CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv LỜI NÓI ĐẦU v CHƯƠNG I: MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KấNH TRUYỀN TRONG KỸ THUẬT OFDM 1.1.Giới thiệu chương: 1.2 Đặc tính kênh truyền vô tuyến hệ thống OFDM: 1.2.1 Sự suy giảm tín hiệu (Attenuation): 1.2.2 Phadinh: 1.2.2.1 Hiệu ứng đa đường: 1.2.2.2 Phadinh: 1.2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới phadinh đa đường: 1.2.2.4.Trải trễ (Delay Spread): 1.2.3 Dịch Doppler: 1.2.4.Nhiễu: 10 1.2.4.1.Nhiếu AWGN: 10 1.2.4.2 Nhiễu liên ký tự ISI: 10 1.2.4.3.Nhiễu liên sóng mang ICI: 11 1.2.5 Các biện pháp giảm pha đinh: 12 1.2.5.1 Pha đinh băng hẹp(pha đinh phẳng) 12 1.2.5.2 Pha-đinh băng rộng (pha đinh lựa chọn tần số) 13 1.3 Kết luận chương: 15 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ OFDM 16 2.1 Giới thiệu chương 16 2.2 Nguyên tắc OFDM: 16 2.3.Tính trực giao: 17 2.4.Hệ thống OFDM: 20 2.4.1.Ứng dụng kĩ thuật IFFT/FFT kĩ thuật OFDM: 21 2.4.2 Điều chế sóng mang con: 24 2.4.3.Điều chế sóng mang cao tần: 24 TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX 2.4.4.Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix): 25 2.4.5 Ứng dụng kỹ thuật OFDM: 27 2.4.5.1 Các ứng dụng quan trọng OFDM giới: 27 2.4.5.2 Ứng dụng kỹ thuật OFDM Việt NAM: 27 2.5.Các kỹ thuật điều chế OFDM: 27 2.5.1.Điều chế BPSK: 28 2.5.2.Điều chế QPSK: 29 2.5.3.Điều chế QAM: 31 2.5.4 Mã Gray 32 2.6.Các thông số đặc trưng hệ thống truyền dẫn OFDM: 33 2.6.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM: 33 2.6.2 Các thông số miền thời gian 34 2.6.3 Các thông số miền tần số 34 2.7 Thông lượng kênh 35 2.8.OFDM đa đường dẫn hiệu quang phổ: 35 2.9 Ưu điểm hạn chế kĩ thuật OFDM: 37 2.9.1 Ưu điểm: 37 2.9.2 Nhược điểm: 37 2.10 Thiết kế mô hệ thống OFDM: 38 2.10.1.Các thông số thiết kế hệ OFDM: 38 2.10.2 Kết mô phỏng: 42 2.11 Kết luận chương: 43 CHƯƠNG III: VAI TRÒ CỦA OFDM TRONG CÔNG NGHỆ WIMAX 44 3.1 Giới thiệu chương: 44 3.2 Khái niệm: 44 3.2.1.Fixed WiMAX (WiMAX cố định): 45 3.2.2.Mobile WiMAX (WiMAX di động): 45 3.3 Các chuẩn WiMAX: 48 3.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001: 48 3.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a: 48 3.3.3 Chuẩn IEEE 802.16 – 2004: 49 3.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e: 49 TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các loại phadinh Bảng 1.2 Các giá trị trải trễ thông dụng Bảng 2.1.Các giá trị mã hóa 64QAM 24 Bảng 2.2 Mụ hỡnh điều chế sử dụng tùy vào việc dụng hòa yêu cầu tốc độ truyền dẫn chất lượng truyền dẫn 28 Bảng 2.3.Mã Gray 32 Bảng 2.4: Thông số symbol OFDM theo chuẩn 802.16-2004 40 Bảng 3.1 Các tính WirelessMAN OFDM 58 Bảng 3.2 Minh hoạ hai kiểu trạm 68 Bảng 4.1 Các cấu hình kênh FUSC sở 89 Bảng 4.2 Lý lịch trễ công suất đa đường ITU cho thông tin di động 3G 90 TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX DANH MỤC CÁC HèNH Hình 1.1 Ảnh hưởng môi trường vô tuyến Hình 1.2 Tín hiệu đa đường Hình 1.3: Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh Hình 1.4: Hàm mật độ xác suất phân bố Ricean: k =   Db (Rayleigh) k = dB Với k >>1, giá trị trung bình phân bố Ricean xấp xỉ với phân bố Gauss Hình 1.5: Trải trễ đa đường Hình 1.6 Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI hệ thống OFDM 11 Hình 1.7 Phân tập lựa chọn hai nhánh đơn loại hầu hết suy giảm mạnh 13 Hình 1.8 Sơ đồ khối mô hình kênh truyền 14 Hình 1.9 Kênh truyền cân 14 Hình 2.1 Tích phân hai sóng sin khác tần số 19 Hình 2.2 Tích phân hai sóng sin tần số 19 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống OFDM 20 Hình 2.4 Phổ tín