da tot nghiep
TRANSCRIPT
án t t nghi p
-1-
CÁC T VI T T T
AMC Adaptive Modulation and CodeARQ Automatic Retransmission RequestATM Network Asynchronous Transfer ModeBPSK Binary Phase Shift KeyingBS Base StationCI CRC IndicatorCID Connection IdentifierCPE Customer Premise EquipmentCPS Common Part SublayerCRC Cyclic Redundancy ChecksCS Centralized SchedulingCSMA Carrier Sense Multiple AccessDES Data Encryption StandardDHCP Dynamic Host Configuration ProtocolDL-MAP Downlink MapDL-MAP Downlink MapDSL Digital Subscriber LineEC Encryption ControlEKS Encryption Key SequenceFDD Frequency Division MultiplexingFEC Forward Error CorrectionFFT Fast Fourier TransformationGMH Generic Mac HeaderHCS Header Check SequenceHT Header TypeIEEE Institute of Electrical anh Electronics EngineersITU International Telecommunication UnionIV Initialising VectorsLEN LengthLOS Line Of SightMAC Media Access Control
án t t nghi p
-2-
MAC CPS Mac Common Part SublayerMAC CS Mac Service Specific Convergence SublayerMAC PDU MAC Protocol Data UnitMSDU Mac Service Data UnitNLOS Non Line Of SightnrtPS Non Real Time Polling ServiceOFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingPDA Persional Digital AssitantPDU Protocol Data UnitsPHY Physical LayerPMP Point MultiPointPS PHY Slots16QAM 16-State Quadrature Amplitude ModulationQoS Quality of ServiceQPSK Quadrature Phase Shift KeyingSC Single CarrierSINR Signal-to-Interference-plus-Noise RatioSOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division MultiplexingSS Subscriber StationSSCS Service-Specific Convergence SublayerTDD Time Division DuplexingTDMA Time Division Multiple AccessUGS Unsolicited Grant ServiceUL-MAP Uplink MapVoIP Voice over IPWi-Fi Wireless FidelityWiLANs Wireless Local Area NetworksWiMax Worldwide Interoperability for Microwave AccessWirelessHUMAN Wireless HighSpeed Unlicensed Metropolitan Area NetworksWISPs Wireless Internet ProvidersWMAN Wireless Metropolitan Area Network
án t t nghi p
-3-
U
***
Ngày nay nhu c u thông tin liên l c c a con ng i ngày càng cao, nh t là i
i 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 quan
tr ng h n là vi c m r ng dân trí cho ng i dân các vùng xa xôi h o lánh trên t
c 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 h
th 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 dây
i giá thành r , t c truy n cao k t n i n các thi t b u cu i trong m t kho ng
cách truy n l n.
Hi n nay, n c ta WiMAX ang c th nghi m t nh mi n núi nh : Lào
Cai,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 nh
ng 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 i
sâu tìm hi u nh ng k thu t kh c ph c nhi u c a WiMAX mà các th h tr c ch a
có 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 t
này, 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.
án t t nghi p
-4-
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 y
Nguy n V n Tu n và các th y cô giáo trong Khoa n T -Vi n Thông H Bách
Khoa à N ng.
à N ng, tháng 6 n m 2008
Sinh viên
Phan Th Minh Huy n
án t t nghi p
-5-
Ch ng 1
NG QUAN V K THU T OFDM
1.1. Gi i thi u ch ng
Wimax c phát tri n d a trên công ngh OFDM. Vì th tr c khi i vào
Wimax, ta tìm hi u v nh ng nguyên lý c b n c a k thu t OFDM. Trong ch ng này
gi i thích m t cách d hi u nh t v s tr c giao sóng mang theo t n s , t ó a ra
nh ng công th c t ng quát mô t k thu t OFDM c ng nh các s u ch c a
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 n
nhau 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 các
ng t n con trên toàn b b ng t n c c p phát d n n không nh ng t c
hi u qu s d ng ph t n cao mà còn có tác d ng phân tán l i c m khi truy n qua
kênh, nh tính phân tán l i mà khi c k t h p v i các k thu t mã hoá kênh ki m
soát l i hi u n ng h th ng c c i thi n áng k . So v i h th ng ghép kênh
phân chia theo t n s FDM truy n th ng thì, FDM c ng truy n theo c ch song
song nh ng các b ng con không nh ng không c phép ch ng l n nhau mà còn
ph 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 n
hi u qu s d ng ph t n kém.
Hình 1.1. S tr c giao c a các sóng mang
án t t nghi p
-6-
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 khi
ch 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 a
các 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 s
c thu chính xác. h i ph c d li u ã m t, ng i ta dùng ph ng pháp s a l i
FEC-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 sóng
mang (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 (GUARD
PERIOD) 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 các
sóng mang c ch n chính xác. Kho ng cách này c ch n ng v i tr ng h p các
sóng mang tr c giao v i nhau. ó là ph ng pháp ghép kênh theo t n s tr c giao
(OFDM).
ib
1cos(2 )f tπ
2cos(2 )f tπ
cos(2 )Nf tπ
( )s t
S/S/S/PPP
cos(2 f2t)
cos(2 fNt)
S/P
cos(2 f1t)
biS(t)
Hình 1.2. S t o ra tín hi u OFDM
án t t nghi p
-7-
Cho t i nay d a trên nh ng thành t u c a công ngh m ch tích h p, ph ng
pháp này ã c th c hi n m t cách d dàng.
1.4. S tr c giao (Orthogonal)
ORTHOGONAL ch ra r ng có m t m i quan h toán h c chính xác gi a các
n s c a các sóng mang trong h th ng OFDM.
V m t toán h c, tr c giao có ngh a là các sóng mang c l y ra t nhóm tr c
chu n (Orthonomal basis) {{ i(t)/i= 0,1…} có tính ch t sau:
Trong toán h c, s h ng tr c giao có c t vi c nghiên c u các vect . Theo
nh ngh a, hai vect c g i là tr c giao v i nhau khi chúng vuông góc v i nhau(t o
nhau m t góc vuông 90) và tích c a 2 vect là b ng 0. m chính ây là ý t ng
nhân hai hàm s v i nhau, t ng h p các tích và nh n c k t qu là 0.
. u này g i là tính tr c giao c a d ng sóng sin. Nó cho th y r ng mi n là hai
ng sóng sin không có cùng t n s , thì tích phân c a chúng s b ng không. Thông tin
này là m m u ch t hi u quá trình u ch OFDM.
Hình 1.3. FDM thông th ng và OFDM
(1.1)
án t t nghi p
-8-
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 khác
nhau. Ta nh n th y quá trình này ng b ng 0. y hai sóng sin khác t n s thì tích
phân c a chúng s b ng không và ng c l i. u này g i là tính tr c giao c a d ng
sóng 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 (digital
domain) b ng cách nhân m t sóng mang c t o ra trong máy thu n v i m t sóng
mang nh n c trong máy thu có cùng chính xác t n s và pha. Sau ó phép tích phân
c th c hi n, t t c các sóng mang s v không ngo i tr sóng mang c nhân, nó
c d ch lên tr c x, c tách ra, hi u qu và giá tr symbol c a nó khi ó ã c
xác nh. Toàn b quá trình này c l p l i khá nhanh chóng cho m i sóng mang, n
khi 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
án t t nghi p
-9-
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 ng
ng 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 u
ph c Sc(t) c th hi n b i công th c :
Ss(t) = ∑−
=
1
0
1 N
nN An(t)ej[ nt + n(t)] (1.3)
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 c
nh mà các giá tr này ph thu c vào t n s c a sóng mang c th ó, nh v y có th
vi t l i nh sau:
n(t) n
An(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 k
y m u), thì tín hi u h p thành c th hi n b i công th c :
Ss(kT) = ∑−
=
1
0
1 N
nN Anej[( 0 + n )kT + n] (1.4)
ây, chúng ta chia tín hi u thành N m u. Nó thu n l i l y m u trong m t
chu k c a m t symbol d li u. Vì th có m i liên h : =NT
N u bây gi n gi n bi u th c trên mà không làm m t tính t ng quát b ng cách
cho o = 0, thì tín hi u tr thành :
Ss(kT) = ∑−
=
1
0
1 N
nN An e n ej(n )kT (1.5)
án t t nghi p
-10-
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 Fourier
ng c:
g(kT) = ∑−
=
1
0
1 N
nN G(NTn ) ej2 nk/N (1.6)
Trong bi u th c (1.5), hàm s Ane gi ng nh nh ngh a c a tín hi u trong
kho ng t n s l y m u và Ss(kT) là m t bi u di n trong mi n th i gian.
Bi u th c (1.5) và (1.6) là t ng ng n u :
f= NT1
= τ1
ây c ng là u ki n yêu c u cho tính tr c giao. Do ó k t qu c a vi c b o
toàn tính tr c giao là tín hi u OFDM có th c xác nh b ng cách bi n i Fourier.
1.4.2. Tr c giao mi n t n s
Cách khác xem xét tính tr c giao c a nh ng tín hi u OFDM là xem ph c a
nó. Trong mi n t n s m i sóng mang th c p OFDM có áp tuy n t n s
sinc(sin(x)/x). K t qu c a th i gian symbol t ng ng v i ngh ch o c a kho ng
cách sóng mang. D ng sinc có 1 búp chính h p, v i nhi u búp biên có c ng gi m
n theo t n s khi i ra kh i t n s trung tâm. M i t i ph có m t nh t i t n s trung
tâm và m t s giá tr null c t theo các l tr ng t n s b ng kho ng cách sóng
mang. B n ch t tr c giao c a vi c truy n là k t qu c a nh c a m i t i ph t ng ng
i Nulls c a các t i ph khác. Khi tín hi u này c phát hi n nh s d ng bi n i
Fourier r i r c (DFT).
1.5. T o và thu OFDM
Ph n máy phát bi n i d li u s c n truy n, ánh x vào biên và pha c a các
i ph . Sau ó nó bi n i bi u di n ph c a d li u vào trong mi n th i gian nh s
ng bi n i fourier r i r c o (inverse Discrecte Fourier Transform). Bi n i
nhanh Fourier o (Inverse Fast fourier Transform) th c hi n cùng m t thu t toán nh
án t t nghi p
-11-
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 tính
toán 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 c
ch 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 vuông
pha. 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 c
ch 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 s u ch
D li u s c truy n trong k t n i OFDM b ng cách dùng s u ch trên
i t i ph . S u ch là s ánh x các d li u vào chòm sao th c( ng pha) và
ph c (vuông pha), c bi t nh chòm sao IQ(inphase Quadrature). S bit có th c
truy n khi dùng m t symbol t ng ng v i log2(M) v i M là s các m trong chòm
sao. 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
án t t nghi p
-12-
p thành I + Q t ng ng v i biên 22 QI + 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 dùng
u ch v i nhi u m chòm sao s cho phép c i thi n hi u qu ph (ho c hi u
su t b ng thông). Tuy nhiên s m trong gi n chòm sao càng l n bao nhiêu thì
vi 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.
