Ứng dụng kỹ thuật OFDM trong wimax

..

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------

Phạm văn quyết

ứng dụng Kỹ thuật ofdm trong wimax

Chuyên ngành : điện tử viễn thông

luận văn thạc sĩ khoa häc

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc

pgs.ts. ngun qc trung

Hµ Néi - 2009


Mục lục

Mục lục...............................................................................................................I
Danh sách các hình vẽ ............................................................................VI
Danh sách các bảng .................................................................................IX
danh sách các từ viết tắt ..................................................................... X
Lời nói đầu ....................................................................................................... 1
Chơng 1 - Kỹ thuật OFDM ........................................................................ 3
1.1 Giới thiệu kỹ thuật OFDM.................................................................................3
1.1.1 Lịch sử phát triển ........................................................................................3

1.1.2 Các u và nhợc điểm của kỹ thuật OFDM................................................4
1.2 Từ ®iỊu chÕ ®¬n sãng mang ®Õn ®iỊu chÕ trùc giao OFDM..............................4
1.2.1 Phơng pháp điều chế đơn sóng mang........................................................4
1.2.2 Phơng pháp điều chế đa sóng mang FDM ................................................6
1.2.3 Phơng pháp điều chÕ trùc giao OFDM .....................................................7
1.3 Kh¸i niƯm vỊ OFDM .........................................................................................9
1.3.1 Khái niệm....................................................................................................9
1.3.2 Các đặc điểm của kỹ thuật OFDM............................................................11
1.4 Nguyên lý ®iỊu chÕ OFDM .............................................................................11
1.4.1 Sù trùc giao cđa hai tín hiệu......................................................................11
1.4.2 Sơ đồ bộ điều chế OFDM .........................................................................12
1.4.3 Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM ........................................................14
1.4.4 Phép nhân với xung cơ sở (Basic impulse) ...............................................16
1.4.5 Thực hiện bộ điều chế OFDM bằng thuật toán IFFT ...............................16
1.5 Nguyên lý giải điều chế OFDM ......................................................................18
1.5.1 Kênh truyền dẫn phân tập đa đờng .........................................................18
1.5.2 Bộ giải điều chế OFDM ............................................................................18
1.5.2.1 Tách khoảng bảo vệ ...........................................................................19
1.5.2.2 Tín hiệu sau giải điều chế ..................................................................20


II

1.5.3 Thực hiện bộ giải điều chế thông qua phép biến đổi nhanh FFT..............22
1.6 Sơ đồ hệ thống OFDM.....................................................................................23
1.6.1 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM............................................................23
1.6.2 Nguyên tắc chèn mẫu tin dẫn đờng ở miền tần số và miền thời gian .....24
1.7 Dung lợng kênh truyền OFDM......................................................................26
1.7.1 Giới thiệu ..................................................................................................26
1.7.2 Tính toán dung lợng kênh của hệ thống OFDM .....................................26

1.8 ảnh hởng của fading đa đờng lên tín hiệu thu OFDM................................28
1.8.1 ảnh hởng của fading đa đờng...............................................................28
1.8.2 Nhiễu liên ký hiệu ISI và nhiễu giữa các sóng mang ICI .........................28
1.9 Bảo vệ chống lại ảnh hởng của fading đa đờng ...........................................29
1.9.1 Chèn tiếp đầu tuần hoàn (Cyclic Prefix) vào tín hiệu OFDM...................29
1.9.2 Bảo vệ chống lại dịch thời gian................................................................31
1.9.3 Bảo vệ chống lại ISI ..................................................................................31
1.9.4 Mào đầu của khoảng bảo vệ và khoảng cách các tải phụ .........................33
1.10 Kết luận .........................................................................................................34
CHƯƠNG 2 công nghệ WiMAX ............................................................... 36
2.1 Giíi thiƯu chung vỊ WiMAX ..........................................................................36
2.1.1 Sù ph¸t triĨn c¸c chuẩn truy nhập vô tuyến băng rộng. ..........................36
2.1.2 Lịch sử phát triển của WiMax..................................................................37
2.1.3 WiMax Công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng................................38
2.2 Cấu trúc WiMAX ............................................................................................39
2.2.1 Cấu trúc phân lớp ......................................................................................39
2.2.2 Các đặc tính của lớp vật lý........................................................................40
2.2.3 Các đặc tính của lớp truy nhập MAC........................................................42
2.3 Mô hình hệ thống WiMAX .............................................................................42
2.3.1 Mô hình mạng...........................................................................................42
2.3.2 Môi trờng truyền sóng của WiMAX.......................................................44
2.4 Các vấn đề kỹ thuật của WiMAX....................................................................46
2.4.1 §iÒu chÕ OFDM........................................................................................46


III

2.4.2 Đa truy nhập OFDMA ..............................................................................46
2.4.3 Kênh con hoá ............................................................................................49
2.4.4 Anten định hớng .....................................................................................50

