lên việc ƣớc lƣợng lệch tần để đồng
bộ tần số. Vì vậy đề tài này sẽ đƣa ra một hệ thống gần nhƣ hoàn chỉnh với đầy đủ giải
pháp để ƣớc lƣợng kênh, đồng bộ tần số sóng mang, tần số lấy mẫu, đồng thời xét cả mã
hóa không gian – thời gian cho tín hiệu để giảm tỷ lệ lỗi bit (BER – Bit Error Rate) cho
hệ thống.
Tính cấp thiết
Kết quả của đề tài có thể đƣợc ứng dụng ở các công ty chuyên về giải pháp mạng,
đồng thời sử dụng cho các kỹ sƣ ngành Viễn thông – Công nghệ thông tin có nhu cầu tìm
hiểu về các công nghệ mới, tiếp cận nhanh hơn với công nghệ hiện đại. Hiện nay hệ
thống MIMO-OFDM cũng đƣợc nghiên cứu rất nhiều trên thế giới và đang đƣợc mong
chờ để áp dụng cho hệ thống WIMAX cải tiến với tốc độ lên đến 600Mbps cũng nhƣ cho
hệ thống LTE-advanced – đối thủ lớn nhất của WIMAX.
Ngoài ra, tính cấp thiết của đề tài còn đƣợc thể hiện trong việc đào tạo ở các
trƣờng đại học, cao đẳng, nhất là ở thời điểm hiện tại, khi nhu cầu xã hội về các chuyên
gia Viễn thông - Công nghệ thông tin ngày càng cao. Trong điều kiện cơ sở vật chất
phòng thí nghiệm còn hạn chế, bộ chƣơng trình minh họa ứng dụng công nghệ MIMOOFDM trong hệ thống mạng không dây, là một phần kết quả của đề tài sẽ hỗ trợ đắc lực
cho các bài giảng về mạng máy tính - viễn thông.

- 13 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

Mục tiêu đề tài
Đề tài dự kiến sẽ đƣa ra một hệ thống gần nhƣ hoàn chỉnh với đầy đủ giải pháp để
ƣớc lƣợng kênh, đồng bộ tần số sóng mang, tần số lấy mẫu, đồng thời xét cả mã hóa
không gian – thời gian cho tín hiệu để giảm tỷ lệ lỗi bit (BER – Bit Error Rate) cho hệ
thống.
Đề tài có thể đƣợc áp dụng hỗ trợ đào tạo về mạng không dây với đầy đủ mô hình

hệ thống MIMO-OFDM trực quan, đồng thời các giải thuật thực hiện cũng đƣợc đƣa ra
rất rõ ràng. Đề tài cũng có các chƣơng trình mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM kết hợp
kỹ thuật ƣớc lƣợng kênh và đồng bộ tần số. Ngoài ra việc xây dựng chƣơng trình minh
họa ứng dụng mô hình hệ thống MIMO-OFDM trong mạng không dây cũng sẽ xây dựng
một nền tảng kiến thức từ khái quát đến chi tiết về hệ thống, để các sinh viên, học viên
có thể hình dung ra một hệ thống đầy đủ, các thành phần của hệ thống và phƣơng pháp
giải quyết những vấn đề của nó.
Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu


Khảo sát, tổng hợp các nghiên cứu về hệ thống MIMO-OFDM



Phân tích các qui trình ƣớc lƣợng sai lệch và đồng bộ tần số, kênh truyền,…



Sử dụng phƣơng pháp Top-Down để thiết kế và sử dụng Matlab trong xây

dựng chƣơng trình


Sử dụng phƣơng pháp thống kê, so sánh để kiểm chứng kết quả mô phỏng



Phạm vi nghiên cứu đƣợc giới hạn bằng Báo cáo phân tích và các chƣơng

trình mô phỏng

Nội dung nghiên cứu
Phần trình bày của báo cáo, các kết quả mô phỏng các phƣơng pháp sẽ đƣợc đƣa
ra đồng thời trong phần lý thuyết tƣơng ứng để đánh giá, nhận xét. Nội dung báo cáo có
cấu trúc nhƣ sau:

