Đồ án Tìm hiểu về WiMAX, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong WiMAX

Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -1- CÁC TӮ VIӂT TҲT AMC Adaptive Modulation and Code ARQ Automatic Retransmission Request ATM Network Asynchronous Transfer Mode BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CI CRC Indicator CID Connection Identifier CPE Customer Premise Equipment CPS Common Part Sublayer CRC Cyclic Redundancy Checks CS Centralized Scheduling CSMA Carrier Sense Multiple Access DES Data Encryption Standard DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DL-MAP Downlink Map DL-MAP Downlink Map DSL Digital Subscriber Line EC Encryption Control EKS Encryption Key Sequence FDD Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transformation GMH Generic Mac Header HCS Header Check Sequence HT Header Type IEEE Institute of Electrical anh Electronics Engineers ITU International Telecommunication Union IV Initialising Vectors LEN Length LOS Line Of Sight MAC Media Access Control Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -2- MAC CPS Mac Common Part Sublayer MAC CS Mac Service Specific Convergence Sublayer MAC PDU MAC Protocol Data Unit MSDU Mac Service Data Unit NLOS Non Line Of Sight nrtPS Non Real Time Polling Service OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing PDA Persional Digital Assitant PDU Protocol Data Units PHY Physical Layer PMP Point MultiPoint PS PHY Slots 16QAM 16-State Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying SC Single Carrier SINR Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing SS Subscriber Station SSCS Service-Specific Convergence Sublayer TDD Time Division Duplexing TDMA Time Division Multiple Access UGS Unsolicited Grant Service UL-MAP Uplink Map VoIP Voice over IP Wi-Fi Wireless Fidelity WiLANs Wireless Local Area Networks WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access WirelessHUMAN Wireless HighSpeed Unlicensed Metropolitan Area Networks WISPs Wireless Internet Providers WMAN Wireless Metropolitan Area Network Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -3- 0ӢĈҪU *** Ngày nay nhu cҫu thông tin liên lҥc cӫa con ngѭӡi ngày càng cao, nhҩt là ÿӕi Yӟi các thiӃt bӏ không dây tӕc ÿӝ cao, băng thông rӝng nhѭ ÿLӋn thoҥi không dây, internet không dây... ÿӇ mӑi ngѭӡi có thӇ liên lҥc vӟi nhau ӣ mӑi lúc, mӑi nѫi và quan trӑng hѫn là viӋc mӣ rӝng dân trí cho ngѭӡi dân ӣ các vùng xa xôi hҿo lánh trên ÿҩt Qѭӟc ta, nѫi mà cѫ sӣ hҥ tҫng viӉn thông chѭa ÿӃn ÿѭӧc. HiӋn nay ÿã có rҩt nhiӅu hӋ thӕng mҥng không dây ra ÿӡi nhѭ là WiFi, bluetooth... và mӝt trong sӕÿó có thӇÿáp ӭng ÿѭӧc nhu cҫu trên là WiMax. Wimax chӫ yӃu cung cҩp dӏch vө internet không dây Yӟi giá thành rҿ, tӕc ÿӝ truyӅn cao kӃt nӕi ÿӃn các thiӃt bӏÿҫu cuӕi trong mӝt khoҧng cách truyӅn lӟn. HiӋn nay, ӣ nѭӟc ta WiMAX ÿang ÿѭӧc thӱ nghiӋm ӣ tӍnh miӅn núi nhѭ: Lào Cai,Cao Bҵng. Mһc dù có nhӳng khó khăn bѭӟc ÿҫu, nhѭng em tin vӟi sӵÿҫu tѭÿúng Kѭӟng cӫa Ĉҧng và nhà nѭӟc dành cho Wimax thì nó sӁÿѭӧc phát triӇn ra toàn quӕc. Tuy nhiên, viӋc triӇn khai hӋ thӕng còn gһp nhiӅu khó khăn do nhӳng ҧnh Kѭӣng có tính truyӅn thӕng cӫa mҥng không dây. Vì vұy, em ÿã chӑn ÿӅ tài “Tìm hiӇu YӅ WiMAX, nhiӉu và ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu trong WiMAX”. Trong ÿӅ tài này, em ÿi sâu tìm hiӇu nhӳng kӻ thuұt khҳc phөc nhiӉu cӫa WiMAX mà ӣ các thӃ hӋ trѭӟc chѭa có ÿѭӧc, ҧnh hѭӣng cӫa kênh truyӅn ÿӃn chҩt lѭӧng truyӅn tín hiӋu. Vӟi cӓ sӣ lý thuyӃt này, em ÿã mô phӓng hai lƭnh vӵc trên bҵng ngôn ngӳ Matlab. Ĉӗ án gӗm có năm chѭѫng: Chѭѫng1: Tәng quan vӅ kӻ thuұt ÿLӅu chӃ OFDM. Chѭѫng 2: Giӟi thiӋu vӅ WiMAX. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -4- Chѭѫng 3: Ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu trong WiMAX và các biӋn pháp khҳc phөc. Chѭѫng 4: Ҧnh hѭӣng cӫa kênh vô tuyӃn ÿӃn truyӅn dүn tín hiӋu. Chѭѫng 5: Chѭѫng trình mô phӓng và hѭӡng phát triӇn ÿӅ tài.  ĈӇ hoàn thành ÿӗ án này em xin chân thành cҧm ѫn sӵ giúp ÿӥ tұn tình cӫa thҫy NguyӉn Văn Tuҩn và các thҫy cô giáo trong Khoa ĈLӋn Tӱ-ViӉn Thông ĈH Bách Khoa Ĉà Nҹng. Ĉà Nҹng, tháng 6 năm 2008 Sinh viên Phan Th͓ Minh Huy͉n Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -5- Chѭѫng 1 7ӘNG QUAN Vӄ KӺ THUҰT OFDM 1.1. Giӟi thiӋu chѭѫng Wimax ÿѭӧc phát triӇn dӵa trên công nghӋ OFDM. Vì thӃ trѭӟc khi ÿi vào Wimax, ta tìm hiӇu vӅ nhӳng nguyên lý cѫ bҧn cӫa kӻ thuұt OFDM. Trong chѭѫng này giҧi thích mӝt cách dӉ hiӇu nhҩt vӅ sӵ trӵc giao sóng mang theo tҫn sӕ, tӯÿó ÿѭa ra nhӳng công thӭc tәng quát ÿӇ mô tҧ kӻ thuұt OFDM cNJng nhѭ các sѫÿӗÿLӅu chӃ cӫa Nӻ thuұt này. 1.2. Nguyên lý cѫ bҧn cӫa OFDM[1] Ý tѭӣng OFDM là truyӅn dүn song song (ÿӗng thӡi) nhiӅu băng con chӗng lҩn nhau trên cùng mӝt ÿӝ rӝng băng tҫn cҩp phát Fӫa hӋ thӕng. ViӋc xӃp chӗng lҩn các Eăng tҫn con trên toàn bӝ băng tҫn ÿѭӧc cҩp phát dүn ÿӃn không nhӳng ÿҥt ÿѭӧc hiӋu quҧ sӱ dөng phә tҫn cao mà còn có tác dөng phân tán lӛi cөm khi truyӅn qua kênh, nhӡ tính phân tán lӛi mà khi ÿѭӧc kӃt hӧp vӟi các kӻ thuұt mã hoá kênh kiӇm soát lӛi hiӋu năng hӋ thӕng ÿѭӧc cҧi thiӋn ÿáng kӇ. So vӟi hӋ thӕng ghép kênh phân chia theo tҫn sӕ FDM truyӅn thӕng thì, ӣ FDM cNJng truyӅn theo cѫ chӃ song song nhѭng các băng con không nhӳng không ÿѭӧc phép chӗng lҩn nhau mà còn phҧi dành khoҧng băng tҫn bҧo vӋ (ÿӇ giҧm thiӇu ÿӝ phӭc tҥp bӝ lӑc thu) dүn ÿӃn hiӋu quҧ sӱ dөng phә tҫn kém. Hình 1.1. Sӵ trӵc giao cӫa các sóng mang Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -6- 1.3. Ĉa sóng mang (Multicarrier) 1Ӄu truyӅn tín hiӋu không phҧi bҵng mӝt sóng mang mà bҵng nhiӅu sóng mang, Pӛi sóng mang tҧi mӝt phҫn dӳ liӋu có ích và ÿѭӧc trҧi ÿӅu trên cҧ băng thông thì khi chӏu ҧnh hѭӣng xҩu sӁ chӍ có mӝt phҫn dӳ liӋu có ích bӏ mҩt, dӵa trên cѫ sӣ dӳ liӋu cӫa các sóng mang khác có thӇ khôi phөc lҥi dӳ liӋu có ích. HDo vұy, khi dùng nhiӅu sóng mang có tӕc ÿӝ bit thҩp, nhiӅu dӳ liӋu gӕc sӁ ÿѭӧc thu chính xác. ĈӇ hӗi phөc dӳ liӋu ÿã mҩt, ngѭӡi ta dùng phѭѫng pháp sӱa lӛi FEC-Forward Error Correction. Ӣ máy thu mӛi sóng mang ÿѭӧc tách ra khi dùng các Eӝ lӑc thông thѭӡng và giҧi ÿLӅu chӃ. Tuy nhiên ÿӇ không có can nhiӉu giӳa các sóng mang (ICI) cҫn phҧi có khoҧng bҧo vӋ khi hiӋu quҧ phә kém. Giҧi pháp khҳc phөc viӋc hiӋu quҧ phә kém khi có khoҧng bҧo vӋ (GUARD PERIOD) là giҧm khoҧng cách các sóng mang và cho phép phә cӫa các sóng mang Fҥnh nhau trùng lҳp nhau. Sӵ trùng lҳp này là ÿѭӧc phép nӃu khoҧng cách giӳa các sóng mang ÿѭӧc chӑn chính xác. Khoҧng cách này ÿѭӧc chӑn ӭng vӟi trѭӡng hӧp các sóng mang trӵc giao vӟi nhau. Ĉó là phѭѫng pháp ghép kênh theo tҫn sӕ trӵc giao (OFDM). ib 1cos(2 )f tp 2cos(2 )f tp cos(2 )Nf tp ( )s t S/ S/ S/ P P P Ĵ cos(2Ȇ f2t) cos(2Ȇ fNt) S / P cos Ȇ f1t) bi S(t) Hình 1.2. Sӵ tҥo ra tín hiӋu OFDM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -7- Cho tӟi nay dӵa trên nhӳng thành tӵu cӫa công nghӋ mҥch tích hӧp, phѭѫng pháp này ÿã ÿѭӧc thӵc hiӋn mӝt cách dӉ dàng. 1.4. Sӵ trӵc giao (Orthogonal) ORTHOGONAL chӍ ra rҵng có mӝt mӕi quan hӋ toán hӑc chính xác giӳa các Wҫn sӕ cӫa các sóng mang trong hӋ thӕng OFDM. VӅ mһt toán hӑc, trӵc giao có nghƭa là các sóng mang ÿѭӧc lҩy ra tӯ nhóm trӵc chuҭn (Orthonomal basis) {{Ɏi(t)/i= 0,1…} có tính chҩt sau: Trong toán hӑc, sӕ hҥng trӵc giao có ÿѭӧc tӯ viӋc nghiên cӭu các vectѫ. Theo ÿӏnh nghƭa, hai vectѫÿѭӧc gӑi là trӵc giao vӟi nhau khi chúng vuông góc vӟi nhau(tҥo nhau mӝt góc vuông 90) và tích cӫa 2 vectѫ là bҵng 0. ĈLӇm chính ӣÿây là ý tѭӣng nhân hai hàm sӕ vӟi nhau, tәng hӧp các tích và nhұn ÿѭӧc kӃt quҧ là 0. . ĈLӅu này gӑi là tính trӵc giao cӫa dҥng sóng sin. Nó cho thҩy rҵng miӉn là hai Gҥng sóng sin không có cùng tҫn sӕ, thì tích phân cӫa chúng sӁ bҵng không. Thông tin này là ÿLӇm mҩu chӕt ÿӇ hiӇu quá trình ÿLӅu chӃ OFDM. Hình 1.3. FDM thông thѭӡng và OFDM (1.1) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -8- Hình 1.4. Tích cӫa hai vectѫ trӵc giao bҵng 0 1Ӄu chúng ta nhân và cӝng(tích phân) hai dҥng sóng sin có tҫn sӕ khác nhau. Ta nhұn thҩy quá trình này FNJng bҵng 0. 9ұy hai sóng sin khác tҫn sӕ thì tích phân cӫa chúng sӁ bҵng không và ngѭӧc lҥi. ĈLӅu này gӑi là tính trӵc giao cӫa dҥng sóng sin. Hình 1.5 và 1.6 . ViӋc giҧi ÿLӅu chӃ chһt chӁ ÿѭӧc thӵc hiӋn kӃ tiӃp trong miӅn tҫn sӕ (digital domain) bҵng cách nhân mӝt sóng mang ÿѭӧc tҥo ra trong máy thu ÿѫn vӟi mӝt sóng mang nhұn ÿѭӧc trong máy thu có cùng chính xác tҫn sӕ và pha. Sau ÿó phép tích phân ÿѭӧc thӵc hiӋn, tҩt cҧ các sóng mang sӁ vӅ không ngoҥi trӯ sóng mang ÿѭӧc nhân, nó ÿѭӧc dӏch lên trөc x, ÿѭӧc tách ra, hiӋu quҧ và giá trӏ symbol cӫa nó khi ÿó ÿã ÿѭӧc xác ÿӏnh. Toàn bӝ quá trình này ÿѭӧc lһp lҥi khá nhanh chóng cho mӛi sóng mang, ÿӃn khi tҩt cҧ các sóng mang ÿã ÿѭӧc giҧi ÿLӅu chӃ. Hình 1.6. Tích phân cӫa hai sóng sin cùng tҫn sӕ Hình 1.5.Tích phân cӫa hai sóng sin khác tҫn sӕ Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -9- 1.4.1. Mô tҧ toán hӑc cӫa OFDM[1] Trong toán hӑc, mӛi sóng mang ÿѭӧc mô tҧ nhѭ mӝt sóng phӭc: Sc(t) = Ac(t)ej[Ȧct + Ɏc(t)] (1.2) Tín hiӋu thӵc là phҫn thӵc cӫa Sc(t). Cҧ Ac(t) và Ɏc(t) (biên ÿӝ và pha tѭѫng ӭng cӫa sóng mang) có thӇ thay ÿәi trên mӛi symbol bӣi symbol cѫ bҧn. Phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ OFDM sӱ dөng rҩt nhiӅu sóng mang, vì vұy tín hiӋu phӭc Sc(t) ÿѭӧc thӇ hiӋn bӣi công thӭc : Ss(t) = å - = 1 0 1 N nN An(t)e j[Ȧnt + Ɏn(t)] (1.3) Trong ÿó : Ȧn= Ȧo+nǻȦ Tҩt nhiên, ÿây là mӝt tín hiӋu liên tөc. NӃu ta xem các dҥng sóng cӫa mӛi phҫn Wӱ tín hiӋu trên mӝt chu kǤ symbol thì các biӃn sӕ Ac(t) và Ɏc(t) và nhұn các giá trӏ cӕ ÿӏnh mà các giá trӏ này phө thuӝc vào tҫn sӕ cӫa sóng mang cө thӇÿó, nhѭ vұy có thӇ viӃt lҥi nhѭ sau: Ɏn(t) ĺ Ɏn An(t) ĺ An NӃu tín hiӋu ÿѭӧc lҩy mүu vӟi tҫn sӕ lҩy mүu có giá trӏ là 1/T ( vӟi T là chu kǤ Oҩy mүu), thì tín hiӋu hӧp thành ÿѭӧc thӇ hiӋn bӣi công thӭc : Ss(kT) = å - = 1 0 1 N nN Ane j[(Ȧ0 + nǻȦ)kT + Ɏn] (1.4)  Ӣÿây, chúng ta chia tín hiӋu thành N mүu. Nó thuұn lӧi ÿӇ lҩy mүu trong mӝt chu kǤ cӫa mӝt symbol dӳ liӋu. Vì thӃ có mӕi liên hӋ : IJ=NT NӃu bây giӡÿѫn giҧn biӇu thӭc trên mà không làm mҩt tính tәng quát bҵng cách cho Ȧo = 0, thì tín hiӋu trӣ thành : Ss(kT) = å - = 1 0 1 N nN An e MɎn ej(nǻȦ)kT (1.5) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -10- TiӃp theo ta có thӇ so sánh biӇu thӭc này vӟi dҥng tәng quát cӫa biӃn ÿәi Fourier ngѭӧc: g(kT) = å - = 1 0 1 N nN G( NT n ) ej2ɩnk/N (1.6) Trong biӇu thӭc (1.5), hàm sӕ AneMɎ giӕng nhѭÿӏnh nghƭa cӫa tín hiӋu trong khoҧng tҫn sӕ lҩy mүu và Ss(kT) là mӝt biӇu diӉn trong miӅn thӡi gian. BiӇu thӭc (1.5) và (1.6) là tѭѫng ÿѭѫng nӃu : ǻf= NT 1 = t 1  Ĉây cNJng là ÿLӅu kiӋn yêu cҫu cho tính trӵc giao. Do ÿó kӃt quҧ cӫa viӋc bҧo toàn tính trӵc giao là tín hiӋu OFDM có thӇÿѭӧc xác ÿӏnh bҵng cách biӃn ÿәi Fourier. 1.4.2. Trӵc giao miӅn tҫn sӕ Cách khác ÿӇ xem xét tính trӵc giao cӫa nhӳng tín hiӋu OFDM là xem phә cӫa nó. Trong miӅn tҫn sӕ mӛi sóng mang thӭ cҩp OFDM có ÿáp tuyӃn tҫn sӕ sinc(sin(x)/x). KӃt quҧ cӫa thӡi gian symbol tѭѫng ӭng vӟi nghӏch ÿҧo cӫa khoҧng cách sóng mang. Dҥng sinc có 1 búp chính hҽp, vӟi nhiӅu búp biên có cѭӡng ÿӝ giҧm Gҫn theo tҫn sӕ khi ÿi ra khӓi tҫn sӕ trung tâm. Mӛi tҧi phө có mӝt ÿӍnh tҥi tҫn sӕ trung tâm và mӝt sӕ giá trӏ null ÿѭӧc ÿһt theo các lӛ trӕng tҫn sӕ bҵng khoҧng cách sóng mang. Bҧn chҩt trӵc giao cӫa viӋc truyӅn là kӃt quҧ cӫa ÿӍnh cӫa mӛi tҧi phө tѭѫng ӭng Yӟi Nulls cӫa các tҧi phө khác. Khi tín hiӋu này ÿѭӧc phát hiӋn nhӡ sӱ dөng biӃn ÿәi Fourier rӡi rҥc (DFT). 