án t t nghi p

-1-

CÁC T VI T T T

AMC Adaptive Modulation and CodeARQ Automatic Retransmission RequestATM Network Asynchronous Transfer ModeBPSK Binary Phase Shift KeyingBS Base StationCI CRC IndicatorCID Connection IdentifierCPE Customer Premise EquipmentCPS Common Part SublayerCRC Cyclic Redundancy ChecksCS Centralized SchedulingCSMA Carrier Sense Multiple AccessDES Data Encryption StandardDHCP Dynamic Host Configuration ProtocolDL-MAP Downlink MapDL-MAP Downlink MapDSL Digital Subscriber LineEC Encryption ControlEKS Encryption Key SequenceFDD Frequency Division MultiplexingFEC Forward Error CorrectionFFT Fast Fourier TransformationGMH Generic Mac HeaderHCS Header Check SequenceHT Header TypeIEEE Institute of Electrical anh Electronics EngineersITU International Telecommunication UnionIV Initialising VectorsLEN LengthLOS Line Of SightMAC Media Access Control

án t t nghi p

-2-

MAC CPS Mac Common Part SublayerMAC CS Mac Service Specific Convergence SublayerMAC PDU MAC Protocol Data UnitMSDU Mac Service Data UnitNLOS Non Line Of SightnrtPS Non Real Time Polling ServiceOFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingPDA Persional Digital AssitantPDU Protocol Data UnitsPHY Physical LayerPMP Point MultiPointPS PHY Slots16QAM 16-State Quadrature Amplitude ModulationQoS Quality of ServiceQPSK Quadrature Phase Shift KeyingSC Single CarrierSINR Signal-to-Interference-plus-Noise RatioSOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division MultiplexingSS Subscriber StationSSCS Service-Specific Convergence SublayerTDD Time Division DuplexingTDMA Time Division Multiple AccessUGS Unsolicited Grant ServiceUL-MAP Uplink MapVoIP Voice over IPWi-Fi Wireless FidelityWiLANs Wireless Local Area NetworksWiMax Worldwide Interoperability for Microwave AccessWirelessHUMAN Wireless HighSpeed Unlicensed Metropolitan Area NetworksWISPs Wireless Internet ProvidersWMAN Wireless Metropolitan Area Network

án t t nghi p

-3-

U

***

Ngày nay nhu c u thông tin liên l c c a con ng i ngày càng cao, nh t là i

i các thi t b không dây t c cao, b ng thông r ng nh n tho i không dây,

internet không dây... m i ng i có th liên l c v i nhau m i lúc, m i n i và quan

tr ng h n là vi c m r ng dân trí cho ng i dân các vùng xa xôi h o lánh trên t

c ta, n i mà c s h t ng vi n thông ch a n c. Hi n nay ã có r t nhi u h

th ng m ng không dây ra i nh là WiFi, bluetooth... và m t trong s ó có th áp

ng c nhu c u trên là WiMax. Wimax ch y u cung c p d ch v internet không dây

i giá thành r , t c truy n cao k t n i n các thi t b u cu i trong m t kho ng

cách truy n l n.

Hi n nay, n c ta WiMAX ang c th nghi m t nh mi n núi nh : Lào

Cai,Cao B ng. M c dù có nh ng khó kh n b c u, nh ng em tin v i s u t úng

ng c a ng và nhà n c dành cho Wimax thì nó s c phát tri n ra toàn qu c.

Tuy nhiên, vi c tri n khai h th ng còn g p nhi u khó kh n do nh ng nh

ng có tính truy n th ng c a m ng không dây. Vì v y, em ã ch n tài “Tìm hi u

WiMAX, nhi u và nh h ng c a nhi u trong WiMAX”. Trong tài này, em i

sâu tìm hi u nh ng k thu t kh c ph c nhi u c a WiMAX mà các th h tr c ch a

có c, nh h ng c a kênh truy n n ch t l ng truy n tín hi u. V i c s lý thuy t

này, em ã mô ph ng hai l nh v c trên b ng ngôn ng Matlab.

án g m có n m ch ng:

Ch ng1: T ng quan v k thu t u ch OFDM.

Ch ng 2: Gi i thi u v WiMAX.

án t t nghi p

-4-

Ch ng 3: nh h ng c a nhi u trong WiMAX và các bi n pháp kh c ph c.

Ch ng 4: nh h ng c a kênh vô tuy n n truy n d n tín hi u.

Ch ng 5: Ch ng trình mô ph ng và h ng phát tri n tài.

hoàn thành án này em xin chân thành c m n s giúp t n tình c a th y

Nguy n V n Tu n và các th y cô giáo trong Khoa n T -Vi n Thông H Bách

Khoa à N ng.

à N ng, tháng 6 n m 2008

Sinh viên

Phan Th Minh Huy n

án t t nghi p

-5-

Ch ng 1

NG QUAN V K THU T OFDM

1.1. Gi i thi u ch ng

Wimax c phát tri n d a trên công ngh OFDM. Vì th tr c khi i vào

Wimax, ta tìm hi u v nh ng nguyên lý c b n c a k thu t OFDM. Trong ch ng này

gi i thích m t cách d hi u nh t v s tr c giao sóng mang theo t n s , t ó a ra

nh ng công th c t ng quát mô t k thu t OFDM c ng nh các s u ch c a

thu t này.

1.2. Nguyên lý c b n c a OFDM[1]

Ý t ng OFDM là truy n d n song song ( ng th i) nhi u b ng con ch ng l n

nhau trên cùng m t r ng b ng t n c p phát a h th ng. Vi c x p ch ng l n các

ng t n con trên toàn b b ng t n c c p phát d n n không nh ng t c

hi u qu s d ng ph t n cao mà còn có tác d ng phân tán l i c m khi truy n qua

kênh, nh tính phân tán l i mà khi c k t h p v i các k thu t mã hoá kênh ki m

soát l i hi u n ng h th ng c c i thi n áng k . So v i h th ng ghép kênh

phân chia theo t n s FDM truy n th ng thì, FDM c ng truy n theo c ch song

song nh ng các b ng con không nh ng không c phép ch ng l n nhau mà còn

ph i dành kho ng b ng t n b o v ( gi m thi u ph c t p b l c thu) d n n

hi u qu s d ng ph t n kém.

Hình 1.1. S tr c giao c a các sóng mang

án t t nghi p

-6-

1.3. a sóng mang (Multicarrier)

u truy n tín hi u không ph i b ng m t sóng mang mà b ng nhi u sóng mang,

i sóng mang t i m t ph n d li u có ích và c tr i u trên c b ng thông thì khi

ch u nh h ng x u s ch có m t ph n d li u có ích b m t, d a trên c s d li u c a

các sóng mang khác có th khôi ph c l i d li u có ích.

HDo v y, khi dùng nhi u sóng mang có t c bit th p, nhi u d li u g c s

c thu chính xác. h i ph c d li u ã m t, ng i ta dùng ph ng pháp s a l i

FEC-Forward Error Correction. máy thu m i sóng mang c tách ra khi dùng các

l c thông th ng và gi i u ch . Tuy nhiên không có can nhi u gi a các sóng

mang (ICI) c n ph i có kho ng b o v khi hi u qu ph kém.

Gi i pháp kh c ph c vi c hi u qu ph kém khi có kho ng b o v (GUARD

PERIOD) là gi m kho ng cách các sóng mang và cho phép ph c a các sóng mang

nh nhau trùng l p nhau. S trùng l p này là c phép n u kho ng cách gi a các

sóng mang c ch n chính xác. Kho ng cách này c ch n ng v i tr ng h p các

sóng mang tr c giao v i nhau. ó là ph ng pháp ghép kênh theo t n s tr c giao

(OFDM).

ib

1cos(2 )f tπ

2cos(2 )f tπ

cos(2 )Nf tπ

( )s t

S/S/S/PPP

cos(2 f2t)

cos(2 fNt)

S/P

cos(2 f1t)

biS(t)

Hình 1.2. S t o ra tín hi u OFDM

án t t nghi p

-7-

Cho t i nay d a trên nh ng thành t u c a công ngh m ch tích h p, ph ng

pháp này ã c th c hi n m t cách d dàng.

1.4. S tr c giao (Orthogonal)

ORTHOGONAL ch ra r ng có m t m i quan h toán h c chính xác gi a các

n s c a các sóng mang trong h th ng OFDM.

V m t toán h c, tr c giao có ngh a là các sóng mang c l y ra t nhóm tr c

chu n (Orthonomal basis) {{ i(t)/i= 0,1…} có tính ch t sau:

Trong toán h c, s h ng tr c giao có c t vi c nghiên c u các vect . Theo

nh ngh a, hai vect c g i là tr c giao v i nhau khi chúng vuông góc v i nhau(t o

nhau m t góc vuông 90) và tích c a 2 vect là b ng 0. m chính ây là ý t ng

nhân hai hàm s v i nhau, t ng h p các tích và nh n c k t qu là 0.

. u này g i là tính tr c giao c a d ng sóng sin. Nó cho th y r ng mi n là hai

ng sóng sin không có cùng t n s , thì tích phân c a chúng s b ng không. Thông tin

này là m m u ch t hi u quá trình u ch OFDM.

Hình 1.3. FDM thông th ng và OFDM

(1.1)

án t t nghi p

-8-

Hình 1.4. Tích c a hai vect tr c giao b ng 0

u chúng ta nhân và c ng(tích phân) hai d ng sóng sin có t n s khác

nhau. Ta nh n th y quá trình này ng b ng 0. y hai sóng sin khác t n s thì tích

phân c a chúng s b ng không và ng c l i. u này g i là tính tr c giao c a d ng

sóng sin. Hình 1.5 và 1.6

.

Vi c gi i u ch ch t ch c th c hi n k ti p trong mi n t n s (digital

domain) b ng cách nhân m t sóng mang c t o ra trong máy thu n v i m t sóng

mang nh n c trong máy thu có cùng chính xác t n s và pha. Sau ó phép tích phân

c th c hi n, t t c các sóng mang s v không ngo i tr sóng mang c nhân, nó

c d ch lên tr c x, c tách ra, hi u qu và giá tr symbol c a nó khi ó ã c

xác nh. Toàn b quá trình này c l p l i khá nhanh chóng cho m i sóng mang, n

khi t t c các sóng mang ã c gi i u ch .

Hình 1.6. Tích phân c a hai sóng sincùng t n s

Hình 1.5.Tích phân c a hai sóng sinkhác t n s

án t t nghi p

-9-

1.4.1. Mô t toán h c c a OFDM[1]

Trong toán h c, m i sóng mang c mô t nh m t sóng ph c:

Sc(t) = Ac(t)ej[ ct + c(t)] (1.2)

Tín hi u th c là ph n th c c a Sc(t). C Ac(t) và c(t) (biên và pha t ng

ng c a sóng mang) có th thay i trên m i symbol b i symbol c b n.

Ph ng pháp u ch OFDM s d ng r t nhi u sóng mang, vì v y tín hi u

ph c Sc(t) c th hi n b i công th c :

Ss(t) = ∑−

=

1

0

1 N

nN An(t)ej[ nt + n(t)] (1.3)

Trong ó : n= o+n

T t nhiên, ây là m t tín hi u liên t c. N u ta xem các d ng sóng c a m i ph n

tín hi u trên m t chu k symbol thì các bi n s Ac(t) và c(t) và nh n các giá tr c

nh mà các giá tr này ph thu c vào t n s c a sóng mang c th ó, nh v y có th

vi t l i nh sau:

n(t) n

An(t) An

N u tín hi u c l y m u v i t n s l y m u có giá tr là 1/T ( v i T là chu k

y m u), thì tín hi u h p thành c th hi n b i công th c :

Ss(kT) = ∑−

=

1

0

1 N

nN Anej[( 0 + n )kT + n] (1.4)

ây, chúng ta chia tín hi u thành N m u. Nó thu n l i l y m u trong m t

chu k c a m t symbol d li u. Vì th có m i liên h : =NT

N u bây gi n gi n bi u th c trên mà không làm m t tính t ng quát b ng cách

cho o = 0, thì tín hi u tr thành :

Ss(kT) = ∑−

=

1

0

1 N

nN An e n ej(n )kT (1.5)

án t t nghi p

-10-

Ti p theo ta có th so sánh bi u th c này v i d ng t ng quát c a bi n i Fourier

ng c:

g(kT) = ∑−

=

1

0

1 N

nN G(NTn ) ej2 nk/N (1.6)

Trong bi u th c (1.5), hàm s Ane gi ng nh nh ngh a c a tín hi u trong

kho ng t n s l y m u và Ss(kT) là m t bi u di n trong mi n th i gian.

Bi u th c (1.5) và (1.6) là t ng ng n u :

f= NT1

= τ1

ây c ng là u ki n yêu c u cho tính tr c giao. Do ó k t qu c a vi c b o

toàn tính tr c giao là tín hi u OFDM có th c xác nh b ng cách bi n i Fourier.

1.4.2. Tr c giao mi n t n s

Cách khác xem xét tính tr c giao c a nh ng tín hi u OFDM là xem ph c a

nó. Trong mi n t n s m i sóng mang th c p OFDM có áp tuy n t n s

sinc(sin(x)/x). K t qu c a th i gian symbol t ng ng v i ngh ch o c a kho ng

cách sóng mang. D ng sinc có 1 búp chính h p, v i nhi u búp biên có c ng gi m

n theo t n s khi i ra kh i t n s trung tâm. M i t i ph có m t nh t i t n s trung

tâm và m t s giá tr null c t theo các l tr ng t n s b ng kho ng cách sóng

mang. B n ch t tr c giao c a vi c truy n là k t qu c a nh c a m i t i ph t ng ng

i Nulls c a các t i ph khác. Khi tín hi u này c phát hi n nh s d ng bi n i

Fourier r i r c (DFT).

