Đồ án kĩ thuật xử lí tín hiệu trong wimax

Sự ra đời của chuẩn 802.16 cho mạng WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) nóđánh dấu sự bắt đầu cho một kỷ nguyên truy nhập không dây băng rộng cốđịnhđang đến giai đoạn phát triển. Nó mang đến những thách thức lớn cho mạng hữu tuyến hiện tại vì nó có một chi phí thấp khi lắpđặt và bảo trì. Chuẩn này cũngáp dụng cho mạng truyền thông vô tuyến đường dài (lên tới 50km) trong thực tế và có thể sẽ là một sự bổ sung hoặc thay thế cho mạng 3G. Tất cả nhữngđặc tínhđầy hứa hẹn này của WiMAX sẽ mang lại một thị trường lớn trong tương lai.Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, em đã lựa chọnđề tài“KỸ THUẬTXỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG WiMAX”.

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

- Nghiên cứu những đặc tính mới của WiMAX

- Tìm hiểu về kỹ thuật điều chế OFDM

- Mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu trong WiMAX dựa trên kỹ thuật OFDM

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn:

Thầy giáo Th.S Nguyễn Thành Trung - Bộ môn Công nghệ kỹ thuật máy

tình - Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông - Đại học Công nghệ thông tin vàTruyền thông

Cùng các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông - Đạihọc Công nghệ thông tin và Truyền thông đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trongsuốt thời gian thực hiện đồ án

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2014Sinh viên thực hiện đồ án

Nghiêm Văn Giang

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của đồ án này là do em tự tìm hiểunghiên cứu dưới sự định hướng của thầy giáo hướng dẫn Nội dung đồ án tốt nghiệpnày không sao chép và vi phạm bản quyền từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Nếu những lời cam đoan trên không đúng, em xin chịu hoàn toàn tráchnhiệm trước pháp luật

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiện đồ án

Nghiêm Văn Giang

DANH MỤC HÌNH VẼ

LỜI NÓI ĐẦU

Sự ra đời của chuẩn 802.16 cho mạng WiMAX (Worldwide Interoperability forMicrowave Access - Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) nó đánh dấu

sự bắt đầu cho một kỷ nguyên truy nhập không dây băng rộng cố định đang đến giaiđoạn phát triển Nó mang đến những thách thức lớn cho mạng hữu tuyến hiện tại vì

nó có một chi phí thấp khi lắp đặt và bảo trì Chuẩn này cũng áp dụng cho mạngtruyền thông vô tuyến đường dài (lên tới 50km) trong thực tế và có thể sẽ là một sự

bổ sung hoặc thay thế cho mạng 3G Tất cả những đặc tính đầy hứa hẹn này củaWiMAX sẽ mang lại một thị trường lớn trong tương lai

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, em đã lựa chọn đề tài “KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG WiMAX”.

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp không thể tránh khỏi những sơ suất Vìvậy, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè để đồ ánđược hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2014

Sinh viên

Nghiêm Văn Giang

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX

1.1 Giới thiệu về wimax

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Khả năng tương

tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là một công nghệ ra đời dựa trên chuẩn 802.16 củaIEEE cho phép truy cập vô tuyến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thếcho cáp, DSL và WLAN

Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa các giao diện vô tuyến trong mạng vôtuyến nội thị (WiMAX) cho việc truy nhập vô tuyến băng rộng cố định (BWA), nócung cấp “chặng cuối” cho công nghệ truy nhập tới các hotpot với thoại, video vànhững dịch vụ dữ liệu tốc độ cao Ưu điểm nổi bật nhất của BWA là nó có chi phíthấp cho sự lắp đặt và bảo trì so với những mạng hữu tuyến truyền thống hoặc sovới mạng truy nhập quang, đặc biệt là cho những vùng xa xôi hoặc những vùng cóđịa hình khó khăn.WiMAX chính là một giải pháp cho việc mở rộng mạng truyềndẫn quang và nó có thể cung cấp một dung lượng lớn hơn so với các mạng cáp hoặccác đường thuê bao số (DSL) Các mạng WiMAX có thể được xây dựng dễ dàngtrong một thời gian ngắn bằng cách triển khai một số lượng nhỏ các trạm gốc (BS)trên các toà nhà hoặc trên các cột điện để tạo ra những hệ thống truy nhập vô tuyếndung lượng lớn

Hệ thống WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định (người sửdụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sửdụng có thể di chuyển ở tốc độ đi bộ), di động với khả năng phủ sóng của một trạmanten phát lên đến 50km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (Line Of Sight - LOS)

và bán kính lên tới 8km không theo tầm nhìn thẳng (Non Line Of Sight - NLOS)

1.2 Mô hình hệ thống

Mô hình phủ sóng mạng WiMAX tương tự như một mạng điện thoại di động:

Hình 1 1 Mô hình hệ thống WiMAX

Một hệ thống WiMAX được mô tả như hình gồm có 2 phần:

• Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với côngsuất lớn, có thể phủ sóng khu vực rộng tới 8000km2

• Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các loại card mạng tích hợp (hay gắnthêm) trên các mainboard của máy tính như WLAN

Các trạm phát được kết nối tới mạng Internet thông qua các đuờng truyềnInternet tốc độ cao hay kết nối tới các trạm khác như là trạm trung chuyển theođường truyền trực xạ (line of sight) nên WiMAX có thể phủ sóng đến những khuvực xa

Các anten thu phát có thể trao đổi thông tin qua qua các đường truyền LOS hayNLOS.Trong trường hợp truyền thẳng LOS, các anten được đặt cố định tại các điểm

trên cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và đạt tốc độ truyền tối đa Băng tần

sử dụng có thể ở tần số cao, khoảng 66GHz, vì ở tần số này ít bị giao thoa với cáckênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng lớn Một đường truyền LOS yêu cầu phải

có đặc tính là toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật, nếu đặctính này không được bảo đảm thì cường độ tín hiệu sẽ suy giảm đáng kể Khônggian miền Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa trạm phát vàtrạm thu

