112Equation Chapter 2 Section 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ INTERLEAVE/DE-INTERLEAVE
CHO HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU THEO
CHUẨN WLAN IEEE 802.11A
Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN VĂN HƯNG
LỚP ĐTVT 04 –K55

Giảng viên hướng dẫn:

TS. PHẠM HẢI ĐĂNG

Cán bộ phản biện:

Hà Nội, 6/2015


Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)
Giảng viên đánh giá: .............................................................................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................... MSSV:...............................................
Tên đồ án: .............................................................................................................................

................................................................................................................................................
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các
1 giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm
1 2 3 4 5
vi ứng dụng của đồ án
2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế)
1 2 3 4 5
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
1 2 3 4 5
Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả
4
1 2 3 4 5
đạt được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp
5 thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ
1 2 3 4 5
thống
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả
6
1 2 3 4 5
đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết
quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập
7
1 2 3 4 5
luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương

lai.
Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương
logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được
đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có
8
1 2 3 4 5
căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu
chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có
trích dẫn đúng quy định
Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học,
9
1 2 3 4 5
lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa
10a
5
học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng
phát minh sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên
nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt
10b
2
giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về
chuyên ngành như TI contest.
10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học
0
Điểm tổng

/50
Điểm tổng quy đổi về thang 10

-2-


3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh thần
làm việc của sinh viên)
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
............................................................
Ngày: … / … /2015
Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)

-3-


Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho cán bộ phản biện)
Giảng viên đánh giá: .............................................................................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................... MSSV:...............................................
Tên đồ án: .............................................................................................................................
................................................................................................................................................
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các
1 giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm 1 2 3 4 5
vi ứng dụng của đồ án
2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
1 2 3 4 5
Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả
4
1 2 3 4 5
đạt được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp
5 thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ
1 2 3 4 5
thống
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả
6
1 2 3 4 5
đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa
kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp
7
1 2 3 4 5
lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong
tương lai.
Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương
logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được
đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có

8
1 2 3 4 5
căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu
chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có
trích dẫn đúng quy định
Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học,
9
1 2 3 4 5
lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa
10a
5
học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng
phát minh sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên
nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt
10b
2
giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về
chuyên ngành như TI contest.
10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học
0
Điểm tổng
/50
Điểm tổng quy đổi về thang 10

-4-



3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
............................................................
Ngày: … / … /2015
Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)

-5-


LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của công nghệ cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng của
các thiết bị di động cá nhân như: laptop, smartphone, tablet… kéo theo nhu cầu sử
dụng công nghệ không dây ngày càng cao và đa dạng.Vào năm 1997, chuẩn IEEE
802.11 được công bố, đến nay đã có nhiều phiên bản được cập nhật mới và được
chỉnh sửa trong những năm vừa qua. Chuẩn IEEE 802.11 là các thiết lập giữa tầng
truy cập (MAC) và tầng vật lý (PHY) sử dụng mạng không dây (WLAN) trong các
băng tần 2.4, 3.6, 5 và 60 GHz.
Chuẩn WLAN 802.11a lần đầu tiên đưa công nghệ OFDM (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing - phương thức ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao) với những ưu điểm nổi bật về sử dụng phổ tần hiệu quả, truyền dẫn tốc
độ cao, khả năng chống nhiễu tốt sử dụng cho tầng vật lý. Việc sử dụng công nghệ
OFDM đã đưa tốc độ truyền tin của mạng không dây tăng lên tới con số 54Mbps.
Công nghệ này hiện nay vẫn được sử dụng như một chuẩn Wifi trong các thiết bị

mạng không dây gia đình.
Trên các kênh truyền vô tuyến, việc lỗi bit thường xảy ra theo từng cụm hơn là
xảy ra từng bit lỗi riêng lẻ. Nếu một cụm lỗi bit vượt quá khả năng sửa lỗi của mã
sửa sai sẽ dẫn đến giải mã sai. Để khắc phục điều này các bit sau khi mã hóa sẽ
được xáo trộn bởi bộ Interleave với kích thước tương ứng số lượng bit trong mỗi ký
tự OFDM ở phía phát.Việc giải xáo trộn được thực hiện ngược lại bởi bộ DeInterleave ở phía thu. Hai bộ này là một phần bắt buộc có trong tầng vật lý của
chuẩn 802.11a.Vì vậy em chọn “Thiết kế bộ Interleave/De-Interleave cho hệ thống
thu phát tín hiệu theo chuẩn WLAN IEEE 802.11a” làm đề tài tốt nghiệp của mình.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Hải Đăng, Bộ môn Mạch và
xử lý tín hiệu, Viện Điện tử - Viễn thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, người
đã gợi ý lựa chọn đề tài này, tận tình hướng dẫn và góp ý giúp em hoàn thiện đồ án.
Trong suốt quá trình học tập tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội, chúng em
cũng rất biết ơn các thầy cô giáo trong trường cũng như trong Viện Điên tử - Viễn
thông đã mang tới cho chúng em từ những kiến thức cơ bản đến những kiến thức
-6-


