THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRONG CĂN HỘ

THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRONG CĂN HỘ

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

CID Connection Identifier

CPE Customer Premise Equipment

CRC Cyclic Redundancy Checks

CS Centralized Scheduling

CSMA Carrier Sense Multiple Access

DES Data Encryption Standard

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

DSL Digital Subscriber Line

EKS Encryption Key Sequence

FDD Frequency Division Multiplexing

FEC Forward Error Correction

FFT Fast Fourier Transformation

IEEE Institute of Electrical anh Electronics Engineers

ITU International Telecommunication Union

IV Initialising Vectors

MAC CPS Mac Common Part Sublayer

MAC CS Mac Service Specific Convergence Sublayer

MSDU Mac Service Data Unit

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PDA Persional Digital Assitant

PDU Protocol Data Units

16QAM 16-State Quadrature Amplitude Modulation

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

SINR Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio

SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing

SSCS Service-Specific Convergence Sublayer

TDD Time Division Duplexing

TDMA Time Division Multiple Access

UGS Unsolicited Grant Service

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

***

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 ngcách truy n l n

Hi n nay, n c ta WiMAX ang c th nghi m t nh mi n núi nh : LàoCai,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 isâu 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 tnày, 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

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 yNguy n V n Tu n và các th y cô giáo trong Khoa n T -Vi n Thông H BáchKhoa à N ng

à N ng, tháng 6 n m 2008 Sinh viên

Phan Th Minh Huy n

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 nnhau 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 quakênh, nh tính phân tán l i mà khi c k t h p v i các k thu t mã hoá kênh ki msoát l i hi u n ng h th ng c c i thi n áng k So v i h th ng ghép kênhphân chia theo t n s FDM truy n th ng thì, FDM c ng truy n theo c ch songsong 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

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 acác 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 iFEC-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 sóngmang (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 (GUARDPERIOD) 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 cácsóng mang c ch n chính xác Kho ng cách này c ch n ng v i tr ng h p cácsóng mang tr c giao v i nhau ó là ph ng pháp ghép kênh theo t n s tr c giao(OFDM)

cos(2 f2t)

cos(2 fNt)

S/P

cos(2 f1t)

bi

S(t)

Hình 1.2 S t o ra tín hi u OFDM

Cho t i nay d a trên nh ng thành t u c a công ngh m ch tích h p, ph ngpháp 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 cchu 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 onhau m t góc vuông 90) và tích c a 2 vect là b ng 0 m chính ây là ý t ngnhân 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 tinnày là m m u ch t hi u quá trình u ch OFDM

Hình 1.3 FDM thông th ng và OFDM

(1.1)

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 khácnhau Ta nh n th y quá trình này ng b ng 0 y hai sóng sin khác t n s thì tíchphân c a chúng s b ng không và ng c l i u này g i là tính tr c giao c a d ngsóng 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 (digitaldomain) b ng cách nhân m t sóng mang c t o ra trong máy thu n v i m t sóngmang 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 cxác nh Toàn b quá trình này c l p l i khá nhanh chóng cho m i sóng mang, nkhi 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 sHình 1.5.Tích phân c a hai sóng sin

khác t n s

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:

Sc(t) = Ac(t)ej[ 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

N Ane nej(n )kT (1.5)

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

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 ssinc(sin(x)/x) K t qu c a th i gian symbol t ng ng v i ngh ch o c a kho ngcách 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 trungtâm và m t s giá tr null c t theo các l tr ng t n s b ng kho ng cách sóngmang 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 iFourier 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 inhanh Fourier o (Inverse Fast fourier Transform) th c hi n cùng m t thu t toán nh

IDTF, ngo i tr r ng nó tính hi u qu h n nhi u và do v y nó c s d ng trong t t các h th ng th c t truy n tín hi u OFDM tín hi u mi n th i gian c tínhtoán phách lên t n s c n thi t Máy thu th c hi n thu t toán ng c l i v i máy phát.Khi d ch tín hi u RF xu ng b ng c s x lý, sau ó s d ng bi n i Fourier nhanh phân tích tín hi u trong mi n t n s Sau ó biên và pha c a các t i ph c

ch n ra và c bi n i ng c l i thành d li u s

1.6 u ch t i ph

m i l n t i ph c phân ph i bit truy n, chúng c ánh x vào biên

và pha c a t i ph nh dùng s u ch bi u di n b i vect ng pha và vuôngpha Hình 1.8 là ví d c a ánh x u ch t i ph Nó ch ra chòm sao 16-QAM, ánh