Hình 1 2 Miền Fresnel trong trường hợp LOS

Trong trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn 2- 11GHz,tương tự như WLAN, tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ,nhiễu xạ, tán xạ ….để đến đích Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng

hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp, các đường phản xạ, nănglượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ Những tín hiệu này có những khoảng trễ,

sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan tới đường truyền trực tiếp

là khác nhau

Hình 1 3 Truyền sóng trong trường hợp NLOS

Hiện tượng truyền sóng đa đường cũng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổiphân cực tín hiệu Do đó sử dụng phân cực cũng như tái sử dụng tần số mà đượcthực hiện bình thường trong triển khai LOS lại khó khăn trong các ứng dụng NLOS.Nếu chỉ đơn thuần tăng công suất phát để “vượt qua” các chướng ngại vật khôngphải là công nghệ NLOS Điều kiện phủ sóng của cả LOS và NLOS bị chi phối bởicác đặc tính truyền sóng của môi trường, tổn hao trên đường truyền (path loss) vàquỹ công suất của đường truyền vô tuyến

1.3 Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX

1.3.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX

1.3.1.1 Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân tần trực giao)

Kỹ thuật này giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phép WiMAX hoạtđộng tốt trong môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn, do đó khoảng cách giữatrạm thu và trạm phát có thể lên đến 50km

Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ các sóng mang con có thể chồng lấn lên nhaunên sẽ tiết kiệm, sử dụng hiệu quả băng thông và cho phép truyền dữ liệu với tốc độcao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt động ở chế độ TDD (song công phân thời) với tỉ sốđường xuống/đường lên (downlink-to-uplink ratio) là 3:1 thì tốc độ đỉnh tương ứng

sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps

1.3.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao

Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường: hướng lên( uplink) và

hướng xuống (downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng xuống và đều sửdụng kĩ thuật OFDM OFDM sử dụng tối đa 2048 sóng mang, trong đó 1536 sóngmang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con, mỗi kênh con tương đương

48 sóng mang WiMAX còn sử dụng thêm điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK,QPSK đến 256 - QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mãhoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kếtnối với hoạt động phân loại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD cho việcphân chia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống

1.3.1.3 Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division

Multiple Access - Đa truy nhập OFDM)

Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏ thànhnhiều băng con 1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩ thuật OFDM,cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt,đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông.OFDMA cho phép thay đổi tốc độ dữ liệu đểphù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay đổi số mức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một

hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt là: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tươngứng với băng thông kênh truyền là: 1.25MHz, 5MHz, 10MHz; nhờ vậy sẽ dễ dànghơn cho user kết nối giữa các mạng có băng thông kênh truyền khác nhau

1.3.1.4 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai

• WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền 802.16, tậpchuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và cố định củaIEEE, nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do diễn đàn WiMAX chứngnhận phù hợp, tương thích ngược với HiperLAN của ETSI cũng như Wi-Fi

• Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá không gian, mã hoá thờigian.

• Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP: QoS (trong các dịch vụ đa phươngtiện, thoại), ARQ (giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), …

1.3.1.5 Chi phí thấp

• Thiết lập, cài đặt dịch vụ WiMAX dễ dàng sẽ giảm chi phí cho nhà cung dịch

vụ cũng như khách hàng

• Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện

ở các vùng sâu, vùng xa, những nơi khó phát triển hạ tầng mạng băng rộng,khắc phục những giới hạn của đường truyền Internet DSL và cáp

• CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử dụngtrong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem cóthể tự lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc cóthể sử dụng cùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cậpWiMAX chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việcđầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vô tuyến (RF),làm chi phí giảm hơn nữa

1.3.2 Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX

• Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế

sự phổ biến công nghệ rông rãi

• Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo mật

• Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do hiệngiờ đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau Theo diễn dànWiMAX chỉ mới có khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứngnhận bao gồm : Alvarion, Selex Communication, Airspan, Proxim Wilreless,Redline, Sequnas, Siemens, SR Telecom, Telsim, Wavesat, Aperto,Axxcelera

• Về giá thành: Dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (như Intel,

• Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tinchính thức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phụchậu quả sự cố ra sao Ngay cả ở Việt Nam, VNPT (với nhà thầu nước ngoài

là Motorola, Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụthể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tạiBưu điện tỉnh, huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quảđáng kể của hệ thống

1.4 Cấu trúc của WiMAX

Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp:

• Lớp con tiếp ứng (convergence) làm giữ vai trò giao diện giữa lớp đa truynhập và các lớp bên trên

• Lớp đa truy nhập (MAC layer)

Có 3 kiểu lớp vật lý ( PHY) được đưa ra trong chuẩn 802.16:

• WirelessMAN PHY SC: Sử dụng điều chế đơn sóng mang

theo tần số trực giao có 256 điểm biến đổi Fourier nhanh (FFT) Điều này làbắt buộc cho các băng tần được miễn cấp phép

chia theo tần số trực giao có 2048 điểm FFT Đa truy nhập được sử dụngbằng cách gửi một tập con nhiều sóng mang cho các máy thu riêng biệt Đầu tiên là Wireless Metropolitan Area Network - Single carrier physical layer(MAN vô tuyến - lớp vật lý đơn sóng mang) dựa trên tập chuẩn 802.16c, hoạt động