2.4.5 Phân tập thu phát.......................................................................................50
2.4.6 §iỊu chÕ thÝch nghi...................................................................................50
2.4.7 C¸c kü tht m· ho¸ sưa lỗi trớc.............................................................51
2.4.8 Điều khiển công suất ................................................................................51
2.5 Các mô hình ứng dụng của Wimax .................................................................51
2.5.1 Mô hình truyền thông của WiMAX..........................................................51
2.5.2 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)............................................52
2.5.3 Mô hình ứng dụng di động (Mobile WiMAX) .........................................54
2.6 Các chuẩn cña WiMAX...................................................................................54
2.6.1 ChuÈn IEEE 802.16- 2001 ........................................................................55
2.6.2 ChuÈn IEEE 802.16a - 2003 .....................................................................56
2.6.3 ChuÈn IEEE 802.16c - 2002 .....................................................................57
2.6.4 ChuÈn IEEE 802.16 - 2004 .......................................................................57
2.6.5 ChuÈn IEEE 802.16e - 2005 .....................................................................58
2.6.6 So sánh tóm tắt các chuẩn IEEE 802.16 cơ bản........................................58
2.7 Băng tần cho WiMAX .....................................................................................59
2.7.1 Các dải tần cấp phép 11-66 GHz...............................................................59
2.7.2 Các dải tần cấp phép dới 11 GHz............................................................59
2.7.3 Các dải tần đợc miễn cấp phép dới 11 GHz (chủ yếu từ 5-6 GHz).......59
2.8 Đặc điểm của WiMAX ....................................................................................60
2.8.1 Ưu điểm ....................................................................................................60
2.8.2 Nhợc điểm...............................................................................................62
2.9 Những ứng dụng của WiMAX ........................................................................63
2.9.1 Những loại hình ứng dụng của WiMAX..................................................63
2.9.2 Những ứng dụng tiềm năng của WiMAX.................................................65
2.10 So sánh WiMAX với các công nghệ truy cập không dây băng rộng.............66
2.10.1 Hệ thống di động tế bào 3G ...................................................................66


– IV –

2.10.2 HƯ thèng Wi-Fi ......................................................................................68
2.10.3 So s¸nh WiMAX với 3G và Wi-Fi.........................................................69
2.10.4 So sánh với các hệ thống khác ...............................................................72
2.11 Tình hình triển khai và triển vọng phát triĨn cđa WiMAX ..........................73
2.11.1 TriĨn khai WiMAX trªn thÕ giíi ...........................................................73
2.11.2 ứng dụng triển khai WiMAX tại Việt Nam...........................................74
2.11.2.1 Những tiền đề thuận lợi....................................................................74
2.11.2.2 Những trở ngại và thách thức...........................................................75
2.11.2.3 Tình hình triển khai thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam ...................76
2.11.3 Tiềm năng và triển vọng phát triển của WiMAX ..................................77
2.12 KÕt ln .........................................................................................................80
Ch−¬ng 3 - LíP VËT Lý CđA WIMAX ....................................................... 81
3.1 Giíi thiƯu .........................................................................................................81
3.2. M· hãa kªnh ...................................................................................................83
3.2.1 MÃ chập (MÃ vòng xoắn)..........................................................................84
3.2.2 MÃ turbo...................................................................................................86
3.2.3 MÃ turbo khối vµ m· LDPC .....................................................................89
3.3 ARQ lai - HARQ.............................................................................................89
3.4 Xen kÏ (Cài xen).............................................................................................90
3.5 ánh xạ ký tự ....................................................................................................92
3.6 Cấu trúc ký hiệu OFDM ..................................................................................92
3.7 Hoán vị kênh và sóng mang con......................................................................95
3.7.1 Sử dụng toàn bộ đờng xuống của các sóng mang con - DL FUSC .......96
3.7.2 Sử dụng một phần đờng xng cđa c¸c sãng mang con - DL PUSC ....98
3.7.3 Sử dụng một phần đờng lên của các sóng mang con - UL PUSC .........100
3.7.4 ViƯc sư dơng Khèi cđa các sóng mang con - TUSC.............................102
3.7.5 Điều chế và mà hóa thích nghi băng (Band AMC)...............................102
3.8 Cấu trúc khe và khung ...................................................................................103
3.9 Phân tập tần số và MIMO..............................................................................106

3.9.1 Phân tập phát và mà hóa không gian thời gian .......................................107


V

3.9.2 MÃ phân tập nhảy tần..............................................................................111
3.10 MIMO lặp đóng (Closed-Loop MIMO) ......................................................111
3.10.1 Chän lùa anten ....................................................................................113
3.10.2 Nhãm anten.........................................................................................114
3.10.3 Håi tiÕp dựa trên Codebook ................................................................114
3.10.4 Hồi tiếp kênh lợng tử hóa..................................................................115
3.10.5 Dò kênh (Channel Sounding)..............................................................115
3.11 Định tầm ......................................................................................................116
3.12 Điều khiển công suất ..................................................................................118
Chơng 4 - mô phỏng ............................................................................... 120
4.1 Giới thiệu......................................................................................................120
4.2 M« pháng líp vËt lý cđa hƯ thèng WiMAX b»ng simulink ........................120
4.3 Nội dung chơng trình mô phỏng ................................................................123
4.4 Kết luận.......................................................................................................128
Kết luận ........................................................................................................ 129
Tài liệu tham khảo.................................................................................. 130