- 14 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

Chƣơng 1: Mạng không dây và vấn đề cải thiện chất lƣợng
Giới thiệu các chuẩn dùng cho mạng máy tính và mạng không dây: IMT-2000 cho
mạng 3G, các chuẩn IEEE 802 (Wifi, Wimax,…) dùng cho mạng LAN và mạng WAN,
HIPERLAN và các giải pháp cải thiện chất lƣợng cho mạng không dây.
Chƣơng 2: Tổng hợp tài liệu kỹ thuật về MIMO-OFDM
Thu thập, tổng hợp các tài liệu về MIMO-OFDM và tóm tắt một số bài báo điển
hình về các vấn đề tồn tại của hệ thống MIMO-OFDM.
Chƣơng 3: Kênh truyền vô tuyến và hệ thống MIMO-OFDM
Trong hệ thống truyền thông không dây, thông tin kênh truyền vô tuyến là yếu tố
quyết định hệ thống truyền tin. Trong phần này ta sẽ xem xét đánh giá các yếu tố ảnh
hƣởng của kênh truyền vô tuyến lên tín hiệu là large scale fading và small scale fading,
các yếu tố gây nhiễu. Sau đó là phần trình bày khái quát hệ thống MIMO-OFDM, đồng
thời đánh giá những ƣu, khuyết điểm của hệ thống để có hƣớng khắc phục cụ thể.
Chƣơng 4: Ƣớc lƣợng sai lệch và đồng bộ tần số trong MIMO-OFDM
Trình bày vấn đề độ lệch tần số và cách khắc phục nó trong hệ thống. Tìm hiểu
các phƣơng pháp khắc phục độ dịch tần số sóng mang: khắc phục độ dịch tần số bằng
phƣơng pháp tự triệt, ƣớc lƣợng độ dịch tần số bằng giải thuật tƣơng đồng cực đại
(Maximum Likelihood), sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng và phƣơng pháp mù. Đồng thời
trong chƣơng này ta cũng sẽ tìm hiểu vấn đề đồng bộ tần số lấy mẫu và cách khắc phục
độ lệch tần số lấy mẫu trong hệ thống dùng phƣơng pháp nội suy tín hiệu lấy mẫu và

phƣơng pháp ƣớc lƣợng và sửa sai.
Chƣơng 5: Ƣớc lƣợng kênh truyền
Nghiên cứu ba phƣơng pháp ƣớc lƣợng kênh truyền chủ yếu hiện này là sử dụng
chuỗi huấn luyện, chèn pilot và ƣớc lƣợng mù. Trong phƣơng pháp ƣớc lƣợng sử dụng
chuỗi huấn luyện và chèn pilot, ta sẽ trình bày thuật toán ƣớc lƣợng kênh truyền, thiết kế
chuỗi huấn luyện giúp tối ƣu số phép toán thực hiện, các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả
của phƣơng pháp và đánh giá so sánh các phƣơng pháp với nhau. Trong phần ƣớc lƣợng
mù, sẽ tìm hiểu thuật toán ƣớc lƣợng mù và các giải thuật tính toán.
Chƣơng 6: Mã hóa kênh truyền không gian – thời gian
- 15 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

Trình bày các kỹ thuật mã hóa không gian - thời gian gồm có mã hóa khối không
gian - thời gian (mã Alamouti và mã khối không gian – thời gian STBC) và mã Turbo
không gian – thời gian (mã khối Turbo và mã xoắn Turbo). Các kết quả mô phỏng đƣợc
đƣa ra tƣơng ứng để đánh giá hiệu quả của từng kỹ thuật mã hóa.
Chƣơng 7: Chƣơng trình mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM bằng Matlab
Giới thiệu chƣơng trình mô phỏng bằng MATLAB 7.0. Chƣơng trình mô phỏng
gồm có hai phần chính là ƣớc lƣợng kênh truyền và đồng bộ tần số trong đó có lồng ghép
kỹ thuật mã hóa để giảm tỷ lệ lỗi bit cho hệ thống MIMO-OFDM. Ngoài ra chƣơng trình
cũng mô phỏng tín hiệu đã mã hóa kênh để đánh giá hệ thống qua đồ thị lỗi bits
BER/SER theo tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Các kết quả mô phỏng này đều đƣợc đƣa ra
đồng thời trong phần lý thuyết tƣơng ứng để đánh giá, nhận xét.