chuyên môn làm nền tảng giúp chúng em thực hiện đồ án này.Em xin chân thành
cám ơn gia đình và bạn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, luôn động viên và giúp đỡ
em trong suốt thời gian học tập cũng như trong quá trình thực hiện đồ án này.

.

-7-


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Bộ Interleave/De-Interleave đóng vai trò quan trọng trọng hệ thống thu phát
tín hiệu theo chuẩn WLAN IEEE 802.11a sử dụng công nghệ OFDM.
Đồ án này tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ OFDM và xử lý tín

hiệu ở tầng vật lý theo chuẩn 802.11a, thiết kế và mô phỏng bộ Interleave/DeInterleave trên công cụ Agilent SystemVue, sau đó triển khai trên nền tảng FPGA
VirtexIV có sử dụng phần mềm Xilinx ISE. Các kết quả được kiểm tra và đánh giá
trên phần mềm Chipscope Pro.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã thu được các kết quả cuối cùng chính
xác và hoàn thiện được đề tài được giao.

ABSTRACT
Interleave/De-Interleave blocks play important roles in WLAN IEEE 802.11a
signal transceiver systems using OFDM technique.
The thesis focuses on studying OFDM technique, signal processing in
802.11a’s physic layer, and designs and simulates the Interleave/De-interleave
modules by Agilent SystemVue software, finaly implements on FPGA Virtex IV
platform using Xilinx ISE. The results were measured and evaluated by Chipscope
Pro.
During the time I working on the project, I’ve gained good results and
completed the assigned project.

-8-


MỤC LỤC

-9-


DANH SÁCH HÌNH VẼ

- 10 -



DANH SÁCH BẢNG BIỂU

- 11 -


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
BPSK

Binary Phase Shift Keying

DATA

Data Field

FFT

Fast Fourier Transform

FPGA

Field Programble Gate Array

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

OFDM

Orthogonal Frequency Division Modulation


QAM

Quadrature Amplitude Modulation

WLAN

Wireless Area Network

- 12 -


Đồ án tốt nghiệp Đại học

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong phạm vi đồ án - Thiết kế Interleave/De-Interleave cho hệ thống thu phát
tín hiệu theo chuẩn WLAN IEEE 802.11a tại tầng vật lý, công việc cần đạt được kết
quả cuối cùng là phải thực hiện nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng và nhúng thành
công được hệ thống trên nền tảng FPGA và kiểm tra, đo đạc được đúng tín hiệu
phát bằng các công cụ, phần mềm và thiết bị đo đạc được cung cấp bao gồm
SystemVue (sử dụng trong giai đoạn thiết kế, mô phỏng lý thuyết), Xilinx ISE
(trong giai đoạn thiết kế nhúng trên FPGA), Chipscope Pro (sử dụng trong việc
kiểm tra định dạng tín hiệu số và kết qua chạy thực tế trên FPGA).
Nội dung đồ án bao gồm ba chương:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về chuẩn WLAN IEEE 802.11, đồng thời nêu
ra các đặc trưng của từng chuẩn trong chuẩn WLAN IEEE 802.11 và các công nghệ
được sử dụng trong từng chuẩn.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về kỹ thuật OFDM, phân tích
những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống OFDM.
Chương 3: Đưa ra các cơ sở lý thuyết của hai khối Interleave/De-Interleave
trong công nghệ OFDM và được ứng dụng trong cho tầng vật lý của chuẩn WLAN

802.11a. Từ những lý thuyết đó đưa ra thiết kế cụ thể của hai khối Interleave/DeInterleave trên phần mềm Agilent SystemVue. Cuối cùng, triển khai trên nền tảng
FPGA Xilinx Vertex IV.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

