Do an Nghien Cuu Ky Thuat OFDM Trong WLAN

7/31/2019 Do an Nghien Cuu Ky Thuat OFDM Trong WLAN

http://slidepdf.com/reader/full/do-an-nghien-cuu-ky-thuat-ofdm-trong-wlan 1/81



2.1.7 Hiệu suất sử dụng phổ của OFDM .....................................................45

2.1.8 Khoảng bảo vệ (Guard Period) ..........................................................46

2.1.8.1 Bảo vệ chống lại dịch thời gian (time offset)...............................47

2.1.8.2 Bảo vệ chống lại ISI ....................................................................48

2.1.9 Giới hạn băng thông của OFDM và cửa sổ ........................................50

2.1.9.2 Độ phức tạp tính toán bằng lọc băng thông FIR ...........................50

2.1.9.3 Ảnh hưởng của lọc băng thông tới chỉ tiêu k ỹ thuật của OFDM ..51

2.1.10 Khoảng bảo vệ cosin nâng (Raised Cosine Guard Period)................52

2.1.11 Ảnh hưởng của nhiễu trắng cộng tính Gaussian (Aditive White

Gauusian Noise) đến OFDM ......................................................................53

2.1.12 Ảnh hưởng của méo tới OFDM .......................................................54

2.1.13 Ảnh hưởng của sai lỗi đồng bộ đến chỉ tiêu chất lượng hệ thốngOFDM........................................................................................................55

2.1.14 Ưu điểm và hạn chế của hệ thống OFDM ........................................57

2.2 Ứng dụng của OFDM trong các chuẩn WLAN hiện có ............................58

2.2.2 Chuẩn IEEE 802.11g .........................................................................59

2.2.3 Chuẩn HiperLAN2 ............................................................................60

2.3 Một số hạn chế của các hệ thống mạng WLAN sử dụng OFDM hiện nay 61

2.4 Xu hướng nghiên cứu phát triển ứng dụng OFDM trong WLAN..............62CHƯƠNG 3 NHỮNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG OFDM TRONGCHUẨN WLAN MỚI IEEE 802.11N ........................................................ 64

3.1 Những giải pháp kỹ thuật để cải thiện tốc độ truyền dữ liệu trong mạng

WLAN...........................................................................................................64

3.1.1 Cải thiện tốc độ truyền dữ liệu với hệ thống nhiều anten (MIMO) .....65

3.1.2 Cải thiện tốc độ truyền bằng cách kết hợp MIMO với các kênh băng

thông r ộng ..................................................................................................66

3.2 Mục đích nghiên cứu của IEEE 802.11n ..................................................663.3 MIMO – OFDM................................................................ ......................68

3.3.1 Giớ i thiệu về MIMO-OFDM .............................................................68

3.3.2 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM ......................................................70

3.3.3 Một số ứng dụng thử nghiệm của MIMO-OFDM trong WLAN.........72



K ẾT LUẬN................................................................................................. 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... ...... 81



LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học k ỹ thuật, các nhu cầu của con

ngườ i cũng ngày càng đòi hỏi cao hơ n cho cuộc sống. Nhu cầu về sử dụng các

dịch vụ công nghệ thông tin và viễn thông ngày càng mở r ộng. Mạng Internet phát triển toàn cầu, giúp chúng ta truy cập thông tin và liên lạc thuận tiện. Trong

một tươ ng lai không xa thì truyền thông đa phươ ng tiện (Multimedia) sẽ là nhu

cầu tất yếu của xã hội.

Mạng không dây là một lựa chọn thích hợp cho sự toàn cầu hoá truyền

thông, song song k ết hợp với mạng hữu tuyến hiện có. WLAN (Wireless LAN) -

mạng cục bộ không dây là cơ sở nền tảng mở đầu cho liên k ết toàn cầu, WLAN

là tiền đề phát triển các mạng không dây lớn hơ n WWAN, WGAN.

WLAN ra đời tạo nên một hướng phát triển mới cho truyền thông di động,

với những ưu điểm về sự linh hoạt, đơn giản hoá và thuận tiện. Tuy quy mô của

WLAN còn nhỏ hẹp nhưng đã đáp ứng phần nào nhu cầu của người sử dụng, với

những ứng dụng đầu tiên là các công sở , nhà máy.

Do môi tr ường truyền thông của WLAN là không gian tự do nên những yếu

tố về môi tr ường tác động nhiều tới quá trình truyền sóng. Tốc độ truyền thông

và băng thông tín hiệu cùng tác động nhiễu môi tr ường chính là hạn chế của

WLAN; cản tr ở tới sự hoàn thiện của mạng không dây là tiến tới truyền thông đa

phươ ng tiện.

Các tổ chức viễn thông trên thế giới đang nghiên cứu, phát triển các công

nghệ áp dụng cho mạng không dây nói chung và WLAN nói riêng như IEEE

(chẳng hạn chuẩn IEEE 802.11n sắp tới) nhằm cải thiện những hạn chế của

WLAN. Một phương pháp kỹ thuật chiếm ưu thế vượt tr ội là OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplexing) - ghép kênh phân chia theo tần số tr ực giao.

Các tín hiệu truyền đi bở i các sóng mang con có tần số tr ực giao. Chính sự tr ựcgiao tần số này tạo ra sự hiệu quả sử dụng băng thông kênh truyền, cùng với khả

năng chống nhiễu ISI và ICI sẽ cải thiện được tốc độ truyền tín hiệu.



Nhận thấy đây là một công nghệ hiệu quả để phát triển mạng không dây nói

chung và WLAN nói riêng. Với mục đích tìm hiểu về công nghệ này, em thực

hiện đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu về kỹ thuật OFDM trong mạng WLAN”.

Đồ án gồm 3 chươ ng:

Chương 1: Tổng quan về mạng không dây

Chương 2: Tổng quan về OFDM

Chương 3: Những nghiên cứu ứng dụng OFDM trong chuẩn WLAN

mới IEEE 802.11n

Sự ra đời và phát triển WLAN và nhu cầu sử dụng nó còn mới, các chuẩn

áp dụng cho WLAN đang được nghiên cứu và chuẩn hoá đặc biệt là công nghệ

OFDM ứng dụng cho không dây chưa thực sự mạnh; do nguồn tài liệu và kiến

thức còn hạn chế, nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em r ất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và ý kiến đóng góp của các bạn

đọc để em được hiểu biết thêm.

Để hoàn thành đồ án này, ngoài sự cố gắng của bản thân còn phải kể đến sự

đóng góp của nhiều người. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ

môn Điện tử Viễn thông Khoa Công nghệ thông tin Đại học Thái Nguyên

những người đã dạy dỗ em trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt Em

xin gửi lời cảm ơn tới Cô giáo Th.s ĐOÀN THANH THẢO, đã tận tình hướngdẫn trong suốt quá tr ình làm đồ án.

Thái Nguyên tháng 6 năm 2007.

Sinh viên

Hoàng Tùng Ngọc



DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

3G 3rd Genneration (of Mobile

networks)

Mạng di động thế hệ thứ 3

A:

ACK

ADSL

ASK

Ad hoc

AP

Acknowledgement

Asymmetric Digital Subcriber

Line

Amplitude Shift Keying

Ad hoc network

Access Point

Xác nhận

Đường dây thuê bao số không đối

xứng

Khoá dcih chuyển biên độ

Mạng độc lập ngang cấp

Điểm truy nhập

B:

BER

BPSK

BSS

Bit Error Rate

Binary Phase Shift Keying

Basic Service Set

Tỷ số lỗi bít

Khoá dịch pha nhị phân

Bộ dịch vụ cơ sở

C:

CPE

CSMA

CSMA/CA

Customer Premise Equipment

Carrier Sense Multiple Access

CSMA with Collision

Avoidance

Thiết bị người dùng

Đa truy nhập cảm ứng sóng mang

CSMA tránh xung đột

D:

DSSSDirect Sequence Spectrum

SpreadTr ải phổ chuỗi trực tiếp

E:

ESS

ETSI

Extended Service Set

European Telecom Standard

Institute

Bộ dịch vụ mở rộng

Viện tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu

F:

FEC

FDD

FDMA

FHSS

FSK

Forward Error Correction

Frequency Division Duplexing

Frequency Division Multiple

Access

Frequency Hopping Spectrum

Spread

Frequency Shift Keying

Sủa lỗi tiên tiến

Song công phân chia theo tần số

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Tr ải phổ nhảy tần

Khoá dịch chuyển tần số

G:

GSM Global System for Mobile

communications

Hệ thống thông tin toàn cầu cho

điệnthoại di động

H:



Hiper LAN High Performance LAN LAN chất lượng cao

I:

IBSS

IEEE

IP

ITU

ISM

ISO

Independent Basic Service Set

Institute of Electrical and

Electronic Engineers

Internet Protocol

International

Telecommunication Union

Industry Science Medicine

International Organization for

Standardization

Bộ dịch vụ cơ sở độc lập

Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử

Giao thức Internet Tở chức viễn thông thế giới

Băng tần công nghiệp, kỹ thuật và y

tế

Tổ chức quốc tế chuyên về các tiêu

chuẩn

L:

LAN

LLC

LOS

Local Area Network

Logical Link Control (layer)

Line-Of-Sight

Mạng cục bộ

Lớp điều khiển kiên k ết vật lý

Phương thức truyền vô tuyến cần phải thoả mãn tầm nhìn thẳng

M:

MAC

MAN

MIMO

MPDU

MSDU

Medium Access Control

Metropolitan Area Network

Multiple-Input, Multiple-

Output

MAC Protocol Data Unit

MAC Service Data Unit

Điều khiển truy nhập môi trường

Mạng khu vực đô thị

Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra

Khối dữ liệu giao thức MAC

Khối dữ liệu dịch vụ MAC

N: NIC

NLOS

Network Interface Card

Non-Line-Of-Sight

Card giao tiếp mạng

Không tầm nhìn thẳng

O:

OFDM

OFDMA

OSI

Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Orthogonal Frequency

Division Multiple Access

Open Systems Interconnection

Ghép phân chia tần số trực giao

Đa truy nhập phân chia theo tần số

tr ực giao

Quan hệ giữa các hệ thống mở



P:

PDA

PHY

PMP

PSK

PSTN

PTP

Personal Digital Assistance

Physical

Point-to-multipoint

Phase Shift Keying

Public Switched Telephone

Network

Point-to-point

Thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số

Lớp vật lý

Điểm - Đa điểm

Khoá dịch chuyển pha

Mạng điện thoại chuyển mạch côngcộng

Điểm-điểm

Q:

QAM

QoS

QPSK

Quadrature Amplitude

Modulation

Quality of Service

Quadrature Phase Shift Keying

Phương pháp điều chế biên độ cầu

phương

Chất lượng dịch vụ

Khoá dịch chuyển pha cầu phương

S:

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu / tập âm T:

TDD

TDM

TDMA

Time Division Duplexing

Time Division Multiplexing

Time Division Multiple Access

Song công phân chia theo thời gian

Sự truyền dồn k ênh phân chia theo

thời gian

Đa truy nhập phân chia theo thời

gian

W:

WLAN

WMAN

Wireless Local Area Network

Wireless Metropolitan Area Network

Mạng vo tuyến cục bộ

Mạng vô tuyến khu vực đô thị



CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY

1.1 Giới thiệu tổng quan về mạng cục bộ không dây (WLAN)

1.1.1 M ạng không dây l à gì

Mạng máy tính từ lâu đã tr ở thành một thành phần không thể thiếu đối với

nhiều lĩ nh vực đời sống xã hội, từ các hệ thống mạng cục bộ dùng để chia sẽ tài

nguyên trong đơn vị cho đến hệ thống mạng toàn cầu như Internet. Các hệ thống

mạng hứu tuyến và vô tuyến đang ngày càng phát triển và phát huy vai trò của

mình.

Mạng không dây là mạng không dùng dây cáp cho các k ết nối mà sử dụng

sóng radio trong không gian để k ết nối các máy tính với nhau.Mặc dù mạng không dây đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho tới

những năm gần đây, với sự bùng nổ của các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên

cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng tr ở nên cấp thiết.

Nhiều công nghệ phần cứng, các giao thức chuẩn lần lượt ra đời và đang tiếp tục

nghiên cứu và phát triển.

Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ tr ợ các thiết bị di động nên

không bị ràng buộc cố định về phần bổ tr ợ địa lý như trong mạng hữu tuyến.

Ngoài ra ta còn có thể dễ dàng bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng

mà không phải cấu hình lại toàn bộ topology của mạng. Tuy nhiên, hạn chế lớn

nhất của mạng không dây là tốc độ truyền chưa cao so với mạng hữu tuyến. Bên

cạnh đó, khả năng bị nhiễu và mất gói tin cũng là vấn đề đáng quan tâm.

Hiện nay những hạn chế trên đang dần được khắc phục. Những nghiên

cứu về mạng không dây hiện đang tu hút các viện nghiên cứu cũng như các

doanh nghiệp tr ẻ trên thế giớ i. Vớ i sự đầu tư đó, hiệu quả và chất lượng của hệ

thống mạng không dây sẽ ngày càng được nâng cao, hứa hẹn những bước phát

triển trong tươ ng lai.



Hình 1.1 Một mô hình k ết nối internet bởi WLAN 1.1.2 C ấu trúc cơ bản của một mạng

Hệ thống mạng không dây (Wireless Local Area Network) được ưuchuộng bởi cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu có tốc độ cao, với khoảng cách

xa mà không phải lo lắng về dây dẫn, cáp... Thiết bị WLAN cơ bản bao gồm các

tr ạm (Station)-card mạng không dây, các điểm truy cập không dây AP (Access

Point), và WBridge (Bridge không dây).

Các tr ạm (Station)

Một tr ạm thực chất hay nói chính xác hơ n là một thiết bị máy tính được

trang bị một Card mạng không dây giao tiếp máy tính với mạng không dây bằngcách điều chế tín hiệu dữ liệu với chuỗi trải phổ và thực hiện một giao thức truy

nhập cảm ứng sóng mang. Máy tính muốn gửi dữ liệu lên trên mạng, card mạng

không dây sẽ lắng nghe các truyền dẫn khác. Nếu không thấy các truyền dẫn

khác, card mạng sẽ phát ra một khung dữ liệu. Trong khi đó, các trạm khác vẫn

liên tục lắng nghe dữ liệu đến, chiếm khung dữ liệu phát và kiểm tra xem địa chỉ

của nó có phù hợp với địa chỉ đích trong phần Header của khung phát bản tin hay

không. Nếu địa chỉ đó tr ùng với địa chỉ của trạm, thì tr ạm đó sẽ nhận và xử lý

khung dữ liệu được, ngược lại trạm sẽ thải hồi khung dữ liệu này.

Các card mạng không dây không khác nhiều so với các card mạng được

sử dụng trong mạng LAN có dây. Card mạng không dây trao đổi thông tin với

hệ điều hành mạng thông qua một bộ điều khiển chuyên dụng. Như vậy, bất k ì



ứng dụng nào cũng có thể sử dụng mạng không dây để truyền dữ liệu. Tuy

nhiên, khác với các card mạng có dây, các card mạng không dây là không cần

bất kỳ dây nối nào. Card mạng có dây có thể sử dụng khe cắm ISA (hiện nay ít

sử dụng) hoặc khe cắm PCI (sử dụng phổ biến) trên máy tính để b àn hoặc sử

dụng khe cắm PCMCIA tr ên các laptop. Card mạng không dây thường có một

anten ngoài có thể gắn vào tường hoặc một vị trí nào đó trong phòng.

Các điểm truy cập không dây (Access Point)

Các điểm truy cập không dây AP ( Acsses Point ), nó tươ ng tụ như một

tr ạm cơ sở của mạng thoại tế bào. Các máy tr ạm không dây thông tin với mạng

truyền thống và với máy tr ạm khác thông qua AP không dây và các AP này được

đặt cố định một chỗ. Nó tạo ra các vùng phủ sóng, nối các nút di động tới các cơ

sở hạ tầng LAN có dây. Vì các điểm truy cập cho phép mở rộng vùng phủ sóngnên các mạng không dây WLAN có thể triển khai trong cả một toà nhà hay một

khu trường đại học, tạo ra một vùng truy cập không dây rộng lớn. Các điểm truy

cập này không chỉ cung cấp trao đổi thông tin với các mạng có dây mà còn lọc

lưu lượng và thực hiện chức năng cầu nối với các tiêu chuẩn khác. Chức năng lọc

giúp giữ gìn dải thông tr ên các kênh vô tuyến nhờ loại bỏ các lưu lượng thừa.

Do băng thông ghép đôi không đối xứng giữa thông tin vô tuyến và hữu

tuyến nên các điểm truy cập cần có bộ đệm thích hợp và các tài nguyên của bộ nhớ. Các bộ đệm được dùng chủ yếu để lưu các gói dữ liệu ở điểm truy cập khi

một nút di động cố gắng di chuyển khỏi vùng phủ sóng hoặc khi một nút di động

hoạt động ở chế độ công suất thấp. Các điểm truy cập trao đổi với nhau qua

mạng hữu tuyến để quản lý các nút di động. Một điểm truy cập không cần điều

khiển truy cập từ nhiều nút di động (có nghĩa là có thể hoạt động với một giao

thức ngẫu nhiên phân tán như CSMA). Tuy nhiên, một giao thức đa truy cập tập

trung được điều khiển bởi một điểm truy cập có nh iều thuận lợi. Các lựa chọn

giao diện mạng hữu tuyến chung với điểm truy cập gồm có 10Base2, 10BaseT,

modem ADSL, ISDN.



Các cổng (Port)

Cổng là một kênh logic của một thiết bị hỗ tr ợ một k ết nối đơn điểm-điểm

(Point to Point). Đối với IEEE 802.11, cổng là một thực thể logic mà qua đó có

thể tạo một k ết nối không dây đơ n. Một đặc thù của máy tr ạm không dây hay AP

không dây là có nhiều cổng và có thể hỗ tr ợ đồng thời nhiều kết nối không dây.

K ết nối logic giữa một cổng trên máy khách không dây và một cổng trên

AP không dây là một k ết nối điểm tới điểm, bắc cầu qua từng đoạn mạng LAN.

Tương tự như trong mạng trên nền tảng Ethernet. Các máy tr ạm k ết nối tới một

Ethernet Switch. Tất cả các khung gửi từ máy tr ạm không dây, có hay không có

Unicast, Multicast hoặc Broadcast gửi trên đoạn mạng điểm tới điểm giữa máy

khách không dây và AP không dây. Frame gửi từ AP không dây đến máy khách,

frame Unicast gửi trên đoạn mạng LAN điểm tới điểm, các khung dữ liệumulticast và broadcast gửi đến tất cả máy khách k ết nối không dây cùng lúc.

Một WBridge – Bridge không dây với ý ngh ĩa là một port. tương tự như

các điểm truy cập không dây trừ trường hợp chúng được sử dụng cho các k ênh

bên ngoài. Phụ thuộc vào khoảng cách và vùng mà cần dùng tới anten ngoài.

WBridge được thiết kế để nối các mạng với nhau, đặc biệt trong các toà nhà có

khoảng cách xa.

WBridge cung cấp một phương pháp nhanh chóng và rẻ tiền so với việcsử dụng cáp, hoặc đường điện thoại thuê riêng (lised-line) và thường được sử

dụng khi các kết nối có dây truyền thống không thể thực hiện hoặc khó khăn như

qua sông, địa hình hiểm trở, các khu vực riêng, đường cao tốc... Khác với các

liên k ết cáp và các mạch điện thoại chuyên dụng, WBridge có thể lọc lưu lượng

và đảm bảo rằng các hệ thống mạng không dây được kết nối tố t mà không bị mất

lưu lượng cần thiết.

