bao cao gggggggggggggggggg

MÃ KHỐI KHÔNG GIAN THỜI GIAN ALAMOUTI – ALAMOUTI STBC

1.1. Giới thiệu
Đối với một hệ thống có một số lượng lớn anten phát và thu, một kênh fading phẳng
độc lập như đã biết tại máy thu, dung lượng sẽ tăng một cách tuyến tính với số lượng
anten tối thiểu.
Một cách thực tế và hiệu quả để đến gần dung lượng của các kênh vô tuyến MIMO
(Multiple-input multiple-output) là thực hiện mã hóa không gian-thời gian ST (Spacetime). Mã hóa không gian - thời gian là một kỹ thuật mã hóa được thiết kế để sử dụng với
nhiều anten phát. Mã hóa được thực hiện trong cả 2 miền không gian và thời gian để đưa
vào sự tương quan giữa các tín hiệu được phát từ các anten khác nhau tại các chu kỳ thời
gian khác nhau. Sự tương quan không gian-thời gian được sử dụng để khai thác fading
kênh MIMO và tối thiểu hóa lỗi truyền ở máy thu. Mã hóa không gian-thời gian có thể
đạt được độ lợi phân tập phát và độ lợi công suất hơn các hệ thống không được mã hóa
không gian mà vẫn không làm hao phí băng thông.
Tuỳ theo phương pháp mã hoá, mã không gian thời gian có thể chia thành 2 loại: mã
khối không gian-thời gian (STBC - SpaceTime Block Code) và mã lưới không gian-thời
gian (STTC – Space Time Trellis Code). Mã STBC có ưu điểm thiết kế và tách tín hiệu
đơn giản. Tuy nhiên, mã STBC chỉ cung cấp độ lợi phân tập phát mà không cung cấp độ
lợi mã hoá (coding gain). Ngược lại với mã STBC, mã STTC cho phép thu được cả độ lợi
phân tập phát và độ lợi mã hoá nhưng việc thiết kế và giải mã lại phức tạp.

1.2. Các hệ thống mã hóa không gian thời gian
Ta xét một hệ thống truyền thông được mã hóa không gian – thời gian băng tần gốc
với nT anten phát và nR anten thu, như được trình bày trên hình 1.1.


Hình 1.1: Một mô hình hệ thống băng tần gốc
Dữ liệu phát được mã hóa bởi một bộ mã hóa không gian-thời gian. Tại mỗi thời
điểm t, một khối m symbol thông tin nhị phân, được ký hiệu bởi:
ct = (c1t,ct2,...,ctm)

(1.1)

Được đưa vào ngõ vào của bộ mã hóa không gian-thời gian. Bộ mã hóa không gianthời gian sẽ ánh xạ khối m symbol nhị phân ngõ vào này thành nT symbol điều chế từ
một bộ tín hiệu M = 2m điểm. Dữ liệu đã được mã hóa sẽ được đưa vào bộ chuyển đổi từ
nối tiếp sang song song (S/P) để xuất ra một chuỗi nT symbol song song, được sắp xếp
thành một vecto cột nT ×1.

xt = ( xt1 , xt 2 , xt nt )T
1.2

Trong đó, T có nghĩa là chuyển vị của một ma trận. nT ngõ ra song song được phát
đồng thời bởi nT anten phát khác nhau, nhờ vậy mà symbol xi,1 ≤ i ≤ nT, được phát bởi
anten i và tất cả các symbol được phát đều có cùng một khoảng thời gian T (giây).Vector
symbol điều chế mã hóa từ các anten khác nhau, như được chỉ ra ở (1.2), được gọi là
symbol không gian-thời gian (space-time symbol).


Hiệu suất phổ của hệ thống là :

η=

rb
=m
B

bit/s/Hz

(1.3)

Trong đó, rb là tốc độ bit và B là băng thông kênh truyền. Hiệu suất phổ trong (1.3)

bằng với hiệu suất phổ của một hệ thống không mã hóa với một anten phát. Nhiều anten
ở cả máy phát và máy thu tạo ra một kênh MIMO. Đối với thông tin di động vô tuyến,
mỗi liên kết từ một anten phát đến một anten thu có thể được mô hình hóa bởi fading
phẳng, nếu ta giả sử rằng kênh truyền là không nhớ.
Trong một kênh fading nhanh, các hệ số fading là hằng số trong mỗi chu kỳ symbol
và thay đổi từ một symbol này sang symbol khác. Tại máy thu, tín hiệu tại mỗi nR anten
thu là một sự chồng nhiễu của nT tín hiệu phát bị suy biến bởi fading kênh. Tại thời điểm
t, tín hiệu thu được tại anten j, j= 1, 2, …, nR, được ký hiệu bởi rjt ,được cho bởi:
nT

rt = ∑ htj ,i xti + nti
j

i =1

(1.4)


Với

nti

là thành phần nhiễu của anten thu j tại thời điểm t. Nó là một mẫu độc lập

của biến ngẫu nhiên Gaussian phức trung bình 0 với mật độ phổ công suất N0. Ta miêu tả
các tín hiệu thu được từ nR anten thu tại thời điểm t bằng một vectơ cột nR×1.

