3GPP LTE: thách thức thật sự của WiMAX

Cuộc chiến giữa hai công nghệ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) và 3G LTE (Long Term Evolution) dường như chưa đến hồi kết thúc. Mỗi một công nghệ có những thế mạnh và những điểm yếu riêng. Chúng đều là hai ứng cử viên sáng giá cho mạng di động thế hệ thứ 4. Trong bài viết này, trước hết quá trình phát triển của hai công nghệ sẽ được tóm lược, kế đó tính cạnh tranh của hai công nghệ này sẽ được lần lượt xem xét ở khía cạnh thuần túy kỹ thuật cũng như khía cạnh chiến lược kinh tế.

Đôi nét về WiMAX

WiMAX là tên thông dụng thường dùng để chỉ công nghệ truy nhập không dây băng rộng sử dụng giao diện của chuẩn IEEE 802.16. Gần đầy WiMAX đã được ITU-R chính thức công nhận là một chuẩn 3G trong họ IMT-2000. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với tương lai của WiMAX vì nó sẽ thúc đẩy sự triển khai rộng khắp của WiMAX, đặc biệt trên băng tần 2.5-2.69GHz, để cung cấp dịch vụ Internet băng rộng, bao hàm cả VoIP và nhiều dịch vụ thông qua kết nối Internet.
Trong họ IEEE 802.16 nổi bật nhất là chuẩn 802.16e-2005 với khả năng đáp ứng cả các ứng dụng cố định cũng như các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di động. Chuẩn này đã và đang được thử nghiệm ở nhiều nước. Hiện tại, WiMAX di động "Wave 2" dùng 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu đã cho tốc độ tối đa tầm 75Mbps. Bên cạnh đó, nhóm làm việc IEEE 802.16 đang phát triển phiên bản 802.16j trong đó nghiên cứu triển khai các trạm relay (tiếp sức) bên cạnh các trạm phát sóng BS để sử dụng kênh truyền một cách hiệu quả, tăng tốc độ truyền dẫn và mở rộng vùng phủ sóng.
Nhóm IEEE 802.16 cũng đang nghiên cứu phiên bản 802.16m với mục đích đẩy tốc độ dữ liệu của WiMAX lên hơn nữa trong khi vẫn tương thích với WiMAX cố định và di động đã và đang được triển khai. Phiên bản này theo dự kiến sẽ được hoàn thiện vào cuối năm 2009, như là một bước tiến để vượt trội hơn 3G LTE. Phiên bản 802.16m sẽ vẫn dựa trên kỹ thuật ăng-ten MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động « Wave 2 ». 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps. Theo dự kiến, WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của 802.16m sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010 (xem hình 1).

Hình 1 : Sơ đồ phát triển của công nghệ WiMAX

Nói tới WiMax , người ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà công nghệ này có thể mang lại. Đó chính là khả năng thay thế đường xDSL giúp tiếp cận nhanh hơn các đối tượng người dùng băng rộng mà không cần phải đầu tư lớn. Đặc biệt WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở những vùng xa xôi mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém. Bên cạnh các dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động giống như những dịch vụ của mạng 3G : thoại VoIP, internet di động, TV di động…. Trong năm tới 2008, các thiết bị di động mà hiện nay được tích hợp WiFi sẽ được tích hợp WiMAX. Đối với các thiết bị cũ sẽ cần phải trang bị thêm thẻ PCMCIA WiMAX, hoặc usb WiMAX để có thể kết nối băng rộng của WiMAX.

Đôi nét về 3G LTE

3G LTE là một công nghệ di động mới đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP (The Third Generation Partnership Project). Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới. Mặc dù 3GPP đã phát triển HSPA để tăng tốc độ dữ liệu (tốc độ tối đa có thể là 14.4 Mbps), nhưng 3G HSPA vẫn không thể cung cấp tốt những dịch vụ như video, TV di động.... Đứng trước sự ra đời và cạnh tranh của WiMAX cũng như nhu cầu cung cấp dịch vụ băng thông rộng ngày càng cao, 3GPP buộc phải phát triển 3G LTE để có thể đứng vững.
3G LTE hứa hẹn sẽ cho tốc độ dữ liệu truyền trên kênh xuống (downlink) lớn hơn 100 Mbps và trên kênh lên (uplink) lớn hơn 50 Mbps. Giống như WiMAX, 3G LTE dựa trên nền gói IP do đó sẽ không còn chuyển mạch kênh như trong các thế hệ 2G, 3G hiện tại. Kiến trúc mạng của 3G LTE sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng 3G LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 3G LTE mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có. 3G LTE sử dụng công nghệ đa truy cập OFDMA cho kênh xuống và SC-FDMA cho kênh lên và nó vẫn dựa trên công nghệ ăng-ten MIMO để đạt tốc độ truyền dự liệu cao như mong muốn.

Hình 2: Kế hoạch chuẩn hóa 3G LTE

Những thử nghiệm gần đây đã cho thấy rằng đối thủ của công nghệ di động WiMAX – 3G LTE đạt được những kết quả khả quan như dự kiến. Cho dù được ra đời muộn hơn rất nhiều so với WiMAX, nhưng với những kết quả bước đầu mang tính hứa hẹn công nghệ LTE mới này vẫn có tính cạnh tranh cao trong tương lai. Gần đây trong dịp triễn lãm di động châu Á (Mobile Asia Congress), hiệp hội GSM (GSM Association – GSMA), hiệp hội của nhiều nhà cung cấp mạng trên thế giới, cho biết sẽ chọn công nghệ LTE như là một chuẩn di động tương lai, công nghệ tiếp nối của HSPA. Thông báo này đã đẩy LTE tiến một bước trên cuộc cạnh tranh giữa LTE với WiMAX và cả công nghệ UMB (Ultra Mobile Broadband) của Qualcom. GSMA ủng hộ các công ty và các tổ chức đang phát triển công nghệ LTE. Tuy nhiên việc chuẩn hóa công nghệ LTE theo dự kiến thì chưa thể kết thúc trước 2010 (xem hình 2).

