Kỹ thuật ofdm và ứng dụng ofdm ứng dụng trong wimax

b giỏo dc v o to trng i hc bỏch khoa h ni - Lờ cao cng K thut ofdm v ng dng Ofdm ng dng wimax lun thc s k thut ngnh : in t vin thụng Ngi hng dn: PGS.TS Nguyn quc trung H NI - 2012 Mc lc Li núi u Danh sỏch cỏc t vit tt Danh sỏch cỏc hỡnh v Danh sỏch cỏc bng Chng 1: TNG QUAN V S PHỏT TRIN ca CỏC H THNG KHễNG DY BNG RNG 1.1 Tin trỡnh phỏt trin ca bng rng khụng dõy 1.1.1 H thng lp ni b khụng dõy bng hp (Narrowband WLL) 1.1.2 H thng bng rng th h th nht 1.1.3 H thng bng rng th h th hai 1.1.4 S xut hin ca Cụng ngh da trờn cỏc tiờu chun (Standards-Based Technology) 1.2 H thng bng rng c nh: Cỏc th trng chớnh v cỏc ng dng 1.3 Bng rng khụng dõy di ng: Cỏc th trng chớnh v cỏc ng dng 1.4 Wimax v cỏc cụng ngh khụng dõy khỏc 1.4.1 H thng di ng t bo 3G 10 12 13 15 16 17 20 20 23 26 28 1.4.2 H thng Wi-Fi 29 31 1.4.3 So sỏnh WiMAX vi 3G v Wi-Fi 32 Chng 2: c im ca pha inh a ng 2.1 Gii thiu 36 36 2.2 Kờnh pha inh Ricean v Rayleigh 37 2.3 Dng tr a ng (Profile tr a ng) 2.4 Kờnh pha inh la chn tn s v khụng la chn tn s 41 2.5 Hm tng quan thi gian khụng gian 42 44 2.6 Vớ d v cỏc kờnh pha inh a ng 45 Chng 3: K thut ghộp kờnh phõn chia theo tn s trc giao OFDM 3.1 Nguyờn lý ca OFDM 3.1.1 Gii thiu 3.1.2 Ngun gc ca OFDM 3.1.3 Tỏc dng ca phộp bin i Fourier ri rc (DFT) 3.1.4 chốn tin t tun hon cho OFDM 3.2 Cỏc c tớnh ca OFDM 3.2.1 Gii thiu 3.2.2 Mụ hỡnh kờnh vụ tuyn 3.2.3 T l li bit kờnh AWGN 3.2.4 T l li bit ca h thng OFDM CPSK kờnh pha inh Rayleigh 3.2.5 Ti u húa s lng súng mang v di ca khong bo v 3.2.6 Tng cng sc mnh chng li pha inh la chn tn s 3.2.7 Tng cng sc mnh chng li õm nhõn to 3.2.7.1 Kờnh õm th c phỏt (Generalized Shot Noise Channel) 3.2.7.2 Tc li bit ca SCM kờnh GSN 49 49 49 49 52 54 58 58 58 59 62 63 66 67 67 68 Chng 4: LP VT Lý CA WIMAX 4.1 Mó húa kờnh 70 72 4.1.1 Mó chp (Mó vũng xon) 73 4.1.2 Mó turbo 4.1.3 Mó turbo v mó LDPC 4.2 ARQ lai HARQ 4.3 Xen k (Ci xen) 75 4.4 ỏnh x ký hiu 4.5 Cu trỳc kớ hiu OFDM 4.6 Hoỏn v kờnh v súng mang 77 78 79 80 81 84 4.6.1 S dng ton b ng xung ca cỏc súng mang DL FUSC 4.6.2 S dng mt phn ng xung ca cỏc súng mang DL PUSC 4.6.3 S dng mt phn ng lờn ca cỏc súng mang UL PUSC 86 88 90 4.6.4 Vic s dng Khi ca cỏc súng mang TUSC 92 4.6.5 iu ch v mó húa thớch nghi bng (Band AMC) 93 4.7 Cu trỳc khe v khung 4.8 Phõn tn s v MIMO 94 97 4.8.1 Phõn phỏt v mó húa khụng gian thi gian 97 4.8.2 Mó phõn nhy tn 101 4.9 MIMO lp úng (Closed-Loop MIMO) 102 4.9.1 Chn la anten 4.9.2 Nhúm anten 104 105 4.9.3 Hi tip da trờn Codebook 4.9.4 Hi tip kờnh lng t húa 4.9.5 Dũ kờnh (Channel Sounding) 4.10 nh tm 4.11 iu khin cụng sut Kt lun Ti liu tham kho 105 106 106 107 109 111 112 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX Li núi u Chỳng ta ang sng mt k nguyờn mi - k nguyờn thụng tin Cỏc thnh tu khoa hc cụng ngh mi tỏc ng trc tip n nhiu lnh vc ca cuc sng cng nh xó hi Mt cỏc lnh vc chu nh hng ln nht ca thnh tu khoa hc cụng ngh l lnh vc in t - vin thụng núi chung v thụng tin di ng núi riờng Ngy nay, thụng tin liờn lc úng mt vai trũ rt quan trng v khụng th thiu c Nú quyt nh nhiu mt hot ng ca xó hi, giỳp ngi nm bt nhanh chúng cỏc thụng tin cú giỏ tr hoỏ, kinh t, khoa hc k thut rt a dng v phong phỳ S phỏt trin ca thụng tin di ng ton cu ó phn no ỏp ng c nhu cu thụng tin ca ngi s dng Trong hai thp k va qua, nhng u im ca truyn thụng ó nh hỡnh li cuc sng thng ngy ca chỳng ta Truyn thụng khụng dõy ó tng t v trớ ớt ngi bit n, tr thnh mt cụng ngh cú mt khp mi ni v phc v gn mt na dõn s th gii Dự chỳng ta cú bit n hay khụng, thỡ mỏy tớnh in t ngy cng cú nh hng rt ln cỏc hot ng hng ngy ca chỳng ta, v Internet ó hon ton nh hỡnh li cỏch lm vic, giao tip, vui chi cng nh hc ca ngi Mc dự cú nhng s thay i ln lao li sng ca chỳng ta vi nm va qua, nhng vic hi t ca Khụng dõy (wireless) vi Internet vi mc ớch theo ui mt s thay i ln lao rng wireless s thõm nhp v tr lờn rng khp th gii ging nh giy v bỳt chỳng ta bt gp hng ngy WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) mang n cuc cỏch mng Internet v Wireless