rt = (rt1, rt2 ,..., rtnR )T

(1.5)

Nhiễu tại máy thu có thể được mô tả bởi một vectơ cột nR × 1, được ký hiệu bởi nT
nt = (nt1 , nt2 ,..., ntnR )T

(1.6)

Trong đó, mỗi thành phần sẽ chỉ đến một mẫu nhiễu tại một anten thu. Do đó, vectơ
tín hiệu thu được có thể được biểu diễn như sau:
Yt = Ht xt + nt

(1.7)

Ta giả sử rằng bộ giải mã tại máy thu sẽ sử dụng một thuật toán maximumlikelihood để khôi phục chuỗi thông tin đã phát và rằng máy thu có thông tin trạng thái
kênh CSI lý tưởng trên kênh MIMO. Mặt khác, máy phát lại không có thông tin về kênh.
Tại máy thu, số metric quyết định được tính toán dựa trên bình phương khoảng cách
Euclidean giữa chuỗi thu giả thiết và chuỗi thu thực sự như sau:
nT

nT

∑∑ r − ∑ h
t

j =1

i

t

i =1

2
t
i
j ,i t

x

(1.8)
Bộ giải mã sẽ chọn một từ mã với số metric quyết định nhỏ nhất làm chuỗi giải mã.
1.3.

Hệ thống Alamouti với nhiều anten thu
Hệ thống Alamouti có thể được ứng dụng cho một hệ thống với 2 anten phát và nR

anten thu. Quá trình mã hóa và phát của cấu hình này cũng giống với trường hợp một


anten thu đơn. Các tín hiệu thu được r1j và r2j từ anten thu thứ j tại thời điểm t và t + T
tương ứng:
r1j=hj,1x1 + hj,2x2 + n1j

( 1.9)

r2j=hj,1x2 + hj,2x1 + n2j

(1.10)

Trong đó hi,j , i = 1, 2; j = 1, 2, …,nR là hệ số fading cho đường từ anten phát i
đến anten thu j và n1i , n2j là các tín hiệu nhiễu của anten thu j tại thời điểm t và t +T

tương ứng. Máy thu xây dựng 2 đại lượng thống kê quyết định dựa trên sự kết hợp tuyến
tính của các tín hiệu nhận được. Các đại lượng thống kê quyết định

x%
1

và

x%
2

được cho

bởi:
nR

* j
j
x%
1 = ∑ h j ,1r1 + h j ,2 ( r2 )

*

j =1

2

nR

nR

= ∑∑ h j ,i x1 + ∑ h*j ,1n1j + h j ,2 ( n2j )
2

i =1 j =1

*

j =1

nR

x%2 = ∑ h*j ,2 r1 j − h j ,1 ( r2j )

*

j =1
2

nR

nR

= ∑∑ h j ,i x2 + ∑ h*j ,2 n1j − h j ,1 ( n2j )
i =1 j =1

2

*

j =1

(1.11)
Các quy tắc giải mã maximum likelihood cho 2 tín hiệu độc lập x1 và x2 được cho
bởi :

(

  nR
2
xˆ1 = arg min  ∑ h j ,1 + h j ,2
xˆ1∈S
 j =1

(

2

) −1÷ xˆ

1

2


ˆ
+ d 2 ( x%
1 , x1 ) 


(1.12)

)

 nR

 2
2
2
ˆ
xˆ2 = arg min  ∑ h j ,1 + h j ,2 − 1÷ xˆ2 + d 2 ( x%
,
x
)
2
2 
xˆ2 ∈S

 j =1


(1.13)


Đối với điều chế M –PSK, tất cả tín hiệu trong chòm sao đều có năng lượng bằng
nhau. Các quy tắc giải mã maximum likelihood tương đương với trường hợp chỉ có một
anten thu đơn.
1.1.

1.2.

2 anten phát , 1 anten thu

Mã Alamouti – STBC 2 anten phát, 2 anten thu

Hình : Sơ đồ khối bộ mã hóa không gian – thời gian Alamouti
*Phương pháp mã hóa:


Ở đây các bit thông tin được điều chế theo kiểu điều chế đa mức. Bộ mã hóa sau đó
lấy một khối hai ký tự điều chế x1 và x2 trong mỗi lần mã hóa và đưa ra anten phát theo
ma trận mã sau:

Tại một chu kỳ tín hiệu cho trước hai dấu tín hiệu và x2 được mã hóa cả về không
gian và thời gian được mô tả như bảng dưới.

