Nghiên cứu tổng quan về WiMAX, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong WiMAX

án t t nghi p

CÁC T

VI T T T

AMC

Adaptive Modulation and Code

ARQ

Automatic Retransmission Request

ATM

Network Asynchronous Transfer Mode

BPSK

Binary Phase Shift Keying

BS

Base Station

CI

CRC Indicator

CID

Connection Identifier

CPE

Customer Premise Equipment

CPS

Common Part Sublayer

CRC

Cyclic Redundancy Checks

CS

Centralized Scheduling

CSMA

Carrier Sense Multiple Access

DES

Data Encryption Standard

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

DL-MAP

Downlink Map

DL-MAP

Downlink Map

DSL

Digital Subscriber Line

EC

Encryption Control

EKS

Encryption Key Sequence

FDD

Frequency Division Multiplexing

FEC

Forward Error Correction

FFT

Fast Fourier Transformation

GMH

Generic Mac Header

HCS

Header Check Sequence

HT

Header Type

IEEE

Institute of Electrical anh Electronics Engineers

ITU

International Telecommunication Union

IV

Initialising Vectors

LEN

Length

LOS

Line Of Sight

MAC

Media Access Control

-1-


án t t nghi p

MAC CPS

Mac Common Part Sublayer

MAC CS

Mac Service Specific Convergence Sublayer

MAC PDU

MAC Protocol Data Unit

MSDU

Mac Service Data Unit

NLOS

Non Line Of Sight

nrtPS

Non Real Time Polling Service

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PDA

Persional Digital Assitant

PDU

Protocol Data Units

PHY

Physical Layer

PMP

Point MultiPoint

PS

PHY Slots

16QAM

16-State Quadrature Amplitude Modulation

QoS

Quality of Service

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

SC

Single Carrier

SINR

Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio

SOFDMA

Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing

SS

Subscriber Station

SSCS

Service-Specific Convergence Sublayer

TDD

Time Division Duplexing

TDMA

Time Division Multiple Access

UGS

Unsolicited Grant Service

UL-MAP

Uplink Map

VoIP

Voice over IP

Wi-Fi

Wireless Fidelity

WiLANs

Wireless Local Area Networks

WiMax

Worldwide Interoperability for Microwave Access

WirelessHUMAN

Wireless HighSpeed Unlicensed Metropolitan Area Networks

WISPs

Wireless Internet Providers

WMAN

Wireless Metropolitan Area Network

-2-


án t t nghi p

U

***
Ngày nay nhu c u thông tin liên l c c a con ng
i các thi t b không dây t c
internet không dây...

m i ng

cao, b ng thơng r ng nh
i có th liên l c v i nhau

tr ng h n là vi c m r ng dân trí cho ng

i dân

c ta, n i mà c s h t ng vi n thông ch a
th ng m ng không dây ra
ng

i ngày càng cao, nh t là

i

n tho i không dây,

m i lúc, m i n i và quan

các vùng xa xôi h o lánh trên
n

t

c. Hi n nay ã có r t nhi u h

i nh là WiFi, bluetooth... và m t trong s

ó có th

áp

c nhu c u trên là WiMax. Wimax ch y u cung c p d ch v internet không dây

i giá thành r , t c

truy n cao k t n i

n các thi t b

u cu i trong m t kho ng

cách truy n l n.
Hi n nay,

n

c ta WiMAX ang

Cai,Cao B ng. M c dù có nh ng khó kh n b
ng c a

ng và nhà n

c th nghi m
c

t nh mi n núi nh : Lào

u, nh ng em tin v i s

c dành cho Wimax thì nó s

ut

úng

c phát tri n ra tồn qu c.

Tuy nhiên, vi c tri n khai h th ng cịn g p nhi u khó kh n do nh ng nh
ng có tính truy n th ng c a m ng khơng dây. Vì v y, em ã ch n
WiMAX, nhi u và nh h

ng c a nhi u trong WiMAX”. Trong

sâu tìm hi u nh ng k thu t kh c ph c nhi u c a WiMAX mà
có

c, nh h

ng c a kênh truy n

n ch t l

ng:

Ch

ng1: T ng quan v k thu t

Ch

ng 2: Gi i thi u v WiMAX.

u ch OFDM.

-3-

tài này, em i

các th h tr

c ch a

ng truy n tín hi u. V i c s lý thuy t

này, em ã mô ph ng hai l nh v c trên b ng ngơn ng Matlab.
án g m có n m ch

tài “Tìm hi u


án t t nghi p

Ch

ng 3: nh h

ng c a nhi u trong WiMAX và các bi n pháp kh c ph c.

