Đồ án Nghiên cứu và thiết kế mạng không dây WiMAX, mô hình triển khai ứng dụng tại VDC

c thùc hiÖn b»ng c¸ch chia dßng sè liÖu truyÒn ®i thµnh N c¸c dßng sè liÖu song song víi tèc ®é d÷ liÖu gi¶m vµ truyÒn chóng trªn c¸c sãng mang riªng biÖt. C¸c sãng mang nµy ®­îc ®iÒu chÕ trùc giao b»ng c¸ch chän tÇn sè c¸ch qu·ng thÝch hîp gi÷a chóng..Do vËy ®­îc phÐp chång phæ gi÷a c¸c sãng mang v× tÝnh trùc giao ®¶m b¶o thiÕt bÞ nhËn cã thÓ ph©n biÖt c¸c sãng mang con OFDM vµ cßn cho phÐp ®¹t hiÖu qu¶ sö dông phæ tèt b»ng c¸ch sö dông ph­¬ng ph¸p ghÐp kªnh theo tÇn sè ®¬n gi¶n . Trong ph­¬ng ph¸p nµy d¹ng tÝn hiÖu th«ng thÊp OFDM chung nhÊt cã thÓ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau : s(t) = Víi : k = 0-(N-1) Trong ®ã : Cn,k lµ ký tù truyÒn dÉn trªn sãng mang con thø k trong kho¶ng b¸o hiÖu thø n, x¸c ®Þnh trong chu kú Ts N lµ sè sãng mang con OFDM fk lµ tÇn sè sãng mang con thø k, vµ f0 lµ tÊn sè thÊp nhÊt ®­îc sö dông Trong kü thuËt nµy khung OFDM thø N lµ tÝn hiÖu ®­îc truyÒn cho kho¶ng b¸o hiÖu thø n cña chu kú b»ng mét chu kú ký tù Ts vµ ®­îc m« t¶ bëi hµm Fn(t). Víi hµm s(t) ®­îc biÓu diÔn nh­ sau : s(t) = Víi: Fn(t) t­¬ng øng víi bé c¸c ký tù Cn,k , k = 0…(N-1) Mçi ký tù ®­îc truyÒn trªn c¸c sãng mang con t­¬ng øng fk S¬ ®å khèi cña bé ®iÒu chÕ OFDM ®­îc m« t¶ nh­ h×nh vÏ : H×nh 3.4: S¬ ®å khèi bé ®iÒu chÕ OFDM Nh­ vËy ®Ó cã mét hÖ thèng OFDM thùc tÕ ph¶i cÇn mét sè l­îng rÊt lín c¸c khèi ®iÒu chÕ gièng hÖt nhau. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm nµy ta cã thÓ thùc hiÖn qua viÖc xö lý c¸c tÝn hiÖu rêi r¹c IFFT vµ sö dung c¸c thuéc tÝnh cña biÕn ®æi rêi r¹c Fourier. Víi viÖc lÊy mÉu tÝn hiÖu t­¬ng ®­¬ng th«ng thÊp cña tÝn hiÖu OFDM víi tèc ®é nhanh h¬n N lÇn so víi tèc ®é sãng mang ký tù 1/Ts Nh­ vËy víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ OFDM ta sÏ thu ®­îc mét sè ®iÓm thuËn lîi nh­ sau: HiÖu qu¶ sö dông phæ cao cã sù cho phÐp chång phæ. Ph­¬ng ph¸p nµy cã kh¶ n¨ng chÞu ®ùng tèt h¬n ®èi víi tÇn sè pha ®inh lùa chän so víi hÖ thèng sö dông sãng mang ®¬n. Lo¹i bá ®­îc ký tù nhiÕu trung gian ISI vµ khung nhiÔu trung gian IFI qua viÖc sö dông phÇn mµo ®Çu tuÇn hoµn. Cã thÓ kh«i phôc ký tù bÞ mÊt do lùa chän tÇn sè cña kªnh th«ng qua viÖc sö dông m· hãa kªnh thÝch hîp víi mét kho¶ng xen kÏ. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc tÝnh to¸n hiÖu qu¶ sö dông kü thuËt FFT ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ. HÖ thèng OFDM Ýt nh¹y c¶m víi phÇn bï thêi gian mÉu h¬n c¸c hÖ thèng sãng mang ®¬n. Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu tèt ®èi víi nhiÔu xuyªn kªnh vµ xung nhiÔu ký sinh Tuy nhiªn : TÝn hiÖu OFDM cã nhiÔu víi biªn ®é cã d¶i réng rÊt lín, v× vËy yªu cÇu c¸c bé khuyÕch ®¹i c«ng suÊt RF víi tû sè gi÷a c«ng suÊt ®Ønh vµ c«ng suÊt trung b×nh lín. TÝn hiÖu nµy còng nh¹y c¶m h¬n víi phÇn bï tÇn sè vµ tr«i tÇn sè sãng mang so víi c¸c hÖ thèng sãng mang ®¬n v× ®©y chÝnh lµ nh­îc ®iÓm cña cña kü thuËt FFT. Trong OFDM, mét sè sãng mang con cã d¶i th«ng t­¬ng ®èi thÊp ®­îc ®iÒu chÕ. Tèc ®é truyÒn d÷ liÖu tæng hîp cña c¸c sãng mang con cã thÓ so s¸nh ®­îc víi tèc ®é truyÒn d÷ liÖu cña hÖ ®¬n sãng mang sö dông cïng kiÓu ®iÒu chÕ ë tÇn sè cao h¬n trong cïng d¶i th«ng cña kªnh