Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu về wimax, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong wimax

Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu về wimax, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong wimax

 án tt nghip -1- CÁC T VIT TT AMC Adaptive Modulation and Code ARQ Automatic Retransmission Request ATM Network Asynchronous Transfer Mode BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CI CRC Indicator CID Connection Identifier CPE Customer Premise Equipment CPS Common Part Sublayer CRC Cyclic Redundancy Checks CS Centralized Scheduling CSMA Carrier Sense Multiple Access DES Data Encryption Standard DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DL-MAP Downlink Map DL-MAP Downlink Map DSL Digital Subscriber Line EC Encryption Control EKS Encryption Key Sequence FDD Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transformation GMH Generic Mac Header HCS Header Check Sequence HT Header Type IEEE Institute of Electrical anh Electronics Engineers ITU International Telecommunication Union IV Initialising Vectors LEN Length LOS Line Of Sight MAC Media Access Control  án tt nghip -2- MAC CPS Mac Common Part Sublayer MAC CS Mac Service Specific Convergence Sublayer MAC PDU MAC Protocol Data Unit MSDU Mac Service Data Unit NLOS Non Line Of Sight nrtPS Non Real Time Polling Service OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing PDA Persional Digital Assitant PDU Protocol Data Units PHY Physical Layer PMP Point MultiPoint PS PHY Slots 16QAM 16-State Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying SC Single Carrier SINR Signal-to -Interference-plus-Noise Ratio SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing SS Subscriber Station SSCS Service-Specific Convergence Sublayer TDD Time Division Duplexing TDMA Time Division Multiple Access UGS Unsolicited Grant Service UL-MAP Uplink Map VoIP Voice over IP Wi-Fi Wireless Fidelity WiLANs Wireless Local Area Networks WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access WirelessHUMAN Wireless HighSpeed Unlicensed Metropolitan Area Networks WISPs Wireless Internet Providers WMAN Wireless Metropolitan Area Network  án tt nghip -3- U *** Ngày nay nhu cu thông tin liên lc ca con ngi ngày càng cao, nht là i i các thit b không dây tc  cao, bng thông rng nh n thoi không dây, internet không dây  mi ngi có th liên lc vi nhau  mi lúc, mi ni và quan trng hn là vic m rng dân trí cho ngi dân  các vùng xa xôi ho lánh trên t c ta, ni mà c s h tng vin thông cha n c. Hin nay ã có rt nhiu h thng mng không dây ra i nh là WiFi, bluetooth và mt trong só có tháp ng c nhu cu trên là WiMax. Wimax ch yu cung cp dch v internet không dây i giá thành r, tc  truyn cao kt ni n các thit bu cui trong mt khong cách truyn ln. Hin nay,  nc ta WiMAX ang c th nghim  tnh min núi nh: Lào Cai,Cao Bng. Mc dù có nhng khó khn bc u, nhng em tin vi su túng ng ca ng và nhà nc dành cho Wimax thì nó sc phát trin ra toàn quc. Tuy nhiên, vic trin khai h thng còn gp nhiu khó khn do nhng nh ng có tính truyn thng ca mng không dây. Vì vy, em ã chn  tài “Tìm hiu  WiMAX, nhiu và nh hng ca nhiu trong WiMAX”. Trong  tài này, em i sâu tìm hiu nhng k thut khc phc nhiu ca WiMAX mà  các th h trc cha có c, nh hng ca kênh truyn n cht lng truyn tín hiu. Vi c s lý thuyt này, em ã mô phng hai lnh vc trên bng ngôn ng Matlab.  án gm có nm chng: Chng1: Tng quan v k thut u ch OFDM. Chng 2: Gii thiu v WiMAX.  