1.5. T o và thu OFDM

Ph n máy phát bi n i d li u s c n truy n, ánh x vào biên và pha c a các

i ph . Sau ó nó bi n i bi u di n ph c a d li u vào trong mi n th i gian nh s

ng bi n i fourier r i r c o (inverse Discrecte Fourier Transform). Bi n i

nhanh Fourier o (Inverse Fast fourier Transform) th c hi n cùng m t thu t toán nh

án t t nghi p

-11-

IDTF, ngo i tr r ng nó tính hi u qu h n nhi u và do v y nó c s d ng trong t t

các h th ng th c t . truy n tín hi u OFDM tín hi u mi n th i gian c tính

toán phách lên t n s c n thi t. Máy thu th c hi n thu t toán ng c l i v i máy phát.

Khi d ch tín hi u RF xu ng b ng c s x lý, sau ó s d ng bi n i Fourier nhanh

phân tích tín hi u trong mi n t n s . Sau ó biên và pha c a các t i ph c

ch n ra và c bi n i ng c l i thành d li u s .

1.6. u ch t i ph

m i l n t i ph c phân ph i bit truy n, chúng c ánh x vào biên

và pha c a t i ph nh dùng s u ch bi u di n b i vect ng pha và vuông

pha. Hình 1.8 là ví d c a ánh x u ch t i ph . Nó ch ra chòm sao 16-QAM, ánh

4 bit cho m i symbol. M i k t h p c a d li u t ng ng v i 1 vect duy nh t c

ch ra nh m t m trên hình v . M t s l n s u ch là có s n, cho phép thay

i s bit c truy n trên m t sóng mang trên m i symbol

1.6.1. Các s u ch

D li u s c truy n trong k t n i OFDM b ng cách dùng s u ch trên

i t i ph . S u ch là s ánh x các d li u vào chòm sao th c( ng pha) và

ph c (vuông pha), c bi t nh chòm sao IQ(inphase Quadrature). S bit có th c

truy n khi dùng m t symbol t ng ng v i log2(M) v i M là s các m trong chòm

sao. M i t d li u c ánh x vào m t v trí IQ duy nh t trong chòm sao. Vect ph c

Hình1.7. S kh i c a thi t b u cu i OFDM

án t t nghi p

-12-

p thành I + Q t ng ng v i biên 22 QI + và pha argument (I+ Q) v i = 1− .

Vi c t ng s m trong chòm sao không thay i d i thông truy n, do v y vi c dùng

u ch v i nhi u m chòm sao s cho phép c i thi n hi u qu ph (ho c hi u

su t b ng thông). Tuy nhiên s m trong gi n chòm sao càng l n bao nhiêu thì

vi c gi i quy t chúng máy thu càng khó b y nhiêu. ó là vì khi ó các v trí IQ c

t càng g n nhau nên ch c n m t giá tr nh nhi u là có th gây ra l i truy n.

1.6.2. Mã GRAY

Gi n IQ cho s u ch ch ra vect truy n cho t t c các liên h p t d

li u. M i liên h p t d li u ph i c phân ph i m t vect IQ duy nh t. Mã Gray là

t ph ng pháp cho s phân ph i này, sao cho các m c nh nhau trong vòm sao ch

khác nhau m t bit n. Mã này giúp gi m thi u t l l i bit . Mã Gray có th c s

ng cho t t c các s u ch PSK(BPSK,QPSK,...) và QAM(16QAM, 64QAM,

256QAM...).

ng 1.1. Mã Gray

án t t nghi p

-13-

Hình1.8. Gi n IQ c a 16QAM khi dùng mã Gray

1.7. Kho ng b o v (GUARD PERIOD)

Ta th y hình trên, ph n ISI c a vi c truy n tín hi u OFDM có th b sai do

u ki n c a quá trình x lý tín hi u, b i vì máy thu không nh n c thông tin c a

symbol c truy n ti p theo. u ó có ngh a là máy thu c n m t kho ng th i gian

có dài xác nh b ng th i gian symbol có ích có th xác nh c symbol

OFDM. Kho ng th i gian này g i là orthogonality Interval.

Có th gi m nh h ng ISI t i tín hi u OFDM b ng cách thêm vào các kho ng

o v tr c c a m i symbol. Kho ng b o v này là b n copy tu n hoàn theo chu k ,

làm m r ng chi u dài c a d ng sóng symbol. Nó c t o ra b ng cách l y ph n cu i

a symbol OFDM a vào ph n u. Do v y vi c a vào các b n copy c a

symbol n i uôi nhau t o thành m t tín hi u liên t c, không có s gián n ch n i.

Nh v y vi c sao chép u cu i c a symbol ã t o ra m t kho ng th i gian symbol dài

n và gi i u ch nó mà không có l i.

Hình 1.10.Chèn kho ng th i gian b o v cho m i ký hi u OFDM

án t t nghi p

-14-

1.8. B o v ch ng l i ISI

Trong tín hi u OFDM biên và pha c a t i ph ph i c duy trì không i

trong chu k symbol b o m tính tr c giao cho m i sóng mang. N u chúng b thay

i có ngh a là d ng ph c a các t i ph s không có d ng sinc úng và nh v y m

không null s không úng, d n n can nhi u gi a các sóng mang ICI(inter-Carrier

Interference). biên c a symbol biên và pha thay i t i giá tr m i c n thi t cho

symbol d li u ti p theo. Trong môi tr ng multipath ISI gây ra s tr i r ng n ng

ng gi a các symbol, d n n s thay i nhanh biên , pha c a t i ph m u

symbol. Nó d n n s m r ng tr c a kênh vô tuy n.Vi c a vào các kho ng b o

cho phép có th i gian ph n tín hi u thay i nhanh này b suy hao. Tr l i tr ng

thái ban u, do v y FFT c l y t tr ng thái úng c a symbol. u này lo i b nh

ng c a ISI. kh c ph c ISI thì kho ng b o v ph i dài h n s m r ng tr c a

kênh vô tuy n.

Hình 1.11. Ch c n ng c a kho ng b o v ch ng l i ISI

án t t nghi p

-15-

1.9. d ch Doppler

Do kho ng cách gi a n i phát và thu có s thay i nên t o ra d ch Doppler

(vì kho ng cách gi a n i phát và thu thay i theo th i gian). d ch Doppler gây ra

thay i t n s c a tín hi u. Khi gi m kho ng cách gi a n i phát và thu làm t ng t n

, và khi t ng kho ng cách s làm gi m t n s .

V i h th ng OFDM, d ch Doppler gây ra s thay i v trí sóng mang, có

ngh a là sóng mang s d ch chuy n xu ng t n s th p h n khi kho ng cách gi a n i

phát và thu t ng và ng c l i.

1.10. K t lu n ch ng

Qua nh ng hi u bi t v OFDM trên, nó s là c s ta có th tìm hi u sâu

n v chu n 802.16 OFDM c a WIMAX. T ó, có th rút ra các k t lu n nh sau:

- kh c ph c hi n t ng không b ng ph ng c a áp tuy n kênh c n dùng

nhi u sóng mang, m i sóng mang ch chi m m t ph n nh b ng thông, do v y b nh

ng không l n c a áp tuy n kênh n d li u nói chung.

- S sóng mang càng nhi u càng t t nh ng c n ph i có kho ng b o v tránh

can nhi u gi a các sóng mang. Tuy nhiên t n d ng t t nh t thì dùng các sóng tr c

giao, khi ó các sóng mang có th trùng l p nhau mà v n không gây can nhi u.

án t t nghi p

-16-

CH NG 2

GI I THI U V WIMAX

2.1. Gi i thi u ch ng

Ch ng này gi i thi u v WiMax, l ch s phát tri n c a chu n IEEE 802.16,

u trúc và các thông s k thu t c a chu n 802.16 OFDM, 802.16-2004 OFDMA ,

802.16e c ng nh tìm hi u m t cách khái quát v l p MAC và l p PHY. Qua ó, giúp

ng i c hi u c nh ng u m và nh c m c a Wimax so v i các th h

tr c.

2.2. Khái ni m v WiMax[2]

WiMax là m t m ng không dây b ng thông r ng vi t t t là Worldwide

Interoperability for Microwave Access. WiMax c thi t k d a vào tiêu chu n IEEE

802.16. WiMax ã gi i quy t t t nh t nh ng v n khó kh n trong vi c qu n lý u

cu i.

WiMax s d ng k thu t sóng vô tuy n k t n i các máy tính trong m ng

Internet thay vì dùng dây k t n i nh DSL hay cáp, modem. Trong Wimax, ng i

d ng có th s d ng trong ph m vi t 3 n 5 d m so v i tr m ch (BS) n u thi t

p m t ng d n công ngh NLOS (Non-Line-Of-Sight) v i t c truy n d li u r t

cao là 75Mbps. Còn n u ng i s d ng trong ph m vi l n h n 30 d m so v i tr m ch

(BS) thì s có anten s d ng công ngh LOS (Line-Of-Sight) v i t c truy n d li u

n b ng 280Mbps.

u so v i Wimax thì WiLANs (Wireless Local Area Networks) c ng là m ng

không dây k t n i các thi t b trong m t ph m vi h p h n so WiMax nh là m t v n

phòng hay m t gia ình. Các thi t b theo chu n 802.11b s cung c p t c 11Mbps và

các thi t b theo chu n 802.11g s cung c p t c 54Mbps.

ng 2.1. So sánh gi a WiLANs và WiMAX

án t t nghi p

-17-

Technology Primary use Data rates

WiMAX 802.16 External 75 – 250 Mbps

WiLAN 802.11g Internal Up to 54Mbps

WiLAN 802.11b Internal Up to 11Mbps

ng trên cho ta th y WiMax có t c truy n d li u l n h n so v i WiLANs.

Chính u này ã làm cho WiMax tr nên u m h n so v i m ng không dây khác.

Hình 2.1. S ho t ng c a m ng WiMax.

án t t nghi p

-18-

2.3. Khái ni m v IEEE 802.16[8]

tiêu chu n, WiMax là m t b tiêu chu n d a trên h tiêu chu n 802.16 c a

IEEE nh ng h p h n và t p trung vào m t s c u hình nh t nh. Hi n có 2 chu n c a

WiMax là 802.16-2004, 802.16-2005.

- Chu n 802.16-2004 (tr c ó là 802.16 REVd) c IEEE a ra tháng 7 n m

2004. Tiêu chu n này s d ng ph ng th c u ch OFDM và có th cung c p các

ch v c nh, nomadic (ng i s d ng có th di chuy n nh ng c nh trong lúc k t

i) theo t m nhìn th ng (LOS) và không theo t m nhìn th ng (NLOS).

- Chu n 802.16-2005 (hay 802.16e) c thông qua IEEE tháng 12/2005. Tiêu

chu n này s d ng ph ng th c u ch SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency

Division Multiplexing), cho phép th c hi n các ch c n ng chuy n vùng(handover) và

chuy n m ng(roaming) nên có th cung c p ng th i d ch v c nh, nomadic, mang

xách c (ng i s d ng có th di chuy n v i t c i b ), di ng h n ch và di

ng.

IEEE 802.16 s d ng ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao OFDM nh là

ph ng pháp truy n cho k t n i NLOS. WiMax có b ng thông không ph i là m t h ng

mà thay i t 1.25MHz n 28MHz. Trong chu n IEEE 802.16-2004, m t khác

bi t có th nh n th y c gi a hai ph ng pháp: OFDM và OFDMA. L ch s phát

tri n c a các lo i chu n IEEE 802.16 c cho trong hình sau. (Hình 2.2)

án t t nghi p

-19-

2.4. Gi i thi u chu n 802.16 OFDM

802.16 s d ng k thu t truy c p OFDM mà ã c s d ng trong các h

th ng khác nh 802.11a. Nh ng c m m i chính trong l p PHY - quan h v i

802.11a là: s sóng mang FFT dài h n ( t 64-FFT n 256-FFT); thay i c b ng

thông kênh và t n s l y m u, và thay i c t s c a hai giá tr này; nhi u ng i s

ng c v i m t Tx burst; lo i u ch có th thay i theo th i gian trong khung;

n thay cho hai giá tr kho ng b o v c n thi t.

2.4.1. Ch c n ng phân kênh (Subchannelization)[2]

WIMAX c thi t k v n hành nh là m t m ng c s h t ng, và s phân

chia tài nguyên này c ng là m t v n quan tr ng.

V i WIMAX ( OFDM và OFDMA), Subchannelization cho phép ta nhóm hoàn

toàn m t s các sóng mang OFDM thành các block và phân cho m i block thành các

segment khác nhau c a tr m BS. Nh ng block c tr i ra trên hoàn toàn vùng t n s

và g m m t s các sóng mang liên ti p nhau. Subchannel index u khi n s d ng

nh ng Block khác nhau trên toàn b ph .

Hình 2.2. T 802.11b t i 802.16e

án t t nghi p

-20-

S sóng mang d li u hoàn t t (192) có th c chia thành 2, 4, 8 ho c 16

Subchannel. T t c các sóng mang c tr i trên 4 vùng " regions" khác nhau c a vùng

n s .

N u b n Subchannel c s d ng nh ví d d i ây, s có 16/4 = 4

subchannel khác nhau và 192/4 = 48 sóng mang trên subchannel, mà c chia trên 4

"region" khác nhau, vì v y có th coi 48/4 = 12 sóng mang liên ti p / subchannel block.

2.4.2. C u trúc khung

M t khung c chia thành các khung nh DL và UL. Nh ng khung nh DL và

UL c b t u v i ô preamble (cho bi t gi i h n s sóng mang c a symbol) tìm

i thông tin v kênh truy n và cho phép máy thu tìm l i áp ng kênh. Ô FCH và DL

MAP ch a thông tin v n i dung khung (v trí và ki u u ch c a m i burst) và c

u ch - BPSK. (hình 2.4)

2.5. Chu n 802.16-2004 OFDMA

2.5.1. Gi i thi u chung

OFDMA m r ng ch c n ng c a OFDM b ng cách thêm vào c m a truy

p trong mi n t n s . u này có ngh a là b ng thông c chia thành các khe cho

ng i s d ng trong mi n th i gian và mi n t n s .

Hình 2.3 Subchannelization v i 4 kênh s d ng

án t t nghi p

-21-

m khác v i chu n FDMA là các sóng mang OFDMA cho các user khác nhau

là r t g n v i nhau và cho phép các sóng mang v t lý có th thay i t symbol này n

symbol khác.