Khe thời gian thứ nhất
Khe thời gian thứ hai

Anten 1
x1

Anten 2
x2

Trong khe thời gian thứ nhất, hai mẫu ký hiệu x 1 và x2 được phát đi từ anten 1 và
anten 2. Trong khe thời gian thứ hai, anten 1 phát đi và anten 2 phát đi . Trong đó là liên
hợp phức của , còn là liên hợp phức của x 1. Bằng cách này việc mã hóa được thực hiện
cả theo không gian và thời gian.
Gọi ht,r là đáp ứng kênh phức giữa anten phát t và anten thu r . Nếu sử dụng 2

anten phát, hai anten thu thì ta có đáp ứng kênh như sau:

Anten phát 1
Anten phát 2

Anten thu 1
h11
h21

Anten thu 2
h12
h22


Ký hiệu các tín hiệu thu tại anten thu:
Anten thu 1

Anten thu 2

Khe thời gian thứ nhất
Khe thời gian thứ hai

Biểu thức cho các tín hiệu thu như sau:
= h1,1x1 + h2,1x2 +
= - h1,1 + h2,1+
= h1,2x1 + h2,2x2 +
= -h1,2 + h2,2 +
: Hệ số nhiễu tác động lên anten thứ nhất tại khe thời gian thứ nhất.
: Hệ số nhiễu tác động lên anten thứ nhất tại khe thời gian thứ hai.

: Hệ số nhiễu tác động lên anten thứ hai tại khe thời gian thứ nhất.
: Hệ số nhiễu tác động lên anten thứ hai tại khe thời gian thứ hai.
Vector tín hiệu thu nhận được bằng cách sắp xếp các tín hiệu thu như sau:
Y =

Kết hợp khe thời gian thứ nhất và thứ 2 ta có :
 y11   h11
 1 
 y2  =  h12
*
 y12*   h21
 2*   *
 y2   h22

h21 
 n11 
 
h22   x1   n12 
+
− h11*   x2   n12* 
 2* 

−h12* 
 n2 

Trong đó:
H=
Và:
N=

Ta nhận thấy các cột của ma trận H là trực giao với nhau, và đây là cách thiết kế
hiệu quả của mã khối Alamouti. Máy thu xây dựng 2 đại lượng thống kê quyết định dựa
trên sự kết hợp tuyến tính của các tín hiệu nhận được. Các đại lượng thống kê quyết định
d1

và

d2

như sau:
*

d1 = h*11 y11 + ( y12 ) h21 + h12* y12 + h12 ( y22 )*
*

d 2 = h*21 y11 − ( y12 ) h11 + h22* y12 − h12 ( y22 )*


Vector quyết định d được tạo ra bằng cách lọc phù hợp vector tín hiệu thu đối với
kênh có dạng như sau:
d = HHy
d = HH(Hx+n)
d = HHHx + HHn
Ta có:
HH =

HHH = .
Nhận xét:
h11h11 + h*21.h12 + h12.

Đặt Eh =

| h11 |2 + | h12 |2 + | h21 |2 + | h22 |2

Vecto d gồm : d =
Trong đó:
d1 = Ehx1 + v1
d2 = Ehv2 + v2
1.1.1. Giải mã

Giả sử tín hiệu phát là x được phát trên kênh có đáp ứng kênh là h,với mẫu tạp âm
là n, tín hiệu thu được là y.
Thì ta có y = hx + n.
Theo luật quyết định xác suất tối đa tại máy thu là :


= arg min{ |y – hx|2}
= arg min{d 2(y,hx)}
Trong đó d2(y,hx) =| y – hx|2 = (y – hx)(y-hx)* là bình phương khoảng cách Euclid
giữa các tín hiệu thu được y và các tín hiệu không chứa tạp âm hx.
Luật quyết định ML cho cả x1 và x2 là:

{xµ1 , xµ2 } = arg min{| y11 − ( h11 x1 + h21 x2 ) |2 + | y12 − (− h11 x2* + h21 x1* ) |2
+ | y12 − ( h12 x1 + h22 x2 ) |2 + | y22 − (− h12 x2* + h22 x1* ) |2 }
(*)

Khai triển đối số của (*) ta có:

ASTBC =  y11 − (h11 x1 + h21 x2 )   y11 − ( h11 x1 + h21 x2 ) 
+  y12 − (−h11 x2* + h21 x1* )   y12 − (h11 x2* + h21 x1* ) 

+  y12 − (h12 x1 + h22 x2 )   y12 − (h12 x1 + h22 x2 ) 

*

*

*

+  y22 − ( −h21 x2* + h22 x1* )   y22 − (h12 x2* + h22 x1* ) 

*

=| y11 |2 − y11h11* x1* − y11h21* x2* − h11 ( y11 )* x1 + (h11 ) 2 ( x1 ) 2 + h11h21* x1 x2* − h21 ( y11 )* x2 + h21 x2 h11* x1* − | h21 |2 | x2 |2
+( y12 ) 2 + y12 h11* x2 − y12 h21* x1 + h11 x2* ( y12 )* + (h11 )2 ( x2 )2 − h11 x2*h21* x1 − h21 x1* ( y12 )* − h21x1*h21* x2 + (h21 )2 ( x1 )2
+( y12 )2 − y12 h12* x1* − y12 h22* x2* − h12 x1 ( y11 )* + (h12 ) 2 ( x1 ) 2 + h12 x1h22* x2* − h22 x2 ( y12 )* + h22 x2 h12* x1* + (h22 ) 2 ( x2 ) 2
+( y22 )2 + y22 h12* x2 − y22 h22* x1 + h12 ( y22 )* x2* + (h12 )* ( x2 ) 2 − h12 x2*h22* x1 − h22 x1* ( y22 )* − h22 x1*h12* x2 + (h22 ) 2 ( x1 )2
2
2
2
2
(h112 + h21
+ h122 + h22
)( x1 ) 2 + (h21
+ h112 + h22
+ h122 )( x2 ) 2 + | y11 |2 +( y12 ) 2 + ( y12 ) 2 + ( y22 ) 2