ở băng tần 11-66GHz Trạm gốc (Base Station-BS) chỉ cần một anten đẳng hướng,truyền dữ liệu hướng xuống các user đã có mã số nhận dạng kết nối (ConnectionIdentifer - CID) Các máy thu (Subcriber Station - SS) với các anten định hướng,

hướng về phía các BS (máy phát) Tín hiệu xử lí phía máy phát bao gồm: ngẫunhiên hoá, mã hoá sửa lỗi, sắp xếp các kí hiệu, sửa dạng xung (pulse shaping) truớckhi truyền đi Ngẫu nhiên hoá để bảo đảm khôi phục tín hiệu phía đầu thu vì nếu tínhiệu không được mã hoá giả ngẫu nhiên thì năng lượng sẽ tập trung tại một số tầnsố nào đó như phổ vạch, điều này tạo ra nguy hiểm cho máy thu, bộ dao động VCOcủa máy thu có thể khoá pha tại các tần số này thay vì tại tần số sóng mang sẽ dẫnđến không giải điều chế được và sẽ mất thông tin của luồng dữ liệu Bộ mã hoá sửalỗi FEC bao gồm mã Reed Solomon, mã chập (mã xoắn), có thể có thêm mã kiểmtra chẳn lẻ hay mã xoắn turbo (Convolution turbo code - CTC) Tỉ lệ mã phụ thuộcvào điều kiện của kênh truyền và tỉ số bít lỗi (Bit error rate- BER) Các kĩ thuật điềuchế thường là QPSK, 16-QAM, đôi khi sử dụng 64 - QAM Chuẩn này áp dụng chokết nối vi ba điểm - điểm (point to point- PPP) và điểm - đa điểm (point to multipoint- PMP); giúp tiết kiệm thời gian, chi phí hơn so với việc lắp đặt cáp.

Ngoài ra, tập chuẩn 802.16a cũng hỗ trợ WirelessMAN PHY SC nhưng dànhcho băng tần dưới 11GHZ và hoạt động trong NLOS SS có thể là một máy tính với

vớ modem gắn ngoài nối với một anten đẳng hướng Tập chuẩn này cũng hỗ trợsong công TDD và FDD, như 802.16c, sử dụng thêm các kĩ thuật cân bằng và uớclượng kênh để khắc phục hiệu ứng đa đường, và để nâng chất lượng tín hiệu vẫnphải sử dụng TCM( trellis coded modulation), FEC, ghép xen, hệ thống anten thíchứng (Adaptive Antenna System - AAS), mã hoá không gian thời gian (Space Timecoding - STC)

WirelessMAN 256 sóng mang dựa trên tập chuẩn 802.16d, cung cấp dịch vụkết nối băng rộng trong nhà Các SS là các thiết bị anten dùng trong nhà và có thể dichuyển với tốc độ thấp (portable) Nhờ sử dụng OFDM nên cho phép kết nối NLOSdưới 11GHz, và làm bỏ bớt khối cân bằng trong bộ thu.Các kĩ thuật hỗ trợ cũnggồm: FEC với Reed-Solomon, AAS, STC, ghép xen; thời gian kí hiệu và số điểmFFT có thể thay đổi cho phù hợp với băng thông tương ứng

Với WirelessMAN OFDMA 2048 sóng mang: tương tự như WirelessMAN

Physical Layer Tranmission

MAC Layer Convergence

Physical Layer MAC Layer

cao, khoảng gần 125km/s, sử dụng mã hoá kênh là mã xoắn, mã xoắn turbo, mãkhối, mã kiểm tra chẳn lẻ mật độ thấp (Low Density Parity Check- LDPC); dữ liệuđược ngẫu nhiên hoá, ghép xen để tránh tổn thất khi khôi phục và lỗi cụm.Ngoài kĩthuật AAS, STC còn sử dụng thêm phân tập thu phát (Multi In Multi Out –MIMO).1.4.2 Các đặc tính của lớp truy nhập (MAC)

Hình 1 4 Phân lớp của WiMAX so với mô hình OSI Chuẩn 802.16 của IEEE đưa ra cùng một lớp MAC cho tất cả lớp PHY (đơn

sóng mang, 256 OFDM, 2048 OFDMA) Lớp MAC này là kết nối được định hướngđiểm - đa điểm.Hoạt động truy nhập kênh ở lớp MAC của WiMax hoàn toàn khác

so với WiFi WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD và TDD sử dụng

kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA Ưu điểm của phương pháp này là nó cho phéplinh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống, dẫn đến có thể thay đổi tốc độphát (Upload) hoặc thu (Download) dữ liệu chứ không phải là cố định như trongASDL hay CDMA.Trong WiFi tất cả các trạm truy nhập một cách ngẫu nhiên đếnđiểm truy cập (Access point - AP), chính vì vậy khoảng cách khác nhau từ mỗi nútđến AP sẽ làm giảm thông lượng mạng Ngược lại,ở lớp MAC của 802.16, lịch trìnhhoạt động cho mỗi thuê bao được định trước, do vậy các trạm chỉ có duy nhất mộtlần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm gia nhập mạng Sau thời điểm này, mỗitrạm được trạm phát gốc gắn cho một khe thời gian Khe thời gian có thể mở rộnghay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn Ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độ

truyền dẫn vẫn hoạt động ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê baođăng ký vượt quá cho phép, và nó cũng có thể tăng được hiệu quả sử dụng băngtần Việc sử dụng thuật toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc điều khiển chấtlượng dịch vụ (Quality of Service -QoS) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thônggiữa các thuê bao