1.5. Tҥo và thu OFDM Phҫn máy phát biӃn ÿәi dӳ liӋu sӕ cҫn truyӅn, ánh xҥ vào biên ÿӝ và pha cӫa các Wҧi phө. Sau ÿó nó biӃn ÿәi biӇu diӉn phә cӫa dӳ liӋu vào trong miӅn thӡi gian nhӡ sӱ Gөng biӃn ÿәi fourier rӡi rҥc ÿҧo (inverse Discrecte Fourier Transform). BiӃn ÿәi nhanh Fourier ÿҧo (Inverse Fast fourier Transform) thӵc hiӋn cùng mӝt thuұt toán nhѭ Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -11- IDTF, ngoҥi trӯ rҵng nó tính hiӋu quҧ hѫn nhiӅu và do vұy nó ÿѭӧc sӱ dөng trong tҩt Fҧ các hӋ thӕng thӵc tӃ. ĈӇ truyӅn tín hiӋu OFDM tín hiӋu miӅn thӡi gian ÿѭӧc tính toán phách lên tҫn sӕ cҫn thiӃt. Máy thu thӵc hiӋn thuұt toán ngѭӧc lҥi vӟi máy phát. Khi dӏch tín hiӋu RF xuӕng băng cѫ sӣÿӇ xӱ lý, sau ÿó sӱ dөng biӃn ÿәi Fourier nhanh ÿӇ phân tích tín hiӋu trong miӅn tҫn sӕ. Sau ÿó biên ÿӝ và pha cӫa các tҧi phөÿѭӧc chӑn ra và ÿѭӧc biӃn ÿәi ngѭӧc lҥi thành dӳ liӋu sӕ. 1.6. ĈLӅu chӃ tҧi phө &ӭ mӛi lҫn tҧi phөÿѭӧc phân phӕi bit ÿӇ truyӅn, chúng ÿѭӧc ánh xҥ vào biên ÿӝ và pha cӫa tҧi phө nhӡ dùng sѫÿӗÿLӅu chӃ biӇu diӉn bӣi vectѫÿӗng pha và vuông pha. Hình 1.8 là ví dө cӫa ánh xҥÿLӅu chӃ tҧi phө. Nó chӍ ra chòm sao 16-QAM, ánh [ҥ 4 bit cho mӛi symbol. Mӛi kӃt hӧp cӫa dӳ liӋu tѭѫng ӭng vӟi 1 vectѫ duy nhҩt ÿѭӧc chӍ ra nhѭ mӝt ÿLӇm trên hình vӁ. Mӝt sӕ lӟn sѫÿӗÿLӅu chӃ là có sҹn, cho phép thay ÿәi sӕ bit ÿѭӧc truyӅn trên mӝt sóng mang trên mӛi symbol 1.6.1. Các sѫÿӗÿLӅu chӃ Dӳ liӋu sӕÿѭӧc truyӅn trong kӃt nӕi OFDM bҵng cách dùng sѫÿӗÿLӅu chӃ trên Pӛi tҧi phө. SѫÿӗÿLӅu chӃ là sӵ ánh xҥ các dӳ liӋu vào chòm sao thӵc(ÿӗng pha) và phӭc (vuông pha), ÿѭӧc biӃt nhѭ chòm sao IQ(inphase Quadrature). Sӕ bit có thӇÿѭӧc truyӅn khi dùng mӝt symbol tѭѫng ӭng vӟi log2(M) vӟi M là sӕ các ÿLӇm trong chòm sao. Mӛi tӯ dӳ liӋu ÿѭӧc ánh xҥ vào mӝt vӏ trí IQ duy nhҩt trong chòm sao. Vectѫ phӭc Hình1.7. Sѫÿӗ khӕi cӫa thiӃt bӏÿҫu cuӕi OFDM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -12- Kӧp thành I +ʁQ tѭѫng ӭng vӟi biên ÿӝ 22 QI + và pha argument (I+ ʁQ) vӟi ʁ= 1- . ViӋc tăng sӕÿLӇm trong chòm sao không thay ÿәi dҧi thông truyӅn, do vұy viӋc dùng VѫÿӗÿLӅu chӃ vӟi nhiӅu ÿLӇm chòm sao sӁ cho phép cҧi thiӋn hiӋu quҧ phә (hoһc hiӋu suҩt băng thông). Tuy nhiên sӕÿLӇm trong giҧn ÿӗ chòm sao càng lӟn bao nhiêu thì viӋc giҧi quyӃt chúng ӣ máy thu càng khó bҩy nhiêu. Ĉó là vì khi ÿó các vӏ trí IQ ÿѭӧc ÿһt càng gҫn nhau nên chӍ cҫn mӝt giá trӏ nhӓ nhiӉu là có thӇ gây ra lӛi truyӅn. 1.6.2. Mã GRAY Giҧn ÿӗ IQ cho sѫÿӗÿLӅu chӃ chӍ ra vectѫ truyӅn cho tҩt cҧ các liên hӧp tӯ dӳ liӋu. Mӛi liên hӧp tӯ dӳ liӋu phҧi ÿѭӧc phân phӕi mӝt vectѫ IQ duy nhҩt. Mã Gray là Pӝt phѭѫng pháp cho sӵ phân phӕi này, sao cho các ÿLӇm cҥnh nhau trong vòm sao chӍ khác nhau mӝt bit ÿѫn. Mã này giúp giҧm thiӇu tӍ lӋ lӛi bit . Mã Gray có thӇÿѭӧc sӱ Gөng cho tҩt cҧ các sѫÿӗÿLӅu chӃ PSK(BPSK,QPSK,...) và QAM(16QAM, 64QAM, 256QAM...). %ҧng 1.1. Mã Gray Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -13- Hình1.8. Giҧn ÿӗ IQ cӫa 16QAM khi dùng mã Gray 1.7. Khoҧng bҧo vӋ (GUARD PERIOD) Ta thҩy ӣ hình trên, phҫn ISI cӫa viӋc truyӅn tín hiӋu OFDM có thӇ bӏ sai do ÿLӅu kiӋn cӫa quá trình xӱ lý tín hiӋu, bӣi vì máy thu không nhұn ÿѭӧc thông tin cӫa symbol ÿѭӧc truyӅn tiӃp theo. ĈLӅu ÿó có nghƭa là máy thu cҫn mӝt khoҧng thӡi gian có ÿӝ dài xác ÿӏnh bҵng thӡi gian symbol có ích ÿӇ có thӇ xác ÿӏnh ÿѭӧc symbol OFDM. Khoҧng thӡi gian này gӑi là orthogonality Interval. Có thӇ giҧm ҧnh hѭӣng ISI tӟi tín hiӋu OFDM bҵng cách thêm vào các khoҧng Eҧo vӋӣ trѭӟc cӫa mӛi symbol. Khoҧng bҧo vӋ này là bҧn copy tuҫn hoàn theo chu kǤ, làm mӣ rӝng chiӅu dài cӫa dҥng sóng symbol. Nó ÿѭӧc tҥo ra bҵng cách lҩy phҫn cuӕi Fӫa symbol OFDM ÿӇ ÿѭa vào phҫn ÿҫu. Do vұy viӋc ÿѭa vào các bҧn copy cӫa symbol nӕi ÿuôi nhau tҥo thành mӝt tín hiӋu liên tөc, không có sӵ gián ÿRҥn ӣ chӛ nӕi. Nhѭ vұy viӋc sao chép ÿҫu cuӕi cӫa symbol ÿã tҥo ra mӝt khoҧng thӡi gian symbol dài Kѫn và giҧi ÿLӅu chӃ nó mà không có lӛi. Hình 1.10.Chèn khoҧng thӡi gian bҧo vӋ cho mӛi ký hiӋu OFDM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -14- 1.8. Bҧo vӋ chӕng lҥi ISI Trong tín hiӋu OFDM biên ÿӝ và pha cӫa tҧi phө phҧi ÿѭӧc duy trì không ÿәi trong chu kǤ symbol ÿӇ bҧo ÿҧm tính trӵc giao cho mӛi sóng mang. NӃu chúng bӏ thay ÿәi có nghƭa là dҥng phә cӫa các tҧi phө sӁ không có dҥng sinc ÿúng và nhѭ vұy ÿLӇm không null sӁ không ÿúng, dүn ÿӃn can nhiӉu giӳa các sóng mang ICI(inter-Carrier Interference). Ӣ biên cӫa symbol biên ÿӝ và pha thay ÿәi tӟi giá trӏ mӟi cҫn thiӃt cho symbol dӳ liӋu tiӃp theo. Trong môi trѭӡng multipath ISI gây ra sӵ trҧi rӝng năng Oѭӧng giӳa các symbol, dүn ÿӃn sӵ thay ÿәi nhanh biên ÿӝ, pha cӫa tҧi phөӣÿLӇm ÿҫu symbol. Nó dүn ÿӃn sӵ mӣ rӝng ÿӝ trӉ cӫa kênh vô tuyӃn.ViӋc ÿѭa vào các khoҧng bҧo YӋ cho phép có thӡi gian ÿӇ phҫn tín hiӋu thay ÿәi nhanh này bӏ suy hao. Trӣ lҥi trҥng thái ban ÿҫu, do vұy FFT ÿѭӧc lҩy tӯ trҥng thái ÿúng cӫa symbol. ĈLӅu này loҥi bӓҧnh Kѭӣng cӫa ISI. ĈӇ khҳc phөc ISI thì khoҧng bҧo vӋ phҧi dài hѫn sӵ mӣ rӝng ÿӝ trӉ cӫa kênh vô tuyӃn. Hình 1.11. Chӭc năng cӫa khoҧng bҧo vӋ chӕng lҥi ISI Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -15- 1.9. Ĉӝ dӏch Doppler Do khoҧng cách giӳa nѫi phát và thu có sӵ thay ÿәi nên tҥo ra ÿӝ dӏch Doppler (vì khoҧng cách giӳa nѫi phát và thu thay ÿәi theo thӡi gian). Ĉӝ dӏch Doppler gây ra Vӵ thay ÿәi tҫn sӕ cӫa tín hiӋu. Khi giҧm khoҧng cách giӳa nѫi phát và thu làm tăng tҫn Vӕ, và khi tăng khoҧng cách sӁ làm giҧm tҫn sӕ. Vӟi hӋ thӕng OFDM, ÿӝ dӏch Doppler gây ra sӵ thay ÿәi vӏ trí sóng mang, có nghƭa là sóng mang sӁ dӏch chuyӇn xuӕng tҫn sӕ thҩp hѫn khi khoҧng cách giӳa nѫi phát và thu tăng và ngѭӧc lҥi. 1.10. KӃt luұn chѭѫng Qua nhӳng hiӇu biӃt vӅ OFDM ӣ trên, nó sӁ là cѫ sӣÿӇ ta có thӇ tìm hiӇu sâu Kѫn vӅ chuҭn 802.16 OFDM cӫa WIMAX. Tӯÿó, có thӇ rút ra các kӃt luұn nhѭ sau: - ĈӇ khҳc phөc hiӋn tѭӧng không bҵng phҷng cӫa ÿáp tuyӃn kênh cҫn dùng nhiӅu sóng mang, mӛi sóng mang chӍ chiӃm mӝt phҫn nhӓ băng thông, do vұy bӏҧnh Kѭӣng không lӟn cӫa ÿáp tuyӃn kênh ÿӃn dӳ liӋu nói chung. - Sӕ sóng mang càng nhiӅu càng tӕt nhѭng cҫn phҧi có khoҧng bҧo vӋÿӇ tránh can nhiӉu giӳa các sóng mang. Tuy nhiên ÿӇ tұn dөng tӕt nhҩt thì dùng các sóng trӵc giao, khi ÿó các sóng mang có thӇ trùng lҳp nhau mà vүn không gây can nhiӉu. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -16- CHѬѪNG 2 GIӞI THIӊU Vӄ WIMAX 2.1. Giӟi thiӋu chѭѫng Chѭѫng này giӟi thiӋu vӅ WiMax, lӏch sӱ phát triӇn cӫa chuҭn IEEE 802.16, Fҩu trúc và các thông sӕ kӻ thuұt cӫa chuҭn 802.16 OFDM, 802.16-2004 OFDMA , 802.16e cNJng nhѭ tìm hiӇu mӝt cách khái quát vӅ lӟp MAC và lӟp PHY. Qua ÿó, giúp ngѭӡi ÿӑc hiӇu ÿѭӧc nhӳng ѭu ÿLӇm và nhѭӧc ÿLӇm cӫa Wimax so vӟi các thӃ hӋ trѭӟc. 2.2. Khái niӋm vӅ WiMax[2] WiMax là mӝt mҥng không dây băng thông rӝng viӃt tҳt là Worldwide Interoperability for Microwave Access. WiMax ÿѭӧc thiӃt kӃ dӵa vào tiêu chuҭn IEEE 802.16. WiMax ÿã giҧi quyӃt tӕt nhҩt nhӳng vҩn ÿӅ khó khăn trong viӋc quҧn lý ÿҫu cuӕi. WiMax sӱ dөng kӻ thuұt sóng vô tuyӃn ÿӇ kӃt nӕi các máy tính trong mҥng Internet thay vì dùng dây ÿӇ kӃt nӕi nhѭ DSL hay cáp, modem. Trong Wimax, ngѭӡi Vӱ dөng có thӇ sӱ dөng trong phҥm vi tӯ 3 ÿӃn 5 dһm so vӟi trҥm chӫ (BS) nӃu thiӃt Oұp mӝt ÿѭӡng dүn công nghӋ NLOS (Non-Line-Of-Sight) vӟi tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu rҩt cao là 75Mbps. Còn nӃu ngѭӡi sӱ dөng trong phҥm vi lӟn hѫn 30 dһm so vӟi trҥm chӫ (BS) thì sӁ có anten sӱ dөng công nghӋ LOS (Line-Of-Sight) vӟi tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu Jҫn bҵng 280Mbps. 1Ӄu so vӟi Wimax thì WiLANs (Wireless Local Area Networks) cNJng là mҥng không dây kӃt nӕi các thiӃt bӏ trong mӝt phҥm vi hҽp hѫn so WiMax nhѭ là mӝt văn phòng hay mӝt gia ÿình. Các thiӃt bӏ theo chuҭn 802.11b sӁ cung cҩp tӕc ÿӝ 11Mbps và các thiӃt bӏ theo chuҭn 802.11g sӁ cung cҩp tӕc ÿӝ 54Mbps. %ҧng 2.1. So sánh giӳa WiLANs và WiMAX Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -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 %ҧng trên cho ta thҩy WiMax có tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu lӟn hѫn so vӟi WiLANs. Chính ÿLӅu này ÿã làm cho WiMax trӣ nên ѭu ÿLӇm hѫn so vӟi mҥng không dây khác. Hình 2.1. Sӵ hoҥt ÿӝng cӫa mҥng WiMax. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -18- 2.3. Khái niӋm vӅ IEEE 802.16[8] 9Ӆ tiêu chuҭn, WiMax là mӝt bӝ tiêu chuҭn dӵa trên hӑ tiêu chuҭn 802.16 cӫa IEEE nhѭng hҽp hѫn và tұp trung vào mӝt sӕ cҩu hình nhҩt ÿӏnh. HiӋn có 2 chuҭn cӫa WiMax là 802.16-2004, 802.16-2005. - Chuҭn 802.16-2004 (trѭӟc ÿó là 802.16 REVd) ÿѭӧc IEEE ÿѭa ra tháng 7 năm 2004. Tiêu chuҭn này sӱ dөng phѭѫng thӭc ÿLӅu chӃ OFDM và có thӇ cung cҩp các Gӏch vө cӕÿӏnh, nomadic (ngѭӡi sӱ dөng có thӇ di chuyӇn nhѭng cӕÿӏnh trong lúc kӃt Qӕi) theo tҫm nhìn thҷng (LOS) và không theo tҫm nhìn thҷng (NLOS). - Chuҭn 802.16-2005 (hay 802.16e) ÿѭӧc thông qua IEEE tháng 12/2005. Tiêu chuҭn này sӱ dөng phѭѫng thӭc ÿLӅu chӃ SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing), cho phép thӵc hiӋn các chӭc năng chuyӇn vùng(handover) và chuyӇn mҥng(roaming) nên có thӇ cung cҩp ÿӗng thӡi dӏch vө cӕÿӏnh, nomadic, mang xách ÿѭӧc (ngѭӡi sӱ dөng có thӇ di chuyӇn vӟi tӕc ÿӝÿi bӝ), di ÿӝng hҥn chӃ và di ÿӝng. IEEE 802.16 sӱ dөng ghép kênh phân chia theo tҫn sӕ trӵc giao OFDM nhѭ là phѭѫng pháp truyӅn cho kӃt nӕi NLOS. WiMax có băng thông không phҧi là mӝt hҵng Vӕ mà thay ÿәi tӯ 1.25MHz ÿӃn 28MHz. Trong chuҭn IEEE 802.16-2004, mӝt khác biӋt có thӇ nhұn thҩy ÿѭӧc giӳa hai phѭѫng pháp: OFDM và OFDMA. Lӏch sӱ phát triӇn cӫa các loҥi chuҭn IEEE 802.16 ÿѭӧc cho trong hình sau. (Hình 2.2) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -19- 2.4. Giӟi thiӋu chuҭn 802.16 OFDM 802.16 sӱ dөng kӻ thuұt truy cұp OFDM mà ÿã ÿѭӧc sӱ dөng trong các hӋ thӕng khác nhѭ 802.11a. Nhӳng ÿһc ÿLӇm mӟi chính trong lӟp PHY - quan hӋ vӟi 802.11a là: sӕ sóng mang FFT dài hѫn ( tӯ 64-FFT ÿӃn 256-FFT); thay ÿәi ÿѭӧc băng thông kênh và tҫn sӕ lҩy mүu, và thay ÿәi ÿѭӧc tӹ sӕ cӫa hai giá trӏ này; nhiӅu ngѭӡi sӱ Gөng ÿѭӧc vӟi mӝt Tx burst; loҥi ÿLӅu chӃ có thӇ thay ÿәi theo thӡi gian trong khung; Eӕn thay cho hai giá trӏ khoҧng bҧo vӋ cҫn thiӃt. 2.4.1. Chӭc năng phân kênh (Subchannelization)[2] WIMAX ÿѭӧc thiӃt kӃÿӇ vұn hành nhѭ là mӝt mҥng cѫ sӣ hҥ tҫng, và sӵ phân chia tài nguyên này cNJng là mӝt vҩn ÿӅ quan trӑng. Vӟi WIMAX ( OFDM và OFDMA), Subchannelization cho phép ta nhóm hoàn toàn mӝt sӕ các sóng mang OFDM thành các block và phân cho mӛi block thành các segment khác nhau cӫa trҥm BS. Nhӳng block ÿѭӧc trҧi ra trên hoàn toàn vùng tҫn sӕ và gӗm mӝt sӕ các sóng mang liên tiӃp nhau. Subchannel index ÿLӅu khiӇn sӱ dөng nhӳng Block khác nhau trên toàn bӝ phә. Hình 2.2. Tӯ 802.11b tӟi 802.16e Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -20- Sӕ sóng mang dӳ liӋu hoàn tҩt (192) có thӇ ÿѭӧc chia thành 2, 4, 8 hoһc 16 Subchannel. Tҩt cҧ các sóng mang ÿѭӧc trҧi trên 4 vùng " regions" khác nhau cӫa vùng Wҫn sӕ. NӃu bӕn Subchannel ÿѭӧc sӱ dөng nhѭ ví dө dѭӟi ÿây, sӁ có 16/4 = 4 subchannel khác nhau và 192/4 = 48 sóng mang trên subchannel, mà ÿѭӧc chia trên 4 "region" khác nhau, vì vұy có thӇ coi 48/4 = 12 sóng mang liên tiӃp / subchannel block. 2.4.2. Cҩu trúc khung Mӝt khung ÿѭӧc chia thành các khung nhӓ DL và UL. Nhӳng khung nhӓ DL và UL ÿѭӧc bҳt ÿҫu vӟi ô preamble (cho biӃt giӟi hҥn sӕ sóng mang cӫa symbol) ÿӇ tìm Oҥi thông tin vӅ kênh truyӅn và cho phép máy thu tìm lҥi ÿáp ӭng kênh. Ô FCH và DL MAP chӭa thông tin vӅ nӝi dung khung (vӏ trí và kiӇu ÿLӅu chӃ cӫa mӛi burst) và ÿѭӧc ÿLӅu chӃ - BPSK. (hình 2.4) 2.5. Chuҭn 802.16-2004 OFDMA 2.5.1. Giӟi thiӋu chung OFDMA mӣ rӝng chӭc năng cӫa OFDM bҵng cách thêm vào ÿһc ÿLӇm ÿa truy Fұp trong miӅn tҫn sӕ. ĈLӅu này có nghƭa là băng thông ÿѭӧc chia thành các khe cho ngѭӡi sӱ dөng trong miӅn thӡi gian và miӅn tҫn sӕ. Hình 2.3 Subchannelization vӟi 4 kênh sӱ dөng Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -21- ĈLӇm khác vӟi chuҭn FDMA là các sóng mang OFDMA cho các user khác nhau là rҩt gҫn vӟi nhau và cho phép các sóng mang vұt lý có thӇ thay ÿәi tӯ symbol này ÿӃn symbol khác. Nhѭ vұy thұt là khó khăn ÿӇ thiӃt kӃ mӝt máy thu vӟi khoҧng cách sóng mang (subcarrier) thay ÿәi; các nhà sҧn xuҩt thì nghiên cӭu ÿӇ thӵc hiӋn các sӵ kӃt nӕi cӫa Eăng thông hӋ thӕng và kích thѭӟc FFT ÿӇÿѭa ra khoҧng cách sóng mang cӕÿӏnh. Bҧng dѭӟi ÿây ÿѭa ra sӵ thiӃt lұp hӧp lý cho các băng thông hӋ thӕng và kích cӥ FFT khác nhau. Hình 2.4. Cҩu trúc khung 802.16 OFDM Hình 2.5. Sӵ so sánh OFDM và OFDMA Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -22- %ҧng 2.2. Tham sӕ vұt lý cӫa OFDMA 2.5.2. Tәng quát vӅ khung (Frame) Hình vӁ dѭӟi ÿây giӟi thiӋu mӝt cách khái quát vӅ khung OFDMA. 