13


Thiết kế Interleave/De-Interleave cho hệ thống thu phát tín hiệu theo
chuẩn WLAN IEEE 802.11a

CHƯƠNG 1 -

TỔNG QUAN VỀ CHUẨN WLAN 802.11

Ngày nay, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng tạo ra nhu
cầu to lớn cho hệ thống truyền dẫn thông tin. Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến
lần lượt ra đời nhằm đáp ứng được nhu cầu về tốc độ và chất lượng truyền Các
chuẩn IEEE 802.11 là các thiết lập giữa tầng truy nhập (MAC) và tầng vật lý (PHY)
sử dụng trong mạng không dây (WLAN) trong các dải băng tần 2.4, 3.6, 5, và
60GHz. Chuẩn đầu tiên được công bố từ năm 1997, đến nay, đã có nhiều phiên bản
cập nhật mới và được chỉnh sửa nhiều trong những năm vừa qua. Do các phiên bản
được cập nhật và thay thế rất nhiều trong những năm đầu, các nhà phân phối thường
có xu hướng phải thu hồi sản phẩm của mình do không còn tính tương thích với xu
thế mới. Sau đó, các nhà cung cấp nhắm tới việc sử dụng tất cả các chuẩn tương
thích với thiết bị của mình, và nâng cao tính thích ứng ngược cho bản thân các
chuẩn mới được cập nhật trong tương lai. Do đó, các chuẩn được hình thành riêng
biệt, và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.

1.1 Giới thiệu

Họ 802.11 bao gồm loạt sản phẩm công nghệ phát đơn công (half-duplex) qua
môi trường truyền dẫn sử dụng chung chu trình cơ bản. 802.11-1997 là chuẩn mạng
không dây đầu tiên trong họ, nhưng 802.11b mới là chuẩn đầu tiên được chấp nhận
sử dụng rộng rãi, theo đó là các chuẩn 802.11a, 802.11g, 802.11n, và 802.11ac. Các
chuẩn khác trong họ (c-f, h, j) là các phiên bản bổ sung và mở rộng của các phiên
bản trước đó.
802.11b và 802.11g sử dụng băng tần ISM, vận hành ở Mỹ do các quy định từ
hiệp hội quản lý. Do việc chọn băng tần như vậy, 802.11b và g có thể sẽ phải hứng
chịu lượng nhiễu từ các thiết bị siêu cao tần, đường truyền thoại, và các thiết bị
Bluetooth 802.11b và 802.11g kiểm soát được các vấn đề đó nhờ sử dụng công nghệ
DSSS và OFDM, tương tự với 802.11a sử dụng băng U-NIItrong đó, đa phần trên
thế giới, cung cấp ít nhất 23 kênh không chồng lấn hơn ở băng tần ISM 2,4GHz, có
các kênh lân cận chồng lấn. Chất lượng hoạt động cũng như dải tần hoạt động có
thể thay đổi, dựa theo môi trường.
Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

14


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Phân đoạn phổ RF được sử dụng bởi 802.11 ở nhiều nước. Tại Mỹ, các thiết bị
802.11a và 802.11g có thể được sử dụng mà không cần đăng kí, theo các điều luật
quản lý do hiệp hội quản lý đưa ra. Các tần số được sử dụng bởi các kênh từ 1 cho
tới 6 của 802.11b và 802.11g nằm trong dải tầntự do sử dụng 2,4GHz. Quyền hạn
trong này cho phép người sử dụng có thể vận hành các thiết bị chuẩn 802.11b/g,
cũng như cho phép tăng năng lượng ở đầu ra mà không chứa thông tin thương mại
hoặc nội dung mã hóa.
1.1.1 Lịch sử
Chuẩn công nghệ 802.11 có nguồn gốc từ những năm 1985 do Hiệp hội truyền

thông Mỹ quản lý và được đưa ra ở bằng tần ISM với mục đích sử dụng tự do.
Vào năm 1991, Tập đoàn NCR/AT&T (giờ là Alcatel-Lucent và Tập đoàn
LSI) đã sáng chế ra phiên bản tiền thân của 802.11 ở Nieuwegein, Hà Lan. Nhà
sáng chế lúc đầu chỉ định sử dụng công nghệ cho hệ thống thu ngân. Thiết bị không
dây đầu tiên được đưa ra thị trường dưới cái tên WaveLAN với tốc độ dữ liệu thô
đạt 1Mbps và 2Mbps.
Vic Hayes, người giữa ghế chủ tịch IEEE 802.11 trong vòng 10 năm, và được
gọi dưới cái tên “cha đẻ của Wi-Fi”, cũng tham gia trong việc thiết kế bước đầu cho
chuẩn 802.11b và 802.11a tại IEEE.
Vào năm 1999, Hiệp hội Wi-Fi được thành lập dưới mục đích lấy thương hiệu
cho sản phẩm “Wi-Fi” lúc đó đang rất thịnh hành.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

