ĐỒ án kỹ THUẬT OFDM TRONG WIMAX

LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển hạ tầng cơ sở là yếu tố quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát triển và góp phần nâng cao đời sóng xã hội của con người, thừa kế những thành tự của các ngành công nghiệp điện tử, bán dẫn, quang học, tin học và công nghệ thông tin…nền công nghiệp viễn thông trong đó có thông tin di động đã có những bước tiến nhảy vọt kỳ diệu đưa xã hội loài người bước sang một kỹ nguyên mới: Kỷ nguyên thông tin. Tất cả chúng ta đều biết rằng, chúng ta đang sống trong một xã hội thông tin mà trong đó chúng ta phải tiếp nhận sử dụng thông tin với giá trị cao về mặt thời gian và chất lượng. Sức cạnh tranh của tất cả các ngành công nghiệp bắt nguồn từ việc tạo ra các giá trị lớn hơn bằng cách tận dụng các ưu thế điều kiện và thời hạn. Vì vậy thông tin liên lạc sẽ đóng vai trò cốt lõi cho việc phát triển tương lai của xã hội thông tin này, nó cũng như lực lượng lao động trong nông nghiệp và nguồn vốn trong công nghiệp. Ngành công nghiệp thông tin liên lạc được coi là ngành công nghiệp trí tuệ hoặc là ngành công nghiệp của tương lai, là nền tảng để tăng cường sức mạnh của một quốc gia cũng như cạnh tranh trong công nghiệp. Ngành công nghiệp này phải được phát triển trước một bước so với ngành công nghiệp khác, bởi vì sự phát triển của các ngành khác dựa trên cơ sở thông tin liện lạc, ngành mà sẽ chỉ không đơn giản phục vụ như một phương tiện liên lạc mà sẽ đóng vai trò như một nguồn vốn cho xã hội tiến bộ. Dưới sự hướng dẫn, quan tâm nhiệt tình của thầy giáo Dương Hữu Ái, em đã hiểu thêm được nhiều điều về lĩnh vực thông tin liên lạc cũng như hướng phát triển của hệ thống viễn thông tại Việt Nam. Do khuôn khổ của bài viết cũng như còn hạn chế về kiến thức cho nên không tránh khỏi thiếu sót cũng như lầm lẫn, em mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện hơn nữa về kiến thức của mình. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em hoàn thành đợt thi này. MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ WIMAX 1.1. WiMax là gì? Tên viết tắt của cụm từ Worldwide Interoperability for Microware Access (khả năng vận hành tương tác truy cập sóng ngắn trên phạm vi rộng khắp) để nói đến công nghệ truy cập 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 đa 70Mb/s) và khả năng truyền tín hiệu mạng ở phạm vi rộng lớn (khoảng 50km). WiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn của IEEE (Viện các kỹ sư điện và điện tử Mỹ), cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến dặm cuối 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 đi được (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và cuối cùng là di chuyển di động mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng (LOS: Light-of-Sight) trực tiếp với trạm gốc. 1.2. Sơ lược những đặc điểm của WiMAX. WiMAX là mạng không dây phủ sóng một vùng rộng lớn, thuận tiện cho việc phát triển khai mạng nhanh, thuận lợi và lợi ích cao so với việc kéo cáp, đặc biệt là vùng có địa hình phức tạp. Vì vậy, mạng truy cập không dây có băng thông rộng WiMAX 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 có mật độ dân cư vừa phải thì việc triển khai WiMAX để cung cập các dịch vụ đa phương tiện sẽ nhanh và có hiệu quả kinh tế cao hơn và với việc 1 cung cấp băng thông rộng sẽ đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng. WiMAX có những ưu thế vượt