hiệu OFDM 23 Hình 2.6 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần sở phức sử dụng kỹ thuật số 25 Hình 2.7 Tiền tố lặp (CP) OFDM 26 Hình 2.8 Đáp ứng xung kênh truyền môi trường truyền đa đường 26 Hình 2.9 Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK 29 Hình 2.10 Biểu đồ tin tín hiệu QPSK 31 Hình 2.12 Giản đồ IQ 16-PSK dựng mó Gray Mỗi vị trí IQ liên tiếp thay đổi bit đơn 33 Hình 2.13 Cấu trúc tín hiệu OFDM 33 Hình 2.14 Độ rộng băng tần hệ thống độ rộng băng tần sóng mang 34 Hình 2.15 Đa đường dẫn điều kiện kết nối NLOS 36 Hình 2.16 Cấu trúc Symbol OFDM, ISI khoảng bảo vệ 36 Hình 2.17 Trực giao sub-carrier OFDM miền tần số 37 Hình 2.18:Sơ đồ khối phát thu tín hiệu OFDM 42 Hình 2.19:Dạng sóng tín hiệu OFDM phát 42 Hình 2.20: Dạng sóng tín hiệu OFDM thu 43 Hình 3.1: Các đặc tính WiMAX 47 Hình 3.2.Cấu hình PMP 50 TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Hình 3.3.Cấu hình MESH 50 Hình 3.4 Khối giao thức 51 Hình 3.5 Điều chế thích ứng lớp vật lý 55 Hình 3.6 Cấu trúc khung OFDM đường xuống 57 Hình 3.7 Cấu trúc khung OFDM đường lên 57 Hình 3.8 Sơ đồ khối máy phát máy thu WirelessMAN OFDM 58 Hình 3.9 Sơ đồ khối băng gốc máy phát máy thu WirelessMAN OFDM 59 Hình 3.10 Thí dụ vùng số liệu ấn định OFDMA 61 Hình 3.11 Thí dụ xếp khe OFDMA vào cỏc kờnh ký hiệu đường xuống (trong chế độ PUSC) 62 Hình 3.12 Thí dụ xếp khe OFDMA vào cỏc kờnh ký hiệu cho đường lên 62 Hình 3.14 Mô tả FDD TDD 63 Hình 3.15 Cấu trúc khung FDD 63 Hình 3.16 Cấu trúc khung TDD 63 Hình 4.1: Hai chế độ song công TDD FDD 72 Hình 2: Cấu trúc khung WiMAX OFDM 73 Hình 4.3: Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng 74 Hình 4.4: Mô hình tái sử dụng tần số 77 Hình 4.5: Phân đoạn tái sử dụng tần số site gồm cell 78 Hình 4.6: Mã hóa không gian- thời gian 79 Hình 4.7 : Chuyển mạch thích ứng cho Anten thông minh 79 Hình 4.8: Trung tâm quản lý mạng WiMAX 80 Hình 4.9: Sơ đồ kết nối WiMAX 81 Hình 4.10: Mô hình mô kênh đường xuống 83 Hình 4.11 : Lưu đồ mô 84 Hình 4.12: Cấu trúc sóng mang OFDMA 86 Hình 4.13 : Mụ kờnh phadinh Rayleigh fDoppler = [17 49 114] HZ 87 Hình 4.14: Mô kênh phadinh chọn lọc tần số 87 Hình 4.15: Hiệu BER cấu hình kênh di chuyển không di chuyển 88 Hình 4.16: Hiệu BER kịch kênh số kịch kênh số cho trường hợp cố định di động 89 TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Hình 4.17: Hiệu BER kịch kênh số cho trường hợp cố định di động (vận tốc 125 Km/h) 89 Hình 4.18: Hiệu BER kịch kênh trường hợp cố định di động vận tốc 125Km/h 90 Hình 4.19: Hiệu BER cấu hình kênh di chuyển không di chuyển 90 Hình 4.20 : Hiệu BER kịch kênh số cho trường hợp cố đinh di động (vận tốc 125Km/h) 91 Hình 4.21 : Hiệu BER kịch kênh trường hợp di động vận tốc 125 Km/h 91 TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX CHƯƠNG I MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KấNH TRUYỀN TRONG KỸ THUẬT OFDM 1.1.Giới thiệu chương: Trong hệ thống thông tin vô tuyến, kênh thông tin vấn đề nhiều nhà nghiên cứu quan tâm năm gần Cùng với bùng nổ nhu cầu ngày cao xã hội thỡ cỏc cụng nghệ truyền dẫn đời phát triển công nghệ OFDM WiMAX Chính vậy, chương trình bày tóm tắt đặc tính kênh truyền vô tuyến yếu tố gây ảnh hưởng tới chất lượng truyền kênh vô tuyến tượng trải trễ, loại Fading, tạp âm Gauss trắng, tượng Doppler ảnh hưởng đến trình truyền dẫn tín hiệu hệ thống OFDM 1.2 Đặc tính kênh truyền vô tuyến hệ thống OFDM: Kênh truyền tín hiệu OFDM môi trường truyền sóng máy phát máy thu Trong kênh truyền vô tuyến lý tưởng, tín hiệu nhận bên thu truyền theo tầm nhìn thẳng Tuy nhiên thực tế, kênh truyền