3.3.1. Khoảng cách giữa các trạm
Chúng ta chỉ tập trung xem xét 2 mô hình nhiễu phổ biến trong hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định Wimax dải tần 2 - 11 GHz:
- Giữa các hệ thống đồng kênh tách biệt về địa lý.
- Giữa các hệ thống chồng lấn vùng bao phủ có tần số hoạt động khác
nhau.
Đối với mỗi tr-ờng hợp, các cơ chế xác định khoảng cách yêu cầu, đ-ợc thể hiện bên d-ới đối với hoạt động TDD/TDD, TDD/FDD. Trong tr-ờng hợp mà cả hệ thống gây nhiễu và chịu nhiễu là FDD và hoạt động với kế hoạch phân bổ kênh đ-ờng lên và đ-ờng xuống nh- nhau thì có thể làm giảm yêu cầu băng tần bảo vệ đối với mô hình kênh kề/vùng giống nhau.
Các đ-ờng truyền gây nhiễu có ảnh
h-ởng lớn
Mô hình Khoảng cách mà tại đó nhiễu thấp hơn mức chuẩn 6dB
Từ BS tới BS (PMP) 3.5 GHz; đồng kênh
vùng lân cận Khoảng cách tối thiểu là 80km
Từ BS tới BS (PMP) 3.5 GHz; cùng vùng, kênh lân cận
Kết hợp phân cách (NFD, …) và không giân cần thiết là 0.1-2km tuỳ thuộc vào các cách ly sẵn có. (b)
vùng lân cận
Từ BS tới BS (PMP) 10.5 GHz; cùng vùng, kênh lân cận
Kết hợp phân cách (NFD, …) và không gian cần thiết là 0.1-2km tuỳ thuộc vào các phân cách sẵn có. (a) Từ cell to cell (mắt
l-ới)
3.5 GHz; đồng kênh vùng lân cận
Khoảng cách tối thiểu bằng bán kính cell
Từ cell to cell (mắt l-ới)
3.5 GHz; vùng lân cận, kênh lân cận
Khoảng cách cần thiết khoảng vài trăm mét
Bảng 3.4: các nguyên tắc phân cách theo tần số và không gian
* (a) - Tuyến nhiễu chính là tuyến cần có độ phân cách cao * (b) - Băng bảo vệ cần thiết
3.3.2. Mức ng-ỡng phối hợp hoạt động đối với tr-ờng hợp đồng kênh/vùng lân cận kênh/vùng lân cận
3.3.2.1. Mật độ thông l-ợng phổ công suất psfd
Việc kết hợp giữa các vùng dịch vụ cấp phép mà cả hai hệ thống đang hoạt động cùng kênh tức là trên các tần số giống nhau và vùng dịch vụ cấp phép là các vùng dịch vụ nằm gần nhau thì khoảng cách ngắn nhất giữa ranh giới phục vụ t-ơng ứng nhỏ hơn ng-ỡng kết hợp. Các nhà khai thác đ-ợc khuyến khích đi đến các hiệp định chia sẻ chấp nhận lẫn nhau, các hiệp định này cho phép vùng phục vụ lớn nhất có thể đối với việc cung cấp dịch vụ đ-ợc phép trong vùng phục vụ của nó. Đối với các tr-ờng hợp mà hiệp định chia sẻ giữa các nhà khai thác không tồn tại hoặc ch-a đ-ợc ký và tr-ờng hợp mà vùng phục vụ nằm gần nhau thì nên triển khai quy trình phối hợp hoạt động. Các nhà khai thác nên tính toán psfd tại ranh giới vùng phục vụ của họ. Khi tính psfd nên sử dụng các thực tiễn công nghệ tốt, tính đến các nhân tố chẳng hạn nh- các hệ số suy hao và đ-ờng cong trái đất. Mức psfd tại ranh giới vùng phục vụ nên đ-ợc đánh giá theo các chiều cao khác nhau để đạt đ-ợc nhiễu mong muốn hợp lý tới các thiết bị trong vùng phủ sóng tính theo trục ngang. Nói tóm lại nếu hệ thống đóng góp bởi các nguồn nhiễu tiềm tàng ít hơn 3dB thì trong một vài tr-ờng hợp việc tổng hợp toàn bộ là cần thiết.
