Ước lượng kênh trong OFDM

Ước lượng kênh trong OFDM

CHƯƠNG 1 : Tổng Quan Về Hệ thống WIMAX1.1 Giới thiệu chương

Trước khi đi vào tìm hiểu các vấn đề về ước lượng kênh trong hệ thống OFDM của WiMAX, ta sẽ tìm hiểu hệ thống WiMAX là gì?, nó có những đặc điểm gì?, và nó có những ưu điểm nào trong các ứng dụng thực tế.

1.2 Giới thiệu hệ thống WIMAX :

1.2.1 WIMAX là gì ?

WIMAX là từ viết tắt của Worldwide Interoperability For Microwave Access-khả năng kết nối không dây trên diện rộng với truy nhập vi ba Nó cho phép truy nhập băng thông rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp là DSL.WIMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, mang xách tay được, di động mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng (line of sight) trực tiếp đến một trạm.

WIMAX có 2 phiên chính : WIMAX cố định (Fixed WIMAX)WIMAX di động(Mobile WIMAX)1.2.2 Lịch sử ra đời :

Chuẩn 802.16 được xây dựng từ viện kĩ thuật điện và điện tử từ năm 1999, nhưng tiêu chuẩn đầu tiên được đưa ra và được cả thế giới công nhận vào năm 2001.

2003 >802.16a2004 >802.16d

2005 > 802.16e

Chuẩn được thiết kế hỗ trợ cho cả phương thức song công theo thời gian (Time Division Duplex-TDD) và song công theo tần số (Frequency Division Duplex-FDD) TDD, tại đó đường lên và đường xuống dùng chung một kênh nhưng không truyền cùng một lúc FDD, tại đó đường lên và đường xuống hoạt động trong những kênh riêng biệt.

1.2.3 Đặc điểm của WIMAX:

WIMAX di đông cũng có các đặc điểm giống EV-DO hoặc HSxPA nhằm tăng tốc độ truyền thông (Data Rate) Những đặc điểm đó bao gồm: mã hoá và điều chế thích nghi (Adaptive Modulation and coding-AMC), kĩ thuật sửa lỗi bằng dò lặp (Hybrid Automatic Repeat Request-HARQ) Phân bố nhanh (Fast Scheduling) và chuyển giao mạng (Handover) nhanh và hiệu quả.

đó có cả dịch vụ thoại VoIP) WIMAX sử dụng kĩ thuật trải phổ SOFDMA và hạ tần mạng xây dựng trên nền IP.

WIMAX cung cấp khả năng kết nối Internet không dây nhanh hơn WIFI, tốc độ uplink và downlink cao hơn, sử dụng được nhiều ứng dụng hơn, và quan trọng là vùng phủ 2ong rộng hơn và không bị ảnh hưởng bởi địa hình WIMAX có thể thay đổi một cách tự động phương thức điều chế để có thể tăng vùng phủ 2ong bằng cách giảm tốc độ truyền và ngược lại

Để tăng vùng phủ 2ong, chuẩn WIMAX hoặc sử dụng mạng Mesh hoặc sử dụng anten thông minh hoặc MIMO.

Dữ liệu truyền trong mạng WIMAX được phân chia thành 5 lớp dịch vụ với những ưu tiên khác nhau nhằm cung ứng QoS Ngoài ra bảo mật cũng là một đặc điểm nổi trội của WIMAX so với WIFI.

1.3 Các chuẩn của WIMAX:

1.3.1 Chuẩn cơ bản 802.16 :

Chuẩn 802.16 được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện (Interface) không dây dựa trên một giao thức MAC (Media Access Control) chung Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát BS (Base Station) và người sử dụng ( SS-Subcribe Station )

Trong một vùng phủ 2ong, trạm BS sẽ điều khiển toàn bộ sự truyền dữ liệu (Traffic) Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi truyền thông giữa 2 SS với nhau Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một kênh Downlink và Uplink Kênh Uplink sẽ chia sẽ cho nhiều SS trong khi kênh Downlink có đặc điểm Broadcast Trong trường hợp không có vật cản giữa BS và SS ( Line of sight ), thông tin sẽ được trao đổi trên băng tần cao Ngược lại, thông tin sẽ được trao đổi ở băng tần thấp để chống lại nhiễu.

1.3.2 Các chuẩn bổ sung (Amendments) của WIMAX :

• Chuẩn 802.16a: Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2-11 Ghz Đây là băng tần thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (Terminal) có thể liên lạc với BS thông qua một thiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ 2ong của 802.16a BS sẽ được nới rộng.

• Chuẩn 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần 5-6Ghz với mục đích cung ứng dịch vụ với chất lượng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng Video, thoại, Real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (Class of Service).

• Chuẩn 802.16c: Chuẩn này định nghĩa 3ong các Profile mới cho dải băng tần từ 10-66 Ghz với mục đích cải tiến Interoperability.

• Chuẩn 802.16d: Có một số cải tiến nhỏ so với 802.16a Chuẩn này được chuẩn hoá 2004 Các thiết bị Pre-WIMAX có trên thị trường là dựa vào chuẩn này.• Chuẩn 802.16e: Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hoá Đặc điểm nổi bật

của chuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động ( vận tốc di chuyển lớn nhất mà có thể sử dụng dịch vụ này lên đến 100 Km/h ).

Ngoài ra, còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hoá như 802.16g, 802.16f, 802.16h…

1.4 Các công nghệ sử dụng trong WIMAX:

1.4.1 Điều chế thứ tự cao hơn:

Ngược với công nghệ tương tự có trước đây (FM,AM) và biểu đồ điều chế số hóa hiệu suất thấp (PSK, BPSK, và QPSK) được sử dụng rộng rãi trong các mạng ngày nay, công nghệ băng rộng không dây yêu cầu sử dụng các biểu đồ điều chế theo thứ tự cao hơn với hiệu quả trải phổ tốt hơn

Tuy nhiên biểu đồ điều chế theo thứ tự cao hơn này rất dễ bị tác động bởi nhiễu (Interference) và hiện tượng đa đường dẫn Cả hai yếu tố này đều phổ biến trong các triển khai mạng không dây có mặt khắp nơi với số lượng người 3ong lớn.

Để biết được những tác động này, công nghệ OFDM, OFDMA và SOFDMA là những công nghệ truy cập mới cải tiến hỗ trợ kênh cần thiết để đạt được hiệu quả trải phổ cao hơn với thông lượng kênh cao hơn Những công nghệ mới này là nền tản cho WIMAX di động và các hệ thống băng rộng di động thế hệ tiếp theo khác.