trội so với các công nghệ cung cấp dịch vụ băng thông rộng hiện nay về tốc độ truyền dữ liệu và giá cả thấp do cung cấp các dịch vụ trên nền IP. Với khả năng truy cập từ xa, tốc độ dữ liệu cao đáp ứng đa dạng các dịch vụ như Internet tốc độc 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 khi 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 của WiMAX phụ thuộc vào thiết bị đầu cuối cá nhân. Thiết bị đầu cuối để sử dụng WiMAX gồm PDA, điện thoại di động, máy tính có chức năng thu vô tuyến. Có thể dùng card mạng cắm vào máy tính để truy cập, nếu nhà ở xa trạm phát (trên 5km) phải dùng một anten parabol nhỏ để thu tín hiệu. 1.3. Những vấn đề 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 WiMAX dựa trên nền IP nên việc kết nối, đánh số, chất lượng dịch vụ, bảo mật và an toàn mạng cần được nghiên cứu cụ thể. WiMAX là một giải pháp tuyệt vời về mặt công nghệ kết nối nhưng sẽ cần một chi phí lớn phải bỏ ra để phát triển hạ tầng mới trong khi hệ thống cũ vẩn còn sử dụng tốt. 1.4. 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 đích cho vùng dân cư thưa, dịch vụ cung cấp chủ yếu là truy cập Internet băng rộng cố định Theo Vụ Viễn thông, để sử dụng hiệu quả tài nguyên viễn thông, tránh lãng phí và phù hợp với quy hoạch, Bộ Bưu Chính Viễn Thông hiện chỉ cấp phép thử nghiệm WiMAX cố định tiêu chuẩn 802.16.2004 Reved ở băng tần 3,3GHz – 3,6GHz nhằm đánh giá được công nghệ và khả năng thương mại các dịch vụ trên nền WiMAX. Hiện nay có 4 doanh nghiệp được cấp phép thử nghiệm WiMAX cố định, băng tần 3,3GHz: • Tổng công ty Bưu Chính Viển Thông VN-VNPT • Tổng công ty Truyền thông Đa Phương Tiện-VTC • Công ty cổ phần Viễn Thông-FPT Telecom • Tổng công ty Viễn Thông Quân Đội-Viettel WiMAX có triển vọng tốt ở Việt Nam là bởi từ trước đến nay Việt Nam không hề bị lệ thuộc vào công nghệ cũ và chúng ta có thể “đi tắt đón đầu” ứng dụng WiMAX ngay. 1.5. WiMAX so với Wi-Fi 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 Wi-Fi chỉ hỗ trợ tốc độ 54Mb/s trong phạm vi truyền tải khá hẹp. Băng tần: Dải băng tần của WiMAX hoạt động phụ thuộc vào từng công nghệ cụ thể. Wi-Fi hoạt động trên dải 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 dử liệu có thể truyền tải dữ liệu trong bán kính khoảng 48,3km. Trong mội trường có nhiều vật cảm, phạm vi này bị rút ngắn xuống 5-8km. 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. 1.6. Cấu trúc điểm-đa điểm (PMP: Point-to-MultiPoint) 2 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 nhau 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 của WiMAX cho phép tồn tại độc lập hai khả năng liên kết: liên hết trong môi trường không có vật cản và liên kết trong môi trường có vật cản. Tùy thuộc vào môi trường mà băng tần hỗ 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 cản, 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 kiến các đặc điểm truy nhập Wi-Fi (hotspot), người sử dụng laptop hoặc các thiết bị di động cũng có kết nối trực tiếp thông qua WiMAX. Nói cách khác, WiMAX cho phép tạo điểm truy cập có tầm bao phủ rộng. 1.7. Băng tần. Các băng tần 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 (băng 3,5GHz); 3300- 3400 (băng 3,3GHz); 2500-2690MHz (băng 2,5GHz); 2300-2400 (băng 2,3GHz); 5725- 5800MHz (băng 5,8GHz) và 700-800MHz (dưới 1Ghz).  