Nghiên cứu các biện pháp phối hợp hoạt động và các kỹ thuật giảm nhẹ ảnh hưởng giữa các hệ thống Wimax dải tần 2-11 GHZ

Về mặt kĩ thuật, Wimax là công nghệ dựa trên sự kết hợp giữa một phần chuẩn 802.16a và HiperMAN, những chuẩn mà được thiết kế ra với mục đích cung cấp một giải pháp truy nhập cho các mạ

§INH TUÊN TRUNG

Nghiªn cøu C¸C BIÖN PH¸P PHèI HîP HO¹T §éNG

Vµ C¸C Kü THUËT GI¶M NHÑ ¶NH H¦ëNG GI÷A C¸C

HÖ THèNG WIMAX D¶I TÇN 2-11ghZ

luËn v¨n th¹c sü

Hµ Néi - 2007

§INH TUÊN TRUNG

Nghiªn cøu C¸C BIÖN PH¸P PHèI HîP HO¹T §éNG

Vµ C¸C Kü THUËT GI¶M NHÑ ¶NH H¦ëNG GI÷A C¸C HÖ THèNG WIMAX D¶I TÇN 2-11ghZ

Ngµnh: Kü thuËt §iÖn tö- ViÔn th«ng

môc lôc

Danh môc h×nh vÏ 5

Danh môc b¶ng 6

B¶ng tra cøu viÕt t¾t 7

Lêi nãi ®Çu 10

Ch-¬ng I: tæng quan vÒ c«ng nghÖ wimax 12

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 12

1.1.1 Khái niệm công nghệ Wimax 12

1.1.2 Một số ứng dụng điển hình của Wimax [8] 14

1.1.3 Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống Wimax 15

1.1.4 Ưu điểm của Wimax [6] 15

1.2 CHUẨN IEEE 802.16 17

1.2.1 Chuẩn không dây toàn cầu [1], [2] 17

1.2.2 Mô hình tham chiếu của chuẩn 802.16 18

1.2.3 Các kiến trúc của chuẩn 802.16 [2] 19

1.2.4 Những băng tần cơ bản được sử dụng trong chuẩn 802.16 21

1.3 KẾT LUẬN 21

Ch-¬ng II: Nghiªn cøu hÖ thèng FBWA - WiMAX d¶i tÇn 2-11GHz vµ nhiÔu cña hÖ thèng 23

2.1 tæng quan vÒ hÖ thèng WiMAX d¶i tÇn 2GHz -11GHz 23

2.1.1 Công nghệ không dây băng rộng 23

2.1.1.1 Nhu cầu sử dụng công nghệ băng rộng 23

2.1.1.2 Các công nghệ không dây 24

2.1.2 HÖ thèng FBWA - WiMAX d¶i tÇn 2-11GHz [2] [6] 28

2.1.2.1 Tæng quan hÖ thèng FBWA - WiMAX d¶i tÇn 2-11GHz 29

2.1.2.2 KiÕn tróc hÖ thèng 30

2.2 Tæng quan vÒ can nhiÔu gi÷a c¸c hÖ thèng truy cËp kh«ng d©y b¨ng réng Wimax d¶i tÇn 2-11GHz 32

2.2.1 Các loại nhiễu trong hệ thống truyền tin vô tuyến [5],[8],[9] 32

2.2.1.1 Nhiễu đồng kênh 33

2.2.1.2 Nhiễu kênh lân cận 33

2.2.1.3 Nhiễu ký tự ISI 34

2.2.1.4.Hiệu ứng gần - xa 36

2.2.2 Nhiễu giữa các hệ thống FBWA dải tần 2-11GHz [2], [9] 36

2.2.2.1 Các loại nhiễu chính trong FBWA dải tần 2-11GHz 36

2.2.2.3 Các đ-ờng truyền nhiễu 38

2.2.2.3.1 BS chịu nhiễu 38

2.2.2.3.2 SS chịu nhiễu 41

2.2.2.3.3 Node mesh toàn h-ớng chịu nhiễu. 43

2.3 kết luận 44

Ch-ơng III: Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống fbwa- wimax dảI tần 2-11ghz và các kỹ thuật giảm nhiễu 45

3.1 Các khuyến nghị cần thiết khi triển khai hệ thống không dây băng rộng cố định FBWA- WIMAX 46

3.1.1 Khuyến nghị 1 [2], [6] 46

3.1.2 Khuyến nghị 2 [2], [6] 47

3.1.3 Khuyến nghị 3 [2], [6] 47

3.1.4 Khuyến nghị 4 [2], [6] 47

3.1.5 Khuyến nghị 5 [2], [6] 48

3.1.6 Khuyến nghị 6 [2], [6] 49

3.1.7 Khuyến nghị 7 [2], [6] 49

3.2 Các chỉ tiêu của hệ thống Wimax [1], [5], [6] 50

3.2.1 Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc PMP [1], [6] 51

3.2.2 Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc mesh [1], [6] 53

3.2.3 Chỉ tiêu đối với các hệ thống 10.5GHz với kiến trúc PMP [1], [6] 54

3.3 Các mức ng-ỡng cho việc phối hợp hoạt động [6] 56

3.3.1 Khoảng cách giữa các trạm 56

3.3.2 Mức ng-ỡng phối hợp hoạt động đối với tr-ờng hợp đồng kênh/vùng lân cận 57

3.3.2.1 Mật độ thông l-ợng phổ công suất psfd 57

3.3.2.2 Đối với hệ thống PMP 59

3.3.2.3 Ng-ỡng phối hợp hoạt động MP-MP (mesh) 61

3.3.3 Mức ng-ỡng phối hợp hoạt động đối với tr-ờng hợp kênh lân cận/cùng vùng 62

3.3.3.1 Hệ số lọc mạng 63

3.3.3.2 Giới hạn khoảng cách giữa các trạm 64

3.4 Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống PMP và các hệ thống mesh [1], [9] 65

3.4.1 Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống PMP 65

3.4.1.1 Các cơ chế nhiễu 65

3.4.1.2 Phân tích tr-ờng hợp xấu nhất 66

3.4.1.3 Mô phỏng Monte Carlo 66

3.4.1.4 Các mô phỏng và tính toán. 66

3.4.2 Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống mesh 69

3.4.2.1 Nhiễu giữa các cell đồng kênh trong một mạng lớn 69

3.4.2.2 Nhiễu mạng liên kết đồng kênh giữa các vùng lân cận 71

3.4.2.3 Nhiễu cell liên kết kênh kề trong mạng lớn. 72

3.4.2.4 Nhiễu mạng liên kết kênh kề giữa các vùng lân cận 72

3.4.2.5 Nhiễu mạng liên kết kênh kề trong cùng vùng 72

3.5 Các kỹ thuật giảm nhiễu [5], [6], [8] 73

3.5.1 Kế hoạch băng tần 73

3.5.2 Phân ranh giới phục vụ 74

3.5.3 Tách biệt khoảng cách, công suất 74

3.5.4 Các BS đặt cùng vị trí 75

3.5.5 Các kỹ thuật anten 75

3.5.5.1 Độ phân cách giữa các anten 75

3.5.5.2 Định h-ớng anten 75

3.5.5.3 Nghiêng anten 75

3.5.5.4 Tăng tính định h-ớng 76

3.5.5.5 Giảm độ cao anten 76

3.5.5.6 Cấu hình t-ơng lai 76

3.5.5.7 Phân cực hoá 76

3.5.6 Che chắn 77

3.5.7 Xử lý tín hiệu 77

3.5.8 Giảm ng-ỡng độ nhậy thu 77

3.5.9 Khoá thuê bao SS để ngừng phát khi không có tín hiệu thu 77

3.5.10 Sử dụng kỹ thuật anten thích nghi AA 78

3.6 KếT LUậN 79

KếT LUậN CHUNG 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 822

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1- Chuẩn không dây toàn cầu 16

Hình 1.2- Mô hình tham chiếu của 802.16 18

Hình 1.3- Các kiến trúc trong 802.16 19

Hình 2.1- Sơ đồ mô hình hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định 29

Hình 2.2- Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng tần số ở 2 vùng lân cận nhau 32

Hình 2.3- Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng vùng kênh lân cận 33

Hình 2.4- Các mẫu mắt 34

Hình 2.5- Không gian nhiễu ký tự 34

Hình 2.6- Các dạng nhiễu 35

Hình 2.7- Các nguồn nhiễu ảnh h-ởng tới BS trong hệ thống FBWA 38

Hình 2.8-Mô hình đơn giản hoá đối với nhiễu tới BS trong hệ thống FBWA 40

Hình 2.9- Các nguồn nhiễu ảnh h-ởng tới BS trong hệ thống FBWA 41

Hình 2.10- Các nguồn nhiễu ảnh h-ởng tới hệ thống mesh toàn h-ớng 42

Hình 3.1- Minh hoạ psfd tính toán dựa trên chiều cao tại danh giới vùng phục vụ 56

