Tìm hiểu OFDM trong WIMAX

Tìm hiểu OFDM trong WIMAX

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HQC KY THUAT CONG NGHE TP.HCM

KHOA DIEN - DIEN TU

NGANH DIEN TU-VIEN THONG

LUAN VAN TOT NGHIEP

DE TAI:

TIM HI&U OFDM TRONG WIMAX

GVHD: TH s NGUYEN HUY HUNG SVTH : NGUYEN TAT DAT

MUC LUC

1 WiMAX IA dưảaả4ái 1

2 Sơ lược những đặc điểm của WiMAXX ccccrtirrerrirrrrrirererke 1 ch n0 (0i 0 81 2

4 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam 2

1) 9G 20/21 3

6 C8 0i 118 3

J BAMg ta oo 3

8 Những cơ sở quan trọng của công nghé Wimax cesses sseesceseseeneneeeeeseneeees 5 9 Đôi nét về IDSIL .-. - +52 22222 2S E21 1111171 me 6 10 Mô hình ứng dụng của WIMAXX - Án HH HH HH HH ti, 7 11 Công nghệ WIMAX trong môi trường LOS và NLOS .-. 8

12 Sự truyền sóng LOS và NLOS .- Sàn th HH, § 13.Ưu điểm của NLOS so với LOS . + - 2+ 222xS2t+t2ESrrkertrerrrekrrkers 9 CHUGNG 2: CÁC TIÊU CHUAN va KY THUAT CUA WiMAX L.Tiéu Chun WiMAX ou eceecceecsececssesssessveeseesseesnsesscesscsssesseeseeseceseesecesnennensnensneses 11 2.Những giải pháp, kỹ thuật NLOS -S<k LH HH HH kh tiệt 11 2.1 Kỹ thuật OFDM _ - nàng HH HH ng cty 12 2.2 Sub-channel1za(iOI - - «+ v*n ng 1031 kg 1n gi ge 13 P.00) 8000) 0n 14

2.4 Phân tâp của việc truyển và nhận -5©5+c+c+esseerrereree 15 ,Š2)11ì: 89.0: 00888 15

2.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi . 5-5 55ec<c<s+ L1 take 16 2.7 Điều khiển công suất . ¿- 5 St St Eertrkrrerirkerererrerrrke 16 3.Mô tả lớp vật ly(Physical Layer) 3.1 Sơ lược về hai kỹ thuật OFDM (theo chuẩn 802.16) va OFDMA (theo Chuan 802.16€) escceeeceeessessseceseeesneecereeseessneesssecsesssessatesseesseessnesseerscessneesesssveeaseessnes 16 3.2 Cấu trúc khung TDD(song công phân chia theo thời gian) 17

3.3 Các đặc trưng khác của lớp vật lý -cssseeerrrrrrrrr 18

3.4 Kỹ thuật anten thích ngh1 - - - +25 21v tk Hi giờ, 20

4 Mô tả lớp MAC(Media Access Control)

4.2 Bộ điều phối lớp MAC(MAC Scheduler) - - -5s5-x+seccse<e+

4.2.1 Điều phối dữ liệu với tốc độ cao .- - + 5+ cscsrxseseers

4.2.2 Điều phối cho cả hai chiều UL và DL -. -

4.2.3 Cấp phát tài nguyên động . - 5-5 Sàn nheereeeeiererkg 4.2.4 Định hướng QoS(QoS Orlented) . -s-ccecsessesesees 4.2.5 Điều phối lựa chọn tần số -+c7sStcexerrrrerrrrsrrerke 4.2.6 Quản lý tỉnh di động(Mobillity Managemeht)

4.2.6.1 Quần lý nguồn năng lượng .- - 5 sec sxersees 4.2.6.2 Điều khiển công suất ¿7+5 +cztsrrvrrrrrrererrriei 4.2.7 ChuyỂn giaO + cct2221171171121.712112111.1111 11k preg VU: 0 8 HH HH1 111.16 5 So sánh WIMAX di động với IxEVDO va HSPA 5.1 Kỹ thuật mã hoá và điều chế thích nghi 5-5-5 Sex erseseveree 5.2 Kỹ thuật kiểm soát lỗi . /-7-55-cSccScvsrsrereerrrree 5.3 Điều phối dữ liệu tốc độ cao(Fast Scheduling) -. - + + sxe-«+ 5.4 Tối ưu hoá quá trình chuyỂn giaO - 5 57+ Sc+trrvvtersrtrrrrererervee CHƯƠNG 23: KỸ THUẬT OFDM PHẦN I: TONG QUAN KY THUAT OFDM © MA BOA

Ni

Xenh gối 700i c8

Ñ›)L ¡09 :cđiidid'ầdddẳầdẢ3

» Tinh ture 2180 0.0 e

» Khodng bd0 VE 92

Số lượng, nhiệm vụ, vị trí cỦa các sóng mang -. - 55-5 <scscscsserss Lựa chọn sơ đồ điều chếẾ - - + se +33 22558513 12.1 EEEE1111112 117 re Oo oo ~—] nN nA + wo tk) œ aes Oo» Đ Or» = 5 < ov E “> ~ S gQv 5 10 Gidi han bang théng OFDM VA Ufa 86 ccccssesseceesncceeceeseeceeneeneenesneasenceasensens II) li 0i 0iï8 i01

12 Ảnh hưởng của lọc băng thông tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM -

13 Khoảng bảo vệ cosin tăng (Raised Cosine Guard Period) -

E8 c cm

TRUGNG DH KY THUAT CONG NGHE ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

TÌM HIỂU OFDM TRONG WIMAX

NHÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

CO ete cece tee Rete ee DOO EOE OECD OEE OO OOO ROMEO E SO RED OOS SSE EEE ESD SES EE TEESE SSOSSSE SSO HEH OT SSESEOSE SD EOS DESH EOESEDOOOSOESOSOSOOS ET OSE POR eee meen ene eee teens er eee eee eC ROE EOE REE ODODE SESE DEDEDE EE EE SEO HOHE REESE SESESSOOOSSE DOS OOSES TESTO DUS NEESER ES ODES SOSSE SESE SSODESS a2 SÔ DŨỮ.À CD

99 205000000960006000000000990000000000000006008000060000060066006000580056000000900000006900000600/00000090900000000000000090060050000600009500900900000089096 ó4 in GP H EG ĐA G00 00060600800080006060000006000000000000000006000000600000000000000000600000006006000000000000000000600006000000000000900000090900600000 06

“80996606600090990006060000096000009405060000000000090600600000000600000000006000000060000000000000000000000000000000000090900009000090%906000008%08000900 089%

999 %®°9090009999000009006000%6%609090909650Đ56060606000Đ95000600600Đ000060000000000000000000500000000000900000000000000000000000900000909090090009690660006

TP.HCM,ngày tháng năm 2007

Giáo viên hướng dẫn

Ths NGUYEN HUY HUNG

BO GIAO DUC VA DAO TAO CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM TRUONG DH KY THUAT CONG NGHE ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BAN NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

NGANH : BIEN TU VIEN THONG LỚP : 02DTI

tài:

D

TIM HIEU OFDM TRONG WIMAX

NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN:

Tên viết tắt của cum tit Worldwide Interoperability for Microwave

Access (kha ning van hành tương tác truy nhập sóng ngắn trên phạm vi rộng

khắp) để nói đến công nghệ truy nhập không dây băng rộng dựa trên cơ sở tiêu

chuẩn mới của IEEE 802.16 WiMAX gần giống với Wi-Fi nhưng được cải thiện khá nhiều để vươn tới đích nhắm là tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao (tối Llđa 70Mb/s) và khả năng truyền tín hiệu mạng ở phạm vi rộng ( khoảng 50km)

WiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn của IEEE, cho phép truy

cập băng rộng vô tuyến đến đặm cuối (lastmile) như một phương thức thay thế

cho cáp và DSL WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định và nomachi (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang

xách được (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và cuối cùng là di

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

với một trạm gốc

2 Sơ lược những đặc điểm của WïiMAX

WiMAX là mạng không dây phủ sóng một vùng rộng lớn, thuận tiện cho

việc 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 băng rộng WiMAX sẽ đáp ứng được các chương trình phổ cập Internet ở các vùng sâu,

vùng xa, nơi có mật độ dân cư thưa Đối với các vùng mật độ dân cư vừa phải

thì việc triển khai WiMAX để cung cấp các địch vụ đa phương tiện sẽ nhanh và

có hiệu quả kinh tế cao hơn và với việc 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 đữ liệu

và giá cả thấp do cung cấp các dịch vụ trên nền IP Với khả năng truy cập từ xa,

tốc độ dữ liệu cao đáp ứng đa dạng các dịch vụ như Internet tốc độ cao, thoại

qua IP, video chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video và giám sát video, mạng riêng ảo bảo

mật WiMAX phù hợp với 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 khu vực đô thị, đồng thời cũng thích ứng với các ứng dụng truy nhập băng rộng cố định ở những nơi xa xôi, hẻo lánh Mức độ phổ cập cla WiMAX

phụ thuộc vào thiết bị đầu cuối cá nhân Thiết bị đầu cuối để sử dụng WïiMAX

Trang 1

phải dùng một anten parabol nhỏ để thu tín hiệu

3 Những vấn để khi triển khai

Không thể không thừa nhận WiMAX có nhiều ưu điểm nhưng việc triển khai công nghệ này có những khó khăn nhất định Đó là giá cả thiết bị đầu cuối còn đắt, việc chuẩn hóa thiết bị khó đồng nhất và do WïiMAX 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 chi phí lớn phải bỏ ra để phát triển hạ tầng mới trong khi hệ thống cũ vẫn còn sử dụng tốt

4 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới và tại Việt Nam

Do chưa có các thiết bị cho mạng WiMAX di động, trên thế giới hiện nay chỉ có các mạng thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định và với mục đính

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 nghiệm WiMAX cố định tiêu chuẩn 802.16.2004 Revd ở băng tần