15


Thiết kế Interleave/De-Interleave cho hệ thống thu phát tín hiệu theo
chuẩn WLAN IEEE 802.11a

1.1.2 Các giao thức
Bảng 1.1 Các chuẩn vật lý (PHY) 802.11
Các chuẩn vật lý (PHY) 802.11
Tần
số

Giao
thức
802.11


Ngày
công bố

802.111997

06/1997

a

09/1999

b

09/1999

g

06/2003

n

ac

10/2009

12/2013

Băng
tần


(GHz) (MHz)

Tốc độ dữ
liệu
(Mbit/s)

Số
lượng
kênh
MIMO
cho
phép

Khoảng cách xấp xỉ
Điều
chế

Trong nhà

Ngoài trời

(m)

(ft)

(m)

(ft)

20


66

100

330

35

115

120

390

—

—

5,000

16,000

22

1, 2

N/A

DSSS,

FHSS

20

6, 9, 12, 18,
24, 36, 48, 54

N/A

OFDM

2.4

22

1, 2, 5.5, 11

N/A

DSSS

35

115

140

460

2.4


20

6, 9, 12, 18,
24, 36, 48, 54

N/A

OFDM,
DSSS

38

125

140

460

20

7.2, 14.4,
21.7, 28.9,
43.3, 57.8,
65, 72.2
(6.5, 13, 19.5,
26, 39, 52,
58.5, 65)

70


230

250

820

40

15, 30, 45,
60, 90, 120,
135, 150
(13.5, 27,
40.5, 54, 81,
108, 121.5,
135)

70

230

250

820

20

7.2, 14.4,
21.7, 28.9,
43.3, 57.8,

65, 72.2,
86.7, 96.3
(6.5, 13, 19.5,
26, 39, 52,
58.5, 65, 78,
86.7)

35

115

35

115

2.4
5
3.7

2.4/5

5

40

15, 30, 45,
60, 90, 120,
135, 150,
180, 200
(13.5, 27,

40.5, 54, 81,
108, 121.5,

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

OFDM

4

8

16


Đồ án tốt nghiệp Đại học
135, 162,
180)

80

32.5, 65,
97.5, 130,
195, 260,
292.5, 325,
390, 433.3
(29.2, 58.5,
87.8, 117,
175.5, 234,
263.2, 292.5,
351, 390)


35

115

160

65, 130, 195,
260, 390,
520, 585,
650, 780,
866.7
(58.5, 117,
175.5, 234,
351, 468,
702, 780)

35

115

60

200

100

300

60


200

1000

3000

Lên tới 6,912
(6.75 Gbit/s)

ad

12/2012

60

ah

2016

0.9

aj

2016

45/60

ax


2016

2.4/5

MIMOOFDM

60

OFDM,
sóng
mang
đơn,

ay

2017

2,160

8000

Lên tới 100
(100 Gbit/s)

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

N/A

OFDM,
sóng

mang
đơn,
sóng
mang
đơn
năng
lượng
thấp

4

17


Thiết kế Interleave/De-Interleave cho hệ thống thu phát tín hiệu theo
chuẩn WLAN IEEE 802.11a

1.2 Đặc trưng riêng của các chuẩn IEEE 802.11
1.2.1 802.11-1997
Phiên bản đầu tiên của chuẩn IEEE 802.11 được công bố vào năm 1997 và
được chính thức xác nhận vào năm 1999, nhưng hiện tại đã lỗi thời. Chuẩn cung
cấp 2 tốc độ 1 hoặc 2Mbps, có kèm theo mã hóa sửa sai FEC. Chuẩn quy định ba
công nghệ tầng vật lý riêng biệt: khuếch tán, hoạt động ở 1Mbps, nhảy tần ở hoặc
2Mbps, chuỗi trải phổ trực tiếp ở hoặc 2Mbps. Hai công nghệ radio cuối sử dụng
truyền dẫn viba thông qua băng tần công nghiệp và ý tes ở 2.4GHz. Một vài công
nghệ WLAN trước đó sử dụng tần số thấp hơn, ví dụ như ở băng tần US ISM
900MHz.
1.2.2 802.11a (OFDM)
Nguyên gốc được trình bày ở điều 17 trong thông số năm 1999, sóng OFDM ở
giờ được trình bày ở điều 18 trong thông số năm 2012, và được cung cấp giao thức