1.4.1.1 Công nghệ OFDM:

Nhu cầu về các dịch vụ băng thông rộng tin cậy trong điều kiện truyền không dây bị che chắn (tầm nhìn khuất–NLOS, đặc biệt bị ảnh hưởng bởi hiện tượng đa đường dẫn và can thiệp từ các nhà cung cấp dịch vụ không dây khác) đã đưa công nghệ không dây vào triển khai rộng khắp sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM trong các chuẩn và sản phẩm

4ong mang con trong

OFDM.

Các đường truyền băng hẹp này sử dụng các kí tự có khoảng thời gian dài Duration-Sysbol) trong miền thời gian để làm cho các kí tự không bị méo do hiện tượng đa đường dẫn.

(Long-Bằng cách sử dụng các khoảng thời gian của kí tự xấp xỉ 100 ms với khoảng bảo vệ khoảng 10 ms, công nghệ OFDM cho phép khắc phục được các tác động của hiện tượng đa đường

Hình 1.4 : Sự nguyên vẹn của kí tự được sử dụng làm chậm trễ hiện tượng đa đường dẫn với khoảng bảo vệ thời gian.

Để đảm bảo khả năng trực giao, khoảng dãn cách giữa các 5ong mang con phải được chọn lựa sao 5ong5 đảo ngược với khoảng thời gian của kí tự

Hình 1.5 : Khoảng dãn cách giữa các 5ong mang con được lựa chọn để mỗi 5ong mang

Số lượng các 6ong mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh và mức độ nhiễu Con số này tương ứng với kích thước FFT ( Fast-Fourier-Transformer ).

Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16-2004 xác định rõ 256 sóng mang con, tương ứng với kích cỡ FFT từ 512 đến 2048 phù hợp với các độ rộng kênh từ 5 tới 20 Mhz để duy trì tương đối khoảng thời gian không đổi của kí tự và khoảng dãn cách giữa các 6ong mang con độc lập với độ rộng kênh

Vì thế với công nghệ OFDM, sự kết hợp của các 6ong mang con trực giao truyền song song với các kí tự có khoảng thời gian dài đảm bảo rằng lưu lượng băng thông rộng không bị hạn chế do môi trường bị che chắn tầm nhìn (NLOS) và nhiễu do hiện tượng đa đường dẫn.

1.4.1.2 Công nghệ OFDMA:

Truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA ) là công nghệ đa 6ong mang phát triển từ công nghệ OFDM, ứng dụng như một công nghệ đa truy cập Được diễn tả như biểu đồ dưới đây, OFDMA hỗ trợ các nhiệm vụ của các 6ong mang con đối với các thuê bao nhất định

Mỗi một nhóm 6ong mang con được biểu thị như một kênh con (sub-channel), và mỗi thuê bao được chỉ định một hoặc nhiều kênh con để truyền phát dựa trên mỗi yêu cầu cụ thể và lưu lượng của mỗi thuê bao.

Hình 1.6 : Công nghệ OFDM và OFDMA

OFDMA có một số ưu điểm như khả năng linh hoạt tăng, thông lượng và tính ổn định được cải tiến Bằng việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền phát của các thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu tác động như ảnh hưởng đa truy cập –MAI (Multiplex Access interference)

Hơn nữa, hiện tượng các kênh con cho phép tập trung công suất phát qua một số lượng các 7ong mang con ít hơn Kết quả này làm tăng số đường truyền dẫn đến tăng phạm vi và khả năng phủ 7ong

Việc sửa đổi bổ sung chuẩn IEEE 802.16e-2005 được triển khai nhằm mở rộng chuẩn vô tuyến 802.16 đáp ứng các ứng dụng di động Sự bổ sung này cho phép công nghệ OFDMA đáp ứng nhiều tính năng sử dụng một cách linh hoạt và các thách thức về việc các thuê bao di động di chuyển nhanh trong môi trường NLOS Chuẩn 802.16e-2005 hỗ trợ 3 tuỳ chọn phân phối kênh con, tùy theo tình huống sử dụng như sau :

• Các 7ong mang con có thể được tán xạ thông qua kênh tần số Điều này liên quan đến việc sử dụng phân hoá kênh con (sub-channelization) hoặc FUSC.

• Một số nhóm 7ong mang con tán xạ có thể được sử dụng để tạo thành một kênh con Điều này liên quan 1 phần đến việc sử dụng phân hoá kênh con (sub-channelization) hoặc PUSC.

• Các kênh con có thể được tạo ra bởi các nhóm 7ong mang con tiếp theo Điều này liên quan đến sự điều biến và mã hoá tuỳ ứng hoặc AMC.

Với PUSC hoặc FUSC, việc phân phối các 7ong mang con tới các kênh con được thực hiện theo mô hình giả ngẫu nhiên mà ở đó các 7ong mang con của một kênh con nhất định trong một cell nhất định khác với các 7ong mang con tại cùng một kênh con đó trong một cell khác (VD : 7ong mang con trong kênh con 1 của cell 1 sẽ hoàn toàn khác với 7ong mang con của kênh con 1 trong cell 2) Sự hoán đổi giả ngẫu nhiên này có ảnh hưởng tương đối đến nhiễu

Điều này làm giảm tác động đối nghịch của hiện tượng nhiễu giữa các cell Nhìn chung, FUSC và PUSC là 2 tuỳ chọn tốt nhất cho các ứng dụng di động, trong khi AMC hoàn

1.4.1.3 Công nghệ SOFDMA:

Việc mở rộng OFDMA (SOFDMA) hỗ trợ khả năng điều chỉnh OFDMA cho phù hợp với độ rộng kênh đang được sử dụng Theo nguyên tắc khi ấn định số lượng dải phổ dành cho các nhà cung cấp dịch vụ khác, các thông số công nghệ OFDMA có thể được tối ưu hóa sao cho tỷ lệ với dải băng tần cấp cho một nhà cung cấp dịch vụ cụ thể.

Với S-OFDMA, kích cỡ FFT khác với độ rộng kênh dựa trên các thông số theo chuẩn 802.16e-2005 Trong kênh tần số 5Ghz một FFT kích cỡ 512 sóng mang con được xác định còn một kênh 10Mhz, một FFT kích cỡ 1024 được xác định Điều đó đảm bảo rằng cả 2 hệ thống 5Mhz và 10Mhz có cùng khoảng thời gian của kí tự và do đó có cùng khả năng chống méo đa đường kể cả khi 2 hệ thống khác nhau về kích cỡ.

