Tổng quan về các công nghệ đa truy nhập và OFDMA trong WIMAX

Ưu nhươ ̣c điểm của FDMA

Một khi người sử dụng chấm dứt phiên liên lạc của mình thì tài nguyên (TS) sẽ được giải phóng trả lại cho mạng để có thể ấn định cho người sử dụng khác (cho thuê bao khác đang cố gắng truy nhập mạng để yêu cầu dịch vụ). Trong phương pháp này đường lên (từ máy đầu cuối đến trạm gốc) bao gồm các tín hiệu đa truy nhập theo thời gian (TDMA) được. TB TB TB TB TB. đến máy đầu cuối) là tín hiệu ghép kênh theo thời gian (TDM: Time Division Multiplexing) được phát đi từ trạm gốc cho các máy đầu cuối., Phương pháp TDMA/TDD (TDD: Time Division Multiplexing) go ̣i là đa truy nhập phân chia theo thời gian với ghép song công theo thời gian được sử dụng để có thể phân bổ tần số thông minh hơn.

Ưu, nhươ ̣c điểm của TDMA

Trong phương pháp này cả hai đường lên và đường xuống đều sử dụng chung một tần số, tuy nhiên để phân chia đường phát và đường thu các khe thời gian phát và thu được phát đi ở các khỏang thời gian khác nhau.

Đa truy nhâp theo mã (CDMA) 1. Nguyên lý CDMA

Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu, và không có con số lớn nhất cố định, nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm. Bởi vì sự tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất nhỏ: việc tách sóng kết hợp sẽ chỉ cấp năng lượng cho tín hiệu mong muốn và một phần nhỏ cho tín hiệu của người sử dụng khác và băng tần thông tin.

Đa truy nhâ ̣p theo không gian (SDMA)

Ở hệ thống anten thích ứng, các tín hiệu thu từ nhiều anten được đánh trọng số, được kết hợp theo các tiêu chuẩn như: sai lỗi bình phương trung bình cực tiểu (MMSE: Minimum Mean Square Error) hay bình phương thấp nhất (LS: Least Squares) để đạt được tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR cực đại. SDMA thường được sử dụng như là một phương pháp đa truy nhập bổ sung cho ba phương pháp đa truy nhập đầu tiên để tăng dung lượng cho các mạng thông tin đa truy nhập vô tuyến sử dụng các phương pháp này.

Kết luâ ̣n

Trong những năm gần đây, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) đã được đề xuất và chuẩn hoá cho truyền thông tốc độ cao.Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong OFDM, sự khác nhau giữa OFDM và FDM, tính trực giao, cấu trúc OFDM, sơ đồ khối hệ thống OFDM, ưu nhược điểm của hệ thống OFDM, kỹ thuật điều chế sử dụng trong OFDM….

Khái niệm OFDM

Tuy nhiên với OFDM nhằm khắc phục hiệu quả phổ kém khi có khoảng bảo vệ (guard period) bằng cách giảm khoảng cách các sóng mang và cho phép phổ của các sóng mang cạnh nhau trùng lắp nhau. Sự trùng lắp này được phép nếu khoảng cách giữa các sóng mang được chọn chính xác sao cho đỉnh của sóng mang này sẽ đi qua điểm không của sóng mang kia tức là các sóng mang trực giao nhau để những tín hiệu được khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ.

Đơn sóng mang (Single Carrier)

Đây chính là nguyên nhân để các hệ thống đa sóng mang chiếm ưu thế hơn các hệ thống đơn sóng mang.

Tính trực giao

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 chặt chẽ được thực hiện kế tiếp trong miền tần số (digital domain) 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 chính xác tần số và pha. Để xem tính trực giao của những tín hiệu OFDM ta tiến hành phân tích phổ của hàm sin(x)/x .Nhận thấy mỗi sóng mang gồm một đỉnh tại tần số trung tâm và một số điểm không cách nhau bằng khoảng cách giữa các sóng mang.

Cấu trúc OFDM

Trong kí tự OFDM thứ 1 và thứ 3, những sóng mang con bên ngoài của mỗi lát đều là những sóng mang con dẫn đường và có thể ước lượng đáp ứng kênh tại những tần số này bằng việc so sánh với những sóng mang dẫn đường tham chiếu đã biết trước. Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hoá sửa sai theo phương pháp FEC (Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin, cụ thể là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép, điều này càng thể hiện rừ ở kờnh truyền bị tỏc động của AWGN. Trong OFDM, theo một số khuyến nghị, người ta còn kết hợp mã hoá với kỹ thuật xen rẽ (interleaving) trên giản đồ thời gian – tần số để khắc phục lỗi chùm (burst error) thường xuất hiện trong thông tin đa sóng mang do hiện tượng Fading lựa chọn tần số.

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

Các đặc tính của OFDM

CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM

• Các vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDM

Ở bước đồng bộ tinh, do thời gian đồng bộ chính xác nhỏ hơn 0,5 mẫu tín hiệu nên kể cả ảnh hưởng của lỗi đồng bộ, đáp ứng xung kênh chắc chắn nằm trong thời khoảng của CP (vì thời khoảng của CP phải lớn hơn thời khoảng đáp ứng xung kênh ít nhất là một mẫu). Nếu sử dụng một cửa sổ trượt có độ rộng đúng bằng thời khoảng của CP (tức là điểm cuối của cửa sổ trùng với điểm bắt đầu của ký tự OFDM) thì cửa sổ này trùng với thành phần CP của ký tự OFDM sẽ có một cực tiểu về công suất trung bình của các mẫu d(m) trong cửa sổ này. Hệ thống điều chế pha M mức(M-PSK): do các ký tự trong không gian tín hiệu chỉ khác nhau về pha trong khi độ lớn bằng nhau nên PAPR=1.PAPR quá lớn sẽ tạo ra nhiều bất lợi như làm tăng độ phức tạp của bộ biến đổi D/A, A/D và làm giảm hiệu quả của bộ công suất cao tần.

ĐA TRUY NHẬP THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO (OFDMA )

Giới thiệu

Ví dụ, sóng mang con 1, 3, và 7 được phân chia cho người sử dụng thứ nhất, sóng mang con 2, 5 và 9 được phân cho người sử dụng thứ 2… Bằng cách này, OFDMA tương tự như phương thức đa truy cập phân chia theo tần số thông thường (FDMA). Thí dụ cụ thể này thực tế là sự hỗn hợp của OFDMA và TDMA bởi vì mỗi người sử dụng chỉ phát ở một trong 4 khe thời gian, chứa 1 hoặc vài symbol OFDM, 7 người sử dụng từ a đến g đều được đặt cố định (fix set) cho các sóng mang theo bốn khe thời gian. Điều này có lợi là tính phân tập theo tần số tăng lên bởi vì mỗi người sử dụng dùng toàn bộ băng thông có sẵn cũng như là có lợi về xuyên nhiễu trung bình, điều rất phổ biến đối với các biến thể của CDMA.

Ứng dụng OFDM trong WIMAX 1. Định nghĩa WIMAX

Tuy nhiên OFDM đã chứng tỏ là nó có những ưu việt hơn rất nhiều về tốc độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đã được IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền thông vô tuyến băng rộng trong chuẩn IEEE 802.16e. Mặc dù vậy, OFDM không phải không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số (Intercarrier interference - ICI) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bít lỗi (BER). Ngoài ra OFDM chịu ảnh hưởng của nhiễu xung, có nghĩa là một xung tín hiệu nhiễu có thể tác động xấu đến một chùm tín hiệu thay vì một số ký tự như trong CDMA và điều này làm tăng tỷ lệ lỗi bit của OFDM so với CDMA.