cho cỏc thit b xỏch tay trờn phm vi ton cu WiMAX ó sn sng mang Internet n khp ni trờn th gii v thay i cuc sng ca chỳng ta mt cỏch sõu sc Trong vi nm ti, WiMAX s cung cp cỏc tớnh nng ca Internet m khụng cn cỏc kt ni cú dõy truyn thng ti mi phũng khỏch, mỏy tớnh xỏch tay, in thoi v cỏc thit b cm tay khỏc Trong lnh vc vin thụng rng ln, vi ỏn mang tờn K thut OFDM v ng dng OFDM ng dng WiMAX Tỏc gi trỡnh by Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX v mt k thut ó v ang c hon thin ng dng ngy mt hiu qu hn thc tin - k thut OFDM, v mt nhng ng dng in hỡnh ca nú, ú l WiMAX Khuụn kh ỏn c chia thnh chng: Chng Tng quan v s phỏt trin cỏc h thng khụng dõy bng rng: Nờu lờn tin trỡnh ca mng bng rng khụng dõy qua cỏc giai on phỏt trin, th trng v cỏc ng dng ca nú So sỏnh WiMAX vi cỏc cụng ngh khụng dõy khỏc Chng c im ca pha inh a ng: Gii thiu v pha inh a ng v cỏc c im ca nú, õy l yu t quan trng tỏc ng n vic truyn tớn hiu trờn kờnh vụ tuyn Chng K thut ghộp kờnh phõn chia theo tn s trc giao OFDM: L mt dng ca k thut a súng mang, hn mang li nhiu li ớch ngnh vin thụng núi chung v thụng tin bng rng núi riờng Phn ny trỡnh by nguyờn lý c bn ca OFDM, cỏc c tớnh ca OFDM, vic s dng phộp bin i DFT x lý tớn hiu OFDM, T l li bit (BER) h thng OFDM Chng Lp vt lý ca WiMAX: Trỡnh by khỏi quỏt v lp vt lý ca WiMAX nh s dng k thut OFDM v k thut a anten MIMO Nờu lờn cỏc bc cu thnh tớn hiu OFDM nh Mó húa kờnh, Ci xen, ỏnh x ký hiu Do hn ch v nhiu mt nờn Lun chc chn khụng trỏnh nhng thiu xút, Rt mong c s úng gúp ý kin ca Thy, Cụ v cỏc bn Lun c hon thin hn Em xin trõn trng cm n thy giỏo, PGS.TS Nguyn Quc Trung ó tn tỡnh hng dn v giỳp em sut quỏ trỡnh hon thnh Lun Hc viờn: Lờ Cao Cng Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX danh sỏch cỏc t vit tt 1xEV-DO 1x evolutiondata optimized 1x evolutiondata and 1x ti u tin trỡnh s liu thoi Th h th D ỏn cng tỏc th h th AAS ACK ADC voice Third generation Third-generation partnership project Advanced antenna systems Acknowledgement Analog to digital converter AM Amplitude modulation AMC AWGN Adaptive modulation and coding Automatic repeat request Asynchronous transfer mode Additive White Gaussian Nhiu Gaussian trng cng BER BF Noise Bit error ratio Beamforming T l li bit To lung BLER BPSK BS Block error ratio Binary Phase Shift Keying Base station T l li Khúa dch pha nh phõn Trm gc BSN CC Block sequence number Convolutional coding S chui Mó chp (Mó vũng xon) CCDF CDF Complementary cumulative distribution function Cumulative distribution Hm phõn phi tớch ly b xung Hm phõn phi tớch ly CDM CDMA function Code Division Multiplexing Ghộp kờnh phõn chia theo mó Code division multiplex a truy nhp phõn chia theo 1xEV-DV 3G 3GPP ARQ ATM 1x cho tin trỡnh s liu v H thng anten tiờn tin Bn tin ACK B chuyn i tng t sang s iu ch biờn iu ch v mú hỳa thch nghi Yu cu lp t ng Ch truyn khụng ng b Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX CID CQI CPE access Connection Identifier Channel quality indicator Customer premise mó B nhn dng kt ni B ch th cht lng kờnh Thit b u cui khỏch hng CRC CS CSI CSMA equipment Cyclic redundancy check Convergence sublayer Channel state information Carrier sense multiple Kim tra d tha vũng Lp hi t Thụng tin trng thỏi kờnh a truy nhp dũ súng mang CTC DAC DC DCD DECT access Convolutional turbo code Digital to analog converter Direct current Downlink channel description Mó vũng xoỏn B chuyn i s tng t Dũng mt chiu Mụ t kờnh ng xung Digital Enhanced Cordless Technology Dynamic Frequency Selection Dicrete Fourier transform in thoi cú dõy m rng chc nng s La chn tn s ng DL Dynamic Host Configuration Protocol Downlink Giao thc cu hỡnh mỏy ch ng ng xung DSC DSD DSL Dynamic service change Dynamic service delete Digital subscriber line Thay i dch v ng Hy dch v ng ng dõy thuờ bao s EDGE Enhanced Data for GSM Environment Tng cng s liu cho GSM E-GPRS ETSI Enhanced GPRS European Telecommunications Standards Institute Electronics and GPRS tng cng Vin cỏc chun vin thụng Chõu õu Telecommunications vin thụng DFS DFT