CHƯƠNG 3 CÁC LOẠI NHIỄU CHÍNH TRONG WIMAX VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
3.1 Các loại nhiễu chính trong WiMAX
3.1.1 Suy hao tín hiệu trên đường truyền
Mặc dù suy hao tín hiệu không phải là nhiễu, nhưng nó là tác nhân ảnh hưởng lớn đến chất lượng truyền và nhận tín hiệu trong hệ thống WiMAX. Do đó, phần này sẽ phân tích các đặc điểm cơ bản của sự suy hao tín hiệu để sau đó tìm biện pháp khắc phục.
Xét một trường hợp đơn giản là sử dụng một anten đẳng hướng phát đi tín hiệu, năng lượng của tín hiệu truyền mở rộng trên mặt các hình cầu song song, nên anten thu sẽ nhận được mức năng lượng tỷ lệ nghịch với diện tích bề mặt cầu, (4πd2). Sự suy hao được tính theo công thức:
2
(4 )2 t r
r t
P P G G d λ
= π (3.1)
trong đó Pr và Pt lần lượt là công suất thu và nhận, λlà chiều dài của bước sóng.
Nếu anten hướng tính được dùng tại máy phát và máy thu, thì sẽ có độ lợi là Gt và Gr,và công suất nhận được tăng lên nhờ độ lợi của anten. Một khía cạnh khác của công thức (3.1) là vì λ=c/fc nên công suất nhận được sẽ tỷ lệ nghịch với bình phương tần sóng mang. Nói cách khác, với công suất phát đã cho, hệ số suy giảm tỷ lệ thuận với bình phương tần số sóng mang.
27
Hình 3.1: Sự truyền sóng trong không gian tự do.
Từ phân tích nêu trên, ta rút ra các yếu tố cần chú ý để khắc phục sự suy hao đường truyền như sau:
- Chiều cao của anten cần phải phù hợp, nếu anten quá thấp sẽ không thể truyền xa; - Sử dụng tần số sóng mang cao sẽ dẫn đến suy hao mạnh hơn;
- Cần tính đến khoảng cách giữa hai anten phát và thu khi truyền tín hiệu. 3.1.2 Hiện tượng che chắn (shadowing)
Đây là hiện tượng các vật cản như cây cối, phương tiện giao thông và nhà cửa có thể xuất hiện tại vị trí giữa máy phát và máy thu(như hình 3.2), những vật cản này tạo ra đường truyền tạm thời và gây ra sự suy giảm tạm thời cường độ tín hiệu thu.
Hình 3.2: Các hiện tượng che chắn, tổn hao trên đường truyền tín hiệu.
28
Xét ở khoảng cách nhỏ thì hiện tượng suy hao đường truyền và che chắn sẽ ảnh hưởng không đáng kể hoặc nằm trong mức cho phép để không làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu thuđượctại máy thu.
3.1.3 Hiện tượng đa đường (multipath)
Đây là hiện tượng tín hiệu vô tuyến được phát đi bị phản xạ trên các bề mặt vật thể tạo ra nhiều đường tín hiệu giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối sử dụng. Kết quả là tín hiệu đến các thiết bị đầu cuối sử dụng là tổng hợp của tín hiệu gốc và các tín hiệu phản xạ, khi kết hợp với nhau chúng có thể yếu đi hay mạnh lên. Đây chính là vấn đề của nhiễu đa đường (hình 3.3).
Hình 3.3: Hiện tượngđa đường.
Hiện tượng đa đường sẽ gây ra một số vấn đề cho việc thu tín hiệu như sau:
- Các tín hiệu phản xạ trên các bề mặt vật thể khác nhau gây biến đổi pha của các tín hiệu. Nếu các tín hiệu đa đường cùng pha hoặc gần cùng pha thì tín hiệu tổng cộng thu được sẽ tăng cường, đó là trường hợp được thể hiện trên hình 3.4. Nếu các tín hiệu đa đường ngược pha nhau tín hiệu tổng cộng thu được sẽ bị triệt tiêu như được thể hiện trên hình 3.5.
29
- Nếu hiện tượng triệt tiêu tín hiệu nêu trên thay đổi nhanh sẽ tạo thành các khoảng triệt tiêu, không triệt tiêu dẫn đến tín hiệu nhận được không ổn định.
Hình 3.4: Hai tín hiệu đa đường tăng cường.
Hình 3.5: Hai tín hiệu đa đườngtriệt tiêu nhau.
- Hiện tượng đa đường còn khiến cho các tín hiệu đến có độ trễ khác nhau gây ra nhiễu liên ký hiệu (ISI).
3.1.4 Sự dịch tần Doppler
Hiện tượng dịch tần Doppler cũng là một hiện tượng nhiễu khác cũng khá phổ biến trong các hệ thống thông tin di động. Hiện tượng Doppler xảy ra khi máy phát và máy thu di chuyển tương đối sovới nhau. Khi máy phát di chuyển về phía gần máy thu tần số của tín hiệu thu được tại máy thu sẽ cao hơn tín hiệu nguồn, ngược lại khi máy phát di chuyển ra xa máy thu thì tần số của tín hiệu thu được sẽ thấp hơn tần số tín hiệu
30
nguồn. Hình 3.6 là một vídụ về sự thay đổi về cường độ tiếng còi của xe ôtô khi nó di chuyển cùng chiều và ngược chiều với hai người quan sát.
Hình 3.6: Hiện tượng dịch tần Doppler.
Trong hệ thống OFDM, sự dịch tần Doppler gây ra sự thay đổi tần số sóng mang, có nghĩa là sóng mang sẽ dịch chuyển xuống tần số thấp hơn khi máy thu di chuyển ra xa máy phát và ngược lại.
Độ dịch tần ∆f cho xe cộ di chuyển với vận tốc v và ở tần số fo được tính như
sau: ∆ ≈ ×f v f c0 / (3.2)
Với c là vận tốc ánh sáng (3x 108 m/s).
(Công thức trên đúng khi v<<c trong môi trường thu - phát)
3.1.5 Nhiễu đồng kênh (CCI – Co-Channel Interference)
Đây là một loại nhiễu xảy ra khi hai tín hiệu phát đi ở cùng một tần số đến cùng một bộ thu. Trong mạng truyền thông dạng ô thì nhiễu này thường được gây ra bởi một hoặc nhiều ô mạng khác hoạt động ở cùng tần số. Như được thể hiện trên hình 3.7, các ô số 6 có thể gây nhiễu đồng kênh cho các ô số 6 lân cận chúng.
31
Hình 3.7: Nhiễu đồng kênh.
Nhiễulà nhân tố chính quyết định đến chất lượng của hệ thống không dây do đó việc kiểm soát được nhiễusẽ giúp cải thiện đáng kể được đáng kể được dung lượng của hệ thống.