- 16 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

CHƢƠNG 1: MẠNG KHÔNG DÂY VÀ VẤN ĐỀ CẢI THIỆN
CHẤT LƢỢNG
1.1. Chuẩn IMT-2000 cho mạng 3G
Mạng 3G (Third-Generation Technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ
điện thoại di động. So với công nghệ 2G và 2.5G nó cho phép truyền nhận các dữ liệu,
âm thanh, hình ảnh chất lƣợng cao cho cả thuê bao cố định lẫn di động ở các tốc độ khác
nhau. Với công nghệ 3G, có thể cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện nhƣ: âm nhạc chất
lƣợng cao, hình ảnh video chất lƣợng cao, truyền hình số, dịch vụ định vị toàn cầu (GPS Global Positioning System), E-mail, video streaming…
Hệ thống 3G của Châu Âu đƣợc gọi là UMTS (Universal Mobile
Telecomunications System), đƣợc nghiên cứu phát triển từ hệ thống GSM (Group Spécial
Mobile). Song song với Châu Âu, Liên minh viễn thông quốc tế (ITU – International
Telecommunications Union) cũng lập nhóm TG8/1 nghiên cứu về thông tin di động thế
hệ thứ 3. Nhóm đặt tên cho hệ thống thông tin di động thứ 3 là FPLMTS (Future Public
Land Mobile Telecommunications System), sau đó đổi thành Hệ thống Thông tin Di
động Toàn cầu cho năm 2000 (IMT-2000 – International Mobile Telecommunications for
the year 2000). Dựa vào các đề xuất của UMTS, năm 1999, ITU chia các đề xuất thành 5
nhóm chính và xây dựng thành chuẩn IMT-2000:
Bảng tổng quan 3G/IMT-2000

ITU IMT-2000

Băng
thông dữ Mô tả
liệu

Tên thông dụng

TDMA Single-Carrier
EDGE (UWT-136)

(IMT-SC)

Vùng
sử
dụng
chính

Còn gọi là TDMA Hầu hết
(Time
Division trên thế
EDGE
Multiplexing Access ) giới,
Evolution một sóng mang. Là trừ
tiêu chuẩn đƣợc phát Nhật
triển từ các hệ thống Bản và

- 17 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

GSM/GPRS hiện có Hàn
lên GSM 2+.
Quốc

CDMA Multi-Carrier
CDMA2000
(IMT-MC)

CDMA Direct Spread

(IMT-DS)

EV-DO

Còn gọi là CDMA
Một vài
(Code
Division
quốc
Multiple Access – ISgia ở
95) đa sóng mang.
Châu
Đây là phiên bản 3G
Mỹ và
của hệ thống IS-95
Châu
(hiện nay gọi là
Á.
cdmaOne).

HSPA

Chuẩn IMT-DS còn
gọi là CDMA trải phổ
dãy trực tiếp, hay
UTRA FDD hoặc WCDMA. Chuẩn IMTTC còn gọi là CDMA
TDD, hay UTRA
TDD . Trong đó
UTRA:
UMTS

Terrestrial
Radio
Access, TDD: Timedivision duplex

W-CDMA

TD-CDMA
UMTS
CDMA TDD
(IMT-TC)
TD-SCDMA

FDMA/TDMA
(IMT-FT)

Châu
Âu

Trung
Quốc

Đây là tiêu chuẩn cho
Châu
các hệ thống thiết bị
Âu,
điện thoại số tầm
Hoa Kỳ
ngắn ở châu Âu.

