Trong kiểu ARQ dừng và đợi thỡ bờn phỏt gửi đi một gúi tin và nú sẽ chờ cho đến khi bờn thu gửi lại trả lại gúi tin trả lời ACK để biết là bờn thu đó nhận đỳng gúi tin hay chưa. Nếu như bờn thu đó nhận đỳng gúi tin thỡ bờn phỏt sẽ tiếp tục phỏt đi gúi tin tiếp theo cũn nếu khụng nú sẽ phỏt lại gúi tin bị lỗi. Giả sử bờn phỏt gửi đi một gúi tin là P1 , sau khi gửi gúi tin này đi nú sẽ ở trong trang thỏi chờ trả lời tử bờn thu để truyền tiếp. Sau một khoảng thời gian time out nhất định mà bờn phỏt khụng nhận được gúi tin trả lời ACK từ bờn thu sẽ xảy ra hai khả năng.
+ Gúi tin P1 khụng đến được đớch nờn sẽ khụng thể cú gúi tin trả lời ACK và bờn phỏt sẽ phỏt lại gúi tin P1.
+ Bờn thu cú phỏt gúi tin ACK trả lời nhưng bờn phỏt khụng nhận được và bờn phỏt vẫn phỏt lại gúi tin P1. Và lỳc này bờn thu dựa vào số sequence number sẽ biết được là gúi tin này nú đó nhận và từ chối nhận gúi tin này nhưng nú vẫn gửi trả lại gúi tin ACK cho bờn phỏt.
Hỡnh 2.15: Mụ hỡnh giao thức ARQ dừng và đợi
Như vậy trong phương phỏp này, sau khi truyền khung I bờn phỏt phải đợi một thời gian tối thiểu trước khi truyền khung tiếp theo. Thời gian đợi đú phải bằng tổng thời gian bờn thu thu được khung I, thời gian xử lý khung I và thời gian truyền, xử lý khung ACK. Điều này làm cho hiệu suất sự dụng băng thụng là nhỏ vỡ cú quỏ nhiều thời gian rồi. Nhưng trong phương phỏp này thỡ cỏc gúi tin khụng cần phải lưu trữ và bộ đệm.
2.4.2. Kỹ thuật điều chế ARQ lùi N
Trong cơ chế ARQ lựi N thỡ cho phộp bờn phỏt phỏt đi một số lượng cỏc gúi mà khụng phải chờ trả lời từ bờn thu, nhưng số lượng gúi phỏt đi này phải nằm trong giới hạn size của window mà thụi. Giả sử window size cú kớch thước là N thỡ bờn phỏt sẽ được phỏt đi N gúi tin liờn tiếp nhưng để phỏt được gúi tin thứ (i+N) thỡ nú phải chờ thụng tin trả lời ACK của gúi tin thứ i.
Hỡnh 2.16: Mụ hỡnh giao thức ARQ lựi N
Trong cơ chế này cú sử dụng cỏc hàm cơ bản để đú là: Ready to reciver (RR), và Reject (REJ). . Nếu như khụng tỡm thấy lỗi thỡ đich sẽ trả lại ACK với hàm RR, cũn nếu bờn thu phỏt hiện ra lỗi thỡ gúi tin ACK trả lại sẽ cú hàm REJ. Cỏc khả năng sau cú thể xảy ra trong khi truyền cỏc gúi tin từ bờn thu đến bờn nhận:
+ Trường hợp 1: Gúi tin bị lỗi
Hỡnh 2.17: Giao thức ARQ lựi N với gúi tin bị lỗi
Gúi tin truyền từ bờn phỏt đến bờn thu bị lỗi, và bờn thu nhận ra lỗi này và truyền trả lại cho bờn phỏt ACK bằng hàm REJ. Phớa bờn thu sau khi nhận được ACK này thỡ sẽ truyền lại cho bờn phỏt cỏc gúi tin bắt đầu từ gúi tin bị lỗi. Nhưng trong thời gian cho đến khi bờn phỏt nhận được trả lời ACK bằng hàm REJ thỡ bờn phỏt vẫn truyền cỏc gúi tin nằm trong window size. Và cỏc gúi tin này vẫn đến đuợc bờn thu nhưng mà bờn thu sẽ khụng nhận cỏc gúi tin này và hủy nú đi. Vỡ thế cho nờn bờn thu khụng xảy ra hiện tượng nhận hai lần một gúi tin.
+ Trường hợp 2: ACK bị lỗi
Hỡnh 2.18: Giao thức ARQ lựi N với ACK bị lỗi
Bờn nhận nhận được gúi tin thứ i và gửi trả lại gúi tin ACK để nhận tiếp gúi tin i+1 nhưng nú lại bị mất trờn đường truyền
Giả sử như trong mụ hỡnh trờn, ACK2 khụng đến được bờn phỏt nhưng phớa phỏt vẫn tiếp tục gửi cỏc gúi tin 3,4,5 vỡ cỏc gúi tin này đang nằm trong window size mà nú đang truyền.
+ Trường hợp 3: Bờn phỏt muốn kờt thỳc quỏ trỡnh gửi tin
Nếu như bờn phỏt muốn gửi một gúi tin cuối cựng mà bờn phỏt muốn gửi thỡ nú sẽ gửi cho bờn nhận một gúi tin và bờn nhận phải trả lời ngay một gúi tin cú hàm RRi=1.
+ Trường hợp 4: Bờn phỏt khụng phỏt đi được gúi tin nào
Giả sử cú một lỗi gỡ đấy mà window size khụng trượt cú nghĩa là bờn phỏt khụng thể phỏt đi một gúi tin nào nữa. Lỳc này bờn phỏt sẽ re-send lại gúi tin mà nú chưa cú ACK.
Ta cú thể dễ dàng nhận thấy cơ chế ARQ lựi N cú một số đặc điểm sau: + Nú khụng phải mất thời gian đợi ACK của bờn thu
+ Khụng cần bộ đệm ở phớa thu
+ Giải quyết được vấn đề trễ đường truyền + Phải re-send quỏ nhiều
2.4.3. Kỹ thuật điều chế Hybrid ARQ
Thuật toỏn ARQ trở nờn phổ biến trong mạng khụng dõy và mạng dựng dõy để truyền lại cỏc thụng tin truyền bị lỗi. Tuy nhiờn, hiệu quả của việc sử dụng ARQ yờu cầu sự lựa chọn chớnh xỏc về cụng suất phỏt và tốc độ dữ liệu trong quỏ trỡnh tỏi truyền phỏt, về mặt khỏc, đường truyền trở nờn bị lỗi. Khi quỏ trỡnh duy trỡ cỏc thiết lập tối ưu này trong mụi trường thời gian khụng ổn định trở thành một thỏch thức cho cỏc dịch vụ băng thụng rộng di động, kỹ thuật Hyprid-ARQ (H-ARQ) được phỏt triển. H-ARQ trở thành 1 phần của thụng số mạng di động, khối thu tập hợp cỏc thụng tin từ một gúi tin bị lỗi với hiện tượng tỏi truyền phỏt tớn hiệu của cựng một gúi tin cho tới khi thụng tin tập hợp đủ lại để lấy lại toàn bộ gúi tin.
Hỡnh 2.19: Cơ chế yờu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra
HARQ được phộp sử dụng giao thức N kờnh “ Dừng và đợi “ để cung cấp khả năng đỏp ứng nhanh cho đúng gúi lỗi và cải thiện khả năng phủ súng đường biờn cell. Với khả năng kết hợp và tựy chọn, tớnh tăng cường sự
dư thừa ( Incremental Redundancy ) được hỗ trợ để cải thiện độ tin cậy của đường truyền dẫn. Một kờnh ACK chuyờn dụng cũng được cung cấp tớnh hiệu HARQ ACK / NACK cho đường uplink. Hoạt động đa kờnh cũng được hỗ trợ. ARQ đa kờnh dừng và đợi với một số lượng nhỏ cỏc kờnh là một giao thức đơn giản mà hiệu quả, yờu cầu bộ nhớ tối thiểu cho HARQ và sự dừng. Wimax cung cấp tớn hiệu cho phộp hoạt động hoàn toàn ở chế độ khụng đồng bộ. Chế độ khụng đồng bộ cho phộp độ trễ thay đổi giữa những lần truyền lại cho nờn cú thể đem lại sự linh hoạt hơn cho việc lập lịch do hiệu quả của phần đầu được thờm vào cho mỗi sự cấp phỏt việc truyền lại. HARQ kết hợp với nhau, cựng với CQICH và AMC đó tăng cường khả năng thớch ứng đường truyền trong mụi trường di động với tục độ của phương tiện cú thể lờn tới 120 km/h.