án tt nghip -4- Chng 3: nh hng ca nhiu trong WiMAX và các bin pháp khc phc. Chng 4: nh hng ca kênh vô tuyn n truyn dn tín hiu. Chng 5: Chng trình mô phng và hng phát trin  tài.   hoàn thành  án này em xin chân thành cm n s giúp  tn tình ca thy Nguyn Vn Tun và các thy cô giáo trong Khoa n T-Vin Thông H Bách Khoa à Nng. à Nng, tháng 6 nm 2008 Sinh viên Phan Th Minh Huyn  án tt nghip -5- Chng 1 NG QUAN V K THUT OFDM 1.1. Gii thiu chng Wimax c phát trin da trên công ngh OFDM. Vì th trc khi i vào Wimax, ta tìm hiu v nhng nguyên lý c bn ca k thut OFDM. Trong chng này gii thích mt cách d hiu nht v s trc giao sóng mang theo tn s, tó a ra nhng công thc tng quát  mô t k thut OFDM cng nh các su ch ca  thut này. 1.2. Nguyên lý c bn ca OFDM[1] Ý tng OFDM là truyn dn song song (ng thi) nhiu bng con chng ln nhau trên cùng mt  rng bng tn cp phát a h thng. Vic xp chng ln các ng tn con trên toàn b bng tn c cp phát dn n không nhng t c hiu qu s dng ph tn cao mà còn có tác dng phân tán li cm khi truyn qua kênh, nh tính phân tán li mà khi c kt hp vi các k thut mã hoá kênh kim soát li hiu nng h thng c ci thin áng k. So vi h thng ghép kênh phân chia theo tn s FDM truyn thng thì,  FDM cng truyn theo c ch song song nhng các bng con không nhng không c phép chng ln nhau mà còn phi dành khong bng tn bo v ( gim thiu  phc tp b lc thu) dn n hiu qu s dng ph tn kém. Hình 1.1. S trc giao ca các sóng mang  án tt nghip -6- 1.3. a sóng mang (Multicarrier) u truyn tín hiu không phi bng mt sóng mang mà bng nhiu sóng mang, i sóng mang ti mt phn d liu có ích và c tri u trên c bng thông thì khi chu nh hng xu s ch có mt phn d liu có ích b mt, da trên c s d liu ca các sóng mang khác có th khôi phc li d liu có ích. HDo vy, khi dùng nhiu sóng mang có tc  bit thp, nhiu d liu gc s c thu chính xác.  hi phc d liu ã mt, ngi ta dùng phng pháp sa li FEC-Forward Error Correction.  máy thu mi sóng mang c tách ra khi dùng các  lc thông thng và gii u ch. Tuy nhiên  không có can nhiu gia các sóng mang (ICI) cn phi có khong bo v khi hiu qu ph kém. Gii pháp khc phc vic hiu qu ph kém khi có khong bo v (GUARD PERIOD) là gim khong cách các sóng mang và cho phép ph ca các sóng mang nh nhau trùng lp nhau. S trùng lp này là c phép nu khong cách gia các sóng mang c chn chính xác. Khong cách này c chn ng vi trng hp các sóng mang trc giao vi nhau. ó là phng pháp ghép kênh theo tn s trc giao (OFDM). i b 1 cos(2 ) ft π 2 cos(2 ) ft π cos(2 ) N ft π () st S/ S/ S/ P P P  cos(2 f 2 t) cos(2 f N t) S / P cos(2 f 1 t) b i S(t) Hình 1.2. S to ra tín hiu OFDM  án tt nghip -7- Cho ti nay da trên nhng thành tu ca công ngh mch tích hp, phng pháp này ã c thc hin mt cách d dàng. 1.4. S trc giao (Orthogonal) ORTHOGONAL ch ra rng có mt mi quan h toán hc chính xác gia các n s ca các sóng mang trong h thng OFDM. V mt toán hc, trc giao có ngha là các sóng mang c ly ra t nhóm trc chun (Orthonomal basis) {{i(t)/i= 0,1…} có tính cht sau: Trong toán hc, s hng trc giao có c t vic nghiên cu các vect. Theo nh ngha, hai vectc gi là trc giao vi nhau khi chúng vuông góc vi nhau(to nhau mt góc vuông 90) và tích ca 2 vect là bng 0. m chính ây là ý tng nhân hai hàm s vi nhau, tng hp các tích và nhn c kt qu là 0. . u này gi là tính trc giao ca dng sóng sin. Nó cho thy rng min là hai ng sóng sin không có cùng tn s, thì tích phân ca chúng s bng không. Thông tin này là m mu cht  hiu quá trình u ch OFDM. Hình 1.3. FDM thông thng và OFDM (1.1)  án tt nghip -8- Hình 1.4. Tích ca hai vect trc giao bng 0 u chúng ta nhân và cng(tích phân) hai dng sóng sin có tn s khác nhau. Ta nhn thy quá trình này ng bng 0. y hai sóng sin khác tn s thì tích phân ca chúng s bng không và ngc li. u này gi là tính trc giao ca dng sóng sin. Hình 1.5 và 1.6 . Vic gii u ch cht ch c thc hin k tip trong min tn s (digital domain) bng cách nhân mt sóng mang c to ra trong máy thu n vi mt sóng