4 bit cho m i symbol M i k t h p c a d li u t ng ng v i 1 vect duy nh t c

ch ra nh m t m trên hình v M t s l n s u ch là có s n, cho phép thay

i s bit c truy n trên m t sóng mang trên m i symbol

1.6.1 Các s u ch

D li u s c truy n trong k t n i OFDM b ng cách dùng s u ch trên

i t i ph S u ch là s ánh x các d li u vào chòm sao th c( ng pha) và

ph c (vuông pha), c bi t nh chòm sao IQ(inphase Quadrature) S bit có th ctruy n khi dùng m t symbol t ng ng v i log2(M) v i M là s các m trong chòmsao M i t d li u c ánh x vào m t v trí IQ duy nh t trong chòm sao Vect ph c

Hình1.7 S kh i c a thi t b u cu i OFDM

p thành I + Q t ng ng v i biên I2 +Q2 và pha argument (I+ Q) v i = −1.

Vi c t ng s m trong chòm sao không thay i d i thông truy n, do v y vi c dùng

u ch v i nhi u m chòm sao s cho phép c i thi n hi u qu ph (ho c hi u

su t b ng thông) Tuy nhiên s m trong gi n chòm sao càng l n bao nhiêu thì

vi c gi i quy t chúng máy thu càng khó b y nhiêu ó là vì khi ó các v trí IQ c

t càng g n nhau nên ch c n m t giá tr nh nhi u là có th gây ra l i truy n

1.6.2 Mã GRAY

Gi n IQ cho s u ch ch ra vect truy n cho t t c các liên h p t d

li u M i liên h p t d li u ph i c phân ph i m t vect IQ duy nh t Mã Gray là

t ph ng pháp cho s phân ph i này, sao cho các m c nh nhau trong vòm sao chkhác nhau m t bit n Mã này giúp gi m thi u t l l i bit Mã Gray có th c s

ng cho t t c các s u ch PSK(BPSK,QPSK, ) và QAM(16QAM, 64QAM,256QAM )

ng 1.1 Mã Gray

Hình1.8 Gi n IQ c a 16QAM khi dùng mã Gray

1.7 Kho ng b o v (GUARD PERIOD)

Ta th y hình trên, ph n ISI c a vi c truy n tín hi u OFDM có th b sai do

u ki n c a quá trình x lý tín hi u, b i vì máy thu không nh n c thông tin c asymbol c truy n ti p theo u ó có ngh a là máy thu c n m t kho ng th i gian

có dài xác nh b ng th i gian symbol có ích có th xác nh c symbolOFDM Kho ng th i gian này g i là orthogonality Interval

Có th gi m nh h ng ISI t i tín hi u OFDM b ng cách thêm vào các kho ng

o v tr c c a m i symbol Kho ng b o v này là b n copy tu n hoàn theo chu k ,làm m r ng chi u dài c a d ng sóng symbol Nó c t o ra b ng cách l y ph n cu i

a symbol OFDM a vào ph n u Do v y vi c a vào các b n copy c asymbol n i uôi nhau t o thành m t tín hi u liên t c, không có s gián n ch n i

Nh v y vi c sao chép u cu i c a symbol ã t o ra m t kho ng th i gian symbol dài

n và gi i u ch nó mà không có l i

Hình 1.10.Chèn kho ng th i gian b o v cho m i ký hi u OFDM

1.8 B o v ch ng l i ISI

Trong tín hi u OFDM biên và pha c a t i ph ph i c duy trì không itrong chu k symbol b o m tính tr c giao cho m i sóng mang N u chúng b thay

i có ngh a là d ng ph c a các t i ph s không có d ng sinc úng và nh v y mkhông null s không úng, d n n can nhi u gi a các sóng mang ICI(inter-CarrierInterference) biên c a symbol biên và pha thay i t i giá tr m i c n thi t chosymbol d li u ti p theo Trong môi tr ng multipath ISI gây ra s tr i r ng n ng

ng gi a các symbol, d n n s thay i nhanh biên , pha c a t i ph m usymbol Nó d n n s m r ng tr c a kênh vô tuy n.Vi c a vào các kho ng b o cho phép có th i gian ph n tín hi u thay i nhanh này b suy hao Tr l i tr ngthái ban u, do v y FFT c l y t tr ng thái úng c a symbol u này lo i b nh

ng c a ISI kh c ph c ISI thì kho ng b o v ph i dài h n s m r ng tr c akênh vô tuy n