tín hiệu vô tuyến bị thay đổi Việc nghiên cứu đặc tính kênh truyền quan trọng chất lượng hệ thống truyền vô tuyến phụ thuộc vào đặc điểm Các yếu tố chớnh hạn chế hệ thống thông tin di động bắt nguồn từ môi trường vô tuyến Các yếu tố là: Suy hao: Cường độ trường giảm theo khoảng cách Thông thường suy hao nằm khoảng từ 50 đến 150 dB tùy theo khoảng cách Che tối:Vật cản trạm gốc máy di động làm suy giảm thêm tín hiệu Pha đinh đa đường phõn tán thời gian: Phản xạ, nhiễu xạ tán xạ làm mộo tín hiệu thu cách trải rộng chúng theo thời gian Phụ thuộc vào băng thông hệ thống, yếu tố dẫn đến thay đổi nhanh cường độ tín hiệu gõy nhiễu giao thoa ký hiệu (ISI: Inter Symbol Interference) Nhiễu: Các máy phát khác sử dụng tần số hay tần số lân cận khác gõy nhiễu cho tín hiệu mong muốn Đôi nhiễu coi tạp âm bổ sung 1.2.1 Sự suy giảm tín hiệu (Attenuation): TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Sự suy giảm tín hiệu suy hao mức công suất tín hiệu trình truyền từ điểm đến điểm khác Điều đường truyền dài, tòa nhà cao tầng hiệu ứng đa đường Hình 1.1 cho thấy số nguyên nhân làm suy giảm tín hiệu Bất kì vật cản đường truyền làm suy giảm tín hiệu Hình 1.1 Ảnh hưởng môi trường vô tuyến 1.2.2 Phadinh: 1.2.2.1 Hiệu ứng đa đường: Kênh vô tuyến di động gây hạn chế chất lượng liên lạc Kênh vô tuyến di động thay đổi từ dạng LOS (Line- Of -Sight) đến dạng bị che chắn chướng ngại vật cố định di động, hay nói cách khác tín hiệu truyền từ máy phát tới máy thu truyền theo nhiều đường khác gọi truyền dẫn đa đường Truyền dẫn đa đường thông tin di động ba chế gây ra, phản xạ (Reflection), nhiễu xạ (Diffaction) tán xạ (Scattering) Hình 1.2 số trường hợp mà tín hiệu đa đường xảy - Hiện tượng phản xạ xảy song điện từ va chạm vào mặt phẳng nhẵn có kích cỡ lớn so với bước song Trong thực tế, phản xạ thường gây tòa nhà, biển quảng cỏo… - Hiện tượng nhiễu xạ xảy đường truyền máy phát máy thu bị che khuất vật cản có kích cỡ lớn so với bước sóng, gây tia thứ cấp phía sau vật cản Nhiễu xạ trường hợp tính đến lượng truyền từ máy phát tới máy thu không theo tia TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX nhìn thẳng Do nhiễu xạ gọi tượng che khuất Nhiễu xạ thường gây vật thể nhà cửa, ụ tụ… - Hiện tượng tán xạ xảy sóng vô tuyến va chạm vào bề mặt gồ ghề hay vật thể có kích cỡ tương đương nhỏ kích cỡ bước sóng làm đường truyền tín hiệu bị phân tán nhiều phía Trong đô thị, vật gây tán xạ thường cột điện, biển quảng cỏo… Hình 1.2 Tín hiệu đa đường 1.2.2.2 Phadinh: Truyền dẫn vô tuyến có tiện lợi lớn, bên cạnh có hạn chế không nhỏ làm ảnh hưởng đến truyền dẫn sóng vô tuyến Không giống cỏc kờnh truyền dẫn hữu tuyến ổn định, biết trước thỡ cỏc kờnh truyền dẫn vô tuyến ngẫu nhiên khó khăn cho việc phân tích, tính toán Phadinh tượng suy lạc tín hiệu thu cách bất thường xảy hệ thống vô tuyến tác động môi trường truyền dẫn (do tín hiệu từ cỏc súng đa đường chịu ảnh hưởng khác nhau, có biên độ pha khác nhau, tổng hợp lại gây nên thăng giáng tín hiệu cách liên tục) Các chế gây phadinh thông tin di động phân chia thành phading theo phạm vi rộng (large-scale fading) phadinh theo phạm vi hẹp (small- scale fading) Large-scale fading chủ yếu biểu thị tổn hao đường truyền gây truyền sóng khoảng cách xa (vài km) đặc trưng cho suy giảm công suất tín hiệu trung TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX bình (hay suy hao đường truyền) thay đổi vị trí qua khoảng cách lớn Largescale fading gây ảnh hưởng địa hình vật chắn che khuất máy phát máy thu (như đồi núi, cao ốc…) Các số liệu thống kê large-scale fading bổ trợ cho