Hệ đa sóng mang - đa người dùng: Công nghệ WIMAX và lớp vật lý IEEE 802.16 : Luận văn ThS. Kỹ thuật Điện tử -Viễn thông : 2 07 00

Đại học quốc gia Hà nội Trờng đại học công nghệ Hoàng Trùng Dơng Hệ đa sóng mang - đa ngời dùng: công nghệ wimax Và lớp vật lý ieee 802.16 Luận văn thạc sĩ Hà Nội - 2006 Đại học quốc gia Hà nội Trờng đại học công nghệ Hoàng Trùng Dơng Hệ đa sóng mang - đa ngời dùng: công nghệ wimax Và lớp vật lý ieee 802.16 Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc MÃ số: 2.07.00 Luận văn thạc sĩ Ngời hớng dÉn khoa häc: PGS TS Ngun ViÕt KÝnh Hµ Néi - 2006 MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ I DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU IV MỞ ĐẦU VII CHƯƠNG - TỔNG QUAN WIMAX 1.1 Giới thiệu 1 1.1.1 Sự đời WiMAX 1.1.2 Cơ chế hoạt động chung WiMAX 1.1.3 Các đặc điểm chung WiMAX 1.2 So sánh WiMAX với WiFi 1.2.1 Các chuẩn 802.11 1.2.2 So sánh WiFi WiMAX 1.3 WiMAX chuẩn 802.16 1.4 Cấu trúc PMP WiMAX 10 1.5 Lợi ích cơng nghệ 802.16 11 1.6 Một số ứng dụng điển hình 12 CHƯƠNG - KỸ THUẬT OFDM 15 2.1 Giới thiệu 15 2.2 Đa đường hiệu suất phổ OFDM 16 2.3 Các đặc tính kỹ thuật OFDM 18 2.4 Tính trực giao dải bảo vệ 20 2.5 Phép biến đổi Fourier rời rạc 23 2.6 Các ưu điểm kỹ thuật OFDM 26 CHƯƠNG - LỚP VẬT LÝ IEEE 802.16 27 3.1 Hệ 10-66 GHz 27 3.2 Hệ 2-11 GHz 28 3.3 Chi tiết lớp vật lý IEEE 802.16 28 3.3.1 Kiểm soát lỗi 28 3.3.2 Định khung 30 3.3.3 Lớp hội tụ truyền dẫn 37 3.4 Quy trình hoạt động thiết bị lớp vật lý 38 3.4.1 Quá trình ngẫu nhiên 38 3.4.2 Kiểm soát lỗi hướng thuận FEC 39 3.4.3 Bộ điều chế giải điều chế 43 3.4.4 Đồng chỉnh khung 46 3.4.5 Xử lý IFFT khối phát FFT khối thu 48 3.4.6 Chèn gỡ bỏ dải bảo vệ 49 3.4.7 Chế độ kênh 50 3.4.8 Bộ cân ước lượng kênh 51 CHƯƠNG - MÔ PHỎNG LỚP VẬT LÝ IEEE 802.16a OFDM VỚI PHẦN 52 MỀM MATLAB7 4.1 Mục đích mô 52 4.1.1 Các giới hạn mô 52 4.1.2 Các thơng số chương trình mơ 52 4.1.3 Mô tả nội dung kịch điều chế 53 4.2 Ý nghĩa thơng số chương trình mô 4.2.1 Menu Filesname 54 54 4.2.2 Menu Framing 55 4.2.3 Các tham số cửa sổ 55 4.3 Phân tích chương trình mơ 57 4.3.1 Các thông số điều chế 57 4.3.2 Ảnh hưởng nhiễu 62 4.3.3 Đồ thị tương quan 65 4.3.4 Đồ thị mật độ phổ công suất 68 4.3.5 Các kênh 75 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC MÃ CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG 81 CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng bổ sung AGC Analog Gain Controller Bộ điều khiển tăng ích tương tự BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase-shift Keying Dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BTS Base Transmission Station Trạm thu phát gốc BP Burst Profile Cơ chế cụm BWA Broadband Wireless Access Truy nhập vô tuyến băng rộng CCC Configuration Changing Counter Bộ đếm thay đổi cấu hình CID Connection Identifier Bộ nhận dạng kết nối CP Cycle Prefix Tiền tố lặp CPE Common Phase Error Lỗi sai pha chung DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi tương tự số DCD Downlink Channel Descriptor Bộ mô tả kênh đường xuống DFT Discrete Fourier Transformation Biến đổi Fourier rời rạc DU Discrambler Unit Bộ giải trộn DIUC Downlink Interval Usage Code Mã sử dụng khoảng xung nhịp đường xuống DL-MAP Downlink Map Ánh xạ đường xuống DL Downlink Đường xuống FCH Frame Control Header Mào đầu điều khiển khung FDD Frequency Division Duplexing Truyền song công phân chia theo tần số I FEC Forward Error Correction Kiểm soát lỗi hướng thuận FFT Fast Fourier Transformation Biến đổi Fourier nhanh FGP Field Generator Polynomial Đa thức sinh trường FIFO First In First Out Cơ chế liệu vào trước trước GI Guard Interval Khoảng bảo vệ ICI Inter Carrier Interference Nhiễu sóng mang IDFT Inverse DFT Biến đối Fourier rời rạc ngược IFFT Inverse FFT Biến đối Fourier nhanh ngược ISI Inter Symbol Interference Nhiễu ký hiệu LAN Local Area Network Mạng cục LOS Line Of Sight