1.4.1.4 Các công nghệ anten sử dụng trong WIMAX:1.4.1.4.1 Hệ thống anten thông minh:

Hệ thống công nghệ anten thông minh có liên quan đến loại anten được thiết kế để tăng cường độ tín hiệu nhận được trong mạng truy cập không dây Mục đích để làm tăng CINR (Carrier-to-interference plus noise radio)

Sử dụng công nghệ anten thông minh có thể vừa làm tăng cường độ tín hiệu nhận được và làm giảm mức độ nhiễu để tăng phần lớn công dụng của một mạng giao tiếp di động.Cường độ tín hiệu nhận được dao động khi các thuê bao di động trong vùng phủ 8ong và việc sử dụng nhiều anten hoặc anten thông minh để tăng chất lượng đường truyền đã được nghiên cứu ngay từ khi các hệ thống di động đầu tiên mới ra đời Bước đầu tiên là sử dụng nhiều anten để cung cấp độ phân tập thu “receiver diversity ”

Hệ thống này hoặc lựa chọn một anten với cường độ tín hiệu mạnh nhất hoặc tối ưu phối hợp các tín hiệu nhận được từ tất cả các anten Chuẩn WIMAX hỗ trợ nhiều loại công nghệ anten thông minh, bao gồm đa cổng vào ra ( MIMO ) và hệ thống anten thông minh cải tiến (hoặc thích nghi) (ASS) trên cả hai loại thiết bị đầu cuối khách 8ong và trạm gốc

Trong khi MIMO đề cập đến việc sử dụng nhiều anten và kết quả quá trình yêu cầu các tín hiệu bổ sung, ASS tùy thuộc hoặc vào công nghệ “ mã hóa không gian-thời gian ” (Space-time coding) hoặc tạo chum tia “ beam-forming ”.

Với beam-forming, tín hiệu với năng lượng phát đi, sẽ định hình theo dạng vật lý và truyền phát trực tiếp đến một thuê bao cụ thể dẫn đến độ lợi cao hơn, thông lượng cao

hơn và khả năng chống nhiễu tốt hơn Do công nghệ OFDMA chuyển một kênh dài tần rộng thành nhiều 9ong mang con phẳng và độ rộng kênh hẹp, ASS có thể được hỗ trợ với độ phức tạp ít hơn nhiều so với yêu cầu của các hệ thống băng rộng không dây khác.1.4.1.4.2 Công nghệ đa cổng vào ra :

Công nghệ đa cổng vào ra (MIMO) miêu tả các hệ thống sử dụng nhiều hơn 1 radio và hệ thống anten tại một điểm cuối của các đường kết nối không dây Trước đây, chi phí để kết hợp nhiều anten và các radio trong một đầu cuối khách 9ong là rất cao

Các cải tiến gần đây trong công nghệ tích hợp và triển khai quy mô nhỏ cho hệ thống vô tuyến làm tăng tính khả thi và chi phí hiệu quả Phối hợp nhiều tín hiệu nhận được sẽ đạt được các lợi ích tức thời khi tăng cường độ tín hiệu nhận được, tuy nhiên công nghệ MIMO cũng cho phép truyền phát các luồng dữ liệu song song để đạt được thông lượng lớn hơn

Ví dụ, trong một MIMO 2x2 (tức là gồm 2 phần tử phát và thu) với hệ thống điểm-điểm 2 phân cực, các tần số cấp cho carrier có thể được sử dụng 2 lần, làm tăng tốc độ truyền dữ liệu gấp 2 lần.

Trong hệ thống điểm-đa điểm sử dụng MIMO, mỗi anten trạm gốc phát đi luồng dữ liệu khác nhau và mỗi thiết bị đầu cuối khách 9ong nhận nhiều thành phần của tín hiệu phát khác nhau với mỗi anten thiết bị thuê bao khách 9ong được minh họa trong hình dưới đây

Bằng cách sử dụng thuật toán thích hợp, thiết bị đầu cuối khách 9ong có thể phân chia và giải mã các luồng dữ liệu nhận được trong cùng một lúc Chuẩn WIMAX di động bao gồm công nghệ mã hóa MIMO cho tới 4 anten tại mỗi điểm cuối đường kết nối (4x4 MIMO).

1.4.1.5 Mã hóa không gian-thời gian:

Mã hóa không gian-thời gian (Space-time coding) là kĩ thuật thực hiện phân tập truyền phát (Transmission diversity) WIMAX sử dụng kĩ thuật phân tập truyền phát trên đường Downlink để phân tập từng phần nhằm tăng cường chất lượng tín hiệu truyền đến một thuê bao cụ thể nằm tại bất cứ điểm nào trong dải chùm tia anten phát ra

Mặc dầu cung cấp độ lợi tín hiệu thấp hơn beam-forming nhưng đối với người sử dụng di động thì sự phân tập truyền phát càng cần thiết hơn bởi vì nó không yêu cầu các kiến thức hiểu biết trước về đặc tính truyền dẫn của kênh tần số cụ thể của một thuê bao Công nghệ STC, được biết đến như Alamouti code, được công bố vào năm 1998 và nó hợp nhất với chuẩn WIMAX.

Việc truyền phát các tín hiệu đi từ nhiều anten ở các pha cân bằng cụ thể có thể được sử dụng để tạo 10ong tia hẹp hơn Hiện tượng này gọi là beam-forming.

Beam-forming mang đến các cải tiến đáng kể trong ngân sách đường kết nối theo cả 2 hướng uplink và downlink bằng cách tăng độ lợi của anten, ngoài ra để làm giảm sự suy giảm cường độ tín hiệu do tác động bởi nhiễu

Beam-forming yêu cầu thông tin về vị trí của thuê bao đặc biệt là đối với thuê bao đang di chuyển với tốc độ lớn Tuy nhiên, theo số liệu thống kê mạng Cellular, đa số các thuê bao hoặc không di chuyển, hoặc di chuyển với tốc độ chậm, vì thế beam-forming mang đến các lợi ích quan trọng cho hầu hết các mô hình sử dụng.

Hình 1.8: Beam-forming

Ví dụ, cấu hình beam-forming gồm 4 anten có thể hỗ trợ tăng cường tín hiệu có độ lợi 6dB trong khi vẫn cải tiến được tín hiệu truyền phát bị suy giảm Kết quả là beam-forming đem lại khả năng mở rộng hơn, thông lượng cao hơn và tăng khả năng phủ 11ong trong nhà (indoor)

Với số lượng trạm gốc ít hơn để đạt được một dung lượng cụ thể trong một hệ thống, beam-forming là công nghệ anten thông minh thứ 3 được hợp nhất trong thông số kĩ thuật của WIMAX để tăng dung lượng hệ thống và tính năng trong các mạng di động băng thông rộng.

1.4.1.7 Sử dụng lại tần số:

Để tối đa hóa khả năng bao phủ và khả năng sử dụng lại tần số đồng thời giảm thiểu độ nhiễu, hệ thống không dây bao phủ vùng phục vụ với nhiều cell, được chia nhỏ thành nhiều Sector

Do một số các thuê có thể được định vị tại các ranh giới giữa các cell hoặc các Sector và thường nhận được các tín hiệu từ nhiều nguồn-do đó nó tạo ra nhiễu-mỗi sector được ấn định một kênh tần số khác nhau

Khi đó để phù hợp với quy mô phủ 11ong vô tuyến tại một khu vực, mỗi kênh tần số được sử dụng lại với một sự phân chia về mặt không gian để tối đa hóa việc sử dụng của dải quang phổ bị hạn chế trong khi vẫn giảm thiểu hiện tượng tự nhiễu từ cùng kênh được sử dụng lại trong mạng Điều này thường liên quan đến hiện tượng nhiễu cùng kênh CSI.