Hình 1.11 Ch c n ng c a kho ng b o v ch ng l i ISI

1.9 d ch Doppler

Do kho ng cách gi a n i phát và thu có s thay i nên t o ra d ch Doppler(vì kho ng cách gi a n i phát và thu thay i theo th i gian) d ch Doppler gây ra thay i t n s c a tín hi u Khi gi m kho ng cách gi a n i phát và thu làm t ng t n, và khi t ng kho ng cách s làm gi m t n s

V i h th ng OFDM, d ch Doppler gây ra s thay i v trí sóng mang, cóngh a là sóng mang s d ch chuy n xu ng t n s th p h n khi kho ng cách gi a n iphát và thu t ng và ng c l i

1.10 K t lu n ch ng

Qua nh ng hi u bi t v OFDM trên, nó s là c s ta có th tìm hi u sâu

n v chu n 802.16 OFDM c a WIMAX T ó, có th rút ra các k t lu n nh sau:

- kh c ph c hi n t ng không b ng ph ng c a áp tuy n kênh c n dùngnhi u sóng mang, m i sóng mang ch chi m m t ph n nh b ng thông, do v y b nh

ng không l n c a áp tuy n kênh n d li u nói chung

- S sóng mang càng nhi u càng t t nh ng c n ph i có kho ng b o v tránhcan nhi u gi a các sóng mang Tuy nhiên t n d ng t t nh t thì dùng các sóng tr cgiao, khi ó các sóng mang có th trùng l p nhau mà v n không gây can nhi u

CH NG 2

GI I THI U V WIMAX 2.1 Gi i thi u ch ng

Ch 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 Qua ó, giúp

n b ng 280Mbps

u so v i Wimax thì WiLANs (Wireless Local Area Networks) c ng là m ngkhông 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 nphòng hay m t gia ình Các thi t b theo chu n 802.11b s cung c p t c 11Mbps vàcác thi t b theo chu n 802.11g s cung c p t c 54Mbps

ng 2.1 So sánh gi a WiLANs và WiMAX

Technology Primary use Data rates

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 aIEEE 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 aWiMax là 802.16-2004, 802.16-2005

- Chu n 802.16-2004 (tr c ó là 802.16 REVd) c IEEE a ra tháng 7 n m

2004 Tiêu chu n này s d ng ph ng th c u ch OFDM và có th cung c p các

ch v c nh, nomadic (ng i s d ng có th di chuy n nh ng c nh trong lúc k ti) theo t m nhìn th ng (LOS) và không theo t m nhìn th ng (NLOS)

- Chu n 802.16-2005 (hay 802.16e) c thông qua IEEE tháng 12/2005 Tiêuchu n này s d ng ph ng th c u ch SOFDMA (Scalable Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing), cho phép th c hi n các ch c n ng chuy n vùng(handover) vàchuy n m ng(roaming) nên có th cung c p ng th i d ch v c nh, nomadic, mangxách c (ng i s d ng có th di chuy n v i t c i b ), di ng h n ch và ding

IEEE 802.16 s d ng ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao OFDM nh là

ph ng pháp truy n cho k t n i NLOS WiMax có b ng thông không ph i là m t h ng

mà thay i t 1.25MHz n 28MHz Trong chu n IEEE 802.16-2004, m t khác

bi t có th nh n th y c gi a hai ph ng pháp: OFDM và OFDMA L ch s pháttri n c a các lo i chu n IEEE 802.16 c cho trong hình sau (Hình 2.2)

2.4 Gi i thi u chu n 802.16 OFDM

802.16 s d ng k thu t truy c p OFDM mà ã c s d ng trong các h

th ng khác nh 802.11a Nh ng c m m i chính trong l p PHY - quan h v i802.11a là: s sóng mang FFT dài h n ( t 64-FFT n 256-FFT); thay i c b ngthông kênh và t n s l y m u, và thay i c t s c a hai giá tr này; nhi u ng i s

ng c v i m t Tx burst; lo i u ch có th thay i theo th i gian trong khung;

n thay cho hai giá tr kho ng b o v c n thi t

2.4.1 Ch c n ng phân kênh (Subchannelization)[2]

WIMAX c thi t k v n hành nh là m t m ng c s h t ng, và s phânchia tài nguyên này c ng là m t v n quan tr ng

