L IăC MăT
6.1.MƠ HÌNH WiMAX OFDM (IEEE 802.16-2004)
H T NG WAVELET OFDM
6.1.MƠ HÌNH WiMAX OFDM (IEEE 802.16-2004)
Trongăch ngănƠy,ăđ tài s mơ ph ng h th ng WiMAX theo chuẩn 802.16. Tín hi uăbanăđ uăđ c t o ra từ kh i t o d li u ng uănhiên.ăCh ngătrìnhăs d ng
ph ngăphápămƣăhĩaăFEC,ămƣăhĩaăRSăvƠămƣăhĩaătíchăch p,ăvƠăcácăph ngăphápă đi u ch đ c s d ng là BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. T tăđ c gom chung thành kh iă mƣă hĩaă đi u ch thích nghi (AMC). Kênh truy n vơ tuy nă đ c th c hi n trên kênh AWGN, fading ph ng và fading l a ch n t n s , tham s SNR cĩ th
thayăđ i cho phù h p v iămơiătr ng th c t .
6.1.2. S ăđ kh i c a h th ng WiMAX
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 64
6.1.2.1. S ăđ kh i bên phát
D ăli u AMC Phát OFDM
Hình 6. 2. Sơ đồ khối bên phát
bên phát g m các kh i t o d li u ng u nhiên, kh i AMC, kh i t o IFFT t o gĩi, và kh i phát OFDM . Các kh iămƣăhĩaăkênhăđ c thi t k đ c i thi n hi u su t thơng tin b ng vi c cho phép tín hi u phát ch ng l i t tăh năcácătácăđ ng làm suy hao kênh truy nănh ănhi u ho c fading. Ngồi ra mã hĩa kênh cịn cĩ th s a l i
banăđ u nh vào kh i AMC. L i ích c a mã hố kênh là gi m t l l i bit, th c hi n gi i h n cơng su t và gi i h năđ r ngăbĕngăt n kênh b ng cách thêm m t mã thừa vào d li uă đ c phát. Trong chuẩn IEEE 802.16d, mã hố kênh bao g m ng u nhiên hĩa, s a l i ti n FEC, và kh i chèn. Kh i AMC bao g m mã hố Reed- Solomon, mã tích ch p và chia c tăđ c s d ngăđ đi u ch nh t căđ d li u khác
nhau.ăĐơyălƠăcácăkh i b t bu c trong chuẩn 802.16d.
Đi u ch trongăch ngătrìnhănƠyălƠăđi u ch s , là quá trình dùng d li u s đ thayă đ i tín hi uă sĩngă mangă đ phát qua kênh truy n. V i m t h th ng OFDM,
thayăđ i c aăphaăvƠăbiênăđ cĩ th đ c th c hi nănh ngăt n s thìăkhơngăthayăđ i b i vì các tín hi u sĩng mang ph i cĩ tính tr c giao v iănhau.ăĐi u ch s d ng trong chuẩn 802.16d là BPSK, QPSK, 16-QAM và 64-QAM.ăTrongăch ngătrìnhă
mơ ph ng này dùng t t c các b đi u ch trên v i t căđ mã hĩa khác nhau.
Kh i phát OFDM bao g m ba ph n: t o khung OFDM, t o tín hi u OFDM b ng cách th c hi n IFFT, và chèn chu i CPătr c các ký t OFDM.
H th ngăWiMAXăđ c mơ ph ng là h th ng SISO, nhi u trên kênh truy n
đ c mơ ph ng b ng kh i AWGN, fading.ăTrongăđĩăthamăs t l SNR cĩ th thay
đ iăđ cĩ nh ng k t qu khác nhau.
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 65
Thu OFDM Bù pha & lo iă
b ăsĩngămang Gi iăđi uăch ăAMC D ăli u
Hình 6. 3. Sơ đồ khối bên phía thu
Tín hi u sau khi nh năđ c s đ c gi iăđi u ch theoăcácăb căng c l i so v i
bênăphátăđ lo i b cácăbităd ăthừa và nh n l iăđ c tín hi uăthơngătinăbanăđ u.
