Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu về wimax, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong wimax
án tt nghip -1- CÁC T VIT TT 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 án tt nghip -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 án tt nghip -3- U *** Ngày nay nhu cu thông tin liên lc ca con ngi ngày càng cao, nht là i i các thit b không dây tc cao, bng thông rng nh n thoi không dây, internet không dây mi ngi có th liên lc vi nhau mi lúc, mi ni và quan trng hn là vic m rng dân trí cho ngi dân các vùng xa xôi ho lánh trên t c ta, ni mà c s h tng vin thông cha n c. Hin nay ã có rt nhiu h thng mng không dây ra i nh là WiFi, bluetooth và mt trong só có tháp ng c nhu cu trên là WiMax. Wimax ch yu cung cp dch v internet không dây i giá thành r, tc truyn cao kt ni n các thit bu cui trong mt khong cách truyn ln. Hin nay, nc ta WiMAX ang c th nghim tnh min núi nh: Lào Cai,Cao Bng. Mc dù có nhng khó khn bc u, nhng em tin vi su túng ng ca ng và nhà nc dành cho Wimax thì nó sc phát trin ra toàn quc. Tuy nhiên, vic trin khai h thng còn gp nhiu khó khn do nhng nh ng có tính truyn thng ca mng không dây. Vì vy, em ã chn tài “Tìm hiu WiMAX, nhiu và nh hng ca nhiu trong WiMAX”. Trong tài này, em i sâu tìm hiu nhng k thut khc phc nhiu ca WiMAX mà các th h trc cha có c, nh hng ca kênh truyn n cht lng truyn tín hiu. Vi c s lý thuyt này, em ã mô phng hai lnh vc trên bng ngôn ng Matlab. án gm có nm chng: Chng1: Tng quan v k thut u ch OFDM. Chng 2: Gii thiu v WiMAX. án tt nghip -4- Chng 3: nh hng ca nhiu trong WiMAX và các bin pháp khc phc. Chng 4: nh hng ca kênh vô tuyn n truyn dn tín hiu. Chng 5: Chng trình mô phng và hng phát trin tài. hoàn thành án này em xin chân thành cm n s giúp tn tình ca thy Nguyn Vn Tun và các thy cô giáo trong Khoa n T-Vin Thông H Bách Khoa à Nng. à Nng, tháng 6 nm 2008 Sinh viên Phan Th Minh Huyn án tt nghip -5- Chng 1 NG QUAN V K THUT OFDM 1.1. Gii thiu chng Wimax c phát trin da trên công ngh OFDM. Vì th trc khi i vào Wimax, ta tìm hiu v nhng nguyên lý c bn ca k thut OFDM. Trong chng này gii thích mt cách d hiu nht v s trc giao sóng mang theo tn s, tó a ra nhng công thc tng quát mô t k thut OFDM cng nh các su ch ca thut này. 1.2. Nguyên lý c bn ca OFDM[1] Ý tng OFDM là truyn dn song song (ng thi) nhiu bng con chng ln nhau trên cùng mt rng bng tn cp phát a h thng. Vic xp chng ln các ng tn con trên toàn b bng tn c cp phát dn n không nhng t c hiu qu s dng ph tn cao mà còn có tác dng phân tán li cm khi truyn qua kênh, nh tính phân tán li mà khi c kt hp vi các k thut mã hoá kênh kim soát li hiu nng h thng c ci thin áng k. So vi h thng ghép kênh phân chia theo tn s FDM truyn thng thì, FDM cng truyn theo c ch song song nhng các bng con không nhng không c phép chng ln nhau mà còn phi dành khong bng tn bo v ( gim thiu phc tp b lc thu) dn n hiu qu s dng ph tn kém. Hình 1.1. S trc giao ca các sóng mang án tt nghip -6- 1.3. a sóng mang (Multicarrier) u truyn tín hiu không phi bng mt sóng mang mà bng nhiu sóng mang, i sóng mang ti mt phn d liu có ích và c tri u trên c bng thông thì khi chu nh hng xu s ch có mt phn d liu có ích b mt, da trên c s d liu ca các sóng mang khác có th khôi phc li d liu có ích. HDo vy, khi dùng nhiu sóng mang có tc bit thp, nhiu d liu gc s c thu chính xác. hi phc d liu ã mt, ngi ta dùng phng pháp sa li FEC-Forward Error Correction. máy thu mi sóng mang c tách ra khi dùng các lc thông thng và gii u ch. Tuy nhiên không có can nhiu gia các sóng mang (ICI) cn phi có khong bo v khi hiu qu ph kém. Gii pháp khc phc vic hiu qu ph kém khi có khong bo v (GUARD PERIOD) là gim khong cách các sóng mang và cho phép ph ca các sóng mang nh nhau trùng lp nhau. S trùng lp này là c phép nu khong cách gia các sóng mang c chn chính xác. Khong