1.5 So sánh WiMAX với WiFi

WiMAX và WiFi sẽ cùng tồn tại và trở thành những công nghệ bổ sung ngày

càng lớn cho các ứng dụng riêng.Đặc trưng của WiMAX là không thay thế WiFi.Hơn thế WiMAX bổ sung cho WiFi bằng cách mở rộng phạm vi của WiFi và manglại những thực tế của người sử dụng "kiểu WiFi" trên một quy mô địa lý rộnghơn.Công nghệ WiFi được thiết kế và tối ưu cho các mạng nội bộ (LAN), trong khiWiMAX được thiết kế và tối ưu cho các mạng thành phố (MAN).Trong khoảng thờigian từ 2008 - 2010, hy vọng cả 802.16 và 802.11 sẽ xuất hiện trong các thiết bịngười sử dụng từ laptop tới các PDA, cả hai chuẩn này cho phép kết nối vô tuyếntrực tiếp tới người sử dụng tại gia đình, trong văn phòng và khi đang di chuyển.Mặc dù có cùng mục đích như nhau nhưng chúng ta thấy công nghệ sử dụng trongmạng WiMAX có một số ưu điểm so với WiFi:

• Sai số tín hiệu truyền nhận ít hơn

• Khả năng vượt qua vật cản tốt hơn

• Số thiết bị sử dụng kết nối lớn hơn hàng trăm so với hàng chục trong WiFi

• Lớp vật lý MAC (Medium Access Control) dùng trong WiMAX dựa trên kỹthuật phân chia theo khe thời gian cho phép đồng nhất băng tần giữa các thiết

bị (TDMA) hiệu quả hơn sơ với WiFi (sử dụng CSMA-CA rất gần

CSMA-CD sử dụng trong mạng Ethernet).Chính vì vậy phổ sóng vô tuyến sẽ đạt được tốt hơn

Mạng WiMAX không thể thay thế được WiFi trong các ứng dụng nhưng nó gópphần bổ sung để hình thành mạng không dây Xu hướng chung của mạng không dây

đó là cải thiện phạm vi phủ sóng với hiệu quả tốt nhất Kỹ thuật nổi bật đó là chiếm

không dây chất lượng tại lớp thấp nhất để có thể điều khiển trễ trong quá trìnhtruyền và các dịch vụ như thoại, video.

WiMAX và WiFi ứng dụng trong hai môi trường khác nhau Mục đích củaWiMAX sẽ hướng tới không chỉ là phạm vi phủ sóng mạng di động mà cả nhữngmạng công cộng khác Một trong các hướng phát triển quan trọng khác củaWiMAX đó là giải quyết kết nối cho mạng VoIP trong tương lai không xa

1.6 Các dải tần áp dụng

1.6.1 Các dải tần cấp phép 11-66 GHz

Dải tần từ 11-66 GHz hoạt động trong các môi trường vật lý có bước sóng

ngắn, tầm nhìn thẳng (LOS) và ảnh hưởng của đa đường là không đáng kể Thôngthường, độ rộng băng tần của kênh trong dải tần này là 25 MHz hoặc 28 MHz.Ở dảitần này, giao diện vô tuyến áp dụng kiểu điều chế sóng mang đơn WirelessMAN SC

1.6.2 Các dải tần cấp phép dưới 11 GHz

Các tần số dưới 11 GHz hoạt động trong các môi trường vật lý có bước sónglớn hơn, điều kiện LOS là không cần thiết và có thể chấp nhận đa đường lớn hơn

Nó có khả năng hỗ trợ LOS gần và NLOS

TDD, FDD

WirelessMAN-OFDMTM Các băng tần dưới

11GHz được cấp phép

AAS, ARQ,Mesh, STC

TDD, FDD

WirelessMAN-OFDMA Các băng tần dưới

11GHz được cấp phép

AAS, ARQ,STC

TDD, FDD

WirelessHUMANTM Các băng tần dưới 11

GHz được miễn cấpphép

AAS, ARQ,Mesh, STC

TDD

Bảng 1.1 Đặc tính của các giao diện vô tuyến

1.6.3 Các dải tần được miễn cấp phép dưới 11 GHz (chủ yếu từ 5-6 GHz)

Đây là băng tần được nhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và vớicông suất tới cao hơn so với các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250

MHz), thường được sử dụng trong các ứng dụng trong nhà Băng tần này thích hợp

để triển khai WiMax cố định, độ rộng kênh là 10 MHz

1.7 Ứng dụng của WiMAX

Đối với các doanh nghiệp, WiMAX cho phép truy cập băng rộng với chi phí

hợp lý Vì phần lớn các doanh nghiệp sẽ không được chia thành khu vực để cóđường cáp, lựa chọn duy nhất của họ đối với dịch vụ băng rộng là từ các nhà cungcấp viễn thông địa phương Điều này dẫn tới sự độc quyền Các doanh nghiệp sẽđược hưởng lợi từ việc triển khai các hệ thống WiMAX, nhờ tạo ra sự cạnh tranhmới trên thị trường,giảm giá và cho phép các doanh nghiệp thiết lập mạng riêng củamình Điều này đặc biệt phù hợp đối với các ngành như khí đốt, mỏ, nông nghiệp,vận tải, xây dựng và các ngành khác nằm ở những vị trí xa xôi, hẻo lánh

Đối với người sử dụng là hộ gia đình ở những vùng nông thôn (nơi dịch vụDSL và cáp chưa thể vươn tới), WiMAX mang lại khả năng truy cập băng rộng.Điều này đặc biệt phù hợp ở các nước đang phát triển nơi mà hạ tầng viễn thôngtruyền thống vẫn chưa thể tiếp cận

Công nghệ WiMAX cách mạng hoá phương pháp truyền thông Nó cung cấphoàn toàn tự do cho những người thường xuyên di chuyển, cho phép họ lưu lại kếtnối thoại, dữ liệu và các dịch vụ hình ảnh WiMAX cho phép ta đi từ nhà ra xe, sau

đó đi đến công sở hoặc bất cứ nơi nào trên thế giới, hoàn toàn không có đường nối

