cập không dây băng rộng Wimax dải tần 2-11GHz. 2.2.1. Các loại nhiễu trong hệ thống truyền tin vô tuyến [5],[8],[9]
Nhiễu là một dạng tạp âm gây nhiễu, làm giảm giá trị hoặc sai lạc tín hiệu thông tin mong muốn. Nhiễu là nhân tố giới hạn chính đối với hiệu năng hoạt động của các hệ thống truyền tin vô tuyến, thông tin di động. Nhiễu ở kênh tiếng dẫn đến xuyên âm khi thuê bao nghe thấy nhiễu nền do truyền dẫn không mong muốn gây nên. Trên các kênh điều khiển thì nhiễu dẫn đến mất hoặc chặn các cuộc gọi do sai lỗi trong các báo hiệu số. Nhiễu đặc biệt nghiêm trọng trong môi tr-ờng thành phố do tạp âm nền lớn và do có nhiều trạm gốc, nhiều nhà khai thác cùng một lúc trên một phạm vi hẹp. Nhiễu đ-ợc nhận biết nh- là nút cổ trai chính khi tăng dung l-ợng và tăng chất l-ợng tín hiệu, dữ liệu.
Nhiễu đ-ợc chia thành hai loại chính
- Nhiễu do các hiện t-ợng tự nhiên, nhiễu này không nằm trong khả năng của chúng ta để loại trừ.
- Nhiễu do con ng-ời tạo ra: nhiễu này có thể đ-ợc điều khiển và làm giảm.
Nhiễu gồm một số loại cơ bản sau: nhiễu đồng kênh, nhiễu kênh lân cận, nhiễu ký tự ISI, hiệu ứng gần - xa.
2.2.1.1. Nhiễu đồng kênh
Nhiễu đồng kênh đ-ợc định nghĩa nh- là các tín hiệu gây nhiễu có cùng tần số sóng mang giống nh- tín hiệu thông tin có ích. Trong một vùng phủ sóng cho tr-ớc, nhiều trạm sử dụng cùng một tần số. Các ô của các trạm này đ-ợc gọi là các ô đồng kênh. Khi khoảng cách không gian giữa các ô đồng kênh không đủ sẽ gây nên nhiễu đồng kênh. Để giảm nhiễu đồng kênh này, các ô đồng kênh phải đ-ợc đặt phân vật lý một khoảng cách tối thiểu để đảm bảo cách ly cần thiết về truyền sóng. Làm đ-ợc điều này đòi hỏi nhà khai thác mạng phải có một kế hoạch tái sử dụng tần số một cách hợp lý.
Đối với tr-ờng hợp hai nhà khai thác hoạt động tại 2 vùng lân cận nhau mà có cùng tần số cũng gây nhiễu lên nhau. Làm thế nào để hai nhà khai thác có thể hoạt động đ-ợc tốt mà không ảnh h-ởng đến đối ph--ơng. Phần sau luận án này sẽ nêu chi tiết nhiễu đồng kênh giữa hai hệ thống và cách phối hợp hoạt động giữa chúng nhằm đảm bảo cả hai mạng hoạt động đ-ợc tốt nhất.
Nhà khai thác 1 Nhà khai thác 2
f f
Hình 2.2: Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng tần số ở 2 vùng lân cận nhau
2.2.1.2. Nhiễu kênh lân cận
Nhiễu gây ra bởi các tín hiệu của các tần số lân cận đ-ợc gọi là nhiễu kênh lân cận. Nhiễu kênh lân cận có hai loại là nhiễu trong băng và nhiễu ngoài băng. Nhiễu trong băng xảy ra khi trung tâm của băng thông tín hiệu gây nhiễu nằm trong băng thông của tín hiệu mong muốn. Nhiễu ngoài băng xảy ra khi trung tâm của băng thông tín hiệu gây nhiễu nằm ngoài băng thông tín hiệu mong muốn.
Nhiễu kênh lân cận gây ra do các bộ lọc của máy thu không hoàn hảo dẫn đến các tần số bị rò rỉ vào băng tần. Ta có thể giảm thiểu nhiễu kênh lân cận bằng cách lọc cẩn thận và ấn định kênh. Vì mỗi ô đ-ợc phân bổ một phần các kênh khả dụng, không nên ấn định các kênh lân cận cho một ô. Nh- vậy thay vì phân bổ kênh ở một dạng băng tần liên tục cho một ô, các kênh cần đ-ợc phân bổ sao cho phân cách tần số giữa chúng là cực đại. Tr-ờng hợp nhiễu kênh lân cận còn xảy ra khi hai nhà khai thác hoạt động trong cùng một vùng có tần số kề nhau. Nó sẽ dẫn đến làm giảm chất l-ợng hoạt động của cả hai hệ thống. Chi tiết vấn đề nhiễu kênh lân cận giữa các hệ thống hoạt động tại băng tần 2-11 GHz sẽ đ-ợc trình bày ở các phần tiếp theo của luận án.