Đường truyền tầm nhìn thẳng MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MCM Multi Carrier Modulation Điều chế đa sóng mang NCO Numerically Controlled Oscillator Bộ dao động điều khiển số học NLOS Non Line Of Sight Đường truyền khơng nhìn thẳng OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OLOS Obstructed Line Of Sight Đường truyền tầm nhìn thẳng bị che chắn PAR Peak to Average Ratio Công suất tương đối cực đại PDU Protocol Data Unit Đơn vị liệu giao thức II PHY Physical Layer Lớp vật lý PLL Phase Locked Loop Vịng lặp khóa pha PMP Point-to-multipoint Điểm tới đa điểm PRBS Pseudo-random Binary Sequence Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PWM Pulse-width Modulation Điều chế độ rộng xung QAM Quadrature Amplitude Modulator Bộ điều biên cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Dịch pha theo góc cầu phương RTD Round Trip Delay Trễ tồn chu trình SNR Signal-to-Noise Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu SS Subscriber Station Trạm thuê bao TBS Transport Block Size Kích thước khối vận chuyển TC Transmission Convergence Hội tụ truyền dẫn TDD Time Division Duplexing Truyền song công phân chia theo thời gian UCD Uplink Channel Descriptor Bộ mô tả kênh đường lên UIUC Uplink Interval Usage Code Mã sử dụng khoảng xung nhịp đường lên UL-MAP Uplink Map Ánh xạ đường lên WAN Wide Area Network Mạng diện rộng Wifi Wireless Fidelity Mạng không dây cự ly ngắn WiMAX Worldwide Interoperabitity for Microwave Access Khả tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba III DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU STT Số Tên hình vẽ Trang 1.1 Ứng dụng WiMAX 2 1.2 Mơ hình truyền thơng WiMAX 3 1.3 Mơ hình phân lớp hệ thống WiMAX so sánh với OSI 4 1.4 IEEE802.16 ETSI-HiperMAN 1.5 Các chuẩn kết nối không dây 1.6 Mơ hình triển khai WiMAX 14 1.7 802.16 cho phép truyền thông điểm đa điểm NLOS truyền mạng trục LOS 14 2.1 Đa đường điều kiện kết nối NLOS 16 2.2 Cấu trúc ký hiệu OFDM, ISI khoảng bảo vệ 17 10 2.3 Đồ thị ký hiệu OFDM 17 11 2.4 Nguyên lý tạo ký hiệu OFDM 19 12 2.5 Dạng phổ ký hiệu OFDM 20 13 2.6 Nguyên lý trình giải điều chế OFDM 21 14 2.7 Thêm CP vào ký hiệu OFDM 22 15 2.8 Sơ đồ khối trình điều chế, giải điều chế OFDM sử dụng FFT 25 16 3.1 Cơ chế kiểm soát lỗi lớp Vật lý 29 17 3.2 Cấu trúc khung đường xuống 31 18 3.3 Khuôn dạng thông điệp DL-MAP 32 19 3.4 Khuôn dạng thông điệp DCD 33 20 3.5 Khuôn dạng thông điệp UL-MAP 34 IV 21 3.6 Khuôn dạng thông điệp UCD 34 22 3.7 Cấu trúc khung đường lên 35 23 3.8 Định dạng TC-PDU 37 24 3.9 Quy trình hoạt động lớp Vật lý khối phát khối thu 38 25 3.10 Bộ trộn giải trộn 39 26 3.11 Sơ đồ khối kiểm soát lỗi FEC 40 27 3.12 Nguyên lý mã hoá chập 41 28 3.13 Sơ đồ khối mã chập 41 29 3.14 Sơ đồ khối giải mã Viterbi 42 30 3.15 Sơ đồ khối điều chế 43 31 3.16 Sơ đồ khối giải điều chế 45 32 3.17 PRBS cho điều chế bit dẫn đường 46 33 3.18 Cấu trúc khung FDD OFDM PHY đường xuống 47 34 3.19 Mào đầu dài đường xuống 47 35 3.20 Dạng phổ tín hiệu OFDM 48 36 4.1 Sơ đồ khối điều chế 53 37 4.2 Giản đồ chịm tín hiệu giải điều chế đường xuống với Rate ID=0 59 38 4.3 Giản đồ chòm tín hiệu giải điều chế đường xuống với Rate ID=4 60 39 4.4 Giản đồ chịm tín hiệu giải điều chế đường lên với Rate ID=0 61 40 4.5 Giản đồ chịm tín hiệu giải điều chế đường lên với SNR=20dB 63 41 4.6 Giản đồ chịm tín hiệu giải điều chế đường lên với SNR=99dB 64 V MÃ CHƯƠNG TRÌNH KHỐI ĐIỀU CHẾ function mod16ofdm(modparams) % mod16ofdm(modparams) % Mo phong 802.16a/ OFDM modulator % modparams: structure of parameters passed in by GUI % Hoang Trung Duong % K9D2 - DH Cong nghe - DH Quoc gia HN % Tel: 093.615.8666 % Input source selection switch modparams.input, case 1, % random bytes NumBytes=modparams.length; %max 4095 ? rand('state',0); data=floor(256*rand(1,NumBytes)); case 2, % input data from file infid=fopen(modparams.infile,'r'); if infid