truyÒn. V× kho¶ng thêi gian tån t¹i cña symbol dµi h¬n, viÖc nhÇm lÉn gi÷a c¸c ký hiÖu do ph©n t¸n theo thêi gian lµ thÊp h¬n. §ång thêi, fading lùa chän tÇn sè ¶nh h­ëng tíi Ýt sãng mang con h¬n vµ c¸c bit lçi cã thÓ ®­îc söa l¹i b»ng c¸ch m· ho¸. V× nh÷ng lý do trªn, OFDM trë nªn quan träng ®èi víi c¸c hÖ FBWA, ®Æc biÖt lµ c¸c hÖ ®iÓm - ®a ®iÓm kh«ng n»m trong tÇm nh×n th¼ng. C¸c chuÈn LAN kh«ng d©y míi ®· sö dông OFDM víi 64 sãng mang con vµ ®èi víi c¸c hÖ FBWA chuÈn IEEE 802.16a x¸c ®Þnh líp vËt lý OFDM víi 256 sãng mang con. C«ng nghÖ OFDM còng ®· ®­îc ®Ò xuÊt lµ c«ng nghÖ cho c¸c hÖ thèng di ®éng thÕ hÖ míi. 3.5.3. C¸c ph­¬ng ph¸p m· ho¸ M· ho¸ ®­îc sö dông ®Ó thªm c¸c d÷ liÖu thõa trong tÝn hiÖu truyÒn ®Ó cho phÐp ph¸t hiÖn lçi khi nhËn d÷ liÖu. Ph¸t hiÖn lçi cã thÓ ®­îc söa ë phÝa thu b¨ng c¸ch sö dông forward error correction (FEC), hoÆc khèi d÷ liÖu cã thÓ ®­îc yªu cÇu truyÒn l¹i b»ng c¸ch sö dông c¬ chÕ yªu cÇu truyÒn l¹i tù ®éng (ARQ). FEC th­êng hay ®­îc sö dông h¬n ARQ v× viÖc truyÒn l¹i sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt cña hÖ thèng vµ g©y ra trÔ nªn kh«ng thÝch hîp víi c¸c øng dông thêi gian thùc nh­ ®µm tho¹i tiÕng hay h×nh. C¸c ph­¬ng ph¸p m· ho¸ th­êng ®­îc sö dông trong c¸c hÖ FBWA lµ m· khèi, m· vßng, vµ m· space-time. M· khèi vµ m· vßng thªm c¸c bit d­ thõa vµo sau c¸c chuçi bit th«ng tin. Trong m· khèi, mét khèi gèm k symbol d÷ liÖu ®­îc m· ho¸ thµnh mét khèi gåm n symbol m·. M· nµy th­êng ®­îc xem nh­ lµ m· (n,k), vµ tÇn sè m· ®­îc cho bëi tû sè k/n. M· vßng còng cã thÓ ®­îc m« t¶ t­¬ng tù. Chóng kh¸c víi m· khèi ë chç m· ®Çu ra lµ mét hµm cña kh«ng chØ khèi k symbol hiÖn t¹i mµ cßn cña c¸c symbol tr­íc n÷a. Space-time codes (STCs) sö dông c¸c håi ®¸p kªnh kh«ng t­¬ng quan víi nhau tån t¹i khi sö dông nhiÒu anten thu vµ ph¸t. Chóng ®­îc ®­îc sö dông cïng víi c¸c hÖ anten nhiÒu ®Çu vµo vµ nhiÒu ®Çu ra (multiple-input, multiple-output (MIMO) antenna), vµ sö dông c¶ thêi gian vµ kh«ng gian ®Ó göi th«ng tin d­ thõa tíi ng­êi nhËn. Trong c¸c hÖ FBWA, OFDM, c¸c hÖ anten MIMO vµ c¸c STC ®­îc xem lµ cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó cung cÊp dÞch vô kh«ng n»m trong tÇm nh×n th¼ng. 3.6. §a truy nhËp vµ song c«ng Trong c¸c hÖ thèng ®a truy nhËp v« tuyÕn, tÊt c¶ c¸c ®Çu cuèi cïng chia sÎ ph­¬ng tiÖn truyÒn dÉn. §Ó tr¸nh nhiÔu vµ truyÒn dÉn chång chÐo cÇn ph¶i cã sù ®iÒu khiÓn sù truy nhËp vµo ph­¬ng tiÖn truyÒn. C¸c ph­¬ng ph¸p ®a truy nhËp vµ song c«ng ®­îc dïng ®Ó cho phÐp nhiÒu ng­êi dïng cïng chia sÎ ®ång thêi mét sè d¶i sãng h÷u h¹n . 3.6.1. C¸c ph­¬ng ph¸p song c«ng Trong c¸c hÖ thèng ®iÓm - ®a ®iÓm, hiÖn nay tån t¹i 2 kü thuËt song c«ng (ho¹t ®éng theo 2 chiÒu: chiÒu xuèng - downstream vµ chiÒu lªn - upstream ): Chia theo tÇn sè ( Frequency Division Duplexing FDD): Kü thuËt nµy chia di tÇn sè sö dông ra lµm 2 kªnh riªng biÖt, mét kªnh cho chiÒu xuèng vµ mét kªnh cho chiÒu lªn. Chia theo thêi gian ( Time Division Duplexing - TDD ): Kü thuËt nµy míi h¬n, cho phÐp l­u l­îng th«ng theo 2 chiÒu trong cïng mét kªnh, nh­ng t¹i c¸c khe thêi gian kh¸c nhau. ViÖc lùa chän ph­¬ng ph¸p song c«ng th­êng ®éc lËp víi viÖc ®a truy nhËp vµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ (modulation). Lùa chän kü thuËt nµo, FDD