SVTH: Trần Nguyễn Văn Đoài Trang 75
3.6 TÁC ĐỘNG CỦA OVERHEAD LÊN DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG
Xét đến overhead (Phần truyền dẫn chứa thông tin điều khiển, báo hiệu) trong phần lớp PHY và MAC. Trong đó overhead PHY có thể được chia làm 2 phần chính: UL overhead và DL overhead. Sự xuất hiện của overhead từ việc sử dụng phương pháp chu kỳ tiền tố CP nhằm giảm nhiễu ISI nhưng cần được ước lượng để có được hiệu suất băng thơng cách tốt nhất. Trong frame con DL, các overhead tồn tại của 1 mở đầu, FCH, DLMAP và UP-MAP như hình 2.6- Cấu trúc frame TDD trong WiMAX OFDMA. Mục MAP bao gồm 1 phần cố định và thay đổi. Những mục này có thể dẫn đến 1 số lương đáng kể overhead.
WiMAX forum đề nghị dùng nén MAP mà giảm các mục DL-MAP overhead từ 11 byte còn 4 byte cho kiểm tra dư thừa chu kỳ (Cyclic Redundancy Check- CRC). Những UL-MAP cố định dài 6 byte còn 4 byte CRC. Với mã lặp lại của 4 và QPSK 1/2 , cả hai DL-MAP và UL-MAP cố định chiếm 16 slot.
Sự biến đổi của DL-MAP bao gồm 1 mục cho mỗi burst và yêu cầu 60 bit cho mỗi mục. Tương tự, giá trị biến đổi của phần UL-MAP bao gồm 1 mục trên mỗi burst và yêu cầu 52 bit cho mỗi mục. Có tất cả 4 lần lặp đi lặp lại và chỉ dùng QPSK ½ MCS. Nó sẽ được chỉ ra rằng sự lặp lại bao gồm khe lặp đi lặp lại (và khơng byte). Vì thế, cả mục DL và UL MAPs cũng chiếm 16 slot mỗi brust. Frame con UL cũng có các bộ phận cố định và thay đổi. Khoảng và sự tranh chấp là ở phần cố định. Kích thước của chúng được định nghĩa bởi quản trị viên mạng.
Các phần cố định khác là chỉ số chất lượng kênh truyền (CQI) và ký tự xác nhận acknowledgements- ACK. Các khu vực này cũng được xác định bởi nhà quản trị mạng. Rõ ràng, nhiều mục cố định phân bố; ít số slot và có sẵn cho khối lượng user. Trong phân tích này, 3 cột symbol OFDM dành cho tất cả các phần cố định được phân bố. mỗi burst UL bắt đầu cới 1 phần mở đầu UL. 1 symbol OFDM đươc dùng cho 1 phần mở đầu ngắn và 2 cho phần mở đầu dài. 1 khe cho phần mở đầu UL được phân bổ. mỗi MAC PDU có ít nhất 6 bytes của MAC header và 1 giá trị thay đổi chiều dài payload bao gồm 1 số lựa chọn các header con, dữ liệu và 1 dựa chon 4 byte CRC. Lựa chọn header con gồm chống phân mảnh, gói dữ liệu và lưới. Mỗi phần chứa 2 byte.
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HĨA THÍCH NGHI AMC ĐỂ NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG 802.16e (MOBILE WIMAX) ĐA NGƯỜI DÙNG
GVHD: Ts Đỗ Đình Thuấn
SVTH: Trần Nguyễn Văn Đoài Trang 76
CHƯƠNG 4
MỘT VÀI MƠ HÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU CHO ĐƯỜNG TRUYỀN KHƠNG DÂY BĂNG RỘNG
4.1 GIỚI THIỆU
Phần này, báo cáo nêu lên một số mơ hình truyền dữ liệu cho đường truyền băng rộng không dây, được nêu ra theo tiêu chuẩn IEEE. Trong đó, mơ hình SUI và COST-231 được quan tâm nhiều nhất
Các mơ hình truyền dữ liệu được dùng để ước lượng giá trị suy sao- Path loss của kênh truyền không dây và để tra cứu SNR tại phía thu theo các cấp độ dựa vào công thức (2.7) và (2.8). Giá trị PL được giải thích trong phần 1.5, được dùng để xác định giá trị đo của tram cơ sở và dải cell của trạm di động. Giá trị SNR được áp dụng để đưa ra 1 phương pháp phân phối điều chế như được đề nghị trong phần 3.2.