Hình 3.2 - Tầm nhìn sóng 59

Hình 3.3 - Phổ nhiễu gây ra giữa các kênh lân cận 61

Hình 3.4 - Mô hình chung đối với phân tích tr-ờng hợp xấu nhất 62

Hình 3.5 - Mô hình mạng mesh sử dụng định tuyến tối thiểu hoá năng l-ợng mỗi bit .68

Hình 3.6 - Mô hình mesh sử dụng các định tuyến khác nhau 69

Hình 3.7-Hàm phân bố tích luỹ CDF nhiễu đối với node đồng kênh gần nhất 69

Hình 3.8: Hàm phân bố tích luỹ CDF nhiễu đối với node kênh kề gần nhất 71

Danh mục bảng biểu

Bảng 3.1 - Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc PMP 51

Bảng 3.2 - Chỉ tiêu đối với các hệ thống 3.5GHz với kiến trúc mesh 53

Bảng 3.3 - Chỉ tiêu đối với các hệ thống 10.5GHz với kiến trúc PMP 54

Bảng 3.4 - Các nguyên tắc phân cách theo tần số và không gian 56

Bảng 3.5 - Giới hạn psfd lớn nhất 57

Bảng 3.6 - Dải thay đổi tầm nhìn sóng theo độ cao anten 59

Bảng 3.7 - Tổng hợp các kết quả mô phỏng 67

Bảng tra cứu chữ viết tắt

ATPC automatic transmit power control Tự động điều khiển công

suất phát

CDF cumulative distribution function Hàm phân bố tích luỹ

C/I carrier-to-interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

C/(N + I) carrier-to-(noise and interference) ratio Tỷ số sóng mang trên

nhiễu/tạp âm

dBc decibels relative to the carrier level Mức dB liên quan đến sóng

mang

DS-3 44.736 Mbit/s line rate

D/U desired-carrier–to–undesired-carrier

ratio

Tû sè sãng mang mong muèn trªn sãng mang kh«ng mong muèn

Wimax ë Ch©u ¢u

IEEE Institute of Electrical and Electronics

NLOS Non/near LOS Kh«ng/gÇn tÇm nh×n th¼ng

suÊt

c«ng suÊt

thêi gian

WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Kh¶ n¨ng t-¬ng t¸c toµn

cÇu víi truy nhËp vi ba

Lời nói đầu



Hiện nay công nghệ đang ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt

Đặc biệt là về công nghệ không dây đ-ợc các hãng sản xuất, các nhà nghiên cứu không ngừng nâng cao, cải tiến để có thể tạo ra đ-ợc các hệ thống liên lạc không dây hiệu quả Một trong những công nghệ mới nhất hiện nay là công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng WiMAX Công nghệ này do tổ chức IEEE phát triển tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến ngoài trời băng rộng Công nghệ này đã đ-ợc thử nghiệm và đánh giá là hệ thống hiện đại với rất nhiều -u điểm nổi trội nh- vùng phủ sóng lớn, tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh, chính xác, có thể truy cập bất cứ nơi đâu và bất cứ nơi nào với tốc độ cao…Chính vì vậy sẽ có rất nhiều những nhà đầu t- triển khai lắp đặt để phục

vụ nhu cầu ngày càng cao của khách hàng Vậy câu hỏi đặt ra là làm thế nào

để các hệ thống mạng hoạt động tốt mà không ảnh h-ởng đến nhau cũng nh- làm thế nào để các trạm thu phát trong cùng một mạng không gây nhiễu lên nhau nhằm đảm bảo việc truyền dữ liệu an toàn, hiệu quả

Để giải quyết vấn đề này, Luận văn đã đi từ những khái niệm tổng quan

về công nghệ Wimax, đến những kiến trúc mạng phổ biến Từ đó chỉ ra những hạn chế do nhiễu có thể gặp phải khi thiết kế hệ thống Không quá chú trọng

đến nhiễu trong nội tại từng hệ thống riêng biệt, Luận văn đã có một h-ớng đi mới đó là Nghiên cứ về nhiễu giữa các hệ thống của các Nhà cung cấp khác nhau trong mạng

Với đề tài: “Nghiờn cứu phối hợp hoạt động giữa cỏc hệ thống và cỏc

kỹ thuật giảm nhẹ ảnh hưởng giữa cỏc hệ thống Wimax dải tần 2-11GHz” ,

bao gồm 3 ch-ơng, cụ thể:

Ch-ơng I: Tổng quan về công nghệ WiMAX

Ch-ơng II: Nghiên cứu hoạt động chung của hệ thống FBWA - WiMAX dải

tần 2-11GHz và nhiễu của hệ thống

Ch-ơng III: Các nguyên tắc phối hợp hoạt động giữa các hệ thống FBWA -

WiMAX dải tần 2-11GHz và các kỹ thuật giảm nhiễu giữa các hệ thống

Công nghệ Wimax là một trong những công nghệ mới, do vậy nghiên cứu và đ-a ra giải pháp giảm thiểu nhiễu giữa các hệ thống là một công việc khá phức tạp nh-ng lại là một vấn đề vô cũng hấp dẫn Do thời gian nghiên cứu và thực hiện có hạn, nên chắc chắn đề tài không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận đ-ợc đóng góp của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Nguyễn Hữu Hậu- công tác tại Học viện Công nghệ B-u chính Viễn thông, ng-ời đã tận tình h-ớng dẫn, định h-ớng và góp ý cho em rất nhiều kiến thức bổ ích, quý báu tr-ớc và trong quá trình em thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi

điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn tất cả mọi ng-ời!

Hà Nội, ngày tháng năm 2008

Học viên

Đinh Tuấn Trung

Ch-¬ng I: tæng quan vÒ c«ng nghÖ wimax

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX

1.1.1 Khái niệm công nghệ Wimax

Ngày nay tỷ lệ người truy cập băng rộng còn rất ít, thấp hơn 20% dân

số thế giới và thậm chí còn nhỏ hơn tỷ lệ này nhiều Câu hỏi đặt ra là tại sao?

Là do các công nghệ đang tồn tại như DSL, cáp và vô tuyến cố định có các hạn chế như chi phí lắp đặt cao, có vấn đề lập vòng, tốc độ đường lên (upstream) cần nâng cấp, giới hạn LOS và tính hướng mở kém Chính vì sự hạn chế này mà chúng ta đưa ra giải pháp truy cập internet băng rộng cố định/

di động có thể sẽ thay thế những công nghệ hiện nay và truy cập bất cứ nơi đâu và bất cứ khi nào với tốc độ cao, đó chính là công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng Wimax

Wimax là tên viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave

Access Về mặt kĩ thuật, Wimax là công nghệ dựa trên sự kết hợp giữa một phần chuẩn 802.16a và HiperMAN, những chuẩn mà được thiết kế ra với mục

đích cung cấp một giải pháp truy nhập cho các mạng không dây băng rộng cỡ lớn, cụ thể là mạng đô thị MAN Với sự kết hợp của cả IEEE và ETSI, xét về mặt chuẩn hóa Wimax trở thành công nghệ chuẩn trên toàn thế giới.[1]

1.1.2 Wimax với một số công nghệ đi trước

Mạng đô thị MAN theo định nghĩa là mạng bao phủ trên phạm vi một

đô thị Về mặt ứng dụng, mạng trên mạng MAN người ta có thể triển khai cung cấp thông tin cho rất nhiều các loại dịch vụ công cộng khác nhau như y

tế, văn hóa, xã hội… Về mặt kĩ thuật, mạng MAN là tập hợp của rất nhiều công nghệ khác nhau, mỗi công nghệ tương ứng với một phần khác nhau trong mạng Cũng giống như các mạng LAN, WAN, mạng MAN chia làm hai loại: mạng MAN có dây và mạng MAN không dây Có ba ứng dụng cơ bản nhất xây dựng nên mạng MAN truy nhập là mạng backhaul, mạng truy nhập

và các hotzone

Wimax là công nghệ cho mạng MAN không dây Đã có khá nhiều công

nghệ băng rộng không dây ra đời, nhưng cho tới nay, chưa có một công nghệ không dây băng rộng nào hướng tới mục tiêu cung cấp tổng hợp các giải pháp truy nhập cho mạng MAN một cách tối ưu như Wimax Các công nghệ đi trước chỉ cung cấp các giải pháp đơn lẻ, hướng tới một mục phần cụ thể trong mạng MAN ví dụ như LMDS hay WiFi,…[1]