So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE

Bảng 1 : So sánh đặc điểm nổi bật của WiMAX và 3G LTE

Hiện tại WiMAX di động Rel 1 (802.16e) đã có đủ sức cạnh tranh về mặt công nghệ so với 3G LTE. Tuy nhiên, nếu nhìn kỹ trên bảng so sánh thì ta thấy công nghệ 3G LTE vẫn vượt hơn 802.16e về cả tính năng di động và tốc độ truyền dự liệu. Song, đổi với những nhà phát triển WiMAX thì họ không chấp nhận so sánh 3G LTE với 802.16e mà phải là 802.16m (cột thứ 3 trên bảng 1). Nhìn vào đây ta thấy WiMAX di động Rel 2 hứa hẹn những tính năng vượt trội so với 3G LTE.
Ngày nay tất cả đều đóng ý với nhau rằng để đạt được tốc độ dữ liệu cao chỉ có thể nhờ vào công nghệ ăngten MIMO và kỹ thuật đa truy cập OFDMA. 3G LTE ra đời muộn hơn WiMAX và nó cũng không thể nào không dùng MIMO và OFDMA. Do vậy, nếu xét trình bình diện kỹ thuật truyền thông không dây (wireless communication) thì 3G LTE không có bất cứ một kỹ nghệ cơ bản nào vượt trội so với WiMAX di động. Nếu nhìn lại bảng so sánh ở trên sẽ thấy điểm khác nhau nổi bật là 3G LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA cho đường lên thay vì OFDMA như trong WiMAX.
Song, theo nhiều chuyên gia thì sự khác biệt này lại là một điểm yếu của 3G LTE. Thực tế SC-FDMA cho phép cải tiến PAR (Peak-to-Average power Ratio) tầm 2 dB ở máy phát. Tuy nhiên nó lại gây mất tầm 2-3 dB về hiệu suất (performance) truyền thông trên kênh truyền nhiễu fading ở đầu máy thu. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy SC-FDMA thực tế cho một hiệu suất trên kênh lên thấp hơn so với OFDMA.
Nhìn chung về mặt kỹ thuật, hai công nghệ WiMAX và 3G LTE dường như ngang tài ngang sức với nhau. Song, công nghệ mạnh nhất, vượt trội nhất đôi khi không phải là công nghệ giành chiến thắng mà một công nghệ thành công là một công nghệ phù hợp nhất, hòa hợp nhất. Bây giờ chúng ta sẽ xem xét các khía cạnh khác liên quan đến sự cạnh tranh của WiMAX và 3G LTE trên đường tiến tới mạng di động thế hệ thứ 4.

Cạnh tranh giữa WiMAX và 3G LTE

WiMAX là một khao khát gia nhập vào thị trường thông tin di động của cộng đồng « công nghệ thông tin ». WiMAX là thuật ngữ được bắt đầu nhắc đến từ những năm 2000, với mục đích ban đầu chỉ hướng đến thị trường Internet băng rộng ở các vùng hẻo lánh. Tiếp theo, WiMAX hướng đến cung cấp giải pháp Internet băng rộng di động. Kể từ đó, nó được xem như là một đối thủ cạnh tranh của mạng thông tin di động 3G và bây giờ là 3G LTE. Nếu đặt WiMAX vào vị trí cạnh tranh với mạng thông tin di động, biết rằng mạng thông tin di động ngày nay có khoảng hơn 2,6 tỉ thuê bao trên thế giới, rõ ràng WiMAX gặp nhiều khó khăn để tìm kiếm thị phần của mình.
Lợi điểm của WiMAX so với 3G LTE là WiMAX đã sẵn sàng để được triển khai dịch vụ rộng khắp : thiết bị mạng WiMAX đã hoàn thiện, thiết bị đầu cuối WiMAX sẽ có mặt trong năm tới trong khi đó 3G LTE phải đợi thêm vài năm nữa. WiMAX vừa cung cấp giải pháp cố định vừa cung cấp giải pháp di động băng rộng với chi phí triển khai thấp hơn so với triển khai một mạng 3G/3G LTE hoàn toàn mới. Do vậy, WiMAX thực sự gây được chú ý của các nước đang phát triển mà ở đó mạng 3G chưa có, mạng Internet tốc độ cao bằng cáp xDSL chưa rộng khắp.
So với WiMAX, 3G LTE đã có một công nghệ đi trước là 2G, 3G với số lượng thuê bao đã có sẵn. Đây là một lợi thế lớn để triển khai 3G LTE. Đặc biệt các thiết bị di động 3G LTE sẽ tương thích với các mạng thông tin di động thế hệ trước, do vậy người dùng sẽ có thể chuyển giao dễ dàng giữa mạng 3G LTE với các mạng 2G GSM/GPRS/EDGE và 3G UMTS đã tồn tại. Điều này cho phép những nhà cung cấp mạng 3G LTE có thể triển khai mạng dần dần cũng giống hệt khi họ nâng cấp mạng 2G lên 3G.
Trong khi đó WiMAX phải triển khai mạng từ con số không. Do WiMAX không tương thích với các chuẩn di động không dây trước đó nên việc thiết bị đầu cuối WiMAX có được tích hợp với chip 2G/3G hay không vẫn còn là một câu hỏi mở. Nó hoàn toàn không phải là một câu hỏi về kỹ thuật mà là một vấn đề mang tính chiến lược. Nó tùy thuộc vào tác nhân nào sẽ triển khai mạng WiMAX trong tương lai : nhà cung cấp mạng thông tin di động 2G/3G hiện tại hay một nhà cung cấp mạng WiMAX hoàn toàn mới. Nếu là một nhà cung cấp mạng 2G/3G thì chắc chắn họ sẽ triển khai 3G LTE nếu như WiMAX không mang lại lợi ích nào đặt biệt vượt trội so với 3G LTE. Nếu nhà cung cấp chỉ có mạng 2G/2.5G, họ cũng có thể chọn lựa WiMAX như một sự nhảy cốc lên « gần » 4G thay vì đi lên 3G/3.5G rồi 3G LTE.
Như đã phân tích ở trên, việc triển khai 3G LTE từ mạng 3G, 3.5G có sẵn là một con đường dễ dàng. Làm như vậy các nhà cung cấp mạng có thể triển khai 3G LTE dần dần không cần thiết phải đảm bảo một vùng phủ rộng kín. Bên cạnh nhà cung cấp mạng vẫn tận dụng được mạng lõi 3G đã có, tận dụng hệ thống quản lý thuê bao và tính cước có sẵn. Từ này đến khi 3G LTE hoàn thiện và được vào sử dụng, 3.5G có đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu dịch vụ băng rộng trước khi WiMAX thực sự chiếm được một thị phần quan trọng. Và thực tế có thể nhận thấy là các nhà cung cấp mạng 3G/3.5G họ không hề vội vàng trong việc tiến đến 3G LTE. Về khía cạnh kinh tế họ sẽ không triển khai 3G LTE trước khi thu lại được vốn và lãi từ việc nâng cấp lên 3G.

Kết luận

Dẫu rằng mỗi người có những nhận định khác nhau, những cái nhìn khác nhau về tính cạnh tranh của hai công nghệ này. Có một điều thống nhất là hai công nghệ này đã thu hút được một sự quan tâm lớn, tạo được một bước nhảy trong công nghệ thông tin di động không dây. Điểm yếu của WiMAX là nó không có tính kế thừa từ các hệ thống mạng có sẵn như 3G LTE đôi khi lại trở thành một điểm mạnh vì nó cho phép nhiều tác nhân mới thâm nhập vào thị trường thông tin di động. Sự thâm nhập này sẽ làm tăng tính cạnh tranh, tăng chất lượng dịch vụ và giảm giá cước viễn thông cho người dùng.
Cạnh tranh không phải bao giờ cũng là một giải pháp tốt nhất. Tại sao không nghĩ đến một sự kết hợp giữa WiMAX và 3G LTE để cùng nhau mang đến những dịch vụ tốt nhất cho người dùng ?

