Lớp vật lý wimax di động

Một ký hiệu OFDMA được tạo thành từ các sóng mang con, trong số đó xác định kích thước FFT được sử dụng, cósóng mang con một số loại như sau:  Sóng mang con dữ liệu: để truyền dữ liệu..

Giảng viên : Th.S Phạm Thúy Hiền

NGUYỄN VĂN CƯƠNG D12VT6

Hà Nội - 2016

MỤC LỤC

1.CÁC THÔNG SỐ OFDM VÀ CẤU TRÚC KHUNG CỦA IEEE 802.16m 5

1.1.Các thông số OFDM 5

1.1.1.Mô tả trong miền thời gian 5

1.1.2.Mô tả trong miền tần số 5

1.1.3.Các thông số nguyên thủy và các thông số cơ bản 5

1.2.Cấu trúc khung TDD/ FDD 6

1.2.1.Cấu trúc khung cơ bản 6

1.2.2.Cấu trúc khung FDD CP = 1/8 × TFFT 7

1.2.3.Cấu trúc khung TDD CP = 1/8 × Tb 10

1.2.4.Cấu trúc khung CP=1/16Tu 11

1.2.5.Khái niệm vùng thời gian 12

2 CẤU TRÚC VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG IEEE 802.16M 13

2.1 Mở đầu 13

2.2 PRU và LRU 14

2.2.1 DLRU 14

2.2.2 CLRU 15

2.3 Phân định kênh con và sắp xếp tài nguyên 15

2.3.1 Cấu trúc ký hiệu cơ sở 15

2.3.2 Sắp xếp đơn vị tài nguyên đường xuống 15

2.4 Phân định kênh con cho ấn định tài nguyên phân bố đường xuống 16

2.5 Phân định kênh cho tài nguyên chia lô đường xuống 17

2.6 Cấu trúc hoa tiêu 17

3 CẤU TRÚC VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN TRONG IEEE 802.16m 18

3.1 Mở đầu 18

3.2 PRU và LRU 19

3.2.1 DLRU 19

3.2.2 CLRU 20

3.3 Phân định kênh con và sắp xếp tài nguyên 20

3.3.1 Cấu trúc ký hiệu cơ sở 20

3.3.2 Sắp xếp đơn vị tài nguyên đường lên .20

3.4 Phân định kênh con đối với ấn định tài nguyên phân bố đường lên 21

3.5 Phân định kênh con đối với tài nguyên chia lô đường lên 21 3.6 Cấu trúc hoa tiêu 21

4 ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA 22

1 CÁC THÔNG SỐ OFDM VÀ CẤU TRÚC KHUNG CỦA IEEE 802.16m 1.1 Các thông số OFDM

1.1.1 Mô tả trong miền thời gian

Biến đổi Fourier ngược tạo ra các dạng sóng OFDMA, thời gian này được gọi là hữu ích ký hiệu thời gian Tb Một bản sao Tg cuối cùng của thời gian biểu tượng hữu ích, gọi là CP, được sử dụng để thu đa đường, trong khi vẫn duy trì trực giao của các song mang con Hình 1.1 minh họa cấu trúc này

Hình 1.1 Cấu trúc thời gian của ký hiệu OFDMA

1.1.2 Mô tả trong miền tần số

Mô tả miền tần số bao gồm các cấu trúc cơ bản của một ký hiệu OFDMA

Một ký hiệu OFDMA được tạo thành từ các sóng mang con, trong số đó xác định kích thước FFT được sử dụng, cósóng mang con một số loại như sau:

 Sóng mang con dữ liệu: để truyền dữ liệu

 Sóng mang con Pilot: dự toán cho các mục đích khác nhau

 Sóng mang con Null: không truyền ở tất cả, cho khoảng bảo vệ và sóng mang con DC

1.1.3 Các thông số nguyên thủy và các thông số cơ bản

Bốn thông số nguyên thủy sau đây đặc trưng cho ký hiệu OFDMA:

 BW: băng thông kênh danh định

 N used: Số sóng mang con được sử dụng (trong đó bao gồm các sóng mang con DC)

 n: hệ số Lấy mẫu Tham số này, kết hợp với BW và N used, xác định khoảng cách giữa các sóng mang con và thời gian hữu ích của ký hiệu Giá trị này được đưa ra trong Bảng 1 cho mỗi băng thông danh định

 G: Đây là tỷ lệ của thời gian CP với thời gian "hữu ích" Các giá trị sau đây được hỗ trợ: 1/8, 1/16 và 1/4

 T: là độ dài ký hiệu OFDM

 TFFT: là thời gian FFT, phần hiệu dụng của ký hiệu OFDM

 TGD: là thời gian bảo vệ, thời gian của yếu tố chu trình.