6.1.3. Thi t k các kh i
6.1.3.1. Kh i t o d li u ng u nhiên
Hình 6. 4. Khối tạo dữ liệu ngẫu nhiên
Kh i này cĩ nhi m v t o ra m t chu i nh phân ng u nhiên theo phân ph i Bernoulli. Các tham s trong kh iăxácăđnh giá tr banăđ u và xác su t xu t hi n bit 0 c a dãy d li u ng u nhiên. Chu i d li u nh phơnăđ c t oăraătránhăđ c hi n
t ng nhi u bit 1 ho c các nhi u bit 0 liên ti pănhau.ăĐi u này s làm cho vi c ph c h i sĩng mang bên phía thu d dƠngăh n.ăTínăhi u t o ra từ kh i này s đ căđ aă đ n kh i AMC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6.1.3.2. Kh iăđi u ch mã hĩa thích nghi (AMC)
Hình 6. 5. Khối điều chế và sửa lỗi
Trong kh i này th c hi n hai ch cănĕng,ăch cănĕngăđ u tiên là kh i này cĩ kh
nĕngăs a l i ti n FEC và ch cănĕngăth hai là th c hi năquáătrìnhăđi u ch . Mã hĩa s a l i ti n FECăđ c s d ngăđ nâng cao ch tăl ng thơng tin, c th lƠăđ m b o t s l i trong gi i h n cho phép mà khơng ph i nâng cao giá tr c a t s SNR,ăđ c bi t là trong kênh truy n b tácăđ ng c a nhi u AWGN. Ch cănĕngăs a l i ti n FEC
Bernoulli Binary [rateID] Adaptive Modulation & Coding (AMC)
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 66
đ c th c hi n thơng qua các kh i mã hĩa Reed-Solomon, kh i mã hĩa ch p và kh i xáo tr n. Ch cănĕngăFECălƠăxáo tr n các mã s a l i vào dịng bit d li u nh m s a các bit sai trong quá trình phát kênh truy n. D li u ng uănhiênăđ căđ aăquaă
kh iămƣăhĩaăRSăđ mã hĩa d li uăsauăđĩăđ aăđ n kh i mã hĩa ch p, kh i mã hĩa ch p s chia lu ng d li u này và mã hĩa v i t căđ khác nhau. Kh i xáo tr n đ c s d ngăđ phân tán l i burst trong chu i d li u. Bên phía thu s s d ng thu t
tốnăViterbiăđ gi i mã. Hình 6.5 th hi n các kh i th c hi n ch cănĕngămƣăhĩaă
FEC.
Hình 6. 6. Khối điều chế và sửa lỗi 64-QAM 3/4
Ch că nĕngă th hai trong kh iă nƠyă lƠă đi u ch tín hi u, các d ngă đi u ch s d ngălƠăđi u ch BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM. Vi c s d ng nhi u d ngăđi u ch này t o ra s linhăđ ng trong h th ngăWiMAX.ăTrongăquáătrìnhăđi u ch tín hi u thì tùy thu c vào t s SNR mà m tătrongăcácăph ngăphápăđi u ch trên th c hi n.
6.1.3.2.1. Kh i mã hĩa Reed solomon
Hình 6. 7. Khối mã hĩa RS
Mã Reed-solomon là m t mã s a l i thu c lo i mã kh i tuy n tính, cĩ r t nhi u ng d ng trong thơng tin s .ăMƣăRSăđ c s d ngăđ s a các l i trong nhi u h th ng. B mã hố RS nh n m t kh i thơng tin r iăthêmăvƠoăcácăbităd .ăL i xu t hi n trong khi truy n d n cĩ th do nhi u nguyên nhân, b gi i mã RS s x lý từng kh i d li u và c g ng s a l iăđ khơi ph c l i d li uăbanăđ u. S l ng và ki u l i cĩ th s aăđ c ph thu c vàoăcácăđ c tính c aămƣăRSăđĩ.