LMDS là công nghệ sử dụng dải tần trên 20GHz để truyền sóng

LMDS là một chuẩn hoạt động dưới sự hậu thuẫn của các tổ chức quốc tế ATM Forum, ETSI, ITU,…Ở dải tần số lớn thế này, LMDS chỉ cho phép truyền sóng trong tầm nhìn thẳng (LOS) trong phạm vi vài cây số (5-7km) LMDS cho phép triển khai các dịch vụ tốc độ cao như thoại, video, Internet,…Hệ thống LMDS có tốc độ rất cao, hiệu suất điều chế của nó có thể đạt tới 5bit/Hz/s Do điều kiện truyền LOS, LMDS chỉ thích hợp với các mạng trục, các tổ chức doanh nghiệp có nhu cầu về tốc độ lớn LMDS không thích hợp với các khách hàng riêng lẻ, các hộ gia đình.[1]

WiFi thực ra là công nghệ hướng tới các mạng LAN không dây nhưng

nó vẫn có thể dùng để triển khai cho các mạng rộng hơn như MAN Nhưng chính vì nó không được thiết kế cho MAN nên việc triển khai nó trong MAN gặp rất nhiều vấn đề Thứ nhất, dải tần làm việc của 802.11 là dải tần miễn phí, nhiễu rất lớn Do đó nó hoàn toàn không thích hợp với việc triển khai các dịch vụ công cộng cỡ lớn Thứ hai, 802.11 được thiết kế cho các mạng ít thuê bao, kênh truyền của nó cố định kích thước khoảng 20 MHz, rất kém linh hoạt Thứ ba, 802.11 chưa cung cấp cơ chế QoS, một vấn đề vô cùng quan trọng đối với các hệ thống mạng đa dịch vụ Thứ tư, mặc dù nếu ta truyền trong môi trường tốt, ít nhiễu, LOS, sử dụng các anten định hướng với công suất đủ lớn thì WiFi có thể đạt tới khoảng cách vài km nhưng phạm vi bao phủ như thế này cũng rất hẹp Thứ năm, WiFi không hỗ trợ kiến trúc Mesh, một kiến trúc đảm bảo sự liên thông tốt trong mạng đô thị… [1]

Chỉ có sự ra đời của Wimax mới giải quyết được tất cả ba loại dịch vụ

cơ bản trên của mạng MAN Nó có thể sử dụng các trạm gốc để thiết lập tuyến trục, phân phối dịch vụ tới khách hàng riêng lẻ hoặc thiết lập nên các vùng truy nhập dịch vụ Hiện nay, Wimax được xem là một giải pháp toàn

diện của công nghệ không dây băng rộng trong đô thị, ngoại ô và những vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh… Wimax cho phép truyền không dây các loại dữ liệu, hình ảnh, âm thanh nhanh hơn cả DSL hay cáp, và tất nhiên là nhanh hơn nhiều lần các công nghệ không dây hiện hành như 802.11a hay 802.11b mà không yêu cầu điều kiện truyền LOS Phạm vi bao phủ của Wimax có thể lên tới vài chục km với tốc độ lớn nhất là 70Mbps Băng thông của Wimax đủ để cung cấp đồng thời hàng trăm thuê bao T1 hoặc hàng trăm thuê bao DSL

Hiện nay, việc triển khai các mạng cáp như DSL có thể rất tốn thời gian

và tốn kém, và kết quả là một số lượng lớn khách hàng có nhu cầu mà không được cung cấp dịch vụ Wimax khắc phục hạn chế này, nó có khả năng cung cấp dịch vụ nhanh chóng và dễ dàng, ngay cả ở những nơi như nông thôn, rừng núi,… những nơi vô cùng khó khăn và bất lợi đối với việc triển khai các

hệ thống có dây hoặc là khả năng khắc phục những hạn chế về mặt vật lí trong các mạng có dây

Trong tương lai, Wimax sẽ được tích hợp vào các thiết bị không cố định như máy xách tay, PDA,…

1.1.3 Một số ứng dụng điển hình của Wimax [8]

 Ứng dụng cho các mạng backhaul: Các nhà cung cấp dịch vụ

internet thường phải thuê các đường truyền của một nhà cung cấp khác, điều này đã làm giá thành của dịch vụ trở nên đắt hơn Với tốc độ mà Wimax đạt được, họ có thể giảm được phần nào sự lệ thuộc này

 Các ứng dụng băng thông theo yêu cầu: Việc sử dụng Wimax là giải

pháp cho mạng truy nhập sẽ thúc đẩy sự triển khai các mạng WLAN cũng như các điểm hotspot, đặc biệt là tại những nơi mà mạng cáp không thể tới được Wimax cũng cung cấp băng thông tùy vào các thỏa thuận đối với từng thuê bao

 Cung cấp dịch vụ băng thông rộng đến người dùng riêng lẻ: Hạn

chế của các mạng cáp như DSL là khả năng mở rộng, với tới khách hàng Với DSL, khoảng cách chỉ có thể đạt tới 3 dặm, từ tổng đài trung tâm đến khách hàng Giới hạn này làm cho nhiều khách hàng có nhu cầu nhưng không được cung cấp dịch vụ Đối với mạng cáp cũ, rất nhiều các nhà cung cấp dịch vụ đã

không trang bị, cải tiến hệ thống cũ thành hệ thống băng thông rộng bởi vì giá thành cho việc đó là quá đắt Hơn thế nữa, cũng không có một chuẩn cụ thể cho việc triển khai này, tính tin cậy sẽ không được đảm bảo Và giải pháp cho điều này chính là Wimax Những tính năng như băng thông cao, không yêu cầu LOS, mềm dẻo, linh hoạt, giá thành rẻ làm chính là những điểm khắc phục hạn chế của mạng có dây

Với khả năng triển khai đến các vùng ngoại ô, nông thôn, các vùng có mật độ dân cư ít, việc Wimax được chọn tại những vùng như thế này là hết sức tự nhiên Điều này là bởi các mạng có dây khó có thể được đưa tới những nơi thế này, vừa triển khai khó, vừa lợi nhuận thấp

1.1.4 Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống Wimax

Một hệ thống Wimax điển hình bao gồm 2 phần chính:

 Một trạm gốc Wimax: Trạm gốc gồm các khối điện tử đặt trong nhà và

một anten Wimax Tiêu biểu, một trạm gốc có bán kính phủ sóng lên đến 10 km (Theo lý thuyết, một trạm gốc có bán kính phủ sóng lên đến

50 km, tuy nhiên do điều kiện thực tế nên chỉ giới hạn ở bán kính khoảng 10 km) Bất kỳ node vô tuyến nằm trong vùng phủ sóng điều có thể truy cập đến Internet

 Một máy thu WiMax: máy thu và anten có thể là một hộp đơn hay là

một card PCMCA gắn vào trong máy tính hoặc laptop Truy cập đến trạm gốc Wimax giống như truy cập đến điểm truy cập của mạng Wifi, nhưng có vùng phủ sóng thì rộng hơn

Nhiều trạm gốc có thể kết nối lẫn nhau bằng cách sử dụng các liên kết Viba backhaul tốc độ cao Điều này cho phép các thuê bao Wimax chuyển vùng từ trạm gốc này đến khu vực trạm gốc khác, cũng tương tự như chuyển vùng trong mạng điện thoại tế bào

1.1.5 Ưu điểm của Wimax [6]

 Thông lượng: Với việc sử dụng các mô hình điều chế hết sức linh

hoạt và mạnh mẽ, Wimax có thể cung cấp thông lượng cao trong một phạm vi bao phủ rộng Các mô hình điều chế thích ứng động cho phép các BS cân

bằng giữa thông lượng và khoảng cách Ví dụ, giả dụ như lúc này đang sử dụng mô hình điều chế 64QAM, nếu với mô hình này, một BS không thể thiết lập một liên kết mạnh, tức là liên kết mà trên đó có thể thực hiện được việc truyền dữ liệu ở một mức tối thiểu có thể chấp nhận được, tới một thuê bao ở một khoảng cách nào đó, thì mô hình điều chế 16QAM hoặc QPSK sẽ được

sử dụng, đồng nghĩa với tốc độ giảm đi nhưng khoảng cách xa hơn Thông lượng lớn nhất trong Wimax có thể đạt được là khoảng 70Mbps trong điều kiện truyền tốt