1.1.3 C ấu hình mạng cục bộ không dây WLAN

Các cấu hình hoạt động trong mạng WLAN được phân chia thành ba kiểu

chính là:

Kiểu Ad hoc (đặc biệt)

Kiểu Infrastructure (k ết cấu hạ tầng)



Kiểu Hybrid (lai)

1.1.3.1 Kiểu Ad hoc

`

Adapter không dâyModem băng rộng

Cap Ethernet

Mạng Ad hoc

Hình 1.2 Một số PC được nối với nhau trong một mạng Ad hoc

Kiểu Ad hoc chỉ một mạng ngang hàng (peer to peer) không dây: ngh ĩa là

một mạng trong đó mỗi thiết bị (thường là một PC) k ết nối qua vô tuyến khôngdây với mọi PC khác một cách tr ực tiếp. Không có PC hoặc thiết bị trung tâm có

chức năng như một trung tâm của mạng hoặc trong thuật ngữ của nối mạng máy

tính, như là một server cho các PC còn lại. Điểm phân biệt chính về k ỹ thuật giữa

các mạng Ad hoc và mạng Infrastructure là các mạng Infrastructure sử dụng một

Acces Point, trong khi mạng Ad hoc thì không sử dụng. Một mạng Ad hoc hoạt

động chỉ khi các PC của nó nằm gần với nhau về phươ ng diện vật lý và chỉ khi

giới hạn về con số. Hơ n nữa, để chia sẽ Internet, một trong các PC vẫn phải được bật nguồn. Nhưng sự giao tiếp thì nhanh và k ết nối lại dễ dàng, một lợi ích đáng

k ể cho nhóm Ad hoc gồm các sinh viên hoặc nhân viên chẳng hạn.

1.1.3.2 Kiểu mạng Infrastructure

Kiểu Infrastructure chỉ ra một mạng không dây được điều khiển qua mộ t

AP không dây vốn tạo các tín hiệu cho các thiết bị riêng lẻ để đọc qua các



adapter mạng không dây của chúng. Access point (điểm truy cập) có chức năng

như một trung tâm điều khiển giao thông cho các tín hiệu và bởi vì ta định vị

chúng để có thể thu tín hiệu tốt nhất, nó cung cấp khả năng kết nối đáng tin cậy

hơ n các mạng Ad hoc. AP cũng cho phép ta chia sẻ k ết nối Internet mà không

cần phải qua một PC. Tr ước tiên đây là một lợi ích bởi vì ta không cần phải để

PC của ta mở trên các client (máy khách) mạng để k ết nối với Internet và thứ hai

là bởi vì một AP có thể cung cấp một sự bảo mật nào đó bằng firewall. Tuy

nhiên, điều quan tr ọng nhất là nhiều AP cũng có chức năng như các bridge giữa

WLAN và LAN hữu tuyến. Nói cách khác, nếu đã có một LAN hữu tuyến, ta có

thể thêm AP/bridge dưới dạng một client khác vào mạng hữu tuyến và khi k ết nối

các client với AP/bridge, đồng thời thêm chúng vào toàn bộ mạng.

Ưu điểm của mạng Infrastructure là cung cấp một k ết nối Internet chia sẽ với chỉ AP được bật nguồn, chúng tập trung hoá các k ết nối của mạng (hầu hết

các AP cũng có chức năng như những server DHCP, cung cấp các địa chỉ mạng

cho mỗi thiết bị), và chúng tạo ra cầu nối cho các LAN không dây và LAN hữu

tuyến.

Nhưng các toà nhà lớn đòi hỏi vô số các AP để đạt được khả năng kết nối

hiệu quả và các AP hoạt động chậm đi đáng k ể khi càng nhiều lưu lượng định

hướng qua chúng.

Hình 1.3 Một mạng Infrastructure nhỏ



1.1.3.3 Kiểu mạng Hybrid (lai)

Kiểu hybrid gồm có sự k ết hợp giữa các mạng Ad hoc và mạng

Infrastructure. Trong chế độ này ta tạo ra một mạng Infrastructure và sau đó tạo

các mạng Ad hoc giữa những thiết bị được kết nối với k ết cấu hạ tầng. Nói cách

khác, mạng hybrid thêm các WLAN vào các WLAN lớn hơ n theo cùng một cách

như mạng Infrastructure được tạo cầu nối thêm các WLAN vào một LAN lớn

hơ n. Chế độ hybrid tăng tối đa băng thông của một mạng không dây bằng cách

giảm nhu cầu AP xử lý mọi lưu thông; thay vào đó các PC truyền dữ liệu qua đến

nhau khi có thể, để AP tự do chuyển tiếp dữ liệu qua lại LAN hữu tuyến và các

AP khác.

Các mạng hybrid mang đến giải pháp lý tưởng cho những nhóm người

nhỏ hơ n bằng cách sử dụng một mạng lớn hơ n nhiều, nhưng chúng có r ủi ro lớn hơ n trong khả năng kết nối không được mời đến và hoạt động mạng không được

kiểm soát.

Hình 1.4 Một mạng không dây hybrid

1.1.4 Môi trường mạng không dây 1.1.4.1 Môi trường vật lý

Trong l ĩnh vực mạng, luôn cần một nền tảng cho cả mạng. Nền tảng - cho

cả mạng LAN có dây lẫn WLAN, đề cập đến lớp thứ nhất (lớp vật lý) của mô

hình tham chiếu liên k ết các hệ thống mở (OSI). Lớp vật lý là lớp xác định các



tham số kỹ thuật về chức năng, thủ tục, cơ học và điện, duy tr ì và huỷ bỏ liên k ết

vật lý giữa các hệ thống.

Hiện nay, các môi trường mạng thường được sử dụng ở lớp vật lý bao gồm:

- Cáp xoắn có và không có vỏ bọc chống nhiễu

- Cáp đồng trục

- Cáp quang

- Sóng vô tuyến

Trong đó sóng vô tuyến điện là môi trường được sử dụng bởi các kỹ thuật

vô tuyến trong đó có WLAN.

1.1.4.2 Các d ạng sóng vô tuyến

Khái quát chung : các sóng vô tuyến điện truyền dữ liệu không nhìn thấy

được qua không trung, thường tr ên một khoảng cách xa vài triệu kilômét. Tất cảcác thiết bị không dây đều sử dụng sóng vô tuyến điện để truyền thông tin.

Một số dạng sóng vô tuyến chính như: Sóng vô tuyến (Radio waves); sóng

viba (Micro waves); ánh sáng hồng ngoại: sử dụng một tia sáng hội tụ trong dải

tần số hồng ngoại. Rất thông dụng với các thiết bị điều khiển từ xa, nhưng cũng

được dùng để truyền từ thiết bị đến thiết bị, chẳng hạn giữa PDA và máy tính;

ánh sáng nhìn thấy được (Visible light); ánh sáng cực tím (Ultra voilet light); Tia

X (X rays); Tia Gamma. Các dạng sóng này lan truyền với tốc độ ánh sáng trongchân không với một bước sóng và tần số f đặc trưng được tính bằng:

c f với c3.108 m/s bằng với tốc độ ánh sáng.

S ự phân chia tần số vô tuyến: Phổ sóng điện từ được chia thành 8 vùng để

truyền sóng vô tuyến, mỗi vùng đều có sự quản lý của nhà nước. Các vùng này

được xếp từ vùng tần số thấp (VLF) đến vùng tần số đặc biệt cao (EHF).



Hình 1.5 Sự phân chia tần số vô tuyến

Có 5 kiểu truyền vô tuyến khác nhau đó là bề mặt, đối lưu, điện ly, truyền

thẳng, khoảng không (vũ trụ). Kiểu truyền thông được dùng trong vô tuyến phụ

thuộc vào tần số của tín hiệu. Mỗi tần số truyền qua một lớp xác định của khí

quyển và được truyền và nhận một cách hiệu quả nhất bằng kỹ thuật thích hợpcủa lớp này.

Sóng VLF truyền như sóng bề mặt qua không khí và nước. Sóng này được

dùng nhiều nhất cho hàng hải và truyền thông ngầm dưới biển. Sóng LF: giống

VLF, nó cũng truyền theo bề mặt. LF được dùng cho vô tuyến tầm xa của hàng

hải, vô tuyến dẫn đường hoặc bộ định vị hàng hải. Sóng MF: các sóng tần số

trung bình truyền trong tầng dối lưu, nó bị hấp thụ bởi tầng điện ly. MF được

dùng trong sóng vô tuyến AM, vô tuyến hàng hải, vô tuyến các tần số báođộng… Sóng HF : các tín hiệu tần số cao truyền thông tầng điện ly. dùng trong

truyền thông quốc tế, truyền thông quân sự, điện thoại, điện báo… Sóng VHF:

truyền theo đường thẳng vô tuyến VHF, dùng trong vô tuyến hàng không AM,

cứu hộ hàng không hàng hải... Sóng UHF: các sóng tần số siêu cao sử dụng

EHF: tần số đặc biệt cao

SHF: tần số siêu cao

UHF: tần số cực cao

VHF: tần số rất cao

HF: tần số cao

MF: tần số trung

LF: tần số thấp

VLF: tần số rất thấp



truyền thông nhìn thẳng vô tuyến UHF, dùng trong điện thoại di động, vô tuyến

tế bào, truyền viba… Sóng SHF: sóng đặc biệt cao truyền theo kiểu nhìn thẳng

và truyền vũ trụ, dùng trong viba mặt đất, viba vệ tinh và truyền thông rađa. Sóng

EHF: sóng cực kỳ cao sử dụng truyền vũ trụ, ứng dụng chính là cho mục đích

khoa học như truyền thông rađa vệ tinh, thí nghiệm.

Phổ tần số vô tuyến (RF) chúng ta quan tâm bao gồm một số các băng tần

như vi sóng, tần số UHF và các tần số VHF. Các tần số vô tuyến được sử dụng

r ất nhiều tr ong thông tin, một số dải phải được cấp phép, một số ít thì không cần

được cấp phép. Phổ tần không cấp phép này lại rất được ưa chuộng trong các ứng

dụng như các mạng WLAN. Nó là các băng tần trong công nghiệp, khoa học, y tế

(hình 1.6).

Hình 1.6: Các băng tần không cấp phép trong công nghiệp, khoa học, y tế

1.2 Xu hướng phát triển mạng WLAN

Xu hướng kết nối của mạng không dây vô tuyến ngày càng tr ở nên phổcập trong kết nối mạng máy tính. Hãy hình dung trong một cuộc họp ta phải kết

nối máy tính xách tay của mình với cơ sở dữ liệu tr ên mạng LAN của công ty để

báo cáo số liệu trong lúc phòng họp không có một kết nối cáp mạng nào hay một

nhóm làm việc di động cần được thiết lập các kết nối mạng LAN nay lập tức để



hoàn thành công việc trong một thời gian ngắn. Hay khi nói chuyện tr ên một điện

thoại chuẩn, bị gắn cố định vào một bức tường, các dây bị cố định lại. Một trong

những điều hấp dẫn chính của công nghệ không dây là khả năng nó giải phóng ta

khỏi dây buộc do đó cho ta tự do di chuyển xung quanh. Tất cả các yêu cầu này

đều có thể giải quyết được với các thiết bị mạng không dây. Với xu hướng giá

thành của máy tính xách tay ngày càng giảm và nhu cầu truy nhập mạng Internet

ngày càng tăng, tại các nước phát triển các dịch vụ truy cập Internet không dây

đã tr ở nên phổ cập. Xu thế phát triển của WLAN ngày càng thể hiện r õ, là sự lựa

chọn truyền thông của tương lai.

1.2.1 Gi ải pháp cho văn phòng di động

Với sự xuất hiện và phát triển của công nghệ mạng không dây, các văn

phòng làm việc đã thực sự trở thành một Văn phòng Mở. Các kết nối mạng người

dùng được duy tr ì một cách dễ dàng, liên tục mà không phụ thuộc vào sự thay

đổi vị trí làm việc hay sự bổ sung các điểm kết nối mới. Giải pháp này không chỉ

đơn thuần là tăng khả năng trao đổi thông tin ở trong Văn phòng mà còn giúp

người sử dụng nâng cao năng lực làm việc và hiệu quả kinh doanh.

Hình 1.7 Một văn phòng di động - Mobile Office



Mỗi Wireless Access Point hoạt động như là một điểm trung tâm để kết

nối tới các máy trạm sử dụng card không dây. Tầm phủ sóng của một Access

Point đơn lẻ (trong văn phòng) khoảng 30 mét. Các Access Point được liên k ết

với nhau bằng một thiết bị chuyển mạnh (Switch), điều đó có nghĩa là một mạng

có thể bao gồm nhiều Access Point hoạt động cùng với nhau để mở rộng phạm vi

phủ sóng.

1.2.2 Gi ải pháp li ên k ết các mạng (Building -to-Building)

Đối với nhiều tổ chức và doanh nghiệp lớn, ngoài văn phòng chính còn có

r ất nhiều các văn phòng chi nhánh, nhu cầu liên k ết các hệ thống mạng thành

viên với hệ thống mạng trung tâm được xem như một điều kiện tiên quyết cho

việc đồng bộ hoá phương thức quản lý và các trao đổi thông tin, dữ liệu hoạt

động. Với các phương thức kết nối mạng truyền thống đòi hỏi một chi phí r ất

cao và các đường dây k ết nối đỏi hỏi nhiều công thi công cũng như những chi phí

bảo dưỡng. Phương thức kết nối thông qua đường điện thoại công cộng đã đáp

ứng được phần nào nhu cầu này nhưng lại có tốc độ quá thấp so với một đường

truyền không dây thông thường sử dụng chuẩn IEEE802.11b.

Sự lựa chọn là không bắt buộc, nhưng giải pháp kết nối không dây hiện

nay đang được xem là giải pháp hợp lý nhất và kinh tế nhất cho các doanh nghiệplớn, các khu công nghiệp, các Bộ - Ban - Ngành trong việc liên k ết các mạng

thông tin.



Hình 1.8 Liên k ết các toà nhà lớn Các thiết bị mạng không dây cũng cho phép người dùng thực hiện các phương thức kết nối:

- Điểm - Điểm (Point – to – Point)

- Điểm – nhiều điểm (Point – to – MultiPoint)

1.2.3 Điểm truy cập mạng Công cộng (Hotspot):

Giải pháp này đặc biệt phù hợp với các nhà cung cấp dịch vụ Internet như:

- Các ISP: cung cấp dịch vụ truy cập internet công cộng cho các điểm

công cộng như: sân bay, nhà ga, trường học, bệnh viện, trung tâm hộinghị, triển lãm, sân vận động, ....

- Các khách sạn, nhà hàng: cung cấp dịch vụ Internet tới từng phòng

như: phòng khách, tiền sảnh lớn, phòng hội nghị, nhà hàng,...

- Các toà nhà thương mại: cung cấp dịch vụ tr uy cập internet cho các

văn phòng cho thuê, các khách hàng,...

- ...v..v...

Tại mỗi điểm cung cấp dịch vụ truy cập Internet không dây n ày, nhà cung

cấp dịch vụ đặt các Access Point, hoặc các Anten thu phát tín hiệu, cho phép

những khách hàng có máy tính xách tay hoặc thiết bị di động có tích hợp công

nghệ không dây Wi-Fi truy cập Internet mà không cần dây dẫn. Công nghệ Zero-

Configuration được áp dụng nhằm nâng cao tính bảo mật và tạo điều kiện thuận



lợi nhất cho người sử dụng trong việc đăng nhập (thông thường người dùng được

cung cấp một Account để đăng nhập vào mạng mà không cần phải thay đổi bất

k ỳ một thiết lập cấu hình nào trong thiết bị của mình như: IP, DNS, Gateway,

Subnet mask,...).

Để đáp ứng những yêu cầu đăng nhập sử dụng, các nhà cung cấp tích hợ p

các thiết bị như: PMS (Property Management System), Billing Server, Radius

Server,... để cung cấp, quản lý các account truy cập và tính cước truy cập.

Internet

Service Provider

Server

Farms

RADIUS Các công ty

LAN(s)

Tr ường Đại học MDU/MTU

Sân bay-Bến cảng

Nhà hàng-Khách sạn

Backbone: leased

line, DSL, Cable,

Wireless...

Hình 1.9 Sự liên k ết tạo thành mạng lớn Về khả năng đơ n giản hoá việc k ết nối mạng giữa các khu vực mà giữa

chung là địa hình phức tạp khó thi công đối với mạng thông thường. Hay các khu

vực có địa hình lòng giếng vẫn có thể truy cập mạng bình thường như những nơi

khác. Và sự tiện lợi trong việc truy cập mạng mà vẫn có thể di chuyển.

Mạng không dây được mở rộng vớ i sự k ết hợp của các WLAN nhỏ tạo

thành một mạng lưới với quy mô tiến tới như mạng hữu tuyến hiện nay. Sự k ết

nối không dây phổ cập từ nhà riêng, công sở tới các khu lơ n hơ n nhiều như cáctr ường đại học, các khu chung cư đều có thể truy cập mạng với tốc độ cao và quá

trình thiết lập đơ n giản.



Xu hướng tất yếu tiến tới mạng không dây toàn cầu trong tươ ng lai bắt

đầu từ việc liên k ết các WLAN nhỏ lẻ lại với nhau. Các mạng WWAN hay xa

hơn, tươ ng lai hơ n là WGAN sẽ là tổ hợp của r ất r ất nhiều các WLAN.

1.3 Các k ỹ thuật đang được áp dụng để đạt được tốc độ truyền dữ liệu trong

các mạng WLAN hiện nay

Thông tin tr ải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải

phổ của các tín hiệu số liệu thông tin có sử dụng mã với độ rộng băng rộng hơn

độ rộng băng của các tín hiệu số liệu thông tin. Trong trường hợp này thì các mã

sử dụng là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin. Trải phổ sóng mang phân loại

theo tốc độ truyền lan số liệu, bao gồm: DS (tr ải trực tiếp), dịch tần và loại

hybrid.

1.3.1 Tr ải phổ nhảy tần (FHSS) FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum: tr ải phổ nhảy tần sử dụng

79 kênh, mỗi kênh r ộng 1MHz, bắt đầu từ phía cuối của dải tần 2.4GHz ISM.

FHSS có ngh ĩa là chuyển đổi sóng mang ở một tập các tần số theo mẫu được xác

định bằng một chuỗi mã PN. Chuỗi mã ở đây chỉ có tác dụng xác định mẫu nhảy

tần. Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hơ n (nhảy tần nhanh) hay chậm (nhảy tần

chậm) hơ n tốc độ số liệu. Một bộ tạo số giả ngẫu nhiên được sử dụng để sinh

chuỗi tần số muốn nhảy tới. Miễn là tất cả các tr ạm đều sử dụng cùng một bộ tạo số giả ngẫu nhiên giống nhau, và được đồng bộ hoá tại cùng một thời điểm,

chúng sẽ nhảy tới tần số một cách đồng thời. Thời gian tại mỗi tần số được gọi là

“dwell time”, là một tham số có thể điều chỉnh được. Việc sinh ngẫu nhiên chuỗi

tần số của FHSS cung cấp một cách để đảm bảo an ninh dù ít ỏi vì nếu k ẻ tấn

công không biết được chuỗi nhảy tần hoặc thời gian dwell time thì sẽ không thể

nghe lén được đường truyền. Đối với khoảng cách xa, có thể có vấn đề giảm âm,

FHSS là một lựa chọn tốt để chống lại điều đó. Nó cũng giảm thoa sóng, do đó

phổ biến hi dùng cho liên k ết giữa các toà nhà. Nhược điểm của nó là dải thông

thấ p (1 -2Mbps).