M tămƣăRSăth ngăđ c kí hi u là RS(n,k) v iăcácăsymbolămăbit,ătrongăđĩănălƠă
t ng s symbol sau khi mã hĩa và k là s l ng thơng tin hay s symbol d li u. B mã hố l y k symbol d li u, m i symbol m bit, r i thêm và (n-k) symbol ki m tra
đ t o thành m t từ mã n symbol. S l ng l i t iăđaătrongăm t kh i mà mã RS(n,k) cĩ th đ m b o s aăđ c là t=(n-k)/2.ăThơngăth ng thì s symbolămƣăhĩaăđ c là
1 Out1 Pad Zero pad tail byte Pad Select Bits Punctured Reed-Solomon Encoder RS Encoder6 Convolutional Encoder Punctured Convolutional Encoder6 Interleaver Interleaver6 64-QAM Modulator 64-QAM Modulator6 1 In1 ad yte Punctured Reed-Solomon Encoder RS Encoder6
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 67
n=2m-1. N u n nh h năs nƠyăthìămƣăđ c g i là mã rút g n. T t c các thu t tốn
mƣăhốăRSăđ u s d ngămƣăRSătrongătr ng Galois GF(2m).
M tămƣăRSăđ căđ cătr ngăb iăhaiăđaăth c:ăđaăth cătr ngăvƠăđaăth căsinh.ăĐaă
th cătr ngăxácăđ nhătr ng Galois mà các symbol là thành ph n c aătr ngăđĩ.ăĐaă
th căsinhăđ nhănghƿaăcácăsymbolăki m tra đ căsinhăraănh ăth nào. C haiăđaăth c
nƠyăđ uăđ căđ nhănghƿaăchoămƣăRS.
-Đaăth cătr ng:ăđaăth cănƠyădùngăđ t oăraătr ng Galois c aămƣ.ăNĩăđ c nh păvƠoăd i d ng s th p phân mà các bit d ng nh phơnăt ngă ng v i các h s c aăđaăth c.
Ví d : 1000111012 28510 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Đaăth c sinh: m t từ mƣăRSăđ c t o ra nh m tăđaăth căđ c bi t g iălƠăđaă
th c sinh. T t c các từ mã h p l đ u chia h tăchoăđaăth c sinh. D ng t ng quát c a m tăđaăth c sinh c a m t mã RS g c s a sai t l i cĩ chi u dài 2m-1 là:
g(x)ă=ă(xă+ăλ0)(xă+ăλ1)(xă+ăλ2)ă...ă(xă+ăλ2m-1),ăλă=ă02HEX V iăλălƠăm t ph n t c ăb n c aătr ng GF(2m).
Sauăđĩ,ătừ mã RS s đ c t o ra theo cơng th c: C(x) = g(x).i(x)
Trongăđĩ: g(x)ălƠăđaăth c sinh. i(x) là kh i thơng tin. C(x) là m t từ mã h p l .
Ví d : M tămƣăRSăth ng g p là RS(255,223) v i các symbol 8 bit. M i từ mã ch a 255 bytes, trong s đĩăcĩă223ăbytesălƠăd li u, cịn l i 32 bytes ki m tra. V i mã này n=255, k=223, m=8, 2t = 32.
B gi iăđi u ch cĩ th s a b t kỳ m t l i 16 symbol nào trong từmƣ,ăcĩănghƿaă
là cĩ th t đ ng s aă đ c l i t iă đaă 16ă byteă b t kỳ đơuă trongă từ mã cho m t symbol c là m, chi u dài t iăđaăchoăm t từ mã RS là n=2mậ1. Ví d , chi u dài t i
đaăchoăm t từ mã cĩ các symbol dài 8 bit (m=8) là 255 byte.
Trong chuẩn IEEE 802.16d, Mã hố Reed-Solomon s d ng các c p (n,k)
t ngă ng v i các d ngăđi u ch sau:
Bảng 6. 1. Thơng số của mã hĩa RS
D ngăđi u ch Byteătr c khi mã hĩa (k)
Byte sau khi mã hĩa(n) Mã hĩa RS (n,k) QPSK ½ 24 32 (32, 24) QPSK ¾ 36 40 (40, 36) 16 QAM ½ 48 64 (64, 48) 8 4 3 2 ( ) 1 p x x x x x
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 68
16 QAM ¾ 72 80 (80, 72)
64 QAM 2/3 96 108 (108, 96)
64 QAM ¾ 108 120 (120, 108)
Đ ph c t p và s c m nh x lỦăđ mã hố và gi i mã các mã RS ph thu c vào s l ng symbol ki m tra trong m t từ mã. N u t cĩ giá tr l năcĩănghƿaălƠăcĩăth
s aăđ c nhi u l iănh ngăl iăđịiăh i ph i s d ng s phép tính tốn l năh năsoăv i khi t cĩ giá tr nh .
