ĐỒ án kỹ THUẬT OFDM TRONG WIMAX

Do chưa có các thiết bị cho mạng WiMAX di động, trên thế giới hiện nay chỉ cócác mạng thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định và với mục đích cho vùng dân cư thưa,dịch vụ cung cấp chủ yếu là

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển hạ tầng cơ sở là yếu tố quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát triển và góp phần nâng cao đời sóng xã hội của con người, thừa kế những thành tự của các ngành công nghiệp điện tử, bán dẫn, quang học, tin học và công nghệ thông tin…nền công nghiệp viễn thông trong đó có thông tin di động đã

có những bước tiến nhảy vọt kỳ diệu đưa xã hội loài người bước sang một kỹ nguyên mới: Kỷ nguyên thông tin.

Tất cả chúng ta đều biết rằng, chúng ta đang sống trong một xã hội thông tin mà trong đó chúng

ta phải tiếp nhận sử dụng thông tin với giá trị cao về mặt thời gian và chất lượng Sức cạnh tranh của tất

cả các ngành công nghiệp bắt nguồn từ việc tạo ra các giá trị lớn hơn bằng cách tận dụng các ưu thế điều kiện và thời hạn Vì vậy thông tin liên lạc sẽ đóng vai trò cốt lõi cho việc phát triển tương lai của xã hội thông tin này, nó cũng như lực lượng lao động trong nông nghiệp và nguồn vốn trong công nghiệp Ngành công nghiệp thông tin liên lạc được coi là ngành công nghiệp trí tuệ hoặc là ngành công nghiệp của tương lai, là nền tảng để tăng cường sức mạnh của một quốc gia cũng như cạnh tranh trong công nghiệp Ngành công nghiệp này phải được phát triển trước một bước so với ngành công nghiệp khác, bởi vì sự phát triển của các ngành khác dựa trên cơ sở thông tin liện lạc, ngành mà sẽ chỉ không đơn giản phục vụ như một phương tiện liên lạc mà sẽ đóng vai trò như một nguồn vốn cho xã hội tiến bộ Dưới sự hướng dẫn, quan tâm nhiệt tình của thầy giáo Dương Hữu Ái, em đã hiểu thêm được nhiều điều về lĩnh vực thông tin liên lạc cũng như hướng phát triển của hệ thống viễn thông tại Việt Nam.

Do khuôn khổ của bài viết cũng như còn hạn chế về kiến thức cho nên không tránh khỏi thiếu sót cũng như lầm lẫn, em mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện hơn nữa về kiến thức của mình Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em hoàn thành đợt thi này.

vi rộng lớn (khoảng 50km)

WiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn của IEEE (Viện các kỹ sư điện vàđiện tử Mỹ), cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến dặm cuối như một phương thứcthay thế cho cáp và DSL WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định vànomachi (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách điđược (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và cuối cùng là di chuyển di động

mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng (LOS: Light-of-Sight) trực tiếp với trạm gốc

WiMAX là mạng không dây phủ sóng một vùng rộng lớn, thuận tiện cho việcphát triển khai mạng nhanh, thuận lợi và lợi ích cao so với việc kéo cáp, đặc biệt là vùng

có địa hình phức tạp Vì vậy, mạng truy cập không dây có băng thông rộng WiMAX sẽđáp ứng được các chương trình phổ cập Internet ở các vùng sâu, vùng xa, nơi có mật độdân cư thưa Đối với các vùng có mật độ dân cư vừa phải thì việc triển khai WiMAX đểcung cập các dịch vụ đa phương tiện sẽ nhanh và có hiệu quả kinh tế cao hơn và với việc

1

cung cấp băng thông rộng sẽ đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng WiMAX có những

ưu thế vượt trội so với các công nghệ cung cấp dịch vụ băng thông rộng hiện nay về tốc

độ truyền dữ liệu và giá cả thấp do cung cấp các dịch vụ trên nền IP Với khả năng truycập từ xa, tốc độ dữ liệu cao đáp ứng đa dạng các dịch vụ như Internet tốc độc cao, thoạiqua IP, video…chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanhnghiệp như hội nghị video và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật…WiMAX phù hợpvới các ứng dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong các máy tính xách tay và PDA,cho phép truy cập không dây băng rộng ngoài trời ở khi vực đô thị, đồng thời cũng thíchứng với các ứng dụng truy nhập băng rộng cố định ở những nơi xa xôi, hẻo lánh Mức độphổ cập của WiMAX phụ thuộc vào thiết bị đầu cuối cá nhân Thiết bị đầu cuối để sửdụng WiMAX gồm PDA, điện thoại di động, máy tính có chức năng thu vô tuyến Có thểdùng card mạng cắm vào máy tính để truy cập, nếu nhà ở xa trạm phát (trên 5km) phảidùng một anten parabol nhỏ để thu tín hiệu

Không thể không thừa nhận WiMAX có nhiều ưu điểm nhưng việc triển khaicông nghệ này có những khó khăn nhất định Đó là giá cả thiết bị đầu cuối còn đắt, việcchuẩn hóa thiết bị khó đồng nhất và do WiMAX dựa trên nền IP nên việc kết nối, đánh

số, chất lượng dịch vụ, bảo mật và an toàn mạng cần được nghiên cứu cụ thể

WiMAX là một giải pháp tuyệt vời về mặt công nghệ kết nối nhưng sẽ cần một chiphí lớn phải bỏ ra để phát triển hạ tầng mới trong khi hệ thống cũ vẩn còn sử dụng tốt

Do chưa có các thiết bị cho mạng WiMAX di động, trên thế giới hiện nay chỉ cócác mạng thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định và với mục đích cho vùng dân cư thưa,dịch vụ cung cấp chủ yếu là truy cập Internet băng rộng cố định

Theo Vụ Viễn thông, để sử dụng hiệu quả tài nguyên viễn thông, tránh lãng phí

và phù hợp với quy hoạch, Bộ Bưu Chính Viễn Thông hiện chỉ cấp phép thử nghiệmWiMAX cố định tiêu chuẩn 802.16.2004 Reved ở băng tần 3,3GHz – 3,6GHz nhằm đánhgiá được công nghệ và khả năng thương mại các dịch vụ trên nền WiMAX Hiện nay có

4 doanh nghiệp được cấp phép thử nghiệm WiMAX cố định, băng tần 3,3GHz:

• Tổng công ty Bưu Chính Viển Thông VN-VNPT

• Tổng công ty Truyền thông Đa Phương Tiện-VTC

• Công ty cổ phần Viễn Thông-FPT Telecom

• Tổng công ty Viễn Thông Quân Đội-ViettelWiMAX có triển vọng tốt ở Việt Nam là bởi từ trước đến nay Việt Nam không hề

bị lệ thuộc vào công nghệ cũ và chúng ta có thể “đi tắt đón đầu” ứng dụng WiMAX ngay

Tốc độ truyền tải: WiMAX hỗ trợ tốc độ truyền tải tới 280Mb/s (tốc độ phụthuộc vào kiểu anten ứng dụng) Trong khi đó Wi-Fi chỉ hỗ trợ tốc độ 54Mb/s trongphạm vi truyền tải khá hẹp