Băng 3400-3600MHz (băng 3,5GHz): Băng 3,5GHz 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 rộng (Broadband Wireless Access-BWA). WiMAX cũng được xem là một công nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMAX. Vì 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 công TDD (Time Division Duplcxing) hoặc FDD (Frequency Division Duplexing). Một số nước quy định băng tần này chỉ dành cho các dịch vụ 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 tinh Vinasat nên hiện tại không thể triển khai cho WiMAX.  Băng 3600-3800MHz: Băng 3600-3800 được một số nước Châu Âu xem xét để cấp cho WBA. Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ 3,7-3,8GHz) đang được nhiều hệ thông vệ tinh viễn thông sử dụng (đường xuống băng C), đặc biệt là khu vực Châu Á, nên ít khả năng băng tần này sẽ được chấp thuận cho WiMAX ở Châu Á.  Băng 3300-3400 (băng 3,3GHz): Băng tần này được phân bố ở Ấn Độ, Trung Quốc và Việt Nam đang 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), nhưng thiết bị WiMAX cũng đã được sản xuất. Chuẩn WiMAX áp dụng ở băng tần tương tự như với băng 3,5MHz, đó là WiMAX cố định, chế độ sung công FDD và TDD, độ rộng kênh 3,5MHz hoặc 7MHz. Do Ấn Độ chỉ cho phép sử dụng đoạn băng tần 3316-3400MHz, nên các thiêt bị WiMAX hiện đại cũng chỉ làm việc trong đoạn này với tối đa 2x9 kênh 3,5MHz. Vì vậy, nếu cứ bồn nhà khai thác băng tần này thì thường nhà khai thác chỉ được cung cấp sử dụng 2x2 kênh 3,5MHz.  Băng 2500-2690MHz (băng 2,5GHz): Băng tần này là băng tần được WiMAX Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMAX di động theo chuẩn 802.16.2005. Có 2 lý do cho sự kiện này: 3 • Thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này thích hợp cho các ứng dụng di động. • Thứ hai, khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMAX. WiMAX ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song công FDD, TDD.  Băng 2300-2400MHz (băng 2,3GHz): Băng 2,3GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2,5GHz nên băng tần được WiMAX Forum xem xét cho WiMAX di động. Hiện có một số nước phân bố băng tân này cho WBA như Hàn Quốc, Úc, Mỹ, Canada, Singapore. Singapore đã đầu tư 10 khối 5MHz trong dải 2300-23500MHz để sử dụng cho WBA tương tự băng 2,5MHz. Úc chia băng tần này thành 7 khối, không quy định cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng 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 triển khai WBA/WiMAX.  Băng 5725-5850MHz (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 băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốn thường được sử dụng có các ứng dụng trong nhà. WiMAX Forum thì băng tần này thích hợp để triền khai WiMAX cố định, độ rộng phân kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD, không có FDD.  Băng dưới 1GHz: Với tần số càng thấp, sóng vô tuyến là truyền càng xa, cố trạm gốc cần sử dụng càng ít (mức đầu tư cho hệ thống thấp). Vì vậy, WiMAX cũng đang xem xét 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 52-59VHF truyền hình và xem xét cấp tiếp băng 748-801MHz (kênh 60-69VHF truyền hình). Với Việt Nam, do đặc điểm có nhiều đài truyền hình địa phương nên các kênh trong dãy 470-806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc cho các hệ thông 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. 