mang nhn c trong máy thu có cùng chính xác tn s và pha. Sau ó phép tích phân c thc hin, tt c các sóng mang s v không ngoi tr sóng mang c nhân, nó c dch lên trc x, c tách ra, hiu qu và giá tr symbol ca nó khi ó ã c xác nh. Toàn b quá trình này c lp li khá nhanh chóng cho mi sóng mang, n khi tt c các sóng mang ã c gii u ch. Hình 1.6. Tích phân ca hai sóng sin cùng tn s Hình 1.5.Tích phân ca hai sóng sin khác tn s  án tt nghip -9- 1.4.1. Mô t toán hc ca OFDM[1] Trong toán hc, mi sóng mang c mô t nh mt sóng phc: S c (t) = A c (t)e j[ct + c(t)] (1.2) Tín hiu thc là phn thc ca Sc(t). C Ac(t) và c(t) (biên  và pha tng ng ca sóng mang) có th thay i trên mi symbol bi symbol c bn. Phng pháp u ch OFDM s dng rt nhiu sóng mang, vì vy tín hiu phc Sc(t) c th hin bi công thc : S s (t) = ∑ − = 1 0 1 N n N A n (t)e j[nt + n(t)] (1.3) Trong ó :  n =  o +n Tt nhiên, ây là mt tín hiu liên tc. Nu ta xem các dng sóng ca mi phn  tín hiu trên mt chu k symbol thì các bin s Ac(t) và c(t) và nhn các giá tr c nh mà các giá tr này ph thuc vào tn s ca sóng mang c thó, nh vy có th vit li nh sau: n(t)  n An(t)  An Nu tín hiu c ly mu vi tn s ly mu có giá tr là 1/T ( vi T là chu k y mu), thì tín hiu hp thành c th hin bi công thc : S s (kT) = ∑ − = 1 0 1 N n N A n e j[(0 + n)kT + n] (1.4)  ây, chúng ta chia tín hiu thành N mu. Nó thun li  ly mu trong mt chu k ca mt symbol d liu. Vì th có mi liên h : =NT Nu bây gin gin biu thc trên mà không làm mt tính tng quát bng cách cho  o = 0, thì tín hiu tr thành : S s (kT) = ∑ − = 1 0 1 N n N A n e n e j(n)kT (1.5)  án tt nghip -10- Tip theo ta có th so sánh biu thc này vi dng tng quát ca bin i Fourier ngc: g(kT) = ∑ − = 1 0 1 N n N G( NT n ) e j2nk/N (1.6) Trong biu thc (1.5), hàm s A n e  ging nh nh ngha ca tín hiu trong khong tn s ly mu và S s (kT) là mt biu din trong min thi gian. Biu thc (1.5) và (1.6) là tng ng nu : f= NT 1 = τ 1  ây cng là u kin yêu cu cho tính trc giao. Do ó kt qu ca vic bo toàn tính trc giao là tín hiu OFDM có thc xác nh bng cách bin i Fourier. 1.4.2. Trc giao min tn s Cách khác  xem xét tính trc giao ca nhng tín hiu OFDM là xem ph ca nó. Trong min tn s mi sóng mang th cp OFDM có áp tuyn tn s sinc(sin(x)/x). Kt qu ca thi gian symbol tng ng vi nghch o ca khong cách sóng mang. Dng sinc có 1 búp chính hp, vi nhiu búp biên có cng  gim n theo tn s khi i ra khi tn s trung tâm. Mi ti ph có mt nh ti tn s trung tâm và mt s giá tr null c t theo các l trng tn s bng khong cách sóng mang. Bn cht trc giao ca vic truyn là kt qu ca nh ca mi ti ph tng ng i Nulls ca các ti ph khác. Khi tín hiu này c phát hin nh s dng bin i Fourier ri rc (DFT). 1.5. To và thu OFDM Phn máy phát bin i d liu s cn truyn, ánh x vào biên  và pha ca các i ph. Sau ó nó bin i biu din ph ca d liu vào trong min thi gian nh s ng bin i fourier ri rc o (inverse Discrecte Fourier Transform). Bin i nhanh Fourier o (Inverse Fast fourier Transform) thc hin cùng mt thut toán nh [...]... nh ng u m và nh c m c a Wimax so v i các th h c 2.2 Khái ni m v WiMax[ 2] WiMax là m t m ng không dây b ng thông r ng vi t t t là Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMax 802.16 WiMax ã gi i quy t t t nh t nh ng v n c thi t k d a vào tiêu chu n IEEE khó kh n trong vi c qu n lý u cu i WiMax s d ng k thu t sóng vô tuy n Internet thay vì dùng dây k t n i nh DSL hay cáp, modem Trong Wimax, ng... không dây trong m ng không dây khác s d gây nh h WiMax trong ph m vi làm vi c c a nó -34- ng n án t t nghi p Ch ng 3 NH H NG C A NHI U TRONG WiMAX VÀ CÁC BI N PHÁP KH C PH C 3.1 Gi i thi u ch Trong ch ng ng này, em s trình bày nh ng tr ng i l n không dây b ng r ng thay i theo th i gian Xác trong các kênh