 Khả năng mở rộng: Để thực hiện dễ dàng việc triển khai (cell

planning) ở cả dải tần cấp phép (licensed band) và dải tần miễn phí exempt), 802.16 cung cấp một cách linh động các độ rộng kênh truyền khác nhau Ví dụ, nếu một nhà điều hành được đăng kí 20MHz tần phổ, nhà điều hành đó có thể chia làm hai sector, mỗi sector 10MHz, hoặc là 4 sector, mỗi sector là 5MHz, điều này ưu việt hơn hẳn so với một số mạng băng rộng khác

(license-có độ rộng kênh cố định như WiFi Bằng việc tập trung công suất, nhà điều hành vẫn có thể đảm bảo được chất lượng, phạm vi bao phủ cũng như phần nào thông lượng Để mở rộng mạng, vung bao phủ, họ có thể sử dụng lại tần

số

 Phạm vi bao phủ: Để hỗ trợ một cách mạnh mẽ và linh động các mô

hình điều chế, Wimax cũng cung cấp rất nhiều các kĩ thuật làm tăng phạm vi bao phủ

 Chất lượng dịch vụ (QoS): Khả năng cung cấp dịch vụ voice là đặc

biệt quan trọng, nhất là trong môi trường toàn cầu như hiện nay Chính vì vậy Wimax cung cấp các thành phần đảm bảo QoS cho phép triển khai các dịnh

vụ voice, video với độ trễ thấp Tính năng request/grant trong lớp MAC của 802.16 cho phép một nhà điều hành có thể cung cấp đồng thời các dịch vụ với

độ đảm bảo khác nhau như dịch vụ T1 hoặc best-effort, giống như trong cable

 Bảo mật: Tính năng bảo mât được tích hợp sẵn trong 802.16 cung cấp

một cơ chế truyền thông tin cậy và an toàn 802.16 định nghĩa riêng một lớp con cho bảo mật thuộc lớp MAC gọi là lớp SS

1.2 CHUẨN IEEE 802.16

1.2.1 Chuẩn không dây toàn cầu [1], [2]

Có thể nhiều nhà cung cấp dịch vụ và vận hành còn xa lạ với chuẩn IEEE 802.16 (WiMAX) nhưng đây sẽ là công nghệ không dây mang tính cách mạng trong ngành công nghiệp dịch vụ không dây băng rộng Chuẩn 802.16, giao tiếp dành cho hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định còn được biết đến với tên chuẩn giao tiếp không dây IEEE WirelessMAN Chuẩn được thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tương

đương cáp, DSL, trục T1 phổ biến hiện nay

PAN

LAN MAN

WAN

IEEE 802.20

IEEE 802.16 Wireless MAN IEEE 802.11

HIPERPAN

ETSI HIPERLAN

ETSI HIPERMAN

& HIPERACCESS

3GPP EDGE (GSM)

Hình 1.1: Chuẩn không dây toàn cầu

Tháng 1/2003, IEEE cho phép chuẩn 802.16a sử dụng băng tần từ 2GHz đến 11GHz; rộng hơn băng tần từ 10GHz đến 66GHz của chuẩn

802.16 phát hành tháng 4/2002 trước đó Nhờ đặc tính không dây mà các nhà cung cấp dịch vụ và vận hành có thể triển khai đường trục dễ dàng, tiết kiệm chi phí đến những vùng địa hình hiểm trở, mở rộng năng lực mạng tại những tuyến cáp đường trục đang quá tải; đặc biệt đường phố không bị "đào lên lấp xuống" như hiện nay Thiết bị phát IEEE 802.16a có thể lắp ngay trên nóc tòa nhà chứ không cần đầu tư đặt trên tháp cao hoặc đỉnh núi như những công

nghệ khác Hệ thống 802.16a chuẩn có thể đạt đến bán kính 48km bằng cách liên kết các trạm có bán kính làm việc 6-9 km

1.2.2 Mô hình tham chiếu của chuẩn 802.16

Hình vẽ 1.2 mô tả các phân lớp trong 802.16 [2]

Cũng giống như các bộ chuẩn khác họ 802 của IEEE, 802.16 chỉ tập trung vào việc mô tả và chuẩn hóa hai lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý trong

mô hình OSI

Lớp MAC mô tả trong 802.16 bao gồm ba lớp con: lớp con hội tụ (CS), lớp con MAC (MCPS) và lớp con bảo mật (SS)

Lớp con CS cung cấp bất cứ việc chuyển đổi hoặc ánh xạ từ các mạng

mở rộng khác như ATM, Ethernet, thông qua một điểm truy nhập dịch vụ SAP Chính xác hơn, lớp này làm nhiệm vụ chuyển đổi các gói tin từ các định dạng của mạng khác thành các gói tin phù hợp với định dạng theo 802.16 và chuyển xuống cho lớp MCPS Cũng tại đây sẽ diễn ra sự phân lớp dịch vụ của các mạng ngoài để ánh xạ vào một dịch vụ thích hợp trong 802.16

Lớp con MCPS cung cấp các chức năng chính của lớp MAC, đó là các

chức năng như truy nhập, phân bố băng thông, thiết lập, quản lí kết nối Nó sẽ nhận dữ liệu từ các CS khác nhau để quản lí trong mộts kết nối MAC riêng Chất lượng dịch vụ cũng sẽ được áp dụng trong việc truyền và sắp xếp dữ liệu

Lớp con bảo mật SS cung cấp các cơ chế chứng thực, trao đổi khóa và

mã hóa

Hình 1.2: Mô hình tham chiếu của 802.16 Lớp vật lí bao gồm rất nhiều các định nghĩa khác nhau, mỗi cái thích hợp cho một dãy tần số và ứng dụng riêng

1.2.3 Các kiến trúc của chuẩn 802.16 [2]

Sự trao đổi giữa các BS và SS trong một vùng thường có mấy dạng kiến trúc là P2P, PMP và Mesh Kiến trúc P2P xảy ra khi chỉ có một BS và một SS, các kết nối xảy ra giữa từng cặp BS, SS Kiến trúc PMP là sẽ có một kết nối giữa một BS với nhiều SS khác nhau So với P2P thì PMP có khả năng phục vụ cao hơn, hiệu suất tốt nhưng phạm vi bao phủ thường hẹp hơn nhiều Kiến trúc PMP trong triển khai thường được tổ chức thành các vùng (sector)

và nó hỗ trợ tốt trong truyền thông multicast Truyền multicast có nghĩa là một bản tin từ một người gửi có thể truyền tới một nhóm người xác định

Lúc đầu thiết kế chưa có kiến trúc Mesh, sau này khi có thêm thiết kế

bổ sung 802.16a, kiến trúc Mesh đã được thêm vào Kiến trúc Mesh là kiến

trúc mà bao giờ cũng có một đường liên kết giữa hai điểm bất kì Hình 1.3 dưới đây minh họa ba loại kiến trúc

Hình 1.3: Các kiến trúc trong 802.16 Đối với PMP, sẽ có một BS làm trung tâm, làm nhiệm vụ phục vụ và quản lí đồng thời nhiều SS khác nhau trong một vùng Tại đường xuống, thông thường toàn bộ dữ liệu sẽ được phát quảng bá SS phân tích và kiểm tra xem dữ liệu nào trong số đó được gửi tới mình để thu nhận, tức là SS sẽ kiểm tra trường CID trong MAC PDU, nó sẽ chỉ chấp nhận xử lí những PDU có CID thích hợp Tại đường lên, việc truyền của SS sẽ tùy vào lớp dịch vụ mà

nó đăng kí

Sự khác biệt chủ yếu giữa kiến trúc dạng PMP và Mesh là ở trong PMP, dữ liệu chỉ được truyền giữa BS và SS còn trong Mesh thì dữ liệu có thể được truyền giữa các SS với nhau Với Mesh, một mạng (trong một vùng)

sẽ có chỉ một kết nối trực tiếp với vùng khác, trạm làm nhiệm vụ này được gọi là Mesh BS Còn tất cả những trạm khác đều gọi chung là Mesh SS và thông thường được gọi là các nút Trong Mesh có khái niệm Neighbour,

Neighbourhood, và Extended-Neighbourhood Neighbour của một nút là một nút có kết nối trực tiếp vào nút đó Neighbourhood của một nút là tập hợp các nút có kết nối trực tiếp vào nút đó Extended-Neighbourhood tính thêm cả các Neighbourhood của các Neighbour

Mặc dù 802.16 hỗ trợ cả ba kiểu kiến trúc trên nhưng PMP là kiến trúc được quan tâm nhất Kiến trúc này có một BS làm trung tâm sẽ cung cấp kết nối cho nhiều SS Trên đường xuống (downlink), dữ liệu đưa tới SS được hợp kênh theo kiểu TDM Các SS chia sẻ đường lên theo dạng TDMA

