Kỹ thuật OFDM vẫn sử dụng những nguyên lý của FDM để cho phép nhiều tín hiệu được gửi qua một kênh radio đơn bằng cách phân chia kênh ra thành nhiều kênh con song song, mỗi kênh con được đặc trưng bởi một sóng mang con. OFDM sẽ trải dữ liệu cần truyền trên rất nhiều sóng mang, mỗi sóng mang được điều chế riêng biệt với tốc độ bit thấp hơn, các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ giãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý. Công nghệ OFDM hỗ trợ truyền số liệu tốc độ cao và tăng hiệu quả quang phổ. Điều này đạt được là do sự truyền dẫn song song của nhiều sóng mang con qua không trung, mỗi sóng mang con có khả năng mang số liệu điều biến.
Các sóng mang con được đặt vào các tần số trực giao.Trực giao có nghĩa là tần số trung tâm của một sóng mang con nhất định sẽ rơi đúng vào các điểm bằng 0 của các sóng mang con khác.
Sử dụng các tần số trực giao sẽ tránh được sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các sóng mạng con khác nhau khi sắp xếp vị trí các sóng mang con với mật độ lớn trong miền tần số do đó sẽ đạt được hiệu quả quang phổ cao
IEEE 802.11a sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM tại lớp vật lý. Tốc độ truyền dữ liệu đạt đến 54 Mbps và hoạt động tại dải băng tần 5GHz. Chuẩn 802.11a đã sử dụng OFDM ở dải tần số 5Ghz. Chuẩn 802.11a có tốc độ truyền dữ liệu cao này được thực hiện bởi việc kết hợp nhiều kênh có tốc độ thấp thành một kênh có tốc độ cao, 802.11a sử dụng kỹ thuật OFDM định nghĩa tổng cộng 8 kênh không trùng lặp có độ rộng 20MHz thông qua hai băng thấp, mỗi một kênh được chia thành 52 kênh mang thông tin, với độ rộng xấp xỉ 300KHz và mỗi các kênh được truyền song song với nhau. Mặc dù chuẩn 802.11a có tốc độ truyền dữ liệu cao 54 Mbps, hoạt động tại băng tần 5 GHz nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là không tương thích với chuẩn 802.11b. Chính vì thế mà IEEE đã cho ra đời chuẩn 802.11g nhằm cải tiến 802.11b về tốc độ truyền cũng như băng thông. 802.11g sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực OFDM để có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ lên tới 54Mbps trong dải tần số 2.4 GHz ISM ở lớp vật lý.
Trong mạng MANET sử dụng OFDM, dung lượng mạng là tiệm cận của thông lượng mỗi cặp truyền – nhận trong mạng không dây ngẫu nhiên n trạm. Khi trong mạng có nhiều cặp truyền – nhận, dung lượng mạng có thể được mô tả là thông lượng trung bình có thể thu được trong mạng đó. Khi số trạm n tiến dần tới vô cùng, dung lượng
kênh của mạng MANET được định nghĩa là giới hạn trung bình dung lượng của tất cả các kênh con trong mạng MANET. Nói cách khác, dung lượng kênh được mô tả là công suất trung bình của mạng MANET khi số lượng trạm tiến tới vô cùng.
OFDM có thể sử dụng trong mạng MANET để tăng hiệu năng của các thiết bị di động. Nó cũng là một công nghệ đầy hứa hẹn cho truyền thông không dây công suất cao.
Chƣơng 3: ẢNH HƢỞNG CỦA MÃ MẠNG LỚP VẬT LÝ TỚI DUNG LƢỢNG KÊNH
Dung lượng kênh không dây ngẫu nhiên được nghiên cứu từ những năm 2000 bởi Gupta and Kumar [12] và cho tới nay đã được nghiên cứu rộng rãi. Tuy nhiên các nghiên cứu hiện tại hầu hết đều dựa trên giả định mỗi trạm có thể nhận một đường truyền ở một thời điểm. Gần đây một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng những luật đó có thể bị thay đổi. Đặc biệt là khi sử dụng mã mạng lớp vật lý, một trạm có thể nhận nhiều hơn một đường truyền từ các trạm phát khác nhau cùng một lúc.