Ch

ng 4: nh h

ng c a kênh vô tuy n

Ch

ng 5: Ch

ng trình mơ ph ng và h

hồn thành

n truy n d n tín hi u.
ng phát tri n

tài.

án này em xin chân thành c m n s giúp

Nguy n V n Tu n và các th y cơ giáo trong Khoa

t n tình c a th y

n T -Vi n Thông

Khoa à N ng.

à N ng, tháng 6 n m 2008
Sinh viên

Phan Th Minh Huy n

-4-

H Bách


án t t nghi p

Ch

ng 1

NG QUAN V K THU T OFDM
1.1. Gi i thi u ch
Wimax

ng
c phát tri n d a trên cơng ngh OFDM. Vì th tr

c khi i vào

Wimax, ta tìm hi u v nh ng nguyên lý c b n c a k thu t OFDM. Trong ch
gi i thích m t cách d hi u nh t v s tr c giao sóng mang theo t n s , t
nh ng công th c t ng quát

mô t k thu t OFDM c ng nh các s

ng này
ó

a ra

u ch c a

thu t này.
1.2. Nguyên lý c b n c a OFDM[1]
Ýt

ng OFDM là truy n d n song song (

nhau trên cùng m t

r ng b ng t n c p phát

ng t n con trên toàn b b ng t n

ng th i) nhi u b ng con ch ng l n
a h th ng. Vi c x p ch ng l n các

c c p phát d n

n không nh ng

t

c

hi u qu s d ng ph t n cao mà còn có tác d ng phân tán l i c m khi truy n qua
kênh, nh tính phân tán l i mà khi
soát l i hi u n ng h th ng

c k t h p v i các k thu t mã hoá kênh ki m

c c i thi n áng k . So v i h th ng ghép kênh

phân chia theo t n s FDM truy n th ng thì,

FDM c ng truy n theo c ch song

song nh ng các b ng con không nh ng không
ph i dành kho ng b ng t n b o v (

gi m thi u

c phép ch ng l n nhau mà còn
ph c t p b l c thu) d n

hi u qu s d ng ph t n kém.

Hình 1.1. S tr c giao c a các sóng mang

-5-

n

án t t nghi p

1.3. a sóng mang (Multicarrier)
u truy n tín hi u khơng ph i b ng m t sóng mang mà b ng nhi u sóng mang,
i sóng mang t i m t ph n d li u có ích và
ch u nh h

c tr i

u trên c b ng thơng thì khi

ng x u s ch có m t ph n d li u có ích b m t, d a trên c s d li u c a

các sóng mang khác có th khơi ph c l i d li u có ích.

cos(2π f1t) )
cos(2 f1t

bi

bi

S/
S/
S/
S
/
P
P
P

P

cos(2 2
cos(2π f 2 tf) t)

s (S(t)
t)

cos(2π f NftNt)
cos(2 )

Hình 1.2. S t o ra tín hi u OFDM
HDo v y, khi dùng nhi u sóng mang có t c
c thu chính xác.

h i ph c d li u ã m t, ng

FEC-Forward Error Correction.
l c thông th

bit th p, nhi u d li u g c s

ng và gi i

i ta dùng ph

máy thu m i sóng mang

u ch . Tuy nhiên

ng pháp s a l i

c tách ra khi dùng các

khơng có can nhi u gi a các sóng

mang (ICI) c n ph i có kho ng b o v khi hi u qu ph kém.
Gi i pháp kh c ph c vi c hi u qu ph kém khi có kho ng b o v (GUARD
PERIOD) là gi m kho ng cách các sóng mang và cho phép ph c a các sóng mang
nh nhau trùng l p nhau. S trùng l p này là
sóng mang

c ch n chính xác. Kho ng cách này

sóng mang tr c giao v i nhau.

ó là ph

(OFDM).

-6-

c phép n u kho ng cách gi a các
c ch n ng v i tr

ng h p các

ng pháp ghép kênh theo t n s tr c giao

án t t nghi p

Hình 1.3. FDM thơng th

ng và OFDM

Cho t i nay d a trên nh ng thành t u c a cơng ngh m ch tích h p, ph
pháp này ã

ng

c th c hi n m t cách d dàng.