VI

Danh sách các hình vẽ

Hình 1. 1: Mật độ phổ năng lợng của hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang .............5
Hình 1. 2: Mật độ phổ năng lợng của hệ thống đa sóng mang..................................6
Hình 1. 3: Mật độ phổ năng lợng của tín hiệu điều chế đa sóng mang OFDM ........8

Hình 1. 4: Phổ tín hiệu cuả hệ thống các kênh con: (a) Phổ tín hiệu của hệ thèng 1
kªnh con; (b) Phỉ tÝn hiƯu cđa hƯ thèng 4 kênh con ...................................................8
Hình 1.5: Hiệu quả sử dụng phổ của OFDM ............................................................10
Hình 1.6: Sơ đồ bộ điều chế OFDM..........................................................................12
Hình 1.7: Mô tả chuỗi bảo vệ....................................................................................14
Hình 1. 8: Mô tả ứng dụng của chuỗi bảo vệ trong chống nhiễu ISI ........................15
Hình 1. 9: Xung cơ sở ...............................................................................................16
Hình 1. 10: Sơ ®å bé ®iỊu chÕ OFDM sư dơng IFFT ................................................17
H×nh 1. 11: Mô hình kênh truyền ..............................................................................18
Hình 1. 12: Sơ đồ bộ giải điều chế OFDM................................................................19
Hình 1.13: Mô tả sự tách chuỗi bảo vệ ở bộ giải điều chế OFDM............................20
Hình 1. 14: Sơ đồ khối bộ giải điều chế OFDM sử dụng thuật toán FFT .................23
Hình 1. 15: Sơ đồ tổng quan hƯ thèng OFDM ..........................................................24
H×nh 1.16: ChÌn tÝn hiƯu dÉn đờng trong miền tần số và thời gian .......................25
Hình 1.17: Tín hiệu OFDM và nhiễu .......................................................................28
Hình 1. 18: Các sóng mang con trực giao trong miền tần số ....................................29
Hình 1.19: Mô tả khái niệm về chuỗi bảo vệ ............................................................29
Hình 1.20: Chức năng của khoảng bảo vệ chống lại ISI không có multipath ...........32
Hình 1.21: Chức năng của khoảng bảo vệ chống lại ISI có multipath ......................32
Hình 1.22: Sự loại bỏ nhiễu khi thêm tiếp đầu tuần hoàn (CP).................................33
Hình 1.23: OFDM truyền trên kênh fading đa đờng với tiếp đầu tuần hoàn ..........34
Hình 2.1: Các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến băng rộng..................................36
Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp của WiMAX.................................................................40
Hình 2.3: Mô hình truyền thông của WiMAX..........................................................43
Hình 2.4: Môi trờng truyÒn sãng.............................................................................45


– VII –

H×nh 2. 5: Kü thuËt OFDMA ....................................................................................47

H×nh 2. 6: Kênh con hóa đờng lên trong WiMAX..................................................47
Hình 2.7: Mô hình truyền thông của mạng ...............................................................52
Hình 2.8: Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) ............................................53
Hình 2.9: Mô hình ứng dụng di động (Mobile WiMAX) .........................................54
Hình 2.10: Mô hình ứng dơng cđa WiMAX .............................................................64
H×nh 2.11: KiÕn tróc øng dơng cđa WiMAX............................................................66
Hình 3.1: Các khối chức năng của lớp vật lý của WiMAX ......................................82
Hình 3.2: Phân đoạn khối mà hóa .............................................................................84
Hình 3.3: Bé m· hãa chËp víi tailbiting trong IEEE 802.16e - 2005 .......................85
H×nh 3.4: Bé m· hãa turbo trong IEEE 802.16e - 2005............................................88
Hình 3.5: Cài xen các khối con .................................................................................89
Hình 3.6: Quy trình HARQ với D thừa gia tăng. ....................................................91
Hình 3.7: Sơ đồ chòm sao ký hiệu của điều chế QPSK, 16 QAM và 6 4 QAM .......93
Hình 3.8 : Ký hiệu OFDM trong miền tần số ...........................................................95
Hình 3.9: Phơng thức hoán vị sóng mang con FUSC ..............................................98
Hình 3.10: Phơng thức hoán vị sóng mang con DL PUSC....................................100
Hình 3.11: Cơ chế hoán vị sóng mang con UL PUSC.............................................101
Hình 3.12: Cơ chế hoán vị sóng mang con UL PUSC tối u ..................................102
Hình 3.13: Hoán vị sóng mang Band AMC ............................................................103
Hình 3.14: Cấu trúc khung TDD .............................................................................105
Hình 3.15: Phân tập phát sử dụng mà hóa không gian/ thời gian............................107
Hình 3.16: Sơ đồ m· hãa kh«ng gian/ thêi gian: (a) m· hãa theo chiÒu ngang cho 2
anten; (b) m· hãa theo chiÒu däc cho 2 anten.........................................................109
H×nh 3.17: Cluster PUSC cho (a) hai anten phát; (b) bốn anten phFFT dựa
trên mà định tầm và sau đó gắn thêm vào đầu ký hiệu một đoạn cã chiỊu dµi Tg lÊy
tõ ci ký hiƯu. Ký hiƯu OFDM thứ 2 đợc tạo ra bằng cách thực hiện một phép
IFFT với cùng mà định tầm và sau đó thêm vào cuối một đoạn có chiều dài Tg từ
đầu của kí hiệu.