cho phép việc truyền và nhận dữ liệu ở tốc độ 1.5-54Mbps. Chuẩn này đã được sử
dụng phổ biến trên toàn thế giới, thường là trong các không gian làm việc của các
công ty. Khi các sửa đổi bổ sung ban đầu đã không còn giá trị, cái tên “802.11a”
vẫn được sử dụng bởi các nhà sản xuất công nghệ wireless access point (các card và
router) cho thấy khả năng tương tác giữa các thiết bị ở 5.8GHz, 54 Mbps.
Chuẩn 802.11a sử dụng chung một định dạng giao thức khung dữ liệu với
chuẩn đầu tiên, nhưng sử dụng với công nghệ truyền OFDM (ở tầng vật lý). Hoạt
động ở băng tần 5GHz với tốc độ dữ liệu tối đa ở 54Mbps, có kèm theo FEC, khiến
cho thông lượng thực tế đạt ở mức 20Mbps.
Do việc sử dụng dải tần 2.4GHz là rất phổ biến, việc sử dụng ở băng tần
5GHz không được số đông sử dụng tạo cho 802.11a lợi thế rất lớn. Dẫu sao thì việc
sử dụng sóng mang ở tần số cao cũng đem lại những bất lợi: khoảng cách truyền
dẫn hiệu quả của 802.11a thấp hơn so với 802.11b/g. Trên lý thuyết, tín hiệu
802.11a hầu như bị hấp thụ bởi tường và các vật thể rắn trên đường truyền do có
bước sóng ngắn hơn, và do đó, không thể có khả năng đâm xuyên tốt như với
802.11b. Trong thực tế, 802.11b thường có khoảng cách lớn hơn ở tần số thấp hơn

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

18


Đồ án tốt nghiệp Đại học

(802.11b sẽ giảm tốc độ xuống còn 5.5Mbps hoặc thậm chí 1Mbps ở mức công suất
thấp). 802.11a thậm chí còn phải chịu thêm nhiễu, nhưng thông thường thì sẽ có rất
ít tín hiệu gây nhiễu trong tầm nhìn, do đó, cuối cùng kết quả vẫn thu được nhiễu
thấp và thông lượng tốt hơn.
1.2.3 802.11b
Chuẩn 802.11b có tốc độ dữ liệu thô tối đa lên tới 11Mbps, và sử dụng chung

phương pháp truyền được định nghĩa trong chuẩn gốc. 802.11b xuất hiện trên thị
trường vào đầu những năm 2000, 802.11b là bản mở rộng trực tiếp và công nghệ
điều chế được nói đến ở chuẩn gốc. Khả năng tăng thông lượng trông thấy của
802.11b (so với chuẩn gốc) cùng với việc giá thành giảm theo đó, dẫn tới được chấp
nhận sử dụng rộng rãi trong công nghệ mạng không dây.
Các thiết bị sử dụng chuẩn 802.11b phải hứng chịu lượng nhiễu lớn từ các
thiết bị vận hành trong dải tần 2.4GHz. Thiết bị hoạt động trong dải tần 2.4GHzbao
gồm các lò vi sóng, thiết bị Bluetooth, thiết bị giám sát trẻ nhỏ, điện thoại bàn
không dây, và một vài thiết bị radio sử dụng tự do.
1.2.4 802.11g
Vào 06/2003, chuẩn thứ ba được công bố với cái tên 802.11g. Cũng làm việc
ở băng tần 2.4GHz (giống với 802.11b), nhưng có sử dụng công nghệ OFDM giống
với 802.11a. Chuẩn hoạt động với tốc độ dữ liệu tối đa đạt 55Mbps không liên quan
tới FEC, hoặc thông lượng trung bình ở 22Mbps. Các thiết bị 802.11g hoàn toàn
tương thích ngược với chuẩn 802.11b, và do đó khiến chuẩn này có liên quan tới
vấn đề bảo toàn bản gốc, làm giảm thông lượng của nó, khi đem so sánh với
802.11a l khoảng 21%.
Chuẩn 802.11g này đã nhanh chóng được chấp nhận trên thị trường từ
01/2003, trước cả khi được phê chuẩn, do lợi thế tăng tốc độ, cũng như giảm được
chi phí sản xuất. Vào mùa hè năm 2003, hầu hết các băng tần kép (dual-band)
802.11a/b đều trở thành bằng tần kép/ba chế độ (dual-band/tri-mode), hỗ trợ chuẩn
a và b/g trong cùng một thiết bị. Chi tiết về việc chế tạo b và g là một nội dung