trình tính toán suy hao đường truyền theo hàm khoảng cách Về độ suy giảm hay độ tổn hao đường truyền, large-scale fading đánh giá trung bình tín hiệu thu qua khoảng cách 10-30dB lần chiều dài bước sóng λ Small- scale fading: Phụ thuộc vào quan hệ thông số tín hiệu (độ rộng băng tần, chu kỳ tín hiệu,…) thông số kênh (trải trễ trung bình quân phương, trải Doppler…), ta phân laọi phadinh hẹp dựa hai đặc tính: trải trễ đa đường phadinh chọn lọc tần số Trải trễ đa đường thông số miền thời gian, việc kênh phadinh phẳng hay chọn lọc tần số lại tương ứng với miền tần số Vì thông số miền thời gian, trải trễ đa đường, ảnh hưởng lên đặc tính kênh miền tần số Trải Doppler dẫn đến tán tần phadinh chọn lọc thời gian, liên quan đến trải Doppler ta phân loại phadinh phạm vi hẹp thành phadinh nhanh phadinh chậm Trong ứng dụng vô tuyến điện di động, chuyển động máy phát máy thu dẫn đến thay đổi đường truyền dẫn, kênh truyền biến đổi theo thời gian Thuật ngữ phadinh nhanh (fast fading) dùng đặc trưng cho tốc độ thay đổi nhanh điều kiện truyền dẫn (hay tốc độ thay đổi nhanh suy giảm) Small- scale fading gọi Rayleigh fading máy thu nhận vô số đường phản xạ mà thành phần tín hiệu trội (điển hình tia truyền thẳng LOS) gọi fading có phân bố Rice tồn thành phần tín hiệu trội Phân bố Rayleigh Trong kênh vô tuyến di động, phân bố Rayleigh thường dùng để mô tả chất thay đổi theo thời gian đường bao tín hiệu fading phẳng thu đường bao thành phần đa đường riêng lẻ Chúng ta biết đường bao tổng hai tín hiệu nhiễu Gauss trực giao tuân theo phân bố Rayleigh Phân bố Rayleigh có hàm mật độ xác suất [7]:  r  r2   (0  r   )  exp    p ( r )    2   ( r  0)  TRỊNH THỊ CÚC (1.1) ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Sóng mang số liệu Sóng mang hoa tiêu Sóng mang bảo vệ f Hình 4.12: Cấu trúc sóng mang OFDMA Kịch kênh phadinh đa đường cho bảng 4.2: Bảng 4.2 Lý lịch trễ công suất đa đường ITU cho thông tin di động 3G  NA NA Đi A  (ns) 110 190 410 (L=4) a 2l (dB) -9,7 -19,2 -22,8 Đi B  (ns) 200 800 1200 2300 3700 (L=6) a 2l (dB) -0,9 -4,9 -8,0 -7,8 -23,9 Đi xe A  (ns) 310 710 1090 1730 2510 (L=6) a 2l (dB) -1,0 -9,0 -10,0 -15,0 -20,0 Đi xe B  (ns) 300 8900 12900 17100 20000 (L=6) a 2l (dB) -2,5 -12,8 -10,0 -25,2 -16,0 (Kịch kênh 1) (Kịch kênh 2) (Kịch kênh 3) (Kịch kênh 4) 4.4.4 Kết mô phỏng: - Các kết mô kênh miền thời gian miền tần số - Kết mô số tín hiệu miền thời gian tần số số điểm đặc trưng mô hình - Kết mô hiệu BER thông lượng cho cấu hình kênh FUSC hoạt động kịch kênh pha đinh đa đường việc so sánh BER trường hợp cố định (vận tốc 0) di động (vận tốc 125Km/h) TRỊNH THỊ CÚC 86 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX 4.4.4.1 Kết mô kênh miền thời gian tần số thể mức độ phadinh miền thời gian tần số cho hình : Hình 4.13 : Mụ kênh phadinh Rayleigh fDoppler = [17 49 114] HZ Hình 4.14: Mụ kênh phadinh chọn lọc tần số TRỊNH THỊ CÚC 87 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX 4.4.4.2 Đánh giá hiệu chất lượng BER cách ước tính SNR dựa vào sóng mang hoa tiêu Ngoài ra, dung lượng hệ thống xác định cho cấu hình kênh Tham số BER tham số quan trọng dùng để đánh giá chất lượng hệ thống, nú luụn quan tâm đến trình thiết kế hệ thống Việc mô để ước tính giá trị BER cho kênh truyền phương pháp điều chế hệ thống giúp người thiết kế đánh giá ảnh hưởng tác động bên đến kênh truyền, lựa chọn phương pháp điều chế thích hợp cho điều kiện kênh truyền, thuận lợi việc triển khai hệ thống thực tế Cấu hình kênh FUSC cấp phát băng thông 1,25 MHz: Hiệu BER cấu hình kênh FUSC với băng thông 1,25 MHz môi trường