3,3GHz - 3,6GHz nhằm đánh giá được công nghệ và khả năng thương mại các định vụ trên nền WiMAX Hiện có 4 doanh nghiệp được cấp phép thử nghiệm

công nghệ WiMAX cố định, băng tần 3,3GHz:

e Tổng công ty Bưu Chính Viễn Thông VN-VNPT

e Tổng công ty Truyền Thông Đa Phương Tién-VTC e_ Công ty cổ phần viễn thông-FPT Telecom

e_ Tổng công ty viễn thông quân đội- Viettel

WiMAX có triển vọng tốt ở Việt Nam là bởi từ trước tới nay Việt Nam

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

dụng WIMAX ngay

Trang 2

5 WIMAX so với WI-EI

Tốc độ truyền tải: WiMAX hỗ trợ tốc độ truyền tải tới 280Mb/s (tốc độ

phụ thuộc vào kiểu anten ứng dụng) Trong khi đó WiFi chỉ hỗ trợ tốc độ

54Mb/s trong phạm vi truyền tải khá hẹp

Bang tan: dai bing tần của WiMAX hoạt động phụ thuộc vào từng công

nghệ cụ thể Wi-Fi hoạt động trên đải băng tần 2,4GHz, trong khi Wi-Fi5 hoạt

động ở hai dải tần 2,4GHz và 5,8GHz

Phạm vi truyền tải: nếu không gặp nhiều vật cản, WiMAX có thể

truyền tải đữ liệu trong bán kính khoảng 48,3km Trong môi trường có nhiều vật

cẩn, phạm vi này bị rút ngắn xuống từ 5-§km Trên lý thuyết Wi-Fi có thể hoạt

động trong phạm vi từ 90m-300m Wi-Fi là lựa chọn thích hợp trong các gia đình

6 Cấu trúc điểm-đa diém (PMP:Point-to-MultiPoint)

WiMAX sử dụng cấu trúc PMP ( Point-to-MultiPoint: một điểm tới đa điểm), có nghĩa là tín hiệu mạng xuất phát từ một điểm được truyền tới nhiều

điểm khác cùng một lúc PMP hoạt động tương tự mạng điện thoại di động khi

một trạm có thể điều phối các tín hiệu đến và đi xuất phát từ nhiều người sử

dụng

Lớp vật lý cha WiMAX cho phép tổn tại độc lập hai khả năng liên kết:

liên kết trong môi trường không có vật cản và liên kết trong môi trường có vật

cẩn Tuỳ thuộc vào môi trường mà băng tần hổ trợ tốc độ truyền tải thích hợp Nếu khu vực không có vật cản, băng tần hỗ trợ tốc độ truyền tải lớn được sử dụng (10GHz-66GHz); trong khu vực có nhiều vật cẩn, băng tần từ 2-11GHz (hỗ trợ tốc độ truyền tải thấp) Quá trình chuyển đổi tần số được WiMAX tiến hành

hoàn toàn tự động

Cấu trúc PMP đóng vai trò quan trọng trong “viễn cảnh tươi sáng của

truyền thông không dây”- theo nhận định của các chuyên gia Theo đó, thay vì

phải tìm kiếm các điểm truy nhập Wi-Fi (hotspot), người sử dụng laptop hoặc

các thiết bị di động cũng có thể kết nối trực tiếp thông qua WIMAX Nói cách khác, WiMAX cho phép tạo điểm truy nhập có tầm bao phủ rộng

7 Băng tần

Các băng tần được WiMAX tập trung xem xét và vận động cơ quan

quản lý tần số các nước phân bố cho WiMAX là: 3600-3800MHz; 3400-

3600MHz (bang 3,5GHz); 3300-3400MHz (bang 3,3GHz); 2500-2690MHz (bang

2,5GHz); 2300-2400 (bang 2,3GHz);.5725-5800MHz (bang 5,8 GHz) va bang

700-800 (dưới 1GHz)

Trang 3

s* Băng 3400-3600MHz (băng 3,5GHz): Băng 3,5 GHz là băng tần có được

nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access - FWA) hoặc cho hệ thống truy cập không dây băng

rong (Broadband Wireless Access-BWA) WiMAX ciing dudc xem là

một công nghệ WBA nên cóthể sử dụng băng tan nay cho WIMAX Vi vậy, WiMAX Forum đó thống nhất lựa chọn băng tần này cho

_ WiMAX.Các hệ thống ở băng tần này sử dụng chuẩn 802.16.2004 để

cung cấp các ứng dụng cố định và nomadie (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), độ rộng phân kênh là 3,5MHz

hoặc 7MHz, chế độ sung cong TDD (Time Divisin Duplexing) hoặc FDD (Frequency Division Duplexing)

Một số nước quy định băng tần này chỉ dành cho các dịch vu cố định,

không có ứng 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

tỉnh Vinasat nên hiện tai không thể triển khai cho WiMAX

* Băng 3600-3800MHz: Băng 3600-3800 được một số nước ở Châu Au

xem xét để cấp cho WBA Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ ,37 — 3,8GHz) đang được nhiều hệ thống vệ tinh viễn thông sử dụng (đường

xuống băng C), đặc biệt là ở khu vực Châu Á, nên ít khả năng băng tần

này sẽ được chấp thuận cho WIMAX ở Châu Á

Băng 3300-3400MHz (băng 3,3GHz): Băng tần này được phân bố ở Ấn

Độ, Trung Quốc và Việt Nam dang xem xét phân bố chính thức Do Ấn

Độ và Trung Quốc là hai thị trường lớn, nên dù cho có nhiều nước chưa

cấp băng tần này cho WBA (Wireless Broadband Access), nhung thiét bi WiMAX cũng đã được sản xuất

Chuẩn WiMAX áp dụng ở băng tan tudng tu nhu vdi bing 3,5GHz, d6

là WiMAX cố định, chế độ sung công FDD hoặc TDD, độ rộng kênh 3,5MHz hoặc 7MHz Do Ấn Độ chỉ cho phép sử dụng đọan băng tan 3316 — 3400MHz,

nên các thiết bị WiMAX hiện đại cũng chỉ làm việc trong đoạn này với tối đa 2x9 kênh 3,5 MHz Vì vậy, nếu cứ bốn nhà khai thác băng tần này thì thường mỗi nhà khai thác chỉ được cấp sử dụng 2x2 kênh 3,5MHz

* Băng 2500 - 2690MHz (băng 2,5GHz): Băng tần này là băng tần đựơc

WiMAX Forum uu tiên lựa chọn cho WiMAX di động theo chuẩn

802.16.2005 Có 2 lý do cho sự kiện này:

e Thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này thích hợp cho các ứng dụng di động

e Thứ hai, khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử

dụng WBA (Wireless Broadband Access) bao gồm cả WiMAX

Trang 4

“* Bang 2300 — 2400 MHz (bing 2,3GHz): Bang 2,3GHz ciing có đặc tinh

truyền sóng tương tự như băng 2,5GHz nên là băng tần duoc WiMAX

Forum xem xét cho WIMAX di động

Hiện có một số nước phân bố băng tần này cho WBA như Hàn Quốc,

Úc, Mỹ, Canada, Singapore Singapore đã đầu tư 10 khối 5MHz trong dải 2300 -

2350MHz để sử dụng cho WBA (Wireless Broadband Access) tương tự băng

2,5MHz Uc chia băng tần này thành 7 khối, không quy định sụ thể về công

nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ừng dụng cố định Mỹ chia thành 5 khối 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

để triển khai WBA/WIMAX

“+ Bang 5725 — 5850 MHz (băng 5,8GHz): Băng tần này được WIMAX Forum quan tâm vì đây là băng tần được nhiều nước cho phép sử dụng

không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn so với các đoạn băng tân khác trong dải 5GHz (5125 - 5250MHz, 5250 - 5350MH?), vốn thường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà

Theo WiMAX Forum thì băng tần này thích hợp để triển khai WiMAX

cố định, độ rộng phân kênh là IOMHz, phương thức song công được sử dụng là

TDĐ, không có FDD

Băng dưới 1GHz: Với tân số càng thấp, sóng vô tuyến lan truyền càng

xa, số trạm gốc cần sử dụng càng ít (mức đầu tư cho hệ thống thấp) Vì

vậy, WiMAX cũng dang xem xét khả năng 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 tự sang truyền hình số, nên sẽ có một phần phổ tần sử dụng cho

WBA/WiMAX Ví dụ: Mỹ cấp băng 699 _— 741MHz trước đây dùng cho kênh 52

- 59 VHF truyền hình và xem xét cấp tiếp băng 748 - 801MHz (kênh 60 - 69 VHF truyén hình)

Với Việt Nam, do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phương nên

các kênh trong day 470 ~ 806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc

cho các hệ thống truyền hình tương tự Hiện chưa có lộ trình cụ thể nào để chuyển đổi các hệ thống truyền hình tương tự này sang truyền hình số, nên chưa

có khả năng có băng tần để cấp cho WBA/WiMAX ở đây

8 Những cơ sở quan trọng của công nghệ WiMAX

Trang 5

tương thích với nhau Các cơ sở quan trọng khác là chỉ phí, độ bao phủ và chuẩn cho truy cập vô tuyến và di động