1.6.2. Mã GRAY
Gi n IQ cho s u ch ch ra vect truy n cho t t c các liên h p t d
li u. M i liên h p t d li u ph i c phân ph i m t vect IQ duy nh t. Mã Gray là
t ph ng pháp cho s phân ph i này, sao cho các m c nh nhau trong vòm sao ch
khác nhau m t bit n. Mã này giúp gi m thi u t l l i bit . Mã Gray có th c s
ng cho t t c các s u ch PSK(BPSK,QPSK,...) và QAM(16QAM, 64QAM,
256QAM...).
ng 1.1. Mã Gray
án t t nghi p
-13-
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 do
u ki n c a quá trình x lý tín hi u, b i vì máy thu không nh n c thông tin c a
symbol c truy n ti p theo. u ó có ngh a là máy thu c n m t kho ng th i gian
có dài xác nh b ng th i gian symbol có ích có th xác nh c symbol
OFDM. 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 ng
o 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 i
a symbol OFDM a vào ph n u. Do v y vi c a vào các b n copy c a
symbol 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
án t t nghi p
-14-
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 i
trong chu k symbol b o m tính tr c giao cho m i sóng mang. N u chúng b thay
i có ngh a là d ng ph c a các t i ph s không có d ng sinc úng và nh v y m
không null s không úng, d n n can nhi u gi a các sóng mang ICI(inter-Carrier
Interference). biên c a symbol biên và pha thay i t i giá tr m i c n thi t cho
symbol d li u ti p theo. Trong môi tr ng multipath ISI gây ra s tr i r ng n ng
ng gi a các symbol, d n n s thay i nhanh biên , pha c a t i ph m u
symbol. 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 ng
thái ban u, do v y FFT c l y t tr ng thái úng c a symbol. u này lo i b nh
ng 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 a
kênh vô tuy n.
Hình 1.11. Ch c n ng c a kho ng b o v ch ng l i ISI
án t t nghi p
-15-
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, có
ngh 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 i
phát và thu t ng và ng c l i.
1.10. K t lu n ch ng
Qua nh ng hi u bi t v OFDM trên, nó s là c s ta có th tìm hi u sâu
n v chu n 802.16 OFDM c a WIMAX. T ó, có th rút ra các k t lu n nh sau:
- kh c ph c hi n t ng không b ng ph ng c a áp tuy n kênh c n dùng
nhi u sóng mang, m i sóng mang ch chi m m t ph n nh b ng thông, do v y b nh
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 tránh
can nhi u gi a các sóng mang. Tuy nhiên t n d ng t t nh t thì dùng các sóng tr c
giao, khi ó các sóng mang có th trùng l p nhau mà v n không gây can nhi u.
án t t nghi p
-16-
CH NG 2
GI I THI U V WIMAX
2.1. Gi i thi u ch ng
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, giúp
ng i c hi u c nh ng u m và nh c m c a Wimax so v i các th h
tr 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 Worldwide
Interoperability for Microwave Access. WiMax c thi t k d a vào tiêu chu n IEEE
802.16. WiMax ã gi i quy t t t nh t nh ng v n khó kh n trong vi c qu n lý u
cu i.
WiMax s d ng k thu t sóng vô tuy n k t n i các máy tính trong m ng
Internet 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 t
p m t ng d n công ngh NLOS (Non-Line-Of-Sight) v i t c truy n d li u r t
cao 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 ng
không 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 n
phòng hay m t gia ình. Các thi t b theo chu n 802.11b s cung c p t c 11Mbps và
các 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
án t t nghi p
-17-
Technology Primary use Data rates
WiMAX 802.16 External 75 – 250 Mbps
WiLAN 802.11g Internal Up to 54Mbps
WiLAN 802.11b Internal Up to 11Mbps
ng trên cho ta th y WiMax có t c truy n d li u l n h n so v i WiLANs.
Chính u này ã làm cho WiMax tr nên u m h n so v i m ng không dây khác.
Hình 2.1. S ho t ng c a m ng WiMax.
án t t nghi p
-18-
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 a
IEEE 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 a
WiMax 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 m
2004. Tiêu chu n này s d ng ph ng th c u ch OFDM và có th cung c p các
ch 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. Tiêu
chu n này s d ng ph ng th c u ch SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency
Division Multiplexing), cho phép th c hi n các ch c n ng chuy n vùng(handover) và
chuy n m ng(roaming) nên có th cung c p ng th i d ch v c nh, nomadic, mang
xách c (ng i s d ng có th di chuy n v i t c i b ), di ng h n ch và di
ng.
IEEE 802.16 s d ng ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao OFDM nh là
ph 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 khác
bi t có th nh n th y c gi a hai ph ng pháp: OFDM và OFDMA. L ch s phát
tri n c a các lo i chu n IEEE 802.16 c cho trong hình sau. (Hình 2.2)
án t t nghi p
-19-
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 h
th ng khác nh 802.11a. Nh ng c m m i chính trong l p PHY - quan h v i
802.11a là: s sóng mang FFT dài h n ( t 64-FFT n 256-FFT); thay i c b ng
thông 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 phân
chia tài nguyên này c ng là m t v n quan tr ng.
V i WIMAX ( OFDM và OFDMA), Subchannelization cho phép ta nhóm hoàn
toàn m t s các sóng mang OFDM thành các block và phân cho m i block thành các
segment khác nhau c a tr m BS. Nh ng block c tr i ra trên hoàn toàn vùng t n s
và g m m t s các sóng mang liên ti p nhau. Subchannel index u khi n s d ng
nh ng Block khác nhau trên toàn b ph .
Hình 2.2. T 802.11b t i 802.16e
án t t nghi p
-20-
S sóng mang d li u hoàn t t (192) có th c chia thành 2, 4, 8 ho c 16
Subchannel. 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 = 4
subchannel 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 và
UL c b t u v i ô preamble (cho bi t gi i h n s sóng mang c a symbol) tìm
i thông tin v kênh truy n và cho phép máy thu tìm l i áp ng kênh. Ô FCH và DL
MAP 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 OFDMA
2.5.1. Gi i thi u chung
OFDMA m r ng ch c n ng c a OFDM b ng cách thêm vào c m a truy
p trong mi n t n s . u này có ngh a là b ng thông c chia thành các khe cho
ng 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
án t t nghi p
-21-
m khác v i chu n FDMA là các sóng mang OFDMA cho các user khác nhau
là r t g n v i nhau và cho phép các sóng mang v t lý có th thay i t symbol này n
symbol 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 c
FFT khác nhau.
Hình 2.4. C u trúc khung 802.16 OFDM
Hình 2.5. S so sánh OFDM và OFDMA
án t t nghi p
-22-
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 khung
con DL và receive transition gap(RTG) sau khung con UL.
Hình 2.6. C u trúc khung OFDMA
án t t nghi p
-23-
Trong DL có 4 thành ph n mà nó mang thông tin cho phép máy thu gi i u
ch 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 n
thêm 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 mang
u ch -BPSK và có dài 1 symbol OFDMA. Preamble c s ng vào m c ích
ng b hóa
2.5.3.2. FCH
Frame control header(FCH) i theo sau mòa u. Nó cung c p thong tin c u
hình khung, ch ng h n nh s mã hóa và dài b n tin MAP và kênh con kh
ng.
2.5.3.3. DL-MAP /UL-MAP
Cung c p các thông tin gán kênh con và các thông tin u khi n khác t ng
ng cho các khung con DL và UL.
2.6. Chu n 802.16e
802.16e là s phát tri n cao h n c a 802.16-2004. Chu n này bao g m t t c các
c m c a 802.16-2004 và thêm m t s ch c n ng khác.
ng 2.3. So sánh các lo i giao di n c a l p PHY
án t t nghi p
-24-
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 c
m 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 còn
thêm các size FFT khác(1024,512, và 128).
- T t c các thông s khác (Nused, s subchannel...) s thay i theo kích th c
FFT.
- 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.
- H s l y m u 86/75,144/125, 316/275 và 57/50 ã thay b i 28/25.
2.7. L p MAC và l p PHY trong WIMAX
2.7.1. Gi i thi u chung
SC SCa OFDM OFDMA
Frequency 10-66GHz 2-11GHz 2-11GHz 2-11GHz
Modulation
QPSK,16QAM,64QAM
BPSK,QPSK,16QAM,64QAM,256QAM
QPSK,16QAM,64QAM
QPSK,16QAM,64QAM
No of
subcarriersN/A N/A 256 2048
Duplexing TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD
Channel
Bandwidth28MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz
án t t nghi p
-25-
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 u
khi n. Nó nh ngh a hai l p trong các kh i này: l p MAC (Medium Access Control
Layer), 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 Part
Sublayer) và l p con b o m t (Security Sublayer). CS cung c p nh ng áp ng c
yêu c u cho quá trình l u thông l p. MAC CPS gi i quy t v n truy n tin không dây
ng 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 tin
qu 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 và
thích 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
án t t nghi p
-26-
• 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 ch
gi 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 t
lý 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 trung
vào vi c qu n lý tài nguyên trên airlink(lien k t vô tuy n). Gi i quy t c bài toán
yêu c u t c d li u cao trên c hai kênh downlink và uplink. Các c ch u khi n
truy c p và thu t toán c p phát b ng thông hi u qu có kh n ng áp ng cho hàng
tr 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, h
tr mô hình Point-to-Point, Point-to- Multipoint và Mesh. Tr m BS óng vai trò trung
tâm 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 p
ng, 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 phân
bi t. L p MAC c ng c th c hi n ch c n ng t ng thích liên k t (link adaption) và
truy 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 p
nh n c. L p MAC chu n IEEE 802.16 c ng u khi n quá trình truy nh p và r i
kh 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.
án t t nghi p
-27-
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 ngoài
vào t Common sublayer thông qua SAP c a nó t o thành MAC SDU sau ó phân
lo 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 các
c 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 c
khi 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 t
BS hay gi a các SS v i nhau. Multicast c ng c h tr và ch truy n v i d li u 16
bit 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 a
ng i dùng, trong khi 3 lo i còn l i thì c s d ng truy n thông tin u khi n g i
là k t n i qu n lý MAC.
i SS có 3 k t n i qu n lý :
- Basic Connection (k t n i c s ): c s d ng cho nh ng thông tin có th i
gian ng n.
- Primary Management connection (k t n i qu n lý s c p): c s d ng cho
nh ng k t n i dài h n, có tr thông tin nhi u h n.
Packet PDU(e.g., IP packet, Ethernet Packet)PHSI
MAC SDU = CS PDU
Payload Header Suppression IndexOptional, Depending on upper layerprotocol
Hình 2.8. C u trúc c a MAC SDU ( Service Data Unit )
án t t nghi p
-28-
- Secondary Management Connection (k t n i qu n lý th c p): c dùng cho
các 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 6
bytes, ph n t i payload, mã ki m tra d th a chu k CRC (Cyclic Redundancy
Checking) s d ng 4 bytes.
GMH MSDU (truy n t i gói tin) CRC
Hình 2.9. Hình d ng c a MAC PDU
dài l n nh t c a m t MAC PDU là 2Kbytes. Ph n CRC ch c s d ng
u SS yêu c u trong các thông s QoS.
Generic Header có hai lo i :GMH và BRH (Bandwidth Request Header). Lo i
th nh t là GMH dùng g i b n tin qu n lý MAC chu n. Lo i th hai là BRH, lo i
này ch i m t mình không s d ng ph n t i
GMH MAC Management message CRC
BRH MSDU (truy n t i gói tin, phân CRC
Hình 2.10. So sánh hai lo i Generic Header c a MAC PDU
ng 2.4. B ng thông s c a MAC Header
Tên dài(bits) Mô t
CI 1 Dùng mô t CRC1=CRC c thêm vào PDU
án t t nghi p
-29-
Trong hình 2.11 mô t hình d ng c a Generic MAC Header. HT vi t t t là Header
Type (HT bit) nó có giá tr 0 cho GMH, có giá tr 1 cho BRH. Vùng Type ch a thông
tin 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
CID 16 Nh n d ng k t n i
EC 1u khi n mã hoá
0=Payload không c mã hoá1=Payload c mã hoá
EKS 2Chu i khoá mã
c dùng mã hoá payload. Tr ng này ch có ngh au tr ng EC c c set b ng 1.