hay TDD, phô thuéc vµo môc ®Ých sö dông chÝnh cña hÖ thèng: øng dông ®èi xøng (tho¹i - voice) hoÆc kh«ng ®èi xøng (d÷ liÖu - data). Kü thuËt FDD sö dông b¨ng th«ng kh«ng hiÖu qu¶ ®èi víi c¸c øng dông d÷ liÖu. Trong hÖ thèng sö dông kü thuËt FDD, b¨ng th«ng cho mçi chiÒu ®­îc ph©n chia cè ®Þnh. NÕu l­u l­îng chØ l­u th«ng theo chiÒu xuèng (downstream), vÝ dô nh­ xem c¸c trang Web, th× b¨ng th«ng cña chiÒu lªn (upstream) ®­îc sö dông rÊt Ýt. §iÒu nµy kh«ng x¶y ra khi hÖ thèng ®­îc sö dông cho c¸c øng dông tho¹i: hai ng­êi nãi chuyÖn th­êng nãi nhiÒu nh­ nghe, do ®ã b¨ng th«ng cña hai chiÒu lªn, xuèng ®­îc sö dông xÊp xØ nh­ nhau. §èi víi c¸c øng dông truyÒn d÷ liÖu tèc ®é cao hoÆc øng dông h×nh th× chØ cã b¨ng th«ng chiÒu xuèng ®­îc sö dông, cßn chiÒu lªn gÇn nh­ kh«ng ®­îc sö dông. §èi víi kü thuËt TDD, sè l­îng khe thêi gian cho mçi chiÒu thay ®æi th­êng xuyªn. Khi l­u l­îng chiÒu lªn nhiÒu, sè l­îng khe thêi gian dµnh cho chiÒu lªn sÏ ®­îc t¨ng lªn, vµ ng­îc l¹i. Víi sù gi¸m s¸t sè l­îng khe thêi gian cho mçi chiÒu, hÖ thèng sö dông kü thuËt TDD hç trî cho sù bïng næ th«ng l­îng truyÒn dÉn ®èi víi c¶ 2 chiÒu. NÕu mét trang Web lín ®ang ®­îc t¶i xuèng th× c¸c khe thêi gian cña chiÓu lªn sÏ ®­îc cÊp ph¸t cho chiÒu xuèng. Nh­îc ®iÓm chñ yÕu cña kü thuËt TDD lµ viÖc thay ®æi chiÒu cña l­u l­îng tèn thêi gian, viÖc cÊp ph¸t khe thêi gian lµ vÊn ®Ò phøc t¹p cho hÖ thèng phÇn mÒm. H¬n n÷a, kü thuËt TDD yªu cÇu sù chÝnh x¸c vÒ thêi gian. TÊt c¶ c¸c m¸y tr¹m trong khu vùc cña mét hÖ thèng sö dông kü thuËt TDD cÇn cã mét ®iÓm thêi gian tham kh¶o ®Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c c¸c khe thêi gian. §iÒu nµy giíi h¹n ph¹m vi bao phñ ®èi víi c¸c hÖ thèng ®iÓm - ®a ®iÓm. 3.6.2 C¸c ph­¬ng ph¸p ®a truy nhËp C¸c ph­¬ng ph¸p ®a truy nhËp ®­îc sö dông ®Ó t¸ch rêi ng­êi sö dông víi nhau trong mét kªnh truyÒn. C¸c ph­¬ng ph¸p ®a truy nhËp phæ biÕn nhÊt ®­îc sö dông trong c¸c hÖ FBWA bao gåm ®a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè (FDMA), ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian (TDMA), ®a truy nhËp ph©n chia theo m· (CDMA), ®a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè trùc giao (OFDMA), vµ ®a truy nhËp nh¹y c¶m sãng mang (CSMA). Mét sè ph­¬ng ph¸p ®a truy nhËp vµ song c«ng ®­îc chØ ra trong c¸c chuÈn IEEE 802.16a. Trong ®å ¸n nµy, chØ tËp trung vµo c¸c hÖ thèng sö dông TDD vµ TDMA. TDMA(Time Division Multiple Access ) ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian: Phæ tÇn sè ®­îc chia th« thµnh c¸c d¶i tÇn liªn l¹c , mçi d¶i tÇn liªn l¹c nµy ®­îc dïng chung cho N kªnh liªn l¹c, mçi kªnh liªn l¹c lµ mét khe thêi gian trong chu kú 1 khung sao cho kh«ng cã sù chång chÐo lªn nhau. Liªn l¹c ®­îc thùc hiÖn song c«ng mçi h­íng thuéc c¸c d¶i tÇn liªn l¹c kh¸c nhau, ®iÒu nµy lµm gi¶m nhiÔu giao thoa ®¸ng kÓ. 3.7. Kü thuËt tr¶i phæ Khi tµi nguyªn v« tuyÕn ngµy cµng trë nªn c¹n kiÖt, ng­êi ta b¾t ®Çu ph¶i ¸p dông kü thuËt tr¶i phæ nh»m n©ng cao hiÖu n¨ng sö dông tÇn sè. Cã hai kü thuËt tr¶i phæ th«ng dông nhÊt hiÖn nay lµ FHSS vµ DSSS. 3.7.1.Tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp DSSS C¸c hÖ thèng DSSS mang l¹i truyÒn dÉn tin cËy víi c¸c tû lÖ tÝn hiÖu trªn t¹p ©m t­¬ng ®èi nhá. B¶n chÊt cña DSSS lµ thùc