1.4. S tr c giao (Orthogonal)
ORTHOGONAL ch ra r ng có m t m i quan h tốn h c chính xác gi a các
n s c a các sóng mang trong h th ng OFDM.
V m t tốn h c, tr c giao có ngh a là các sóng mang

c l y ra t nhóm tr c

chu n (Orthonomal basis) {{ i(t)/i= 0,1…} có tính ch t sau:
(1.1)

Trong toán h c, s h ng tr c giao có
nh ngh a, hai vect

c t vi c nghiên c u các vect . Theo

c g i là tr c giao v i nhau khi chúng vng góc v i nhau(t o

nhau m t góc vng 90) và tích c a 2 vect là b ng 0.
nhân hai hàm s v i nhau, t ng h p các tích và nh n
.

m chính

ây là ý t

ng

c k t qu là 0.

u này g i là tính tr c giao c a d ng sóng sin. Nó cho th y r ng mi n là hai
ng sóng sin khơng có cùng t n s , thì tích phân c a chúng s b ng không. Thông tin

này là

m m u ch t

hi u quá trình

u ch OFDM.

-7-


án t t nghi p

Hình 1.4. Tích c a hai vect tr c giao b ng 0
u chúng ta nhân và c ng(tích phân) hai d ng sóng sin có t n s

nhau. Ta nh n th y quá trình này

ng b ng 0.

phân c a chúng s b ng khơng và ng

c l i.

khác

y hai sóng sin khác t n s thì tích
u này g i là tính tr c giao c a d ng

sóng sin. Hình 1.5 và 1.6

.

Hình 1.5.Tích phân c a hai sóng sin
khác t n s
Vi c gi i

u ch ch t ch

Hình 1.6. Tích phân c a hai sóng sin
cùng t n s
c th c hi n k ti p trong mi n t n s (digital

domain) b ng cách nhân m t sóng mang
mang nh n

c t o ra trong máy thu

n v i m t sóng

c trong máy thu có cùng chính xác t n s và pha. Sau ó phép tích phân

c th c hi n, t t c các sóng mang s v khơng ngo i tr sóng mang
c d ch lên tr c x,
xác

c nhân, nó

c tách ra, hi u qu và giá tr symbol c a nó khi ó ã

nh. Tồn b q trình này

khi t t c các sóng mang ã

c l p l i khá nhanh chóng cho m i sóng mang,
c gi i

u ch .

-8-

c
n


án t t nghi p

1.4.1. Mơ t tốn h c c a OFDM[1]
Trong tốn h c, m i sóng mang

c mơ t nh m t sóng ph c:

Sc(t) = Ac(t)ej[

ct +

c(t)]

(1.2)

Tín hi u th c là ph n th c c a Sc(t). C Ac(t) và
ng c a sóng mang) có th thay
Ph
ph c Sc(t)

ng pháp

và pha t

ng

i trên m i symbol b i symbol c b n.

u ch OFDM s d ng r t nhi u sóng mang, vì v y tín hi u

c th hi n b i cơng th c :

Ss(t) =

Trong ó :

c(t) (biên

n=

N −1

1
N

∑

An(t)ej[

n=0

nt +

n(t)]

(1.3)

o+n

T t nhiên, ây là m t tín hi u liên t c. N u ta xem các d ng sóng c a m i ph n
tín hi u trên m t chu k symbol thì các bi n s Ac(t) và

c(t) và nh n các giá tr c

nh mà các giá tr này ph thu c vào t n s c a sóng mang c th

ó, nh v y có th

vi t l i nh sau:
n(t)
An(t)
N u tín hi u

n
An

c l y m u v i t n s l y m u có giá tr là 1/T ( v i T là chu k

y m u), thì tín hi u h p thành

c th hi n b i công th c :

Ss(kT) =

1
N

N −1

∑
n=0

Anej[(

0+n

)kT +

ây, chúng ta chia tín hi u thành N m u. Nó thu n l i

n]

(1.4)
l y m u trong m t

chu k c a m t symbol d li u. Vì th có m i liên h : =NT
N u bây gi
cho

o=

n gi n bi u th c trên mà không làm m t tính t ng qt b ng cách

0, thì tín hi u tr thành :
Ss(kT) =

1
N

-9-

N −1

∑
n=0

An e

n j(n

e

)kT

(1.5)


án t t nghi p

Ti p theo ta có th so sánh bi u th c này v i d ng t ng quát c a bi n
ng

i Fourier

c:
g(kT) =

1
N

N −1

∑
n=0

Trong bi u th c (1.5), hàm s Ane

G(

n
) ej2
NT

gi ng nh

nk/N

(1.6)

nh ngh a c a tín hi u trong

kho ng t n s l y m u và Ss(kT) là m t bi u di n trong mi n th i gian.
Bi u th c (1.5) và (1.6) là t

ng
f=

ây c ng là

ng n u :

1 1

=
NT τ

u ki n yêu c u cho tính tr c giao. Do ó k t qu c a vi c b o

toàn tính tr c giao là tín hi u OFDM có th

c xác

nh b ng cách bi n

i Fourier.