1.8. Những cơ sở quan trọng của công nghệ WiMAX. Cơ sở quan trọng của WiMAX là sự tương thích của thiết bị WiMAX, được diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo sự tin cậy và là tăng số lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụ khi mua thiết bị không chỉ từ một công ty và tất cả đều tương thích với nhau. Các cơ sở quan trọng khác là chi phí, độ bao phủ và chuẩn cho truy cập vô tuyến và di động. 1.9. Đôi nét về DSL. DSL là tên của cụm từ Digital Subcriber Line là một công nghệ sử dụng các phương pháp điều biến phức tạp, chuyển các dữ liệu thành các gói để truyền tải trên dây điện thoại. Trước đây, đường dây điện thoại chỉ có thể truyền một kênh thoại băng tân 3,4KHz. Nhờ áp dụng các công nghệ xử lý số, bù suy hao, giãm 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. 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 – 4KHz, trong khi công nghệ xDSL thường dùng tần số trên 100KHz. 4 Ưu điểm lớn nhất của công nghệ xDSL khi ra đời chính là khả năng truyền tải được nhiều ứng dụng khác nhau mà trước đây chưa thực hiện được , đồng thời lại tận dụng được mạng điện thoại sẵn có và rộng khắp. xDSL được phân loại như sau: • ISDN (Integrated Services Digital Netword: Mạng số tích hợp đa dịch vụ) được coi là sự mở đầu của xDSL. ISDN ra đời năm 1976 với tham vọng thống nhất cho truyền dữ liệu và thoại. Trong ISDN, tốc độ giao tiếp cơ sở (BRI-Basis Rate Caterface) cung cấp hai kênh 64Kbps (Megabit per second) (kênh B) dành cho thoại và 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 định hoặc doanh nghiệp nhỏ mặc dù ISDN là công nghệ mở đầu cho tất cả các loại dịch vụ tích hợp. • HDSL (High bit rate Digital Suberiber Line) ra đời trong phòng thí nghiệm 1986. Thực chất các thiết bị thu phát HDSL là sự thừa kế của ISDN nhưng ở mức độ phức tạp hơn. HDSL ra đời dựa trên tiên chuẩn T1/E1 của Mỹ/Châu Âu. HDSL cho phép truyền 1,544Mbps hoặc 2,048Mbps trên 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 HSDL là loại công nghệ không cần các trạm lặp, tức có độ suy hao thấp hơn các loại khác trên đường truyền. HDSL được 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 (các công ty điện thoại) hay cung cấp các đường tốc độ cao giữa nhiều tòa nhà hay các khu công sở với nhau. • VDSL (Very high bit rate DSL): VDSL là một công nghệ xDSL cung cấp đường truyền đối xứng trên một đôi dây đồng. Dòng bit tải xuống của VDSL là cao nhất trong tất cả các công nghệ xDSL, đạt tới 52Mbps, dòng tải lên có thể đạt 2,3Mbps. VDSL dùng cáp quang để truyền dẫn là chủ yếu và chỉ dùng cáp đồng ở phía đầu cuối. • ADSL (Asymmetrical DSL): ADSL chính là một nhánh của xDSL. ADSL cung cấp một băng thông không cân bằng trong dòng dữ liệu tải xuống (download) và tải lên (upload). Dòng dữ liệu tải xuống có băng thông lớn hơn dòng dữ liệu tải lên. ADSL ra đợi năm 1989. - ADSL1 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 haidongf MPEG-1. - ADSL3 cung cấp 6Mb/s cho đường dữ 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 Mbps cho đường lên (thực tế không được như quảng cáo). • 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 cung cấp. RADSL là ADSL có tốc độ biến đổi. 1.10. Mô hình ứng dụng của WiMAX Như đã giới thiệu, WiMAX là hệ thống truy cập viba có tính tương tác rộng dựa trên tiên 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 5 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): • Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX): Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16.2004. Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố đinh” 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 tinh. Chúng ta cũng có thể đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên không thu tốt bằng anten ngoài trời. • Mô hình ứng dụng WiMAX di động (Mobile WiMAX): Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e. Tiêu chuẩn này bổ sung cho tiêu chuẩn trước hướng tới các user cá nhân di động. 1.11. Công nghệ WiMAX trong môi trường không có vật cản (LOS) và môi trường có vật cản (NLOS). Trong khi những kỹ thuật ngày nay dùng được cho vô tuyến băng rộng cố 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 dặm (khoảng 8km) dưới điều kiện NLOS. 1.12. Sự truyền sóng trong môi trường LOS và môi trường NLOS. Kênh vô tuyến của một hệ thống vô tuyến hiện nay thường mô tả bằng một hoặc hai phương pháp: LOS và NLOS. • Với đường truyền LOS, yêu cầu tín hiệu được truyền theo đường trực tiếp và không có chướng ngại vật giữa phía phát và phía thu. Đặc tính đường truyền LOS là yêu cầu toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật, nếu yêu cầu này không được thỏa mãn thì cường độ tín hiệu sẽ giảm khá nhiều. Không gian miền Fresnel phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa nơi truyền và nơi nhận. Hình 1: Môi trường LOS • Với đường truyền NLOS (Non-Light-of-Sight) tín hiệu tới máy thu thông qua sự phản xạ (neflecting), tán xạ (scattering) và nhiễu xạ (diffractions). Tín hiệu tới máy thu (tín hiệu thu được) gồm các thành phần: theo đường trực tiếp (direct path), các đường phản xạ (indirect path), năng lượng phân tán và những đường truyền bị nhiễu 6 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. Hình 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 bên 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 dụng phân cực có nghĩa là sử dụng lại tần số mà bình thường triển khai trong LOS lại khó khăn ứng dụng trong NLOS. Bằng cách nào đó một hệ thống vô tuyến sử dụng những tín hiệu đa đường này để cung cấp đảm bảo trong điều kiện NLOS? Một sản phẩm đơn thuần chỉ làm tăng công suất để có thể vượt qua được những vật cản (có thể gọi là “gần tầm nhìn thẳng”:near line of sigh) không phải là NLOS bởi vì phương pháp này vẫn dựa vào tín hiệu trực tiếp 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 truyền vô tuyến (radio link budget). 1.13. Ưu điểm của kỹ thuật NLOS so với kỹ thuật LOS. Một vài ưu điểm của kỹ thuật NLOS so với kỹ thuật LOS: • Cần xác định vị trí chính xác và hạn chế độ cao của anten thì không thuận lợi cho vị trí đặt anten trong điều kiện LOS (vì LOS 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). • Mạng tế bào không ngừng mở rộng ở đó việc tái sử dụng tần số là cần thiết, hạ thấp độ cao anten là có lợi để giãm nhiễu đồng kênh giữa các cell lân cận. Điều này sẽ 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 thuận NLOS giảm được chi phí lắp đặt, do CPE có thể lắp đặt tại nhiều vị trí ở những địa hình phức tạp và giảm được chi phí do việc khảo sát vị trí ở trạm trước khi lắm đặt và nâng cao sự chính sác của các công cụ hoạch định NLOS. 7 Hình 3: Vị trí của CPE trong môi trường NLOS Công nghệ NLOS và các đặc tính cao cấp trong WiMAX làm nó có thể sử dụng thiết bị tại nhà khách hàng-CPE. Có hai trở ngại: • Tổn hao xâm nhập tòa nhà • Phủ sóng với khoảng cách vừa đủ thì công suất truyền thấp hơn và độ lợi anten 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. CHƯƠNG II: NHỮNG TIÊU CHUẨN VÀ KỸ THUẬT TRONG WIMAX 2.1. Tiêu chuẩn WiMAX. Chuẩn 802.16 là chuẩn không dây lastmile (dặm