hiÖn tr¶i n¨ng l­îng tÝn hiÖu trªn mét d¶i tÇn réng. N¨ng l­îng trªn mét ®¬n vÞ xung gi¶m xuèng. Do ®ã nhiÔu do hÖ thèng DSSS t¹o ra nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng b¨ng hÑp. Nhê vËy cho phÐp c¸c tÝn hiÖu DSSS ph©n chia cïng mét b¨ng tÇn. §èi víi mét bé thu bÊt kú, c¸c tÝn hiÖu DSSS xuÊt hiÖn nh­ lµ nhiÔu b¨ng réng c«ng suÊt thÊp vµ ®­îc lo¹i bá nhê c¸c bé thu b¨ng hÑp. DSSS thùc hiÖn tæng hîp dßng sè liÖu víi mét m· sè tèc ®é cao h¬n. Mçi bÝt sè liÖu ®­îc chuyÓn ®æi (¸nh x¹ - mapping) víi mét mÉu chung mµ chØ cã m¸y ph¸t vµ m¸y thu ®· ®Þnh h­íng biÕt tr­íc ®­îc. MÉu bÝt nµy ®­îc gäi lµ m· gi¶ t¹p ©m (pseudo-noise ) vµ mçi bÝt trong m· ®­îc gäi lµ mét bé chip. Thø tù cña c¸c chip trong mét chu kú bÝt lµ ngÉu nhiªn nh­ng tr×nh tù gièng nhau ®­îc lÆp ®i lÆp l¹i, nh­ vËy t¹o ra chuçi gi¶ ngÉu nhiªn hoÆc ngÉu nhiªn tõng phÇn. Tèc ®é chip cña m· gi¶ t¹p ©m n bit lµ lín h¬n n lÇn tèc ®é sè liÖu. Tèc ®é cao nh­ vËy g©y ra b¨ng th«ng rÊt réng. Trong tiªu chuÈn IEEE 802.22 sö dông m· 11 chÝp, tèc ®é chip lín gÊp 11 lÇn tèc ®é d÷ liÖu. M· gi¶ t¹p ©m lín h¬n thi cÇn nhiÒu b¨ng th«ng h¬n v× tèc ®é chÝp yªu cÇu cao h¬n. Th«ng th­êng tr¶i b¨ng th«ng gÊp 2 lÇn tèc ®é chip. Nh­ vËy tèc ®é chip 11 Mchip/s t­¬ng ®­¬ng gi¶i b¨ng th«ng 22 MHz. T¹i bé thu c¸c chip ®­îc gi¶i tr¶i phæ bëi cïng mét m· gi¶ t¹p ©m vµ chuyÓn ®æi ng­îc trë l¹i thµnh c¸c bit sè liÖu gèc. Tuy nhiªn trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn n¨ng l­îng cña nhiÔu vµ giao thoa cã thÓ bÞ céng thªm vµo, n¨ng l­îng nµy bÞ lo¹i bá bëi m· gi¶ t¹p ©m. Ngoµi viÖc biÕt m· gi¶ t¹p ©m trong m¸y ph¸t, bé thu còng ph¶i ®ång bé víi pha cña m· còng nh­ cña tèc ®é chÝp. Nh­ vËy chøc n¨ng ®Æt ra c¬ chÕ ®Þnh thêi trong tiªu ®Ò cña mét gãi DSSS ®Ó cho phÐp m¸y thu ®ång bé pha ®óng cña m· còng nh­ tèc ®é cña chÝp. Nh­ vËy chøc n¨ng ®Æt ra c¬ chÕ ®Þnh thêi trong tiªu ®Ò cña mét gãi DSSS ®Ó cho phÐp m¸y thu ®ång bé pha ®óng cña m· gi¶ nhiÔu trong thêi gian ng¾n nhÊt. V× qu¸ tr×nh truyÒn gãi kh«ng ®ång bé nªn mäi gãi DSSS ph¶i cã mét tiªu ®Ò ®ång bé. Mét tham sè chÝnh ®èi víi c¸c hÖ thèng DSSS lµ sè l­îng chip trªn mét bit, tham sè nµy ®­îc gäi lµ ®é lîi xö lý hoÆc tû lÖ tr¶i. Xö lý ®é lîi lµ qu¸ tr×nh lµm gi¶m mËt ®é phæ c«ng suÊt khi tÝn hiÖu ®­îc xö lý ®Ó truyÒn vµ t¨ng mËt ®é phæ c«ng suÊt khi gi¶i tr¶i phæ, víi môc ®Ých chÝnh lµ lµm t¨ng tØ sè S/N (Signal to Noise ratio). §é lîi xö lý cao lµm t¨ng c­êng kh¶ n¨ng lo¹i bá nhiÔu cña tÝn hiÖu. §é lîi xö lý thÊp lµm t¨ng ®é réng b¨ng th«ng kh¶ dông ®Ó truyÒn tÝn hiÖu. Giíi h¹n trªn cña ®é lîi xö lý do b¨ng th«ng kh¶ dông quyÕt ®Þnh. Tiªu chuÈn 802.11 sö dông m· gi¶ nhiÔu 11 chip tøc lµ tr¶i sè liÖu ra thªm 11 lÇn tr­íc khi truyÒn ®i, ®­a ra ®é lîi xö lý 10,4 dB. §é lîi nµy rÊt nhá so víi c¸c hÖ thèng tæ ong tr¶i phæ. Do ®ã viÖc triÖt nhiÔu bÞ h¹n chÕ nh­ng nhiÒu b¨ng th«ng kh¶ dông h¬n cho truyÒn dÉn sè liÖu víi tèc ®é cao. Ph­¬ng ph¸p DSSS dïng trong WiMAX kh¸c víi ®a truy nhËp ph©n chia theo m· (CDMA). Ph©n chia m· liªn quan tíi c¸c truyÒn dÉn víi c¸c m· gi¶ t¹p ©m trùc giao vµ c¸c truyÒn dÉn nµy cã thÓ chång lÊn lªn nhau nh­ng kh«ng ¶nh h­ëng tíi nhau. C¸c nót kh¸c nhau ph¸t ®i b»ng m· riªng. Mçi bé thu phï hîp víi m· cña mét kªnh truyÒn, c¸c