Hình 3.20: Cấu trúc ký hiệu định tầm

Việc tạo ra ký hiệu OFDM thứ 2 của kênh con định tầm theo cách này bảo
đảm rằng không có sự gián đoạn pha tại ranh giới giữa 2 ký hiệu liên tiếp. Cấu
trúc của mà định tầm cho phép BS nhận đợc đúng yêu cầu từ một MS cha định
tầm với sự sai lệch đồng bộ thời gian lớn hơn tiếp đầu tuần hoàn, điều này phù hợp
trong suốt quá trình đạt đợc mạng khởi tạo. MS có thể lựa chọn sử dụng 2 mÃ
định tầm liên tiếp trên 4 chu kỳ kí hiệu OFDM. Lựa chọn này làm giảm xác xuất
lỗi và tăng khả năng định tầm để hỗ tr ỵ m ét sè l −ỵ n g l ớn hơn c á c MS định
tầm đồng thời. Định tầm 4 ký hiệu cũng cho phép một độ lệch định thời lớn hơn
giữa BS và SS, nó cũng có thể hữu dụng khi tế bào rất lớn. Điển hình, kênh định tầm
bao gồm 6 kênh con và trên 5 ký hiƯu OFDM liªn tiÕp, bËc cđa nã trong miỊn
thêi gian và tần số đợc cung cấp bởi bản tin FCH. Kênh định tầm có thể không
đợc phân bổ cho tất cả các khung con đờng lên và đợc chỉ ra tïy theo b¶n


118

tin FCH.
Để xử lý một yêu cầu định tầm khởi tạo, một mà định tầm đợc lặp lại 2
lần và phát trong 2 ký hiệu OFDM liên tiếp mà không có gián đoạn pha giữ chúng.
MÃ định tầm trong IEEE 802.16e - 2005 là chuỗi giả ngẫu nhiên có chiều dài 144
mà đợc chọn từ tập hợp 256 mÃ. Với các mà khả dụng thì N mà đầu tiên dành
cho định tầm khởi tạo, M mà tiếp theo dành cho định tầm theo chu kì, và O tiếp
theo cho yêu cầu băng thông, và S mà cuối cùng cho định tầm chuyển giao. Các
giá trị N, M, O, và S đợc quyết định bởi BS và đợc truyền trên các kênh điều
khiển. Trong một thủ tục định tầm nhất định, một MS chọn ngẫu nhiêu một trong các
chuỗi giả ngẫu nhiên đợc cho phép bởi BS. Điều này ®¶m b¶o r»ng thËm chÝ nÕu 2
SS xung ®ét trong suốt quá trình định tầm thì chúng có thể phát hiện đợc một
cách riêng biệt bởi MS nhờ có chuỗi giả ngẫu nhiên ban đầu của các mà định
tầm. Chuỗi giả ngẫu nhiên lựa chọn đợc điều chế BPSK và phát đi trên kênh con và

các kí hiệu OFDM đợc phân bổ cho kênh định tầm.

3.12 Điều khiển công suất
Để duy trì chất lợng của liên kết vô tuyến (Radio-link) giữa MS và BS và để
điều khiển toàn bộ nhiễu hệ thống, một cơ chế điều khiển công suất đợc hỗ trợ
cho đờng lên với cả 2 thủ tục: căn chỉnh khởi tạo và điều chỉnh theo chu kì, mà
không làm mất dữ liệu. BS sử dụng truyền dẫn kênh định tầm đờng lên từ các MS
khác nhau để ớc lợng khởi tạo và điều chỉnh định kì cho mục đích điều khiển
công suất. BS sử dụng bản tin quản lý MAC chuyên dụng (MAC
managements message) để chỉ ra cho MS thấy các điều chỉnh mức công
suất cần thiết. Các yêu cầu cơ bản của cơ chế điều khiển công suất đợc cho dới
đây:

ã Điều khiển công suất phải có khả năng hỗ trợ sự biến động động
công suất vào khoảng 30 dB/s với độ sâu ít nhất là 10 dB.
ã BS phải giải trình đợc ảnh hởng của mẫu nhóm khác nhau tại bộ khuếch
đại bÃo hòa trong khi đa ra các chỉ thị điều khiển công suất. Điều này
quan trọng, vì PAR (Peak-to-average) phụ thuộc vào mẫu nhóm, đặc biệt
là quá trình điều chế.
ã MS duy trì một mật độ công suất truyền ổn định và không quan tâm đến
số lợng các kênh con đang đợc phép hoạt ®éng. Do ®ã, khi sè kªnh


119

con đợc phân bổ cho một MS cho trớc giảm hoặc tăng, mức công suất
truyền là giảm hoặc tăng tơng ứng mà không cần thêm bản tin điều khiển
công suất nào nữa.