HCS 8Chu i ki m tra HeaderTr ng 8-bit dùng dò tìm các l i trong header. a th csinh là g(D) = D8 + D2 – D – 1
HT 1 Header Type. S c set b ng zero.
LEN 11 dài byte c a MAC PDU g m c MAC header.
Type 6 Tr ng này mô t lo i payload
LENmsb(3)
HT
CID msb (8)LEN lsb (8)
Generic MAC Header Format(Header Type (HT) = 0)
BW Req. Header Format(Header Type (HT) =1)
EC Type (6 bits) rs
vCI
EKS(2)
rsv
HCS (8)CID lsb (8)
BW Req.msb (8)
HT
CID msb (8)BWS Req. lsb (8)
EC Type (6 bits)
HCS (8)CID lsb (8)
Hình 2.11. Hình d ng GMH và BRH c a MAC
án t t nghi p
-30-
các khoá m t mã l u thông và các vect ban u IV (Initialising Vectors). Các thông
c 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
HT
FEC block 1
CRCMAC PDU Payload
OFDMsymbol
1
PHY Burst(e.g., TDMA burst)
PreambleOFDMsymbol
2
OFDMsymbol
n......
FEC FEC Block 2 FEC block m......FEC Block 3
MAC PDU 1
HT CRCMAC PDU Payload ......
MAC PDU k
HT CRCMAC PDUPayload
Multiple MAC PDUs are concatenated into the same PHY burst
Hình 2.13. S óng gói MAC PDU
PHSI
MAC PDU
Ethernet Packet
Ethernet Packet
Packet PDU(e.g., Ethernet)
CS PDU(i.e., MAC SDU)
HT
FEC b lock 1
CRCMA C PD U Payload
O FDMsym bol
1
PHY Burst(e.g., TDM A burst)
Prea mbleOFDMsymbol
2
OFDMsymbol
n......
FEC FEC Block 2 FEC b lock m......FEC B lock 3
Hình 2.12. S óng gói d li u
án t t nghi p
-31-
2.7.3. L p PHY
2.7.3.1. 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 cho
NLOS, t c truy n d li u là 1-75Mbps. Các lo i u ch bao g m:
• QPSK, 16QAM, 64QAM, (256QAM).
• Single Carrier.
• OFDM 256 Subcarrier.
PHY s d ng anten nh h ng và hai lo i ph ng pháp song công:
• TDD.
• FDD.
p PHY là l p ch u trách nhi m v quá trình truy n c a khung. Giao di n u
tiên c a nó là WirelessMAN-SC. Nó ho t ng trong d i t n s 10-66GHz, c thi t
ng d ng trong LOS và thông qua u ch sóng mang n. Nó c ch n b i vì
nó l n cung c p cho m ng vi n thông không dây b ng thông r ng. Do t m quan
tr ng trong vi c qu ng cáo ngày càng t ng trong d i t n s 2-11GHz cho NLOS nên
t nhóm làm vi c trong IEEE 802.16 ã phát tri n thêm 3 lo i giao di n. Ba lo i giao
di n m i là: WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM và WirelessMAN-OFDMA.
2.7.3.2. Ph ng pháp ghép (Duplexing)
Có hai ph ng pháp song công: song công phân chia theo th i gian TDD (Time
Division Duplexing), song công phân chia theo t n s FDD (Frequency Division
Duplexing). Trong FDD, quá trình truy n trao i hai h ng hai t n s khác nhau
trong khi TDD thì ch s d ng m t t n s duy nh t nh ng l i nh ng th i gian khác
nhau.
- Khung TDD g m hai ph n: downlink subframe và uplink subframe
án t t nghi p
-32-
- 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 chia
theo các khe th i gian.
2.8. Các k thu t s d ng trong WiMAX kh c ph c nh ng nh h ng c a
môi tr ng NLOS[5]
Các k thu t c s d ng gi i quy t hay gi m nh nh ng nh h ng trong môi
tr 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
án t t nghi p
-33-
• Các ng ten h ng tính
• Phân t p phát và thu
• u ch thích nghi
• thu t s a l i
• u khi n công su t
Nh ng tác d ng c a nh ng k thu t này trong vi c kh c ph c l i s c c p
ch ng sau
2.9. ng d ng[9]
Công ngh WiMAX là gi i pháp cho nhi u lo i ng d ng b ng r ng t c cao
cùng th i m v i kho ng cách xa và cho phép các nhà khai thác d ch v h i t t t c
trên m ng IP cung c p các d ch v "ba cung": d li u, tho i và video. WiMAX v i
h tr QoS, kh n ng v n dài và công su t d li u cao c dành cho các ng
ng truy c p b ng r ng c nh nh ng vùng xa xôi, h o lánh n i công ngh ch a
n 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 máy
tính 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.
án t t nghi p
-34-
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 p
ng 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 khu
c l n h n.
2.10. K t lu n ch ng
Qua nh ng hi u bi t trên v Wimax, thì có th a ra nh ng ánh giá v u
ng nh nh c m c a Wimax nh sau:
- u m c a WiMAX di ng so v i công ngh 3G d a trên CDMA:
• Kh n ng ch u c nhi u a ng và nhi u c c b
• Kh n ng nh c v r ng kênh
• a truy nh p tuy n lên tr c giao
• tr TDD hi u qu ph t n
• p l ch k ho ch ch n l c t n s
• Tái s d ng t n s m t ph n
• QoS t t
• 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 ch
nên 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 n
WiMax trong ph m vi làm vi c c a nó
án t t nghi p
-35-
Ch ng 3
NH H NG C A NHI U TRONG WiMAX VÀ CÁC BI N PHÁP
KH C PH C
3.1. Gi i thi u ch ng
Trong ch ng này, em s trình bày nh ng tr ng i l n c th hi n trong kênh
không dây b ng r ng thay i theo th i gian. Xác nh các nh h ng c b n c a nhi u
trong các kênh b ng r ng không dây. T ó, tìm ra nh ng bi n pháp i phó nh m duy
trì 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 t
nh, 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 ng
u c phân chia thành ba thành ph n sau ây: máy phát, kênh và máy thu.Trong ó
kênh truy n thông bi u di n môi tr ng v t lý gi a máy phát và máy thu và ây là n i
có 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
án t t nghi p
-36-
Sau ây là nh ng mô t v nh h ng có quy mô l n trong kênh vô tuy n b ng
ng, 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 h ng c a nhi u trong h th ng vô tuy n
3.3.1. 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 n
t n máy thu. Gi s r ng ng-ten ng h ng c s d ng, nh th hi n hình
3.2, 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 y
ng 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 u
ng-ten h ng tính c dùng t i máy phát và máy thu, thì s có l i là Gt và Gr và
công su t nh n t ng c hay không là nh vào l i c a ng-ten. M t m t quan tr ng
khác c a công th c(3.1) là t c=fc nên =c/fc , công su t nh n c s gi m bình
ph 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 , d0 và . 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
( )2
2
4 dGGPP rt
tr πλ
= (3.1)
α
=
ddPPP tr
00 (3.2)
án t t nghi p
-37-
th ng c l y x p s là m t vài dB. là s m suy hao và i l ng này c cho
trong b ng.
kh c ph c c nhi u do s suy hao ng truy n này thì c n chú ý nh ng u
sau:
• 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 n
kho ng cách gi a máy phát và máy thu. Tuy nhiên, còn nhi u nhân t khác có th có
nh h ng l n n t ng công su t thu c. Ví d , cây c i và nhà c a có th c t
i v trí gi a máy phát và máy thu, nh ng v t c n này sinh ra ng truy n t m th i
và gây ra s suy gi m t m th i c ng tín hi u thu. Hay nói m t cách khác, ng
truy 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
án t t nghi p
-38-
Xét trong vùng có ph m vi nh thì hi n t ng suy hao ng truy n và che ch n là
không áng k và có giá tr cho phép mà không làm nh h ng n ch t l ng tín hi u
thu 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 n
cùng m t b thu. Trong thông tin t bào thì can nhi u th ng c gây ra b i m t cell
khác 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 á
xu 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
án t t nghi p
-39-
trí nào ó trong h làm sao phân bi t c tín hi u c a ngu n nào và t h ng nào
n. 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 vùng
không gian r ng l n. Các tín hi u có th không n c v i ng i s d ng mà ta
mong mu n, nh ng chúng có th tr thành can nhi u cho nh ng ng i s d ng khác có
cùng 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 dây
do ó vi c u khi n c can nhi u s giúp c i thi n áng k c áng k c
dung l ng c a h th ng.
3.3.4. Hi n t ng 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 các
tín 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 mong
mu 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 pha
và 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(hình
3.6)
Hình 3.5. Hi n t ng multipath
án t t nghi p
-40-
u này s nh h ng n biên tín hi u, biên tín hi u s t ng khi các tín
hi 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 hình
ch V. C ng tín hi u b thay i th t th ng và r t nhanh chóng gây ra s suy
gi 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
án t t nghi p
-41-
t h qu n a c a hi n t ng multipath là “tr i tr ” t c là khi b ph n x thành nhi u
tín hi u khác nhau thì các tín hi u s n b thu nh ng th i m khác nhau gây ra
hi n t ng giao thoa liên ký t (intersymbol interference). Khi x y ra hi n t ng này
thì t c bit s t ng lên làm gi m áng k ch t l ng c a h th ng.
3.3.5. Hi n t ng Doppler
Hi n t ng Doppler c ng là m t hi n t ng nhi u khác c ng khá ph bi n trong
các h th ng thông tin di ng. Hi n t ng Doppler c xác nh khi m t ngu n sóng
và máy thu ang di chuy n liên quan n v i nhau. Khi máy thu di chuy n v phía
tr c (cùng chi u v i máy phát ra ngu n sóng), t n s c a tín hi u thu s cao h n tín
hi u ngu n. Hình 3.9 là m t ví d v s thay i v c ng c a thi t b âm thanh c a
xe ôtô khi nó di chuy n cùng chi u và ng c chi u v i hai observer [6]
3.4.Các bi n pháp nh m gi m nh h ng c a nhi u c s d ng trong WiMAX
3.4.1. Tái s d ng t n s phân n[2]
ây là m t ph ng pháp nh m nâng cao ch t l ng k t n i c a các thuê bao do
nh h ng c a can nhi u cùng kênh(CCI)
Trong WiMAX di ng h tr tái s d ng t n s b ng 1, ngh a là t t c các t
bào /sector ho t ng trên cùng m t kênh t n s nh m t i a hóa hi u qu s d ng ph .
Hình 3.9. Hi n t ng Doppler
án t t nghi p
-42-
Tuy nhiên, do can nhi u cùng kênh(CCI) r t m nh trong tri n khai tái s d ng t n s
ng 1, cho nên các thuê bao t i rìa t bào gi m c p ch t l ng k t n i. V i WiMAX di
ng, các thuê bao ho t ng trên các kênh con, ch chi m m t n nh c a toàn b
ng thông kênh; v n can nhi u biên t bào có th c kh c ph c d dàng b ng
vi c t o c u hình s d ng kênh con m t cách h p lý mà không c n vi n n quy ho ch
n s truy n th ng.