Băng tần: Dải băng tần của WiMAX hoạt động phụ thuộc vào từng công nghệ cụthể Wi-Fi hoạt động trên dải băng tần 2,4GHz, trong khi Wi-Fi5 hoạt động ở hai dải tần2,4GHz và 5,8GHz

Phạm vi truyền tải: Nếu không gặp nhiều vật cản, WiMAX có thể truyền tải dửliệu có thể truyền tải dữ liệu trong bán kính khoảng 48,3km Trong mội trường có nhiềuvật cảm, phạm vi này bị rút ngắn xuống 5-8km Trên lý thuyết Wi-Fi có thể hoạt độngtrong phạm vi từ 90m-300m Wi-Fi là lựa chọn thích hợp trong các gia đình

WiMAX sử dụng cấu trúc PMP (Point-to-MultiPoint: một điểm tới đa điểm), cónghĩa là tín hiệu mạng xuất phát từ một điểm được truyền tới nhiều điểm khác nhau cùngmột lúc PMP hoạt động tương tự mạng điện thoại di động khi một trạm có thể điều phốicác tín hiệu đến và đi xuất phát từ nhiều người sử dụng

Lớp vật lý của WiMAX cho phép tồn tại độc lập hai khả năng liên kết: liên hếttrong môi trường không có vật cản và liên kết trong môi trường có vật cản Tùy thuộcvào môi trường mà băng tần hỗ trợ tốc độ truyền tải thích hợp Nếu khu vực không có vậtcản, băng tần hỗ trợ tốc độ truyền tải lớn được sử dụng (10GHz-66GHz); trong khu vực

có nhiều vật cản, băng tần từ 2-11GHz (hỗ trợ tốc độ truyền tải thấp) Quá trình chuyểnđổi tần số được WiMAX tiến hành hoàn toàn tự động

Cấu trúc PMP đóng vai trò quan trọng trong “viễn cảnh tươi sáng của truyềnthông không dây”- theo nhận định của các chuyên gia Theo đó, thay vì phải tìm kiến cácđặc điểm truy nhập Wi-Fi (hotspot), người sử dụng laptop hoặc các thiết bị di động cũng

có kết nối trực tiếp thông qua WiMAX Nói cách khác, WiMAX cho phép tạo điểm truycập có tầm bao phủ rộng

Một số nước quy định băng tần này chỉ dành cho các dịch vụ cố định, không cóứng dụng nomachi, nên để triển khai được WiMAX cần phải sửa đổi lại quy định này

Đối với Việt Nam, do băng tần này được ưu tiên dành cho hệ thống vệ tinhVinasat nên hiện tại không thể triển khai cho WiMAX

 Băng 3600-3800MHz: Băng 3600-3800 được một số nước Châu Âu xem xét để cấp choWBA Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ 3,7-3,8GHz) đang được nhiều hệ thông

vệ tinh viễn thông sử dụng (đường xuống băng C), đặc biệt là khu vực Châu Á, nên ít khảnăng băng tần này sẽ được chấp thuận cho WiMAX ở Châu Á

 Băng 3300-3400 (băng 3,3GHz): Băng tần này được phân bố ở Ấn Độ, Trung Quốc vàViệt Nam đang xem xét phân bố chính thức Do Ấn Độ và Trung Quốc là hai thị trườnglớn, nên dù cho có nhiều nước chưa cấp băng tần này cho WBA (Wireless BroadbandAccess), nhưng thiết bị WiMAX cũng đã được sản xuất

Chuẩn WiMAX áp dụng ở băng tần tương tự như với băng 3,5MHz, đó là WiMAX

cố định, chế độ sung công FDD và TDD, độ rộng kênh 3,5MHz hoặc 7MHz Do Ấn Độ chỉcho phép sử dụng đoạn băng tần 3316-3400MHz, nên các thiêt bị WiMAX hiện đại cũng chỉlàm việc trong đoạn này với tối đa 2x9 kênh 3,5MHz Vì vậy, nếu cứ bồn nhà khai thác băngtần này thì thường nhà khai thác chỉ được cung cấp sử dụng 2x2 kênh 3,5MHz

 Băng 2500-2690MHz (băng 2,5GHz): Băng tần này là băng tần được WiMAX Forum ưutiên lựa chọn cho WiMAX di động theo chuẩn 802.16.2005 Có 2 lý do cho sự kiện này:

3

• Thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này thíchhợp cho các ứng dụng di động.

• Thứ hai, khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụng WBA baogồm cả WiMAX WiMAX ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ songcông FDD, TDD

 Băng 2300-2400MHz (băng 2,3GHz): Băng 2,3GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tựnhư băng 2,5GHz nên băng tần được WiMAX Forum xem xét cho WiMAX di động

Hiện có một số nước phân bố băng tân này cho WBA như Hàn Quốc, Úc, Mỹ,Canada, Singapore Singapore đã đầu tư 10 khối 5MHz trong dải 2300-23500MHz để sửdụng cho WBA tương tự băng 2,5MHz Úc chia băng tần này thành 7 khối, không quyđịnh cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng dụng cố định Mỹ chia thành 5khối 10MHz, không quy định cụ thể về độ rộng kênh, cho phép triển khai cả FDD và TDD

Đối với Việt Nam, đây cũng là băng tần có khả năng sẽ được sử dụng triển khaiWBA/WiMAX

 Băng 5725-5850MHz (băng 5,8GHz): Băng tần này được WiMAX Forum quan tâm vìđây là băng tần được nhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suấttới cao hơn so với các băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz),vốn thường được sử dụng có các ứng dụng trong nhà

WiMAX Forum thì băng tần này thích hợp để triền khai WiMAX cố định, độrộng phân kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD, không có FDD

 Băng dưới 1GHz: Với tần số càng thấp, sóng vô tuyến là truyền càng xa, cố trạm gốc cần

sử dụng càng ít (mức đầu tư cho hệ thống thấp) Vì vậy, WiMAX cũng đang xem xét khảnăng sử dụng các băng tần dưới 1GHz, đặc biệt là băng 700-800MHz

Hiện nay, một số nước đang thực hiện việc chuyển đổi từ truyền hình tương tựsang truyền hình số, nên sẽ có một phần phổ tần sử dụng cho WBA/WiMAX Ví dụ: Mỹcấp băng 699-741MHz trước đây dùng cho kênh 52-59VHF truyền hình và xem xét cấptiếp băng 748-801MHz (kênh 60-69VHF truyền hình)

Với Việt Nam, do đặc điểm có nhiều đài truyền hình địa phương nên các kênhtrong dãy 470-806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc cho các hệ thôngtruyền hình tương tự Hiện chưa có lộ trình cụ thể nào để chuyển đổi các hệ thống truyềnhình tương tự này sang truyền hình số, nên chưa có khả năng có băng tần để cấp choWBA/WiMAX ở đây

Cơ sở quan trọng của WiMAX là sự tương thích của thiết bị WiMAX, được diễnđàn WiMAX chứng nhận, tạo sự tin cậy và là tăng số lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụkhi mua thiết bị không chỉ từ một công ty và tất cả đều tương thích với nhau Các cơ sởquan trọng khác là chi phí, độ bao phủ và chuẩn cho truy cập vô tuyến và di động