ã Để truy trì mật độ phổ công suất và SINR tại bộ thu luôn phù hợp với

phơng thức điều chế và tỉ lệ mà đợc sử dụng thì BS có thể căn chỉnh
mức công suất và/hoặc phơng thức điều chế và tốc độ mà h ó a truyền.
, Tuy nhiên, trong vài trờng hợp, MS có thể tạm thời căn chỉnh mức
công suất, phơng thức điều chế và tốc độ mà hóa của nó mà không cần
hớng dẫn bởi BS.
MS gửi báo cáo cho BS công suất khả dụng tối đa và công suất phát có thể
đợc sử dụng bởi BS cho việc phân bổ tối u của mẫu nhóm và các kênh con
dùng cho đờng truyền lên (Uplink). Công suất khả dụng tối đa đợc báo cáo cho
các chòm sao QPSK, 16 QAM và 64 QAM phải chịu trách nhiệm với mọi backoff
đợc yêu cầu do PAR của các chòm sao điều chế này. ở đờng xuống, không có sự
hỗ trợ rõ ràng nào đợc cung cấp điều khiển công suất vòng lặp đóng, và nó đợc
chuyển cho nhà sản xuất để thực hiện một cơ chế điều khiển công suất, nếu
đợc yêu cầu thì dựa trên chất lợng kênh đờng xuống mà hồi tiếp ®−ỵc cung
cÊp bëi SS.


120

Chơng 4 - mô phỏng
4.1 Giới thiệu
Để hiểu rõ hơn những vấn đề lý thuyết đợc trình bày trong những chơng
trớc. Trong chơng cuối cùng này, sẽ giới thiệu chơng trình mô phỏng lớp vật lý
của hệ thống WiMAX ứng dụng kỹ thuật OFDM. Chơng trình mô phỏng đợc viết
bằng Matlab, chơng trình bao gồm sơ đồ khối mô phỏng sự phát và thu tín hiệu và
tính toán tỷ lệ lỗi bit bằng simulink của Matlab.

4.2 Mô phỏng líp vËt lý cđa hƯ thèng WiMAX b»ng simulink
Trong ch−¬ng này sẽ trình bày thực hiện mô phỏng lớp vật lý cđa hƯ thèng
WiMAX IEEE 802.16 – 2004 (hƯ thèng WiMAX cố định). Lớp vật lý của WiMAX
cố định và di động có những điểm khác nhau nhất định. Tuy nhiên để có thể hiểu rõ

hơn về hoạt động lớp vËt lý cđa hƯ thèng WiMAX nãi chung ta cã thể thao khảo
chơng trình mô phỏng sau:
Chơng trình sử dụng phần mềm Matlab 7.8.0 (R2009a): Thiết kế sơ đồ trên
Simulink với mục đích mô phỏng quá trình một dòng bit nhị phân đợc phát ngẫu
nhiên theo Phân bố Bernoulli (Bernoulli Distribution), dòng bit này trải qua quá
trình ngẫu nhiên hóa, mà hóa kênh, và điều chế sau đó đợc định dạng theo tiêu
chuẩn của lớp vật lý WiMAX, đó là các ký hiệu OFDM và thực hiện quá trình biến
đổi FFT ngợc sau đó là chèn Tiếp đầu tuần hoàn rồi phát đi trên kênh fading
Rayleigh đa đờng và kênh AWGN. Khi tín hiệu đợc phát đi trên kênh này cũng có
nghĩa là chúng ta đà mô phỏng việc các tín hiệu đi trong môi trờng truyền sóng có
Fading giống nh trong thực tế.
Tại bên thu, tín hiệu thu đợc bỏ tiếp đầu tuần hoàn, thực hiện biến đổi FFT,
sắp xếp lại và tách lấy số liệu, đợc giải điều chế, sau đó là thu đợc dòng bit nhị
phân nh yêu cầu. Ta có 2 lựa chọn, hoặc sử dụng kỹ thuật phát đa anten (MIMO)
hay sử dụng cách phát tín hiệu OFDM thông thờng bằng cách lựa chọn 0 hoặc
1 theo yêu cầu. Từ dòng bit phát và dòng bit thu chúng ta có thể tính ra đợc tỷ lệ
lỗi bit (BER).


121

Quá trình mô phỏng đặc biệt lu ý đến tỷ lệ lỗi bit (BER), tỷ lệ này đợc hiển
thị trên Màn hình 4. Từ đó ta có thể nhận xét đợc hiệu quả của quá trình phát và
thu tín hiệu.
Giao diện mô phỏng đợc thấy trên hình 4.1:


122

Hình 4.1: Giao diện mô phỏng

123

Hình 4.2: Kết quả tính toán khi không có lỗi bit

Hình 4.3: Kết quả tính toán khi có lỗi xảy ra

4.3 Nội dung chơng trình mô phỏng
MÃ nguồn (Code) của chơng trình đợc soạn thảo và chạy trên Matlab 7.8.0
(R2009) víi chi tiÕt nh− sau:
clear
clc
BW=input('Bang thong kenh yeu cau - Don vi la MHz(Toi da 20 MHz)=');
disp('Chon tiep dau tuan hoan de vuot qua trai tre')
disp(',1/4 cho trai tre lon nhat ,1/8 cho trai tre dai ,')
disp('1/16 cho trai tre ngan ,1/32 cho kenh co trai tre rat ngan:')
G=input('= ');
channels=[1.75 1.5 1.25 2.75 2.0];
oversampling=[8/7 86/75 144/125 316/275 57/50 8/7];
for i=1:5
y(i)=rem(BW,channels(i));
if y(i)==0
n=oversampling(i);
end
end
y=(y(1))*(y(2))*(y(3))*(y(4))*(y(5));
if y~=0
n=8/7;