1.3.2 Tr ải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

DSSS – Direct Sequency Spread Spectrum, tr ải phổ chuỗi trực tiếp hỗ tr ợ

tốc độ truyền tối đa lên tới 11Mbps và là công nghệ được 802.11b sử dụng.

DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu

nhiên. Đây là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải

phổ. Chúng có dạng tươ ng đối đơ n giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định

nhanh hoặc tốc độ ổn định tần số cao. Cơ chế làm việc của DSSS như sau: Bit dữ

liệu ban đầu được XOR với “chipping code” hay còn gọi là hệ số tr ải phổ. Kết

quả, bit dữ liệu ban đầu được pân thành nhiều “bit con” (được gọi là các chip).

Mỗi chip được biểu diễn bởi giá tr ị 1 hoặc 0. Tất cả các chip này sau đó được

truyền đi qua dải tần số lớn hơ n r ất nhiều so với luồng dữ liệu bình thường. Phía

nhận (cùng với mã chipping code như vậy), khi nhận được chuỗi chip thực hiệngiải mã để lấy ra dữ liệu ban đầu.

Hình 1.5 Quá trình chipping

Có thể coi quá tr ình chipping là một dạng mã hoá nhằm tăng tính an toàn

của dữ liệu tr ên đường truyền. Một k ẻ nghe lén phải tìm ra đượ c dải tần được sử

dụng để truyền tin và mã chipping code mới có thể lấy ra được thông tin thực.



Hình 1.7 Dạng sóng và cấu hình hệ thống DSSS

So sánh giữa trải phổ trực tiế p DSSS và tr ải phổ nhảy tần FHSS; FHSS

không có quá trình xử lý độ lợi do tín hiệu không được trải phổ. Vì thế nó sẽ phải

dùng nhiều công suất hơ n để có thể truyền tín hiệu với cùng mức SNR so với tín

hiệu DSSS. Tuy nhiên tại ISM band theo quy định có mức giới hạn công suất

phát, do đó FHSS không thể đạt SNR giống như DSSS. Bên cạnh đó việc dùng

FHSS r ất khó khăn trong công việc đồng bộ giữa máy phát và máy thu vì cả thời

gian và tần số đều yêu cầu cần phải được đồng bộ. Trong khi DSSS chỉ cần đồng

bộ về thời gian của các chip. Chính vì vậy FHSS phải mất nhiều thời gian để tìm

tín hiệu hơ n, làm tăng độ tr ễ trong việc truyền dữ liệu hơ n so với DSSS. Như vậy

có thể thấy DSSS là k ỹ thuật trải phổ có nhiều ưu điểm hơ n hẳn FHSS.

1.3.3 Ghép kênh phân chia theo t ần số trực giao OFDM

Ghép kênh theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division

Multiplexing (OFDM) r ất giống với ghép kênh theo tần số FDM truyền thống.

OFDM sử dụng những nguyên lý của FDM để cho phép nhiều tin tức sẽ được gửi

qua một kênh Radio đơ n. Tuy nhiên nó cho phép hiệu quả phổ tốt hơ n.



OFDM khác vớ i FDM nhiều điểm; trong phát thanh thông thường mỗi đài

phát thanh truyền tr ên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự

ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên không có sự k ết hợp đồng bộ giữa mỗi tr ạm

với các tr ạm khác. Với cách truyền OFDM như là DAB hoặc DVB-T, những tín

hiệu thông tin từ nhiều tr ạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép k ênh đơ n.

Sau đó dữ liệu này được truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ gói dày

đặc nhiều sóng mang.

Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được đồng bộ thời

gian và tần số vớ i nhau, cho phép kiểm soát tốt can nhiễu giữa những sóng mang.

Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần số, nhưng không gây can

nhiễu giữa các sóng mang (Inter-Carrier Interference ICI) do bản chất tr ực giao

của điều chế. Với FDM những tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa những k ênh để ngăn ngừa can nhiễu. Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Tuy

nhiên với OFDM sự đóng gói tr ực giao những sóng mang làm giảm đáng k ể

khoảng bảo vệ cải thiện hiệu quả phổ.

Hình 1.8 Các sóng mang tr ực giao trong miền tần số

1.4. Những hạn chế của mạng WLAN và các yêu cầu đặt ra

1.4.1 Những hạn chế hiện nay của mạng WLAN

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng những giải pháp mạng không dây lại

không phổ biến bởi ba điểm sau: Tốc độ, độ tin cậy, chi phí.

Thiết bị nối mạng không dây WLAN hiện tại tốc độ chậm hơ n so với

mạng hữu tuyến. Tốc độ danh định đối với chuẩn IEEE 802.11b hiện tại là lớ n

hơ n so với tốc độ thực tế. Ngoài ra, trong WiFi khi sử dụng một thiết bị có tốc độ



xử lý chậm khi nối vào một điểm truy cập WLAN có thể khiến cho toàn bộ mạng

bị giảm tốc độ. Các nhà nghiên cứu trong quá tr ình tìm hiểu nguyên nhân đã tập

trung xem xét sự bất thường trong hoạt động của những sản phẩm chạy tr ên nền

IEEE 802.11b và phát hiện ra rằng khi một thiết bị không dây, chẳng hạn máy

tính xách tay, nối vào một mạng WLAN với tốc độ xử lý thấp hơn so với các

thiết bị khác (khi máy ở quá xa điểm truy cập), th ì hoạt động của những máy

khác trên mạng bị sút giảm đáng kể.

Do WiFi sử dụng phương pháp truy cập k ênh CSMA/CA (Carrier Sense

Multiple Access/Collision Avoidance). Đây là phương pháp mà đôi khi người ta

vẫn gọi nôm na là “nghe trước nói sau”, đảm bảo khả năng truy cập k ênh cân

bằng lâu dài đối với mọi thiết bị. Nói cách khác, khi một thiết bị có tỷ lệ bit thấp

bắt được k ênh, nó sẽ cản trở những thiết bị có tốc độ xử lý cao hơn bằng việc làmgiảm tốc độ kết nối. Phương pháp truy cập k ênh CSMA/CA có các chuẩn là

802.11a, b và g.

Vớ i tầm phủ sóng của mạng WLAN là hạn chế nên việc mở rộng WLAN là một

nhược điểm của nó. Nối kết qua sóng vô tuyến thì phức tạp hơn nối kết qua các

dây và nếu không có nối k ết vật lý, nhiều vấn đề hơn đối với việc truyền tải. Tín

hiệu vô tuyến có xu thế bị giảm khi đi xa nguồn phát sóng, bị ảnh hưởng ngăn

cản truyền sóng bởi một số vật liệu. Nguồn nhiễu thiệt hại cho việc phát sóng vô tuyến rất nhiều. Các nguồn

nhiễu điện từ từ các thiết bị gia dụng và công nghiệp có ảnh hưởng tr ực tiế p và

dễ dàng tới sóng tín hiệu. Với không dây yêu cầu tín hiệu truyền qua không khí

và được cảm biến bởi một thiết bị riêng biệt khác mà không có bất kỳ thiết bị

khác xen vào nó trong thời điểm nào đó.

Vấn đề bảo mật và an toàn thông tin cũng là một nhược điểm lớn cần khắc

phục. Tin tức có thể bị lấy bất hợp pháp và có thể bị can thiệp. Chỉ với các

firewall hạn chế thì việc tấn công vào WLAN không phải là vấn đề quá khó khăn

đối với các hacker. Ta cần chi phí lớn hơn cho việc phát triển, chi phí lớn cho

việc thực thi, chi phí lớn cho các thiết bị liên quan.



1.4.2. Các yêu cầu đặt ra

Đầu tiên là yêu cầu về tốc độ đối với WLAN, do truyền thông đa phươ ng

tiện là vấn đề tất yếu của tươ ng lai, nên chỉ với tốc độ hạn chế như hiện nay của

WLAN hay cụ thể hơ n là WiFi thì chưa đáp ứng được nhu cầu của người dùng.

Cùng với nó là chất lượng dịch vụ của WiFi còn có các nhược điểm. Do đó việc

tiế p tục nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện các chuẩn đối với mạng không dây.

Với các chuẩn tiế p theo, sẽ dần đáp ứng, giải quyết được các vấn đề khác

không chỉ tốc độ mà còn mở r ộng vùng phủ sóng, phủ sóng được cả những “điểm

chết” trong khu vực phủ sóng (góc nhà, khu vực bị che chắn…). Các yêu cầu về

bảo mật mạng và giải quyết yếu tố môi trường tác động tới WLAN:

K ỹ thuật vô tuyến

Tham số ảnh hưởng lớn đến hiệu suất mạng là công nghệ vô tuyến. Sự phát triểnmạnh mẽ của công nghệ bán dẫn, công nghệ tần số vô tuyến và lý thuyết truyền

thông là các yếu tố góp phần thúc đẩy công nghệ mạng không dây phát triển. Có

nhiều phương pháp được đề xuất để tăng dung lượng và khả năng mềm dẻo của

các hệ thống vô tuyến bao gồm như: anten có hướng, hệ thống MIMO. Tuy

nhiên, để có thể nâng cao hơn nữa hiệu suất của hệ thống không dây cần phải có

sự cải tiến trong các giao thức lớp cao hơn, đặc biệt là lớp điều khiển truy nhập

(MAC) và giao thức định tuyến. Khả năng mở rộng

Kích thước mạng lớn có thể làm cho giao thức định tuyến hoạt động

không hiệu quả, không tìm được đường đi tin cậy và làm giảm hiệu suất mạng.

Mạng lưới có kiến trúc ad-hoc nên khó cài đặt các cơ chế đa truy nhập tập trung

như: Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA và Đa truy nhập phân chia

theo mã CDMA do độ phức tạp và các yêu cầu về đồng bộ thời gian (với TDMA)

và quản lý mã (với CDMA). Vì vậy, cơ chế truy nhập thường được dùng là đa

truy nhập phân tán CSMA/CA. Tuy nhiên, CSMA/CA có độ hiệu quả sử dụng lại

tần số không gian rất thấp, giảm khả năng mở rộng của mạng nên k ỹ thuật này

cũng không phải là tối ưu. Vì vậy, việc tạo ra kỹ thuật lai ghép giữa CSMA/CA



với TDMA hoặc CDMA có thể là một hướng tiếp cận mới để nâng cao tính năng

của mạng.

Băng thông và chất lượng dịch vụ

Khác với các loại mạng ad-hoc khác, hầu hết các ứng dụng mạng lưới

không dây là các dịch vụ băng rộng với nhiều yêu cầu về chất lượng dịch vụ

(QoS). Do vậy còn có nhiều vấn đề khác cần quan tâm khi thiết kế giao thức

truyền thông: độ trễ truyền, tỉ lệ mất mát dữ liệu, băng thông tại từng nút,...

Bảo mật mạng

Qua thực tế sử dụng, công nghệ WLAN đã bộc lộ nhiều yếu điểm trong

bảo mật nên bài toán bảo mật cho mạng lưới không dây vẫn chưa thực sự có lời

giải thỏa đáng. Có rất nhiều các kỹ thuật bảo mật được đề xuất cho WLAN, tuy

nhiên chưa có cơ chế hoàn chỉnh nào được đề xuất cho mạng lưới. Do kiến trúccủa phân tán của hệ thống nên chưa có cơ chế phân phối khóa công khai trong

WMN- Wireless Mesh Network (mạng lưới không dây áp d ụng cho WLAN).

Hầu hết các giải pháp bảo mật cho mạng ad hoc không đủ tin cậy để cài đặt do cơ

chế bảo mật của mạng khác với ở các mạng ad hoc. Vì vậy, bảo mật mạng vẫn

còn là vấn đề bỏ ngỏ, các cơ chế bảo mật như: các thuật toán mật mã, phân phối

khóa bảo mật, bảo mật tầng MAC, phát hiện xâm nhập và quan sát mạng cần

được tiếp tục phát triển.Tính d ễ sử dụng

Giao thức cần được thiết kế sao cho đạt được tính tự trị nhiều nhất có thể

để tăng cường khả năng quản lý năng lượng, tự tổ chức, kiểm soát thay đổi cấu

hình động, khắc phục các sự cố kết nối, xác thực người sử dụng nhanh. Ngoài ra,

các công cụ quản lý mạng như: theo dõi hiệu suất mạng, định cấu hình các tham

số của WMN cũng cần được phát triển tương ứng. Các công cụ này cùng với cơ

chế tự trị của giao thức sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển của WMN.

Tóm lại, sự phát triển của mạng không dây là điều tất yếu của tươ ng lai

nói chung và WLAN nói riêng. Bởi tính tiện lợi và hiệu quả của WLAN, các giải

pháp nhằm cải thiện các tính năng của WiFi đang tiế p tục được nghiên cứu và

khắc phục những hạn chế. Các chuẩn IEEE 802.11 được nghiên cứu, và áp dụng



cho nhiều thiết bị mạng, với những công nghệ tiên tiến: phương thức điều chế tín

hiệu, băng tần sử dụng, hiệu quả băng thông sử dụng, nâng cao tốc độ truyền

thông.



CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ OFDM

2.1 Giới thiệu khái quát về OFDM

2.1.1 L ịch sử phát triển

Hiện nay, truyền dẫn thông tin sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang

(MultiCarrier Modulation - MCM) đang được quan tâm rất nhiều tr ên thế giới.

Chương này sẽ điểm qua lịch sử phát triển và ứng dụng của kỹ thuật điều chế

ghép kênh phân chia tần số trực giao – OFDM. Đây là một dạng điều chế đa sóng

mang phổ biến nhất sử dụng trong WLAN hiện nay và cũng là một kỹ thuật căn

bản cho tương lai của mạng WLAN.

Cũng như kỹ thuật trải phổ, các hệ thống OFDM đã được đưa vào sử dụngtrong quân sự vào cuối những năm 1950. Một số hệ thống OFDM như

KINEPLEX, ANDEFT và KATHRYN sử dụng AN/GSC – 10 modem dữ liệu

tốc độ thay đổi cho thông tin vô tuyến tần số cao. Các tần số trực giao được sử

dụng với khoảng cách kênh là 82Hz để cung cấp khoảng thời gian phòng về giữa

các tín hiệu k ế tiếp nhau.

Năm 1966, lần đầu tiên k ỹ thuật OFDM được công bố r ộng rãi với bài báo

của Robert W.Chang. ÔNg đã đưa ra phương pháp lý thuyết đẻ truyền đồng thời luồng dữ liệu tuyến tính có dải tần kênh truyền bị hạn chế mà không có xuyên

nhiễu giữa các symbol (ISI) và xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI). Bản

quyền phát minh đầu tiên về OFDM dựa trên bài báo này được đăng ký vào năm

1970.

Một bước đột phá quan tr ọng trong lịch sử OFDM là vào năm 1971 khi

Weinstein và Ebert sử dụng biến đổi Fourier r ời r ạc để thực hiện điều chế và giải

điều chế băng gốc. Việc sử dụng biến đổi Fourier r ời r ạc loại bỏ đi sự đồi hỏi về

dải tần cho các bộ dao động sóng mang con, vì vậy mà việc thực hiện trở nên dễ

dàng hơ n.

Mợt sự kiện quan tr ọng khác trong lịch sử OFDM là khi Peled và Ruiz

đưa ra tiền tố lặp (Cyclic Prefix - CP) hoặc Cyclic Extension (khoảng mở r ộng



tuần hoàn) vào năm 1980. Điều này đã giải quyết được vấn đề duy trì đặc tính

tr ực giao của tín hiệu được truyền đi trong các điều kiện truyền dẫn khắt khe.

Vào những năm 1990, OFDM đã được khai thác sử dụng cho thông tin dữ liệu

băng thông r ộng trên các kênh vô tyến FM di động, cho các đường thuê bao số

không đối xứng (ADSL - tốc độ lên tới 6MHz), và cho các đường thuê bao số tốc

độ rất cao (VDSL). Quảng bá Audio số (DAB) là một thương phẩm đầu tiên sử

dụng công nghệ OFDM. DAB được phát triển vào năm 1987, năm 1992 được đề

xuất và năm 1994 các chuẩn của nó được đưa ra. Sau đó là sự xuất hiện của

quảng bá video số (DVB). Quảng ba Video só phát triển vào năm 1993.

Tháng 2/2000, Philips Semiconductors chế tạo thành công chip đầu tiên

về OFDM băng r ộng (WOFDM), công nghệ hỗ tr ợ truyền dẫn vô tuyến tốc độ

cao. Đây là chip đầu tiên có tốc độ thông tin vô tuyến hai chiều lớn hơ n 2Mhzvới thiết k ế đạt 45Mbps theo chuẩn 802.11a.

Câu hỏi đặt ra với sự phát triển của OFDM là tại sao việc phát triển sản

phẩm mới đạt mức độ khiêm tốn trong khi ưu điểm của hệ thống sử dụng kỹ

thuật này r ất rõ ràng. Nguyên nhân được đưa ra là ít có nhu cầu OFDM trong

thông tin cố định do các hệ thống hiện tại vẫn đang hoạt động tốt và hiệu quả.

Một nguyên nhân khác là do hệ thống OFDM sẽ tạo ra các tín hiệu có công suất

tương đối cực đại lớn, làm giảm hiệu suất của bộ khuyếch đại công suất. Như vậy, có thể nói điều chế đa sóng mang là một k ỹ thuật đang được

quan tâm nghiên cứu r ộng rãi trên thế giới. Vì vậy, nắm bắt được nguyên lý, các

đặc tính cơ bản cũng như khả năng áp dụng của OFDM là một yêu cầu cần thiết.

Phần này tập trung giớ i thiệu OFDM trong mạng cục bộ vô tuyến WLAN.

2.1.2. Nguyên lý cơ bản của OFDM

Ghép kênh theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division

Multiplexing - OFDM) sử dụng nguyên lý ghép kênh theo tần số (Frequency

Division Multiplexing - FDM) truyền thống để cho phép nhiều tin tức được gửi

qua một kênh vô tuyến. Tuy nhiên, OFDM cho hiệu quả phổ tốt hơ n.

OFDM khác với FDM ở nhiều điểm. Trong phát thanh thông thường, mỗi

đài phát thanh tf trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự



ngăn cách giữa các đài. Tuy nhiên, không có sự k ết hợp đồng bộ nào giữa các

tr ạm vớ i nhau. Với cách truyền OFDM trong DAB hoặc DVB những tín hiệu

thông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép k ênh đơ n. Mọi

sóng mang con trong tín hiệu OFDM được đồng bộ thời gian và tần số với nhau.

Các sóng mang này chồng lấp lên nhau trong miền tần số, nhưng không gây can

nhiễu giữa các sóng mang (Inter Carrier Interference- ICI) do bản chất tr ực giao

của điều chế. Với FDM, các tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa

các kênh để ngăn ngừa can nhiễu. Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Tuy nhiên,

với OFDM việc thực hiện tr ực giao các sóng mang làm giảm đáng k ể khoảng bảo

vệ cải thiện hiệu quả phổ.

