5. • Giao diện vô tuyến WiMAX dựa trên tiêu
chuẩn IEEE 802.16.
• IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e-2005 xây
dựng cơ sở của Lớp vật lý (PHY) và Lớp điều
khiển truy nhập môi trường (MAC) cho
WiMAX di động và cố định trong các băng
tần đòi hỏi cấp phép.
1.GIỚI THIỆU
Lớp
vật
lý
WiMAX
1
6. Bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 xác định bốn chuẩn
trong Băng tần được cấp phép là:
• WirelessMAN SC
• WirelessMAN SCa
• WirelessMAN OFDM (IEEE 802.16-2004)
• WirelessMAN OFDMA (IEEE 802.16-2004)
Với các sửa đổi bổ sung cho OFDMA có thể mở
rộng với một trong Băng tần không được cấp phép
là WirelessHUMAN
1.GIỚI THIỆU
Lớp
vật
lý
WiMAX
2
9. • Đa truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao (OFDMA) là một kế hoạch ghép
kênh/đa truy nhập để cung cấp hoạt động ghép
kênh của luồng dữ liệu từ nhiều người sử dụng
trên các kênh con đường xuống và đa truy nhập
đường lên bởi các kênh con đường lên
• Tính năng OFDMA lên lịch một số lượng sóng
mang con khác nhau cho mỗi thuê bao tùy
thuộc vào nhu cầu, điều kiện kênh hoặc cả hai.
2.OFDMA
Đăc điểm
Lớp
vật
lý
WiMAX
5
10. • Khả năng điều chỉnh độ rộng băng thông kênh
từ 1,25 đến 20 MHz
• Khả năng chống nhiễu và giảm thiểu nhiễu
• Hỗ trợ Time Division Duplex (TDD)
• Khuếch đại phạm vi phủ sóng
• Linh hoạt lập lịch chọn tần số và phân kênh
• Hỗ trợ chế độ idle và inactive để tiếp kiệm năng
lượng.
2.OFDMA
Đặc điểm
Lớp
vật
lý
WiMAX
6
11. • Trong WiMAX giới thiệu một khái niệm OFDMA
khả định cỡ, được gọi là "Scalable OFDMA" hoặc
"SOFDMA"
• Trong đó số lượng tần số con được sử dụng
tỉ lệ với băng thông BW
• Việc này giữ cho khoảng cách giữa các tần số
con Δ f giữ nguyên 10.94kHz cho tất cả các
băng thông
2.OFDMA
2.1 Mô tả tín hiệu
Lớp
vật
lý
WiMAX
7
12. • Khoảng cách giữa tần số Δ f được tính bằng:
Trong đó+ là số điểm FFT
+ là tần số lấy mẫu với công thức:
2.OFDMA
2.1 Mô tả tín hiệu
Lớp
vật
lý
WiMAX
• Khoảng thời gian ký hiệu của OFDMA là:
Trong đó: +
+
8
13. • Tín hiệu truyền đi tới anten theo thời gian:
2.OFDMA
2.1 Mô tả tín hiệu
Lớp
vật
lý
WiMAX
Trong đó:
• t là thời gian tính từ khi bắt đầu ký hiệu OFDM,
• Ck là một số phức đại diện cho dữ liệu cần
truyền trên tần số con với chỉ số phân vị tần
số là k 9
14. Các ký hiệu được tạo bởi các sóng mang con.
Tổng các sóng mang con được tạo bởi:
• Sóng mang con dữ liệu để truyền dẫn dữ liệu.
• Sóng mang con hoa tiêu cho mục đích ước
lượng
• Sóng mang con rỗng (Null) không truyền mà để
cho dải bảo vệ hoặc sóng mang DC.
2.OFDMA
2.2 Mô tả ký hiệu
Lớp
vật
lý
WiMAX
Hình 2: Cấu trúc sóng mang con
1
0
15. • Các sóng mang con tích cực (dữ liệu và hoa
tiêu) được nhóm thành các tập con gọi là các
kênh con.
• Mỗi tập các sóng mang con được gọi là kênh
con với cách sắp xếp sóng mang con phân tán
hoặc sắp xếp sóng mang con liền kề
• Việc chia kênh con cho phép tính linh hoạt, đa
truy nhập và khả năng xử lý các anten tiên tiến.
2.OFDMA
2.2 Mô tả ký hiệu
Lớp
vật
lý
WiMAX
1
1
17. 3.1 FUSC
Lớp
vật
lý
WiMAX
• Cấu trúc kênh phụ tùy
chọn bổ sung cho
FUSC xác định công
thức mới cho phân bổ
các tín hiệu điều khiển
trong đó một tín hiệu
điều khiển được phân
bổ cho chín tần số con
liền kề theo công thức
sau
pilot index = 9k + 3(symbol
index)mod3 + 1
⚬ k: chỉ số tần số con
(Bắt đầu từ 0)
Hình 3:
1
3
20. 3.4 TUSC
Lớp
vật
lý
WiMAX
• TUSC chia băng tần sẵn có thành nhiều ô, mỗi ô bao
gồm một tập con của các subcarrier có sẵn. Bằng cách
động định vị các ô cho các người dùng khác nhau,
TUSC có thể cung cấp phân bổ tài nguyên hiệu quả và
giảm thiểu nhiễu.)