Nhà khai thác 1 Tần số f1
Nhà khai thác 2 Tần số f2
Hình 2.3: Tr-ờng hợp 2 nhà khai thác cùng vùng kênh lân cận
2.2.1.3. Nhiễu ký tự ISI
Trong viễn thông nói chung và trong hệ thống truyền dẫn không dây nói riêng, nhiễu kí tự (intersymbol interference) là một kiểu méo dạng tín hiệu mà một kí tự gây nhiễu cho các kí tự tiếp theo. Đây là một hiện t-ợng không mong muốn vì các kí tự tr-ớc có ảnh h-ởng giống nh- tạp âm, vì vậy làm cho việc truyền thông giảm độ tin cậy. ISI th-ờng gây ra bởi truyền lan đa đ-ờng và đáp ứng tần số không tuyến tính kế thừa của một kênh truyền. Các cách để chống lại nhiễu kí t-h bao gồm việc cân bằng t-ơng thích và các mã sửa lỗi.
Các nguyên nhân:
+ Truyền dẫn đa đ-ờng
Hình 2.4: Các mẫu mắt
2.2.1.4. Hiệu ứng gần - xa
Một loại nhiễu chỉ xảy ra trong các hệ thống viễn thông di động là loại nhiễu hiệu ứng gần xa. Loại nhiễu này xuất hiện khi khoảng cách giữa thiết bị di động và trạm phát cơ sở BS trở nên tới hạn đối với một truyền dẫn di động khác mà truyền dẫn này đủ gần để loại bỏ tín hiệu BS mong muốn.. Hiện t-ợng này xảy ra khi thiết bị di động cách trạm BS mong muốn t-ơng đối xa tại khoảng cách d1, nh-ng cách trạm phát di động không mong muốn một khoảng cách d2 (d2 < d1). Vấn đề ở đây là có thể cả hai trạm phát sẽ phát đồng thời tại cung tần số và cùng công suất, do đó tín hiệu mong muốn thu đ-ợc của thiết bị di động từ trạm phát mong muốn sẽ bị che bởi tín hiệu thu đ-ợc từ trạm phát không mong muốn. Cũng nh- vậy, loại nhiễu này có thể diễn ra tại trạm BS khi các tín hiệu nhận đ-ợc đồng thời từ hai thiết bị di động cách BS các khoảng cách khác nhau. Sự khác nhau về công suất do suy hao đ-ờng truyền giữa vị trí nhận và hai vị trí phát đ-ợc goi là nhiễu gần - xa và đ-ợc thể hiện bằng tỷ số giữa suy hao đ-ờng truyền tại khoảng cách d1 trên suy hao đ-ờng truyền tại khoảng cách d2.
2.2.2. Nhiễu giữa các hệ thống FBWA dải tần 2-11GHz [2], [9]
2.2.2.1. Các loại nhiễu chính trong FBWA dải tần 2-11GHz
Nhiễu giữa các hệ thống BWA dải tần 2-11GHz có thể đ-ợc chia thành 2 loại chính: nhiễu đồng kênh và nhiễu ngoài kênh. Hai loại này đ-ợc thể hiện trong hình 2.6
Hình 2.6 minh hoạ phổ công suất của tín hiệu mong muốn và nhiễu đồng kênh. Băng thông kênh của nhiễu đồng kênh có thể là rộng hơn hoặc hẹp hơn tín hiệu mong muốn. Trong tr-ờng hợp nhiễu đồng kênh rộng hơn (nh- trong hình vẽ), chỉ một phần công suất của nó nằm trong băng thông bộ lọc bên thu. Trong tr-ờng hợp này, nhiễu có thể đ-ợc đánh giá bằng cách tính công suất đến anten thu (Rx) nhân với một hệ số bằng tỷ số băng thông của bộ lọc trên băng thông của nhiễu.