DHCP ETRI Bin i Fourier ri rc Vin nghiờn cu in t v Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX Research Institute Fast base station switching Federal Communications Commission Chuyn mch BS nhanh y ban thụng tin quc gia Forward Error Correction Frame control header Frequency division duplexing Frequency Division Sa li trc Mo u iu khin khung Song cụng phõn chia theo tn s Ghộp kờnh phõn chia theo tn Multiplexing Frequency division multiple access Frequency Domain Pilot Frequency domain equalization s a truy nhp phõn chia theo tn s Pilot tn s Cõn bng tn s Bin i Fourier nhanh Nhy tn Mó phõn nhy tn FIR FM Fast Fourier transform Frequency Hopping Frequency-hopping diversity code Finite impulse response Frequency Modulation ỏp ng xung gii hn iu tn FSK FTP FUSC Frequency shift Keying File transfer protocol Full usage of subcarriers Khúa dch tn Giao thc truyn file S dng ton b súng mang FBSS FCC FEC FCH FDD FDM FDMA FDP FEQ FFT FH FHDC H-FDD HARQ HIPERLAN HIPERMAN HMAC Half frequency division duplexing Hybrid ARQ High Performance Local Area Network High-performance MAN Hash based message authentication code Bỏn song cụng phõn chia theo tn s ARQ lai Mng LAN hiu sut cao Mng MAN hiu sut cao Mó nhn thc bn tin Hash Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX HPA HSDPA High power amplifier High speed downlink packet access High-speed packet access B khuch i cụng sut cao Truy nhp gúi ng xung tc cao Truy nhp gúi tc cao HSUPA High-speed uplink packet access IBO IDFT Input backoff Inverse Descreat Fourier Transform Truy nhp gúi ng lờn tc cao u vo ch truyn Bin i Fourier ri rc ngc ICI i.d.d IEEE Inter carrier interference Nhiu liờn súng mang Independent and Identically Phõn b xỏc nh v c lp Distributed Institute of Electrical and Vin k s in v in t IFFT Electronics Engineers Invert FFT Bin i FFT ngc IP ISI GPS Internet Protocol Inter symbol interference Global Position System Giao thc Intenet Nhiu liờn ký t H thng nh v ton cu LAN LDPC LLR Local Area Network Low density parity codes Log likelihood ratio Mng mỏy tớnh cc b Mó parity mt thp T s Likelihood log LMDS Local multipoint distribution systems Line of sight Least significant bit Media access control H thng phõn b a im ni ht Tm nhỡn thng Bit cú trng s nh nht iu khin truy nhp a MAN MC-CDMA MCM MDHO MF Metropolitan area network Multi carrier CDMA Multicarrier Modulation Macro diversity handover Maximum fairness phng tin Mng khu vc ụ th CDMA a súng mang iu ch a súng mang Chuyn giao phõn ln Thut toỏn cõn bng ln nht MIMO Multiple input multiple a u vo, a du HSPA LOS LSB MAC Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX Hỡnh 4.16: (a) mó húa theo chiu ngang cho anten; (b) mó húa theo chiu dc cho anten Khi a anten c s dng vi hoỏn v súng mang FUSC, cỏc súng mang mi ký hiu c chia cho cỏc anten Trong trng hp anten cỏc pilot c phõn chia theo kiu sau: - Ký hiu (Symbol 0): Anten s dng kh dng v c nh 0, anten s dng kh dng v c nh - Ký hiu (Symbol 1): Anten s dng s dng kh dng v c nh 1, Anten s dng kh dng v c nh Tng t vi trng hp anten c s dng cho hoỏn v súng mang FUSC, cỏc pilot c chia cho cỏc anten theo cỏch sau: - Ký hiu 0: Anten s dng kh dng v c nh 0, anten s dng kh dng v c nh - Ký hiu 1: Anten s dng kh dng v c nh 0, anten s dng kh dng v c nh Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 103 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX - Ký hiu 2: Anten s dng kh dng v c nh 1, anten s dng kh dng v c nh - Ký hiu 3: Anten s dng kh dng v c nh 1, anten s dng kh dng v c nh Vi hoỏn v súng mang PUSC, mt cu trỳc cluster riờng bit (hỡnh 4.17) c thc hin a anten c s dng Hỡnh 4.17: Cluster PUSC cho (a) hai anten phỏt; (b) bn anten phỏt 4.8.2 Mó phõn nhy tn Trong trng hp mó húa khụng gian/ thi gian s dng a anten, ký hiu OFDM hon chnh c iu khin bi ma trn mó húa khụng gian/ thi gian nh thy hỡnh 4.15 IEEE 802.16e-2005 cng nh ngha mt ch phõn phỏt la chn c bit n nh mó phõn nhy tn (FHDC Frequency-hopping diversity code) s dng anten c mó húa tn s v khụng gian (nh thy hỡnh 4.18) hn l s dng mó