– 124 –

end
if ((G~=1/4)&(G~=1/8)&(G~=1/16)&(G~=1/32))
error('ban da chon khoang bao ve khong phu hop trong ieee 802.16')
end
Nused=200; Nfft=256;
fs=(floor((n*BW*1e6)/8000))*8000; %Tan so lay mau
freqspacing= fs/Nfft; %Khoang cach giua cac tan so
Tb= 1/freqspacing; %Thoi gian ky hieu co ich
Tg= G*Tb ;%Khoang bao ve
Ts=Tb+Tg ;%Chu ky ky hieu
samplingttime= Tb/Nfft;
%Ma hoa va giai ma thich ung tuy thuoc vao SNR cua kenh
genpoly=gf(1,8);
for idx=0:15
genpoly=conv(genpoly,[1 gf(2,8)^idx]);
end
primepoly=[1 0 0 0 1 1 1 0 1];
convvec=poly2trellis(7,[171,133]);
cSNR=input('Nhap SNR cua kenh (dB)(Gia tri phai lon hon 6.4 dB)=');
if cSNR<6.4
error('Khong co kenh nao cho truyen dan,su dung mot kenh khac voi SNR tot
hon')
end
%BPSK 1/2
if (6.4<=cSNR&cSNR<9.4)
inputsize=88;
seqafterrand=inputsize+8;

shortening=[1:12];
shorteningRx=[1:11];
punvec=reshape([1 , 1],2,1);%Ma vong xoan voi toc do 1/2
Ncbps=192;%Lua chon RS 12*8
k=0:Ncbps-1;
mk=(Ncbps/12 )*mod(k,12)+floor(k/12);
s=ceil(Ncbps/2);
jk=s*floor(mk/s)+mod(mk+Ncbps-floor(12*mk/Ncbps),s);
[x,int_idx]=sort(jk);
Ry=[+1 -1];
Iy=[0 0];
qamconst=complex(Ry,Iy);
qamconst=qamconst(:);
bitspersymbol=1;
CPsel=[(256-G*256+1):256 1:256];
CPremove=[(256*G+1):(256+G*256)];


– 125 –

coderate=1/2;
disp('Ky thuat dieu che BPSK voi toc do ma hoa la 1/2 da duoc
elseif (9.4<=cSNR&cSNR<11.2)
inputsize=184;
seqafterrand=inputsize+8;
shortening=[1:32];
shorteningRx=[1:23];
punvec=reshape([1 0 , 1 1],4,1);%Ma vong xoan voi toc do 2/3
Ncbps=384; %Lua chon RS 48*8
k=0:Ncbps-1;

mk=(Ncbps/12 )*mod(k,12)+floor(k/12);
s=ceil(Ncbps/2);
jk=s*floor(mk/s)+mod(mk+Ncbps-floor(12*mk/Ncbps),s);
[x,int_idx]=sort(jk);
Ry=ones(2,1)*[+1 -1];
Iy=([+1 -1]')*ones(1,2);
qamconst=complex(Ry,Iy);
qamconst=qamconst(:)/sqrt(2);
bitspersymbol=2;
CPsel=[(256-G*256+1):256 1:256];
CPremove=[(256*G+1):(256+G*256)];
coderate=1/2;
disp('Ky thuat dieu che QPSK voi toc do ma hoa la 1/2 da duoc
elseif (11.2<=cSNR&cSNR<16.4)
inputsize=280;
seqafterrand=inputsize+8;
shortening=[1:40];
shorteningRx=[1:35];
punvec=reshape([1 0 1 0 1, 1 1 0 1 0],10,1);%Ma vong xoan voi
Ncbps=384; %Lua chon RS 48*8
k=0:Ncbps-1;
mk=(Ncbps/12 )*mod(k,12)+floor(k/12);
s=ceil(Ncbps/2);
jk=s*floor(mk/s)+mod(mk+Ncbps-floor(12*mk/Ncbps),s);
[x,int_idx]=sort(jk);
Ry=ones(2,1)*[+1 -1];
Iy=([+1 -1]')*ones(1,2);
qamconst=complex(Ry,Iy);
qamconst=qamconst(:)/sqrt(2);
bitspersymbol=2;

CPsel=[(256-G*256+1):256 1:256];
CPremove=[(256*G+1):(256+G*256)];
coderate=3/4;
disp('Ky thuat dieu che QPSK voi toc do ma hoa la 3/4 da duoc

chon:');

chon:');

toc do 5/6

chon:');