1.4.2. Tr c giao mi n t n s
Cách khác

xem xét tính tr c giao c a nh ng tín hi u OFDM là xem ph c a

nó. Trong mi n t n s

m i sóng mang th

sinc(sin(x)/x). K t qu c a th i gian symbol t

c p OFDM có

áp tuy n t n s

ng ng v i ngh ch

o c a kho ng

cách sóng mang. D ng sinc có 1 búp chính h p, v i nhi u búp biên có c
n theo t n s khi i ra kh i t n s trung tâm. M i t i ph có m t
tâm và m t s giá tr null

c

ng

gi m

nh t i t n s trung

t theo các l tr ng t n s b ng kho ng cách sóng

mang. B n ch t tr c giao c a vi c truy n là k t qu c a
i Nulls c a các t i ph khác. Khi tín hi u này

nh c a m i t i ph t

ng ng

c phát hi n nh s d ng bi n

i

Fourier r i r c (DFT).
1.5. T o và thu OFDM
Ph n máy phát bi n

i ph . Sau ó nó bi n
ng bi n

i d li u s c n truy n, ánh x vào biên

i bi u di n ph c a d li u vào trong mi n th i gian nh s

i fourier r i r c

nhanh Fourier

và pha c a các

o (inverse Discrecte Fourier Transform). Bi n

o (Inverse Fast fourier Transform) th c hi n cùng m t thu t toán nh

-10-

i


án t t nghi p

IDTF, ngo i tr r ng nó tính hi u qu h n nhi u và do v y nó
các h th ng th c t .

truy n tín hi u OFDM tín hi u mi n th i gian

toán phách lên t n s c n thi t. Máy thu th c hi n thu t tốn ng

Khi d ch tín hi u RF xu ng b ng c s

c bi n

i ng

i Fourier nhanh

và pha c a các t i ph

c

c l i thành d li u s .

Hình1.7. S
1.6.

c tính

c l i v i máy phát.

x lý, sau ó s d ng bi n

phân tích tín hi u trong mi n t n s . Sau ó biên
ch n ra và

c s d ng trong t t

kh i c a thi t b

u cu i OFDM

u ch t i ph
m i l n t i ph

c phân ph i bit

và pha c a t i ph nh dùng s

truy n, chúng

u ch bi u di n b i vect

pha. Hình 1.8 là ví d c a ánh x

i s bit

ng pha và vuông

u ch t i ph . Nó ch ra chịm sao 16-QAM, ánh

4 bit cho m i symbol. M i k t h p c a d li u t
ch ra nh m t

c ánh x vào biên

m trên hình v . M t s l n s

ng ng v i 1 vect duy nh t

c

u ch là có s n, cho phép thay

c truy n trên m t sóng mang trên m i symbol

1.6.1. Các s
D li u s
i t i ph . S
ph c (vuông pha),

u ch
c truy n trong k t n i OFDM b ng cách dùng s
u ch là s ánh x các d li u vào chòm sao th c(

ng pha) và

c bi t nh chịm sao IQ(inphase Quadrature). S bit có th

truy n khi dùng m t symbol t
sao. M i t d li u

u ch trên

ng ng v i log2(M) v i M là s các

c

m trong chòm

c ánh x vào m t v trí IQ duy nh t trong chịm sao. Vect ph c

-11-


án t t nghi p

p thành I + Q t
Vi c t ng s

ng ng v i biên

I 2 + Q 2 và pha argument (I+ Q) v i = − 1 .

m trong chịm sao khơng thay

u ch v i nhi u

m chòm sao s cho phép c i thi n hi u qu ph (ho c hi u

su t b ng thông). Tuy nhiên s
vi c gi i quy t chúng

i d i thông truy n, do v y vi c dùng

m trong gi n

chòm sao càng l n bao nhiêu thì

máy thu càng khó b y nhiêu. ó là vì khi ó các v trí IQ

c

t càng g n nhau nên ch c n m t giá tr nh nhi u là có th gây ra l i truy n.
1.6.2. Mã GRAY
Gi n