 Twin: là thời gian mở cửa tiền tố và hậu tố để tạo dạng phổ

 Fc: tần số trung tâm của phổ

 ∆f= 1/ TFFT là phân cách tần số giữa hai song mang

 Thời gian ký hiệu hữu ích: TFFT = 1 ⁄ Δf, TGD = G × T b.

 Thời gian ký hiệu OFDMA: TS = TFFT + TGD + TWIN.

Bảng 1.1 các thông số của OFDMA

1.2 Cấu trúc khung TDD/ FDD

1.2.1 Cấu trúc khung cơ bản

Giao diện chi tiết cấu trúc khung cơ bản được minh họa trong hình 1.2 Mỗi 20ms superframe chia đều thành 4 khung vô tuyến kích cỡ 5ms Khi sử dụng OFDMA các thông số bản tương tự như trong Bảng 1.1 với băng thông kênh 5 MHz, 10 MHz,

20 MHz, mỗi khung vô tuyến 5ms bao gồm 8 subframes cho G = 1/8 và 1/16 Đối với

G = 1/4, khung vô tuyến 5ms bao gồm 7 subframes Với băng thông kênh 8,75 MHz, khung vô tuyến 5ms gồm có 7 subframes cho G = 1/8 và 1/16, và 6 subframes cho G

= 1/4 Với băng thông kênh 7MHz, khung vô tuyến 5ms bao gồm 6 subframes cho G

= 1/16, và 5 subframes cho G = 1/8 và G = 1/4 Một khung phụ sẽ được chỉ định cho truyền tải hoặc DL hoặc UL Có bốn loại subframes:

 Type-1 subframe bao gồm 6 biểu tượng OFDMA

 Type-2 subframe bao gồm 7 biểu tượng OFDMA

 Type-3 subframe bao gồm 5 biểu tượng OFDMA

 Type-4 subframe bao gồm 9biểu tượng OFDMA Loại này chỉ được áp dụng cho một UL subframe cho kênh băng thông 8,75MHz khi hỗ trợ cho các WirelessMANOFDMA framnes

Cấu trúc khung (FDD/TDD) thể hiện trên hình vẽ 1.2 Cấu trúc khung cơ bản được áp dụng cho cả hai phương thức FDD và TDD, bao gồm cả H-FDD AMS hoạt động Số điểm chuyển đổi trong mỗi khung vô tuyến trong các hệ thống TDD được tính là hai, nơi chuyển đổi được định nghĩa là sự thay đổi của hướng tức là từ DL sang

UL hoặc từ UL đến DL Khi H-FDD AMS được bao gồm trong một hệ thống FDD, cấu trúc khung từ điểm nhìn của H-FDD AMS là tương tự như cấu trúc khung TDD, tuy nhiên, truyền DL và UL xảy ra trong hai băng tần riêng biệt Các khoảng cách truyền dẫn giữa DL và UL (và ngược lại) được yêu cầu để cho phép chuyển đổi các mạch thu phát Cố định kích thước của DL và UL là 1 khung con của gồm 6 ký hiệu OFDMA và một siêu khung có kích thước 20ms bao gồm bốn khung 5ms

Hình 1.2 Cấu trúc khung cơ bản cho kênh băng thông 5MHz, 10MHz và 20 MHz

1.2.2 Cấu trúc khung FDD CP = 1/8 × TFFT

Một ABS hỗ trợ chế độ FDD sẽ có thể đồng thời hỗ trợ các AMS bán song công

và song công hoạt động trên cùng một sóng mang RF AMS hỗ trợ chế độ FDD phải

sử dụng một trong hai H-FDD hoặc FDD

Khung FDD sẽ được xây dựng trên cơ sở của cấu trúc khung cơ bản Trong mỗi khung tất cả các subframes có sẵn để truyền cả DL và UL Truyền DL và UL tách biệt nhau trong miền tần số.