– 126 –

elseif (16.4<=cSNR&cSNR<18.2)
inputsize=376;
seqafterrand=inputsize+8;
shortening=[1:64];
shorteningRx=[1:47];
punvec=reshape([1 0 , 1 1],4,1);%Ma vong xoan voi toc do 2/3
Ncbps=768; %Lua chon RS 96*8
k=0:Ncbps-1;
mk=(Ncbps/12 )*mod(k,12)+floor(k/12);
s=ceil(Ncbps/2);
jk=s*floor(mk/s)+mod(mk+Ncbps-floor(12*mk/Ncbps),s);
[x,int_idx]=sort(jk);
Ry=ones(4,1)*[+1 +3 -1 -3];
Iy=([+1 +3 -3 -1]')*ones(1,4);

qamconst=complex(Ry,Iy);
qamconst=qamconst(:)/sqrt(10);
bitspersymbol=4;
CPsel=[(256-G*256+1):256 1:256];
CPremove=[(256*G+1):(256+G*256)];
coderate= 1/2;
disp('Ky thuat dieu che 16-QAM voi toc do ma hoa la 1/2 da duoc chon:');
elseif (18.2<=cSNR&cSNR<22.7)
inputsize=568;
seqafterrand=inputsize+8;
shortening=[1:80];
shorteningRx=[1:71];
punvec=reshape([1 0 1 0 1, 1 1 0 1 0],10,1);%Ma vong xoan voi toc do 5/6
Ncbps=768; %Lua chon RS 96*8
k=0:Ncbps-1;
mk=(Ncbps/12 )*mod(k,12)+floor(k/12);
s=ceil(Ncbps/2);
jk=s*floor(mk/s)+mod(mk+Ncbps-floor(12*mk/Ncbps),s);
[x,int_idx]=sort(jk);
Ry=ones(4,1)*[+1 +3 -1 -3];
Iy=([+1 +3 -3 -1]')*ones(1,4);
qamconst=complex(Ry,Iy);
qamconst=qamconst(:)/sqrt(10);
bitspersymbol=4;
CPsel=[(256-G*256+1):256 1:256];
CPremove=[(256*G+1):(256+G*256)];
coderate= 3/4;
disp('Ky thuat dieu che 16-QAM voi toc do ma hoa la 3/4 da duoc chon');
elseif (22.7<=cSNR&cSNR<24.4)
inputsize=760;

– 127 –

seqafterrand=inputsize+8;
shortening=[1:108];
shorteningRx=[1:95];
punvec=reshape([1 0 1 , 1 1 0 ],6,1);% Ma vong xoan voi toc do 3/4
Ncbps=1152; %Lua chon RS 144*8
k=0:Ncbps-1;
mk=(Ncbps/12 )*mod(k,12)+floor(k/12);
s=ceil(Ncbps/2);
jk=s*floor(mk/s)+mod(mk+Ncbps-floor(12*mk/Ncbps),s);
[x,int_idx]=sort(jk);
Ry=ones(8,1)*[+3 +1 +5 +7 -3 -1 -5 -7 ];
Iy=([+3 +1 +5 +7 -3 -1 -5 -7 ]')*ones(1,8);
qamconst=complex(Ry,Iy);
qamconst=qamconst(:)/sqrt(42);
bitspersymbol=6;
CPsel=[(256-G*256+1):256 1:256];
CPremove=[(256*G+1):(256+G*256)];
coderate= 2/3;
disp('Ky thuat dieu che 16-QAM voi toc do ma hoa la 2/3 da duoc chon');
elseif 24.4<=cSNR
inputsize=856;
seqafterrand=inputsize+8;
shortening=[1:120];
shorteningRx=[1:107];
punvec=reshape([1 0 1 0 1, 1 1 0 1 0],10,1);% Ma vong xoan voi toc do 5/6
Ncbps=1152; %Lua chon RS 144*8

k=0:Ncbps-1;
mk=(Ncbps/12 )*mod(k,12)+floor(k/12);
s=ceil(Ncbps/2);
jk=s*floor(mk/s)+mod(mk+Ncbps-floor(12*mk/Ncbps),s);
[x,int_idx]=sort(jk);
Ry=ones(8,1)*[+3 +1 +5 +7 -3 -1 -5 -7 ];
Iy=([+3 +1 +5 +7 -3 -1 -5 -7 ]')*ones(1,8);
qamconst=complex(Ry,Iy);
qamconst=qamconst(:)/sqrt(42);
bitspersymbol=6;
CPsel=[(256-G*256+1):256 1:256];
CPremove=[(256*G+1):(256+G*256)];
coderate= 3/4;
disp('Ky thuat dieu che 16-QAM voi toc do ma hoa la 3/4 da duoc chon');
end
choice=input('Chon 1 de su dung MIMO cho he thong; chon 0 de khong chon MIMO
cho he thong:');
if choice==1


128

MimoOFDM=-10;
Pulse=2;
delayswitch=2;
delayBER=2*inputsize;
else
MimoOFDM=10;
Pulse=1;
delayswitch=0;

delayBER=0;
end

4.4 Kết luận
Mục đích của bài mô phỏng gióp ta cã thĨ hiĨu tỉng quan vµ râ rµng hơn quá
trình phát và thu một tín hiệu trong hệ thống WiMAX sử dụng OFDM, dựa trên kết
quả tính toán lỗi bit (BER) có thể đánh giá đợc hiệu quả của quá trình phát và thu
tín hiệu, qua đó giúp ngời đọc có thể hiểu dễ dàng hơn các phần kiến kiến thức đÃ
đợc trình bày trong các chơng trớc.