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

19


Thiết kế Interleave/De-Interleave cho hệ thống thu phát tín hiệu theo
chuẩn WLAN IEEE 802.11a


nghiên cứu chế tạo khá lâu dài, ở mạng 802.11g, hoạt động của 802.11b đồng thời
trong đó làm giảm tốc độ dữ liệu tổng thể của mạng 802.11g.
Như với các thiết bị 802.11b, 802.11g phải hứng chịu lượng nhiễu từ các thiết
bị hoạt động ở băng tần 2.4GHz, ví dụ như bàn phím không dây.
1.2.5 802.11-2007
Vào năm 2003, tổ chức TGma đã được cho phép thực hiện việc thêm các bổ
sung vào phiên bản ra đời năm 1999 vào chuẩn 802.11. Chuẩn được gọi dưới cái tên
REVma hay 802.11ma, tạo ra một bộ tài liệu mà trong đó, các bổ sung (802.11a, b,
d, e, g, h, i, j) đều được thêm vào cùng với chuẩn cơ sở. Kèm theo việc được chấp
thuận vào 08/2007, 802.11 REVma đã được đổi tên, và sau này chở thành chuẩn
802.11-2007.
1.2.6 802.11n
802.11n là một bổ sung nhằm cải thiện chuẩn 802.11 bằng cách thêm vào đó
hệ thống antenna nhiều đầu vào/ra (MIMO antennas). 802.11n hoạt động ở cả băng
tần 2.4GHz và phần nhỏ ở 5GHz. Việc hỗ trợ bằng tần 5GHz chỉ là một phần phụ
trong chuẩn. Chuẩn hoạt động với dữ liệu ròng lớn nhất đạt tốc độ từ 54Mbps tới
600Mbps. IEEE đã chấp thuận bổ sung này, và được công bố vào 09/2009, trước
khi được phê duyệt chính thức, các doanh nghiệp đã hoàn thiện các hệ thống mạng
802.11n của mình dựa trên sự cho phép của Hiệp hội Wi-Fi thông qua các dự thảo
và quy ước về 802.11n năm 2007.
1.2.7 802.11-2012
Năm 2007, nhóm TGmb đã được cho phép thực hiẹn nhiều cải tiến cho phiên
bản 2007 trong chuẩn 802.11. Còn được gọi là REVmb hay 802.11mb, tạo một tài
liệu kết hợp 10 bổ sung (802.11k, r, y, n, w, p, z, v, u, s) trong phiên bản cơ sở chuẩn
2007. Thêm vào đó là nhiều chỉnh sửa đã đưcọ bổ sung, trong đó có việc sắp xếp lại
nhiều điều khoản. Được công bố chính thức vào 29/03/2012, chuẩn mới được biết
tới với cái tên 802.11-2012.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng


20


Đồ án tốt nghiệp Đại học

1.2.8 802.11ac
802.11ac-2013 là một sự bổ sung cho chuẩn 802.11, được công bố vào
12/2013, xây dựng dựa trên 802.11n. Các thay đổi so với 802.11n bao gồm các kênh
rộng hơn ( hay 160MHz so với 40MHz) ở băng5GHz, nhiều dòng truyền hơn (8 so
với 4), điều chế phức tạp hơn (256-QAM so với 64-QAM), và có sử dụng thêm
công nghệ MIMO nhiều người sử dụng (multi-user MIMO – MU-MIMO). Như vào
10/2013, phiên bản thực tế cuối cùng có hỗ trợ kênh 80 MHz, 3 dòng dữ liệu, và
256-QAM, tạo ra tốc độ dữ liệu lên tới 433.3 Mbit/s cho mỗi dòng dữ liệu, tổng
cộng là 1300 Mbit/s, trong các kênh 80 MHz ở băng tần 5 GHz. Thị trường đã được
hứa hẹn với phiên bản thứ 2 với việc hỗ trợ cho các kênh 160 MHz trong tương lai,
4 dòng dữ liệu, và MU-MIMO vào 2014 – 2015.
Chương 1.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