Trong WiMAX di ng, vi c tái s d ng kênh con linh ho t c t o u ki n
dàng nh s phân n kênh con và vùng hoán v . M t n là m t ph n nh các
kênh con OFDMA kh d ng (m t n có th bao g m t t c các kênh con). M t n
c s d ng cho tri n khai m t tr ng h p MAC duy nh t.
Vùng hoán v là m t s các ký t OFDMA li n k nhau trong DL ho c UL s
ng cùng m t phép hoán v . Khung con c a DL ho c UL có th ch a nhi u h n m t
vùng hoán v
Mô hình tái s d ng kênh con có th c c u hình sao cho các thuê bao g n sát
tr m g c ho t ng trong vùng có t t c các kênh con kh d ng. Trong khi ó, i v i
các thuê bao rìa, m i t bào ho c sector ho t ng trong vùng ch có m t ph n nh c a
t c các kênh con là kh d ng. Trong hình 3.11, F1, F2 và F3 bi u th các t p h p
kênh con khác nhau trong cùng m t kênh t n s . V i c u hình này, tái s d ng t n s
ng m t “1” c a toàn t i c duy trì cho các thuê bao trung tâm t ng t i a hi u
qu ph , và tái s d ng t n s phân n c cài t cho các thuê bao rìa nh m m
o ch t l ng k t n i và thông l ng c a thuê bao rìa. Quy ho ch tái s d ng kênh
con có th c t i u hóa m t cách n ng ng qua các sector ho c các t bào d a trên
i c a m ng và các u ki n can nhi u trên c s t ng khung m t. Do v y, t t c các
bào ho c các sector u có th ho t ng trên cùng m t kênh t n s mà không c n gì
n quy ho ch t n s .
án t t nghi p
-43-
3.4.2. Các bi n pháp gi m pha inh[4]
c tính pha- inh là s khác nhau quan tr ng nh t gi a vi c thi t k h th ng
thông tin vô tuy n và h u tuy n. Do pha- inh l a ch n t n s là n i b t nh t trong các
kênh b ng r ng- và do r ng b ng c a kênh b ng r ng là l n h n r t nhi u r ng
ng phù h p BC –nên chúng ta c p n các kênh v i s phân tán th i gian hay l a
ch n t n s trong pha- inh b ng r ng và n các kênh ch v i s phân tán v t n s hay
a ch n th i gian trong pha- inh b ng h p. Bây gi , chúng ta xem xét và ch ra s
khác nhau gi a pha- inh b ng r ng và pha- inh b ng h p t ó các bi n pháp kh c
ph c.
3.4.2.1. Pha inh b ng h p(pha inh ph ng)
nh h ng c a pha inh này là áng k khi kho ng cách truy n t ng, lúc này
ng tín hi u thu s b gi m áng k vì suy hao thay i áng k . Tính di chuy n
a các thuê bao trên kho ng cách l n(>> ) và s thay i c m a hình, s nh
ng n suy hao và công su t thu thay i ch m.
Có r t nhi u các k thu t khác nhau c s d ng kh c ph c pha- inh b ng
p, nh ng cách ph bi n nh t và th ng c dùng nh t là phân t p.Trong thông tin
vô tuy n t c cao, ch có s phân t p m i kh c ph c c hi n t ng pha- inh này .
Các lo i phân t p th ng dùng là:
Phân t p th i gian
Hình 3.10. Mô hình tái s d ngn s phân n
án t t nghi p
-44-
Hai ph ng pháp quan tr ng c a phân t p th i gian là mã hóa/ an xen và u
ch thích nghi (AMC). K thu t mã hóa và an xen a vào m t cách linh ho t t ng
d th a trong tín hi u c truy n i; u này làm cho t c c a tín hi u gi m và
vì v y mà gi m c l i bit.
Các máy phát cùng v i vi c u ch thích nghi s có thông tin v kênh truy n.
Và vì v y, chúng s ch n k thu t u ch mà t c t c d li u cao nh t có th
c trong khi v n gi c BER m c yêu c u.
Trong ph ng trình (3.3), v i M ng, BER c ng t ng. Vì t c d li u t l
i log2M, chúng ta mu n ch n kích th c m u t l n nh t mà t c BER theo
yêu c u. N u kênh có s suy gi m m nh thì s không có ký hi u nào c g i i
tránh t o l i. u ch thích nghi và mã hóa là m t ph n tích h p trong chu n
WiMAX. Và c c p k h n trong ph n sau.
Phân t p không gian
Phân t p theo không gian là m t d ng phân t p khác c ng khá ph bi n và có
hi u qu , th ng c th c hi n b ng cách s d ng hai hay nhi u h n các ng-ten t i
máy phát và máy thu hay ch có máy phát ho c máy thu. Phân t p này còn c
bi t n v i tên g i là h th ng MIMO. D ng n gi n nh t c a phân t p theo không
gian bao g m hai ng-ten thu, ó là n i mà hai tín hi u m nh nh t c ch n. N u các
ng-ten c t cách nhau m t cách phù h p, thì hai tín hi u nh n c s ch u nh
ng m t cách x p x hi n t ng pha- inh không t ng quan v i nhau. K thu t n
gi n này ã lo i b hoàn toàn m t n a tín hi u nh n c nh ng h u h t s suy gi m
nh ã c tránh và SNR trung bình c ng c t ng lên. Các d ng ph c t p h n c a
phân t p không gian bao g m các m ng ng-ten(hai hay nhi u h n hai ng-ten) v i t
k t n i l n nh t, phân t p phát s d ng mã hóa không gian- th i gian, và k t n i s
(3.3)( )15.1
2.0 −−
≤ Mb eP
γ
án t t nghi p
-45-
phân t p gi a u phát và u thu. Các k thu t báo hi u không gian c mong i
quy t nh vi c t c hi u su t ph cao trong WiMAX.
Ki u phân t p này c g i m t cách h p lý là phân t p l a ch n và c minh
a trong hình 3.11 nh sau:
Phân t p theo t n s
Ph ng pháp này c s d ng kh c ph c hi n t ng pha inh b ng r ng và
c c p k h n ph n sau.
3.4.2.2. Pha- inh b ng r ng(pha inh l a ch n t n s )
Nh ã bi t, pha- inh l a ch n t n s gây ra s phân tán trong mi n th i gian,
u này làm cho các ký hi u lân c n giao thoa v i nhau tr khi T>> max . Do t c d
li u t l v i 1/T , h th ng có t c d li u cao h u nh lúc nào c ng có lan truy n tr
a ng áng k , khi T<< max, và k t qu là b nhi u liên ký hi u nghiêm tr ng. Vi c
a ch n k thu t ch ng l i nhi u ISI m t cách có hi u qu là m t quy t nh quan
tr ng trong vi c thi t k b t k h th ng t c cao. R t nhanh chóng là OFDM là s
a ch n ph bi n nh t cho vi c ch ng l i ISI.
3.4.2 3. B cân b ng[1]
B cân b ng Equalizer c dùng lo i b nhi u liên ký hi u (Intersymbol
Interference_ISI) và các nhi u nhi t (noise) c thêm vào. Nhi u ISI sinh ra do s tr i
Hình 3.11. Phân t p l a ch n hai nhánh n lo i i h u h t s suy gi mnh
án t t nghi p
-46-
tr c a các xung phát d i tác ng phân tán t nhiên c a kênh truy n. u này d n
n s ch ng l n c a các xung k c n nhau gây ra nhi u liên ký t . Ch ng h n nh
trong môi tr ng tán x a ng, m t ký hi u có th c truy n theo các ng khác
nhau, n máy thu các th i m khác nhau, do ó có th giao thoa v i các ký t
khác.
kh c ph c nhi u ISI và c i thi n ch t l ng c a h th ng, có nhi u ph ng pháp
khác nhau nh ng ph ng pháp c c p nhi u nh t là s d ng b cân b ng
Equalizer c s d ng bù l i các c tính tán x th i gian c a kênh truy n.
3.4.2.4. Mã hóa và u ch thích nghi[4]
Mã hóa và u ch thích nghi là m t ph ng pháp c s d ng trong phân t p
theo th i gian . Trong h th ng WiMAX, vi c s d ng mã hóa và u ch thích nghi
i m c ích là thích nghi v i s dao ng c a kênh truy n do nh h ng c a nhi u.
i c tính này s cho phép h th ng có th kh c ph c c nh ng nh h ng c a
pha inh l a ch n th i gian.
Hình 3.12. Kênh truy n và b cân b ng
Hình 3.13. M i quan h gi a vùng ph sóng và ph ng pháp u chc s d ng
án t t nghi p
-47-
Ý t ng c b n này hoàn toàn n gi n và c trình bày nh sau:
Vi c truy n d li u t c cao có th t c khi kênh truy n t t, t c truy n
th p h n n u kênh truy n không t t, v i m c ích là tránh gây ra l i. T c d li u
th p có th t c b ng cách s d ng chòm m nh , nh là QPSK, và các mã có
c s a l i th p, nh là mã ch p và mã tourbo ½. T c d li u cao h n có th t
c v i chòm m l n, nh là 64QAM, và mã hóa s a l i ch ng nhi u, ví d , mã
ch p hay mã turbo có t c ¾ hay mã LDPC.
S kh i th hi n nguyên lý ho t ng c a h th ng mã hóa u ch thích
nghi AMC c cho b i hình 3.14 sau ây:
n gi n, u tiên chúng ta xem m t h th ng ng i dùng truy n nhanh tín hi u
thông qua kênh v i SINR luôn thay i; ví d , kênh truy n ph thu c vào pha- inh.
c ích c a máy phát là truy n d li u t hàng bit nhanh n m c có th , và c
gi i u ch và gi i mã m t cách chính xác t i máy thu. H i ti p (feedback) s quy t
nh mã hóa và u ch nào c s d ng phù h p v i u ki n c a kênh truy n
thông qua tham s SINR. Máy phát c n bi t giá tr SINR c a kênh ( γ ), giá tr này c
xác nh khi SINR nh n c rγ chia cho công su t phát Pt, là m t hàm c a γ . Do ó,
SINR nh n c là γγ ⋅= tr P
Hình 3.15 minh h a vi c s d ng sáu cách mã hóa và u ch trong s các nh d ng
chung c a WiMAX. Nó có th t c các m c hi u su t ph khác nhau tùy thu c
vào ph ng pháp mã hõa và u ch s d ng. u này cho phép dung l ng t ng lên
Hình 3.14. S kh i mã hóa và u ch thích nghi (AMC)
án t t nghi p
-48-
khi SINR t ng lên theo công th c Shannon ).1(log 2 SNRC += Trong tr ng h p này,
c d li u th p nh t là QPSK và mã turbo t c ½; t c d li u cao nh t trong
nh d ng c a WiMAX là 64QAM và mã turbo t c ¾. Thông l ng t c, c
chu n hóa b i r ng ã c xác nh
Trong ó:
BLER là t l block l i.
r 1 là t c mã hóa.
M s m trong m t chòm m.
Ví d : 64QAM v i t c mã hóa là ¾ t c thông l ng t i a là
4.5bps/Hz, khi BLER →0; QPSK v i t c mã hóa là ½ s t c thông l ng
trong tr ng h p t t nh t là 1bps/Hz.