Chức năng sử dụng lại, là thước đo một dải tần cung cấp được sử dụng lại linh hoạt như thế nào, được thể hiện như một phần nhỏ của sector hoặc cell hoạt động với cùng một kênh tần số Các hệ số sử dụng lại điển hình đối với các hệ thống cellular truyền thống là hệ số 3 hoặc 7-tùy theo nhu cầu 3-7 kênh tần số khác nhau để triển khai một mô hình mạng cụ thể.

(a)-3 tần số ( hệ thống Digital )(b)-7 tần số ( Analog FDMA ) ©-OFDMA và CDMA

Mục đích khác được sử dụng trong cả 2 công nghệ OFDMA và CDMA là sử dụng tất cả các kênh tần số trong mỗi sector sẵn có và sử dụng biểu đồ điều chế như OFDMA hoặc CDMA, để xử lý nhiễu tại mức độ cao từ các sector hoặc các cell lân cận

Quá trình này liên quan tới việc khi có một hệ số sử dụng lại của 1 đôi khi được gọi là “ Reuse 1 ” hoặc “universal frequency reuse”-và rất phổ biến với các nhà cung cấp dịch vụ mạng ngày nay bởi vì từ khi nó giảm thiểu các nhu cầu đối với việc hoạch định vô tuyến của mạng cụ thể.

Để hỗ trợ sử dụng lại tần số phổ biến, những biểu đồ điều chế này quản lý nhiễu bằng cách sử dụng các mã sửa lỗi như mã CTC (Convolution turbo code) và bằng cách sử dụng dải băng tần sẵn có thông qua việc sử dụng các mã truy nhập trong trường hợp sử dụng CDMA, và các 12ong mang con trong trường hợp sử dụng OFDM.

Chuẩn WIMAX di động cũng cung cấp khả năng phân chia trực giao với các nguồn tài nguyên trong 1 cell đồng thời vẫn định vị ngẫu nhiên các 12ong mang con giữa các cell Phân chia trực giao trong cell đảm bảo rằng hiện tượng nhiễu giữa các sector gần nhau là rất ít hoặc không xảy ra, trong khi hiện tượng định vị các 12ong mang con giữa các cell đảm bảo rằng hiện tượng chồng chéo giữa các 12ong mang con được sử dụng trong các thuê bao cụ thể tại các cell liền kề là rất ít

Điều này làm giảm khả năng nhiễu giữa các cell và cho phép các kết nối vô tuyến hoạt động với hiệu quả điều chế cao hơn, dẫn đến thông lượng dữ liệu cao hơn.

1.4.1.8 Điều khiển công suất:

Điều khiển công suất phát thích hợp là một chức năng quan trọng nhằm mục đích đảm bảo chất lượng đường truyền Trong luồng upstream, điều khiển công suất phát thích ứng được sử dụng để tối đa hóa các mức độ điều khiển tiện ích, nhằm đạt được thông lượng cao nhất trong khi vẫn tiếp tục kiểm soát độ nhiễu đến các cell kế cận

Trong luồng Downstream, các kênh con cụ thể được phân chia luồng công suất khác nhau có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ tốt hơn tới các thuê bao tại các cạnh của cell, trong khi vẫn cung cấp đầy đủ các mức độ tín hiệu tới các thuê bao gần nhất với trạm gốc.

1.4.1.9 Điều khiển sắp xếp:

Điều khiển sắp xếp là một cơ chế được đặt tại trạm gốc, để quản lí vị trí các gói tin theo hướng lên và xuống dựa trên các yêu cầu về lưu lượng và các trạng thái kênh phát tại bất kỳ thời điểm đã định nào

Bảng phân bố các nguồn tài nguyên vô tuyến tại các dải tần số và khoảng thời gian, dựa trên các chỉ tiêu như: tham số QoS dành cho các loại lưu lượng cụ thể, chấp nhận mức dịch vụ thuê bao cá nhân (SLA) và các trạng thái của các đường dẫn dạng connection-to-connection…

Do lưu lượng dữ liệu có thể thay đổi đáng kể giữa 2 đường uplink và downlink nên cũng cần hỗ trợ việc cấp phát dữ liệu không đối xứng trong việc thực hiện ghép kênh phân chia thời gian –TDD với các nguồn tài nguyên vô tuyến và ấn định các gói tin được thực hiện trên mỗi sector trong một khoảng thời 13ong13 hay đổi tùy theo nhu cầu thực Cơ chế điều khiển sắp xếp này là một phần của WIMAX di động.

1.4.1.10 Điều khiển chấp nhận:

Là một quá trình xác định xem liệu nó có cho phép thiết lập một kết nối mới hay không dựa trên: các trạng thái hiện thời của lưu lượng, các nguồn tài nguyên có sẵn và các yêu cầu QoS có được Lưu lượng vượt mức trong một cell làm tăng lượng nhiễu tới các cell lân cận do đó làm giảm khả năng phủ 13ong của các cell.

Điều khiển chấp nhận được sử dụng nhằm chấp nhận hoặc từ chối các yêu cầu kết nối để duy trì sự nhận dữ liệu của cell trong lượng giới hạn được chấp nhận Chức năng điều khiển chấp nhận có tại trạm gốc WIMAX hoặc tại cổng mạng dịch vụ truy cập (ASN) nơi mà các thông tin được nhận về dành cho một số trạm gốc có thể kiểm soát được.1.4.1.11 Chất lượng dịch vụ QoS:

Hỗ trợ chất lượng dịch vụ rất cần thiết đối với hệ thống băng rộng không dây với các kênh được thiết kế để đồng thời cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu và video Các thuật toán QoS là cần thiết để đảm bảo việc sử dụng chung kênh không dẫn tới việc làm giảm chất lượng dịch vụ hoặc các lỗi dịch vụ

Mặc dầu trong thực tế các thuê bao đang 13ong chung một đường kết nối băng thông rộng với nhiều thuê bao khác nhưng họ mong đợi nhà cung cấp dịch vụ cung cấp các

Chuẩn WIMAX di động cung cấp gói công cụ cần thiết để hỗ trợ QoS cho đa ứng dụng Trạm gốc WIMAX định vị các đường uplink và downlink thông qua việc sử dụng một quy trình quản lý lưu lượng Quy trình này phản ánh các nhu cầu về lưu lượng và các thông tin về thuê bao cá nhân

Sau đó các thuê bao tổng hợp được triển khai nhằm đảm bảo đáp ứng các tham số QoS ứng dụng cụ thể Bảng dưới đây là một bản tóm tắt các loại QoS, các ứng dụng và các tham số QoS được sử dụng trong chuẩn 802.16e-2005.