IQ cho s

u ch ch ra vect truy n cho t t c các liên h p t d

li u. M i liên h p t d li u ph i
t ph

c phân ph i m t vect IQ duy nh t. Mã Gray là

ng pháp cho s phân ph i này, sao cho các

khác nhau m t bit
ng cho t t c các s

m c nh nhau trong vòm sao ch

n. Mã này giúp gi m thi u t l l i bit . Mã Gray có th

cs

u ch PSK(BPSK,QPSK,...) và QAM(16QAM, 64QAM,

256QAM...).

ng 1.1. Mã Gray

-12-


án t t nghi p

Hình1.8. Gi n

IQ c a 16QAM khi dùng mã Gray

1.7. Kho ng b o v (GUARD PERIOD)
Ta th y

hình trên, ph n ISI c a vi c truy n tín hi u OFDM có th b sai do

u ki n c a quá trình x lý tín hi u, b i vì máy thu khơng nh n
symbol
có

c truy n ti p theo.

dài xác

c thơng tin c a

u ó có ngh a là máy thu c n m t kho ng th i gian

nh b ng th i gian symbol có ích

có th xác

nh

c symbol

OFDM. Kho ng th i gian này g i là orthogonality Interval.
Có th gi m nh h
ov

tr

ng ISI t i tín hi u OFDM b ng cách thêm vào các kho ng

c c a m i symbol. Kho ng b o v này là b n copy tu n hoàn theo chu k ,

làm m r ng chi u dài c a d ng sóng symbol. Nó
a symbol OFDM

a vào ph n

c t o ra b ng cách l y ph n cu i

u. Do v y vi c

a vào các b n copy c a

symbol n i uôi nhau t o thành m t tín hi u liên t c, khơng có s gián
Nh v y vi c sao chép
n và gi i

n

ch n i.

u cu i c a symbol ã t o ra m t kho ng th i gian symbol dài

u ch nó mà khơng có l i.

Hình 1.10.Chèn kho ng th i gian b o v cho m i ký hi u OFDM

-13-


án t t nghi p

1.8. B o v ch ng l i ISI
Trong tín hi u OFDM biên
trong chu k symbol

b o

và pha c a t i ph ph i

c duy trì khơng

m tính tr c giao cho m i sóng mang. N u chúng b thay

i có ngh a là d ng ph c a các t i ph s khơng có d ng sinc úng và nh v y
không null s không úng, d n

Interference).

symbol d li u ti p theo. Trong mơi tr

symbol. Nó d n

cho phép có th i gian
thái ban

u, do v y FFT

ng c a ISI.

n s thay

n s m r ng

m

n can nhi u gi a các sóng mang ICI(inter-Carrier

biên c a symbol biên

ng gi a các symbol, d n

i

và pha thay

i t i giá tr m i c n thi t cho

ng multipath ISI gây ra s tr i r ng n ng
i nhanh biên

, pha c a t i ph

tr c a kênh vơ tuy n.Vi c

ph n tín hi u thay

u

a vào các kho ng b o

i nhanh này b suy hao. Tr l i tr ng

c l y t tr ng thái úng c a symbol.

u này lo i b

kh c ph c ISI thì kho ng b o v ph i dài h n s m r ng

kênh vơ tuy n.

Hình 1.11. Ch c n ng c a kho ng b o v ch ng l i ISI

-14-

m

nh

tr c a


án t t nghi p

1.9.

d ch Doppler
Do kho ng cách gi a n i phát và thu có s thay

(vì kho ng cách gi a n i phát và thu thay
thay

i nên t o ra

i theo th i gian).

d ch Doppler

d ch Doppler gây ra

i t n s c a tín hi u. Khi gi m kho ng cách gi a n i phát và thu làm t ng t n

, và khi t ng kho ng cách s làm gi m t n s .
V i h th ng OFDM,

d ch Doppler gây ra s thay

i v trí sóng mang, có

ngh a là sóng mang s d ch chuy n xu ng t n s th p h n khi kho ng cách gi a n i
phát và thu t ng và ng
1.10. K t lu n ch

c l i.

ng

Qua nh ng hi u bi t v OFDM

trên, nó s là c s

n v chu n 802.16 OFDM c a WIMAX. T
-

kh c ph c hi n t

ta có th tìm hi u sâu

ó, có th rút ra các k t lu n nh sau:

ng không b ng ph ng c a áp tuy n kênh c n dùng

nhi u sóng mang, m i sóng mang ch chi m m t ph n nh b ng thông, do v y b
ng không l n c a áp tuy n kênh

nh

n d li u nói chung.