húa Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 104 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX khụng gian v thi gian Trong FHDC, anten u tiờn phỏt cỏc ký hiu OFDM m khụng cn mó húa, ging nh vic phỏt anten n hn anten phỏt th phỏt ký hiu OFDM bng cỏch mó húa nú thụng qua kờnh lin nh s dng ma trn mó húa Alamouti 2x2 (hỡnh 4.18) Hỡnh 4.18: Mó phõn nhy tn Tớn hiu nhn ti kờnh th n v (n+1) cú th vit: (4.8) Mc dự cụng thc 4.8 cho thy tớn hiu nhn ti kờnh n v (n+1) nhng vic nhn c thc hin trờn mi súng mang c bn Khi cỏc súng mang tng ng vi kờnh th n v (n+1) l khụng cú quan h vi bng thụng tng quan ca kờnh thỡ mó húa khụng gian/ thi gian l khụng trc giao v b tỏch maximum-likelihood l khụng tuyn tớnh 4.9 MIMO lp úng (Closed-Loop MIMO) Cỏc c ch ghộp kờnh tng phn v phõn phỏt ca IEEE 802.16e2005 c mụ t phn trc khụng yờu cu bờn phỏt phi bit CSI bờn thu cú th gii mó Cỏc c ch phõn v MIMO cú th t c li ớch ỏng k nu CSI c bit trc bờn phỏt Thụng tin CSI ti bờn phỏt cú th c s dng chn la ch MIMO phự hp s lng antenna phỏt, s lung ng thi, v ma trn mó húa khụng/ thi gian cng nh tớnh toỏn ma trn tin mó húa ti u, ma trn ny dựng ti a dung lng h thng Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 105 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX CSI cú th bit c ti bờn phỏt nh vo tớnh thun nghch ca kờnh trng hp TDD, hoc bng kờnh hi tip trng hp ca FDD Bng thụng ng lờn c dựng cung cp CSI y cho b phỏt ma trn kờnh MIMO cho mi súng mang h thng OFDM MIMO FDD a ngi dựng l quỏ ln v ú s l khụng thc t i vi h thng MIMO FDD lp úng Vi cỏc h thng thc t, cú th ch s dng mt vi dng thụng tin c lng t húa ng lờn Cu trỳc khung cho MIMO lp úng IEEE 802.16e 2005 uc cho hỡnh 4.19, bao gm xỏc nh trng thỏi mó húa khụng gian/ thi gian ca mt h thng MIMO lp m v mt trng thỏi tin mó húa MIMO Ma trn tin mó húa MIMO núi chung l mt ma trn phc, vi s hng bng vi s anten phỏt v s ct bng vi u ca mó húa khụng/ thi gian Ma trn tin mó húa tuyn tớnh trn ln v mt khụng gian cỏc lung song song nm s cỏc anten khỏc nhau, vi s iu chnh cng v pha phự hp xỏc nh biờn v pha phự hp vi cỏc trng s khỏc nhau, b phỏt yờu cu mt vi thụng tin hi tip t MS Trong trng hp ca MIMO lp úng, hi tip a phn cú loi: Hi tip di hn (Long-term feedback) v Hi tip ngn hn (Short-term feedback) Hi tip di hn cung cp thụng tin liờn quan n s lng ln nht cỏc lung song song: bc ca ma trn tin mó húa c s dng ng xung (DL) Hi tip ngn hn cung cp thụng tin v trng s ma trn tin mó húa c s dng Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 106 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX Hỡnh 4.19: Cu trỳc ca MIMO lp úng IEEE 802.16e-2005 Chun IEEE 802.16e 2005 nh ngha c ch m nh ú BS cú th c lng ma trn tin mó húa ti u cho hot ng MIMO lp úng: - Chn la anten: MS ch cho BS õu l anten cú th c s dng quỏ trỡnh truyn dn cc i húa c dung lng kờnh v/ hoc ci thin tin cy ca kt ni - Nhúm anten: MS ch cho BS hoỏn v ti u ca cỏc anten khỏc m chỳng c s dng cho ma trn mó húa khụng gian/ thi gian hin ti - Hi tip trờn c s codebook: MS ch cho BS ma trn tin mó húa ti u c s dng, trờn c s u vo ca codebook c nh ngha trc - Hi tip kờnh lng t húa: MS lng t húa kờnh MIMO v gi thụng tin ny cho BS, s dng bn tin MIMO_FEEDBACK BS cú th s dng kờnh MIMO lng t húa tớnh toỏn mt ma trn tin mó húa ti u - Dũ kờnh: BS trỡ thụng tin chớnh xỏc v CSI ca MS bng cỏch s dng tớn hiu tin nh v tớn hiu chuyờn dng dũ kờnh (Channel sounding) 4.9.1 Chn la anten Khi s anten truyn Nt ln hn s lung song song NS bc ca ma trn tin mó húa trờn c s hi tip di hn hi tip chn la anten thụng bỏo cho BS õu l anten ti u cho vic truyn ng xung MS thng tớnh toỏn dung lng kờnh MIMO cho mi kh nng kt hp ca cỏc anten cú th s dng, v la chn s kt hp no cú th ti a húa dung lng kờnh Tip n MS ch anten c la chn, nh s dng kờnh hi tip nhanh th cp (Fast-feedback Channel) Cỏc kờnh hi tip nhanh c bn v th cp cú th c phõn b cho cỏc MS riờng bit, ni m cỏc MS cú th s dng mt phng thc truyn n nht (unicast) gi bn tin FAST-FEEDBACK Mi kờnh hi tip nhanh c bn bao gm mt khe OFDMA MS s dng 48 súng mang ca mt kờnh