• Nếu hệ thống anten tiên tiến (AAS) vòng kín sử dụng
cùng với PUSC, CSI từ MS với BS là cần thiết kể cả
trong TDD vì UL và DL phân bố không đối xứng.
• có hai chế độ TUSC1 và TUSC2 tương đương với UL
PUSC và UL PUSC
1
6
23. • Khái niệm "kênh con" thường được sử dụng
để giới thiệu thành phần tần số của một slot
• slot là lượng tài nguyên vật lý nhỏ nhất được
ấn định cho người sử dụng trong miền tần số
• Một khe OFDMA phụ thuộc vào cấu trúc ký
hiệu OFDMA, trong đó có nhiều cấu hình slot
khác nhau
4.CẤU TRÚC KHUNG
OFDMA
Lớp
vật
lý
WiMAX
1
9
24. • FUSC: Mỗi slot là 48 sóng mang con trên một ký
hiệu OFDM
• DL PUSC: Mỗi slot gồm 24 sóng mang con trên
hai ký hiệu OFDM
• UL PUSC hoặc TUSC: Mỗi khe gồm 16 sóng
mang con trên ba ký hiệu OFDM
• AMC: Mỗi khe gồm 8, 16 và 24 sóng mang con
trên 6, 3 hoặc 2 ký hiệu OFDM (8x6; 3x16; 24x2)
4.CẤU TRÚC KHUNG
OFDMA
Lớp
vật
lý
WiMAX
2
0
26. 4.2 CẤU TRÚC KHUNG TDD
Lớp
vật
lý
WiMAX
Hình: Cấu trúc khung OFDMA TDD
• Mỗi khung chia thành các khung con DL (đường
xuống) và UL(đường lên)
• Các khung DL, UL được phân cách bởi khoảng
trống TTG(phát) và RTG(thu) để tránh va chạm
2
2
27. • Trạm thuê bao cho các hệ thống TDD là SSRTG
và SSTTG
• Trước khi được phân bổ tần số cho kênh uplink,
BS truyền thông tin downlink đến một trạm thuê
bao sau thời điểm (SSRTG+RTD).
• BS không truyền thông tin downlink đến trạm
thuê bao trước thời điểm (SSTTG-RTD) sau khi
kết thúc phân bổ uplink theo lịch trình.
4.3 CẤU TRÚC KHUNG TDD
Lớp
vật
lý
WiMAX
2
3
28. • Khung truyền dữ liệu có thể chia thành các
đoạn trên trục tần số và khu vực trên trục thời
gian.
• Trên trục tần số, các kênh con được nhóm
thành các nhóm kênh còn có thể được phân
nhóm thành các đoạn với PUSC như được thấy
trong
• BS không truyền thông tin downlink đến trạm
thuê bao trước thời điểm (SSTTG-RTD) sau khi
kết thúc phân bổ uplink theo lịch trình.
4.3 PHÂN ĐOẠN VÀ VÙNG
Lớp
vật
lý
WiMAX
24
31. 5.1RANDOMIZATION
VÀ FEC ENCODING
Lớp
vật
lý
WiMAX
• Lớp vật lý OFDMA của WirelessMAN của IEEE
802.16-2004 cùng với sửa đổi của IEEE 802.16e
hỗ trợ một số mã sửa lỗi chuyển tiếp (FEC).
• Trong một khung (frame), một số kênh HARQ
được xác định. Mỗi kênh có thể hỗ trợ nhiều
burst, được gọi là sub-bursts, có thể có các chế
độ HARQ khác nhau.
⚬ HARQ-CC
⚬ HARQ-IR cho CRC
⚬ HARQ-IR cho CC
⚬ MIMO HARQ-CC
⚬ MIMO HARQ-IR cho CC
⚬ MIMO HARQ-STC
2
7
33. 5.1.2CONVOLUTION
AL CODING
Lớp
vật
lý
WiMAX
Trong HARQ-IR cho CC, mẫu puncturing được xác
định để tạo ra các gói HARQ với SPID (ID của gói
con) cụ thể. Mẫu puncturing là giống nhau cho
SPID = 0, và các mẫu còn lại được tạo ra bằng
cách dịch vòng quanh của mẫu trước đó.
2
9
34. 5.1.3 ZERO TAILED
CONVOLUTIONAL
CODING
Lớp
vật
lý
WiMAX
Mã hóa nối tiếp với đuôi không được sử dụng là
một kỹ thuật tùy chọn khác, nó bắt buộc bộ mã
hóa phải trả về trạng thái toàn bộ số 0 bằng cách
cung cấp một số lượng đủ lớn các số 0 ở cuối mỗi
xung sau khi ngẫu nhiên hóa. Đây là mã hóa với
tốc độ thấp hơn so với mã nối đuôi.
3
0
37. 5.1.6 LDPC CODING
Lớp
vật
lý
WiMAX
• LDPC coding là một kỹ thuật mã hóa tùy chọn, dựa trên một tập các mã
khối tuyến tính có hệ thống, trong đó k bit thông tin được mã hóa thành n
bit mã bằng cách thêm m mã kiểm tra chẵn lẻ, với m = n - k.