2.5.3. Các phҫn trong khung (Frame Parts) UL và DL ÿѭӧc tách ra bӣi các khe hӣ: transmit transition gap(TTG) sau khung con DL và receive transition gap(RTG) sau khung con UL. Hình 2.6. Cҩu trúc khung OFDMA Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -23- Trong DL có 4 thành phҫn mà nó mang thông tin cho phép máy thu giҧi ÿLӅu chӃ tín hiӋu : preamble, FCH, DL-MAP và UL-MAP. Bӕn thành phҫn này trong cҩu trúc 802.16-2004 ÿѭӧc sӱ dөng cho viӋc truyӅn thêm thông tin tín hiӋu cҫn thiӃt trong tín hiӋu OFDMA. 2.5.3.1. Preamble Ô preamble là ô bҳt ÿҫu cӫa mӛi khung downlink. Nó bao gӗm các sóng mang ÿLӅu chӃ-BPSK và có ÿӝ dài 1 symbol OFDMA. Preamble ÿѭӧc sӱGөng vào mөc ÿích ÿӗng bӝ hóa 2.5.3.2. FCH Frame control header(FCH) ÿi theo sau mòa ÿҫu. Nó cung cҩp thong tin cҩu hình khung, chҷng hҥn nhѭ sѫ ÿӗ mã hóa và ÿӝ dài bҧn tin MAP và kênh con khҧ Gөng. 2.5.3.3. DL-MAP /UL-MAP Cung cҩp các thông tin gán kênh con và các thông tin ÿLӅu khiӇn khác tѭѫng ӭng cho các khung con DL và UL. 2.6. Chuҭn 802.16e 802.16e là sӵ phát triӇn cao hѫn cӫa 802.16-2004. Chuҭn này bao gӗm tҩt cҧ các ÿһc ÿLӇm cӫa 802.16-2004 và thêm mӝt sӕ chӭc năng khác. %ҧng 2.3. So sánh các loҥi giao diӋn cӫa lӟp PHY Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -24- +ҫu hӃt các ÿһc ÿLӇm ÿѭӧc thêm vào lӟp cao hѫn( ÿһc biӋt là lӟp MAC và mӝt sӕÿһc ÿLӇm nhѭ là roaming), nhѭng cNJng có nhӳng thay ÿәi ӣ lӟp vұt lý: - Sӵ thay ÿәi quan trӑng là 802.16e không chӍ cung cҩp size FFT 2048 mà còn thêm các size FFT khác(1024,512, và 128). - Tҩt cҧ các thông sӕ khác (Nused, sӕ subchannel...) sӁ thay ÿәi theo kích thѭӟc FFT. - Sӕ nhóm subchannel bӏ giҧm ÿi 3( sӕ 0 ,2, và 4) cho size FFT 128 và 512. - Nӝi dung FCH ÿѭӧc thu ngҳn lҥi ÿӕi vӟi size FFT 128. - HӋ sӕ lҩy mүu 86/75,144/125, 316/275 và 57/50 ÿã thay bӣi 28/25. 2.7. Lӟp MAC và lӟp PHY trong WIMAX 2.7.1. Giӟi thiӋu 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 subcarriers N/A N/A 256 2048 Duplexing TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD Channel Bandwidth 28MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -25- Mô hình cӫa chuҭn IEEE 802.16 có 3 phҫn : khӕi ngѭӡi dùng (user), khӕi ÿLӅu khiӇn (control), khӕi quҧn lý (managerment) nhѭ trong hình 2.7. Tiêu chuҭn IEEE 802.16-2004 liên quan ÿӃn khӕi ngѭӡi dùng và khӕi ÿLӅu khiӇn. Nó ÿӏnh nghƭa hai lӟp trong các khӕi này: lӟp MAC (Medium Access Control Layer), lӟp vұt lý PHY(Physical Layer). Lӟp MAC gӗm có 3 lӟp con: CS (Service-Specific Convergence Sublayer), MAC CPS (MAC Common Part Sublayer) và lӟp con bҧo mұt (Security Sublayer). CS cung cҩp nhӳng ÿáp ӭng ÿѭӧc yêu cҫu cho quá trình lѭu thông lӟp. MAC CPS giҧi quyӃt vҩn ÿӅ truyӅn tin không dây Eăng thông rӝng. Lӟp bҧo mұt cung cҩp bҧo mұt viӉn thông vӅ mһt riêng tѭ, thông tin quӕc gia, bҧn quyӅn cӫa cá nhân. 'ѭӟi lӟp MAC, là lӟp vұt lý PHY, nó cung cҩp khҧ năng truyӅn tҧi mҥnh và thích nghi vӟi môi trѭӡng không dây. Lӟp PHY sӱ dөng 5 loҥi giao diӋn: · WirelessMAN-SCTM (Line of Sight - LOS). · WirelessMAN-SCaTM (Non Line of Sight - NLOS). Hình 2.7. Khӕi giao thӭc Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -26- · WirelessMAN-OFDMTM. · WirelessMAN-OFDMATM. · WirelessHUMANTM. 0һc dù mô hình trên chӍ mang tính chҩt tham khҧo, nhѭng có sӵ thӕng nhҩt chһt chӁ giӳa chӭc năng MAC CPS và PHY, nó làm cho chӭc năng trӣ nên phө thuӝc và phӭc Wҥp hѫn giӳa chúng. 2.7.2. Lӟp MAC /ӟp MAC chuҭn IEEE 802.16 cung cҩp giao diӋn hoҥt ÿӝng ÿӝc lұp vӟi lӟp vұt lý do giao diӋn lӟp vұt lý là giao diӋn vô tuyӃn. Phҫn chӫ yӃu cӫa lӟp MAC tұp trung vào viӋc quҧn lý tài nguyên trên airlink(lien kӃt vô tuyӃn). Giҧi quyӃt ÿѭӧc bài toán yêu cҫu tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao trên cҧ hai kênh downlink và uplink. Các cѫ chӃÿLӅu khiӇn truy cұp và thuұt toán cҩp phát băng thông hiӋu quҧ có khҧ năng ÿáp ӭng cho hàng trăm ÿҫu cuӕi trên mӛi kênh. /ӟp MAC chuҭn IEEE 802.16 ÿѭӧc xây dӵng dӵa trên kiӃn trúc tұp trung, hӛ trӧ mô hình Point-to-Point, Point-to- Multipoint và Mesh. Trҥm BS ÿóng vai trò trung tâm vӟi mӝt ăngten-sectѫ hóa có khҧ năng ÿLӅu khiӇn ÿӗng thӡi nhiӅu sectѫÿӝc lұp ÿӗng thӡi. Các giao thӭc MAC chuҭn 802.16 là hѭӟng kӃt nӕi. Vào thӡi ÿLӇm truy cұp Pҥng, mӛi SS sӁ tҥo mӝt hoһc nhiӅu kӃt nӕi ÿӇ truyӅn tҧi dӳ liӋu trên cҧ hai hѭӟng. Ĉѫn vӏ lұp lӏch lӟp MAC sӁ sӱ dөng tài nguyên airlink ÿӇ cung cҩp mӭc QoS phân biӋt. Lӟp MAC cNJng ÿѭӧc thӵc hiӋn chӭc năng tѭѫng thích liên kӃt (link adaption) và truyӅn lҥi tӵÿӝng ARQ nhҵm duy trì thong lѭӧng tӕi ÿa vӟi tӹ lӋ lӛi bit (BER) chҩp nhұn ÿѭӧc. Lӟp MAC chuҭn IEEE 802.16 cNJng ÿLӅu khiӇn quá trình truy nhұp và rӡi khӓi mҥng cӫa SS, thӵc hiӋn tҥo và truyӅn các ÿѫn vӏ dӳ liӋu giao thӭc PDU. Ngoài ra, Oӟp MAC chuҭn IEEE 802.16 còn cung cҩp lӟp con hӝi tөÿһc tҧ dӏch vө hӛ trӧ lӟp Pҥng tӃ bào ATM và lӟp mҥng gói. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -27- /ӟp MAC chuҭn IEEE 802.16 bao gӗm 3 lӟp: 2.7.2.1. Lӟp SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer) Lӟp này có chӭc năng thu nhұn và phân loҥi PDUs tӯ lӟp cao hѫn ,dӳ liӋu ngoài vào tӯ Common sublayer thông qua SAP cӫa nó ÿӇ tҥo thành MAC SDU sau ÿó phân loҥi chúng nhӡ vào CID. 2.7.2.2. Lӟp CPS (Common Part Sublayer) MAC CPS là nguyên nhân tҥo ra môt sӕ chӭc năng quan trӑng. Nó là tҩt cҧ các ÿһc tính kӻ thuұt chung cho CS. Sau ÿây sӁ nói rõ hѫn các chӭc năng ÿó. WiMax sӱ dөng phѭѫng pháp ÿӏnh hѭӟng trӵc tiӃp. ĈLӅu này có nghƭa là trѭӟc khi gӣi mӝt vài dӳ liӋu cӫa ngѭӡi sӱ dөng thì phҧi thiӃt lұp kӃt nӕi giӳa mӝt SS và mӝt BS hay giӳa các SS vӟi nhau. Multicast cNJng ÿѭӧc hӛ trӧ và chӍ truyӅn vӟi dӳ liӋu 16 bit trên mӛi ÿѭӡng truyӅn. Có 4 loҥi kӃt nӕi: cѫ sӣ (base), sѫ cҩp(primary), thӭ cҩp (secondary) và dӳ liӋu (data). Loҥi kӃt nӕi dӳ liӋu ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ truyӅn thông tin cӫa ngѭӡi dùng, trong khi 3 loҥi còn lҥi thì ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ truyӅn thông tin ÿLӅu khiӇn gӑi là kӃt nӕi quҧn lý MAC. 0ӛi SS có 3 kӃt nӕi quҧn lý : - Basic Connection (kӃt nӕi cѫ sӣ): ÿѭӧc sӱ dөng cho nhӳng thông tin có thӡi gian ngҳn. - Primary Management connection (kӃt nӕi quҧn lý sѫ cҩp): ÿѭӧc sӱ dөng cho nhӳng kӃt nӕi dài hѫn, có ÿӝ trӉ thông tin nhiӅu hѫn. Packet PDU (e.g., IP packet, Ethernet Packet)PHSI MAC SDU = CS PDU Payload Header Suppression Index Optional, Depending on upper layer protocol Hình 2.8. Cҩu trúc cӫa MAC SDU ( Service Data Unit ) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -28- - Secondary Management Connection (kӃt nӕi quҧn lý thӭ cҩp): ÿѭӧc dùng cho các thông tin quҧn lý lӟp cao hѫn và dӳ liӋu cҩu hình SS. · &ҩu trúc cӫa MAC PDU (MAC Protocol Data Unit) MAC PDU chia thành 3 phҫn: phҫn ÿҫu GMH (Generic MAC Header) dùng 6 bytes, phҫn tҧi payload, mã kiӇm tra dѭ thӯa chu kǤ CRC (Cyclic Redundancy Checking) sӱ dөng 4 bytes. GMH MSDU (truyӅn tҧi gói tin) CRC Hình 2.9. Hình dҥng cӫa MAC PDU Ĉӝ dài lӟn nhҩt cӫa mӝt MAC PDU là 2Kbytes. Phҫn CRC chӍÿѭӧc sӱ dөng QӃu SS yêu cҫu trong các thông sӕ QoS. Generic Header có hai loҥi :GMH và BRH (Bandwidth Request Header). Loҥi thӭ nhҩt là GMH dùng ÿӇ gӱi bҧn tin quҧn lý MAC chuҭn. Loҥi thӭ hai là BRH, loҥi này chӍÿi mӝt mình không sӱ dөng phҫn tҧi GMH MAC Management message CRC BRH MSDU (truyӅn tҧi gói tin, phân CRC Hình 2.10. So sánh hai loҥi Generic Header cӫa MAC PDU %ҧng 2.4. Bҧng thông sӕ cӫa MAC Header Tên Ĉӝ dài(bits) Mô tҧ CI 1 Dùng ÿӇ mô tҧ CRC 1=CRC ÿѭӧc thêm vào PDU Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -29- Trong hình 2.11 mô tҧ hình dҥng cӫa Generic MAC Header. HT viӃt tҳt là Header Type (HT bit) nó có giá trӏ 0 cho GMH, có giá trӏ 1 cho BRH. Vùng Type chӭa thông tin vӅ bҧn tin quҧn lý ÿѭӧc lѭu trӳ trong phҫn tҧi (payload). Vùng EKS ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ chҳc chҳn rҵng trҥm BS và trҥm SS phҧi ÿѭӧc ÿӗng bӝ hoá nhau trong khi sӱ dөng 0=CRC không ÿѭӧc thêm vào PDU CID 16 Nhұn dҥng kӃt nӕi EC 1 ĈLӅu khiӇn mã hoá 0=Payload không ÿѭӧc mã hoá 1=Payload ÿѭӧc mã hoá EKS 2 Chuӛi khoá mã Ĉѭӧc dùng ÿӇ mã hoá payload. Trѭӡng này chӍ có nghƭa QӃu trѭӡng EC ÿѭӧc ÿѭӧc set bҵng 1. HCS 8 Chuӛi kiӇm tra Header Trѭӡng 8-bit dùng ÿӇ dò tìm các lӛi trong header. Ĉa thӭc sinh là g(D) = D8 + D2 – D – 1 HT 1 Header Type. SӁÿѭӧc set bҵng zero. LEN 11 Ĉӝ dài byte cӫa MAC PDU gӗm cҧ MAC header. Type 6 Trѭӡng này mô tҧ loҥi payload LEN msb (3) H T CID msb (8)LEN lsb (8) Generic MAC Header Format (Header Type (HT) = 0) BW Req. Header Format (Header Type (HT) =1) E C Type (6 bits) rs v C I EKS (2) rs v HCS (8)CID lsb (8) BW Req. msb (8) H T CID msb (8)BWS Req. lsb (8) E C Type (6 bits) HCS (8)CID lsb (8) Hình 2.11. Hình dҥng GMH và BRH cӫa MAC Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -30- các khoá mұt mã lѭu thông và các vectѫ ban ÿҫu IV (Initialising Vectors). Các thông Vӕÿһc trѭng trong MAC Header trong (bҧng 2.7). · 6ӵÿóng gói dӳ liӋu (Data Packet Encapsulations): - MAC PDUs ÿѭӧc truyӅn trong PHY Bursts - PHY burst có thӇ gӗm có nhiӅu FEC blocks - MAC PDUs có thӇ là nhiӅu FEC block MAC PDU 2 HT FEC block 1 CRCMAC PDU Payload OFDM symbol 1 PHY Burst (e.g., TDMA burst) Preamble OFDM symbol 2 OFDM symbol 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. Sӵÿóng gói MAC PDU P H SI 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 FDM sym bol 1 PHY Burst (e.g., TDM A burst) Prea mble OFDM symbol 2 OFDM symbol n ...... FEC FEC Block 2 FEC b lock m ......FEC B lock 3 Hình 2.12. Sӵÿóng gói dӳ liӋu Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -31- 2.7.3. Lӟp PHY 2.7.3.1. Giӟi thiӋu +Ӌ thӕng IEEE 802.16 PHY hoҥt ÿӝng trong dҧi tҫn sӕ 2-11GHz ÿѭӧc thiӃt kӃ cho NLOS, tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu là 1-75Mbps. Các loҥi ÿLӅu chӃ bao gӗm: · QPSK, 16QAM, 64QAM, (256QAM). · Single Carrier. · OFDM 256 Subcarrier. PHY sӱ dөng anten ÿӏnh hѭӟng và hai loҥi phѭѫng pháp song công: · TDD. · FDD. /ӟp PHY là lӟp chӏu trách nhiӋm vӅ quá trình truyӅn cӫa khung. Giao diӋn ÿҫu tiên cӫa nó là WirelessMAN-SC. Nó hoҥt ÿӝng trong dҧi tҫn sӕ 10-66GHz, ÿѭӧc thiӃt NӃÿӇӭng dөng trong LOS và thông qua ÿLӅu chӃ sóng mang ÿѫn. Nó ÿѭӧc chӑn bӣi vì nó ÿӫ lӟn ÿӇ cung cҩp cho mҥng viӉn thông không dây băng thông rӝng. Do tҫm quan trӑng trong viӋc quҧng cáo ngày càng tăng trong dҧi tҫn sӕ 2-11GHz cho NLOS nên Pӝt nhóm làm viӋc trong IEEE 802.16 ÿã phát triӇn thêm 3 loҥi giao diӋn. Ba loҥi giao diӋn mӟi là: WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM và WirelessMAN-OFDMA. 2.7.3.2. Phѭѫng pháp ghép (Duplexing) Có hai phѭѫng pháp song công: song công phân chia theo thӡi gian TDD (Time Division Duplexing), song công phân chia theo tҫn sӕ FDD (Frequency Division Duplexing). Trong FDD, quá trình truyӅn trao ÿәi hai hѭӟng ӣ hai tҫn sӕ khác nhau trong khi TDD thì chӍ sӱ dөng mӝt tҫn sӕ duy nhҩt nhѭng lҥi ӣ nhӳng thӡi gian khác nhau. - Khung TDD gӗm hai phҫn: downlink subframe và uplink subframe Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -32- - FDD cҫn có 2 kênh, mӝt ÿѭӡng lên (uplink), mӝt ÿѭӡng xuӕng (downlink). 