Giải pháp triển khai wimax femtocell dựa trên tiêu chuẩn ieee 802 16m,luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _oOo_ NGUYỄN KIỀU TAM GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI WIMAX FEMTOCELL DỰA TRÊN TIÊU CHUẨN IEEE 802.16m LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP.Hồ Chí Minh, 2012 -1- CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT WIMAX TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT WIMAX 1.1 Giới thiệu chung “WiMAX” từ viết tắt Worldwide Interoperability for Microwave Access – Khả tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba Kỹ thuật WiMAX cho phép phân phối khắp nơi dịch vụ truy cập băng rộng không dây cho người dùng mạng di động và/hoặc cố định trở thành thực vào năm 2006 Korea Telecom bắt đầu triển khai hệ 2.3Ghz dịch vụ WiMAX di động có tên gọi WiBRO vùng thị Seoul, cho phép thực thi liệu hình ảnh cao Trong dự báo thị trường gần xuất vào tháng 4/2008, nghiên cứu dự báo người dùng thuê bao diễn đàn WiMAX, dự đoán có 133 triệu người sử dụng WiMAX toàn cầu vào năm 2012 (diễn đàn WiMAX, 2008c) Diễn đàn tuyên bố có 250 thử nghiệm triển khai toàn giới Diễn đàn WiMAX tổ chức công nghiệp phi lợi nhuận, q 1/2008, có 540 cơng ty thành viên bao gồm nhà cung cấp dịch vụ, nhà buôn thiết bị, nhà bán chip người cung cấp chương trình Nhiệm vụ diễn đàn bảo đảm khả tương tác sản phẩm dựa chuẩn IEEE 802.16 thông qua trình chứng nhận diễn đàn WiMAX Giao diện vô tuyến kỹ thuật WiMAX dựa chuẩn IEEE 802.16 Đặc biệt, kỹ thuật WiMAX di động dựa chuẩn sửa đổi IEEE 802.16e (IEEE, 2006a), thông qua tổ chức IEEE vào tháng 12/2005, định rõ giao diện vô tuyến đa truy cập phân chia tần số trực giao (OFDMA) cung cấp trợ giúp cho di động Việc chọn lựa điểm đặc trưng để thực thi mạng thiết bị WiMAX, đề cập lược sử hệ thống WiMAX di động hệ 1.0 (diễn -2- đàn WiMAX 2007), phát triển vào đầu năm 2006 trì diễn đàn WiMAX (diễn đàn WiMAX,2008a) Kỹ thuật xác định diễn đàn WiMAX (2007) chấp nhận hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU), giao diện vô tuyến thứ sáu hệ thống IMT-2000 (ITU,2007) Việc định vị băng thông linh hoạt loại đa cấu trúc việc hỗ trợ chất lượng dịch vụ mạng WiMAX, cho phép cung cấp truy cập Internet tốc độ cao, tiếng nói qua Internet, gọi video, trị chuyện giải trí di động Hơn nữa, kết nối WiMAX dùng để phân phối nội dung đến thiết bị đa phương tiện IPod Khi hoàn tất lược sử mạng di động hệ 1.0, diễn đàn WiMAX hoạt động chương trình chứng nhận, bước then chốt phát triển nhanh chóng kỹ thuật thông tin đại giới Kết quả, dấu chứng thực diễn đàn WiMAX thông qua phổ tần số 2.3Ghz cấp cho bốn trạm sở trạm di động vào tháng 4/2008 (diễn đàn WiMAX, 2008d) Trong tháng 6/2008 bốn trạm sở trạm di động khác diễn đàn WiMAX chứng thực phổ tần 2.5Ghz với đặc trưng tiên tiến đa đầu vào, đa đầu (MIMO) đồng thời với triển khai hiệu khắp giới (diễn đàn WiMAX, 2008e) 1.2 Tổng quan kỹ thuật WiMAX tiên tiến 1.2.1 Cấu trúc sơ lược hệ thống Như xác định từ đầu, sản phẩm WiMAX di động cấp chứng nhận theo đặc điểm kỹ thuật giao diện vô tuyến IEEE 802.16 Tuy nhiên, đặc điểm kỹ thuật mạng sản phẩm WiMAX di động phát triển nội diễn đàn WiMAX, bao gồm đặc điểm kỹ thuật mạng đầu cuối đến đầu cuối đặc điểm kỹ thuật tương tác mạng Nhóm làm việc mạng (NWG) diễn đàn WiMAX chịu trách nhiệm đặc điểm kỹ thuật này, vài nhóm khác nhóm điều khiển hệ thống dịch vụ kết nối (CSN), nhóm giao thức mặt phẳng liệu, nhóm lược sử ASN, nhóm trợ giúp truy cập hệ thống di -3- động(CSN), nhóm xác thực, cấp phép tốn (AAA), tương tác qua lại với nhóm kỹ thuật dịch vụ khác dịch vụ định vị sở (LBS), dịch vụ Broadcast Multicast (MCBCS) Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống WiMAX Trong hình 1.2, giới thiệu quan điểm chi tiết cấu trúc lược sử mạng WiMAX di động hệ 1.0 Bốn đặc điểm kỹ thuật giao diện vô tuyến liên quan chuẩn truy cập vô tuyến băng rộng IEEE 802.16 tiêu chuẩn IEEE 802.162004, tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004/Cor.1-2005, tiêu chuẩn IEEE 802.16e-2005 tiêu chuẩn phác thảo IEEE P802.16-2004/Cor.2 -4- Hình 1.2 Sự chứng nhận sản phẩm WiMAX di động hệ 1.0 Không phải tất đặc trưng tối ưu xác định tiêu chuẩn IEEE thực thi sản phẩm WiMAX thử nghiệm cấp chứng nhận Thông qua phân tích khảo sát kỹ thuật mở rộng để xây dựng sản phẩm cạnh tranh nhất, nhóm làm việc mạng diễn đàn WiMAX (TWG) công bố phiên lược sử hệ thống WiMAX di động hệ ngày đầu năm 2006 (diễn đàn WiMAX 2007) phiên gần (phiên 10-rev.1.6.1) hợp việc chỉnh sửa tối thiểu mà khơng chạm đến điểm đặc trưng chọn lần chỉnh sửa Lược sử hệ thống bao gồm phân hệ: lớp PHY, lớp MAC, lớp vô tuyến, Mode song công lớp lượng Thậm chí, có nhiều kết hợp khác giũa tần số trung tâm băng thông kênh theo qui định phổ vùng khác nhau, toàn sản phẩm WiMAX di động hệ chia sẻ đặc trưng (lược sử) lớp PHY, lớp MAC Mode song công phân chia theo thời gian (TDD) -5- Nhà cung cấp dịch vụ mạng (NSP) cung cấp dịch vụ liệu IP cho thuê bao WiMAX, nhà cung cấp dịch vụ truy cập mạng (NAP) cung cấp sở hạ tầng truy cập WiMAX vô tuyến đến nhiều WIMAX NSPs Một nhà khai thác WiMAX hoạt động NSP NAP Một NAP làm sở hạ tầng dùng hay nhiều nút dịch vụ truy cập (ASN) Một ASN bao gồm hay nhiều cổng kết nối ASN hay nhiều BS để cung cấp dịch vụ Internet di động đến thuê bao Cổng kết nối ASN phục vụ thiết bị cầm tay đến ASN kết hợp mặt phẳng điều khiển BS lưu lượng mặt phẳng liệu truyền đến dịch vụ kết nối mạng (CSN) Một ASN chia sẻ nhiều CSN Một CSN triển khai phần WiMAX NSP Một CSN bao gồm thực thể xác thực, cấp phép, toán (AAA) đại lý gốc (HA) để cung cấp tập chức hệ thống (ví dụ chuyển vùng, di động, lược sử thuê bao, hóa đơn thuê bao ) cần thiết để phục vụ thuê bao WiMAX 1.2.2 Những điểm đặc trưng lớp PHY 1.2.2.1 OFDMA mở rộng OFDMA kỹ thuật đa truy cập dành cho WiMAX di động OFDMA đa truy cập phân chia tần số trực giao dựa mơ hình đa truy cập trở thành chọn lựa kỹ thuật không dây băng rộng đại, chấp nhận kỹ thuật cạnh tranh khác LTE 3GPP, UMB 3GPP2 OFDMA chứng tỏ hoạt động cao cấp kênh khơng nhìn thẳng (N-LOS) đa chặng với cấu trúc thu phát đơn giản, cho phép sử dụng hiệu nguồn tài nguyên phổ có sẵn phân kênh tần số thời gian Cấu trúc thu phát OFDMA cho phép thực thi kỹ thuật anten tiên tiến MIMO Mới đây, OFDMA triển khai WiMAX di động mở rộng việc điều chỉnh kích thước băng thơng kênh FFT linh hoạt -6- với chu kỳ biểu trưng khoảng cách sóng mang phụ cố định OFDMA xác định phổ thay đổi cần qui định vùng khác hiệu Hình 1.3 Cấu trúc lựơc sử hệ thống WiMAX di động 1.2.2.2 TDD Lược sử WiMAX di động hệ có Mode TDD Mode song công, dù tiêu chuẩn đường IEEE có chứa hai Mode TDD FDD Hoặc khi, hệ WiMAX tương lai cịn có Mode FDD, Mode TDD nhiều khía cạnh định vị cho dịch vụ Internet di động tốt Mode FDD -7- Đầu tiên, lưu lượng Internet loại bất đối xứng với nhiều lưu lượng đường xuống vượt lưu lượng đường lên Do đó, FDD bình thường với băng thơng kênh đường xuống đường lên giống nhau, không cung cấp tối ưu việc sử dụng nguồn tài nguyên Với sản phẩm TDD, nhà khai thác có khả điều chỉnh tỷ lệ đường lên đường xuống dựa nhu cầu dịch vụ hệ thống Hơn nữa, TDD phù hợp tốt với kỹ thuật anten tiên tiến hệ thống anten thích nghi (AAS) dạng chùm (BF) FDD, tương hỗ kênh đường lên đường xuống Internet di động với gia tăng tự nhiên dịch vụ đa phương tiện, đòi hỏi sử dụng kỹ thuật anten tiên tiến để cải thiện công suất vùng phủ 1.2.2.3 Những kỹ thuật anten tiên tiến (MIMO BF) Nhiều kỹ thuật anten tiên tiến khác thực thi lược sử WiMAX di động hệ 1, cho phép thông lượng tế bào, người sử dụng cao cải thiện vùng phủ Sự thật, WiMAX di động kỹ thuật tế bào hiệu có sẵn đầu tiên, nhận lợi ích kỹ thuật MIMO đầy hứa hẹn viện nghiên cứu qua nhiều năm Với đặc trưng MIMO đường xuống đường lên, nhà khai thác người dùng đầu cuối thích thú nâng gấp đơi liệu so với kỹ thuật đơn đầu vào –đơn đầu (SISO), thông lượng lên đến 37Mbps cho đường xuống 10Mbps cho đường lên, với băng thông kênh TDD 10Mhz WiMAX di động tăng vùng phủ với kỹ thuật BF định sẵn Cùng với hoạt động TDD, chế BF mạnh cho phép trạm gốc thiết lập xác kênh tương xứng dạng tia đến trạm cuối cho tín hiệu đường xuống đường lên đạt độ tin cậy từ /và đến đầu cuối vùng cuối tế bào, gia tăng tầm truyền đạt hiệu -8- 1.2.2.4 Trợ giúp di động trọn vẹn Trợ giúp di động trọn vẹn mặt mạnh khác sản phẩm WiMAX di động Chuẩn sở WiMAX di động thiết kế để hỗ trợ cho xe cộ đường cao tốc với thiết kế dẫn đường phù hợp yêu cầu lặp lại tự động lai (HARQ), giúp giảm ảnh hưởng biến động kênh nhanh nhiễu Những hệ thống phát vận tốc di chuyển chuyển mạch tự động kiểu khác khối tài nguyên gọi phân kênh, trợ giúp tối ưu cho người dùng di động Hơn nữa, HARQ giúp vượt qua lỗi đáp ứng liên kết kênh Fading nhanh cải thiện toàn hoạt động với độ lợi kết hợp thời gian cách đa dạng 1.2.2.5 Sử dụng lại tần số sử dụng lại tần số linh hoạt Từ quan điểm nhà khai thác, việc bảo đảm phổ tần số lớn với dịch vụ phổ tần ln ln tốn Một kỹ thuật cho phép hoạt động khuôn khổ điều kiện giới hạn nhiễu hiệu sử dụng lại tần số Kỹ thuật WiMAX di động thiết kế để đáp ứng mục tiêu khía cạnh phân kênh tế bào đặc biệt, mã hóa tốc độ thấp, đặc trưng tăng, giảm công suất Kỹ thuật cho phép ứng dụng thời gian thực vào việc sử dụng lại tần số linh hoạt đến đầu cuối gần với trung tâm tế bào nơi phần nhỏ tần số dùng lại cho đầu cuối cuối tế bào, giảm thiểu đáng kể nhiễu đồng kênh 1.2.3 Những điểm đặc trưng lớp MAC Lớp MAC kỹ thuật WiMAX di động (802.16e) bao gồm đặc trưng cung cấp độ linh hoạt hiệu cao 1.2.3.1 Truyền liệu sở kết nối với phân loại QoS kết nối Kỹ thuật WiMAX cung cấp môi trường cho dịch vụ kết nối có hướng Đối với loại dịch vụ, luật lệ phân loại rõ để xác định -9- loại lưu lượng kết hợp với kết nối Ví dụ, lưu lượng giao thức Internet(IP) dành cho địa chỉ/cổng IP đặc biệt Đối với loại kết nối, thơng số QoS xác định, ví dụ tỷ lệ dự trữ nhỏ tỷ lệ trì lớn Có nhiều loại chương trình định trước dịch vụ thời gian thực áp dụng dựa yêu cầu ứng dụng Một trù định đặc biệt khác (erlPS) xác định cho dịch vụ VoIP với việc triệt tiếng mã hóa phù hợp 1.2.3.2 Truyền chương trình định sẵn chế định vị băng thông linh hoạt Cơ chế định vị băng thông dựa yêu cầu băng thông thời gian thực truyền đầu cuối, kết nối Những yêu cầu băng thông truyền, sử dụng chế dựa kết nối mang theo thơng điệp liệu Trạm gốc thực định vị nguồn tài nguyên dựa yêu cầu thông số QoS việc kết nối 1.2.3.3 Giảm tiêu đề lớp MAC Kỹ thuật WiMAX bao gồm trợ giúp giảm tiêu đề mục đích chung (PHS) nén tiêu đề IP (ROHC) PHS dùng cho gói ảo với định dạng IPv4 IPv6 qua Ethernet Cũng lợi ích phần lớn lưu lượng có tiêu đề xác định, loại tiêu biểu cho IP địa đích Ethernet Cơ chế PHS thay phần lặp lại tiêu đề với định danh ngắn, giảm phần mở đầu kết hợp với tiêu đề ROHC tiêu chuẩn IETF hiệu cao cho WiMAX MAC có tồn trợ giúp cần thiết 1.2.3.4 Trợ giúp di động: chuyển giao Những thủ tục chuyển giao gồm nhiều phương pháp tối ưu Đặc biệt, để giảm thời gian th bao dị tìm tần số trung tâm kiếm thông số trạm gốc lân cận, thuê bao áp dụng q trình dị tìm th bao rời xa trạm gốc phục vụ dị tìm phương tiện truyền thông không dây trạm gốc lân cận Thơng tin nhận suốt q trình tần số trung - 77 - Cell giải mã lớp vật lý thông qua phần chuỗi liền kề thứ cấp, qua loại Cell 802.16m MS bỏ qua việc dị tìm nhanh BS khơng tồn đăng nhập hệ thống Tối ưu việc dị tìm MS WFAP: BS Macro WFAP giúp MS q trình dị tìm WFAP cách truyền tải thơng tin qua Topology hệ thống WFAP Đạt điều qua trao đổi thông điệp đáp ứng nhu cầu, broadcast, unicast Đặc biệt, BS Macrocell broadcast thơng tin WFAP OSG vùng phủ tần số sóng mang phân chia ID Cell để giảm thời gian dị tìm MS Hơn nữa, sau kết hợp thành công MS đến hệ thống Macrocell, BS Macrocell truyền danh sách WFAP lân cận truy nhập MS yêu cầu danh sách rõ ràng WFAP truy nhập MS địi hỏi hội dị tìm thêm từ BS cách gửi thông điệp bao gồm danh mục ID Cell phát thơng tin tần số sóng mang Dựa nhận thơng điệp, BS đáp ứng với danh sách WFAP lân cận truy nhập Việc dị tìm WFAP nhóm th bao khép kín tối thiểu nhanh tốt, danh sách thuê bao không phép truy nhập ngắn tốt Do đó, MS cung cấp CSG ID danh sách trắng CSG đến trạm gốc phục vụ thời để có hướng dẫn làm dị tìm, hướng dẫn bao gồm danh sách WFAP BSID kết hợp với CSGIDs yêu cầu BS khai thác tối ưu việc dị tìm MS WFAP (tức thúc đẩy dị tìm MS khi MS hay hệ thống đánh giá MS gần WFAP dựa định vị MS WFAP) Bản danh sách trắng CSG bao gồm thông tin định vị CSG WFAP, thông tin GPS BSID Macrocell chồng lớp Hệ thống hướng dẫn (bằng cách gửi thơng điệp, bao gồm danh sách WFAP - 78 - cho phép, gần kề) MS dị tìm WFAP dựa thơng tin định vị có sẵn hệ thống  Trợ giúp chuyển giao cho WFAP Chuyển giao Macrocell WFAP WFAP với suốt, liền lạc cho QoS cao, bên cạnh việc đưa vai trị tham chiếu người dùng vào Ví dụ th bao ưa thích WFAP gốc chí độ mạnh tín hiệu WFAP thấp BS Macrocell liền kề Để giải vấn đề này, giao diện vô tuyến tiên tiến WMAN xác định điều kiện thúc đẩy dị tìm chuyển giao ưu tiên BS mục tiêu cho Femtocell dựa loại BS Điều kiện thúc đẩy xác định tránh khỏi chuyển giao không mong muốn từ WFAP gốc đến hệ thống Macrocell ngược lại chuyển giao đến WFAP chuộng Thêm nữa, hệ thống hướng dẫn MS làm ưu tiên chọn cell Ví dụ, hệ thống hay BS phục vụ gửi cho MS thơng điệp bao gồm danh sách ưu tiên trạm phát gốc mục tiêu ứng viên Hình 3.7 Mơ hình chuyển giao tối ưu - 79 -  Quản lý nhiễu Femtocell Khi Femtocell Macrocell triển khai dày đặc vùng phủ phục vụ, vấn đề nghiêm trọng xuất vùng tối (deadzone) Macrocell hay Femtocell nơi có nhiễu mức từ BS Macro Femto lân cận, ảnh hưởng kết nối phân phối dịch vụ người dùng cell phục vụ Cách hợp lý để vượt qua vấn đề nhiễu cô lập chia nhỏ nguồn tài nguyên vô tuyến sử dụng qua Macrocell hay Femtocell lân cận để tránh nhiễu Khi WFAP chồng lớp với Macrocell, nhiễu xảy lớp WFAP mà xuyên lớp, WFAP Macrocell Do đó, quản lý nhiễu tiên tiến chủ yếu cho hoạt động tồn hệ thống Femtocell, đặc biệt kịch triển khai dày đặc Nhiều hệ số cần xem xét WFAP Macrocell chồng lớp tần số, sóng mang đa tần số có mặt, quản lý nhiễu áp dụng kênh điều khiển, kênh liệu hai, MS kết nối hay Mode idle Để cung cấp kết nối liền lạc QoS cao cho trạm di động, giao diện vô tuyến tiên tiến WMAN hỗ trợ phương pháp quản lý nhiễu nâng cao với nhiều kịch mục tiêu kỹ thuật khác Mục đích đạt việc giảm nhiễu xuyên tế bào có độ phức tạp chấp nhận cách tối ưu Quản lý nhiễu tiên tiến qua nhiều lớp: lớp vật lý (như điều khiển cơng suất, thay đổi sóng mang ), lớp MAC (báo hiệu, thông điệp, quản lý nguồn tài nguyên bảo tồn tài nguyên), lớp hệ thống (bảo mật, cấu hình máy chủ SON) lớp cấp cao khác (những yêu cầu dự phòng QoS trạm di động) - 80 - 3.4.3 Tóm lược kỹ thuật đưa 3.4.3.1 Tự cấu hình Femto BS dị tìm tín hiệu BS lân cận để đo lượng nhiễu xung quanh, qua đó, tự động điều chỉnh cấu hình vơ tuyến Sự điều chỉnh chuyển sang tần số sóng mang khác thực thi /hoặc điều khiển động cơng suất đường xuống 3.4.3.2 Khóa giữ lại nguồn tài nguyên Một CSG WFAP trở thành nguồn nhiễu mạnh cho MS không thành viên kết hợp với Macrocell lân cận Trong trường hợp này, WFAP khóa vùng tài ngun vơ tuyến (một phần tần số / thời gian khung vô tuyến) loại trừ MS không thành viên liên lạc với BS Phương pháp làm giảm dung lượng WFAP Tuy nhiên có số MS phục vụ WFAP, nhiều trường hợp, vấn đề thích hợp không khắt khe đánh giá thấp dịch vụ thuê bao 3.4.3.3 Điều khiển công suất Một CSG WFAP điều chỉnh công suất phát để giảm nhiễu cho MS không thành viên.Ví dụ, cơng suất phát giảm u cầu QoS nhỏ phù hợp MS thành viên WFAP gây nhiễu mạnh MS khơng thành viên Mức cơng suất phục hồi lại để cung cấp QoS tốt đến MS thành viên MS không thành viên rời vùng phủ WFAP Phương pháp giảm vùng phủ WFAP giảm thông lượng thuê bao CSG WFAP phù hợp cho kịch nhà với mát xuyên tường lớn Macro WFAP kịch khơng có MS phục vụ WFAP đầu cuối yêu cầu thông lượng thuê bao không cao - 81 - 3.4.3.4 Đồng sử dụng phần tần số Cả hai WFAP Macrocell đồng định phần tần số mức công suất kết hợp qua phân chia tần số Phương pháp phù hợp cho quản lý nhiễu kênh liệu người dùng, không trợ giúp quản lý nhiễu kênh điều khiển Hơn nữa, tế bào giảm thông lượng giới hạn nguồn tài nguyên 3.4.3.5 Chuyển đổi sóng mang tần số WFAP chuyển sang sóng mang tần số khác nhiễu có nhiều sóng mang có mặt Phương pháp địi hỏi phải có nhiều tần số sóng mang 3.4.3.6 Chùm tia đồng xếp khơng gian: Nếu chùm tia hỗ trợ WFAP, WFAP Macrocell đồng xếp lượng anten định trước để tránh giảm nhiễu Phương pháp đòi hỏi báo hiệu thời gian giửa WFAP Macrocell Việc đồng xếp cần đồng Cell chuẩn xác thách thức 3.4.3.7 Hệ thồng đồng chuyển giao Femtocell-Macrocell Một CSG WFAP thúc đẩy nhiều MS thành viên đến Macrocell lân cận cho WFAP điều chỉnh nguồn tài nguyên vô tuyến (bằng việc điều khiển công suất dự trữ tài nguyên) để giảm nhiễu đến MS không thành viên phục vụ Macrocell Thời để điều chỉnh nguồn tài nguyên cài đặt thỏa mãn yêu cầu QoS từ MS thành viên không thành viên Phương pháp mang đến vai trò bất lợi cho MS thành viên thông tin liên lạc Macro giá rẻ làm yếu WFAP chia sẻ lưu lượng Macrocell 3.4.3.8 Đồng xếp BS Một phương pháp khác thông qua việc quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến nhóm BS lân cận, ví dụ MS trực tiếp BS phục vụ báo cáo kết - 82 - đo độ lớn tín hiệu BS lân cận bao gồm BS Femto Macrocell Thông tin báo cáo dùng BS phục vụ xếp với BS lân cận để giảm nhiễu Khi Femtocell gây nhiễu nghiêm trọng, BS phục vụ hệ thống yêu cầu BS Femto gây nhiễu, giảm nhiễu cách giảm cơng suất truyền khóa lại nhiều vùng tài nguyên 3.4.3.9 Chuyển đổi loại Femtocell chấp thuận dịch vụ Khi yêu cầu, CSG WFAP chuyển tạm thời loại thuê bao (từ CSG khép kín sang CSG mở rộng) nhiễu đủ mạnh đến MS không thành viên, MS chuyển giao đến WFAP CSG mở rộng thời Loại thuê bao phục hồi MS không thành viên rời khỏi vùng phủ WFAP Phương pháp đòi hỏi người chủ WFAP đồng ý cho người khác dùng tạm thời WFAP cho dịch vụ liệu Một vấn đề lớn cho hoạt động triển khai WFAP/ Macro Cell hỗn hợp tạo lỗ trống vùng phủ cho người sử dụng Macrocell WFAP khép kín Nếu trạm di động khơng thành viên nhóm th bao WFAP CSG khép kín, cơng suất tín hiệu thu được xem nhiễu Điều làm suy giảm dịch vụ trường hợp xấu kết nối Tức có lỗ trống vùng phủ tạo Để giải vấn đề này, IEEE 802.16m xác định giải pháp hai bước  Bước 1: Sau dị tìm, MS phát có BS với chất lượng tín hiệu chấp nhận WFAP CSG khép kín nơi MS khơng thành viên Bình thường MS khơng thành viên khơng nên cố truy cập vào WFAP CSG khép kín Tuy nhiên, trường hợp ngọai lệ, lỗ trống tạo WFAP CSG khép kín, MS khơng thành viên báo cáo tình trạng lỗ trống vùng phủ đến WFAP mã hóa loại CDMA dự trữ - 83 -  Bước 2: WFAP thơng báo đến Macrocell thực thể hệ thống máy chủ SON để yêu cầu đồng giảm nhiễu Lưu ý việc đồng quản lý nhiễu MS không thành viên phục vụ BS Macrocell nhận QoS mong ước mà WFAP cố gắng bảo đảm QoS mong ước cho MS thành viên Phụ thuộc vào kịch bản, phương pháp giảm nhiễu bảo tồn tài nguyên, điều khiển công suất, FFR, dạng chùm tia áp dụng Những phương pháp bước dùng trường hợp chung MS kết nối với Macrocell, bước MS báo cáo nhiễu đến BS Macrocell, bước 2, BS Macro đồng định đọat nhiễu WFAP qua hệ thống backhaul sau đó, phương pháp giảm nhiễu áp dụng Hình 3.8 Quản lý nhiễu bước Hình 3.8 dùng trường hợp WFAP CSG khép kín tạo nhiễu cao MS không thành viên - 84 - Lưu ý IEEE 802.16m định rõ kỹ thuật khác cho phép giảm thiểu nhiễu Việc thực thi ứng dụng kỹ thuật không bắt buộc, nhà khai thác nhà bán lẻ chọn tính phù hợp cho kịch triển khai cụ thể 3.4.3.10 Việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến tĩnh (semi) Nhiễu Femtocell Macrocell giảm vùng dự trữ chia sẻ tài nguyên vô tuyến tĩnh hay bán tĩnh dùng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) phân chia theo thời gian (TDM) Để kết luận, MS nối đến BS Macrocell phát mức độ nhiễu nguồn tài nguyên vô tuyến từ Femtocell xung quanh báo cáo kết đo đến BS phục vụ cho việc lựa chọn nguồn gây nhiễu Một Femto BS phát dự trữ tài nguyên cách tự động hợp tác với BS Macro đồng lớp cách xác định phần tần số khác sử dụng phần tần số Trong 802.16m, xếp khối nguồn tài nguyên khác số Femtocell /hợăc Macrocell cho việc truyền tín hiệu điều khiển đạt cách rút thông tin dựa kênh đồng đường xuống 3.4.3.11 Độ tin cậy dịch vụ WFAP Khi BS WFAP điều khiển khách hàng, hoạt động bình thường bị dừng với lý Như nguồn vấn đề kết nối backhaul Cũng nhà khai thác lập kế họach bảo trì tác động lại cấu hình Topology hệ thống thủ tục giảm nhiễu Tuy nhiên, liên tục dịch vụ nên trì nhiều tốt, trường hợp IEEE 802.16m giới thiệu đặc tính tăng độ tin cậy liên tục dịch vụ MS (hình 3.9) Như qui luật sở, WFAP cố gắng thông báo hệ thống MS trường hợp ngưng dịch vụ Về giao diện vô tuyến, điều thực qua thông điệp broadcast theo chu kỳ Thơng điệp giải mã lý khơng có - 85 - mặt, thơng số hệ thống thích hợp, giảm công suất phát, bảng dẫn định vị tần số, chí chu kỳ vắng mặt giao diện vô tuyến, biết trước Thêm nữa, danh sách BS đề nghị cho MS chuyển giao bao gồm Thông điệp broadcast suốt WFAP hẳn giao diện Điều cho phép MS thực chuyển giao qua BS dựa danh sách đề nghị BS ẩn trước danh sách BS lân cận tham chiếu Mặt khác, WFAP hướng dẫn MS chuyển giao đến BS khác trước vắng mặt Tối ưu việc tái đăng nhập hệ thống đến WFAP lần nữa., WFAP lưu trữ thông tin bối cảnh điều khiển truy nhập đa phương tiện MS phục vụ (dung lượng bản, dung lượng bảo mật ) Nếu WFAP hồi phục thiếu khả backhaul, yếu nguồn, tự cấu hình lại hơặc cấu hình nguồn tài nguyên đồng định đọat nhiễu trở lại WFAP thông báo hệ thống thông báo BS thời phục vụ thông qua giao diện hệ thống backhaul Dựa loại Cell BS phục vụ, WFAP điều khỏan quản lý di động hợp tác, BS phục vụ định chuyển giao ngược lại cho WFAP, nơi WFAP phục hồi ưu tiên Hình 3.9 Minh họa thiết kế độ tin cậy WFAP - 86 - 3.4.3.12 Hoạt động WFAP Mode cơng suất thấp Một Mode hoạt động tính lý tưởng, Mode công suất thấp (LDM) giới thiệu vào IEEE 802.16m để giảm nhiễu tiết kiệm lượng việc triển khai Femtocell Nguyên lý LDM giảm hoạt động giao diện vô tuyến nhiều tốt cách phát qua giao diện vô tuyến LDM yêu cầu Để kết luận, mẫu LDM mặc định bao gồm khoảng ngưng có sẵn (AI) khơng có sẵn (UAI) xác định cho phép mẫu hoạt động không hoạt động WFAP UAI cho phép giảm khả tắt nguồn phần phần cứng WFAP chuỗi phát tín hiệu Một khả khác dùng UAI cho việc dị tìm đo kiểm môi trường vô tuyến để cải thiện việc giảm nhiễu đồng đến hệ thống Macrocell Trong suốt khoảng AI, WFAP có sẵn cho loại thu phát tình trạng hoạt động bình thường bên cạnh đảm bảo việc dị tìm AMSs LDM thiết kế với hai mơ hình Đầu tiên WFAP nhập vào LDM trường hợp MS đính kèm hoạt động Luật thành lập để tránh tín hiệu phức tạp suy giảm QoS phía người dùng Thứ ảnh hưởng hoạt động phức tạp MS nên giảm thiểu để giữ chi phí thực thi thấp Mơ hình LDM mặc định khơng dự trữ trước, unicast trình đăng nhập hệ thống broadcast, MS có thơng tin cần thiết WFAP có mặt, ví dụ cho việc yêu cầu băng thông WFAP chuyển lại Mode thường có yêu cầu rõ ràng từ hệ thống backhaul ngầm nhận thúc ép hoạt động liệu từ MS Một AI quy hoạch WFAP lúc cần hoạt động Do đó, mẫu AI kết WFAP vị trí cao mẫu LDM mặc định cần thiết thêm vào AI cho hoạt động MS bình thuờng Lưu ý với việc giảm thiểu - 87 - nhiễu mong muốn, cần giảm thời gian truyền LDM nhiều tốt, ví dụ điều chỉnh tin nhắn mẫu mặc định LDM 3.4.3.13 Những hoạt động công nghiệp Như kỹ thuật liên quan, Femtocell thu hút nhiều ý từ công nghiệp vô tuyến Một tổ chức mới, diễn đàn Femto thành lập vào tháng năm 2007 để xúc tiến triển khai Femtocell toàn giới Hơn 60 công ty tham gia với tư cách tổ chức phi lợi nhuận, bao gồm nhà khai thác di động, nhà buôn bán phần cứng phần mềm viễn thông, người cung cấp nội dung người bắt đầu Diễn đàn Femto tạo thành đối tác với liên minh hệ thống di động hệ tương lai (NGMN) Mục tiêu đảm bảo NGMN với Femtocell triển khai từ bước đầu tiên, không giống hệ 2G/3G nơi Femtocell chồng lên hệ thống Cell tồn NGMN đánh giá tỉ lệ chi phí/ hoạt động, tối ưu hóa hệ thống mơ triển khai Femto-AP BS Macrocell Trong diễn đàn WiMAX, nhóm làm việc cung cấp dịch vụ (SPWG) bắt đầu phác thảo yêu cầu dịch vụ cho Femtocell từ quan điểm nhà khai thác hệ thống Mục tiêu xác định kịch sử dụng kinh doanh có thể, mơ hình triển khai yêu cầu chức năng, hướng dẫn hoạt động cho hệ thống từ đầu cuối đến đầu cuối Hơn có nhiều tổ chức tiêu chuẩn hoạt động lĩnh vực này, bao gồm 3GPP IEEE 802.16m với nhóm làm việc giao diện tiên tiến Trong IEEE 802.16m, thêm yêu cầu trợ giúp đầy đủ “tỷ lệ liệu cao Cell nhỏ” Những nhà cung cấp dịch vụ WiMAX yếu Sprint-nextel KT chuẩn bị đưa Femto –AP, vào hệ thống họ Hành động thúc đẩy nổ lực phát triển nhiều nhà máy sản xuất toàn cầu Một Femto-AP kỳ vọng giải pháp thay di động-cố định (FMS), cho sóng mang di động dùng giải pháp DSL không dây Femto-AP - 88 - cung cấp hội kinh doanh cho sóng mang có dây bước vào tổng đài hệ thống di động ảo (MVNO) sở thị trường không dây việc sử dụng đầy đủ sở hạ tầng truy cập hữu tuyến băng rộng Femto-AP 3.5 Kết luận Lý thuyết Femtocell hỗ trợ WiMAX tiên tiến cho triển khai chi phí thấp, thơng lượng cao, chất lượng dịch vụ cao cho kịch nhà.Những tiêu chuẩn kỹ thuật hoạt động IEEE 802.16m diễn đàn WiMAX, chi tiết kỹ thuật cho thiết kế Femto WiMAX hệ xác định WiMAX tiên tiến giới thiệu giải pháp có tính chất đổi trợ giúp Femtocell cấu hình hệ thống WiMAX giao diện vô tuyến tiên tiến wiressMAN Nội dung chương giới thiệu đặc tính chế giải vấn đề độc đáo việc triển khai khai thác hệ thống Femtocell Bao gồm việc cấu hình hệ thống, mở rộng quản lý di động, xử lý nhiễu, gia tăng độ tin cậy dịch vụ, hoạt động Mode công suất thấp - 89 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Hệ thống Femtocell thu hút ý nhà cung cấp dịch vụ không dây thuận lợi Femtocell việc mở rộng vùng phủ Cell, gia tăng dung lượng tăng chất lượng dịch vụ môi trường nhà Diễn đàn WiMAX IEEE 802.16 đeo đuổi tiêu chuẩn Femtocell theo hai giai đoạn để cung cấp sản phẩm Femtocell chuẩn Giai đoạn đầu hệ thống WiMAX Femtocell không thay đổi giao diện vô tuyến MS, mà nhằm mục đích hỗ trợ mạng Những thách thức thời gian cần xem xét việc giảm thiểu nhiễu, tự cấu hình tích hợp Femtocell phân tán Những Femtocell triển khai giai đoạn đầu hoạt động kênh tần số khác với Macrocell kênh dự trữ phân phối trực tiếp nhà khai thác Những đặc tính Femtocell tiên tiến tối ưu có mặt giai đoạn hai hồn chỉnh tiêu chuẩn IEEE 802.16m phần hệ WiMAX 2.0 với mục tiêu triển khai vào năm 2012-2013 Do thời gian hạn chế, nên nội dung luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, với đam mê nghiên cứu lĩnh vực Femtocell, tiếp tục mở rộng vấn đề nghiên cứu khác bảo mật Femtocell qua mạng lõi IP hay nghiên cứu chuẩn khác giúp tăng dung lượng cải thiện băng thông vùng phủ nhà phân phối liệu phương thức triển khai Femtocell Rất mong quan tâm đóng góp ý kiến thầy, cô bạn để nội dung luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn - 90 - LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc mình, tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy hướng dẫn khoa học cho thực luận văn này: Tiến sĩ Trịnh Quang Khải Cùng Quý thầy cô Trường Đại học Giao Thông Vận Tải CS1 CS2, đặc biệt thầy cô khoa Điện - Điện tử, người tận tình giảng dạy trang bị kiến thức cho Cám ơn quan tôi, Trường Đại Học Tôn Đức Thắng tạo điều kiện tốt cho tơi để hồn thành luận văn Cám ơn gia đình bạn Cao Học K18, ngành Kỹ thuật Điện tử, người động viên chia sẻ với suốt thời gian học tập trường Xin chân thành cảm ơn Nguyễn Kiều Tam - 91 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Radha Krishna Rao, G Radhamani, “Technology Revolution WiMAX”, Taylor & Francis Group, LLC, (2008) [2] Joseph Boccuzzi, Michael Ruggiero, “Femtocells: Design & Application” The McGraw-Hill (2011) [3] Jie Zhang, Guillaume de la Roche, “Femtocells: Technologies and Deployment” John Wiley & Sons (2010), [4] Marcos D Katz, Frank H.P Fitzek, “WiMAX Evolution: Emerging Technologies and Applications”, John Wiley & Sons (2009) [5] Mikko Lauri Juhani Järvinen, “Deployment of Femtocells in 3rd Generation Networks”, HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, (2009 ) [6] Ronny yongho kim, Jin Sam Kwak, “WiMAX Femtocell: Requirements, Challenges and Solutions”, LG Electronic Inc, (2009) [7] Shu-Ping Yen, Shilpa Talwar, Heechang Kim, “ WiMAX Femtocell: A Perspective On Network Architecture, Capacity, and Coverage.”, IEEE Communication magazine, (2008) [8] Ying Li, Andreas Nigam, Joey Chou, “ Overvew Of Femtocell Support In Advanced WiMAX Systems”, IEEE Communication magazine, (2011)