Có các mơ hình truyền phát triển dành cho giao diện air (air interface) dự đoán đường truyền như được đền câp trong phần 2.5.2. Mơ hình kênh truyền khơng gian tự do (Free space model) đã được đề nghị. Từ khi luận án này thì liên quan đến các dự án WiMAX di động, chúng ta sẽ tập trung trên những mơ hình đề nghị cho cả hai ứng dụng LOS và NLOS với tần số băng thông lên đến 6 GHz.
Trong phần mơ hình truyền SUI và COST-231 Hata được nghiên cứu để đáp ứng các điều kiện yêu cầu. Mặc dù có những lựa chọn có sẵn cho các mơ hình truyền tần số, hai mơ hình được đề cập ở trên được dùng rất phổ biến bở các dự án không dây và 1 vài trường hợp được giám sát với các thiết bị WiMAX trường hợp thực .
4.2 SUI MODEL- MƠ HÌNH SUI
Mơ hình này dựa trên đề nghị trường Đại học Standford dành cho việc ước lượng đường truyền không dây băng rộng. Phát triển vượt bậc này được làm dưới chuẩn IEEE802.16d dựa trên các thiết bị đo lường AT&T trong các băng tần số 2.9 GHz trên 95 cell lớn (macrocell) cho việc sủa các đường truyền US, trong khi 1 tần số kết nối với 1 khu vực (sector) được giới thiệu cho các tần số khác. Mơ hình này được ứng dụng để các vùng ngoại ơ trong khi bán kính các cell dưới 8 km và phân loại các khu vực ta có 3 dạng địa hình khác nhau dưới đây:
SVTH: Trần Nguyễn Văn Đồi Trang 77
Địa hình A: Đồi núi với cây đồ dày từ trung bình đến dày đặc.
Địa hình B: Địa hình bằng phẳng với cây đồ dày từ trung bình đến dày đặc
hoặc địa hình đồi với cây thưa
Địa hình C: Địa hình bằng phẳng với cây thưa.
Cơng thức tính tốn giá trị suy hao dụa trên mơ hình SUI được thể hiện trong công thức (3.1)
𝑃𝐿 = 𝐴 + 10𝛾 log10(𝑑
𝑑0) + ∆𝑓 + ∆ℎ + 𝑆 (4.1)
Trong đó: d (khoảng cách từ Tx đến Rx) lớn hơn d0 = 10 m (khoảng cách tham khảo) và:
A = 20. log10(4.𝜋.𝑑
𝜆 ) 𝛾 = 𝑎 − 𝑏ℎ𝐵𝑆 + 𝑐 ℎ⁄ 𝐵𝑆
Trong đó, các giá trị a,b,c dựa trên các địa hình khác nhau có thể lấy theo bảng
3.1.
∆f là nhân tố hiệu chỉnh tần số, với f là băng tần số điều hành.