Mã Reed-Solomon cĩ kh nĕngă s aă đ c nhi u l i. M t mã RS(n,k) cĩ kh
nĕngăs a sai t iăđaă(n-k)/2 l i. S dƿănh ăv yăvìăng i ta ch ngăminhăđ c kho ng cách Hamming c a m tămƣăRSănh ăv y là (n-k+1). Ngồi s a l i mã RS cịn cĩ kh
nĕngă s a sai khi x y ra hi nă t ng m t symbol, các th t c mã hố và gi i mã RS(n,k) cĩ th đ m b o s aăđ c t iăđaă(n-k) l i m t d li u.ăMƣăRSăđ c bi t r t thích h p cho s a các l i c m,ăđơyălƠătr ng h p m t dãy các bit l i xu t hi n liên ti p máy thu.
6.1.3.2.2. Kh i mã hĩa tích ch p
Hình 6. 8. Khối mã hĩa tích chập
Sau quá trình mã hĩa RS, các bit d li u l iăđ c mã hĩa b i b mã hĩa xo n c a nh phơn,ătrongăđĩămƣăhĩaăcĩăt l là ½ và chi u dài b t bu c là 7.
Đaăth c ngu năđ c s d ngăđ l y hai bit mã hĩa ngõ ra ký hi u là X và Y,
đ căquiăđnh trong các bi u th căsauăđơy:
G1=171OCT đ i v i X G2=133OCT đ i v i Y (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
M t b mã hĩa xo n nh nătinăcĩăđ dài k0 bit và t o ra từ mã c a n0 bit, nĩi
chungănĩăđ c t o thành từ s thayăđ i c aăđo n chi u dài h u h n L.
Convolutional Encoder Punctured Convolutional I In
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 69
Hình 6. 9. Mã hĩa tích chập với tốc độ 1/2
Các b mã hĩa tích ch p c a nh phơnăđ c th hi n trong Hình 6.9 cácăđ ng cĩ k t n iăđ c bi u di n b iăbită1,ăcácăđ ng khơng cĩ k t n iăđ c bi u di n b i bit 0.
6.1.3.2.3. Kh i phân chia
Phân chia là m t quá trình xĩa các bit c a m t b mã hĩa t căđ th păđ gi m
l ng d li uăđ c truy năđi,ăvìăv y t o thành m t d ng mã hĩa t căđ cao. Vi c s d ng kh i phân chia cĩ kh nĕngăthayăđ i t căđ mƣăhĩaăđ cĩ th tránhăđ c l i trong h th ng.ăCácăbităđ căxĩaăđiătheoăm t ma tr năđ c phân chia, n iăcĩăbită0ă cĩănghƿaălƠăđ căxĩaăđiăm tăbit.ăQuáătrìnhăphơnăchiaăđ c s d ngăđ t o ra các t c
đ mã hĩa là 1/2 , 2/3, 3/4 và 5/6. V i các t căđ mã hĩa khác nhau s t o ra các
vectorăphơnăchiaăkhácănhauănh ăb ng.
Bảng 6. 2. Vector phân chia tương ứng với tốc độ mã hĩa
T căđ mã hĩa Vector phân chia
1/2 [1]
2/3 [1 1 1 0]
3/4 [1 1 0 1 1 0]
Quá trình mã hĩa tích ch p vƠăphơnăchiaăđ c th c hi n chung v i nhau trong m t kh i.
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 70
Hình 6. 10. Khối xáo trộn
Kh i xáo tr n s cho bi t s bităđ c mã hĩa trên kênh truy năvƠătránhăđ c l i t i máy thu. Xáo tr n d li uăđ c s d ngăđ phân tán l iăburst,ănh ăv y s làm gi m b t s t p trung l iăvƠătĕngăhi u qu c a thu t tốn FEC b ng cách làm cho
cácăkênhăđ c truy n trong th iăgianădƠiăh n.ăVi c xáo tr n đ c th c hi n b ng cách s d ng m t b đ m m ng hai chi u, d li u nh p vào trong các hàng, trong
đĩăxácăđ nh s l ngăch̀năvƠoăvƠăsauăđĩănĩăđ căđ c từ các c t.K t qu là l i burst trên m tăkênhăsauăkhiăđ c chèn thêm d li u vào làm cho các l i d phát hi n và d s aăh n.