3.4.2.5. Mã hóa kênh(channel coding)
Trong chu n IEEE 8.2.16e-2005, mã hóa kênh là m t kh i ch c n ng c a l p
t lý trong WiMAX. Nhi m v c a l p này là làm cho tín hi u truy n i trong môi
tr ng kênh ít b sai do nh h ng c a pha- inh. Làm cho phía thu d khôi ph c l i tín
hi u.[10]
Hình 3.15. Thông l ng c a các ph ng pháp u ch và t c mã hóa khác nhau.
HzbpsMrBLERT /)(log)1( 2−= (3.4)
án t t nghi p
-49-
Mã hóa kênh bao g m ba b c sau ây:
1) Randomization: Ng u nhiên hoá lu ng bit d li u. u này s t t h n cho vi c s a
i Forward Error Correction(FEC). B Scrambler c th c hi n b i các thanh ghi
ch h i ti p tuy n tính
2) FEC: Trong kh i FEC g m có ba kh i nh là Reed-Solomon Coder, Covolutional
Coder, và kh i Puncturing. Trong 3 kh i này thì kh i Reed-Solomon là ph c t p nh t.
Kh i này làm nhi m v mã hoá d li u và thêm các kho ng tr ng vào lu ng bit t o
u ki n cho máy thu dò tìm và s a l i. Trong kh i này d li u c mã hoá
convolutional, tuy nhiên tr c khi d li u a vào kh i convolutional encoder thì nó
ph i c mã hoá Reed-Solomon. Cu i cùng lu ng d li u s c a qua kh i
Puncturing gi m s bit truy n.
3) Interleaving: s p x p l i các kh i c a bit d li u b ng cách a các bit mã hoá k
nhau vào các sóng mang không liên ti p b o v ch ng l i l i burst. Kích c kh i
ng s bit c mã hóa trong symbol OFDM n gi n. Kích c c a symbol c xác
nh b i s sóng mang d li u và cách u ch .
Hình 3.16. Vai trò c a mã hóa kênh trong vi c gi m BER và kh c ph c l i gây ra
cho tín hi u truy n do pha- inh
S/N
BERFrequency-selectivechannel
Flat fadingchannel
AWGN channel(LOS)
Channel Coding
án t t nghi p
-50-
3.5. K t lu n ch ng
Ch ng này ã khái quát c nh ng nh h ng và bi n pháp kh c ph c nhi u
a h th ng WiMAX. Và d a vào ó xây d ng mô hình toán h c c nói k trong
ch ng ti p theo.
Data totransmit
Randomizer FEC Bit Interleaver
Modulation
Data totransmit
Hình 3.17. S kh i ch c n ng c a mã hóa kênh
án t t nghi p
-51-
Ch ng 4
NH H NG C A KÊNH VÔ TUY N N TRUY N D N TÍN HI U
4.1. Gi i thi u ch ng
Khi nghiên c u h th ng thông tin, vi c t o ra các mô hình kênh óng m t vai
trò quan tr ng trong vi c ánh giá ch t l ng ho t ng c a h th ng. Mô hình kênh
trình bày quan h vào ra c a kênh d ng toán h c ho c thu t toán. Khi nghiên c u các
thu t toán, gi i thu t h n ch nh ng nh h ng c a kênh truy n, u c n thi t là
ph i xây d ng các mô hình có th x p x môi tr ng truy n d n m t cách h p lý.
Ch ng này gi i thi u nh ng c tính, nh h ng c a kênh truy n ng th i a ra mô
hình toán h c c a kênh vô tuy n di ng.
4.2. Kênh fading a ng (multipath fading channel)[4]
Trong h th ng thông tin vô tuy n, do các hi n t ng nh ph n x , tán x , khúc
, nhi u x … tín hi u truy n t b phát t i b thu s b tách thành nhi u thành ph n
(gi ng v i tín hi u g c) và m i thành ph n s có nh ng ng i khác nhau. Hi n
ng này c g i là truy n d n a ng (multipath propagation).
có th hi u rõ h n b n ch t c a kênh fading a ng, chúng ta s tìm hi u
các khái ni m, hi n t ng x y ra khi truy n tín hi u qua kênh vô tuy n di ng nh các
thông s c a kênh fading a ng, hi u ng doppler, mô hình áp ng xung, phân b
Rayleigh và Ricean…
4.2.1. Thông s tán x th i gian (Time dispersion parameter)
phân bi t, so sánh tính ch t c a các kênh truy n d n a ng, ng i ta s
ng các thông s tán x th i gian nh mean excess delay ( tr trung bình v t
c), rms delay spread (tr hi u d ng) và excess delay spread (tr v t m c). Các
thông s này có th c tính t c tính công su t truy n t i b thu c a các thành
ph n a ng (power delay profile). Excess delay, τ , là kho ng th i gian chênh l ch
gi a tia sóng ang xét v i thành ph n n b thu u tiên. Tính ch t tán x th i
án t t nghi p
-52-
gian (time dispersive) c a kênh truy n d n a ng d i r ng c th hi n qua thông
mean excess delay, τ , và rms delay spread, τσ . τ c nh ngh a là moment c p
t c a power delay profile [4]:
(4.1)
ak, )( kP τ : biên , công su t thành ph n th k c a tín hi u a ng.
Rms delay spread ( τσ ) là c n b c hai moment trung tâm c p hai c a power
delay profile:
(4.2)
i
(4.3)
4.2.2. D i thông k t h p (coherence bandwidth)
Trong khi delay spread là m t hi n t ng t nhiên do s ph n x và tán x khi
truy n tín hi u qua kênh vô tuy n, d i thông k t h p, Bc, c nh ngh a t rms delay
spread. D i thông k t h p là kho ng t n s mà kênh truy n có th c coi là “ph ng”
(ngh a là kênh truy n cho qua t t c các thành ph n có ph n m trong kho ng t n s ó
i l i g n nh nhau và pha g n nh tuy n tính). Hai sóng sin có t n s chênh l ch
nhau l n h n Bc s b nh h ng hoàn toàn khác nhau b i kênh. D i thông k t h p
c nh ngh a nh là kho ng t n s mà hàm t ng quan gi a các tín hi u có t n s
trong kho ng này l n h n 0.9, khi ó[4]:
u ch c n hàm t ng quan l n h n 0.5 thì:
∑∑
∑∑
==
kk
kkk
kk
kkk
P
P
a
a
)(
)(
2
2
τ
ττττ
( )22 ττσ τ −=
∑∑
∑∑
==
kk
kkk
kk
kkk
P
P
a
a
)(
)( 2
2
22
2
τ
ττττ
τσ501≈cB (4.4)
án t t nghi p
-53-
(4.5)
4.2.3. Ph doppler (doppler spectrum)
Trong ph n này, chúng ta s t p trung tìm hi u nh h ng c a doppler shift và
vi c truy n 1 sóng mang ch a u ch t n s fc BS. M t MS di chuy n theo h ng
o thành m t góc iα v i tín hi u nh n c t thành ph n th i nh hình 4.1. MS di
chuy n v i v n t c v, sau kho ng th i gian t∆ i c d=v. t∆ .
Khi ó n ng t BS n MS c a thành ph n th i c a tín hi u s b thay
i 1 l ng là l∆ .
Theo hình v ta có: (4.6)
Khi ó, pha c a tín hi u s b thay i m t l ng:
(4.7)
λ : B c sóng c a tín hi u.
u “-“ cho th y tr pha c a sóng s gi m khi MS di chuy n v phía BS.
n s doppler c nh ngh a nh là s thay i pha do s di chuy n c a MS
trong su t kho ng th i gian t∆ [7]:
l∆
YX d
v
BS
MS
iαiα
Hình 4.1. Hi u ng Doppler
τσ51≈cB
idl αcos=∆
λαπ itv cos2 ∆
−=∆Φ
án t t nghi p
-54-
(4.8)
Thay ph ng trình (4.7) vào ph ng trình (4.8) ta c:
(4.9)
i fm=v/ λ =vfc/c là d ch t n doppler c c i (t t n s sóng mang c phát
i) do s di chuy n c a MS.
Chú ý r ng, t n s doppler có th d ng ho c âm ph thu c vào góc iα . T n s
doppler c c i và c c ti u là ± fm ng v i góc iα =00 và 1800 khi tia sóng truy n trùng
i h ng MS di chuy n:
iα =00 ng v i tr ng h p tia sóng i t i t phía tr c MS.
iα =1800 ng v i tr ng h p tia sóng i t i t phía sau MS.
Trong m t môi tr ng truy n d n th c, tín hi u n b thu b ng nhi u ng
i kho ng cách và góc t i khác nhau. Vì v y, khi m t sóng sin c truy n i, thay vì
ch b d ch m t kho ng t n s duy nh t (doppel shift ic
D cvf
f αcos= ) t i u thu, ph
a tín hi u s tr i r ng t fc(1-v/c) n fc(1+v/c) và c g i là ph doppler. Khi ta gi
thi t xác su t x y ra t t c các h ng di chuy n c a mobile hay nói các khác là t t c
các góc t i là nh nhau (phân b u), m t ph công su t c a tín hi u t i b thu
c cho b i [1,7]:
(4.10)
Trong ó K là h ng s
Chú ý r ng, khi f=fc => S(f=fc)=mf
Kπ2
f= cm ff +± => S(f= cm ff +± )= ∞
tfD ∆
∆Φ−=
π21
imiD fvf ααλ
coscos ==
2
1
12
)(
−−
=
m
cm
ffff
KfSπ
án t t nghi p
-55-
Hình d ng c a S(f) c mô t nh hình 4.2.
4.2.4. Tr i doppler và th i gian k t h p (Doppler spread and coherence time)
Delay spread và coherence bandwidth là các thông s mô t b n ch t tán x th i
gian c a kênh truy n. Doppler spread và coherence time là nh ng thông s mô t b n
ch t thay i theo th i gian c a kênh truy n.