- S sóng mang càng nhi u càng t t nh ng c n ph i có kho ng b o v
can nhi u gi a các sóng mang. Tuy nhiên

tránh

t n d ng t t nh t thì dùng các sóng tr c

giao, khi ó các sóng mang có th trùng l p nhau mà v n không gây can nhi u.

-15-


án t t nghi p

CH

NG 2
GI I THI U V WIMAX

2.1. Gi i thi u ch
Ch

ng

ng này gi i thi u v WiMax, l ch s phát tri n c a chu n IEEE 802.16,

u trúc và các thông s k thu t c a chu n 802.16 OFDM, 802.16-2004 OFDMA ,
802.16e c ng nh tìm hi u m t cách khái quát v l p MAC và l p PHY. Qua ó, giúp

ng

i

tr

c hi u

c nh ng u

m và nh

c

m c a Wimax so v i các th h

c.

2.2. Khái ni m v WiMax[2]
WiMax là m t m ng không dây b ng thông r ng vi t t t là Worldwide
Interoperability for Microwave Access. WiMax
802.16. WiMax ã gi i quy t t t nh t nh ng v n

c thi t k d a vào tiêu chu n IEEE
khó kh n trong vi c qu n lý

u

cu i.
WiMax s d ng k thu t sóng vơ tuy n

Internet thay vì dùng dây

k t n i nh DSL hay cáp, modem. Trong Wimax, ng

d ng có th s d ng trong ph m vi t 3
pm t

k t n i các máy tính trong m ng

n 5 d m so v i tr m ch (BS) n u thi t

ng d n công ngh NLOS (Non-Line-Of-Sight) v i t c

cao là 75Mbps. Còn n u ng

i

truy n d li u r t

i s d ng trong ph m vi l n h n 30 d m so v i tr m ch

(BS) thì s có anten s d ng công ngh LOS (Line-Of-Sight) v i t c

truy n d li u

n b ng 280Mbps.
u so v i Wimax thì WiLANs (Wireless Local Area Networks) c ng là m ng
không dây k t n i các thi t b trong m t ph m vi h p h n so WiMax nh là m t v n
phòng hay m t gia ình. Các thi t b theo chu n 802.11b s cung c p t c
các thi t b theo chu n 802.11g s cung c p t c

ng 2.1. So sánh gi a WiLANs và WiMAX

-16-

54Mbps.

11Mbps và


án t t nghi p

Technology

Primary use

Data rates

WiMAX 802.16

External

75 – 250 Mbps

WiLAN 802.11g

Internal

Up to 54Mbps

WiLAN 802.11b

Internal

Up to 11Mbps

Hình 2.1. S ho t

ng c a m ng WiMax.

ng trên cho ta th y WiMax có t c
Chính

u này ã làm cho WiMax tr nên u

-17-

truy n d li u l n h n so v i WiLANs.
m h n so v i m ng không dây khác.


án t t nghi p

2.3. Khái ni m v IEEE 802.16[8]
tiêu chu n, WiMax là m t b tiêu chu n d a trên h tiêu chu n 802.16 c a
IEEE nh ng h p h n và t p trung vào m t s c u hình nh t

nh. Hi n có 2 chu n c a

WiMax là 802.16-2004, 802.16-2005.
- Chu n 802.16-2004 (tr

c ó là 802.16 REVd)

2004. Tiêu chu n này s d ng ph
ch v c

nh, nomadic (ng

ng th c

c IEEE

a ra tháng 7 n m

u ch OFDM và có th cung c p các

i s d ng có th di chuy n nh ng c

nh trong lúc k t

i) theo t m nhìn th ng (LOS) và khơng theo t m nhìn th ng (NLOS).
- Chu n 802.16-2005 (hay 802.16e)
chu n này s d ng ph

ng th c

c thông qua IEEE tháng 12/2005. Tiêu

u ch SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency

Division Multiplexing), cho phép th c hi n các ch c n ng chuy n vùng(handover) và
chuy n m ng(roaming) nên có th cung c p
xách

c (ng

ng th i d ch v c

i s d ng có th di chuy n v i t c

i b ), di

nh, nomadic, mang
ng h n ch và di

ng.
IEEE 802.16 s d ng ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao OFDM nh là
ph

ng pháp truy n cho k t n i NLOS. WiMax có b ng thơng khơng ph i là m t h ng
mà thay

i t 1.25MHz

bi t có th nh n th y

n 28MHz. Trong chu n IEEE 802.16-2004, m t khác

c gi a hai ph

tri n c a các lo i chu n IEEE 802.16

ng pháp: OFDM và OFDMA. L ch s phát
c cho trong hình sau. (Hình 2.2)