9ӟi TDD chӍ cҫn 1 kênh tҫn sӕ, lѭu lѭӧng ÿѭӡng lên và ÿѭӡng xuӕng ÿѭӧc phân chia theo các khe thӡi gian. 2.8. Các kӻ thuұt sӱ dөng trong WiMAX ÿӇ khҳc phөc nhӳng ҧnh hѭӣng cӫa môi trѭӡng NLOS[5] Các kӻ thuұt ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ giҧi quyӃt hay giҧm nhҽ nhӳng ҧnh hѭӣng trong môi trѭӡng NLOS cӫa WiMAX là: · .ӻ thuұt OFDM · Phân chia kênh con Hình 2.14. Mô tҧ vӅ FDD và TDD Hình 2.15. Vӏ trí NLOS cӫa CPE Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -33- · Các ăng ten hѭӟng tính · Phân tұp phát và thu · ĈLӅu chӃ thích nghi · .ӻ thuұt sӱa lӛi · ĈLӅu khiӇn công suҩt Nhӳng tác dөng cӫa nhӳng kӻ thuұt này trong viӋc khҳc phөc lӛi sӁÿѭӧc ÿӅ cұp ӣ chѭѫng sau 2.9. Ӭng dөng[9] Công nghӋ WiMAX là giҧi pháp cho nhiӅu loҥi ӭng dөng băng rӝng tӕc ÿӝ cao cùng thӡi ÿLӇm vӟi khoҧng cách xa và cho phép các nhà khai thác dӏch vө hӝi tө tҩt cҧ trên mҥng IP ÿӇ cung cҩp các dӏch vө "ba cung": dӳ liӋu, thoҥi và video. WiMAX vӟi Vӵ hӛ trӧ QoS, khҧ năng vѭѫn dài và công suҩt dӳ liӋu cao ÿѭӧc dành cho các ӭng Gөng truy cұp băng rӝng cӕÿӏnh ӣ nhӳng vùng xa xôi, hҿo lánh nѫi công nghӋ chѭa ÿӃn ÿѭӧc, cNJng nhѭ cho các khu vӵc thành thӏӣ các nѭӟc ÿang phát triӇn. WiMAX cNJng cho phép các ӭng dөng truy cұp xách tay, vӟi sӵ hӧp nhҩt trong các máy tính xách tay và PDA, cho phép các khu vӵc nӝi thӏ và thành phӕ trӣ thành nhӳng "khu Hình 2.16. Mӝt ví dөӭng dөng WiLAN và WiMax. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -34- Yӵc diӋn rӝng" nghƭa là có thӇ truy cұp vô tuyӃn băng rӝng ngoài trӡi. Do vұy, WiMAX là mӝt công nghӋ bә sung bình thѭӡng cho các mҥng di ÿӝng vì cung cҩp Eăng thông lӟn hѫn và cho các mҥng Wi-Fi nhӡ cung cҩp kӃt nӕi băng rӝng ӣ các khu Yӵc lӟn hѫn. 2.10. KӃt luұn chѭѫng Qua nhӳng hiӇu biӃt ӣ trên vӅ Wimax, thì có thӇÿѭa ra nhӳng ÿánh giá vӅѭu FNJng nhѭ nhѭӧc ÿLӇm cӫa Wimax nhѭ sau: - Ѭu ÿLӇm cӫa WiMAX di ÿӝng so vӟi công nghӋ 3G dӵa trên CDMA: · Khҧ năng chӏu ÿѭӧc nhiӉu ÿa ÿѭӡng và nhiӉu cөc bӝ · Khҧ năng ÿӏnh cӥ vӅÿӝ rӝng kênh · Ĉa truy nhұp tuyӃn lên trӵc giao · +ӛ trӧ TDD hiӋu quҧ phә tҫn · /ұp lӏch kӃ hoҥch chӑn lӑc tҫn sӕ · Tái sӱ dөng tҫn sӕ mӝt phҫn · QoS tӕt · Công nghӋăngten tiên tiӃn - Nhѭӧc ÿLӇm: · Công nghӋ LOS chӍ làm viӋc trong phҥm vi tӯ 5 ÿӃn 30 dһm so vӟi trҥm chӫ nên không thӇ vӟi khoҧng cách rӝng hѫn. · 0ѭa lӟn sӁ gây nhiӉu ÿӃn các thiӃt bӏ. · Nhӳng thiӃt bӏ không dây trong mҥng không dây khác sӁ dӉ gây ҧnh hѭӣng ÿӃn WiMax trong phҥm vi làm viӋc cӫa nó Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -35- Chѭѫng 3 ҦNH HѬӢNG CӪA NHIӈU TRONG WiMAX VÀ CÁC BIӊN PHÁP KHҲC PHӨC 3.1. Giӟi thiӋu chѭѫng Trong chѭѫng này, em sӁ trình bày nhӳng trӣ ngҥi lӟn ÿѭӧc thӇ hiӋn trong kênh không dây băng rӝng thay ÿәi theo thӡi gian. Xác ÿӏnh các ҧnh hѭӣng cѫ bҧn cӫa nhiӉu trong các kênh băng rӝng không dây. Tӯÿó, tìm ra nhӳng biӋn pháp ÿӕi phó nhҵm duy trì viӋc truyӅn thông tӕt trong môi trѭӡng khҳc nghiӋt. 3.2. Sѫÿӗ khӕi cӫa hӋ thӕng thông tin vô tuyӃn Tҩt cҧ các hӋ thӕng truyӅn thông sӕ vô tuyӃn ÿӅu có mӝt khӕi kiӃn trúc nhҩt ÿӏnh, nhѭÿѭӧc thӇ hiӋn trong hình 3.1 sau:[4] %ҩt kǤ mӝt mҥng không dây ÿѭӧc tѭѫng thích mӝt cách hӧp lý, thì toàn bӝ hӋ thӕng ÿӅu ÿѭӧc phân chia thành ba thành phҫn sau ÿây: máy phát, kênh và máy thu.Trong ÿó kênh truyӅn thông biӉu diӉn môi trѭӡng vұt lý giӳa máy phát và máy thu và ÿây là nѫi có ҧnh hѭӣng lӟn ÿӃn chҩt lѭӧng truyӅn tín hiӋu sӁ dѭӧc ÿӅ cұp ӣ chѭѫng sau. Hình 3.1. HӋ thӕng thông tin sӕ vô tuyӃn Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -36- Sau ÿây là nhӳng mô tҧ vӅҧnh hѭӣng có quy mô lӟn trong kênh vô tuyӃn băng Uӝng, ÿó là hiӋn tѭӧng suy hao, tҥo bóng, nhiӉu ÿӗng kênh(CCI),multipath và hiӋn Wѭӧng Doppler trong hӋ thӕng thông tin di ÿӝng. 3.3. Ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu trong hӋ thӕng vô tuyӃn 3.3.1. Suy hao(pathloss) Sӵ khác nhau rõ rӋt giӳa kênh vô tuyӃn và hӳu tuyӃn là lѭӧng công suҩt truyӅn ÿҥt ÿӃn máy thu. Giҧ sӱ rҵng ăng-ten ÿҷng hѭӟng ÿѭӧc sӱ dөng, nhѭ thӇ hiӋn ӣ hình 3.2, năng lѭӧng cӫa tín hiӋu truyӅn mӣ rӝng trên mһt các hình cҫu song song, vì vұy Qăng lѭӧng nhұn ÿѭӧc tҥi ăng ten thu có khoҧng cách d tӹ lӋ nghӏch vӟi diӋn tích bӅ Pһt cҫu, (4ʌd2). Suy hao ÿѭӧc tính theo công thӭc lan truyӅn không gian tӵ do: trong ÿó Pr và Pt Oҫn lѭӧt công suҩt thu và nhұn vàȜ là chiӅu dài cӫa bѭӟc sóng. NӃu ăng-ten hѭӟng tính ÿѭӧc dùng tҥi máy phát và máy thu, thì sӁ có ÿӝ lӧi là Gt và Gr và công suҩt nhұn tăng ÿѭӧc hay không là nhӡ vào ÿӝ lӧi cӫa ăng-ten. Mӝt mһt quan trӑng khác cӫa công thӭc(3.1) là tӯ c=fcȜ nên Ȝ=c/fc , công suҩt nhұn ÿѭӧc sӁ giҧm bình phѭѫng lҫn theo tҫn sóng mang. Hay nói mӝt cách khác, vӟi công suҩt phát ÿã cho, thì VӁ có khoҧng suy giҧm khi tҫn sӕ tăng lên. ĈLӅu này có ҧnh hѭӣng quan trӑng ÿӃn các KӋ thӕng có tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao.  ĈӇ tính toán chính xác, ngѭӡi ta thѭӡng dùng công thӭc kinh nghiӋm sau ÿây ÿӇ tính toán cho suy hao cӫa kênh kinh nghiӋm: Trong công thӭc (3.2) có thêm ba thành phҫn là P0 , d0 và Į. P0 là công suҩt suy hao ÿo ÿѭӧc trên khoҧng cách tham chiӃu là d0 và thѭӡng ÿѭӧc chӑn là 1m. Trên thӵc tӃ, P0 ( )2 2 4 d GGPP rttr p l = (3.1) a ÷ ø ö ç è æ= d dPPP tr 00 (3.2) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -37- thѭӡng ÿѭӧc lҩy xҩp sӍ là mӝt vài dB. Į là sӕ mNJ suy hao và ÿҥi lѭӧng này ÿѭӧc cho trong bҧng. ĈӇ khҳc phөc ÿѭӧc nhiӉu do sӵ suy hao ÿѭӡng truyӅn này thì cҫn chú ý nhӳng ÿLӅu sau: · ChiӅu cao cӫa ăng-ten phҧi ÿѭӧc tính ÿӃn là có chiӅu cao phù hӧp. · 7ҫn sӕ sóng mang sӱ dөng. · Khoҧng cách giӳa hai ăng-ten phát và thu. 3.3.2. Che chҳn(shadowing) Nhѭ ta ÿã biӃt, sӵ suy hao ҧnh hѭӣng ÿӃn công suҩt tҥi máy thu có liên quan ÿӃn khoҧng cách giӳa máy phát và máy thu. Tuy nhiên, còn nhiӅu nhân tӕ khác có thӇ có ҧnh hѭӣng lӟn ÿӃn tәng công suҩt thu ÿѭӧc. Ví dө, cây cӕi và nhà cӱa có thӇÿѭӧc ÿһt Wҥi vӏ trí ӣ giӳa máy phát và máy thu, nhӳng vұt cҧn này sinh ra ÿѭӡng truyӅn tҥm thӡi và gây ra sӵ suy giҧm tҥm thӡi cѭӡng ÿӝ tín hiӋu thu. Hay nói mӝt cách khác, ÿѭӡng truyӅn thҷng tҥm thӡi này sӁ làm cho công suҩt thu bҩt thѭӡng, và ÿѭӧc gӑi là hiӋn Wѭӧng che chҳn(shadowing), nhѭÿѭӧc trình bày ӣ hình 3.3 sau ÿây: Hình 3.2. Mô hình truyӅn sóng trong không gian tӵ do Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -38- Xét trong vùng có phҥm vi nhӓ thì hiӋn tѭӧng suy hao ÿѭӡng truyӅn và che chҳn là không ÿáng kӇ và có giá trӏ cho phép mà không làm ҧnh hѭӣng ÿӃn chҩt lѭӧng tín hiӋu thu tҥi máy thu. 3.3.3. NhiӉu ÿӗng kênh CCI Ĉây là mӝt loҥi can nhiӉu xҧy ra khi hai tín hiӋu phát ÿi ӣ cùng mӝt tҫn sӕÿӃn cùng mӝt bӝ thu. Trong thông tin tӃ bào thì can nhiӉu thѭӡng ÿѭӧc gây ra bӣi mӝt cell khác hoҥt ÿӝng ӣ cùng tҫn sӕ(hình 3.4) ĈӇ hình dung, chúng ta lҩy ví dө ném hòn ÿá xuӕng nѭӟc. ViӋc ta ném nhiӅu hòn ÿá xuӕng nѭӟc tѭѫng ÿѭѫng nhѭ nhiӅu cuӝc gӑi khác nhau cùng bҳt ÿҫu. Vұy trҥm gӕc ӣ Hình 3.3. HiӋn tѭӧng che chҳn trên ÿѭӡng truyӅn tín hiӋu Hình 3.4. Giao thoa xuyên kênh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -39- Yӏ trí nào ÿó trong hӗ làm sao phân biӋt ÿѭӧc tín hiӋu cӫa nguӗn nào và tӯ hѭӟng nào ÿӃn. Ĉây chính là vҩn ÿӅ cӫa giao thoa xuyên kênh hay còn gӑi là nhiӉu ÿӗng kênh. Nhѭ chúng ta ÿã biӃt, các hӋ thӕng ăngten tұp trung ÿӅu tín hiӋu trong mӝt vùng không gian rӝng lӟn. Các tín hiӋu có thӇ không ÿӃn ÿѭӧc vӟi ngѭӡi sӱ dөng mà ta mong muӕn, nhѭng chúng có thӇ trӣ thành can nhiӉu cho nhӳng ngѭӡi sӱ dөng khác có cùng mӝt tҫn sӕ trong cùng mӝt tӃ bào hay nhӳng tӃ bào kӃ cұn. Can nhiӉu là nhân tӕ chính quyӃt ÿӏnh ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng không dây do ÿó viӋc ÿLӅu khiӇn ÿѭӧc can nhiӉu sӁ giúp cҧi thiӋn ÿáng kӇÿѭӧc ÿáng kӇÿѭӧc dung lѭӧng cӫa hӋ thӕng. 3.3.4. HiӋn tѭӧng ÿa ÿѭӡng(multipath) Multipath là hiӋn tѭӧng khi mà tín hiӋu radio ÿѭӧc phát ÿi bӏ phҧn xҥ trên các EӅ mһt vұt thӇ tҥo ra nhiӅu ÿѭӡng tín hiӋu giӳa trҥm gӕc và thiӃt bӏÿҫu cuӕi sӱ dөng. .Ӄt quҧ là tín hiӋu ÿӃn các thiӃt bӏÿҫu cuӕi sӱ dөng là tәng hӧp cӫa tín hiӋu gӕc và các tín hiӋu phҧn xҥ.(hình 3.5) Các v̭n ÿ͉ có liên quan ÿ͇n nhi͍u ÿa ÿ˱ͥng: 0ӝt trong nhӳng hӋ quҧ cӫa hiӋn tѭӧng multipath mà chúng ta không mong muӕn là các tín hiӋu sóng tӟi tӯ nhӳng hѭӟng khác nhau khi tӟi bӝ thu sӁ có sӵ trӉ pha và vì vұy khi bӝ thu tәng hӧp các sóng tӟi này sӁ không có sӵ phӕi hӧp vӅ pha(hình 3.6) Hình 3.5. HiӋn tѭӧng multipath Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -40- ĈLӅu này sӁҧnh hѭӣng ÿӃn biên ÿӝ tín hiӋu, biên ÿӝ tín hiӋu sӁ tăng khi các tín hiӋu sóng tӟi cùng pha và sӁ giҧm khi các tín hiӋu này ngѭӧc pha. Trѭӡng hӧp ÿһc biӋt QӃu hai tín hiӋu ngѭӧc pha 1800 thì tín hiӋu sӁ bӏ triӋt tiêu(hình 3.7) HiӋn tѭӧng pha ÿinh: khi sóng cӫa các tín hiӋu ÿa ÿѭӡng ngѭӧc pha, cѭӡng ÿӝ tín hiӋu sӁ bӏ giҧm. HiӋn tѭӧng này vүn ÿѭӧc biӃt ÿӃn là “Rayleigh pha ÿinh” hay còn Jӑi là “pha ÿinh nhanh”. Sӵ suy giҧm thay ÿәi liên tөc hình thành nhӳng khe nhѭ hình chӳ V. Cѭӡng ÿӝ tín hiӋu bӏ thay ÿәi thҩt thѭӡng và rҩt nhanh chóng gây ra sӵ suy giҧm vӅ chҩt lѭӧng.(hình 3.8) Hình 3.6. Hai tín hiӋu multipath Hình 3.7. Hai tín hiӋu multipath ngѭӧc pha nhau 1800 Hình 3.8. HiӋn tѭӧng pha ÿinh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -41- 0ӝt hӋ quҧ nӳa cӫa hiӋn tѭӧng multipath là “trҧi trӉ” tӭc là khi bӏ phҧn xҥ thành nhiӅu tín hiӋu khác nhau thì các tín hiӋu sӁÿӃn bӝ thu ӣ nhӳng thӡi ÿLӇm khác nhau gây ra hiӋn tѭӧng giao thoa liên ký tӵ(intersymbol interference). Khi xҧy ra hiӋn tѭӧng này thì tӕc ÿӝ bit sӁ tăng lên làm giҧm ÿáng kӇ chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng. 3.3.5. HiӋn tѭӧng Doppler HiӋn tѭӧng Doppler cNJng là mӝt hiӋn tѭӧng nhiӉu khác cNJng khá phә biӃn trong các hӋ thӕng thông tin di ÿӝng. HiӋn tѭӧng Doppler ÿѭӧc xác ÿӏnh khi mӝt nguӗn sóng và máy thu ÿang di chuyӇn liên quan ÿӃn vӟi nhau. Khi máy thu di chuyӇn vӅ phía trѭӟc (cùng chiӅu vӟi máy phát ra nguӗn sóng), tҫn sӕ cӫa tín hiӋu thu sӁ cao hѫn tín hiӋu nguӗn. Hình 3.9 là mӝt ví dө vӅ sӵ thay ÿәi vӅ cѭӡng ÿӝ cӫa thiӃt bӏ âm thanh cӫa xe ôtô khi nó di chuyӇn cùng chiӅu và ngѭӧc chiӅu vӟi hai observer [6] 3.4.Các biӋn pháp nhҵm giҧm ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu ÿѭӧc sӱ dөng trong WiMAX 3.4.1. Tái sӱ dөng tҫn sӕ phân ÿRҥn[2] Ĉây là mӝt phѭѫng pháp nhҵm nâng cao chҩt lѭӧng kӃt nӕi cӫa các thuê bao do ҧnh hѭӣng cӫa can nhiӉu cùng kênh(CCI) Trong WiMAX di ÿӝng hӛ trӧ tái sӱ dөng tҫn sӕ bҵng 1, nghƭa là tҩt cҧ các tӃ bào /sector hoҥt ÿӝng trên cùng mӝt kênh tҫn sӕ nhҵm tӕi ÿa hóa hiӋu quҧ sӱ dөng phә. Hình 3.9. HiӋn tѭӧng Doppler Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -42- Tuy nhiên, do can nhiӉu cùng kênh(CCI) rҩt mҥnh trong triӇn khai tái sӱ dөng tҫn sӕ Eҵng 1, cho nên các thuê bao tҥi rìa tӃ bào giҧm cҩp chҩt lѭӧng kӃt nӕi. Vӟi WiMAX di ÿӝng, các thuê bao hoҥt ÿӝng trên các kênh con, chӍ chiӃm mӝt ÿRҥn nhӓ cӫa toàn bӝ Eăng thông kênh; vҩn ÿӅ can nhiӉu biên tӃ bào có thӇÿѭӧc khҳc phөc dӉ dàng bҵng viӋc tҥo cҩu hình sӱ dөng kênh con mӝt cách hӧp lý mà không cҫn viӋn ÿӃn quy hoҥch Wҫn sӕ truyӅn thӕng. Trong WiMAX di ÿӝng, viӋc tái sӱ dөng kênh con linh hoҥt ÿѭӧc tҥo ÿLӅu kiӋn GӉ dàng nhӡ sӵ phân ÿRҥn kênh con và vùng hoán vӏ. Mӝt ÿRҥn là mӝt phҫn nhӓ các kênh con OFDMA khҧ dөng (mӝt ÿRҥn có thӇ bao gӗm tҩt cҧ các kênh con). Mӝt ÿRҥn ÿѭӧc sӱ dөng cho triӇn khai mӝt trѭӡng hӧp MAC duy nhҩt. Vùng hoán vӏ là mӝt sӕ các ký tӵ OFDMA liӅn kӅ nhau trong DL hoһc UL sӱ Gөng cùng mӝt phép hoán vӏ. Khung con cӫa DL hoһc UL có thӇ chӭa nhiӅu hѫn mӝt vùng hoán vӏ Mô hình tái sӱ dөng kênh con có thӇÿѭӧc cҩu hình sao cho các thuê bao gҫn sát trҥm gӕc hoҥt ÿӝng trong vùng có tҩt cҧ các kênh con khҧ dөng. Trong khi ÿó, ÿӕi vӟi các thuê bao rìa, mӛi tӃ bào hoһc sector hoҥt ÿӝng trong vùng chӍ có mӝt phҫn nhӓ cӫa Wҩt cҧ các kênh con là khҧ dөng. Trong hình 3.11, F1, F2 và F3 biӇu thӏ các tұp hӧp kênh con khác nhau trong cùng mӝt kênh tҫn sӕ. Vӟi cҩu hình này, tái sӱ dөng tҫn sӕ Eҵng mӝt “1” cӫa toàn tҧi ÿѭӧc duy trì cho các thuê bao trung tâm ÿӇ tăng tӕi ÿa hiӋu quҧ phә, và tái sӱ dөng tҫn sӕ phân ÿRҥn ÿѭӧc cài ÿһt cho các thuê bao rìa nhҵm ÿҧm Eҧo chҩt lѭӧng kӃt nӕi và thông lѭӧng cӫa thuê bao rìa. Quy hoҥch tái sӱ dөng kênh con có thӇÿѭӧc tӕi ѭu hóa mӝt cách năng ÿӝng qua các sector hoһc các tӃ bào dӵa trên Wҧi cӫa mҥng và các ÿLӅu kiӋn can nhiӉu trên cѫ sӣ tӯng khung mӝt. Do vұy, tҩt cҧ các WӃ bào hoһc các sector ÿӅu có thӇ hoҥt ÿӝng trên cùng mӝt kênh tҫn sӕ mà không cҫn gì ÿӃn quy hoҥch tҫn sӕ. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -43- 3.4.2. Các biӋn pháp giҧm pha ÿinh[4] Ĉһc tính pha-ÿinh là sӵ khác nhau quan trӑng nhҩt giӳa viӋc thiӃt kӃ hӋ thӕng thông tin vô tuyӃn và hӳu tuyӃn. Do pha-ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ là nәi bұt nhҩt trong các kênh băng rӝng- và do ÿӝ rӝng băng cӫa kênh băng rӝng là lӟn hѫn rҩt nhiӅu ÿӝ rӝng Eăng phù hӧp BC –nên chúng ta ÿӅ cұp ÿӃn các kênh vӟi sӵ phân tán thӡi gian hay lӵa chӑn tҫn sӕ trong pha-ÿinh băng rӝng và ÿӃn các kênh chӍ vӟi sӵ phân tán vӅ tҫn sӕ hay Oӵa chӑn thӡi gian trong pha-ÿinh băng hҽp. Bây giӡ, chúng ta xem xét và chӍ ra sӵ khác nhau giӳa pha-ÿinh băng rӝng và pha-ÿinh băng hҽp ÿӇ tӯÿó các biӋn pháp khҳc phөc. 3.4.2.1. Pha ÿinh băng hҽp(pha ÿinh phҷng)  Ҧnh hѭӣng cӫa pha ÿinh này là ÿáng kӇ khi khoҧng cách truyӅn tăng, lúc này Fѭӡng ÿӝ tín hiӋu thu sӁ bӏ giҧm ÿáng kӇ vì suy hao thay ÿәi ÿáng kӇ. Tính di chuyӇn Fӫa các thuê bao trên khoҧng cách lӟn(>>Ȝ) và sӵ thay ÿәi ÿһc ÿLӇm ÿӏa hình, sӁҧnh Kѭӣng ÿӃn suy hao và công suҩt thu thay ÿәi chұm. Có rҩt nhiӅu các kӻ thuұt khác nhau ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ khҳc phөc pha-ÿinh băng Kҽp, nhѭng cách phә biӃn nhҩt và thѭӡng ÿѭӧc dùng nhҩt là phân tұp.Trong thông tin vô tuyӃn tӕc ÿӝ cao, chӍ có sӵ phân tұp mӟi khҳc phөc ÿѭӧc hiӋn tѭӧng pha-ÿinh này . Các lo̩i phân t̵p th˱ͥng dùng là: Phân tұp thӡi gian Hình 3.10. Mô hình tái sӱ dөng Wҫn sӕ phân ÿRҥn Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -44- Hai phѭѫng pháp quan trӑng cӫa phân tұp thӡi gian là mã hóa/ÿan xen và ÿLӅu chӃ thích nghi (AMC). Kӻ thuұt mã hóa và ÿan xen ÿѭa vào mӝt cách linh hoҥt ÿӇ tăng ÿӝ dѭ thӯa trong tín hiӋu ÿѭӧc truyӅn ÿi; ÿLӅu này làm cho tӕc ÿӝ cӫa tín hiӋu giҧm và vì vұy mà giҧm ÿѭѫc lӛi bit. Các máy phát cùng vӟi viӋc ÿLӅu chӃ thích nghi sӁ có thông tin vӅ kênh truyӅn. Và vì vұy, chúng sӁ chӑn kӻ thuұt ÿLӅu chӃ mà ÿҥt ÿѭӧc tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao nhҩt có thӇ ÿѭӧc trong khi vүn giӳÿѭӧc BER ӣ mӭc yêu cҫu. Trong phѭѫng trình (3.3), vӟi M Wăng, BER cNJng tăng. Vì tӕc ÿӝ dӳ liӋu tӹ lӋ Yӟi log2M, chúng ta muӕn chӑn kích thѭӟc mүu tӵ lӟn nhҩt ÿӇ mà ÿҥt ÿѭӧc BER theo yêu cҫu. NӃu kênh có sӵ suy giҧm mҥnh thì sӁ không có ký hiӋu nào ÿѭӧc gӱi ÿi ÿӇ tránh tҥo lӛi. ĈLӅu chӃ thích nghi và mã hóa là mӝt phҫn tích hӧp trong chuҭn WiMAX. Và ÿѭӧc ÿӇ cұp kӻ hѫn trong phҫn sau. Phân tұp không gian Phân tұp theo không gian là mӝt dҥng phân tұp khác cNJng khá phә biӃn và có hiӋu quҧ, thѭӡng ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng cách sӱ dөng hai hay nhiӅu hѫn các ăng-ten tҥi Fҧ máy phát và máy thu hay chӍ có ӣ máy phát hoһc máy thu. Phân tұp này còn ÿѭӧc biӃt ÿӃn vӟi tên gӑi là hӋ thӕng MIMO. Dҥng ÿѫn giҧn nhҩt cӫa phân tұp theo không gian bao gӗm hai ăng-ten thu, ÿó là nѫi mà hai tín hiӋu mҥnh nhҩt ÿѭӧc chӑn. NӃu các ăng-ten ÿѭӧc ÿһt cách nhau mӝt cách phù hӧp, thì hai tín hiӋu nhұn ÿѭӧc sӁ chӏu ҧnh Kѭӣng mӝt cách xҩp xӍ hiӋn tѭӧng pha-ÿinh không tѭѫng quan vӟi nhau. Kӻ thuұt ÿѫn giҧn này ÿã loҥi bӓ hoàn toàn mӝt nӱa tín hiӋu nhұn ÿѭӧc nhѭng hҫu hӃt sӵ suy giҧm Pҥnh ÿã ÿѭӧc tránh và SNR trung bình cNJng ÿѭӧc tăng lên. Các dҥng phӭc tҥp hѫn cӫa phân tұp không gian bao gӗm các mҧng ăng-ten(hai hay nhiӅu hѫn hai ăng-ten) vӟi tӹ Vӕ kӃt nӕi lӟn nhҩt, phân tұp phát sӱ dөng mã hóa không gian- thӡi gian, và kӃt nӕi sӵ (3.3)( )1 5.1 2.0 - - £ Mb eP g Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -45- phân tұp giӳa ÿҫu phát và ÿҫu thu. Các kӻ thuұt báo hiӋu không gian ÿѭӧc mong ÿӧi ÿӇ quyӃt ÿӏnh viӋc ÿҥt ÿѭӧc hiӋu suҩt phә cao trong WiMAX. KiӇu phân tұp này ÿѭӧc gӑi mӝt cách hӧp lý là phân tұp lӵa chӑn và ÿѭӧc minh Kӑa trong hình 3.11 nhѭ sau: Phân tұp theo tҫn sӕ Phѭѫng pháp này ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ khҳc phөc hiӋn tѭӧng pha ÿinh băng rӝng và VӁÿѭӧc ÿӅ cұp kӻ hѫn ӣ phҫn sau. 3.4.2.2. Pha-ÿinh băng rӝng(pha ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ) Nhѭÿã biӃt, pha-ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ gây ra sӵ phân tán trong miӅn thӡi gian, ÿLӅu này làm cho các ký hiӋu lân cұn giao thoa vӟi nhau trӯ khi T>>IJmax . Do tӕc ÿӝ dӳ liӋu tӹ lӋ vӟi 1/T , hӋ thӕng có tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao hҫu nhѭ lúc nào cNJng có lan truyӅn trӉ ÿa ÿѭӡng ÿáng kӇ, khi T<<IJmax, và kӃt quҧ là bӏ nhiӉu liên ký hiӋu nghiêm trӑng. ViӋc Oӵa chӑn kӻ thuұt ÿӇ chӕng lҥi nhiӉu ISI mӝt cách có hiӋu quҧ là mӝt quyӃt ÿӏnh quan trӑng trong viӋc thiӃt kӃ bҩt kǤ hӋ thӕng tӕc ÿӝ cao. Rҩt nhanh chóng là OFDM là sӵ Oӵa chӑn phә biӃn nhҩt cho viӋc chӕng lҥi ISI. 3.4.2 3. Bӝ cân bҵng[1] Bӝ cân bҵng Equalizer ÿѭӧc dùng ÿӇ loҥi bӓ nhiӉu liên ký hiӋu (Intersymbol Interference_ISI) và các nhiӉu nhiӋt (noise) ÿѭӧc thêm vào. NhiӉu ISI sinh ra do sӵ trҧi Hình 3.11. Phân tұp lӵa chӑn hai nhánh ÿѫn loҥi ÿi hҫu hӃt sӵ suy giҧm Pҥnh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -46- trӉ cӫa các xung phát dѭӟi tác ÿӝng phân tán tӵ nhiên cӫa kênh truyӅn. ĈLӅu này dүn ÿӃn sӵ chӗng lҩn cӫa các xung kӃ cұn nhau gây ra nhiӉu liên ký tӵ. Chҷng hҥn nhѭ trong môi trѭӡng tán xҥÿa ÿѭӡng, mӝt ký hiӋu có thӇÿѭӧc truyӅn theo các ÿѭӡng khác nhau, ÿӃn máy thu ӣ các thӡi ÿLӇm khác nhau, do ÿó có thӇ giao thoa vӟi các ký tӵ khác. ĈӇ khҳc phөc nhiӉu ISI và cҧi thiӋn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng, có nhiӅu phѭѫng pháp khác nhau nhѭng phѭѫng pháp ÿѭӧc ÿӅ cұp nhiӅu nhҩt là sӱ dөng bӝ cân bҵng Equalizer ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ bù lҥi các ÿһc tính tán xҥ thӡi gian cӫa kênh truyӅn. 3.4.2.4. Mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi[4] Mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi là mӝt phѭѫng pháp ÿѭӧc sӱ dөng trong phân tұp theo thӡi gian . Trong hӋ thӕng WiMAX, viӋc sӱ dөng mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi Yӟi mөc ÿích là thích nghi vӟi sӵ dao ÿӝng cӫa kênh truyӅn do ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu. 9ӟi ÿһc tính này sӁ cho phép hӋ thӕng có thӇ khҳc phөc ÿѭӧc nhӳng ҧnh hѭӣng cӫa pha ÿinh lӵa chӑn thӡi gian. Hình 3.12. Kênh truyӅn và bӝ cân bҵng Hình 3.13. Mӕi quan hӋ giӳa vùng phӫ sóng và phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ ÿѭӧc sӱ dөng Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -47- Ý tѭӣng cѫ bҧn này hoàn toàn ÿѫn giҧn và ÿѭӧc trình bày nhѭ sau: ViӋc truyӅn dӳ liӋu tӕc ÿӝ cao có thӇÿҥt ÿѭӧc khi kênh truyӅn tӕt, tӕc ÿӝ truyӅn VӁ thҩp hѫn nӃu kênh truyӅn không tӕt, vӟi mөc ÿích là tránh gây ra lӛi. Tӕc ÿӝ dӳ liӋu thҩp có thӇÿҥt ÿѭӧc bҵng cách sӱ dөng chòm ÿLӇm nhӓ, nhѭ là QPSK, và các mã có Wӕc ÿӝ sӱa lӛi thҩp, nhѭ là mã chұp và mã tourbo ½. Tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao hѫn có thӇÿҥt ÿѭӧc vӟi chòm ÿLӇm lӟn, nhѭ là 64QAM, và mã hóa sӱa lӛi chӕng nhiӉu, ví dө, mã chұp hay mã turbo có tӕc ÿӝ ¾ hay mã LDPC. Sѫÿӗ khӕi thӇ hiӋn nguyên lý hoҥt ÿӝng cӫa hӋ thӕng mã hóa ÿLӅu chӃ thích nghi AMC ÿѭӧc cho bӣi hình 3.14 sau ÿây: ĈӇÿѫn giҧn, ÿҫu tiên chúng ta xem mӝt hӋ thӕng ngѭӡi dùng truyӅn nhanh tín hiӋu thông qua kênh vӟi SINR luôn thay ÿәi; ví dө, kênh truyӅn phө thuӝc vào pha-ÿinh. 0өc ÿích cӫa máy phát là truyӅn dӳ liӋu tӯ hàng bit nhanh ÿӃn mӭc có thӇ, và ÿѭӧc giҧi ÿLӅu chӃ và giҧi mã mӝt cách chính xác tҥi máy thu. Hӗi tiӃp (feedback) sӁ quyӃt ÿӏnh mã hóa và ÿLӅu chӃ nào ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ phù hӧp vӟi ÿLӅu kiӋn cӫa kênh truyӅn thông qua tham sӕ SINR. Máy phát cҫn biӃt giá trӏ SINR cӫa kênh ( g ), giá trӏ này ÿѭӧc xác ÿӏnh khi SINR nhұn ÿѭӧc rg chia cho công suҩt phát Pt, là mӝt hàm cӫa g . Do ÿó, SINR nhұn ÿѭӧc là gg ×= tr P Hình 3.15 minh hӑa viӋc sӱ dөng sáu cách mã hóa và ÿLӅu chӃ trong sӕ các ÿӏnh dҥng chung cӫa WiMAX. Nó có thӇÿҥt ÿѭӧc các mӭc hiӋu suҩt phә khác nhau tùy thuӝc vào phѭѫng pháp mã hõa và ÿLӅu chӃ sӱ dөng. ĈLӅu này cho phép dung lѭӧng tăng lên Hình 3.14. Sѫÿӗ khӕi mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi (AMC) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -48- khi SINR tăng lên theo công thӭc Shannon ).1(log 2 SNRC += Trong trѭӡng hӧp này, Wӕc ÿӝ dӳ liӋu thҩp nhҩt là QPSK và mã turbo tӕc ÿӝ ½; tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao nhҩt trong ÿӏnh dҥng cӫa WiMAX là 64QAM và mã turbo tӕc ÿӝ ¾. Thông lѭӧng ÿҥt ÿѭӧc, ÿѭӧc chuҭn hóa bӣi ÿӝ rӝng ÿã ÿѭӧc xác ÿӏnh Trong ÿó: BLER là tӹ lӋ block lӛi. r”1 là tӕc ÿӝ mã hóa. M sӕÿLӇm trong mӝt chòm ÿLӇm. Ví dͭ: 64QAM vӟi tӕc ÿӝ mã hóa là ¾ ÿҥt ÿѭӧc thông lѭӧng tӕi ÿa là 4.5bps/Hz, khi BLER ®0; QPSK vӟi tӕc ÿӝ mã hóa là ½ sӁ ÿҥt ÿѭӧc thông lѭӧng trong trѭӡng hӧp tӕt nhҩt là 1bps/Hz. 3.4.2.5. Mã hóa kênh(channel coding) Trong chuҭn IEEE 8.2.16e-2005, mã hóa kênh là mӝt khӕi chӭc năng cӫa lӟp Yұt lý trong WiMAX. NhiӋm vө cӫa lӟp này là làm cho tín hiӋu truyӅn ÿi trong môi trѭӡng kênh ít bӏ sai do ҧnh hѭӣng cӫa pha-ÿinh. Làm cho phía thu dӉ khôi phөc lҥi tín hiӋu.[10] Hình 3.15. Thông lѭӧng cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ và tӕc ÿӝ mã hóa khác nhau. HzbpsMrBLERT /)(log)1( 2-= (3.4) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -49- Mã hóa kênh bao gӗm ba bѭӟc sau ÿây: 1) Randomization: Ngүu nhiên hoá luӗng bit dӳ liӋu. ĈLӅu này sӁ tӕt hѫn cho viӋc sӱa Oӛi Forward Error Correction(FEC). Bӝ Scrambler ÿѭӧc thӵc hiӋn bӣi các thanh ghi Gӏch hӗi tiӃp tuyӃn tính 2) FEC: Trong khӕi FEC gӗm có ba khӕi nhӓ là Reed-Solomon Coder, Covolutional Coder, và khӕi Puncturing. Trong 3 khӕi này thì khӕi Reed-Solomon là phӭc tҥp nhҩt. Khӕi này làm nhiӋm vө mã hoá dӳ liӋu và thêm các khoҧng trӕng vào luӗng bit ÿӇ tҥo ÿLӅu kiӋn cho máy thu dò tìm và sӱa lӛi. Trong khӕi này dӳ liӋu ÿѭӧc mã hoá convolutional, tuy nhiên trѭӟc khi dӳ liӋu ÿѭa vào khӕi convolutional encoder thì nó phҧi ÿѭӧc mã hoá Reed-Solomon. Cuӕi cùng luӗng dӳ liӋu sӁ ÿѭӧc ÿѭa qua khӕi Puncturing ÿӇ giҧm sӕ bit truyӅn. 