b ng r ng không dây T trì vi c truy n thông t t trong môi tr 3.2 S nh các nh h c th hi n trong kênh... c truy n trong k t n i OFDM b ng cách dùng s u ch là s ánh x các d li u vào chòm sao th c( ng pha) và c bi t nh chòm sao IQ(inphase Quadrature) S bit có th truy n khi dùng m t symbol t sao M i t d li u u ch trên ng ng v i log2(M) v i M là s các c m trong chòm c ánh x vào m t v trí IQ duy nh t trong chòm sao Vect ph c -11- án t t nghi p p thành I + Q t Vi c t ng s ng ng v i biên I 2 + Q 2 và pha argument... phát tri n ng d ng WiLAN và WiMax WiMAX c ng cho phép các ng d ng truy c p xách tay, v i s h p nh t trong các máy tính xách tay và PDA, cho phép các khu v c n i th và thành ph tr thành nh ng "khu -33- án t t nghi p c di n r ng" ngh a là có th truy c p vô tuy n b ng r ng ngoài tr i Do v y, WiMAX là m t công ngh b sung bình th ng cho các m ng di ng vì cung c p ng thông l n h n và cho các m ng Wi-Fi nh... (Wireless Local Area Networks) c ng là m ng không dây k t n i các thi t b trong m t ph m vi h p h n so WiMax nh là m t v n phòng hay m t gia ình Các thi t b theo chu n 802.11b s cung c p t c các thi t b theo chu n 802.11g s cung c p t c ng 2.1 So sánh gi a WiLANs và WiMAX -16- 54Mbps 11Mbps và án t t nghi p Technology Primary use Data rates WiMAX 802.16 External 75 – 250 Mbps WiLAN 802.11g Internal Up to 54Mbps... Hình 2.1 S ho t ng c a m ng WiMax ng trên cho ta th y WiMax có t c Chính u này ã làm cho WiMax tr nên u -17- truy n d li u l n h n so v i WiLANs m h n so v i m ng không dây khác án t t nghi p 2.3 Khái ni m v IEEE 802.16[8] tiêu chu n, WiMax là m t b tiêu chu n d a trên h tiêu chu n 802.16 c a IEEE nh ng h p h n và t p trung vào m t s c u hình nh t nh Hi n có 2 chu n c a WiMax là 802.16-2004, 802.16-2005... thu tìm l i áp ng kênh Ô FCH và DL MAP ch a thông tin v n i dung khung (v trí và ki u u ch c a m i burst) và c u ch - BPSK (hình 2.4) 2.5 Chu n 802.16-2004 OFDMA 2.5.1 Gi i thi u chung OFDMA m r ng ch c n ng c a OFDM b ng cách thêm vào p trong mi n t n s ng u này có ngh a là b ng thông i s d ng trong mi n th i gian và mi n t n s -20- c m a truy c chia thành các khe cho án t t nghi p Hình 2.4 C u trúc... 86/75,144/125, 316/275 và 57/50 ã thay b i 28/25 2.7 L p MAC và l p PHY trong WIMAX 2.7.1 Gi i thi u chung -24- c án t t nghi p Hình 2.7 Kh i giao th c Mô hình c a chu n IEEE 802.16 có 3 ph n : kh i ng i dùng (user), kh i u khi n (control), kh i qu n lý (managerment) nh trong hình 2.7 Tiêu chu n IEEE 802.16-2004 liên quan khi n Nó n kh i ng i dùng và kh i u nh ngh a hai l p trong các kh i này: l p... và TDD 2.8 Các k thu t s môi tr d ng trong WiMAX kh c ph c nh ng nh h ng c a ng NLOS[5] Hình 2.15 V trí NLOS c a CPE Các k thu t tr c s d ng gi i quy t hay gi m nh nh ng nh h ng NLOS c a WiMAX là: • thu t OFDM • Phân chia kênh con -32- ng trong môi án t t nghi p • Các ng ten h ng tính • Phân t p phát và thu • u ch thích nghi • thu t s a l i • u khi n công su t Nh ng tác d ng c a nh ng k thu t này trong. .. nhiên tránh t n d ng t t nh t thì dùng các sóng tr c giao, khi ó các sóng mang có th trùng l p nhau mà v n không gây can nhi u -15- án t t nghi p CH NG 2 GI I THI U V WIMAX 2.1 Gi i thi u ch Ch ng ng này gi i thi u v WiMax, l ch s phát tri n c a chu n IEEE 802.16, u trúc và các thông s k thu t c a chu n 802.16 OFDM, 802.16-2004 OFDMA , 802.16e c ng nh tìm hi u m t cách khái quát v l p MAC và l p PHY .  tài Tìm hiu  WiMAX, nhiu và nh hng ca nhiu trong WiMAX . Trong  tài này, em i sâu tìm hiu nhng k thut khc phc nhiu ca WiMAX mà. và thu OFDM Phn máy phát bin i d liu s cn truyn, ánh x vào biên  và pha ca các i ph. Sau ó nó bin i biu din ph ca d liu vào trong