cuối). Tiêu chuẩn này hoàn toàn dựa trên IP và được hội đồng IEEE (viện các kỹ sư điện và điện tử Mỹ) triển khai nghiên cứu từ đầu năm 2000 đến nay và đã được IEEE thông qua hai chuẩn: • Chuẩn 802.16.2004 cho mạng cố định thông qua vào đầu tháng 7/2004 (phổ tần số thấp hơn 11GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng, kỹ thuật OFDM) tốc độ truyền cực đại; dưới 75MBps với độ rộng băng tần 20MHz; 4-18Mbps với độ rộng băng tần 5MHz; bán kình vùng phủ sóng của một cell là 2-10km (tùy thuộc vào tần số và mật độ người dùng) • Chuẩn 802.16e cho mạng di động được thông qua vào ngày 7/12/2005 (phổ tần 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 1- 3km Indoor và 2-5km Outdoor; tốc độ di chuyển của người dùng 100km/h vẫn đảm bảo liên lạc tốt. 2.2. Những giải pháp, kỹ thuật trong môi trường có chướng ngại vật (NLOS) Công nghệ WiMAX, giải quyết hay làm giảm bớt những trở ngại do NLOS bằng cách sử dụng:  Kỹ thuật OFDM  Sub-channelization  Anten định hướng 8  Tính đa dạng (phân tập) của thu và phát  Điều chế thích ứng  Các lỹ thuật hiệu chỉnh lỗi  Điều khiển công suất 2.2.1 Kỹ thuật OFDM Cung cấp hoạt động hiệu quả, nghĩa là nó khắc phục được những khó khăn của việc truyền NLOS. Dạng sóng OFDM trong WiMAX có ưu điểm là hoạt động với việc trải trễ rộng trong điều kiện NLOS. Bởi vì công dụng của biểu tưởng thời gian OFDM và việc sử dụng CP (Cyclic Prefix), dạng sóng OFDM loại trừ được vấn đề ISI (Inter- Symbol Interference) và sự phức tạp của bộ cân bằng thích ứng. Dạng sóng OFDM gồm nhiều sóng mang trực giao băng hẹp, fading lựa chọn được định vị cho một tập con các con 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 gửi song song giữa OFDM và một chuỗi sóng mang đơn. Hình 4: Sóng mang đơn và OFDM Một ví dụ chỉ ra sự cân bằng của OFDM dể hơn so với việc cân bằng sóng mang đơn. 9 Hình 5: Sóng mang đơn và tín hiệu thu OFDM Có khả năng khắc phục được sự trải trễ, đa đường và ISI một cách hiệu quả, 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 một kỹ thuật ưu tiên được lựa chọn. 2.2.2 Sub-channelization Sub-channelization trong đường lên là một tùy chọn trong WiMAX. Ngoài sub- channelization, những giới hạn điều tiết và yêu cần các CPE đáp ứng hiệu quả là nguyên nhân đặc trưng của đường truyền không đối xứng. Nguyên nhân này là cho phạm vi hệ thống trên đường lên bị hạn chế. • Sub-channelization cho phép đường truyền được cân bằng làm cho độ lợi (gain) của hệ thống đạt tới sự cân bằng cho đường lên và đường xuốn. • Sub-channelization tập trung công suất truyền vào một vài sóng mang OFDM, điều này sẽ làm tăng độ lợi của hệ thống. 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 cập đa sóng mang phân chia tần số trực giao cho phép sử dụng linh hoạt hơn tài nguyên cung cấp cho di động. 10 [...]... gốc truyền dữ liệu đồng thời đến thuê bao nhằm giảm tối đa độ trễ khi chuyền giao xảy ra Khi chuyển giao, MS sẽ duy trì kết nối với trạm gốc cũ cho đến khi hoàn tất quá 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 • 13 CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM 3.1 Tổng quan kỹ thuật OFDM Kỹ thuật OFDM là tên của cụm... 