=

−  y11h11* + y12 h12* + h21 ( y21 )* + h22 ( y22 )*  x1*
*

*
 x1
−  h11 ( y11 )* + y12 h21
+ h12 ( y12 )* + y22 h22
*
*
 x2*
−  y12 h22
− h12 ( y22 )* − h11 ( y12 )* + y11h21

−  h21 ( y11 )* − y12 h11* + h22 ( y12 )* − y22 h12*  x2


Để ý rằng

( y11 ) 2 + ( y21 ) 2 + ( y12 ) 2 + ( y22 ) 2

là các thành phần chung và không làm thay đổi luật

quyết định, vì vậy chúng ta có thể bỏ qua chúng cho đơn giản. Vì vậy ta có:
ASTBC = ( h112 + h212 + h122 + h222 )( x1 ) 2 + | d1 − x1 |2 − | d1 |2 − | x1 |2 +( h212 + h112 + h222 + h122 )( x2 ) 2 + | d 2 − x2 |2 − | d 2 |2 − | x2 |2

Một điểm thú vị có thể nhận thấy rằng luật quyết định ML đồng thời cho cả x 1 và x2 đã
được chia thành các luật quyết định độc lập cho x 1 và x2. Do các luật quyết định cho x1 và

x2 là như nhau, sau khi bỏ qua thành phần chung

| d1 |2

chúng ta thu được luật quyết định

chung cho Alamouti STBC:
x1 = arg min{( h112 + h212 + h122 + h222 ) | x1 |2 + | d1 − x1 |2 }
x2 = arg min{(h112 + h212 + h122 + h222 ) | x2 |2 + | d 2 − x2 |2 }

Đối với tín hiệu PSK, do năng lượng tín hiệu như nhau đối với tất cả các thành phần tín
hiệu, luật quyết định ML được lược giản thành:
x1 = arg min{| d1 − x1 |2 }
x2 = arg min{| d 2 − x2 |2 }

1.3.2. Đánh giá BER của Alamouti STBC với MRC
Ta giả sử rằng fading từ mỗi anten phát đến mỗi anten thu thì độc lập với nhau và do
đó máy thu sẽ nhận biết một cách tốt nhất các hệ số kênh. Hình 1.2 biểu diễn tỷ lệ lỗi bit
BER của hệ thống Alamouti với điều chế BPSK nhất quán so với tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SNR trên anten thu. Đặc tính BER của hệ thống phân tập thu 2 và 4 nhánh với anten phát
đơn và sự kết hợp tỷ số tối đa MRC cũng được biểu diễn trong hình để dễ so sánh. Hơn
nữa, ta giả sử rằng công suất phát tổng từ 2 anten của hệ thống Alamouti bằng với công
suất phát từ anten phát đơn của hệ thống phân tập máy thu MRC và thông thường chúng


là một. Các kết quả mô phỏng chỉ ra rằng hệ thống Alamouti với 2 anten phát và một
anten thu đơn đạt được khả năng phân tập như hệ thống phân tập thu 2 nhánh MRC do độ
dốc của cả 2 là như nhau.
Tuy nhiên, đặc tính của hệ thống Alamouti thì kém hơn 3 dB. Sự thua kém đó là do
năng lượng phát xạ từ mỗi anten phát trong hệ thống Alamouti chỉ bằng phân nửa so với
anten đơn trong hệ thống phân tập thu MRC do 2 hệ thống này có cùng công suất phát
tổng. Nếu mỗi anten phát trong hệ thống Alamouti phát xạ cùng mức năng lượng với
anten phát đơn trong hệ thống phân tập thu MRC thì hệ thống Alamouti sẽ tương đương
với hệ thống phân tập thu MRC.
Tương tự, từ hình vẽ chúng ta có thể thấy rằng hệ thống Alamouti với 2 anten thu sẽ

đạt được khả năng phân tập như một hệ thống phân tập thu MRC 4 nhánh nhưng đặc tính
lại kém hơn 3 dB. Thông thường, hệ thống Alamouti với 2 anten phát và nR anten thu có
cùng độ lợi phân tập với hệ thống phân tập thu MRC có 1 anten phát và 2nR anten thu