Nh v y th t là khó kh n thi t k m t máy thu v i kho ng cách sóng mang

(subcarrier) thay i; các nhà s n xu t thì nghiên c u th c hi n các s k t n i c a

ng thông h th ng và kích th c FFT a ra kho ng cách sóng mang c nh.

B ng d i ây a ra s thi t l p h p lý cho các b ng thông h th ng và kích c

FFT khác nhau.

Hình 2.4. C u trúc khung 802.16 OFDM

Hình 2.5. S so sánh OFDM và OFDMA

án t t nghi p

-22-

ng 2.2. Tham s v t lý c a OFDMA

2.5.2. T ng quát v khung (Frame)

Hình v d i ây gi i thi u m t cách khái quát v khung OFDMA.

2.5.3. Các ph n trong khung (Frame Parts)

UL và DL c tách ra b i các khe h : transmit transition gap(TTG) sau khung

con DL và receive transition gap(RTG) sau khung con UL.

Hình 2.6. C u trúc khung OFDMA

án t t nghi p

-23-

Trong DL có 4 thành ph n mà nó mang thông tin cho phép máy thu gi i u

ch tín hi u : preamble, FCH, DL-MAP và UL-MAP.

B n thành ph n này trong c u trúc 802.16-2004 c s d ng cho vi c truy n

thêm thông tin tín hi u c n thi t trong tín hi u OFDMA.

2.5.3.1. Preamble

Ô preamble là ô b t u c a m i khung downlink. Nó bao g m các sóng mang

u ch -BPSK và có dài 1 symbol OFDMA. Preamble c s ng vào m c ích

ng b hóa

2.5.3.2. FCH

Frame control header(FCH) i theo sau mòa u. Nó cung c p thong tin c u

hình khung, ch ng h n nh s mã hóa và dài b n tin MAP và kênh con kh

ng.

2.5.3.3. DL-MAP /UL-MAP

Cung c p các thông tin gán kênh con và các thông tin u khi n khác t ng

ng cho các khung con DL và UL.

2.6. Chu n 802.16e

802.16e là s phát tri n cao h n c a 802.16-2004. Chu n này bao g m t t c các

c m c a 802.16-2004 và thêm m t s ch c n ng khác.

ng 2.3. So sánh các lo i giao di n c a l p PHY

án t t nghi p

-24-

u h t các c m c thêm vào l p cao h n( c bi t là l p MAC và m t s c

m nh là roaming), nh ng c ng có nh ng thay i l p v t lý:

- S thay i quan tr ng là 802.16e không ch cung c p size FFT 2048 mà còn

thêm các size FFT khác(1024,512, và 128).

- T t c các thông s khác (Nused, s subchannel...) s thay i theo kích th c

FFT.

- S nhóm subchannel b gi m i 3( s 0 ,2, và 4) cho size FFT 128 và 512.

- N i dung FCH c thu ng n l i i v i size FFT 128.

- H s l y m u 86/75,144/125, 316/275 và 57/50 ã thay b i 28/25.

2.7. L p MAC và l p PHY trong WIMAX

2.7.1. Gi i thi u chung

SC SCa OFDM OFDMA

Frequency 10-66GHz 2-11GHz 2-11GHz 2-11GHz

Modulation

QPSK,16QAM,64QAM

BPSK,QPSK,16QAM,64QAM,256QAM

QPSK,16QAM,64QAM

QPSK,16QAM,64QAM

No of

subcarriersN/A N/A 256 2048

Duplexing TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD TDD,FDD

Channel

Bandwidth28MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz 1.75-20MHz

án t t nghi p

-25-

Mô hình c a chu n IEEE 802.16 có 3 ph n : kh i ng i dùng (user), kh i u khi n

(control), kh i qu n lý (managerment) nh trong hình 2.7.

Tiêu chu n IEEE 802.16-2004 liên quan n kh i ng i dùng và kh i u

khi n. Nó nh ngh a hai l p trong các kh i này: l p MAC (Medium Access Control

Layer), l p v t lý PHY(Physical Layer). L p MAC g m có 3 l p con: CS

(Service-Specific Convergence Sublayer), MAC CPS (MAC Common Part

Sublayer) và l p con b o m t (Security Sublayer). CS cung c p nh ng áp ng c

yêu c u cho quá trình l u thông l p. MAC CPS gi i quy t v n truy n tin không dây

ng thông r ng. L p b o m t cung c p b o m t vi n thông v m t riêng t , thông tin

qu c gia, b n quy n c a cá nhân.

i l p MAC, là l p v t lý PHY, nó cung c p kh n ng truy n t i m nh và

thích nghi v i môi tr ng không dây. L p PHY s d ng 5 lo i giao di n:

• WirelessMAN-SCTM (Line of Sight - LOS).

• WirelessMAN-SCaTM (Non Line of Sight - NLOS).

Hình 2.7. Kh i giao th c

án t t nghi p

-26-

• WirelessMAN-OFDMTM.

• WirelessMAN-OFDMATM.

• WirelessHUMANTM.

c dù mô hình trên ch mang tính ch t tham kh o, nh ng có s th ng nh t ch t ch

gi a ch c n ng MAC CPS và PHY, nó làm cho ch c n ng tr nên ph thu c và ph c

p h n gi a chúng.

2.7.2. L p MAC

p MAC chu n IEEE 802.16 cung c p giao di n ho t ng c l p v i l p v t

lý do giao di n l p v t lý là giao di n vô tuy n. Ph n ch y u c a l p MAC t p trung

vào vi c qu n lý tài nguyên trên airlink(lien k t vô tuy n). Gi i quy t c bài toán

yêu c u t c d li u cao trên c hai kênh downlink và uplink. Các c ch u khi n

truy c p và thu t toán c p phát b ng thông hi u qu có kh n ng áp ng cho hàng

tr m u cu i trên m i kênh.

p MAC chu n IEEE 802.16 c xây d ng d a trên ki n trúc t p trung, h

tr mô hình Point-to-Point, Point-to- Multipoint và Mesh. Tr m BS óng vai trò trung

tâm v i m t ngten-sect hóa có kh n ng u khi n ng th i nhi u sect c l p

ng th i.

Các giao th c MAC chu n 802.16 là h ng k t n i. Vào th i m truy c p

ng, m i SS s t o m t ho c nhi u k t n i truy n t i d li u trên c hai h ng.

n v l p l ch l p MAC s s d ng tài nguyên airlink cung c p m c QoS phân

bi t. L p MAC c ng c th c hi n ch c n ng t ng thích liên k t (link adaption) và

truy n l i t ng ARQ nh m duy trì thong l ng t i a v i t l l i bit (BER) ch p

nh n c. L p MAC chu n IEEE 802.16 c ng u khi n quá trình truy nh p và r i

kh i m ng c a SS, th c hi n t o và truy n các n v d li u giao th c PDU. Ngoài ra,

p MAC chu n IEEE 802.16 còn cung c p l p con h i t c t d ch v h tr l p

ng t bào ATM và l p m ng gói.

án t t nghi p

-27-

p MAC chu n IEEE 802.16 bao g m 3 l p:

2.7.2.1. L p SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer)

L p này có ch c n ng thu nh n và phân lo i PDUs t l p cao h n ,d li u ngoài

vào t Common sublayer thông qua SAP c a nó t o thành MAC SDU sau ó phân

lo i chúng nh vào CID.

2.7.2.2. L p CPS (Common Part Sublayer)

MAC CPS là nguyên nhân t o ra môt s ch c n ng quan tr ng. Nó là t t c các

c tính k thu t chung cho CS. Sau ây s nói rõ h n các ch c n ng ó.

WiMax s d ng ph ng pháp nh h ng tr c ti p. u này có ngh a là tr c

khi g i m t vài d li u c a ng i s d ng thì ph i thi t l p k t n i gi a m t SS và m t

BS hay gi a các SS v i nhau. Multicast c ng c h tr và ch truy n v i d li u 16

bit trên m i ng truy n. Có 4 lo i k t n i: c s (base), s c p(primary), th c p

(secondary) và d li u (data). Lo i k t n i d li u c s d ng truy n thông tin c a

ng i dùng, trong khi 3 lo i còn l i thì c s d ng truy n thông tin u khi n g i

là k t n i qu n lý MAC.

i SS có 3 k t n i qu n lý :

- Basic Connection (k t n i c s ): c s d ng cho nh ng thông tin có th i

gian ng n.

- Primary Management connection (k t n i qu n lý s c p): c s d ng cho

nh ng k t n i dài h n, có tr thông tin nhi u h n.

Packet PDU(e.g., IP packet, Ethernet Packet)PHSI

MAC SDU = CS PDU

Payload Header Suppression IndexOptional, Depending on upper layerprotocol

Hình 2.8. C u trúc c a MAC SDU ( Service Data Unit )

án t t nghi p

-28-

- Secondary Management Connection (k t n i qu n lý th c p): c dùng cho

các thông tin qu n lý l p cao h n và d li u c u hình SS.

• u trúc c a MAC PDU (MAC Protocol Data Unit)

MAC PDU chia thành 3 ph n: ph n u GMH (Generic MAC Header) dùng 6

bytes, ph n t i payload, mã ki m tra d th a chu k CRC (Cyclic Redundancy

Checking) s d ng 4 bytes.

GMH MSDU (truy n t i gói tin) CRC

Hình 2.9. Hình d ng c a MAC PDU

dài l n nh t c a m t MAC PDU là 2Kbytes. Ph n CRC ch c s d ng

u SS yêu c u trong các thông s QoS.

Generic Header có hai lo i :GMH và BRH (Bandwidth Request Header). Lo i

th nh t là GMH dùng g i b n tin qu n lý MAC chu n. Lo i th hai là BRH, lo i

này ch i m t mình không s d ng ph n t i

GMH MAC Management message CRC

BRH MSDU (truy n t i gói tin, phân CRC

Hình 2.10. So sánh hai lo i Generic Header c a MAC PDU

ng 2.4. B ng thông s c a MAC Header

Tên dài(bits) Mô t

CI 1 Dùng mô t CRC1=CRC c thêm vào PDU

án t t nghi p

-29-

Trong hình 2.11 mô t hình d ng c a Generic MAC Header. HT vi t t t là Header

Type (HT bit) nó có giá tr 0 cho GMH, có giá tr 1 cho BRH. Vùng Type ch a thông

tin v b n tin qu n lý c l u tr trong ph n t i (payload). Vùng EKS c s d ng

ch c ch n r ng tr m BS và tr m SS ph i c ng b hoá nhau trong khi s d ng

0=CRC không c thêm vào PDU

CID 16 Nh n d ng k t n i

EC 1u khi n mã hoá

0=Payload không c mã hoá1=Payload c mã hoá

EKS 2Chu i khoá mã

c dùng mã hoá payload. Tr ng này ch có ngh au tr ng EC c c set b ng 1.

HCS 8Chu i ki m tra HeaderTr ng 8-bit dùng dò tìm các l i trong header. a th csinh là g(D) = D8 + D2 – D – 1

HT 1 Header Type. S c set b ng zero.

LEN 11 dài byte c a MAC PDU g m c MAC header.

Type 6 Tr ng này mô t lo i payload

LENmsb(3)

HT

CID msb (8)LEN lsb (8)

Generic MAC Header Format(Header Type (HT) = 0)

BW Req. Header Format(Header Type (HT) =1)

EC Type (6 bits) rs

vCI

EKS(2)

rsv

HCS (8)CID lsb (8)

BW Req.msb (8)

HT

CID msb (8)BWS Req. lsb (8)

EC Type (6 bits)

HCS (8)CID lsb (8)

Hình 2.11. Hình d ng GMH và BRH c a MAC

án t t nghi p

-30-

các khoá m t mã l u thông và các vect ban u IV (Initialising Vectors). Các thông

c tr ng trong MAC Header trong (b ng 2.7).

• óng gói d li u (Data Packet Encapsulations):

- MAC PDUs c truy n trong PHY Bursts

- PHY burst có th g m có nhi u FEC blocks

- MAC PDUs có th là nhi u FEC block

MAC PDU 2

HT

FEC block 1

CRCMAC PDU Payload

OFDMsymbol

1

PHY Burst(e.g., TDMA burst)

PreambleOFDMsymbol

2

OFDMsymbol

n......

FEC FEC Block 2 FEC block m......FEC Block 3

MAC PDU 1

HT CRCMAC PDU Payload ......

MAC PDU k

HT CRCMAC PDUPayload

Multiple MAC PDUs are concatenated into the same PHY burst

Hình 2.13. S óng gói MAC PDU

PHSI

MAC PDU

Ethernet Packet

Ethernet Packet

Packet PDU(e.g., Ethernet)

CS PDU(i.e., MAC SDU)

HT

FEC b lock 1

CRCMA C PD U Payload

O FDMsym bol

1

PHY Burst(e.g., TDM A burst)

Prea mbleOFDMsymbol

2

OFDMsymbol

n......

FEC FEC Block 2 FEC b lock m......FEC B lock 3

Hình 2.12. S óng gói d li u

án t t nghi p

-31-

2.7.3. L p PHY

2.7.3.1. Gi i thi u

th ng IEEE 802.16 PHY ho t ng trong d i t n s 2-11GHz c thi t k cho

NLOS, t c truy n d li u là 1-75Mbps. Các lo i u ch bao g m:

• QPSK, 16QAM, 64QAM, (256QAM).

• Single Carrier.

• OFDM 256 Subcarrier.

PHY s d ng anten nh h ng và hai lo i ph ng pháp song công:

• TDD.

• FDD.

p PHY là l p ch u trách nhi m v quá trình truy n c a khung. Giao di n u

tiên c a nó là WirelessMAN-SC. Nó ho t ng trong d i t n s 10-66GHz, c thi t

ng d ng trong LOS và thông qua u ch sóng mang n. Nó c ch n b i vì

nó l n cung c p cho m ng vi n thông không dây b ng thông r ng. Do t m quan

tr ng trong vi c qu ng cáo ngày càng t ng trong d i t n s 2-11GHz cho NLOS nên

t nhóm làm vi c trong IEEE 802.16 ã phát tri n thêm 3 lo i giao di n. Ba lo i giao

di n m i là: WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM và WirelessMAN-OFDMA.

