TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIMAX

Nội dung chương này giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMAX, gồm có:

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIMAX

1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG:

Nội dung chương này giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMAX, gồm có:

 Khái niệm WiMAX

 Hoạt động của hệ thống WiMAX

 Các đặc điểm của WiMAX

 Các chuẩn của WiMAX

 Các băng tần của WiMAX

 Ưu nhược điểm của WiMAX

 Nhu cầu và hiện trạng các hệ thống truy nhập băng rộng tại Việt Nam

 Quá trình truy nhập mạng

 Mô hình ứng dụng hệ thống WiMAX

1.2 KHÁI NIỆM WiMAX:

WiMAX ( Worldwide Interoperability for Microwave Access – Khả năng

tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là công nghệ truy cập vô tuyến kết nối băngthông rộng ở khoảng cách lớn WiMAX được hình thành từ họ tiêu chuẩn IEEE802.16 Họ 802.16 này đưa ra những tiêu chuẩn, chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trunggiải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến băng ở giải tần số 10GHz–66GHz vàdưới 11 GHz

Hình 1.1 – Mô hình hệ thống WiMAX.

Giao diện vô tuyến bao gồm:

 Lớp vật lý PHY

 Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC

WiMAX là một công nghệ cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuốinhư một phương thức thay thế cho cáp và đường truyền thuê bao kĩ thuật số (DSL –Digital Subscriber Line) WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến:

 Cố định (fixed): thiết bị của người sử dụng là cố định tại một vị trí trongsuốt thời gian đăng ký hoạt động và luôn kết nối với cùng ô trạm gốc (sector)

 Lưu động (nomandic): thiết bị của người sử dụng là cố định tại một vị trítrong thời gian diễn ra việc kết nối mạng Nếu người sử dụng di chuyển đến một vịtrí khác, chẳng hạn ô trạm gốc (sector) khác, trong vùng một mạng thì thiết bị củangười sử dụng sẽ được nhận dạng và có thể thiết lập kết nối với mạng Khi kết nối,thiết bị người sử dụng có thể lựa chọn trạm gốc tốt nhất

 Xách tay (portable): thiết bị của người sử dụng luôn luôn kết nối với mạngkhi người sử dụng di chuyển với tốc độ đi bộ trong vùng phủ sóng của mạng

 Di động (mobile): với khả năng phủ sóng của một trạm anten phát lên đến50km dưới điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS – Line Of Sight) và bán kính lên tới 8kmkhông theo tầm nhìn thẳng (NLOS – None Line Of Sight), thiết bị của người sửdụng luôn được kết nối khi người sử dụng di chuyển với tốc độ cao trong vùng phủsóng của mạng Chức năng chuyển vùng cho phép việc kết nối được liên tục đối vớimọi loại ứng dụng

Trong đó, hai loại WiMAX được ứng dụng hiện nay gồm:

 WiMAX cố định (Fixed WiMAX)

 WiMAX di động (Mobile WiMAX)

1.3 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG WIMAX:

Hình 1.2 – Mô hình hệ thống WiMAX.

Các trạm phát được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường truyềnInternet tốc độ cao hay kết nối tới các trạm khác như là trạm trung chuyển theo tầmnhìn thẳng (LOS) nên WiMAX có thể phủ sóng đến những khu vực xa

Các anten thu và phát có thể trao đổi thông tin qua qua các tầm nhìn thẳngLOS hay không theo tầm nhìn thẳng NLOS Trong trường hợp tầm nhìn thẳng LOS,các anten được đặt cố định tại các điểm trên cao, tín hiệu trong trường hợp này ổnđịnh và đạt tốc độ truyền tối đa Băng tần sử dụng có thể ở tần số cao, khoảng66GHz, vì ở tần số này ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sửdụng lớn Một đường truyền LOS yêu cầu phải có đặc tính là toàn bộ miền Fresnelthứ nhất không hề có chướng ngại vật, nếu đặc tính này không được bảo đảm thìcường độ tín hiệu sẽ suy giảm đáng kể Không gian miền Fresnel phụ thuộc vào tần

số hoạt động và khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu

Hình 1.3 - Truyền sóng trong trường hợp tầm nhìn thẳng LOS

Miền Fresnel: F= 17.32 x C x

D f

d d C





32.13

xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích

1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA WIMAX:

WiMAX đã được tổ chức IEEE chuẩn hoá (IEEE 802.16) có các đặc điểm sau:

 Khoảng cách giữa trạm phát và thu có thể tới 50km

 Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70 – 108 Mbit/s

Trang 4

 Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìnthẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền không theo tầm nhìn thẳng NLOS (NonLine of Sight).

 Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz

 Trong WiMAX hướng truyền được chia thành đường lên (uplink) vàđường xuống (downlink) Uplink có tần số thấp hơn downlink và đều sử dụng côngnghệ OFDM để truyền OFDM trong WiMAX sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang,trong đó có 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con mỗikênh con tương đương với 48 sóng mang

 Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thànhnhiều băng tần con 1,75MHz Mỗi băng tần con này được chia nhỏ hơn nữa nhờcông nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiềukênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần Công nghệnày được gọi là công nghệ đa truy nhập OFDMA

 Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp: Lớpcon hội tụ đặc tả dịch vụ (Service-specific Convergency Sublayer) , lớp con phầnchung MAC, lớp con bảo mật và lớp vật lý (Physical) Các lớp này tương đương vớihai lớp dưới của mô hình OSI và được chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứngdụng lớp trên

Hình 1.4– Mô hình phân lớp WiMAX so sánh với mô hình OSI.

Công nghệ WiMAX là giải pháp cho nhiều loại ứng dụng băng rộng tốc độcao cùng một thời điểm với khoảng cách xa và cho phép các nhà khai thác dịch vụhội tụ tất cả trên mạng IP để cung cấp các dịch vụ “3 cung”: dữ liệu, thoại và video WiMAX cũng cho phép các ứng dụng truy cập xách tay (laptop hay PDA),cho phép các khu vực nội thị và thành phố có thể truy cập vô tuyến băng thông rộng

ngoài trời Do vậy, WiMAX là một công nghệ bổ sung tự nhiên cho các mạng diđộng vì nó có khả năng cung cấp băng thông lớn hơn và cho các mạng WiFi nhờcung cấp kết nối băng rộng ở các khu vực lớn hơn.