tÝn hiÖu kh¸c (dïng m· kh¸c) xuÊt hiÖn nh­ lµ nhiÔu nÒn. Trong qu¸ tr×nh gi¶i tr¶i phæ (despread) nhiÔu nµy sÏ bÞ lo¹i bá. Mét hÖ thèng CDMA truy nhËp ngÉu nhiªn yªu cÇu c¸c m¸y thu phøc t¹p sao cho c¸c m¸y thu nµy cã thÓ ®ång bé vµ gi¶i ®iÒu chÕ tÊt c¶ c¸c m· gi¶ ngÉu nhiªn. C¸c WiMAX DSSS sö dông cïng mét m· gi¶ ngÉu nhiªn vµ do ®ã kh«ng cã tËp hîp m· kh¶ dông nh­ ®èi víi CDMA. Mét m· duy nhÊt cho phÐp th«ng tin qu¶ng b¸ dÔ dµng. Ngoµi ra m· cã thÓ ng¾n h¬n nhê vËy lµm t¨ng b¨ng th«ng truyÒn sè liÖu. H×nh 3.5: Tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp Tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp cho th«ng l­îng cao h¬n vµ chèng ®­îc can nhiÔu tèt h¬n so víi tr¶i phæ nh¶y tÇn. Nh­ng DSSS l¹i tiªu tèn nhiÒu n¨ng l­îng gÊp hai ®Õn ba lÇn nªn tèn kÐm h¬n. C¸c nhµ s¶n xuÊt gi¶i ph¸p cho m¹ng WiMAX t¸ch thµnh hai xu h­íng kh¸c nhau lµ sö dông DSSS hoÆc FSSS. 3.7.2. Tr¶i phæ nh¶y tÇn FSSS. FHSS tr¶i tÝn hiÖu b»ng viÖc ph¸t mét trïm ng¾n trªn mét kªnh tÇn sè vµ sau ®ã thay ®æi (nh¶y) sang mét kªnh kh¸c trong mét thêi gian ng¾n kh¸c theo mét mÉu ®· ®Þnh nghÜa tr­íc mµ c¶ m¸y ph¸t vµ m¸y thu ®Òu biÕt. Kh«ng gi«ng nh­ DSSS tr¶i tÝn hiÖu trªn mét miÒn tÇn sè, sö dông nhiÒu kªnh tÇn sè ®ång thêi, FHSS chia tÝn hiÖu trªn mét miÒn thêi gian vµ sö dông nhiÒu kªnh tÇn sè ngÉu nhiªn. FHSS dïng mét sãng mang b¨ng hÑp thay ®æi tÇn sè theo mét mÉu mµ c¶ m¸y thu vµ m¸t ph¸t ®Òu biÕt. V× c¸c kªnh tÇn sè lµ b¨ng hÑp nªn chóng cã tû lÖ tÝn hiÖu trªn t¹p ©m rÊt tèt vµ c¸c bé läc b¨ng hÑp cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó lo¹i bá nhiÔu. MÉu nh¶y tÇn x¸c ®Þnh c¸c kªnh tÇn sè ®· chän vµ thø tù c¸c kªnh ®­îc sö dông. §ång bé gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu ®­îc yªu cÇu vµ ph¶i duy tr× sao cho chóng ®ang cïng nh¶y tÇn trªn cïng mét kªnh tÇn sè t¹i cïng mét thêi ®iÓm. §èi víi c¸c hÖ thèng FHSS ®é lîi xö lý ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ lµ tû lÖ cña toµn bé b¨ng th«ng bao trïm c¸c kªnh tÇn sè trªn b¨ng th«ng tÝn hiÖu. H×nh 3.6: Tr¶i phæ nh¶y tÇn Tû lÖ gi÷a tèc ®é nh¶y vµ tèc ®é sè liÖu t¹o ra 2 ph­¬ng thøc cña FHSS. Khi tû lÖ nh¶y lín h¬n tèc ®é sè liÖu hÖ thèng ®­îc xem nh­ nh¶y tÇn nhanh. Ng­îc lai khi tèc ®é nh¶y tÇn thÊp h¬n hÖ thèng th× ®­îc gäi lµ hÖ thèng nh¶y tÇn chËm. Tèc ®é nh¶y tÇn cã ¶nh h­ëng rÊt s©u tíi chÊt l­îng m¹ng cña hÖ thèng FHSS. §èi víi c¸c hÖ thèng FHSS chËm th× cã thÓ dÔ bÞ mÊt c¸c gãi sè liÖu. V× vËy nh¶y tÇn nhanh th­êng thùc hiÖn tèt h¬n nh¶y tÇn chËm ngay c¶ khi cã cïng ®é lîi xö lý. Tuy nhiªn FHSS nhanh l¹i cã chi phÝ thùc hiÖn cao h¬n bëi v× chóng yªu cÇu nh¶y tÇn rÊt nhanh. Kh¸c víi DSSS lµ sö dông m· gi¶ ngÉu nhiªn, FHSS cã thÓ sö dông nhiÒu h¬n mét mÉu nh¶y tÇn ®Ó t¨ng dung l­îng m¹ng. ý t­ëng dïng nhiÒu mÉu nh¶y tÇn t­¬ng ®­¬ng víi sö dông nhiÒu m· gi¶ t¹p ©m kh¸c nhau. 3.7.3. So s¸nh FHSS vµ DSSS FHSS kh«ng cã qu¸ tr×nh xö lý ®é lîi do tÝn hiÖu kh«ng ®­îc tr¶i phæ. V× thÕ nã sÏ ph¶i dïng nhiÒu c«ng suÊt h¬n ®Ó cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu víi cïng møc S/N so víi tÝn hiÖu DSSS. Tuy nhiªn t¹i b¨ng tÇn ISM theo quy ®Þnh cã møc giíi h¹n c«ng suÊt ph¸t, do ®ã FHSS kh«ng thÓ ®¹t ®­îc S/N gièng nh­ DSSS. Bªn c¹nh ®ã viÖc dïng FHSS rÊt khã kh¨n trong