DECT

WiMAX (IEEE 802.16)
IP-OFDMA

Toàn
cầu

(Năm 2007)

Đây là tiêu chuẩn
IEEE 802.16 cho việc
Toàn
kết nối Internet băng
cầu
thông rộng không dây
ở khoảng cách lớn.

Bảng 1.1: Các chuẩn IMT-2000
- 18 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

Các tiêu chuẩn thƣơng mại 3G
Có 4 chuẩn chính:
+W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): đƣợc chuẩn hóa bởi 3GPP
rd

(3 Generation Partnership Project), nền tảng của chuẩn UMTS, dựa vào kĩ thuật CDMA
trải phổ dãy trực tiếp, phù hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động dùng GSM, chủ yếu

ở Châu Âu và một phần Châu Á (có Việt Nam).
+CDMA 2000: thế hệ kế tiếp của 2G-CDMA tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc,
quản lí bởi 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2)của ITU. Cung cấp tốc độ từ
144kbit/s tới trên 3Mbit/s.
+TD-CDMA: Time-Division-CDMA, chuẩn dựa trên kỹ thuật song công phân
chia theo thời gian (Time-division duplex), cung cấp chất lƣợng dịch vụ tốt hơn cho
truyền thông đa phƣơng tiện (cả dữ liệu lẫn âm thanh hình ảnh), cũng là nền tảng của
UMTS.
+TD-SCDMA: (Time Division SCDMA), ít đƣợc biết đến, dựa trên nền tảng
UMTS-TDD hoặc IMT 2000 Time Division (IMT-TD), dùng giao thức S-CDMA, phát
triển ở Trung Quốc nhƣ giải pháp thay thế W-CDMA .
1.2. Chuẩn IEEE 802 dùng cho mạng LAN và WAN
1.2.1 Giới thiệu
IEEE 802 là họ các chuẩn IEEE dành cho các mạng LAN (local area network) và
mạng MAN (metropolitan area network). Nói cách khác, các chuẩn IEEE 802 đƣợc giới
hạn cho các mạng mang các gói tin có kích thƣớc đa dạng. (Khác với các mạng này, dữ
liệu trong các mạng cell-based đƣợc truyền theo các đơn vị nhỏ có cùng kích thƣớc đƣợc
gọi là cell. Các mạng Isochronous, nơi dữ liệu đƣợc truyền theo một dòng liên tục các
octet, hoặc nhóm các octet, tại các khoảng thời gian đều đặn, cũng nằm ngoài phạm vi
của chuẩn này.)
Họ chuẩn IEEE 802 đƣợc bảo trì bởi Ban Tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE 802 (IEEE
802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC)). Mỗi lĩnh vực có một Working Group
tập trung nghiên cứu. Ví dụ:
- 19 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

• IEEE 802.1 Các giao thức LAN tầng cao
• IEEE 802.3 Ethernet

• IEEE 802.11 Wireless LAN (Wi-Fi certification)
• IEEE 802.15 Wireless PAN
• IEEE 802.15.1 (Bluetooth certification)
• IEEE 802.16 Broadband Wireless Access (WiMAX certification)
• IEEE 802.16e (Mobile) Broadband Wireless Access
1.2.2 Một số chuẩn IEEE không dây
1.2.2.1 Chuẩn WiMax IEEE 802.16
WiMax là công nghệ không dây dùng cho băng rộng, đƣợc quy định bởi chuẩn
IEEE 802.16. Chuẩn đƣợc thiết kế với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trong mạng
nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tƣơng đƣơng cáp, DSL, trục
T1.
+802.16: phát hành tháng 4/2002, cho phép băng tần họat động từ 10GHz –
66GHz
+802.16a: đƣợc cho phép vào tháng 1/2001, cho phép sử dụng thêm băng tần
2GHz – 11GHz. Thiết bị phát có thể lắp trên nóc tòa nhà chớ không cần đặt trên tháp cao
hoặc đỉnh núi nhƣ công nghệ khác. Hệ thống chuẩn có thể đạt bán kính 48km bằng cách
liên kết các trạm bán kính làm việc 6-9 km.
+802.16e: mở rộng từ 802.16a, hỗ trợ ngƣời dùng dịch vụ roaming tƣơng tự điện
thoại di động, tự động chuyển kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây địa
phƣơng ngay khi ra ngoài vùng phủ sóng của mạng gia đình, công ty.
+802.16m (WiMax 2): một chuẩn kết nối không dây băng thông rộng trên diện
rộng dùng cho thiết bị di động hoặc cố định, có tốc độ tải về tối đa đạt hơn 300 Mbps.
1.2.2.2 IEEE 802.11 dùng cho Wi-Fi (Wireless Fidelity)
Wi-Fi dùng các chuẩn dạng 802.11 với 3 chuẩn thông dụng hiện nay là
802.11a/b/g. Một số chuẩn có dạng 802.11x:

- 20 -


Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO và OFDM ứng dụng trong mạng không dây

+ 802.11 : ra đời năm 1997. Đây là chuẩn sơ khai của mạng không dây, nó mô tả
cách truyền thông trong mạng không dây sử dụng các phƣơng thức nhƣ DSSS, FHSS,
infrared (hồng ngoại). Tốc độ hoạt động tối đa là 2 Mbps, hoạt động trong băng tần 2.4
GHz ISM. Hiện nay chuẩn này rất ít đƣợc sử dụng trong các sản phẩm thƣơng mại
+ 802.11b : là chuẩn mở rộng của chuẩn 802.11, nó cải tiến DSSS để tăng băng
thông lên 11 Mbps, cũng hoạt động ở băng tần 2.4 GHz và tƣơng thích ngƣợc với chuẩn
802.11. Chuẩn này trƣớc đây đƣợc sử dụng rộng rãi trong mạng WLAN nhƣng hiện nay
thì các chuẩn mới với tốc độ cao hơn nhƣ 802.11a và 802.11g có giá thành ngày càng hạ
đã dần thay thế 802.11b
+ 802.11a : Chuẩn này không giao tiếp đƣợc với chuẩn 802.11 và 802.11b. Tốc độ
của nó lên đến 54 Mbps vì nó sử dụng công nghệ OFDM. Chuẩn này rất thích hợp khi
muốn sử dụng mạng không dây tốc độ cao trong môi trƣờng có nhiều thiết bị hoạt động ở
băng tần 2.4 Ghz vì nó không gây nhiễu với các hệ thống này.
+ 802.11g : hoạt động ở băng tần 2.4 GHz, sử dụng công nghệ OFDM nên có tốc
độ lên đến 54 Mbps (nhƣng không giao tiếp đƣợc với 802.11a vì khác tần số hoạt động).
Nó cũng tƣơng thích ngƣợc với chuẩn 802.11b vì có hỗ trợ thêm DSSS (và hoạt động
cùng tần số). Điều này làm cho việc nâng cấp mạng không dây từ thiết bị 802.11b ít tốn
kém hơn. Trong môi trƣờng vừa có cả thiết bị 802.11b lẫn 802.11g thì tốc độ sẽ bị giảm
đáng kể vì 802.11b không hiểu đƣợc OFDM và chỉ hoạt động ở tốc độ thấp.
+ 802.11e : đây là chuẩn bổ sung cho chuẩn 802.11 cũ, nó định nghĩa thêm các mở
rộng về chất lƣợng dịch vụ (QoS) nên rất thích hợp cho các ứng dụng multimedia nhƣ
voice, video (VoWLAN).
+ 802.11f : đƣợc phê chuẩn năm 2003. Đây là chuẩn định nghĩa cách thức các AP
(Access point) giao tiếp với nhau khi một client roaming từng vùng này sang vùng khác.
Chuẩn này còn đƣợc gọi là Inter-AP Protocol (IAPP). Chuẩn này cho phép một AP có thể
phát hiện đƣợc sự hiện diện của các AP khác cũng nhƣ cho phép AP “chuyển giao” client
sang AP mới (lúc roaming), điều này giúp cho quá trình roaming đƣợc thực hiện một
cách thông suốt.

- 21 -