9, Đôi nét về DSL

DSL là tên của cụm từ Digital Subcriber Line là một công nghệ sử dụng

các phương pháp điểu biến phức tạp, chuyển các dữ liệu thành các gói để truyễn tải trên dây điện thoại.Trước đây, đường dây điện thoại chỉ có thể truyền

một kênh thoại băng tần 3,4KHz Nhờ áp dụng các công nghệ xử lý số, bù suy

hao, giảm nhiễu mà công nghệ xDSL có thể truyền 100 kênh thoại số hoặc

một kênh video chất lượng cao trên một đường dây điện thoại.Model số DSL

theo một cách khác sẽ truyền tải dữ liệu giữa hai điểm đầu cuối của đường cáp

đồng 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 đồng

chỉ là 0 — 4 KHz, trong khi công nghệ xDSL thường dùng tần số trên 100KH¿z

Ưu điểm lớn nhất của công nghệ xDSL khi ra đời chính là khả năng

truyền tải được nhiều ứng dụng khác nhau mà trườc đây chưa thực hiện được, đồng thời lại tận dụng được mạng điện thoại sấn có và rộng khắp.xDSL được phân loại như sau:

e ISDN (Integrated Services Digital Netword: mang 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) cung cấp hai kênh 64Kbps (kênh B) dành

cho thoại hoặc dữ liệu và một kênh 16Kbps (kênh D) dành cho các thông

tin báo hiệu điều khiển Nhược điểm của công nghệ chỉ là truyền dịch vụ thoại và chuyển mạch gói tốc độ thấp Nó không thích hợp cho chuyển mạch gói tốc độ cao và thời gian chiếm giữ lâu dài Chính điều này là

đặc điểm của mạng Internet hiện nay Do đó, ISDN không được áp dụng

rộng rãi mà chỉ áp dụng cho các gia đình hoặc doanh nghiệp nhỏ mặc dù

ISDN là công nghệ mở đầu cho tất cả các loại dịch vụ tích hợp

e HDSL (Hiph bit rate Digital Suberiber Line) ra đời trong phòng thí

nghiệm 1986 Thực chất các thiết bị thu phát HDSL là sự kế thừa của ISDN nhưng ở mức độ phức tạp hơn HDSL ra đời dựa trên tiêu chuẩn

TI/E1 cia Mỹ/Châu Âu HDSL cho phép truyền 1,544Mbps hoặc

2,048Mbps trén hai hay ba đôi dây HDSL2 ra đời sau đó cho phép dùng

một đôi dây để truyền 1,544Mbps đối xứng HDSL2 ra đời mang nhiều ý tưởng của ADSL Ưu thế của HDSL là loại công nghệ không cần các trạm lặp, tức có độ suy hao thấp hơn các loại khác trên đường truyền

HDSL đuợc ưu dùng do các đặc tính chuẩn đoán nhiễu (do SNR) và ít gây nhiễu xuyên tâm.HDSL được dùng bởi các nhà khai thác nội hạt

Trang 6

(các công ty điện thoại) hay cung cấp các đường tốc độ cao giữa nhiều

tòa nhà hay các khu công sở với nhau

e© VDSL (Very hiph bit rate DSL):VDSL là một công nghệ xDSL cung cấp

đường truyền đối xứng trên một đôi dây đồng Dòng bít tải xuống của

VDSL là cao nhất trong tất cả các công nghệ của xDSL, đạt tới 52Mbps,

dòng tải lên có thể đạt 2,3Mbps(Megabit per second) VDSL dùng cáp

quang để truyền dẫn là chủ yếu và chỉ dùng cáp đồng ở phía đầu cuối

e ADSL (Asymmetrical DSL):ADSL chinh 14 mét nhénh cia xDSL ADSL

cung cấp một băng thông khôngcân 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 ra đời 1989

- ADSLI cung cấp 1,5Mb/s cho đường dữ liệu tải xuống và 16Kbps cho đường dữ liệu tải lên, hỗ trợ chuẩn MPEG-1

- ADSL2 cung cấp 3Mb/s cho đường dữ liệu tải xuống và 16Kbps cho

đường dữ liệu tải lên, hỗ trợ hai dòng MPEG-1

- ADSL3 cung cấp 6Mb/s cho đường đữ liệu tải xuống và 16Kbps cho đường dữ liệu tải lên, hỗ trợ chuẩn MPEG-2

Dịch vụ ADSL mà chúng ta sử dụng hiện nay theo lý thuyết có thể cung cấp 8Mbps cho đường xuống và 2Mbps cho đường lên (thực tế không được như

quảng cáo)

e RADSL (Rate — Adaptine DSL):RADSL là một phiên bản của ADSL mà

ở đó các modem có thể kiểm tra đường truyền khi khởi động và đáp ứng

lúc hoạt động theo tốc độ nhanh nhất mà đường truyền có thể chung

cấp RADSL là ADSL có tốc độ biến đổi

10 Mô hình ứng dụng của WiMAX

Như đã giới thiệu, WiMAX là hệ thống truy cập viba có tính tương tác

rộng dựa trên tiêu chuẩn của IEEE 802.16.2004 Tiêu chuẩn này do hai tổ chức quốc tế đưa ra: tổ công tác 802.16 trong ban tiêu chuẩn IEEE 802 và diễn đàn WiMAX Tổ công tác IEEE chế định ra tiêu chuẩn còn diễn đàn WiMAX triển

khai ứng dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16.Hai mô hình ứng dụng WiMAX (theo

chuẩn 802.16):

se Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX):Mô hình cố định sử đụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16.2004 Tiêu chuẩn này gọi là “không

dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại

nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tỉnh Chúng ta cũng có thể đặt anten trong nhà

nhưng tất nhiên không thu tốt bằng anten ngoài trời

di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e Tiéu

Trang 7 -

Trong khi những kỹ thuật ngày nay đùng được cho vô tuyến băng rộng cố

định chỉ có thể cung cấp vùng bao phủ LOS WiMAX sau này đã có thể lạc

quan hơn vì nó cung cấp công nghệ vùng bao phủ NLOS WiMAX cung cấp vùng bao phủ rộng gần 50km dưới điều kiện LOS và bán kính tế bào (cell) đến

5 đặm (khoảng 8km) đưới điều kiện NLOS

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 hoặc hai phương pháp: LOS và NLOS

e_ Với đường truyền LOS, yêu câu 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 cầu toàn bộ miễn Fresnel thứ nhất không hể có chướng ngại vật, nếu yêu cầu này không được thỏa mãn thì cường độ của tín hiệu sẽ suy giảm khá nhiều Không gian mién Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động và khỏang cách giữa nơi truyền và nơi nhận

man : ie outside of 0.6 of the

Hinh 1: Môi trường LOS

thu thông qua sự phản xạ (neflecting), tán xa (scattering) va nhiễu

xạ (diffractions) Tín hiệu tới máy thu (tín hiệu thu được) gồm các

thành phần: theo đường trực tiếp (đirect path), các đuờng phản xa

Trang

(indirect path), ning ludng phan tán và những đường truyén bi

nhiễu xạ Những tín hiệu này có những khoảng trễ, sự suy hao,

phân cực và trạng thái ổn định liên quan tương đối trên đường

truyền trực tiếp

Hinh 2:Môi trường NLOS

Trong truyền dẫn thông tin, môi trường truyền thông vô tuyến là môi

trường khắc nghiệt nhất vì nó gây suy hao tín hiệu về biên độ, về tần số kèm

theo các hiệu ứng đa đường.Hiện tượng đa đường có thể là nguyên nhân đáng

xem xét nhất dẫn đến phân cực của tín hiệu Do đó, sử đụng phân cực có nghĩa

là sử dụng lại tần số mà bình thường triển khai trong LOS lại khó khăn trong,

ứng dụng NLOS

Bằng cách nào đó một hệ thống vô tuyến sử dụng những tín hiệu đa đường này để cung cấp đảm bảo trong điểu kiện NLOS? Một sản phẩm đơn

thuần chỉ làm tăng công suất để có thể vượt qua được những vật cần (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 có cường 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 bởi đặc tính môi trường truyền sóng, suy hao đường truyền và quỹ đường

truyén v6 tuyén (radio link budget)

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 :

e Cần xác định vị trí chính xác và hạn chế độ cao của anten thi

không thuận lợi cho vị trí đặt anten trong điều kiện LOS (vì LOS

Trang 9

Chương 1 Gidi thiéu ve WiMAX

thì phải đặt anten ở vị trí cao, thuận lợi cho việc thu tín hiệu

nhưng lại không thuận lợi cho thiết bị đầu cuối)

e_ Mạng tế bào không ngừng mở rộng ở đó việc tái sử dụng tần số là

cần thiết (then chốt), hạ thấp độ cao anten là có lợi (advantageous) để giảm nhiễu đồng kênh giữa các cell lân cận Điều này sẽ làm cho các trạm gốc phải hoạt động trong điều kiện

NLOS vì các hệ thống LOS không thể 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 thuật NLOS giảm được chỉ phí lắp đặt, do CPE có thể lắp đặt tại nhiều vị trí ở những địa hình phức tạp và giảm được chỉ phí đo việc khảo sát

vị trí trạm trước khi lắp đặt và nâng cao sự chính xác của các công cụ hoạch

định NLOS

Hinh 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 đụng thiết bị tại nhà khách hàng-CPE.Có hai trở ngại:

e Tổn hao xâm nhập tòa nhà

e Phủ sóng với khoảng cách vừa đủ thì công suất truyền thấp hơn

và độ lợi anten phù hợp với các CPE trong nhà

WIMAX có thể làm được điều này và phạm vi phủ sóng của NLOS còn

có thể được cải thiện hơn nữa nhờ sử dụng các tùy chọn của WiMAX

Trang10

Chương 2 Những tiêu chuẩn và kỹ thuật của WiMAX

CHƯƠNG 2

NHỮNG TIÊU CHUẨN và KỸ THUẬT TRONG WiMAX

1 Tiêu chuẩn WiMAX

Chuẩn 802.16 là chuẩn không dây lastmile (dặm cuối) Tiêu chuẩn này

hoàn toàn dựa trên IP và đã được hội đồng IEEE (viện các kỹ sư điện và điện

tử Hoa Kỳ) triển khai nghiên cứu từ đầu năm 2000 đến nay và đã được IEEE

thông qua hai chuẩn:

e Chuẩn 802.16.2004 cho mạng cố định thông qua vào đầu tháng

7/2004 (phổ tần số thấp hơn 11GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng,

kỹ thuật OFDM) tốc độ truyền cực đại: dưới 75Mbps với độ rộng bang tan 20MHz; 4-18Mbps với độ rộng băng tần 5MHz; bán kính vùng phủ sóng của một cell là 2 — 10 km (tùy thuộc vào tần số và mật độ người dùng)

e Chuẩn 802.l6e cho mạng di động được thông qua vào ngày

7/12/2005 (phổ tân số thấp hơn 6GHz; không đòi hỏi tầm nhìn

thẳng, kỹ thuật OFDMA; tốc độ truyền cực đại: dưới 75Mbps với

băng tần 20MHz; bán kính vùng phủ sóng của một cell là I - 3km

Indoor và 2 — 5km Outdoor; téc độ di chuyển của người dùng

100km/h van bao đảm liên lạc tốt

2 Những giải pháp, kỹ thuật trong môi trường có chướng ngại vật NLOS: Non Light

Tính đa dạng (phân tập) của thu và phát

Điều chế thích ứng

Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi

Điều khiển công suất

hoạt động với việc trải trễ rộng trong điều kiện NLOS Bởi vì công dụng của

biểu tượng thời gian OFDM và việc sử dụng CP (Cyclic Prefix), dạng sóng

OEDM loại trừ được vấn để ISI (Inter-Symbol Interference) và sự phức tạp

của bộ cân bằng thích ứng Dạng sóng OFDM gồm nhiều sóng mang trực giao

băng hẹp, fading lựa chọn được định vị cho một tập con các 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 một tín hiệu sóng mang đơn, với thông tin được gũi song song giữa