viÖc ®ång bé gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu v× c¶ thêi gian vµ tÇn sè ®Òu yªu cÇu cÇn ph¶i ®­îc ®ång bé. Trong khi DSSS chØ cÇn ®ång bé vÒ thêi gian gi÷a c¸c chip. ChÝnh v× vËy FHSS sÏ mÊt nhiÒu thêi gian ®Ó t×m tÝn hiÖu h¬n, lµm t¨ng ®é trÔ trong viÖc truyÒn d÷ liÖu h¬n so víi DSSS. Nh­ vËy chóng ta cã thÓ thÊy DSSS lµ kü thuËt tr¶i phæ cã nhiÒu ­u ®iÓm h¬n. 3.8.VÊn ®Ò b¶o mËt §Ó ®¶m b¶o th«ng tin truyÒn trªn m¹ng ta sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p m· hãa, ë ®ã d÷ liÖu biÕn ®æi tõ d¹ng nhËn thøc ®­îc sang d¹ng kh«ng nhËn thøc ®­îc theo mét thuËt to¸n nµo ®ã vµ sÏ biÕn ®æi ng­îc l¹i ë tr¹m nhËn. Qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi th«ng tin tõ d¹ng gèc sang d¹ng mËt m· gäi lµ m· hãa. Vµ hiÖn nay th­êng cã 4 ph­¬ng ph¸p m· hãa chñ yÕu ®ã lµ : Ph­¬ng ph¸p ®æi chç Ph­¬ng ph¸p thay thÕ Ph­¬ng ph¸p sö dông chuÈn mËt m· Ph­¬ng ph¸p sö dông khãa c«ng khai Trong c«ng nghÖ cña chuÈn IEEE 802.16a nµy, ta sö dông ph­¬ng ph¸p sö dông chuÈn mËt m· (DES - Data Encrytion Standard) Gi¶i thuËt nµy m· hãa c¸c khèi 64 bit cña v¨n b¶n gèc thµnh 64 bit cña v¨n b¶n mËt m· d­íi t¸c dông cña mét khãa. Khãa còng gåm 64 bit trong ®ã 56 bit ®­îc dïng trùc tiÕp bëi gi¶i thuËt m· hãa vµ 8 bit cßn l¹i ®­îc dïng ®Ó kiÓm so¸t lçi. Vµ mét khèi d÷ liÖu cÇn m· hãa sÏ tr¶i qua 3 qu¸ tr×nh xö lý : Ho¸n vÞ khëi ®Çu TÝnh to¸n phô thuéc khãa, gåm 16 phÐp lÆp cña mét hµm f lµ tæ hîp cña c¶ kü thuËt ®æi chç vµ kü thuËt thay thÕ Ho¸n vÞ ®¶o ng­îc Gi¶i thuËt nµy ®­îc m« t¶ nh­ sau: B­íc 1: Gi¶ sö cÇn m· hãa mét dßng d÷ liÖu x BiÓu diÔn x thµnh c¸c khèi 64 bÝt nhÞ ph©n Chän mét phÐp ho¸n vÞ IP (initial permulation) X©y dùng xo = IP(x) = LoRo Lo biÓu diÔn 32 bit ®Çu tiªn cña xo Ro biÓu diÔn 32 bit cuèi cña xo Chän khãa K biÓu diÔn d­íi d¹ng chuçi 56 bit nhÞ ph©n B­íc 2 : Víi 1≤i ≤16 ta x¸c ®Þnh c¸c Li , Ri Li = Ri-1 Ri = Li-1 f ( Ri-1, Ki) Mçi Ki lµ mét ho¸n vÞ cã lùa chän c¸c bÝt cña K ( mét chuçi 48 bit nhÞ ph©n) B­íc 3: Dïng phÐp thÕ nghÞch ®¶o IP-1 ta ®­îc b¶n m· y = IP-1(R16L16) 3.9. Anten ViÖc lùa chän anten ¶nh h­ëng lín tíi c«ng suÊt vµ ®é bao phñ cña c¸c hÖ thèng kh«ng d©y cè ®Þnh. ViÖc lùa chän nµy ®­îc dùa trªn tÇn sè hiÖu dông (efficitent frequency), d¶i th«ng vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Þnh h­íng cña anten. 3.9.1. C¸c ®Æc tÝnh vµ tham sè cña anten §èi víi ng­êi thiÕt kÕ hÖ thèng, c¸c ®Æc tÝnh quan träng nhÊt cña anten lµ m« h×nh ph¸t x¹ (radiation pattern), ®Æc tÝnh ®Þnh h­íng (directivity), vµ hÖ sè t¨ng Ých (gain). Ngoµi ra, d¶i th«ng (bandwidth) vµ ®é ph©n cùc (polarization) cña anten còng cÇn ®­îc xem xÐt khi thiÕt kÕ hÖ thèng. §Æc tÝnh ®Þnh h­íng cña anten ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng tËp trung n¨ng l­îng cña anten vµo mét h­íng cô thÓ khi truyÒn vµ lo¹i bá n¨ng l­îng kh«ng mong muèn ®Õn tõ c¸c h­íng kh¸c khi nhËn. HÖ sè ®Þnh h­íng cña anten lµ mét h­ sè biÓu thÞ mËt ®é c«ng suÊt bøc x¹ cña anten ë h­íng vµ kho¶ng c¸ch ®· cho, lín h¬n bao nhiªu lÇn mËt ®é c«ng suÊt bøc x¹ còng ë kho¶ng c¸ch nh­ trªn khi gi¶ thiÕt anten bøc x¹ v« h­íng, víi ®iÒu kiÖn c«ng suÊt bøc x¹ gièng nhau trong hai tr­êng hîp. HÖ sè t¨ng Ých lµ ®Æc tÝnh th­êng ®­îc sö dông nhÊt cña anten. T¨ng Ých thu vµ ph¸t cña anten lµ kh¶ n¨ng ®­a n¨ng l­îng cao tÇn (RF) theo mét h­íng x¸c ®Þnh , hoÆc thu n¨ng l­îng tõ mét h­íng x¸c ®Þnh. T¨ng Ých cña anten lµ ®é chªnh lÖch mËt ®é c«ng suÊt ë ®iÓm tr­êng xa gi÷a anten ®ang xÐt vµ mËt ®é c«ng suÊt còng t¹i ®iÓm ®ã nh­ng ®· ®­îc thay thÕ b»ng mét anten bøc x¹ ®ång ®Òu theo mäi h­íng. T¨ng ich cña anten phô thuéc chñ yÕu vµo tÇn sè lµm viÖc vµ b¸n kÝnh cña nã. Th«ng th­êng ng­êi ta chØ ®­a ra hÖ sè t¨ng Ých cùc ®¹i cña anten ®­îc ®­a ra vµ ®­îc biÓu diÔn b»ng dBi. §é réng chïm tia (Beamwidth) cña mét anten lµ gãc mµ c­êng ®é n¨ng l­îng ph¸t x¹ gi¶m xuèng b»ng mét nöa gi¸ trÞ cùc ®¹i. H­íng cña tr­êng ®iÖn tõ ®­îc ®Þnh nghÜa lµ ®é ph©n cùc cña sãng ®iÖn tõ. Sãng ®iÖn tõ cã thÓ cã ph©n cùc th¼ng (däc hoÆc ngang), ph©n cùc trßn hoÆc ph©n cùc elip, mçi lo¹i ph©n cùc cã c¸c ®Æc tÝnh ph¶n x¹ kh¸c nhau. §èi víi c¸c hÖ thèng truyÒn trong tÇm nh×n th¼ng, sù ph©n cùc cho phÐp nh©n ®«i c«ng suÊt cña hÖ thèng mµ kh«ng cÇn thªm d¶i th«ng hay ®iÒu chÕ n¨ng suÊt cao (efficient modulation.) 3.9.2 Vïng phñ sãng cña anten tr¹m gèc Mét m¹ng FBWA ®iÓm - ®a ®iÓm (PMP) bao gåm nhiÒu vïng phñ sãng tr¹m gèc, mçi vïng kÕt nèi tíi nhiÒu CPE. Trong tr¹m gèc, mçi anten khu vùc phôc vô cho mét vïng phñ sãng theo mét h­íng nhÊt ®Þnh nµo ®ã. Anten khu vùc (sector antenas) lµ anten cã tÝnh ®Þnh h­íng víi gãc më cña anten thay ®æi tõ 150 ®Õn 3600. Gãc më cña anten phô thuéc vµo c¶ hai yÕu tè: vïng dÞch vô vµ dung l­îng yªu cÇu cña hÖ thèng. Mét tr¹m gèc chØ sö dông mét anten v« h­íng omni (gãc më 3600) (omnidirectional anten) sÏ cã dung l­îng chØ b»ng 1/4 hÖ thèng sö dông 4 anten khu vùc, mçi anten cã gãc më 900. Lo¹i anten ®­îc dïng trong anten khu vùc phô thuéc vµo b¨ng tÇn sè ®­îc sö dông. T¹i d¶i tÇn nhá h¬n 10 GHz, anten khu vùc th­êng sö dông thµnh m¹ng anten l­ìng cùc hoÆc khe, trong c¶ hai lo¹i cÊu h×nh tuyÕn tÝnh hay hai chiÒu. 3.9.3 Anten cña CPE Lo¹i anten cña CPE phô thuéc vµo kh¶ n¨ng truyÒn NLOS cña hÖ thèng. Trong m¹ng FBWA truyÒn trong tÇm nh×n th¼ng LOS, anten cña CPE cã tÝnh ®Þnh h­íng cao vµ ®­îc ®Æt ngoµi trêi bëi mét kü thuËt viªn chuyªn nghiÖp (v× nã ®ßi hái c«ng ®o¹n tinh chØnh h­íng tÝnh cña anten t­¬ng ®èi phóc t¹p mµ kh«ng ph¶i kü thuËtviªn nµo còng cã thÓ lµm ®­îc). Trong hÖ thèng NLOS, gãc më cña c¸c anten cña CPE th­êng lín, vµ trong tr­êng hîp nµy ng­êi ta th­êng dïng anten Omni-directional. 3.9.4 HÖ thèng anten n©ng cao Sù thùc thi vµ dung l­îng cña hÖ thèng truyÒn dÇn kh«ng d©y bÞ giíi h¹n bëi ba nguyªn nh©n suy hao chÝnh: fading, trÔ truyÒn lan vµ nhiÔu. HÖ thèng anten n©ng cao, bao gåm hÖ thèng anten ®a d¹ng, hÖ thèng anten thÝch øng, hÖ thèng anten MIMO, cã thÓ ®­îc sö dông trong m¹ng FBWA ®Ó lµm gi¶m nhÑ nh÷ng nguyªn nh©n g©y suy gi¶m trªn. HÖ thèng anten ®a d¹ng ®­îc sö dông ®Ó lµm gi¶m biªn ®é tÝn hiÖu fading g©y ra bëi sù truyÒn ®a ®­êng. HÖ thèng sö dông nhiÒu anten ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau trong cïng mét khu vùc cho cïng mét nhiÖm vô thu hoÆc ph¸t tÝn hiÖu. C¸c anten nµy bè trÝ c¸ch nhau mét kho¶ng hîp lý ®Ó tÝn hiÖu nhËn ®­îc tõ c¸c anten kh¸c nhau lµ ®éc lËp víi nhau. C¸c tÝn hiÖu ®éc lËp nµy ®­îc ®­a vµo mét bé céng tÝn hiÖu, sau mét qu¸ tr×nh xû lý, sÏ quyÕt ®Þnh lùa chän tÝn hiÖu nµo tèt