Hình 1.10: Các tham số QoS.

1.5 Ứng dụng của WIMAX :

WIMAX là chuẩn không dây băng thông rộng hỗ trợ cho cả lĩnh vực máy tính và truyền thông, với hiệu quả chi phí cao Nó được thiết kế để phục vụ cho nhiều môi trường khác nhau (doanh nghiệp, người 14ong bình thường, hay dịch vụ công cộng), không kể đến vị trí vật lý (vùng thành thị, ngoại ô, hay nông thôn) hay khoảng cách gần xa.

Về kĩ thuật, chuẩn WIMAX được phát triển với nhiều mục tiêu đề ra, tập trung ở tính đa dụng, hiệu suất cao mà chi phí thấp.

Hình 1.11 :Mô tả hệ thống WIMAX  Kiến trúc mềm dẻo :

WIMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống bao gồm Point, MultiPoint và Uniquitous coverage (bao phủ toàn bộ).

Point-to-WIMAX MAC (Media Access Control) hỗ trợ Point-to-MultiPoint và Ubiquitous bằng cách định một khoảng thời gian cho mỗi Subcriber Station (SS-trạm đăng kí) Nếu chỉ có một SS trong mạng thì WIMAX Base Station (BS-trạm cơ sở) sẽ giao tiếp với SS bằng Point-to-Point.

 Bảo mật cao :

WIMAX hỗ trợ AES (Advanced Encryption Standard) và 3DES (Triple Data Encryption Standard) Đường truyền giữa SS và BS được mã hoá hoàn toàn, đảm bảo độ tin cậy của dịch vụ Ngoài ra WIMAX hỗ trợ VLAN, đảm bảo tín riêng tư dữ liệu của mỗi người dùng trong cùng BS.

 WIMAX QoS :

WIMAX có thể tối ưu truyền các loại dữ liệu khác nhau, dựa trên các loại dịch vụ là: Unsolicited Grant Service (UGS), Real Time Polling Service (rtPS), Non Real Time Polling Service (nrtPS) và Best Effort (BE).

 Triển khai nhanh :

Triển khai không cần kéo cáp, chỉ cần một dải băng thông, một cột thu phát 16ong (antenna) và một thiết bị được cài đặt cùng với nguồn điện, WIMAX có thể sẵn 16ong hoạt động

Trong đa số các trường hợp, WIMAX có thể triển khai trong vòng một vài giờ, so sánh với hàng tháng với những giải pháp khác.

 Multi-Level-Service :

Quản lý băng thông có thể thực hiện xa hơn dựa trên nền tảng Service Level Agreement (SLA-mức độ phục vụ chấp nhận được) giữa nhà cung cấp và người 16ong cuối Và nhà cung cấp có thể đáp ứng SLA khác nhau cho mỗi người 16ong thậm chí trên cùng một SS.

 Interoperability-tương tác :

WIMAX dựa trên nền tảng quốc tế, trung lập với nhà sản xuất Điều này thuận lợi cho người 16ong di chuyển và sử dụng đăng kí của họ ở nhiều vùng khác nhau và hơn nữa là khác nhà cung cấp

Tính tương tác bảo vệ cho nhà điều hành khi sử dụng nhiều thiết bị của các 16ong khác nhau trong cùng mạng, chống tính độc quyền và kết quả là giá cả thiết bị giảm đi đáng kể.

 Portability-di chuyển được:

Như hệ thống cellular hiện nay, một khi WIMAX SS bật lên, nó sẽ tự động kết nối với BS, xác định các đặc tính của đường truyền với BS dựa trên cơ sở dữ liệu SS đã đăng kí và thực hiện truyền dữ liệu.

 Mobility-di động :

Chuẩn IEEE 802.16e bổ sung 16ong đặc tính hỗ trợ di động, cho phép tốc độ di chuyển lên đến 160 km/h

 Hiệu quả chi phí :

WIMAX là chuẩn mở mang tính quốc tế, sử dụng các công nghệ chipset chi phí thấp, nên giá thành giảm xuống đáng kể Và kết quả là người 16ong cùng với nhà cung cấp dịch vụ đều tiết kiệm được chi phí.

 Bao phủ rộng:

WIMAX có khả năng bao phủ một vùng địa lý rộng lớn khi mà con đường giữa BS và SS không có vật cản.

Để hình dung được khả năng của WIMAX có thể đáp ứng nhu cầu của mọi người như thế nào, ta có thể xem xét một số mô hình ứng dụng của WIMAX trong mạng nội bộ cũng như ở các dịch vụ công cộng.

1.6 Kết luận chương

Có thể nói WIMAX là chuẩn sẽ được mọi người mong đợi nhất vì tính ưu việt của nó trong thiết kế cũng như trong ứng dụng Hệ thống của WIMAX được tích hợp rất nhiều công nghệ nhanh và hiệu quả

WIMAX sử dụng các kĩ thuật OFDM và OFDMA nhằm tận dụng tối đa băng thông tiết kiệm được nguồn tài nguyên về tần số, đồng thời nâng cao tốc độ của đường truyền đáp ứng được các nhu cầu của các dịch vụ đòi hỏi các ứng dụng thời gian thực.

CHƯƠNG 2 : Kĩ thuật OFDM và OFDMA trong WIMAX2.1 Giới thiệu chương

WIMAX sử dụng kĩ thuật điều chế OFDM và OFDMA, ứng dụng triển khai thương mại, công nghệ anten thông minh, quản lý tài nguyên vô tuyến và chuyển vùng (handoff) Có nhiều công nghệ và thuật toán cải tiến sẵn có nhằm đáp ứng các thách thức cung cấp các dịch vụ băng rộng di động và đảm bảo mô hình kinh doanh hấp dẫn đối với nhà cung cấp dịch vụ.

Từ những giới thiệu ở trên, chúng ta có thể thấy rằng OFDM có tầm quan trọng nhất định trong hệ thống WIMAX Để tìm hiểu điều này, ta sẽ tìm hiểu cấu trúc của một hệ thống OFDM cơ bản, phương thức điều chế thu-phát tín hiệu và các ứng dụng thực tế của nó trong hệ thống WIMAX (hệ thống OFDMA).

2.2 Công nghệ điều chế OFDM:

2.2.1 Cơ sở của OFDM:

Cơ sở ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM-Orthogonal Frequency Division Multiplex) nó chia nhỏ băng thông thành các tần số 18ong mang con Trong một hệ thống OFDM, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành các luồng song song với tốc độ giảm (và như vậy tăng khoảng thời gian của kí hiệu –sysbol) và mỗi luồng con được điều chế và truyền trên một 18ong mang con (sub-carrier) trực giao tách biệt Khoảng thời gian cho mỗi biểu trưng tăng sẽ cải thiện khả năng chống lại trễ lan truyền của OFDM.