OFDM và một chuỗi sóng mang đơn

Orthogonal frequency Single carrier mode division multiplex mode

Time

Serial datastream converted to symbols, (gach symbol can represent 1 or more data bits)

Hình 4: Sóng mang đơn và OFDM

Trang 12

The dotted area represent the transmitted spectrum

The solid area is the receiver input

(vùng nét chấm biểu diễn phổ phát, vùng nét liền biểu điễn phổ đầu vào phía

thu)

Hinh 5: Sóng mang đơn va tin hiéu thu OFDM

Có khả năng khắc phục được sự trải trễ, đa đường và ISI một cách hiệu quả,

cho phép 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 là một kỹ thuật ưu tiên được lựa chọn

2.2 Sub-channelization

Sub-channelization trong đường lên là một tùy chọn trong WIMAX Ngoài

sub-channelization, những giới hạn điều tiết và yêu cầu các CPE đáp ứng hiệu quả

là nguyên nhân đặc trưng của đường truyền không đối xứng Nguyên nhân này làm

cho phạm vi hệ thống trên đường lên bị hạn chế

e 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 xuống

e Sub-channelization tap trung công suất truyền vào một vài sóng mang

OFDM, diéu này sẽ làm tăng độ lợi của hệ thống

Trang 13

Có thể chọn (một trong hai) sử dụng để mở rộng phạm vi của hệ thống, khắc

phục được sự mất mát (sự tổn hại thâm nhập) do xuyên qua tòa nhà hoặc giảm bớt

công suất tiêu thụ của CPE Việc sử dụng sub-channelization còn được mở rộng

hơn trong kỹ thuật truy nhập đa sóng mang phân chia tần số trực giao cho phép sử

dụng linh hoạt hơn tài nguyên cung cấp cho di động

(phổ OFDM hướng xuống từ trạm gốc, mỗi khe biểu thị cho một tần số)

(phổ OFDM hướng xuống từ CPE, tất cả sóng mang được truyền nhưng ở mức

phổ 1⁄4 so với trạm gốc vì thế dải phổ sẽ thấp hơn)

Anten định hướng tăng “fade margin” bằng cách thêm vào độ lợi, điều này

làm tăng khả năng kết nối (của đường truyền) được chỉ ra bởi hệ số k- hệ số so

sánh giữa anten định hướng và anten đẳng hướng Độ trễ truyền dẫn (delay spread)

sẽ được giảm hơn nữa bởi anten định hướng ở cả trạm gốc (BS-Basic Station) và

thiết bị tại nhà khách hàng (CPE-Customer Premises Equipment) Anten khử nhiễu

tốt ở bất kỳ tín hiệu đa đường nào tới búp sóng chính (sidelobers) và búp sóng phụ

(backlobers) Hiệu quả của phương pháp này đã được chứng minh và thể hiện ở việc triển khai thành công trong những dịch vụ vận hành hoạt động dưới ảnh hưởng đáng kể của fading NLOS Các hệ thống anten thích ứng là một phần tùy chọn của

chuẩn 802.16 Đặc tính ở đây là tạo chùm mà có thể hướng sự tập trung vào một hoặc nhiễu hướng xác định Điểu này có nghĩa là trong khi truyễn, tín hiệu có thể

bị giới hạn tới hướng yêu cầu ở nơi thu, như là một tia sáng (like anten spotlight)

Ngược lại khi thu, hệ thống anten thích ứng (AAS-Adaptive Antenna Systems) có

thể được thiết kế để chỉ tập trung vào hướng của tín hiệu đến Chúng cũng có đặc tính khử nhiễu đồng kênh (co- channel) từ các trạm khác Các hệ thống AAS được

coi là sự phát triển tương lai và thậm chí cải tiến để tái sử dụng phổ và dung lượng

của mạng WiMAX

Trang 14

Chương 2 Những tiêu chuẩn và kỹ thuật của WiMAX

2.4 Phân tập của việc truyền và nhận

Phân tập được sử dụng để thu được tín hiệu đa đường và tín hiệu phản xạ xuất hiện trong môi trường NLOS Phân tập là một tùy chon trong WiMAX Thuat toán

phân tập trong WiMAX cho cả phía truyền và phía nhận làm tăng độ lợi của hệ

thống Tùy chon phân tập truyền trong WiMAX sử dụng mã không gian-thời gian(

STC-Space Time Code) cung cấp nguồn phát có tính độc lập, làm giảm bớt nhu cầu

“fade margin” và chống 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 đã được

chứng minh là công cụ hiệu quả cho việc truyền trong môi trường NLOS

2.5 Điều chế thích ứng

Cho phép hệ thống WIMAX điều chỉnh sự điều chế tín hiệu phụ thuộc vào tỷ số

công suất tín hiệu trên nhiễu (SNR-Signal to Noise Rate) của kết nối vô tuyến Khi

kết nối vô tuyến chất lượng cao (nghĩa là sự can nhiễu của môi trường là không

đáng kể) thì mức điều chế cao nhất được sử dụng làm cho dung lượng hệ thống

tăng thêm Ngược lại khi mà môi trường xấu (tín hiệu nhận được bị suy yếu), hệ

thống WiMAX có thể chuyển sang mức điều chế (hay là thay đổi kiểu điều chế)

thấp hơn để duy trì chất lượng kết nối và tính ổn định của kết nối Điều này giúp

cho hệ thống khắc phục được fading lựa chọn thời gian Đặc điểm quan trọng của

điều chế thích ứng là nó làm tăng phạm vi sử dụng của mức điều chế cao hơn mức

có thể được sử dụng Do đó hệ thống có thể linh hoạt trong điều kiện fading thực

(Tương quan bán kính cell trong điều chế thích nghĩ)

Hinh 7: Bán kính cell

Trang 15

2.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi

Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi được kết hợp vào WiMAX để giảm tỷ lệ công

suất tín hiệu trên nhiễu theo yêu cầu Mã hóa xoắn Read Solomon FEC và thuật toán đan xen được sử dụng để phát hiện và sữa chữa để cải thiện thông lượng Các

kỹ thuật này giúp khôi phục (cứu được) các frame lỗi do fading lựa chọn tần số

hoặc do lỗi cụm Yêu cầu tự động gifi lai (ARQ:Automatic Repeat Request) để

hiệu chỉnh các lỗi mà không sửa được bằng thuật toán sửa lỗi trước (FEC:Forward

Error Control) bằng cách nhận biết được các lỗi thông tin không mong muốn Thuật

toán này cải thiện đáng kể hiệu suất với cùng mức ngưỡng

2.7 Điều khiến công suất

Các thuật toán điểu khiển công suất được sử dụng để cải thiện hiệu suất

tổng thể của hệ thống, nó được thực hiện nhờ trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất đến từng CPE để ổn định mức công suất phát sao cho mức thu tại tram

gốc luôn ở mức định trước Trong môi trường fading thay đổi không ngừng (luôn

luôn biến đổi) mức định trước nghĩa là CPE chỉ truyền đủ công suất theo nhu cầu

(nghĩa là tùy theo sự thay đổi môi trường ma CPE cần phải có được mức công suất

như vậy thì mới thu nhận được tín hiệu 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

sự giao thoa tiểm ẩn từ các trạm gốc từ vùng.phủ sóng chung Với môi trường

không có chướng ngại vật (LOS), công suất truyển của CPE tương ứng (xấp xỉ) với

khoảng cách của nó tới trạm gốc, với môi trường có chướng ngại vật (NLOS) phụ

thuộc rất nhiều vào khoảng trống và chướng ngại vật

3 Mô tả lớp vật lý(Physical Layer)

3.1 Sơ lược về hai kỹ thuật OFDM (theo chuẩn 802.16) va OFDMA (theo chuẩn 802.16e)

- OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là kỹ thuật ghép

kênh phân chia tần số trực giao, nó chia băng thông thành các tần số sóng mang

con Trong một hệ thống OFDM, luồng dữ liệu đầu vào(là luồng dữ liệu tốc độ

cao:f,) được chia thành các luồng con (N luồng con) song song với tốc độ thấp hơn (thấp hơn N lần luỗng dữ liệu vào-f,=f/N,do đó sẽ làm tăng khoảng thời gian symbol), sau đó mỗi luồng con được điều chế và được truyền trên một sóng mang

con (sub-carrier) trực giao riêng biệt Khoảng thời gian cho mỗi symbol tăng sẽ cải

thiện khả năng chống lại trễ lan truyền của OFDM và việc chèn vào CP (cyclic

prefx) có thể hoàn toàn loại bỏ nhiễu giao thoa ky tu(ISI:Inter-Symbol

Trang 16

Chương 2 Những tiêu chuẩn và kỹ thuật của WiMAX

Interference) (điều này chỉ xảy ra khi thời lượng của CP lâu hơn thời gian trễ tối

OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh da đường bằng cách mã hóa va chèn thông tin trên các sóng mang con trước khi truyền đi Điều chế OFDM có thể

thực hiện được với biến đổi ngược Fourier nhanh- IFFT (Inverst Fast Fourier

Transfort), phép biến đổi này cho phép một số lượng lớn các sóng mang con được

điều chế với độ phức tạp thấp Trong hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong

miền thời gian chính là các symbol OFDM và trong miễn tần số chính là các sóng

mang con Tài nguyên về thời gian và tần số có thể tổ chức thành các kênh con cấp

phát cho người dùng

- OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex Access) la kỹ thuật đa

truy cập phân chia tần số trực giao tương tự như OFDM, cung cấp khả năng ghép

kênh các luồng dữ liệu từ nhiều người dùng trên các kênh con hướng lén OFDMA

là công nghệ đa truy nhập vì một sóng mang phụ hoặc một nhóm ánh sáng mang

phụ được chỉ định cho các ryer khác nhau Nhiều user chia sẻ cùng một băng tần,

nên được gọi là OFDMA Mỗi user có thể dùng một số sóng mang phụ đã được

định trước hoặc một user có thể dùng một số sóng mang phụ thay đổi tùy theo

hướng thông tin cần truyền (sự điều khiển này được điều khiển bing MAC)

3.2 Cấu trúc khung TDD (Time Division Duplexing:song công phân chia theo thời gian)

Lớp vật lý của chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16e hổ trợ cả TDD và FDD song công và bán song công (phê chuẩn lần đầu chỉ có FDD).Trong WiMAX di động sử

dụng kỹ thuật TDD là chủ yếu do ưu điểm của nó so với FDD khi cung cấp dịch vụ

dữ liệu băng rộng di động mặc dù gặp phải vấn đề phức tạp hơn so với FDD do đồi

hỏi phải đồng bộ, tuy vậy TDD vẫn là phương thức truyền song công được chọn vì:

e_ TDD điều chỉnh tỷ lệ UL/DL để hổ trợ hiệu quả lưu lượng không đối xứng

giữa đường xuống và đường lên (với FDD thì tỷ lệ đường xuống và đường

lên là không đổi và thường là băng thông bằng nhau)

cho cả đường lên và đường xuống nên đem lại khả năng điều chỉnh linh hoạt

sự cấp phát tần số

e _ Thiết kế bộ thu-phát để triển khai TDD ít phức tạp và ít tốn kém hơn EDD

Cấu trúc khung OFDM ở chế độ TDD

Trang 17

Hình 8: Minh hoạ cấu trúc khung OFDM ở chế độ TDD

Từ hình vẽ ta thấy mỗi khung được chia thành các khung con hướng xuống và

hướng lên bởi bộ Truyển/Nhận và Nhận/Truyền.Giữa hai khung con này có một

khoảng trống bảo vệ nhằm ngăn ngừa sự đụng độ trong truyền dẫn giữa hai chiều

DL và UL.Trong một khung có các thông tin điều khiển để chắc rằng hoạt động

của hệ thống là tối ưu:

© Phân đầu khung(Preamble): là symbol OFDM đâu tiên của khung dùng để đồng bộ

e Tiêu để điểu khiển khung (FCH-Frame Control Header): nằm ngay sau phân mở đâu khung, nó cho biết thông tin cấu hình khung như độ dài bản tin

MAP, nguyên lý mã hoá và các kênh con khả dụng

e© DL _MAP và UL_MAP: cho biết cấp phát kênh con và các thông tin điều

khiển lần lượt cho các khung con DL và UL

e_ Sắp xếp UL (UL Ranging):kênh con sắp xếp UL được cấp phát cho trạm di động để điều chỉnh : thời gian, tần số và công suất cũng như yêu cầu băng

thông

3.3 Các đặc trưng khác của lớp vật lý

Điều chế thích ứng và mã hoá (AMC), yêu cầu tự động lặp lại kiểu kết

hợp(HARQ-ARQ Iai),phản hổi kênh nhanh (CQICH) để nâng cao khả năng phủ

sóng, dung lượng của WïMAX trong các ứng dụng di động

Trong WiMAX di động ở đường xuống, bắt buộc phải có các hổ trợ điều

chế BPSK, 16-QAM và 64-QAM, còn ở đường lên 64-QAM là tuỳ chọn Sự tổ hợp

các kỹ thuật điểu chế và tốc độ mã đem lại sự dung giải tốc độ dữ liệu như trong

Trang 18

bảng(các giá trị được đánh dấu màu là để chỉ các tốc độ cho kỹ thuật điều chế 64-

34 CTC 64QAM

Bảng 1: Tốc độ đữ liệu ở lớp vật lý của WiMAX di động

Bộ lập lịch trạm gốc xác định tốc độ dữ liệu cho mỗi cấp phát cụm (burst) dựa trên kích thước bộ đệm và điểu kiện truyền sóng ở phía thu Một kênh chỉ thị

chất lượng kênh (CQI-Chamnel Quanlity Indicator) được sử dụng để cung cấp thông

tin về trạng thái kênh từ thiết bị đầu cuối người dùng đến bộ lập lịch trạm gốc

WiMAX cũng hổ trợ HARQ, HARQ sử dụng giao thức “dừng và đơi”, sử dụng N kênh để cung cấp khả năng đáp ứng nhanh đến gói lỗi và cải thiện khả

năng phủ sóng đường biên cell Ngoài ra để cải thiện hơn nữa tính chính xác(độ ổn

định) của kênh truyền, một kênh dành riêng ACK cũng được cung cấp ở đường lên

để báo hiệu ACK/NAK của HARQ Hoạt động đa kênh cũng được hổ trợ ARQ đa

kênh dừng và đợi với một số nhỏ kênh là một giao thức đơn giản mà hiệu quả cho

phép tối thiểu bộ nhớ yêu cầu cho HARQ WiMAX cũng cung cấp báo hiệu cho

phép hoạt động ở chế độ không đồng bộ Chế độ không đồng bộ cho phép các độ

trễ khác nhau giữa những lần truyền lại và chính điểu này đem lại sự linh hoạt cho

bộ lập lịch do hiệu quả của mào đầu (MAP) thêm vào khi cấp phát phiên truyén lại HARQ kết hợp với CQICH va AMC sẽ cung cấp khả năng thay đổi đường truyền trong môi trường di động

= MAP(Media Access Protocol): thong tin diéu khién 1a c4c ban tin MAP đứng đâu mỗi khung Bản tin MAP điều khiển vị trí DL và UL để cải thiện hiệu

Trang 19

suất phổ và QoS Khi các bản tin MAP chứa thông tin cấp phát tài nguyên

cho toàn bộ khung thì độ tin cậy của bản tin MAP ảnh hưởng nghiêm trọng

đến toàn bộ hệ thống (bản tin MAP có kích thước thay đổi theo số lượng các

user trong khung)

3.4 Kỹ thuật anten thích nghi

Công nghệ anten thông minh gồm các toán tử vector hoặc ma trận phức tạp tác động lên các tín hiệu do hệ thống nhiều anten OFDMA cho phép sử dụng kỹ

thuật anten thông minh được thực hiện trên các vector sóng mang phụ Các bộ cân

bằng phức tạp không phát bù fadinh lựa chọn tần số vì thế OFDMA rất thích hợp

hỗ trợ các công nghệ anten thông minh Trong thực tế, MIMO ~ OFDM/OFDMA được hình dung như là cơ sở nền tẳng cho các hệ thống truyền thông băng rộng thế

hệ mới WIMAX di động hỗ trợ một dải đủ rộng các công nghệ anten thông minh

để nâng cao hiệu suất hệ thống Công nghệ anten thông minh được hỗ trợ gồm:

> Tạo chùm (beamforming): nhờ khả năng tạo chùm hệ thống sử dụng

nhiều anten để truyền các tín hiệu quan trọng để nâng cao dung lượng và khả năng phủ sóng của hệ thống cũng như giảm khả năng mất dịch vụ

> Mã không gian thời gian (Space Time Code —- STC): hỗ trợ phân tập

truyền như mã Alamoati để cung cấp khả năng phân tập không gian va

giảm dự trữ suy hao dữ liệu

> Ghép kênh không gian (Spatial Multiplexing): dé tan dung t6c độ đỉnh

cao hon và giảm thông lượng Nhờ ghép kênh không gian, nhiều luồng

sẽ được truyền trên hệ thống nhiều anten Nếu phía thu cũng có nhiều

hệ thống anten, nó có thể phân tách các luồng khác nhau để đạt được thông lượng cao hơn so với hệ thống đơn anten Với hệ thống 2x2

MIMO, SM tăng tốc độ đữ liệu gấp 2 lần Ở đường lên(UL), mỗi người

dùng chỉ có một anten phát, 2 người dùng có thể truyền với nhau trong

cùng khe thời gian giống như hai luồng được ghép không gian từ hai

anten cùng một người dùng Quá trình như vậy gọi là SM cùng UL (ghép

kênh không gian kết hợp chiều lên) Các kỹ thuật trên có thể thay đổi một cách linh hoạt trong WIMAX di động

nhằm đạt được tối đa các ưu điểm của kỹ thuật anten trong các điều kiện kênh

truyền khác nhau Chẳng hạn như SM thì tăng tốc độ lưu lượng đỉnh, tuy nhiên khi

điều kiện kênh truyền không thuận lợi, tỷ số gói (PER) tăng cao sẽ dẫn đến vùng

phủ sóng nơi MS đang hoạt động trong vùng đó bị giới hạn ngược lại STC cung cấp

cùng phủ sóng rộng cho dù điều kiện kênh truyền không thuận lợi nhưng lại không

cải thiện tốc độ đỉnh

Với cấu hình nhiều ngõ vào, nhiều ngõ ra 2x2 MIMO, tốc độ đữ liệu của thuê bao và tốc độ dữ liệu (của Sector) chiều xuống gấp đôi (theo lý thuyết) Tốc