PUSC mang ti tin bit Mt khỏc kờnh Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 107 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX hi tip nhanh th cp s dng 24 súng mang hoa tiờu ca mt kờnh PUSC mang mt ti bit Tựy thuc vo cao ca s d tha, vic nhn bn tin hi tip nhanh s cp v th cp ti BS cú th ớt li hn Chn la anten l c ch hi tip bng thụng hiu qu v c bit hu dng tc cao hn, tc hi tip l khỏ cao Chn la anten cú thờm im li th m khụng ging cỏc ch MIMO lp úng khỏc, ú l s lng cỏc chui RF c yờu cu bng vi s lung NS Cỏc phng thc MIMO lp úng khỏc ũi hi tng Nt chui RF ti b phỏt, m khụng quan tõm cú bao nhiờu lung song song c phỏt i 4.9.2 Nhúm anten Nhúm anten l mt khỏi nim cho phộp BS hoỏn v trt t logic ca antenna phỏt Nh c biu din cụng thc (4.9), nu A1 c xem l trt t t nhiờn, A2 dn n trt t logic ca anten phỏt v c trỏo i Tng t võy, A3 u tiờn dn n trt t logic ca anten v c trỏo i, v sau ú trt t logic ca anten v cng c trỏo i MS ch s hoỏn v chớnh xỏc v s anten phỏt c s dng bi kờnh hi tip nhanh s cp Nhúm anten cng cú th hot ng vi cỏc ma trn mó húa khụng gian/ thi gian nh ó mụ t phn trc vi 2, hoc anten Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 108 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX (4.9) 4.9.3 Hi tip da trờn Codebook Hi tip trờn c s codebook cho phộp MS phõn bit rừ rng mt ma trn tin mó húa trờn c s mt codebook c s dng cho truyn dn ng xung Codebook riờng r c nh ngha chun ny danh cho cỏc kh nng kt hp khỏc ca s lng lung NS v s anten phỏt Nt Vi mi s kt hp ca NS v Nt, chun ny nh ngha codebook: Codebook u tiờn vi u vo v codebook th vi 64 u vo Nu ta chn mt ma trn tin mó húa t codebook u vo, thỡ MS cú th bỏo hiu iu ny cho BS bng cỏch s dng kờnh hi tip bit Mt khỏc, nu ta chn mt ma trn tin mó húa t codebook vi 64 u vo, MS cú th ch cho BS thy la chn ca nú bng cỏch s dng kờnh hi tip bit Vic chn la ca codebook ny cho phộp h thng hot ng vi s cõn bng gia hiu sut v hiu qu hi tip Vi hot ng AMC bng, BS cú th hng dn MS cung cp mt b tin mó húa n cho ton bng (Band) ca cỏc kờnh c a hoc cung cp cỏc b tin mó húa khỏc cho N bng tt nht Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 109 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX 4.9.4 Hi tip kờnh lng t húa Hi tip MIMO lng t húa cho phộp MS thụng bỏo vi BS thụng tin trng thỏi kờnh MIMO ca nú mt cỏch rừ rng MS lng t hoỏ cỏc thnh phn thc v o ca kờnh MIMO Nt x Nr thnh mt s nh phõn bit v sau ú gi cỏc thụng tin ny cho BS, s dng kờnh hi tip nhanh Rừ rng, hi tip kờnh lng t húa yờu cu nhiu bng thụng hi tip ng lờn hn so vi phng phỏp hi tip da trờn codebook Vớ d, trng hp mt h thng IEEE 802.16e 2005 vi anten ti b phỏt v anten ti b thu, hi tip kờnh lng t húa s yờu cu 16x6 bit gi hi tip, ngc li, phng phỏp codebook ch yờu cu bit Do yờu cu bng thụng cao ca ch hi tip kờnh lng t húa, ta cú th hỡnh dung ch ny ch s dng hiu qu iu kin c nh hoc vi tc i b Trong iu kin kờnh thay i chm, ti tc m MS cn cung cp hi tip ny phi gim ỏng k, ú cũn li hiu sut bng thụng ỏng k 4.9.5 Dũ kờnh (Channel Sounding) Nh c nh ngha ca tiờu chun ny cho cỏc hot ng TDD, c ch dũ kờnh ũi hi cỏc MS phỏt mt tớn hiu nh trc v tớn hiu ny cú th c s dng bi BS c lng kờnh ng lờn t MS Nu cỏc kờnh ng lờn v ng xung c iu chnh thớch hp thỡ BS cú th s dng kờnh ng lờn nh mt c lng ca kờnh ng xung, iu ny thc hin c l nh cú tớnh cht thun nghch kờnh BS xỏc nh MS nh s dng bn tin ỏnh x ng lờn (UL_MAP) nu mt vựng dũ tỡm ng lờn c phõn b cho mt ngi dựng mt khung cho trc Khi nhn c cu trỳc ny, thỡ MS gi mt tớn hiu dũ kờnh ng lờn vựng dũ tỡm c phõn b Cỏc súng mang vựng dũ tỡm c chia thnh cỏc di tn s dũ tỡm khụng chng ln lờn nhau, vi mi di cú 18 súng mang liờn tip BS cú th hng dn MS thc hin dũ tỡm kờnh trờn ton b cỏc súng mang cho phộp hoc mt hp ca nú Vớ d, 2048 súng mang c s dng, s lng ti a súng mang hu dng l 1728 Do ú, ton b bng thụng kờnh cú th c chia thnh 1728/18 = 96 di tn s dũ tỡm cú th c lng kờnh ng xung ti BS mụi trng di Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 110 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX ng, BS c n g cú