cách này c chn ng vi trng hp các sóng mang trc giao vi nhau. ó là phng pháp ghép kênh theo tn s trc giao (OFDM). i b 1 cos(2 ) ft π 2 cos(2 ) ft π cos(2 ) N ft π () st S/ S/ S/ P P P cos(2 f 2 t) cos(2 f N t) S / P cos(2 f 1 t) b i S(t) Hình 1.2. S to ra tín hiu OFDM án tt nghip -7- Cho ti nay da trên nhng thành tu ca công ngh mch tích hp, phng pháp này ã c thc hin mt cách d dàng. 1.4. S trc giao (Orthogonal) ORTHOGONAL ch ra rng có mt mi quan h toán hc chính xác gia các n s ca các sóng mang trong h thng OFDM. V mt toán hc, trc giao có ngha là các sóng mang c ly ra t nhóm trc chun (Orthonomal basis) {{i(t)/i= 0,1…} có tính cht sau: Trong toán hc, s hng trc giao có c t vic nghiên cu các vect. Theo nh ngha, hai vectc gi là trc giao vi nhau khi chúng vuông góc vi nhau(to nhau mt góc vuông 90) và tích ca 2 vect là bng 0. m chính ây là ý tng nhân hai hàm s vi nhau, tng hp các tích và nhn c kt qu là 0. . u này gi là tính trc giao ca dng sóng sin. Nó cho thy rng min là hai ng sóng sin không có cùng tn s, thì tích phân ca chúng s bng không. Thông tin này là m mu cht hiu quá trình u ch OFDM. Hình 1.3. FDM thông thng và OFDM (1.1) án tt nghip -8- Hình 1.4. Tích ca hai vect trc giao bng 0 u chúng ta nhân và cng(tích phân) hai dng sóng sin có tn s khác nhau. Ta nhn thy quá trình này ng bng 0. y hai sóng sin khác tn s thì tích phân ca chúng s bng không và ngc li. u này gi là tính trc giao ca dng sóng sin. Hình 1.5 và 1.6 . Vic gii u ch cht ch c thc hin k tip trong min tn s (digital domain) bng cách nhân mt sóng mang c to ra trong máy thu n vi mt sóng mang nhn c trong máy thu có cùng chính xác tn s và pha. Sau ó phép tích phân c thc hin, tt c các sóng mang s v không ngoi tr sóng mang c nhân, nó c dch lên trc x, c tách ra, hiu qu và giá tr symbol ca nó khi ó ã c xác nh. Toàn b quá trình này c lp li khá nhanh chóng cho mi sóng mang, n khi tt c các sóng mang ã c gii u ch. Hình 1.6. Tích phân ca hai sóng sin cùng tn s Hình 1.5.Tích phân ca hai sóng sin khác tn s án tt nghip -9- 1.4.1. Mô t toán hc ca OFDM[1] Trong toán hc, mi sóng mang c mô t nh mt sóng phc: S c (t) = A c (t)e j[ct + c(t)] (1.2) Tín hiu thc là phn thc ca Sc(t). C Ac(t) và c(t) (biên và pha tng ng ca sóng mang) có th thay i trên mi symbol bi symbol c bn. Phng pháp u ch OFDM s dng rt nhiu sóng mang, vì vy tín hiu phc Sc(t) c th hin bi công thc : S s (t) = ∑ − = 1 0 1 N n N A n (t)e j[nt + n(t)] (1.3) Trong ó : n = o +n Tt nhiên, ây là mt tín hiu liên tc. Nu ta xem các dng sóng ca mi phn tín hiu trên mt chu k symbol thì các bin s Ac(t) và c(t) và nhn các giá tr c nh mà các giá tr này ph thuc vào tn s ca sóng mang c thó, nh vy có th vit li nh sau: n(t) n An(t) An Nu tín hiu c ly mu vi tn s ly mu có giá tr là 1/T ( vi T là chu k y mu), thì tín hiu hp thành c th hin bi công thc : S s (kT) = ∑ − = 1 0 1 N n N A n e j[(0 + n)kT + n] (1.4) ây, chúng ta chia tín hiu thành N mu. Nó thun li ly mu trong mt chu k ca mt symbol d liu. Vì th có mi liên h : =NT Nu bây gin gin biu thc trên mà không làm mt tính tng quát bng cách cho o = 0, thì tín hiu tr thành : S s (kT) = ∑ − = 1 0 1 N n N A n e n e j(n)kT (1.5) án tt nghip -10- Tip theo ta có th so sánh biu thc này vi dng tng quát ca bin i Fourier ngc: g(kT) = ∑ − = 1 0 1 N n N G( NT n ) e j2nk/N (1.6) Trong biu thc (1.5), hàm s A n e ging nh nh ngha ca tín hiu trong khong tn s ly mu và S s (kT) là mt biu din trong min thi gian. Biu thc (1.5) và (1.6) là tng ng nu : f= NT 1 = τ 1 ây cng là u kin yêu cu cho tính trc giao. Do ó kt qu ca vic bo toàn tính trc giao là tín hiu OFDM có thc xác nh bng cách bin i Fourier. 