Nghiên cứu tổng quan về WiMAX, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong WiMAX

Nghiên cứu tổng quan về WiMAX, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong WiMAX

CÁC T VI T T TAMC 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 NetworksWISPs 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 ii 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 quantr ng h n là vi c m r ng dân trí cho ng i dân các vùng xa xôi h o lánh trên tc 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 hth 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 dâyi 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 nhng 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 acó 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

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 cácng t n con trên toàn b b ng t n c c p phát d n n không nh ng t chi 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 cònph 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 nhi 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 khich 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 sc 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(2π f tN )

( )

s t

cos(2 f2t)

cos(2 fNt)S

cos(2 f1t)

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.

u này g i là tính tr c giao c a d ng sóng sin Nó cho th y r ng mi n là haing 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 phânc th c hi n, t t c các sóng mang s v không ngo i tr sóng mang c nhân, nóc 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 sincùng t n s

Hình 1.5.Tích phân c a hai sóng sinkhác 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 ngng 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 uph c Sc(t) c th hi n b i công th c :

Trong ó : n= o+n

T t nhiên, ây là m t tín hi u liên t c N u ta xem các d ng sóng c a m i ph n tín hi u trên m t chu k symbol thì các bi n s Ac(t) và c(t) và nh n các giá tr cnh mà các giá tr này ph thu c vào t n s c a sóng mang c th ó, nh v y có thvi t l i nh sau:

n(t) nAn(t) An

N u tín hi u c l y m u v i t n s l y m u có giá tr là 1/T ( v i T là chu ky m u), thì tín hi u h p thành c th hi n b i công th c :

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 Fourierng c:

Trong bi u th c (1.5), hàm s Ane gi ng nh nh ngh a c a tín hi u trongkho ng t n s l y m u và Ss(kT) là m t bi u di n trong mi n th i gian.

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 cch 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 cch 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 su ch

D li u s c truy n trong k t n i OFDM b ng cách dùng s u ch trêni t i ph S u ch là s ánh x các d li u vào chòm sao th c( ng pha) vàph 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 dùngu ch v i nhi u m chòm sao s cho phép c i thi n hi u qu ph (ho c hi usu t b ng thông) Tuy nhiên s m trong gi n chòm sao càng l n bao nhiêu thìvi 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.

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 dou 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 giancó 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 ngo 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 ia 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 thayi 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 ngng 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 nhng 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.

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.

CHNG 2

GI I THI U V WIMAX2.1 Gi i thi u chng

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, giúpng i c hi u c nh ng u m và nh c m c a Wimax so v i các th htr c.

2.2 Khái ni m v WiMax[2]

WiMax là m t m ng không dây b ng thông r ng vi t t t là WorldwideInteroperability for Microwave Access WiMax c thi t k d a vào tiêu chu n IEEE802.16 WiMax ã gi i quy t t t nh t nh ng v n khó kh n trong vi c qu n lý ucu i.

WiMax s d ng k thu t sóng vô tuy n k t n i các máy tính trong m ngInternet thay vì dùng dây k t n i nh DSL hay cáp, modem Trong Wimax, ng i d ng có th s d ng trong ph m vi t 3 n 5 d m so v i tr m ch (BS) n u thi tp m t ng d n công ngh NLOS (Non-Line-Of-Sight) v i t c truy n d li u r tcao là 75Mbps Còn n u ng i s d ng trong ph m vi l n h n 30 d m so v i tr m ch(BS) thì s có anten s d ng công ngh LOS (Line-Of-Sight) v i t c truy n d li u

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

TechnologyPrimary useData 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 m2004 Tiêu chu n này s d ng ph ng th c u ch OFDM và có th cung c p cácch v c nh, nomadic (ng i s d ng có th di chuy n nh ng c nh trong lúc k t

i) 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 di

IEEE 802.16 s d ng ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao OFDM nh làph 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 khácbi 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 hth 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 svà g m m t s các sóng mang liên ti p nhau Subchannel index u khi n s d ngnh 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 vàUL c b t u v i ô preamble (cho bi t gi i h n s sóng mang c a symbol) tìmi 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 OFDMA2.5.1 Gi i thi u chung

OFDMA m r ng ch c n ng c a OFDM b ng cách thêm vào c m a truyp trong mi n t n s u này có ngh a là b ng thông c chia thành các khe chong 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 nhaulà 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 uch 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 mangu ch -BPSK và có dài 1 symbol OFDMA Preamble c s ng vào m c íchng b hóa

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 cm nh là roaming), nh ng c ng có nh ng thay i l p v t lý:

- S thay i quan tr ng là 802.16e không ch cung c p size FFT 2048 mà cònthêm các size FFT khác(1024,512, và 128).