OFDM còn có tên gọi khác là điều chế đa sóng mang tr ực giao – OMCM -

dựa trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệutốc độ tháp, truyền nhiều sóng mang trực giao nhau. Công nghệ OFDM trải dữ

liệu cần truyền tr ên r ất nhiều sóng mang, mỗi sóng mang được điều chế riêng

biệt với tốc độ bit thấp. Trong công nghệ FDM truyền thống, các sóng mang

được lọc ra riêng biệt để đảm bảo r ằng không có chồng phổ, bởi vậy không có

hiện tượng giao thoa ký hiệu ISI giữa các sóng mang nhưng phổ lại chưa được sử

dụng với hiệu quả cao nhất. Với OFDM nếu khoảng cách sóng mang được chọn

sao cho những sóng mang trực giao trong chu kỳ ký hiệu, thì những tín hiệu đó có thể được khôi phục mà không bị giao thoa hay chồng phổ. Phổ của một sóng

mang con OFDM có dạng như hình 2.1a.

Hình 2.1a Phổ của một sóng mang con OFDM



Phổ của sóng mang tín hiệu OFDM có dạng như hình 2.1b. Hai sóng

mang nhánh cạnh nhau sẽ có một phần phổ trùng lên nhau. Tuy nhiên ứng với tần

số để phổ một sóng mang đạt cực đại thì phổ của sóng mang còn lại triệt tiêu nên

tính tr ực giao giữa các sóng mang được đảm bảo. Sự bố trí, sắp xếp sóng mang

như hình 2.1b nâng cao hiệu suất phổ nhưng cũng nâng cao yêu cầu về đồng bộ

tần số giữa các sóng mang.

Hình 2.1b Phổ của tín hiệu OFDM

2.1.3. Đa sóng mang (Multicarrier)

Nếu truyền tín hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng

mang, mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích và được trải đều trên cả băng



thông thì khi đáp ứng kênh là xáu sẽ chỉ có một phần dữ liệu có ích bị mất. Khi

dùng nhiều sóng mang có tốc độ bit thấp, nhiều dữ liệu gốc sẽ được thu chính

xác. Để phục hồi dữ liệu đã mất, người ta dùng phương pháp sửa lỗi tr ước

(Forward Error Correction - FEC). Ở máy thu mỗi sóng mang được tách ra khi

dùng các bộ lọc thông thường và giải điều chế. Tuy nhiên để không có can nhiễu

giữa các sóng mang (ICI) cần có khoảng bảo vệ (Guard Period) khi hiệu quả phổ

kém.

Giải pháp khắc phục viêc hiệu quả phổ kém khi có khoảng bảo vệ là giảm

khoảng cách giữa các sóng mang và cho phép phổ của các sóng mang cạnh nhau

trùng lặp nhau. Sự trùng lặp này là được phép nếu khoảng cách giữa các sóng

mang được chọn chính xác. Khoảng cách này được chọn ứng với tr ường hợp các

sóng mang tr ực giao với nhau. Đó là phương pháp ghép kênh theo tần số trựcgiao. Phương pháp này mới được đưa vào thực tế.

2.1.4. S ự trực giao (Orthogonal)

Tr ực giao chỉ ra r ằng có một mối quan hệ toán học chính xác giữa các tần

số của các sóng mang trong hệ thống OFDM. Trong hệ thống FDM thông

thường, các sóng mang cách nhau một khoảng phù hợp để tín hiệu thu có thể

nhận biết bằng cách sử dụng các bộ lọc và các bộ giải điều chế thông thường.

Cần dự liệu tr ước một khoảng bảo vệ giữa các sóng mang khác nhau. Việc đưavào các khoảng bảo vệ này làm giảm hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống.

OFDM có thể sắp xếp các sóng mang sao cho các dải biên của chúng che

phủ lên nhau mà vẫn có thể thu được chính xác các tín hiệu, không có sư can

nhiễu giữa các sóng mang. Muốn được như vậy các sóng mang phải tr ực giao về

mặt toán học. Máy thu OFDM bao gồm các bộ giải điều chế, dịch tần mỗi sóng

mang xuống mức DC. Sau đó tín hiệu nhận được lấy tích phân trên mọt chu k ỳ

của symbol để phục hồi dữ liệu gốc. Nếu tất cả các sóng mang đều được dịch

xuống tần số tích phân thì k ết quả tính tích phân cho các sóng mang khác sẽ bằng

không. Bất k ỳ sự phi tuyến nào gây ra bởi can nhiễu giữa các sóng mang cũng sẽ

làm mất đi tính tr ực giao.



Về mặt toán học, tr ực giao có nghĩa là các sóng mang được lấy ra từ nhóm

tr ực chuẩn (Orthonomal Basic) { Φi(t)/i = 0, 1,… } có tính chất sau:

2

1

1

0

T

i k ik

T

i k t t d t

i k

Trong đó: Φi(t) là sóng mang cơ sở .

Như vậy:

sin 2 / ,cos 2 /i

t n t T m t T Ngoài ra có thể biểu diễn tr ực giao theo hàm phức:

2 / / 0,1,... j N

t ji t T i Có tính chất:

2

0

sin 0k

t dt

Khoảng cách giữa hai sóng mang trực giao cạnh nhau sẽ là Δf = 1/uT. Ví

dụ nếu tín hiệu là sin(mx) với m = 1;2… thì nó tr ực giao trong khoảng từ -π đến

π. Việc xử lý (điều chế và giải điều chế) tín hiệu OFDM được thực hiện trong

miền tần số, sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing -

DSP). Nguyên tắc của tính tr ực giao thường được sử dụng trong phạm vi DSP.

Trong toán học, số hạng tr ực giao có được từ việc nghiên cứu các vectơ . Theo

định ngh ĩa, hai vectơ được gọi là tr ực giao với nhau khi chúng vuông góc với

nhau và tích của hai vectơ là bằng không. Điểm chính ở đây là ý tưởng nhân hai

hàm số vớ i nhau, tổng hợp các tích và nhận được kết quả là 0.

Đầu tiên ta chú ý tới hàm số thông thường có giá tr ị trung bình bằng

không.

(2-1)

(2-2)

(2-3)

(2-4)



Ví dụ giá tr ị trung bình của hàm sin dướ i đây. Nếu cộng nửa chu k ỳ dươ ng

và chu k ỳ âm của dạng sóng sin như trong hình 2.4 ta sẽ có k ết quả là 0. Quá

trình tích phân có thể đượ c xem xét khi tìm ra diện tích dướ i dạng đườ ng cong.

Do đó, diện tích của một sóng sin có thể đượ c viết như sau:

1

0i k ik

i k t t dt

i k

(2-5)



Nếu nhân và cộng (tích phân) hai dạng sóng sin có tần số khác nhau k ết

quả cho thấy quá trình này cũng bằng 0 (hình 2.5). Điều này gọi là tính tr ực giaocủa dạng sóng sin. Nó cho thấy r ằng miễn là hai dạng sóng sin không có cùng tần

số, thì tích phân của chúng sẽ bằng không. Thông tin này là điểm mấu chốt để

tìm hiểu quá trình điều chế OFDM.

Nếu hai sóng sin có cùng tần số thì dạng sóng hợp thành luôn dương, giá

tr ị trung bình của nó luôn khác không (hình 2.6). Đây là cơ chế r ất quan tr ọng

cho quá trình giải điều chế OFDM. Các máy thu OFDM biến đổi tín hiệu thu

được từ miền tần số nhờ dùng k ỹ thuật xử lý tín hiệu số gọi là biến đổi Fourier nhanh (FFT). Việc giải điều chế chặt chẽ được thực hiện kế tiếp nhau trong miền

số (Digital domain) bằng cách nhân một sóng mang được tạo ra trong một máy

thu với một sóng mang được tạo ra trong máy thu khác có cùng tần số và pha.

Sau đó phép tích phân được thực hiện, tất cả các sóng mang sẽ về không, ngoại

tr ừ sóng mang được nhân, nó được dịch lên tr ục x, được tách ra hiệu quả và giá

tr ị symbol của nó khi đó được xác định. Toàn bộ quá trình này được lập lại khá

nhanh chóng cho mỗi sóng mang, cho đến khi tất cả các sóng mang, cho đến khi

tất cả các sóng mang được giải điều chế. Nhiều lý thuyết chuyển đổi được thực

hiện bằng chuỗi tr ực giao.



Từ phân tích trên ta có thể r út ra k ết luận:

Để khắc phục hiện tượng không bằng phẳng của đặc tính kênh cần dùng

nhiều sóng mang, mỗi sóng mang chỉ chiếm một phần nhỏ băng thông, do vậy ít

bị ảnh hưởng của đặc tính kênh đến dữ liệu nói chung.

Số sóng mang càng nhiều càng tốt nhưng cần phải có khoảng bảo vệ để

tránh can nhiễu giữa các sóng mang. Tuy nhiên, để tận dụng tốt nhất thì các sóng

mang phải tr ực giao với nhau. Khi đó các sóng mang có thể tr ùng lặp nhau mà

không gây can nhiễu.

2.1.5 Mô t ả toán học của OFDM

Mô tả toán học của OFDM là trình bày tín hiệu được tạo ra như thế nào,

máy thu vận hành như thế nào và cũng cung cấp một công cụ để hiểu rõ những

tác động xấu trong kênh truyền. Phương pháp điều chế OFDM truyền một số lớn

sóng mang có dải thông hẹp được đặt cách nhau chính xác trong miền tần số. Để

tránh việc sử dụng một số lượng lớn bộ điều chế và bộ lọc ở máy phát cũng như

một số lượng lớn bộ lọc và bộ giải điều chế bổ sung ở máy thu thì phương pháp

này phải sử dụng công nghệ xử lý tín hiệu số hiện đại.

Trong toán học, mỗi sóng mang được mô tả như một sóng phức:



Tín hiệu thực là phần thực của Sc(t). Cả Ac(t) và Φc(t) (biên độ và pha

tương ứng của sóng mang) có thể thay đổi trên mỗi symbol thông qua symbol cơ

bản. Đối với điều chế QPSK, biên độ của sóng mang thường bằng 1 và pha sẽ lấy

một trong bốn góc phần tư của hệ thống điều chế QPSK thông thường. Đối với

symbol thứ p, trên khoảng thời gian p-1<t<p, Фc(t) sẽ chiếm một giá tr ị tập hợp

góc 00, 900, 1800, 2700. Phương pháp điều chế OFDM sử dụng rất nhiều sóng

mang, vì vậy tín hiệu phức Ss(t) được thể hiện bở i công thức:

Trong đó : ωn=ωn+nΔω

Tất nhiên, đây là một tín hiệu liên tục. Nếu dạng sóng của mổi phần tử tín

hiệu tr ên một chu kỳ symbol tr ên một chu kỳ được xem xét thì các biến số Ac(t)

và φc(t) và nhận các giá trị cố định mà các giá tr ị này phụ thuộc vào tần số của

sóng mang cụ thể đó, và như vậy có thể viết lại như sau

Nếu tín hiệu được lấy mẫu với tần số lấy mẫu có giá trị là 1/T (với T là

chu k ỳ lấy mẫu), thì tín hiệu hợp thành được thể hiện bởi công thức:

Ở điểm này khoảng thời gian tín hiệu được phân thành N mẫu đã được

giới hạn. Nó là thuận lợi để lấy mẫu trong một chu kỳ của một symbol dữ liệu. Vì

thế có mối liện hệ.

τ = NT

Nếu bây giờ đơn giản biểu thức (2-9) mà không làm mất tính tổng quát

bằng cách cho ω0= 0, thì tín hiệu trở thành:

(2-7)

(2-8)

(2-9)

(2-6)



Tiếp theo ta có thể so sánh biểu thức (2-10) với dạng tổng quát của biến đổi

Fourier ngược:

Biểu thức (2-9) và (2-10) là tương đương nếu:

Đây cũng là điều kiện yêu cầu cho tính trực giao. Do đó kết quả của việc

bảo toàn tính tr ực giao là tín hiệu OFDM có thể được xác định bằng cách thủ tục

biến đổi Fourier.

Các thành phần của một mạng tr ực giao thì độc lập tuyến tính với nhau. Có thể

xem tập hợp các sóng mang phát đi ψml à một mạng trực giao được cho bởi công

thức :

Nếu tập hợp các sóng mang này thật sự trực giao thì mối quan hệ trực giao

trong biểu thức (4.2.1) sẽ được biểu diễn như sau:

(Với p và q là hai số nguyên)

(2-11)

(2-10)

(2-12)

(2-13)

(2-14)



Các sóng mang thường tách riêng ra tần số 1/τ, đạt đến yêu cầu qui định

của tính trực giao thì chúng được tương quan trên một thời đoạn τ. Nếu tích phân

đuợc mở rộng ra cả pha của mỗi sóng mang thì biểu thức (2-10) được sửa lại như

biểu thức (2-14). Đây là sự tính toán cần thiết cho máy thu.

Những tín hiệu thì tr ực giao nếu chúng độc lập với nhau. Sự trực giao là một

thuộc tính cho phép truyền tín hiệu một cách hoàn hảo tr ên một k ênh chung và

phát hiện chúng mà không có can nhiễu.Việc tổn hao tính trực giao làm sút kém

k ết quả những tín hiệu thông tin này và giảm phẩm chất thông tin và nhiều sơ đồ

ghép kênh tr ực giao.Ghép k ênh theo thời gian (TDM) cho phép truyền nhiều tín

hiệu thông tin tr ên một kênh đơn bởi việc gán khe thời gian đồng nhất cho mỗi

tín hiệu thông tin riêng biệt. Trong mỗi khe thời gian chỉ một tín hiệu từ một

nguồn đơn thì được, khi truyền ngăn ngừa sự can nhiễu bất kỳ giữa nhiều nguồnthông tin. Do vậy TDM này tr ực giao về bản chất. Trong miền tần số, đa số các

hệ thống FDM trực giao vì mỗi tín hiệu truyền riêng biệt được để cách ly nhau

theo tần số để ngăn ngừa can nhiễu. Mặc dù những phương pháp này là trực giao

thuật ngữ OFDM đã được dành riêng cho một dạng cho một dạng đặt biệt của

FDM. Những tải phụ trong OFDM được đặt gần nhau, gần nhất theo lý thuyết

trong khi duy trì tính tr ực giao của chúng. OFDM đạt được trực giao trong miền

tần số bởi việc sắp xếp mổi một trong các tín hiệu thông tin riêng biệt cho các tải phụ khác nhau. Các tín hiệu OFDM được tạo thành từ tổng các tín hiệu hìn sin,

mỗi hình sin tương ứng với một tải phụ. Dảy tần số cơ bản của mỗi tải phụ được

chọn là số nguyên lần thời gian symbol. Kết quả là tất cả các tải phụ có một số

nghyên các chu k ỳ trong một symbol. Và chúng tr ực giao với nhau.

2.1.6 H ệ thống máy thu phát OFDM

Hệ thống máy thu phát OFDM hoàn chỉnh được mô tả trên hinh 2.9.

Trong mô hình này, sửa lỗi trước (FEC) được thêm vào để chống lại lỗi cụm.

Một hệ thống OFDM có thêm mã hoá kênh và ghé p xen được gọi là OFDM có

mã hoá (COFDM).

Trong miền tần số, dữ liệu nhị phân đầu vào được tập hợp lại và được mã

hoá FEC (dùng mã xoắn). Chuỗi bit mã được xáo tr ộn đểlàm cho phức tạp thêm.



Sau đó, một nhóm các bit đã mã hóa được nhóm lại với nhau và được ánh xạ

thành các điểm tín hiệu tương ứng. Khi đó dữ liệu đã được biểu diễn dưới dạng

số phức theo chuỗi. Một bộ chuyển đổi nối tiế p – song song (S/P) được sử dụng

và thuật toán chuyển đổi Fourier nhanh bất biến theo thời gian (IFFT) được thực

hiện tr ên dữ liệu phức song song. Dữ liệu đã biến đổi được nhóm lại với nhau

một lần nữa theo số các sóng mang con đã quy định. CP chèn vào đầu mỗi khối

dữ liệu theo đặc điểm kỹ thuật của hệ thống và dữ liệu được dồn lại thanh dạng

nối tiếp. Tại thời điểm này, dữ liệu được điều chế OFDM và sẵn sàng được

truyền đi. Một bộ chuyển đổi số - tương tự (DAC) được sử dụng để chuyển đổi

dữ liệu số trên miền thời gian sang dữ liệu tương tự trên miền thời gian. Sau đó,

quá trình điều chế tần số vô tuyến được thực hiện để đưa tín hiệu băng gốc lên

miền tần số cao để truyền đi.Sau khi truyền đi tín hiệu OFDM từ anten của máy phát, tín hiệu sẽ đi qua

tất cả các vật thể và các chướng ngại vật của kênh truyền không dây. Giả sử kênh

truyền dẫn là kênh có đáp ứng xung biến đổi theo thời gian h(τ, t) với tr ải tr ễ τ <

TCP. Ngoài ra, kênh truyền còn tạo ra thành phần nhiễu nền n(t) là nhiễu tr ắng

dạng phức.

Sau khi thu được tín hiệu, máy thu biến đổi tín hiệu tương tự sang miền tín

hiệu số bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC). Tại thời điểm tìmlại tín hiệu đã thu được, đồng bộ sóng mang được thực hiện. Sau chuyển đổi

ADC, đồng bộ thời gian sẽ được hoàn tất. Khối IFFT được sử dụng để giải điều

chế tín hiệu OFDM. Sau đó quá trình ước lượng kênh được thực hiện sử dụng các

symbol hoa tiêu để giải điều chế. Trong quá tr ình ước lượng kênh, dữ liệu phức

đã thu được tìm lại và được ánh xa theo biểu đồ tín hiệu truyền dẫn. Sau đó, giải

điều chế FEC và giải xáo tr ộn được sử dụng để tìm lại luồng bit gốc đã được

truyền đi.



Kênh vô tuyến đa đường

Điều chế đưa tín hiệu về miền tần số thấp

RF

M¸ thu

Điều chế đưa tín hiệu

băng gốc lên miền tần số cao

Biến đổi số-tương tựDAC

RF

Dữ liệu vào nhị phân

M¸y ph¸t

Tín hiệutruyền

băng gốc

Điều chế OFDM quaIFFT

CP

Biến đổi nối tiế p-song song

Mã hoá, sửa lỗi vàxáo trộn

Tạp tín hiệu dữliệu phức

Chèn symbol hoatiêu

Ánh xạ symbol (điềuchế dữ liệu)

Đồng bộsóng mang

Biến đổi tương tự-số ADC

T.h thu ở băng gốc

Đồng bộthời gian

CP

Giải mã, sửa lỗi và giảixáo tr ộn

Dữ liệu ra nhị phân

Biến đổi song song-nối tiế

Giải điều chế OFDMqua IFFT

Tạp tín hiệu dữliệu mức thu

Giải ánh xạ symbol (giảiđiều chế dữ liệu)

Ước lượng kênh dựa trên các symbol hoa tiêu

Tín hiệu số

Tín hiệu tương tự

Hình 2.7 Sơ đồ máy phát và máy thu OFDM



2.1.7 Hi ệu suất sử dụng phổ của OFDM

Với việc tạo ra tín hiệu OFDM như trên, hai sóng mang nhánh liền nhau

sẽ cách nhau khoảng thời gian bằng f c=1/Ts. Dưới đây là tính toán hiệu suất phổ

của OFDM:

Băng thông tổng cộng của tín hiệu điều chế OFDM là:

2 1

1 c

S S

N W N f

T T

Nếu sử dụng điều chế một sóng mang như bình thườ ng thì băng thông cần

thiết để truyền dẫn thông tin với tốc độ tương đương như hệ thống đa sóng mang

là:

2'

S

N W T

So sánh giữa hai công thức trên ta thấy hiệu suất sử dụng phổ của điều chế

OFDM so vứi điều chế một sóng mang thông thường tăng khi số sóng mang N

tăng. Trong tr ường hợp gới hạn N →∞, băng thông cần thiết để truyền dẫn

OFDM chỉ bằng một nửa so vớ i truyền dẫn một sóng mang thông thường.