CHƢƠNG III
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG
3.1.Phƣơng phỏp thiết kế mạng VSAT IP
3.1.1.Tớnh toỏn gúc ngẩng và gúc phƣơng vị
a) Tớnh toỏn gúc ngẩng: Để tớnh gúc ngẩng anten trạm mặt đất, ta cú thể dựa
vào hỡnh vẽ: M A Re θe R β0 Tõm quả đất r S Vệ tinh Trong đú: + O là tõm trỏi đất Hỡnh 3.1: Tớnh toỏn gúc ngẩng + A là vị trớ của trạm mặt đất + S là vị trớ của vệ tinh, β0 là gúc ở tõm, θe là gúc ngẩng của trạm mặt đất. Ta cú tgθe = SMMA Trong đú, MA = OM − OA = OS.cos β0 − OA = r cos β0 − Re SM = OS.sin β0 = r sin β0 Từ đú suy ra: tgθe r cos β = 0 −R e Re cos β0 − = r r sin β0 sin β0
b) Tớnh toỏn gúc phƣơng vị: Gúc phương vị là gúc dẫn đường cho anten quay tỡm vệ tinh trờn quỹ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đụng sang Tõy.
Gúc phương vị được xỏc định bởi đường thẳng hướng về phương Bắc đi qua trạm mặt đất với đường nối đến vệ tinh. Gúc được xỏc định theo chiều kim đồng hồ như hỡnh 4.4. Gúc phương vị được tớnh theo biểu thức:
ϕa = 1800 + kinh độ tõy hoặc
ϕa = 1800 - kinh độ đụng
Cực Bắc
Gúc phương vị của vệ tinh 2 Gúc phương vị của vệ tinh 1
450W 300 E
Vệ tinh 2 Vệ tinh 1
Hỡnh 3.2 Gúc phương vị của vệ tinh
ϕa phụ thuộc vào kinh độ, vừa kinh độ tại điểm thu và kinh độ vệ tinh. Gúc phương vị của 2 vệ tinh được tớnh theo cụng thức:
Vệ tinh 1: ϕa1 = 1800- kinh độ đụng. Vệ tinh 2: ϕa2 = 1800+ kinh độ tõy.
Gúc phương vị ϕa được tớnh theo cụng thức:
tgϕa = tg∆Le
( − sinφ )
Với φ là vĩ độ của trạm mặt đất (độ).
∆Le là hiệu kinh độ đụng của vệ tinh với trạm mặt đất,
3.1.2. Tính toán kết nối đ•ờng lên (UPLINK)
a)Cụng suất phỏt của trạm mặt đất PTXe.
Đõy là cụng suất phỏt thực của trạm mặt đất tớnh từ Anten trạm mặt đất và được tớnh bằng tớch độ lựi đầu ra OBO với cụng suất phỏt trạm mặt đất bóo hũa PTXsat.
PTXe(W) = OBO + PTXsat (W) Hay: PTXe (dBW) = 10lg(PTXe )
Trong đú: Với: OBO = 10 OBO (dB) 10
+ OBO : độ lựi đầu ra của Anten trạm mặt đất cũng là độ dự trữ cụng suất cho trạm khi trời mưa OBO = - Arain (suy hao do mưa).
+ PTXsat : Cụng suất phỏt trạm mặt đất danh định.
b) Hệ số khuếch đại anten phỏt trạm mặt đất GTXe.