Doppler spread BD là thông s o s m r ng ph gây ra b i s thay i theo
th i gian c a kênh vô tuy n di ng và c nh ngh a là kho ng t n s mà ph t n
doppler nh n c là khác không. Khi m t sóng sin t n s fc c truy n i, ph tín
hi u nh n c, ph doppler, s có các thành ph n n m trong kho ng t n s fc-fd n
fc+fd v i fd là d ch t n do hi u ng doppler. L ng ph c m r ng ph thu c vào
fd là m t hàm c a v n t c t ng i c a MS và góc iα gi a h ng di chuy n c a MS
và h ng c a sóng tín hi u t i MS. N u r ng ph c a tín hi u l n h n nhi u so v i
BD, nh h ng c a doppler spread là không áng k t i b thu và ây là kênh fading
bi n i ch m (slow fading channel).
fc+fmfc-fm fc
Hình 4.2. Ph công su t c a tín hi u t i b thu (hi u ng doppler)
án t t nghi p
-56-
Coherence time Tc chính là i ng u trong mi n th i gian (time domain dual)
a doppler spread, dùng mô t s tán x t n s và b n ch t thay i theo th i gian
a kênh truy n. Doppler spread và coherence time t l ngh ch v i nhau:
Tc ≈ 1/fm (4.11)
Coherence time là kho ng th i gian mà áp ng xung c a kênh truy n không
thay i. Nói cách khác, coherence time là kho ng th i gian mà 2 tín hi u có s t ng
quan v i nhau v biên . N u ngh ch o c a r ng ph c a tín hi u l n h n nhi u
so v i coherence time c a kênh truy n thì khi ó kênh truy n s thay i trong su t
th i gian truy n tín hi u và do ó gây méo b thu. Coherence time c nh ngh a
là kho ng th i gian mà hàm t ng quan l n h n 0.5, khi ó [4]:
i fm là t n s doppler c c i: fm=v/ λ
Trên th c t , n u ta tính Tc theo ph ng trình (4.11) thì trong kho ng Tc tín hi u
truy n s b dao ng nhi u n u có phân b Rayleigh, trong khi ó ph ng trình (4.12)
i quá h n ch . Vì th , ng i ta th ng nh ngh a Tc là trung bình nhân c a hai
ph ng trình trên:
(4.13)
nh ngh a c a th i gian k t h p ng ý r ng 2 tín hi u n b thu khác nhau
t kho ng th i gian Tc s b nh h ng khác nhau b i kênh truy n.
ng 4.1. Tóm t t các thông s c a pha inh b ng r ng [4]
mmc ff
T 423.016
92 ==
π
mc f
Tπ169
≈ (4.12)
án t t nghi p
-57-
i l ng N u “l n” N u “nh ” Chú thíchTr tr i ph u >>
T: pha inha ch nn s
u << :pha inhph ng
càng l n có nh h ng n th i gian kýhi u và gây ra hi n t ng ISI
i thôngt h p BC
u 1/BC<< T: phainh ph ng
u 1/BC>> T: phainh l a
ch n t n s
Cung c p m t nguyên t c là tìm c ng b ng thông c a các sóng mang con là
BSC BC/10, do ó s l ng c n thi t c asóng mang con trong h th ng OFDM là L> 10xB/BC
Tr i phDoppler
cvff c
d⋅
=
u fc.v>>c; pha inhnhanh
u fc.vc; pha inhch m
Khi t s fD/ BSC là không th b qua thì str c giao c a các sóng mang con s m t i
Th i giant h p TC
uTC>>T;pha inhch m
u TC T;pha inhnhanh
4.3. Mô hình áp ng xung c a kênh fading[7]
Ta gi s r ng có N tia n máy thu, tín hi u u ra c a kênh nh sau:
( ) ( ) ( )( )∑=
−⋅=N
nnn ttxtaty
1τ (4.14)
Hình 4.3. Các tín hi u multipath n nh ng th i m khácnhau
án t t nghi p
-58-
Trong ó, an(t) và n(t) là suy hao và tr truy n d n c a thành ph n a ng th
n. L u ý r ng suy hao và tr truy n là m t hàm thay i theo th i gian, u này nói lên
ng, khi ô tô di chuy n thì hai i l ng này c ng thay i theo.
Ta xác nh ng bao ph c c a tín hi u thu
Gi s u vào kênh truy n song là tín hi u u ch có d ng:
( ) ( ) ( )( )tftAtx C φπ +⋅= 2cos (4.15)
Vì th c hi n mô ph ng d ng sóng b ng cách s d ng các tín hi u ng bao
ph c, nên ta ph i xác nh ng bao ph c cho c x(t) và y(t), t ó tìm ra h(t, ).
ng bao ph c c a tín hi u phát ( )tx~ : b ng cách ki m tra (4.15) ta có
( ) ( ) ( )tetAtx φ⋅=~ (4.16)
n bao c a tín hi u ( )ty~ c xác nh nh sau, thay (4.15) vào (4.14)
( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )[ ]∑=
−+−⋅−⋅=N
nnnCnn ttttfttAtaty
12cos τφτπτ (4.17)
Có th vi t l i là:
( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ){ }∑=
−− ⋅⋅⋅−⋅=N
n
tfjtfjttjnn
CnCn eeettAtaty1
22Re πτπτφτ (4.18)
Vì an(t) và A(t) u là giá tr th c nên (4.18) còn c vi t l i nh sau
(4.19)
(4.16), ta có: ( )( ) ( )( ) ( )( )ttxettA nttj
nn ττ τφ −=⋅− − ~ (4.20)
Vì th : ( ) ( ) ( ) ( )( )
⋅−⋅⋅= ∑=
−N
n
tfjn
tfjn
CnC ettxetaty1
22 ~Re πτπ τ (4.21)
Suy hao ng truy n ph c c nh ngh a là:
( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )
⋅⋅⋅−⋅= ∑=
−−N
n
tfjtfjttjnn
CnCn eeettAtaty1
22Re πτπτφτ
án t t nghi p
-59-
( ) ( ) ( )tfjnn
nCetata τπ2~ −⋅= (4.22)
Vì v y: ( ) ( ) ( )( )
⋅−⋅= ∑=
N
n
tfjn
Cettxtaty1
2~~Re πτ (4.23)
Vì v y, ng bao ph c c a tín hi u thu y(t) là:
( ) ( ) ( )( )∑=
−⋅=N
nnn ttxtaty
1
~~~ τ (4.24)
ây, ta có th rút ra áp ng xung kim c a kênh ( )th ,~τ là quan h vào ra c a kênh
c nh ngh a b i (4.24) t ng ng v i m t h th ng tuy n tính thay i theo th i
gian LTV có áp ng xung kim là:
( ) ( ) ( )( )∑=
−⋅=N
nn tttath
1
~,~
τδτ (4.25)
4.4. Phân b Rayleigh và phân b Ricean
4.4.1. Phân b Rayleigh
Trong nh ng kênh vô tuy n di ng, phân b Rayleigh th ng c dùng
mô t b n ch t thay i theo th i gian c a ng bao tín hi u fading ph ng thu c
)( 3tτ
),( τthb
t3
t0
t1
t2
0τ 2τ 3τ 4τ 2−Nτ 1−Nτ)( 0tτ
)( 1tτ
)( 2tτ
1τ
Hình 4.4. Minh h a áp ng xung kim c a kênh và lý l ch tr ang
t
án t t nghi p
-60-
ho c ng bao c a m t thành ph n a ng riêng l . Chúng ta bi t r ng ng bao
a t ng hai tín hi u nhi u Gauss tr c giao tuân theo phân b Rayleigh. Phân b
Rayleigh có hàm m t xác su t [7]:
(4.26)
i σ là giá tr rms (hi u d ng) c a n th tín hi u nh n c tr c b tách ng
bao (evelope detection).
σ 2 là công su t trung bình theo th i gian.
Xác su t ng bao c a tín hi u nh n c không v t qua m t giá tri R cho
tr c c cho b i hàm phân b tích l y (CDF):
(4.27)
Giá tr trung bình rmean c a phân b Rayleigh c cho b i:
(4.28)
Và ph ng sai 2rσ (công su t thành ph n ac c a ng bao tín hi u):
(4.29)
Giá tr hi u d ng c a ng bao là σ2 (c n b c hai c a giá tr trung bình bình
ph ng). Giá tr median c a r tìm c khi gi i ph ng
Vì v y giá tr mean và median ch khác nhau môt l ng là 0.55dB trong tr ng
p tín hi u Rayleigh fading. Hình 4.5 minh h a hàm m t xác su t Rayleigh.
<
∞≤≤
−=
)0(0
)0(2
exp)( 2
2
2
r
rrrrp σσ
−−==≤= ∫ 2
2
0 2exp1)()()(
σRdrrpRrPRP
R
r
σπ
σ 2533.12
)(][0
==== ∫∞
drrrprErmean
[ ] 222
0
2222 4292.02
22
)(][ σπ
σπ
σσ =
−=−=−= ∫
∞
drrprrErEr
∫ =⇒=medianr
medianrdrrp0
177.1)(21
σ (4.30)
án t t nghi p
-61-
4.4.2. Phân b Ricean
Khi có thành ph n truy n th ng n máy thu thì lúc này phân b s là Ricean.
Trong tr ng h p này, các thành ph n a ng ng u nhiên n b thu v i nh ng góc
khác nhau c x p ch ng lên tín hi u light-of-sight. T i ngõ ra c a b tách ng
bao, u này có nh h ng nh là c ng thêm thành ph n dc vào các thành ph n a
ng ng u nhiên. Gi ng nh trong tr ng h p dò sóng sin trong khi b nhi u nhi t,
nh h ng c a tín hi u light-of-sight (có công su t v t tr i) n b thu cùng v i các
tín hi u a ng (có công su t y u h n) s làm cho phân b Ricean rõ r t h n. Khi
thành ph n light-of-sight b suy y u, tín hi u t ng h p trông gi ng nh nhi u có ng
bao theo phân b Rayleigh. Vì v y, phân b b tr thành phân b Rayleigh trong
tr ng h p thành ph n light-of-sight m t i.
Hàm m t phân b xác su t c a phân b Ricean [7]:
(4.31)
0
p(r)
n th ng bao tín hi u t i u thu r (volts)
Hình 4.5: Hàm m t xác su t c a phân b Rayleigh
σ/6065.0
<
≥≥
=
+−
00
)0,0()( 202
)(
22
22
r
rAArIerrp
Ar
σσσ
án t t nghi p
-62-
A: biên nh c a thành ph n light-of-sight.
Io: là hàm Bessel s a i lo i 1 b c 0.
Phân b Ricean th ng c mô t b i thông s k c nh ngh a nh là t s
gi a công su t tín hi u xác nh (thành ph n light-of-sight) và công su t các thành
ph n a ng:
(4.32)
Hay vi t d i d ng dB:
(4.33)
k xác nh phân b Ricean và c g i là h s Ricean.
Khi A → 0, k → 0 ( ∞− dB) thành ph n light-of-sight b suy gi m v biên ,
phân b Ricean tr thành phân b Rayleigh.
Hình 4.6 mô t hàm m t xác su t c a phân b Ricean.
p(r)
k = ∞− dB
k = 6 dB
n th ng bao tín hi u t i u thu r (volts)
Hình 4.6: Hàm m t xác su t c a phân b Ricean: k = ∞− dB (Rayleigh) và k = 6 dB. V i k >>1, giá tr trung bình c a phân b Ricean x p x v i phân b Gauss
2
2
2σAk =
dBAdBk 2
2
2log10)(
σ=
án t t nghi p
-63-
4.5. K t lu n ch ng
Nh ng mô t toán h c c a ch ng này s là c s em có th th c hi n mô
ph ng s c c p ch ng ti p theo.
án t t nghi p
-64-
Ch ng 5
T QU MÔ PH NG VÀ H NG PHÁT TRI N TÀI5.1.Gi i thi u ch ng
Ch ng này th hi n k t qu c a hai ch ng trình mô ph ng:
• Mô ph ng th nh t nh m làm rõ nh h ng c a nhi u thông qua các tác ng
a hi n t ng Doppler, kênh pha inh Rayleigh và Ricean nh h ng n biên
t i máy thu, và giá tr BER.
• Mô ph ng th hai nh m làm rõ nguyên t c s d ng các ph ng pháp u ch
trong t ng u ki n kênh truy n và so sánh giá tr BER và t c d li u c a
i ph ng pháp u ch s và t c mã hóa s d ng (AMC) trong WiMAX.
5.2.Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a hi n t ng pha inh
Hình 5.1. Giao di n c a ch ng trình mô ph ng nh h ng c a pha inh
án t t nghi p
-65-
5.2.1. Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a hi n t ng Doppler
• Bài toán
Khi máy thu thay i v n t c di chuy n thì thì làm nh h ng n ch t l ng c a
tín hi u thông qua c ng tín hi u t i máy thu.