1.2.4 Những băng tần cơ bản được sử dụng trong chuẩn 802.16

 Băng tần 10GHz-66GHz: Băng tần này cung cấp một phương tiện

truyền dẫn mà ở đó tần số cao, bước sóng ngắn, yêu cầu là giữa trạm thu và phát phải ở trong tầm nhìn thẳng LOS do hiệu ứng đa đường ảnh hưởng đáng

kể tới việc truyền dẫn Ở trong băng tần này, độ rộng kênh truyền thông thường là 25MHz hoặc 28MHz Với tốc độ truyền dẫn lí thuyết là 120Mbps, môi trường này cũng khá thích hợp cho truyền thông PMP giữa các văn phòng lớn Mô hình điều chế đơn sóng mang được sử dụng ở trong băng tần này.[6]

 Băng tần 2-11GHz: Băng tần này gồm cả các dải tần phải đăng kí và

không phải đăng kí Nó là phương tiện truyền dẫn mà ở đó tần số thấp hơn, có bước sóng dài hơn Ở trong băng tần này LOS là không thực sự cần thiết, các hiệu ứng truyền sóng không trong tầm nhìn thẳng NLOS có thể khắc phục được Người ta sử dụng băng tần này với mục đích cung cấp các ứng dụng NLOS, có nghĩa là một loạt các kĩ thuật sẽ được bố sung để đạt được kết quả này [2] [6]

Hệ thống Wimax dải tần 2-11GHz sẽ được nghiên cứu cụ thể ở các chương sau của luận văn

1.3 KẾT LUẬN

Trong chương mở đầu này, chúng ta đã cùng tìm hiểu những khái niệm

cơ bản về Wimax, về chuẩn không dây toàn cầu 802.16 Trên cơ sở những đặc tính và ưu điểm của hệ thống Wimax trong thực tế triển khai, có thể

khẳng định rằng công nghệ Wimax là công nghệ cách mạng trong lĩnh vực không dây Việc ứng dụng và triển khai công nghệ Wimax tại Việt Nam là hoàn toàn cấp thiết, đúng với chủ trương “đi tắt đón đầu” trong Viễn thông và hoàn toàn phù hợp với hoàn cảnh kinh tế cũng như địa hình phức tạp, đa dạng của nước ta

Theo đó, Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu hệ thống Wimax trong dải tần 2-11GHz

Ch-¬ng II: Nghiªn cøu hÖ thèng FBWA - WiMAX d¶i tÇn 2-11GHz vµ nhiÔu cña hÖ thèng

2.1 tæng quan vÒ hÖ thèng WiMAX d¶i tÇn 2GHz -11GHz 2.1.1 Công nghệ không dây băng rộng

2.1.1.1 Nhu cầu sử dụng công nghệ băng rộng

Như chúng ta đã biết, theo phương phức truy nhập truyền thống mà hiện nay vẫn được sử dụng chủ yếu, đặc biệt là tại Việt Nam là dùng cặp cáp đồng làm phương tiện truyền dẫn, như vậy mỗi thuê bao cần có một lượng khá lớn cáp đồng kết nối với tổng đài Mạng truy nhập truyền thống vốn được thiết kế cho việc truyền thông tín hiệu thoại, nó sử dụng chủ yếu là tín hiệu tương tự với dải tần hẹp (0,3 – 3,4KHz), chỉ thích hợp cho các cuộc gọi ngắn

cỡ vài phút Các cuộc gọi dài sẽ gây ra quá tải và tắc nghẽn trên mạng Các thành phần, thiết bị của nó cũng chỉ được xây dựng để thích ứng với các điều kiện này Điều này đã làm cho mạng truy nhập có hiệu suất rất thấp

Băng tần của các đường dây cáp đồng không được khai thác triệt để, gây ra lãng phí lớn Các đường dây cáp đồng có băng tần cỡ MHz nhưng chỉ được sử dụng một lượng rất nhỏ, từ 0,3 đến 3,4KHz Với băng tần 0,3 – 3,4 KHz, về mặt lí thuyết 33,6Kbps là tốc độ tối đa có thể đạt được Sau này một

số công ty chế tạo Modem tìm cách lách khỏi các mạch lọc và có thể đưa tốc

độ đường truyền lên tới 56Kbps theo chiều từ ISP về thuê bao nhưng chiều ngược lại thì vẫn chỉ có 33,6Kbps

Ngày nay, nhu cầu của khách hàng ngày càng cao gia tăng Người tiêu dùng không đơn thuần chỉ muốn truyền email, văn bản text, fax,… mà họ mong muốn sử dụng các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh, hình ảnh… Khi đó tốc độ 33,6Kbps, thậm chí 56Kbps không thể đủ để triển khai các dịch

vụ loại này

Hiện tại, khi mà tốc độ của mạng lõi đã được tăng đáng kể, khả năng

xử lí tại đấu cuối phía khách hàng cũng ngày một mạnh thì việc mạng truy nhập vẫn hạn chế như vậy sẽ gây ra hiện tượng ngẽn cổ chai (bottleneck) Vấn

đề được đặt ra là cần phải cải thiện nốt mạng truy nhập để nó đáp ứng được nhu cầu của cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng

Công nghệ băng rộng chính là các công nghệ sinh ra để giải quyết vấn

đề của mạng truy nhập Đó là thuật ngữ chỉ bất kì loại truy cập internet tốc độ cao nào Công nghệ băng rộng cho phép các cá nhân hoặc tổ chức có thể truy cập internet cả 24 giờ trong một ngày, tạo môi trường cho việc sử dụng hoặc cung cấp các dịch vụ chất lượng cao.[3]

2.1.1.2 Các công nghệ không dây

Công nghệ WWAN - Wide Wireless Area Network: Đặc điểm của mạng WAN đó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng địa lý rộng lớn

Có thể là một khu vực rộng, một quốc gia, thậm chí toàn cầu Chính vì vậy, mạng này ra đời chủ yếu với mục đích xây dựng nên các hệ thống thông tin di động Kể từ khi ra đời từ năm 80 tới nay, các mạng di động đã phát triển hết sức nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu Kết quả thống kê ở một số nước cho thấy số lượng các thuê bao di động đã vượt xa các thuê bao cố định Trong tương lai, con số này sẽ vẫn tăng cùng với nhu cầu của thuê bao Điều này đã khiến cho các nhà khai thác cũng như các tổ chức viễn thông không ngừng nghiên cứu, cải tiến, đưa ra các giải pháp kĩ thuật nhằm nâng cao khả năng của mạng di động Cho đến nay, mạng WWAN đã trải qua 3 thế hệ với các giai đoạn khác nhau Và mỗi thế hệ đều có những cải tiến vượt bậc so với thế

Hệ thống thông tin di động thứ 2 (2G)

Hệ thống mạng 2G được triển khai vào năm 1990 và hiện nay vẫn được

sử dụng rộng rãi Là một mạng thông tin di động số băng hẹp, sử dụng phương pháp chuyển mạch (circuit switching) là chủ yếu Phương pháp đa truy cập TDMA (Time Division Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access) được sử dụng kết hợp FDMA Hệ thống mạng di động 2G

sử dụng cho dịch vụ thoại và truyền số liệu

Hệ thống mạng 2G bao gồm các hệ thống như PCS (Personal

Communication System), TDMA(Time Division Multiple Access), CDMA

(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile

Các hệ thống mạng 2.5G gồm có GPRS (Generic Packet Radio Services), EDGE (Enhanced Data Rate for Global Evolution)

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)

Đây là thế hệ thông tin di động số cho phép chuyển mạng bất kỳ, có khả năng truyền thông đa phương tiện chất lượng cao Các hệ thống 3G được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp với TDMA, có khả năng cung cấp một băng tần rộng theo yêu cầu, do đó có thể hỗ trợ các dịch vụ có nhiều tốc độ khác nhau Ở thế hệ thứ 3, các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn chung duy nhất và phục vụ lên đến 2Mbps Mặc dù 3G được tính toán sẽ là một chuẩn mang tính toàn cầu nhưng chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng cho hệ thống này rất tốn kém

Các hệ thống mạng 3G gồm WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)

Công nghệ WMAN: Đặc điểm của công nghệ này là phạm vi bao phủ

của nó từ vài đến vài chục km Công nghệ này thích hợp cho việc triển khai các ứng dụng trong phạm vi một thành phố, hoặc một vùng ngoại ô,… Công nghệ này đặc biệt có ý nghĩa trong việc đưa thông tin tới các vùng sâu, vùng

xa hoặc những nơi mà việc đi cáp đến thực sự khó khăn Hiện nay có hai tổ chức chính thực hiện việc chuẩn hóa công nghệ này là IEEE với 802.16 và ETSI với HiperAccess/HiperMAN