Độ lợi anten là thụng số rất quan trọng trong trạm mặt đất, anten đặt ở ngừ vào để khuếch đại tớn hiệu rất nhỏ từ picowatt đến nanowatt. Độ khuếch đại lớn sẽ làm tăng tỷ số C/No, nú liờn quan đến đặc tớnh chảo anten và băng tần cụng tỏc: G = 10 logη πDfU TXe c hoặc: Trong đú : GTXe = 10 lg(η) + 20lg(πDfU ) − 20lg(c)[dB]
+ D là Đường kớnh của anten phỏt. + fU là tần số tớn hiệu phỏt lờn.
+ η là hiệu suất của anten, η thường khoảng từ 50% - 80% . + c là vận tốc ỏnh sỏng, c = 3.108 m/s.
c) Cụng suất bức xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng của trạm mặt đất EIRPe
Cụng suất bức xạ hiệu dụng EIRPe (Equivalent Isotropic Radiated Power) cũn gọi là cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương, nú biểu thị cụng suất của chựm súng chớnh phỏt từ trạm mặt đất đến vệ tinh. Được tớnh bằng tớch của cụng suất mỏy phỏt đưa tới anten trạm mặt đất PTXe với hệ số tăng ớch của anten phỏt GTXe
EIRPe = PTXeGTXe (W) hoặc: Trong đú : EIRPe = 10 lg(PTXe ) + GTXe [dBW] + PTXe : cụng suất phỏt trạm mặt đất. + GTXe : Độ lợi phỏt Anten trạm mặt đất.
EIRPe thụng thường của trạm mặt đất cú giỏ trị từ 0dBW đến 90dBW, cũn của vệ tinh từ 20dBW đến 60dBW.
d) Tổng suy hao tuyến lờn LU
Tổng suy hao tuyến lờn: Trong đú
LU = LFS
+ LA
(dB)
+ LFS : suy hao tuyến phỏt trong khụng gian tự do. + LA : - suy hao do Anten (do mưa và tầng đối lưu).
Trong đú Suy hao tuyến lờn trong khụng gian tự do được tớnh theo biểu thức:
Trong đú :
LFS = 20 lg(4πfU R) − 20 lg(c)
+ fU: Tần số đường xuống.
(dB)
+ R: Khoảng cỏch trong khụng gian tự do. + c : Vận tốc ỏnh sỏng c = 3.108 m/s. Và Suy hao tuyến lờn Anten được tớnh theo biểu thức:
Trong
đú: + AAG : suy hao tầng đối lưu. + Arain : suy hao do mưa.
e) Độ lợi Anten thu (/m2) G1.
Độ lợi của anten thu (trờn 1m2) được tớnh bằng biểu thức:
G = 4π = π ∗ fU 1(RX ) λ2 4 c fU Hay: G1(RX ) (dB) = 10.lg4π ∗ = 10 lg 4π + 20 lg fu − 20 lg c Trong đú c + fU : là tần số tớn hiệu phỏt lờn. + c: là vận tốc ỏnh sỏng, c = 3.108 m/s.
f) Mật độ dũng cụng suất bức xạ hiệu dụng (trờn 1m2) của trạm mặt đất Ф1(dBW/m2).
Mật độ dũng cụng suất bức xạ hiệu dụng trờn 1m2 được tớnh bằng cụng thức: Φ (dBW / m2 )= EIRP (dBW )− L + G
1
Trong đú:
e U 1
+ EIRPe : Cụng suất bức xạ đẳng hướng của trạm mặt đất + LU : Suy hao tuyến lờn.
+ G1 : Độ lợi của anten thu (trờn 1m2)
g) Độ lựi đầu vào IBO
- Độ lựi đầu vào IBO1 của một trạm.
IBO1 được tớnh bởi cụng thức:
IBO1 = φ1
φsat Hay:
2
IBO (dBW / m2 )= φ (dBW / m2 )− φ (dBW / m2 ) Trong đú: 1 1 sat
+ Ф1 : Mật độ dũng cụng suất bức xạ mặt đất trờn 1m2
+ Фsat : Mật độ dũng cụng suất bức xạ bóo hũa (vệ tinh) trờn 1m2
- Độ lựi đầu vào tổng IBOt.