Hình (2.8) chỉ ra sự khác nhau giữa hệ thống FDM thường và OFDM. Với

k ỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM chúng ta tiết kiệm đc 50% giải thông.

Tính tr ực giao được sử dụng trong OFDM để sắp xếp các sóng mang contheo cách mà băng tần phụ của các sóng mang riêng biệt chồng lấp lên nhau và

tín hiệu vẫn thu được ở máy thu mà không có ICI.

(2-15)

(2-16)



Hình 2.8 Sự khác nhau giữa hệ thống FDM thường và OFDM

2.1.8 Khoảng bảo vệ (G uard Period)

Hình 2.9 Dải bảo vệ của tín hiệu OFDM

Với một băng thông hệ thống đã cho, tốc độ symbol của tín hiệu OFDM

thấp hơ n nhiều tốc độ symbol của sơ đồ sóng mang đơn. Chẳng hạn điều chế đơ n

sóng mang BPSK, tốc độ symbol tươ ng ứng vưói tốc độ bit truyền đi. Tuy nhiên



với OFDM băng thông hệ thống được chia cho NC sóng mang con, tạo thành tốc

độ symbol nhỏ hơ n NC lần so vưói truyền sóng mang đơ n. Tốc độ này làm cho

OFDM chịu đựng tốt hơ n với can nhiễu gay ra bở i truyền lan đa đường.

Có thể giảm ảnh hưỏng ISI trong tín hiệu OFDM bằng cách thêm vào một

khoảng bảo vệ ở trước mỗi symbol. Khoảng bảo vệ này là bản sao chép tuần

hoàn theo chu k ỳ, làm mở r ộng chiều dài của dạng sóng symbol. Mỗi sóng mang

cong, trong phần dữ liệu của mỗi symbol, có một số nguyên lần các chu k ỳ. Do

vậy việc đưa vào các bản sao chép của symbol liên tiếp nhau sẽ tạo thành một tín

hiệu liên tục, không có sự gián đoạn ở chỗ nối. Như vậy, việc sao chép đầu cuối

của symbol đã tạo ra một khoảng thời gian symbol dài hơ n. Hình 2.10 chỉ ra cách

thức thêm vào một khoảng bảo vệ.

Tổng chiều dài của các symbol là TS = TG + TFFT trong đó TS là tổng chiều

dài của symbol trong các mẫu. TG là chiều dài của khoảng bảo vệ, TFFT là kích cỡ

của IFFT sử dụng để phát tín hiệu OFDM. Ngoài ra khoảng bảo vệ cũng được

đưa ra để chống lại các lỗi dịch thời gian tr ên máy thu.

2.1.8.1 Bảo vệ chống lại dịch thời gian (time offset)

Để giải mã tín hiệu OFDM, máy thu phải nhận được FFT của mỗi symbol

thu được để tìm ra biên độ và pha của các sóng mang con. Đối với hệ thống

OFDM dùng cùng một tần số lấy mẫu cho cả máy phát và máy thu, hệ thống phải

dùng một kích thước FFT cho cả máy phát và thu để duy trì sự tr ực giao của các



sóng mang con. Mỗi symbol thu được các mẫu độ dài TG + TFFT do bổ sung

khoảng bảo vệ. Máy thu chỉ cần các mẫu TFFT của symbol thu được để giải mã tín

hiệu. Các mẫu TG còn lại là không cần thiết. Đối với kênh lý tưởng không có mở

r ộng độ tr ễ máy thu, có thể dò tìm được độ dịch thời gian bất k ỳ (lớn nhất là bằng

khoảng bảo vệ TG) mà vẫn đạt được số các mẫu đúng.

Do bản chất tuần hoàn, khoảng bảo vệ dịch thời gian chỉ dẫn đến sự quay

pha của tất cả các sóng mang con trong tín hiệu. Giá tr ị quay pha tỷ lệ với tần số

sóng mang con. Với các sóng mang con ở tần số Nyquist, thì sự thay đổi là 1800

cho mỗi lệch thời gian mẫu. Đã chứng minh r ằng độ lệch thời gian được duy tr ì

không đổi từ symbol này tới symbol khác, nên sự quay pha cho lệch thời gian có

thể được loại bỏ như một phần của cân bằng kênh trong môi trường đa đường ISI

giảm độ dài của khoảng bảo vệ, dẫn tới lỗi lệch thời gian cho phép.2.1.8.2 Bảo vệ chống lại ISI

Trong tín hiệu OFDM biên độ và pha của sóng mang con phải được duy

trì không đổi trong chu k ỳ symbol để bảo đảm tính tr ực giao cho mỗi sóng mang.

Nếu chúng bị thay đổi có ngh ĩa là dạng phổ của các sóng mang con sẽ không

đúng dạng sin và như vậy điểm không (Null) sẽ không ở tần số đúng, dẫn đến

can nhiễu giữa các sóng mang. Ở biên của symbol, biên độ và pha thay đổi đột

ngột tới giá tr ị mới, cần thiết cho symbol dữ liệu tiếp theo.Trong môi trường đa đường, ISI gây ra sự tr ải r ộng năng lượng giữa các

symbol, dẫn đến sự thay đổi nhanh biên độ và pha của các sóng mang con ở điểm

đầu symbol. Độ dài của những ảnh hưởng thay đổi nhanh tươ ng ứng với sự mở

r ộng độ tr ễ của kênh vô tuyến. Tín hiệu thay đổi nhanh là k ết quả của mỗi thành

phần đa đường ở các thời điểm khác nhau một ít, làm thay đổi vectơ sóng mang

con thu được. Hình 2.11 chỉ ra ảnh hưởng này. Việc đưa vào các khoảng bảo vệ

cho phép co thời gian để phần tín hiệu thay đổi nhanh này bị suy hao tr ở lại tr ạng

thái ban đầu, do vậy FFT lấy lại được phần tr ạng thái đúng của symbol. Điều nay

loại bỏ ảnh hưởng của ISI. Để khắc phục ISI thì khoảng bảo vệ phải dài hơ n độ

tr ễ mở r ộng của kênh vô tuyến. Các ảnh hưởng còn lại mà đa đường gây ra như

thay đổi biên độ và pha sẽ được sửa bởi cân bằng kênh.



Hình 2.11a Chức năng của khoảng bảo vệ chống ISI

Hình 2.11b Chức năng của khoảng bảo vệ chống ISI

Khoảng bảo vệ chống lại các ảnh hưởng thay đổi nhanh do đa đường loại

bỏ các ảnh hưởng của ISI. Tuy nhiên trong thực tế các thành phần đa đường có

khuynh hướng suy giảm chậm theo thời gian, dẫn đến vẫn còn ISI ngay cả khikhoảng bảo vệ tươ ng đối dài được sử dụng.



2.1.9 Gi ới hạn băng thông của OFDM và cửa sổ

OFDM trong miền thời gian tươ ng đươ ng với tổng các sóng mang hình

sin được điều chế. Mỗi symbol nằm trong một khoảng thời gian xác định với

hàm cửa sổ hình chữ nhật. Cửa sổ này xác định biên của mỗi symbol OFDM và

xác định đặc tuyến tần số được tạo ra. Hình 2.12 là một ví dụ dạng sóng thời gian

truyền OFDM khi dùng khoá dịch pha PSK, biên độ sóng mang con là cố định và

pha thay đổi từ symbol này tới symbol kia để truyền dữ liệu. Pha của sóng mang

con không đổi đối với toàn bộ symbol, dẫn đến nhảy bậc pha giữa các symbol.

Những thay đổi đột biến này giữa các symbol dẫn đến sự mở r ộng trong miền tần

số.

Hình 2.12 Phổ tín hiệu OFDM gồm 52 sóng mang không có lọc băng thông

2.1.9.2 Độ phức tạp tính toán bằng lọc băng thông FIR

Việc dùng lọc băng thông số là phương pháp rất hiệu quả để loại bỏ các

búp sóng biên do tín hiệu OFDM tạo ra. Khó khăn là chi phí tính toán cao. Để

thực hiện bộ lọc băng thông FIR số tap cần thiết tươ ng ứng với:

.T t a p s

T

W IF F T N c e i l F

Ở đây Ntaps là số tap trong bộ lọc FIR, WT là độ r ộng quá độ của hàm cửa

sổ được dùng để tạo bộ lọc FIR. IFFT là kich thước FFT được sử dụng để tạo tín

(2-17)



hiệu và FT là độ r ộng quá độ của bộ lọc chuẩn hoá cho khoảng cách tải phụ. Ceil

là phép làm tròn về phía lớn hơ n. Chẳng hạn Ceil (1.1) = 2.

Công suất búp sóng của tín hiệu OFDM không được lọc là -20dBc và sau

khi được lọc là -109dBc. Độ r ộng quá độ của hàm cửa sổ được sử dụng là 3.0

nên số tap cần thiết là:

3.0 6424

8taps N ceil

Mỗi tap của bộ lọc FIR yêu cầu hai thuật toán nhân và tích luỹ MAC

(Multiply anh Accumulate) như k ết quả của các mẫu phức và như vậy đối vớ i tần

số lấy mẫu 20MHz số phép tính sẽ là 20x106x24x2 = 960 triệu MAC. Trong các

ứng dụng mà số tap cần thiết trong bộ lọc là lớ n (>100), việc thực hiện bộ lọc

FIR nhờ dùng FFT có thể hiệu quả hơ n.

2.1.9.3 Ảnh hưởng của lọc băng thông tới chỉ tiêu k ỹ thuật của OFDM

Trong miền thờ i gian, một symbol OFDM có dạng hình chữ nhật, tươ ng

ứng vớ i suy giảm dạng sin trong miền tần số. Nếu lọc băng thông một tín hiệu

OFDM vớ i bộ lọc kiểu “tườ ng gạch” (brick wall), thì tín hiệu sẽ có dạng sin giữa

các symbol. Điều này dẫn đến ISI, làm giảm chỉ tiêu k ỹ thuật. Có thể loại bỏ ISI

do việc lọc gây ra bằng cách dùng khoảng bảo vệ có độ dài đủ và bằng việc chọn

lọc độ lệch thờ i gian để đồng bộ giữa các khoảng bảo vệ, do vậy hầu hết nănglượ ng ISI sẽ bị loại bỏ.

Hình 2.13 mô tả chỉ tiêu k ỹ thuật mô phỏng của tín hiệu OFDM đượ c lọc

băng thông vớ i các độ r ộng quá độ khác nhau cho bộ lọc kênh không có nhiễu.

Hình vẽ này chỉ ra chỉ tiêu của trong OFDM khi độ lệch về đồng bộ thờ i gian bị

thay đổi. Khoảng bảo vệ đượ c sử dụng trong mô hình này có cùng độ dài như

phần IFFT của symbol. Việc sử dụng khoảng bảo vệ r ất dài này làm cho hệ thống

chịu đượ c ảnh hưở ng của đọ lệch thờ i gian trong một khoảng r ất r ộng của SNR hiệu dụng tính bằng cách trung bình hoá SNR hiệu dụng trên tất cả các sóng

mang con. Độ lệch thờ i gian bằng 0 tươ ng ứng vớ i việc máy thu nhận đượ c FFT

ở phần IFFT của tín hiệu phát. Độ lệch thờ i gian âm tươ ng ứng vớ i việc máy thu

nhận đượ c FFT ở phần IFFT đúng và một phần của khoảng bảo vệ symbol.

(2-18)



Hình 2.13 Hiệu quả SNR là một hàm dịch thời gian cho lọc băng thông

52 sóng mang con tín hiệu OFDM

ISI là thấ p nhất khi độ lệch thờ i gian là âm và bằng một nửa độ dài khoảng

bảo vệ. Bộ lọc có đặc tuyến càng dốc bao nhiêu (trong hình vẽ bộ lọc dốc nhất

loại bỏ các búp sóng biên xuống thấ p hơ n -100dBc trong giớ i hạn hai khoảng

cách sóng mang) thì ISI càng dài bấy nhiêu. Nếu khoảng bảo vệ bằng 50% thờ i

gian symbol toàn phần thì độ dài khoảng bảo vệ sẽ bằng thờ i gian symbol có ích.

SNR hiệu dụng của tín hiệu OFDM đượ c lọc băng thông phụ thuộc vào ảnh

hưở ng của cả ISI và ICI.

2.1.10 Khoảng bảo vệ cosin nâng (Raised Cosine Guard Period)

Một trong những phương pháp đơ n giản nhất để triệt các búp sóng biên

của tín hiệu OFDM là uốn tròn khoảng bảo vệ của tín hiệu OFDM và giảm từ từ nó tớ i 0 tr ướ c symbol tiế p theo. Việc giảm từ từ này làm chuyển dịch tron tru

giữa các symbol dẫn đến giảm công suất các búp sóng biên.

Hình 2.14 mô tả một symbol OFDM đơ n vớ i khoảng bảo vệ có dạng cosin

nâng RC (Raised Cosine). Phần cosin nâng của khoảng bảo vệ có thể chồng lấ p



vớ i các symbol tr ướ c và sau, vì nó chỉ tạo nên sự bảo vệ tối thiểu chống lại đa

đườ ng và lỗi thờ i gian và bị máy thu “làm ngơ ”. Vì phần này làm giảm dần tớ i 0,

nên nó dẫn tớ i 0 và dẫn tớ i ISI bổ sung tối thiểu. Ư u điểm chính của việc chồng

lấ p đó là độ dài của phần cosin nâng. Có thể là gấ p đôi mà không tự gây ra

overhead thờ i gian bổ sung.

Hình 2.14 Một symbol OFDM đơn với khoảng bảo vệ có dạng hình cosinnâng (RC)

2.1.11 Ảnh hưởng của nhiễu trắng cộng tính Gaussian (Aditive White

Gauusian Noise) đến OFDM

Nhiễu tồn tại trong tất cả các hệ thống thông tin trên kênh vật lý tương tự,

chẳng hạn như kênh vô tuyến. Các nguồn nhiễu chính là nhiễu nhiệt, nhiễu điện

trong các bộ khuếch đại máy thu và các can nhiễu giữa các tế bào thông tin.

Ngoài ra, nhiễu còn có thể đượ c tạo ra bên trong các hệ thống thông tin như là

k ết quả của can nhiễu giữa các symbol ISI, can nhiễu giữa các sóng mang ICI và

méo xuyên điều chế (Inter-Modulation Distortion - IMD). Các nguồn nhiễu này

làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu và giớ i hạn đáng k ể hiệu quả phổ của hệ thống.



Nhiễu là nguyên nhân có hại chính trong hầu hết các hệ thống thông tin vô

tuyến. Do vậy việc nghiên cứu các ảnh hưở ng của nhiễu đến tỷ lệ lỗi thông tin và

một số biện pháp dung hoà giữa mức nhiễu và hiệu quả phổ của hệ thống là r ất

quan tr ọng. Hầu hết các dạng nhiễu trong hệ thống thông tin vô tuyến có thể

đượ c mô hình hoá chính xác nhờ dùng dữ liệu nhiễu tr ắng chuẩn cộng tính, nhiễu

này có mật độ phổ đều (còn gọi là nhiễu tr ắng) và có phân bố Gauss về biên độ

(đượ c xem như phân bố chuẩn hoặc đườ ng cong hình vuông). Nhiễu nhiệt và

nhiễu điện do sự khuếch đại, chủ yếu có tính chất của nhiễu Gass tr ắng, do vậy

có thể mô hình hoá chúng chính xác theo AWGN. Hầu hết các nguồn nhiễu khác

có tính chất vì sự truyền là OFDM. Các tín hiệu OFDM có mậtt độ phổ phẳng và

phân bố biên độ Gass vì số sóng mang là lớ n nên can nhiễu giữa các tế bào từ hệ

thống OFDM khác cũng có các tính chất AWGN. Cũng vớ i một lý do như vậy,ISI, ICI, IMD cũng có các tính chất AWGN cho các tín hiệu OFDM.

2.1.12 Ảnh hưởng của méo tới OFDM

Tín hiệu OFDM có công suất đỉnh cao hơ n so vớ i công suất trung bình

của nó. Khi sóng mang RF được điều chế vớ i tín hiệu OFDM thì điều này sẽ dẫn

tớ i sự thđ tương tự của đườ ng bao sóng mang. Từ đó, dẫn tớ i yêu cầu là tín hiệu

phải đượ c khuếch đại và truyền đi một cách tuyến tính. Việc duy trì độ tuyến tính

ở mức công suất cao là r ất khó khăn, do vậy hầu hết méo trong truyền vô tuyếnthườ ng xảy ra trong các bộ khuếch đại công suất của máy phát. Ngoài ra còn có

thể có méo bổ sung trong máy thu nếu máy thu đượ c thiết k ế không hợ p lý. Tuy

nhiên nhìn chung việc duy trì mức méo trong máy thu ở mức thấ p nhất thì dễ hơ n

là duy trì nó trong máy phát. Méo trong máy phát gây ra m ọi vấn đề trong chuỗi

truyền dẫn, vì nó có thể dẫn đến mở r ộng phổ, gây can nhiễu cho các hệ thống

bên cạnh tần số RF. Do lý do này chỉ cần xem xét ảnh hưở ng của méo trong máy

phát.

Tính phi tuyến trong truyền dẫn dẫn đến hai sản phẩm méo chủ yếu, méo

điều chế tươ ng hỗ (IMD) và các hài. Các hài là các thành phần tần số ở X lần tần

số sóng mang RF vớ i X là số nguyên. Ví dụ nếu tần số sóng mang là 900MHz thì



các hài sẽ xảy ra ở 1800MHz, 2.7GHz… Có thể dễ dàng loại bỏ các hài nhờ bộ

lọc băng thấ p tươ ng đối đơ n giản ở đầu ra của máy phát.

IMD gây nhiều vấn đề hơ n vì nó dẫn đến các thành phần méo, cả ở trong

băng tần và ngoài băng tần nhưng gần vớ i tần số truyền dẫn chính. Các thành

phần này là k ết quả của việc tr ộn các thành phần hài của hệ thống, và tr ộn k ế tiế p

giữa các sản phẩm IMD. Các thành phần trong băng tần tạo thành nhiễu cộng

tính vớ i tín hiệu OFDM ở máy thu, làm giảm SNR của hệ thống, thậm chí ngay

cả khi không có nguồn nhiễu khác. Các thành phần ngoài băng tr ải r ộng tín hiệu

theo tần số, gây can nhiễu vưói các tín hiệu thông tin vô tuyến khác trong các

băng tần bên cạnh. Thậm chí nếu tín hiệu đượ c hạn chế băng thông hoàn thiện

tr ướ c khi đưa tớ i bộ khuếch đại công suất máy phát, mở r ộng phổ sẽ xảy ra nếu

khuếch đại công suất giảm, tuy nhiên sự giảm này là không nhiều vì các bộ lọc băng thông hoạt động ở tần số RF thườ ng có đặc tuyến không thật tốt. Để giảm

méo phi tuýen phải chọn điểm làm việc phù hợ p trong đặc tuyến vào ra của bộ

khuếch đại công suất back off (Output power Back off - OBO). Trong truyền dẫn

OFDM, dùng điều chế QPSK, OBO khoảng 2-3dB vì QPSK là sơ đồ điều chế r ất

khoẻ, chống lại đượ c ảnh hưở ng của méo. Các sơ đồ điều chế có hiệu suất băng

thông cao hơ n (16 QAM, 256QAM…) nhạy cảm hơ n vớ i méo vì chúng yêu cầu

SNR hiệu dụng cao hơ n. Ví dụ 16QAM OBO là 16dB, vớ i 64QAM là khoảng10dB.

2.1.13 Ảnh hưởng của sai lỗi đồng bộ đến chỉ ti êu chất lượng hệ thống OFDM

Một trong những hạn chế hệ thống sử dụng OFDM là khả năng dễ bị ảnh

hưở ng bở i lỗi do đồng bộ, đặc biệt là đồng bộ tần số do làm mất tính tr ực giao

giữa các sóng mang nhánh. Trong hệ thống OFDM, thườ ng xét đến ba loại đồng

bộ: đồng bộ ký tự, đồng bộ tần số sóng mang và đồng bộ tần số lấy mẫu. Đánh

giá ảnh hưở ng của sai lỗi đồng bộ thườ ng dựa trên việc xác định độ suy giảm của

tỷ số công suất tín hiệu trên nhiễu SNR. Bảng 2.1 dướ i đâ trình bày các k ết quả:



Loại/lượng lỗi đồng bộ Độ suy giảm SNR(db)

Lỗi tần số sóng mang1 , kênh AWGN

2

0

10

3ln10S E

D N

Lỗi tần số sóng mang 1 , kênh pha đinh 2

02

1 0,5974 sin10log

sin

S E N

Dc

Nhiễu pha sóng mang, độ rộng2

0

114

6ln10S E

D N

Lỗi đồng bộ tần số lấy mẫu

3S tại sóng

mang con thứ n

26

0

10log 1 103

S S

E D n f

N

Lỗi thời gian (không đáng kể nếu đủ nhỏ)

Chú ý: 1: chuẩn hoá theo khoảng cách tần số giữa hai k ênh

1

S T 2: chuẩn hoá theo tần số lấy mẫu, tính theo phần triệu 3: chuẩn hoá theo thời khoảng một kí tự tín hiệu phát

Bảng 2.1: Suy giảm SNR theo lỗi đồng bộ

Dựa vào bảng. ta có các nhận xét:

Đồng bộ tần số sóng mang giữa máy thu và máy phát ảnh hưở ng

đến chỉ tiêu chất lượ ng hệ thống nhiều nhất. Suy hao SNR tỷ lệ

thuận vớ i bình phươ ng độ sai lệch tần số sóng mang.

Suy hao SNR theo lỗi đồng bộ tần số lấy mẫu phụ thuộc vào bình

phươ ng của chỉ số sóng mang và bình phương độ dịch tần số lấy

mẫu tươ ng đối.

Ảnh hưở ng của lỗi thờ i gian sẽ bị triệt tiêu nếu độ dịch thờ i gian đủ

nhỏ sao cho nó không làm đá p ứng xung của kênh vượ t ra ngoài

khoảng thờ i gian của khoảng bảo vệ.



2.1.14 Ưu điểm và hạn chế của hệ thống OFDM

Ngoài hai đặc điểm và khả năng chống nhiễu ISI, ICI, nâng cao hiệu suất

sử dụng phổ, việc sử dụng OFDM còn có ưu điểm và hạn chế sau:

Ưu điểm:

Thực hiện điều chế tín hiệu đơ n giản nhờ sử dụng k ỹ thuật FFT.

Không giống như CDMA, các máy thu OFDM tậ p hợ p năng lượ ng của tín

hiệu trong miền tần số, do đó nó cho phép chống tổn hao năng lượ ng trên

miền tần số.

OFDM cho phép thông tin tốc độ cao đượ c truyền song song vớ i tốc độ

thấ p trên các kênh băng hẹ p. Các kênh co có thể coi là các kênh fading

không lựa chọn tần số nên có thể dùng các bộ cân bằng đơ n giản trong

suốt quá trình nhận thông tin. Hệ thống OFDM chống đượ c ảnh hưở ng

của fading chọn lọc tần số.

Trong một kênh trong biến đổi chậm theo thờ i gian một cách vừa phải,

OFDM có thể làm tăng đáng k ể dung lượ ng bằng cách làm tươ ng thích tốc

độ truyền dữ liệu trên sóng mang con theo tỷ số SNR của sóng mang con

riêng đó.

Máy phát OFDM làm đơ n giản hóa hiệu quả kênh truyền, do đó chỉ cần

một máy thu có cấu trúc đơ n giản là có thể khôi phục lại dữ liệu đượ ctruyền đi. Nếu chúng ta sử dụng kiểu điều chế k ết hợ p thì qúa trình ướ c

lượ ng kênh sẽ r ất đơ n giản, mặt khác chúng ta sẽ không cần ướ c lượ ng

kênh nếu sử dụng kiểu điều chế vi phân.

Quy trình duy trì tính tr ực giao trong OFDM đơ n giản hơ n nhiều so vớ i

các k ỹ thuật CDMA, TDMA ngay cả trong điều kiện truyền dẫn đa đườ ng

khắt khe nhất.

OFDM có thể đượ c sử dụng cho các ứng dụng đa phươ ng tiện tốc độ caovớ i chi phí dịch vụ thấ p.

OFDM có thể hỗ tr ợ cho truy cậ p gói động.

Các mạng đơ n tần số có thể thực hiện đượ c trong OFDM, mà đặc biệt hấ p

dẫn là cho các ứng dụng quảng bá.



Hạn chế:

Tín hiệu OFDM là tậ p hợ p của nhiều tín hiệu trên nhiều sóng mang, dải

động của tín hiệu lớ n nên công suất tươ ng đối cực đại lớ n, hạn chế hoạt

động của bộ khuếch đại.

Dễ bị ảnh hưở ng của dịch tần và pha hơ n so vớ i hệ thống một sóng mang.

Vì vậy yêu cầu phải đồng bộ tất tần số trong hoạt động.

2.2 Ứng dụng của OFDM trong các chuẩn WLAN hiện có

Hiện nay OFDM đượ c sử dụng trong các chuẩn WLAN sau đây: IEEE

802.11a, IEEE 802.11g, HiperLAN2 để đạt tốc độ lên tớ i 54Mbps. Trong phần

này sẽ nghiên cứu sâu hơ n về ba chuẩn này.

2.2.1 Chuẩ n IEEE 802.11a

Chuẩn IEEE 802.11a là sự mở r ộng lớ p vật lý của chuẩn gốc cho mạngcục bộ không dây IEEE 802.11. Chuẩn gốc IEEE 802.11 định ngh ĩ a một tậ p hợ p

các yêu cầu cho lớ p vật lý PHY và lớ p điều khiển truy cậ p MAC. Vớ i dữ liệu tốc

độ cao, chuẩn này đưa ra hai lớ p vật lý mở r ộng là IEEE 802.11b hoạt động ở dải

tần 2.4GHz và IEEE 802.11a hoạt động ở dải tần 5GHz.



Chuẩn IEEE 802.11a hỗ tr ợ các ứng dụng WLAN yêu cầu tốc độ dữ liệu cao hơ n

11Mbps trong dải tàn 5GHz. OFDM đượ c sử dụng trong chuẩn IEEE 802.11a

nhằm đạt đượ c hiệu suất cao trong việc chống lại fading đa đườ ng.

Trong IEEE 802.11a thờ i gian truyền mỗi bit tăng lên tươ ng ứng vớ i số

lượ ng sóng mang, làm cho hệ thống ít nhạy cảm hơ n đối vớ i xuyên nhiễu đa

đườ ng. Để hoàn chỉnh OFDM, IEEE 802.11a còn đưa ra một số phương pháp

điều chế và mã hoá khác nhau đẻ lựa chọn cho những tốc độ khác nhau. Ta có

bảng 2.2 một số phương pháp điều chế và ma dùng trong chuẩn IEEE 802.11a:

IEEE 802.11a tối ưu lớ p vật lý cho việc truyền dẫn nội dung đa phươ ng tiện như

luồng video. Lớ p vật lý OFDM có khả năng truyền các khung dữ liệu dịch vụ vớ i

tốc độ dữ liệu lên tớ i 54Mbps ở những nơ i cần truyền dữ liệu đa phươ ng tiện.

2.2.2 Chuẩn IEEE 802.11g

Chuẩn IEEE 802.11g là chuẩn WLAN mớ i đượ c phát hành tháng 9/2003.

Chuẩn này cũng dùng OFDM để hỗ tr ợ tốc độ dữ liệu tớ i 54Mbps như 802.11a.

Nhưng khác vớ i 802.11a, 802.11g hoạt động ở dải tần 2.4GHz giống như

802.11b. Vì thế, IEEE 802.11g tươ ng thích ngượ c tr ở lại vớ i 802.11b. Chuẩn

802.11g bao gồm những đặc điểm tốt nhất của hai chuẩn 802.11a và 802.11b mà

có thể thích hợ p vớ i những công nghệ mớ i trong tươ ng lai.

Vớ i khả năng hoạt động tươ ng thích vớ i các tốc độ hiẹn có (802.11b) toàn

bộ mạng WLAN không phải nâng cấ p khi chuyển lên các tốc độ cao hơ n của



chuẩn 802.11g. Cùng vớ i băng tần và k ỹ thuật điều chế đã sử dụng, các tốc độ dữ

liệu đang hoạt động mà 802.11g đượ c cho r ăng sẽ tr ở thành chuẩn đượ c lựa chọn

sử dụng nhiều hơ n 802.11b là chuẩn thông dụng trên toàn thế giớ i hiện nay. Bảng

2.1 biểu diễn các tốc độ dữ liệu khác nhau đạt đượ c khi sử dụng OFDM vớ i các

kênh con k ết hợ p vớ i các k ỹ thuật điều chế khác nhau ở lớ p vật lý (trong các

chuẩn 802.11a và 802.11g).

K ỹ thuật điều chế với các

kênh phụ

Tốc độ dữ liệu cho mỗi

kênh phụ (Kbps)

Tổng tốc độ dữ liệu

( Mbps)

BPSK 125 6

BPSK 187.5 9

QBPSK 375 18QBPSK 250 12

16QAM 500 24

16QAM 750 36

64QAM 1000 48

64QAM 1125 54

Bảng 2.3 Các k ỹ thuật điều chế vớ i các tốc độ tươ ng ứng

2.2.3 Chuẩn HiperLAN2

Chuẩn mạng cục bộ không dây HiperLAN2 (High Performance radio

LAN2) là chuẩn mạng không dây đượ c định ngh ĩ a bở i Viện chuẩn viễn thông

châu Âu (European Telecommunications Standards Institute - ETSI) vào tháng 9

năm 1999. Chuẩn HiperLAN2 là chuẩn sử dụng OFDM thích ứng cho công nghệ

vô tuyến băng r ộng trong dải tần 5GHz và hỗ tr ợ tốc độ dữ liệu đến 54Mbps.

Chuẩn này k ết nối các thiết b ị di động trong các môi trườ ng trong nhà và công

cộng. Một số đặc điểm nổi bật của HiperLAN2 bao gồm:Độc lậ p về mạng và các ứng dụng: kiến trúc giao thức HiperLAN2 linh

hoạt, dễ thích nghi và phù hợ p vớ i nhiều dạng của mạng cố định. HiperLAN2 có

thể k ết nối tớ i nhiều cơ sở hạ tầng mạng như mạng Internet, IP, ATM, PPP và cả

mạng di động tế bào 3G.



Quản lý tần số một cách tự động: giống như mạng tế bào di động – GSM,

HiperLAN2 không cần lên k ế hoạch quản lý tần số. Các AP thiết lậ p một hỗ tr ợ

để tự động lựa chọn kênh truyền vô tuyến thích hợ p bên trong mỗi vùng phủ

sóng của AP. Do đó việc triển khai mạng đượ c đơ n giản hoá đi r ất nhiều.

Chất lượ ng dịch vụ: k ết nối định hướ ng, dữ liệu truyền trên những k ết nối

giữa các tr ạm đầu cuối di động và AP phải đượ c thiết lập trướ c khi truyền. Đặc

biệt chuẩn này r ất thích hợ p vớ i các ứng dụng như video và thoại.

Bảo mật: bao gồm nhận thực và mã hoá. Các AP và các tr ạm đầu cuối di

động có thể nhận thực lẫn nhau để đảm bảo quyền truy cậ p mạng. Sự nhận thực

này còn hỗ tr ợ các chức năng như dịch vụ thư mục, dịch vụ ánh xạ các volume…

Ngoài ra trong bảo mật HiperLAN2 còn có cơ chế mã hoá, bảo vệ lưu lượ ng

ngườ i sử dụng trên một k ết nối đã thiết lậ p để chống nghe tr ộm và lấy cắ p dữ liệu.

Tương tự như các chuẩn WLAN khác, HiperLAN2 chỉ định ngh ĩ a lớ p vật

lý và lớ p điều khiển liên k ết dữ liệu. Ngoài ra chuẩn này còn định ngh ĩ a một lớ p

mớ i đượ c gọi là lớ p con hội tụ (Convergene Sublayer). Lớ p con này quan tâm tớ i

các chức năng dịch vụ độc lậ p giữa các lớp điều khiển liên k ết dữ liệu và lớ p

mạng. Lớ p con hội tụ có chức năng nhận các gói và các ô từ hệ thống mạng có

dây r ồi định dạng chúng để chuyển qua môi tr ườ ng không dây. Như các chuẩnWLAN khác, HiperLAN2 có thể thực hiện k ết nối giữa các tr ạm tớ i các điểm

truy cậ p và cho phép các nút di động truyền thông tr ực tiế p vớ i nhau. Lớ p con

hội tụ cũng có thể sử dụng trên lớ p vật lý để k ết nối các mạng IP, ATM và

UMTS (mạng 3G của châu Âu). Trên lớ p vật lý, HyperLAN2 dùng các phươ ng

thức điều chế BPSK, QpSK, 16 QAM k ết hợ p vớ i OFDM. Về bảo mật, dữ liệu

HyperLAN2 đượ c bảo mật bằng các thuật toán DES và 3DES. Các AP và máy di

động có thể nhận thức lẫn nhau.

2.3 Một số hạn chế của các hệ thống mạng WLAN sử dụng OFDM hiện nay

Các mạng WLAN sử dụng OFDM hiện nay vẫn còn có một số hạn chế, đó

là: Tốc độ truyền dữ liệu còn thấ p, cực đại mớ i chỉ đạt đến 54Mbps, thấ p hơ n

nhiều so vớ i tốc độ 100Mbps của mạng có dây thông thườ ng. Tốc độ này chưa



đủ cho các ứng dụng đa phương tiện đang ngày càn phổ biến trên mạng, chẳng

hạn như truyền thoại IP qua WiFi (VoWiFi), truyền video, các ứng dụng game,

truyền hình chất lượ ng cao (HDTV).

Các chuẩn WLAN có tốc độ cao nhất hiện nay là chuẩn IEEE 802.11a chỉ

trong phạm vi nhỏ (khoảng 25m) và các thiết bị chế tạo có giá thành khá cao,

chuẩn IEEE 802.11g có tốc độ thì hạn chế về số kênh truy cậ p. Khi có nhiều thiết

bị không dây dùng chung môi trườ ng truyền, băng thông mạng sẽ bị chia sẻ dẫn

tớ i giảm tốc độ dữ liệu. Hơ n nữa, khi khoảng cách liên lạc tăng lên, các mạng

này đều phải giảm tốc độ dữ liệu. Do vậy, tốc độ thực thế còn thấ p hơ n nhiều so

vớ i tốc độ nêu lên trong các tài liệu về chuẩn.

2.4 Xu hướng nghiên cứu phát triển ứng dụng OFDM trong WLAN

Hiện nay công nghệ OFDM đã và đang đượ c nghiên cứu ứng dụng r ấtmạnh mẽ trong l ĩ nh vực thông tin vô tuyến.

Ứ ng dụng của OFDM sẽ dành cho mạch vòng vô tuýên nội hạt (Wireless

Local Link - WLL), mạng cục bộ không dây (WLAN), mạng diện r ộng không

dây (WMAN), mạng vô tuyến cá nhân tế bào (Cellular Wireless PAN). Các hệ

thống đa truy nhậ p dựa trên OFDM như OFDM-TDMA, và MC-CDMA đang

đượ c xem xét tớ i như một thế hệ tiế p theo của hệ thống vô tuyến nhiều ngườ i sử

dụng (Multi-user OFDM).OFDM sẽ tiế p tục là một công nghệ then chốt trong phát triển WLAN (vớ i

vai trò vừa là phươ ng thức điều chế vừa là cơ chế đa truy cậ p) và OFDM sẽ vẫn

là giải pháp cho vấn đề liên lạc không dây đa ngườ i dùng trong WLAN. Bướ c

tiến mớ i trong OFDM đượ c dự đoán sẽ là sự phát triển của công nghệ OFDM

nhiều đầu vào – nhiều đầu ra (MIMO-OFDM) trong đó sử dụng nhiều anten phát

và thu để cải thiện tốc độ truyền trong WLAN. Một số nghiên cứu mớ i áp dụng

MIMO vào OFDM đã cho thấy có thể tăng tốc độ dữ liệu đáng k ể.

Như vậy, chươ ng 2 của luận văn đã giớ i thiệu sơ lượ c về các nguyên lý cơ

bản của OFDM bao gồm tính tr ực giao và dải bảo vệ và áp dụng biến đổi Fourier

nhanh trong OFDM. Đây là những đặc tính cơ bản nhất của k ỹ thuật OFDM, tính

tr ực giao đã đượ c khẳng định chắc chắn về hiệu quả của nó trong lý thuyết truyền



tin. Dải bảo vệ cho phép đảm bảo tính tr ực giao đồng thờ i giúp loại bỏ đượ c ISI

và ICI. Phép biến đổi Fourier nhanh giúp cho k ỹ thuật OFDM có thể đượ c ứng

dụng r ộng rãi trong thực tế…

Vớ i nghiên cứu sâu hơ n về lý thuyết, OFDM sẽ chứng tỏ những ưu điểm

của mình trong các hệ thống viễn thông, như trong các mạng di động không dây.

Do khuôn khổ có hạn nên luận văn chỉ trình bày sơ lượ c mà chưa trình bày vào

các vấn đề cũng r ất cơ bản khác của OFDM trong WLAN, chẳng hạn như vấn đề

loại bỏ giao thoa ISI và ICI, vấn đề nâng cao hiệu suất sử dụng dải tần…



CHƯƠNG 3

NHỮNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG OFDM TRONG CHUẨN WLAN

MỚI IEEE 802.11N

Các chuẩn WLAN hiện đại nhất hiện nay (IEEE802.11a, IEEE 802.11g vàHyperLAN2) chỉ thích hợp cho các ứng dụng mạng thông thường, chẳng hạn như

thư điện tử, duyệt Web hoặc truyền file dữ liệu. Tuy nhiên, khi yêu cầu về tốc độ

dữ liệu cao hơn, chẳng hạn như với các ứng dụng mới như thoại qua WLAN,

truyền video, truyền hình qua WLAN, các trò chơi điện tử (game) đa phương

tiện, thì các chuẩn đó chưa thể đáp ứng được. Tốc độ truyền dữ liệu cực đại 54

Mbps (mà thực tế do nhiều nguyên nhân không thể đạt được) của các chuẩn đó

chưa đáp ứng được yêu cầu của các ứng dụng như vậy. Để đáp ứng được các ứng

dụng mới, cần có một chuẩn WLAN mới có tốc độ dữ liệu cao hơn. Do vậy,

chuẩn IEEE 802.11n đã được đề xuất và hiện nay đang được phát triển. Chuẩn

này, dự kiến sẽ được thông qua vào khoảng cuối năm 2006 - đầu năm 2007, tiếp

tục sử dụng OFDM làm công nghệ nền tảng, sẽ cho tốc độ dữ liệu vượt quá 100

Mbps đủ đáp ứng các yêu cầu mới.

Đối tượng chính của chuẩn 802.11n là những sửa đổi ở lớp vật lý và lớp

điều khiển truy cập môi trường (PHY/MAC) so với chuẩn gốc IEEE 802.11 để

có thể hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu thấp nhất là 100 Mbps. Yêu cầu về tốc độ tối

thiểu như vậy cho thấy 802.11n có tốc độ cao hơn gần hai lần so với các mạng

WLAN hiện nay.

3.1 Những giải pháp kỹ thuật để cải thiện tốc độ truyền dữ liệu trong mạng

WLAN

Có nhiều giải pháp được đưa ra để cải thiện tốc độ truyền dữ liệu trong

mạng WLAN. Phần này chỉ nêu ra hai trong nhiều các phương pháp đang đượcđề xuất sử dụng trong chuẩn IEEE 802.11n. Đó là cải thiện tốc độ truyền dữ liệu

với hệ thống nhiều anten (MIMO) và Cải thiện tốc độ truyền bằng cách sử dụng

k ỹ thuật MIMO kết hợp với các kênh băng thông rộng.



Hình 3.1 Wireless MIMO Broadband Router chuẩn 802.11g

3.1.1 C ải thiện tốc độ truyền dữ liệu với hệ thống nhiều anten (MIMO)

Một vấn đề đặt ra với việc nghiên cứu để tăng tốc độ truyền dữ liệu của

các hệ thống mạng không dây 802.11 là sử dụng các hệ thống nhiều anten cho cả

máy phát và máy thu. Công nghệ được đề cập ở đây được gọi là công nghệ nhiềuđầu vào nhiều đầu ra (Multiple-input multiple-output - MIMO).

MIMO sử dụng phương thức phát nhiều tín hiệu vào môi trường vô tuyến

r ồi thu nhiều tín hiệu từ môi trường vô tuyến nhằm cải thiện hoạt động vô tuyến.

Với việc sử dụng nhiều anten, kết hợp với kỹ thuật chống nhiễu đầu vào và

chống nhiễu đầu ra, MIMO có thể tăng hiệu quả sử dụng phổ mà không làm mất

đi tính ổn định của hệ thống. MIMO sử dụng nhiều anten khác nhau dò tìm các

kênh giống nhau, mỗi lần phát đi với các đặc tính không gian khác nhau. Mọi bộ phận sẽ nghe tín hiệu từ mọi trạm phát rồi tận dụng tính đa đường để nâng cao

chất lượng thu.

Một đặc điểm khác của công nghệ MIMO là sử dụng kỹ thuật ghép k ênh

phân chia theo không gian (Spatical Division Multiplering - SDM). SDM ghép

về mặt không gian nhiều luồng dữ liệu độc lập một cách đồng thời (tạo th ành các

các kênh ảo) bên trong một k ênh phổ của băng thông. Kỹ thuật MIMO SDM có

thể làm tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu do số lượng các luồng dữ liệu không

gian xử lý được tăng lên. Mỗi luồng không gian đòi hỏi phải có cặp anten

thu/phát tại đầu cuối truyền dẫn. Điều quan trọng ở đây là k ỹ thuật MIMO yêu

cầu một chuỗi các tần số vô tuyến riêng biệt và một bộ biến đổi tương tự - số

(ADC) cho mỗi anten MIMO. Cần có nhiều hơn hai chuỗi anten RF được thiết kế



k ỹ lưỡng để có thể giảm giá thành và vẫn đảm bảo được các yêu cầu về hoạt

động.

3.I.2 C ải thiện tốc độ truyền bằng cách kết hợp MIMO với các kênh băng

thông r ộng

Một phương pháp quan trọng khác để tăng tốc độ truyền vật lý là sử dụng

các kênh băng thông rộng. Việc sử dụng một kênh băng thông rộng hơn kết hợp

với kỹ thuật OFDM sẽ cải thiện đáng kể chất lượng hoạt động của mạng, đặc biệt

khi có ứng dụng mạng đòi hỏi băng thông lớn, chẳng hạn như truyền video hoặc

game đa phương tiện. Các kênh băng thông rộng có hiệu quả cao hơn trong quá

trình xử lý tín hiệu số. Các kênh băng thông rộng đạt được bằng một kỹ thuật

được gọi là liên k ết k ênh (Channel Bonding). Ý tưởng về liên k ết k ênh xuất phát

từ cơ sở định luật Shannon, trong đó có thể tăng dung lượng k ênh bằng cách tăng băng thông của nó. Kỹ thuật này liên k ết hai k ênh lân cận thành một k ênh có

băng thông rộng hơn. Giả sử hai k ênh 20 MHz lân cận trong một hệ thống

WLAN được kết hợp lại, băng thông mạng IEEE 802.11 sẽ tăng lên gấp hai lần,

ngh ĩa là đạt 40 MHz. Cấu trúc kết hợp MIMO với các kênh băng thông rộng đem

lại hiệu quả truyền cao hơn.

Cả hai công nghệ, MIMO và liên k ết kênh để tăng băng thông được sử

dụng để thoả mãn các nhu cầu thông lượng cao hơn của các ứng dụng mới nhưthoại và video. Điều này càng có ý ngh ĩa hơn với các môi trường mạng trong đó

các ứng dụng thông lượng cao đồng thời hoạt động, chẳng hạn như vừa có ứng

dụng thoại, vừa có video hoặc truyền hình chất lượng cao qua WLAN.

3.2 Mục đích nghiên cứu của IEEE 802.11n

Hình 3. Logo 802.11n



Một chuẩn WLAN mới đang được IEEE nghiên cứu phát triển, với mục

tiêu đưa kết nối không dây băng thông rộng lên một tầm cao mới. Công nghệ này

hứa hẹn sẽ tăng đáng kể tốc độ của các mạng cục bộ không dây WLAN. Đó l à

chuẩn IEEE 802.11n đang được nhóm cộng tác 802.11n của Viện kỹ thuật điện

tử (IEEE) phát triển. Chuẩn WLAN mới đề xuất này dựa vào công nghệ MIMO-

OFDM, hỗ trợ tốc độ cao hơn bằng cách sử dụng hai anten ở mỗi đầu của tín hiệu

(một để phát, một để thu), thay vì một anten ở mỗi đầu như hiện nay. Ví dụ về

một số thiết bị mạng như vậy đã được thử nghiệm, bao gồm các AP và các card

mạng, có thể thấy tr ên hình 3.1. Những thử nghiệm ban đầu cho thấy các thiết bị

công nghệ mới này có thể đạt tốc độ tối thiểu 135 Mbps và tốc độ tối đa tới 540

Mbps với băng thông kênh truyền là 40 MHz.

Hình 3.1 Hai anten ở mỗi đầu thiết bị giúp chuẩn 802.11n

tăng tốc độ không dây lên gấp bốn lần

Đề xuất chuẩn 802.11n dựa tr ên công nghệ MIMO-OFDM được thiết kế

để có thể triển khai tr ên toàn cầu và tương thích ngược với các chuẩn Wi-Fi hiện

tại như 802.11b, 802.11a và 802.11g. Bằng cách sử dụng cùng định dạng k ênh

20 MHz mà hàng triệu thiết bị WLAN hiện nay đang sử dụng, chuẩn mới

802.11n có khả năng tương thích với hầu hết các nền tảng mạng đã cài đặt trước,

đồng thời nâng cao hiệu suất của các mạng WLAN trong dải tần số RF được

phân bổ.

Với MIMO-OFDM, 802.11n cho phạm vi phủ sóng WLAN ổn định hơn

với tốc độ truyền dữ liệu siêu nhanh (có thể đạt tới 500 Mbps hoặc hơn nữa).



Ngoài ra, chuẩn 802.11n sẽ cho phép người dùng thực hiện nhiều công việc hơn

với WLAN, đặc biệt trong các ứng dụng đa phương tiện.

3.3 MIMO – OFDM

3.3.1 Gi ới thiệu về MIMO-OFDM

Truyền dẫn đa đường là đặc điểm của tất cả các môi trường truyền không

dây. Thông thường, có một đường dẫn trực tiếp từ máy phát tới máy thu. Nhưng

trong thực tế, có nhiều tín hiệu truyền từ máy phát đi theo các đường khác nhau

tới máy thu, tín hiệu có thể đến thẳng máy thu hoặc cũng có thể gặp phải vật

chắn đổi hướ ng, hoặc bị ảnh hưởng của nhiễu… Tín hiệu truyền theo những

đường không trực tiếp, tới máy thu muộn hơn tín hiệu đi theo đường trực tiếp và

chúng thường bị suy yếu hơn so với tín hiệu truyền thẳng. Giải pháp nào được

đưa ra để giải quyết vấn đề đa đường - đó chính là MIMO. MIMO không loại bỏđa đường, mà ngược lại, nó tận dụng hiện tượng này để hoạt động (H ình 3.2).

Đầu tiên, MIMO trong WLAN được thiết lập dựa tr ên các chuẩn 802.11g

và 802.11b, cho phép truyền nhiều hơn hai tín hiệu mạng qua cùng một k ênh vô

tuyến 802.11 tại một thời điểm mà không bị nhiễu sóng.

Một hệ thống với nhiều anten ở máy phát và máy thu chính một là hệ

thống nhiều đầu vào nhiều đầu ra (MIMO). Hệ thống MIMO có tính đa dạng

không gian do có nhiều anten riêng r ẽ trong một môi trường nhiều đường phân

tán. Hệ thống MIMO có thể được thực hiện theo một số kỹ thuật nào đó để tận



dụng hiện tượng pha đinh và tăng hiệu quả công suất. Có ba vấn đề cần đề cập

trong k ỹ thuật MIMO. Thứ nhất, cải thiện hiệu quả công suất làm tăng tính đa

dạng không gian. Thứ hai, sử dụng một lớp tiếp cận để tăng công suất. Thứ ba,

khai thác nội dung của k ênh tại máy phát. Khai thác nội dung k ênh máy phát là

phân tích đặc tính kênh đang sử dụng để đạt được công suất phát hợp lý nhất.

Trong công nghệ mạng không dây, MIMO được kết hợp với OFDM tạo

thành công nghệ MIMO-OFDM. Với công nghệ tổng hợp này, OFDM có thể kết

hợp với các dàn anten tại máy phát và máy thu để tăng tính đa dạng và tăng

cường khả năng hệ thống biến thiên theo thời gian và các kênh lựa chọn tần số.

Hình 3.3 mô tả cấu trúc của một hệ thống MIMO-OFDM. Phần máy phát của hệ

thống này gồm một nguồn dữ liệu (Data Source), một bộ mã hoá kênh (Channel

Encoder), một bộ mã hoá MIMO (MIMO Encoder) và nhiều bộ điều chế OFDM(OFDM Modulator)- mỗi bộ phục vụ cho một an ten phát. Phần máy thu bao

gồm nhiều bộ giải điều chế OFDM (OFDM Demoulator) - mỗi bộ lấy tín hiệu từ

một anten thu, một bộ giải mã MIMO (MIMO Demodulator), một bộ giải mã

kênh (Channel Decoder) và một bộ tách dữ liệu (Data Sink). Ngoài ra, trong máy

thu còn có bộ phận thực hiện xử lý tín hiệu cho máy thu.

OFDM đã được chấp nhận trong các chuẩn WLAN hiện nay là 802.11a,

802.11g của IEEE (Hoa Kỳ) cũng như chuẩn HyperLAN2 của ETSI (Viện chuẩncủa châu Âu). OFDM cũng đã được sử dụng trong chuẩn mạng diện rộng không

dây IEEE 802.16a và đang được xem xét trong chuẩn IEEE802.20a, một chuẩn

nhằm duy tr ì k ết nối băng thông tốc độ cao tới người sử dụng, tốc độ có thể lên

tới 60 Mbps. Chuẩn IEEE 802.11a LAN hoạt động ở tốc độ dữ liệu tới 54 Mbps

(một kênh điều kiện cho phép) với khoảng cách k ênh là 20 MHz. Như vậy hiệu

quả băng thông là 2.7 b/s/Hz. Thông lượng thực tế phụ thuộc nhiều vào giao thức

điều khiển truy cập môi trường truyền. Giống như vậy, IEEE802.16a hoạt động

trên nhiều chế độ phụ thuộc vào điều kiện k ênh trong phạm vi dữ liệu từ 4.20 tới

22.91 Mbps với dải thông điển hình là 6MHz, điều đó có nghĩa là hiệu quả dải

thông từ 0.7 đến 3.82 bit/s/Hz.



Những sự phát triển gần đây trong kỹ thuật MIMO hứa hẹn một bước tiến

lớn trong việc phát triển kỹ thuật OFDM. Hệ thống MIMO OFDM băng rộng với

hiệu qủa dải thông khoảng 10b/s/Hz là khả thi với môi trường LAN/MAN.

3.3.2 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM

Một hệ thống đa sóng mang có thể hoạt động hiệu quả trong miền thời

gian r ời rạc nhờ sử dụng phép biến đổi IFFT (Inver se Fast Fourier Transform)

thực hiện vai tr ò của một gộ giải điều chế. Dữ liệu được truyền là các hệ số ở

miền “tần số” và các mẫu ở lối ra tầng IFFT là các mẫu ở miền “thời gian” của

dạng sóng được truyền. Hình 3.3 mô tả hệ thống MIMO-OFDM điển hình có Q

đầu vào và L đầu ra.

Hình 3.3 Hệ thống MIMO-OFDM với Q đầu vào và L đầu ra

Giả sử X = {X0, X1,…, X N-1} là khối symbol dữ liệu chiều dài N. Thông

qua phép biến đổi IDFT ta có chuỗi trên miền thời gian là: x = {x0, x1,…, x N-1}.

Để giảm ảnh hưởng do tr ải tr ễ kênh, một khoảng phòng vệ CP (hoặc hậu tố) sẽ

được gắn vào chuỗi X. Để tránh ISI, chiều dài CP phải bằng hay lớn hơ n chiều

dài chủa đáp ứng xung kênh thời gian rời r ạc. Thời gian cần để truyền một

symbol OFDM được gọi là thờ i gian symbol OFDM. Tín hiệu OFDM đượctruyền tr ên dải thông kênh vô tuyến, thu vào biến đổi xuống dải tần băng gốc.

Nhờ có khoảng bảo vệ CP, sự xoắn tuyến tính r ời r ạc của chuỗi được truyền với

đáp ứng xung của kênh tr ở thành một sự xoắn vòng. Do đó, ở máy thu các mẫu



ban đầu từ mỗi khối thu được dịch chuyển một bởi một biến đổi Fourier r ời r ạc N

điểm tr ên chuỗi symbol nhận được.

Cấu trúc khung của một hệ thống MIMO-OFDM điển hình thể hiện ở hình

3.4. Chuỗi mào đầu đồng bộ của OFDM bao gồm Q symbol huấn luyện có chiều

dài N1 + G, G ≤ N1 ≤ N, N1 = N/I và I là một số nguyên để phân chia N. Thông

thường chiều dài của khoảng bảo vệ trong chu kỳ huấn luyện được nhân đôi. Ví

dụ ở chuẩn IEEE 802.16a, để tr ợ giúp đồng bộ, đánh giá và san bằng thì độ lệch

tần số cho những trường hợp kênh ngắn hạn mà ở đó chiều dài của kênh lớn hơ n

chiều dài khoảng bảo vệ CP.

Hình 3.4 Cấu trúc khung hệ thống QxL OFDM

Xem xét phần mào đầu của khung OFDM: chiều dài các chuỗi mào đầu

N1+ G thu được bằng việc kích hoạt các hệ số thứ I của một vectơ miền tần số có

chiều dài N với một symbol huấn luyện khác 0 được lựa chọn từ bảng chữ cái

(phần dư được đặt bằng không). Các chuỗi huấn luyện miền tần số được truyền

từ anten thứ I là N

k

q

k S 1)(

, trong đó q = (c-1)Q+I và c = 1,2,…, Q. Các chuỗi

huấn luyện miền thời gian chiều dài mỗi chuỗi N1 tạo được bằng biến đổi IDFT

N-điểm đối với chuỗi N

k

q

k S 1)(

, trong đó giữ lại các hệ số mièn thời gian N1 đầu

tiên. Khi đó, một khoảng CP sẽ được gắn vào mỗi chuỗi miền thời gian chiều dài

N1. Giả sử Hij là vectơ của các hệ số k ênh cong giữa anten phát thứ I và anten thu



thứ j và giả sử 1

0)( 1

N

k

l

k R là chuỗi mẫu thu được ở anten máy thu thứ 1. Sau khi

loại bỏ khoảng bảo vệ, các mẫu thu được 1

0)( 1

N

k

l

k R được lặp lại I lần và giải

điều chế sử dụng phép biến đổi FFT N-điểm như sau:

Ở đây kênh = 0,1,2…,N-1. Đối với giải điều chế OFDM, ma trận mẫu R k

kích thước (Q x L) cho sóng mang con thứ kênh có thể được biểu diễn theo các

số hạng của ma tr ận mẫu truyền Sk kích thước (Q x Q) và ma tr ận tạp âm

(AWGN) Wk kích thước (Q x L) như sau:

Với R, H, W là ma tr ận có kích thước (Q x L) hoặc như một tập (Q x L)

vectơ chiều dài N.

3.3.3 M ột số ứng dụng thử nghiệm của MIMO-OFDM trong WLAN

Hiện nay đã có khá nhiều thử nghiệm ứng dụng công nghệ MIMO-

OFDM, dưới đây là một số ứng dụng điển hình.

Công nghệ MIMO cho máy tính xách tay Máy tính xách tay k ết nối không dây đã tr ở nên thông dụng trong thời

gian gần đây, nhưng đây là lần đầu tiên công nghệ MIMO, được tích hợp trong

sản phẩm giúp tăng phạm vi và tốc độ truy cập.

Hiện nay, đã xuất hiện những chip MIMO thử nghiệm có thể tăng tốc độ

truyền dữ liệu trong mạng không dây lên tới 200 Mbps và phạm vi hoạt động là

180 đến 275m, trong khi phạm vi trung bình của chuẩn 802.11g (Wi-Fi) chỉ đạt

từ 45 đến 90 mét với tốc độ tối đa 54 Mbps.

Ví dụ về dòng chip mới này có thể kể đến chip sử dụng công nghệ MIMO

của hãng Airgo (Mỹ) dùng thử nghiệm trong các laptop. Chíp này cho phép sử

dụng hai bộ thu phát vô tuyến, trong khi đa phần các máy tính xách tay kết nối

Wi-Fi hiện nay (tích hợp dòng chip Centrino của Intel) chỉ cho phép sử dụng một



bộ thu phát vô tuyến. Sử dụng những chip MIMO có thể tránh được hiện tượng

r ớt tín hiệu thường xảy ra trong các mạng WiFi hiện nay.