1.5 CÁC CHUẨN CỦA WIMAX:

Về tiêu chuẩn, WiMAX là một bộ tiêu chuẩn dựa trên họ tiêu chuẩn 802.16của IEEE nhưng hẹp hơn và tập trung vào một số cấu hình nhất định Hiện có 2chuẩn của WiMAX là 802.16-2004 (802.16d) và 802.16-2005 (802.16e)

 Chuẩn IEEE 802.16 - 2004:

Chuẩn 802.16-2004 được IEEE đưa ra tháng 7-2004 Tiêu chuẩn này ứngdụng LOS ở dải tần số 10- 66 GHz và NLOS ở dải 2- 11 GHz, sử dụng phương thứcđiều chế OFDM và có thể cung cấp các dịch vụ cố định, lưu động theo tầm nhìnthẳng và không theo tầm nhìn thẳng

 Chuẩn IEEE 802.16e:

Chuẩn 802.16-2005 (hay 802.16e) được IEEE thông qua tháng 12-2005.Chuẩn không dây băng thông rộng 802.16e với tên gọi WiMAX di động (MobileWiMax) đã được phê chuẩn, cho phép trạm gốc kết nối tới những thiết bị đang dichuyển Chuẩn này giúp cho các thiết bị từ các nhà sản xuất này có thể làm việc,tương thích tốt với các thiết bị từ các nhà sản xuất khác 802.16e hoạt động ở cácbăng tần nhỏ hơn 6 GHz, tốc độ lên tới 15 Mbps với kênh 5 MHz, bán kính ô (cell)

di động Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụngWBA bao gồm cả WiMAX WiMAX ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế

độ song công TDD, FDD

Hiện có một số nước phân bổ băng tần này cho WBA như Hàn Quốc (triểnkhai mạng WiBro), Úc, Mỹ, Canada, Singapore Singapore đã cho đấu thầu 10khối 5MHz trong dải 2300-2350MHz để sử dụng cho WBA với các điều kiện tương

tự như với băng 2.5GHz Úc chia băng tần này thành các khối 7MHz, không quiđịnh cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng dụng cố định Mỹ chia

Trang 6

thành 5 khối 10MHz, không qui định cụ thể về độ rộng kênh, cho phép triển khai cảTDD và FDD.

Đối với Việt Nam, đây cũng là một băng tần có khả năng sẽ được sử dụng đểtriển khai WBA/WiMAX

bị khác trong băng tần này

 Băng 3300-3400MHz (băng 3.3 GHz):

Băng tần này được phân bổ ở Ấn Độ, Trung Quốc và Việt Nam đang xem xétphân bổ chính thức Do Ấn Độ và Trung Quốc là hai thị trường lớn, nên dù chưa cónhiều nước cấp băng tần này cho WBA, nhưng thiết bị WiMAX cũng đã được sảnxuất Chuẩn WiMAX áp dụng ở băng tần này tương tự như với băng 3.5GHz, đó làWiMAX cố định, chế độ song công FDD hoặc TDD, độ rộng kênh 3.5MHz hoặc7MHz

 Băng 3400-3600MHz (băng 3.5 GHz):

Băng 3.5Ghz là băng tần được nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cậpkhông dây cố định hoặc cho hệ thống truy cập không dây băng rộng WiMAX cũngđược xem là một công nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMAX

Vì vậy, diễn đàn WiMAX thống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMAX

Đối với Việt Nam, do băng tần này được ưu tiên dành cho hệ thống vệ tinhVinasat nên hiện tại không thể triển khai cho WiMAX

 Băng 3600-3800MHz:

Băng 3600-3800MHz được một số nước châu Âu xem xét để cấp cho WBA.Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ 3.7-3.8GHz) đang được nhiều hệ thống vệtinh viễn thông sử dụng, đặc biệt là ở khu vực châu Á, nên ít khả năng băng tần này

sẽ được chấp nhận cho WiMAX ở châu Á

 Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz):

Băng tần này được diễn đàn WiMAX quan tâm vì đây là băng tần đượcnhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn sovới các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốnthường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà.

Theo WiMAX Forum thì băng tần này thích hợp để triển khai WiMAX cốđịnh, độ rộng phân kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD,không có FDD

 Băng dưới 1GHz:

Với các tần số càng thấp, sóng vô tuyến lan truyền càng xa, số trạm gốc cần sửdụng càng ít, tức mức đầu tư cho hệ thống thấp đi Vì vậy, WiMAX Forum cũngđang xem xét khả năng sử dụng các băng tần dưới 1GHz, đặc biệt là băng 700-800MHz

Hiện nay, một số nước đang thực hiện việc chuyển đổi từ truyền hình tương

tự sang truyền hình số, nên sẽ giải phóng được một phần phổ tần sử dụng choWBA/WiMAX Như Mỹ đó cấp đoạn băng tần 699-741MHz trước đây dùng chokênh 52-59 UHF truyền hình và xem xét cấp tiếp băng 747-801MHz (kênh 60-69UHF truyền hình)

Với Việt Nam, do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phương nên cáckênh trong giải 470-806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc cho các

hệ thống truyền hình tương tự Hiện chưa có lộ trình cụ thể nào để chuyển đổi các

hệ thống truyền hình tương tự này sang truyền hình số, nên chưa thấy có khả năng

có băng tần để cấp cho WBA/WiMAX ở đây.[1]

Trang 8

Hình 1.5 – Băng tần được vận động dành cho WiMAX trên thế giới

1.7 CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA WIMAX

1.7.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX

 Lớp vật lí của WiMAX dựa trên nền kĩ thuật OFDM (ghép kênh phân tần trực giao)

Kỹ thuật này giúp hạn chế hiệu ứng phân tập đa đường, cho phép WiMAXhoạt động tốt trong môi truờng NLOS nên độ bao phủ rộng hơn, do đó khoảng cáchgiữa trạm thu và trạm phát có thể lên đến 50km Cũng nhờ kĩ thuật OFDM, phổ cácsóng mang con có thể chồng lấn lên nhau nên sẽ tiết kiệm, sử dụng hiệu quả băngthông và cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao: phổ tín hiệu 10MHz hoạt động ởchế độ TDD (song công phân thời) với tỉ số đường xuống/đường lên (downlink-to-uplink ratio) là 3:1 thì tốc độ đỉnh tương ứng sẽ là 25Mbps và 6.7Mbps

 Hệ thống WiMAX có công suất cao

Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường : hướng lên( uplink) vàhướng xuống (downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng xuống và đều sửdụng kĩ thuật OFDM OFDM sử dụng tối đa 2048 sóng mang, trong đó 1536 sóngmang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con, mỗi kênh con tương đương

48 sóng mang WiMAX còn sử dụng thêm điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK,QPSK đến 256 - QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mãhoá sửa lỗi Reed Solomon,mã xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kếtnối với hoạt động phân loại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn.Ngoài ra WiMAX còn cho phép sử dụng công nghệ TDD và FDD cho việc phânchia truyền dẫn hướng lên và hướng xuống.