-18-


án t t nghi p

Hình 2.2. T 802.11b t i 802.16e
2.4. Gi i thi u chu n 802.16 OFDM
802.16 s d ng k thu t truy c p OFDM mà ã
th ng khác nh 802.11a. Nh ng

c

m m i chính trong l p PHY - quan h v i

802.11a là: s sóng mang FFT dài h n ( t 64-FFT
thơng kênh và t n s l y m u, và thay
ng

c v i m t Tx burst; lo i

c s d ng trong các h

i

n 256-FFT); thay

i

c b ng

c t s c a hai giá tr này; nhi u ng

u ch có th thay

is

i theo th i gian trong khung;

n thay cho hai giá tr kho ng b o v c n thi t.
2.4.1. Ch c n ng phân kênh (Subchannelization)[2]
WIMAX

c thi t k

v n hành nh là m t m ng c s h t ng, và s phân

chia tài nguyên này c ng là m t v n

quan tr ng.

V i WIMAX ( OFDM và OFDMA), Subchannelization cho phép ta nhóm hồn
tồn m t s các sóng mang OFDM thành các block và phân cho m i block thành các
segment khác nhau c a tr m BS. Nh ng block

c tr i ra trên hoàn toàn vùng t n s

và g m m t s các sóng mang liên ti p nhau. Subchannel index
nh ng Block khác nhau trên toàn b ph .

-19-

u khi n s d ng


án t t nghi p

S sóng mang d li u hồn t t (192) có th
Subchannel. T t c các sóng mang

c chia thành 2, 4, 8 ho c 16

c tr i trên 4 vùng " regions" khác nhau c a vùng

ns .
N u b n Subchannel

c s

d ng nh

ví d

d

i

ây, s có 16/4 = 4

subchannel khác nhau và 192/4 = 48 sóng mang trên subchannel, mà

c chia trên 4

"region" khác nhau, vì v y có th coi 48/4 = 12 sóng mang liên ti p / subchannel block.

Hình 2.3 Subchannelization v i 4 kênh s d ng
2.4.2. C u trúc khung
M t khung
UL

cb t

c chia thành các khung nh DL và UL. Nh ng khung nh DL và

u v i ô preamble (cho bi t gi i h n s sóng mang c a symbol)

tìm

i thơng tin v kênh truy n và cho phép máy thu tìm l i áp ng kênh. Ơ FCH và DL
MAP ch a thơng tin v n i dung khung (v trí và ki u

u ch c a m i burst) và

c

u ch - BPSK. (hình 2.4)

2.5. Chu n 802.16-2004 OFDMA
2.5.1. Gi i thi u chung
OFDMA m r ng ch c n ng c a OFDM b ng cách thêm vào
p trong mi n t n s .
ng

u này có ngh a là b ng thông

i s d ng trong mi n th i gian và mi n t n s .

-20-

c

m a truy

c chia thành các khe cho


án t t nghi p

Hình 2.4. C u trúc khung 802.16 OFDM

Hình 2.5. S so sánh OFDM và OFDMA
m khác v i chu n FDMA là các sóng mang OFDMA cho các user khác nhau
là r t g n v i nhau và cho phép các sóng mang v t lý có th thay

i t symbol này

n

symbol khác.
Nh v y th t là khó kh n
(subcarrier) thay

i; các nhà s n xu t thì nghiên c u

ng thơng h th ng và kích th
B ng d

thi t k m t máy thu v i kho ng cách sóng mang

i ây

c FFT

th c hi n các s k t n i c a

a ra kho ng cách sóng mang c

nh.

a ra s thi t l p h p lý cho các b ng thơng h th ng và kích c

FFT khác nhau.

-21-


án t t nghi p

ng 2.2. Tham s v t lý c a OFDMA

2.5.2. T ng quát v khung (Frame)
Hình v d

i ây gi i thi u m t cách khái quát v khung OFDMA.