V i WIMAX ( OFDM và OFDMA), Subchannelization cho phép ta nhóm hoàntoàn m t s các sóng mang OFDM thành các block và phân cho m i block thành cácsegment khác nhau c a tr m BS Nh ng block c tr i ra trên hoàn toàn vùng t n s

và g m m t s các sóng mang liên ti p nhau Subchannel index u khi n s d ng

nh ng Block khác nhau trên toàn b ph

Hình 2.2 T 802.11b t i 802.16e

S sóng mang d li u hoàn t t (192) có th c chia thành 2, 4, 8 ho c 16Subchannel T t c các sóng mang c tr i trên 4 vùng " regions" khác nhau c a vùng

n s

N u b n Subchannel c s d ng nh ví d d i ây, s có 16/4 = 4subchannel khác nhau và 192/4 = 48 sóng mang trên subchannel, mà c chia trên 4

"region" khác nhau, vì v y có th coi 48/4 = 12 sóng mang liên ti p / subchannel block

2.4.2 C u trúc khung

M t khung c chia thành các khung nh DL và UL Nh ng khung nh DL và

UL c b t u v i ô preamble (cho bi t gi i h n s sóng mang c a symbol) tìm

i thông tin v kênh truy n và cho phép máy thu tìm l i áp ng kênh Ô FCH và DLMAP 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 c m a truy

p trong mi n t n s u này có ngh a là b ng thông c chia thành các khe cho

ng i s d ng trong mi n th i gian và mi n t n s

Hình 2.3 Subchannelization v i 4 kênh s d ng

m khác v i chu n FDMA là các sóng mang OFDMA cho các user khác nhau

là r t g n v i nhau và cho phép các sóng mang v t lý có th thay i t symbol này nsymbol khác

Nh v y th t là khó kh n thi t k m t máy thu v i kho ng cách sóng mang(subcarrier) thay i; các nhà s n xu t thì nghiên c u th c hi n các s k t n i c a

ng thông h th ng và kích th c FFT a ra kho ng cách sóng mang c nh

B ng d i ây a ra s thi t l p h p lý cho các b ng thông h th ng và kích cFFT khác nhau

Hình 2.4 C u trúc khung 802.16 OFDM

Hình 2.5 S so sánh OFDM và OFDMA

ng 2.2 Tham s v t lý c a OFDMA

2.5.2 T ng quát v khung (Frame)

Hình v d i ây gi i thi u m t cách khái quát v khung OFDMA

2.5.3 Các ph n trong khung (Frame Parts)

UL và DL c tách ra b i các khe h : transmit transition gap(TTG) sau khungcon DL và receive transition gap(RTG) sau khung con UL

Hình 2.6 C u trúc khung OFDMA

Trong DL có 4 thành ph n mà nó mang thông tin cho phép máy thu gi i u

ch tín hi u : preamble, FCH, DL-MAP và UL-MAP

B n thành ph n này trong c u trúc 802.16-2004 c s d ng cho vi c truy nthêm thông tin tín hi u c n thi t trong tín hi u OFDMA

2.5.3.1 Preamble

Ô preamble là ô b t u c a m i khung downlink Nó bao g m các sóng mang

u ch -BPSK và có dài 1 symbol OFDMA Preamble c s ng vào m c ích

ng b hóa

2.5.3.2 FCH

Frame control header(FCH) i theo sau mòa u Nó cung c p thong tin c uhình khung, ch ng h n nh s mã hóa và dài b n tin MAP và kênh con khng

2.5.3.3 DL-MAP /UL-MAP

Cung c p các thông tin gán kênh con và các thông tin u khi n khác t ng

ng cho các khung con DL và UL

2.6 Chu n 802.16e

802.16e là s phát tri n cao h n c a 802.16-2004 Chu n này bao g m t t c các

c m c a 802.16-2004 và thêm m t s ch c n ng khác

ng 2.3 So sánh các lo i giao di n c a l p PHY

u h t các c m c thêm vào l p cao h n( c bi t là l p MAC và m t s c

- S nhóm subchannel b gi m i 3( s 0 ,2, và 4) cho size FFT 128 và 512

- N i dung FCH c thu ng n l i i v i size FFT 128

BPSK,QPSK,16QAM,64QAM,256QAM

QPSK,16QAM,64QAM

QPSK,16QAM,64QAM

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 n kh i ng i dùng và kh i ukhi n Nó nh ngh a hai l p trong các kh i này: l p MAC (Medium Access ControlLayer), l p v t lý PHY(Physical Layer) L p MAC g m có 3 l p con: CS