2.7.3.2. Ph ng pháp ghép (Duplexing)

Có hai ph ng pháp song công: song công phân chia theo th i gian TDD (Time

Division Duplexing), song công phân chia theo t n s FDD (Frequency Division

Duplexing). Trong FDD, quá trình truy n trao i hai h ng hai t n s khác nhau

trong khi TDD thì ch s d ng m t t n s duy nh t nh ng l i nh ng th i gian khác

nhau.

- Khung TDD g m hai ph n: downlink subframe và uplink subframe

án t t nghi p

-32-

- FDD c n có 2 kênh, m t ng lên (uplink), m t ng xu ng (downlink).

i TDD ch c n 1 kênh t n s , l u l ng ng lên và ng xu ng c phân chia

theo các khe th i gian.

2.8. Các k thu t s d ng trong WiMAX kh c ph c nh ng nh h ng c a

môi tr ng NLOS[5]

Các k thu t c s d ng gi i quy t hay gi m nh nh ng nh h ng trong môi

tr ng NLOS c a WiMAX là:

• thu t OFDM

• Phân chia kênh con

Hình 2.14. Mô t v FDD và TDD

Hình 2.15. V trí NLOS c a CPE

án t t nghi p

-33-

• Các ng ten h ng tính

• Phân t p phát và thu

• u ch thích nghi

• thu t s a l i

• u khi n công su t

Nh ng tác d ng c a nh ng k thu t này trong vi c kh c ph c l i s c c p

ch ng sau

2.9. ng d ng[9]

Công ngh WiMAX là gi i pháp cho nhi u lo i ng d ng b ng r ng t c cao

cùng th i m v i kho ng cách xa và cho phép các nhà khai thác d ch v h i t t t c

trên m ng IP cung c p các d ch v "ba cung": d li u, tho i và video. WiMAX v i

h tr QoS, kh n ng v n dài và công su t d li u cao c dành cho các ng

ng truy c p b ng r ng c nh nh ng vùng xa xôi, h o lánh n i công ngh ch a

n c, c ng nh cho các khu v c thành th các n c ang phát tri n.

WiMAX c ng cho phép các ng d ng truy c p xách tay, v i s h p nh t trong các máy

tính xách tay và PDA, cho phép các khu v c n i th và thành ph tr thành nh ng "khu

Hình 2.16. M t ví d ng d ng WiLAN và WiMax.

án t t nghi p

-34-

c di n r ng" ngh a là có th truy c p vô tuy n b ng r ng ngoài tr i. Do v y,

WiMAX là m t công ngh b sung bình th ng cho các m ng di ng vì cung c p

ng thông l n h n và cho các m ng Wi-Fi nh cung c p k t n i b ng r ng các khu

c l n h n.

2.10. K t lu n ch ng

Qua nh ng hi u bi t trên v Wimax, thì có th a ra nh ng ánh giá v u

ng nh nh c m c a Wimax nh sau:

- u m c a WiMAX di ng so v i công ngh 3G d a trên CDMA:

• Kh n ng ch u c nhi u a ng và nhi u c c b

• Kh n ng nh c v r ng kênh

• a truy nh p tuy n lên tr c giao

• tr TDD hi u qu ph t n

• p l ch k ho ch ch n l c t n s

• Tái s d ng t n s m t ph n

• QoS t t

• Công ngh ngten tiên ti n

- Nh c m:

• Công ngh LOS ch làm vi c trong ph m vi t 5 n 30 d m so v i tr m ch

nên không th v i kho ng cách r ng h n.

• a l n s gây nhi u n các thi t b .

• Nh ng thi t b không dây trong m ng không dây khác s d gây nh h ng n

WiMax trong ph m vi làm vi c c a nó

án t t nghi p

-35-

Ch ng 3

NH H NG C A NHI U TRONG WiMAX VÀ CÁC BI N PHÁP

KH C PH C

3.1. Gi i thi u ch ng

Trong ch ng này, em s trình bày nh ng tr ng i l n c th hi n trong kênh

không dây b ng r ng thay i theo th i gian. Xác nh các nh h ng c b n c a nhi u

trong các kênh b ng r ng không dây. T ó, tìm ra nh ng bi n pháp i phó nh m duy

trì vi c truy n thông t t trong môi tr ng kh c nghi t.

3.2. S kh i c a h th ng thông tin vô tuy n

T t c các h th ng truy n thông s vô tuy n u có m t kh i ki n trúc nh t

nh, nh c th hi n trong hình 3.1 sau:[4]

t k m t m ng không dây c t ng thích m t cách h p lý, thì toàn b h th ng

u c phân chia thành ba thành ph n sau ây: máy phát, kênh và máy thu.Trong ó

kênh truy n thông bi u di n môi tr ng v t lý gi a máy phát và máy thu và ây là n i

có nh h ng l n n ch t l ng truy n tín hi u s d c c p ch ng sau.

Hình 3.1. H th ng thông tin s vô tuy n

án t t nghi p

-36-

Sau ây là nh ng mô t v nh h ng có quy mô l n trong kênh vô tuy n b ng

ng, ó là hi n t ng suy hao, t o bóng, nhi u ng kênh(CCI),multipath và hi n

ng Doppler trong h th ng thông tin di ng.

3.3. nh h ng c a nhi u trong h th ng vô tuy n

3.3.1. Suy hao(pathloss)

S khác nhau rõ r t gi a kênh vô tuy n và h u tuy n là l ng công su t truy n

t n máy thu. Gi s r ng ng-ten ng h ng c s d ng, nh th hi n hình

3.2, n ng l ng c a tín hi u truy n m r ng trên m t các hình c u song song, vì v y

ng l ng nh n c t i ng ten thu có kho ng cách d t l ngh ch v i di n tích b

t c u, (4 d2). Suy hao c tính theo công th c lan truy n không gian t do:

trong ó Pr và Pt n l t công su t thu và nh n và là chi u dài c a b c sóng. N u

ng-ten h ng tính c dùng t i máy phát và máy thu, thì s có l i là Gt và Gr và

công su t nh n t ng c hay không là nh vào l i c a ng-ten. M t m t quan tr ng

khác c a công th c(3.1) là t c=fc nên =c/fc , công su t nh n c s gi m bình

ph ng l n theo t n sóng mang. Hay nói m t cách khác, v i công su t phát ã cho, thì

có kho ng suy gi m khi t n s t ng lên. u này có nh h ng quan tr ng n các

th ng có t c d li u cao.

tính toán chính xác, ng i ta th ng dùng công th c kinh nghi m sau ây

tính toán cho suy hao c a kênh kinh nghi m:

Trong công th c (3.2) có thêm ba thành ph n là P0 , d0 và . P0 là công su t suy hao o

c trên kho ng cách tham chi u là d0 và th ng c ch n là 1m. Trên th c t , P0

( )2

2

4 dGGPP rt

tr πλ

= (3.1)

α

=

ddPPP tr

00 (3.2)

án t t nghi p

-37-

th ng c l y x p s là m t vài dB. là s m suy hao và i l ng này c cho

trong b ng.

kh c ph c c nhi u do s suy hao ng truy n này thì c n chú ý nh ng u

sau:

• Chi u cao c a ng-ten ph i c tính n là có chi u cao phù h p.

• n s sóng mang s d ng.

• Kho ng cách gi a hai ng-ten phát và thu.

3.3.2. Che ch n(shadowing)

Nh ta ã bi t, s suy hao nh h ng n công su t t i máy thu có liên quan n

kho ng cách gi a máy phát và máy thu. Tuy nhiên, còn nhi u nhân t khác có th có

nh h ng l n n t ng công su t thu c. Ví d , cây c i và nhà c a có th c t

i v trí gi a máy phát và máy thu, nh ng v t c n này sinh ra ng truy n t m th i

và gây ra s suy gi m t m th i c ng tín hi u thu. Hay nói m t cách khác, ng

truy n th ng t m th i này s làm cho công su t thu b t th ng, và c g i là hi n

ng che ch n(shadowing), nh c trình bày hình 3.3 sau ây:

Hình 3.2. Mô hình truy n sóng trong không gian t do

án t t nghi p

-38-

Xét trong vùng có ph m vi nh thì hi n t ng suy hao ng truy n và che ch n là

không áng k và có giá tr cho phép mà không làm nh h ng n ch t l ng tín hi u

thu t i máy thu.

3.3.3. Nhi u ng kênh CCI

ây là m t lo i can nhi u x y ra khi hai tín hi u phát i cùng m t t n s n

cùng m t b thu. Trong thông tin t bào thì can nhi u th ng c gây ra b i m t cell

khác ho t ng cùng t n s (hình 3.4)

hình dung, chúng ta l y ví d ném hòn á xu ng n c. Vi c ta ném nhi u hòn á

xu ng n c t ng ng nh nhi u cu c g i khác nhau cùng b t u. V y tr m g c

Hình 3.3. Hi n t ng che ch n trên ng truy n tín hi u

Hình 3.4. Giao thoa xuyên kênh

án t t nghi p

-39-

trí nào ó trong h làm sao phân bi t c tín hi u c a ngu n nào và t h ng nào

n. ây chính là v n c a giao thoa xuyên kênh hay còn g i là nhi u ng kênh.

Nh chúng ta ã bi t, các h th ng ngten t p trung u tín hi u trong m t vùng

không gian r ng l n. Các tín hi u có th không n c v i ng i s d ng mà ta

mong mu n, nh ng chúng có th tr thành can nhi u cho nh ng ng i s d ng khác có

cùng m t t n s trong cùng m t t bào hay nh ng t bào k c n.

Can nhi u là nhân t chính quy t nh n ch t l ng c a h th ng không dây

do ó vi c u khi n c can nhi u s giúp c i thi n áng k c áng k c

dung l ng c a h th ng.

3.3.4. Hi n t ng a ng(multipath)

Multipath là hi n t ng khi mà tín hi u radio c phát i b ph n x trên các

m t v t th t o ra nhi u ng tín hi u gi a tr m g c và thi t b u cu i s d ng.

t qu là tín hi u n các thi t b u cu i s d ng là t ng h p c a tín hi u g c và các

tín hi u ph n x .(hình 3.5)

Các v n có liên quan n nhi u a ng:

t trong nh ng h qu c a hi n t ng multipath mà chúng ta không mong

mu n là các tín hi u sóng t i t nh ng h ng khác nhau khi t i b thu s có s tr pha

và vì v y khi b thu t ng h p các sóng t i này s không có s ph i h p v pha(hình

3.6)

Hình 3.5. Hi n t ng multipath

án t t nghi p

-40-

u này s nh h ng n biên tín hi u, biên tín hi u s t ng khi các tín

hi u sóng t i cùng pha và s gi m khi các tín hi u này ng c pha. Tr ng h p c bi t

u hai tín hi u ng c pha 1800 thì tín hi u s b tri t tiêu(hình 3.7)

Hi n t ng pha inh: khi sóng c a các tín hi u a ng ng c pha, c ng

tín hi u s b gi m. Hi n t ng này v n c bi t n là “Rayleigh pha inh” hay còn

i là “pha inh nhanh”. S suy gi m thay i liên t c hình thành nh ng khe nh hình

ch V. C ng tín hi u b thay i th t th ng và r t nhanh chóng gây ra s suy

gi m v ch t l ng.(hình 3.8)

Hình 3.6. Hai tín hi u multipath

Hình 3.7. Hai tín hi u multipath ng c pha nhau 1800

Hình 3.8. Hi n t ng pha inh

án t t nghi p

-41-

t h qu n a c a hi n t ng multipath là “tr i tr ” t c là khi b ph n x thành nhi u

tín hi u khác nhau thì các tín hi u s n b thu nh ng th i m khác nhau gây ra

hi n t ng giao thoa liên ký t (intersymbol interference). Khi x y ra hi n t ng này

thì t c bit s t ng lên làm gi m áng k ch t l ng c a h th ng.

3.3.5. Hi n t ng Doppler

Hi n t ng Doppler c ng là m t hi n t ng nhi u khác c ng khá ph bi n trong

các h th ng thông tin di ng. Hi n t ng Doppler c xác nh khi m t ngu n sóng

và máy thu ang di chuy n liên quan n v i nhau. Khi máy thu di chuy n v phía

tr c (cùng chi u v i máy phát ra ngu n sóng), t n s c a tín hi u thu s cao h n tín

hi u ngu n. Hình 3.9 là m t ví d v s thay i v c ng c a thi t b âm thanh c a

xe ôtô khi nó di chuy n cùng chi u và ng c chi u v i hai observer [6]

3.4.Các bi n pháp nh m gi m nh h ng c a nhi u c s d ng trong WiMAX

3.4.1. Tái s d ng t n s phân n[2]

ây là m t ph ng pháp nh m nâng cao ch t l ng k t n i c a các thuê bao do

nh h ng c a can nhi u cùng kênh(CCI)

Trong WiMAX di ng h tr tái s d ng t n s b ng 1, ngh a là t t c các t

bào /sector ho t ng trên cùng m t kênh t n s nh m t i a hóa hi u qu s d ng ph .

Hình 3.9. Hi n t ng Doppler

án t t nghi p

-42-

Tuy nhiên, do can nhi u cùng kênh(CCI) r t m nh trong tri n khai tái s d ng t n s

ng 1, cho nên các thuê bao t i rìa t bào gi m c p ch t l ng k t n i. V i WiMAX di

ng, các thuê bao ho t ng trên các kênh con, ch chi m m t n nh c a toàn b

ng thông kênh; v n can nhi u biên t bào có th c kh c ph c d dàng b ng

vi c t o c u hình s d ng kênh con m t cách h p lý mà không c n vi n n quy ho ch

n s truy n th ng.

Trong WiMAX di ng, vi c tái s d ng kênh con linh ho t c t o u ki n

dàng nh s phân n kênh con và vùng hoán v . M t n là m t ph n nh các

kênh con OFDMA kh d ng (m t n có th bao g m t t c các kênh con). M t n

c s d ng cho tri n khai m t tr ng h p MAC duy nh t.