Hình 2.6. C u trúc khung OFDMA
2.5.3. Các ph n trong khung (Frame Parts)
UL và DL

c tách ra b i các khe h : transmit transition gap(TTG) sau khung

con DL và receive transition gap(RTG) sau khung con UL.

-22-


án t t nghi p

Trong DL có 4 thành ph n mà nó mang thơng tin cho phép máy thu gi i

u

ch tín hi u : preamble, FCH, DL-MAP và UL-MAP.
B n thành ph n này trong c u trúc 802.16-2004

c s d ng cho vi c truy n

thêm thông tin tín hi u c n thi t trong tín hi u OFDMA.
2.5.3.1. Preamble
Ơ preamble là ơ b t
u ch -BPSK và có

u c a m i khung downlink. Nó bao g m các sóng mang

dài 1 symbol OFDMA. Preamble

cs

ng vào m c ích

ng b hóa
2.5.3.2. FCH
Frame control header(FCH) i theo sau mịa
hình khung, ch ng h n nh s

mã hóa và

u. Nó cung c p thong tin c u

dài b n tin MAP và kênh con kh

ng.
2.5.3.3. DL-MAP /UL-MAP
Cung c p các thông tin gán kênh con và các thông tin

u khi n khác t

ng

ng cho các khung con DL và UL.
2.6. Chu n 802.16e
802.16e là s phát tri n cao h n c a 802.16-2004. Chu n này bao g m t t c các
c

m c a 802.16-2004 và thêm m t s ch c n ng khác.

ng 2.3. So sánh các lo i giao di n c a l p PHY

-23-


án t t nghi p

SC

SCa

OFDM

OFDMA

Frequency

10-66GHz

2-11GHz

2-11GHz

2-11GHz

Modulation

QPSK,
16QAM,
64QAM

BPSK,
QPSK,
16QAM,
64QAM,
256QAM

QPSK,
16QAM,
64QAM

QPSK,
16QAM,
64QAM

N/A

N/A

256

2048

TDD,FDD

TDD,FDD

TDD,FDD

TDD,FDD

28MHz

1.75-20MHz 1.75-20MHz

No

of

subcarriers
Duplexing
Channel
Bandwidth
u h t các

c

m

c thêm vào l p cao h n(

m nh là roaming), nh ng c ng có nh ng thay
- S thay

1.75-20MHz

c bi t là l p MAC và m t s
i

c

l p v t lý:

i quan tr ng là 802.16e không ch cung c p size FFT 2048 mà còn

thêm các size FFT khác(1024,512, và 128).
- T t c các thông s khác (Nused, s subchannel...) s thay

i theo kích th

FFT.
- S nhóm subchannel b gi m i 3( s 0 ,2, và 4) cho size FFT 128 và 512.
- N i dung FCH

c thu ng n l i

i v i size FFT 128.

- H s l y m u 86/75,144/125, 316/275 và 57/50 ã thay b i 28/25.
2.7. L p MAC và l p PHY trong WIMAX
2.7.1. Gi i thi u chung

-24-

c


án t t nghi p

Hình 2.7. Kh i giao th c
Mơ hình c a chu n IEEE 802.16 có 3 ph n : kh i ng

i dùng (user), kh i

u khi n

(control), kh i qu n lý (managerment) nh trong hình 2.7.
Tiêu chu n IEEE 802.16-2004 liên quan
khi n. Nó

n kh i ng

i dùng và kh i

u

nh ngh a hai l p trong các kh i này: l p MAC (Medium Access Control

Layer), l p v t lý PHY(Physical Layer). L p MAC g m có 3 l p con: CS
(Service-Specific Convergence Sublayer), MAC CPS (MAC Common Part
Sublayer) và l p con b o m t (Security Sublayer). CS cung c p nh ng áp ng

yêu c u cho quá trình l u thơng l p. MAC CPS gi i quy t v n

c

truy n tin không dây

ng thông r ng. L p b o m t cung c p b o m t vi n thông v m t riêng t , thông tin
qu c gia, b n quy n c a cá nhân.
i l p MAC, là l p v t lý PHY, nó cung c p kh n ng truy n t i m nh và
thích nghi v i môi tr

ng không dây. L p PHY s d ng 5 lo i giao di n:

• WirelessMAN-SCTM (Line of Sight - LOS).
• WirelessMAN-SCaTM (Non Line of Sight - NLOS).

-25-