Công nghệ WLAN: WLAN là hệ thống liên kết, chia sẻ và trao đổi dữ

liệu giữa các máy tính sử dụng sóng radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thế mạng LAN truyền thống Tổ chức chuẩn hóa các mạng WLAN chủ yếu vẫn là IEEE và ETSI Các hệ thống WLAN có thể đạt tới tốc độ hàng chục Mbps trong khoảng cách vài chục mét Thiết bị WLAN đã được lắp đặt tại nhiều địa điểm nhất là những nơi tập trung dân cư như khách sạn, trạm, nhà ga,…

Một số lợi ích cơ bản của WLAN là: cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, thiết lập được mạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém Bên cạnh đó, việc cài đặt mạng WLAN cũng khá dễ dàng và công nghệ WLAN cũng rất dễ hiểu và dễ sử dụng LAN và WLAN chỉ khác nhau ở một

số đặc điểm nhưng nhìn chung tất cả những công nghệ áp dụng trong LAN thì cũng đều đều áp dụng được cho WLAN Chúng có các tính năng giống nhau

và thường được nối chung với mạng Ethernet đi dây

WLAN ngày càng phát triển theo xu hướng “nhanh hơn, tốt hơn, rẻ hơn”, tốc độ của WLAN đã lên tới vài chục Mbps, khoảng cách hàng kilomet còn giá thành thì ngày càng giảm Thậm chí sự phát triển của nó đã làm nó vượt khỏi ranh giới mạng LAN thông thường

Ở Việt Nam hiện nay, WLAN vẫn chưa phát triển, chỉ có một số rất ít nơi lắp đặt hệ thống WLAN do cơ sở hạ tầng, giá thành chưa phù hợp Nhưng

trong tương lai không xa, WLAN sẽ là một công nghệ thay thế cho các công nghệ LAN truyền thống

Công nghệ WPAN: Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của

khoa học, công nghệ, sự ra đời của các thiết bị ngoại vi cho máy tinh, các thiết bị hỗ trợ cá nhân ngày càng nhiều, nhu cầu trao đổi, chia sẻ thông tin giữa chúng cũng ngày càng trở nên cần thiết Các thiết bị này có đặc điểm là đơn giản, chuyên dụng, không đòi hỏi tốc độ quá cao, khả năng xử lí phức tạp cho nên việc sử dụng các công nghệ mạng có sẵn thực hiện những giao tiếp này trở nên đắt tiền và không phù hợp Mạng PAN ra đời cũng nhằm đáp ứng những đòi hỏi đó

PAN là một mạng kết nối giữa các thiết bị ở rất gần với nhau cho phép chúng chia sẻ thông tin và các dịch vụ Điểm đặc biệt của mạng này là được ứng dụng trong khoảng cách rất ngắn, thông thường chỉ khoảng vài mét, công suất rất nhỏ,… nó rất thích hợp để nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính Các mạng PAN cũng được dùng để giao tiếp giữa các thiết bị cá nhân như điện thoại, PDA,… hoặc để kết nối với các mạng cấp cao hơn như mạng LAN, WAN, thậm chí cả Internet Những ứng dụng thường thấy hiện nay của WPAN là trong không gian văn phòng Các thiết bị điện tử trong mạng có thể

là máy tính để bàn, máy tính di động, máy in, các thiết bị cầm tay, điện thoại

di động, máy nhắn tin,…

Các công nghệ về WPAN có rất nhiều với nhiều loại và đa dạng được phân ra làm hai loại, một loại dùng sóng hồng ngoại để truyền và một loại dùng sóng radio để truyền

Công nghệ IrDA

IrDA là công nghệ không dây sử dụng sóng hồng ngoại được phát triển bởi Infrared Data Association Tổ chức gồm hơn 160 thành viên trên khắp thể giới lập ra nhằm xây dựng một bộ giao thức chuẩn cho việc truyền thông giá

rẻ, khoản cách ngắn sử dụng sóng hồng ngoại thay thế cho các dây cáp trong các văn phòng, nhà, trường học

IrDA được thiết kế có tốc độ từ 9600bps đến 1Mbps trong phạm vi khoảng 1 đến 2 mét, ngày nay nó đã được cải thiện lên tới 4Mbps thậm chí

cao hơn và khoảng cỏch cũng được tăng lờn Cỏc thiết bị muốn sử dụng trao đổi thụng tin thụng qua cỏc cổng IrDA phải được đặt sao cho chỳng cú thể nhỡn thấy nhau, gúc nhỡn thẳng này nằm trong khoảng 30o Việc trao đổi thụng tin thụng qua IrDA cú tốc độ khỏ cao, xử lớ đơn giản, thuận tiện lại cú giỏ thành rẻ Chớnh vỡ thế IrDA đó được tớch hợp trong rất nhiều cỏc thiết bị như mỏy xỏch tay, cỏc mỏy PDA, thiết bị ngoại vi,… Tuy nhiờn, IrDA cũng chưa đỏp ứng được những nhu cầu ngày càng gia tăng của người dựng do những hạn chế về cơ chế cũng như điều kiện truyền

sử dụng súng hồng ngoại để truyền tin, cụng nghệ bluetooth lại sử dụng súng radio cú băng tần khoảng 2,4GHz (từ 2400MHz đến 2483.5MHz), với băng tần này tốc độ của bluetooth cú thể đạt tới khoảng 700Kbps trong phạm vi khoảng 10 một Bluetooth sử dụng súng radio để truyền, ưu điểm của nú so với IrDA chớnh là khả năng đõm xuyờn tốt hơn của súng radio so với súng hồng ngoại

Hiện nay đó xuất hiện một số cụng nghệ WPAN mới ưu việt hơn hẳn so với IrDA và Bluetooth Cỏc chuẩn này về cơ bản vẫn dựng súng radio để truyền nhưng sử dụng những kĩ thuật mới cho phộp tăng tốc độ truyền lờn vụ cựng lớn như cụng nghệ Wireless USB 480Mbps

2.1.2 Hệ thống FBWA - WiMAX dải tần 2-11GHz [2] [6]

WiMAX là công nghệ mới do tổ chức IEEE phát triển tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến ngoài trời băng rộng Với việc cung cấp khả năng kết nối băng rộng không dây, công nghệ WiMAX cho phép thúc đẩy

sự phát triển công nghệ mới WiMAX (chuẩn 802.16) là công nghệ không dây mang tính cách mạng trong ngành công nghiệp dịch vụ không dây băng rộng Chuẩn 802.16, giao tiếp dành cho hệ thống truy cập không dây băng rộng cố

định FBWA Nhờ đặc tính không dây mà các nhà cung cấp dịch vụ và vận hành có thể triển khai đ-ờng trục dễ dàng, tiết kiệm chi phí đến những vùng

địa hình hiểm trở, mở rộng năng lực mạng tại những tuyến cáp đ-ờng trục quá tải; đặc biệt đ-ờng phố không bị "đào lên lấp xuống' nh- hiện nay Hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định FBWA chuẩn có thể đạt đến bán kính 48km bằng cách liên kết các trạm có bán kính làm việc 6-9km

2.1.2.1 Tổng quan hệ thống FBWA - WiMAX dải tần 2-11GHz

Truy cập không dây băng rộng BWA nói chung chỉ ra các hệ thống vô tuyến cố định để chuyển các dịch vụ băng rộng giữa ng-ời dùng và các mạng lõi Băng rộng có nghĩa là khả năng phân bố băng thông đáng kể tới mỗi ng-ời dùng Truyền dẫn băng rộng nói chung chỉ tốc độ truyền dẫn lớn hớn 1.5Mbit/s, qua các mạng BWA cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều.Các mạng hoạt động trong suốt, vì vậy mà ng-ời dùng không nhận biết đ-ợc là các dịch vụ đ-ợc phân bố bằng sóng

Mạng FBWA điển hình cung cấp kết nối tới nhiều ng-ời dùng trong vùng phủ sóng của mạng Nó cung cấp vùng băng thông, tự động chia sẻ giữa những ng-ời sử dụng Nhu cầu từ những ng-ời dùng khác nhau th-ờng t-ơng quan thấp, cho phép mạng phân phối nhu cầu băng thông đáng kể tới nhiều ng-ời dùng với mức hiệu quả phổ tần cao Triển khai tái sử dụng tần số một cách đáng kể