kênh phadinh đa đường tương ứng với kịch kênh số bảng 4.2 cho trường hợp cố định (vận tốc Km/h) di động với vận tốc 125 Km/h cho hình 4.15 đây: Hình 4.15: Hiệu BER cấu hình kênh di chuyển không di chuyển TRỊNH THỊ CÚC 88 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Hình 4.16: Hiệu BER kịch kênh số kịch kênh số cho trường hợp cố định di động Hình 4.17: Hiệu BER kịch kênh số cho trường hợp cố định di động (vận tốc 125 Km/h) TRỊNH THỊ CÚC 89 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Hình 4.18: Hiệu BER kịch kênh trường hợp cố định di động vận tốc 125Km/h Từ kết mô cho thấy mức độ ảnh hưởng tính di động lên hiệu BER lớn so với kịch kênh khác Với băng tần cấp phát 1.25 MHz tốc độ đạt 1.6 Mb/s (điều chế QPSK không xét đến mã hóa kênh) Cấu hình kênh FUSC cấp phát băng thông 5MHz: Tương tự cấu hình kênh cấp phát băng thông 1,25 MHz Với băng tần cấp phát 5MHz tốc độ đạt 6,6 Mb/s Hiệu BER môi trường kênh pha đinh đa đường tương ứng với kịch kênh số cho Hình 4.19: Hiệu BER cấu hình kênh di chuyển không di chuyển TRỊNH THỊ CÚC 90 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Hình 4.20 : Hiệu BER kịch kênh số cho trường hợp cố đinh di động (vận tốc 125Km/h) Hình 4.21 : Hiệu BER kịch kênh trường hợp di động vận tốc 125 Km/h TRỊNH THỊ CÚC 91 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Từ kết mô cho thấy mức độ ảnh hưởng tính di động lên hiệu BER hệ thống lớn nhiều so với kịch kênh khác Với băng tần cấp phát MHz tốc độ đạt 6,6 Mb/s (điều chế QPSK không xét đến mã hóa kênh) 4.5 Kết luận chương: Chương luận văn đề cập mô hình ứng dụng WiMAX cho yêu cầu truy cập cố định di động Với yêu cầu truy cập di động, chuẩn sử dụng chuẩn Mobile WiMAX 802.16e Với yêu cầu truy cập cố định, lựa chọn hai chuẩn Fixed WiMAX 802.16d với thiết bị sẵn sàng thị trường, chuẩn Mobile WiMAX 802.16e, với thiết bị dạng sản xuất thử nghiệm, chuẩn bị đưa vào thương mại hóa Với ứng dụng truy cập cố định, loại chuẩn hai lựa chọn có lợi riêng, với ứng dụng người dùng đầu cuối không cần thiết phải quan tâm xem sử dụng chuẩn nào, với họ cần biết dùng dịch vụ truy cập Internet không dây, băng rộng công nghệ WiMAX Chương trình bày vấn đề kỹ thuật cần phải quan tâm thiết kế triển khai mạng WiMAX vào thực tế Ngoài chương đề tài xây dựng mô hình mô phỏng, lưu đồ mô cho kênh đường xuống với cấu hình kênh FUSC Chương trình mô kênh phadinh Rayleigh với tần số Doppler khác kênh phadinh chọn lọc tần số với đặc tính kênh h( t) miền thời gian tần số; Khảo sát hiệu cấu hình kênh FUSC đường xuống ứng với kịch kênh truyền sóng khác hiệu dung lượng Từ kết mô hiệu BER cho thấy, BER bị ảnh hưởng nhiều tính di động (dịch tần Doppler) TRỊNH THỊ CÚC 92 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX KẾT LUẬN Đồ án đạt mục tiêu sau đây: - Nghiờn cứu đặc tính kênh vô tuyến kỹ thuật OFDM qua xây dựng mụ hỡnhkờnh vô tuyến với cỏc thụn số kênh, phân loại phadinh phạm vi hẹp theo thông số kênh vô tuyến, thông số đo đạc cụ thể môi trường vô tuyến Trên sở đú, cỏc thông số cho OFDM thiết kế cho WiMAX, thông số kênh để mô kênh WiMAX - Nghiên cứu kỹ thuật OFDM: tính trực giao, kỹ thuật điều chế sóng mang con, sóng mang cao tần, nêu rõ vai trò OFDM công nghệ WiMAX Ngoài đồ án thiết kế mô tín hiệu thu, phát hệ thống OFDM - Nhiên cứu tổng quan hệ thống WiMAX: Qỳa trỡnh hình thành chuẩn khác họ chuẩn 802.16, cấu hình mạng, nghiên cứu lớp MAC lớp PHY WiMAX, phạm vi phủ sóng vấn đề kĩ thuật cần quan tâm thiết kế mạng WiMAX - Mụ kênh phadinh phạm vi hẹp, xây dựng lưu đồ mô kênh đường xuống đánh giá hiệu hệ thống thông tin WiMAX Qua