Để minh hoạ khả năng của WiMAX cho các ứng dụng được phân cấp trong phầntrước, một vài mô hình sử dụng tiêu biểu được nhóm thành hai loại lớn: các mạngcông cộng và riêng

1.7.1 Các mạng riêng

Các mạng riêng, được dùng dành riêng cho một tổ chức, cơ quan hoặc cơ sởkinh doanh, cung cấp các liên kết thông tin chuyên dụng đảm bảo chuyển giao tincậy thoại, dữ liệu và hình ảnh Triển khai đơn giản và nhanh thường được ưu tiêncao, và các cấu hình tiêu biểu là điểm tới điểm hoặc điểm tới đa điểm

1.7.1.1 Chuyển về các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến

Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến (WSPs) sử dụng thiết bị WiMAX đểchuyển lưu lượng từ trạm gốc về các mạng truy cập của họ, như được minh hoạ ởhình 1.5

Hình 1 5 Minh hoạ chuyển về nhà cung cấp dịch vụ

Các mạng truy cập dựa trên WiFi, WiMAX hoặc bất kỳ công nghệ truy cập vôtuyến có đăng ký độc quyền Nếu mạng truy nhập sử dụng thiết bị WiFi, thì toàn bộmạng WSP được xem như một hot zone Vì các WSP thường cung cấp thoại, dữ liệu

và hình ảnh, nên đặc điểm QoS của WiMAX gắn liền sẽ giúp ưu tiên, tối ưu hoádung lượng chuyển về Thiết bị WiMAX có thể được triển khai nhanh, tạo điều kiệnthuận lợi cho việc giới thiệu nhanh mạng WSP Như đã được minh hoạ, điều kiệnthuận lợi chuyển về thuê từ công ty điện thoại địa phương sẽ tăng chi phí hoạt động,

và triển khai giải pháp cáp quang có thể rất tốn kém và yêu cầu lượng thời gianđáng kể, tác động chống lại sự giới thiệu dịch vụ mới.Hơn nữa, cáp quang, DSLkhông có lợi nhuận trong các vùng nông thôn, ngoại thành, và hầu hết các phiên bảncủa DSL,công nghệ cáp không cung cấp được dung lượng yêu cầu cho các mạngnày

1.7.1.2 Các mạng giáo dục

Hình 1 6 Minh hoạ về mạng giáo dục

Các ban phụ trách trường học có thể sử dụng mạng WiMAX để kết nối cáctrường với trụ sở ban trong một quận (huyện), như được minh hoạ ở dưới Một sốyêu cầu chính cho hệ thống trường học là NLOS, độ rộng băng tần cao (>15 Mbps),khả năng điểm tới điểm điểm tới đa điểm, và độ phủ rộng Các mạng giáo dục dựavào WiMAX sử dụng QoS, có thể thực hiện đầy đủ các yêu cầu thông tin liên lạc,bao gồm hệ thống thoại, hoạt động dữ liệu (như các báo cáo của sinh viên), email,truy cập internet, intranet (dữ liệu), giáo dục từ xa (hình ảnh) giữa trụ sở ban và tất

cả các trường trong vùng; giữa các trường với nhau

Giải pháp WiMAX cung cấp vùng phủ rộng, làm cho nó có lợi nhuận, đặc biệtcho các trường ở nông thôn không có hoặc có ít cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc, bịphân tán khắp nơi Khi ban phụ trách trường học sở hữu, vận hành các mạng riêng,

họ có thể đáp ứng lại những thay đổi về vị trí và cách bố trí các tiện nghi của họ.Điều này giảm đáng kể chi phí vận hành các tuyến thuê hàng năm Các giải pháp códây không thể cung cấp khả năng triển khai nhanh chóng, giá thành thấp, và hầu hết

các phiên bản DSL, công nghệ cáp không có thông lượng được yêu cầu bởi cácmạng giáo dục này

1.7.1.3 An ninh công cộng

Các cơ quan an ninh công cộng của chính phủ, như: cảnh sát, cứu hoả, tìmkiếm và cứu hộ, có thể sử dụng các mạng WiMAX để hỗ trợ đáp lại những tìnhhuống cấp cứu và tình trạng khẩn cấp khác,như được minh hoạ ở hình 1.7

Ngoài ra còn cung cấp truyền thông thoại hai chiều giữa trung tâm giải quyếtnhanh và các đội đáp lại tình trạng khẩn cấp, mạng tiếp sóng các hình ảnh video, dữliệu từ địa điểm vụ tai nạn hoặc thảm họa tới trung tâm điều khiển Dữ liệu này cóthể được tiếp sóng tới các đội chuyên gia cấp cứu hoặc nhân viên khẩn cấp, lànhững người có thể phân tích các tính huống trong thời gian thực, như thể là họđang ở đó WiMAX QoS cho phép mạng xử lý các loại lưu lượng khác nhau Cácgiải pháp WiMAX có khả năng triển khai cao, do đó đội đáp ứng ban đầu có thểthiết lập một mạng vô tuyến tạm thời tại địa điểm vụ tai nạn, sự kiện, hoặc thảm hoạ

tự nhiên trong khoảng vài phút Họ cũng có thể tiếp sóng lưu lượng từ mạng này trở

về trung tâm giải quyết nhanh hoặc trung tâm điều khiển, qua mạng WiMAX hiệnhành

Hình 1 7 Minh hoạ về mạng an ninh công cộng

Các giải pháp có dây không phải là các giải pháp thích hợp, do tính không thể

dự đoán, không ổn định của các vụ tai nạn và các thảm hoạ Ở đây có lẽ cũng yêucầu cả tính di động, ví dụ như: một cảnh sát đang phải truy cập cơ sở dữ liệu từ mộtphương tiện chuyển động, hoặc môt lính cứu hoả phải tải thông tin về tuyến đườngtốt nhất tới nơi xảy ra hoả hoạn hoặc kiến trúc của tòa nhà đang bị cháy Các máyquay video trong xe cứu thương có thể cung cấp trước thông tin về tình trạng củabênh nhân, trước khi xe cứu thương đến bênh viện Trong tất cả các trường hợp đó,WiMAX hỗ trợ tính di động và độ rộng băng tần cao, mà các hệ thống băng hẹpkhông thể chuyển được