21


Thiết kế Interleave/De-Interleave cho hệ thống thu phát tín hiệu theo
chuẩn WLAN IEEE 802.11a

CHƯƠNG 2 -

CÔNG NGHỆ OFDM


Trong hệ thông tin vô tuyến cần thiết phải có sóng mang cao tần để truyền
thông tin. Các kỹ thuật điều chế cho phép bố trí dữ liệu trên sóng mang. Các hệ
thống thông tin một tần số hạn chế tốc độ dữ liệu và hạn chế về dung lượng. Để
giảm nhiễu thì các phương pháp phát tín hiệu tương tự trước đây như AM, FM cần
thiết phải tăng công suất máy phát, băng tần rộng hiệu quả sử dụng băng tần thấp.
Đa phân chia để chia sẻ độ rộng băng tần với nhiều kênh dữ liệu độc lập khác nhau.
Năm 1980 trung tâm nghiên cứu của Pháp (tập đoàn Telecom) CCETT (Centre
Commun d'Étude en Dédiufftion ét Télécommunication), đưa ra phương pháp mới
để truyền tín hiệu số mà vẫn tiết kiệm được băng tần đó là OFDM. OFDM là kỹ
thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, chia toàn bộ băng tần ra thành
nhiều sóng mang nhánh mà các sóng mang này phải trực giao.

2.1 Lý thuyết OFDM
Ngày nay, kỹ thuật OFDM được ứng dụng trong các hệ thống truyền dẫn
băng rộng ADSL/HDSL/VDSL, các hệ thống phát thanh và truyền hình số quảng bá
DAB (Digital Audio Broadcasting) và DVB–T (Digital Video Boadcasting –
Terrestrial). OFDM còn là giải pháp kỹ thuật được đề cử cho các chuẩn LAN không
dây (Wireless Local Area Network).
2.1.1 Nguyên tắc cơ bản
Trong OFDM chuỗi dữ liệu đầu vào nối tiếp có tốc độ cao () được chia thành
chuỗi con song song (từ chuỗi dữ liệu 1 đến chuỗi dữ liệu ) có tốc độ thấp hơn ().
chuỗi con này được điều chế bởi sóng mang phụ trực giao, sau đó các sóng mang
này được cộng với nhau và được phát lên kênh truyền đồng thời. Ở phía quá trình
thu tin thì ngược lại.
Bản chất trực giao của các sóng mang phụ OFDM cho phép phổ của các
chuỗi con sau điều chế chồng lấn lên nhau mà vẫn đảm bảo việc tách riêng biệt từng
thành phần tại phía thu. Nhờ vậy mà hiệu quả sử dụng băng tần tăng đáng kể và
tránh được nhiễu giữa các sóng mang lân cận ICI (Inter-carrier Interference). Có thể


Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

22


Đồ án tốt nghiệp Đại học

thấy được điều này qua phổ của tín hiệu OFDM và tín hiệu FDM trên hình dưới
đây.

Hình 2.1 Phổ của tín hiệu FDM và OFDM

Mặt khác, do chuỗi dữ liệu nối tiếp tốc độ cao được chia thành các chuỗi con
có tốc độ thấp nên tốc độ ký hiệu của các chuỗi con nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ
của chuỗi ban đầu, vì vậy các ảnh hưởng của nhiễu liên ký tự ISI, của hiệu ứng trễ
trải đều được giảm bớt. Nhờ vậy có thể giảm độ phức tạp của các bộ cân bằng ở
phía thu.