Trang 20

độ đữ liệu đỉnh tối đa hướng xuống là 63,36 Mbps khi tất cả kênh (sumbol) đữ liệu

chỉ dànhc ho hướng xuống (DL) Với đường lên cùng SM tốc độ sữ liệu đỉnh (của

sector) được nhân đôi trong khi tốc độ dữ liệu đỉnh người dùng không đổ Tốc độ đỉnh người dùng hướng lên và tốc độ dữ liệu đỉnh sector lần lượt là 16,11 Mbps va 28,62 Mbps khi tất cả các biểu trưng đữ liệu chỉ dành cho hướng lên (UL) Bằng cách áp dụng các tỷ lệ UL/DL khác nhau, băng thông có thể được điều chỉnh giữa

DL & UL để cung cấp lưu lượng khác nhau

Ngoài ra, WIMAX còn sử dụng các kỹ thuật tái sử dụng tần số, dịch vụ

Multicast & Brondcast với những kỹ thuật xử lý đặc biệt khác

(PSS-Packet Switched System) có hiệu quả khi truyền đữ liệu với lưu lượng trên mạng Internet nhưng hệ thống cần thêm các lớp điểu khiển ghép với lớp vật lý để thành luồng bit, đó là MAC Nó giúp cho việc phân chia đường truyền cho nhiều user Hệ thống chuyển mạch gói cần có lớp kết nối trong

mô hình OSI để phát hiện luồng bị lỗi và tạo ra sự kết nối tin cậy cho lớp mạng để luông dữ liệu gói chuyển qua Với lý luận này, tiêu chuẩn 802.16-

2004 đã để xuất lớp MAC để thực hiện chuyển mạch gói trên giao diện không gian với các tuyến truyển sóng dai cho phép độ trễ đài và có sự biến động mạnh Các công năng của thiết bị theo tiêu chuẩn 802.16 đã làm phù hợp các tin báo về quản lý MAC Điều này cho phép trạm gốc (BS-Base

Station) chất vấn trạm thuê bao (SS-Subcriber Station) khi có một tin trễ nào

đó Tiêu chuẩn 802.16-2004 thực hiện trên giao thức truy nhập “đòi hỏi sự

không có sự tổn thất về băng thông khi thực hiện chuyển tiếp dữ liệu)

4 Mô tả lớp MAC(Media Access Control)

Như đã trình bày ở trên, chuẳn 802.16 lúc đầu được phát triển cho các dịch vụ băng rộng như thoại, dữ liệu và video Lớp MAC dựa theo chuẩn DOCSIS (Data

Over Cable Service Interface Specification:chuẩn giao tiếp đữ liệu qua cáp) và nó

có thể hổ trợ lưu lượng đữ liệu cụm với tốc độ đỉnh cao ngay cả khi đang hổ trợ lưu

lượng thoại và luồng video trên cùng một kênh Tài nguyên cấp phát cho một thiết

bị đâu cuối bởi bộ lập lịch MAC có thể thay Átừ một khe thời gian đến toàn bộ

khung, do vậy có thể cung cấp một dải rất rộng thông lượng cho một người dùng ở

một thời điểm cho trước bất kỳ Hơn nữa thông tin cấp phát tài nguyên được

chuyển thành các bản tin MAP ở đầu mỗi khung nên bộ lập lịch có thể thay đổi sự

cấp phát tài nguyên theo từng khung để thích ứng với trạng thái lưu lượng cụm

4.1 Hổ trợ chất lượng dịch vụ(QoS)

Với tốc độ đường truyễển vô tuyến cao,khả năng truyền bất đối xứng(đường

lên/đường xuống) và một cơ chế cấp phát tài nguyên linh hoạt nên WiMAX hoàn

toàn có thể đáp ứng được các yêu cầu QoS cho nhiều loại hình dịch vụ và ứng

Trước khi cung cấp một loại hình dữ liệu bất kỳ, trạm gốc và đầu cuối của người

dùng phải thiết lập một kết nối logic theo một hướng nhất định giữa các lớp MAC

ngang hàng.MAC đầu ra kết hợp với các gói tin chuyển đến giao diện MAC tạo

thành một luồng dịch vụ để truyền trên kết nối đã thiết lập.Các tham số QoS tương

ứng với luông dịch vụ xác định thứ tự truyền và lập lịch trên giao diện vô tuyến.Do

vậy QoS hướng kết nối có thể cung cấp sự điều khiển chính xác trên giao diện vô

tuyến.Vì rằng giao diện vô tuyến thường có dạng nút cổ chai(bottleneck),QoS đầu

cuôi tới đầu cuối.Các tham số luồng dịch vụ có thể được quản lý linh hoạt hơn

thông qua các bản tin MAP để điều chỉnh cho phù hợp (accommodate) với nhu cầu

của dịch vụ thuê bao.Luông dịch vụ cơ sở QoS cho cả hai hướng.WïMAX di động

được hổ trợ nhiều loại hình dịch vụ đữ liệu và ứng dụng với các yêu cầu QoS khác

nhau

4.2 Bộ điều phối lớp MAC (MAC Scheduler)

Bộ điều phối lớp MAC trong WiMAX di động được thiết kế để điều

phối một cách hiệu quả các dịch vụ dữ liệu băng rộng khác nhau Bộ điều phối có

các đặc điểm sau:

4.2.1 Điều phối đữ liệu với tốc độ cao : bộ điều phối lớp MAC phải cấp phát

một cách hiệu quả tài nguyên thông tin để phù hợp với lưu lượng dữ liệu cụm cũng

như các sự thay đổi liên tục theo thời gian của kênh truyền.Các gói đữ liệu tương

ứng được kết hợp thành các luồng dịch vụ như đã để cập ở trên với các tham số

QoS được xác lập tốt nhất ở lớp MAC nhằm mục đích để bộ điều phối có thể xác

định một cách chính xác thứ tự các gói truyén qua giao tiếp vô tuyến.Kênh

Trang 23

kết hợp với HARQ đảm bảo cho chất lượng truyền dẫn ở mức tốt nhất qua giao

diện vô tuyến

4.2.2 Điều phối cho cả hai chiểu UL và DL : bộ điểu phối lớp MAC điều khiển việc điều phối lưu lượng cho cả hai chiêu UL và DL.Để bộ này cấp phát tài

nguyên một cách hiệu quảvà đảm bảo QoS ở UL phải phản hồi chính xác các

thông tin theo thời gian về trạng thái của các kênh cũng như các yêu cầu về QoS

4.2.3 Cấp phát tài nguyên động : lớp MAC hổ trợ việc cấp phát tài nguyên về tần số và thời gian ở cả gai chiều UL và DL trên mỗi khung cơ bản.Việc cấp phát tài nguyên đựơc thông báo qua các bản tin lớp MAC ở đầu mỗi khung.Vì thế việc

cấp phát tài nguyên luôn thay đối trên các khung tuỳ theo lưu lượng và cũng để

phù hợp với điều kiện của kênh truyền (các tài nguyên được cấp phát có thể thay đối từ một khe cho đến toàn bộ khung)

4.2.4 Định hướng QoS (QoS Oriented) : bộ điều phối lớp MAC điều khiển

việc vận chuyển dữ liệu trên từng kết nối cơ bản Mỗi kết nối phải thuộc một dịch

vụ dữ liệu nào đó với các thông số QoS được thiết lập đi kèm để đảm bảo chất

- lượng truyền dẫn cho cả hai hướng.Với khả năng cấp phát kênh động ở cả hai

chiêù UL và DL, bộ điểu phối có thể điều khiến một cách mềm dẻo để đảm bảo QoS ở cả hai chiều truyền ở mức tốt nhất

4.2.5 Điều phối lựa chọn tần số : bộ điều phối hoạt động trên tất cả các kênh

phụ khác nhau.Đối với các kênh phụ có tần số sóng mang phụ ngẫu nhiên thì chúng sẽ được điều phối một cách giả ngẫu nhiên và đảm bảo sao cho chất lượng các kênh phụ này cũng tương đương nhau.Điều phối tần số ngẫu nhiêncó thể hổ trợ dam bdo QoS cho việc cấp phát mềm dẻo tài nguyên thời gian và tần số.Đối với

các kênh được phân kênh liên tục (suy hao khác nhau) bộ điều phối lựa chọn tần số

để cấp phát cho thuê bao di động theo các kênh phụ có độ suy hao mạnh yếu tương ứng, ngoài ra bộ điều phối tần số còn có thể làm tăng dung lượng hệ thống nhờ cân bằng nhiễu trên các kênh

4.2.6 Quan lý tinh di động (Mobillity Managemennt) : thời gian hoạt động của

pin vá chuyển giao là hai vấn để được quan tâm trong các ứng dụng di

động.WiMAX hổ trợ hai chế độ là SleepMode và Idle Mode nhằm tăng hiệu quả

sử dụng năng lượng cho các thiết bị đầu cuối thuê bao.WïMAX cũng hổ trợ nhiều loại chuyển giao để cho phép MS di chuyển từ trạm gốc này sang trạm gốc khác

mà không ngắt kết nối hoặc nếu có thi thời gian đó là nhỏ nhất

Trang 24

4.2.6.1 Quản lý nguồn năng lượng : WïiMAX di động hổ trợ hai chế độ

vận hành hiệu năng : Sleep Mode và Idle Mode

Sleep Mode là trạng thái mà MS ở trong giai đoạn trước khi có bất

cứ trao đổi thông tin gì với trạm gốc qua giao diện vô tuyến.Nhìn từ phía trạm gốc,

những giai đoạn này có đặc điểm là không khả dụng với MS cho cả hai hương DL

và UL.Chế độ Sleep Mode cho phép MS tối thiểu năng lượng tiêu thụ và tối thiểu tài nguyên vô tuyến của trạm gốc.Chế độ Sleep Mode cũng cung cấp khả năng linh hoạt cho MS để dò các trạmgốc khác nhằm thu thập thông tin chuyển

giao(handoff)