Hình 3.1: Minh hoạ psfd tính toán dựa trên chiều cao tại danh giới vùng phục vụ ở đây các giới hạn chỉ ra ranh giới phục vụ của từng nhà khai thác, ranh giới này đ-ợc xem nh- là của một nhà khai thác xác định và ranh giới này th-ờng xuyên là ranh giới phục vụ của nhà khai thác lân cận. Trong một vài tr-ờng hợp hai ranh giới là tách biệt (chẳng hạn nh-: hồ lớn), việc đối thoại giữa các nhà khai thác nh- một phần của tiến trình kết hợp nên đánh giá chi tiết việc giảm các giới hạn bằng cách cung cấp các giới hạn tại ranh giới dịch vụ lân cận. Trong một vài tr-ờng hợp mà có một khối đất chặn giữa hai vùng phục vụ thì việc giảm t-ơng tự có thể đ-ợc đ-a ra. Tuy nhiên trong tr-ờng hợp này do cả hai nhà khai thác có thể phải xây dựng lại hệ thống của họ nên cần chú ý nếu các dịch vụ sau này bắt đầu trên khối đất chặn này. Tính trung bình trên 1MHz tại ranh giới vùng phục vụ của chúng việc triển khai thuận lợi tạo ra 1 psfd ít hơn hoặc bằng so với bảng 3.5 thì không cần phối hợp hoạt động.
Băng tần psfd dB [(W/m2)/MHz] 3.5 -125 10.5 -126 Bảng 3.5: Giới hạn psfd lớn nhất * Ví dụ tính psfd tại SS chịu nhiễu
D-ới đây thể hiện công thức tính đơn giản để xác định tính khả thi của giới hạn psfd giữa bên phát BS và bên thu chịu nhiễu SS trong hệ thống PMP.
psfdvictim = PTx + GTx – 10log(4π) – 20log(R) - Alosses (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó PTx: công suất bên phát (-15dBW/MHz)
GTx: tăng ích anten bên phát theo h-ớng bên thu chịu nhiễu (18dBi)
R: phạm vi (80km)
Alosses: các suy hao khí quyển ≈0.01dB/km
⟹ psfd tại anten BS Rx chịu nhiễu:
psfdvictim =-15+18–10log(4π)–20log(80000)–80x0.01=-105 [(W/m2)/MHz] Mức psfd này nhỏ hơn mức ng-ỡng yêu cầu. Do đó phạm vi khoảng 80km đ-ợc xem nh- điểm ng-ỡng mức đầu tiên. Chú ý việc tính toán phải giả sử phát LOS trên toàn bộ chiều dài đ-ờng truyền nhiễu.
3.3.2.2. Đối với hệ thống PMP
Khoảng cách đ-ợc đ-a ra nh- là mức ng-ỡng đầu tiên cho cơ chế phối hợp hoạt động giữa các nhà khai thác cấp phép kề nhau. Nếu các ranh giới của hai vùng phục vụ trong khoảng 80km thì khi đó cần tiến trình kết hợp.
Trong tr-ờng hợp các site nằm rất cao so với địa hình địa ph-ơng thì các vùng phục vụ BWA ngoài 80km có thể bị ảnh h-ởng. Nhà khia thác nên kết hợp với nhà khai thác cấp phép bị ảnh h-ởng.
Nhân tố cơ bản đối với khoảng cách 80km dựa trên một vài yếu tố cần xem xét bao gồm các tính toán tầm nhìn của sóng, các hiệu ứng truyền sóng và các mức pfd.