- T t c các thông s khác (Nused, s subchannel ) s thay i theo kích th cFFT.

- 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.

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 dâyng 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 tinqu 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 chgi 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 tlý 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 hàngtr 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, htr 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 png, 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 phânbi 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 pnh n c L p MAC chu n IEEE 802.16 c ng u khi n quá trình truy nh p và r ikh 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 phânlo 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 cácc 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 tBS 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 ang i dùng, trong khi 3 lo i còn l i thì c s d ng truy n thông tin u khi n g ilà k t n i qu n lý MAC.

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 2.10 So sánh hai lo i Generic Header c a MAC PDUng 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

CID msb (8)LEN lsb (8)

Generic MAC Header Format(Header Type (HT) = 0)

BW Req Header Format(Header Type (HT) =1)

C Type (6 bits)rsv

HCS (8)CID lsb (8)

BW Req.msb (8)H

CID msb (8)BWS Req lsb (8)

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 thôngc 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

FEC block 1

CRCMAC PDU Payload

PHY Burst

(e.g., TDMA burst) Preamble

Multiple MAC PDUs are concatenated into the same PHY burst

Hình 2.13 S óng gói MAC PDU

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

H T

F EC b loc k 1

C R CMA C PD U Pay load

O F D Ms ym b o l1

P H Y B u rs t

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

O F D Msy m b ol2

O F D Ms ym b oln

F E C F EC Blo ck 2 F EC b loc k m

F EC B loc k 3

Hình 2.12 S óng gói d li u

2.7.3 L p PHY2.7.3.1 Gi i thi u

th ng IEEE 802.16 PHY ho t ng trong d i t n s 2-11GHz c thi t k choNLOS, t c truy n d li u là 1-75Mbps Các lo i u ch bao g m:

• QPSK, 16QAM, 64QAM, (256QAM).• Single Carrier.

2.7.3.2 Phng 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 hng c amôi trng NLOS[5]

Các k thu t c s d ng gi i quy t hay gi m nh nh ng nh h ng trong môitr ng NLOS c a WiMAX là:

• thu t OFDM

• Phân chia kênh con

Hình 2.14 Mô t v FDD và TDD

Hình 2.15 V trí NLOS c a CPE

h tr QoS, kh n ng v n dài và công su t d li u cao c dành cho các ngng truy c p b ng r ng c nh nh ng vùng xa xôi, h o lánh n i công ngh ch an 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 png 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 khuc l n h n.

• Công ngh ngten tiên ti n- Nh c m:

• Công ngh LOS ch làm vi c trong ph m vi t 5 n 30 d m so v i tr m chnên không th v i kho ng cách r ng h n.

• 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

Chng 3

KH C PH C3.1 Gi i thi u chng

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 tnh, 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 ngu 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 icó 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 ngng, 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 hng c a nhi u trong h th ng vô tuy n3.3.1 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 nt 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 yng 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 d2) Suy hao c tính theo công th c lan truy n không gian t do:

trong ó Pr và Pt 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 Gt và Grvàcông 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=fc nên =c/fc , công su t nh n c s gi m bìnhph 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 P0 , d0và P0 là công su t suy hao o

c trên kho ng cách tham chi u là d0 và th ng c ch n là 1m Trên th c t , P0

4 dGGP

ddPP

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.• n s sóng mang s d ng.

• Kho ng cách gi a hai ng-ten phát và thu.

3.3.2 Che ch n(shadowing)

Nh ta ã bi t, s suy hao nh h ng n công su t t i máy thu có liên quan nkho ng cách gi a máy phát và máy thu Tuy nhiên, còn nhi u nhân t khác có th cónh h ng l n n t ng công su t thu c Ví d , cây c i và nhà c a có th c ti v trí gi a máy phát và máy thu, nh ng v t c n này sinh ra ng truy n t m th ivà 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 áxu 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 nàon 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 dâydo 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 tng 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 mongmu 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 phavà 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 tínhi 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 hìnhch V C ng tín hi u b thay i th t th ng và r t nhanh chóng gây ra s suygi 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