th hng dn MS hot ng dũ tỡm kờnh ng lờn mt cỏch nh k La chn dũ kờnh ng lờn cho hot ng MIMO lp úng l c ch hi tip kờnh MIMO yờu cu di thụng ln nht, nhng nú cung cp cho BS c lng kờnh ng xung chớnh xỏc nht, ú cung cp li dung lng ln nht, hn c cỏc ch vũng lp m (open-loop) 4.10 nh tm Trong chun IEEE 802.16e 2005, nh tm l mt th tc lp vt lý ng lờn dựng trỡ cht lng v tin cy ca thụng tin liờn kt vụ tuyn gia BS v MS Khi BS nhn c s truyn nh tm t MS, BS x lý tớn hiu nhn c c lng cỏc thụng s liờn kt vụ tuyn, vớ d nh ỏp ng xung kờnh, SINR, v thi gian n, nh ú cho phộp BS xỏc nh MS vi mi mc cụng sut phỏt hoc lch nh thi, ú l thụng s m MS cn thit cú liờn quan n BS Tin trỡnh nh tm ban u v nh tm theo chu k cho phộp BS v MS hot ng ng b v thi gian v cụng sut vi mong mun c BS v MS c h tr khi to li mng cng nh hot ng nh k Th tc nh tm bao gm vic truyn mt chui tin nh, c bit n nh l mó nh tm (ranging code), lp li trờn ký hiu OFDM s dng kờnh nh tm, nh trờn hỡnh 4.20 Mc ớch ca vic nh tm l c bit quan trng vic m bo khụng cú s khụng liờn tc (discontinuity) v pha xy ti ranh gii cỏc ký hiu OFDM, thm khụng dựng ca s, iu ny c thc hin bng cỏch cu trỳc cỏc ký hiu OFDM theo cỏch cho trờn hỡnh 4.20 Ký hiu OFDM u tiờn ca kờnh nh tm c to ging cỏc ký hiu OFDM thụng thng: ú l thc hin mt phộp bin i IFFT da trờn mó nh tm v sau ú gn thờm vo u ký hiu mt on cú chiu di Tg ly t cui ký hiu Ký hiu OFDM th c to bng cỏch thc hin mt phộp IFFT vi cựng mó nh tm v sau ú thờm vo cui mt on cú chiu di Tg t u ca ký hiu (xem hỡnh 4.20) Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 111 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX Hỡnh 4.20: Cu trỳc ký hiu nh tm Vic to ký hiu OFDM th ca kờnh nh tm theo cỏch ny bo m rng khụng cú s giỏn on pha ti ranh gii gia ký hiu liờn tip nhõu Cu trỳc ny ca mó nh tm cho phộp BS nhn c ỳng cỏc yờu cu t mt MS cha nh tm vi s sai lch ng b/ thi gian ln hn tin t tun hon, iu ny phự hp sut quỏ trỡnh t c mng to MS cú th la chn s dng mó nh tm liờn tip c phỏt trờn chu k ký hiu OFDM La chn ny lm gim xỏc xut li v tng kh nng nh tm h tr mt s l ng l n hn cỏ c MS nh tm ng thi nh tm ký hiu cng cho phộp lch nh thi ln hn gia BS v SS, nú cng cú th cú ớch t bo (cell) rt ln Tiờu biu l, kờnh nh tm bao gm kờnh v trờn ký hiu OFDM liờn tip, bc ca nú thi gian v tn s c cung cp bi bn tin FCH Kờnh nh tm cú th khụng c phõn b cho tt c cỏc khung ng lờn v c ch tựy theo bn tin FCH Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 112 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX x lý mt yờu cu nh tm to, mt mó nh tm c lp li ln v phỏt ký hiu OFDM liờn tip m khụng cú giỏn on pha gi chỳng Mó nh tm IEEE 802.16e 2005 l chui gi ngu nhiờn cú chiu di 144 c chn t 256 mó Vi cỏc mó kh dng thỡ N mó u tiờn dnh cho nh tm to, M mó tip theo dnh cho nh tm theo chu k, O mó tip theo cho yờu cu bng thụng, v S mó cui cựng cho nh tm chuyn giao Cỏc giỏ tr N, M, O, v S c quyt nh bi BS v c truyn trờn cỏc kờnh iu khin Trong mt th tc nh tm nht nh, mt MS chn ngu nhiờu mt cỏc chui gi ngu nhiờn c cho phộp bi BS iu ny m bo rng thm nu SS xung t sut quỏ trỡnh nh tm thỡ chỳng cú th c phỏt hin mt cỏch riờng bit bi MS nh cú chui gi ngu nhiờn ban u ca cỏc mó nh tm Chui gi ngu nhiờn c chn l BPSK v c iu ch v phỏt i trờn cỏc kờnh con, v cỏc ký hiu OFDM c phõn b cho kờnh nh tm 4.11 iu khin cụng sut trỡ cht lng ca liờn kt vụ tuyn (Radio-link) gia MS v BS, ng thi kim soỏt ton b nhiu h thng, mt c ch iu khin cụng sut h tr cho ng lờn vi c th tc: cn chnh to v iu chnh theo chu, m khụng lm mt d liu BS s dng truyn dn kờnh nh tm ng lờn t cỏc MS khỏc c lng to v iu chnh nh k cho mc ớch iu khin cụng sut BS s dng bn tin qun lý MAC chuyờn dng (MAC managements message) ch cho MS thy cỏc iu chnh mc cụng sut cn thit Cỏc yờu cu c bn ca c ch iu khin cụng sut c cho di õy: - iu khin cụng sut phi cú kh nng h tr bin ng cụng sut vo khong 30 dB/s vi rng ớt nht l 10 dB - BS phi gii trỡnh c nh hng ca tiu s cm khỏc ti b khuch i bóo hũa a cỏc ch th iu khin cụng sut iu ny quan trng, vỡ PAR (Peak-to-average) ph thuc vo tiu s cm, c bit l quỏ trỡnh iu