Tầm nhìn sóng đ-ợc đinh nghĩa là khoảng cách LOS lớn nhất giữa hai sóng:
Trong đó Rh: tầm nhìn sóng
h1: chiều cao của sóng 1 trên vật dội tạp h2: chiều cao của sóng 2 trên vật dội tạp k: hệ số hiệu ứng bán kính trái đất = 4/3 Re : bán kính trái đất.
Hình 3.2: Tầm nhìn sóng
Chú ý rằng, nếu anten đ-ợc dựng trên núi (hoặc trên toà nhà) thì chiều cao của sóng trên vật dội tạp có thể tính đến cả chiều cao của núi (toà nhà).
h2(m) h1(m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 26 31 36 39 42 45 47 50 52 20 31 37 41 44 48 50 53 55 58 30 36 41 45 49 52 54 57 59 62 40 39 44 49 52 55 58 61 63 65 50 42 48 52 55 58 61 64 66 68 60 45 50 54 58 61 64 66 69 71 70 47 53 57 61 64 66 69 71 74 80 50 55 59 63 66 69 71 74 76 90 52 58 62 65 68 71 74 76 78
Mô hình nhiễu trong tr-ờng hợp xấu nhất gồm 2BS, khi chúng đ-ợc đặt trên các toà nhà t-ơng đối cao và khi đó có khoảng cách tầm nhìn sóng lớn hơn giữa các SS. Chiều cao điển hình đối với một BS là 65m tính từ mặt đất hoặc 55m trên vật dội tạp. Giả sử chiều cao trung bình vật dội tạp là 10m trên toàn bộ quãng đ-ờng đi. Điều này tạo ra tầm nhìn sóng khoảng 60km. Tại khoảng cách 60km, mô hình nhiễu tr-ờng hợp xấu nhất có các mức nhiễu trên giới hạn cho phép. Do đó yêu cầu suy hao nhiễu xạ phụ. Tại khoảng cách 80km các suy hao là đủ để làm giảm nhiễu tới mức yêu cầu. Đó là các tr-ờng hợp thiết bị BS có thể đ-ợc lắp trên các toà nhà cao hơn, tạo ra tầm nhìn sóng lớn hơn. Tuy nhiên, các BS có xu h-ớng h-ớng xuống d-ới. Điều này làm giảm một l-ợng công suất h-ớng trực tiếp về phía các BS lân cận và do đó làm giảm nhiễu.
3.3.2.3. Ng-ỡng phối hợp hoạt động MP-MP (mesh)
Đối với triển khai hình l-ới, nói chung không tồn tại LOS trên ranh giới vùng phục vụ. Quan sát cho thấy rằng psfd đ-ợc chấp nhận tại bên thu có thể v-ợt quá toàn bộ psfd tạo ra bởi tất cả bên phát (bao gồm cả các suy hao đ-ờng truyền không xác định) và giả sử là tất cả các node đều tạo ra nhiễu nh- nhau, tính tr-ờng hợp xấu nhất có thể xảy ra là:
PL > PTx-10log(BW)+GTx+ GRx-10log(kT0)+NF- (I/N)+10log(Nodes) (3.2)
Trong đó: PL: suy hao đ-ờng truyền
10log (kT0) = -144dBW trong 1MHz
NF: hình ảnh tạp âm bên thu
PTx: công suất trung bình theo h-ớng anten xác định BW độ rộng băng thông
GTx: độ tăng ích anten Tx GRx: độ tăng ích anten Rx I/N: tỷ số nhiễu trên tạp âm
Nodes: số node phát đồng thời trên kênh này (gần ranh giới vùng phục vụ này)