DSL là tên của cụm từ Digital Subcriber Line là một công nghệ sử dụng cácphương pháp điều biến phức tạp, chuyển các dữ liệu thành các gói để truyền tải trên dâyđiện thoại Trước đây, đường dây điện thoại chỉ có thể truyền một kênh thoại băng tân3,4KHz Nhờ áp dụng các công nghệ xử lý số, bù suy hao, giãm nhiễu…mà công nghệxDSL có thể truyền 100 kênh thoại số hoặc một kênh video chất lượng cao trên mộtđường dây điện thoại Model số DSL theo một cách khác sẽ truyền tải dữ liệu giữa haiđiểm đầu cuối của đường cáp Tín hiệu sẽ không đi qua hệ thống chuyển mạch điện thoại

và do đó không gây nhiễu đến tín hiệu thoại Trên thực tế, băng tần thoại trên cáp đồngchỉ là 0 – 4KHz, trong khi công nghệ xDSL thường dùng tần số trên 100KHz

Ưu điểm lớn nhất của công nghệ xDSL khi ra đời chính là khả năng truyền tảiđược nhiều ứng dụng khác nhau mà trước đây chưa thực hiện được , đồng thời lại tậndụng được mạng điện thoại sẵn có và rộng khắp xDSL được phân loại như sau:

• ISDN (Integrated Services Digital Netword: Mạng số tích hợp đa dịch vụ) được coi

là sự mở đầu của xDSL ISDN ra đời năm 1976 với tham vọng thống nhất cho truyền

dữ liệu và thoại Trong ISDN, tốc độ giao tiếp cơ sở (BRI-Basis Rate Caterface) cungcấp hai kênh 64Kbps (Megabit per second) (kênh B) dành cho thoại và dữ liệu vàmột kênh 16Kbps (kênh D) dành cho các thông tin báo hiệu điều khiển Nhược điểmcủa công nghệ chỉ là truyền dịch vụ thoại và chuyển mạch gói tốc độ thấp Nó khôngthích hợp cho chuyển mạch gói tốc độ cao và thời gian chiếm giữ lâu dài Chính điềunày là đặc điểm của mạng Internet hiện nay Do đó, ISDN không được áp dụng rộngrãi mà chỉ áp dụng cho các gia định hoặc doanh nghiệp nhỏ mặc dù ISDN là côngnghệ mở đầu cho tất cả các loại dịch vụ tích hợp

• HDSL (High bit rate Digital Suberiber Line) ra đời trong phòng thí nghiệm 1986.Thực chất các thiết bị thu phát HDSL là sự thừa kế của ISDN nhưng ở mức độ phứctạp hơn HDSL ra đời dựa trên tiên chuẩn T1/E1 của Mỹ/Châu Âu HDSL cho phéptruyền 1,544Mbps hoặc 2,048Mbps trên hai hay ba đôi dây HDSL2 ra đời sau đócho phép dùng một đôi dây để truyền 1,544Mbps đối xứng HDSL2 ra đời mangnhiều ý tưởng của ADSL Ưu thế của HSDL là loại công nghệ không cần các trạmlặp, tức có độ suy hao thấp hơn các loại khác trên đường truyền HDSL được ưudùng do các đặc tính chuẩn đoán nhiễu (do SNR) và ít gây nhiễu xuyên tâm HDSLđược dùng bởi các nhà khai thác nội hạt (các công ty điện thoại) hay cung cấp cácđường tốc độ cao giữa nhiều tòa nhà hay các khu công sở với nhau

• VDSL (Very high bit rate DSL): VDSL là một công nghệ xDSL cung cấp đườngtruyền đối xứng trên một đôi dây đồng Dòng bit tải xuống của VDSL là cao nhấttrong tất cả các công nghệ xDSL, đạt tới 52Mbps, dòng tải lên có thể đạt 2,3Mbps.VDSL dùng cáp quang để truyền dẫn là chủ yếu và chỉ dùng cáp đồng ở phía đầucuối

• ADSL (Asymmetrical DSL): ADSL chính là một nhánh của xDSL ADSL cung cấpmột băng thông không cân bằng trong dòng dữ liệu tải xuống (download) và tải lên(upload) Dòng dữ liệu tải xuống có băng thông lớn hơn dòng dữ liệu tải lên ADSL

1.10. Mô hình ứng dụng của WiMAX

Như đã giới thiệu, WiMAX là hệ thống truy cập viba có tính tương tác rộng dựatrên tiên chuẩn của IEEE 802.16.2004 Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa ra: tổcông tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và diễn đàn WiMAX Tổ công tác IEEE

5

chế định ra tiêu chuẩn còn diễn đàn WiMAX triển khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE802.16 Hai mô hình ứng dụng WiMAX (theo chuẩn 802.16):

• Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX): Mô hình cố định sử dụng các thiết bịtheo tiêu chuẩn IEEE 802.16.2004 Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố đinh” vìthiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao Anten đặttrên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh Chúng ta cũng cóthể đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên không thu tốt bằng anten ngoài trời

• Mô hình ứng dụng WiMAX di động (Mobile WiMAX): Mô hình WiMAX di động

sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e Tiêu chuẩn này bổ sungcho tiêu chuẩn trước hướng tới các user cá nhân di động

1.11. Công nghệ WiMAX trong môi trường không có vật cản (LOS) và môi trường

có vật cản (NLOS).

Trong khi những kỹ thuật ngày nay dùng được cho vô tuyến băng rộng cố địnhchỉ có thể cung cấp vùng bao phủ LOS WiMAX sau này đã có thể lạc quan hơn vì nócung cấp công nghệ vùng bao phủ NLOS WiMAX cung cấp vùng bao phủ rộng gần50km dưới điều kiện LOS và bán kính tế bào (cell) đến 5 dặm (khoảng 8km) dưới điềukiện NLOS

1.12. Sự truyền sóng trong môi trường LOS và môi trường NLOS.

Kênh vô tuyến của một hệ thống vô tuyến hiện nay thường mô tả bằng một hoặchai phương pháp: LOS và NLOS

• Với đường truyền LOS, yêu cầu tín hiệu được truyền theo đường trực tiếp và không

có chướng ngại vật giữa phía phát và phía thu Đặc tính đường truyền LOS là yêu cầutoàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật, nếu yêu cầu này khôngđược thỏa mãn thì cường độ tín hiệu sẽ giảm khá nhiều Không gian miền Fresnelphụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa nơi truyền và nơi nhận

Hình 1: Môi trường LOS

• Với đường truyền NLOS (Non-Light-of-Sight) tín hiệu tới máy thu thông qua sựphản xạ (neflecting), tán xạ (scattering) và nhiễu xạ (diffractions) Tín hiệu tới máythu (tín hiệu thu được) gồm các thành phần: theo đường trực tiếp (direct path), cácđường phản xạ (indirect path), năng lượng phân tán và những đường truyền bị nhiễu

xạ Những tín hiệu này có những khoảng trễ, sự suy hao, phân cực và trạng thái ổnđịnh liên quan tương đối trên đường truyền trực tiếp.