 Lớp MAC dựa trên nền OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access- truy nhập OFDM)

Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHZ đến trên 20MHz được chia nhỏ thànhnhiều băng con 1.75Mhz, mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nhờ kĩ thuật OFDM,cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt,đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông.OFDMA cho phép thay đổi tốc độ dữ liệu đểphù hợp với băng thông tương ứng nhờ thay đổi số mức FFT ở lớp vật lí; ví dụ một

hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt là: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tươngứng với băng thông kênh truyền là: 1.25MHz, 5MHz, 10MHz; nhờ vậy sẽ dễ dànghơn cho user kết nối giữa các mạng có băng thông kênh truyền khác nhau

 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai

WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền 802.16, tậpchuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và cố định của IEEE,nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do diễn đàn WiMAX chứng nhận phù hợp,tương thích ngược với HiperLAN của ETSI cũng như Wi-Fi

Hỗ trợ các kĩ thuật anten: phân tập thu phát, mã hoá không gian, mã hoá thờigian

Hỗ trợ kĩ thuật hạ tầng mạng trên nền IP : QoS (trong các dịch vụ đa phươngtiện, thoại), ARQ (giúp bảo đảm độ tin cậy kết nối), …

 Chi phí thấp

Thiết lập, cài đặt dịch vụ WiMAX dễ dàng sẽ giảm chi phí cho nhà cung dịch

vụ cũng như khách hàng

Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện

ở các vùng sâu, vùng xa, những nơi khó phát triển hạ tầng mạng băng rộng, khắcphục những giới hạn của đường truyền Internet DSL và cáp

CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử dụngtrong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem có thể tự

Trang 10

lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc có thể sử dụngcùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cập WiMAX chi phí thấp

và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việc đầu tư vào việc tích hợp mức

độ cao hơn các chipset tần số vô tuyến (RF), làm chi phí giảm hơn nữa

1.7.2 Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX

Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế sựphổ biến công nghệ rông rãi Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một

số lỗ hổng bảo mật

Về giá thành: Dù các hãng, tập đoàn sản xuất thiết bị đầu cuối (như Intel,Alcatel, Alvarion, Motorola…) tham gia nghiên cứu phát triển nhưng giá thành vẫncòn rất cao

Công nghệ này khởi xướng từ nước Mỹ, nhưng thực sự chưa có thông tin chínhthức nào đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự

cố ra sao Ngay cả ở Việt Nam,VNPT ( với nhà thầu nước ngoài là Motorola,Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụ thể là ở Lào Cainhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh, huyện chứchưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quả đáng kể của hệ thống

1.8 NHU CẦU VÀ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG TRUY NHẬP TẠI VIỆT NAM: Hiện nay, với sự phát triển bùng nổ về nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu

cầu đa dạng hoá các loại hình dịch vụ cung cập như: truy nhập Internet, thư điện tử,thương mại điện tử, truyền file, nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam đang đòihỏi là hết sức lớn Các đối tượng có nhu cầu sử dụng truy nhập băng rộng rất đadạng bao gồm: Các cơ quan, doanh nghiệp, hộ gia đình, các quán Internet,vv Đặcbiệt với đề án phát triển “Chính phủ điện tử hay tin học hóa hành chính nhà nước”thì nhu cầu truy nhập băng rộng của các cơ quan Đảng, chính quyền, đặc biệt là vớicác cơ quan Đảng, chính quyền cấp xã phường được đánh giá là rất lớn và rộngkhắp Điều này đã được thể hiện qua việc triển khai các dự án thiết lập đườngtruyền số liệu tốc độ cao cho các cơ quan Đảng và chính quyền tới cấp xã, phường

đã được Bộ Bưu chính Viễn thông Việt Nam triển khai thực hiện

 Hiện trạng truy nhập băng rộng tại Việt Nam.

Có rất nhiều công nghệ truy nhập băng rộng đã được nghiên cứu và đưa vàotriển khai sử dụng tại Việt Nam Tuy nhiên, hiện nay các công nghệ đang được khai

thác ở Việt Nam chủ yếu vẫn là truy nhập qua cáp đồng, truy nhập qua môi trường

vô tuyến và truy nhập qua vệ tinh

 Truy nhập băng rộng qua hệ thống cáp hữu tuyến

Truy nhập băng rộng qua hệ thống cáp đồng trước đây rất hạn chế và chủ yếu làcác dịch vụ thuê kênh riêng hoặc qua mạng ISDN Tuy vậy, trong những năm gầnđây với việc triển khai công nghệ xDSL thì việc truy nhập băng rộng đã trở nên phổbiến với hai loại dịch vụ chủ yếu là ADSL và SHDSL Ba nhà cung cấp dịch vụ truynhập xDSL lớn hiện nay là Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT),Công ty FPT và Công ty Viễn thông Quân đội (Viettel), trong đó VNPT có số thuêbao lớn nhất

VNPT đã đầu tư hệ thống cung cấp dịch vụ xDSL tại tất cả các tỉnh, thành phốtrên cả nước Đến nay, hệ thống này đã có khả năng cung cấp dịch vụ truy nhậpbăng rộng cho tất cả các quận huyện trong toàn quốc Tuy nhiên, hệ thống này mớichỉ có khả năng cung cấp đến hầu hết cho các vùng tại các khu vực thuộc các tỉnh,thành phố lớn, với các huyện miền núi thì hệ thống này chủ yếu mới chỉ cung cấpđược cho các vùng trong phạm vi phục vụ của tổng đài tối đa đến 5 km

FPT và Viettet cũng đã cung cấp dịch vụ ADSL nhưng phạm vi phục vụ chỉ tậpchung tại Hà Nội, Hồ Chí Minh và một số tỉnh, thành phố lớn

Ngoài ra, hiện nay công ty Viễn thông điện lực hiện nay đã phối hợp với truyềnhình cáp Việt Nam để đưa dịch vụ truy nhập băng rộng qua cáp đồng trục của mạngtruyền hình cáp Tuy nhiên với mạng cáp này thì cũng chủ yếu cung cấp tại các khuvực của Hà Nội và Hồ Chí Minh

 Truy nhập băng rộng qua hệ thống vô tuyến.

