2.2.1. Suy hao theo khoảng cách
Sự khác nhau rõ rệt giữa kênh vô tuyến và hữu tuyến là lƣợng công suất truyền đạt đến máy thu. Giả sử năng lƣợng của tín hiệu truyền mở rộng trên mặt các hình cầu song song, vì vậy năng lƣợng nhận đƣợc tại ăng ten thu có khoảng cách d tỷ lệ nghịch với diện tích bề mặt cầu, (4πd2). Suy hao đƣợc tính theo công thức lan truyền không gian tự do [6]:
trong đó Pr và Pt lần lƣợt công suất thu và nhận và λ là chiều dài của bƣớc sóng. Nếu ăng-ten hƣớng tính đƣợc dùng tại máy phát và máy thu, thì sẽ có độ lợi là Gt và Gr và công suất nhận tăng đƣợc hay không là nhờ vào độ lợi của ăng-ten. Một mặt quan trọng khác của công thức (2.3) là từ c=fc.λ nên λ=c/fc, công suất nhận đƣợc sẽ giảm bình phƣơng lần theo tần sóng mang. Hay nói một cách khác, với công suất
2 2 4 d G G P P t r t r (2.3)
56
phát đã cho, thì sẽ có khoảng suy giảm khi tần số tăng lên. Điều này có ảnh hƣởng quan trọng đến các hệ thống có tốc độ dữ liệu cao.
Để tính toán chính xác, ngƣời ta thƣờng dùng công thức kinh nghiệm sau đây để tính toán cho suy hao của kênh kinh nghiệm:
Trong công thức (2.4) có thêm ba thành phần là P0, d0 và α. P0 là công suất suy hao đo đƣợc trên khoảng cách tham chiếu là d0 và thƣờng đƣợc chọn là 1m. Trên thực tế, P0 thƣờng đƣợc lấy xấp sỉ là một vài dB. α là số mũ suy hao và đại lƣợng này đƣợc cho trong bảng.
Để khắc phục đƣợc nhiễu do sự suy hao đƣờng truyền này thì cần chú ý những điều sau:
Chiều cao của ăng-ten phải đƣợc tính đến là có chiều cao phù hợp. Tần số sóng mang sử dụng.
Khoảng cách giữa hai ăng-ten phát và thu.
2.2.2. Nhiễu trắng, nhiễu xuyên kí hiệu (ISI), nhiễu xuyên kênh (ICI)
2.2.2.1 Nhiễu trắng
Nhiễu trắng là một loại nhiễu có hàm mật độ xác suất tuân theo phân bố Gaussian, vì vậy nó còn đƣợc gọi là nhiễu Gaussian. Nhiễu trắng có thể do nhiều nguồn khác nhau gây ra nhƣ thời tiết, do bộ khuếch đại ở phía thu, do nhiệt độ hay do con ngƣời.
2.2.2.2. Nhiễu xuyên ký hiệu (ISI)
Trong môi trƣờng truyền dẫn vô tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hƣớng khác nhau từ máy phát đến máy thu
d d P P Pr t 0 0 (2.4)
57
là điều không thể tránh khỏi. Ảnh hƣởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu không thể khôi phục lại đƣợc tín hiệu gốc ban đầu.
Để giảm nhiễu ISI, chúng ta có thể sử dụng các phƣơng pháp lọc: Bộ lọc Wienner (Wiener filter)
Bộ lọc ép không (Zero forcing filter)
Bộ lọc tối thiểu lỗi bình phƣơng (Least Square Filter)
Lọc tín hiệu theo tiêu chuẩn tối đa xác suất (Maximum-Likelihood Detection)
Trong chế độ TDD, để khử gần nhƣ hoàn toàn nhiễu ISI, ngƣời ta thƣờng dùng khoảng bảo vệ nhƣ đã trình bày trong kỹ thuật OFDM ở trên, tuy nhiên khoảng bảo vệ làm giảm hiệu suất của hệ thống đáng kể.
2.2.2.3.. Nhiễu xuyên kênh (ICI)
Nhiễu xuyên kênh gây ra do các thiết bị phát trên các kênh liền nhau Nhiễu liên kênh thƣờng xảy ra do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến bị dịch tần gây can nhiễu sang các kênh kề nó. Đểloại bỏ nhiễu xuyên kênh ngƣời ta phải có khoảng bảo vệ (guard band) một cách tuần hoàn giữa các dải tần cùng với việc dùng bộ cân bằng kênh hỗ trợ bởi hoa tiêu giữa các dải tần.
2.2.2.3. Nhiễu đồng kênh (CCI)
Trong các mạng OFDMA-TDD với hệ số tái sử dụng tần số 100%, các phƣơng pháp phân phối tài nguyên vô tuyến truyền thống chỉ cho hiệu năng thông lƣợng thấp do nhiễu đồng kênh CCI (Co-Channel Interference) quá cao. Đó là do thông tin về nhiễu CCI không đƣợc tính đến trong quá trình cấp phát kênh đƣợc thực hiện tại lớp MAC. Nhiễu đồng kênh là nhiễu gây ra do sự sử dụng lại tần số trên những BS khác nhau. Nhiễu này xuât hiện ở cả đƣờng UL và DL, trên cả MS và cả BS. Trên hình (2.5), MS1 và MS3 trên BS1 bị can nhiễu bởi MS2 trên đƣờng DL, còn BS2 thì bị can nhiễu bởi BS1 trên đƣờng UL.
58
Hình 2. 5. Mô hình hệ thống nhiễu đồng kênh
Nhiễu đồng kênh là một loại nhiễu ảnh hƣởng rất lớn đến dung lƣợng của hệ thống vô tuyến, đặc biệt là trong vùng đô thị khi khoảng cách giữa các BS là tƣơng đối nhỏ. Để giải quyết vấn đề này, ngƣời ta sử dụng thuật toán sao cho những MS thuộc 2 BS cạnh nhau sẽ đƣợc gán những tần số không trùng nhau.
Để giải quyết vấn đề này, từ trƣớc đến nay đã có một số giải pháp sau:
- Phƣơng pháp sử dụng lại tần số từng phần (fractional frequencyreuse): trong phƣơng pháp này, các vùng phủ sóng gần nhau sẽ đƣợc ấn định các tập hợp tần số khác nhau để tránh hiện tƣợng nhiễu đồng kênh. Phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là hệ số sử dụng lại tần số rất thấp.
- Phƣơng pháp chia nhỏ vùng phủ sóng (sectoring): trong phƣơng pháp này, một vùng phủ sóng sẽ đƣợc chia nhỏ thành 6 vùng con (sector), mỗi vùng con sẽ đƣợc ấn định một tập tần số saocho 2 tập tần số trùng nhau sẽ nằm ở hai vùng phủ sóng khác nhau, với khoảng cách đủ lớn để không xảy ra CCI (Hình 2.6). Phƣơng pháp này có một số nhƣợc điểm: (1) khi một thiết bị di động đi từ vùng con này sang vùng con khác trong nội bộ một vùng phủ sóng thì nó cần phải thực hiện chuyển giao (intra-cell handover) và (2) cơ chế phân phối tài nguyên vô tuyến cố định cho các vùng con sẽ hạn chế khả năng tái sử dụng tần số một cách hiệu quả, gây lãng
59
phí tài nguyên vô tuyến
- Trong những thuật toán truyền thống, ngƣời ta sẽ khoanh vùng sử dụng phổ tần, tuy nhiên điều này dƣờng nhƣ lãng phí tài nguyên cho phần không gian không nằm cạnh BS gây nhiễu với hệ số sử dụng lại tần số rất thấp, vì vậy gần đây ngƣời ta sử dụng triệt để phần không gian không nằm cạnh BS gây nhiễu với hệ số sử dụng lại tần số rất cao, có thể tiến đến 1.
Hình 2. 6. Cách sử dụng quỹ tần số hiệu quả trong mạng tế bào [7]
Trong kỹ thuật OFDMA, việc giảm thiểu nhiễu đồng kênh là công việc của các thuật toán ánh xạ, khi mà sắp xếp dữ liệu vào hình chữ nhật, nó có khả năng chọn lựa đƣợc kênh truyền nào tốt nhất cho MS nào vào thời điểm nào, đồng nghĩa với việc giảm khả năng gây nhiễu CCI và tăng dung lƣợng toàn mạng. Việc này sẽ có hiệu quả nếu tính chất phụ thuộc thời gian và tần số của kênh phân tập đa đƣờng đƣợc khai thác triệt để, kết quả mô phỏng cho các thuật toán ứng dụng điều này sẽ đƣợc mô tả trong các phần sau của luận văn này.
60