Với Alamouti, thông tin được truyền từ hai anten phát. Do đó truyền tải năng
lượng Alamouti được sử dụng gấp hai lần so với MRC. Do đó để cân bằng chúng ta cần
làm cho năng lượng truyền từ 2 anten trong trường hợp STBC mạnh lên bằng với năng
lượng truyền từ 1 anten trong MRC.Với quy mô này chúng ta có thể thấy rằng hiệu suất
BER của trường hợp 2Tx, 1Rx Alamouti STBC kém hơn 3dB so với với trường hợp
1Tx, 2Rx so MRC.
Tỷ lệ lỗi bit cho điều chế BPSK trong kênh Rayleigh với trường hợp 1 anten phát, 2
anten thu là:
(1.14)
Trong đó :


1/2

pMRC

1 1
1 
= − 1 +
÷
2 2  Eb / N 0 

(1.15)

Khi đó 2 anten phát và 1 anten thu nhận được :

(1.16)
Tỷ lệ lỗi bit:
2
Pe , STBC = pSTBC
[ 1 + 2(1 − pSTBC )]

(1.17)


Hình Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên kênh fading
Rayleigh chậm

Phẩm chất BER của các hệ thống MISO 2 X 1 và MIMO STBC 2 X 2 sử dụng điều chế
BPSK được so sánh với phẩm chất của các hệ thống SIMO MRC
X 2 và SIMO MRC 1 X 4 ở Hình 5.12. Do tổng công suất phát ở các hệ thống STBC
được chuẩn hóa thành đơn vị (tức là, công suất phát từ từng anten là một nửa), các đường
cong BER của các hệ thống STBC có cùng độ dốc các đường cong BER của các hệ thống
MRC systems tương ứng nhưng dịch sang bên trái 3 dB. Điều này chứng tỏ rằng các hệ
thống STBC và MRC có cùng cấp độ phân tập.
Theo kết quả mô phỏng ta có:
-

Với trường hợp sử dụng một ăng-ten phát và một ăng-ten thu chất lượng kém hơn
so với trường hợp 2 ăng-ten phát, 1 ăng-ten thu và 2 ăng-ten phát, 2 ăng-ten thu sử

-

dụng mã hóa không gian thời gian STBC.
Ưu điểm
Đặt nhiều ăng-ten ở phía phát, nên lợi dụng được việc không bị giới hạn về công

-

suất ở Base Station.
Tránh nhiễu
Tách tín hiệu chính xác





-

Thiết kế và giải mã đơn giản
Nhược điểm
Khó khăn trong việc ước lượng ma trận kênh truyền
STBC phải dùng 2 slot thời gian để truyền, có thể tăng tốc độ dữ liệu bằng cách
chuyển sang ghép dữ liệu trên miền tần số: đấy là kỹ thuật SFBC, lúc này thay vì
dùng tài nguyên thời gian thì ta dùng tài nguyên tần số.

4. Ứng dụng
4.1.

Wifi (chuẩn 802.11n)

Một trong những điều mong đợi nhất của người dùng thiết bị đầu cuối Wi-Fi không gì khác ngoài tốc độ
và tầm phủ sóng. Theo đặc tả kỹ thuật, chuẩn 802.11n có tốc độ lý thuyết lên đến 600Mbps (cao hơn 10
lần chuẩn 802.11g) và vùng phủ sóng rộng khoảng 250m (cao hơn chuẩn 802.11g gần 2 lần, 140m). Hai
đặc điểm then chốt này giúp việc sử dụng các ứng dụng trong môi trường mạng Wi-Fi được cải tiến đáng
kể, phục vụ tốt cho nhu cầu giải trí đa phương tiện, nhiều người dùng có thể xem phim chất lượng cao

(HD, Full HD, Full HD 3D...), gọi điện thoại qua mạng Internet (VoIP), tải tập tin dung lượng lớn đồng
thời... mà chất lượng dịch vụ và độ tin cậy vẫn luôn đạt mức cao.


Hình 1: Logo chứng nhận sản phẩm đạt chuẩn 802.11n
Bên cạnh đó, chuẩn 802.11n vẫn đảm bảo khả năng tương thích ngược với các sản phẩm trước đó,
chẳng hạn, nếu sản phẩm Wi-Fi chuẩn n sử dụng đồng thời hai tần số 2,4GHz và 5GHz thì sẽ tương thích
ngược

với

các

sản

phẩm

chuẩn

802.11a/b/g.

Chuẩn 802.11n đã được IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) phê duyệt đưa vào sử
dụng chính thức và cũng đã được Hiệp hội Wi-Fi (Wi-Fi Alliance) kiểm định và cấp chứng nhận cho các
sản phẩm đạt chuẩn. Chứng nhận chuẩn Wi-Fi 802.11n là bước cập nhật thêm một số tính năng tùy chọn
cho 802.11n dự thảo 2.0 (draft 2.0, xem thêm bài viết ID: A0905_100) được Wi-Fi Alliance bắt đầu từ hồi
tháng 6/2007; các yêu cầu cơ bản (băng tầng, tốc độ, MIMO, các định dạng khung, khả năng tương thích
ngược) không thay đổi. Đây là tin vui cho những ai đang sở hữu thiết bị đạt chứng nhận 802.11n draft
2.0. Chứng nhận Wi-Fi n vẫn đảm bảo cho hơn 700 sản phẩm được cấp chứng nhận draft 2.0 trước đây
(gồm máy tính, thiết bị điện tử tiêu dùng như tivi, máy chủ đa phương tiện (media server) và các thiết bị
mạng). Tất cả thiết bị được cấp chứng nhận dạng draft n có đủ điều kiện để sử dụng logo "Wi-Fi

CERTIFIED

n"

mà

không

cần

phải

kiểm

tra

lại

(xem

hình

1).