ThS. Nguyễn Vương Quốc Thịnh

Nguồn  http://www.thongtincongnghe.com/article/2745

Read more »

WiMAX - tổng quan công nghệ

WiMAX (viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access) là tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng không dây ở khoảng cách lớn.
Theo Ray Owen, giám đốc sản phẩm WiMax tại khu vực châu Á-Thái Bình Dương của tập đoàn Motorola: WiMax hoàn toàn không phải là phiên bản nâng cấp của Wi-Fi có tiêu chuẩn IEEE 802.11, WiMax và Wi-Fi tuy gần gũi nhưng là 2 sản phẩm khác nhau và cũng không phải phát triển từ WiBro (4G), hay 3G.
WiMAX là kỹ thuật viễn thông cung cấp việc truyền dẫn không dây ở khoảng cách lớn bằng nhiều cách khác nhau, từ kiểu kết nối điểm - điểm cho tới kiểu truy nhập tế bào. Dựa trên các tiêu chuẩn IEEE 802.16, còn được gọi là WirelessMAN. WiMAX cho phép người dùng có thể duyệt Internet trên máy laptop mà không cần kết nối vật lý bằng cổng Ethernet tới router hoặc switch. Tên WiMAX do WiMAX Forum tạo ra, bắt đầu từ tháng 6 năm 2001 đề xướng việc xây dựng một tiêu chuẩn cho phép kết nối giữa các hệ thống khác nhau. Diễn đàn này cũng miêu tả WiMAX là "tiêu chuẩn dựa trên kỹ thuật cho phép truyền dữ liệu không dây băng thông rộng giống như với cáp và DSL."
Khoá họp Hội đồng thông tin vô tuyến 2007 (RA-07) của Liên minh viễn thông thế giới (ITU), được tổ chức tại Gennève, Thụy Sĩ từ ngày 15-19/10/2007, đã thông qua việc bổ sung giao diện vô tuyến OFDMA TDD WMAN (WiMAX di động) vào họ giao diện vô tuyến IMT-2000 (thường vẫn được biết dưới tên 3G).
Chuẩn IMT-2000 hiện có 5 giao diện vô tuyến CDMA Direct Spread (thường được biết dưới tên WCDMA), CDMA Multi-Carrier (thường được biết dưới tên CDMA 2000), CDMA TDD, TDMA Single-Carrier, FDMA/TDMA. Sau khi được bổ sung, chuẩn giao diện OFDMA TDD WMAN sẽ là chuẩn giao diện vô tuyến thứ 6 của họ IMT-2000.
Các chỉ tiêu về đặc tính phát xạ (phát xạ giả, phát xạ ngoài băng) của các trạm thu phát (BTS) và máy di động (MS) của WiMAX di động cũng đã được bổ sung vào các chuẩn hiện áp dụng cho IMT-2000.
RA-07 cũng thông qua khuyến nghị về việc sử dụng băng tần 2500-2690 MHz cho IMT-2000. Theo đó có 3 phương án (C1, C2, C3) sử dụng băng tần. Phương án C1 và C2 dành 2x70 MHz (đoạn 2500-2570 MHz và 2620-2690 MHz) sử dụng cho phương thức song công FDD để phù hợp với các công nghệ di động truyền thống như HSPA, LTE. Phương án C3 cho phép dùng linh hoạt giữa FDD và TDD, tạo thuận lợi cho việc sử dụng công nghệ TDD như WiMAX di động. Đây sẽ là cơ sở quan trọng cho việc quy hoạch tần số cho băng tần 2500-2690 MHz của các nước, cũng như ở Việt Nam.
Sở dĩ Diễn đàn WiMAX và các công ty ủng hộ WiMAX ra sức vận động để đưa WiMAX di động vào IMT-2000 là do WiMAX di động được phát triển dựa trên chuẩn 802.16e của IEEE và sản phẩm phải phù hợp với các bộ tiêu chí (profile) của Diễn đàn WiMAX (mỗi profile gồm nhiều tiêu chí, trong đó có băng tần sử dụng, phương thức song công). Tuy nhiên, cả IEEE lẫn Diễn đàn WiMAX lại không có vai trò trong việc đưa ra các quyết định liên quan đến băng tần số được sử dụng.
Trong khi đó băng tần 2500-2690 MHz, băng tần chính của WiMAX di động, lại được ITU phân bổ và hiện được nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là Châu Âu dành cho IMT-2000. Dự kiến đây sẽ là băng tần của các công nghệ mới phát triển từ công nghệ di động thế hệ 2 (GSM, CDMA) lên như HSPA, LTE, UMB sử dụng phương thức song công FDD. Vì vậy, WiMAX ít có hoặc không có cơ hội được sử dụng tại các nước đó.
Do đó, việc được kết nạp vào họ tiêu chuẩn IMT-2000 của ITU, sẽ giúp gạt bỏ các trở ngại pháp lý, mở ra cơ hội để WiMAX di động có thể được sử dụng các băng tần dành cho IMT-2000, được tham gia vào một thị trường rộng lớn.
Tuy nhiên, tại RA-07, Trung quốc, Đức và một số nhà sản xuất viễn thông cho rằng WiMAX di động chưa đáp ứng được các tiêu chí kỹ thuật cần thiết của IMT-2000 như các tham số về đặc tính phát xạ, hệ số dò kênh lân cận (ACLR), chất lượng các dịch vụ của mạng chuyển mạch kênh, yêu cầu về chuyển vùng (seamless handover),.. Vì vậy, mặc dù thông qua việc bổ sung WiMAX di động, nhưng RA-07 yêu cầu cần tiếp tục nghiên cứu gấp về các vấn đề còn tồn tại này.
Hơn nữa, việc được kết nạp vào họ IMT-2000 không nghĩa sẽ đảm bảo được thành công về mặt thương mại cho WiMAX di động. Ngay trong 5 chuẩn của họ IMT-2000 trước đây, chỉ có WCDMA là đang có sự thành công tương đối trên thị trường, 4 chuẩn còn lại vẫn còn rất ít được sử dụng trong thực tế.
Bên cạnh vấn đề kết nạp WiMAX, RA-07 đã thông qua cách gọi liên quan đến IMT-2000, các hệ thống sau IMT-2000 và IMT tiên tiến (IMT-2000 Advanced). Do định nghĩa về IMT-2000 (3G) của ITU đã được xây dựng từ nhiều năm trước, nhiều công nghệ sau này như HSDPA, HSUPA, LTE, WiMAX di động có khả năng cung cấp tốc độ kết nối cao hơn so với tốc độ do ITU định nghĩa, nên nhiều hãng đã tận dụng để quảng cáo các hệ thống của mình là 3.5G, 3.9G thậm chí là 4G.
Trong khoá họp lần này, RA-07 đã quyết định cải tổ lại cơ cấu các nhóm nghiên cứu về thông tin vô tuyến. Theo đó ITU thành lập nhóm nghiên cứu 5 về các nghiệp vụ thông tin vô tuyến mặt đất trên cơ sở sát nhập 2 nhóm nghiên cứu Nhóm nghiên cứu 8 về các nghiệp vụ thông tin vô tuyến di động, Nhóm nghiên cứu 9 về nghiệp vụ cố định. Các hoạt động nghiên cứu liên quan đến vệ tinh nằm rải rác ở Nhóm nghiên cứu 6, 8, 9 cũng được gom về nhóm nghiên cứu 4 để thành Nhóm nghiên cứu về các nghiệp vụ vệ tinh. Nhiệm vụ chính của các Nhóm nghiên cứu vô tuyến là nghiên cứu các vấn đề đặt ra trong lĩnh vực thông tin vô tuyến, quản lý phổ tần từ đó xây dựng các khuyến nghị (ITU-R Recommendation), các Báo cáo (Report), các Sổ tay (Handbook). Các Nhóm nghiên cứu của ITU-R còn đống vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị nội dung cho các Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới.
Ngay sau khi kết thúc RA-07, Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới 2007 (WRC-07) sẽ được tổ chức từ ngày 22/10 đến 16/11/2007 tại ITU

Nguồn http://vi.wikipedia.org/wiki/WiMAX

I. Kiến trúc của mạng WiMAX

Trước tiên tôi chọn giới thiệu kiến trúc của mạng WiMAX.

Xem 2 hình minh họa dưới đây.

Hình 1

Hinh 2

Ta thấy để thiết lập một mạng WiMAX ta cần có các trạm phát BS (giống BTS của mạng thông tin di động). Nhiều BS sẽ được kết nối, quản lý bởi một ASN (Access Service Network) gateway. ASN Gateway này là thực thể miêu tả trong WiMAX Forum, tuy nhiên trong các mạng triển khai thực tế thì người ta hay gọi là WAC (WiMAX (hay Wireless) Access Controller). Nhiều WAC tập hợp lại tạo thành một ASN. Nếu so sánh với mạng thông tin di động thì WAC/ASN GW giống như là BSC/RNC. Nhiều ASN có thể kết nối với nhau thông qua giao diện R4.

Nhiều ASN của cùng một operator tạo thành một NAP (Network Access Provider). Nhiều nhà cung cấp khác nhau sẽ có thể triển khai nhiều mạng truy nhập khác nhau, rồi chúng sẽ cùng kết nối với một hoặc nhiều CSN (Core Service Network).

ASN định nghĩa một đường biên logic và biểu diễn theo một cách thuận lợi để mô tả tập hợp các thực thể chức năng và các luồng bản tin tương ứng kết hợp với các dịch vụ truy cập. ASN biểu diễn đường biên cho chức năng liên kết nối với các mạng WiMAX khách, các chức năng dịch vụ kết nối WiMAX và tập các chức năng của nhiều nhà cung cấp khác nhau.

Hình 3

CSN được định nghĩa là một tập các chức năng mạng cung cấp các dịch vụ kết nối IP cho các thuê bao WiMAX. Một CSN có thể gồm các phần tử mạng như router (bộ định tuyến), máy chủ/proxy nhận thực AAA, cơ sở dữ liệu người dùng và thiết bị cổng liên mạng. Một CSN có thể được triển khai như một phần của nhà cung cấp dịch vụ mạng WiMAX.

II. Kỹ thuật truyền thông số (Đặc điểm lớp PHY)

1. OFDM

OFDM – ghép kênh phân chia theo tần số trực giao là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang. Kỹ thuật này có thể đạt được tốc độ dữ liệu rất cao, chống nhiễu giao thoa ký tự - ISI (Inter – symbol Interference) và giải quyết được vấn đề tín hiệu đa đường.

Công nghệ OFDM chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng các sóng mang con trực giao với một sóng mang con khác. Nhưng sóng mang con này sau đó ghép thành các kênh tần số để truyền vô tuyến.

2. OFDMA

OFDMA là công nghệ đa sóng mang phát triển từ công nghệ OFDM, ứng dụng như một công nghệ đa truy cập. OFDMA hỗ trợ các nhiệm vụ của các sóng mang con đối với các thuê bao nhất định. Mỗi một nhóm sóng mang con được biểu thị như một kênh con (subchannel) và mỗi thuê bao được chỉ định một hoặc nhiều kênh con để truyền phát dựa trên mỗi yêu cầu cụ thể lưu lượng của mỗi thuê bao.

Hình 4

OFDMA có một số ưu điểm như khả năng linh hoạt tăng, thông lượng và tính ổn định được cải tiến. Bằng việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền phát từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu tác động như ảnh hưởng đa truy nhập – MAI.

3. AAS

Các hệ thống anten thích ghi AAS (Adaptive Antena System) là một phần của lựa chọn tiêu chuẩn IEEE 802.16. AAS có khả năng điều chỉnh búp sóng chỉ tập trung vào một hướng nhất định hoặc cũng có thể tập trung vào nhiều hướng. Điều này có nghĩa là trong khi phát tín hiệu được giới hạn theo một hướng nhất định của phía thu, giống như một điểm sáng. Còn khi thu, hệ thống AAS cũng có khả năng giảm nhiễu đồng kênh từ các vị trí khác. AAS được coi là sự phát triển của tương lai, có khả năng cải thiện tỷ lệ tái sử dụng phổ tần và khả năng của một mạng WiMAX.

4. MIMO

Lựa chọn phân tập phát WiMAX sử dụng mã hóa thời gian không gian, làm giảm quỹ dự trữ yêu cầu và tránh nhiễu. Đối với phân tập phát, rất nhiều các phương pháp kết hợp để cải thiện khả năng của hệ thống.

-Mã không gian – thời gian (Space Time Code – STC): Hỗ trợ phân tập truyền như mã Alamouti để cung cấp khả năng phân tập không gian và giảm dự trữ suy hao tín hiệu.

-Ghép kênh không gian (SM): Hỗ trợ ghép kênh không gian để tận dụng tốc độ đỉnh cao hơn và giảm thông lượng. Nhờ ghép kênh không gian, nhiều luồng sẽ được truyền trên hệ thống nhiều anten. Nếu phía thu cũng có hệ thống nhiều anten, nó có thể phân tách các luồng khác nhau để đạt được thông lượng cao hơn so với các hệ thống đơn anten.

5. AMC

Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh được phương pháp điều chế tín hiệu dựa trên điều kiện SNR của tuyến. Khi tuyến truyền dẫn có chất lượng tốt, kiểu điều chế cao nhất được sử dụng, làm tăng dung lượng của hệ thống. Khi tuyến ở mức chất lượng thấp hơn, hệ thống WiMAX có thể chuyển sang một kiểu điều chế thấp hơn để đảm bảo chất lượng kết nối và ổn định của tuyến.

Minh họa các loại điều chế dùng trong wimax như hình dưới đây.

Hình 5

Ngoài ra điều chế BPSK cũng được dùng để gửi các thông báo tín hiệu (signalling), broadcast...trong hệ thống Wimax vì nó cho 1 vùng phủ lớn nhất. Nguyên tắc "adaptive" của nó hoạt động dựa trên sơ đồ như hình dưới đây

Hình 6.

6. Kỹ thuật sửa lỗi trước (FEC)

Các kỹ thuật sửa lỗi trước được áp dụng trong hệ thống WiMAX để giảm tỷ số tín hiệu trên tạp âm yêu cầu. Mã hóa sửa lỗi trước (FEC) Reed Solomon, mã hóa xoắn các thuật toán chèn ký tự được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi nhằm cải thiện thông lượng của hệ thống.

7. Sử dụng lại tần số

Liên quan đến vấn đề frequency reuser trong wimax, thì freq reuse factor của WiMAX là 1. Tức là dãy tần số dùng trên 2 cells kề nhau là như nhau. Bạn sẽ nói rằng như thế sẽ bị nhiễu (interference). Vì trong wimax sử dụng ofdma, và mỗi một user sẽ được phân bổ một số tấn số + symbol time nhất định (gọi là zone/chunk). Như thế để tránh nhiễu thì các user ở bìa của những cell gần nhau sẽ được phân bố các tần số khác nhau. Đó chính là khái niệm fractional freq reuse. Xem hình minh họa dưới đây để rõ hơn.

Hình 7

8. HARQ

WiMAX di động cũng hỗ trợ HARQ. HARQ được phép sử dụng giao thức “Dừng và Đợi” N kênh để cung cấp khả năng đáp ứng nhanh để đóng gói lỗi và cải tiến khả năng phủ sóng đường biên cell. Ngoài ra để cải thiện hơn nữa sự ổn định của đường truyền. Một kênh dành riêng ACK cũng được cung cấp ở đường lên để báo hiêu ACK/NACK của HARQ. Hoạt động đa kênh HARQ cũng được hỗ trợ.

III. Đặc điểm lớp MAC của WiMAX di động

1. QoS

Tiền đề cơ bản của kiến trúc MAC trong IEEE 802.16 là QoS. Nó định nghĩa luồng dịch vụ mà có thể ánh xạ đến các điểm mã DiffServ hoặc các nhãn luồng MPLS để cho phép kết nối đầu cuối tới đầu cuối theo giao thức IP trên cơ sở QoS. Ngoài ra, các nguyên lý báo hiệu trên cơ sở subchannelization và MAP cung cấp một cơ chế linh động cho việc lập lịch tối ưu tài nguyên không gian, tần số và thời gian trên giao diện vô tuyến frame by frame.

QoS phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

- Giao thức MAC hoạt động hướng kết nối (connection – oriented). Mỗi một gói tin đều được đưa vào một kết nối cụ thể, kết nối này là kết nối ảo, được xác định bởi tham số CID. Việc tạo nên các kết nối ảo này khiến các gói tin được gửi đi một cách hiệu quả và nhanh chóng.

- Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant: Cơ chế này làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông của hệ thống, đặc biệt là các hệ thống mà có nhiều thuê bao. Trong cơ chế này, MS yêu cầu thông lượng băng thông cấp phát từ BS thông qua một số các phương thức khác nhau. BS sẽ cấp phát băng thông bằng cách cấp phát các timeslot tới các MS có yêu cầu.

- Phân loại dịch vụ: Giống như mọi hệ thống hỗ trợ QoS khác, việc phân loại dịch vụ cũng là điểm cốt lõi trong việc đảm bảo QoS. Xem các loại hình dịch vụ QoS trong bảng dưới đây:

Hình 8

2.Scheduling

Cơ chế lập lịch (scheduling) trong WiMAX không được qui định cụ thể trong chuẩn. Có nhiều hình thức lập lịch khác nhau, mục đích là làm thế nào để sự dụng tài nguyên UL va DL một cách có hiệu quả nhất trong khi luôn đảm bảo được QoS yêu cầu.

Các bạn có thể xem thêm chủ đề RRA trong hệ thống OFDMA ở đây

3. Power Saving Management

WiMAX di động hỗ trợ hai chế độ vận hành– Sleep Mode và Idle Mode để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.

Sleep Mode là trạng thái mà MS ở trong giai đoạn trước khi có bất cứ trao đổi thông tin gì với trạm gốc qua giao diện vô tuyến. Sleep Mode cho phép MS tối thiểu năng lượng tiêu thụ và tối thiểu tài nguyên vô tuyến của trạm gốc. Sleep Mode cũng cung cấp khả năng linh hoạt cho MS để dò các trạm gốc khác để thu thập thông tin hỗ trợ chuyển giao (handoff) trong Sleep Mode.

Idle Mode cung cấp một cơ chế cho MS để sẵn sàng một cách định kỳ nhận các bản tin quảng bá DL mà không cần đăng ký với một trạm gốc xác định nào khi MS di chuyển trong một môi trường có đường truyền vô tuyến được phủ sóng bởi nhiều trạm gốc.


4. Quản lý di động

Có ba phương pháp chuyển giao được chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ - Chuyển giao cứng (Hard Handoff – HHO), Chuyển trạm gốc nhanh (Fast Base Station Switching – FBSS) và chuyển giao phân tập vỹ mô (Macro Diversity Handover – MDHO). Trong đó, chuyển giao HHO là bắt buộc còn FBSS và MDHO là hai chế độ tùy chọn.

Cũng giông giống như chuyển giao nhanh (FBSS hay MDHO) trong hệ thống CDMA, chuyển giao nhanh trong Wimax cũng chỉ có thể thực hiện giữa các BS nằm trong cái gọi là Diversity Set (tập hợp các BS hoạt động trong cùng tần số, có SINR đủ lớn để MS có thể kết nối được và đặc biệt là chúng phải đồng bộ (synchronisation)). Trong Diversity Set này thì chỉ có 1 cái BS được gọi là anchor (cái BS chủ lực, hay còn gọi là điểm kết nối, khớp ). Sự khác nhau giữa MDHO và FBSS là ở chổ: đối với FBSS, MS chỉ communicate thông tin data thông qua BS anchor thôi, còn MDHO thì MS communicate thông tin data traffic qua tất cả các BS nằm trong Diversity Set.

5. Bảo mật

WiMAX di động hỗ trợ tốt nhất các đặc tính bảo mật lớp nhờ áp dụng các công nghệ tốt nhất đang sẵn có hiện nay. Nó hỗ trợ nhận thực giữa thiết bị/người dùng, giao thức quản lý khóa linh động, mã hóa lưu lượng, bảo vệ bản tin điều khiển và tối ưu hóa giao thức bảo mật cho các chuyển giao nhanh.

- Giao thức quản lý khóa: Giao thức quản lý khóa và bảo mật phiên bản 2 (Privacy and Key Management Protocol Version 2 – PKMv2) là một trong những khái niệm bảo mật cơ bản của WiMAX di động. Giao thức này quản lý bảo mật MAC sử dụng bản tin PKM – REQ/RSP. Nhận thực PKM EAP, điểu khiển mã hóa lưu lượng, trao đổi khóa chuyển giao và các bản tin bảo mật Mutilcast/Broadcast đều dựa trên giao thức này.

- Nhận thực thiết bị/người dùng: WiMAX di động hỗ trợ nhận thức thiết bị và người dùng sử dụng giao thức IETF EAP bằng cách cung cấp hỗ trợ “credentials” được dựa trên SIM, hoặc dựa trên USIM hoặc chứng nhận số hoặc dựa trên tên người sử dụng/mật khẩu.

- Mã hóa lưu lượng: AES-CCM là một mã hoá được sử dụng để bảo vệ tất cả số liệu người sử dụng qua giao diện Wimax MAC di động.

- Bảo vệ các bản tin điều khiển: Dữ liệu điều khiển được bảo vệ bởi AES dựa trên CMAC, hoặc sơ đồ HMAC dựa trên MD5.

- Hỗ trợ chuyển giao nhanh: Một sơ đồ bắt tay 3 bước được hộ trợ bởi Wimax di động để tối ưu cơ chế nhận thực lại cho hộ trợ chuyển vùng nhanh. Cơ chế này cũng hữu ích trong việc chống lại việc tấn công giữa chừng của “hacker”.

6. Dịch vụ Muticast và Broadcast – MBS

Dịch vụ MBS trong WiMAX di động kết hợp các đặc tính tốt nhất của DVB – H, MediaFLO và 3GPP E – UTRA, thỏa mãn những yêu cầu sau:
- Tốc độ dữ liệu cao và khả năng phủ sóng sử dụng mạng một tần số (SFN – Single Frequency Network)
- Cấp phát tài nguyên vô tuyến linh động.
- MS tiêu thụ năng lượng thấp.
- Hỗ trợ dữ liệu ngang hàng bao gồm các luồng audio và video.
- Thời gian chuyển mạch kênh nhỏ.

7. Truy nhập kênh truyền (network entry and initialization)

Khi một MS mở máy (power on) nó sẽ tiến hành các bước sau để kết nối với trạm BS:

- Thực hiện quá trình tìm kiếm và đồng bộ hóa với các BS mà nó thu được sóng radio. Để thực hiện được điều này, các MS sẽ tiến hành scan các tần số DL (đã biết trước), lắng nghe các DL preamble phát ra từ các BS và đồng bộ hóa dựa vào các thông điệp điều khiển (control message).

- Tiếp theo MS nhận biết các thông số uplink bằng cách lắng nghe các UL-MAP.

- MS thực hiện quá trình ranging. Cái này giống như power control trong mạng thông tin di động tế bào.

- MS thỏa thuận về việc thuê nhận băng thông với BS cũng như các thông tin về profile.

- MS thực hiện quá trình nhận thực, trao đổi khóa và tiến hành đăng ký truy nhập vào mạng. Kết nối IP được thiết lập

- Luồng dịch vụ có thể bắt đầu được trao đổi.

 Xem sơ đồ dưới đây

Hình 9

Nguồn http://vntelecom.org/diendan/showthread.php?t=393

Các bạn có thể xem thêm tình hình wimax trên thị trường VN : http://vntelecom.org/diendan/showthread.php?t=6528&highlight=wimax 

Nói chung thì hiện cạnh tranh phổ biến trên con đường tiến tới chuẩn 4G, 2 đối thủ nặng ký nhất là LTE vàWimax thì LTE ngày càng áp đảo, truóc đồ án đã từng nghĩ sẽ làm về cái này nhưng thấy không có tương lai , nếu có ra thì lại giống cdma ở VN thì chán. Xem thêm

Read more »

OFDM (orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Trước hết xem qua về kĩ thuật  đơn sóng mang

Kỹ thuật đơn sóng mang

Các kỹ thuật trải phổ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có khả năng chống lại pha đinh và nhiễu, song tồn tại những yêu cầu không thực hiện được chẳng hạn: nếu người dùng cần có tốc độ 20 Mbps ở giao diện vô tuyến và hệ số trải phổ là 128 (giá trị điển hình hiện nay), dẫn đến phải xử lý tốc độ 2,56 Gbps theo thời gian thực vì thế cần có độ rộng băng tần lớn không thực tế. Mặt khác, thấy rõ

· Do tài nguyên phổ tần hạn hẹp, vì vậy cần phải sử dụng hiệu quả.

· Do những khó khăn liên quan đến hiệu ứng gần xa và có sự tiêu thụ công suất lớn.

Ngoài ra, các kỹ thuật đơn sóng mang đối phó kém hiệu quả đối với pha đinh và truyền lan đa đường đặc biệt trong trường hợp tốc độ bit rất cao. Ở các phương pháp điều chế truyền thống M-QAM, M-PSK…, khi tốc độ dữ liệu truyền cao thì kéo theo độ rộng ký hiệu sẽ giảm, đến một giá trị mà độ rộng ký hiệu < trải trễ cực đại của kênh, khi đó kênh sẽ là kênh lựa chọn tần số và gây ISI cho tín hiệu thu. Đây là một nhược điểm chính khiến các hệ thống sử dụng các phương pháp điều chế truyền thống không thể truyền dữ liệu với tốc độ cao, hoặc giá thành rất cao đối với những dịch vụ yêu cầu tốc độ dữ liệu cao

Kỹ thuật đa sóng mang trực giao OFDM

OFDM là một công nghệ cho phép tăng độ rộng ký hiệu truyền dẫn do đó dung sai đa đường lớn hơn rất nhiều so với các kỹ thuật đã sử dụng trước đây, cho phép khắc phục những nhược điểm căn bản của kỹ thuật đơn sóng mang.

Lịch sử phát triển

OFDM là một phương pháp truyền khá phức tạp trên kênh vật lý, nguyên lý cơ bản của phương pháp là sử dụng kỹ thuật đa sóng mang để truyền một lượng lớn ký tự tại cùng một thời điểm. Sử dụng kỹ thuật OFDM có rất nhiều ưu điểm, đó là hiệu quả sử dụng phổ rất cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt (đặc biệt trong hệ thống không dây) và rất dễ lọc bỏ nhiễu (nếu một kênh tần số bị nhiễu, các tần số lân cận sẽ bị bỏ qua, không sử dụng). Ngoài ra, tốc độ truyền Uplink và Downlink có thể thay đổi dễ dàng bằng việc thay đổi số lượng sóng mang sử dụng. Một ưu điểm quan trọng của hệ thống sử dụng đa sóng mang là các sóng mang riêng có thể hoạt động ở tốc độ bit nhỏ dẫn đến chu kỳ của ký tự tương ứng sẽ được kéo dài . Ví dụ, nếu muốn truyền với tốc độ là hàng triệu bit trên giây bằng một kênh đơn, chu kỳ của một bit phải nhỏ hơn 1 micro giây. Điều này sẽ gây ra khó khăn cho việc đồng bộ và loại bỏ giao thoa đa đường. Nếu cùng lượng thông tin trên được trải ra cho N sóng mang, chu kỳ của mỗi bit sẽ được tăng lên N lần, lúc đó việc xử lý vấn đề định thời, đa đường sẽ đơn giản hơn.

Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trong những thập kỹ vừa qua nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới. Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và Ebert đã chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua các phép biến đổi IDFT và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT. Vào đầu những năm 80, đội ngũ kỹ sư phòng thí nghiệm CCETT (Centre Commun d'Etudes en Télédiffusion et Télécommunication) dựa vào các lý thuyết Wienstein và Ebert đã đề xuất phương pháp điều chế số rất hiệu quả trong lĩnh vực phát thanh truyền hình số, đó là OFDM (Orthogonal Frequency Divionsion Multiplex). Phát minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được sử dụng ngày càng trở nên rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT và DFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM.

Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã kênh sử dụng trong thông tin vô tuyến. Các hệ thống này còn được gọi với khái niệm là COFDM (Coded OFDM). Trong các hệ thống này tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại mã khác nhau với mục đích chống lại các lỗi đường truyền. Do chất lượng kênh (độ fading và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm) của mỗi sóng mang phụ là khác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang với các mức điều chế khác nhau. Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích ứng (adaptive modulation technique). Kỹ thuật này hiện đã được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAN/2 ở Châu Âu. Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE.802.11a.

Các ưu và nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm kể trên của kỹ thuật OFDM, các hệ thống sử dụng kỹ thuật này còn có nhiều ưu điểm cơ bản khác liệt kê sau đây:

* Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu liên ký tự (Intersymbol Interference- ISI) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (Guard interval length) lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh.

* Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng ( hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao), do ảnh hưởng của sự phân tập về tần số (frequency selectivity) đối với chất lượng hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.

* Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản.

Bên cạnh đó, kỹ thuật OFDM cũng có một vài nhược điểm cơ bản đó là:

* Một trong những vấn đề của OFDM là nó có công suất đỉnh cao hơn so với công suất trung bình. Khi tín hiệu OFDM được điều chế RF, sự thay đổi này diễn ra tương tự đối với biên độ sóng mang, sau đó tín hiệu được truyền đi trên môi trường tuyến tính, tuy nhiên độ tuyến tính rất khó giữ khi điều chế ở công suất cao, do vậy méo dạng tín hiệu kiểu này hay diễn ra trên bộ khuyếch đại công suất của bộ phát. Bộ thu thiết kế không tốt có thể gây méo dạng trầm trọng hơn. Méo dạng gây ra hầu hết các vấn đề như trải phổ, gây ra nhiễu giữa các hệ thống khi truyền trên các tần số RF kề nhau.

* Việc sử dụng chuỗi bảo vệ có thể tránh được nhiễu ISI nhưng lại làm giảm đi một phần hiệu suất đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích.

* Do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống OFDM rất nhạy cảm với hiệu ứng Doppler cũng như là sự dịch tần (frequency offset) và dịch thời gian (time offset) do sai số đồng bộ.

- Ảnh hưởng của sự sai lệch thời gian đồng bộ: OFDM có khả năng chịu đựng tốt các sai số về thời gian nhờ các khoảng bảo vệ giữa các symbol. Với một kênh truyền không có delay do hiệu ứng đa đường, time offet có thể bằng khoảng bảovệ mà không mất đi tính trực giao, chỉ gây ra sự xoay pha của các sóng mang con mà thôi. Nếu lỗi time offset lớn hơn khoảng bảo vệ thì hoạt động của hệ thống suy giảm nhanh chóng. Nguyên nhân là do các symbol trước khi đến bộ FFT sẽ bao gồm một phần nội dung của các symbol khác, dẫn đến ISI (Inter-Symbol Interference).

- Ảnh hưởng của sự sai lệch đồng bộ tần số: Một trong những vấn đề lớn của OFDM là nó dễ bị ảnh hưởng bởi offset về tần số. Giải điều chế tín hiệu OFDM có thể gây ra sai về tốc độ bit. Điều này làm cho tính trực giao giữa các subcarrier bị mất đi (kết quả của ICI và sự xoay pha không sửa chữa được ở bộ

thu).

Sai số về tần số diễn ra chủ yếu theo 2 nguồn chính: lỗi của bộ dao động và hiệu ứng Doppler. Bất kỳ một sự bất đồng bộ nào giữa bộ phát và bộ thu đều có thể gây ra offset về tần số. Offset này có thể được bù bằng cách dùng bộ bám tần số, tuy nhiên chỉ khắc phục mà thôi, hoạt động của hệ thống vẫn bị ảnh hưởng.

Sự di chuyển tương đối giữa bộ thu và bộ phát gây ra dịch chuyển Doppler của tín hiệu. Điều này có thể hiểu là sự offset tần số trong môi trường truyền tự do, nó có thể khắc phục bằng một bộ bù tại bộ dao động. Một vần đề quan trọng của hiệu ứng Doppler là trải Doppler, nó gây nên bởi sự di chuyển giữa bộ phát và bộ thu trong môi trường đa đường. Trải Doppler gây nên bởi vận tốc tương đối giữa các thành phần tín

hiệu phản xạ lại, tạo ra quá trình "điều chế tần số" cho tín hiệu. Quá trình này diễn ra ngẫu nhiên trên các subcarrier do trong môi trường bình thường, một lượng lớn phản xạ đa đường xảy ra. Trải Doppler khó được bù và làm suy giảm chất lượng tín hiệu.

Ngày nay OFDM đã được tiêu chuẩn hóa là phương pháp điều chế cho các hệ thống phát thanh số DAB và DRM, truyền hình mặt đất DVB-T, mạng máy tính không dâytốc độ cao HiperLAN/2...

Sự ứng dụng của kỹ thuật OFDM ở Việt Nam

Có thể nói mạng internet băng rộng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) rất quen thuộc ở Việt Nam, nhưng ít người biết rằng sự nâng cao tốc độ đường truyền trong hệ thống ADSL chính là nhờ công nghệ OFDM. Nhờ kỹ thuật điều chế đa sóng mang và sự cho phép chồng phổ giữa các sóng mang mà tốc độ truyền dẫn trong hệ thống ADSL tăng lên một cách đáng kể so với các mạng cung cấp dịch vụ internet

thông thường.

Bên cạnh mạng cung cấp dịch vụ ADSL hiện đang được sử dụng rất rộng rãi ở Việt Nam hiện nay, các hệ thống thông tin vô tuyến như mạng truyền hình số mặt đất DVBT cũng đang được khai thác sử dụng. Các hệ thống phát thanh số như DAB và DRM chắc chắn sẽ được khai thác sử dụng trong một tương lai không xa. Các mạng về thông tin máy tính không dây như HiperLAN/2, IEEE 802.11a, g cũng sẽ được khai thác một

cách rộng rãi ở Việt Nam.