trình nghiên cứu, ta rút số nhận xét sau đây: Công nghệ OFDM với tính trội khả chống nhiễu, khả sử dụng phổ cao, hiệu suất sử dụng phổ lớn cho phép truyền tin với tốc độ cao sử dụng WiMAX cố định di động cho phép hệ thống có khả làm việc tốt môi trường NLOS tốc độ truyền tin cao WiMAX công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng phát triển dựa họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 với hai tiêu chuẩn chủ yếu áp dụng thông qua IEEE 802.16-2004 sở cho phiên WiMAX cố định IEEE 802-16e sở cho phiên WiMAX di động Phiên WiMAX di động dựa tiêu chuẩn IEEE 802.16e bổ sung yêu cầu cho tiêu chuẩn IEEE802.16-2004 bổ sung tính mền dẻo hiệu Ngoài với phiên hỗ trợ thêm nhiều tính khác chất lượng dịch vụ, khả bảo mật… TRỊNH THỊ CÚC 93 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Sự xuất công nghệ WiMAX giải pháp khỏ hũan hảo để phát triển truy nhập băng thông rộng với phương châm lắp đặt nhanh chóng gớa thành rẻ WiMAX phương tiện đẩy lùi khó khăn triển khai dịch vụ băng rộng ICT Với ưu công nghệ dịch vụ mình, công nghệ WiMAX mang lại cách mạng hóa việc thông tin người, cung cấp cho người “tự do” toàn diện, cung cấp cho họ kết nối thoại, liệu, hình ảnh tốc độ cao từ trạng thái cố định di động Hướng phát triển Dựa kết nghiên cứu đồ án, đề tài phát triển theo nhiều hướng khác đề tài gần với thực tế Hướng phát triển đề tài sau: - Đi sâu tìm hiểu ảnh hưởng Doppler đến chất lượng hệ thống biện pháp khắc phục, tượng có ảnh hưởng đáng kể đến mạng di động - Mở rộng nghiên cứu xây dựng chương trình mô kênh đường lên, nghiên cứu lắp đặt trạm phát sóng sóng cho hợp lý để đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp TRỊNH THỊ CÚC 94 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Đức, “ Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM”, Nhà xuất [1] Khoa học Kỹ thuật- Hà Nội-2006 [2] Giáo trình WiMAX TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Tháng 5/2007 Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông [3] Giáo trình thông tin di động, TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông [4] Vladimir Bykovnikov,“The Advantages of SOFDMA for WiMAX”, Intel Corporation Jeffrey G Andrews, Ph.D., “Fundamentals-of-wimax-understanding-broadband – [5] wireless - networking”, Prentice Hall, ISBN 0-13-222552-2 [6] WIMAX forum, “WiMAX’s technology for LOS and NLOS environments ” [7] RDW X-Mobility White Paper, “A WiMAX Compliant Technology”, September 6, TM 2007 [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” [11] ҅҅ ҅ Orthogonal Frequence Division Multiplexingˮ U.S.Patent, ussed in Jan 1970 [12] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng cộng tác viên, “Xõy dựng phần mềm mô kênh phađinh cho thông tin di động”, Đề tài nghiên cứu khoa học Học viện CN BCVT, Mã số: 06HV-2003-RD-VT [13] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lý thuyết trải phổ ứng dụng”, Giỏo trình, Học viện CN BCVT, NXB Bưu điện, 1999 [14] KS Nguyễn Viết Đảm, “Mô hệ thống viễn thông ứng dụng Matlab”, NXB Bưu điện, 2007 TRỊNH THỊ CÚC 95 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX PHỤ LỤC % OFDM signal and its spectrum ( Guard Interval insertion ) clear all; Fd=1; % symbol rate (1Hz) Fs=1*Fd; % number of sample per symbol M=4; % kind(range) of symbol (0,1,2,3) Ndata=1024; % all transmitted data symbol Sdata=64; % 64 data symbol per frame to ifft Slen=128; % 128 length symbol for IFFT Nsym=Ndata/Sdata; % number of frame -> Nsym frame GIlen=0; % symbol with GI insertion144 GI=0; % guard interval length16 % vector initialization