129

Kết luận
OFDM là một công nghệ đầy triển vọng cho các hệ thống viễn thông băng
rộng trong tơng lai. Hiện nay việc nghiên cứu và ứng dụng OFDM không ngừng
đợc phát triển và mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những u điểm trong việc tiết
kiệm băng tần và khả năng chống lại fading chọn lọc tần số cũng nh xuyên nhiễu
băng hẹp. Luận văn đà trình bày những vấn đề cơ bản của kỹ thuật OFDM và việc
ứng dụng kỹ thuật OFDM vào công nghệ WiMAX cũng nh các vấn đề kỹ thuật và
triển vọng phát triển của công nghệ truy cập không dây băng rộng này.
Khuôn khổ luận văn trình bày tổng quan về ứng dụng của OFDM trong hệ
thống truy cập không dây băng rộng đầy hứa hẹn trong tơng lai đó là WiMAX, cụ
thể hơn nữa là về lớp vật lý của IEEE 802.16e-2005 dành cho WiMAX di động. Các
loại mà hóa kênh, cấu tróc khung vËt lý, cịng nh− viƯc sư dơng kü thuật anten
MIMO
Trên cơ sở đà có khá nhiều những nghiên cứu cũng nh các tài liệu về OFDM
trong những năm gần đây cộng với việc đà tìm hiểu về lớp vật lý của WiMAX di
động, đề tài có thể nghiên cứu sâu hơn nữa về WiMAX nh là hoạt ®éng cđa líp
MAC trong WiMAX.

ViƯc t×m hiĨu tỉng quan vỊ OFDM và giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong hệ
thống OFDM, chúng ta có thể hớng đến các ứng dụng của OFDM trong tơng lai
nh: Nghiên cứu ứng dụng OFDM trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4, kỹ
thuật OFDM còn có thể kết hợp với các kỹ thuật khác nh kỹ thuật đa anten phát và
thu (MIMO technique) nhằm nâng cao dung lợng kênh vô tuyến và kết hợp với
công nghệ CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy nhập của mạng. Một vài hớng
nghiên cøu víi mơc ®Ých thay ®ỉi phÐp biÕn ®ỉi FFT trong bé ®iỊu chÕ OFDM b»ng
phÐp biÕn ®ỉi Wavelet nh»m cải thiện sự nhạy cảm của hệ thống đối với hiệu ứng
dịch tần do mất đồng bộ gây ra và giảm độ dài tối thiểu của chuỗi bảo vệ trong hệ
thống OFDM.
Do hạn chế về nhiều mặt nên đề tài không tránh khỏi những thiếu xót cả về
trình bày và nội dung. Kính mong Thầy, Cô và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến
và chỉnh sửa luận văn đợc hoàn thiện hơn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc ®Õn PGS.TS. Ngun Qc Trung ®· tËn t×nh
h−íng dÉn Em trong suốt quá trình hoàn thành Luận văn.
Học viên - Phạm Văn Quyết


130

Tài liệu tham khảo
1. Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Tn Anh (2000), “C¬ së lý thut trun tin –
TËp 2, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội.
2. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2006), Lý thuyết trải phổ và đa truy nhËp v«
tun”, Häc viƯn C«ng nghƯ B−u chÝnh ViƠn th«ng, Hà Nội.
3. Trần Trung Dũng, Nguyễn Thúy Anh (2004), Lý thuyết truyền tin, Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
4. Nguyễn Văn Đức (2006), Lý thuyết và các ứng dụng của kỹ thuật
OFDM, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
5. Nguyễn Văn Đức (2006), Lý thuyết về kênh vô tuyến, Nhà xuất bản khoa

học và kỹ thuật, Hà Nội.
6. Nguyễn Văn Đức, Cheng Xiang Wang (2006), Các bài tập Matlab về
thông tin vô tuyến, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
7. Nguyễn Văn Đức, Vũ Văn Yêm, Đào Ngọc Chiến, Nguyễn Quốc Khơng,
Nguyễn Trung Kiên (2006), Thông tin vô tuyến, Nhà xuất bản khoa học
và kỹ thuật, Hà Nội.
8. Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab và ứng
dụng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
9. Hồ Văn Sung (2005), Xử lý số tín hiệu Tập 1,2, Nhà xuất bản giáo dục,
Hà Nội.
10. Nguyễn Quốc Trung (2006), “Xư lý tÝn hiƯu vµ läc sè – Tập 1,2, Nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật, Hà Néi.
11. Jeffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed (2007),
“Fundamentals of WiMAX - Understanding Broadband Wireless
Networking, Nhà xuất bản Prentice Hall, Massachusetts.
12. Shinsuke Hara & Ramjee Prasad, “Multicarier techniques for 4G mobile
communications”, Artech House.
13. Dr. Mary Ann Ingram (2000), “OFDM Simulation Using Matlab”, Smart
Antenna Research Laboratory.
14. WiMAX Forum,
15. Website: />16. Internet