1.4.2. Trc giao min tn s Cách khác xem xét tính trc giao ca nhng tín hiu OFDM là xem ph ca nó. Trong min tn s mi sóng mang th cp OFDM có áp tuyn tn s sinc(sin(x)/x). Kt qu ca thi gian symbol tng ng vi nghch o ca khong cách sóng mang. Dng sinc có 1 búp chính hp, vi nhiu búp biên có cng gim n theo tn s khi i ra khi tn s trung tâm. Mi ti ph có mt nh ti tn s trung tâm và mt s giá tr null c t theo các l trng tn s bng khong cách sóng mang. Bn cht trc giao ca vic truyn là kt qu ca nh ca mi ti ph tng ng i Nulls ca các ti ph khác. Khi tín hiu này c phát hin nh s dng bin i Fourier ri rc (DFT). 1.5. To và thu OFDM Phn máy phát bin i d liu s cn truyn, ánh x vào biên và pha ca các i ph. Sau ó nó bin i biu din ph ca d liu vào trong min thi gian nh s ng bin i fourier ri rc o (inverse Discrecte Fourier Transform). Bin i nhanh Fourier o (Inverse Fast fourier Transform) thc hin cùng mt thut toán nh [...]... nh ng u m và nh c m c a Wimax so v i các th h 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 802.16 WiMax ã gi i quy t t t nh t nh ng v n c thi t k d a vào tiêu chu n IEEE khó kh n trong vi c qu n lý u cu i WiMax s d ng k thu t sóng vô tuy n Internet thay vì dùng dây k t n i nh DSL hay cáp, modem Trong Wimax, ng... không dây trong m ng không dây khác s d gây nh h WiMax trong ph m vi làm vi c c a nó -34- ng n án t t nghi p 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 Trong ch ng ng này, em s trình bày nh ng tr ng i l n không dây b ng r ng thay i theo th i gian Xác trong các kênh b ng r ng không dây T trì vi c truy n thông t t trong môi tr 3.2 S nh các nh h c th hi n trong kênh... c truy n trong k t n i OFDM b ng cách dùng s u ch là s ánh x các d li u vào chòm sao th c( ng pha) và c bi t nh chòm sao IQ(inphase Quadrature) S bit có th truy n khi dùng m t symbol t sao M i t d li u u ch trên ng ng v i log2(M) v i M là s các c m trong chòm c ánh x vào m t v trí IQ duy nh t trong chòm sao Vect ph c -11- án t t nghi p p thành I + Q t Vi c t ng s ng ng v i biên I 2 + Q 2 và pha argument... phát tri n ng d ng WiLAN và WiMax 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 -33- án t t nghi p 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... (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 các thi t b theo chu n 802.11g s cung c p t c ng 2.1 So sánh gi a WiLANs và WiMAX -16- 54Mbps 11Mbps và án t t nghi p Technology Primary use Data rates WiMAX 802.16 External 75 – 250 Mbps WiLAN 802.11g Internal Up to 54Mbps... Hình 2.1 S ho t ng c a m ng WiMax ng trên cho ta th y WiMax có t c Chính u này ã làm cho WiMax tr nên u -17- truy n d li u l n h n so v i WiLANs m h n so v i m ng không dây khác án t t nghi p 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... 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 p trong mi n t n s ng u này có ngh a là b ng thông i s d ng trong mi n th i gian và mi n t n s -20- c m a truy c chia thành các khe cho án t t nghi p Hình 2.4 C u trúc... 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 -24- c án t t nghi p Hình 2.7 Kh i giao th c 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 khi n Nó n kh i ng i dùng và kh i u nh ngh a hai l p trong các kh i này: l p... và TDD 2.8 Các k thu t s môi tr d ng trong WiMAX kh c ph c nh ng nh h ng c a ng NLOS[5] Hình 2.15 V trí NLOS c a CPE Các k thu t tr c s d ng gi i quy t hay gi m nh nh ng nh h ng NLOS c a WiMAX là: • thu t OFDM • Phân chia kênh con -32- ng trong môi án t t nghi p • 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. .. nhiên tránh 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 -15- án t t nghi p CH NG 2 GI I THI U V WIMAX 2.1 Gi i thi u ch Ch ng 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 . tài Tìm hiu WiMAX, nhiu và nh hng ca nhiu trong WiMAX . Trong tài này, em i sâu tìm hiu nhng k thut khc phc nhiu ca WiMAX mà. và thu OFDM Phn máy phát bin i d liu s cn truyn, ánh x vào biên và pha ca các i ph. Sau ó nó bin i biu din ph ca d liu vào trong