True-MIMO

True MIMO là thế hệ mới của công nghệ MIMO. True MIMO đã được

nhiều hãng sản xuất thiết bị không dây sử dụng, trong đó có Belkin, Netgear,

Sohoware. Phiên bản mới nhất hoạt động với tốc độ 240 Mbps, dễ dàng vượt qua

chuẩn Wi- Fi (54 Mbps) và Ethernet (100 Mbps).

Mạng có dây truyền thống kết nối các thiết bị với nhau và tới Internet vẫn

luôn được coi là phương pháp nhanh và đáng tin cậy nhất hiện nay. Ngay cả các

mạng không dây tốc độ cao, dựa tr ên chuẩn Wi-Fi, dù đã tr ở nên phổ biến trong

những năm gần đây vẫn bị đánh giá là chậm và không an toàn so với mạng có

dây truyền thống. Tuy nhiên, phiên bản công nghệ mới với MIMO đã “phá vỡ rào cản về tốc độ và thay đổi lối suy nghĩ sáo mòn chỉ tin tưởng vào hệ thống dây

dẫn”. Những sản phẩm đầu tiên sử dụng chip True MIMO như máy tính xách tay,

thẻ không dây, thiết bị định tuyến, máy in, ổ cứng ngoài... đã có mặt tr ên thị

trường vào quý IV/2005.

Trong buổi tr ình diễn công nghệ đầu năm 2006, hệ thống True MIMO của

hãng Airgo đã truyền không dây một bộ phim DVD tới giữa các máy tính xách

tay, đặt cách nhau vài phòng với những bức tường làm bằng đá mà không hề bịmất, nhiễu hay giảm tín hiệu. Với phiên bản mới True MIMO, khả năng truyền

còn cao hơn thế và cho phép tương thích với mọi thiết bị gia dụng Wi-Fi hiện nay

như camera số, thiết bị cá nhân và hệ thống loa… Bên cạnh đó, việc cải tiến công

nghệ cũng giúp giảm chi phí sản xuất. Ví dụ, thiết bị định tuyến không dây sử

dụng MIMO hiện nay chỉ có giá dưới 200 USD.

Các mạng không dây không những được sử dụng để truyền dữ liệu thông

thường mà có xu hướng phục vụ cho những ứng dụng mang tính thời gian thực,

chẳng hạn phải hỗ tr ợ truyền video chất lượng cao, truyền hình số chất lượng cao

và thoại VoWiFi (bao gồm thoại và video hội nghị truyền hình). Các ứng dụng

này, đặc biệt là với video, không cho phép sự thay đổi băng thông. Do vậy việc

đảm bảo băng thông cố định và chất lượng dịch vụ (QoS) là những yêu cầu cần



thiết mang lại chất lượng của mạng không dây. Các chuẩn WLAN hiện nay như

802.11a, b và g đang dần không thể đá p ứng được các yêu cầu tr ên. Tuy nhiên

chưa hẳn là tối ưu nhất, song giải pháp tăng hiệu quả thông lượng dữ liệu sẽ cải

thiện được hệ thống (chất lượng dịch vụ) trong điều kiện kết nối xấu . Ngoài ra,

thông lượng hiệu quả cao hơ n có thể giải quyết vấn đề tiết kiệm công suất nguồn

(có thể sử dụng công suất nguồn thấp hơ n). Để đạt được thông lượng hiệu quả

cao hơ n, một vài k ỹ thuật mới đang được phát triển và ứng dụng, trong đó phải

k ể đến công nghệ MIMO, liên k ết k ênh CB (Channel Bonding) và tăng hiệu quả

lớp truy nhập môi tr ường MAC.

Một hệ thống dùng chuẩn IEEE 802.11a chỉ đạt thông lượng hiệu quả

(Effective Throughput) là 25Mbps ở cự ly liên lạc 10m, trong khi đó một hệ

thống Metalink WLANplus sử dụng công nghệ MIMO liên k ết k ênh có thể đạt thông lượng hiệu quả tới 60Mbps ở cự ly 20m. Vì vậy công nghệ MIMO,

MIMO-OFDM và một số công nghệ liên quan bắt đầu được xem xét cho các hệ

thống không dây qua chuẩn IEEE 802.11n. Chứng ta phải xem xét các vấn đề

chính được đề cập trong chuẩn IEEE 802.11n, bao gồm: MIMO liên k ết k ênh

CB, cải thiện lớp MAC và cải tiến QoS.

MIMO liên k ết k ênh

MIMO là công nghệ then chốt trong dụ thảo về chuẩn 802.11n được đề xuất tháng 1/2005. Hiệu quả chất lượng của MIMO đặc biệt có ý ngh ĩa khi thực

hiện liên k ết k ênh trong băng tần 5GHz, ưu điểm chính của MIMO là tốc độ

truyền dữ liệu cao hơ n (tốc độ có thể đạt tới 540bps, gấp 10 lần chuẩn IEEE

802.11g hiện nay) va khả năng thiết lập kết nối không dây trong các môi trường

đa đường tán xạ mạnh (NLOS).



Hình 3.5 MIMO đa đường Hình 3.5 cho thấy khả năng sử dụng tính đa đường trong hoạt động của

MIMO. Với công nghệ xử lý tín hiệu đa chiều và anten thông minh, MIMO gửi

đến mỗi anten một luồng dữ liệu độc lập. Cách này làm tăng hiệu quả sử dụng

phổ một hệ số đúng bằng số luồng phát (còn được biết đến như là bậc của

MIMO). Để thực hiện được điều đó, MIMO sử dụng phương pháp ghép kênh

không gian (đa anten) trên cơ sở ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

(OFDM). Hệ thống sẽ mã hoá thông tin qua các miền tần số và không gian bằng

cách sử dụng đa anten phát – thu, sau đó k ết hợp với điều chế OFDM tr ên mỗi

antne. Điều này cho phép hệ thống MIMO chịu được những điều kiện k ênh xấu

như xuyên nhiễu giữa các symbol (ISI) và các loại nhiễu khác.

Lợi ích dung lượng của MIMO sẽ được tăng thêm thông qua sử dụng cơ

chế liên k ết k ênh dựa trên công thức dung lượng Shanon:

C = Blog2 (1+SNR) bit/s

Công thức dung lượng Shanon cho thấy, về mặt lý thuyết dung lượng

kênh sẽ tăng tuyến tính theo sự tăng băng thông. Vì vậy, giải pháp đơ n giản nhất

để tăng tốc độ của bất k ỳ hệ thống thông tin nào đó là mở r ộng băng thông hoạt

động của nó, đó chính là k ết quả của liên k ết k ênh. Với liên k ết k ênh việc mở

r ộng đạt được bằng cách liên k ết hai k ênh 20MHz cạnh nhau thành một kênh đơ n

40MHz. Băng thông thực sự được tăng lớn hơ n hai lần do khi k ết hợp hai k ênhlại với nhau thì băng phòng vệ giữa hai k ênh sẽ bị loại bỏ. Đối với băng tần

2.4GHz (2.4GHz đến 2.4835GHz) được sử dụng bởi các chuẩn 802.11b và

802.11g có sự áp đặt các giới hạn cứng lên số lượng ngườ i dùng mà mạng có thể

phục vụ được, các mạng lân cận có thể cùng hoạt động mà kênh gây nhiễu lẫn



nhau. Thêm vào đó, băng tần 2.4GHz còn chịu ảnh hưởng của nhiễu từ lò vi

sóng, thiết bị Bluetooth, máy điện thoại vô tuyến kéo dài… Như vậy, băng tần

2.4GHz không thể áp dụng phương án liên k ết k ênh. Với việc không thể áp dụng

được liên k ết k ênh và do có nhiều loại nhiễu, nên băng tần 2.4GHz gần như

không phù hợp với truyền đa phương tiện tốc độ cao như video, điện thoại truyền

hình… Băng tần 5GHz (5.15GHz đến 5.85GHz) hiện đang được 802.11a sử dụng

có nhiều hơ n hai mươ i kênh 20MHz, do vậy hỗ tr ợ được nhiều người dùng hơ n,

băng thông cho mỗi người dùng cao hơ n và ít nhiễu hơn, băng tần này hỗ tr ợ tốt

cho liên k ết k ênh nên có thể đáp ứng tốt cho truyền thông đa phương tiện chất

lượng cao.

Hệ thống MIMO có sử dụng liên k ết k ênh có thông lượng hiệu quả vượt

hơ n hai lần so với hệ thống không có liên k ết k ênh.C ải tiến lớp MAC

Nâng cao hiệu suất lớp MAC cho phép các hệ thống WLAN tối ưu được

các lợi ích mà MIMO k ết hợp với liên k ết k ênh mang lại. Các chuẩn 802.11 hiện

tại đã cố định số lượng mào đầu không phụ thuộc vào kích thước gói. Việc giảm

số lượng mào đầu là vấn đề quan tâm chính trong cải tiến các chuẩn WLAN

802.11 hiện nay.

Hiệu suất lớp MAC chuẩn IEEE 802.11a, b và g thường chỉ đạt đượckhoảng 50% trong điều kiện tốt nhất. Thay vì sử dụng nhiều khung phúc đáp

(ACK), chỉ cần truyền đi chuỗi phúc đáp tổng hợp được thực hiện bởi một giao

thức phúc đáp tổng hợp các đơ n vị dữ liệu các giao thức MAC (tức là chỉ với một

khối phúc đáp đơ n). Giao thức này cho phép mào đầu có hiệu quả do giảm được

yêu cầu phải khởi động một cuộc truyền mới đối với các đơ n vị dữ liệu giao thức

MAC (MPDU – MAC Protocol Data Unit).

Thông lượng hiệu quả của hệ thống WLANplus tốc độ cực đại là

216Mbps, chiều dài gói dữ liệu 1000 byte và tổng hợp 32 MPDU có thể đạt

thông lượng hiệu quả tới 178Mbps khi không có lỗi và 164Mbps tại BER bằng

10-5. Mào đầu của 802.11a, b, g thường gắn với việc truyền một MPDU, nay

được gắn với một số lớn các MPDU. Cách này sẽ tăng thông lượng hiệu quả.



C ải tiến QoS

Để cải tiến QoS, có thể thực hiện phương pháp loại tr ừ jitter và phục hồi

đồng hồ. Jitter là một hiện tượng ảnh hưởng tới khả năng cả hệ thống dịch các

thông tin trình diễn và thông tin định thời của MPEG video. Hiện nay, việc phát

quảng bá video chủ yếu dùng chuẩn MPEG2. Để dịch chính xác các thông tin

trình diễn và định thời của MPEG, đồng hồ của bộ giải mã cần phải được đồng

bộ với đồng hồ của bộ mã hoá. Nếu không thực hiện được điều đó, nguy cơ mất

gói sẽ r ất cao. Có một vài cơ chế loại tr ừ jitter . Các cơ chế này đều phải thực

hiện được các yêu cầu về đồng bộ đồng hồ của máy phát và máy thu. Các cơ chế

này sử dụng một bộ đệm jitter ở phia thu, k ết hợp với một dấu định thời (time

signature) ở phía phát. Dấu định thời sẽ thông báo cho bộ đệm jitter chính xác

khi nào có thể bắt đầu chạy (play) video tiếp theo.Tuy nhiên, việc dịch dấu định thời ở máy thu sao cho giống như đã tạo ra

ở máy phát cần có sự đồng bộ đồng hồ giữa cơ cấu tạo dấu định thời của máy

phát và cơ cấu định thời bộ đệm ở máy thu. Nếu không thực hiện được điều này

sẽ có nguy cơ mất gói, vì vậy cần có cơ chế phục hồi đồng hồ (clock recovery).

Tóm lại, tiến triển của băng thông rộng sẽ là hướng đi đúng đắn cho viễn

thông không dây trong tươ ng lai khi đặt ra yêu cầu kết nối duy nhất giữa các ứng

dụng đa phương tiện. Dự thảo chuẩn IEEE 802.11n đã đưa ra một giải phápmạnh để đáp ứng các thách thức đó bằng công nghệ MIMO-OFDM đáp ứng

được việc truyền dữ liệu tốc độ cao hơn trong môi trường NLOS. Ngoài ra các

nhà thiết k ế hệ thống có thể cải thiện chất lượng video không dây thông qua sử

dụng những kỹ thuật như liên k ết k ênh trong băng tần 5GHzm cải tiến MAC, và

cải thiện QoS.

ViWiFi là công nghệ mới xuất hiện. Mặc dù hứa hẹn nhưng hiện nay công

nghệ này còn đang đối diện với nhiều thách thức để có thể trở thành một dịch vụ

có hiệu quả của mạng không dây tương lai. Trước hết, nó phải đáp ứng được các

ứng dụng thoại và dữ liệu tr ên cùng một cơ sở hạ tầng mạng. Các vấn đề vùng

phủ sóng, dung lượng và các đặc thù của truyền dữ liệu thoại và đa phương tiện

qua WLAN cần phải được giải quyết thoả đáng. Tiếp theo, đó là yêu cầu cao về



chất lượng dịch vụ tin cậy cho các ứng dụng thoại, VoWiFi không những chỉ gặp

những vấn đề mà VoIP đã gặp phải, mà còn chịu những phát sinh do đặc thù

truyền sóng vô tuyến. Do vậy, chất lượng thoại và bảo mật thoại là những tiêu

chí cần được quan tâm… Chỉ khi nào giải quyết cơ bản được các vấn đề nêu trên,

thì VoWiFi mới thực sự phát huy được thế mạnh. Với sự ra đời của kỹ thuật xử

lý không gian, hệ thống đa anten MIMO được kết hợp với kỹ thuật OFDM đã mở

ra một hướng mới khả thi đáp ứng các yêu cầu của các hệ thống WLAN tốc độ

cao, trong đó có VoWiFi. Những vấn đề trên được đề cập trong chuẩn IEEE

802.11n - chuẩn WLAN đang được phát triển, hứa hẹn sẽ giải quyết được một

trong những khó khăn cơ bản nhất của VoWiFi, đó là vấn đề tốc độ truyền dữ

liệu thoại qua mạng không dây.



K ẾT LUẬN

Đồ án đã trình bày những tìm hiểu tổng quan về mạng không dây cục bộ

WLAN và tổng quan về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

OFDM. Mạng không dây sẽ trở thành một hướng phát triển mới cho mạng máy

tính toàn cầu trong tương lai, đáp ứng các nhu cầu của người sử dụng, đặc biệt là

trong truyền thông đa phương tiện. Song hiện tại các ứng dụng cho mạng WLAN

còn ở quy mô nhỏ (các công sở, công ty, khu vực nhỏ…) do những hạn chế về

tốc độ truyền, băng thông, tính bảo mật và chất lượng dịch vụ của nó; cũng bởi

đặc điểm truyền sóng trong môi trường không gian tự do. Các chuẩn áp dụng cho

mạng không dây và đặc biệt WLAN đang được nghiên cứu và dần được hoàn

thiện bởi các tổ chức viễn thông quốc tế (đặc biệt là IEEE với các chuẩn 802.11)

để cải thiện tốc độ truyền thông và băng thông của WLAN. Trong các k ỹ thuật công nghệ áp dụng cho mạng không dây nói chung và

WLAN nói riêng, thì OFDM (với đa truy cập phân chia theo tần số trực giao) có

những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ khác (TDMA, CDMA) . OFDM là

k ỹ thuật điều chế đa sóng mang; luồng tín hiệu tốc độ cao được chia nhỏ thành

các nhánh tốc độ thấp và truyền song song trên các sóng mang nhánh tr ực giao về

tần số.

OFDM sử dụng hiệu quả băng thông k ênh do các sóng mang tr ực giao nhautrong miền tần số, cùng với đó là khả năng chống nhiễu ISI và ICI bởi việc chèn

một tiền tố lặp CP trước mỗi symbol OFDM. Song không phải là OFDM không

có hạn chế, nhược điểm của nó là khó khăn trong việc đồng bộ thời gian/tần số

và giảm chỉ số công suất tương đối cực đại của hệ thống. Ngoài ra còn liên quan

tới vấn đề sử dụng năng lượng trong hệ thống: do sử dụng nhiều sóng mang để

truyền thông tin, giá trị cực đại của symbol tr ên một sóng mang có thể vượt xa

mức trung bình trên toàn bộ sóng mang.

OFDM có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác thì vấn đề

là tại sao không được đệ tr ình cho thông tin di động tế bào thứ 3, là do xu hướng

phát triển của WCDMA, với những nghiên đầy đủ và đa dạng về kỹ thuật này

cũng như số lượng hệ thống thực hiện nhiều hơn. Và với những ưu điểm nổi bật



khi được sử dụng trong môi trường vô tuyến di động , OFDM đã được khuyến

nghị sử dụng trong các hệ thống thông tin di động tốc độ cao như phát

thanh/truyền hình số và có lẽ sẽ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di

động trong tươ ng lai như các hệ thống WLAN và còn là giải pháp cho hệ thống

thông tin di động đa phươ ng tiện. Trong một tương lai gần OFDM sẽ được kết

hợp với FDMA, TDMA và CDMA tạo thành các k ỹ thuật đa truy nhập trong

thông tin di động. Các hệ thống sử dụng OFDM trong tương lai là hệ thống phối

hợp, bổ sung và hỗ tr ợ các hệ thống truyền thống một sóng mang mà không phải

là cạnh tranh với các hệ thống này.

Với đồ án nghiên cứu về k ỹ thuật OFDM trong mạng WLAN em trình bày

những nguyên lý cơ bản về điều chế đa sóng mang tr ực giao và áp dụng k ỹ thuật

này cho sự phát triển mạng WLAN. Song còn nhiều vấn đề liên quan trongOFDM em chưa có điều kiện đưa ra để nghiên cứu. R ất mong được sự chỉ bảo

của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn.

Qua đây, một lần nữa em xin trân thành cảm ơ n cô giáo Thạc sỹ ĐOÀN

THANH THẢO đã hướng dẫn và giúp em hoàn thành đồ án này.

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2007

Sinh viên thực hiện

Hoàng Tùng Ngọc



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tập tài liệu: Thông tin di động - Tr ịnh Anh Vũ - Đại học Quốc gia Hà Nội

2. Tài liệu mạng máy tính: CCNA - tập 1

3. Tạp chí bưu chính viễn thông: http://tapchibcvt.gov.vn 4. OFDM: http://Wikimedia.com

5. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks

6. IEEE 802.11, 2003. Working Group Web Site: www.ieee802.org/11/

7. IEEE : http://www.ieee.org/11/

8. Tài liệu k ỹ thuật: http://support.vnn.vn

9. Tài liệu Công nghệ thông tin và Viễn thông: http://vnexpress.vnn.vn

10.Website: www.diendandientu.com

11.Website: www9.ttvnol.com

12.Website: www.manguon.com

10.R. van Nee, R. Prasad, OFDM for Wireless Multimedia Communications,

Artech House, Boston, 2000

11.Wireless Nets Consuling Service, 25/10/2000, http://www.wireless-

nets.com/news_wilan_ofdm.html

Do an Nghien Cuu Ky Thuat OFDM Trong WLAN

Documents

Transcript of Do an Nghien Cuu Ky Thuat OFDM Trong WLAN