Tài liệu Lập lịch băng thông dựa trên kỹ thuật phản hồi kép trong wimax

  • Số trang: 60 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 162 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Lập lịch băng thông dựa trên kỹ thuật phản hồi kép trong WiMAX
LỜI MỞ ĐẦU Khi thế giới bước vào kỷ nguyên của Internet, thiết bị di động và truyền tải thông tin băng rộng thì có rất nhiều công nghệ mới được nghiên cứu, thử nghiệm và đi vào sử dụng. Trong vài năm lại đây, sự bùng nổ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – tên thương mại của chuẩn 802.16 với nghĩa là khả năng tương tác toàn cầu với viba – đã tạo ra sự quan tâm rất lớn đối với những người trong ngành và các cơ quan chuyên môn. Là một công nghệ vô tuyến tiên tiến, WiMAX có những đặc điểm vượt trội như là khả năng truyền dẫn tốc độ cực cao, chất lượng dịch vụ tốt, an ninh đảm bảo, dễ dàng lắp đặt…chính vì vậy sự phát triển nhanh chóng của WiMAX là một tất yếu. WiMAX truyền tải tốc độ dữ liệu cao nhờ công nghệ không dây bằng sóng viba theo họ chuẩn 802.16. Nó được xây dựng trên nền tảng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM và lớp MAC linh hoạt, mềm dẻo… Trải qua các giai đoạn phát triển, họ 802.16 được đưa ra nhiều chuẩn công nghệ như là 802.16a, 802.16b, 802.16c, 802.16d, 802.16e, 802.16g…tuy nhiên hiện nay các nhà khai thác đang thử nghiêm và sử dụng chủ yếu là họ chuẩn 802.16e do đây là họ chuẩn phù hợp với nhiều lĩnh vực kinh doanh trên thị trường như là thiêt bị di động, thiết bị cầm tay, và cả thiết bị cố định…chuẩn tấn số WiMAX khá rộng và đa dạng, nhưng theo khuyến khích thì tần số sử dụng cho WiMAX tốt nhất ở các dải tần như là: 2,3GHz, 2,4 GHz 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, 3,7 GHz, và 5,8 GHz. Đây là tần số áp dụng tốt nhất cho chuẩn 802.16e. Khóa luận được chia thành 5 chương. Chương 1 giới thiệu chung về WiMAX. Chương 2 trình bày về chuẩn IEEE 802.16, tập trung vào các lớp giao thức trong chuẩn: lớp PHYsical, lớp MAC. Chương 3 là phần trọng tâm trình bày về thuật toán yêu cầu-cấp phát băng thông động dựa trên phản tiếp kép. Chương 4 là phần mô phỏng và chương 5 là phần kết luận. Khóa luận này nghiên cứu về một công nghệ truy cập mạng không dây còn rất mới và do thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể phát triển hướng nghiên cứu của mình. 1 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo và các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TSKH Nguyễn Đình Thông, người trực tiếp hướng dẫn em làm khóa luận này ! Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19/5/2009 Sinh viên Phan Thanh Tùng 2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................2 MỤC LỤC.................................................................................................................3 HÌNH VẼ...................................................................................................................5 CHƯƠNG 1 Giới thiệu chung về WiMAX...................................................................................8 1.1. Tổng quan về WiMAX....................................................................................8 1.2. Đặc điểm nổi bật của công nghệ WiMAX.....................................................9 1.3. Quá trình phát triển các chuẩn WiMAX.........................................................9 CHƯƠNG 2 Chuẩn IEEE 802.16................................................................................................11 2.1. Lớp giao thức trong IEEE 802.16 [6] [7]......................................................11 2.1.1Lớp PHYsical...........................................................................................13 2.1.1.1Cơ bản về OFDM..............................................................................14 2.1.1.2Cơ bản về OFDMA...........................................................................16 2.1.1.3Các hình thức kênh con (subchannelization)....................................18 2.1.1.4 Mã hóa và điều biến thích nghi (AMC)...........................................21 2.1.2Đặc trưng lớp MAC của IEEE 802.16.....................................................21 2.1.2.1 Lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng(CS)..............................................21 2.1.2.2 Lớp con phần chung ( MAC CPS)...................................................24 2.1.2.3 Lớp con an ninh................................................................................31 2.1.3Cấu trúc của MAC frame TDD................................................................32 2.1.3.1Frame con Downlink OFDM PHY...................................................33 2.1.3.2Frame con Uplink OFDM PHY........................................................34 2.2 Luồng dịch vụ và các lớp dịch vụ.................................................................35 2.2.1 Service Flow...........................................................................................35 2.2.2. Classes of service...................................................................................36 2.3. Kiểu kiến trúc QoS và QoS Scheduling........................................................37 2.3.1. Kiến trúc QoS.........................................................................................37 2.3.2. QoS Scheduling......................................................................................38 2.3.2.1 UGS scheduling...............................................................................39 2.3.2.2rtPS scheduling..................................................................................39 2.3.2.3nrtPS scheduling................................................................................40 3 2.3.2.4BE scheduling...................................................................................40 2.3.2.5 ErtPS scheduling..............................................................................40 CHƯƠNG 3 Thuật toán yêu cầu-cấp phát băng thông động dựa trên phản tiếp kép...........41 3.1. Giới thiệu.......................................................................................................41 3.2. Kiến trúc QoS của IEEE 802.16...................................................................43 3.2.1. Cơ cấu lập lịch (Scheduling framework)...............................................43 3.2.2 Kỹ thuật yêu cầu-cấp phát băng thông uplink........................................43 3.3 Thuật toán yêu cầu băng thông động [3].......................................................45 3.3.1 Cơ sở thiết kế..........................................................................................45 3.3.1.1. Giới thiệu về mục tiêu trễ (target delay).........................................45 3.3.1.2 Phương pháp phản tiếp kép (dual feedback)...................................47 3.3.2. Thuật toán và các vấn đề thực thi...........................................................48 3.4. Phân tích thuật toán......................................................................................50 3.4.1. Mô hình hệ thống...................................................................................50 3.4.2. Ảnh hưởng của những tham số điều khiển.............................................51 3.4.3.Phân tích tính ổn định .............................................................................52 CHƯƠNG 4 Mô phỏng sử dụng Matlab....................................................................................53 4.1 Thuật toán cải tiến.........................................................................................53 4.2 Mô phỏng......................................................................................................54 CHƯƠNG 5 Kết luận...................................................................................................................59 4 HÌNH VẼ Hình 2.1: Mô hình OSI bảy lớp cho các ứng dụng. Trong WiMAX/802.16 chỉ 2 lớp đầu tiên được định nghĩa................................................................................12 Hình 2.2: Các lớp giao thức của chuẩn BWA 802.16..........................................13 Hình 2.3: So sánh sóng OFDM với các hình thức truyền thống........................15 Hình 2.4: Chèn thêm tuần tố vòng (Cyclic Prefix) [8]........................................16 Hình 2.5: Khác nhau giữa OFDM và OFDMA [8].............................................17 Hình 2.6: Cấu trúc sóng mang con OFDMA [8].................................................19 Hình 2.7: Kênh con phân tập tần số DL...............................................................19 Hình 2.8: Cấu trúc tile cho UL PUSC..................................................................20 Hình 2.9: Bán kính cell..........................................................................................21 Hình 2.10: Phân loại và ánh xạ CID. Nguyên lý như nhau cho cả hai chiều: BS đến SS và SS đến BS [7].........................................................................................23 Hình 2.11: Cấu trúc khung TDD của WiMAX [6]..............................................34 Hình 2.12: Kiến trúc QoS của IEEE 802.16 [5]..................................................38 Hình 2.13: Việc lập thời biểu DL và UL của BS [5]............................................39 Hình 3.1: Một vài hàm để tính toán băng thông bổ sung yêu cầu phụ thuộc vào chiều dài hàng đợi[3]..............................................................................................46 Hình 3.2: Đáp ứng xung của hệ thống với những giá trị khác nhau của tham số điều khiển [3].....................................................................................................51 5 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AMC Adaptive Modulation and Coding BE Best Effort BER Bit Error Ratio BS Base Station BPSK Binary Phase Shift Keying CID Connection Identifier DS-CDMA Direct-Sequence Code Division Multiple Access ertPS Extended Real-Time Polling Service FDD Frequency division duplexing 6 FFT Fast Fourier Tranform IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IFFT Inverse Fast Fourier Tranform LDPC Low-density parity-check LLC Logical Link Control LOS Line of Sight MAC Media Access Control MIMO Multi input multi output NLOS Non line of sight nrtPS Non-Real-Time Polling Service OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access OSI Open Systems Interconnection PDA Personal Digital Assistant PDU Protocol data unit PMP Point-to-multipoint QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of service QPSK Quadrature Phase Shift Keying rtPS Real-Time Polling Service SNR Signal-to-Noise Ratio SS Subscriber Station TDD Time division duplexing TDMA Time division multiple access UGS Unsolicited Grant Service 7 WiFi Wireless Fidelity WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WMAN Wireless Metropolitan Area Network CHƯƠNG 1 Giới thiệu chung về WiMAX 1.1. Tổng quan về WiMAX WiMAX là tên thương mại của chuẩn IEEE 802.16. Ban đầu chuẩn này được tổ chức IEEE đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề kết nối cuối cùng trong một mạng không dây đô thị WMAN hoạt động trong tầm nhìn thẳng (Line of Sight) với khoảng cách từ 30 tới 50 km. Nó được thiết kế để thực hiện đường trục lưu lượng cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây, kết nối các điểm nóng WiFi, các hộ gia đình và các doanh nghiệp….đảm bảo QoS cho các dịch vụ thoại, video, hội nghị truyền hình thời gian thực và các dịch vụ khác với tốc độ hỗ trợ lên tới 280 Mbit/s mỗi trạm gốc. Chuẩn IEEE 802.16-2004 hỗ trợ thêm các hoạt động không trong tầm nhìn thẳng tại tần số hoạt động từ 2 tới 11 GHz với các kết nối dạng mesh (lưới) cho cả người dùng cố định và khả chuyển. Chuẩn mới nhất IEEE 802.16e, được giới thiệu vào ngày 28/2/2006 bổ sung thêm khả năng hỗ trợ người dùng di động hoạt động trong băng tần từ 2 tới 6 GHz với phạm vi phủ sóng từ 2 - 5 km. Chuẩn này đang được hy vọng là sẽ mang lại dịch vụ băng rộng thực sự cho những người dùng thường xuyên di động với các thiết bị như laptop, PDA tích hợp công nghệ WiMAX. 8 1.2. Đặc điểm nổi bật của công nghệ WiMAX WiMAX đã được tiêu chuẩn hoá ở IEEE 802.16. Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau : - Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km - Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s. - Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền bị che khuất NLOS (Non line of sight). - Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hoá. - Trong WiMAX hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống. Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM - WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. - Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con . Với công nghệ OFDMA, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần. - Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink). - Hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp con : Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên . 1.3. Quá trình phát triển các chuẩn WiMAX - 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2 - 11 GHz. Đây là băng tần thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong 9 đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc vớiBS thông qua một thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới rộng. - 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (class of service). Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a. - 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tần từ 1066GHz với mục đích cải tiến interoperability. - 802.16d : Có một số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802.16a. Chuẩn này được chuẩn hóa 2004. Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này. - 802.16e : Đặc điểm nổi bật của chuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động. IEEE 802.16e hay là một chuẩn mở rộng (amendment) của chuẩn 802.16-2004, thường được gọi là WiMAX di động (Mobile WiMAX) vì nó có khả năng đáp ứng dịch vụ cho người dùng di động thông qua các giao thức chuyển giao. 802.16e dùng kỹ thuật đa truy nhập SOFDMA; sử -dụng kỹ thuật MIMO và AAS để cải thiện vùng phủ và năng suất; mã Turbo và LDPC để tăng tính an toàn và cải thiện hiệu năng của NLOS. Bảng 1 :So sánh các chuẩn 802.16 802.16 802.16a 802.16d 802.16e 10 – 66 2 – 11 2 – 11 2–6 Cấu hình Trực xạ Không trực xa Không trực xạ Tốc độ bit 32 – 134 Mbps Phổ (GHz) Kênh 28 MHz Điều chế 75 Mbps Kênh 20 MHz <=70 MHz Kênh 20 MHz OFDM OFDM 256 sóng mang 256 sóng mang 10 Không trực xạ 15 Mbps (max 75 Mbps) Kênh 5 MHz OFDM 512/1024/2048 QPSK, 16QAM, 64QAM Tính di dộng con QPSK , 16QAM , 64QAM con, BPSK QPSK , 16QAM , 64QAM BPSK,QPSK , 16QAM , 64QAM Cố định Cố định Cố định Di động Băng thông (MHz) 20, 25 ,28 1.5 tới 20 1.25 tới 20 1.5 tới 20 Bán kính cell 2 – 7 km 7-10 km max 50 2 -7 km 2 -7 km CHƯƠNG 2 Chuẩn IEEE 802.16 2.1. Lớp giao thức trong IEEE 802.16 [6] [7] Chuẩn IEEE 802.16 áp dụng mô hình 7 lớp OSI. Mô hình OSI phân chia các chức năng của những giao thức khác nhau thành một loạt các lớp ( layer) Hai lớp thấp nhất là lớp Physical (PHY) hoặc lớp 1 và lớp Data Link hoặc lớp 2. IEEE 802 tách lớp Data Link OSI thành 2 lớp con có tên là Logical Link Control (LLC) và Media Access Control (MAC). 11 Hình 2.1: Mô hình OSI bảy lớp cho các ứng dụng. Trong WiMAX/802.16 chỉ 2 lớp đầu tiên được định nghĩa Lớp PHY tạo nối kết vật lý giữa 2 thực thể giao tiếp ( các thực thể ngang hàng), trong khi lớp MAC có trách nhiệm thiết lập và bảo trì nối kết ( đa truy nhập, scheduling, . . .). Chuẩn IEEE 802.16 xác định giao diện không khí ( air interface) của một hệ thống BWA cố định hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện (multimedia). Lớp Medium Access Control (MAC) hỗ trợ một cấu trúc chủ yếu point-to-multipoint (PMP) với một topo mạng lưới tùy chọn. Lớp MAC được tạo cấu trúc để hỗ trợ nhiều lớp vật lý (PHY) được xác định trong cũng một chuẩn. Thực tế, chỉ hai trong các lớp đó được sử dụng trong WiMAX. 12 Hình 2.2: Các lớp giao thức của chuẩn BWA 802.16 Cấu trúc các lớp giao thức được định nghĩa trong WiMAX/802.16 được minh họa trong hình 2.2. Có thể thấy rằng chuẩn 802.16 định nghĩa chỉ 2 lớp thấp nhất, lớp PHYsical ( vật lý) và lớp MAC vốn là phần chính của lớp Data Link ( liên kết dữ liệu). Bản thân lớp MAC gồm 3 lớp con, CS (Convergence Sublayer), CPS (Common Part Sublayer) và Security Sublayer. 2.1.1 Lớp PHYsical WiMAX sử dụng công nghệ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex). Ưu điểm quan trọng của OFDM là khả năng mang lại hiệu suất băng thông cao hơn và do đó thông lượng dữ liệu sẽ cao hơn ngay cả khi hoạt động trong môi trường kết nối NLOS (None Line of Sight) hay điều kiện đa đường. Trong chuẩn IEEE 802.16-2004, tín hiệu OFDM được chia thành 256 sóng mang, còn chuẩn IEEE 802.16e sử dụng phương thức SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ một phạm vi rộng các tần số hoạt động và lớp vật lý có thể thực hiện một vài phương thức điều chế và ghép kênh. Phương thức điều chế tại đường xuống và đường lên có thể là BPSK, QPSK, 16-QAM hoặc 64 QAM. Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ cả 2 phương thức song công là TDD và FDD. Trong cơ chế TDD, khung đường xuống và đường lên chia sẻ một tần số nhưng tách biệt về mặt thời gian. Trong FDD, truyền tải các khung đường xuống và đường lên diễn ra cùng một thời điểm, nhưng tại các tần số khác nhau. 13 Độ dài khung có thể là 0.5, 1, 2ms. Trong TDD, phần khung được chỉ định cho đường xuống và phần khung chỉ định cho đường lên có thể có độ dài khác nhau. Đường lên sử dụng phương thức đa truy nhập TDMA, ở đó băng thông được chia thành các khe thời gian. Mỗi một khe thời gian được chỉ định cho một MS (trạm di động) riêng lẻ đang được BS (trạm gốc) phục vụ. Một khung con đường xuống thường chứa 2 phần. Một phần dành cho thông tin điều khiển, chứa mào đầu nhằm đồng bộ và ánh xạ khung và các dữ liệu khác. Một ánh xạ đường xuống (DL_MAP) ấn định vị trí bắt đầu và các thuộc tính truyền dẫn của các cụm dữ liệu. Một ánh xạ đường lên (UL_MAP) chứa thông tin chỉ định băng thông dành cho trạm di động SS. 2.1.1.1 Cơ bản về OFDM WIMAX sử dụng công nghệ OFDM để truyền dữ liệu ở giao diện vô tuyến và cho phép các thuê bao truy nhập kênh. Cũng có nhiều công nghệ khác ở giao diện này như FDM, CDMA. Tuy nhiên OFDM đã chứng tỏ nó có những ưu điểm hơn rất nhiều về tốc độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đã được IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng trong chuẩn IEEE.802.16. Các kĩ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA như trong chuẩn 802.11b rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường vì thời gian trễ có thể vượt qua khoảng thời gian của một kí tự. OFDM sử dụng kĩ thuật truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền kí tự lên nhiều lần. Ngoài ra OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ GI (Gaurd Interval) thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền giữa 2 kí tự nên nhiễu ISI có thể được loại bỏ hoàn toàn. Trên kênh truyền dẫn thì nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề ảnh hưởng lớn đến chất lượng truyền thông tín hiệu. Tuy vậy OFDM cũng rất mềm dẻo và linh hoạt khi giải quyết vấn đề này. OFDM có thể khôi phục lại kênh truyền thông qua tín hiệu dẫn đường (Pilot) được truyền đi cùng với dòng tín hiệu thông tin. Ngoài ra với các kênh con suy giảm nghiêm trọng về tần số thì OFDM còn có một lựa chọn nữa để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm bớt số bit mã hóa cho một tín hiệu điều chế tại kênh tần số đó. 14 Hình 2.3: So sánh sóng OFDM với các hình thức truyền thống Hình 2.3 so sánh giữa hai hình thức điều chế. Đối với các hình thức truyền thống, một sóng mang đơn với băng thông rộng sẽ được truyền đi, trong khi với OFDM băng thông rộng này được chia thành các băng con, mỗi băng con sẽ ứng với một sóng mang con, các sóng mang con trực giao nhau. Việc chia băng con này sẽ làm tốc độ trên mỗi băng con này giảm đi N lần, tuy nhiên, chu kì của một sóng mang cũng sẽ dài hơn N lần. Điều này giúp cho việc đồng bộ dễ dàng hơn, tránh nhiễu đa đường cũng tốt hơn. Việc chia thông tin cũng giúp cho việc chống nhiễu tốt hơn, vì nếu bị nhiễu, cũng chỉ bị nhiễu trên các cụm đơn lẻ, nên có thể khắc phục dễ dàng hơn. Mỗi sóng mang được gán luồng dữ liệu để truyền đi. Biên độ và pha của sóng mang được tính toán dựa trên phương thức điều chế (thường là QPSK, BPSK, QAM). Sau đó dùng biến đổi IFFT (Inverse Fast Fourier Tranform) để biến từ miền tần số về miền thời gian. IFFT là một phương pháp biến đổi hiệu quả và đảm bảo cho các sóng mang con trực giao. Tại bộ nhận, người ta dùng biến đổi FFT(Fast Fourier Tranform) để biến đổi ngược lại từ miền thời gian sang miền tần số. Một vấn đề quan trọng trong truyền dẫn là sự đòi hỏi khắt khe về sự đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Intercarrier Interfrence) mà hậu quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng ảnh hưởng tới hệ thống cũng như BER. Tuy nhiên OFDM cũng có thể giảm bớt sự phức tạp của vấn đề đồng bộ thông qua khoảng bảo vệ 15 GI. Việc sử dụng chuỗi GI cho phép OFDM có thể điều chỉnh tần số thích hợp mặc dù việc thêm GI cũng đồng nghĩa với việc giảm hiệu quả sử dụng băng tần. Hình 2.4: Chèn thêm tuần tố vòng (Cyclic Prefix) [8] Lý thuyết OFDM đòi hỏi một tuần tố vòng (CP) phải được thêm ở đầu ký hiệu OFDM như trong hình 2.4. Không cần đi vào các chi tiết toán học của OFDM, có thể nói CP cho phép bộ thu hấp thụ hiệu quả hơn nhiều sự phân bố thời gian trễ do sự đa đường dẫn (multipath) và duy trì tính trực giao tần số. CP vốn chiếm một khoảng thời gian được gọi là Guard Time (GT), thường được biểu thị là TG, là một sự dư thừa thời gian vốn phải được xem xét trong các phép tính tốc độ dữ liệu. Tỷ số TG/Td thường được biểu thị là G trong các tài liệu WiMAX/802.16. Việc lựa chọn G được thực hiện theo những xem xét sau đây: nếu hiệu ứng đa đường quan trọng ( một kênh vô tuyến kém), cần đến một giá trị G cao vốn tăng sự dư thừa và sau đó giảm tốc độ dữ liệu hữu dụng; nếu hiệu ứng đa đườn dẫn nhẹ hơn ( một kênh vô tuyến tốt), một giá trị tương đối nhỏ hơn là G có thể được sử dụng. Đối với các lớp PHY OFDM và OFDMA, 802.16 định nghĩa các giá trị sau đây cho G: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. Đối với các profile WiMAX di động ( OFDMA) hiện được định nghĩa, chỉ giá trị 1/8 là bắt buộc. Chuẩn xác định rằng đối với các lớp PHY OFDM và OFDMA, một SS tìm kiếm lúc khởi tạo, để tìm tất cả các giá trị có thể có của CP cho đến khi nó tìm thấy CP được sử dụng bởi BS. Sau đó, SS sử dụng cùng một CP trên uplink. Một khi khoảng thời gian CP riêng biệt đã được chọn bởi BS để hoạt động trên downlink, nó không thể được thay đổi. Việc thay đổi CP sẽ buộc tất cả SS tái đồng bộ với BS. 2.1.1.2 Cơ bản về OFDMA 16 Trong WIMAX fixed, áp dụng công nghệ OFDM, còn trong WIMAX theo chuẩn 802.16e, áp dụng công nghệ OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), hai công nghệ này có vài sự khác biệt cơ bản như sau: Hình 2.5: Khác nhau giữa OFDM và OFDMA [8] 17 Công nghệ OFDMA cũng áp dụng cách chia băng to thành các băng con trực giao giống như OFDM, tuy nhiên ở OFDMA, các sóng mang con này được nhóm lại thành các nhóm, mỗi nhóm sẽ được gán cho một người dùng khác nhau như hình 2.5 Ngoài các sóng mang dữ liệu và bảo vệ, trong OFDMA còn có các sóng mang đánh dấu (Pilot Carriers) nhằm phục vụ cho việc đồng bộ. Trong OFDM chỉ một người dùng hoạt động trong một khe thời gian, tuy nhiên, trong OFDMA, nhiều người dùng có thể cùng hoạt động trong một khe thời gian. Do đó, nếu chỉ có một người dùng trong khe thời gian, toàn bộ công suất sẽ được dồn lại cho người dùng này. Điều này mang lại độ lợi 15dB so với OFDM. Vì trong OFDMA nhiều người dùng có thể chia sẻ một khe thời gian nên việc quản lí phổ tần số và công suất phát linh hoạt hơn Với WIMAX áp dụng công nghệ OFDM, nên chỉ sử dụng phương thức truy nhập FDD, trong khi với công nghệ OFDMA, sẽ sử dụng được phương thức truy nhập TDD. Hai phương thức này có những đặc điểm như sau: FDD yêu cầu đường lên và đường xuống là hai tần số khác nhau, do đó không tiết kiệm dải tần. TDD thì cả đường lên và đường xuống đều dùng cùng một tấn số, chỉ khác nhau về khe thời gian truy nhập, do đó tiết kiệm được dải tần. FDD thì tốc độ đường lên và đường xuống luôn bằng nhau, trong khi TDD thì có thể điều chỉnh được giữa tốc độ đường lên và đường xuống. 2.1.1.3 Các hình thức kênh con (subchannelization) Cấu trúc kí hiệu OFDMA gồm có 3 loại sóng mang con như trong hình 2.6: • Sóng mang con dữ liệu để truyền dẫn dữ liệu. • Sóng mang con hoa tiêu cho mục đích ước tính và đồng bộ. • Sóng mang con vô giá trị không dùng cho truyền dẫn, mà sử dụng cho các dải bảo vệ và các sóng mang DC. Các sóng mang con tích cực (dữ liệu và hoa tiêu) được nhóm thành các tập con gọi là các kênh con. Lớp vật lí OFDMA WiMAX hỗ trợ kênh con trong cả DL và UL. Đơn vị 18 tài nguyên thời gian - tần số nhỏ nhất của phân kênh con là một khe bằng 48 tone dữ liệu (sóng mang con). Có hai loại hoán vị sóng mang con phân cho kênh con; phân tập và liền kề. Hoán vị phân tập đưa các sóng mang con giả ngẫu nhiên vào dạng một kênh con. Nó cung cấp phân tập tần số và trung bình hóa nhiễu giữa các tế bào. Các hoán vị phân tập bao gồm DL FUSC (sóng mang con được sử dụng hoàn toàn), DL PUSC (sóng mang con được sử dụng một phần), UL PUSC và các hoán vị không bắt buộc. Hình 2.6: Cấu trúc sóng mang con OFDMA [8] Với DL PUSC, mỗi cặp kí hiệu OFDM, các sóng mang con khả dụng hoặc thích hợp được nhóm thành các cụm bao gồm 14 sóng mang con liền kề trên một chu kì kí hiệu, có cấp phát hoa tiêu và dữ liệu ở mỗi cụm trong các kí hiệu lẻ và chẵn được biểu diễn như trong hình Hình 2.7: Kênh con phân tập tần số DL Kế hoạch sắp xếp lại được sử dụng để nhóm các cụm sao cho mỗi nhóm được cấu thành từ các cụm được phân bố khắp không gian sóng mang con. Một kênh con trong một nhóm gồm hai cụm và được cấu thành từ 48 sóng mang con dữ liệu, 8 sóng mang con hoa 19 tiêu. Các sóng mang con dữ liệu trong mỗi nhóm được hoán vị để tạo ra các kênh con trong nhóm. Vì vậy, chỉ các vị trí hoa tiêu trong cụm được biểu diễn trong hình 2.7. Các sóng mang con dữ liệu trong cụm được phân bố cho nhiều kênh con. Tương tự với cấu trúc cụm DL, một cấu trúc tile được định nghĩa cho UL PUSC có dạng như hình 2.8: Hình 2.8: Cấu trúc tile cho UL PUSC Không gian sóng mang con khả dụng được chia thành các tile và 6 tile được chọn qua toàn bộ phổ bởi kế hoạch hoán vị/sắp xếp lại, được nhóm lại để hình thành một khe. Khe gồm có 48 sóng mang con dữ liệu và 24 sóng mang con hoa tiêu trong 3 kí hiệu OFDM. Hoán vị liền kề nhóm một khối các sóng mang con liền kề để hình thành một kênh con. Hoán vị liền kề bao gồm DL AMC và UL AMC, và có cấu trúc tương tự. Một bin gồm 9 sóng mang con liền kề trong một kí hiệu, với 8 gán cho dữ liệu và 1 gán cho hoa tiêu. Một khe trong AMC được định nghĩa như một tập hợp các bin của kiểu (NxM=6), trong đó N là số bin liền kề và M là số kí hiệu liền kề. Vì vậy cho phép các kết hợp là [(6 bin, 1 kí hiệu), (3 bin, 2 kí hiệu), (2 bin, 3 kí hiệu), (1 bin, 6 kí hiệu) ]. Hoán vị AMC cho phép phân tập đa người sử dụng bởi lựa chọn kênh con với đáp ứng tần số tốt nhất. Nhìn chung, phân tập hoán vị sóng mang con thực hiện tốt trong các ứng dụng di động trong khi đó các hoán vị sóng mang con liền kề thì tốt trong các môi trường cố định hoặc tính di động thấp. Các sự lựa chọn này cho phép thiết kế hệ thống để cân bằng các yếu tố của tính di động cho thông lượng. 20
- Xem thêm -