nhÊt ®Ó sö dông.Kü thuËt nµy cßn ®­îc gäi lµ ph©n tËp kh«ng gian ®Ó chèng fading. HÖ thèng anten thÝch øng, hay cßn gäi lµ anten th«ng minh, ®­îc sö dông ®Ó ®èi phã víi nhiÏu ®ång kªnh. Nh÷ng hÖ thèng nµy sö dông qua tr×nh xö lý d·y thÝch øng (adaptive array processing) ®Ó cÊu h×nh (shape) m« h×nh ph¸t x¹ anten (antenna radiation pattern), lµm t¨ng tÝn hiÖu mong muèn nhËn ®­îc ®«ng thêi v« hiÖu ho¸ nhiÔu. The processing is generally known as optimum combining, and requires a known training sequence to be transmitted along with the actual data. Tr×nh tù truyÒn ®éng nhËn ®­îc sÏ ®­îc so s¸nh víi mét mÉu gèc, vµ d·y anten ®­îc ®iÒu chØnh ®Ó lµm gi¶m ®Õn møc tèi thiÓu sù kh¸c nhau gi÷a hai tÝn hiÖu nhËn ®­îc tõ hai anten. Nã nh¾m ®Õn sù thu nhËn tÝn hiÖu tèi ­u vµ lµm gi¶m ®Õn møc nhá nhÊt nhiÔu ®ång kªnh. HÖ thèng anten MINO sö dông rÊt nhiÒu anten t¹i c¶ hai phÝa ph¸t vµ thu tÝn hiÖu. ý t­ëng nµy xuÊt ph¸t tõ sù ph¶n håi kªnh gi÷a c¸c kªnh kh¸c nhau cña c¸c anten kh¸c nhau ®ñ ®Ó kh«ng t­¬ng quan víi nhau, and signal processing can be used to distinct multiple, non-interfering channels between the transmitter and the receiver. Do ®ã, nhiÒu chïm d÷ liÖu cã thÓ truyÒn ®«ng thêi, lµm gia t¨ng d÷ liÖu cña hÖ thèng mµ kh«ng cÇn t¨ng thªm b¨ng tÇn. Ch­¬ng 4:ThiÕt kÕ kü thuËt m¹ng truy nhËp b¨ng réng kh«ng d©y cè ®Þnh 4.1. Lùa chän hÖ thèng vµ b¨ng tÇn 4.1.1. Lùa chän b¨ng tÇn Khi thiÕt kÕ mét m¹ng truy nhËp v« tuyÕn cè ®Þnh (FBWA - Fixed Broadband Wireless Access) ta ph¶i lùa chän b¨ng tÇn ho¹t ®éng cho m¹ng trong sè c¸c b¨ng tÇn ®­îc phÐp sö dông. C¸c tiªu chÝ ®Ó lùa chän b¨ng tÇn ho¹t ®éng bao gåm: D¶i tÇn cÊp phÐp Dung l­îng tËp trung phô thuéc vµo vïng dÞch vô MËt ®é thuª bao trong vïng dÞch vô §Þa h×nh cña vïng dÞch vô Møc ®é nhiÔu trong c¸c b¨ng tÇn kh«ng cÇn cÊp phÐp Gi¸ thµnh thiÕt bÞ ho¹t ®éng trong b¨ng tÇn ®ã Lùa chän b¨ng tÇn ho¹t ®éng lµ viÖc ®Çu tiªn vµ quan träng nhÊt trong thiÕt kÕ m¹ng FBWA. Nh÷ng b¨ng tÇn thÊp tÝn hiÖu ®­îc truyÒn tèt h¬n nh­ng b¨ng th«ng l¹i nhá h¬n. Mét ®iÒu rÊt quan träng n÷a lµ sè l­îng kh¸ch hµng truy nhËp vµo mét tr¹m gèc (BS) ®¬n bÞ giíi h¹n bëi dung l­îng vµ vïng phñ sãng cña BS ®ã. ë vïng n«ng th«n hay khu vùc d©n c­ th­a thít, sè l­îng kh¸ch hµng cã thÓ nèi m¹ng (connected) th­êng chØ phô thuéc vµo vïng phñ sãng cña BS. Cßn trong c¸c khu vùc ®«ng d©n c­ th× sè kh¸ch hµng trong vïng phñ sãng cña mét BS th­êng rÊt lín nªn chóng ta th­êng ph¶i t¨ng dung l­îng phôc vô b¨ng c¸ch l¾p ®Æt c¸c BS víi mËt ®é lín h¬n. Lùa chän sö dông b¨ng tÇn cÊp phÐp hay kh«ng cÊp phÐp ®ßi hái ph¶i cã mét sù tÝnh to¸n rÊt kü l­ìng. C¸c b¨ng tÇn cÊp phÐp tù nhiªn gåm 3.5GHz, 10.5GHz, 26GHz. Trong mçi khu vùc ®Þa lý mçi nhµ cung cÊp dÞch vô ®­îc cÊp phÐp duy nhÊt quyÒn sö dông mét sè d¶i tÇn trong c¸c b¨ng tÇn nµy, do ®ã c¸c b¨ng tÇn ®­îc cÊp phÐp cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ hÖ thèng FBWA khái sù can nhiÔu c¸c hÖ thèng kh¸c. Trong c¸c b¨ng tÇn kh«ng cÊp phÐp møc can nhiÔu lµ kh«ng thÓ dù ®o¸n còng nh­ kiÓm so¸t ®­îc. Vïng phñ sãng vµ møc n¨ng l­îng ph¸t x¹ cña mçi BS ®­îc kiÓm so¸t vµ tÝnh to¸n chÆt chÏ vµ chÝnh x¸c. ChuÈn WLAN ®Çu tiªn ®­a vµo sö dông thùc tÕ chän b¨ng tÇn kh«ng cÊp phÐp 2.4GHz ISM, yÕu tè quan träng nhÊt dÉn tíi quy