Hình 2: Môi trường NLOSTrong truyền dẫn thông tin, môi trường truyền thông vô tuyến là môi trường khắcnghiệt nhất vì nó gây suy hao tín hiệu về bên độ, về tần số kèm theo các hiệu ứng đađường Hiện tượng đa đường có thể là nguyên nhân đáng xem xét nhất dẫn đến phân cựccủa tín hiệu Do đó, sử dụng phân cực có nghĩa là sử dụng lại tần số mà bình thường triểnkhai trong LOS lại khó khăn ứng dụng trong NLOS

Bằng cách nào đó một hệ thống vô tuyến sử dụng những tín hiệu đa đường này

để cung cấp đảm bảo trong điều kiện NLOS? Một sản phẩm đơn thuần chỉ làm tăng côngsuất để có thể vượt qua được những vật cản (có thể gọi là “gần tầm nhìn thẳng”:near line

of sigh) không phải là NLOS bởi vì phương pháp này vẫn dựa vào tín hiệu trực tiếp cócường độ mạnh (năng lượng lớn) chứ không phải tín hiệu gián tiếp (undirect signal)

Cả hai phương pháp LOS và NLOS trong điều kiện bao phủ đều bị chi phối bởiđặc tính môi trường truyền sóng, suy hao đường truyền và quỹ đường truyền vô tuyến(radio link budget)

1.13. Ưu điểm của kỹ thuật NLOS so với kỹ thuật LOS.

Một vài ưu điểm của kỹ thuật NLOS so với kỹ thuật LOS:

• Cần xác định vị trí chính xác và hạn chế độ cao của anten thì không thuận lợi cho vịtrí đặt anten trong điều kiện LOS (vì LOS thì phải đặt anten ở vị trí cao, thuận lợi choviệc thu tín hiệu nhưng lại không thuận lợi cho thiết bị đầu cuối)

• Mạng tế bào không ngừng mở rộng ở đó việc tái sử dụng tần số là cần thiết, hạ thấp

độ cao anten là có lợi để giãm nhiễu đồng kênh giữa các cell lân cận Điều này sẽ làmcho các trạm gốc phải hoạt động trong điều kiện NLOS vì các hệ thống LOS khôngthể hạ thấp độ cao của anten bởi làm thế sẽ ảnh hưởng đến tầm nhìn thẳng từ CPE(Customer Premises Equipment-thiết bị tại nhà khách hàng)

Vì vậy kỹ thuận NLOS giảm được chi phí lắp đặt, do CPE có thể lắp đặt tại nhiều

vị trí ở những địa hình phức tạp và giảm được chi phí do việc khảo sát vị trí ở trạm trướckhi lắm đặt và nâng cao sự chính sác của các công cụ hoạch định NLOS

7

Hình 3: Vị trí của CPE trong môi trường NLOS

Công nghệ NLOS và các đặc tính cao cấp trong WiMAX làm nó có thể sử dụngthiết bị tại nhà khách hàng-CPE Có hai trở ngại:

• Tổn hao xâm nhập tòa nhà

• Phủ sóng với khoảng cách vừa đủ thì công suất truyền thấp hơn và độ lợi anten phùhợp với các CPE trong nhà

WiMAX có thể làm được điều này và phạm vi phủ sóng của NLOS còn có thểđược cải thiện hơn nữa nhờ sử dụng các tùy chọn của WiMAX

CHƯƠNG II: NHỮNG TIÊU CHUẨN VÀ KỸ THUẬT TRONG WIMAX

Chuẩn 802.16 là chuẩn không dây lastmile (dặm cuối) Tiêu chuẩn này hoàn toàndựa trên IP và được hội đồng IEEE (viện các kỹ sư điện và điện tử Mỹ) triển khai nghiêncứu từ đầu năm 2000 đến nay và đã được IEEE thông qua hai chuẩn:

• Chuẩn 802.16.2004 cho mạng cố định thông qua vào đầu tháng 7/2004 (phổ tần sốthấp hơn 11GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng, kỹ thuật OFDM) tốc độ truyền cựcđại; dưới 75MBps với độ rộng băng tần 20MHz; 4-18Mbps với độ rộng băng tần5MHz; bán kình vùng phủ sóng của một cell là 2-10km (tùy thuộc vào tần số và mật

độ người dùng)

• Chuẩn 802.16e cho mạng di động được thông qua vào ngày 7/12/2005 (phổ tần sốthấp hơn 6GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng, kỹ thuật OFDMA; tốc độ truyền cựcđại: dưới 75Mbps với băng tần 20MHz; bán kính vùng phủ sóng của một cell là 1-3km Indoor và 2-5km Outdoor; tốc độ di chuyển của người dùng 100km/h vẫn đảmbảo liên lạc tốt

Công nghệ WiMAX, giải quyết hay làm giảm bớt những trở ngại do NLOS bằngcách sử dụng:

 Kỹ thuật OFDM

 Sub-channelization

 Anten định hướng

 Tính đa dạng (phân tập) của thu và phát

 Điều chế thích ứng

 Các lỹ thuật hiệu chỉnh lỗi

 Điều khiển công suất

2.2.1 Kỹ thuật OFDM

Cung cấp hoạt động hiệu quả, nghĩa là nó khắc phục được những khó khăn củaviệc truyền NLOS Dạng sóng OFDM trong WiMAX có ưu điểm là hoạt động với việctrải trễ rộng trong điều kiện NLOS Bởi vì công dụng của biểu tưởng thời gian OFDM vàviệc sử dụng CP (Cyclic Prefix), dạng sóng OFDM loại trừ được vấn đề ISI (Inter-Symbol Interference) và sự phức tạp của bộ cân bằng thích ứng Dạng sóng OFDM gồmnhiều sóng mang trực giao băng hẹp, fading lựa chọn được định vị cho một tập con cáccon sóng mang tương đối dễ cân bằng

Ví dụ mô tả dưới đây để chỉ ra như là sự so sánh giữa một tín hiệu OFDM và mộttín hiệu sóng mang đơn, với thông tin được gửi song song giữa OFDM và một chuỗi sóngmang đơn

Hình 4: Sóng mang đơn và OFDMMột ví dụ chỉ ra sự cân bằng của OFDM dể hơn so với việc cân bằng sóng mang đơn

9

Hình 5: Sóng mang đơn và tín hiệu thu OFDM

Có khả năng khắc phục được sự trải trễ, đa đường và ISI một cách hiệu quả, chophép tăng tốc độ dữ liệu

Vì tất cả những lý do này, những tổ chức quốc tế đã thiết lập bởi IEEE 802,ETSPBRAN và ETRI để xác định OFDM như một kỹ thuật ưu tiên được lựa chọn

2.2.2 Sub-channelization

Sub-channelization trong đường lên là một tùy chọn trong WiMAX Ngoài channelization, những giới hạn điều tiết và yêu cần các CPE đáp ứng hiệu quả là nguyênnhân đặc trưng của đường truyền không đối xứng Nguyên nhân này là cho phạm vi hệthống trên đường lên bị hạn chế

sub-• Sub-channelization cho phép đường truyền được cân bằng làm cho độ lợi (gain) của

hệ thống đạt tới sự cân bằng cho đường lên và đường xuốn

• Sub-channelization tập trung công suất truyền vào một vài sóng mang OFDM, điềunày sẽ làm tăng độ lợi của hệ thống