• t qu ch ng trình
• Nh n xét
Nhìn vào hình 5.2 và 5.3, ta th y c ng tín hi u t i máy thu thay i khi v n
c c a máy thu thay i.
5.2.2. Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a kênh Rayleigh n biên tín hi u
thu
• Bài toán
Cho tín hi u hình sin ch a u ch ( b ng t n g c). Cho tín hi u này i qua
hai ng truy n khác nhau, ng truy n th nh t i qua kênh truy n có l i
kênh truy n là c nh và ng truy n th hai có tr và biên thay i m t
cách ng u nhiên theo th i gian. T i u ra c a kênh, t c là u vào c a máy thu, ta
quan sát tín hi u thu thay i sau 10 l n o biên t i u vào máy thu.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010
-2
10-1
100 Received field
Rec
eive
d fie
ld in
tens
ity
time0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10-3
10-2
10-1
100
Received field
Rec
eive
d fie
ld in
tens
ity
time
Hình 5.2. C ng tín hi u t i máythu khi v=1000(km/h)
Hình 5.3. C ng tín hi u t i máythu khi v=45(km/h)
án t t nghi p
-66-
• c ích mô ph ng
Kh o sát s nh h ng c a hi n t ng a ng (multipath 2 tia) n ch t
ng c a tín hi u t i u vào máy thu.
• Mô hình mô ph ng
• t qu ch ng trình
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
time
amplitu
de
Rayleigh fading channel with two path sine wave input
Hình 5.5. S thay i biên t i u ra c a kênh multipath hai tiasau 10 l n o có G1(fixed gain)=1.
s(t)
Fixed gain
delay Variable gain
r(t)
h(t)
Hình 5.4. Mô hình kênh truy n Rayleigh
án t t nghi p
-67-
• Nh n xét
Do nh h ng c a hi n t ng a ng (multipath) làm cho biên t i máy thu
không n nh sau nhi u l n o. Do tr và s suy hao c a kênh th hai thay i
nh u nhiên theo th i gian nên trong m i l n o thì có m i giá tr khác nhau.
u này ã ch ng minh c r ng, trong truy n thông vô tuy n trong môi
tr ng t m nhìn th ng (LOS) ít gây suy hao và có ch t l ng h n trong môi tr ng có
m nhìn che khu t (NLOS).
5.2.3. Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a công su t truy n n ch t l ng
a h th ng thông qua giá tr BER
• Bài toán
Mô ph ng hi u n ng BER c a h th ng QPSK ho t ng trong môi tr ng kênh
a ng 3 tia c nh v i AWGN và so sánh hi u n ng BER v i chính h th ng ó
nh ng ho t ng trên kênh lý t ng(không có a ng)
ng 5.1. Tham s c a các kênh
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
time
amplitu
de
Rayleigh fading channel with two path sine wave input
Hình 5.6. S thay d i biên t i u ra c a kênh multipath haitia sau 10 l n o có G1(fixed gain)=20
án t t nghi p
-68-
Các kênh P0 P1 P2 (m u) Chú thích
Kênh s 1 1.0 0 0 0 Kênh AWGN lý t ng
Kênh s 2 1.0 0.2 0 0 Pha inh ph ng Ricean
Kênh s 3 1.0 0 0.2 0 Kênh pha inh ph ng Ricean
Kênh s 4 1.0 0 0.2 8 Kênh pha inh ch n l c t n s
Ricean
Kênh s 5 0 1.0 0.2 0 Kênh pha inh ph ng Rayleigh
Kênh s 6 0 1.0 0.2 8 Kênh pha inh ch n l c t n s
Rayleigh
P0 , P1 , P2 xác nh các m c công su t t ng i c a ba ng và c tính b ng n
dB, trong ó P0 là công su t t ng i c a tia truy n th ng, P1 và P2 là công su t c a
hai tia ph n x .
•
TransmitterSignal
tDelay Delay spread
ReceiverSignal
t
Hình 5.7. Minh h a nhi u a ng 3 tia
án t t nghi p
-69-
• c ích mô ph ng
Mô ph ng này nh m làm rõ s nh h ng c a kênh pha inh Ricean và
Rayleigh; pha inh l a ch n t n s và pha inh ph ng lên giá tr BER c a h th ng
truy n thông vô tuy n.
• Nguyên t c mô ph ng
Giá tr BER c a m i kênh c c l ng b ng ph ng pháp c tính bán phân
tích. Ph ng pháp này là k t h p c a hai ph ng pháp: gi i tích và Monte Carlos
• u thu t toán
án t t nghi p
-70-
t u
Nh p các thông s sau:s ký(symbol): N, r ng c a 1 bít: tb,c l y m u fs, các giá tr Eb/N0
i ch ng trình conrandom_binary
Các kênh khácKênh s 1 S
Tính l i cho m i ngRayleigh và Ricean
i ch ng trình convxcorr
i ch ng trình conqpsk_berest
th BER theo t ng giá trEb/N0
Xu t ra màn hình
t thúc
án t t nghi p
-71-
• t qu c a ch ng trình
Hình 5.8. th BER c a kênh s 1 Hình 5.9. th BER c a kênh s 2)
Hình 5.10. th BER a kênh s 3 Hình 5.11. th BER a kênh s 4
án t t nghi p
-72-
• Nh n xét
a vào k t qu mô ph ng kênh s 1 và s 2 c minh h a hình 5.8 và hình
5.9, ta th y kênh s 1 ch có m t thành ph n i th ng LOS mà không có a ng,
nên ây là c tính BER bán phân tích cho h th ng QPSK ho t ng trong môi tr ng
kênh AWGN. ây là kênh chu n và c dùng so sánh v i k t qu BER mô ph ng
a n m kênh còn l i. Kênh s 2 có thêm thành ph n pha inh Rayleigh. Vi c thêm vào
này làm cho kênh này t ng ng v i kênh pha inh Ricean, do =0 nên k nh s 2 là
kênh pha inh ph ng(không ch n l c t n s ), và ta th y rõ r ng kênh này có giá tr
BER l n h n kênh s 1(kênh lý t ng)
t qu mô ph ng cho hai kênh s 3 và 4 trong hình 5.10 và hình 5.11. Hai kênh s
2 và 3v c b n là nh nhau. Kênh s 4 gi ng v i kênh s 3 ngo i tr là pha inh c a
kênh s 4 là kênh ch n l c t n s , =8(m u); và ta th y rõ là hi u n ng c a h th ng ã
gi m m t cách rõ r t(giá tr c a BER t ng lên). u này ch ng t nhi u ch n l c t n
(hay còn g i là ISI) có nh h ng r t l n n ch t l ng c a h th ng thông tin
không dây.
t qu mô ph ng cho kênh s 5 và 6 c th hi n trong hình 5.12 và hình 5.13 ,
hai kênh này u không có thành ph n i th ng NLOS(kênh Rayleigh ). Khi so sánh
Hình 5.12. th BER c a kênh s 5 Hình 5.13. th BER a kênh s 6
án t t nghi p
-73-
t qu c a kênh s 4 và kênh s 5 ta th y: m c dù là kênh s 5 là pha inh ph ng
nh ng k t qu là giá tr BER c a kênh này v n cao h n so v i tr ng h p có kênh có
ng truy n th ng LOS. Kênh s 6 c ng là kênh Rayleigh nh ng là trong tr ng h p
có tr ( kênh Rayleigh ch n l c t n s ) thì ch t l ng c a h th ng suy gi m tr m tr ng.
5.3. Ch ng trình mô ph ng tính BER và t c d li u c a các ph ng pháp
u ch s s d ng trong h th ng WiMAX
Mô ph ng g m có hai ph n:
-Mô ph ng c tính BER c a các ph ng pháp u ch s .
-T c d li u c a t ng ph ng pháp u ch s và t c mã hóa trong WiMAX.
• c ích mô ph ng
Hai mô ph ng này nh m ch ng minh cách s d ng t ng ph ng pháp u ch
có liên quan n bán kính c a t bào; ánh giá hi u qu s d ng ph t n c a các s
u ch ó.
Hình 5.14. Giao di n ch ng trình hai
án t t nghi p
-74-
5.3.1. th chòm sao
• u thu t toán
Hình 5.15. Bán kính t bào(cell) có liên quan n u ch thíchnghi(AMC)
t u
Nh p:-Các m c u ch -S l ng các tín hi u
i ch ng trìnhcon anhxa.m
th chòm sao c a cácph ng pháp u ch
Xu t ra màn hình
t thúc
án t t nghi p
-75-
t qu ch ng trình
Hình 5.16. Chòm sao tín hi u c aph ng pháp u ch BPSK
Hình 5.17. Chòm sao tín hi u c aph ng pháp u ch QPSK
Hình 5.18. Chòm sao tín hi u c aph ng pháp u ch 16-QAM Hình 5.19. Chòm sao tín hi u c a
ph ng pháp u ch 64-QAM
án t t nghi p
-76-
Nh n xét
u ch càng nhi u m c (M càng l n) thì kho ng cách Euclic gi a các c p m
ký hi u trong không gian tín hi u càng ng n.
5.3.2. th tán x
th tán x c dùng ánh giá s ch ng l n c a các tín hi u u ch s
khi b nh h ng c a nhi u.
Trong môi tr ng kênh AWGN, thì xác su t l i là m t hàm n u c a
kho ng cách Euclic gi a các c p m trong không gian tín hi u v i xác su t l i t ng
khi các m trong không gian tín hi u ó g n nhau h n, hay nói cách khác khi các
m tín hi u càng xít g n nhau thì xác su t l i càng t ng và ng c l i.
• u thu t toán t u
Nh p:-Các m c u ch -S l ng các tín hi u
i ch ng trìnhcon anhxa.m
th ánh x c a cácph ng pháp u ch
Xu t ra màn hình
t thúc
i qua kênh AWGN
án t t nghi p
-77-
• t qu ch ng trình
Hình 5.20. S tán x c aph ng pháp BPSK
Hình 5.21. S tán x c a ph ngpháp QPSK
Hình 5.22. S tán x c a ph ng pháp 16-QAM
Hình 5.23. S tán x c a ph ngpháp 64-QAM
án t t nghi p
-78-
• Nh n xét
Khi M càng l n thì các m trên chòm sao càng sát l i v i nhau. Do ó, các m
b ch ng l n lên nhau khi b nh h ng b i nhi u và d gây ra l i. u ó ã c
ch ng minh là hoàn toàn úng trong mô ph ng
5.3.3. Tính BER cho t ng ph ng pháp
• Nguyên t c mô ph ng
d ng ph ng pháp Monte Carlos c tính l i BER. D a vào chòm sao tín
hi u c a các ph ng pháp u ch có M m khác nhau(M là s m c u ch ), M
m này chia thành M vùng quy t nh. Khi ta cho tín hi u i qua kênh AWGN và so
sánh v i M m ban u, t ó tính c l i và tính BER.