Vậy đâu là những công nghệ quan trọng của chuẩn 802.11n? Một công nghệ mới luôn gắn liền với các cải
tiến để nâng cao chất lượng dịch vụ và Wi-Fi 802.11n cũng vậy. Mục tiêu chính của công nghệ này là tăng
tốc độ và tầm phủ sóng cho các thiết bị bằng cách kết hợp các công nghệ vượt trội và tiên tiến nhất (xem
hình 2).

MIMO

trở

thành

bắt

buộc

Với đặc tả kỹ thuật được phê chuẩn, MIMO (tham khảo ID: A0905_100) là công nghệ bắt buộc phải có
trong các sản phẩm Wi-Fi 802.11n. MIMO có thể làm tăng tốc độ lên nhiều lần thông qua kỹ thuật đa
phân chia theo không gian (spatial multiplexing) - chia một chuỗi dữ liệu thành nhiều chuỗi dữ liệu nhỏ
hơn và phát nhiều chuỗi nhỏ song song đồng thời trong cùng một kênh - tương tự các làn xe trên xa lộ.
Ngoài ra, MIMO còn giúp cải thiện phạm vi phủ sóng và độ tin cậy (giảm tỉ lệ lỗi) của thiết bị thông qua
một kỹ thuật được gọi là phân tập không gian (spatial diversity). Kết hợp với công nghệ MIMO là 2 kỹ
thuật (tùy chọn): Mã hóa dữ liệu STBC (Space Time Block Coding) giúp cải thiện việc thu/phát tín hiệu
trên nhiều anten; và chế độ HT Duplicate (MCS 32) - cho phép gửi thêm gói tin tương tự cùng lúc lên mỗi
kênh 20MHz khi thiết bị hoạt động ở chế độ 40MHz – giúp tăng độ tin cậy cho thiết bị phát (xem hình 3).
Nâng

cao

kênh

tần

số

Ngoài những lợi ích đạt được từ MIMO, công nghệ 802.11n còn sử dụng một số kỹ thuật khác nhằm tăng

tốc độ dữ liệu nhanh hơn bằng cách sử dụng kênh (channelization) rộng hơn. Thay vì chỉ sử dụng kênh
20MHz như các chuẩn 802.11a/b/g trước đây, chuẩn 802.11n sử dụng cả hai kênh 20MHz và 40MHz. Các
kênh 40MHz giúp tốc độ truyền dữ liệu tăng gấp đôi, lên đến 150Mbps/một chuỗi dữ liệu không gian
(spatial stream), xem bảng tốc độ của chuẩn 802.11n (xem hình 4 và bảng tốc độ).

Năm 2007, IEEE cho ra đời chuẩn 802.11n cho mạng Wifi có tốc độ lý thuyết lên
đến 600Mbps và vùng phủ sóng rộng khoảng 250m. Hiện nay IEEE 802.11n vẫn còn
đang trong giai đoạn thử nghiệm nhưng hầu hết mọi thiết bị trên thị trường điều có chuẩn
này.
Ưu điểm của 802.11n là tốc độ nhanh nhất, vùng phủ sóng tốt nhất; trở kháng lớn
hơn để chống nhiễu từ các tác động của môi trường. Nhược điểm của 802.11n là chưa
được phê chuẩn cuối cùng; giá cao hơn 802.11g; sử dụng nhiều luồng tín hiệu có thể gây
nhiễu với các thiết bị 802.11b/g kế cận.
MIMO là công nghệ bắt buộc phải có trong các sản phẩm Wi-Fi 802.11n. MIMO
có thể làm tăng tốc độ lên nhiều lần thông qua kỹ thuật đa phân chia theo không gian
(spatial multiplexing) - chia một chuỗi dữ liệu thành nhiều chuỗi dữ liệu nhỏ hơn và phát
nhiều chuỗi nhỏ song song đồng thời trong cùng một kênh - tương tự các làn xe trên xa
lộ. Ngoài ra, MIMO còn giúp cải thiện phạm vi phủ sóng và độ tin cậy (giảm tỉ lệ lỗi) của
thiết bị thông qua một kỹ thuật được gọi là phân tập không gian (spatial diversity). Kết
hợp với công nghệ MIMO là kỹ thuật: Mã hóa dữ liệu STBC (Space Time Block Coding)
giúp cải thiện việc thu/phát tín hiệu trên nhiều anten.
4.2. Wimax chuẩn 802.16 sử dụng mã khối không gian –thời gian (STBC)
Ngày này Internet ngày càng trở thành phổ biến và là một công cụ không thể thiếu
trong cuộc sống của con người. Theo sự phát triển của Internet, nhu cầu truy cập Internet
với tốc độ cao ngày càng lớn dẫn tới sự phát triển của công nghệ truy cập băng rộng.
Hiện nay chuẩn truy cập vô tuyến băng rộng 802.16 – Wimax ứng dụng trong mô hình
mạng không dây đô thị WMAN đang được nghiên cứu, triển khai trên phạm vi toàn
thế giới và cả ở Việt Nam. Wimax ra đời đáp ứng được những nhu cầu cao về sử dụng