Suy hao đ-ờng truyền trung bình gồm nhiều thành phần. Thành phần đầu tiên là suy hao đ-ờng truyền tham chiếu = 20log(4π/λ) trong đó λ là b-ớc sóng. Các thành phần còn lại tuỳ theo mô hình truyền sónglựa chọn. Trong phần chỉ tiêu hệ thống đới với tr-ờng hợp mesh chỉ rõ LOS 50m đầu tiên, 500m tiếp theo là d3 và v-ợt quá khoảng cách trên là d4. Do đó:
PL =20log(4π/0.09)+20log(50)+30log(500/50)+40log(d/500)
= 40log(d)-1 (dB) với d >500m (3.3) Kết hợp (3.2) và (3.3) sử dụng các thông số chỉ tiêu hệ thống mesh, dẫn đến mức ng-ỡng kết hợp trong khoảng 6km đối với nhiễu mesh tới mesh. Chú ý, ở đây giả sử tất cả 100node hoạt động cùng lúc, mặc dù trong thực tế chỉ vài node hoạt động cùng lúc. Khi so sánh, sử dụng phân tích này đối với PMP dẫn đến ng-ỡng kết hợp trong khoảng 80km đối với 01 BS đơn, t-ơng đ-ơng với tầm nhìn sóng. Tuy nhiên trên thực tế việc triển khai mesh đ-ợc cài đặt bên trên vật dội tạp xác định.
3.3.3. Mức ng-ỡng phối hợp hoạt động đối với tr-ờng hợp kênh lân cận/cùng vùng cận/cùng vùng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nh- trong các khuyến nghị đã đ-a ra đối với tr-ờng hợp kênh lân cận/cùng vùng thì cần có băng tần bảo vệ giữa các bên phát gần nhau. Nơi mà việc giám sát không thiết lập bên cạnh các kênh bảo vệ thì những nhà vận hành bị ảnh h-ởng cần đạt đ-ợc hiệp định làm thế nào để kênh bảo vệ đ-ợc phân chia giữa chúng. Nơi mà các kích th-ớc kênh là khác nhau thì kênh bảo vệ phải bằng với kích th-ớc kênh hệ thống rộng hơn. Trong tài liệu này không xét đến tr-ờng hợp nhà vận hành khai thác triển khai các kích th-ớc kênh khác nhau trong một tần số chỉ định. Nếu cả hai hệ thống bị nhiễu và tạo nhiễu là FDD và hoạt động với cùng kênh đ-ờng lên và xuống thì có thể giảm hoặc loại bỏ băng bảo vệ. Nếu một hệ thống là TDD thì cần băng bảo vệ.
A B C (kênh bảo vệ) D E
3.3.3.1. Hệ số lọc mạng
Hiện t-ợng vật lý tạo ra nhiễu giữa hai hệ thống hoạt động trên các kênh lân cận đ-ợc thể hiện trên một phần của phổ của kênh gây nhiễu (I) mà nằm trong băng thông của bộ lọc thu hệ thống có ích (U). Điều này đ-ợc thể hiện trong hình 3.3 trong đó cả bộ lọc thu và phổ tần của bên gây nhiễu lần l-ợt đ-ợc thể hiện trong theo kênh U và kênh I. Vùng tô đạm thể hiện phần phổ nhiễu nằm trong băng bộ lọc thu và tạo ra nhiễu không mong muốn.
Bộ lọc thu hệ thống có ích U
0.5 x kênh U
0.5 x kênh I
Nhiễu đầu vào
Phổ tần hệ thống gây nhiễu I
Kênh U Kênh I
Tần số f S(f)
Hình 3.3: Phổ nhiễu gây ra giữa các kênh lân cận
Giá trị nhiễu có thể đ-ợc tính bằng hệ số lọc mạng NFD đ-ợc định nghĩa là tỷ số giữa công suất phát của hệ thống gây nhiễu trên phần còn lại của nó đ-ợc tính sau khi qua bộ lọc thu của hệ thống có ích.