3) Interleaving: sҳp xӃp lҥi các khӕi cӫa bit dӳ liӋu bҵng cách ÿѭa các bit mã hoá kӅ nhau vào các sóng mang không liên tiӃp ÿӇ bҧo vӋ chӕng lҥi lӛi burst. Kích cӥ khӕi Eҵng sӕ bit ÿѭӧc mã hóa trong symbol OFDM ÿѫn giҧn. Kích cӥ cӫa symbol ÿѭӧc xác ÿӏnh bӣi sӕ sóng mang dӳ liӋu và cách ÿLӅu chӃ. Hình 3.16. Vai trò cӫa mã hóa kênh trong viӋc giҧm BER và khҳc phөc lӛi gây ra cho tín hiӋu truyӅn do pha-ÿinh S/N BER Frequency-selective channel Flat fading channel AWGN channel (LOS) Channel Coding Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -50- 3.5. KӃt luұn chѭѫng Chѭѫng này ÿã khái quát ÿѭӧc nhӳng ҧnh hѭӣng và biӋn pháp khҳc phөc nhiӉu Fӫa hӋ thӕng WiMAX. Và dӵa vào ÿó ÿӇ xây dӵng mô hình toán hӑc ÿѭӧc nói kӻ trong chѭѫng tiӃp theo. Data to transmit Randomizer FEC Bit Interleaver Modulation Data to transmit Hình 3.17. Sѫÿӗ khӕi chӭc năng cӫa mã hóa kênh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -51- Chѭѫng 4 ҦNH HѬӢNG CӪA KÊNH VÔ TUYӂN ĈӂN TRUYӄN DҮN TÍN HIӊU 4.1. Giӟi thiӋu chѭѫng Khi nghiên cӭu hӋ thӕng thông tin, viӋc tҥo ra các mô hình kênh ÿóng mӝt vai trò quan trӑng trong viӋc ÿánh giá chҩt lѭӧng hoҥt ÿӝng cӫa hӋ thӕng. Mô hình kênh trình bày quan hӋ vào ra cӫa kênh ӣ dҥng toán hӑc hoһc thuұt toán. Khi nghiên cӭu các thuұt toán, giҧi thuұt ÿӇ hҥn chӃ nhӳng ҧnh hѭӣng cӫa kênh truyӅn, ÿLӅu cҫn thiӃt là phҧi xây dӵng các mô hình có thӇ xҩp xӍ môi trѭӡng truyӅn dүn mӝt cách hӧp lý. Chѭѫng này giӟi thiӋu nhӳng ÿһc tính, ҧnh hѭӣng cӫa kênh truyӅn ÿӗng thӡi ÿѭa ra mô hình toán hӑc cӫa kênh vô tuyӃn di ÿӝng. 4.2. Kênh fading ÿa ÿѭӡng (multipath fading channel)[4] Trong hӋ thӕng thông tin vô tuyӃn, do các hiӋn tѭӧng nhѭ phҧn xҥ, tán xҥ, khúc [ҥ, nhiӉu xҥ… tín hiӋu truyӅn tӯ bӝ phát tӟi bӝ thu sӁ bӏ tách thành nhiӅu thành phҫn (giӕng vӟi tín hiӋu gӕc) và mӛi thành phҫn sӁ có nhӳng ÿѭӡng ÿi khác nhau. HiӋn Wѭӧng này ÿѭӧc gӑi là truyӅn dүn ÿa ÿѭӡng (multipath propagation). ĈӇ có thӇ hiӇu rõ hѫn bҧn chҩt cӫa kênh fading ÿa ÿѭӡng, chúng ta sӁ tìm hiӇu các khái niӋm, hiӋn tѭӧng xҧy ra khi truyӅn tín hiӋu qua kênh vô tuyӃn di ÿӝng nhѭ các thông sӕ cӫa kênh fading ÿa ÿѭӡng, hiӋu ӭng doppler, mô hình ÿáp ӭng xung, phân bӕ Rayleigh và Ricean… 4.2.1. Thông sӕ tán xҥ thӡi gian (Time dispersion parameter) ĈӇ phân biӋt, so sánh tính chҩt cӫa các kênh truyӅn dүn ÿa ÿѭӡng, ngѭӡi ta sӱ Gөng các thông sӕ tán xҥ thӡi gian nhѭ mean excess delay (ÿӝ trӉ trung bình vѭӧt Pӭc), rms delay spread (trӉ hiӋu dөng) và excess delay spread (trӉ vѭӧt mӭc). Các thông sӕ này có thӇÿѭӧc tính tӯÿһc tính công suҩt truyӅn tӟi bӝ thu cӫa các thành phҫn ÿa ÿѭӡng (power delay profile). Excess delay, t , là khoҧng thӡi gian chênh lӋch giӳa tia sóng ÿang xét vӟi thành phҫn ÿӃn bӝ thu ÿҫu tiên. Tính chҩt tán xҥ thӡi Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -52- gian (time dispersive) cӫa kênh truyӅn dүn ÿa ÿѭӡng dҧi rӝng ÿѭӧc thӇ hiӋn qua thông Vӕ mean excess delay, t , và rms delay spread, ts . t ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là moment cҩp Pӝt cӫa power delay profile [4]: (4.1) ak, )( kP t : biên ÿӝ, công suҩt thành phҫn thӭ k cӫa tín hiӋu ÿa ÿѭӡng. Rms delay spread ( ts ) là căn bұc hai moment trung tâm cҩp hai cӫa power delay profile: (4.2) Yӟi (4.3) 4.2.2. Dҧi thông kӃt hӧp (coherence bandwidth) Trong khi delay spread là mӝt hiӋn tѭӧng tӵ nhiên do sӵ phҧn xҥ và tán xҥ khi truyӅn tín hiӋu qua kênh vô tuyӃn, dҧi thông kӃt hӧp, Bc, ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa tӯ rms delay spread. Dҧi thông kӃt hӧp là khoҧng tҫn sӕ mà kênh truyӅn có thӇÿѭӧc coi là “phҷng” (nghƭa là kênh truyӅn cho qua tҩt cҧ các thành phҫn có phә nҵm trong khoҧng tҫn sӕÿó Yӟi ÿӝ lӧi gҫn nhѭ nhau và pha gҫn nhѭ tuyӃn tính). Hai sóng sin có tҫn sӕ chênh lӋch nhau lӟn hѫn Bc sӁ bӏ ҧnh hѭӣng hoàn toàn khác nhau bӣi kênh. Dҧi thông kӃt hӧp ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa nhѭ là khoҧng tҫn sӕ mà hàm tѭѫng quan giӳa các tín hiӋu có tҫn sӕ trong khoҧng này lӟn hѫn 0.9, khi ÿó[4]: 1Ӄu chӍ cҫn hàm tѭѫng quan lӟn hѫn 0.5 thì: å å å å == k k k kk k k k kk P P a a )( )( 2 2 t ttt t ( )22 tts t -= å å å å == k k k kk k k k kk P P a a )( )( 2 2 22 2 t ttt t ts50 1»cB (4.4) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -53- (4.5) 4.2.3. Phә doppler (doppler spectrum) Trong phҫn này, chúng ta sӁ tұp trung tìm hiӇu ҧnh hѭӣng cӫa doppler shift và viӋc truyӅn 1 sóng mang chѭa ÿLӅu chӃ tҫn sӕ fc Wӯ BS. Mӝt MS di chuyӇn theo hѭӟng Wҥo thành mӝt góc ia vӟi tín hiӋu nhұn ÿѭӧc tӯ thành phҫn thӭ i nhѭ hình 4.1. MS di chuyӇn vӟi vұn tӕc v, sau khoҧng thӡi gian tD ÿi ÿѭӧc d=v. tD . Khi ÿó ÿRҥn ÿѭӡng tӯ BS ÿӃn MS cӫa thành phҫn thӭ i cӫa tín hiӋu sӁ bӏ thay ÿәi 1 lѭӧng là lD . Theo hình vӁ ta có: (4.6) Khi ÿó, pha cӫa tín hiӋu sӁ bӏ thay ÿәi mӝt lѭӧng: (4.7) l : Bѭӟc sóng cӫa tín hiӋu. 'ҩu “-“ cho thҩy ÿӝ trӉ pha cӫa sóng sӁ giҧm khi MS di chuyӇn vӅ phía BS. 7ҫn sӕ doppler ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa nhѭ là sӵ thay ÿәi pha do sӵ di chuyӇn cӫa MS trong suӕt khoҧng thӡi gian tD [7]: lD YX d v BS MS iaia Hình 4.1. HiӋu ӭng Doppler ts5 1»cB idl acos=D l ap itv cos2 D-=DF Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -54- (4.8) Thay phѭѫng trình (4.7) vào phѭѫng trình (4.8) ta ÿѭӧc: (4.9) 9ӟi fm=v/ l =vfc/c là ÿӝ dӏch tҫn doppler cӵc ÿҥi (tӯ tҫn sӕ sóng mang ÿѭӧc phát ÿi) do sӵ di chuyӇn cӫa MS. Chú ý rҵng, tҫn sӕ doppler có thӇ dѭѫng hoһc âm phө thuӝc vào góc ia . Tҫn sӕ doppler cӵc ÿҥi và cӵc tiӇu là ± fmӭng vӟi góc ia =0 0 và 1800 khi tia sóng truyӅn trùng Yӟi hѭӟng MS di chuyӇn: ia =0 0 ӭng vӟi trѭӡng hӧp tia sóng ÿi tӟi tӯ phía trѭӟc MS. ia =180 0ӭng vӟi trѭӡng hӧp tia sóng ÿi tӟi tӯ phía sau MS. Trong mӝt môi trѭӡng truyӅn dүn thӵc, tín hiӋu ÿӃn bӝ thu bҵng nhiӅu ÿѭӡng Yӟi khoҧng cách và góc tӟi khác nhau. Vì vұy, khi mӝt sóng sin ÿѭӧc truyӅn ÿi, thay vì chӍ bӏ dӏch mӝt khoҧng tҫn sӕ duy nhҩt (doppel shift icD c vff acos= ) tҥi ÿҫu thu, phә Fӫa tín hiӋu sӁ trҧi rӝng tӯ fc(1-v/c) ÿӃn fc(1+v/c) và ÿѭӧc gӑi là phә doppler. Khi ta giҧ thiӃt xác suҩt xҧy ra tҩt cҧ các hѭӟng di chuyӇn cӫa mobile hay nói các khác là tҩt cҧ các góc tӟi là nhѭ nhau (phân bӕÿӅu), mұt ÿӝ phә công suҩt cӫa tín hiӋu tҥi bӝ thu ÿѭӧc cho bӣi [1,7]: (4.10) Trong ÿó K là hҵng sӕ Chú ý rҵng, khi f=fc => S(f=fc)= mf K p2 f= cm ff +± => S(f= cm ff +± )= ¥ t fD D DF -= p2 1 imiD f vf aa l coscos == 2 1 1 2 )( ÷÷ ø ö çç è æ - - = m c m f fff KfS p Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -55- Hình dҥng cӫa S(f)ÿѭӧc mô tҧ nhѭ hình 4.2. 4.2.4. Trҧi doppler và thӡi gian kӃt hӧp (Doppler spread and coherence time) Delay spread và coherence bandwidth là các thông sӕ mô tҧ bҧn chҩt tán xҥ thӡi gian cӫa kênh truyӅn. Doppler spread và coherence time là nhӳng thông sӕ mô tҧ bҧn chҩt thay ÿәi theo thӡi gian cӫa kênh truyӅn. Doppler spread BD là thông sӕÿo sӵ mӣ rӝng phә gây ra bӣi sӵ thay ÿәi theo thӡi gian cӫa kênh vô tuyӃn di ÿӝng và ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là khoҧng tҫn sӕ mà phә tҫn doppler nhұn ÿѭӧc là khác không. Khi mӝt sóng sin tҫn sӕ fcÿѭӧc truyӅn ÿi, phә tín hiӋu nhұn ÿѭӧc, phә doppler, sӁ có các thành phҫn nҵm trong khoҧng tҫn sӕ fc-fdÿӃn fc+fd vӟi fd là ÿӝ dӏch tҫn do hiӋu ӭng doppler. Lѭӧng phәÿѭӧc mӣ rӝng phө thuӝc vào fd là mӝt hàm cӫa vұn tӕc tѭѫng ÿӕi cӫa MS và góc ia giӳa hѭӟng di chuyӇn cӫa MS và hѭӟng cӫa sóng tín hiӋu tӟi MS. NӃu ÿӝ rӝng phә cӫa tín hiӋu lӟn hѫn nhiӅu so vӟi BD, ҧnh hѭӣng cӫa doppler spread là không ÿáng kӇ tҥi bӝ thu và ÿây là kênh fading biӃn ÿәi chұm (slow fading channel). fc+fmfc-fm fc Hình 4.2. Phә công suҩt cӫa tín hiӋu tҥi bӝ thu (hiӋu ӭng doppler) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -56- Coherence time Tc chính là ÿӕi ngүu trong miӅn thӡi gian (time domain dual) Fӫa doppler spread, dùng ÿӇ mô tҧ sӵ tán xҥ tҫn sӕ và bҧn chҩt thay ÿәi theo thӡi gian Fӫa kênh truyӅn. Doppler spread và coherence time tӍ lӋ nghӏch vӟi nhau: Tc » 1/fm (4.11) Coherence time là khoҧng thӡi gian mà ÿáp ӭng xung cӫa kênh truyӅn không thay ÿәi. Nói cách khác, coherence time là khoҧng thӡi gian mà 2 tín hiӋu có sӵ tѭѫng quan vӟi nhau vӅ biên ÿӝ. NӃu nghӏch ÿҧo cӫa ÿӝ rӝng phә cӫa tín hiӋu lӟn hѫn nhiӅu so vӟi coherence time cӫa kênh truyӅn thì khi ÿó kênh truyӅn sӁ thay ÿәi trong suӕt thӡi gian truyӅn tín hiӋu và do ÿó gây méo ӣ bӝ thu. Coherence time ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là khoҧng thӡi gian mà hàm tѭѫng quan lӟn hѫn 0.5, khi ÿó [4]: 9ӟi fm là tҫn sӕ doppler cӵc ÿҥi: fm=v/ l Trên thӵc tӃ, nӃu ta tính Tc theo phѭѫng trình (4.11) thì trong khoҧng Tc tín hiӋu truyӅn sӁ bӏ dao ÿӝng nhiӅu nӃu có phân bӕ Rayleigh, trong khi ÿó phѭѫng trình (4.12) Oҥi quá hҥn chӃ. Vì thӃ, ngѭӡi ta thѭӡng ÿӏnh nghƭa Tc là trung bình nhân cӫa hai phѭѫng trình trên: (4.13) Ĉӏnh nghƭa cӫa thӡi gian kӃt hӧp ngө ý rҵng 2 tín hiӋu ÿӃn bӝ thu khác nhau Pӝt khoҧng thӡi gian Tc sӁ bӏҧnh hѭӣng khác nhau bӣi kênh truyӅn. %ҧng 4.1. Tóm tҳt các thông sӕ cӫa pha ÿinh băng rӝng [4] mm c ff T 423.0 16 9 2 == p m c f T p16 9 » (4.12) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -57- Ĉҥi lѭӧng NӃu “lӟn” NӃu “nhӓ” Chú thích TrӉ trҧi phә IJ 1Ӄu IJ >> T: pha ÿinh Oӵa chӑn Wҫn sӕ 1Ӄu IJ << : pha ÿinh phҷng IJ càng lӟn có ҧnh hѭӣng ÿӃn thӡi gian ký hiӋu và gây ra hiӋn tѭӧng ISI 'ҧi thông NӃt hӧp BC 1Ӄu 1/BC << T: pha ÿinh phҷng 1Ӄu 1/BC >> T: pha ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ Cung cҩp mӝt nguyên tҳc là tìm ÿѭӧc ÿӝ Uӝng băng thông cӫa các sóng mang con là BSC§ BC/10, do ÿó sӕ lѭӧng cҫn thiӃt cӫa sóng mang con trong hӋ thӕng OFDM là L > 10xB/BC Trҧi phә Doppler c vff cd × = 1Ӄu fc.v>> c; pha ÿinh nhanh 1Ӄu fc.v” c; pha ÿinh chұm Khi tӹ sӕ fD/ BSC là không thӇ bӓ qua thì sӵ trӵc giao cӫa các sóng mang con sӁ mҩt ÿi Thӡi gian NӃt hӧp TC 1Ӄu TC>>T; pha ÿinh chұm 1Ӄu TC” T; pha ÿinh nhanh 4.3. Mô hình ÿáp ӭng xung cӫa kênh fading[7] Ta giҧ sӱ rҵng có N tia ÿӃn máy thu, tín hiӋu ÿҫu ra cӫa kênh nhѭ sau: ( ) ( ) ( )( )å = -×= N n nn ttxtaty 1 t (4.14) Hình 4.3. Các tín hiӋu multipath ÿӃn ӣ nhӳng thӡi ÿLӇm khác nhau Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -58- Trong ÿó, an(t) và IJn(t) là suy hao và trӉ truyӅn dүn cӫa thành phҫn ÿa ÿѭӡng thӭ n. Lѭu ý rҵng suy hao và trӉ truyӅn là mӝt hàm thay ÿәi theo thӡi gian, ÿLӅu này nói lên Uҵng, khi ô tô di chuyӇn thì hai ÿҥi lѭӧng này cNJng thay ÿәi theo. Ta xác ÿӏnh ÿѭӡng bao phӭc cӫa tín hiӋu thu Giҧ sӱÿҫu vào kênh truyӅn song là tín hiӋu ÿLӅu chӃ có dҥng: ( ) ( ) ( )( )tftAtx C fp +×= 2cos (4.15) Vì thӵc hiӋn mô phӓng dҥng sóng bҵng cách sӱ dөng các tín hiӋu ÿѭӡng bao phӭc, nên ta phҧi xác ÿӏnh ÿѭӡng bao phӭc cho cҧ x(t) và y(t), tӯÿó tìm ra h(t,IJ). Ĉѭӡng bao phӭc cӫa tín hiӋu phát ( )tx~ : bҵng cách kiӇm tra (4.15) ta có ( ) ( ) ( )tetAtx f×=~ (4.16) Ĉѭӡn bao cӫa tín hiӋu ( )ty~ ÿѭӧc xác ÿӏnh nhѭ sau, thay (4.15) vào (4.14) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )[ ]å = -+-×-×= N n nnCnn ttttfttAtaty 1 2cos tftpt (4.17) Có thӇ viӃt lҥi là: ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ){ }å = -- ×××-×= N n tfjtfjttj nn CnCn eeettAtaty 1 22Re ptptft (4.18) Vì an(t) và A(t) ÿӅu là giá trӏ thӵc nên (4.18) còn ÿѭӧc viӃt lҥi nhѭ sau (4.19) 7ӯ (4.16), ta có: ( )( ) ( )( ) ( )( )ttxettA nttjn n tt tf -=×- - ~ (4.20) Vì thӃ: ( ) ( ) ( ) ( )( ) þ ý ü î í ì ×-××= å = - N n tfj n tfj n CnC ettxetaty 1 22 ~Re ptp t (4.21) Suy hao ÿѭӡng truyӅn phӭc ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là: ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) þ ý ü î í ì ×××-×= å = -- N n tfjtfjttj nn CnCn eeettAtaty 1 22Re ptptft Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -59- ( ) ( ) ( )tfjnn nCetata tp2~ -×= (4.22) Vì vұy: ( ) ( ) ( )( ) þ ý ü î í ì ×-×= å = N n tfj n Cettxtaty 1 2~~Re pt (4.23) Vì vұy, ÿѭӡng bao phӭc cӫa tín hiӋu thu y(t) là: ( ) ( ) ( )( )å = -×= N n nn ttxtaty 1 ~~~ t (4.24) 7ӯÿây, ta có thӇ rút ra ÿáp ӭng xung kim cӫa kênh ( )th ,~ t là quan hӋ vào ra cӫa kênh ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa bӣi (4.24) tѭѫng ӭng vӟi mӝt hӋ thӕng tuyӃn tính thay ÿәi theo thӡi gian LTV có ÿáp ӭng xung kim là: ( ) ( ) ( )( )å = -×= N n n tttath 1 ~, ~ tdt (4.25) 4.4. Phân bӕ Rayleigh và phân bӕ Ricean 4.4.1. Phân bӕ Rayleigh Trong nhӳng kênh vô tuyӃn di ÿӝng, phân bӕ Rayleigh thѭӡng ÿѭӧc dùng ÿӇ mô tҧ bҧn chҩt thay ÿәi theo thӡi gian cӫa ÿѭӡng bao tín hiӋu fading phҷng thu ÿѭӧc )( 3tt ),( tthb t3 t0 t1 t2 0t 2t 3t 4t 2-Nt 1-Nt )( 0tt )( 1tt )( 2tt 1t Hình 4.4. Minh hӑa ÿáp ӭng xung kim cӫa kênh và lý lӏch trӉÿa ÿѭӡng t Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -60- hoһc ÿѭӡng bao cӫa mӝt thành phҫn ÿa ÿѭӡng riêng lҿ. Chúng ta biӃt rҵng ÿѭӡng bao Fӫa tәng hai tín hiӋu nhiӉu Gauss trӵc giao tuân theo phân bӕ Rayleigh. Phân bӕ Rayleigh có hàm mұt ÿӝ xác suҩt [7]: (4.26) 9ӟi s là giá trӏ rms (hiӋu dөng) cӫa ÿLӋn thӃ tín hiӋu nhұn ÿѭӧc trѭӟc bӝ tách ÿѭӡng bao (evelope detection). s 2 là công suҩt trung bình theo thӡi gian. Xác suҩt ÿӇÿѭӡng bao cӫa tín hiӋu nhұn ÿѭӧc không vѭӧt qua mӝt giá tri R cho trѭӟc ÿѭӧc cho bӣi hàm phân