Internet như tốc độ truy cập cao, bán kính vùng phủ rộng, chất lượng dịch vụ tốt….hứa


hẹn một sự phát triển nhanh chóng, thay thế những dịch vụ hiện tại như DSL (Digital
Subcriber Line: đường dây thuê bao số), wifi… trong tương lai. Truyền tin vô tuyến chịu
ảnh hưởng của môi trường, địa hình,… gây nên suy hao lớn. Một trong những công nghệ
giúp cho Wimax khắc phục những nhược điểm trên là sử dụng mô hình đa đầu vào – đa
đầu ra MIMO với những kỹ thuật phân tập giúp cải thiện hiệu suất phổ, tăng dung lượng
hệ thống. Có nhiều kỹ thuật phân tập được sử dụng trong hệ thống MIMO như mã
khối không gian – thời gian(STBC),…

WiMAX là 1 kỹ thuật mạng truyền dẫn dựa trên 2 tiêu chuẩn là IEEE 802.16 và
ETSI HiperMAN. Nhóm phát triển WiMAX gọi là WiMAX forum (ra đời thang 6/2001)
hợp tác vói nhóm IEEE 802.16 để xây dựng nên một mạng giao tiếp vô tuyến hoạt động
ở lớp PHY và MAC. Phiên bản đầu tiên, WiMAX 802.16a.2001 xây dựng 1 hệ thống
cung cấp dịch vụ băng thông rộng (BWA) cho các user cố định bằng kỹ thuật truyền dẫn
vô tuyến như là 1 phương thức triển thay thế cho mạng cable băng thông rộng (DSL).
Các phiên bản sau 802.16d.2004 (hỗ trợ cho fixed và nomadic user) và 802.16e.2005 (hỗ
trợ nomadic và mobile user). Đến năm 2007 thì WiMAX được công nhận như là một
mạng di động thế hệ 3G (IMT2000). Và sẽ là 4G với WiMAX 802.16m.
Như vậy WiMAX ra đời khi mà UMTS (3GPP) và 1xEVDO(3GPP2) đã bắt đầu
triển khai, WiMAX gần như xây dựng từ con số 0 với mục đích ban đầu khác không phục
vụ di động, nên việc WiMAX ko cần phải tương thích với hệ thống thiết bị của 2G, 2.5G
là điều hiển nhiên. Ngay cả các thiết bị theo tiêu chẩn 802.16e cũng ko tương thích ngược
với 802.16d. Nhưng 802.16m sẽ tương thích ngược với các chuẩn cũ…
Hiện WIMAX có các chuẩn sau 802.16a,b,c,d,e và m nhưng nhìn chung 2 chuẩn
phổ biến và được nói đến nhiều nhất là d và e . Chuẩn 802.16d là chuẩn dành cho
WIMAX cố định. Chuẩn 802.16e là chuẩn dành cho WIMAX di động. Chuẩn m đang đệ
trình lên ITU-T phê duyệt là chuẩn WIMAX đạt chuẩn 4G ( cố định là 1 Ghz và di động
là 100 Mhz).

Công nghệ WIMAX là công nghệ vô tuyến tốc độ cao DL và UL bất đối xứng. Sử
dụng phổ tần từ 2Ghz đến 11Ghz. ở Việt Nam phổ tần được cấp phép là 2.3 --> 3.5 Ghz.
Hỗ trợ cả FDD và TDD. Khả năng đâm xuyên của Wimax vượt xa so với Wifi nhờ sử
dụng anten thông minh định hướng.

Tính năng đầu tiên phải kể đến trong WiMax là khả năng bảo mật. Như chúng ta đã biết, kết nối
WiFi tồn tại rất nhiều vấn đề, đặc biệt là khi truy cập Internet tại các điểm truy cập công cộng. Với những
người đã từng sử dụng WiFi, không có lý do gì khiến họ nghĩ rằng những sự cố tương tự sẽ không xảy
đến với WiMax. Ngoài ra, hầu hết các sự cố bảo mật của WiFi đều bắt nguồn từ thực tế rằng người dùng
cũng là quản trị viên mạng và thông thường họ không phải là những người bảo mật mạng có kinh
nghiệm. WiMax không nằm trong tầm kiểm soát của người dùng, nó là một giải pháp của nhà cung cấp
dịch vụ viễn thông. Điều này có nghĩa là nhà cung cấp dịch vụ này sẽ tiến hành quản trị mạng và các nhân
viên bảo mật mạng có kinh nghiệm sẽ bảo mật cho mạng.