∆𝑓 = 6 log10( 𝑓
2000)
∆h là hiệu chỉnh chiều cao antten của thiết bị đầu cuối được tính như sau
∆ℎ = −10.8 log10( ℎ𝑟
2000) (Địa hình loại A và B) = -20.0 log10( ℎ𝑟
2000) (Địa hình loại C) Và giá trị Lognormal Shadowing: 𝑆 = 0.65[log 𝑓]2− 1.3 log 𝑓 + ∝
Trong đó, f là tần số của hệ thống trung tâm (MHz) và α = 5.2 dB (Đô thị) hay 6.6 dB (ngoại ô)
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HĨA THÍCH NGHI AMC ĐỂ NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG 802.16e (MOBILE WIMAX) ĐA NGƯỜI DÙNG
GVHD: Ts Đỗ Đình Thuấn
SVTH: Trần Nguyễn Văn Đoài Trang 78
Bảng 4.1- Các con số số liệu cho các thơng số mơ hình SUI
4.3 Cost-231 Hata Model
Mơ hình Cost-231 Hata model được phát minh như một phần mở rộng của mơ hình Hata-Okumura. Đó là mơ hình với nội dung dùng để dử dụng băng tần từ 500 MHz đến 2000 MHz. Nó được dùng để kiểm sốt lớn hay nhỏ các macro-cell. Bốn thông số dùng để ước lượng cho suy hay kênh truyền bởi mơ hình Hata nổi tiếng: tần số f (MHz), khoảng cách d (km), chiều cao trạm cơ sở (base station) hb (m) và chiều cao anten của thiết bị di động hm (m). Cơng thức COST-231 Hata tính tốn PL như sau:
PL = 46.3+33.9log10(f)-13.82log10(hb) – ahm +(44.9-6.55log10(hb))log10d+Cm (4.2) Trong đó: giá trị thông số Cm và ahm được dùng để định rõ môi trường riêng biệt như sau:
- Môi trường đô thị: Cm = 3 dB ahm = 3.20(log10(11.75hm))2- 4.97 - Môi trường ngoại ô/ nông thôn:
Cm = 0 dB ahm = (1.1log10f- 0.7)hm- (1.56log10f – 0.8) Tồn tại 1 con số đa dạng của phần mở rộng của mô hình thực nghiệm. Mỗi một cái có thể chứa 1 hay nhiều các thơng số phụ thêm để làm nâng cao giá trị đúng của mơ hình cơ bản. Các thơng số có thể đươc dùng để phân phối với hạn chế của mơ hình hoặc để phân biệt các giá trị đặc trưng các ứng dụng như LOS và NLOS. Bảng 4.2 thể hiện giới hạn mà liên quan đến thực nghiệm mơ hình Cost-231 Hata.
SVTH: Trần Nguyễn Văn Đoài Trang 79
Bảng 4.2- giới hạn các thơng số trong mơ hình Cost-231 Hata
Chú ý rằng, WiMAX forum định nghĩa mất mát thêm của 8 dB cho nhiễu mờ (log-Normal shadowing) và 10 dB cho nhiễu xuyên (penetration loss) trong 1 hệ thống của nó biểu diễn ước lượng các trường hợp cho WiMax mobile (WiMAX di động trong khi sử dụng mơ hình Cost-231 vùng đơ thị. Giá trị 5.56 dB được dùng cho nhiễu mặt bóng biên (Shadow Fade margin) trong khi có 75% xác suất phủ sóng tại rìa cell và 90% xác suất phủ sóng so với tồn bộ vùng diện tích
4.4 SO SÁNH CÁC MƠ HÌNH TRUYỀN- COMPARISON OF PROPAGATION MODELS PROPAGATION MODELS
Khi thực hiện quy hoạch, phân tích dung lượng hệ thống thì việc lựa chọn mơ hình truyền cũng quan trọng. Sau trình bày sơ lược các đặc điểm so sánh giữa các mơ hình truyền với nhau.
Như đề cập ở trên, từ khi hệ thống WiMAX chưa được từng mở rộng như bây giờ, khơng có nhiều phép thử và đo đặc có sẵn. chính vì thế, để hiện sự so sánh giữa mơ hình truyền được giới thiệu trong chương này tôi thể hiện phép thử đã được làm bở BT Italy thông qua truy cập WiMAX cố định.
Trường hợp nghiên cứu được thực hiện vào khoảng từ tháng 7, 2005 đến 7, 2006 tại Rome với hệ thống mạng cố định trên tần số 3.5 GHz của băng tần với độ rộng kênh truyền 3.5 MHz. Hơn 200 điểm phép đo được chọn trên 2.4 km tính từ tram cơ sở. 1 con số của mơ hình kênh truyền chứa SUI-N và mơ hình Cost-231 Hata được kiểm tra để so sánh với kết quả đo với giá trị thực nghiệm. Ở bảng 4.3 mô tả kết quả qt kiểm tra trong đó, xác suất tíh tốn được xét như sau:
ek = abs (PLk-predicted – PLk-mesured) 𝜇 = 1
𝑁 ∑𝑁𝑘=1𝑒𝑘 và 𝜎 = √1
𝑁 ∑𝑁 (𝑒𝑘− 𝜇)2 𝑘=1
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HĨA THÍCH NGHI AMC ĐỂ NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG 802.16e (MOBILE WIMAX) ĐA NGƯỜI DÙNG
GVHD: Ts Đỗ Đình Thuấn
SVTH: Trần Nguyễn Văn Đoài Trang 80
Bảng 4.3- Thống kê so sánh của mơ hình truyền
Như những gì quan sát được từ bảng, mơ hình Cost-Hata thể hiện nhiều giá trị xét chính xác hơn sự dự đốn và vừa lựa chonk bở BT Italy như mơ hình phủ sóng chấp nhận được cho các ứng dụng WiMAX.
SVTH: Trần Nguyễn Văn Đồi Trang 81
CHƯƠNG 5
MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 5.1 GIỚI THIỆU
Trong chương này, báo cáo trình bày q trình thực hiện mơ phỏng và kết quả đánh giá tính tác động của điều chế và mã hóa thích nghi AMC đến dung lượng hệ thống Mobile WiMAX. Và từ đó thực hiện ước lượng dung lượng hệ thống trên 1 trạm phát có thể phục vụ cho 1 số lượng user.
Quá trình mô phỏng điều chế đưa đến đúc kết các giá trị thông số về kênh truyền, cũng như về hệ thống giá trị SNR để đưa ra tính tốn về bán kính vùng phủ sóng tùy ứng theo các mơ hình truyền được đề nghị. Đồng thời, cũng có tính tác động đến việc xây dựng thuật toán để ước lượng dung lượng hệ thống sao cho đạt hiệu suất băng thông cao nhất.
Q trình mơ phỏng được thực hiện bằng phần mền Matlab 7.12.0 (2011a), Microsoft Office 2013, Microsoft Visio 2013 professional.
5.2 CÁC THƠNG SỐ MƠ PHỎNG
Trong mơ phỏng về điều chế và mã hóa thích nghi AMC được sử dụng trong hệ thống Mobile WiMAX, q trình mơ phỏng thực hiện mô phỏng giá trị SNR so với Eb/No theo từng loại điều chế với tỷ lệ điều chế (coding rate) khác nhau. Các thông số mô phỏng AMC lựa chọn chu kỳ tiền tố CP- cyclic prefix (với các giá trị dùng là 4/ 8/ 16/ 32) hay giá trị G (1/4; 1/8; 1/16; 1/32)- số liệu nhập vào thực hiện mơ phỏng cịn lại là số lượng symbol trong quá trình OFDM.
Đối với thực hiện mô phỏng ước lượng dung lượng hệ thống với số user mà một sector có thể hỗ trợ, như giải thuật để xác định số lượng user được mơ tả ở hình 3.7. Ta cần nhập các thơng số dịch vụ và các thông số hệ thống. Các thông số dịch vụ bao gồm các thơng số phân tích về nhu cầu dịch vụ mà hệ thống phủ sóng. Thơng số dịch vụ gồm tốc độ dữ liệu, tỷ lệ tranh chấp (CONTENTION RATIO) của hai lớp người dùng (Nhà ở, gia đình - RESIDENTIAL và Doanh nghiệp- Business) cùng với phần trăm tỷ lệ chiếm của 2 lớp người dùng trên, tỷ lệ thuê bao (OVER SUBSCRIPTION RATIO- OSR). Đối với các thông số về hệ thống bao gồm: băng thông kênh sử dụng (ta sử dụng kênh với băng thông 5 hoặc 10 MHz), xác định tỷ lệ mã tiền tố CP- Cyclic Prefix (4 /16 /16 /32), tỷ lệ subframe cho từng đường UL & DL. Tỷ lệ đường truyền UL/DL; cùng với số lượng kết nối trung bình trên PDU và cụm dữ liệu.
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HĨA THÍCH NGHI AMC ĐỂ NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG 802.16e (MOBILE WIMAX) ĐA NGƯỜI DÙNG
GVHD: Ts Đỗ Đình Thuấn
SVTH: Trần Nguyễn Văn Đồi Trang 82
5.3 THỰC HIỆN MƠ PHỎNG
Q trình thực hiện mơ phỏng, chúng tơi xây dựng giao diện GUIDE dựa trên ngơn ngữ lập trình Matlab với mong muốn mơ tả cách trực quan q trình mơ phỏng và kết quả thực hiện.
Phần mền Matlab với phiên bản Matlab 2011a.