Có thể chọn (một trong hai) sử dụng để mở rộng phạm vi của hệ thống, khắcphục được sự mất mát (sự tổn hại thâm nhập) do xuyên qua tòa nhà hoặc giảm bớt côngsuất tiêu thụ của CPE Việc sử dụng sub-channelization còn được mở rộng hơn trong kỹthuật truy cập đa sóng mang phân chia tần số trực giao cho phép sử dụng linh hoạt hơntài nguyên cung cấp cho di động

Hình 6: Hiệu ứng của sub-channelization

2.2.3 Anten định hướng

Anten định hướng tăng “fade margin” bằng cách thêm độ lợi, điều này làm tăngkhả năng kết nối (của đường truyền) được chỉ ra bởi hệ số k-hệ số so sánh giữa antenđịnh hướng và anten đẳng hướng Độ trể truyền dẫn (delay spread) sẽ được giảm hơn nữabởi anten định hướng ở trạm gốc (BS-Basic Station) và thiết bị tại nhà khách hàng (CPE-Customer Premises Equipment) Anten khử nhiễu tốt ở bất kỳ tín hiện đa đường nào tớibúp sóng chính và búp sóng phụ Hiệu quả của phương pháp này đã được chứng minh vàthể hiện ở việc khai triển thành công trong những dịch vụ vận hành hoạt động dưới ảnhhưởng đáng kể của fading NLOS Các hệ thống anten thích ứng là một phần tùy chọn củachuẩn 802.16 Đặc tính ở đây là tạo chùm mà có thể hướng sự tập trung vào một hoặcnhiều hướng xác định Điều này có nghĩa là trong khi truyền, tín hiệu có thể bị giới hạntới hướng yêu cầu ở nơi thi, như là một tia sáng Ngược lại khi thu, hệ thống anten thíchứng (ASS-Adaptive Antenna Symtems) có thể được thiết kế để chỉ tập trung vào hướngcủa tín hiệu đến Chúng cũng có đặc tính khử nhiễu đồng kênh (co-channel) từ các trạmkhác Các hệ thống ASS được coi là sự phát triển tương lai và thậm chí cải tiến để tái sửdụng phổ và dung lượng của mạng WiMAX

2.2.4 Phân tập của việc truyền và nhận.

Phân tập được sử dụng để thi được tín hiệu đa đường và tín hiệu phản xạ xuấthiện trong mội trường NLOS Phân tập là một tùy chọn trong WiMAX Thuật toán phântập trong WiMAX cho cả phía truyền và phía nhận làm tăng độ lợi của hệ thống Tùychọn phân tập truyền trong WiMAX sử dụng mã không gian - thời gian (STC-SpaceTime Code) cung cấp nguồn phát có tính độc lập, làm giảm bớt nhu cầu “fade margin” vàchóng lại sự giao thoa Đối với phân tập nơi thu, các kỹ thuật khác nhau được kết hợp lại

sẽ cải thiện chất lượng của hệ thống, Phân tập được chứng minh là công cụ hiệu quả choviệc truyền trong môi trường NLOS

2.2.5 Điều chế thích ứng.

Cho phéo hệ thống WiMAX điều chỉnh sự điều chế tín hiệu phụ thuộc vào tỷ sốcông suất tín hiệu trên nhiễu (SNG-Signal to Noise Rate) của kết nối vô tuyến Khi kếtnối vô tuyến chất lượng cao (nghĩa là sự can nhiễu của môi trường là không đáng kể) thìmức điều chế cao nhất được sử dụng làm cho dung lượng hệ thống tăng thêm Ngược lạikhi mà môi trường xấu (tín hiệu nhận lại bị suy yếu), hệ thống WiMAX có thể chuyểnsang mức điều chế (hay là thay đổi kiểu điều chế) thấp hơn để duy trì chất lượng kết nối

11

và tính ổn định của kết nối Điều này giúp cho hệ thống khắc phục được fading lựa chọnthời gian Đặc điểm quan trọng của điều chế thích ứng là nó làm tăng phạm vị sử dụngcủa mữa điều chế cao hơn mức có thể sử dụng Do đó hệ thống có thể linh hoạt trongđiều kiện fading thực tế.

Hình 7: Bán kính cell

2.2.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi.

Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi được kết hợp vào WiMAX để giảm tỷ kệ công suấttín hiệu trên nhiễu theo yêu cầu Mã hóa xoắn Read Solomon FEC và thuật toán đan xenđược sử dụng để phát hiện và sửa chữa để cải thiện thông lượng Các kỹ thuật này giúpkhôi phục (cứu được) các frame lỗi do fading lựa chọn tần số hoặc do lỗi cụm Yêu cầu

tự động gửi lại (ARQ: Automatic Repeat Request) để hiệu chỉnh các lỗi mà không sửađược bằng thuật toán sửa lỗi trước (FEC: Forward Error Control) bằng cách nhận biếtđược các lỗi thông tin không mong muốn Thuật toán này cải thiện đáng kể hiệu suất vớicùng mức ngưỡng

2.2.7 Điều khiển công suất.

Các thuật toán điều khiển công suất được sử dụng để cải thiện hiệu suất tổng thểcủa hệ thống, nó được thực hiện nhờ trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất đếntừng CPE để ổn định mức công suất phát cao cho mức thu tại trạm gốc luôn ở mức địnhtrước Trong môi trường fading thay đổi không ngừng (luôn luôn biến đổi) mức địnhtrước nghĩa là CPE chỉ truyền đủ công suất theo nhu cầu (nghĩa là tùy theo sự thay đổimôi trường mà CPE cần phải có được mức công suất như vật thì mới thu nhận được tínhiệu Còn trong điều kiện xấu nhất thì CPE sẽ phát mức nền (mức gốc)

Điều khiển công suất sẽ làm giảm năng lượng trên thu tổng thể của CPE và sựgiao thoa tiềm ẩn từ các trạm gốc từ vùng phủ sóng chung Với môi trường không cóchướng ngại vật (LOS), công suất truyền của CPE tương ứng (xấp xỉ) với khoảng cáchcủa nó tới trạm gốc, với môi trường có chướng ngại vật (NLOS) phụ thuộc rất nhiềukhoảng trống và chướng ngại vật

1xEVDO và HSDPA/HSPA là thế hệ mạng điện thoại di động 3G CDMA nhằmcung cấp thêm các dữ liệu bên cạnh các dịch vụ thoại truyền thống WiMAX đầu tiênđược phát triển cho dịch vụ truy cập vo tuyến băng rộng cố định và sau này được tối ưuhóa để phục vụ các dịch vụ dữ liệu băng rộng di động Do WiMAX di động được pháttriển trên nền tảng của mạng WiMAX cố định nên đòi hỏi phải bổ sung thêm một số tiêuchuẩn bổ trợ cho tính di động của thuê bao Những đặc điểm chung được sử dụng để tănghiệu quả của WiMAX di động, EVDO và HSPDA/HSPA là:

• Sử dụng kỹ thuật mã hóa và điều chế thích nghi (AMC-Adaptive Modulation andCoding)

• Kỹ thuật kiểm soát lỗi HARQ

• Điều phối tốc độ cao (Fast Scheduling)