Mã mạng lớp vật lý có thể ảnh hưởng đến dung lượng kênh không dây ngẫu nhiên 1 chiều. Từ việc tính được dung lượng kênh trong các trường hợp truyền theo lưu lượng, truyền sử dụng mã mạng, và truyền sử dụng mã mạng lớp vật lý ta cũng tính được độ trễ cho mỗi trường hợp. Khi mạng không dây sử dụng mã mạng lớp vật lý, độ trễ của tín hiệu là nhỏ nhất. Với mạng không dây ngẫu nhiên 2 chiều, ta có thể tính được giới hạn trên và giới hạn dưới của dung lượng kênh cho các mô hình mạng MANET. Các giới hạn trên và giới hạn dưới đưa ra cũng chặt chẽ hơn so với các nghiên cứu trước đó.
Trong nghiên cứu của Gupta and Kumar, tác giả đã phát triển nguyên lý sử dụng mã mạng dựa trên nền tảng thông lượng mạng MANET. Giả sử n là số trạm trong một đơn vị diện tích trong mặt mặt phẳng cho trước:
- Với n là số trạm là một số ngẫu nhiên trong mạng, W là tốc độ truyền dẫn trung bình của kênh trong mạng MANET, phạm vi truyền là cố định và không có nhiễu, thông lượng ( )n của mỗi trạm trong mạng MANET được xác định bằng công thức:
( ) ( ) log W n n n [12]
- Nếu các nút được đặt trong trong đường tròn đơn vị, mô hình truyền dẫn được ấn định, mỗi đường truyền được tối ưu thì thông lượng mạng MANET được xác định bởi công thức ( )n (W )
n
bps[12]
Hầu hết các nghiên cứu cho rằng mỗi trạm có thể nhận một đường truyền ở một thời điểm. Xét một hệ thống truyền 3 trạm như trong Hình 1.8 ở chương 1, trong đó trạm A chỉ có thể truyền thông tin cho trạm B qua trạm chuyển tiếp R và ngược lại. Giả sử rằng nút A muốn truyền gói tin S1 tới trạm B trong khi trạm B muốn truyền gói tin S2 tới trạm A. Theo mô hình truyền dựa trên lưu lượng, ta sẽ cần bốn khe thời gian với một lần truyền.
Khi sử dụng mã mạng như mô trả trong phần 1.2, mỗi trạm có thể truyền dữ liệu đã được mã hóa tới các trạm liền kề thay vì phương pháp truyền thống “store and forward” như trong mô hình truyền dựa trên lưu lượng. Với cùng một điều kiện truyền như trên, trạm R có thể truyền gói tin S1S2 tới trạm A và B tại khe thời gian thứ ba. Vì trạm A có
chứa gói tin S2 nên trạm A có thể dễ dàng giải mã gói tin S2 từ gói tin SR S1 S2 nhận được theo biểu thức:S2 S1 SR. Tương tự, trạm B cũng giải mã gói tin S1 từ gói tin
1 2
R
S S S nhận được. Mô hình truyền sử dụng mã mạng có thể giảm được một đường truyền, vì thế nó giúp tăng thông lượng truyền. Trong khi hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực mã mạng coi mã mạng là một phương pháp ở tầng mạng hoặc ở lớp điều khiển truy cập (MAC) thì một vài nghiên cứu gần đây đưa ra giả thiết mã mạng có thể thực thi ở lớp vật lý giúp tăng hiệu năng hoạt động của hệ thống hơn nữa [17][18][19].
So với phương pháp sử dụng mã hóa mạng truyền thống, phương pháp mã hóa mạng lớp vật lý lợi dụng khả năng tổng hợp hai đường truyền cùng một lúc ở trạm nhận. Quá trình nhận tại đầu thu có thể coi là chức năng tổng hợp. Phần 1.4 mô tả chi tiết về mã hóa mạng tầng vật lý. Khi sử dụng mã hóa mạng lớp vật lý, ta chỉ cần hai khe thời gian để trao đổi hai gói tin. Các nghiên cứu đã thực hiện ở [19] chỉ ra rằng khi sử dụng mã mạng tín hiệu S1 và S2 được truyền trong cùng một tần số tại cùng một khe thời gian. Tín hiệu S1 và S2 sẽ gây ra nhiễu lẫn nhau và làm tăng tỷ lệ lỗi biểu tượng và do vậy xử lý tín hiệu được tăng cường để hạn chế nhiễu. Nhưng xét tổng thể thì thông lượng kênh được cải thiện bởi vì mô hình mã mạng lớp vật lý giảm được 01 khe thời gian khi truyền. Khi sử dụng mã mạng lớp vật lý, tỷ lệ lỗi biểu tượng là tương tự như trong trường hợp sử dụng mã mạng nếu có 1 trạm chuyển tiếp. Khi sử dụng nhiều trạm chuyển tiếp, ta có thể thu được hiệu suất tốt hơn.