bӕ tích lNJy (CDF): (4.27) Giá trӏ trung bình rmean cӫa phân bӕ Rayleigh ÿѭӧc cho bӣi: (4.28) Và phѭѫng sai 2rs (công suҩt thành phҫn ac cӫa ÿѭӡng bao tín hiӋu): (4.29) Giá trӏ hiӋu dөng cӫa ÿѭӡng bao là s2 (căn bұc hai cӫa giá trӏ trung bình bình phѭѫng). Giá trӏ median cӫa r tìm ÿѭӧc khi giҧi phѭѫng Vì vұy giá trӏ mean và median chӍ khác nhau môt lѭӧng là 0.55dB trong trѭӡng Kӧp tín hiӋu Rayleigh fading. Hình 4.5 minh hӑa hàm mұt ÿӝ xác suҩt Rayleigh. ïî ï í ì < ¥££÷÷ ø ö çç è æ -= )0(0 )0( 2 exp)( 2 2 2 r rrrrp ss ÷÷ ø ö çç è æ --==£= ò 2 2 0 2 exp1)()()( s RdrrpRrPRP R r s p s 2533.1 2 )(][ 0 ==== ò ¥ drrrprErmean [ ] 222 0 2222 4292.0 2 2 2 )(][ spspss =÷ ø ö ç è æ -=-=-= ò ¥ drrprrErEr ò =Þ= medianr medianrdrrp 0 177.1)( 2 1 s (4.30) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -61- 4.4.2. Phân bӕ Ricean Khi có thành phҫn truyӅn thҷng ÿӃn máy thu thì lúc này phân bӕ sӁ là Ricean. Trong trѭӡng hӧp này, các thành phҫn ÿa ÿѭӡng ngүu nhiên ÿӃn bӝ thu vӟi nhӳng góc khác nhau ÿѭӧc xӃp chӗng lên tín hiӋu light-of-sight. Tҥi ngõ ra cӫa bӝ tách ÿѭӡng bao, ÿLӅu này có ҧnh hѭӣng nhѭ là cӝng thêm thành phҫn dc vào các thành phҫn ÿa ÿѭӡng ngүu nhiên. Giӕng nhѭ trong trѭӡng hӧp dò sóng sin trong khi bӏ nhiӉu nhiӋt, ҧnh hѭӣng cӫa tín hiӋu light-of-sight (có công suҩt vѭӧt trӝi) ÿӃn bӝ thu cùng vӟi các tín hiӋu ÿa ÿѭӡng (có công suҩt yӃu hѫn) sӁ làm cho phân bӕ Ricean rõ rӋt hѫn. Khi thành phҫn light-of-sight bӏ suy yӃu, tín hiӋu tәng hӧp trông giӕng nhѭ nhiӉu có ÿѭӡng bao theo phân bӕ Rayleigh. Vì vұy, phân bӕ bӏ trӣ thành phân bӕ Rayleigh trong trѭӡng hӧp thành phҫn light-of-sight mҩt ÿi. Hàm mұt ÿӝ phân bӕ xác suҩt cӫa phân bӕ Ricean [7]: (4.31) 0 ƭ ƭ ƭ ƭƭ p(r) ĈLӋn thӃÿѭӡng bao tín hiӋu tҥi ÿҫu thu r (volts) Hình 4.5: Hàm mұt ÿӝ xác suҩt cӫa phân bӕ Rayleigh s/6065.0 ïî ï í ì < ³³÷ ø ö ç è æ = + - 00 )0,0()( 20 2 )( 2 2 22 r rAArIerrp Ar ss s Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -62- A: biên ÿӝÿӍnh cӫa thành phҫn light-of-sight. Io: là hàm Bessel sӱa ÿәi loҥi 1 bұc 0. Phân bӕ Ricean thѭӡng ÿѭӧc mô tҧ bӣi thông sӕ kÿѭӧc ÿӏnh nghƭa nhѭ là tӍ sӕ giӳa công suҩt tín hiӋu xác ÿӏnh (thành phҫn light-of-sight) và công suҩt các thành phҫn ÿa ÿѭӡng: (4.32) Hay viӃt dѭӟi dҥng dB: (4.33) k xác ÿӏnh phân bӕ Ricean và ÿѭӧc gӑi là hӋ sӕ Ricean. Khi A ® 0, k ® 0 ( ¥- dB) thành phҫn light-of-sight bӏ suy giҧm vӅ biên ÿӝ, phân bӕ Ricean trӣ thành phân bӕ Rayleigh. Hình 4.6 mô tҧ hàm mұt ÿӝ xác suҩt cӫa phân bӕ Ricean. p(r) k = ¥- dB k = 6 dB ĈLӋn thӃÿѭӡng bao tín hiӋu tҥi ÿҫu thu r (volts) Hình 4.6: Hàm mұt ÿӝ xác suҩt cӫa phân bӕ Ricean: k = ¥- dB (Rayleigh) và k = 6 dB. Vӟi k >>1, giá trӏ trung bình cӫa phân bӕ Ricean xҩp xӍ vӟi phân bӕ Gauss 2 2 2s Ak = dBAdBk 2 2 2 log10)( s = Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -63- 4.5. KӃt luұn chѭѫng Nhӳng mô tҧ toán hӑc cӫa chѭѫng này sӁ là cѫ sӣÿӇ em có thӇ thӵc hiӋn mô phӓng sӁÿѭӧc ÿӅ cұp ӣ chѭѫng tiӃp theo. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -64- Chѭѫng 5 .ӂT QUҦ MÔ PHӒNG VÀ HѬӞNG PHÁT TRIӆN Ĉӄ TÀI 5.1.Giӟi thiӋu chѭѫng Chѭѫng này thӇ hiӋn kӃt quҧ cӫa hai chѭѫng trình mô phӓng: · Mô phӓng thӭ nhҩt nhҵm làm rõ ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu thông qua các tác ÿӝng Fӫa hiӋn tѭӧng Doppler, kênh pha ÿinh Rayleigh và Ricean ҧnh hѭӣng ÿӃn biên ÿӝ tҥi máy thu, và giá trӏ BER. · Mô phӓng thӭ hai nhҵm làm rõ nguyên tҳc sӱ dөng các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Vӕ trong tӯng ÿLӅu kiӋn kênh truyӅn và so sánh giá trӏ BER và tӕc ÿӝ dӳ liӋu cӫa Pӛi phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ và tӕc ÿӝ mã hóa sӱ dөng (AMC) trong WiMAX. 5.2.Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng pha ÿinh Hình 5.1. Giao diӋn cӫa chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa pha ÿinh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -65- 5.2.1. Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng Doppler · Bài toán Khi máy thu thay ÿәi vұn tӕc di chuyӇn thì thì làm ҧnh hѭӣng ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa tín hiӋu thông qua cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu. · .Ӄt quҧ chѭѫng trình · Nh̵n xét Nhìn vào hình 5.2 và 5.3, ta thҩy cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu thay ÿәi khi vұn Wӕc cӫa máy thu thay ÿәi. 5.2.2. Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa kênh Rayleigh ÿӃn biên ÿӝ tín hiӋu thu · Bài toán Cho tín hiӋu hình sin chѭa ÿLӅu chӃ (ӣ băng tҫn gӕc). Cho tín hiӋu này ÿi qua hai ÿѭӡng truyӅn khác nhau, ÿѭӡng truyӅn thӭ nhҩt ÿi qua kênh truyӅn có ÿӝ lӧi kênh truyӅn là cӕÿӏnh và ÿѭӡng truyӅn thӭ hai có ÿӝ trӉ và biên ÿӝ thay ÿәi mӝt cách ngүu nhiên theo thӡi gian. Tҥi ÿҫu ra cӫa kênh, tӭc là ÿҫu vào cӫa máy thu, ta VӁ quan sát tín hiӋu thu thay ÿәi sau 10 lҫn ÿo biên ÿӝ tҥi ÿҫu vào máy thu. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -2 10 -1 10 0 Received field R ec ei ve d fie ld in te ns ity time 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Received field R ec ei ve d fie ld in te ns ity time Hình 5.2. Cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu khi v=1000(km/h) Hình 5.3. Cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu khi v=45(km/h) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -66- · 0өc ÿích mô phӓng Khҧo sát sӵ ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng ÿa ÿѭӡng (multipath 2 tia) ÿӃn chҩt Oѭӧng cӫa tín hiӋu tҥi ÿҫu vào máy thu. · Mô hình mô phӓng · .Ӄt quҧ chѭѫng 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 am pl itu de Rayleigh fading channel with two path sine wave input Hình 5.5. Sӵ thay ÿәi biên ÿӝ tҥi ÿҫu ra cӫa kênh multipath hai tia sau 10 lҫn ÿo có G1(fixed gain)=1. s(t) Fixed gain delay Variable gain r(t) h(t) Hình 5.4. Mô hình kênh truyӅn Rayleigh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -67- · Nh̵n xét Do ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng ÿa ÿѭӡng (multipath) làm cho biên ÿӝ tҥi máy thu không әn ÿӏnh sau nhiӅu lҫn ÿo. Do ÿӝ trӉ và sӵ suy hao cӫa kênh thӭ hai thay ÿәi nhүu nhiên theo thӡi gian nên trong mѭӡi lҫn ÿo thì có mѭӡi giá trӏ khác nhau. ĈLӅu này ÿã chӭng minh ÿѭӧc rҵng, trong truyӅn thông vô tuyӃn trong môi trѭӡng tҫm nhìn thҷng (LOS) ít gây suy hao và có chҩt lѭӧng hѫn trong môi trѭӡng có Wҫm nhìn che khuҩt (NLOS). 5.2.3. Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa công suҩt truyӅn ÿӃn chҩt lѭӧng Fӫa hӋ thӕng thông qua giá trӏ BER · Bài toán Mô phӓng hiӋu năng BER cӫa hӋ thӕng QPSK hoҥt ÿӝng trong môi trѭӡng kênh ÿa ÿѭӡng 3 tia cӕÿӏnh vӟi AWGN và so sánh hiӋu năng BER vӟi chính hӋ thӕng ÿó nhѭng hoҥt ÿӝng trên kênh lý tѭӣng(không có ÿa ÿѭӡng) %ҧng 5.1. Tham sӕ cӫa 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 am pl itu de Rayleigh fading channel with two path sine wave input Hình 5.6. Sӵ thay dәi biên ÿӝ tҥi ÿҫu ra cӫa kênh multipath hai tia sau 10 lҫn ÿo có G1(fixed gain)=20 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -68- Các kênh P0 P1 P2 IJ(mүu) Chú thích Kênh sӕ 1 1.0 0 0 0 Kênh AWGN lý tѭӣng Kênh sӕ 2 1.0 0.2 0 0 Pha ÿinh phҷng Ricean Kênh sӕ 3 1.0 0 0.2 0 Kênh pha ÿinh phҷng Ricean Kênh sӕ 4 1.0 0 0.2 8 Kênh pha ÿinh chӑn lӑc tҫn sӕ Ricean Kênh sӕ 5 0 1.0 0.2 0 Kênh pha ÿinh phҷng Rayleigh Kênh sӕ 6 0 1.0 0.2 8 Kênh pha ÿinh chӑn lӑc tҫn sӕ Rayleigh P0 , P1 , P2 xác ÿӏnh các mӭc công suҩt tѭѫng ÿӕi cӫa ba ÿѭӡng và ÿѭӧc tính bҵng ÿѫn Yӏ dB, trong ÿó P0 là công suҩt tѭѫng ÿӕi cӫa tia truyӅn thҷng, P1 và P2 là công suҩt cӫa hai tia phҧn xҥ. · Transmitter Signal t Delay Delay spread Receiver Signal t Hình 5.7. Minh hӑa nhiӉu ÿa ÿѭӡng 3 tia Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -69- · 0өc ÿích mô phӓng Mô phӓng này nhҵm làm rõ sӵ ҧnh hѭӣng cӫa kênh pha ÿinh Ricean và Rayleigh; pha ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ và pha ÿinh phҷng lên giá trӏ BER cӫa hӋ thӕng truyӅn thông vô tuyӃn. · Nguyên tҳc mô phӓng Giá trӏ BER cӫa mӛi kênh ÿѭӧc ѭӟc lѭӧng bҵng phѭѫng pháp ѭӟc tính bán phân tích. Phѭѫng pháp này là kӃt hӧp cӫa hai phѭѫng pháp: giҧi tích và Monte Carlos · /ѭu ÿӗ thuұt toán Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -70- %ҳt ÿҫu Nhұp các thông sӕ sau:sӕ ký Wӵ(symbol): N, ÿӝ rӝng cӫa 1 bít: tb, Wӕc ÿӝ lҩy mүu fs, các giá trӏ Eb/N0 *ӑi chѭѫng trình con random_binary Các kênh khácKênh sӕ 1 S Tính ÿӝ lӧi cho mӛi ÿѭӡng Rayleigh và Ricean Ĉ *ӑi chѭѫng trình con vxcorr *ӑi chѭѫng trình con qpsk_berest 9Ӂÿӗ thӏ BER theo tӯng giá trӏ Eb/N0 Xuҩt ra màn hình .Ӄt thúc Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -71- · .Ӄt quҧ cӫa chѭѫng trình Hình 5.8. Ĉӗ thӏ BER cӫa kênh sӕ 1 Hình 5.9. Ĉӗ thӏ BER cӫa kênh sӕ 2) Hình 5.10. Ĉӗ thӏ BER Fӫa kênh sӕ 3 Hình 5.11. Ĉӗ thӏ BER Fӫa kênh sӕ 4 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -72- · Nh̵n xét 'ӵa vào kӃt quҧ mô phӓng ӣ kênh sӕ 1 và sӕ 2 ÿѭӧc minh hӑa ӣ hình 5.8 và hình 5.9, ta thҩy ӣ kênh sӕ 1 chӍ có mӝt thành phҫn ÿi thҷng LOS mà không có ÿa ÿѭӡng, nên ÿây là ѭӟc tính BER bán phân tích cho hӋ thӕng QPSK hoҥt ÿӝng trong môi trѭӡng kênh AWGN. Ĉây là kênh chuҭn và ÿѭӧc dùng ÿӇ so sánh vӟi kӃt quҧ BER mô phӓng Fӫa năm kênh còn lҥi. Kênh sӕ 2 có thêm thành phҫn pha ÿinh Rayleigh. ViӋc thêm vào này làm cho kênh này tѭѫng ÿѭѫng vӟi kênh pha ÿinh Ricean, do IJ=0 nên kӋnh sӕ 2 là kênh pha ÿinh phҷng(không chӑn lӑc tҫn sӕ), và ta thҩy rõ rҵng kênh này có giá trӏ BER lӟn hѫn kênh sӕ 1(kênh lý tѭӣng) .Ӄt quҧ mô phӓng cho hai kênh sӕ 3 và 4 trong hình 5.10 và hình 5.11. Hai kênh sӕ 2 và 3vӅ cѫ bҧn là nhѭ nhau. Kênh sӕ 4 giӕng vӟi kênh sӕ 3 ngoҥi trӯ là pha ÿinh cӫa kênh sӕ 4 là kênh chӑn lӑc tҫn sӕ, IJ=8(mүu); và ta thҩy rõ là hiӋu năng cӫa hӋ thӕng ÿã giҧm mӝt cách rõ rӋt(giá trӏ cӫa BER tăng lên). ĈLӅu này chӭng tӓ nhiӉu chӑn lӑc tҫn Vӕ(hay còn gӑi là ISI) có ҧnh hѭӣng rҩt lӟn ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng thông tin không dây. .Ӄt quҧ mô phӓng cho kênh sӕ 5 và 6 ÿѭӧc thӇ hiӋn trong hình 5.12 và hình 5.13 , Fҧ hai kênh này ÿӅu không có thành phҫn ÿi thҷng NLOS(kênh Rayleigh ). Khi so sánh Hình 5.12. Ĉӗ thӏ BER cӫa kênh sӕ 5 Hình 5.13. Ĉӗ thӏ BER Fӫa kênh sӕ 6 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -73- NӃt quҧ cӫa kênh sӕ 4 và kênh sӕ 5 ta thҩy: mһc dù là kênh sӕ 5 là pha ÿinh phҷng nhѭng kӃt quҧ là giá trӏ BER cӫa kênh này vүn cao hѫn so vӟi trѭӡng hӧp có kênh có ÿѭӡng truyӅn thҷng LOS. Kênh sӕ 6 cNJng là kênh Rayleigh nhѭng là trong trѭӡng hӧp có trӉ( kênh Rayleigh chӑn lӑc tҫn sӕ) thì chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng suy giҧm trҫm trӑng. 5.3. Chѭѫng trình mô phӓng tính BER và tӕc ÿӝ dӳ liӋu cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ sӱ dөng trong hӋ thӕng WiMAX Mô phӓng gӗm có hai phҫn: -Mô phӓng ѭӟc tính BER cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ. -Tӕc ÿӝ dӳ liӋu cӫa tӯng phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ và tӕc ÿӝ mã hóa trong WiMAX. · 0өc ÿích mô phӓng Hai mô phӓng này nhҵm chӭng minh cách sӱ dөng tӯng phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Vӕ có liên quan ÿӃn bán kính cӫa tӃ bào; ÿánh giá hiӋu quҧ sӱ dөng phә tҫn cӫa các sѫ ÿӗÿLӅu chӃÿó. Hình 5.14. Giao diӋn chѭѫng trình hai Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -74- 5.3.1. Ĉӗ thӏ chòm sao · /ѭu ÿӗ thuұt toán Hình 5.15. Bán kính tӃ bào(cell) có liên quan ÿӃn ÿLӅu chӃ thích nghi(AMC) %ҳt ÿҫu Nhұp:-Các mӭc ÿLӅu chӃ -Sӕ lѭӧng các tín hiӋu *ӑi chѭѫng trình con anhxa.m 9Ӂÿӗ thӏ chòm sao cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Xuҩt ra màn hình .Ӄt thúc Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -75- .Ӄt quҧ chѭѫng trình Hình 5.16. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ BPSK Hình 5.17. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ QPSK Hình 5.18. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 16-QAM Hình 5.19. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 64-QAM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -76- Nh̵n xét ĈLӅu chӃ càng nhiӅu mӭc (M càng lӟn) thì khoҧng cách Euclic giӳa các cһp ÿLӇm ký hiӋu trong không gian tín hiӋu càng ngҳn. 5.3.2. Ĉӗ thӏ tán xҥ Ĉӗ thӏ tán xҥÿѭӧc dùng ÿӇÿánh giá sӵ chӗng lҩn cӫa các tín hiӋu ÿLӅu chӃ sӕ khi bӏҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu. Trong môi trѭӡng kênh AWGN, thì xác suҩt lӛi là mӝt hàm ÿѫn ÿLӋu cӫa khoҧng cách Euclic giӳa các cһp ÿLӇm trong không gian tín hiӋu vӟi xác suҩt lӛi tăng khi các ÿLӇm trong không gian tín hiӋu ÿó gҫn nhau hѫn, hay nói cách khác khi các ÿLӇm tín hiӋu càng xít gҫn nhau thì xác suҩt lӛi càng tăng và ngѭӧc lҥi. · /ѭu ÿӗ thuұt toán %ҳt ÿҫu Nhұp:-Các mӭc ÿLӅu chӃ -Sӕ lѭӧng các tín hiӋu *ӑi chѭѫng trình con anhxa.m 9Ӂÿӗ thӏ ánh xҥ cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Xuҩt ra màn hình .Ӄt thúc Ĉi qua kênh AWGN Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -77- · .Ӄt quҧ chѭѫng trình Hình 5.20. Sѫÿӗ tán xҥ cӫaphѭѫng pháp BPSK Hình 5.21. Sѫÿӗ tán xҥ cӫa phѭѫng pháp QPSK Hình 5.22. Sѫÿӗ tán xҥ cӫa phѭѫng pháp 16-QAM Hình 5.23. Sѫÿӗ tán xҥ cӫa phѭѫng pháp 64-QAM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -78- · Nh̵n xét Khi M càng lӟn thì các ÿLӇm trên chòm sao càng sát lҥi vӟi nhau. Do ÿó, các ÿLӇm ÿӉ bӏ chӗng lҩn lên nhau khi bӏҧnh hѭӣng bӣi nhiӉu và dӉ gây ra lӛi. ĈLӅu ÿó ÿã ÿѭӧc chӭng minh là hoàn toàn ÿúng trong mô phӓng 5.3.3. Tính BER cho tӯng phѭѫng pháp · Nguyên tҳc mô phӓng 6ӱ dөng phѭѫng pháp Monte Carlos ÿӇѭӟc tính lӛi BER. Dӵa vào chòm sao tín hiӋu cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ có M ÿLӇm khác nhau(M là sӕ mӭc ÿLӅu chӃ), M ÿLӇm này chia thành M vùng quyӃt ÿӏnh. Khi ta cho tín hiӋu ÿi qua kênh AWGN và so sánh vӟi M ÿLӇm ban ÿҫu, tӯÿó tính ÿѭӧc lӛi và tính BER. Nguӗn Gӳ liӋu So sánh các ký hiӋu MÁY PHÁT Nguӗn tҥp âm Nguӗn tҥp âm MÁY THU + + Ù eP d[n] xd[n] xq[n] nd[n] nq[n] x [n] yd[n] yq[n] [ ] Ù nd Hình 5.24. Sѫÿӗ khӕi mô phӓng tính BER Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -79- 6ӱ dөng bӝ tҥo sӕ ngүu nhiên ÿӇ tҥo ra các sӕ ngүu nhiên phân bӕÿӅu trong khoҧng (0,1), tӯ sӕ ngүu nhiên phân bӕÿӅu này ánh xҥ (sҳp xӃp) thành mӭc biên ÿӝ Am tѭѫng ӭng vӟi các trөc I-Q cho các bӝÿLӅu chӃ và giҧi ÿLӅu chӃ sӕ nêu trên. Bӝ sҳp [Ӄp (ánh xҥ) thành mӭc biên ÿӝ Am, luӗng dӳ liӋu nhӏ phân trѭӟc hӃt ÿѭӧc chuyӇn nӕi tiӃp thành song song, sau ÿó ÿѭӧc phân vào nhánh ÿӗng pha(nhánh I) và vuông pha (nhánh Q),các tә hӧp bit cӫa các thành phҫn ÿӗng pha và vuông pha này ÿѭӧc sҳp xӃp thành các mӭc biên ÿӝ Am tѭѫng ӭng. %ҧng 5.2. Sҳp xӃp thành mӭc biên ÿӝ Am[8] QuyӃt ÿӏnh ÿҫu raChӃÿӝ ÿLӅu chӃ QuyӃt ÿӏnh mӭc ra theo x ÿѫn vӏ v) Ký hiӋu tin(v) 7ә hӧp bit Thӡi gian tӗn tҥi giá trӏ Am (thӡi gian Wӗn tҥi mӝt ký hiӋu) TS là: BPSK NӃu 0<x<0.5 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5<x thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am= -1 Am=+1 0 1 TS = Tb BPS = 1 QPSK NӃu 0< x ” 0.5 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5< x thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am= -1 Am =+1 0 1 TS = 2Tb BPS = 2 16-QAM NӃu 0 < x ”0.25 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.25< x ” 0.5 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5 < x ” 0.75 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu x> 0.75 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am= -3 Am= -1 Am= +1 Am=+3 00 01 10 11 TS = 4Tb BPS = 4 64-QAM NӃu 0< x ” 0.125 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.125< x” 0.25 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.25 < x ” 0.375 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.375 < x ” 0.5 thì Am = -7 Am= -5 Am =-3 000 001 010 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -80- QuyӃt ÿӏnh ÿҫu ra quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5 < x ” 0.625 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.625 < x ” 0.75 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.75 < x ” 0.875 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.875 < x ” 1 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am = -1 Am = +1 Am= +3 Am= +5 Am = +7 011 100 101 110 111 TS = 6Tb BPS = 6 BPS là sӕ bit trên mӝt ký hiӋu. Ta có M là mӭc ÿLӅu chӃ, thì BPS=log2M(bit). Ĉây FNJng là mӝt tham sӕ dùng ÿӇÿánh giá hiӋu năng thông lѭӧng cӫa hӋ thӕng. ĈӇ hiӇu rõ cách sҳp xӃp, xem trong sѫÿӗ sau: Hình 5.25. Sѫ dӗ sҳp xӃp chòm sao cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ M =64 M =16 M = 4 M=20 Am 7 5 - 1 1 3 - 7 - 5 -3 1- 1- 3- 5- 7 753 Am Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -81- · /ѭu ÿӗ thuұt toán %ҳt ÿҫu Nhұp: -Các ký hiӋu dùng trong mô phӓng -Các giá trӏ Eb/N0 -Khӣi tҥo mҧng là mӝt vectѫ hàng có các phҫn tӱ là các mӭc Am 7ҥo các tín hiӋu ÿLӅu chӃ, sau ÿó cӝng nhiӉu vào tín hiӋu ÿLӅu chӃ ii= length(Eb/N0) So sánh các tín hiӋu ÿã cӝng nhiӉu vӟi tín hiӋu ÿLӅu chӃ ban ÿҫu, tӯÿó phát hiӋn ra lӛi và ÿӃm lӛi ii>length(Eb/N0) Ĉ S Tính BER và vӁÿӗ thӏ BER theo mô phӓng và theo lý thuyӃt Xuҩt ra màn hình ÿӗ thӏ BER .Ӄt thúc Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -82- · .Ӄt quҧ chѭѫng trình Hình 5.26. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ BPSK Hình 5.27. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ QPSK Hình 5.28. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 16-QAM Hình 5.29. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 64-QAM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -83- Nh̵n xét: *. Giá tr͓ BER cͯa các ph˱˯ng pháp ÿL͉u ch͇ 'ӵa vào kӃt quҧ mô phӓng trên ta thҩy giá trӏ BER mô phӓng bҵng phѭѫng pháp Monte Carlos là khác nhau cho mӛi phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Ӣ hình 5.26 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ BPSK, so vӟi ba phѭѫng pháp còn lҥi thì phѭѫng pháp này có giá trӏ BER thҩp nhҩt, có nghƭa là phѭѫng pháp này sӁ cho hiӋu năng tӕt nhҩt và ít gây ra lӛi nhҩt. ĈLӅu này cNJng phù hӧp trong lý thuyӃt, vì phѭѫng pháp này chӍ sӱ dөng mӝt bit/symbol ÿӇ truyӅn tin nên khҧ năng gây ra lӛi bit là rҩt thҩp(sӕ bit truyӅn tin là log2M=1; M là mӭc ÿLӅu chӃ) Ӣ hình 5.27 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ QPSK, phѭѫng pháp này có giá BER cao hѫn phѭѫng pháp BPSK, nhѭng sӕ bit tin truyӅn cho mӝt ký tӵ là 2/symbol (log2M= 2), lӟn hѫn BPSK. Trong WiMAX, ÿӇÿLӅu chӃ 4 mӭc, ngѭӡi ta sӱ Gөng phѭѫng pháp QPSK, mà không sӱ dөng phѭѫng pháp 4-QAM vì ÿLӅu chӃ 4- QAM phӭc tҥp hѫn và dӉ gây ra lӛi hѫn do phѭѫng pháp này làm thay ÿәi cҧ vӅ pha Oүn biên ÿӝ. Ӣ hình 5.28 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 16-QAM, ӣ phѭѫng pháp này ta thҩy rõ giá trӏ BER cao hѫn hai phѭѫng pháp trên. Phѭѫng pháp này truyӅn ÿѭӧc nhiӅu bit hѫn, 4 bit/ symbol, nhѭng chính vì vұy mà dӉ gây ra lӛi hѫn. Do ÿó, giá trӏ BER cao hѫn. Ta cNJng thҩy rҵng giá trӏ BER mô phӓng ÿѭӧc lҥi rҩt khác so vӟi giá trӏ BER tính toán trên lý thuyӃt. Ӣ hình 5.29 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 64-QAM, phѭѫng pháp này có giá trӏ BER cao nhҩt(§ 100). Vì vұy, phѭѫng pháp này cho hiӋu năng thҩp nhҩt nhѭng truyӅn ÿѭӧc nhiӅu tin nhҩt trong các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ còn lҥi. Giá trӏ mô phӓng lҥi càng khác xa vӟi giá trӏ lý thuyӃt. Ӣ cҧ bӕn ÿӗ thӏ BER, ta thҩy giá trӏ SNR(Eb/N0) càng tăng thì giá trӏ BER càng giҧm. ĈLӅu này hoàn toàn phù hӧp vӟi lý thuyӃt, vì khi SNR tăng thì ít gây ra lӛi Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -84- *.Hi͏u qu̫ s͵ dͭng ph͝ cͯa các ph˱˯ng pháp ÿL͉u ch͇ HiӋu quҧ sӱ dөng phә cӫa mӝt hӋ thӕng ÿѭӧc ÿánh giá qua công thӭc sau: Trong ÿó: Rb là tӕc ÿӝ bit trong mӝt ÿѫn vӏ thӡi gian, trong ÿó Rbÿѭӧc tính theo công thӭc sau ÿây: Nhѭÿã biӃt: M là sӕ mӭc ÿLӅu chӃ Ts là thӡi gian tӗn tҥi mӝt ký hiӋu, giҧ sӱ TS=1s B là toàn bӝ băng thông chiӃm dөng cӫa cҧ hӋ thӕng ThӃ công thӭc (5.1) vào (5.2), ta có: Theo công thӭc (5.3), ta thҩy hiӋu quҧ sӱ dөng phә cӫa mӝt hӋ thӕng phө thuӝc Uҩt nhiӅu vào giá trӏ M, M càng lӟn thì hiӇu quҧ sӱ dөng phә càng tăng. 0һt khác, theo công thӭc (5.3), ta thҩy M càng lӟn thì tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu càng tăng lên 5.3.4. Tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu cӫa hӋ thӕng WiMAX Theo nhѭ kӃt quҧ cho ӣ bҧng 5.3, ta thҩy tӕc ÿӝ dӳ liӋu phө thuӝc rҩt nhiӅu vào phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ và tӕc ÿӝ mã hóa. [ ] [ ]HzB sbítRR beff / = (5.1) ( ) s b T MR 2log= (5.2) ( ) B M Reff 2log= (5.3) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -85- %ҧng 5.3. Phѭѫng pháp tín tӕc ÿӝ truyӅn cӫa WiMAX · .Ӄt quҧ chѭѫng trình · Nh̵n xét 'ӵa vào bҧng trên, ta thҩy tӕc ÿӝ dӳ liӋu tăng khi sӱ dөng phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ nhiӅu mӭc và tӕc ÿӝ mã hóa lӟn nhѭng dӉ gây ra lӛi lӟn. 5.4. KӃt luұn và hѭӟng phát triӇn ÿӅ tài 5.4.1. KӃt luұn Tham sӕ BER là mӝt tham sӕ quan trӑng dùng ÿӇÿánh giá chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng, vì vұy nó luôn ÿѭӧc quan tâm ÿӃn trong quá trình thiӃt kӃ hӋ thӕng. ViӋc mô phӓng ÿӇѭӟc tính giá trӏ BER cho tӯng kênh truyӅn và các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ cӫa KӋ thӕng giúp ngѭӡi thiӃt kӃÿánh giá ÿúng nhӳng ҧnh hѭӣng cӫa tác ÿӝng bên ngoài ÿӃn kênh truyӅn, lӵa chӑn các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ thích hӧp cho tӯng ÿLӅu kiӋn kênh truyӅn, thuұn lӧi hѫn trong viӋc triӇn khai hӋ thӕng trong thӵc tӃ Hình 5.. Nguyên tҳc mô phӓng ÿo thông lѭӧng cӫa tӯng phѭѫng pháp Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -86- Trong phҥm vi ÿӗ án này là tìm hiӇu tәng quan vӅ công nghӋ WiMAX, các ҧnh Kѭӣng cӫa nhiӉu ÿӃn hӋ thӕng này và các biӋn pháp khҳc phөc các ҧnh hѭӣng này. Các NӃt quҧ mô phӓng trên hoàn toàn ÿúng vӟi lý thuyӃt ÿѭa ra. 5.4.2. Hѭӟng phát triӇn ÿӅ tài Trong phҥm vi ÿӅ tài này, em ÿã tìm hiӇu nhӳng ҧnh hѭӣng chӫ yӃu trong mҥng truyӅn thông không dây nói chung cNJng nhѭ trong WiMAX và các biӋn pháp ÿӇ khҳc phөc trong WiMAX. Trong chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa pha-ÿinh; em chӍ giӟi hҥn ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng Doppler cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu, cӫa kênh thay ÿәi theo thӡi gian ÿӃn biên ÿӝ tҥi máy thu, ҧnh hѭӣng cӫa kênh Rayleigh và Ricean gӗm ba tia và mô hình kênh truyӅn ÿã ÿѭӧc ÿѫn giҧn hóa. Trong mô phӓng các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ, em chӍ hҥn chӃ trong bӕn phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ thông dөng nhҩt thѭӡng dùng trong WiMAX. Do ÿó, ÿӅ tài này còn có thӇ phát triӇn theo nhiӅu Kѭӟng khác nhau ÿӇ cho ÿӅ tài này gҫn vӟi thӵc tӃ hѫn. Hѭӟng phát triӇn ÿӅ tài nhѭ sau: · 0ӣ rӝng tìm hiӇu các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ khác nhiӅu mӭc hѫn; chҷng hҥn nhѭ 256-QAM,v.v… · Ĉi sâu tìm hiӇu ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng Doppler ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng và biӋn pháp khҳc phөc, vì hiӋn tѭӧng này có ҧnh hѭӣng ÿáng kӇÿӃn mҥng di ÿӝng. · Tìm hiӇu kӻ hѫn vӅ biӋn pháp khҳc phөc lӛi bҵng phѭѫng pháp ѭӟc lѭӧng và cân bҵng kênh ӣ phía thu vì phѭѫng pháp này rҩt quan trӑng trong quá trình thӵc hiӋn AMC. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -87- TÀI LIӊU THAM KHҦO [1] NguyӉn Văn Ĉӭc, “ Lý thuyӃt và các ӭng dөng cӫa kӻ thuұt OFDM”, Nhà xuҩt bҧn Khoa hӑc và Kӻ thuұt- Hà Nӝi-2006. [2] TS. Lê Thanh DNJng-ThS. Lâm Văn Ĉà, “WiMAX di ÿӝng, phân tích , so sánh vӟi các công nghӋ 3G”, Nhà xuҩt bҧn Bѭu ĈLӋn- Hà Nӝi 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” Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -88- PHӨ LӨC (t̵p ÿính kèm)