X=zeros(Ndata,1); Y1=zeros(Ndata,1); Y2=zeros(Ndata,1); Y3=zeros(Slen,1); z0=zeros(Slen,1); z1=zeros(Ndata/Sdata*Slen,1); g=zeros(GIlen,1); z2=zeros(GIlen*Nsym,1); z3=zeros(GIlen*Nsym,1); % random integer generation by M kinds X = randint(Ndata, 1, M); % digital symbol mapped as analog symbol Y1 = modmap(X, Fd, Fs, 'qask', M); % covert to complex number Y2=amodce(Y1,1,'qam'); for j=1:Nsym; for i=1:Sdata; Y3(i+Slen/2-Sdata/2,1)=Y2(i+(j-1)*Sdata,1); end z0=ifft(Y3); for i=1:Slen; z1(((j-1)*Slen)+i)=z0(i,1); end % for i=1:Slen; g(i+16)=z0(i,1); end TRỊNH THỊ CÚC 96 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX for i=1:GI; g(i)=z0(i+Slen-GI,1); end for i=1:GIlen; z2(((j-1)*GIlen)+i)=g(i,1); end end % graph on time domain figure(1); f = linspace(-Sdata,Sdata,length(z1)); plot(f,abs(z1)); Y4 = fft(z1); % if Y4 is under 0.01 Y4=0.001 for j=1:Ndata/Sdata*Slen; if abs(Y4(j)) < 0.01 Y4(j)=0.01; end end Y4 = 10*log10(abs(Y4)); % graph on frequency domain figure(2); f = linspace(-Sdata,Sdata,length(Y4)); plot(f,Y4); axis([-Slen/2 Slen/2 -20 20]); $$$$$$$$$$$$$$Simulation for Rayleigh fading Channel$$$$$$$$$$$$$$$$$$ function [h_t] = Rayleigh_Fading_Sim() %====================================================== %===================================================== % Inputs % f_D : [Hz] Doppler frequency % t : simulation time interval length, time interval [0,t] % f_s : [Hz] sampling frequency, set to 1000 if smaller % Outputs % Ts : [Sec][1xN double] time instances for the Rayleigh signal % z_dB : [dB] [1xN double] Rayleigh fading signal B = [1.4 5.6 11.2 22.4]*1e6; FFTsize = [128 512 1024 2048]; ScaleB1 = B./FFTsize; % SubcarrierSpace=10.938e3 (fixed); OfdmSize = [128 512 1024 2048]+(1/8)*[128 512 1024 2048]; f_s = ScaleB1(1); %============================================ TRỊNH THỊ CÚC 97 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX fc = 3.5e9; v = [5 15 35]; f_D % RF Carrier % Speed Km/h = ceil((v/3.6)*(fc/3e8)); % Doppler Frequency Vector t = 1; % Time Simulation %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%% % Required parameters if f_s < 1000, f_s = 1000; end % [Hz} Min required sampling rate N = ceil(t*f_s); % Number of samples if mod(N,2) == 1, N = N + 1; end Ts = linspace(0,t,N); % Use even number of samples f = linspace(-f_s,f_s,N); % Generate I & Q complex Gaussian samples in frequency domain Gfi_p = randn(2,N/2); Gfq_p = randn(2,N/2); CGfi_p = Gfi_p(1,:)+ i*Gfi_p(2,:); CGfq_p = Gfq_p(1,:)+ i*Gfq_p(2,:); CGfi = [fliplr(CGfi_p) CGfi_p]; CGfq = [fliplr(CGfq_p) CGfq_p]; % Generate fading spectrum for shaping Gaussian line spectra P_r = 1; % normalize average received envelope to 0dB % S_r = P_r/(4*pi)./(f_D*sqrt(1-(f/f_D).^2)); %Doppler spectra for k=1:length(f_D) S_r(k,:) = P_r/(4*pi)./(f_D(k)*sqrt(1-(f/f_D(k)).^2)); %Doppler spectra % Set samples outside the Doppler frequency range to idx1 = find(f>f_D(k)); idx2 = find(f[...]... THỊ CÚC 10 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX chồng lấn giữa ký tự hiện thời với ký tự trước đó và kết quả là có nhiễu liên ký tự (ISI) Trong OFDM, ISI thường đề cập đến nhiễu của một ký tự OFDM với ký tự trước đú .Trong hệ thống OFDM, để giảm được nhiễu ISI, phương pháp đơn giản và thông dụng nhất là đưa vào tiền tố lặp CP 1.2.4.3.Nhiễu liên sóng mang ICI: Trong OFDM, phổ của các sóng... sẽ được khai thác sử dụng trong tương lai không xa Các mạng về thông tin máy tính không dây như HyperLAN/2, IEEE 802.11a và IEEE 802.11g cũng sẽ được khai thác rộng rãi ở Việt Nam Hiện tại trong thông tin di động đó cú một số công ty của Việt Nam thử nghiệm WiMAX ứng dụng công nghệ OFDM như VTC, VNPT, Viettel 2.5.Các kỹ thuật điều chế trong OFDM: Trong hệ thống OFDM, tín hiệu đầu vào là ở dạng bit nhi... cải thiện quá trình ghộp cỏc kờnh I và Q TRỊNH THỊ CÚC 24 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Hình 2.5.Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức sử dụng kỹ thuật tương tự Hình 2.6 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức sử dụng kỹ thuật số 2.4.4.Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix): Tiền tố lặp (CP) là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chế đến mức thấp nhất... vào là ở dạng bit nhi phân Do đó, điều chế trong OFDM là các quá trình điều chế số và có thể lựa chọn trên yêu cầu hoặc hiệu suất sử dụng băng thụng kờnh Dạng điều chế có thể qui định bởi số bit ngõ vào M và số phức dn = TRỊNH THỊ CÚC 27 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX an + bn ở ngõ ra Cỏc kớ tự an, bn có thể được chọn là {± 1,±3} cho 16 QAM và {±1} cho QPSK M Dạng điều chế an , b n... bằng cách phân luồng dữ liệu đầu vào thành nhiều luồng kí tự có tốc độ thấp hơn, sử dụng những luồng con này để điều chế bằng nhiều sóng mang phụ Hình (2.1) so sánh phương thức điều chế đơn sóng mang (SCM) và đa sóng mang (MCM) TRỊNH THỊ CÚC 16 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX BSCM và BMCM chỉ băng thông của tớn hiờu MCM và SCM Với MCM, f k,Fk(f;t), NSC và  f chỉ tần số của sóng mang... (xung Dirac) trong môi trường truyền đa đường, tại bộ thu sẽ nhận được các đáp ứng xung có dạng sau Hình 2.8 Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường TRỊNH THỊ CÚC 26 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Đáp ứng xung h(t) của một kênh truyền chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường : m h(t )   Ak  (t  Tk ) k 1 (2.12) Với : Ak là biên độ phức của đáp ứng xung trên... đường bao, điều này có ảnh hưởng như là cộng thêm thành phần dc vào các thành phần đa đường ngẫu nhiên Giống TRỊNH THỊ CÚC 5 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX như trong trường hợp dũ súng sin trong khi bị nhiễu nhiệt, ảnh hưởng của tín hiệu light-ofsight (có công suất vượt trội) đến bộ thu cùng với các tín hiệu đa đường (có công suất yếu hơn) sẽ làm cho phân bố Ricean rõ rệt hơn Khi thành... số sóng mang của máy phát và máy thu cũng gây ra nhiễu ICI trong hệ thống OFDM Các sóng mang phụ A(f) vẫn trực giao với δf=0 nhau fn fn-1 Δf A(f) f fn+ 1 δf ≠ 0 Các sóng mang phụ bị dịch tần số gây ra nhiễu liên sóng mang ICI fn-1+ δf fn+ δf Δf+ fn+1+ δf f Hình 1.6 Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI trong hệ thống OFDM TRỊNH THỊ CÚC 11 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX 1.2.5 Các biện pháp... tần số sóng mang (như OFDM chẳng hạn) hoặc là tốc độ tương đối giữa thu và phát cao như trong trường hợp vệ tinh quay quanh trái đất quỹ đạo thấp TRỊNH THỊ CÚC 9 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX 1.2.4.Nhiễu: 1.2.4.1.Nhiếu AWGN: Nhiễu tồn tại trong tất cả các hệ thống truyền dẫn Các nguồn nhiễu chủ yếu là nhiễu nền nhiệt, nhiễu điện từ các bộ khuếch đại bên thu, và nhiễu liờn ụ (inter-cellular... kỹ thuật OFDM có những khác biệt cơ bản với kỹ thuật FDM cổ điển là : 1)Mỗi sóng mang có một tần số khác nhau Những tần số này được chọn sao cho nó thỏa mãn điều kiện trực giao từng đôi một trong khoảng [0,Ts] Tức là, phải thỏa mãn công thức sau : TRỊNH THỊ CÚC 22 ĐTVT – K13 CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX Ts X m e jmt X l e jl t dt  0, m  l (2.9) 0 Phổ của các sóng mang phụ trong OFDM chồng