Hình 2.2 Tác động của nhiễu đối với hệ thống đơn sóng mang và đa sóng mang

Một ưu điểm nữa của kỹ thuật OFDM là khả năng chống lại fading chọn lọc
tần số và nhiễu băng hẹp. Ở hệ thống đơn sóng mang, chỉ một tác động nhỏ của
nhiễu cũng có thể gây ảnh hưởng lớn đến toàn bộ tín hiệu. Nhưng đối với hệ thống
đa sóng mang, khi có nhiễu thì chỉ một phần trăm nhỏ của những sóng mang con bị
ảnh hưởng, và vì vậy có thể khắc phục bằng các phương pháp mã hoá sửa sai.
2.1.2 Tính trực giao
Các tín hiệu là trực giao nhau nếu chúng độc lập với nhau. Tính trực giao là
một tính chất cho phép nhiều tín hiệu thông tin được truyền và thu tốt trên một kênh
truyền chung và không có xuyên nhiễu giữa các tín hiệu này. Mất đi tính trực giao


Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

23


Thiết kế Interleave/De-Interleave cho hệ thống thu phát tín hiệu theo
chuẩn WLAN IEEE 802.11a

sẽ làm cho các tín hiệu thông tin này bị xuyên nhiễu lẫn nhau và đầu thu khó khôi
phục lại được hoàn toàn thông tin ban đầu. Trong OFDM, các sóng mang con được
chồng lắp với nhau nhưng tín hiệu vẫn có thể được khôi phục mà không có xuyên
nhiễu giữa các sóng mang kế cận bởi vì giữa các sóng mang con có tính trực giao.
Một tập các tín hiệu được gọi là trực giao từng đôi một khi hai tín hiệu bất kỳ trong
tập đó thỏa điều kiện.
(2.1)
Với là ký hiệu của liên hợp phức . là chu kỳ ký hiệu. là hằng số.Tập sóng
mang phụ trong kỹ thuật OFDM có biểu thức:
(2.2)
Với
Các sóng mang này có tần số cách nhau một khoảng và trực giao từng đôi
một do thỏa mãn điều kiện trước.
Xét hai sóng mang và
(2.3)

Hình 2.3 Phổ của các sóng mang trực giao

Như vậy, các sóng mang thuộc tập phương trình nêu trên là trực giao từng đôi
một hay còn gọi là độc lập tuyến tính. Trong miền tần số, phổ của mỗi sóng mang
phụ có dạng hàm sinc do mỗi ký hiệu trong miền thời gian được giới hạn bằng một
xung chữ nhật. Mỗi sóng mang phụ có một đỉnh ở tần số trung tâm và các vị trí null

tại các điểm cách tần số trung tâm một khoảng bằng bội số của F S. Vì vậy, vị trí
đỉnh của sóng mang này sẽ là vị trí “null” của các sóng mang còn lại. Và do đó, các
sóng mang không gây nhiễu cho nhau.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

24


Đồ án tốt nghiệp Đại học

2.1.3 Sử dụng FFT/IFFT trong OFDM
Như đã biết, OFDM là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu
được truyền song song nhờ vô số sóng mang phụ mang các bit thông tin. Bằng cách
này có thể tận dụng băng thông tín hiệu, chống lại nhiễu giữa các ký tự,....Tuy
nhiên, điều bất lợi là một số sóng mang cần có một máy phát sóng sin, một bộ điều
chế và giải điều chế của riêng nó, điều này là không thể chấp nhận được khi số sóng
mang phụ rất lớn đối với việc thi công hệ thống. Nhằm giải quyết vấn đề này, thuật
toán IDFT/DFT có vai trò giống như hàng loạt các bộ điều chế và giải điều chế.
Giả sử tín hiệu có chiều dài là . Công thức của phép biến đổi DFT:
(2.4)
Công thức biến đổi IDFT:
(2.5)

Chuyển đổi Fourier nhanh (FFT) là thuật toán giúp cho việc tính toán DFT
nhanh và gọn hơn.Từ 2 công thức trên thấy thời gian tính DFT bao gồm:






Thời gian thực hiện phép nhân phức.
Thời gian thức hiện phép cộng phức.
Thời gian đọc các hệ số .
Thời gian truyền số liệu.

Trong đó chủ yếu là thời gian thực hiện phép nhân phức. Vì vậy, muốn giảm
thời gian tính toán DFT thì phải tập trung chủ yếu vào việc giảm thời gian thực hiện
phép nhân phức. Mà thời gian thực hiện phép nhân phức tỉ lệ với số phép nhân. Do
đó để giảm thời gian tính DFT thì phải giảm được số lượng phép tính nhanh bằng
cách sử dụng thuật toán FFT. Để tính trực tiếp cần phép nhân. Khi tính bằng FFT
số phép nhân chỉ còn . Vì vậy tốc độ tính bằng FFT nhanh hơn tính trực tiếp là .
Ngoài ra FFT còn có ưu điểm giúp tiết kiệm bộ nhớ bằng cách tính tại chỗ.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hưng

25