Vùng hoán v là m t s các ký t OFDMA li n k nhau trong DL ho c UL s

ng cùng m t phép hoán v . Khung con c a DL ho c UL có th ch a nhi u h n m t

vùng hoán v

Mô hình tái s d ng kênh con có th c c u hình sao cho các thuê bao g n sát

tr m g c ho t ng trong vùng có t t c các kênh con kh d ng. Trong khi ó, i v i

các thuê bao rìa, m i t bào ho c sector ho t ng trong vùng ch có m t ph n nh c a

t c các kênh con là kh d ng. Trong hình 3.11, F1, F2 và F3 bi u th các t p h p

kênh con khác nhau trong cùng m t kênh t n s . V i c u hình này, tái s d ng t n s

ng m t “1” c a toàn t i c duy trì cho các thuê bao trung tâm t ng t i a hi u

qu ph , và tái s d ng t n s phân n c cài t cho các thuê bao rìa nh m m

o ch t l ng k t n i và thông l ng c a thuê bao rìa. Quy ho ch tái s d ng kênh

con có th c t i u hóa m t cách n ng ng qua các sector ho c các t bào d a trên

i c a m ng và các u ki n can nhi u trên c s t ng khung m t. Do v y, t t c các

bào ho c các sector u có th ho t ng trên cùng m t kênh t n s mà không c n gì

n quy ho ch t n s .

án t t nghi p

-43-

3.4.2. Các bi n pháp gi m pha inh[4]

c tính pha- inh là s khác nhau quan tr ng nh t gi a vi c thi t k h th ng

thông tin vô tuy n và h u tuy n. Do pha- inh l a ch n t n s là n i b t nh t trong các

kênh b ng r ng- và do r ng b ng c a kênh b ng r ng là l n h n r t nhi u r ng

ng phù h p BC –nên chúng ta c p n các kênh v i s phân tán th i gian hay l a

ch n t n s trong pha- inh b ng r ng và n các kênh ch v i s phân tán v t n s hay

a ch n th i gian trong pha- inh b ng h p. Bây gi , chúng ta xem xét và ch ra s

khác nhau gi a pha- inh b ng r ng và pha- inh b ng h p t ó các bi n pháp kh c

ph c.

3.4.2.1. Pha inh b ng h p(pha inh ph ng)

nh h ng c a pha inh này là áng k khi kho ng cách truy n t ng, lúc này

ng tín hi u thu s b gi m áng k vì suy hao thay i áng k . Tính di chuy n

a các thuê bao trên kho ng cách l n(>> ) và s thay i c m a hình, s nh

ng n suy hao và công su t thu thay i ch m.

Có r t nhi u các k thu t khác nhau c s d ng kh c ph c pha- inh b ng

p, nh ng cách ph bi n nh t và th ng c dùng nh t là phân t p.Trong thông tin

vô tuy n t c cao, ch có s phân t p m i kh c ph c c hi n t ng pha- inh này .

Các lo i phân t p th ng dùng là:

Phân t p th i gian

Hình 3.10. Mô hình tái s d ngn s phân n

án t t nghi p

-44-

Hai ph ng pháp quan tr ng c a phân t p th i gian là mã hóa/ an xen và u

ch thích nghi (AMC). K thu t mã hóa và an xen a vào m t cách linh ho t t ng

d th a trong tín hi u c truy n i; u này làm cho t c c a tín hi u gi m và

vì v y mà gi m c l i bit.

Các máy phát cùng v i vi c u ch thích nghi s có thông tin v kênh truy n.

Và vì v y, chúng s ch n k thu t u ch mà t c t c d li u cao nh t có th

c trong khi v n gi c BER m c yêu c u.

Trong ph ng trình (3.3), v i M ng, BER c ng t ng. Vì t c d li u t l

i log2M, chúng ta mu n ch n kích th c m u t l n nh t mà t c BER theo

yêu c u. N u kênh có s suy gi m m nh thì s không có ký hi u nào c g i i

tránh t o l i. u ch thích nghi và mã hóa là m t ph n tích h p trong chu n

WiMAX. Và c c p k h n trong ph n sau.

Phân t p không gian

Phân t p theo không gian là m t d ng phân t p khác c ng khá ph bi n và có

hi u qu , th ng c th c hi n b ng cách s d ng hai hay nhi u h n các ng-ten t i

máy phát và máy thu hay ch có máy phát ho c máy thu. Phân t p này còn c

bi t n v i tên g i là h th ng MIMO. D ng n gi n nh t c a phân t p theo không

gian bao g m hai ng-ten thu, ó là n i mà hai tín hi u m nh nh t c ch n. N u các

ng-ten c t cách nhau m t cách phù h p, thì hai tín hi u nh n c s ch u nh

ng m t cách x p x hi n t ng pha- inh không t ng quan v i nhau. K thu t n

gi n này ã lo i b hoàn toàn m t n a tín hi u nh n c nh ng h u h t s suy gi m

nh ã c tránh và SNR trung bình c ng c t ng lên. Các d ng ph c t p h n c a

phân t p không gian bao g m các m ng ng-ten(hai hay nhi u h n hai ng-ten) v i t

k t n i l n nh t, phân t p phát s d ng mã hóa không gian- th i gian, và k t n i s

(3.3)( )15.1

2.0 −−

≤ Mb eP

γ

án t t nghi p

-45-

phân t p gi a u phát và u thu. Các k thu t báo hi u không gian c mong i

quy t nh vi c t c hi u su t ph cao trong WiMAX.

Ki u phân t p này c g i m t cách h p lý là phân t p l a ch n và c minh

a trong hình 3.11 nh sau:

Phân t p theo t n s

Ph ng pháp này c s d ng kh c ph c hi n t ng pha inh b ng r ng và

c c p k h n ph n sau.

3.4.2.2. Pha- inh b ng r ng(pha inh l a ch n t n s )

Nh ã bi t, pha- inh l a ch n t n s gây ra s phân tán trong mi n th i gian,

u này làm cho các ký hi u lân c n giao thoa v i nhau tr khi T>> max . Do t c d

li u t l v i 1/T , h th ng có t c d li u cao h u nh lúc nào c ng có lan truy n tr

a ng áng k , khi T<< max, và k t qu là b nhi u liên ký hi u nghiêm tr ng. Vi c

a ch n k thu t ch ng l i nhi u ISI m t cách có hi u qu là m t quy t nh quan

tr ng trong vi c thi t k b t k h th ng t c cao. R t nhanh chóng là OFDM là s

a ch n ph bi n nh t cho vi c ch ng l i ISI.

3.4.2 3. B cân b ng[1]

B cân b ng Equalizer c dùng lo i b nhi u liên ký hi u (Intersymbol

Interference_ISI) và các nhi u nhi t (noise) c thêm vào. Nhi u ISI sinh ra do s tr i

Hình 3.11. Phân t p l a ch n hai nhánh n lo i i h u h t s suy gi mnh

án t t nghi p

-46-

tr c a các xung phát d i tác ng phân tán t nhiên c a kênh truy n. u này d n

n s ch ng l n c a các xung k c n nhau gây ra nhi u liên ký t . Ch ng h n nh

trong môi tr ng tán x a ng, m t ký hi u có th c truy n theo các ng khác

nhau, n máy thu các th i m khác nhau, do ó có th giao thoa v i các ký t

khác.

kh c ph c nhi u ISI và c i thi n ch t l ng c a h th ng, có nhi u ph ng pháp

khác nhau nh ng ph ng pháp c c p nhi u nh t là s d ng b cân b ng

Equalizer c s d ng bù l i các c tính tán x th i gian c a kênh truy n.

3.4.2.4. Mã hóa và u ch thích nghi[4]

Mã hóa và u ch thích nghi là m t ph ng pháp c s d ng trong phân t p

theo th i gian . Trong h th ng WiMAX, vi c s d ng mã hóa và u ch thích nghi

i m c ích là thích nghi v i s dao ng c a kênh truy n do nh h ng c a nhi u.

i c tính này s cho phép h th ng có th kh c ph c c nh ng nh h ng c a

pha inh l a ch n th i gian.

Hình 3.12. Kênh truy n và b cân b ng

Hình 3.13. M i quan h gi a vùng ph sóng và ph ng pháp u chc s d ng

án t t nghi p

-47-

Ý t ng c b n này hoàn toàn n gi n và c trình bày nh sau:

Vi c truy n d li u t c cao có th t c khi kênh truy n t t, t c truy n

th p h n n u kênh truy n không t t, v i m c ích là tránh gây ra l i. T c d li u

th p có th t c b ng cách s d ng chòm m nh , nh là QPSK, và các mã có

c s a l i th p, nh là mã ch p và mã tourbo ½. T c d li u cao h n có th t

c v i chòm m l n, nh là 64QAM, và mã hóa s a l i ch ng nhi u, ví d , mã

ch p hay mã turbo có t c ¾ hay mã LDPC.

S kh i th hi n nguyên lý ho t ng c a h th ng mã hóa u ch thích

nghi AMC c cho b i hình 3.14 sau ây:

n gi n, u tiên chúng ta xem m t h th ng ng i dùng truy n nhanh tín hi u

thông qua kênh v i SINR luôn thay i; ví d , kênh truy n ph thu c vào pha- inh.

c ích c a máy phát là truy n d li u t hàng bit nhanh n m c có th , và c

gi i u ch và gi i mã m t cách chính xác t i máy thu. H i ti p (feedback) s quy t

nh mã hóa và u ch nào c s d ng phù h p v i u ki n c a kênh truy n

thông qua tham s SINR. Máy phát c n bi t giá tr SINR c a kênh ( γ ), giá tr này c

xác nh khi SINR nh n c rγ chia cho công su t phát Pt, là m t hàm c a γ . Do ó,

SINR nh n c là γγ ⋅= tr P

Hình 3.15 minh h a vi c s d ng sáu cách mã hóa và u ch trong s các nh d ng

chung c a WiMAX. Nó có th t c các m c hi u su t ph khác nhau tùy thu c

vào ph ng pháp mã hõa và u ch s d ng. u này cho phép dung l ng t ng lên

Hình 3.14. S kh i mã hóa và u ch thích nghi (AMC)

án t t nghi p

-48-

khi SINR t ng lên theo công th c Shannon ).1(log 2 SNRC += Trong tr ng h p này,

c d li u th p nh t là QPSK và mã turbo t c ½; t c d li u cao nh t trong

nh d ng c a WiMAX là 64QAM và mã turbo t c ¾. Thông l ng t c, c

chu n hóa b i r ng ã c xác nh

Trong ó:

BLER là t l block l i.

r 1 là t c mã hóa.

M s m trong m t chòm m.

Ví d : 64QAM v i t c mã hóa là ¾ t c thông l ng t i a là

4.5bps/Hz, khi BLER →0; QPSK v i t c mã hóa là ½ s t c thông l ng

trong tr ng h p t t nh t là 1bps/Hz.

3.4.2.5. Mã hóa kênh(channel coding)

Trong chu n IEEE 8.2.16e-2005, mã hóa kênh là m t kh i ch c n ng c a l p

t lý trong WiMAX. Nhi m v c a l p này là làm cho tín hi u truy n i trong môi

tr ng kênh ít b sai do nh h ng c a pha- inh. Làm cho phía thu d khôi ph c l i tín

hi u.[10]

Hình 3.15. Thông l ng c a các ph ng pháp u ch và t c mã hóa khác nhau.

HzbpsMrBLERT /)(log)1( 2−= (3.4)

án t t nghi p

-49-

Mã hóa kênh bao g m ba b c sau ây:

1) Randomization: Ng u nhiên hoá lu ng bit d li u. u này s t t h n cho vi c s a

i Forward Error Correction(FEC). B Scrambler c th c hi n b i các thanh ghi

ch h i ti p tuy n tính

2) FEC: Trong kh i FEC g m có ba kh i nh là Reed-Solomon Coder, Covolutional

Coder, và kh i Puncturing. Trong 3 kh i này thì kh i Reed-Solomon là ph c t p nh t.

Kh i này làm nhi m v mã hoá d li u và thêm các kho ng tr ng vào lu ng bit t o

u ki n cho máy thu dò tìm và s a l i. Trong kh i này d li u c mã hoá

convolutional, tuy nhiên tr c khi d li u a vào kh i convolutional encoder thì nó

ph i c mã hoá Reed-Solomon. Cu i cùng lu ng d li u s c a qua kh i

Puncturing gi m s bit truy n.

3) Interleaving: s p x p l i các kh i c a bit d li u b ng cách a các bit mã hoá k

nhau vào các sóng mang không liên ti p b o v ch ng l i l i burst. Kích c kh i

ng s bit c mã hóa trong symbol OFDM n gi n. Kích c c a symbol c xác

nh b i s sóng mang d li u và cách u ch .

Hình 3.16. Vai trò c a mã hóa kênh trong vi c gi m BER và kh c ph c l i gây ra

cho tín hi u truy n do pha- inh

S/N

BERFrequency-selectivechannel

Flat fadingchannel

AWGN channel(LOS)

Channel Coding

án t t nghi p

-50-

3.5. K t lu n ch ng

Ch ng này ã khái quát c nh ng nh h ng và bi n pháp kh c ph c nhi u

a h th ng WiMAX. Và d a vào ó xây d ng mô hình toán h c c nói k trong

ch ng ti p theo.

Data totransmit

Randomizer FEC Bit Interleaver

Modulation

Data totransmit

Hình 3.17. S kh i ch c n ng c a mã hóa kênh

án t t nghi p

-51-

Ch ng 4

NH H NG C A KÊNH VÔ TUY N N TRUY N D N TÍN HI U

4.1. Gi i thi u ch ng

Khi nghiên c u h th ng thông tin, vi c t o ra các mô hình kênh óng m t vai

trò quan tr ng trong vi c ánh giá ch t l ng ho t ng c a h th ng. Mô hình kênh

trình bày quan h vào ra c a kênh d ng toán h c ho c thu t toán. Khi nghiên c u các

thu t toán, gi i thu t h n ch nh ng nh h ng c a kênh truy n, u c n thi t là

ph i xây d ng các mô hình có th x p x môi tr ng truy n d n m t cách h p lý.

Ch ng này gi i thi u nh ng c tính, nh h ng c a kênh truy n ng th i a ra mô

hình toán h c c a kênh vô tuy n di ng.

4.2. Kênh fading a ng (multipath fading channel)[4]

Trong h th ng thông tin vô tuy n, do các hi n t ng nh ph n x , tán x , khúc

, nhi u x … tín hi u truy n t b phát t i b thu s b tách thành nhi u thành ph n

(gi ng v i tín hi u g c) và m i thành ph n s có nh ng ng i khác nhau. Hi n

ng này c g i là truy n d n a ng (multipath propagation).

có th hi u rõ h n b n ch t c a kênh fading a ng, chúng ta s tìm hi u

các khái ni m, hi n t ng x y ra khi truy n tín hi u qua kênh vô tuy n di ng nh các

thông s c a kênh fading a ng, hi u ng doppler, mô hình áp ng xung, phân b

Rayleigh và Ricean…

4.2.1. Thông s tán x th i gian (Time dispersion parameter)

phân bi t, so sánh tính ch t c a các kênh truy n d n a ng, ng i ta s

ng các thông s tán x th i gian nh mean excess delay ( tr trung bình v t

c), rms delay spread (tr hi u d ng) và excess delay spread (tr v t m c). Các

thông s này có th c tính t c tính công su t truy n t i b thu c a các thành

ph n a ng (power delay profile). Excess delay, τ , là kho ng th i gian chênh l ch

gi a tia sóng ang xét v i thành ph n n b thu u tiên. Tính ch t tán x th i

án t t nghi p

-52-

gian (time dispersive) c a kênh truy n d n a ng d i r ng c th hi n qua thông

mean excess delay, τ , và rms delay spread, τσ . τ c nh ngh a là moment c p

t c a power delay profile [4]:

(4.1)

ak, )( kP τ : biên , công su t thành ph n th k c a tín hi u a ng.

Rms delay spread ( τσ ) là c n b c hai moment trung tâm c p hai c a power

delay profile:

(4.2)

i

(4.3)

4.2.2. D i thông k t h p (coherence bandwidth)

Trong khi delay spread là m t hi n t ng t nhiên do s ph n x và tán x khi

truy n tín hi u qua kênh vô tuy n, d i thông k t h p, Bc, c nh ngh a t rms delay

spread. D i thông k t h p là kho ng t n s mà kênh truy n có th c coi là “ph ng”

(ngh a là kênh truy n cho qua t t c các thành ph n có ph n m trong kho ng t n s ó

i l i g n nh nhau và pha g n nh tuy n tính). Hai sóng sin có t n s chênh l ch

nhau l n h n Bc s b nh h ng hoàn toàn khác nhau b i kênh. D i thông k t h p

c nh ngh a nh là kho ng t n s mà hàm t ng quan gi a các tín hi u có t n s

trong kho ng này l n h n 0.9, khi ó[4]:

u ch c n hàm t ng quan l n h n 0.5 thì:

∑∑

∑∑

==

kk

kkk

kk

kkk

P

P

a

a

)(

)(

2

2

τ

ττττ

( )22 ττσ τ −=

∑∑

∑∑

==

kk

kkk

kk

kkk

P

P

a

a

)(

)( 2

2

22

2

τ

ττττ

τσ501≈cB (4.4)

án t t nghi p

-53-

(4.5)

4.2.3. Ph doppler (doppler spectrum)

Trong ph n này, chúng ta s t p trung tìm hi u nh h ng c a doppler shift và

vi c truy n 1 sóng mang ch a u ch t n s fc BS. M t MS di chuy n theo h ng

o thành m t góc iα v i tín hi u nh n c t thành ph n th i nh hình 4.1. MS di

chuy n v i v n t c v, sau kho ng th i gian t∆ i c d=v. t∆ .

Khi ó n ng t BS n MS c a thành ph n th i c a tín hi u s b thay

i 1 l ng là l∆ .

Theo hình v ta có: (4.6)

Khi ó, pha c a tín hi u s b thay i m t l ng:

(4.7)

λ : B c sóng c a tín hi u.

u “-“ cho th y tr pha c a sóng s gi m khi MS di chuy n v phía BS.

n s doppler c nh ngh a nh là s thay i pha do s di chuy n c a MS

trong su t kho ng th i gian t∆ [7]:

l∆

YX d

v

BS

MS

iαiα

Hình 4.1. Hi u ng Doppler

τσ51≈cB

idl αcos=∆

λαπ itv cos2 ∆

−=∆Φ

án t t nghi p

-54-

(4.8)

Thay ph ng trình (4.7) vào ph ng trình (4.8) ta c:

(4.9)

i fm=v/ λ =vfc/c là d ch t n doppler c c i (t t n s sóng mang c phát

i) do s di chuy n c a MS.

Chú ý r ng, t n s doppler có th d ng ho c âm ph thu c vào góc iα . T n s

doppler c c i và c c ti u là ± fm ng v i góc iα =00 và 1800 khi tia sóng truy n trùng

i h ng MS di chuy n:

iα =00 ng v i tr ng h p tia sóng i t i t phía tr c MS.

iα =1800 ng v i tr ng h p tia sóng i t i t phía sau MS.

Trong m t môi tr ng truy n d n th c, tín hi u n b thu b ng nhi u ng

i kho ng cách và góc t i khác nhau. Vì v y, khi m t sóng sin c truy n i, thay vì

ch b d ch m t kho ng t n s duy nh t (doppel shift ic

D cvf

f αcos= ) t i u thu, ph

a tín hi u s tr i r ng t fc(1-v/c) n fc(1+v/c) và c g i là ph doppler. Khi ta gi

thi t xác su t x y ra t t c các h ng di chuy n c a mobile hay nói các khác là t t c

các góc t i là nh nhau (phân b u), m t ph công su t c a tín hi u t i b thu

c cho b i [1,7]:

(4.10)

Trong ó K là h ng s

Chú ý r ng, khi f=fc => S(f=fc)=mf

Kπ2

f= cm ff +± => S(f= cm ff +± )= ∞

tfD ∆

∆Φ−=

π21

imiD fvf ααλ

coscos ==

2

1

12

)(

−−

=

m

cm

ffff

KfSπ

án t t nghi p

-55-

Hình d ng c a S(f) c mô t nh hình 4.2.

4.2.4. Tr i doppler và th i gian k t h p (Doppler spread and coherence time)

Delay spread và coherence bandwidth là các thông s mô t b n ch t tán x th i

gian c a kênh truy n. Doppler spread và coherence time là nh ng thông s mô t b n

ch t thay i theo th i gian c a kênh truy n.

Doppler spread BD là thông s o s m r ng ph gây ra b i s thay i theo

th i gian c a kênh vô tuy n di ng và c nh ngh a là kho ng t n s mà ph t n

doppler nh n c là khác không. Khi m t sóng sin t n s fc c truy n i, ph tín

hi u nh n c, ph doppler, s có các thành ph n n m trong kho ng t n s fc-fd n

fc+fd v i fd là d ch t n do hi u ng doppler. L ng ph c m r ng ph thu c vào

fd là m t hàm c a v n t c t ng i c a MS và góc iα gi a h ng di chuy n c a MS

và h ng c a sóng tín hi u t i MS. N u r ng ph c a tín hi u l n h n nhi u so v i

BD, nh h ng c a doppler spread là không áng k t i b thu và ây là kênh fading

bi n i ch m (slow fading channel).

fc+fmfc-fm fc

Hình 4.2. Ph công su t c a tín hi u t i b thu (hi u ng doppler)

án t t nghi p

-56-

Coherence time Tc chính là i ng u trong mi n th i gian (time domain dual)

a doppler spread, dùng mô t s tán x t n s và b n ch t thay i theo th i gian

a kênh truy n. Doppler spread và coherence time t l ngh ch v i nhau:

Tc ≈ 1/fm (4.11)

Coherence time là kho ng th i gian mà áp ng xung c a kênh truy n không

thay i. Nói cách khác, coherence time là kho ng th i gian mà 2 tín hi u có s t ng

quan v i nhau v biên . N u ngh ch o c a r ng ph c a tín hi u l n h n nhi u

so v i coherence time c a kênh truy n thì khi ó kênh truy n s thay i trong su t

th i gian truy n tín hi u và do ó gây méo b thu. Coherence time c nh ngh a

là kho ng th i gian mà hàm t ng quan l n h n 0.5, khi ó [4]:

i fm là t n s doppler c c i: fm=v/ λ

Trên th c t , n u ta tính Tc theo ph ng trình (4.11) thì trong kho ng Tc tín hi u

truy n s b dao ng nhi u n u có phân b Rayleigh, trong khi ó ph ng trình (4.12)

i quá h n ch . Vì th , ng i ta th ng nh ngh a Tc là trung bình nhân c a hai

ph ng trình trên:

(4.13)

nh ngh a c a th i gian k t h p ng ý r ng 2 tín hi u n b thu khác nhau

t kho ng th i gian Tc s b nh h ng khác nhau b i kênh truy n.

ng 4.1. Tóm t t các thông s c a pha inh b ng r ng [4]

mmc ff

T 423.016

92 ==

π

mc f

Tπ169

≈ (4.12)

án t t nghi p

-57-

i l ng N u “l n” N u “nh ” Chú thíchTr tr i ph u >>

T: pha inha ch nn s

u << :pha inhph ng

càng l n có nh h ng n th i gian kýhi u và gây ra hi n t ng ISI

i thôngt h p BC

u 1/BC<< T: phainh ph ng

u 1/BC>> T: phainh l a

ch n t n s

Cung c p m t nguyên t c là tìm c ng b ng thông c a các sóng mang con là

BSC BC/10, do ó s l ng c n thi t c asóng mang con trong h th ng OFDM là L> 10xB/BC

Tr i phDoppler

cvff c

d⋅

=

u fc.v>>c; pha inhnhanh

u fc.vc; pha inhch m

Khi t s fD/ BSC là không th b qua thì str c giao c a các sóng mang con s m t i

Th i giant h p TC

uTC>>T;pha inhch m

u TC T;pha inhnhanh

4.3. Mô hình áp ng xung c a kênh fading[7]

Ta gi s r ng có N tia n máy thu, tín hi u u ra c a kênh nh sau:

( ) ( ) ( )( )∑=

−⋅=N

nnn ttxtaty

1τ (4.14)

Hình 4.3. Các tín hi u multipath n nh ng th i m khácnhau

án t t nghi p

-58-

Trong ó, an(t) và n(t) là suy hao và tr truy n d n c a thành ph n a ng th

n. L u ý r ng suy hao và tr truy n là m t hàm thay i theo th i gian, u này nói lên

ng, khi ô tô di chuy n thì hai i l ng này c ng thay i theo.

Ta xác nh ng bao ph c c a tín hi u thu

Gi s u vào kênh truy n song là tín hi u u ch có d ng:

( ) ( ) ( )( )tftAtx C φπ +⋅= 2cos (4.15)

Vì th c hi n mô ph ng d ng sóng b ng cách s d ng các tín hi u ng bao

ph c, nên ta ph i xác nh ng bao ph c cho c x(t) và y(t), t ó tìm ra h(t, ).

ng bao ph c c a tín hi u phát ( )tx~ : b ng cách ki m tra (4.15) ta có

( ) ( ) ( )tetAtx φ⋅=~ (4.16)

n bao c a tín hi u ( )ty~ c xác nh nh sau, thay (4.15) vào (4.14)

( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )[ ]∑=

−+−⋅−⋅=N

nnnCnn ttttfttAtaty

12cos τφτπτ (4.17)

Có th vi t l i là:

( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ){ }∑=

−− ⋅⋅⋅−⋅=N

n

tfjtfjttjnn

CnCn eeettAtaty1

22Re πτπτφτ (4.18)

Vì an(t) và A(t) u là giá tr th c nên (4.18) còn c vi t l i nh sau

(4.19)

(4.16), ta có: ( )( ) ( )( ) ( )( )ttxettA nttj

nn ττ τφ −=⋅− − ~ (4.20)

Vì th : ( ) ( ) ( ) ( )( )

⋅−⋅⋅= ∑=

−N

n

tfjn

tfjn

CnC ettxetaty1

22 ~Re πτπ τ (4.21)

Suy hao ng truy n ph c c nh ngh a là:

( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )

⋅⋅⋅−⋅= ∑=

−−N

n

tfjtfjttjnn

CnCn eeettAtaty1

22Re πτπτφτ

án t t nghi p

-59-

( ) ( ) ( )tfjnn

nCetata τπ2~ −⋅= (4.22)

Vì v y: ( ) ( ) ( )( )

⋅−⋅= ∑=

N

n

tfjn

Cettxtaty1

2~~Re πτ (4.23)

Vì v y, ng bao ph c c a tín hi u thu y(t) là:

( ) ( ) ( )( )∑=

−⋅=N

nnn ttxtaty

1

~~~ τ (4.24)

ây, ta có th rút ra áp ng xung kim c a kênh ( )th ,~τ là quan h vào ra c a kênh

c nh ngh a b i (4.24) t ng ng v i m t h th ng tuy n tính thay i theo th i

gian LTV có áp ng xung kim là:

( ) ( ) ( )( )∑=

−⋅=N

nn tttath

1

~,~

τδτ (4.25)

4.4. Phân b Rayleigh và phân b Ricean

4.4.1. Phân b Rayleigh

Trong nh ng kênh vô tuy n di ng, phân b Rayleigh th ng c dùng

mô t b n ch t thay i theo th i gian c a ng bao tín hi u fading ph ng thu c

)( 3tτ

),( τthb

t3

t0

t1

t2

0τ 2τ 3τ 4τ 2−Nτ 1−Nτ)( 0tτ

)( 1tτ

)( 2tτ

1τ

Hình 4.4. Minh h a áp ng xung kim c a kênh và lý l ch tr ang

t

án t t nghi p

-60-

ho c ng bao c a m t thành ph n a ng riêng l . Chúng ta bi t r ng ng bao

a t ng hai tín hi u nhi u Gauss tr c giao tuân theo phân b Rayleigh. Phân b

Rayleigh có hàm m t xác su t [7]:

(4.26)

i σ là giá tr rms (hi u d ng) c a n th tín hi u nh n c tr c b tách ng

bao (evelope detection).

σ 2 là công su t trung bình theo th i gian.

Xác su t ng bao c a tín hi u nh n c không v t qua m t giá tri R cho

tr c c cho b i hàm phân b tích l y (CDF):

(4.27)

Giá tr trung bình rmean c a phân b Rayleigh c cho b i:

(4.28)

Và ph ng sai 2rσ (công su t thành ph n ac c a ng bao tín hi u):

(4.29)

Giá tr hi u d ng c a ng bao là σ2 (c n b c hai c a giá tr trung bình bình

ph ng). Giá tr median c a r tìm c khi gi i ph ng

Vì v y giá tr mean và median ch khác nhau môt l ng là 0.55dB trong tr ng

p tín hi u Rayleigh fading. Hình 4.5 minh h a hàm m t xác su t Rayleigh.

<

∞≤≤

−=

)0(0

)0(2

exp)( 2

2

2

r

rrrrp σσ

−−==≤= ∫ 2

2

0 2exp1)()()(

σRdrrpRrPRP

R

r

σπ

σ 2533.12

)(][0

==== ∫∞

drrrprErmean

[ ] 222

0

2222 4292.02

22

)(][ σπ

σπ

σσ =

−=−=−= ∫

∞

drrprrErEr

∫ =⇒=medianr

medianrdrrp0

177.1)(21

σ (4.30)

án t t nghi p

-61-

4.4.2. Phân b Ricean

Khi có thành ph n truy n th ng n máy thu thì lúc này phân b s là Ricean.

Trong tr ng h p này, các thành ph n a ng ng u nhiên n b thu v i nh ng góc

khác nhau c x p ch ng lên tín hi u light-of-sight. T i ngõ ra c a b tách ng

bao, u này có nh h ng nh là c ng thêm thành ph n dc vào các thành ph n a

ng ng u nhiên. Gi ng nh trong tr ng h p dò sóng sin trong khi b nhi u nhi t,

nh h ng c a tín hi u light-of-sight (có công su t v t tr i) n b thu cùng v i các

tín hi u a ng (có công su t y u h n) s làm cho phân b Ricean rõ r t h n. Khi

thành ph n light-of-sight b suy y u, tín hi u t ng h p trông gi ng nh nhi u có ng

bao theo phân b Rayleigh. Vì v y, phân b b tr thành phân b Rayleigh trong

tr ng h p thành ph n light-of-sight m t i.

Hàm m t phân b xác su t c a phân b Ricean [7]:

(4.31)

0

p(r)

n th ng bao tín hi u t i u thu r (volts)

Hình 4.5: Hàm m t xác su t c a phân b Rayleigh

σ/6065.0

<

≥≥

=

+−

00

)0,0()( 202

)(

22

22

r

rAArIerrp

Ar

σσσ

án t t nghi p

-62-

A: biên nh c a thành ph n light-of-sight.

Io: là hàm Bessel s a i lo i 1 b c 0.

Phân b Ricean th ng c mô t b i thông s k c nh ngh a nh là t s

gi a công su t tín hi u xác nh (thành ph n light-of-sight) và công su t các thành

ph n a ng:

(4.32)

Hay vi t d i d ng dB:

(4.33)

k xác nh phân b Ricean và c g i là h s Ricean.

Khi A → 0, k → 0 ( ∞− dB) thành ph n light-of-sight b suy gi m v biên ,

phân b Ricean tr thành phân b Rayleigh.

Hình 4.6 mô t hàm m t xác su t c a phân b Ricean.

p(r)

k = ∞− dB

k = 6 dB

n th ng bao tín hi u t i u thu r (volts)

Hình 4.6: Hàm m t xác su t c a phân b Ricean: k = ∞− dB (Rayleigh) và k = 6 dB. V i k >>1, giá tr trung bình c a phân b Ricean x p x v i phân b Gauss

2

2

2σAk =

dBAdBk 2

2

2log10)(

σ=

án t t nghi p

-63-

4.5. K t lu n ch ng

Nh ng mô t toán h c c a ch ng này s là c s em có th th c hi n mô

ph ng s c c p ch ng ti p theo.

án t t nghi p

-64-

Ch ng 5

T QU MÔ PH NG VÀ H NG PHÁT TRI N TÀI5.1.Gi i thi u ch ng

Ch ng này th hi n k t qu c a hai ch ng trình mô ph ng:

• Mô ph ng th nh t nh m làm rõ nh h ng c a nhi u thông qua các tác ng

a hi n t ng Doppler, kênh pha inh Rayleigh và Ricean nh h ng n biên

t i máy thu, và giá tr BER.

• Mô ph ng th hai nh m làm rõ nguyên t c s d ng các ph ng pháp u ch

trong t ng u ki n kênh truy n và so sánh giá tr BER và t c d li u c a

i ph ng pháp u ch s và t c mã hóa s d ng (AMC) trong WiMAX.

5.2.Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a hi n t ng pha inh

Hình 5.1. Giao di n c a ch ng trình mô ph ng nh h ng c a pha inh

án t t nghi p

-65-

5.2.1. Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a hi n t ng Doppler

• Bài toán

Khi máy thu thay i v n t c di chuy n thì thì làm nh h ng n ch t l ng c a

tín hi u thông qua c ng tín hi u t i máy thu.

• t qu ch ng trình

• Nh n xét

Nhìn vào hình 5.2 và 5.3, ta th y c ng tín hi u t i máy thu thay i khi v n

c c a máy thu thay i.

5.2.2. Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a kênh Rayleigh n biên tín hi u

thu

• Bài toán

Cho tín hi u hình sin ch a u ch ( b ng t n g c). Cho tín hi u này i qua

hai ng truy n khác nhau, ng truy n th nh t i qua kênh truy n có l i

kênh truy n là c nh và ng truy n th hai có tr và biên thay i m t

cách ng u nhiên theo th i gian. T i u ra c a kênh, t c là u vào c a máy thu, ta

quan sát tín hi u thu thay i sau 10 l n o biên t i u vào máy thu.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010

-2

10-1

100 Received field

Rec

eive

d fie

ld in

tens

ity

time0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10-3

10-2

10-1

100

Received field

Rec

eive

d fie

ld in

tens

ity

time

Hình 5.2. C ng tín hi u t i máythu khi v=1000(km/h)

Hình 5.3. C ng tín hi u t i máythu khi v=45(km/h)

án t t nghi p

-66-

• c ích mô ph ng

Kh o sát s nh h ng c a hi n t ng a ng (multipath 2 tia) n ch t

ng c a tín hi u t i u vào máy thu.

• Mô hình mô ph ng

• t qu ch ng trình

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

time

amplitu

de

Rayleigh fading channel with two path sine wave input

Hình 5.5. S thay i biên t i u ra c a kênh multipath hai tiasau 10 l n o có G1(fixed gain)=1.

s(t)

Fixed gain

delay Variable gain

r(t)

h(t)

Hình 5.4. Mô hình kênh truy n Rayleigh

án t t nghi p

-67-

• Nh n xét

Do nh h ng c a hi n t ng a ng (multipath) làm cho biên t i máy thu

không n nh sau nhi u l n o. Do tr và s suy hao c a kênh th hai thay i

nh u nhiên theo th i gian nên trong m i l n o thì có m i giá tr khác nhau.

u này ã ch ng minh c r ng, trong truy n thông vô tuy n trong môi

tr ng t m nhìn th ng (LOS) ít gây suy hao và có ch t l ng h n trong môi tr ng có

m nhìn che khu t (NLOS).

5.2.3. Ch ng trình mô ph ng nh h ng c a công su t truy n n ch t l ng

a h th ng thông qua giá tr BER

• Bài toán

Mô ph ng hi u n ng BER c a h th ng QPSK ho t ng trong môi tr ng kênh

a ng 3 tia c nh v i AWGN và so sánh hi u n ng BER v i chính h th ng ó

nh ng ho t ng trên kênh lý t ng(không có a ng)

ng 5.1. Tham s c a các kênh

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

time

amplitu

de

Rayleigh fading channel with two path sine wave input

Hình 5.6. S thay d i biên t i u ra c a kênh multipath haitia sau 10 l n o có G1(fixed gain)=20

án t t nghi p

-68-

Các kênh P0 P1 P2 (m u) Chú thích

Kênh s 1 1.0 0 0 0 Kênh AWGN lý t ng

Kênh s 2 1.0 0.2 0 0 Pha inh ph ng Ricean

Kênh s 3 1.0 0 0.2 0 Kênh pha inh ph ng Ricean

Kênh s 4 1.0 0 0.2 8 Kênh pha inh ch n l c t n s

Ricean

Kênh s 5 0 1.0 0.2 0 Kênh pha inh ph ng Rayleigh

Kênh s 6 0 1.0 0.2 8 Kênh pha inh ch n l c t n s

Rayleigh

P0 , P1 , P2 xác nh các m c công su t t ng i c a ba ng và c tính b ng n

dB, trong ó P0 là công su t t ng i c a tia truy n th ng, P1 và P2 là công su t c a

hai tia ph n x .

•

TransmitterSignal

tDelay Delay spread

ReceiverSignal

t

Hình 5.7. Minh h a nhi u a ng 3 tia

án t t nghi p

-69-

• c ích mô ph ng

Mô ph ng này nh m làm rõ s nh h ng c a kênh pha inh Ricean và

Rayleigh; pha inh l a ch n t n s và pha inh ph ng lên giá tr BER c a h th ng

truy n thông vô tuy n.

• Nguyên t c mô ph ng

Giá tr BER c a m i kênh c c l ng b ng ph ng pháp c tính bán phân

tích. Ph ng pháp này là k t h p c a hai ph ng pháp: gi i tích và Monte Carlos

• u thu t toán

án t t nghi p

-70-

t u

Nh p các thông s sau:s ký(symbol): N, r ng c a 1 bít: tb,c l y m u fs, các giá tr Eb/N0

i ch ng trình conrandom_binary

Các kênh khácKênh s 1 S

Tính l i cho m i ngRayleigh và Ricean

i ch ng trình convxcorr

i ch ng trình conqpsk_berest

th BER theo t ng giá trEb/N0

Xu t ra màn hình

t thúc

án t t nghi p

-71-

• t qu c a ch ng trình

Hình 5.8. th BER c a kênh s 1 Hình 5.9. th BER c a kênh s 2)

Hình 5.10. th BER a kênh s 3 Hình 5.11. th BER a kênh s 4

án t t nghi p

-72-

• Nh n xét

a vào k t qu mô ph ng kênh s 1 và s 2 c minh h a hình 5.8 và hình

5.9, ta th y kênh s 1 ch có m t thành ph n i th ng LOS mà không có a ng,

nên ây là c tính BER bán phân tích cho h th ng QPSK ho t ng trong môi tr ng

kênh AWGN. ây là kênh chu n và c dùng so sánh v i k t qu BER mô ph ng

a n m kênh còn l i. Kênh s 2 có thêm thành ph n pha inh Rayleigh. Vi c thêm vào

này làm cho kênh này t ng ng v i kênh pha inh Ricean, do =0 nên k nh s 2 là

kênh pha inh ph ng(không ch n l c t n s ), và ta th y rõ r ng kênh này có giá tr

BER l n h n kênh s 1(kênh lý t ng)

t qu mô ph ng cho hai kênh s 3 và 4 trong hình 5.10 và hình 5.11. Hai kênh s

2 và 3v c b n là nh nhau. Kênh s 4 gi ng v i kênh s 3 ngo i tr là pha inh c a

kênh s 4 là kênh ch n l c t n s , =8(m u); và ta th y rõ là hi u n ng c a h th ng ã

gi m m t cách rõ r t(giá tr c a BER t ng lên). u này ch ng t nhi u ch n l c t n

(hay còn g i là ISI) có nh h ng r t l n n ch t l ng c a h th ng thông tin

không dây.

t qu mô ph ng cho kênh s 5 và 6 c th hi n trong hình 5.12 và hình 5.13 ,

hai kênh này u không có thành ph n i th ng NLOS(kênh Rayleigh ). Khi so sánh

Hình 5.12. th BER c a kênh s 5 Hình 5.13. th BER a kênh s 6

án t t nghi p

-73-

t qu c a kênh s 4 và kênh s 5 ta th y: m c dù là kênh s 5 là pha inh ph ng

nh ng k t qu là giá tr BER c a kênh này v n cao h n so v i tr ng h p có kênh có

ng truy n th ng LOS. Kênh s 6 c ng là kênh Rayleigh nh ng là trong tr ng h p

có tr ( kênh Rayleigh ch n l c t n s ) thì ch t l ng c a h th ng suy gi m tr m tr ng.

5.3. Ch ng trình mô ph ng tính BER và t c d li u c a các ph ng pháp

u ch s s d ng trong h th ng WiMAX

Mô ph ng g m có hai ph n:

-Mô ph ng c tính BER c a các ph ng pháp u ch s .

-T c d li u c a t ng ph ng pháp u ch s và t c mã hóa trong WiMAX.

• c ích mô ph ng

Hai mô ph ng này nh m ch ng minh cách s d ng t ng ph ng pháp u ch

có liên quan n bán kính c a t bào; ánh giá hi u qu s d ng ph t n c a các s

u ch ó.

Hình 5.14. Giao di n ch ng trình hai

án t t nghi p

-74-

5.3.1. th chòm sao

• u thu t toán

Hình 5.15. Bán kính t bào(cell) có liên quan n u ch thíchnghi(AMC)

t u

Nh p:-Các m c u ch -S l ng các tín hi u

i ch ng trìnhcon anhxa.m

th chòm sao c a cácph ng pháp u ch

Xu t ra màn hình

t thúc

án t t nghi p

-75-

t qu ch ng trình

Hình 5.16. Chòm sao tín hi u c aph ng pháp u ch BPSK

Hình 5.17. Chòm sao tín hi u c aph ng pháp u ch QPSK

Hình 5.18. Chòm sao tín hi u c aph ng pháp u ch 16-QAM Hình 5.19. Chòm sao tín hi u c a

ph ng pháp u ch 64-QAM

án t t nghi p

-76-

Nh n xét

u ch càng nhi u m c (M càng l n) thì kho ng cách Euclic gi a các c p m

ký hi u trong không gian tín hi u càng ng n.

5.3.2. th tán x

th tán x c dùng ánh giá s ch ng l n c a các tín hi u u ch s

khi b nh h ng c a nhi u.

Trong môi tr ng kênh AWGN, thì xác su t l i là m t hàm n u c a

kho ng cách Euclic gi a các c p m trong không gian tín hi u v i xác su t l i t ng

khi các m trong không gian tín hi u ó g n nhau h n, hay nói cách khác khi các

m tín hi u càng xít g n nhau thì xác su t l i càng t ng và ng c l i.

• u thu t toán t u

Nh p:-Các m c u ch -S l ng các tín hi u

i ch ng trìnhcon anhxa.m

th ánh x c a cácph ng pháp u ch

Xu t ra màn hình

t thúc

i qua kênh AWGN

án t t nghi p

-77-

• t qu ch ng trình

Hình 5.20. S tán x c aph ng pháp BPSK

Hình 5.21. S tán x c a ph ngpháp QPSK

Hình 5.22. S tán x c a ph ng pháp 16-QAM

Hình 5.23. S tán x c a ph ngpháp 64-QAM

án t t nghi p

-78-

• Nh n xét

Khi M càng l n thì các m trên chòm sao càng sát l i v i nhau. Do ó, các m

b ch ng l n lên nhau khi b nh h ng b i nhi u và d gây ra l i. u ó ã c

ch ng minh là hoàn toàn úng trong mô ph ng

5.3.3. Tính BER cho t ng ph ng pháp

• Nguyên t c mô ph ng

d ng ph ng pháp Monte Carlos c tính l i BER. D a vào chòm sao tín

hi u c a các ph ng pháp u ch có M m khác nhau(M là s m c u ch ), M

m này chia thành M vùng quy t nh. Khi ta cho tín hi u i qua kênh AWGN và so

sánh v i M m ban u, t ó tính c l i và tính BER.

Ngu n li u

So sánh các kýhi u

MÁYPHÁT

Ngu n t p âm

Ngu n t p âm

MÁYTHU

+

+

∧

eP

d[n]

xd[n]

xq[n]

nd[n]

nq[n]

x [n]yd[n]

yq[n]

[ ]∧

nd

Hình 5.24. S kh i mô ph ng tính BER

án t t nghi p

-79-

d ng b t o s ng u nhiên t o ra các s ng u nhiên phân b u trong

kho ng (0,1), t s ng u nhiên phân b u này ánh x (s p x p) thành m c biên

Am t ng ng v i các tr c I-Q cho các b u ch và gi i u ch s nêu trên. B s p

p (ánh x ) thành m c biên Am, lu ng d li u nh phân tr c h t c chuy n n i

ti p thành song song, sau ó c phân vào nhánh ng pha(nhánh I) và vuông pha

(nhánh Q),các t h p bit c a các thành ph n ng pha và vuông pha này c s p x p

thành các m c biên Am t ng ng.

ng 5.2. S p x p thành m c biên Am[8]

Quy t nh u raChu ch

Quy t nh m c ra theox

n v v)Ký hi u

tin(v) h pbit

Th i gian t n t igiá tr Am (th i gian

n t i m t ký hi u)TS là:

BPSK N u 0<x<0.5 thì quy tnh u rau 0.5<x thì quy t nhu ra

Am= -1

Am=+1

0

1

TS = TbBPS = 1

QPSK N u 0< x 0.5 thì quy tnh u rau 0.5< x thì quy t nhu ra

Am= -1

Am =+1

0

1

TS = 2TbBPS = 2

16-QAM N u 0 < x 0.25 thì quy tnh u rau 0.25< x 0.5 thì

quy t nh u rau 0.5 < x 0.75 thì

quy t nh u rau x> 0.75 thì quy t

nh u ra

Am= -3

Am= -1

Am= +1

Am=+3

00

01

10

11

TS = 4TbBPS = 4

64-QAM N u 0< x 0.125 thìquy t nh u ra

u 0.125< x 0.25 thìquy t nh u ra

u 0.25 < x 0.375 thìquy t nh u ra

u 0.375 < x 0.5 thì

Am = -7

Am= -5

Am =-3

000

001

010

án t t nghi p

-80-

Quy t nh u raquy t nh u ra

u 0.5 < x 0.625 thìquy t nh u ra

u 0.625 < x 0.75 thìquy t nh u ra

u 0.75 < x 0.875 thìquy t nh u ra

u 0.875 < x 1 thìquy t nh u ra

Am = -1

Am = +1

Am= +3

Am= +5

Am = +7

011

100

101

110

111

TS = 6TbBPS = 6

BPS là s bit trên m t ký hi u. Ta có M là m c u ch , thì BPS=log2M(bit). ây

ng là m t tham s dùng ánh giá hi u n ng thông l ng c a h th ng. hi u rõ

cách s p x p, xem trong s sau:

Hình 5.25. S d s p x p chòm sao c a các ph ng pháp u ch

M =64

M =16

M = 4M=20

Am

7

5

- 1

1

3

- 7

- 5

-3

1- 1- 3- 5- 7 753 Am

án t t nghi p

-81-

• u thu t toán

t u

Nh p:-Các ký hi u dùng trong mô ph ng-Các giá tr Eb/N0-Kh i t o m ng là m t vect hàng có cácph n t là các m c Am

o các tín hi u u ch ,sau ó c ng nhi u vào tín

hi u u ch

ii= length(Eb/N0)

So sánh các tín hi u ã c ngnhi u v i tín hi u u ch ban

u, t ó phát hi n ra l i vàm l i

ii>length(Eb/N0)S

Tính BER và v th BERtheo mô ph ng và theo lý

thuy t

Xu t ra màn hình th BER

t thúc

án t t nghi p

-82-

• t qu ch ng trình

Hình 5.26. th BER c a ph ng phápu ch BPSK

Hình 5.27. th BER c a ph ngpháp u ch QPSK

Hình 5.28. th BER c a ph ng phápu ch 16-QAM

Hình 5.29. th BER c a ph ngpháp u ch 64-QAM

án t t nghi p

-83-

Nh n xét:

*. Giá tr BER c a các ph ng pháp u ch

a vào k t qu mô ph ng trên ta th y giá tr BER mô ph ng b ng ph ng

pháp Monte Carlos là khác nhau cho m i ph ng pháp u ch

hình 5.26 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch BPSK, so v i ba ph ng

pháp còn l i thì ph ng pháp này có giá tr BER th p nh t, có ngh a là ph ng pháp

này s cho hi u n ng t t nh t và ít gây ra l i nh t. u này c ng phù h p trong lý

thuy t, vì ph ng pháp này ch s d ng m t bit/symbol truy n tin nên kh n ng gây

ra l i bit là r t th p(s bit truy n tin là log2M=1; M là m c u ch )

hình 5.27 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch QPSK, ph ng pháp này

có giá BER cao h n ph ng pháp BPSK, nh ng s bit tin truy n cho m t ký t là

2/symbol (log2M= 2), l n h n BPSK. Trong WiMAX, u ch 4 m c, ng i ta s

ng ph ng pháp QPSK, mà không s d ng ph ng pháp 4-QAM vì u ch 4-

QAM ph c t p h n và d gây ra l i h n do ph ng pháp này làm thay i c v pha

n biên .

hình 5.28 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch 16-QAM, ph ng pháp

này ta th y rõ giá tr BER cao h n hai ph ng pháp trên. Ph ng pháp này truy n c

nhi u bit h n, 4 bit/ symbol, nh ng chính vì v y mà d gây ra l i h n. Do ó, giá tr

BER cao h n. Ta c ng th y r ng giá tr BER mô ph ng c l i r t khác so v i giá tr

BER tính toán trên lý thuy t.

hình 5.29 là giá tr BER c a ph ng pháp u ch 64-QAM, ph ng pháp

này có giá tr BER cao nh t( 100). Vì v y, ph ng pháp này cho hi u n ng th p nh t

nh ng truy n c nhi u tin nh t trong các ph ng pháp u ch còn l i. Giá tr mô

ph ng l i càng khác xa v i giá tr lý thuy t.

c b n th BER, ta th y giá tr SNR(Eb/N0) càng t ng thì giá tr BER càng

gi m. u này hoàn toàn phù h p v i lý thuy t, vì khi SNR t ng thì ít gây ra l i

án t t nghi p

-84-

*.Hi u qu s d ng ph c a các ph ng pháp u ch

Hi u qu s d ng ph c a m t h th ng c ánh giá qua công th c sau:

Trong ó:

Rb là t c bit trong m t n v th i gian, trong ó Rb c tính theo công th c sau

ây:

Nh ã bi t:

M là s m c u ch

Ts là th i gian t n t i m t ký hi u, gi s TS=1s

B là toàn b b ng thông chi m d ng c a c h th ng

Th công th c (5.1) vào (5.2), ta có:

Theo công th c (5.3), ta th y hi u qu s d ng ph c a m t h th ng ph thu c

t nhi u vào giá tr M, M càng l n thì hi u qu s d ng ph càng t ng.

t khác, theo công th c (5.3), ta th y M càng l n thì t c truy n d li u

càng t ng lên

5.3.4. T c truy n d li u c a h th ng WiMAX

Theo nh k t qu cho b ng 5.3, ta th y t c d li u ph thu c r t nhi u vào

ph ng pháp u ch và t c mã hóa.

[ ][ ]HzB

sbítRR beff

/= (5.1)

( )s

b TMR 2log

= (5.2)

( )B

MReff

2log= (5.3)

án t t nghi p

-85-

ng 5.3. Ph ng pháp tín t c truy n c a WiMAX

• t qu ch ng trình

• Nh n xét

a vào b ng trên, ta th y t c d li u t ng khi s d ng ph ng pháp u ch

nhi u m c và t c mã hóa l n nh ng d gây ra l i l n.

5.4. K t lu n và h ng phát tri n tài

5.4.1. K t lu n

Tham s BER là m t tham s quan tr ng dùng ánh giá ch t l ng c a h

th ng, vì v y nó luôn c quan tâm n trong quá trình thi t k h th ng. Vi c mô

ph ng c tính giá tr BER cho t ng kênh truy n và các ph ng pháp u ch c a

th ng giúp ng i thi t k ánh giá úng nh ng nh h ng c a tác ng bên ngoài

n kênh truy n, l a ch n các ph ng pháp u ch thích h p cho t ng u ki n kênh

truy n, thu n l i h n trong vi c tri n khai h th ng trong th c t

Hình 5.. Nguyên t c mô ph ng o thông l ng c a t ng ph ng pháp

án t t nghi p

-86-

Trong ph m vi án này là tìm hi u t ng quan v công ngh WiMAX, các nh

ng c a nhi u n h th ng này và các bi n pháp kh c ph c các nh h ng này. Các

t qu mô ph ng trên hoàn toàn úng v i lý thuy t a ra.

5.4.2. H ng phát tri n tài

Trong ph m vi tài này, em ã tìm hi u nh ng nh h ng ch y u trong m ng

truy n thông không dây nói chung c ng nh trong WiMAX và các bi n pháp kh c

ph c trong WiMAX. Trong ch ng trình mô ph ng nh h ng c a pha- inh; em ch

gi i h n nh h ng c a hi n t ng Doppler c ng tín hi u t i máy thu, c a kênh

thay i theo th i gian n biên t i máy thu, nh h ng c a kênh Rayleigh và

Ricean g m ba tia và mô hình kênh truy n ã c n gi n hóa. Trong mô ph ng các

ph ng pháp u ch , em ch h n ch trong b n ph ng pháp u ch thông d ng

nh t th ng dùng trong WiMAX. Do ó, tài này còn có th phát tri n theo nhi u

ng khác nhau cho tài này g n v i th c t h n. H ng phát tri n tài nh

sau:

• r ng tìm hi u các ph ng pháp u ch s khác nhi u m c h n; ch ng h n

nh 256-QAM,v.v…

• i sâu tìm hi u nh h ng c a hi n t ng Doppler n ch t l ng c a h th ng

và bi n pháp kh c ph c, vì hi n t ng này có nh h ng áng k n m ng di

ng.

• Tìm hi u k h n v bi n pháp kh c ph c l i b ng ph ng pháp c l ng và

cân b ng kênh phía thu vì ph ng pháp này r t quan tr ng trong quá trình

th c hi n AMC.

án t t nghi p

-87-

TÀI LI U THAM KH O

[1] Nguy n V n c, “ Lý thuy t và các ng d ng c a k thu t OFDM”,

Nhà xu t b n Khoa h c và K thu t- Hà N i-2006.

[2] TS. Lê Thanh D ng-ThS. Lâm V n à, “WiMAX di ng, phân tích

, so sánh v i các công ngh 3G”, Nhà xu t b n B u n- Hà N i 2007.

[3] Vladimir Bykovnikov,“The Advantages of SOFDMA for WiMAX”,

Intel Corporation.

[4] Jeffrey G. Andrews, Ph.D., “Fundamentals-of-wimax-understanding-

broadband-wireless-networking”, Prentice Hall, ISBN 0-13-222552-2.

[5] WIMAX forum, “WiMAX’s technology for LOS and NLOS

environments ”.

[6] RDW X-MobilityTMWhite Paper, “A WiMAX Compliant Technology”,

September 6, 2007.

[7] Theodore S. Rappaport “Wireless Communications Principles and

Practice”, Prentice Hall, Inc, ISBN 0-13-375536-3.

[8] Diplomarbeit, “Implementation of a WiMAX simulator in Simulink”,

Amalia Roca, Vienna, February 2007.

[9] Dr. Maha Elsabrouty, “Lecture 6: Wireless Networking”

[10] ROHDE&SCHWARZ, “Introduction OFDM”

án t t nghi p

-88-

PH L C

(t p ính kèm)