Idle Mode cung cấp một cơ chế cho MS sẵn sàng một cách định kỳ

nhận các bản tin quảng bá hướng xuống(DL) mà không cần đăng ký với một trạm gốc xác định nào khi MS di chuyển trong môi trường có đường truyền vô tuyến

được phủ sóng bởi nhiều trạm gốc.Chế độ Idle Mode làm lợi cho MS bằng cách

loại bổ yêu cầu chuyển giao và các hoạt động bình thường khác còn sẽ làm lợi cho

mạng và trạm gốc bằng cách loại bỏ giao diện vô tuyến và lưu lượng chuyển giao

của mạng từ các MS không hoạt động trong khi vẫn cung cấp một phương pháp đơn

giản để báo cho MS về lưu lượng DL đang xử lý

4.2.6.2 Điều khiển công suất : Kỹ thuật điều chỉnh công suất truyền cho MS và BS ở mức hợp lý để hoạt động của hệ thống có thể duy trì trong thời

gian lâu nhất với mức năng lượng tiêu thụ thấp nhất, có thể chia điều khiển công suất làm 2 loại: điều khiển công suất đường lên và đường xuống

Mục đích:

1 Tăng dung lượng của hệ thống WIMAX di động

2 Bam bao chất lượng dịch vụ cho MS

Đối với cuộc gọi thông thường, nó phải đảm bảo chất lượng âm thanh, cón

đối với việc truyền đữ liệu cần có nhiễu phương pháp điều khiển QoS phức tạp - nhằm tránh xảy ra lỗi

Điều khiển công suất đường xuống để điều khiển công suất từ BS đến MS

khi MS thu được sóng yếu do công suất bức xạ từ BS bị ảnh hưởng gây bởi các chướng ngại vật, nhiễu, suy hao bằng việc điều khiển công suất đường xuống,

MS có thể giảm công suất truyền khi MS đang ờ trạng thái sóng tố, chẳng hạn như

các MS chuyển động chậm, các MS ở gần BS, hoặc MS ít chịu ảnh hưởng của

nhiễu nó chuyển phần công suất dư này đến các MS đang ở trong môi trường sóng yếu hoặc ở quá xa BS nhằm duy trì cho tất cả các MS có cùng hệ số S/N

Điều khiển công suất đường lên điều chỉnh công suất truyền của MS đến

BS Khi BS nhận được sóng đến từ MS yếu nó sẽ giữ các bản tin yêu cầu tăng công suất truyền, ngược lại nó cũng sẽ giữ các bản tin để điều khiển công suất truyền

của MS cho phù hợp

Trang 25

Có thể phân biệt 2 loại điểu khiển công suất: điều khiển công suất vòng mở

(open — loop power control) va điều khiển công suất vòng đóng (close - loop power control)

Điều khiển công suất vòng mở đánh giá kênh và hiệu chỉnh công suất truyễn không cần thông tin phản hồi rõ ràng, điều khiển công suất vòng mở không thể chính xác tuy nhiên có thể thực hiện một cách nhanh chóng Điều khiển công suất vòng mở có nhiều ưu điểm trong trường hợp kênh truyền có những sự thay đổi

đột ngột

Điều khiển công suất vòng đóng đánh giá kênh và hiệu chỉnh công suất

truyển dựa trên hoạt động thức tế của kênh, được đo bằng chỉ số mefric Hệ số này

là tổng hợp bao gồm các thông tin: mức công suất tín hiệu thu được, hệ số S/N thu

được, tỷ số BER, hay hệ số lỗi khung trong trường hợp điều khiển công suất đường

lên, hệ số mefric có thể được truyền thẳng xuống MS như là 1 cơ sở để hiệu chỉnh công suất truyền hoặc hệ số mefric sẽ được đánh giá tại BTS và sau đó BTS chỉ

truyễn đi thông tin hiệu chỉnh công suất đến MS Nếu điều khiển công suất đường

lên do BS thực hiện, nó có thể dựa vào các thông tin bổ sung từ hoạt động của một

MS cu thể hay hoạt động của một nhóm các MS Điều khiển công suất vòng đóng đường xuống cũng tương tự như điều khiển công suất đường lên

4.2.7 Chuyển giao

Có 3 loại chuyển giao được hỗ trợ trong chuẩn 802.16e : chuyển giao cứng ( HHO-Hard Handoff ), chuyển trạm gốc nhanh (Fast Base Station Swiching —

FBSS) và chuyển giao phần tập vĩ mô (Marco ) Trong đó chuyển giao HHO là bắt

buộc còn EBSS và MDHO là hay chế độ tuỳ chọn Những cải tiến này được phát

triển với mục đích giữ cho chuyển giao ở lớp 2 nhỏ hơn 50

Khi mà FBSS được hỗ trợ, MS và BS duy trì một danh sách các BS mà liên

quan đến FBSS với MS (tập này được gọi là một tích cực - Set Active) Trong FBSS, MS tiếp tục theo dõi các trạm gốc trong tập tích cực Trong các BS của tập tích cực, một BS chủ được định nghĩa Khi hoạt động trong FBSS, MS chỉ trao đổi vớu3 BS chủ cho các bản tin UL và DL chứa các kết nối lưu lượng và quản lý Việc

chuyển từ BS chủ đến trạm khác (như chuyển giao BS) được thực hiện mà không

cần các bản tin báo hiệu giữa trạm gốc phục vụ thông qua kênh CQI Một chuyển giao FBSS bắt đầu một quyết định dựa trên MS nhận hoặc phát dữ liệu từ trạm BS

mà nó có thể trong tập tích cực MS đò tìm các BS lân cận và chọn các trạm nào thích hợp trong tập tích cực MS giữ báo cho BS được họn và tiếp tục cập nhật tích cực được thực hiện bởi BS và MS MS tiếp tục theo dõi cường độ tín hiệu của các

BS trong tập tích cực và trở thành BS chủ MS gửi báo cáo đến BS lựa chọn trên

Trang 26

kênh CQICH hoặc MS khởi tạo bản tin yêu cầu HO Một yêu cầu quan trọng của

FBSS là đữ liệu sẽ được truyền đồng thời đến tất cả các phần tử của tập các BS

hoạt động sẵn sàng phục vụ MS Đối với các MS và BS hỗ trợ MDHO, MS và BS

duy trì một tập các BS hoạt động mà có chế độ MDHO với MS Tương tự như

EBSS, trong BS các trạng thái tích cực sẽ có một BS chủ Khi hoạt động trong chế

độ chuyển giao MDHO, MS giao tiếp với tất cả các BS ở trong tập tích cực bằng

một bản tin cho hướng lên và hướng xuống Một chế độ chuyển giao phân tập vĩ

mô bắt đầu khi một MS quyết định truyễn và nhận bản tin từ nhiều BS trong cùng

khoảng thời gian Đối với MDHO đường xuống, hai hoặc nhiều hơn BS cung cấp

khả năng truyền đồng bộ cho dữ liệu đường xuống MS và như vậy khi kết hợp phân

tập được thực hiện ở MS Đối với đường lên MDHO, việc truyền dẫn từ MS được

thu bởi nhiều BS, ở đó thông tin phân tập lựa chọn nhận được được thực hiện

4.2.8 Bảo mật

WIMAX di động hỗ trợ tốt nhất các đặc tính bảo mật nhờ áp dụng các kỹ thuật tốt nhất đang có hiện nay Các đặc điểm chính của đặc điểm bảo mật:

-Giao thức quản lý khoá | -Nhận thực thiết bị / người sử dụng

-Mã hoá lưu lượng -Bảo vệ các bản tin điều khiển -Hỗ trợ chuyển giao nhanh

3 So sánh WIMAX di động với 1xEVDO và HSPA

IxEVDO và HSDPA/HSPA là thế hệ mạng điện thoại di động 3G CDMA nhằm cung cấp thêm các dịch vụ dữ liệu bên cạnh các dịch vụ thoại truyền thống

WiMAX đầu tiên được phát triển cho dịch vụ truy cập vô tuyến băng rộngcố định

và sau này được tối ưu hoá để phục vụ các dịch vụ đữ liệu băng rộng di động Do

WiMAX di động được phát triển trên nền tảngcủa mạng WiMAX cố định nên đòi

hỏi phải bổ sung thêm một số tiêu chuẩn hổ trợ cho tính di động của thuê bao

Những đặc điểm chung được sử dụng để tăng hiệu quả hoạt động của WiMAX di

động, EVDO và HSPDA/HSPA là:

e Sử dụng kỹ thuật mã hoá và điều chế thích nghi(AMC-Adaptive

Modulation and Coding)

e© Kỹ thuật kiểm soát lổi HARQ

e_ Điều phối tốc độ cao(Fast Scheduling) e_ Tối ưu hoá khi chuyển giao

Trang 27

5.1 Kỹ thuật mã hoá và điều chế thích nghi

Kỹ thuật AMC được sử dụng ở cả hai công nghệ 1xEVDO và HSPA Công

nghệ IxEVDO_RevO chỉ sử dụng kỹ thuật AMC ở hướng xuống còn ở hướng lên

thì sử dụng BPSK với tốc độ mã hoá cố định.IxEVDO_RevA và 1xEVDO_RevB

sử dụng kỹ thuật AMC cho cả UL và DL.Trong khi đó HSDPA chỉ sử dụng AMC ở

DL còn HSPA sử dụng cho cả hai chiểu

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

kênh phụ trực giao chiều lên

5.2 Kỹ thuật kiểm soát lỗi

Nhiệm vụ quan trọng trong truyển dữ liệu là điều khiển lỗi để truyền dữ liệu đến phía thu một cách chính xác.Có hai phương pháp điều khiển lỗi cơ bản là