Một AMS FDD có thể nhận được dữ liệu burst ở bất kỳ DL subframe nào khi truy cập cùng một lúc vào một UL subframe Đối với AMS H-FDD, chỉ một trong hai việc truyền hoặc tiếp nhận được cho phép trong mỗi subframe Ngoài ra, việc phân bổ subframes cho việc truyền và nhận sẽ cung cấp nhàn rỗi subframes theo thứ tự cho một AMS H-FDD để nhận được SFH A-Preamble và đảm bảo khoảng cách chuyển tiếp giữa truyền và nhận Sau đó, ABS sẽ sắp xếp các subframes cho một AMS H-FDD, không bao gồm subframe thứ nhất, thứ hai và subframe UL cuối cùng với subframes

DL liên quan kết nối trong HARQ thời gian

Thời gian nhàn rỗi quy định trong bảng 1.1 được đặt ở phần cuối của mỗi khung FDD như thể hiện trong hình 1.3 Hình 1.3 minh họa một cấu trúc khung FDD ví dụ

đó là áp dụng cho các kênh danh định băng thông 5 MHz, 10 MHz và 20 MHz với G = 1/8

Hình 1.3 Cấu trúc khung với Type-1 FDD subframe

Hình 1.4 Cấu trúc khung cho 7 MHz FDD mode (G = 1/8)Hình 1.4 minh họa một cấu trúc ví dụ khung FDD, đó là áp dụng cho các kênh danh định danh băng thông 7 MHz với G = 1/8 Bốn subframes trong số năm subframes là loại-2 ở subframes, và subframe khác là một subframe loại 1.

Hình 1.5 minh họa một cấu trúc ví dụ khung FDD, đó là áp dụng cho các kênh danh nghĩa băng thông 8,75MHz với G = 1/8 Trong hình 1.5 có 4 subframe là subframe loại 2 và một subframes khác là subframes loại 1

Hinh 1.5 Cấu trúc khung cho 8,75MHz FDD chế độ (G = 1/8)

1.2.3 Cấu trúc khung TDD CP = 1/8 × Tb

Trong một khung TDD với tỉ lệ DL / UL của D: U, tiếp giáp đầu tiên D subframes và còn lại U subframes được gán cho DL và UL Tỷ lệ D: U sẽ được lựa chọn từ một trong các giá trị sau đây: 6:2, 5:3, 4:4, 3:5 cho kênh băng thông 5 MHz,

10 MHz và 20 MHz, và 3:2 hoặc 2:3 cho băng thông kênh 7 MHz và 5:2, 4:3, 3:4 cho băng thông kênh 8,75 MHz

Trong mỗi frame, TTG và RTG sẽ được chèn vào giữa DL và các điểm chuyển đổi UL Hình 1.6 minh họa một ví dụ về cấu trúc khung TDD với D: U = 5:3, đó là áp dụng cho các kênh băng thong danh định 5 MHz, 10 MHz và 20 MHz với G = 1/8 Trong hình 1.6 DL subframe (tức là DL SF4), là một subframe loại 3 và subframes khác là subframes loại1 TTG và RTG tương ứng là 105,714 ms và 60 ms

Hình 1.6 Cấu trúc khung cho chế độ 5/10/20 MHz

Hình 1.7 Cấu trúc khung TDD cho chế độ 7MHzHình 1.7 minh họa ví dụ một cấu trúc khung TDD với D: U = 3:2, đó là áp dụng đối với kênh băng thông danh định 7 MHz với G = 1/8 3 subframes trong số năm subframes là subframes loại 2, và hai subframes khác là subframes loại 1 TTG và RTG tương ứng là 188 ms và 60 ms

Tiêu chuẩn cũng hỗ trợ các kích thước CP khác như: ¼ cho các tế bào rất lớn và 1/16 cho các tế bào rất nhỏ

1.2.4 Cấu trúc khung CP=1/16T u

Đối với các băng thông chuẩn tắc 5,10 và 20 MHz, một khung IEEE802.16m với CP=1/16Tu có năm khung con kiểu 1 và ba khung con kiểu 2cho FDD, sáu khung con kiểu 1 và hai khung con kiểu 2 cho TDD Khung con trước điểm chuyển mạch từ DL snag UL là khung con kiểu 1

Hình 1.8 cho thấy ví dụ về cấu trúc khung TDD và FDD cho các băng thông 5,10 và 20 MHz với CP=1/16 Tu Với thời gian một ký hiệu OFDM là 97,143µs, độ dài các khung con kiểu 1 và kiểu 2 là 0,583ms và 0,680ms tương ứng TTG và RTG

có độ dài là 82,853µs và 60µs

Hình 1.8: Cấu trúc khung cho TDD và FDD với CP=1/16Tu (Tỷ lệ DL trên UL là 5:3)

1.2.5 Khái niệm vùng thời gian

Vùng thời gian được định nghĩa là một số nguyên lần (lớn hơn 0) của các khung con liên tiếp Khái niệm vùng thời gian được áp dụng như nhau cho cả TDD

và FDD Các Mzone ( vùng M, M ký hiệu cho IEEE 802.18m) và Lzone ( vùng L,

L ký hiệu cho IEEE 802.16 -2009 chưa 802.18e) là miền các vùng được ghép kênh theo thời gian(TDM) trên miền thời gian cho đường xuống Đối với các truyền dẫn đường lên các phương phát TDM( ghép kênh theo thời gian và FDM ghép kênh theo tần số) được hỗ trợ để ghép kênh cho các R1 MS và các AMS Lưu ý rằng lưu lượng DL/UL cho AMS có thể lập biểu một trong hai miền tuỳ thuộc và chế độ (IEEE 802.16m hay IEEE 802.16-2009) mà với nó AMS được kết nối, nhưng không đồng thời cả hai miền, trong khi đó lưu lượng DL/UL cho R1 RS chỉ có thể được lập biểu cho Lzone

Khi không có hệ thống IEEE Std 802.16-2009, Lzone sẽ biến mất và toàn bộ khung sẽ được ấn định trong Mzone

Hình 1.9 cho thấy thí dụ về ấn định các miền thời gian trong chế độ FDD khi triển khai đồng thời các đầu cuối hiện có (IEEE Std 802.16-2009) và các AMS mới (IEEE 802.16m)

Hình 1.9 Ví dụ về các miền thời gian trong chế độ FDD.

2 CẤU TRÚC VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG IEEE 802.16M

2.1 Mở đầu

Khung con đường xuống được chia thành một số FP ( Frequency Partition: đoạn tần số): tối đa bốn FP Mỗi đoạn bao gồm một tập các PRU ( Physical Resource Unit: đơn vị tài nguyên vật lý) trên toàn bộ số ký hiệu OFDM khả dụng trong khung con Mỗi FP có thể chứa các PRU liên tục ( chia lô) hoặc không liên tục ( phân bố ) Mỗi

FP có thể được sử dụng cho các mục đíchkhác nhau như tái sử dụng tần số phân đoạn ( FFR : Fraction Frequency Reuse) hay các dịch vụ đa phương và quảng bá ( MBS: Multicast Broadcast Service) Hình 5.15 minh họa cấu trúc vật lý đường xuống với hai đoạn tần số trong đó đoạn tần số thứ hai bao gồm cả PRU liên tục( chia lô) và phân bố với Sc ký hiệu cho sóng mang con

Hình 2.1: Thí dụ về cấu trúc vật lý đường xuống

2.2 PRU và LRU

PRU ( Physical Resource Unit: đơn vị tài nguyên vật lý) là đơn vị vật lý cơ sở để

ấn định tài nguyên PRU bao gồm Psc sóng mang con với Nsym ký hiệu OFDM liên tục Psc bao gồm 18 sóng mang con Nsym gồm 6 ký hiệu OFDM đối khung con kiểu

1, 7 ký hiệu OFDM đối với khung con kiểu 2 và 5 ký hiệu OFDM với khung con kiểu 3

LRU ( Logical Resource Unit: đơn vị tài nguyên logic) là đơn vị logic cơ sở cho các nhóm phân bố và chia lô LRU bao gồm Psc x Nsym: 18x8 sóng mang con cho các khung con kiểu 1, 18x7 sóng mang con cho các khung con kiểu 2 và 18x5 các sóng mang con cho các khung con kiểu 3

2.2.1 DLRU

DLRU ( Distributed Logical Resource Unit: đơn vị tài nguyên logic phân bố ) có thể được sử dụng để đạt được độ lợi phân tập tần số DLRU bao gồm một nhóm các sóng mang con được trải rộng trên các tài nguyên phân bố trong một FP bằng cách hoán vị Đơn vị tối thiểu để tạo nên một DLRU là một sóng mang hay một cặp sóng mang ( được gọi là một cặp tone) Các DLRU đường xuống nhận được bằng cách hoán

vị các sóng mang con số liệu của các DRU ( Distributed Resource Unit: đơn vị tài nguyên phân bố) Kích thước DRU bằng kích thước PRU nghĩa là Rsc x Nsym

2.2.2 CLRU

Đơn vị tài nguyên logic còn được gọi là CLRU ( Contiguous Logical Resourse Unit: đơn vị tài nguyên logic liên tục ) có thể được sử dụng để đạt được phân tập lập biểu chọn lọc tần số CLRU chứa một nhóm các sóng mang liền kề trên toàn bộ nhóm chia lô trong một FP CLRU bao gồm chỉ các sóng mang con số liệu trong đơn vị tài nguyên liên tục ( CRU: Contiguous Resource Unit) Kích thước của CRU bằng kích thước PRU: PscxNsym Có hai kiểu CLRU: SLRU ( Subband LRU: LRU băng con)

và NLRU ( Miniband LRU: LRU mini) tương ứng với hai kiểu CRU: CRU băng con

và CRU mini

2.3 Phân định kênh con và sắp xếp tài nguyên

2.3.1 Cấu trúc ký hiệu cơ sở

Các sóng mang con của một ký hiệu OFDM được chia thành Ng.left sóng mang con bảo vệ trái, Ng.right sóng mang con bảo vệ phải và Nused sóng mang con Sóng mang con DC không dùng Số sóng mang con được sử dụng cho hoa tiêu và số liệu phụ thuộc vào chế độ MIMO, cấp hạng và số các AMS được ghép cũng như kiểu khung con ( kiểu 1, kiểu 2 hay kiểu 3)

2.3.2 Sắp xếp đơn vị tài nguyên đường xuống

Trước hết các PRU được chia thành băng con và băng mini trong đó một băng con chứa N1 các PRU liền kề và một băng mini chứa N2 PRU liền kề, trong đó N1=4 và

N2=1 Các băng con phù hợp để ấn định chọn lọc tần số vì chúng cung cấp ấn định liên tục các PRU trong miền tần số Các băng con mini phù hợp cho ấn định phân tần số và thường được hoán vị theo tần số

Sắp xếp sóng mang con đường xuống lên đơn vị tài nguyên được quy định như trên hình 2.2:

1 Hoán vị vòng ngoài được áp dungjcho các PRU trong N1 và N2 trong PRU, trong đó N1 =4 và N2= 1 Sắp xếp trực tiếp cho hoán vị vòng ngoài chỉ áp dụng cho các CPU

2 Các PRU sau sắp xếp lại được phân bố lên các đoạn tần số

3 Các đoạn tần số này được chia thành các ấn định tài nguyên chia lô và phân bố Kích thước của các nhóm chia lô/ phân bố này được lập cấu hình linh hoạt cho các đoạn ô Các đoạn ô liền kề không cần có cùng cấu hình đối với các nhóm chia lô/ phân bố

4 Các đơn vị tài nguyên chia lô và phân bố này được sắp xếp trực tiếp vào các LRU bằng cách sắp xếp trực tiếp vào các CRU và bằng cách “ hoán vị sóng mang con” vào các DRU

Hình 2.2: Sắp xếp đơn vị tài nguyên đường xuống

2.4 Phân định kênh con cho ấn định tài nguyên phân bố đường xuống

Hoán vị sóng mang con được định nghĩa để ấn định tài nguyên phân bố đường xuống Các sóng mang con của DRU được trải rộng trên tất cả các ấn định tài nguyên phân bố trong đoạn tần số Sau khi sắp xếp tất cả các hoa tiêu, các sóng mang con còn lại được sử dụng để xác định các DRU Để ấn định các LRU các sóng mang con còn lại được ghép đôi vào các cặp sóng mang con liên tục Mỗi LRU gồm một nhóm các cặp sóng mang

Giả sử có NRUDRU Chuỗi hoán vị P cho nhóm phân bố được cung cấp và phân định kênh con để ấn định tài nguyên phân bố đường xuống được thực hiện theo thủ tục sau:

Đối với ký hiệu thứ k trong khung con:

1 Giả sử nk ký hiệu cho số tone hoa tiêu trong ký hiệu OFDM trong một PRU Ấn định nk hoa tiêu trong ký hiệu OFDM thứ k trong mỗi PRU

2 Giả sử NRU ký hiệu cho số DRU trong đoạn tần số Lưu ý rằng các sóng mang con số liệu còn lại NRU(Psc-nk) có thứ tự từ 0 đến NRU.(Psc-nk)-1

3 Nhóm các sóng mang con liên tục nảy thành NRU.(Psc-nk)/2 cặp và đánh lại số cho chúng từ 0 đến NRU.(Psc-nk)/2-1

4 Áp dụng công thức hoán vị với chuỗi hoán vị P cho các cặp số sóng mang số liệu