Ước lượng kênh trong hệ thống OFDM của WIMAX

Ứng dụng của WIMAX

Nó được thiết kế để phục vụ cho nhiều môi trường khác nhau (doanh nghiệp, người 18ong 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. 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).

Công nghệ điều chế OFDM

Nếu tất cả các 23ong mang khác đều được dịch xuống tần số tích phân của 23ong mang này (trong một chu kỳ sysbol τ ), thì kết quả tích phân cho các 23ong mang khác sẽ bằng 0. 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). 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.

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. 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 26ong mang con (lên tới 2048) với độ phức tạp thấp. OFDMA là một nguyên lý đa truy nhập-ghép kênh cung cấp khả năng ghép kênh các luồng dữ liệu từ nhiều người 26ong trên các kênh con hướng xuống và đa truy nhập hướng lên nhờ các kênh con hướng lên.

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 26ong sysbol OFDM nhờ các 26ong mang Pilot.

Kĩ thuật OFDMA trong WIMAX

Các hoán vị phân tập gồm DL FUSC (Fully used sub-carrier: 27ong mang con sử dụng hoàn toàn), DL PUSC (Patially used sub-carrier: 27ong 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 27ong 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. Do vậy băng thông 29ong 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.

• 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. 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 31ong, dung lượng cho WIMAX trong các ứng dụng di động. Sự tổ hợp các kĩ thuật điều chế và các tốc độ mã đem lại sự tinh phân giải tốc độ dữ liệu như minh hoạ trong bảng 3 (với độ rộng các kênh là 5 Mhz và 10 Mhz với các kênh con PUSC), độ dài khung là 5ms.

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 32ong đến bộ lập lịch trạm gốc.

Phân bố rayleigh và Rice

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. 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.

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. Khi tín hiệu thu có thành phần ổn định (không bị phading) vượt trội, đường truyền trực tiếp (Line of sight), phân bố phading đường bao phạm vi hẹp có dạng phân bố Rice. Trong phân bố Rice, các thành phần đa đường đến máy thu theo các góc khác nhau và xếp chồng lên tín hiệu vượt trội này.

Khi K tiến đến 0 thì kênh suy thoái thành kênh Rayleigh, khi K tiến đến vô hạn thì kênh chỉ có đường trực tiếp.

Ước Lượng Kênh Trong OFDM

Giới thiệu chương

Một chu kỳ thời gian mở rộng có độ dài là TG được sử dụng để loại trừ nhiễu liên khối và bảo toàn tính trực giao của tones. Khi biên độ αmcó giá trị phức tạp và 0≤τmTs ≤TG, thì toàn bộ đáp ứng xung nằm trong khoảng bảo vệ. Tính hiệu quả của mẫu tuần hoàn được mô tả bởi (3.1) và (3.2) phụ thuộc vào những mục tiêu phù hợp của khoảng bảo vệ, làm thế nào để nó có thể loại được nhiễu liên khối.

Tuy nhiên, với xung non-T-spaced, nếu τmkhông phải là số nguyên, năng lượng của nó sẽ chảy qua mọi điểm gk. Chú ý rằng hầu hết mọi năng lượng là được giữ trong những vùng lân cận của vị trí xung đầu tiên. Biểu tượng truyền xk xuất hiện trong biểu thức ước lượng, là biểu tượng huấn luyện hoặc biến lượng tử hóa thay đổi trong ước lượng trực tiếp.

Ước lượng MMSE yêu cầu việc tính toán có độ phức tạp cao, nhưng ngược lại ước lượng LS có bình phương sai số trung bình lớn.

Giảm kích thước FFT của ước lượng MMSE và LS

Ước lượng LS là tương đương với cái gì đó được quy cho là thấp nhất. Nếu chúng ta đưa vào tính toán điểm L đầu tiên của g và đặt Rgg(r,s)=0 với r,s. Nếu ma trận T biểu thị cột L đầu tiên của ma trận_DFT F và Rgg' biểu thị góc trái phía trên LxL của.

Mặc dầu sự phức tạp của ước lượng LS không yêu cầu phải thay đổi, nó biểu diễn trong điều kiện của MSE có thể được cải tiến cho độ lớn của SNR bởi những khái niệm tổng quát ở trên. Một cách trực quan, nó loại trừ những điểm năng lượng thấp của g, sẽ bổ sung một số vị trí thiếu sót của năng lượng g, giảm nhanh chóng những điểm nằm ngoài điểm đầu tiên (L), khi năng lượng của nhiễu được cho là không thay đổi trên toàn bộ dãy.

Mô Phỏng Ước Lượng

Giới thiệu chương

Về cơ bản, nếu mỗi biểu tượng là một bit thì tốc độ lỗi biểu tượng là tốc độ bit, tuy nhiên nếu biểu tượng là một số bit thì tốc độ biểu tượng khác tốc độ bit. Nhìn vào kết quả ở hình 4.1( đường màu đen-là SER của MMSE, đường màu xanh-là SER của LS ), ta thấy tỷ lệ lỗi biểu tượng của MMSE nhỏ hơn so với LS ở từng SNR (6 mức SNR). Hơn nữa ước lượng MMSE là kiểu ước lượng có liên quan đến các thông số thống kê của kênh và kích thước của ma trận Fourier nên quá trình tính toán thực hiện chậm hơn, nhưng ước lượng LS hoàn toàn không tuân theo quy luật thống kê.

Như ta đã biết, với ước lượng MMSE thì độ phức tạp càng tăng dần khi ta tăng số lượng các sóng mang con, điều này sẽ làm tăng khoảng thời gian tính toán, cũng như gây ra việc chậm trễ sẽ ảnh hưởng đến các chất lượng dịch vụ đòi hỏi việc xử lý nhanh chóng. Như vậy chỉ những đáp ứng xung có mức năng lượng cần thiết mới được giữ lại còn những đáp ứng xung có mức năng lượng gần bằng 0 thì ta bỏ đi, khi đó sẽ làm giảm đi đáng kể kích thước của ma trận Fourier. Ở biểu đồ sau dây ta có thể thấy mức độ chính xác sẽ tăng dần khi ta tăng kích thước của FFT thì các đường có kích thước cửa sổ lớn hơn (như MMSE5, MMSE10) tiến gần hơn với đường MMSE mặc định.

Tuy nhiên với việc giảm kích thước FFT ta vẫn thấy rằng với một số điểm nhất định, nó vẫn có tính chính xác hơn ước lượng LS, đó là những điểm nằm dưới đường LS.