2.2.1.1 Cơ sở trực giao:

Sự trực giao chỉ ra rằng có mối quan hệ toán học chính xác giữa các tần số của các 18ong mang trong hệ thống OFDM Trong hệ thống FDM thông thường, nhiều 18ong mang cách nhau một khoảng phù hợp để tín hiệu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ lọc và các bộ giải điều chế thông thường

Trong các máy như vậy, các khoảng bảo vệ cần được dự liệu trước giữa các 18ong mang khác nhau và việc đưa vào các khoảng bảo vệ này làm giảm hiệu quả sử dụng phổ.

Tuy nhiên có sự sắp xếp giữa các 18ong mang trong OFDM sao cho các dải biên của chúng che phủ lên nhau mà các tín hiệu vẫn có thể thu được chính xác mà không có sự can nhiễu giữa các 18ong mang.

Muốn như vậy các 18ong mang phải trực giao về mặt toán học Máy thu hoạt động như các bộ gồm các bộ giải điều chế, dịch tần mỗi 18ong mang xuống mức DC, tín hiệu nhận được lấy tích phân trên một chu kỳ của sysbol để phục hồi dữ liệu gốc.

Nếu tất cả các 19ong mang khác đều được dịch xuống tần số tích phân của 19ong mang này (trong một chu kỳ sysbol τ ), thì kết quả tích phân cho các 19ong mang khác sẽ bằng 0

Do đó các 19ong mang độc lập tuyến tính với nhau (trực giao) nếu khoảng cách giữa các 19ong là bội số của 1/τ Bất kỳ sự phi tuyến nào gây ra bởi can nhiễu bởi các sóng mang ICI (Inter-Carrier-Interference) cũng làm mất đi tính trực giao.

{1 ikki )

Như vậy {φi(t)}={sin(nπ2t/T),cos(mπ2t/T)} với Tu =Tl −Tl1.

Ngoài ra có thể biểu diễn sự trực giao theo hàm phức:

{1 i kki 0*( )

∫ψitψktdt δik (2.2)

Khoảng cách giữa 2 sóng mang trực giao cạnh nhau sẽ là ∆f =1/TN.

Ở đây dấu * chỉ liên hiệp phức Ví dụ nếu tín hiệu là sin(mx) với m=1,2,3….thì nó trực giao trong khoảng từ -π đến +π.

Việc xử lý (điều chế và giải điều chế) tín hiệu OFDM được thực hiện trong miền tần số, bằng cách sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số DSP (Digital-Signal-Processing) Trong toán học, số hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu các vector Theo định nghĩa, hai vector được gọi là trực giao với nhau khi chúng vuông góc với nhau và tích vô hướng giữa chúng bằng 0

Điểm chính ở đây là ý tưởng nhân 2 hàm số với nhau, tổng hợp các tích và nhận được kết quả bằng 0

Hình 2.1: Tích của 2 vector trực giao bằng 0.

Nếu chúng ta cộng bán kì âm và dương của dạng 20ong sin ta sẽ có được kết quả bằng 0 Diện tích của 1 sóng sin có thể được viết:

Hình 2.2: Giá trị trung bình của 20ong sin bằng 0.

Nếu chúng ta nhận hay cộng (tích phân) hai dạng sóng sin có tần số khác nhau ta nhận được kết quả bằng 0, nếu cùng tần số thì kết quả khác 0.

Hình 2.3: Tích phân của 2 sóng sin khác tần số

Điều này gọi là tính trực giao của dạng sóng sin Nó cho thấy rằng miễn là 2 sóng sin khác tần số thì tích phân của chúng sẽ bằng 0 Đây chính là cơ sở then chốt của quá trình điều chế OFDM.

Nếu 2 sóng sin cùng tần số :

Hình 2.4: Tích phân 2 sóng sin cùng tần số.

Nếu 2 sóng sin có cùng tần số như nhau thì dạng sóng hợp thành luôn luôn dương, giá trị trung bình của nó luôn luôn khác 0 Đây chính là cơ sở của quá trình giải điều chế tín hiệu OFDM Các máy thu biến đổi tín hiệu thu được từ miền tần số nhờ sử dụng kĩ thuật biến đổi Fourier nhanh (FFT).

Việc giải điều chế chặc chẽ được thực hiện kế tiếp trong miền tần số bằng cách nhân một sóng mang được tạo ra trong máy thu đơn với một sóng mang được tạo ra trong máy thu có cùng tần số và pha Sau đó phép tích phân sẽ làm tất cả các 21ong mang bằng 0 ngoại trừ 21ong mang cần điều chế.

2.2.1.2 Tiền tố vòng CP (Cyclic prefix):

Tiền tố vòng CP (Cyclic prefix) có thể hoàn toàn loại bỏ nhiễu xuyên kí tự ISI miễn là thời lượng CP lâu hơn trễ lan truyền CP chính là sự lặp lại phần dữ liệu gồm các mẫu cuối của khối được gắn vào trước một tải tin Chính CP chống lại nhiễu liên khối và làm kênh quay vòng và cho phép cân bằng miền tần số với độ phức tạp thấp.

Hình 2.5: Mô tả tiền tố vòng (Cyclic prefix).

Tuy vậy một hạn chế của CP là nó được thêm vào trước tải tin làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông CP không chỉ làm giảm hiệu suất băng thông, ảnh hưởng của CP cũng tương tự như hệ số roll-off trong các hệ thống 22ong mang đơn được lọc cosin nâng.Do OFDM có một phổ “tường gạch” đan xen rất nhọn, một tỉ lệ lớn các băng thông kênh cấp phát có thể được sử dụng cho truyền số liệu, giúp làm giảm suy hao hiệu suất do tiền tố vòng CP.

OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh đa đường bằng cách mã hoá và chèn thông tin trên các 22ong mang con trước khi truyền đi Điều chế OFDM có thể thực hiện được với biến đổi ngược Forrier nhanh –IFFT, phép biến đổi này cho phép một số lượng lớn các 22ong mang con (lên tới 2048) với độ phức tạp thấp.

Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong miền thời gian chính là các sysbol OFDM và trong miền tần số chính là các 22ong mang con Tài nguyên về thời gian và tần số có thể được tổ chức thành các kênh con (sub-channel) cấp phát cho người 22ong.OFDMA là một nguyên lý đa truy nhập-ghép kênh cung cấp khả năng ghép kênh các luồng dữ liệu từ nhiều người 22ong trên các kênh con hướng xuống và đa truy nhập hướng lên nhờ các kênh con hướng lên.