FEC(Forward Error Control) va ARQ(Automatic Repeat Request)

Với FEC, thông tin được bảo vệ bằng các phương pháp mã hoá sửa sai, một số

lượng lớn các lỗi sẽ được phía thu tự động sửa chữa khôi phục lại.Ưu điểm của

FEC là không cần cấp kênh phản hồi Feedback cho việc ưu cầu truyền lại cũng ngư

dữ liệu khi phải truyền đi sẽ không bị trễ khi gặp phải lỗi vì nó được xử lý trong

quá trình giải mã.Tuy vậy, nhược điểm của FEC là số lượng lối xử lý tỷ lệ thuận

với số bit thừa thêm vào các gói dữ liệu vì thế làm tăng dung lượng dữ liệu truyền

và nếu số lổi quá lớn thì phía thu sẽ không phát hiên được Vì thế nếu chỉ sử dụng

phương pháp FEC thì chỉ sử dụng 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 sẽ

truyền lại một khi bên nhận yêu cầu gữi lại dữ liệu bị lỗi.Sử dụng mã phát hiện sai

để phía thu có thể phát hiện lỗi (xác suất không phát hiện được là rất thấp), dữ liệu

sẽ được truyền lại nếu phát hiện lỗi xảy ra vì thế đảm bảo dữ liệu đến máy thu là

chính xác ARQ được sử dụng rộng rãi trong truyền dữ liệu vì nó đơn giản và có độ

tin cậy cao.Tuy nhiên độ giữa các lần truyền lại chính là hạn chế của phương pháp

này

HARQ là sự kết hợp của hai phương pháp này (FEC và ARQ), đó là một hệ

thống phụ FEC trong hệ thống ARQ FEC sẽ làm giảm số lần truyền lại bằng cách

sửa các lỗi trên đường truyền nếu có thể còn trong trường hợp FEC không xử lý

được thì ARQ sẽ điều khiển việc truyền lại gói dữ liệu bị lỗi đó

5.3 Điều phối dữ liệu tốc độ cao (Fast Scheduling)

Trang 28

Chức năng này được đặt ở trạm gốc và được sử dụng với tốc độ caocho 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.Hoạt

động điều phối của WiMAX diễn ra trên từng khung bằng các bản tin MAP ở bắt

đầu mỗi khung.Vì vậy trong WiMAX di động điều phối có thể thay đổi một cách

nhanh chóng tài nguyên cấp phát vá đáp ứng nhanh chóng khi co sự thay đổi về

điều kiện kênh truyền

5.4 Tối ưu hoá quá trình chuyển giao

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

chuyển giao xảy ra.Khi chuyển giao, MS sẽ vẫn duy trì kết nối với trạm gốc cũ cho

đến khi hoàn tất quá trình chuyển giao với trạm gốc mới.Trong WiMAX di động sử

dụng các loại chuyển giao nhằm hạn chế tới mức thấp nhất độ trễ do chuyển giao

gây ra

Trang 29

TONG QUAN KY THUAT OFDM

Kỹ thuật OFDM 1a tén cia cum tiv Orthogonal Frequency Division

Multiplexing nghĩa là ghép kênh phân chia tần số trực giao.OFDM nằm trong một

lớp các kỹ thuật điều chế 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 được nhắc đến dưới cái tên: đa tần (DMT-

Discrete-Multi-Tone) Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được giới thiệu trong bài báo

của R W Chang năm 1966 về vấn để tổng hợp các tín hiệu có dải tần hạn chế khi

thực hiện truyền tín hiệu qua nhiều kênh con Tuy nhiên, cho tới gần đây, kỹ thuật

OFDM mới được nhắc đến nhờ những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu

và vi điện tử

Ý tưởng chính của kỹ thuật OEDM là phân chia luông dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu con có tốc độ thấp hơn lên các sóng mang OFDM sử dụng

kỹ thuật điểu chế đa sóng mang đặc biệt hơn DMT ở chổ các sóng mang này trực

giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ dãn cách giữa chúng

một cách hợp lý và các sóng mang này được điều chế với tốc độ bit thấp nhưng với

số lượng sóng mang lớn sẽ mang được luồng dữ liệu tốc độ cao

1 Mã hóa

Trong bất cứ hệ thong truyén tin nao đều có khả năng gây ra lổi dữ liệu truyền Các đường truyền đữ liệu có thể có khoảng cách ngắn (vài mét) và cũng có

thể dài (hàng nghìn km), môi trường truyền dẫn có thể là hệ thống dây đồng, viba,

vệ tỉnh hoặc cáp quang Do các đặc tính không lý tưởng của kênh truyền cũng như

tác động của các yếu tố gây 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 Trong các kênh truyển tin số, nếu như xem rằng các

chuỗi ký hiệu truyền vẫn được giữ nguyên trật tự và chỉ sai số ở dạng bit, thì dưới

góc độ kỹ thuật, các lỗi trong các kênh nhị phân đó có thể được phân làm hai loại:

Trang 30

thấp, độ tin cậy truyền tin lớn Xác suất lỗi trong trường hợp này thường

nhỏ và các bit lỗi thường độc lập (không phụ thuộc vào nhau)

e Lỗi có tính chất cụm, thường do các yếu tố tạp nhiễu bên ngoài tác động

làm cho một số bít liên tiếp hoặc một cụm bit nào đó bị sai lệch Trong

trường hợp này xảy ra hiện tượng trong từ mã có những bít lên tiếp bị lỗi

Trong kỹ thuật OFDM, để nhận biết và khắc phục các lỗi truyền, có hai phương pháp được ứng dụng, đó là phương pháp phát hiện lỗi (error detection) và

phương pháp sửa lỗi (error correction) trong bộ mã hoá kênh

Đối với một kênh truyền tin trong trường hợp có nhiễu (trắng, cộng) AWGN

(Addiive White Gaussian Noise) thì theo định luật Shannon-Harley, dung lượng

kênh truyền được biểu thị theo biểu thức:

B: độ rộng băng tần của kénh (Hz) S/N: tỷ số giữa tín hiệu và tạp âm tại máy thu

Cũng theo Shannon, nếu tốc độ truyển tin là R nhỏ hơn dung lượng của kênh thì

các biện pháp mã hóa có thể ứng dụng với các xác suất lỗi của tín hiệu thu được ở

mức nhỏ tùy ý, ngược lại thì không thể dùng các biện pháp mã hóa thông thường

Hầu hết, các hệ truyễn 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 giữ nguyên được tỷ lệ lỗi bit (BER- Bit Eror Ratio) Điều đó có thể được

thực hiện bằng cách cộng thêm vào một số bit phụ (bit dư) vào nội dung thông tin

và đó là phương pháp mã hóa kênh hoặc mã sửa lỗi

Trong các hệ truyền tin tốc độ cao mà ở đây là kỹ thuật OFDM, có hai loại

mã hóa 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, để phát hiện lỗi và sửa lỗi có hai phương pháp được sử dụng, đó

là:

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

Rrequest)

Trang 31

là đoạn tin) Mỗi đoạn tin (u) gồm có k bít thông tin Việc mã hóa theo một quy

luật nào đó sẽ ánh xạ đoạn 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 2" từ mã và mỗi từ mã có

chiều dài n thì việc lưu lại bảng mã để phục vụ cho việc giải mã sẽ gặp khó khăn

Do đó có một loại mã khối có cơ chế hoạt động dễ dàng hơn, có thể áp dụng thuận

lợi trong thực tế, đó là mã khối tuyến tính Với cấu trúc của 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

trường vector 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 tính thường 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 và một trường đặc trưng cho kiểm tra và sửa lỗi, thì

lúc đó chúng ta sẽ có một mã khối tuyến tính có thể phát hiện và sửa lỗi

Một mã khối có chiều dài n, gồm 2* từ mã được gọi là mã tuyến tính (n,k)

nếu và chỉ nếu 2* từ mã hình thành một không gian vector con k chiều của không

gian vector gồm 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

đọan tin được chuyển đổi thành n bit từ mã, hiệu số của n và k là các bit dư được sử

dụng cho việc phát hiện lỗi Tốc độ mã hoặc hiệu suất mã được xác định bằng tỷ

số k/n Các từ mã tuyến tính có thể được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp

biến đổi tuyến tính doan tin

Mã từ mã được hình thành gồm hai phan: phần thong tin (message) va phan

kiểm tra (redundant checking)

Trang 32

1.2 Mã vòng

Mã vòng hay còn gọi là mã tuần hoàn, là loại mã có khả năng phát hiện và

sửa lỗi cao hơn mã tuyến tính Các loại mã khối biểu diễn các từ mã dưới dạng các

vector của trường vector, nhưng mã vòng biểu diễn các từ mã theo trạng thái Đó là

tất cả các từ mã có n phần tử (ao, aj, , an.) sẽ được biểu thị bởi một đa thức bậc

n-l (ao + âiX + a;X” + +ani XD

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

vector V (a, a4, , ân.) của trường vector đó cũng có tương ứng một vector V (a

1,49, 1, A„2) trong đó vector v do các thành phần của vector v dịch chuyển về

phía phải một vị trí, và chúng đều thuộc trường V

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 2 — 1 = 255 byte

Mã RS (255,223) 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 (255,223) đó thì trong mỗi từ

mã có 223 byte đữ liệu và 32 byte được sử dụng cho kiểm tra lỗi và cũng do đó mã

có khả năng dửa đến 16 byte lỗi ở dữ liệu thu được nếu có lỗi

Mã xoắn hay còn gọi là mã chập cũng có k phân tử thông tin và (n-k) phần tử

kiểm tra, nhưng (n-k) phần tử kiểm tra đó được tạo ra theo một phương pháp hoàn

toàn khác với các loại mã đã khảo sát ở phần trước

Trang 33