Các hướng phát triển trong tương lai

Kỹ thuật OFDM hiện được đề cử làm phương pháp điều chế sử dụng trong mạng thông tin thành thị băng rộng Wimax theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư, kỹ thuật OFDM còn có thể kết hợp với các kỹ thuật khác như kỹ thuật đa anten phát và thu (MIMO technique) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến và kết hợp với công nghệ CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy cập của mạng. Một vài hướng nghiên cứu với mục đích thay đổi phép biến đổi FFT trong bộ điều chế OFDM bằng phép biến đổi Wavelet nhằm cải thiện sự nhạy cảm của hệ thống đối với hiệu ứng dịch tần do mất đồng bộ gây ra và giảm độ dài tối thiểu của chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM. Tuy nhiên khả năng ứng dụng của công nghệ này cần phải được kiểm chứng cụ thể hơn nữa trong tương lai.

Các cột mốc và ứng dụng quan trọng của OFDM

1957: Kineplex, multi-carrier HF modem

1966: Chang, Bell Labs: thuyết trình và đưa ra mô hình OFDM

1971: Weinstein & Ebert đề nghị sử dụng FFT và khoảng bảo vệ

1985: Cimini mô tả ứng dụng của OFDM trong thông tin di động

1987: Alard & Lasalle: áp dụng OFDM cho digital broadcasting

1995: Chuẩn ETSI DAB: chuẩn OFDM cơ bản đầu tiên

1997: Chuẩn ETSI DVB-T

1998: Dự án Magic WAND trình diễn OFDM modems cho mạng WLAN

1999: Chuẩn IEEE 802.11a và ETSI BRAN HiperLAN/2 cho Wireless LAN

2000: Được dùng trong truy cập vô tuyến cố định (V-OFDM, Flash-OFDM)

2001: OFDM được đề cử cho những chuẩn mới 802.11 và 802.16

2002: Được dùng trong chuẩn IEEE 802.11g chuẩn cho WLAN

2003: OFDM được đề cử cho UWB (802.15.3a)

2004: Được dùng trong chuẩn IEEE 802.16-2004 chuẩn cho mạng WMAN

(WiMAX)

Được dùng trong chuẩn Chuẩn ETSI DVB-H

Được đề cử cho chuẩn IEEE 802.15.3a, mạng WPAN (MB-OFDM)

Được đề cử cho chuẩn IEEE 802.11n, thế hệ kế tiếp của mạng WLAN

2005: Được đề cử cho chuẩn di động tế bào 3.75G (3GPP & 3GPP2)

Được đề cử cho chuẩn 4G (CJK)

So sánh một số kĩ thuật OFDM

Sự khác nhau giữa OFDM và OFDMA ở hình dưới đây

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA chia băng tần thành các băng con, mỗi băng con là một sóng mang con. Khác với OFDM, trong OFDMA mỗi trạm thuê bao không sử dụng toàn bộ không gian sóng mang con mà không gian sóng mang con được chia cho nhiều thuê bao cùng sử dụng một lúc. Mỗi trạm thuê bao sẽ được cấp một hoặc vài sóng mang con gọi là kênh con hoá.
Khi các trạm thuê bao không sử dụng hết không gian sóng mang con thì tất cả công suất phát của trạm gốc sẽ chỉ tập trung vào số sóng mang con được sử dụng. Trong quá trình truyền dẫn mỗi trạm thuê bao được cấp phát một kênh con riêng.

OFDMA là  kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền OFDM ,một dạng cải tiến của OFDM

Sự khác nhau giữa OFDMA và SOFDMA:
Thật ra thì SOFDMA cũng là OFDMA chỉ khác nhau đó là trong SOFDMA thì kích thướng FFT có thể thay đổi tuỳ theo độ rộng băng tần nhưng khoảng cách giữa các sóng mang con là không đổi 10.94KHz. Còn trong OFDMA có kích thước FFT cố định là 2048.
Như vậy trong SOFDMA, độ rộng phổ của các băng con là như nhau trong các hệ thống khác nhau, giúp quá trình chuyển giao thuận lợi hơn. Ngoài ra việc tương thích giữa các hệ thống sẽ làm giảm chi phí thiết kế, xây dựng mạng.

Nguồn http://dientuvienthong52.blogspot.com

Bài viết trên cũng không phải là dài lắm nhưng mình đọc thì cũng chỉ hiêu hiểu thôi, để giải thích ngắn gọn hơn nhé. Thực ra vấn đề này mình cũng không hiểu sâu, cái gì mình hiểu thì ghi vào đây thôi.

OFDM là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang , nhưng không những không tốn phổ (khoảng cách giữa các sóng mang) mà còn tiết kiệm phổ, các bạn có thể xem trong hình dưới so sánh chiếm phổ của OFDM và FDM (thực ra FDM giữa 2 kênh cần phải tách ra 1 khoảng bảo vệ giữa 2 sóng mang nữa).

Ở FDM hay các loại đơn sóng mang thì mỗi kênh là 1 sóng mang còn OFDM thì mỗi kênh có thể có 1 hoặc nhiều sóng mang. Sóng mang của OFDM trực giao nên dù bị chồng lấn như thế nhưng ở các điểm lấy mẫu để thu tín hiệu (các chỗ nét thẳng ấy) thì lại không ảnh hưởng lẫn nhau (không bị ISI).
Hình này rõ ràng hơn về phổ của tín hiệu OFDM

Vì 1 kênh mang nhiều sóng mang nên mỗi sóng mang chỉ cần băng thông hẹp => fading chống dễ (đây cũng là ưu điểm của truyền dẫn đa sóng mang ở trên), chống được trải trễ.

Lúc đầu khi R.W Chang phát minh (xem ở trên) thì mỗi sóng mang cần một bộ phát và 1 bộ thu riêng nên phức tạp, sau này Weistein và Ebert đã chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua các phép biến đổi IDFT và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT không rõ là thực tế nó thế nào nhưng chỉ cần 1 bộ thu phát nên đơn giản và ứng dụng tốt hơn rất nhiều.

OFDM  tuy nhiều ưu điểm nhưng cũng không phải không có nhược điểm.
Khi truyền liên tiếp các symbol thì cũng cần khoảng thời gian phòng vệ GI (Guard Interval) vì các tín hiệu do truyền lan đa đường đến ở các thời điểm khác nhau và chồng chéo nhau, đây là hình về ISI giữa 2 symbol OFDM

Trong khoảng thời gian GI mà không truyền gì -> tín hiệu bị gián đoạn -> mở rộng phổ (cái này liên quan đến tính toán, biến đổi Fourier, không hiểu thì cứ thừa nhận vậy thôi) -> mất tính trực giao -> gây nhiễu nên người ta áp dụng 1 cái gọi là tiền tố vòng (Cyclic Prefix), lấy một mẩu dữ liệu của symbol sau cho vào khoảng phòng vệ để khỏi gián đoạn.

OFDM rất quan trọng việc đồng bộ vì sai tí là ISI nhiều ngay (mất tính trực giao), ngoài ra PAPR cũng lớn nên ở LTE (di động 3.9G) đường lên do thiết bị di động yếu, người ta ứng dụng OFDM không hiệu quả, nên chỉ đường xuống dùng OFDMA (đa truy nhập dựa trên cái OFDM này) thay vào đó người ta dùng sc-fdma (Single Carrier Frequency Division Multiple Access - đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang)

Read more »