• Tối ưu hóa khi chuyển giao

2.3.1 Kỹ thuật mã hóa và điều chế thích nghi

Kỹ thuật AMC được sử dụng ở cả hai công nghệ 1xEVDO và HSPA Công nghệ1xEVDO_RevO chỉ sử dụng kỹ thuật AMC ở hướng xuống còn ở hướng lên thì sử dụngBPSK với tốc độ mã hóa cố định 1xEVDO_RevA và 1xEVDO_RevB sử dụng kỹ thuậtAMC cho cả UL và DL Trong khi đó HSPDA chỉ sử dụng AMC ở DL còn HSPA sửdụng cho cả hai chiều

WiMAX di động sử dụng AMC ở cả hai chiều UL và DL với các kích cỡ góikhác nhau Ở UL có thể hổ trợ điều chế 16-QAM, 64-QAM hay QPSK cho các kênh trựcgiao chiều lên

2.3.2 Kỹ thuật kiểm soát lỗi

Nhiệm vụ quan trọng trong truyền dữ liệu là điều khiển lỗi để truyền dữ liệu đếnphía thi một cách chính xác Có hai phương pháp điều khiển lỗi cơ bản là FEC (ForwardError Control) và ARQ (Automatic Repeat Request)

Với FEC, thông tin được bảo vệ bằng các phương pháp mã hóa sửa sai, một sốlượng lớn các lỗi sẽ được phía thu tự động sửa chữa khôi phục lại Ưu điểm của FEC làkhông cần cấp kênh phản hồi Feedback cho việc yêu cầu truyền lại cũng như dữ liệu khitruyền đi sẽ không bị trễ khi gặp phải lỗi vì nó được xử lý tỉ lệ thuận với số bit thừa thêmvào các gói dữ liệu vì thế làm tăng dung lượng dữ liệu truyền và nếu số lỗi quá lớn thìphía thu sẽ không phát hiện được Vì thế nếu chỉ sử dụng phương pháp FEC thì chỉ sửdụng cho các loại dữ liệu có tốc độ thấp

Với ARQ, đây là phương pháp xử lý lỗi cho dữ liệu tốc độ cao Bên phát truyềnlại một khi bên nhận yêu cầu gửi lại dữ liệu liệu bị lỗi Sử dụng mã phát hiện sai để phíathu có thể phát hiện lỗi (xác suất không phát hiện được rất thấp), dữ liệu sẽ được truyềnlại nếu phát hiện lỗi xảy ra vì thế đảm bảo dữ liệu đến máy thu là chính xác ARQ được

sử dụng rộng rải trong truyền dữ liệu vì nó đơn giản và có độ tin cậy cao Tuy nhiên độgiữa các lần truyền lại chính là hạn chế của phương pháp này

HARQ là sự kết thợp của hai phương pháp này (FEC và ARQ), đó là một hệthống phụ FEC trong hệ thống ARQ FEC sẽ làm giảm số lần truyền lại bằng cách sửa lỗitrên đường truyền nếu có thể còn trong trường hợp FEC không xử lý được thì ARQ sẽđiều khiển việc truyền lại gói dữ liệu bị lỗi đó

2.3.3 Điều phối dữ liệu tốc độ cao (Fast Scheduling).

Chức năng này được đặt ở trạm gốc và được sử dụng với tốc độ cao cho cả WiMAX

di động và hệ thống 3G nhằm mục đích đáp trả tức thì các biến đổi của kênh truyền

WiMAX di động điều phối dữ liệu tốc độ cao cho cả hai hướng DL và UL Hoạtđộng điều phối của WiMAX diễn ra trên từng khung bằng các bản tin MAP ở nơi bắt đầumỗi khung Vì vậy trong WiMAX di động điều phối có thể thay đổi một cách nhanh chóngtài nguyên cấp phát và đáp ứng nhanh chóng khi có dự thay đổi về điều kiện kênh truyền

2.3.4 Tối ưu hóa quá trình chuyển giao.

Như đã giới thiệu ở trên, có ba loại chuyển giao Khi ở trạng thái chuyển giao cáctrạm gốc truyền dữ liệu đồng thời đến thuê bao nhằm giảm tối đa độ trễ khi chuyền giao xảy

ra Khi chuyển giao, MS sẽ duy trì kết nối với trạm gốc cũ cho đến khi hoàn tất quá trìnhchuyển giao với trạm gốc mới Trong WiMAX di động sử dụng các loại chuyển giao nhằmhạn chế tới mức thấp nhất độ trễ do chuyển giao gây ra

13

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM

Kỹ thuật OFDM là tên của cụm từ Orthogonal Frequency Division Multiplexingnghĩa là ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điềuchế đa sóng mang (MCM-MultiCarrier Modulation) trong thông tin vô tuyến Còn trong các

hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn như hệ thống ADSL, các kỹ thuật này thường đượcnhắc đến dưới cái tên: đa tần (DMT-Discrete-Multi-Tone) Kỹ thuật OFDM lần đầu tiênđược giới thiệu trong bài báo của R W Chang năm 1966 về vấn đề tổng hợp các tín hiệu códải tần hạn chế khi thực hiện truyền qua nhiều kênh con Tuy nhiên, cho tới gần đây, kỹthuật OFDM mới được nhắc đến nhờ những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu và

Trong bất cứ hệ thống truyền tin nào đều có khả năng gây ra lỗi dữ liệu truyền.Các đường truyền dữ liệu có thể có khoảng cách ngắn (vài mét) và cũng có thể dài (hàngnghìn km), môi trường truyền dẫn có thể là hệ thống dây đồng, viba, vệ tinh hặc cápquang Do các đặc tính không lý tưởng của kênh truyền cũng như tác động của các yếu tốgây nhiễu bên ngoài nên không bao giờ đạt được độ tin cậy truyền tin hoàn toàn 100%.Sai số hoặc lỗi xuất hiện trong quá trình truyền dữ liệu là điều không tránh khỏi Trongcác kênh truyền tin số, nếu như xem rằng các chuỗi ký hiệu truyền vẫn được giữ nguyêntrật tự và chỉ sai số ở dạng bit, thì dưới gốc độ kỹ thuật, các lỗi trong kênh nhị phân đó cóthể được phân ra làm hai loại:

Lỗi có xác suất ký hiệu một, thường xảy ra ở các kênh truyền có tốc độ thấp, độ tin cậytruyền tin lớn Xác suất lỗi trong trường hợp này thường nhỏ và các bit lỗi thường độc lập(không phụ thuộc vào nhau)

Lỗi có tính chất cụm, thường do các yếu tố tạp nhiễu bên ngoài tác động làm cho một sốbit liên tiếp hoặc một cụm bit nào đó bị sai lệch Trong trường hợp này xảy ra hiện tượngtrong từ mã có những bit liên tiếp bị lỗi

Trong kỹ thuật OFDM, để nhận biết và khắc phục các lỗi truyền, có hai phươngpháp được ứng dụng, đó là phương pháp phát hiện lỗi (error detection) và phương phápsửa lỗi (error correction) trong bộ mã hóa kênh

Đối với một kênh truyền tin trong trường hợp có nhiễu (trắng, cộng) AWGN(Additive White Gaussian Noise) thì theo định luật Shannon-Harley, dung lượng kênhtruyền được biểu thị theo biểu thức:

(1)

Với: C: dung lượng kênh (bps)

S/N: tỷ số giữa tín hiệu và tạp âm tại máy thu

Cũng theo Shannon, nếu tốc độ truyền tin là R nhỏ hơn dung lượng của kênh thìcác biện pháp mã hóa có thể ứng dụng với các xác suất lỗi của tín hiệu thu được ở mứcnhỏ tùy ý, ngược lại thì không thể dùng các biện pháp mã hóa thông thường.