ch Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 113 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX - MS trỡ mt mt cụng sut truyn n nh v khụng quan tõm n s lng cỏc kờnh ang c phộp hot ng Do ú, s kờnh c phõn b cho mt MS cho trc gim hoc tng, mc cụng sut truyn l gim hoc tng tng ng m khụng cn thờm bn tin iu khin cụng sut no na truy trỡ mt ph cụng sut v SINR ti b thu luụn phự hp vi phng thc iu ch v t l mó c s dng thỡ BS cú th cn chnh mc cụng sut v/ hoc phng thc iu ch v tc mó h ú a truyn b Tuy nhiờn, vi trng hp, MS cú th tm thi cn chnh mc cụng sut, phng thc iu ch v tc mó húa ca nú m khụng cn hng dn t BS MS thụng bỏo cho BS v cụng sut kh dng ti a v cụng sut phỏt cú th c s dng bi BS cho vic phõn b ti u ca tiu s cm v cỏc kờnh dựng cho ng lờn (Uplink) Cụng sut kh dng ti a thụng bỏo cho cỏc chũm QPSK, 16 QAM v 64 QAM phi chu trỏch nhim vi mi backoff c yờu cu PAR ca cỏc chũm iu ch ny ng xung, khụng cú s h tr trc tip no c cung cp cho vic iu khin cụng sut vũng lp úng, v nú c chuyn cho nh sn xut thc hin mt c ch iu khin cụng sut, nu c yờu cu thỡ cú th da trờn hi tip cht lng kờnh ng xung (DL) c cung cp bi SS Kt lun Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 114 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX OFDM ó c bit n t thp k 60 th k 20, nhiờn vo thi gian u ngi ta khụng th thc hin c k thut ny thc t bi nhng khú khn vic iu chnh chớnh xỏc cỏc tn s ca mỏy phỏt tớn hiu súng mang cc b bng nhng b lc tng t Hin vi vic phỏt trin mnh m ca k thut x lý s tớn hiu, OFDM ó tr li v l mt cụng ngh y trin vng Vi vic s dng bin i Fourier ri rc DFT, cỏc tớn hiu trc giao gii hn v thi gian (OFDM) c ly mu v c phỏt i di dng cỏc ma trn ct, bờn thu s dng phộp bin i DFT khụi phc li tớn hiu phỏt Nu s dng ca s DFT dng ch nht bờn thu thỡ nhiu gia cỏc súng mang cú th c loi b hon ton Khuụn kh lun trỡnh by tng quan v tin trỡnh phỏt trin ca mng bng rng khụng dõy v trỡnh by c th v mt nhng ng dng ca OFDM ú l WiMAX, c th hn na l v lp vt lý ca IEEE 802.16e2005 dnh cho WiMAX di ng Cỏc loi mó húa kờnh, cu trỳc khung vt lý, cng nh vic s dng k thut anten MIMO (a u vo, a u ra) Trờn c s ó cú khỏ nhiu nhng nghiờn cu cng nh cỏc ti liu v OFDM nhng nm gn õy cng vi vic ó tỡm hiu v lp vt lý ca WiMAX di ng, ti cú th nghiờn cu sõu hn na v WiMAX nh l hot ng ca lp MAC WiMAX Do hn ch v nhiu mt nờn ti khụng trỏnh nhng thiu xút c v trỡnh by v ni dung Kớnh mong Thy, Cụ v cỏc bn ng nghip úng gúp ý kin v chnh sa lun c hon thin hn Xin gi li cm n sõu sc n PGS.TS Nguyn Quc Trung ó tn tỡnh hng dn Em sut quỏ trỡnh hon thnh Lun Hc viờn: Lờ Cao Cng Ti liu tham kho Multicarier techniques for 4G mobile communications; Shinsuke Hara & Ramjee Prasad (2003); Artech House Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 115 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX Fundamentals of WiMAX Understanding Broadband Wireless Networking; Jeffrey G Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed, Prentice Hall (02/2007) Thụng tin di ng th h (Tp 1, 2); TS Nguyn Phm Anh Dng; Nh xut bn Bu in Giỏo trỡnh truyn hỡnh s; Hong Tin, V c Lý; Nh xut bn khoa hc v k thut Lý thuyt truyn tin; Trn Trung Dng, Nguyn Thuý Anh, Nh xut bn khoa hc v k thut, H Ni - 2004 Lý thuyt v cỏc ng dng ca cụng ngh OFDM -Tp 2; TS Nguyn Vn c, Nh xut bn khoa hc v k thut, H Ni - 2006 C s lý thuyt truyn tin - Tp 2; ng Vn Chuyt, Nguyn Tun Anh, Nh xut bn giỏo dc, H Ni 2000 WiMAX Forum, http://www.wimaxforum.org Website: http://www.mathworks.com/ Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 116 Kỹ thuật OFDM ứng dụng OFDM ứng dụng WiMAX LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun "K THUT OFDM V NG DNG - OFDM NG DNG TRONG WIMAX" l ti t nghin cu v hon thnh di s hng dn ca PGS.TS NGUYN QUC TRUNG Ti xin chu hon ton trch nhim v li cam oan ny H Ni, Ngy 18 thng 03 nm 2012 Hc vin L Cao Cng Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 117 [...]