1.7.1.4 Các phương tiện liên lạc xa bờ

Các nhà sản xuất ga, dầu có thể sử dụng thiết bị WiMAX để cung cấp cáctuyến nối thông tin liên lạc từ các phương tiện trên mặt đất tới các giàn khoan dầu,các bệ khoan, để hỗ trợ các hoạt động từ xa, các phương tiện liên lạc cơ bản và anninh, như được minh hoạ ở hình 1.8

Các hoạt động từ xa bao gồm: việc xử lý sự cố từ xa các vấn đề thiết bị phứctạp, kiểm tra định hướng địa điểm, và truy cập cơ sở dữ liệu Ví dụ, các đoạn videocủa các thành phần hoặc các cụm lắp ráp gặp sự cố được truyền tới đội chuyên giatrên mặt đất để phân tích An ninh gồm: kiểm tra đèn cảnh báo, giám sát video Cácphương tiện liên lạc cơ bản gồm: điện thoại, email, truy cập internet, trao đổi video

Hình 1 8 Minh hoạ về mạng liên lạc xa bờ 1.7.2 Các mạng công cộng

Trong mạng công cộng,các tài nguyên được truy cập, chia sẻ với những người

sử dụng khác nhau, gồm cả các hãng kinh doanh và các cá nhân riêng biệt Nóichung mạng công cộng yêu cầu lợi nhuận qua việc cung cấp vùng phủ song khắpnơi, vì vị trí của người sử dụng hoặc là cố định hoặc có thể dự đoán được Các ứngdụng chính của mạng công cộng là truyền thông thoại và dữ liệu, mặc dù truyềnthông video đang trở nên phổ biến hơn An ninh là một yêu cầu then chốt, vì nhiềungười sử dụng cùng chia sẻ một mạng Hỗ trợ kèm theo VLAN và mã hoá dữ liệu làgiải pháp an ninh được sử dụng Mạng công cộng bao gồm một số bối cảnh sử dụngđược minh hoạ dưới đây

1.7.2.1 Nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến truy cập mạng

Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến (WSPs) sử dụng mạng WiMAX để cungcấp kết nối tới cả khu dân cư (thoại, dữ liệu và video) và hãng kinh doanh (chủ yếu

là thoại và internet), được minh hoạ ở hình 1.9

Hình 1 9 Minh hoạ về mạng WiMAX của nhà cung cấp dịch vụ

WSP có thể là một CLEC (các nhà cung cấp tổng đài nội hạt cạnh trạnh) màbắt đầu việc kinh doanh với ít hoặc không có cơ sở hạ tầng được lắp đặt VìWiMAX rất dễ để triển khai, nên CLEC có thể lắp đặt mạng nhanh chóng và ở vàothế cạnh tranh với ILEC (nhà cung cấp sóng mang tổng đài nội hạt)

Kỹ thuật QoS gắn liền với WiMAX rất phù hợp với hỗn hợp lưu lượng đượcmang bởi CLEC QoS MAC cũng đưa ra dịch vụ đa mức để cung cấp cho các nhucầu dịch vụ khác nhau của khách hàng Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ cho phép cácluồng thu nhập khác nhau, tuy nhiên nó giảm chi phí thu được từ khách hàng, vàtăng ARPU (thu nhập trung bình trên mỗi người sử dụng) WSP chỉ cần một hệthống quảng cáo và một cơ sở dữ liệu khách hàng

Các nhà vận hành tế bào cũng quan tâm tới ứng dụng WiMAX trong mạng của

họ Các nhà vận hành đã có các cơ sở hạ tầng quảng cáo và khách hàng, nhưng triểnkhai giải pháp WiMAX sẽ mở rộng thị trường trong vùng dịch vụ của họ Tất cả các

đáng kể để xây dựng cơ sở hạ tầng Nói cụ thể, các giải pháp có dây không phù hợpvới các thị trường đang phát triển ở các nước, như các vùng nông thôn, thị trấn nhỏhoặc rìa ngoại ô của các trung tâm lớn

1.7.2.2 Kết nối nông thôn

Các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng WiMAX để phát triển dịch vụ cho các thịtrường ít được quan tâm trong các vùng nông thôn, vùng ngoại ô của các thành phố,như được minh hoạ ở hình 1.10

Hình 1 10 Minh hoạ về mạng WiMAX cho kết nối ở vùng nông thôn

Sự phân phát kết nối nông thôn là vấn đề then chốt trong các nước đang pháttriển và các vùng ít được quan tâm của những nước phát triển, mà ở đó không cóhoặc có rất ít cơ sở hạ tầng có giá trị Kết nối thông thôn chủ yếu cung cấp dịch vụinternet và điện thoại Vì WiMAX cung cấp vùng phủ rộng nên đây là một giải phápmang lại lợi nhuận nhiều nhất

 Kết Luận chương: Qua chương này chúng ta đã có một cái nhìn tổng quát

về công nghệ WiMAX, chúng ta cơ bản hiểu được cấu trúc bên trong, ưu nhược điểm của wimax, và những ứng dụng trong thực tế của nó.