2.2.1.3 biểu tượng pilot:

Các biểu tượng Pilot đóng vài trò quan trọng trong việc cân bằng và ước lượng kênh Trong quá trình truyền tín hiệu, máy thu và máy phát cần phải báo cho nhau về tình trạng của kênh hay về tham số của bộ giải điều chế được sử dụng cho gói tin đã nhận được … thông tin này có thể lấy trong bản 22ong sysbol OFDM nhờ các 22ong mang Pilot.

2.3 Kĩ thuật OFDMA trong WIMAX:

2.3.1 Cấu trúc biểu tượng OFDMA và kênh con hoá:

Cấu trúc biểu tượng OFDMA gồm 3 loại 23ong mang con như hình 2.6:• 23ong mang con dữ liệu (Dat) cho truyền dữ liệu.

• 23ong mang con dẫn đường (Pilot) cho mục đích ước lượng và đồng bộ.

• 23ong mang con vô dụng (Null) không để truyền dẫn, được sử dụng cho các băng bảo vệ và các 23ong mang DC.

Hình 2.6: Cấu trúc 23ong mang con OFDMA.

Các kênh con tích cực (dữ liệu và dẫn đường) được nhóm lại thành các tập con các 23ong mang con gọi là các kênh OFDMA PHY hỗ trợ kênh con hoá ở cả hướng xuống DL và hướng lên UL Đơn vị tài nguyên tần số thời gian tối thiểu là một khe bằng với 48 âm điệu dự liệu (các 23ong mang con).

Có 2 kiểu hoán vị các kiểu sóng mang con cho kênh con hoá: phân tập (Diversity) và lân cận (Contiguous) Hoán vị phân tập kéo theo các 23ong mang con ngẫu nhiên tạo thành các kênh con Nó cung cấp phân tập tần số và lấy trung bình nhiễu liên tế bào

Các hoán vị phân tập gồm DL FUSC (Fully used sub-carrier: 23ong mang con sử dụng hoàn toàn), DL PUSC (Patially used sub-carrier: 23ong mang con sử dụng một phần) và UL PUSC và các hoán vị tuỳ chọn thêm vào

Với DL PUSC, mỗi cặp biểu tượng OFDM, các 23ong mang con khả dụng được nhóm lại thành các cluster chứa 14 sóng mang con lân cận trên mỗi khoảng thời gian của biểu tượng, với cấp phát dữ liệu và dẫn đường trong mỗi Cluster trong các biểu tượng chẵn và lẻ như mô tả ở hình 2.7.

Hình 2.7: Tần số DL gồm nhiều kênh con.

Một nguyên lý săp xếp lại được sử dụng để tạo thành các nhóm cluster chẳng hạn mỗi nhóm được tạo thành bởi các cluster được phân bố qua không gian các 24ong mang con.Mỗi kênh con trong một nhóm chứa 2 cluster và được tạo bởi 48 sóng mang con và 8 sóng mang dẫn đường (Pilot) Các 24ong mang dữ liệu trong mỗi nhóm được tiếp tục hoán vị để tạo thành các kênh con trong phạm vi nhóm

Vì vậy, chỉ các vị trí dẫn đường trong cluster là được biểu thị trong hình 2.8 Các 24ong mang con dữ liệu trong các cluster được phân bố cho nhiều kênh con.

Cấu trúc cluster cho DL, một cấu trúc lát (tile) được định nghĩa cho UL PUSC có định dạng như hình 2.8.

Hình 2.8: Cấu trúc Tile cho đường lên UL PUSC.

Không gian 24ong mang con khả dụng sẽ được chia thành các lát (Tile) và 6 lát được chọn từ toàn bộ phổ theo nguyên lý hoán vị \ sắp xếp lại Và được nhóm lại với nhau tạo thành khe (slot) Một slot gồm 48 sóng mang con dữ liệu và 24 sóng mang con dẫn đường trong 3 biểu tượng OFDM

Hoán vị lân cận nhóm một khối các 24ong mang lân cận tạo thành một kênh con Các hoán vị lân cận gồm AMC hướng DL và AMC hướng UL có cùng cấu trúc Trong một

biểu tượng có 9 sóng mang con lân cận gọi là BIN, với 8 trong số đó được ấn định cho dữ liệu và một được ấn định cho dẫn đường ( Pilot )

Một slot trong AMC được định nghĩa như một tập các Bin của kiểu (NxM=6), trong đó N là số các Bin lân cận và M là số các biểu tượng lân cận Do vậy các tổ hợp cho phép là ( 6 Bin, 1 sysbol ).

2.3.2 Scalable OFDMA:

Chế độ OFDM cho mạng không dây diện rộng (Wireless MAN) theo chuẩn IEEE 16-e dựa trên kĩ thuật S-OFDMA S-OFDMA hỗ trợ nhiều dải băng thông khác nhau để xác định hoạt động nhu cầu cấp phát phổ khác nhau và các yêu cầu mô hình sử dụng Khả năng tỉ lệ được hỗ trợ nhờ điều chỉnh kích thước FFT trong khi vẫn giữ nguyên độ rộng băng tần 25ong mang con là 10.94 Khz

Do vậy băng thông 25ong mang con theo đơn vị tài nguyên và độ dài của sysbol là cố định, ảnh hưởng của các lớp cao hơn cũng được tối thiểu hoá khi lấy tỷ lệ băng thông Các tham số S-OFDMA được liệt kê trong bảng 1 Các băng thông hệ thống cho 2 hồ sơ mà nhóm kĩ thuật WIMAX Forum đưa ra lần đầu là 5 và 10 Mhz.

2.3.3 Cấu trúc khung TDD:

Chuẩn 802.16e hỗ trợ TDD và FDD bán song công, tuy nhiên phê chuẩn WIMAX di động đưa ra lần đầu tiên chỉ có TDD Với những phát hành sắp tới, WIMAX Forum sẽ đề cập đến FDD cho các thị trường xác định-nơi mà các yêu cầu ổn định phổ cục bộ sẽ hoặc kế thừa TDD hoặc sẽ triển khai FDD

• TDD cho phép điều chỉnh tỉ lệ UL/DL để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng không đối xứng giữa đường xuống và đường lên (với FDD thì tỉ lệ đường xuống và đường lên là không đổi và thường là bằng băng thông của đường xuống và đường lên).• TDD đảm bảo sự trao đổi kênh để: hỗ trợ khả năng điều chỉnh đường truyền,

MIMO và các công nghệ anten vòng kín cao cấp khác.

• Không như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơn cho cả đường lên và đường xuống đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấp phát tần số toàn cục.

• Các thiết kế bộ thu phát để triển khai TDD cũng ít phức tạp và ít tốn kém hơn.

Hình 2.9: Cấu trúc khung WIMAX OFDMA.