• Mỗi mã LDPC được định nghĩa bởi ma trận H kích thước m x n, trong đó m
là số bit kiểm tra chẵn lẻ trong mã. H được tạo thành bởi các ma trận Pi, j,
có kích thước z x z, là các ma trận hoán vị hoặc ma trận không, với n = z.nb
& m = z.mb và i ∈ {0, mb-1} & j ∈ {0, nb-1}.
33
38. 5.1.7 LDPC CODING
Lớp
vật
lý
WiMAX
• Ma trận cơ sở Hb được tạo thành từ các giá trị 1 và 0
trong đó các giá trị 1 được thay thế bằng các ma trận
hoán vị Pi, j và các giá trị 0 được thay thế bằng ma trận 0
để tạo thành H.
• Mỗi ma trận mô hình cơ sở có nb = 24 cột, và hệ số mở
rộng (hệ số z) bằng n/24 cho độ dài mã n trong đó z ∈
{24, 28, 32, ···, 96} và các bit thông tin được mã hóa với
tốc độ mã hóa R lần n với R ∈ {1/2, 2/3, 3/4, 5/6}. Độ dài
mã tối thiểu (nmin) là 24 × 24 = 576 bit và độ dài mã tối
đa (nmax) là 24 × 96 = 2.304 bit.
• Có năm ma trận cơ sở khác nhau
⚬ 1 cho mã hóa tốc độ 1/2
⚬ 2 cho mã hóa tốc độ 2/3
⚬ 2 cho mã hóa tốc độ 3/4 34
39. 5.2 REPETITION
Lớp
vật
lý
WiMAX
• Tuỳ chọn, mã lặp lại được sử dụng để tăng tính ổn định.
Hệ số lặp lại (r) cho 2,4 hoặc 6 có thể được áp dụng và
các khe được cấp phát để là bội số của hệ số lặp lại cho
uplink và downlink.
• Các khe được cấp phát cần phải nằm trong khoảng {r ×
K, r × K + (r − 1)}, trong đó K là số khe yêu cầu trước khi
áp dụng phương thức lặp lại. Sau khi FEC và
interleaving, dữ liệu được ánh xạ vào khe và mỗi bit
được lặp lại r lần trong các khe liền kề. Nhưng, tất nhiên,
do sự ngẫu nhiên, dữ liệu sau hệ thống hình tinh có thể
khác nhau.
35
40. 5.3 MODULATION
Lớp
vật
lý
WiMAX
• Điều chế thích nghi được sử dụng ở downlink và cho phép các phương pháp điều
chế khác nhau cho mỗi thuê bao trong uplink được xác định bởi các thông báo
cấu hình MAC burst từ BS.
• Dữ liệu được ánh xạ hình tinh sau đó được điều chế lên các bộ phân chia cụ thể
và mỗi bộ phân chia được nhân với hệ số 2 (1/2 − wk) theo chỉ số bộ phân chia k
và một chuỗi wk được tạo ra bởi bộ tạo số PRBS (X 11 + X 9 +1). Ngoài ra, chuỗi
này được sử dụng cho việc điều chế pilot, tiền amble / midamble và đo khoảng
cách:
• Điều chế pilot được thực hiện với Re (ck) = 2 (1/2 − wk) và Im (ck) = 0 trong
uplink, trong đó ck là bộ phân chia thứ k của kênh khoảng cách.
• Ở downlink và cho cấu trúc gạch ngang uplink tùy chọn, mỗi phi công được
truyền theo Re (ck) = 8/3 (1/2 − wk) và Im (ck) = 0 với một lợi thế 2,5 dB so với
công suất trung bình của mỗi tín hiệu dữ liệu.
• Preambles/midambles được điều chế theo công thức Re(preamble) =
4·√2·(1/2−wk) và Im(preamble) = 0.
• Điều chế khoảng cách được định nghĩa bởi Re(ck) = 2·(1/2−Ck) và Im(ck) = 0,
trong đó:
⚬ Ck là bit thứ k của mã được tạo ra. 36
41. TỔNG KẾT
• Tổng quan chi tiết về OFDMA PHY của IEEE
802.16e-2005, là lớp vật lý được lựa chọn của
WiMAX di động. OFDMA PHY mang lại mức độ
linh hoạt lớn với nhiều tùy chọn cấu hình.
• Các công thức hoán vị tần số kề cận và phân
tán được định nghĩa để tạo ra ánh xạ tần số
sang kênh phụ cho các tùy chọn đa dạng.
FUSC, PUSC, TUSC, AMC là các cấu hình có
thể xảy ra.
43. TÀI LIỆU THAM KHẢO
• The WiMAX PHY Layer - Marcel O. Odhiambo/Amimo P.O. Rayolla
https://uir.unisa.ac.za/bitstream/handle/10500/5552/wimax.pdf
sequence=1&isAllowed=y
• Mobile Broadband - Mustafa Ergen
https://link.springer.com/book/10.1007/978-0-387-68192-4