Nhiễu ngoài kênh cần đ-ợc xác định theo hai bộ tham số để tính tổng mức nhiễu. Hai bộ tham số cần đ-ợc xét đến:
- Một phần búp bên phổ của nhiễu hoặc mức sàn tạp âm đầu ra của bên phát làm giảm tín hiệu đồng kênh thành tín hiệu mong muốn; chẳng hạn nh- nằm trong băng thông của bộ lọc bên thu. Điều này có thể đ-ợc xem nh- nhiễu đồng kênh. Nó không thể đ-ợc loại bỏ tại phía thu, mức độ của nó đ-ợc xác định tại bên phát gây nhiễu. Bằng cách xác định mật độ công phổ công suất PSD của các búp bên và mức sàn tạp âm đầu ra với mức búp chính của tín hiệu, thì dạng nhiễu này có thể đ-ợc tính xấp xỉ theo cách t-ơng tự nh- tính toán nhiễu đồng kênh, với một hệ số suy giảm phụ do loại bỏ năng l-ợng phổ búp chính của tín hiệu gây nhiễu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Búp chính của bên gây nhiễu không đ-ợc loại bỏ hoàn toàn bởi bộ lọc bên thu chịu nhiễu. Thực tế không có bộ lọc thu lý t-ởng nên công suất còn d- lại qua dải chặn của bộ lọc, có thể đ-ợc xem nh- là tạp âm trắng tạo thành nhiễu đồng kênh. Mức độ của dạng nhiễu này đ-ợc xác định trên cơ sở hoạt động của bên thu chịu nhiễu trong việc loại bỏ các tín hiệu nhiễu ngoài kênh, đôi khi giống nh- mức "khoá" (blocking) máy thu. Dạng nhiễu này có thể là đ-ợc đánh giá đơn giản theo cách t-ơng tự cách tính toán nhiễu đồng kênh, với một hệ số suy giảm phụ do việc bỏ băng chặn của bộ lọc tại tần số tín hiệu gây nhiễu.
Các thông số định l-ợng đầu vào thiết bị đ-ợc yêu cầu để xác định dạng nhiễu nào của nhiễu ngoài kênh chiếm -u thế.
2.2.2.2. Các mức nhiễu có thể chấp nhận
Một thuộc tính cơ bản của bất cứ hệ thống FBWA nào là vốn dự trữ suy hao của nó, trong đó phạm vi của hệ thống đ-ợc tính cho một khả năng cho
tr-ớc, với fading m-a cho tr-ớc để đảm bảo duy trì độ tin cậy của hệ thống. Trong tr-ờng hợp xấu nhất, xét đến cả suy hao do m-a thì tín hiệu bên thu mong muốn sẽ giảm cho đến khi bằng với tạp âm nhiệt bên thu, kTBF, (trong đó k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ, B là băng thông bên thu và F là tạp âm bên thu), cộng với tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của bên thu. Có một cách để xem xét nhiễu là xác định C/(N+I), tỷ lệ sóng mang trên tổng tạp âm và nhiễu. Ví dụ: xem xét một bộ thu với tạp âm = 6dB. Tạp âm nhiệt bên thu là - 138dBW trên 1MHz. Mức nhiễu -138dBW trong 1 MHz là gấp đôi tổng tạp âm, hoặc làm giảm vốn dự trữ suy hao bằng 3dB. Mức nhiễu -144dBW trong 1MHz, d-ới tạp âm nhiệt bên thu 6dB, có thể làm tăng tổng tạp âm lên 1dB bằng -137dBW trong 1MHz, làm giảm vốn dự trữ suy hao xuống 1dB.
Đối với tạp âm bên thu cho tr-ớc và tăng ích anten theo h-ớng cho tr-ớc thì việc làm giảm vốn dự tr- suy hao có thể liên quan tới dung sai mật độ thông l-ợng công suất (PFD) thu đ-ợc. Lần l-ợt, dung sai này có thể trở thành các khoảng cách tách biệt đối với nhiều dạng mô hình.
2.2.2.3. Các đ-ờng truyền nhiễu
2.2.2.3.1. BS chịu nhiễu
Hình 2.7 thể hiện các nguồn nhiễu chính trong đó bên thu chịu nhiễu là một BS của hệ thống FBWA-WiMAX, với một anten phủ sóng theo hình quạt. BS chịu nhiễu đ-ợc thể hiện là một tam giác màu đen ở phía trái, với mẫu phát xạ của nó là một hình Elip. Bên phát SS mong muốn đ-ợc thể hiện ở phía thấp hơn bên tay phải của hình. Trong tr-ờng hợp xấu nhất, tín hiệu mong muốn đi qua cell m-a, và đ-ợc thu ở mức tín hiệu nhỏ nhất. Do đó, các mức nhiễu so với mức tạp âm nhiệt là đáng kể.