Hình 14 mô tả cấu trúc khung OFDM ở chế độ TDD Mỗi khung được chia thành các khung con hướng xuống (DL) và hướng lên (UL) bởi bộ phát/thu và thu/phát (TTG và RTG ) để tránh xung đột giữa hướng lên và hướng xuống Trong một khung, thông tin điều khiển 26ong để đảm bảo hoạt động hệ thống được tối ưu:

• Phần đầu khung (Preamble): là biểu tượng OFDM đầu tiên của khung 26ong để

đồng bộ.

• Tiêu đề điều khiển khung (FCH): FCH nằm sau phần mở đầu khung Nó cho

biết thông tin cấu hình khung như độ dài bản tin MAP, nguyên lý mã hoá và các kênh con khả dụng.

• DL-MAP và UL-MAP: DL-MAP và UL-MAP cho biết cấp phát kênh con và

các thông tin điều khiển khác lần lượt cho các khung con DL và UL.

• Sắp xếp UL: kênh con sắp xếp cho UL được cấp phát cho trạm di động MS để

thực hiện điều chỉnh: thời gian vòng kín, tần số và công suất cung cấp cũng như yêu cầu băng thông.

• UL CQICH: kênh UL CQICH cấp phát cho MS để phản hồi trạng thái kênh.

• UL ACK: kênh UL ACK cấp cho MS để xác nhận phản hồi DL HARQ.

2.3.4 Các đặc tính lớp vật lý cao cấp khác:

WIMAX di động đưa ra các kĩ thuật: AMC-điều chế thích nghi và mã hoá, HARQ-yêu cầu tự động lặp lại tự động lại kiểu kết hợp, CQICH-phản hồi kênh nhanh để nâng cao khả năng phủ 27ong, dung lượng cho WIMAX trong các ứng dụng di động

Trong WIMAX di động ở đường xuống, bắt buộc phải có các hỗ trợ điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM, còn ở đường lên, 64 QAM là tuỳ chọn Cả mã hoá vòng và mã hoá Turbo vòng với tốc độ mã thay đổi và mã lặp cũng được hỗ trợ.

Ngoài ra, mã khối Turbo và mã kiểm tra chẵn lẻ mức độ thấp (LDPC) cũng được hỗ trợ tuỳ chọn Bảng 2 tổng kết các nguyên lý mã hoá và điều chế hỗ trợ trong WIMAX di động (điều chế và mã hoá hướng lên tuỳ chọn được in nghiêng).

Mỗi khung có 48 biểu trưng OFDM gồm 44 biểu trưng OFDM sẵn 28ong để truyền dữ liệu Các giá trị được đánh dấu màu là để chỉ các tốc độ cho kĩ thuật 64 QAM tuỳ chọn ở đường lên.

Bộ lập lịch trạm gốc xác định tốc độ dữ liệu phù hợp cho mỗi cấp phát cụm (burst) dựa trên kích thước bộ đệm và điều khiển truyền sóng ở phía thu,…Một kênh chỉ thị chất lượng kênh (CQI-channel quality indicator) được sử dụng để cung cấp thông tin trạng thái kênh từ thiết bị đầu cuối người 28ong đến bộ lập lịch trạm gốc.

Thông tin trạng thái kênh tương ứng từ kênh CQICH gồm: CINR vật lý, CINR hiệu quả, lựa chọn chế độ MIMO và lựa chọn kênh con lựa chọn tần số Với kĩ thuật TDD, khả năng điều chỉnh kênh lợi dụng ưu điểm khả năng trao đổi kênh để cung cấp thông tin chính xác hơn về tình trạng kênh.

WIMAX di động cũng hỗ trợ HARQ HARQ được phép sử dụng giao thức “dừng và đợi ” N kênh để cung cấp khả năng đáp ứng nhanh để đóng gói lỗi và cải tiến khả năng phủ 29ong đường biên cell

Ngoài ra để cải thiện hơn nữa sự ổn định của đường truyền Một kênh dành riêng ACK cũng được cung cấp ở đường lên để báo hiệu ACK /NACK của HARQ Hoạt độngs đa kênh HARQ cũng được hỗ trợ

ARQ đa kênh dừng và đợi (stop and wait) với một số lượng nhỏ kênh là một giao thức đơn giản mà hiệu quả cho phép tối thiểu bộ nhớ yêu cầu cho HARQ WIMAX cũng cung cấp báo hiệu cho phép hoạt động ở chế độ không đồng bộ

Chế độ không đồng bộ cho phép các độ trễ khác nhau giữa những lần truyền lại và chính điều này đem lại sự linh hoạt cho bộ lập lịch do sự hiệu quả của mào đầu thêm vào khi cấp phát phiên truyền lại HARQ kết hợp với CQICH và AMC sẽ cung cấp khả năng thay đổi đường truyền trong môi trường di động với tốc độ xe tải không vượt quá 120 Km/h.

2.4 Phân bố rayleigh và Rice:

Khi nghiên cứu các kênh vô tuyến di động, thường các phân bố Rayleigh và Rice được sử dụng để mô tả tính chất thống kê thay đổi theo thời gian của tín hiệu phading phẳng Trong phần này, ta sẽ xét các phân bố này và đưa ra các tính chất của chúng.

2.4.1 Phân bố Rayleigh:

Trong các đường truyền vô tuyến, tín hiệu RF từ nơi truyền sẽ bị phản xạ bởi nhà cửa và các vật chắn trên đường truyền … Điều này sẽ làm tăng bội số đường truyền tại máy thu.Nếu giữa anten phát và anten thu không có đường truyền tầm nhìn thẳng (LOS) thì tia phát được thu bằng nhiều đường 29ong khác nhau do phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ Do vậy điện trường tổng hợp thu được lớn hơn nhiều so với tia tương tự truyền trong không gian tự do

Ngoài ra, các thăng giáng tức thời của điện trường thu được phức tạp hơn so với tương tác 2 tia do nhiễu từ nhiều đường truyền 29ong Hiện tượng này gọi là phading Rayleigh.Ta có thể xem phân bố phading Rayleigh là phân bố đường bao của tổng 2 tín hiệu phân bố GAUSS vuông góc Hàm mật độ xác suất (PDF) của phân bố phading Rayleigh được

0r , 0

r0 ,)

Trong đó, β là biến ngẫu nhiên của điện áp đường bao tín hiệu thu và r là giá trị của biến này, σ là giá trị trung bình quân phương của tín hiệu thu của từng thành phần Gauss, σ2là công suất trung bình theo thời gian của tín hiệu thu của từng thành phần Gauss.

Giá trị trung bình, βtbcủa phân bố Rayleigh trở thành:σ

 −−

Phân bố Rice được biểu diễn như sau:

0, 0

0,0, )

Trong đó A là biên độ đỉnh của tín hiệu vượt trội và I0(.)là hàm Bessel cải tiến loại một bậc 0 được xác định như sau: