Luận Văn Nghiên cứu về kỹ thuật OFDM trong mạng WLAN

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY 9
1.1 Giới thiệu tổng quan về mạng cục bộ không dây (WLAN) .9
1.1.1 Mạng không dây là gì 9
1.1.2 Cấu trúc cơ bản của một mạng .10
1.1.3 Cấu hình mạng cục bộ không dây WLAN 12
1.1.3.1 Kiểu Ad hoc 13
1.1.3.2 Kiểu mạng Infrastructure .13
1.1.3.3 Kiểu mạng Hybrid (lai) .15
1.1.4 Môi trường mạng không dây 15
1.1.4.1 Môi trường vật lý 15
1.1.4.2 Các dạng sóng vô tuyến 16
1.2.1 Giải pháp cho văn phòng di động .19
1.2.2 Giải pháp liên kết các mạng (Building-to-Building) .20
1.2.3 Điểm truy cập mạng Công cộng (Hotspot): 21
1.3 Các kỹ thuật đang được áp dụng để đạt được tốc độ truyền dữ liệu trong
các mạng WLAN hiện nay .23
1.3.1 Trải phổ nhảy tần (FHSS) 23
1.3.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) .24
1.3.3 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM .25
1.4. Những hạn chế của mạng WLAN và các yêu cầu đặt ra 26
1.4.1 Những hạn chế hiện nay của mạng WLAN 26
1.4.2. Các yêu cầu đặt ra .28
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ OFDM . 31
2.1 Giới thiệu khái quát về OFDM .31
2.1.1 Lịch sử phát triển .31
2.1.2. Nguyên lý cơ bản của OFDM .32
2.1.3. Đa sóng mang (Multicarrier) .34
2.1.4. Sự trực giao (Orthogonal) .35
2.1.5 Mô tả toán học của OFDM 39
2.1.6 Hệ thống máy thu phát OFDM .42
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 kỹ 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 thống
OFDM 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 62
CHƯƠNG 3 NHỮNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG OFDM TRONG
CHUẨN 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 rộng 66
3.2 Mục đích nghiên cứu của IEEE 802.11n 66
3.3 MIMO – OFDM 68
3.3.1 Giới 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
KẾT LUẬN . 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhu cầu của con
người cũng ngày càng đòi hỏi cao hơn cho cuộc sống. Nhu cầu về sử dụng các
dịch vụ công nghệ thông tin và viễn thông ngày càng mở rộng. Mạng Internet
phát triển toàn cầu, giúp chúng ta truy cập thông tin và liên lạc thuận tiện. Trong
một tương lai không xa thì truyền thông đa phương 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 kết hợp với mạng hữu tuyến hiện có. WLAN (Wireless LAN) -
mạng cục bộ không dây là cơ sở nền tảng mở đầu cho liên kết toàn cầu, WLAN
là tiền đề phát triển các mạng không dây lớn hơn 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 trường truyền thông của WLAN là không gian tự do nên những yếu
tố về môi trường tác động nhiều tới quá trình truyền sóng. Tốc độ truyền thông
và băng thông tín hiệu cùng tác động nhiễu môi trường chính là hạn chế của
WLAN; cản trở tới sự hoàn thiện của mạng không dây là tiến tới truyền thông đa
phương 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 trội là OFDM (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing) - ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.
Các tín hiệu truyền đi bởi các sóng mang con có tần số trực giao. Chính sự trực
giao 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 chương:
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 rất
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 hướng
dẫn trong suốt quá trình làm đồ án.