Hệ thống truy nhập băng rộng qua môi trường vô tuyến tại Việt Nam hiện naychủ yếu vẫn là các mạng LAN vô tuyến (WLAN) sử dụng các hệ thống truy nhậpWiFi được triển khai tại các khu vực Hotsport Các hot spots này bao gồm cáckhách sạn, sân bay, các trung tâm hội nghị, nhà hàng, …Ưu điểm của WLAN trongcác mạng thương mại là nó hỗ trợ tính di động cho đối tượng sử dụng, đồng thờivẫn cho phép kết nối cố định; các mạng này cài đặt đơn giản, nhanh chóng và khôngcần cơ sở hạ tầng có sẵn; khả năng lắp đặt rộng hơn vì cho phép lắp đặt ở những nơi

mà mạng có dây không thể thiết lập được; tiết kiệm chi phí lắp đặt do giảm bớtđược thành phần cáp trong mạng, việc mở rộng và thay đổi cấu hình mạng đơn giản.Tuy nhiên, các hệ thống WiFi có phạm vi phục vụ tương đối nhỏ chỉ trong bán kính

50 đến 100m

Trang 12

Mới đây, Công ty viễn thông điện lực đã cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộngqua hệ thống CDMA1x EV-DO làm việc tại tần số 450 MHz, còn được gọi làCDMA450 Hệ thống này cũng mới chỉ đáp ứng được nhu cầu truy nhập băng rộngtại các khu vực trung tâm của các tỉnh, thành phố trong phạm vi phủ sóng của công

ty Viễn thông điện lực

 Truy nhập băng rộng qua vệ tinh.

Hiện nay, VNPT đã phối hợp với SSA xây dựng hệ thống VSAT IP/IPSTARquốc tế đầu tiên tại Việt Nam Đây là giải pháp mạng băng rộng thế hệ mới sử dụng

hệ thống vệ tinh iPSTAR, tạo ra khả năng mới để tăng cường phổ cập dịch vụ viễnthông và Internet tới nông thôn, vùng sâu, vùng xa Với hệ thống này, khả năngcung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng được mở rộng trong phạm vi toàn quốc Tuynhiên hệ thống này không thể phát triển theo hình thức thương mại được vì giáthành của thiết bị quá cao, mặt khác chất lượng dịch vụ còn rất hạn chế so với cácgiải pháp khác

 Khởi tạo quá trình điều khiển công suất (Initial ranging)

 Thương lượng khả năng

 Xác thực

 Đăng kí và thiết lập kết nối

Sau khi hoàn tất quá trình truy nhập mạng, SS sẽ tạo một hoặc nhiều luồngdịch vụ để gửi dữ liệu đến BS Quá trình này được thực hiện như sau:

Dưới đây là thuật toán thực hiện quá trình truy nhập mạng:

Kết nối thành công?

Khởi tạo Ranging?

Thuật toán thực hiện

quá trình truy

nhập mạng:

Trang 14

dễ là ưu điểm của loại mạng này.

Sau đây là một số kiểu mạng riêng ứng dụng WiMAX được triển khai trongthực tế

 Mạng liên lạc ngoài khơi

 Kết nối mạng khuôn viên

 Mạng dịch vụ tổng hợp

Trong mạng công cộng , tài nguyên được truy cập và chia sẻ bởi nhiều ngườidùng Mạng công cộng đòi hỏi phải có sự hội tụ đồng thời nhiều dịch vụ với chi phíthấp, vì vị trí của người dùng không cố định và không thể dự đoán trước được.Mạng công cộng thường được sử dụng để truyền dữ liệu và thoại Tính bảo mật, hỗtrợ VLAN và các phương thức mã hóa dữ liệu là một trong những yêu cầu mà mộtmạng công cộng cần phải đáp ứng Một số kiểu mạng công cộng ứng dụng WiMAXđược mô tả như sau:

 Mạng truy cập nhà cung cấp dịch vụ không dây

 Kết nối các vùng nông thôn, miền núi

1.11 TỔNG KẾT CHƯƠNG:

Thông qua nội dung chương này, chúng ta có thể hiểu rõ các khái niệm tổngquan ban đầu về WiMAX:

WiMAX (viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access –

Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) là công nghệ truy cập vô tuyến

kết nối băng thông rộng ở khoảng cách lớn Các loại WiMAX hiện nay và giao diện

vô tuyến và các chuẩn của WiMAX và các băng tần sử dụng trong WiMAX Hơnnửa nêu lên các đặc điểm, ưu điểm, nhược điểm và nhu cầu của ta

Trang 16

CHƯƠNG 2 : ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU VÀ FADING TRONG

WIMAX2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG:

Khi ta cho triển khai một mô hình ngoài những kết quả đạt được thì còn cónhững trở ngại cũng không nhỏ như ảnh hưởng của các yếu tố như nhiễu và fading.Nhiễu fading là sự thay đổi tín hiệu vô tuyến một cách bất thường tại điểm thu do

sự tác động của môi trường truyền dẫn.Nó sẽ gây ra những ra những hiện tượng nhưgiảm tín hiệu từ kênh phát đến kênh thu… Trong chương này, em sẽ trình bàynhững trở ngại lớn được thể hiện trong kênh không dây băng rộng thay đổi theo thờigian Xác định các ảnh hưởng cơ bản của nhiễu và fading trong các kênh băng rộngkhông dây

 Các dạng fadinh và ảnh hưởng của nó

2.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN:

Tất cả các hệ thống truyền thông số vô tuyến đều có một khối kiến trúc nhấtđịnh, như được thể hiện trong hình 2.1 sau:

Hình 2.1- Hệ thống thông tin số vô tuyến

Bất kỳ một mạng không dây được tương thích một cách hợp lý, thì toàn bộ

hệ thống đều được phân chia thành ba thành phần sau đây: máy phát, kênh và máythu

 Máy phát nhận các gói bit từ lớp giao thức cao hơn và gửi các bit này

ở dạng sóng trường điện từ đến máy thu Các bước thực hiện trong miền số là mãhóa và điều chế Nhìn chung, mục đích chính của việc mã hóa làm tăng thêm độ dưthừa để giảm lỗi khi truyền và cho phép sửa lỗi tại máy thu Các tín hiệu điều chế sốđược chuyển đổi thành dạng sóng tương tự bởi bộ DAC và sau đó chuyển đổi lêntần số cao Tín hiệu cao tần này sẽ được tán xạ với dạng sóng trường điện từ bởi cácăng-ten phù hợp

 Máy thu hoạt động ngược lại với hoạt động của máy phát Sau khichuyển xuống tần số thấp và lọc để loại bỏ những tần số không mong muốn Tínhiệu băng tần cơ sở sẽ được chuyển thành tín hiệu số bởi bộ ADC, tín hiệu nàyđược giải điều chế và giải mã để khôi phục lại tín hiệu đó thành chuỗi bit gốc

 Kênh truyền thông biễu diễn môi trường vật lý giữa máy phát và máy thu vàđây là nơi có ảnh hưởng lớn đến chất lượng truyền tín hiệu sẽ dược đề cập ở chươngsau

Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến phạm vi phủ sóng của các mạng khôngdây.Một số nhân tố bao gồm địa hình,mật độ và chiều cao của cây che phủ Đồi vàthung lũng có thể phản xạ tín hiệu Bề mặt của nước như sông, hồ phản xạ mạnhsóng truyền tần số vô tuyến

Sau đây là những mô tả về ảnh hưởng có quy mô lớn trong kênh vô tuyếnbăng rộng, đó là hiện tượng suy hao, tạo bóng, nhiễu đồng kênh (CCI),multipath,hiện tượng fading và Doppler trong hệ thống thông tin di động.[4]

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN

2.3.1 Suy hao(pathloss)

Sự khác nhau rõ rệt giữa kênh vô tuyến và hữu tuyến là lượng công suấttruyền đạt đến máy thu Giả sử rằng ăng-ten đẳng hướng được sử dụng, như thểhiện ở hình 2.2, năng lượng của tín hiệu truyền mở rộng trên mặt các hình cầu songsong, vì vậy năng lượng nhận được tại ăng ten thu có khoảng cách d tỷ lệ nghịch với

diện tích bề mặt cầu, (4πdπdd 2 ) Suy hao được tính theo công thức lan truyền không

t r





trong đó: P r và P t lần lượt công suất thu và nhận và λ là chiều dài của bước

sóng Nếu ăng-ten hướng tính được dùng tại máy phát và máy thu, thì sẽ có độ lợi là

G t và G r và công suất nhận tăng được hay không là nhờ vào độ lợi của ăng-ten Một

mặt quan trọng khác của công thức (2.1) là từ c=f c λ nên λ=c/f c , công suất nhậnđược sẽ giảm bình phương lần theo tần sóng mang Hay nói một cách khác, vớicông suất phát đã cho, thì sẽ có khoảng suy giảm khi tần số tăng lên Điều này cóảnh hưởng quan trọng đến các hệ thống có tốc độ dữ liệu cao

Để tính toán chính xác, người ta thường dùng công thức kinh nghiệm sau đây

để tính toán cho suy hao của kênh kinh nghiệm

Trong công thức (2.2) có thêm ba thành phần là P 0 , d 0 và α P 0 là công suất suy hao

đo được trên khoảng cách tham chiếu là d 0 và thường được chọn là 1m Trên thực

tế, P 0 thường được lấy xấp sỉ là một vài dB α là số mũ suy hao và đại lượng này

được cho trong bảng

Để khắc phục được nhiễu do sự suy hao đường truyền này thì cần chú ý nhữngđiều sau:

 Chiều cao của ăng-ten phải được tính đến là có chiều cao phù hợp

Hình 2.2 - Mô hình truyền sóng trong không gian

được đặt tại vị trí ở giữa máy phát và máy thu, những vật cản này sinh ra đườngtruyền tạm thời và gây ra sự suy giảm tạm thời cường độ tín hiệu thu Hay nói mộtcách khác, đường truyền thẳng tạm thời này sẽ làm cho công suất thu bất thường, vàđược gọi là hiện tượng che chắn(shadowing), như được trình bày ở hình 2.3 sauđây:

Xét trong vùng có phạm vi nhỏ thì hiện tượng suy hao đường truyền và che chắn làkhông đáng kể và có giá trị cho phép mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng tínhiệu thu tại máy thu

2.3.3 Nhiễu đồng kênh CCI:

Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số hoặc trêncùng một kênh Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu vớicường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát

Nhiễu đồng kênh thường gặp trong hệ thống thông tin số cellular, trong đó

để tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách sử dụng lại tần số Như vậy có thể coinhiễu đồng kênh trong hệ thống cellular là nhiễu gây nên do các cell sử dụng cùng 1kênh tần số (hình 2.4)

Nhiễu đồng kênh liên quan tới việc sử dụng tần số Có thể ví dụ trong mạngGSM: Trong mạng GSM, mỗi trạm BTS được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến.Các trạm thu phát gốc BTS lân cận được cấp phát các nhóm kênh vô tuyến khôngtrùng với các kênh của BTS liền kề

Trang 20

Hình 2.4- Giao thoa xuyên kênh Hình 2.3- Hiện tượng che chắn trên đường truyền tín hiệu

Đặc trưng cho loại nhiễu này là tỉ số sóng mang trên nhiễu (C/I) Tỉ số nàyđược định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốn trên cường độ tín hiệu nhiễu saulọc cao tần và nó thể hiện mối quan hệ giữa cường độ tín hiệu mong muốn so vớinhiễu đồng kênh từ các BTS khác

C/I = 10log (Pc/Pi)

Yêu cầu là C/I <=12dB

Trong đó :

− Pc là công suất tín hiệu thu mong muốn

− Pi là công suất nhiễu thu được

Một số giải pháp để hạn chế loại nhiễu đồng kênh trong các hệ thống cellularnhư sau:

− Không thể dùng bộ lọc để loại bỏ giao thoa này do các máy phát sử dụngcùng một tần số

− Chỉ có thể tối thiểu hóa nhiễu đồng kênh bằng cách thiết kế mạng cellularphù hợp

− Tức là thiết kế sao cho các cell trong mạng có sử dụng cùng nhóm tần sốkhông ảnh hưởng tới nhau =>khoảng cách các cell cùng tần số phải đủ lớn

Để hình dung, chúng ta lấy ví dụ ném hòn đá xuống nước Việc ta ném nhiềuhòn đá xuống nước tương đương như nhiều cuộc gọi khác nhau cùng bắt đầu Vậytrạm gốc ở vị trí nào đó trong hồ làm sao phân biệt được tín hiệu của nguồn nào và

từ hướng nào đến Đây chính là vấn đề của giao thoa xuyên kênh hay còn gọi lànhiễu đồng kênh

Như chúng ta đã biết, các hệ thống ăngten tập trung đều tín hiệu trong mộtvùng không gian rộng lớn Các tín hiệu có thể không đến được với người sử dụng

mà ta mong muốn, nhưng chúng có thể trở thành can nhiễu cho những người sửdụng khác có cùng một tần số trong cùng một tế bào hay những tế bào kế cận.

Can nhiễu là nhân tố chính quyết định đến chất lượng của hệ thống khôngdây do đó việc điều khiển được can nhiễu sẽ giúp cải thiện đáng kể được đáng kểđược dung lượng của hệ thống

2.3.4 Hiện tượng đa đường(multipath)

Multipath là hiện tượng khi mà tín hiệu được phát đi bị phản xạ trên các bềmặt vật thể tạo ra nhiều đường tín hiệu giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối sử dụng.Kết quả là tín hiệu đến các thiết bị đầu cuối sử dụng là tổng hợp của tín hiệu gốc và

các tín hiệu phản xạ.(hình 2.5)

Chúng ta trở lại ví dụ ném một hòn đá xuống hồ nước Các vòng sóng phát đi

từ điểm ném là những đường tròn đồng dạng chỉ khác nhau về biên độ sóng Việcphát đơn hướng một tín hiệu cũng tương tự như vậy Với một trạm gốc ở một cự lynào đó từ sóng gốc Nếu mẫu tín hiệu không bị nhiễu thì trạm gốc không khó khăn

gì trong việc phân biệt các sóng Nhưng khi các vòng sóng này chạm vào bờ thì nó

bị phản xạ lại và giao thoa với sóng gốc ban đầu Khi kết hợp với nhau chúng có thểyếu đi hay mạnh lên Đây chính là vấn đề của nhiễu đa đường

Hình 2.5 - :Hiện tượng multipath

Các vấn đề có liên quan đến nhiễu đa đường:

Trang 22

Một trong những hệ quả của hiện tượng multipath mà chúng ta không mongmuốn là các tín hiệu sóng tới từ những hướng khác nhau khi tới bộ thu sẽ có sự trễpha và vì vậy khi bộ thu tổng hợp các sóng tới này sẽ không có sự phối hợp về pha(hình 2.6)

Điều này sẽ ảnh hưởng đến biên độ tín hiệu, biên độ tín hiệu sẽ tăng khi cáctín hiệu sóng tới cùng pha và sẽ giảm khi các tín hiệu này ngược pha Trường hợpđặc biệt nếu hai tín hiệu ngược pha 1800 thì tín hiệu sẽ bị triệt tiêu (hình 2.7)

2.3.5 Nhiễu liên ký tự ISI ( Inter symbol Interference )

Hình 2.8 - Mô hình gây nhiễu Hình 2.6- Hai tín hiệu multipath

Hình 2.7 - Hai tín hiệu multipath ngược pha nhau 1800

Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu liên ký tự (ISI) gây bởi tínhiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu làđiều không thể tránh khỏi Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệukhiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu

 Đặc điểm:

Dải thông tuyệt đối của các xung nhiều mức đỉnh phẳng là vô hạn Nếu cácxung này được lọc không đúng khi chúng truyền qua một hệ thống thông tin thìchúng sẽ trải ra trên miền thời gian và xung cho mỗi kí hiệu sẽ chèn vào các khethời gian bên cạnh gây ra nhiễu giữa các kí hiệu (ISI) ISI là hiện tượng nhiễu liên

kí hiệu ISI xảy ra do hiệu ứng đa đường, trong đó một tín hiệu tới sau sẽ gây ảnhhưởng lên tín hiệu trước đó Chẳng hạn như ở hình 2.8 phía trên, ta thấy rõ tín hiệuphản xạ (reflection) đến máy thu theo đường truyền dài hơn so với các tín hiệu cònlại

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA FADING TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN :

Fading là sự thay đổi tín hiệu vô tuyến một cách bất thường tại điểm thu do

sự tác động của môi trường truyền dẫn Là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang

vô tuyến siêu cao tần thu được do sự thay đổi khí quyển và các phản xạ của đất vànước trong đường truyền sóng Có hai loại fading chính đó là fading phẳng, tácđộng chủ yếu đến dung lượng bé làm suy giảm đều tín hiệu sóng mang đi qua dảitần số, và fading lựa chọn tần số Hai loại fading này có thể xuất hiện độc lập vớinhau hoặc xuất hiện đồng thời Các yếu tố gây ra hiện tượng fading bao gồm:

 Sự hấp thụ của các chất khí hơi nước, mưa…đây là những yếu tố chủ yếu đốivới những tần số lớn hơn 10GHz

 Fading do hiện tượng lan truyền đa đường Sự phản xạ sóng từ bề mặt tráiđất, đặc biệt là từ bề mặt nước và sự phản xạ từ những bất đồng trong khí quyển sựnhiễu xạ bởi những vật cản trên đường truyền cũng là những nguyên nhân gây rahiện tượng lan truyền đa đường Bên cạnh đó, vào những giờ giữa trưa khi đó khôngkhí bị xáo trộn hoàn toàn do các dòng đối lưu và gió Khi gần tối và đặc biệt trongnhững tháng mùa hè, lượng gió giảm, nhiệt độ và độ ẩm phân bố không đều thườngxảy ra hiện tượng ống sóng làm tia sóng không đến được điểm thu nên cũng gópphần gây ra hiện tượng fading đa đường

 Các kênh fading trong hệ thống vô tuyến :

2.4.1 Fading phẳng ( Flat Fading ):

Trang 24

Hình 2.9 – Kênh fading phẳng

Nếu kênh vơ tuyến di động cĩ độ lợi khơng đổi và đáp ứng pha tuyến tínhqua một băng thơng lớn hơn băng thơng của tín hiệu phát, thì tín hiệu thu chịu ảnhhưởng của fading phẳng Trong fading phẳng cấu trúc đa đường của kênh như làđặc tính phổ của bộ phát vẫn được khơi phục ở phía thu Tuy nhiên độ lớn tín hiệuthu thay đổi theo thời gian do fading làm tăng giảm độ lợi trong kênh Một tín hiệu

T là chu kỳ symbol

 Fading phẳng do truyền dẫn đa đường:

Trong thơng tin vơ tuyến vấn đề truyền dẫn nhiều tia được đề cập nghiên cứu từnhiều thế kỷ trước và những mơ hình tốn học về kênh nhiễu tia đã được đề xuất

Mơ hình truyền dẫn nhiều tia với số lượng tia lớn thì áp dụng định lý giới hạn trungtâm để khảo sát, theo định lý này với số lượng tia đủ lớn thì cường độ trường thu cĩphân bố Gauss, biên độ trường thu sẽ cĩ phân bố Rayleigh Trong mơ hình khảo sátnếu một tia lớn hơn các tia cịn lại thì phân bố này chuyển về phân bố Rice hoặcNakagami Trong hệ thống wimax tần số làm việc cao, truyền sĩng thẳng nên sốkênh lượng tia trong kênh là khơng nhiều, do đĩ tính động của kênh thơng tin nhỏhơn so với các kênh ứng với phân bố Rayleigh, Rice và Nakagami

Cĩ hai phương pháp xác định độ dự trữ fading:

 Phương pháp Majoli:

H(f)

fc

fc

S(f)

s(t)

) ,

Hệ số xuất hiện fading phẳng nhiều tia cho tháng xấu nhất P0 phụ thuộc vào cáctham số của tuyến như tần số công tác, độ dài của chặng, khí hậu, độ gồ ghề của địahình.Theo phương pháp này P0 được xác định theo công thức sau:

P 0 = C(f/4πd).d 3 10 -5

Trong đó:

d là độ dài khoảng tuyến (km)

f là tần số cao tần (GHz)

c là hằng số địa hình C=1;4; 0,25 tương ứng với điều kiện địa hình trung bình

khí hậu ôn đới, khí hậu ẩm ướt hoặc mặt nước, khí hậu miền núi khô

Để thích nghi với sự gồ ghề của địa hình, Majoli đưa vào công thức một hệ sốđặc trưng cho sự gồ ghề của địa hình

số lớn 10GHz vì khi đó kích thước của hạt mưa có thể so sánh với bước sóng điện

từ Kích thước hạt mưa còn phụ thuộc vào cường độ mưa (thường đước tính theođơn vị mm/h)

Trong quá trình rơi xuống hạt mưa có dạng bẹt hơn do vậy tổn hao do mưa cònphụ thuộc cả vào phân cự sóng Kích thước giọt mưa theo chiều dọc nhỏ hơn kíchthước theo chiều ngang nên các sóng phân cực ngang bị tổn hao mạnh hơn Đối vớimưa không những làm suy hao mà còn làm xoay pha sóng điện từ và gây ra hiện

Trang 26

tượng tán xạ, đây cũng là nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của hệ thống Thôngthường tiêu hao do mưa ở tần số dưới 7GHz có thể bỏ qua ngay cả khi cự ly chặngtiếp phát lớn hơn 50 Km Trên 15GHz khi có tiêu hao do mưa để đảm bảo chấtlượng hệ thống cần giảm xuống dưới 20 Km và khi đó fading phẳng gây bởi fadingnhiều tia giảm và không đóng vai trò quan trọng Ở tần số 7 đến 15GHz cần xácđịnh được đặc tính tiêu hao của cả fading do mưa và fading nhiều tia Tóm lại vớitần số thấp cự ly chặng lặp dài thì fading nhiều tia là chủ yếu và trong trường hợpngược lại khi tần số cao, cự ly chặng lặp ngắn thì tiêu hao do mưa là ảnh hưởng chủyếu.

2.4.2.Fading lựa chọn tần số: (Frequence Fading )

Nếu kênh có độ lợi không đổi và đáp ứng pha tuyến tính qua băng thông nhỏhơn băng thông của tín hiệu phát thì các thành phần tần số khác nhau có các tínhchất fading khác nhau gọi là fading lựa chọn tần số Đáp ứng xung của kênh códelay spread lớn hơn băng thông nghịch đảo băng thông của dạng sóng bản tin phát.Khi đó tín hiệu thu được gồm nhiều dạng sóng khác nhau của tín hiệu phát bị suyhao và trễ theo thời gian,và vì vậy tín hiệu thu bị méo Fading lựa chọn tần số là dophân tán thời gian của symbol phát trong kênh Vì vậy kênh tạo ra giao thoa xuyên

ký tự ISI

Đối với fading lựa chọn tần số, phổ S(f) của tín hiệu phát có băng thông lớnhơn băng thông tương quan của kênh Xét trong miền tần số, kênh là lựa chọn tần sốkhi độ lợi có các thành phần tần số khác nhau là khác nhau Fading này do độ trễ đađường gây ra vượt quá chu kỳ symbol Kênh fading lựa chọn tần số còn được biếtnhư là kênh băng rộng vì băng thông của tín hiệu s(t) lớn hơn nhiều so với băngthông của đáp ứng xung Khi thời giant hay đổi, độ lợi và pha của kênh thay đổi làmméo tín hiệu thu r(t) Vậy tín hiệu bị fading lựa chọn tần số khi:

s(t)

) ,

h

s(t)

Hình 2.10 – kênh fading lựa chọn tần số 2.4.3 Fading diện hẹp và đa đường: (Small-Scale Fading and Multipath)

Fading diện hẹp là sự biến biên độ của tín hiệu vô tuyến qua một khoảngcách ngắn hay một thời gian ngắn fading gây ra bởi giao thoa giữa hai hay nhiềuphiên bản của tín hiệu phát đến bộ thu tại các thời điểm khác nhau Những sóng nàygọi là sóng đa đường, kết hợp ở anten thu làm thay đổi biên độ và pha của tín hiệutùy theo sự phân bố mật độ, thời gian truyền dẫn của các sóng và băng thông của tínhiệu phát

Truyền dấn đa đường diện hẹp

 Các ảnh hưởng của fading diện hẹp:

- Làm méo biên độ

- Làm méo tần số ( do dịch Doppler )

- Phân tán thời gian do độ trễ truyền dẫn

 Méo biên độ:

Mô hình fading Rayleigh:

Vì tín hiệu thu gồn nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát có pha là tổngvectơ của các pha, với pha của mỗi đường độc lập và phân bố ngẫu nhiên trong

0 , 2  Theo lý thuyết giới hạn trung tâm, dạng sóng thu có tính chất nhiễu Gaussdừng thông dải Vì vậy hàm mật độ xác suất của thành phần đồng pha và vuông pha

Trang 28

của tín hiệu cĩ phân bố Gauss với trung bình bằng 0 và phương sai xác định Hàmmật độ xác suất của đường bao của nĩ cĩ phân bố Rayleigh:

02

exp)

r r

với 2

 là phương sai của thành phần đồng pha và vuơng pha

Hình 2.11 – phân bố Rayleigh

Mơ hình fading Rician:

Nếu trong các thành phần đa đường của tín hiệu thu cĩ một đường trội ( ví

dụ đường line-of-sight ), thành phần đồng pha và vuơng pha vẫn cĩ phương sai xácđịnh, nhưng trung bình khác 0, hàm mật độ xác suất đường bao của tín hiệu thu cĩphân bố Rician:

0 , 0 , )

2 2

2 2 2

r

r A

Ar I e

r r p

A r

I : Hàm Bessel hiệu chỉnh bậc 0 loại 1

Phân bố Rician được đặc trưng bởi số Rician K, và tỷ lệ giữa cơng suấtđường trội trên cơng suất các đường tán xạ:

K  A2 /2  2 (2.5)

- Nếu khơng cĩ đường trội , A 0 ,I0 ( 0 )  1 thì hàm mật độ cơng suấtRician:

- Quy về hàm mật độ cơng suất Rayleigh

- Khi A lớn hơn so với  , phân bố xấp xỉ Gauss

Trang 29

2.52

1.51

K=4 K=2

Hình 2.12– Phân bố Rician

Xác suất có thành phần line- of- sight phụ thuộc vào kích thước cell, cellcàng nhỏ càng dễ có đường trội Đường trội giảm đáng kể độ sâu fading, nên về mặtBER fading Rician tốt hơn fading Rayleigh

 Sự dịch tần số trong tín hiệu thu do di chuyển tương đối giữa MS và BS gọi là dịch Doppler :

Gây ra bởi sự di chuyển tương đối của máy thu, máy phát và sự di chuyển củacác đối tượng trong kênh truyền vô tuyến di động Những sự di chuyển nhỏ trên mặtphẳng kênh của sóng dài có thể là nguyên nhân trong sự khác biệt hoàn toàn vềchồng sóng Khi sự di chuyển tương đối này càng nhanh thì tần số Doppler cànglớn, và do đó tốc độ thay đổi của kênh truyền càng nhanh Hiệu ứng này được gọi làfading nhanh (Fast fading)

Xét một MS di chuyển với vận tốc không đổi v, dọc theo một đường giữa haiđiểm X và Y có khoảng cách d ( công thức 2.6 ) Sự khác nhau về chiều dài từ trạm

S đến MS tại điểm X và Y là: ldcos  vtcos , với t là thời gian để MS đi

từ điểm X đến điểm Y Giả sử trạm S ở rất xa thì  như nhau tại điểm X và Y Sựthay đỏi pha của tín hiệu thu do sự khác nhau về chiều dài đường là :

Y

Hướng di chuyển

Hình 2.13 – dịch Doppler

Các yếu tố ảnh hưởng đến fading dạng hẹp:

 Truyền dẫn đa đường : Sự phản xạ, tán xạ của các yếu tố trong môi trường

như các tòa nhà, rừng, núi, mặt nước … làm tiêu tán năng lượng tín hiệu về biên độ,pha và thời gian Những ảnh hưởng này tạo ra các phiên bản khác nhau của tín hiệuphát đến anten thu Sự thay đổi ngẫu nhiên của pha và biên độ của các thành phần

đa đường này làm thay đổi độ lớn tín hiệu gây ra fading diện hẹp làm méo tín hiệu.Truyền dẫn đa đường làm tăng thời gian tín hiệu đến bộ thu nên có thể tạo ra nhiễuxuyên ký tự ISI: (InterSynbol Interference)

 Tốc độ di động: Sự di chuyển tương đối giữa MS ( Mobile Station ) và BS

( Base Station ) dẫn đến thay đổi tần số ngẫu nhiên do dịch Doppler trên các đườngkhác nhau Dịch Doppler dương hay âm phụ thuộc vào việc MS đi về hướng BS hay

đi ra xa BS

 Tốc độ của các đối tượng xung quanh: Nếu đối tượng trong kenh vô tuyến

di chuyển, chúng gây ra dịch Doppler thay đổi theo thời gian trên các thành phần đađường Nếu tốc độ di chuyển của chúng lớn hơn của MS, thì chúng ảnh hưởng trộihơn, ngược lại ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của chúng

 Băng thông của tín hiệu : Nếu băng thông của tín hiệu phát lớn hơn băng

thông của kênh đa đường, tín hiệu thu sẽ bị méo Băng thông của kênh được đánhgiá bằng băng thông tương quan Băng thông tương quan là khoảng tần số cực đại

mà các tín hiệu vẫn còn tương quan lớn về biên độ Nếu tín hiệu phát có băng thônghẹp so với băng thông của kênh, biên độ của tín hiệu sẽ thay đổi nhanh, nhưng tínhiệu không bị méo dạng trong miền thời gian Vì vậy việc thống kê độ lớn tín hiệudạng hẹp liên quan đến biên độ thu, độ trễ của kênh đa đường và băng thông của tínhiệu phát

Mô hình đáp ứng xung của kênh fading :