Ngu n li u
So sánh các kýhi u
MÁYPHÁT
Ngu n t p âm
Ngu n t p âm
MÁYTHU
+
+
∧
eP
d[n]
xd[n]
xq[n]
nd[n]
nq[n]
x [n]yd[n]
yq[n]
[ ]∧
nd
Hình 5.24. S kh i mô ph ng tính BER
án t t nghi p
-79-
d ng b t o s ng u nhiên t o ra các s ng u nhiên phân b u trong
kho ng (0,1), t s ng u nhiên phân b u này ánh x (s p x p) thành m c biên
Am t ng ng v i các tr c I-Q cho các b u ch và gi i u ch s nêu trên. B s p
p (ánh x ) thành m c biên Am, lu ng d li u nh phân tr c h t c chuy n n i
ti p thành song song, sau ó c phân vào nhánh ng pha(nhánh I) và vuông pha
(nhánh Q),các t h p bit c a các thành ph n ng pha và vuông pha này c s p x p
thành các m c biên Am t ng ng.
ng 5.2. S p x p thành m c biên Am[8]
Quy t nh u raChu ch
Quy t nh m c ra theox
n v v)Ký hi u
tin(v) h pbit
Th i gian t n t igiá tr Am (th i gian
n t i m t ký hi u)TS là:
BPSK N u 0<x<0.5 thì quy tnh u rau 0.5<x thì quy t nhu ra
Am= -1
Am=+1
0
1
TS = TbBPS = 1
QPSK N u 0< x 0.5 thì quy tnh u rau 0.5< x thì quy t nhu ra
Am= -1
Am =+1
0
1
TS = 2TbBPS = 2
16-QAM N u 0 < x 0.25 thì quy tnh u rau 0.25< x 0.5 thì
quy t nh u rau 0.5 < x 0.75 thì
quy t nh u rau x> 0.75 thì quy t
nh u ra
Am= -3
Am= -1
Am= +1
Am=+3
00
01
10
11
TS = 4TbBPS = 4
64-QAM N u 0< x 0.125 thìquy t nh u ra
u 0.125< x 0.25 thìquy t nh u ra
u 0.25 < x 0.375 thìquy t nh u ra
u 0.375 < x 0.5 thì
Am = -7
Am= -5
Am =-3
000
001
010
án t t nghi p
-80-
Quy t nh u raquy t nh u ra
u 0.5 < x 0.625 thìquy t nh u ra
u 0.625 < x 0.75 thìquy t nh u ra
u 0.75 < x 0.875 thìquy t nh u ra
u 0.875 < x 1 thìquy t nh u ra
Am = -1
Am = +1
Am= +3
Am= +5
Am = +7
011
100
101
110
111
TS = 6TbBPS = 6
BPS là s bit trên m t ký hi u. Ta có M là m c u ch , thì BPS=log2M(bit). ây
ng là m t tham s dùng ánh giá hi u n ng thông l ng c a h th ng. hi u rõ
cách s p x p, xem trong s sau:
Hình 5.25. S d s p x p chòm sao c a các ph ng pháp u ch
M =64
M =16
M = 4M=20
Am
7
5
- 1
1
3
- 7
- 5
-3
1- 1- 3- 5- 7 753 Am
án t t nghi p
-81-
• u thu t toán
t u
Nh p:-Các ký hi u dùng trong mô ph ng-Các giá tr Eb/N0-Kh i t o m ng là m t vect hàng có cácph n t là các m c Am
o các tín hi u u ch ,sau ó c ng nhi u vào tín
hi u u ch
ii= length(Eb/N0)
So sánh các tín hi u ã c ngnhi u v i tín hi u u ch ban
u, t ó phát hi n ra l i vàm l i
ii>length(Eb/N0)S
Tính BER và v th BERtheo mô ph ng và theo lý
thuy t
Xu t ra màn hình th BER
t thúc
án t t nghi p
-82-
• t qu ch ng trình
Hình 5.26. th BER c a ph ng phápu ch BPSK
Hình 5.27. th BER c a ph ngpháp u ch QPSK
Hình 5.28. th BER c a ph ng phápu ch 16-QAM
Hình 5.29. th BER c a ph ngpháp u ch 64-QAM
án t t nghi p
-83-
Nh n xét:
*. Giá tr BER c a các ph ng pháp u ch
a vào k t qu mô ph ng trên ta th y giá tr BER mô ph ng b ng ph ng
pháp Monte Carlos là khác nhau cho m i ph ng pháp u ch
hình 5.26 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch BPSK, so v i ba ph ng
pháp còn l i thì ph ng pháp này có giá tr BER th p nh t, có ngh a là ph ng pháp
này s cho hi u n ng t t nh t và ít gây ra l i nh t. u này c ng phù h p trong lý
thuy t, vì ph ng pháp này ch s d ng m t bit/symbol truy n tin nên kh n ng gây
ra l i bit là r t th p(s bit truy n tin là log2M=1; M là m c u ch )
hình 5.27 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch QPSK, ph ng pháp này
có giá BER cao h n ph ng pháp BPSK, nh ng s bit tin truy n cho m t ký t là
2/symbol (log2M= 2), l n h n BPSK. Trong WiMAX, u ch 4 m c, ng i ta s
ng ph ng pháp QPSK, mà không s d ng ph ng pháp 4-QAM vì u ch 4-
QAM ph c t p h n và d gây ra l i h n do ph ng pháp này làm thay i c v pha
n biên .
hình 5.28 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch 16-QAM, ph ng pháp
này ta th y rõ giá tr BER cao h n hai ph ng pháp trên. Ph ng pháp này truy n c
nhi u bit h n, 4 bit/ symbol, nh ng chính vì v y mà d gây ra l i h n. Do ó, giá tr
BER cao h n. Ta c ng th y r ng giá tr BER mô ph ng c l i r t khác so v i giá tr
BER tính toán trên lý thuy t.
hình 5.29 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch 64-QAM, ph ng pháp
này có giá tr BER cao nh t( 100). Vì v y, ph ng pháp này cho hi u n ng th p nh t
nh ng truy n c nhi u tin nh t trong các ph ng pháp u ch còn l i. Giá tr mô
ph ng l i càng khác xa v i giá tr lý thuy t.
c b n th BER, ta th y giá tr SNR(Eb/N0) càng t ng thì giá tr BER càng
gi m. u này hoàn toàn phù h p v i lý thuy t, vì khi SNR t ng thì ít gây ra l i
án t t nghi p
-84-
*.Hi u qu s d ng ph c a các ph ng pháp u ch
Hi u qu s d ng ph c a m t h th ng c ánh giá qua công th c sau:
Trong ó:
Rb là t c bit trong m t n v th i gian, trong ó Rb c tính theo công th c sau
ây:
Nh ã bi t:
M là s m c u ch
Ts là th i gian t n t i m t ký hi u, gi s TS=1s
B là toàn b b ng thông chi m d ng c a c h th ng
Th công th c (5.1) vào (5.2), ta có:
Theo công th c (5.3), ta th y hi u qu s d ng ph c a m t h th ng ph thu c
t nhi u vào giá tr M, M càng l n thì hi u qu s d ng ph càng t ng.
t khác, theo công th c (5.3), ta th y M càng l n thì t c truy n d li u
càng t ng lên
5.3.4. T c truy n d li u c a h th ng WiMAX
Theo nh k t qu cho b ng 5.3, ta th y t c d li u ph thu c r t nhi u vào
ph ng pháp u ch và t c mã hóa.
[ ][ ]HzB
sbítRR beff
/= (5.1)
( )s
b TMR 2log
= (5.2)
( )B
MReff
2log= (5.3)
án t t nghi p
-85-
ng 5.3. Ph ng pháp tín t c truy n c a WiMAX
• t qu ch ng trình
• Nh n xét
a vào b ng trên, ta th y t c d li u t ng khi s d ng ph ng pháp u ch
nhi u m c và t c mã hóa l n nh ng d gây ra l i l n.
5.4. K t lu n và h ng phát tri n tài
5.4.1. K t lu n
Tham s BER là m t tham s quan tr ng dùng ánh giá ch t l ng c a h
th ng, vì v y nó luôn c quan tâm n trong quá trình thi t k h th ng. Vi c mô
ph ng c tính giá tr BER cho t ng kênh truy n và các ph ng pháp u ch c a
th ng giúp ng i thi t k ánh giá úng nh ng nh h ng c a tác ng bên ngoài
n kênh truy n, l a ch n các ph ng pháp u ch thích h p cho t ng u ki n kênh
truy n, thu n l i h n trong vi c tri n khai h th ng trong th c t
Hình 5.. Nguyên t c mô ph ng o thông l ng c a t ng ph ng pháp
án t t nghi p
-86-
Trong ph m vi án này là tìm hi u t ng quan v công ngh WiMAX, các nh
ng c a nhi u n h th ng này và các bi n pháp kh c ph c các nh h ng này. Các
t qu mô ph ng trên hoàn toàn úng v i lý thuy t a ra.
5.4.2. H ng phát tri n tài
Trong ph m vi tài này, em ã tìm hi u nh ng nh h ng ch y u trong m ng
truy n thông không dây nói chung c ng nh trong WiMAX và các bi n pháp kh c
ph c trong WiMAX. Trong ch ng trình mô ph ng nh h ng c a pha- inh; em ch
gi i h n nh h ng c a hi n t ng Doppler c ng tín hi u t i máy thu, c a kênh
thay i theo th i gian n biên t i máy thu, nh h ng c a kênh Rayleigh và
Ricean g m ba tia và mô hình kênh truy n ã c n gi n hóa. Trong mô ph ng các
ph ng pháp u ch , em ch h n ch trong b n ph ng pháp u ch thông d ng
nh t th ng dùng trong WiMAX. Do ó, tài này còn có th phát tri n theo nhi u
ng khác nhau cho tài này g n v i th c t h n. H ng phát tri n tài nh
sau:
• r ng tìm hi u các ph ng pháp u ch s khác nhi u m c h n; ch ng h n
nh 256-QAM,v.v…
• i sâu tìm hi u nh h ng c a hi n t ng Doppler n ch t l ng c a h th ng
và bi n pháp kh c ph c, vì hi n t ng này có nh h ng áng k n m ng di
ng.
• Tìm hi u k h n v bi n pháp kh c ph c l i b ng ph ng pháp c l ng và
cân b ng kênh phía thu vì ph ng pháp này r t quan tr ng trong quá trình
th c hi n AMC.
án t t nghi p
-87-
TÀI LI U THAM KH O
[1] Nguy n V n c, “ Lý thuy t và các ng d ng c a k thu t OFDM”,
Nhà xu t b n Khoa h c và K thu t- Hà N i-2006.
[2] TS. Lê Thanh D ng-ThS. Lâm V n à, “WiMAX di ng, phân tích
, so sánh v i các công ngh 3G”, Nhà xu t b n B u n- Hà N i 2007.
[3] Vladimir Bykovnikov,“The Advantages of SOFDMA for WiMAX”,
Intel Corporation.
[4] Jeffrey G. Andrews, Ph.D., “Fundamentals-of-wimax-understanding-
broadband-wireless-networking”, Prentice Hall, ISBN 0-13-222552-2.
[5] WIMAX forum, “WiMAX’s technology for LOS and NLOS
environments ”.
[6] RDW X-MobilityTMWhite Paper, “A WiMAX Compliant Technology”,
September 6, 2007.
[7] Theodore S. Rappaport “Wireless Communications Principles and
Practice”, Prentice Hall, Inc, ISBN 0-13-375536-3.
[8] Diplomarbeit, “Implementation of a WiMAX simulator in Simulink”,
Amalia Roca, Vienna, February 2007.
[9] Dr. Maha Elsabrouty, “Lecture 6: Wireless Networking”
[10] ROHDE&SCHWARZ, “Introduction OFDM”