(Service-Specific Convergence Sublayer), MAC CPS (MAC Common PartSublayer) và l p con b o m t (Security Sublayer) CS cung c p nh ng áp ng cyêu c u cho quá trình l u thông l p MAC CPS gi i quy t v n truy n tin không dây

ng thông r ng L p b o m t cung c p b o m t vi n thông v m t riêng t , thông tin

qu c gia, b n quy n c a cá nhân

i l p MAC, là l p v t lý PHY, nó cung c p kh n ng truy n t i m nh vàthích nghi v i môi tr ng không dây L p PHY s d ng 5 lo i giao di n:

• WirelessMAN-SCTM(Line of Sight - LOS)

• WirelessMAN-SCaTM (Non Line of Sight - NLOS)

Hình 2.7 Kh i giao th c

• WirelessMAN-OFDMTM.

• WirelessMAN-OFDMATM

• WirelessHUMANTM

c dù mô hình trên ch mang tính ch t tham kh o, nh ng có s th ng nh t ch t ch

gi a ch c n ng MAC CPS và PHY, nó làm cho ch c n ng tr nên ph thu c và ph c

p h n gi a chúng

2.7.2 L p MAC

p MAC chu n IEEE 802.16 cung c p giao di n ho t ng c l p v i l p v t

lý do giao di n l p v t lý là giao di n vô tuy n Ph n ch y u c a l p MAC t p trungvào vi c qu n lý tài nguyên trên airlink(lien k t vô tuy n) Gi i quy t c bài toányêu c u t c d li u cao trên c hai kênh downlink và uplink Các c ch u khi ntruy c p và thu t toán c p phát b ng thông hi u qu có kh n ng áp ng cho hàng

tr m u cu i trên m i kênh

p MAC chu n IEEE 802.16 c xây d ng d a trên ki n trúc t p trung, h

tr mô hình Point-to-Point, Point-to- Multipoint và Mesh Tr m BS óng vai trò trungtâm v i m t ngten-sect hóa có kh n ng u khi n ng th i nhi u sect c l p

ng th i

Các giao th c MAC chu n 802.16 là h ng k t n i Vào th i m truy c p

ng, m i SS s t o m t ho c nhi u k t n i truy n t i d li u trên c hai h ng

n v l p l ch l p MAC s s d ng tài nguyên airlink cung c p m c QoS phân

bi t L p MAC c ng c th c hi n ch c n ng t ng thích liên k t (link adaption) vàtruy n l i t ng ARQ nh m duy trì thong l ng t i a v i t l l i bit (BER) ch p

nh n c L p MAC chu n IEEE 802.16 c ng u khi n quá trình truy nh p và r i

kh i m ng c a SS, th c hi n t o và truy n các n v d li u giao th c PDU Ngoài ra,

p MAC chu n IEEE 802.16 còn cung c p l p con h i t c t d ch v h tr l p

ng t bào ATM và l p m ng gói

p MAC chu n IEEE 802.16 bao g m 3 l p:

2.7.2.1 L p SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer)

L p này có ch c n ng thu nh n và phân lo i PDUs t l p cao h n ,d li u ngoàivào t Common sublayer thông qua SAP c a nó t o thành MAC SDU sau ó phân

lo i chúng nh vào CID

2.7.2.2 L p CPS (Common Part Sublayer)

MAC CPS là nguyên nhân t o ra môt s ch c n ng quan tr ng Nó là t t c các

c tính k thu t chung cho CS Sau ây s nói rõ h n các ch c n ng ó

WiMax s d ng ph ng pháp nh h ng tr c ti p u này có ngh a là tr ckhi g i m t vài d li u c a ng i s d ng thì ph i thi t l p k t n i gi a m t SS và m t

BS hay gi a các SS v i nhau Multicast c ng c h tr và ch truy n v i d li u 16bit trên m i ng truy n Có 4 lo i k t n i: c s (base), s c p(primary), th c p(secondary) và d li u (data) Lo i k t n i d li u c s d ng truy n thông tin c a

ng i dùng, trong khi 3 lo i còn l i thì c s d ng truy n thông tin u khi n g i

là k t n i qu n lý MAC

i SS có 3 k t n i qu n lý :

- Basic Connection (k t n i c s ): c s d ng cho nh ng thông tin có th igian ng n

- Primary Management connection (k t n i qu n lý s c p): c s d ng cho

nh ng k t n i dài h n, có tr thông tin nhi u h n

Pa cket P DU (e.g., IP pac ket, Ethernet Pac ket)

P H S I

M AC S D U = C S P D U

Pa yload He ader Sup pression Index

O ptional, De pending on upp er layer protoco l

Hình 2.8 C u trúc c a MAC SDU ( Service Data Unit )

- Secondary Management Connection (k t n i qu n lý th c p): c dùng chocác thông tin qu n lý l p cao h n và d li u c u hình SS.

• u trúc c a MAC PDU (MAC Protocol Data Unit)

MAC PDU chia thành 3 ph n: ph n u GMH (Generic MAC Header) dùng 6bytes, ph n t i payload, mã ki m tra d th a chu k CRC (Cyclic RedundancyChecking) s d ng 4 bytes

GMH MSDU (truy n t i gói tin) CRC

Hình 2.9 Hình d ng c a MAC PDU dài l n nh t c a m t MAC PDU là 2Kbytes Ph n CRC ch c s d ng

u SS yêu c u trong các thông s QoS

Generic Header có hai lo i :GMH và BRH (Bandwidth Request Header) Lo i

th nh t là GMH dùng g i b n tin qu n lý MAC chu n Lo i th hai là BRH, lo inày ch i m t mình không s d ng ph n t i

Hình 2.10 So sánh hai lo i Generic Header c a MAC PDU

ng 2.4 B ng thông s c a MAC Header

1=CRC c thêm vào PDU

Trong hình 2.11 mô t hình d ng c a Generic MAC Header HT vi t t t là HeaderType (HT bit) nó có giá tr 0 cho GMH, có giá tr 1 cho BRH Vùng Type ch a thôngtin v b n tin qu n lý c l u tr trong ph n t i (payload) Vùng EKS c s d ng

ch c ch n r ng tr m BS và tr m SS ph i c ng b hoá nhau trong khi s d ng

0=CRC không c thêm vào PDU

LEN 11 dài byte c a MAC PDU g m c MAC header.

Type 6 Tr ng này mô t lo i payload

LENmsb(3)

H

T

CID msb (8)LEN lsb (8)

Generic MAC Header Format

C I

EKS (2)

rs v

HCS (8)CID lsb (8)

BW Req

msb (8)

H T

CID msb (8)BWS Req lsb (8)

E

C Type (6 bits)

HCS (8)CID lsb (8)

Hình 2.11 Hình d ng GMH và BRH c a MAC

các khoá m t mã l u thông và các vect ban u IV (Initialising Vectors) Các thông

c tr ng trong MAC Header trong (b ng 2.7)

• óng gói d li u (Data Packet Encapsulations):

- MAC PDUs c truy n trong PHY Bursts

- PHY burst có th g m có nhi u FEC blocks

- MAC PDUs có th là nhi u FEC block

MAC PDU 2

HT

FEC block 1

CRC MAC PDU Payload

OFDM symbol 1

PHY Burst (e.g., TDMA burst) Preamble

OFDM symbol 2

OFDM symbol n

Multiple MAC PDUs are concatenated into the same PHY burst

Hình 2.13 S óng gói MAC PDU

C S P D U (i.e., M AC S D U )

P H Y B u rs t

(e g., T DM A b ur st) Prea m ble

O F D M

sy m b ol 2

O F D M

s ym b ol n

ng d ng trong LOS và thông qua u ch sóng mang n Nó c ch n b i vì

nó l n cung c p cho m ng vi n thông không dây b ng thông r ng Do t m quan

tr ng trong vi c qu ng cáo ngày càng t ng trong d i t n s 2-11GHz cho NLOS nên

t nhóm làm vi c trong IEEE 802.16 ã phát tri n thêm 3 lo i giao di n Ba lo i giao

di n m i là: WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM và WirelessMAN-OFDMA

2.7.3.2 Ph ng pháp ghép (Duplexing)

Có hai ph ng pháp song công: song công phân chia theo th i gian TDD (TimeDivision Duplexing), song công phân chia theo t n s FDD (Frequency DivisionDuplexing) Trong FDD, quá trình truy n trao i hai h ng hai t n s khác nhautrong khi TDD thì ch s d ng m t t n s duy nh t nh ng l i nh ng th i gian khácnhau

- Khung TDD g m hai ph n: downlink subframe và uplink subframe

- FDD c n có 2 kênh, m t ng lên (uplink), m t ng xu ng (downlink).

i TDD ch c n 1 kênh t n s , l u l ng ng lên và ng xu ng c phân chiatheo các khe th i gian

2.8 Các k thu t s d ng trong WiMAX kh c ph c nh ng nh h ng c a môi tr ng NLOS[5]

Các k thu t c s d ng gi i quy t hay gi m nh nh ng nh h ng trong môi

h tr QoS, kh n ng v n dài và công su t d li u cao c dành cho các ng

ng truy c p b ng r ng c nh nh ng vùng xa xôi, h o lánh n i công ngh ch a

n c, c ng nh cho các khu v c thành th các n c ang phát tri n

WiMAX c ng cho phép các ng d ng truy c p xách tay, v i s h p nh t trong các máytính xách tay và PDA, cho phép các khu v c n i th và thành ph tr thành nh ng "khu

Hình 2.16 M t ví d ng d ng WiLAN và WiMax

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 cung c p k t n i b ng r ng các khu

• a l n s gây nhi u n các thi t b

• Nh ng thi t b không dây trong m ng không dây khác s d gây nh h ng nWiMax trong ph m vi làm vi c c a nó

Ch ng 3

KH C PH C 3.1 Gi i thi u ch ng

Trong ch ng này, em s trình bày nh ng tr ng i l n c th hi n trong kênhkhông dây b ng r ng thay i theo th i gian Xác nh các nh h ng c b n c a nhi utrong các kênh b ng r ng không dây T ó, tìm ra nh ng bi n pháp i phó nh m duytrì vi c truy n thông t t trong môi tr ng kh c nghi t

3.2 S kh i c a h th ng thông tin vô tuy n

T t c các h th ng truy n thông s vô tuy n u có m t kh i ki n trúc nh t

nh, nh c th hi n trong hình 3.1 sau:[4]

t k m t m ng không dây c t ng thích m t cách h p lý, thì toàn b h th ng

u c phân chia thành ba thành ph n sau ây: máy phát, kênh và máy thu.Trong ókênh truy n thông bi u di n môi tr ng v t lý gi a máy phát và máy thu và ây là n i

có nh h ng l n n ch t l ng truy n tín hi u s d c c p ch ng sau

Hình 3.1 H th ng thông tin s vô tuy n

Sau ây là nh ng mô t v nh h ng có quy mô l n trong kênh vô tuy n b ng

ng, ó là hi n t ng suy hao, t o bóng, nhi u ng kênh(CCI),multipath và hi n

ng Doppler trong h th ng thông tin di ng

3.3 nh h ng c a nhi u trong h th ng vô tuy n

3.3.1 Suy hao(pathloss)

S khác nhau rõ r t gi a kênh vô tuy n và h u tuy n là l ng công su t truy n

t n máy thu Gi s r ng ng-ten ng h ng c s d ng, nh th hi n hình3.2, n ng l ng c a tín hi u truy n m r ng trên m t các hình c u song song, vì v y

ng l ng nh n c t i ng ten thu có kho ng cách d t l ngh ch v i di n tích b

t c u, (4 d 2 ) Suy hao c tính theo công th c lan truy n không gian t do:

trong ó P r và P t n l t công su t thu và nh n và là chi u dài c a b c sóng N ung-ten h ng tính c dùng t i máy phát và máy thu, thì s có l i là G t và G rvàcông su t nh n t ng c hay không là nh vào l i c a ng-ten M t m t quan tr ngkhác c a công th c(3.1) là t c=f c nên =c/f c , công su t nh n c s gi m bình

ph ng l n theo t n sóng mang Hay nói m t cách khác, v i công su t phát ã cho, thì

có kho ng suy gi m khi t n s t ng lên u này có nh h ng quan tr ng n các

th ng có t c d li u cao

tính toán chính xác, ng i ta th ng dùng công th c kinh nghi m sau ây tính toán cho suy hao c a kênh kinh nghi m:

Trong công th c (3.2) có thêm ba thành ph n là P 0 , d 0 và P 0 là công su t suy hao o

c trên kho ng cách tham chi u là d 0 và th ng c ch n là 1m Trên th c t , P 0

2

4 d

G G P

t r

th ng c l y x p s là m t vài dB. là s m suy hao và i l ng này c chotrong b ng.

kh c ph c c nhi u do s suy hao ng truy n này thì c n chú ý nh ng usau:

• Chi u cao c a ng-ten ph i c tính n là có chi u cao phù h p

nh h ng l n n t ng công su t thu c Ví d , cây c i và nhà c a có th c t

i v trí gi a máy phát và máy thu, nh ng v t c n này sinh ra ng truy n t m th i

và gây ra s suy gi m t m th i c ng tín hi u thu Hay nói m t cách khác, ngtruy n th ng t m th i này s làm cho công su t thu b t th ng, và c g i là hi n

ng che ch n(shadowing), nh c trình bày hình 3.3 sau ây:

Hình 3.2 Mô hình truy n sóng trong không gian t do

Xét trong vùng có ph m vi nh thì hi n t ng suy hao ng truy n và che ch n làkhông áng k và có giá tr cho phép mà không làm nh h ng n ch t l ng tín hi uthu t i máy thu.

3.3.3 Nhi u ng kênh CCI

ây là m t lo i can nhi u x y ra khi hai tín hi u phát i cùng m t t n s ncùng m t b thu Trong thông tin t bào thì can nhi u th ng c gây ra b i m t cellkhác ho t ng cùng t n s (hình 3.4)

hình dung, chúng ta l y ví d ném hòn á xu ng n c Vi c ta ném nhi u hòn á

xu ng n c t ng ng nh nhi u cu c g i khác nhau cùng b t u V y tr m g c

Hình 3.3 Hi n t ng che ch n trên ng truy n tín hi u

Hình 3.4 Giao thoa xuyên kênh

trí nào ó trong h làm sao phân bi t c tín hi u c a ngu n nào và t h ng nào

n ây chính là v n c a giao thoa xuyên kênh hay còn g i là nhi u ng kênh

Nh chúng ta ã bi t, các h th ng ngten t p trung u tín hi u trong m t vùngkhông gian r ng l n Các tín hi u có th không n c v i ng i s d ng mà tamong mu n, nh ng chúng có th tr thành can nhi u cho nh ng ng i s d ng khác cócùng m t t n s trong cùng m t t bào hay nh ng t bào k c n

Can nhi u là nhân t chính quy t nh n ch t l ng c a h th ng không dây

do ó vi c u khi n c can nhi u s giúp c i thi n áng k c áng k cdung l ng c a h th ng

3.3.4 Hi n t ng a ng(multipath)

Multipath là hi n t ng khi mà tín hi u radio c phát i b ph n x trên các

m t v t th t o ra nhi u ng tín hi u gi a tr m g c và thi t b u cu i s d ng

t qu là tín hi u n các thi t b u cu i s d ng là t ng h p c a tín hi u g c và cáctín hi u ph n x (hình 3.5)

Các v n có liên quan n nhi u a ng:

t trong nh ng h qu c a hi n t ng multipath mà chúng ta không mong

mu n là các tín hi u sóng t i t nh ng h ng khác nhau khi t i b thu s có s tr pha

và vì v y khi b thu t ng h p các sóng t i này s không có s ph i h p v pha(hình3.6)

Hình 3.5 Hi n t ng multipath

u này s nh h ng n biên tín hi u, biên tín hi u s t ng khi các tín

hi u sóng t i cùng pha và s gi m khi các tín hi u này ng c pha Tr ng h p c bi t

u hai tín hi u ng c pha 1800 thì tín hi u s b tri t tiêu(hình 3.7)

Hi n t ng pha inh: khi sóng c a các tín hi u a ng ng c pha, c ng tín hi u s b gi m Hi n t ng này v n c bi t n là “Rayleigh pha inh” hay còn

i là “pha inh nhanh” S suy gi m thay i liên t c hình thành nh ng khe nh hình

ch V C ng tín hi u b thay i th t th ng và r t nhanh chóng gây ra s suy

gi m v ch t l ng.(hình 3.8)

Hình 3.6 Hai tín hi u multipath

Hình 3.7 Hai tín hi u multipath ng c pha nhau 1800

Hình 3.8 Hi n t ng pha inh