Hầu hết, các hệ truyền tin thì công suất tín hiệu và độ rộng dải tần là có giới hạn.Vấn đề ở đây là làm thế nào để giảm được công suất của tín hiệu trong lúc vẫn giữnguyên được tỷ lệ lỗi bit (BER-Bit Error Ratio) Điều đó có thể được thực hiện bằng cáchcộng thêm vào một số bit phụ (bit dư) vào nội dung thông tin và đó là phương pháp mãhóa kênh hoặc mã sửa lỗi

Trong các hệ truyền tin tốc độ cao mà ở đây là kỹ thuật OFDM, có hai loại mãhóa kênh được sử dụng phổ biến: mã hóa khối và mã hóa xoắn Tại phía thu, các bit dư

đã được cộng thêm vào được sử dụng để phát hiện lỗi nào đó gây nên bởi kênh truyền, đểphát hiện lỗi và sửa lỗi có hai phương pháp được sử dụng, đó là:

Phương pháp sửa lỗi trước (FEC-Forward Error Correction)

Phương pháp yêu cầu tự động lặp lại (ARQ-Automatic Repeat Requeat)

.1.1.1. Mã khối.

Giả sử rằng đầu ra của một nguồn tin là các bit nhị phân “0” và “1”_dãy thôngtin nhị phân này được chia thành dãy các thông tin có chiều dài cố định (gọi là đoạn tin).Mỗi đoạn tin (u) gồm có k bit thông tin Việc mã hóa theo một quy luật nào đó sẽ ánh xạđoạn tin (u) thành một vector n thành phần v (n>k) và v được gọi là từ mã (vector mã)của đoạn tin Mỗi đoạn tin sẽ có một từ mã riêng biệt, tập từ mã này được gọi là mã khối.Đối với một mã khối có 2k từ mã và mỗi từ mã có chiều dài n thì việc lưu lại bảng mã đểphục vụ cho việc giải mã sẽ gặp khó khăn Do đó có một loại mã khối có cơ chế hoạtđộng dể dàng hơn,có thể áp dụng thuận lợi trong thực tế, đó là mã khối tính Với cấu trúccủa mã khối tuyến tính, sự phức tạp của quá trình mã hóa và giải mã sẽ giảm đi rất nhiều

Một mã được gọi là tuyến tính nếu như tổng tất cả các từ mã tạo nên một trườngvector Trong trường hợp đối với kênh nhị phân thì các vector của trường vector thường

có cấu trúc khối (block), vì vậy bộ mã được gọi là mã khối tuyến tính Mã khối tuyến tínhthường được biểu diễn dưới dạng các trường vector và các ma trận Bằng cách nào đó,chúng ta phân chia tập mã (k,n) thành hai trường: một trường đặc trưng cho thông tin vàmột trường đặc trưng cho kiểm tra và sửa lỗi, thì lúc đó chúng ta sẽ có một mã khối tuyếntính có thể phát hiện và sửa lỗi

Một mã khối có chiều dài n, gồm 2k từ mã được gọi là mã tuyến tính (n,k) nếu vàchỉ nếu 2k từ mã hình thành một không gian vector con k chiều của không gian vectorgồm tất cả các vector thành phần của trường nhị phân GF(2) (Galois Field)

Mã khối tuyến tính được biểu thị dưới dạng (n,k), trong đó k là số bit của đoạn tinđược chuyển đổi thành n bit từ mã, hiệu số của n và k là các bit dư được sử dụng cho việcphát hiện lỗi Tốc độ mã hoặc hiệu suất mã được xác định bằng tỷ số k/n Các từ mã tuyếntính có thể được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp biến đổi tuyến tính đoạn tin

15

Một trường vector hoặc một từ mã được gọi là mã vòng nếu như bất kỳ một vector

v (a0, a1, …, an-1) của trường vector đó cũng có tương ứng một vector v’ (an-1, a0, a1, …, an-2)trong đó vector v’ do các thành phần của vector v dịch chuyển về phía phải một vị trí vàchúng đều phụ thuộc vào trường V

.1.1.3. Mã Reed-Solomon (mã RS)

Các mã RS quy ước ký hiệu là RS (n,k) trong đó n là độ dài từ mã ký tự, k là số các

ký tự dữ liệu có S bit và hiệu số n-k là số các ký tự kiểm tra được cộng thêm vào dữ liệu.Nếu kích cỡ ký tự là s bit thì chiều dài cực đại của mã RS tính theo byte là 28 – 1 = 255 byte

Mã RS (255,233) là một loại mã được sử dụng phổ biến trong các hệ truyền tin,đặc biệt là trong thông tin vô tuyến Trong mã RS đó thì trong mỗi từ mã có 233 byte dữliệu và 32 byte được sử dụng cho kiểm lỗi và cũng do đó mã có khả năng giữ đến 16 bytelỗi ở dữ liệu được nếu có lỗi

.1.2. Interleaving.

Nhiệm vụ của kỹ thuật là đan xen sắp xếp lại dãy các bit truyền sao cho hiệu ứnggây ra lỗi cụm là bé nhất Kỹ thuật đan xen có thể được ứng dụng cho cả mã khối và mãxoắn

Khối đan xen được thực hiện bằng cách, trước tiên nhờ từ mã đầu ra của bộ mãhóa vào một bảng hai chiều Giả thiết bảng có kích thước là “m x n” trong đó m là số các

từ mã được đan xen và n là số bit của từ mã Mỗi một dòng của bảng mã là một từ mãđược tạo ra ở bộ mã hóa Một khi bảng đã được sắp xếp đầy thì nội dung đó là đầu ra đểtruyền, nhưng trong trường hợp này thì dữ liệu đọc ra không theo dòng mà theo thứ tựcột Như vậy việc truyền mỗi ký tự của một từ mã cụ thể sẽ không theo thứ tự kế tiếp mà

sẽ được phân tán theo thời gian khắp suốt các từ mã được truyền

Hình dưới đây mô tả phương pháp đan xen và kết quả như đã giải thích

Hình 8: Các từ mã đan xen và kết quả

Hình 9: Dữ liệu vào và ra của khối Interleaving

.1.3. Chuyển đổi nối tiếp song song.