Liên quan tới sự suy giảm thực thi mà nhiều người dùng gặp phải, đây không phải là một vấn đề
với WiMax. Trước tiên, vấn đề này đã được khắc phục triệt để trong WiMax với MIMO (multiple-input
and multiple-output – nhiều đầu vào và nhiều dầu ra). Tương tự MIMO đã được tích hợp trong chuẩn
WiMax.


Một điểm khác của WiMax giúp hạn chế sự suy giảm của khả năng thực thi (suy giảm tốc độ
cũng như độ nhiễu) đó là WiMax sử dụng quang phổ. Điều này có nghĩa là WiMax sử dụng những tần số
chi phí cao. Do đó, điện thoại vi sóng hay không dây sẽ không bị nhiễu sóng với kết nối WiMax và các nhà
cung cấp dịch vụ có thể phân bổ băng thông rộng phù hợp cho mỗi người dùng để giảm thiểu sự suy
giảm tốc độ.

Hiện WIMAX đã có mặt khoảng 70 quốc gia trên toàn thế giới, phát triển mạnh ở
Mỹ,Châu Âu, Hàn Quốc, Ấn Độ v.v.v. Các hãng viễn thông lớn trên thế giới như AT&T ,

Centel, Samcomtel, Intel,Motorola v.v.v đã và đang triển khai WIMAX.Tính đến nay, Bộ
TT&TT đã cấp phép triển khai thử nghiệm công nghệ WiMAX cho 10 doanh nghiệp ở
Việt Nam, trong đó có VNPT, Viettel, VTC, FPT Telecom, CMC, EVN Telecom, Đông
Dương Telecom. VNPT là doanh nghiệp đầu tiên được cấp phép thử nghiệm WiMAX và
cũng là doanh nghiệp đang triển khai thử nghiệm mạnh mẽ nhất công nghệ này tại Việt
Nam. Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có doanh nghiệp nào chính thức cung cấp dịch vụ
WiMAX.
Triển khai thử nghiệm WIMAX cố định ở các miền núi phía bắc của VDC tại Lào
Cai hay các công ty khác gặp một số khó khăn như Modem thu WIMAX bị che khuất và
không gian trống không có các đường NLOS nên gặp một số vấn đề. Năm ngoái vào dịp
Festival Huế VNPT( VDC) và Alcatel đã triển khai thử nghiệm thành công tại một số
điểm ở thành phố Huế, ở Hạ Long thì tình hình tốt hơn nhiều khi các bạn đi du lịch ở Hạ
Long thì ở trên thuyền kết nối Wimax dễ dàng và tốc độ tải một trang web trung bình
khoảng 2s, nói chung là thử nghiệm thành công. Người dùng đầu cuối chỉ cần mua một


thiết bị Indoor Wimax (kích thước bằng một modem ADSL), rồi cắm dây mạng là có thể
dùng được Internet tốc độ cao. Ngoài ra, Wimax cố định cũng có thể thay thế đường
truyền leased-line của các DN.Thiết bị đầu cuối của dịch vụ Wimax di động có thể là các
card PCMCIA, USB, hoặc đã được tích hợp sẵn vào trong con chip máy tính (kiểu như
công nghệ Centrino của Intel). Giá các thiệt bị càng ngày càng giảm PCMCIA của Alcatel
khoảng 75$.Nhiều ứng dụng công nghệ cao nhất được áp dụng như: truy cập Internet tốc
độ cao, video streaming, video on Demand, dịch vụ thoại VoIP…
WiMAX là công nghệ không dây truyền dẫn dữ liệu băng rộng với hiệu
suất băng thông trên 3 bit/s/Hz. Để tăng phạm vi và độ tin cậy của các hệ thống
WiMAX, tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 hỗ trợ tùy chọn các kỹ thuật đa anten
như: mã hóa không gian – thời gian Alamouti (STC), hệ thống anten thích nghi
(AAS) và các hệ thống đa đầu vào đa đầu ra (MIMO)
Với WiMAX, hệ thống MIMO đơn giản nhất thực tế là mã STC đa đầu vào
một đầu ra (MISO) được gọi là mã Alamouti. Để thực hiện hệ thống này cần 2

anten tại trạm gốc (BS). Mã Alamouti cung cấp độ lợi phân tập truyền lớn
nhất cho 2 anten. Sơ đồ phân tập truyền khác là phân tập trễ chu kì. Một lợi
thế chính của phân tập truyền là có thể được thực hiện tại trạm gốc, nên chi
phí đầu tư tập trung vào trạm gốc, việc mở rộng các trạm thuê bao phụ sẽ trở
nên dễ dàng hơn (đầu tư ít, kỹ thuật không phức tạp), cho phép các sản phẩm
dòng 802.16 thâm nhập vào thị trường nhanh chóng hơn.

5. Đánh giá chất lượng mã STBC
5.1. Kết quả mô phỏng

5.2. Nhận xét