Hình 2.7: Các nguồn nhiễu ảnh h-ởng tới BS trong hệ thống FBWA
Tr-ờng hợp A - nhiễu BS tới BS trong đó mỗi anten BS gây nhiễu nằm trong
búp chính của BS chịu nhiễu. Điều này có thể xảy ra khi các góc phủ sóng có khuynh h-ớng mở rộng tới 900. Trong thực tế, một BS chịu nhiễu có xu h-ớng nhận tổng công suất của các BS khác. Hơn nữa anten BS có xu h-ớng cao, để có khả năng truyền LOS giữa chúng. Khi cell m-a đ-ợc xác định thì hoàn toàn có thể nhận thấy rằng nhiễu đi trên đ-ờng bị giảm t-ơng đối do m-a, trong khi tín hiệu mong muốn bị giảm mạnh. Nhiễu BS tới BS có thể giảm bằng cách xác định chắc chắn là không có truyền phát đồng kênh giữa các BS trên các tần số đ-ợc sử dụng tại các BS khác. Điều này là có thể với song công kênh phân chia theo tần số (FDD) qua kế hoạch băng kết hợp, trong đó nhà khai thác đồng ý sử dụng băng con chung cho BS phát và băng con chung cho BS thu.
Tr-ờng hợp B - nhiễu từ SS tới BS trong đó anten SS nằm trong chùm tia
chính của anten BS chịu nhiễu. Khi tăng ích anten SS cao hơn của BS thì có thể xảy ra tr-ờng hợp xấu nhất. Tuy nhiên các hệ thống PMP FBWA đ-ợc giả định thực hiện điều khiển công suất đáp ứng đ-ờng lên tại các SS một cách an toàn. (điều khiển công suất yêu cầu cân bằng c-ờng độ tín hiệu thu đến BS từ các SS ở gần và xa trên các kênh lân cận. Chú ý: kích hoạt điều khiển công suất đ-ờng xuống từ các bộ phát BS th-ờng không đ-ợc thực hiện, khi các SS nhận tín hiệu BS, đối với cả gần và xa, và điều khiển công suất có xu h-ớng tạo ra mất cân bằng trong mức tín hiệu nhìn thấy từ các sector lân cận). Giả sử
rằng SS trong tr-ờng hợp này nằm trong vùng không khí sạch, giả sử làm giảm công suất, tỷ lệ t-ơng đối với độ d- suy hao của liên kết đó. Tuy nhiên chú ý rằng điều khiển công suất là không hoàn hảo, vì vậy mà độ giảm có thể ít hơn độ d- suy hao. Việc giảm này sẽ bù trừ cho thực tế có anten SS có tăng ích cao nh- vậy, vì vậy mà ảnh h-ởng mạng l-ới trong tr-ờng hợp B không khác biệt nhiều so với tr-ờng hợp A. Tuy nhiên nhiễu tr-ờng hợp B không thể bị loại bỏ bằng kế hoạch băng tần. Tr-ờng hợp B bao gồm tổng hợp các nhiễu đối với các bộ phát PTP mặt đất.
Tr-ờng hợp C: t-ơng tự tr-ờng hợp B, ngoại trừ nguồn nhiễu nằm trong cell
m-a và không có điều khiển công suất phát SS. Tuy nhiên, khi độ rộng chùm tia của bên gây nhiễu là hẹp, thì nhiễu phải qua cell m-a để tới bên chịu nhiễu; do đó, kết quả gần giống tr-ờng hợp B. Do điều khiển công suất phát làm giảm ảnh h-ởng của m-a nên việc phân tích nhiễu có thể đ-ợc đơn giản hoá: chúng ta cần xem xét tr-ờng hợp B hoặc tr-ờng hợp C, nh-ng không phải cả hai. Do đó tr-ờng hợp B là thích hợp hơn với điều khiển công suất không hoàn hảo; tức là việc làm suy giảm có xu h-ớng ít hơn độ d- suy hao, vì vậy mà công suất bên nhận tại bộ thu chịu nhiễu cao hơn một vài dB trong tr-ờng hợp C.
Tr-ờng hợp D: t-ơng tự tr-ờng hợp C, ngoại trừ nhiễu là tán xạ tản mạn từ
búp bên và búp sau của anten SS. Trong tr-ờng hợp xấu nhất, anten SS thấy m-a ở phía bộ thu dự kiến và do đó không giảm công suất của nó. Những giả định này cần xem xét tới tán xạ từ các vật cản trong búp chính xuất hiện nh- các phát xạ búp bên trong việc cài đặt thực tế của anten SS; một mẫu anten đo trong phòng kín khác với mẫu đ-ợc cài đặt trên mái nhà. Nếu việc chặn hiệu ứng búp bên và búp l-ng v-ợt quá tổng công suất giảm đối với điều kiện không khí sạch thì khi đó tr-ờng hợp B chiếm -u thế và tr-ờng hợp D không cần xem xét. Ngoại trừ tr-ờng hợp D tạo ra nguồn nhiễu mà không phải là hệ