IBO1 được tớnh bởi cụng thức:
Hay: IBO = φt sat = ∑φ1 φsat IBO1 UT IBO1GW Trong đú: IBOt ( Sky ) = 10lg N.10 10 + 10 10 (dBW / m2 ) + Фt : Tổng mật độ dũng cụng suất bức xạ mặt đất trờn 1m2. + Фsat :: Mật độ dũng cụng suất bức xạ bóo hũa (vệ tinh) trờn 1m2. + N: Số nhúm trạm UT.
h) Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến lờn (C/No)U: Trong cỏc tuyến thụng tin vệ tinh, chất lượng của tuyến được đỏnh giỏ bằng tỷ số cụng suất súng mang trờn cụng suất tạp õm (C/No), hay cụng suất súng mang trờn nhiệt tạp õm tương đương (C/To). Tạp õm chủ yếu phụ thuộc vào bản thõn mỏy thu, vào mụi trường bờn ngoài như mụi trường truyền súng và can nhiễu phụ thuộc cỏc hệ thống viba lõn cận…
- Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến lờn bóo hũa (C/No)Usat.
Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến lờn bóo hũa (C/No)Usat được tớnh theo cụng thức: (C / No Usa t sat G T ) (1 ) SL (Hz) (C / N o)Usa t (dBHz) = φ sa t (dBW / m2 ) − G (dB / m2 ) + (G T SL (dB /o K ) −10log k(dBJ /o K ) φ t ) = 1 G1 ( k )
Trong đú:
+ Фsat : Mật độ dũng cụng suất bóo hũa (vệ tinh) trờn 1m2.
+ G1 : Độ lợi Anten thu (/m2).
+ (G/T)SL : Hệ số phẩm chất mỏy thu vệ tinh. + k : là hằng số Boltzman, k =1,38.10-23 (J/oK).
- Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến lờn một trạm mặt đất (C/No)U1.
Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến lờn của trạm mặt đất (C/No)Usat được tớnh theo cụng thức: Trong đú: (C / N ) (dBHz) = C O sat +IBO1
+ (C/No)Usat : Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến lờn bóo hũa. + IBO1 : Độ lựi đầu vào của một trạm mặt đất.
3.1.3. Tớnh toỏn kết nối đƣờng xuống (DOWNLINK).
a)Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất GRXe.
Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất cú biểu thức tớnh tương tự như đối với hệ số khuếch đại anten phỏt trạm mặt đất:
G = 10logη πDf D
RXe c
Trong đú
GRXe = 10 lg(η) + 20 lg(πDf D ) − 20 lg(c)[dB]
+D : Đường kớnh của anten phỏt. + f D : Tần số tớn hiệu phỏt xuống.
+ η : Hiệu suất của anten, η thường khoảng từ 50% - 80%. + c : là vận tốc ỏnh sỏng, c = 3.108 m/s.
b) Tổng suy hao tuyến xuống LD.
Tổng suy hao tuyến lờn: Trong đú:
LD = LFS
+ LA
(dB)
+ LFS - suy hao tuyến xuống trong khụng gian tự do. + LA - suy hao do Anten (do mưa và tầng đối lưu).
o U1
2
- Suy hao tuyến xuống trong khụng gian tự do được tớnh theo biểu thức:
LFS = 20lg(4πfD d )
− 20lg(c)
(dB)
- Suy hao tuyến lờn Anten được tớnh theo cụng thức.
LA = 20lg(4πf D d )
− 20lg(c) (dB)
c) Hệ số phẩm chất của trạm mặt đất (G/T)E.
Hệ số phẩm chất của trạm mặt đất (G/T)E được tớnh bằng biểu thức:
Trong đú: G = G T E T E max −L R −Lpol − δ (dB/ 0 K)
+ (G/T)Emax : Hệ số phẩm chất cực đại của trạm mặt đất. + LR : suy hao lệch tõm.
+ Lpol : Suy hao do phõn cực.
+ δ : Tổng suy hao do Feeder và do mưa.
Hỡnh 3.3 : Hệ số (G/T) của trạm mặt đất.
Ở đõy (G/T)Emax được tớnh bằng biểu thức:
(G / T ) = (G ) (oK-1) E max R max E TD min Trong đú: