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: ) ( ( ) 1
(G / T )E max = (GR max )E
− 10log(TD
min )
+ TDmin : Nhiễu nhiệt đường xuống (khụng cú thành phần nhiễu do mưa).
Hỡnh 3.4 : TD trời sạch
Hỡnh 3.5: TD Bị nhiễu do mưa
Với TDmin được tớnh bằng biểu thức:
TD min = Tsky + Tground + TR
Trong
đú: + Tsky : Nhiễu nhiệt bầu trời. + Tground : Nhiễu nhiệt mặt đất. + TR : Nhiễu nhiệt thu.
d) Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến xuống bóo hũa (C/No)Dsat.
Tỷ số súng mang trờn tạp õm tuyến xuống bóo hũa (C/No)Dsat được tớnh theo cụng thức: (C / N ) = PEIR 1 (G ) (1 ) (Hz) 0 Dsat SLsat LD T ES k (C / N0 Dsat (dBHz) = EIRPSLsat (dBW / m2 ) − L (dB) + (G ) D
T
Trong
đú: + EIRPSLsat : Cụng suất bức xạ bóo hũa (vệ tinh) trờn 1m
2
. + G1 : Độ lợi Anten thu (/m2).
+ (G/T)ES : Hệ số phẩm chất mỏy thu trạm mặt đất. + k : là hằng số Boltzman, k =1,38.10-23 (J/oK).
e) Độ lựi đầu ra OBO.
- Tổng độ lựi đầu ra OBOt. : OBO = ∑ PTX
t TXsat vúi Hay: OBO t (dB) = 0.9(IBOt (dB) + 5) → IBOt < −5dB vúi OBOt (dB) = 0(dB) → −5dB < IBOt < 0dB
Trong đú: IBOt : Tổng độ lựi đầu vào.
Hỡnh 3.6: OBOt là hàm của IBOt.
- Độ lựi đầu ra OBO1.
Tổng độ lựi đầu ra OBOt được tớnh bằng biểu thức:
OBO1 = OBOt
N
Hay: Trong đú :
OBO1 (dB) = OBOt − 10log N OBO1 (dB) = 0.9(IBO1 (dB) + 5)
+ OBOt : tổng độ lựi đầu ra
+ OBO1 : độ lựi đầu ra của trạm mặt đất.
f) Cụng suất bức xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng của một súng mang EIRP1.
Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương một súng mang EIRP1 được tớnh bằng cụng thức:
EIRP1 = EIRPSLsatOBO1 (W) Hoặc:
Trong đú:
EIRP1 = EIRPSLsat (dBW ) + OBO1
(dB)
[dBW]
+ EIRPSLsat : Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương bóo hũa của vệ tinh.
+ OBO1 : Độ lựi đầu ra trạm mặt đất.
g) Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu tuyến xuống trờn một súng mang (C/No)D1.
Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu tuyến xuống trờn một súng mang (C/No)D1 được tớnh bằng biểu thức: Trong đú: (C / N0 D1 = OBO 1 + C 0 Dsat
+ OBO1 : Độ lựi đầu ra của một trạm.
+(C/No)Dsat : Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu tuyến xuống bóo hũa.
)
h) Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu xuyờn điều chế tuyến xuống trờn súng mang (C/No)IM.
Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu xuyờn điều chế tuyến xuống trờn súng mang (C/No)IM được tớnh bằng biểu thức:
(C / N0
)IM
= 79 −10logn −1.65(IBO (dB) + 5) → IBOt < −5dB
t
Trong đú: N : số nhúm trạm UT. IBOt : tổng độ lựi đầu ra.
Satellite
UT
GetWay
a)
Hỡnh 3.8: Nhiễu xuyờn điều chế tuyến xuống do bỳp súng (vệ tinh) khỏc.
Satellite
GW
UT
b)
Hỡnh 3.9: Nhiễu xuyờn điều chế tuyến xuống do trạm GetWay khỏc. vú
i) Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu giao thoa tuyến xuống trờn súng mang (C/Noi)D (i – interference :giao thoa).
Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu giao thoa tuyến xuống trờn súng mang (C/Noi)D được tớnh bằng biểu thức:
(C / N0i )D = EIRPSLw,max − EIRPSLi,max +10log Bi −10log(min[Bi , BN ])
+ GRX max − 32 + 25log(1.65α )
Trong đú:
+ EIRPSLw,max: Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương của vệ tinh phỏt đỏp trong mạng.
+ EIRPSLi,max: Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương của vệ tinh phỏt đỏp mạng khỏc (i:interference).
+ Bi ,BN : Băng thụng giao thoa và băng thụng cả nhúm + GRXmax: Độ lợi Anten thu cực đại.
+ α: Gúc lệch của vệ tinh giao thoa.
a)
b)
Hỡnh 3.11: Nhiễu giao thoa tuyến xuống do trạm GetWay khỏc.
j) Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu toàn tuyến trờn súng mang (C/No)t.
Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu toàn tuyến trờn súng mang (C/No)t được tớnh bằng biểu thức: (C / N )−1 = (C / N )−1 + (C / N )−1 + (C / N )− 1 + (C / N )−1 + (C / N )−1 (Hz-1) 0 t Hay: 0 U 0 D 0 IM i U i D −(C / N 0 )U −(C / N 0 )D −(C / N 0 )IM −(C / Ni )t (C / N0 )t = −10log1 0 10 + 10 10 + 10 10 + 10 10 (dBHz) Trong đú:
+ (C/No)U : Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu tuyến lờn.
+ (C/No)D : Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu tuyến xuống. + (C/No)IM : Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu xuyờn điều chế. + (C/Ni)t : Tỷ số súng mang trờn tạp õm nhiễu giao thoa cả 2 tuyến.
3.1. Xây dựng mô hình truyền thông VSAT IP tại các điểm xã
3.1.1.Kết hợp công nghệ VSAT IP và mạng nội bộ LAN
a) Nguyờn lý thực hiện: Kết hợp cụng nghệ VSAT-IP và mạng LAN để xõy dựng mụ hỡnh đảm bảo đường truyền tốc độ cao, ổn định, nhanh chúng và bảo mật.
b)Khoảng cỏch truyền tải tớn hiệu: dưới 200 một.