T t c các bit d li uăđ c mã hố s đ c chèn b i m t kh i xáo tr n v i kích
th c kh iă t ngă ng s bită đ c mã hố trong m i kênh con c a m i symbol OFDM. Vì các d ngăđi u ch khác nhau BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, nên s bit mã hố trên kênh con (Ncbps)ăt ngă ng s là 192, 384, 768, 1152 và s bit mã hĩa trên sĩng mang con (Ncpc)ăcũngăs l năl tăt ngă ng là 1, 2, 4, 6. T t c các d ngămƣăhĩaăđ u s d ng v i s l ng kênh con là 16.
6.1.3.2.5. Kh iăđi u ch và gi iăđi u ch
Trongă đi u ch và gi iă đi u ch chúng ta s d ng các d ng BPSK, QPSK, 16QAM, 64-QAM. Tùy theo từng k thu tăđi u ch mà s d ng các kh i gi iăđi u ch t ngă ng và ng v i các kh i khác nhau s cĩăs ăđ chịmăsaoăcũngănh ăcácă
gĩc pha khác nhau.
6.1.3.3. Kh i t o gĩi d li u (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
l
Interleaver
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 71
Hình 6. 11. Khối tạo gĩi dữ liệu
Trong chuẩn IEEE 802.16d, m i symbol OFDM g m cĩ 192 d li u, 8 sĩng mang d năđ ng và m t sĩng mang DC. Các sĩng mang con d năđ ng s đ c chèn vào m i c m d li u theo th t đ t o thành symbol OFDM và các sĩng mang d năđ ng s đ căđi u ch d a vào v trí sĩng mang c a chúng bên trong symbol OFDM.ăCácăsĩngămangăđ c t o từ kh i Pilot Generator. Sau khi chèn các sĩng mang d năđ ng thì các d li u này k t h p v i nhau t o thành m t lu ng d li uăcĩăkíchăth c là [201x2].
6.1.3.4. Kh iăđi u ch và gi iăđi u ch OFDM 6.1.3.4.1. Kh iăđi u ch 6.1.3.4.1. Kh iăđi u ch 1 Out Select Rows Subchannel Selector R S/P 1 Input Packing -1 -1 -1 -1 -C- Pilot Generator Add Pilots 1 In
CH NGă6. MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên Trang 72
Hình 6. 12. Khối điều chế OFDM
Trong kh iă đi u ch OFDMă cácă bită zeroă đ c thêm vào t iă đi m b tă đ u và
đi m k t thúc c a symbol OFDM.ăĐ t o ra d li uăcĩăkíchăth că256ăđi m. Trong
ch ngătrìnhămơăph ngănƠyăđi m b tăđ uăđ căthêmăvƠoă28ăbităzeroăvƠăđi m cu i
thêmăvƠoă27ăbităzero.ăCácăbităzeroănƠyăđ c s d ngăđ làm kho ng b o v đ tránh giao thoa gi aăcácăkênh.ăSauăđĩăd li u này s đ c s p x p l iăvƠăđ aăđ n kh i
IFFTăđ bi năđ i d li u từ mi n t n s sang mi n th iăgian.ăĐ tránh nhi u ISI và
ICIăthìătr c khi phát, d li uăđ c chèn thêm ti n t l p CP.
6.1.3.4.2. Kh i gi iăđi u ch
Hình 6. 13. Khối giải điều chế OFDM
Trong kh i gi iăđi u ch tín hi uăđ c th c hi năng c l i so v i kh iăđi u ch . Tín hi u nh năđ căđ aăquaăkh i chuy năđ i n i ti p sang song song, kh i lo i b chu i CP, kh i bi năđ i FFT, kh i t o frame và kh i lo i b bĕngăb o v và s p x p l i chu i d li u ra. Tín hi u ngõ ra c a kh i này s đ căđ aăđ n kh i bùăphaăvƠăđ
l i.
6.1.3.5. Kênh truy n
H th ng mơ ph ng cĩ s d ng kh i AWGN, fading ph ng và fading l a ch n t n s đ mơ ph ng nhi u trên kênh truy n g năđúngăv i h th ng th c t . Trong th c t cĩ r t nhi u lo i nhi u nhăh ngăđ n vi c thu phát tín hi u, nhi u s làm
1 Out FFT Tx Spectrum Select