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM 2.1 Giới thiệu kỹ thuật điều chế OFDM

2.1.1 Khái niệm

Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương

pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trongvùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub-carrier)trực giao với nhau Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được phépchồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu Sựchồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớnhơn nhiều so với các kĩ thuật điều chế thông thường

Hình 2 1 So sánh giữa FDMA và OFDM

Số lượng các sóng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh vàmức độ nhiễu Con số này tương ứng với kích thước FFT Chuẩn giao tiếp vô tuyến802.16d (2004) xác định 256 sóng mang con tương ứng FFT 256 điểm, hình thànhchuẩn Fixed WiMAX, với độ rộng kênh cố định.Chuẩn giao tiếp 802.16e (2005)cho phép kích cỡ FFT từ 512 đến 2048 phù hợp với độ rộng kênh 5MHz đến20MHz, hình thành chuẩn Mobile WiMAX (Scalable OFDMA ), để duy trì tươngđối khoảng thời gian không đổi của các kí hiệu và khoảng dãn cách giữa các sóngmang với độ rộng kênh

a) Tín hiệu OFDM

b) Phổ OFDM

Hình 2 2 Tín hiệu và phổ OFDM

2.1.2 Lịch sử phát triển:

Dù thuật ngữ OFDM mới phổ biến rộng rãi gần đây nhưng kĩ thuật này đã đượcxuất hiện cách nay hơn 40 năm:

• Năm 1966, R.W Chang đã phát minh ra kĩ thuật OFDM ở Mỹ

• Năm 1971, một công trình khoa học của Weisteins và Ebert đã chứng minhrằng phương pháp điều chế và giải điều chế OFDM có thể được thực hiệnthông qua phép biến đổi IDFT (biến đổi Fourier rời rạc ngược) và DFT ( biếnđổi Fourier rời rạc) Sau đó, cùng với sự phát triển của kĩ thuật số, người ta

sử dụng phép biến đổi IFFT và FFT cho bộ điều chế OFDM

• Năm 1999, tập chuẩn IEEE 802.11 phát hành chuẩn 802.11a về hoạt độngcủa OFDM ở băng tần 5GHz UNI

• Năm 2003,IEEE công bố chuẩn 802.11g cho OFDM hoạt động băng tần2.4GHz và phát triển OFDM cho hệ thống băng rộng, chứng tỏ sự hữu dụngcủa OFDM với các hệ thống có SNR( tỉ số S/N) thấp

Ngày nay, kĩ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã hóa kênh sửdụng trong thông tin vô tuyến, gọi là Coded OFDM, nghĩa là tín hiệu trước khi điềuchế sẽ được mã hóa với nhiều loại mã khác nhau để hạn chế các lỗi xảy ra trên kênhtruyền Do chất lượng kênh (độ fading và tỉ số S/N) của mỗi sóng mang con phụ làkhác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang đó với các mứcđiều chế khác nhau, gọi là điều chế thích nghi (adaptive modulation) hiện đangđược sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAN của ETSI ởChâu Âu

2.2 Nguyên lý điều chế OFDM

2.2.1 Các ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM

Ngoài ưu điểm tiết kiệm băng thông kênh truyền kể trên, OFDM còn có mộtsố ưu điểm sau đây :

• Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI Symbol Interference) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn hơn độ trễtruyền dẫn lớn nhất của kênh truyền

(Inter-• OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng

(2.2)

sk (t) =

0 , k kháce(j2пk∆ft) , k=1,2,….,N

• Cấu trúc máy thu đơn giản

Tuy nhiên, bên cạnh đó, OFDM cũng có một số nhược điểm sau :

• Việc sử dụng chuỗi bảo vệ giúp giảm hiện tượng ISI do phân tập đa đườngnhưng chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích, chiếm một phần băngthông của đường truyền làm giảm hiệu suất đường truyền

• Do yêu cầu về tính trực giao giữa các sóng mang phụ nên hệ thống OFDMkhá nhạy cảm với hiệu ứng Dopler, dịch tần (frequency offset) và dịch thời ( time offset) do sai số đồng bộ

• Đường bao biên độ của tín hiệu phía phát không bằng phẳng, gây ra méo phituyến ở các bộ khuếch đại công suất ở đầu phát và đầu thu

2.2.2 Sự trực giao của hai tín hiệu

Nếu ký hiệu các sóng mang con được dùng trong hệ thống OFDM là si(t) và

sj(t) Để đảm bảo tính trực giao cho OFDM, các hàm sin của sóng mang con phảithỏa mãn điều kiện sau :

k, i=j

0, i≠j

(2.1)

Trong đó :

Δf= là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang con, T là thời gian ký hiệu, N

là số các sóng mang con, N.Δf là băng thông truyền dẫn và ts làdịch thời gian

Dấu “*” trong công thức (2.1) chỉ sự liên hợp phức.Ví dụ: nếu tín hiệu làsin(mx) với m = 1,2… thì nó trực giao trong khoảng từ -π đến π

Trong toán học, số hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu các vector.Theo định nghĩa, hai vectơ được gọi là trực giao với nhau khi chúng vuông gócvới nhau (tạo nhau một góc 900) và tích của 2 vectơ là bằng 0

Hình 2 3 Tích củ hai vectơ vuông góc bằng 0 2.2.3 Sơ đồ điều chế

Hình 2 4 Bộ điều chế OFDM

Giả sử băng thông hệ thống là B chia thành Nc kênh con, với chỉ số kênh con

chia thành NFFT dòng song song với tốc độ dữ liệu giảm đi NFFT lần thông qua bộchia nối tiếp/song song Dòng bit trên mỗi luồng song song lại được điều chế

thành mẫu của tín hiệu phức đa mức , n là chỉ số song mang phụ, i là chỉ số khethời gian tương ứng với Nc bit song song sau khi qua bộ S/P, k là chỉ số khe thời

