3 Mạng LAN không dây (Wireless LAN)

Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp

bit



mã hóa



trên 1 sóng



trên 1 OFDM



liệu trên 1



(Mbps)

6

9

12

18

24

36

48

54



(R)

1/2

3/4

1/2

3/4

1/2

3/4

2/3

3/4



mang

1

1

2

2

4

4

6

6



symbol

48

48

96

96

192

192

288

288



symbol

24

36

48

72

96

144

192

216



BPSK

BPSK

QPSK

QPSK

16-QAM

16-QAM

64-QAM

64-QAM



Các tốc độ bit dùng trong WLAN

Bộ điều chế OFDM trong WLAN có tổng cộng 64 sóng mang bao gồm

12 sóng mang trống (zero), 48 sóng mang dữ liệu và 4 sóng mang dẫn đờng

(pilot). Độ rộng băng thông của WLAN là 20 MHz, do đó khoảng cách giữa

các sóng mang là 20MHz/64 = 312.5 kHz. Chu kỳ của một OFDM symbol là

4 às trong đó khoảng bảo vệ GI là 0,8 às. Khoảng bảo vệ ở đây là CP (cyclic

prefix). Bộ điều chế OFDM sử dụng biến đổi IFFT 64 điểm (64 point IFFT).

Dòng bit từ phân lớp MAC của của lớp liên kết dữ liệu đợc đa tới lớp vật

lý để truyền dẫn. Dòng bit đợc mã hóa vòng xoắn với tốc độ phù hợp để đạt đợc tỷ số lỗi bit cho phép. Dòng bit đã mã hóa ở dạng nối tiếp đợc biến đổi 48

dòng bit song song có tốc độ thấp để điều chế vào 48 sóng mang dữ liệu. Quá

trình điều chế ở đây thực chất là ánh xạ (Mapping) từng tổ hợp bit của 48

luồng dữ liệu song song theo sơ đồ điều chế (Constellation) để tạo thành 48 số

phức và đợc biến đổi IFFT 64 điểm và đợc biến đổi song song sang nối tiếp

tạo thành chy kỳ hữu ích của symbol. Khoảng bảo vệ dạng cyclic prefix với tỷ

lệ 1/5 sẽ đợc chèn vào bằng cách copy 16 điểm cuối của chu kỳ hữu ích để đặt

vào đầu chu kỳ tạo thành 1 OFDM symbol hoàn chỉnh có chu kỳ là 4 às. Tiếp

đó các symbol đợc điều chế vuông góc, nâng lên dải tần 5 GHz, khuyếch đại

công suất cao tần và dẫn tới anten phát để truyền đi. Phía thu thực hiện quá

trình ngợc lại với phía phát. Dới đây là sơ đồ bộ thu phát (Transceiver) của

WLAN:

80



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



From

MAC



Điều chế

QAM &

Biến đổi

S/P



Mã

hóa

FEC



Giải

điều

chế

I/Q



Biến

đổi

RF/IF



Định

dạng

xung



Chèn

GI



IFFT



Loại

bỏ

GI



FFT



Điều

chế

I/Q



Giải điều

chế QAM

& P/S



Nâng

tần &

HPA



Giải

mã

FEC



To MAC

layer



Cân

bằng

&

AGC



Hình 5-6 Sơ đồ khối bộ thu phát trong WLAN

Phân lớp MAC (Medium Access Control) trong mạng WLAN đợc thiết

kế để hoạt động trong môi trờng có nhiễu và có khả năng di động với tốc độ

thấp. Do đó ở đây có những khác biệt so với các mạng LAN hữu tuyến thông

thờng. Hiệu ứng đầu cuối ẩn (Hidden terminal effect) xảy ra khi một thiết bị

đầu cuối không phát hiện ra quá trình truyền dẫn của thiết bị đầu cuối khác và

cố gắng chiếm dụng đờng truyền là một nguyên nhân gây ra xung đột. Không

giống nh trong môi trờng hữu tuyến các xung đột xảy ra đều do thất thoát các

gói bị xung đột. Trong môi trờng vô tuyến, máy thu có thể phát hiện chính xác

một gói xung đột nhờ công suất phát của các trạm khác và đặc tính của kênh

truyền. Sự phát hiện sai các gói nhận đợc do pha đinh nhiều đờng cũng là một

nguyên nhân khác gây ra xung đột. Tính di động của các thiết bị đầu cuối

cũng cần phải đợc cân nhắc đến một cách thích đáng. Chuẩn IEEE 802.11

cung cấp hai mode hoạt động cho phân lớp MAC. Mode thứ nhất dựa trên hàm

điều phối phân bố DCF (Distributed coordination function) tơng tự nh kỹ thuật

phân phát gói tối u. Mode thứ hai dựa trên hàm điều phối điểm PCF (Point

coordination function) là phơng pháp bỏ phiếu có điều khiển tập trung đợc

quản lý bởi điểm truy nhập AP (access point) và đợc dùng cho các dịch vụ dữ

liệu nhạy cảm với trễ. Điểm truy nhập đợc nối tới các hệ thống phân tán có thể

81



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



là Ethernet, FDDI hay các mạng backbone khác. Hỗ trợ mode DCF là bắt

buộc cho mạng WLAN. Nếu mạng chỉ hỗ trợ mode DCF thì đợc gọi là mạng

không theo thể thức (ad-hoc network). Khi đó tất cả các user đều có cơ hội sử

dụng tài nguyên mạng nh nhau.

Theo chuẩn IEEE 802.11, WLAN sử dụng phơng thức đa truy nhập sóng

mang cảm ứng với tránh xung đột CSMA/CA (Carrier sense multiple access

with collision avoidance) tơng tự nh CSMA/CD của ethernet. Trong

CSMA/CA một đầu cuối chỉ có thể nghe kênh truyền trớc khi truyền dữ liệu

mà không thể nghe đợc trong khi truyền nh trong CSMA/CD. Nếu kênh truyền

rỗi trong một khoảng thời gian lớn hơn khoảng cách giữa các frame DIFS

(Distributed inter-frame spacing) thì sẽ tiến hành truyền. Ngợc lại thiết bị đầu

cuối sẽ tiếp tục nghe đờng truyền tới khi kênh rỗi hơn một DIFS. Còn tính

năng tránh xung đột Collision avoidance yêu cầu thiết bị đầu cuối sẽ chờ thêm

một khoảng thời gian ngẫu nhiên sai khi kênh đã rỗi một DIFS. Trong thời

gian chờ thì trạm vẫn tiếp tục nghe đờng truyền. Điều này tránh đợc xung đột

khi có nhiều hơn một trạm đồng thời nghe đờng truyền và cùng truyền khi đờng truyền rỗi. Trong trờng hợp xảy ra xung đột, các trạm này sẽ phải thực

hiện lại với thời gian chờ thêm dài hơn. Hiển nhiên là không có sự đảm bảo về

thời gian trễ nhỏ nhất trong mode DCF. Với các ứng dụng nhạy cảm với trễ

nh VoIP thì sẽ dùng mode PCF. Mode PCF sử dụng một điều phối viên dựa

vào phơng thức bỏ phiếu để điều phối việc truyền dẫn mà không xảy ra cung

đột.



82



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



Chơng 6



ứng dụng OFDM trong thông



tin hữu tuyến

6.1



Đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL



6.1.1 Giới thiệu ADSL

Kỹ thuật truy nhập mạch vòng cáp đồng hay đợc gọi là kỹ thuật đờng dây

thuê bao số DSL (Digital Subscriber Line) đã xuất hiện từ đầu những năm

1980. Thực ra đây là một họ các công nghệ thờng đợc gọi là các công nghệ

xDSL, chữ x thể hiện cho các công nghệ DSL khác nhau nh : ADSL, HDSL,

VDSL... Đây là các kỹ thuật truy nhập điểm tới điểm kết nối giữa thuê bao và

tổng đài trung tâm cho phép truyền tải nhiều dạng thông tin số liệu âm thanh,

hình ảnh qua đôi dây đồng truyền thống. Giải pháp của xDSL là sử dụng dải

tần lớn hơn phía trên dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng vì vậy băng thông

truyền dẫn cao hơn. Trên đó, ngời ta sử dụng các phơng pháp mã hoá khác

nhau để có thể truyền đợc tốc độ dữ liệu rất cao. Tốc độ của đờng dây xDSL

tuỳ thuộc thiết bị sử dụng, khoảng cách từ tổng đài tới thuê bao, chất lợng

tuyến cáp, kỹ thuật mã hoá ... Thông thờng kỹ thuật này cho phép hầu hết

khách hàng truyền từ tốc độ 128 kbit/s tới 1,5 Mbit/s. Với kỹ thuật mới nhất

VDSL cho phép truyền số liệu với tốc độ lên tới 52 Mbit/s theo hớng từ tổng

đài xuống thuê bao. Điểm nổi bật của kỹ thuật xDSL là tận dụng đợc cơ sở hạ

tầng cáp đồng phổ biến trên thế giới nên nó đã mau chóng chuyển từ giai đoạn

thử nghiệm sang thị trờng thơng mại rộng lớn đáp ứng nhu cầu phân phối các

dịch vụ băng rộng tới ngời sử dụng. Ngoài ra, khi vấn đề đầu t xây dựng mạng

truy nhập sử dụng cáp quang quá tốn kém thì công nghệ này đã thu hút sự chú

ý của nhiều nhà sản xuất thiết bị viễn thông, các cơ quan quảng bá phát thanh

truyền hình, các nhà khai thác dịch vụ, các công ty điện thoại nội hạt tạo nên

sự cạnh tranh làm giảm chi phí thiết bị và giá cả dịch vụ. Một yếu tố quan

83



Phần 3 ứng dụng của OFDM



Đồ án tốt nghiệp



trọng góp phần thúc đẩy sự phát triển và hoàn thiện của công nghệ này là sự ra

đời các tiêu chuẩn chung cho hoạt động của xDSL do tổ chức viễn thông quốc

tế ITU và nhiều tổ chức tiêu chuẩn, nhóm làm việc khác đa ra.

Trong đó đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL (Asymmetric Digital

Subscriber Line) là công nghệ đợc phát triển và ứng dụng nhiều nhất vì nó tơng thích với các hệ thống hiện tại và phù hợp với nhu cầu của ngời sử dụng.

ADSL truyền tải cả thông tin số và tơng tự trên một đôi dây đồng. Kênh

truyền dẫn ADSL có thể đợc chia thành nhiều kênh số liệu tốc độ cao và cùng

lúc phục vụ cho cả dịch vụ thoại. Các kênh hớng xuống có thể đạt tốc độ 1,5 ữ

8 Mbit/s và kênh hớng lên từ 16 kbit/s ữ 1,5 Mbit/s. Mỗi kênh số liệu có thể

phân chia nhỏ hơn thành nhiều kênh tốc độ thấp hơn nếu cần (ví dụ một kênh

cho truyền hình số và một kênh để truy nhập Internet). Tốc độ truyền số liệu

tối đa của các modem ADSL thay đổi tuỳ khoảng cách từ thuê bao tới tổng

đài, các mức nhiễu, cầu nối rẽ và chất lợng đờng dây.



6.1.2 Đặc tính của kênh truyền

ADSL sử dụng đôi dây đồng truyền thống của điện thoại tơng tự. Tín

hiệu truyền đi trên đờng dây đồng chịu tác động của môi trờng tạp âm của bản

thân mạch vòng dây đồng và các can nhiễu điện từ khác từ bên ngoài:

- Tạp âm trắng: Nhìn chung có rất nhiều nguồn tạp âm và khi không

thể xét riêng từng loại ta có thể coi chúng tạo ra một tín hiệu ngẫu

nhiên duy nhất với phân bố công suất đều ở mọi tần số. Tín hiệu này

đợc gọi là tạp âm trắng. Tạp âm nhiệt gây ra do chuyển động của các

electron trong đờng dây có thể coi nh tạp âm trắng có phân bố

Gaussian đợc gọi là tạp âm Gausian trắng cộng AWGN (Additive

White Gaussian Noise). Tạp âm này ảnh hởng độc lập lên từng kí

hiệu đợc truyền hay nói cách khác chúng đợc cộng với tín hiệu bản

tin.

- Xuyên âm: Xuyên âm xảy ra khi tín hiệu từ các đôi dây kế cận gây

nhiễu với nhau. Thành phần xuyên âm tiếp tục truyền theo hớng ban

84