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... mang lân cận) Tuy vật trong kỹ thuật ở OFDM vẫn còn các dải bảo vệ nhưng cách hoạt động các dải bảo vệ này khác hẳn với kỹ thuật FDM thông thường .1.6 Tính trực giao Máy thu OFDM có thể được coi là gồm nhiều bộ giải điều chế, mỗi bộ sẽ thực hiện chuyển tín hiệu nhằm khôi phục lại dữ liệu ban đầu Sơ đồ nguyên lý của quá trình giải điều chế một ký hiệu trong kỷ thuật OFDM được mô tả trong hình: Hình 16:... tăng hiệu quả của WiMAX di động, EVDO và HSPDA/HSPA là: 12 Sử dụng kỹ thuật mã hóa và điều chế thích nghi (AMC-Adaptive Modulation and Coding) • Kỹ thuật kiểm soát lỗi HARQ • Điều phối tốc độ cao (Fast Scheduling) • Tối ưu hóa khi chuyển giao 2.3.1 Kỹ thuật mã hóa và điều chế thích nghi Kỹ thuật AMC được sử dụng ở cả hai công nghệ 1xEVDO và HSPA Công nghệ 1xEVDO_RevO chỉ sử dụng kỹ thuật AMC ở hướng... thể sử dụng Do đó hệ thống có thể linh hoạt trong điều kiện fading thực tế Hình 7: Bán kính cell 2.2.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi được kết hợp vào WiMAX để giảm tỷ kệ công 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 sửa chữa để cải thiện thông lượng Các kỹ thuật này giúp khôi phục (cứu được) các frame... giải pháp để dung hòa hai yêu cầu nay .2.3.2 Đồng bộ Đây là hạn chế của OFDM vì dễ bị ảnh hưởng do lỗi đồng bộ, đặc biệt là đồng bộ tần số do làm mất tích trực giao của các sóng mang nhánh Trong hệ thống OFDM, có hai loại đồng bộ được xem xét ) Đồng bộ ký tự Nhiệm vụ của đồng bộ ký tự là phải xác định được thời điểm bắt đầu của symbol Vấn đề được chú ý khi đồng bộ ký tự là lỗi thời gian vì lỗi thời gian... băng thông tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM Trong miền thời gian, symbol OFDM có dạng hình chữ nhật, tương ứng với suy giảm dạng sin trong miền tần số nếu dùng bộ lọc băng thông với tín hiệu OFDM thì tín hiệu sẽ có dạng hình chữ nhật cả trong miền tần số, làm cho dạng sóng ở miền thời gian suy giảm dạng sin giữa các symbol, điều này dẫn đến nhiễu giao thoa ký tự (ISI) nên chỉ tiêu kỹ thuật sẽ giảm Có thể loại... 28: Dịch tín hiệu OFDM khỏi DC Một số vấn đề trong kỹ thuật OFDM Đặt vấn đề: Như đã phân tích ở trên, kỹ thuật OFDM có nhiều ưu điểm nhưng tại sao lại kém phát triển? 2.2 Nguyên nhân: • Hệ thống hiện tại vẫn hoạt động tốt và rất hiệu quả • OFDM tạo ra tín hiệu là tập hợp của nhiều sóng mang • Dễ bị ảnh hưởng của dịch tần và pha hơn so với hệ thống một sóng mang nên đòi hỏi phải có sự đồng bộ tần số tốt... hạn chế khi thực hiện truyền 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 OFDM là phân chia luồn 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 điều chế đa sóng mang đặc biệt hơn DMT ở chổ các sóng mang này trực... đặc tính khử nhiễu đồng kênh (co-channel) từ các trạm khác Các hệ thống ASS được coi là sự phát triển tương lai và thậm chí cải tiến để tái sử dụng phổ và dung lượng của mạng WiMAX 2.2.4 Phân tập của việc truyền và nhận Phân tập được sử dụng để thi được tín hiệu đa đường và tín hiệu phản xạ xuất hiện trong mội trường NLOS Phân tập là một tùy chọn trong WiMAX Thuật toán phân tập trong WiMAX cho cả phía . 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. 13 CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM 3.1. Tổng quan kỹ thuật OFDM. Kỹ thuật OFDM là tên. xuất hiện trong mội trường NLOS. Phân tập là một tùy chọn trong WiMAX. Thuật toán phân tập trong WiMAX cho cả phía truyền và phía nhận làm tăng độ lợi của hệ thống. Tùy chọn phân tập truyền trong WiMAX. đường truyền vô tuyến (radio link budget). 1.13. Ưu điểm của kỹ thuật NLOS so với kỹ thuật LOS. Một vài ưu điểm của kỹ thuật NLOS so với kỹ thuật LOS: • Cần xác định vị trí chính xác và hạn chế độ