Phạm vi của các ứng dụng là rất rộng và tiến triển rất nhanh Nó bao gồm thoại, dữ liệu và các dịch vụ giải trí Mỗi thuê bao (chẳng hạn nh- khách hàng) có thể yêu cầu một hỗn hợp các dịch vụ khác nhau Hỗn hợp này có khả năng thay đổi nhanh khi các kết nối đ-ợc thiết lập và kết cuối Luồng l-u l-ợng có thể là vô h-ớng, không đối xứng, hoặc đối xứng, thay đổi theo th-ời gian Trong một vài địa hình, các hệ thống phân bố các dịch vụ này đ-ợc chỉ

ra nh- các hệ thống không dây đa ph-ơng tiện (MWS) để mang lại sự hợp nhất giữa các dịch vụ viễn thông truyền thống và các dịch vụ giải trí

Các hệ thống vô tuyến này cạnh tranh với các hệ thống có dây và không dây kháctrong kết nối "first mile" tới các dịch vụ Sử dụng các kỹ thuật vô tuyến hoặc không dây trong một số lợi ích, bao gồm triển khai nhanh và chi phí trả tr-ớc t-ơng đối thấp

2.1.2.2 Kiến trúc hệ thống

Các hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định Wimax triển khai các cấu trúc đa điểm MP

MP gồm điểm tới đa điểm và mesh (mắt l-ới).Chuẩn 802.16a có đầy đủ

đặc điểm của hệ thống PMP (2-66GHz) và mesh (2-11GHz)

Các hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định điển hình gồm các trạm cơ sở BS, các trạm thuê bao SS, các thiết bị đầu cuối TE, thiết bị mạng lõi, các liên kết giữa các cell, các trạm lặp RS và thiết bị khác Sơ đồ hệ thống FBWA tham khảo đ-ợc thể hiện trong hình I.1

Hình 2.1 Sơ đồ mô hình hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định Sơ đồ này chỉ ra mối quan hệ giữa các thành phần của hệ thống BWA Các hệ thống BWA có thể là đơn giản hơn nhiều và chỉ có một vài thiết bị mạng đ-ợc thể hiện trong hình 2.1 Một hệ thống FBWA Wimax gồm ít nhất

1 BS và một số SS Trong hình 2.1, các liên kết không dây đ-ợc thể hiện theo

đ-ờng zigzag kết nối các thành phần hệ thống

Các liên kết giữa các cell có thể sử dụng không dây, sợi quang, dây

đồng để việc kết nối giữa hai hay nhiều BS đ-ợc thực hiện dễ dàng Trong một vài tr-ờng hợp, các liên kết giữa các cell sử dụng các sóng vô tuyến điểm - đa

điểm PTP trong băng cung cấp khả năng hành trình ng-ợc không dây giữa các

BS tại các tốc độ nằm trong phạm vi từ 44Mbit/s đến 155Mbit/s Các liên kết PTP nh- vậy có thể hoạt động trên PMP cấp phép

Một vài hệ thống triển khai các trạm lặp RS Trong một hệ thống PMP, các RS th-ờng đ-ợc dùng để cải thiện việc bao phủ tới các vị trí mà các BS không có LOS nẳm trong vùng bao phủ của chúng, hoặc để mở rộng vùng bao phủ của 1 BS riêng biệt nằm xa hơn phạm vi truyền dẫn thông th-ờng Một trạm lặp RS có thể hoạt động trên các tần số đ-ờng xuống giống nh- các tần

số mà nó sử dụng, h-ớng vê phía BS hoặc có thể sử dụng các tần số khác nhau (tức là giải điều chế và điều chế lại l-u l-ợng trên các kênh khác nhau) Trong các hệ thống MP-MP hầu hết các trạm là RS đều cung cấp các kết nối cho các thuê bao cục bộ

Ranh giới của mạng FBWA là tại các điểm giao diện F và G trong hình 2.1 Các giao diện F là các điểm kết nối tới các mạng lõi và th-ờng đ-ợc chuẩn hoá Các giao diện G, giữa các SS và thiết bị kết cuối có thể đ-ợc chuẩn hoá hoặc độc quyền

Mô hình hệ thống PMP

Các hệ thống PMP gồm các BS, SS và có cả RS (trong một vài tr-ờng hợp) Các BS sử dụng các anten chùm tia rộng, đ-ợc chia thành một hoặc nhiều sector có vùng bao phủ lên tới 3600 với một hoặc nhiều anten Kết nối giữa các BS không phải là một phần của mạng FBWA, để đạt đ-ợc điều này phải sử dụng các liên kết vô tuyến, sợi, sội quang hoặc các ph-ơng tiến t-ơng

đ-ơng

Các liên kết giữa các BS có thể sử dụng phần phân bố tần số giống nhau Việc định tuyến tới BS thích hợp là một chức năng của mạng lõi CáC SS sử dụng các anten có h-ớng, nhìn về phía BS và chia sẻ việc sử dụng kênh vô tuyến Có đ-ợc điều này bằng nhiễu ph-ơng pháp truy cập, gồm phân chia tần

số (trực giao), phân chia thời gian, hoặc phân chia mã

Mô hình hệ thống mesh

Các hệ thống mesh có tính năng giống nh- các hệ thống PMP Các BS cung cấp các kết nối tới mạng lõi trên một vùng và kết nối vô tuyến tới các trạm khác trên vùng khác Một SS có thể là kết cuối vô tuyến hoặc (điển hình hơn) là một RS với truy cập l-u l-ợng cục bộ L-u l-ợng có thể qua một hoặc nhiễu trạm RS để tới một SS

Đối với sóng milimet giữa các BS, các hệ thống anten đáp ứng AA có thể đ-ợc thực hiện để cải thiện hoạt động Đối với sóng milimet giữa các SS trong hệ thống PMP, các phân hệ anten có tính định h-ớng cao, nh-ng vẫn không bằng so với sóng vi ba giữa các SS trong hệ thống PMP để cho phép hoạt động gần tầm nhìn thẳng LOS và/hoặc không LOS (NLOS) tới một vài vùng Sóng milimet giữa các SS trong mạng mesh sử dụng anten toàn h-ớng

2.2 Tổng quan về can nhiễu giữa các hệ thống truy cập không dây băng rộng Wimax dải tần 2-11GHz

2.2.1 Các loại nhiễu trong hệ thống truyền tin vô tuyến [5],[8],[9]

Nhiễu là một dạng tạp âm gây nhiễu, làm giảm giá trị hoặc sai lạc tín hiệu thông tin mong muốn Nhiễu là nhân tố giới hạn chính đối với hiệu năng hoạt động của các hệ thống truyền tin vô tuyến, thông tin di động Nhiễu ở kênh tiếng dẫn đến xuyên âm khi thuê bao nghe thấy nhiễu nền do truyền dẫn không mong muốn gây nên Trên các kênh điều khiển thì nhiễu dẫn đến mất hoặc chặn các cuộc gọi do sai lỗi trong các báo hiệu số Nhiễu đặc biệt nghiêm trọng trong môi tr-ờng thành phố do tạp âm nền lớn và do có nhiều trạm gốc, nhiều nhà khai thác cùng một lúc trên một phạm vi hẹp Nhiễu đ-ợc nhận biết nh- là nút cổ trai chính khi tăng dung l-ợng và tăng chất l-ợng tín hiệu, dữ liệu

Nhiễu đ-ợc chia thành hai loại chính

- Nhiễu do các hiện t-ợng tự nhiên, nhiễu này không nằm trong khả năng của chúng ta để loại trừ

- Nhiễu do con ng-ời tạo ra: nhiễu này có thể đ-ợc điều khiển và làm giảm

Nhiễu gồm một số loại cơ bản sau: nhiễu đồng kênh, nhiễu kênh lân cận, nhiễu ký tự ISI, hiệu ứng gần - xa

2.2.1.1 Nhiễu đồng kênh

Nhiễu đồng kênh đ-ợc định nghĩa nh- là các tín hiệu gây nhiễu có cùng tần số sóng mang giống nh- tín hiệu thông tin có ích Trong một vùng phủ sóng cho tr-ớc, nhiều trạm sử dụng cùng một tần số Các ô của các trạm này

đ-ợc gọi là các ô đồng kênh Khi khoảng cách không gian giữa các ô đồng kênh không đủ sẽ gây nên nhiễu đồng kênh Để giảm nhiễu đồng kênh này, các ô đồng kênh phải đ-ợc đặt phân vật lý một khoảng cách tối thiểu để đảm bảo cách ly cần thiết về truyền sóng Làm đ-ợc điều này đòi hỏi nhà khai thác mạng phải có một kế hoạch tái sử dụng tần số một cách hợp lý