(3.4)
Trong đó: S1(f): phổ của hệ thống gây nhiễu
3.3.3.2. Giới hạn khoảng cách giữa các trạm
Khi phân tích ảnh h-ởng của nhiễu trên tất cả vùng cell có ích thi cần xem xét tr-ờng hợp xấu nhất xảy ra d-ới dạng vị trí của nguồn gây nhiễu và chịu nhiễu và các điều kiện truyền sóng.
A B A’
d D
Hình 3.4: Mô hình chung đối với phân tích tr-ờng hợp xấu nhất
Trong đó: A: trạm vô tuyến trung tâm của hệ thống có ích
A':trạm đầu cuối của hệ thống có ích
B: trạm vô tuyến trung tâm của hệ thống gây nhiễu
Trong hình 3.4 giả sử các phần tử A, A', B đều thẳng hàng. Đây là tr-ờng hợp xấu nhất do tăng ích anten lớn nhất h-ớng thẳng tới nguồn nhiễu. Hơn thế nữa, nguồn gây nhiễu và chịu nhiễu (A và B) gần nhau (khoảng cách giữa chúng là d) trong khi tới phần tử còn lại có khoảng cách D lớn hơn rất nhiều so với d (D>>d).
Trong mô hình này thì các điều kiện truyền sóng xấu nhất (fading và suy hao do m-a) có thể làm cho tín hiệu có ích ở A bằng với độ nhạy thu
( ). Tín hiệu gây nhiễu do khoảng cách nhỏ sẽ đ-ợc tính :
(3.5)
Trong đó: : Tổng công suất phát xạ của B
GA, GB : tăng ích anten của phần tử A và B
(3.6) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tỷ số này phải lớn hơn tỷ số C/I tối thiểu đ-ợc phép tại bên thu hệ thống A. Do đó có thể tính khoảng cách tối thiểu d giữa A và B có C/I thích hợp khi các tham số hệ thống cho tr-ớc.
(3.7)
3.4. Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống PMP và các hệ thống mesh [1], [9] hệ thống mesh [1], [9]
3.4.1. Phối hợp hoạt động giữa các hệ thống PMP
3.4.1.1. Các cơ chế nhiễu
Nhiễu có thể làm giảm hoạt động của các hệ thống FBWA. ở đây chỉ xem xét đến các cơ chế nhiễu giữa các hệ thống mà sự kết hợp giữa các nhà khai thác là thích hợp. Trong mỗi băng tần mà FBWA sử dụng các loại hệ thống khác nhau có thể đ-ợc triển khai thì có một số hệ thống là phù hợp với các tiêu chuẩn IEEE 802.16 và một vài loại thì đ-ợc thiết kế với các chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau. Do đó phải xem xét một phạm vi rất nhiều các khả năng trong việc xác định các mức nhiễu có khả năng và các ph-ơng pháp làm giảm nhiễu tới mức có thể chấp nhận.
Sau đây là hai mô hình chính, mỗi mô hình có một vài biễn thể + Các hệ thống đồng kênh mà đ-ợc đặt cách nhau về mặt địa lý.
+ Các hệ thống chồng lấn vùng phủ sóng và yêu cầu các tần số hoạt động khác nhau.
Cần xem xét các dạng đ-ờng truyền nhiễu BS-SS-RS để xác định xảy ra bao nhiêu nhiễu. Giữa hai hệ thống bất kỳ, các cơ chế nhiễu có thể hoạt động cùng lúc. Khoảng cách địa lý hoặc tần số (hoặc cả hai) cần để giảm nhiễu tới các mức chấp nhận đ-ợc xác định bởi một cơ chế rất khắt khe.
Có thể sử dụng ph-ơng pháp đánh giá tr-ờng hợp xấu nhất hoặc ph-ơng pháp mô phỏng Monte Carlo để đánh giá nhiễu giữa các hệ thống. Trong mỗi tr-ờng hợp, khoảng cách địa lý hoặc tần số giữa hai hệ thống đ-ợc biến đổi