i MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, kỹ thuật thông tin vô tuyến đã có những bước tiến triển vượt bậc. Sự phát triển nhanh chóng của video, thoại và thông tin dữ liệu trên internet, điện thoại di động có mặt ở khắp mọi nơi, cũng như nhu cầu về truyền thông đa phương tiện di động đang ngày một phát triển. Sự hoạt động của các hệ thống vô tuyến này phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính của kênh thông tin vô tuyến như: fading lựa chọn tần số, độ rộng băng thông bị giới hạn, điều kiện đường truyền thay đổi một cách nhanh chóng và tác động qua lại của các tín hiệu. Nếu chúng ta vẫn sử dụng hệ thống đơn sóng mang truyền thống cho những dịch vụ này thì hệ thống thu phát sẽ có độ phức tạp cao hơn rất nhiều so với việc sử dụng hệ thống đa sóng mang, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một trong những giải pháp đang được quan tâm để giải quyết vấn đề này. Sự ra đời của hệ thống WIMAX đã mang lại một cuộc cách mạng cho hệ thống vô tuyến và mạng internet trên toàn thế giới. Hệ thống WIMAX đã đáp ứng được các nhược điểm của mạng vô tuyến truyền thống. Nhờ vào kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM, hệ thống WIMAX đã tiết kiệm được băng thông một cách đáng kể. Ngoài ra trong những năm gần đây, sự bùng nổ của mạng vô tuyến, khả năng liên lạc vô tuyến gần như tất yếu trong các thiết bị cầm tay, máy tính xách tay, điện thoại di động và một số thiết bị khác. Với tính năng ưu việt về kết nối và khả năng đáp ứng của nhu cầu ngày càng cao của con người, hệ thống WIMAX đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển thông tin. Từ những ưu điểm của OFDM và của hệ thống WIMAX trong tương lai, em thực hiện đề tài “TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ WIMAX”. Nội dung của đồ án được chia thành 3 chương : Chương 1 : Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trong chương này giới thiệu một cách tổng quan về kỹ thuật OFDM. Trình bày các đặc điểm và ứng dụng của kỹ thuật OFDM. ii Chương 2 : Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống WIMAX Trong chương này sẽ trình bày về những khái niệm cơ bản, về cấu trúc, các băng tần sử dụng, các ứng dụng thực tế và những ưu nhược điểm của công nghệ WIMAX. Chương 3 : Ứng dụng kỹ thuật OFDMA trong WIMAX Trong chương này sẽ trình bày về những khái niệm cơ bản, các đặc điểm và tính chất nổi bật của kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA. Qua đó chúng ta có thể thấy được những ưu điểm của kỹ thuật này trong việc xử lý truyền nhận tín hiệu nói chung và ứng dụng trong công nghệ WiMAX nói riêng. Trong thời gian làm đồ án, mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức còn hạn chế, thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên đồ án còn nhiều sai sót. Kính mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn Thạc sỹ Hồ Mạnh Cường đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành đồ án. iii NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… iv NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… v MỤC LỤC MỞ ĐẦU i DANH MỤC HÌNH VẼ viii CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT x CHƯƠNG 1 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 1 1.5.2 Sơ đồ bộ điều chế OFDM 9 1.6 NGUYÊN LÝ GI I I U CH OFDM Ả Đ Ề Ế 11 1.7 C TÍNH KÊNH TRUY N TRONG K THU T OFDMĐẶ Ề Ỹ Ậ 12 1.7.1 Sự suy hao 12 1.7.2 Nhiễu AWGN 12 1.7.3 Trải trễ 13 1.7.4 Dịch Doppler 13 1.8 NH H NG C A FADING A NG TRONG OFDMẢ ƯỞ Ủ Đ ĐƯỜ 13 1.8.1 Ảnh hưởng của fading đa đường 13 1.8.2 Nhiễu liên ký hiệu ISI và nhiễu liên sóng mang ICI 14 1.9 B O V CH NG L I NH H NG FADING A NGẢ Ệ Ố Ạ Ả ƯỞ Đ ĐƯỜ 15 1.9.1 Tiền tố lặp CP 15 CHƯƠNG 2 19 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG WIMAX 19 2.1 GI I THI U V WIMAXỚ Ệ Ề 19 2.2 H TH NG WIMAXỆ Ố 19 2.2.1 Cấu trúc của WIMAX 19 2.2.2 Mô hình hệ thống WIMAX 23 2.3 CÁC V N K THU T C A H TH NG WIMAXẤ ĐỀ Ỹ Ậ Ủ Ệ Ố 24 2.5 CÁC CHU N C A WIMAXẨ Ủ 27 2.5.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 28 2.5.2 Chuẩn IEEE 802.16a –2003 28 2.5.3 Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 29 2.5.4 Chuẩn IEEE 802.16e – 2005 29 2.7.1 Ưu điểm 32 2.8.2 Các mạng công cộng 34 3.1 GI I THI U K THU T OFDMAỚ Ệ Ỹ Ậ 37 3.2 C I M C A OFDMAĐẶ Đ Ể Ủ 37 3.5 I U CH THÍCH NGHIĐ Ề Ế 42 vi 3.6 I U KHI N CÔNG SU TĐ Ề Ể Ấ 43 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 43 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 MỞ ĐẦU i DANH MỤC HÌNH VẼ viii CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT x CHƯƠNG 1 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 1 1.5.2 Sơ đồ bộ điều chế OFDM 9 1.6 NGUYÊN LÝ GI I I U CH OFDM Ả Đ Ề Ế 11 1.7 C TÍNH KÊNH TRUY N TRONG K THU T OFDMĐẶ Ề Ỹ Ậ 12 1.7.1 Sự suy hao 12 1.7.2 Nhiễu AWGN 12 1.7.3 Trải trễ 13 1.7.4 Dịch Doppler 13 1.8 NH H NG C A FADING A NG TRONG OFDMẢ ƯỞ Ủ Đ ĐƯỜ 13 1.8.1 Ảnh hưởng của fading đa đường 13 1.8.2 Nhiễu liên ký hiệu ISI và nhiễu liên sóng mang ICI 14 1.9 B O V CH NG L I NH H NG FADING A NGẢ Ệ Ố Ạ Ả ƯỞ Đ ĐƯỜ 15 1.9.1 Tiền tố lặp CP 15 CHƯƠNG 2 19 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG WIMAX 19 2.1 GI I THI U V WIMAXỚ Ệ Ề 19 2.2 H TH NG WIMAXỆ Ố 19 2.2.1 Cấu trúc của WIMAX 19 2.2.2 Mô hình hệ thống WIMAX 23 2.3 CÁC V N K THU T C A H TH NG WIMAXẤ ĐỀ Ỹ Ậ Ủ Ệ Ố 24 2.5 CÁC CHU N C A WIMAXẨ Ủ 27 2.5.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 28 2.5.2 Chuẩn IEEE 802.16a –2003 28 2.5.3 Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 29 vii 2.5.4 Chuẩn IEEE 802.16e – 2005 29 2.7.1 Ưu điểm 32 2.8.2 Các mạng công cộng 34 3.1 GI I THI U K THU T OFDMAỚ Ệ Ỹ Ậ 37 3.2 C I M C A OFDMAĐẶ Đ Ể Ủ 37 3.5 I U CH THÍCH NGHIĐ Ề Ế 42 3.6 I U KHI N CÔNG SU TĐ Ề Ể Ấ 43 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 43 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 So sánh chuẩn 802.16,802.16a,802.16e viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mật độ phổ năng lượng của hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang Hình 1.2 Mật độ phổ năng lượng của hệ thống đa sóng mang Hình 1.3 Phổ tín hiệu của hệ thống các kênh con Hình 1.4 Phổ năng lượng của tín hiệu điều chế đa sóng mang Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống OFDM Hình 1.6 Tích của hai vectơ vuông góc bằng 0 Hình 1.7 Sự trực giao trong tín hiệu OFDM Hình 1.8 Sơ đồ bộ điều chế OFDM Hình 1.9 Xung cơ bản Hình 1.10 Sơ đồ bộ giải điều chế OFDM Hình 1.11 Mô tả sự tách chuỗi bảo vệ ở bộ giải diều chế OFDM Hình 1.12 Tín hiệu OFDM và nhiễu Hình 1.13 Nhiễu liên ký tự ISI Hình 1.14 Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI trong hệ thống OFDM ix Hình 1.15 Mô tả tiền tố lặp Hình 1.16 Tín hiệu OFDM khi có CP Hình 2.1 Cấu trúc phân lớp của WIMAX Hình 2.2 Phân lớp của WIMAX so với mô hình OSI Hình 2.3 Mô hình hệ thống WIMAX Hình 2.4 Mô hình ứng dụng cố định Hình 3.1 ODFM và OFDMA Hình 3.2 Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA Hình 3.3 Cấu trúc sóng mang con Hình 3.4 Ký hiệu OFDMA trong WiMAX Hình 3.5 Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian. Hình 3.6 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau Hình 3.7 Tổng quan hệ thống sử dụng OFDMA Hình 3.8 Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA Hình 3.9 Điều chế thích nghi x CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Từ Viết Tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AP Access point Điểm truy cập AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu gaussian trắng cộng BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BWA Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng rộng CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp DAB Digital Audio Broadcast system Hệ thống phát thanh số DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số [...]... 10- 66 GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hóa • Sử dụng công nghệ OFDM để truyền dữ liệu ở giao diện vô tuyến • Dùng công nghệ đa truy nhập kênh OFDMA lớp MAC, với việc hỗ trợ bởi hai phương pháp truyền song công FDD và TDD 2.3 CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG WIMAX Công nghệ WIMAX giải quyết những vấn đề nảy sinh trong môi trường truyền sóng NLOS nhờ sử dụng: kỹ thuật điều chế OFDM, anten định hướng,... thống OFDM khá nhạy cảm với hiệu ứng Dopler, dịch tần (frequency offset) và dịch thời gian ( time offset) do sai số đồng bộ Ngày nay kỹ thuật OFDM đã được tiêu chuẩn hóa là phương pháp điều chế cho các hệ thống phát thanh số DAB, truyền hình mặt đất DVB-T và đặc biệt là trong kỹ thuật WIMAX GVHD : THS HỒ MẠNH CƯỜNG SVTH : ĐÀO VĂN THIỆP 19 CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG WIMAX 2.1 GIỚI THIỆU VỀ WIMAX. .. phân tập thu phát, các kỹ thuật mã hóa sửa lỗi trước, điều khiển công suất 2.3.1 Điều chế OFDM Kỹ thuật điều chế OFDM giúp các nhà khai thác có được phương tiện truyền dẫn hiệu quả trong môi trường truyền dẫn NLOS Sóng mang WIMAX OFDM có ưu điểm là có thể hoạt động trong môi trường có fading lớn như NLOS Với tính chất của khoảng ký hiệu OFDM và việc sử dụng tiền tố lặp, dạng sóng OFDM ước lượng GVHD :... bộ giải điều chế OFDM • Năm 1999, tập chuẩn IEEE 802.11 phát hành chuẩn 802.11a về hoạt động của OFDM ở băng tần 5GHz UNI • Năm 2003,IEEE công bố chuẩn 802.11g cho OFDM hoạt động băng tần 2.4GHz và phát triển OFDM cho hệ thống băng rộng, chứng tỏ sự hữu dụng của OFDM với các hệ thống có SNR( tỉ số S/N) thấp Ngày nay, kĩ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã hóa kênh sử dụng trong thông tin vô... ra kĩ thuật OFDM ở Mỹ • Năm 1971, một công trình khoa học của Weisteins và Ebert đã chứng minh rằng phương pháp điều chế và giải điều chế OFDM có thể được thực hiện thông qua phép biến đổi IDFT (biến đổi Fourier rời rạc ngược) và DFT ( biến đổi Fourier rời rạc) Sau đó, cùng với sự phát triển của kĩ thuật số, người ta sử dụng phép biến đổi IFFT(Biến đổi fourier ngược nhanh) cho bộ điều chế OFDM và FFT(Biến... NIỆM VỀ OFDM OFDM (Othogonal Frequency Division Multiplexer) là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao hay còn được gọi là kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao Kỹ thuật điều chế OFDM về cơ bản là một trường hợp đặc biệt của GVHD : THS HỒ MẠNH CƯỜNG SVTH : ĐÀO VĂN THIỆP 6 phương pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng, trong đó... lặp CP Tiền tố lặp (CP) là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiễu xuyên ký tự (ISI), nhiễu xuyên kênh (ICI) đến tín hiệu OFDM đảm bảo yêu cầu về tính trực giao của các sóng mang phụ Để thực hiện kỹ thuật này, trong quá trình xử lý tín hiệu OFDM được lặp lại có chu kỳ và phần lặp lại ở phía trước mỗi ký tự OFDM được sử dụng như là một khoảng thời gian... WIMAX là một công nghệ không dây băng rộng Thuật ngữ WIMAX (Worlwide Interoperability for Microwave Access- khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập viba) gắn liền với tiêu chuẩn giao diện vô tuyến IEEE 802.16 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) Phiên bản tiêu chuẩn 802.16 ban đầu áp dụng cho các ứng dụng trong băng tần được cấp phép trong dải tần từ 10 đến 66 GHz, yêu cầu có các trạm phát trong. .. Network Mạng diện rộng WIMAX Worldwide Interoperability for Khả năng tương tác toàn cầu với Microwave Access truy nhập viba WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội hạt không dây WMAN Wireless Metropolitan Area Mạng đô thị không dây OFDMA trực giao xii Network 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 1.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT OFDM Dù thuật ngữ OFDM mới phổ biến rộng rãi gần đây nhưng kĩ thuật này đã được xuất... giữa ký tự hiện thời với ký tự trước đó và kết quả là có nhiễu liên ký tự (ISI) ISI thường đề cập đến nhiễu của một ký tự OFDM với ký tự trước đó .Trong hệ thống OFDM, để giảm được nhiễu ISI, phương pháp đơn giản và thông dụng nhất là đưa vào tiền tố lặp CP OFDM symbol 1 OFDM symbol 2 Path #1 Path #2 Path #3 Received signal Time Hình 1.13 Nhiễu liên ký tự ISI Trong OFDM, phổ của các sóng mang chồng lấn