Dòng dữ liệu sau khi qua bộ mã hóa kênh và Interleaving là dạng dòng nối tiếp(khoảng 40 – 4000 bit) Trong kỹ thuật của OFDM, vì phải phân chia dòng chữ hiện cóthành nhiều cụm bit để sử dụng phương pháp truyền đa sóng mang (mỗi sóng mang tảimột số bit), nên quá trình chuyển đổi từ nối tiếp qua song song là cần thiết Dòng dữ liệunối tiếp phân phối mỗi sóng mang bao nhiêu bit là phụ thuộc vào sơ đồ điều chế và sốsóng mang được sử dụng

độ, theo tần số hoặc theo góc pha Việc điều chế được hiểu đơn giản là quá trình biến đổimột hoặc nhiều đặc tính của sóng mang theo sự biến đổi thông tin Trong các hệ thôngtin, có hai dạng điều chế cơ bản, đó là điều chế tương tự và điều chế số

Một hệ thống truyền tin trong đó năng lượng được truyền và thu dưới dạng sóngtương tự (tín hiệu biến đổi liên tục theo thời gian) được gọi là hệ thống truyền tin tương tự

Truyền tin số (digital communication) trong thực tế bao gồm cả truyền dẫn số vàradio số

• Truyền dẫn số (digital transmission) là hệ thống truyền dẫn trong đó các xung số(mức rời rạc) được truyền giữa hai hai nhiều điểm trong hệ thống truyền tin Vớitruyền dẫn số thì không cần có sóng mang và các thông tin nguyền có thể dạng sốhoặc tương tự Nếu thông tin là dạng tương tự thì cần phải chuyển đổi thành dạng sốtrước khi truyền và được chuyển đổi trở lại dạng tương tự ở phía thu Các hệ thôngtruyền tin số có đường truyền vật lý giữa phát và thu là đôi dây kim loại hoặc sợi cápquang

• Radio số là việc truyền các sóng mang tương tự được điều chế số giữa hai hoặc nhiềuđiểm trong hệ thống thông tin truyền tin Ở hệ thống radio số thì một trường truyềndẩn có thể là phương tiện vật lý hoặc không gian tự do

Có hai nguyên nhân phải thực hiện điều chế trong các hệ thống thông tin điện

tử, đó là:

• Các tần số rất thấp khó bức xạ từ anten dưới dạng sóng điện từ

• Các tín hiệu thông tin thường có dãy tần giống nhau và nếu như các tín hiệu từ haihoặc nhiều nguồn được phát cùng thời gian thì chúng sẽ gây nhiễu lẫn nhau Vì thế

17

phải chuyển đổi thông tin thành các băng tần khác nhau (tức là trên các kênh khácnhau).

Kỹ thuật OFDM sử dụng các loại kỹ thuật điều chế số như PSK, QPSK, QAM…

Ví dụ:

Với điều chế 16 - QAM, mỗi tải phụ mang 4 bit dữ liệu, tức là bộ chuyển đổi S/Pphân chia dòng dữ liệu, cứ mỗi 4 bit trên sơ đồ điều chế 16 – QAM Nếu dòng dữ liệuvào bộ S/P là 400 bit và ta sử dụng phương pháp điều chế 16 – QAM thì số sóng mangcần là 100 Đối với điều chế thích ứng, phương pháp điều chế trên một tải phụ có thể thayđổi và như vật thì số bit tải cũng thay đổi

Giả sử ta sử dụng điều chế 16 – QAM Dữ liệu đầu vào được chia thành bốnkênh, kênh I, I’, Q và Q’ Tốc độ bit của mỗi kenh bằng ¼ tốc độ bit đầu vào fb/4 Bốn bit

đó được nhịp nối tiếp trong bộ chia bit, sau đó chúng được đưa ra đồng thời (diễn ra songsong) đến các kênh I, I’, Q và Q’ Các bit I và Q xác định cực của tín hiệu đầu vào của bộchuyển đổi 2 mức thành 4 mức (logic 1: dương và logic 0: âm), các bít I’ và Q’ xác địnhbiên độ (logic 1: 0,821v và logic 0: 0,22v)

Như vậy các bộ chuyển đổi 2 mức thành 4 mức sẽ tạo ra một tín hiệu PAM có 4mức ở đầu ra Tại mỗi đầu ra của bộ chuyển đổi 2 – 4 có 2 khả năng biên độ và 2 khảnăng cực (cộng trừ 0,22v và cộng trừ 0,821v) Các tín hiệu PAM được điều chế với sóngmang đồng pha và sóng mang cầu phương (900) ở các bộ điều chế tích

Bộ điều chế tích:

Kênh I : 0,821sin(wct); 0,22sin(wct)Kênh Q: 0,821cos (wct); 0,22cos(wct)

Bộ cộng tuyến tính sẽ tổng hợp các đầu ra của bộ điều chế tích (I và Q) để tạo ra

16 trạng thái đầu ra

Sơ đồ:

Hình 10: Quá trình điều chế 16-QAM

Bộ chân lý của bộ chuyển đổi 2 mức thành 4 mức

1 0 +0,22v

Kênh QBảng 1: Giá trị điện áp đầu ra ứng với giá trị bit ngõ vào của bộ chuyển

đổi 2 mức thành 4 mức

Ví dụ: Cho 4 bit đầu vào 0000 (tức nhóm mã 0000)

Ta nhóm mã này được đưa vào bộ chưa: I = 0; Q = 0, Q’ = 0

Sau đó được đưa vào bộ chuyển đổi 2 mức thành 4 mức của kênh I là I = 0

và I’ = 0 nên đầu ra là -0,22v còn kênh Q là Q = 0 và Q’ = 0 nên đầu ra là -0,22v.Như vậy, hai đầu vào của bộ điều chế có tính kênh I là -0,22v và sin(wct) vàđầu ra là I = (-0,22) [sin(wct)] = -0,22.sin(wct)

Bảng 2: Giá trị điện áp ngõ ra ứng với giá trị bit ngõ vào của bộ điều chế 16-QAM

Ta nhận thấy mọi sự kết hợp của 4 bit dữ liệu tương ứng một vector I và Q duynhất, được chia ra như một điểm trên hình vẽ:

19

Bài 11: Biểu đồ IQ tại phía phát

Trong máy thư, vector I và Q thu được chuyển đổi thành dữ liệu nhờ thực hiện giảiđiều chế Trong thời gian truyền: nhiễu, suy hao công suất và sự cân bằng kênh thông hoànthiện thì với một điểm I và Q thu được sẽ bị mờ đi ở vị trí của nó

Ví dụ: Đối với nhiễu cộng, biểu đồ I và Q

Hình 12: Biểu đồ IQ tại phía thu

.1.5. Biến đổi DFT và thuật toán FFT.

Biến đổi DFT đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng xử lý tín hiệu số baogồm lọc tuyến tính, phân tích tương quan và phân tích phổ Nó chính là nguyên nhân chínhdẫn đến sự tồn tại của nhiều thuật toán tính toán nhanh DFT mà thuật toán hố biến nhất làFFT

Thuật toán biến đổi Forrier rời rạc (DFT) cho phép phân tích, thao tác và tổng hợptín hiệu theo những cách thức mà phương pháp xữ lý tín hiệu tương tự không thể làm được,

về thực chất nó là một công cụ toán học cho phép chúng ta xác định phổ của tín hiệu rời rạc

Giả sử tín hiệu x(n) = 0 với mọi n < 0 và n N, trong đó N là một số nguyên cố định(N có thể lớn hơn hoặc nhỏ tùy thuộc vào từng ứng dụng)

Biến đổi Forrier rời rạc N điểm Xk của x(n) được định nghĩa

Xk = với k = 0,…,N-1 (2)Còn biến đổi Fourier ngược của x(n):

x(n) = với k = 0,1…N-1 (3)