Đối với tr-ờng hợp hai nhà khai thác hoạt động tại 2 vùng lân cận nhau

mà có cùng tần số cũng gây nhiễu lên nhau Làm thế nào để hai nhà khai thác

có thể hoạt động đ-ợc tốt mà không ảnh h-ởng đến đối ph ơng Phần sau luận án này sẽ nêu chi tiết nhiễu đồng kênh giữa hai hệ thống và cách phối hợp hoạt động giữa chúng nhằm đảm bảo cả hai mạng hoạt động đ-ợc tốt nhất

Nhà khai thác 1 Nhà khai thác 2

f f

Hình 2.2: Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng tần số ở 2 vùng lân cận nhau

2.2.1.2 Nhiễu kênh lân cận

Nhiễu gây ra bởi các tín hiệu của các tần số lân cận đ-ợc gọi là nhiễu kênh lân cận Nhiễu kênh lân cận có hai loại là nhiễu trong băng và nhiễu ngoài băng Nhiễu trong băng xảy ra khi trung tâm của băng thông tín hiệu gây nhiễu nằm trong băng thông của tín hiệu mong muốn Nhiễu ngoài băng xảy ra khi trung tâm của băng thông tín hiệu gây nhiễu nằm ngoài băng thông tín hiệu mong muốn

Nhiễu kênh lân cận gây ra do các bộ lọc của máy thu không hoàn hảo dẫn đến các tần số bị rò rỉ vào băng tần Ta có thể giảm thiểu nhiễu kênh lân cận bằng cách lọc cẩn thận và ấn định kênh Vì mỗi ô đ-ợc phân bổ một phần các kênh khả dụng, không nên ấn định các kênh lân cận cho một ô Nh- vậy thay vì phân bổ kênh ở một dạng băng tần liên tục cho một ô, các kênh cần

đ-ợc phân bổ sao cho phân cách tần số giữa chúng là cực đại Tr-ờng hợp nhiễu kênh lân cận còn xảy ra khi hai nhà khai thác hoạt động trong cùng một vùng có tần số kề nhau Nó sẽ dẫn đến làm giảm chất l-ợng hoạt động của cả hai hệ thống Chi tiết vấn đề nhiễu kênh lân cận giữa các hệ thống hoạt động tại băng tần 2-11 GHz sẽ đ-ợc trình bày ở các phần tiếp theo của luận án

Nhà khai thác 1 Tần số f1

Nhà khai thác 2 Tần số f2

Hình 2.3: Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng vùng kênh lân cận

2.2.1.3 Nhiễu ký tự ISI

Trong viễn thông nói chung và trong hệ thống truyền dẫn không dây nói riêng, nhiễu kí tự (intersymbol interference) là một kiểu méo dạng tín hiệu mà một kí tự gây nhiễu cho các kí tự tiếp theo Đây là một hiện t-ợng không mong muốn vì các kí tự tr-ớc có ảnh h-ởng giống nh- tạp âm, vì vậy làm cho việc truyền thông giảm độ tin cậy ISI th-ờng gây ra bởi truyền lan đa đ-ờng

và đáp ứng tần số không tuyến tính kế thừa của một kênh truyền Các cách để chống lại nhiễu kí t-h bao gồm việc cân bằng t-ơng thích và các mã sửa lỗi

Các nguyên nhân:

+ Truyền dẫn đa đ-ờng

+ Các kênh có băng thông giới hạn

H×nh 2.4: C¸c mÉu m¾t

H×nh2.5: Kh«ng gian nhiÔu ký tù

đ-ờng truyền tại khoảng cách d2

2.2.2 Nhiễu giữa các hệ thống FBWA dải tần 2-11GHz [2], [9]

2.2.2.1 Các loại nhiễu chính trong FBWA dải tần 2-11GHz

Nhiễu giữa các hệ thống BWA dải tần 2-11GHz có thể đ-ợc chia thành

2 loại chính: nhiễu đồng kênh và nhiễu ngoài kênh Hai loại này đ-ợc thể

hiện trong hình 2.6

Hình 2.6: Các dạng nhiễu

Hình 2.6 minh hoạ phổ công suất của tín hiệu mong muốn và nhiễu

đồng kênh Băng thông kênh của nhiễu đồng kênh có thể là rộng hơn hoặc hẹp hơn tín hiệu mong muốn Trong tr-ờng hợp nhiễu đồng kênh rộng hơn (nh- trong hình vẽ), chỉ một phần công suất của nó nằm trong băng thông bộ lọc bên thu Trong tr-ờng hợp này, nhiễu có thể đ-ợc đánh giá bằng cách tính công suất đến anten thu (Rx) nhân với một hệ số bằng tỷ số băng thông của bộ lọc trên băng thông của nhiễu

Nhiễu ngoài kênh cần đ-ợc xác định theo hai bộ tham số để tính tổng mức nhiễu Hai bộ tham số cần đ-ợc xét đến:

- Một phần búp bên phổ của nhiễu hoặc mức sàn tạp âm đầu ra của bên phát làm giảm tín hiệu đồng kênh thành tín hiệu mong muốn; chẳng hạn nh- nằm trong băng thông của bộ lọc bên thu Điều này có thể đ-ợc xem nh- nhiễu đồng kênh Nó không thể đ-ợc loại bỏ tại phía thu, mức độ của nó đ-ợc xác định tại bên phát gây nhiễu Bằng cách xác định mật độ công phổ công suất PSD của các búp bên và mức sàn tạp âm đầu ra với mức búp chính của tín hiệu, thì dạng nhiễu này có thể đ-ợc tính xấp xỉ theo cách t-ơng tự nh- tính toán nhiễu đồng kênh, với một hệ số suy giảm phụ do loại bỏ năng l-ợng phổ búp chính của tín hiệu gây nhiễu

- Búp chính của bên gây nhiễu không đ-ợc loại bỏ hoàn toàn bởi bộ lọc bên thu chịu nhiễu Thực tế không có bộ lọc thu lý t-ởng nên công suất còn d- lại qua dải chặn của bộ lọc, có thể đ-ợc xem nh- là tạp âm trắng tạo thành nhiễu đồng kênh Mức độ của dạng nhiễu này đ-ợc xác định trên cơ sở hoạt

động của bên thu chịu nhiễu trong việc loại bỏ các tín hiệu nhiễu ngoài kênh,

đôi khi giống nh- mức "khoá" (blocking) máy thu Dạng nhiễu này có thể là

đ-ợc đánh giá đơn giản theo cách t-ơng tự cách tính toán nhiễu đồng kênh, với một hệ số suy giảm phụ do việc bỏ băng chặn của bộ lọc tại tần số tín hiệu gây nhiễu

Các thông số định l-ợng đầu vào thiết bị đ-ợc yêu cầu để xác định dạng nhiễu nào của nhiễu ngoài kênh chiếm -u thế

2.2.2.2 Các mức nhiễu có thể chấp nhận

Một thuộc tính cơ bản của bất cứ hệ thống FBWA nào là vốn dự trữ suy hao của nó, trong đó phạm vi của hệ thống đ-ợc tính cho một khả năng cho

tr-ớc, với fading m-a cho tr-ớc để đảm bảo duy trì độ tin cậy của hệ thống Trong tr-ờng hợp xấu nhất, xét đến cả suy hao do m-a thì tín hiệu bên thu mong muốn sẽ giảm cho đến khi bằng với tạp âm nhiệt bên thu, kTBF, (trong

đó k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ, B là băng thông bên thu và F là tạp

âm bên thu), cộng với tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của bên thu Có một cách để xem xét nhiễu là xác định C/(N+I), tỷ lệ sóng mang trên tổng tạp âm và nhiễu

Ví dụ: xem xét một bộ thu với tạp âm = 6dB Tạp âm nhiệt bên thu là 138dBW trên 1MHz Mức nhiễu -138dBW trong 1 MHz là gấp đôi tổng tạp

-âm, hoặc làm giảm vốn dự trữ suy hao bằng 3dB Mức nhiễu -144dBW trong 1MHz, d-ới tạp âm nhiệt bên thu 6dB, có thể làm tăng tổng tạp âm lên 1dB bằng -137dBW trong 1MHz, làm giảm vốn dự trữ suy hao xuống 1dB

Đối với tạp âm bên thu cho tr-ớc và tăng ích anten theo h-ớng cho tr-ớc thì việc làm giảm vốn dự tr- suy hao có thể liên quan tới dung sai mật

độ thông l-ợng công suất (PFD) thu đ-ợc Lần l-ợt, dung sai này có thể trở thành các khoảng cách tách biệt đối với nhiều dạng mô hình

2.2.2.3 Các đ-ờng truyền nhiễu