Xung cơ sở

Xung cơ sở

gian ứng với Nc mẫu tín hiệu phức.Các mẫu tín hiệu phát được nhân với xung

cơ sở để giới hạn phổ của mỗi sóng mang, sau đó được dịch tần lên đến kênh contương ứng bằng việc nhân với hàm phức ejL t làm các tín hiệu trên các sóng mangtrực giao nhau Tín hiệu sau khi nhân với xung cơ sở và dịch tần cộng lại qua bộtổng và cuối cùng được biểu diễn như sau

m’

k(t)= (2.3) Tín hiệu này được gọi là mẫu tín hiệu OFDM thứ k, biễu diễn tổng quát tín hiệuOFDM sẽ là

2.2.4 Thực hiện bộ điều chế bằng thuật toán IFFT

Tín hiệu sau bộ giải điều chế OFDM khi chuyển đổi tương tự thành số, luồngtín hiệu trên được lấy mẫu với tần số lấy mẫu

Ở tại thời điểm lấy mẫu t=kT+lta,, S’(t-kT) =S0, do vậy (2.3) viết lại :

Phần tín hiệu có íchPhần tín hiệu có ích GI

có thể thực hiện một cách dễ dàng bằng phép biến đổi IDFT

2.2.5 Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM

Ưu điểm của phương pháp điều chế OFDM không chỉ thể hiện ở hiệu quả sửdụng băng thông mà còn có khả năng làm giảm hay loại trừ nhiễu xuyên kí hiệu ISI(Inter Symbol Interference) nhờ sử dụng chuỗi bảo vệ (Guard Interval- GI ) Mộtmẫu tín hiệu có độ dài là TS, chuỗi bảo vệ tương ứng là một chuỗi tín hiệu có độ dài

TG ở phía sau được sao chép lên phần phía trước của mẫu tín hiệu như hình vẽ sau:

đường thứ nhất không có trễ, các đường thứ hai và thứ ba đều bị trễ một khoảngthời gian so với đường thứ nhất Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tổng hợp của tất

cả các tuyến, cho thấy kí hiệu đứng trước sẽ chồng lấn vào kí hiệu ngay sau đó, đâychính là hiện tượng ISI.Do trong OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ có độ dài TG sẽ dễdàng loại bỏ hiện tượng này Trong trường hợp TG ≥τ MAX như hình vẽ mô tả thìphần bị chồng lấn ISI nằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ, còn thành phần tín hiệu

có ích vẫn an toàn Ở phía máy thu sẽ gạt bỏ chuỗi bảo vệ trước khi gửi tín hiệu đến

bộ giải điều chế OFDM.Do đó, điều kiện cần thiết để cho hệ thống OFDM không bịảnh hưởng bởi ISI là:

TG ≥τ MAX (2.8)với τMAX là trễ truyền dẫn tối đa của kênh

a ) Không có GI

b) Có GI

TS -TG

T 0

Việc sử dụng chuỗi bảo vệ đảm bảo tính trực giao của các sóng mang con, dovậy đơn giản hoá cấu trúc bộ đánh giá kênh truyền, bộ cân bằng tín hiệu ở máy thu.Tuy nhiên, do chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích nên tăng phổ của tốc độtruyền nên phổ tín hiệu sẽ tăng, tiêu tốn băng thông, làm giảm hiệu suất sử dụngbăng thông một lượng là:

(2.9) 2.2.6 Phép nhân với xung cơ bản

Trong đa số các hệ thống vô tuyến, tín hiệu trước khi truyền đi đều được nhân

với xung cơ bản Mục đích chính là để giới hạn phổ tín hiệu phát sao cho phù hợpvới độ rộng kênh truyền.Trong trường hợp độ rộng phổ tín hiệu lớn hơn độ rộngkênh truyền thì sẽ gây nhiễu xuyên kênh cho hệ thống khác Trong OFDM, tín hiệutrước khi phát đi được nhân với xung cơ bản có bề rộng đúng bằng bề rộng của mộtmẫu tín hiệu OFDM, xung cơ bản thường là xung vuông hay xung chữ nhật Saukhi chèn thêm chuỗi bảo vệ thì xung cơ bản kí hiệu là S(t) có độ rộng là TS + TG

Hình 2 7 Xung cơ bản

Trong thực tế xung cơ bản thường được sử dụng là bộ lọc cos nâng (Raisecosine filter)

2.3 Nguyên lý giải điều chế OFDM

2.3.1 Truyền dẫn phân tập đa đường

h(τ,t) H(jω,t) m(t)

Kênh truyền dẫn phân tập đa đường về mặt toán học, được biểu hiện qua đápứng xung h(τ, t) và hàm truyền đạt H(j, t) Đối với đáp ứng xung, biến là trễ truyềndẫn của kênh, là khoảng thời gian tín hiệu đi từ máy phát đến máy thu Biến đổiFourier của đáp ứng xung cho ta hàm truyền đạt của kênh

H(jω,t) = (2.10) Giả sử không có AWGN, mối liên hệ giữa tín hiệu thu u(t), tín hiệu phát m(t)

và đáp ứng xung:

Hình 2 8 Mô hình kênh truyền

Trong miền thời gian là tích chập của tín hiệu phát và đáp ứng xung củakênh:

u(t) = m(t) * h( )

= (2.11)2.3.2 Nguyên tắc giải điều chế

u(t)

t (k-1)T

Hình 2 9 Bộ thu tín hiệu OFDM

Các bước thực hiện ở đây đều ngược lại so với phía máy phát Tín hiệu thu sẽđược tách chuỗi bảo vệ, giải điều chế để khôi phục băng tần gốc, giải điều chế ở cácsóng mang con, chuyển đổi mẫu tín hiệu phức thành dòng bít (tín hiệu số) vàchuyển đổi song song sang nối tiếp

Giải điều chế

XX

điều chế