... vn c bn trong truyn dn OFDM v thit k nhng khỏi nim bao trựm cho OFDM 1993 DSL thụng qua OFDM, cng c gi l a õn ri rc (Discrete Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 23 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX Multitone) theo sau vic th nghim thnh cụng ti Bellcore vi h thng da trờn cỏc b cõn bng y ban IEEE 802.11 v mng LAN khụng dõy a ra chun 1999 2002 802.11a cho cỏc hot ng OFDM bng... a im khỏc nhau Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 24 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX Hỡnh 1.2 Minh ha cỏc ng dng im-a im ca WiMAX * Ngi dựng v bng rng cho doanh nghip nh: Rừ rng mt trong nhng ng dng ln nht ca WiMAX trong thi gian ti s l truy nhp bng rng cho cỏc khu dõn c, SOHO v SME Cỏc dch v bng rng c cung cp bng WiMAX c nh cú th bao gm truy nhp Internet tc cao, cỏc dch... thi im ny vn trong thi k kim th, v cú tớnh riờng l bi vỡ s phõn on ca cụng nghip vin thng, dn n thiu cỏc chun chung mang tớnh ton cu S xut hin ca WiMAX nh l mt chun cụng nghip c mong i cú th thay i c tỡnh hỡnh ny Da vo tớnh a dng ca cỏc gii phỏp nghiờn cu v Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 16 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX trin khai cho mng vụ tuyn bng rng trong quỏ kh,... Chun IEEE 802.16e hon thnh v c phờ chun 1/2006 Sn phn u tiờn ca WiMAX Forum c phỏt hnh cho cỏc ng dng c nh 6/2006 Cỏc dch v thng mi WiBro c phỏt hnh Hn Quc Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 20 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX 8/2006 Sprint Nextel a ra cỏc k hoch trin khai WiMAX di ng ti M Bng 1.1 Nhng mc quan trng trong quỏ trỡnh phỏt trin ca h thng khụng dõy bng rng 1.1.3 H... l gii trớ di ng Tớnh linh hot ca bng thụng kờnh v h tr a mc QoS cú th cho phộp WiMAX c s dng bi cỏc nh cung cp cho mc ớch cung cp cỏc dch v gii trớ bng tn cao v sau ny Vớ d WiMAX cú th c y vo cỏc thit b Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 29 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX games xỏch tay s dng trong mụi trng c nh v di ng cho cỏc trũ chi tng tỏc Mt vớ d khỏc l cỏc dch v Audio... trung bỡnh T s tớn hiu/ tp õm OFDM tớch hp Vn phũng nh/ nh vn phũng u vo mm/ u ra mm Xỏc nh gúi con Trm thuờ bao Mó khi khụng gian/ thi gian Song cụng phõn chia theo thi gian a truy nhp phõn chia theo Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 8 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX TDP TUSC UCD UHF UL ULA UMTS USIM VDSL VLAN VLR VoD VoIP VPI VPN WAN WAP WiMAX WCDMA WCS WiBro Wi-Fi WISP... tiờu tr thnh mt trong nhng h thng khụng dõy thng mi u tiờn cú s dng cụng ngh anten thớch ng Sau giai on th nghim khong vi nm v a ra mt bn xut thng mi ngn gn, Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 17 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX AT&T ó kt thỳc dch v vo thỏng 12/2001, cú th vin dn giỏ thnh cao ca vic chy h thng v s nghốo nn v tc l nguyờn nhõn dn n tht bi ny Trong sut thi gian... Hỡnh 3.2: So sỏnh dng súng truyn; (a) H thng truyn s liu theo 50 53 ký t bng s bn; (b) h thng OFDM Hỡnh 3.3: H thng OFDM; (a) mỏy phỏt; (b) mỏy thu Hỡnh 3.4: ỏp ng xung tc thi ca mt kờnh pha inh la chn tn Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 54 55 10 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX s Hỡnh 3.5: Cỏc tớn hiu phỏt; (a) khụng chốn khong bo v; (b) chốn khong bo v; (c) chốn... ĐTVT 2010-2012 12 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX Bng 4.3: Tiu s cm ng lờn v xung trong IEEE 802.16e- 86 2005 Bng 4.4: Cỏc thụng s ca hoỏn v súng mang con FUSC 88 Bng 4.5: Cỏc thụng s hoỏn v súng mang con DL FUSC 89 Chng 1: TNG QUAN V S PHỏT TRIN ca CỏC H THNG KHễNG DY BNG RNG Mng bng rng l s kt hp ca hai vn ỏng quan tõm nht ca ngnh cụng nghip truyn thụng trong nhng nm gn õy... cụng nghip truyn thụng trong nhng nm gn õy C Khụng dõy Lê Cao C-ờng Lớp cao học ĐTVT 2010-2012 13 Kỹ thuật OFDM và ứng dụng OFDM ứng dụng trong WiMAX (Wireless) v Bng rng (Broadband) ó cú c nhng s ng thun ln ca th Cỏc dch v di ng khụng dõy ó tng t 11 triu thuờ bao trong nm 1990 n hn 2 t thuờ bao vo nm 2005 Trong thi k ny thỡ mng Internet t ch l mt cụng c hn lõm ó tr thnh cụng c cú 1 t ngi dựng S phỏt