Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA.doc

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

0. THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1. CÁC THUẬT NGỮ

1.1 Băng thông cấp phép (Authorized band)

Dải các tần số nhà khai thác được phép thu và phát sóng Vô tuyến điện

1.2 Băng rộng (Broadband)

Băng thông lớn hơn 1MHz, hỗ trợ tốc độ dự liệu lớn hơn 1,5 Mbit/s

1.3 Bức xạ ngoài nhóm (Out-of-block emissions-OOS)

Các bức xạ ở rìa băng thông cấp phép tính đến 200 % băng thông chiếm dụng, tính từ biên

của băng thông cấp phép, cho cả biên trên và dưới

1.4 Bức xạ giả (Spuriuos emissions)

Bức xạ lớn hơn 200 % băng thông chiếm dụng, tính từ biên băng thông cấp phép

1.5 Bức xạ không muốn/Bức xạ có hại (Unwanted emissions)

Các bức xạ ngoài băng, các bức xạ giả, và các hài bậc cao

1.6 Đa điểm (Muitipoint-MP)

Thuật ngữ chung cho các hệ thống điểm-đa điểm, đa điểm-đa điểm hoặc các kết hợp cả hai

hệ thống này. Đa điểm là Tôpô không dây, trong đó hệ thống cung cấp dịch vụ ghép đường

theo phân bố địa lý các trạm thuê bao. Việc chia sẻ tài nguyên gồm cả trong miền tần số

lẫn thời gian, hoặc cả hai.

1.7 Điểm- đa điểm (Point-to-muitipoint-PMP)

Trong các hệ thống không dây, Tôpô mạng trong đó trạm các trạm thuê bao riêng rẽ và mỗi

trạm thuê bao chỉ liên kết với một trạm gốc

1.8 Điểm-điểm (Point-to-point)

Tôpô mạng trong đó tuyến vô tuyến được duy trì giữa 2 trạm

1.9 Điều khiển tự động công suất phát (Automatic transmit power control-ATPC)

Phương pháp dùng trong các hệ thống BWA để điều chỉnh thích ứng công suất máy phát,

nhằm duy trì mức tín hiệu thu trong dải mong muốn.

1.10 Độ phân cực (Cross-polar discrimination-XPD)

Độ phân cực của Anten (XPD) theo một hướng xác định. Đây là độ lệch, tính theo dB,

giữa mức khuyếch đại đồng cực và khuyếch đại trực giao của anten theo hướng đã cho

1.11 Độ rộng băng thông chiếm dụng (Occupied bandwith)

Đối với một sóng mang băng thông chiếm dụng Bo là độ rộng của băng tần, sao cho dưới

mức giới hạn thấp nhất của nó và trên mức giới hạn cao nhất của nó thì công suất trung

bình bức xạ chỉ bằng 5 % tổng công suất bức xạ. Điều này có nghĩa là 99% công suất bức

xạ nằm trong băng thông

Các hệ thống truyền dẫn đa sóng mang dùng nhiều tầng khuếch đại, vì vậy độ rộng băng

thông chiếm dụng được xác định như sau:

Bom = Bou + Bol + (Fou - Fol)

Trong đó:

Bom - Độ rộng băng thông chiếm dụng cho hệ thống đa kênh

Bou-Băng thông chiếm dụng của một sóng mang của sóng mang cao nhất

Bol- Băng thông chiếm dụng của một sóng mang cho sóng mang thấp nhất

Fou-Tần số trung tâm của sóng mang con cao nhất

Fol -Tần số trung tâm của sóng mang con thấp nhất

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

1

1.12 Đường bao mẫu bức xạ (Radiation pattern envelope-RPE)

Đồ thị thể hiện các mức cực đại của búp anten trong băng tần xác định

1.13 Đường xuống (Downlink)

Hướng từ trạm gốc đến trạm thuê bao

1.14 Hệ thống đa sóng mang (Muiticarrier system)

Hệ thống dùng hai hoặc nhiều sóng mang để cung cấp dịch vụ từ một máy phát

1.15 Hỗn hợp/lưới (Mesh)

Tôpô mạng không dây Đa điểm-Đa điểm, trong đó số trạm thuê bao trong một vùng địa lý

được kết nối và làm việc như các trạm lặp. Điều này cho phép thay đổi định tuyến giữa

mạng lõi và và trạm thuê bao. Theo ngữ cảnh thông thường, các hệ thống lưới không có

các trạm gốc.

1.16 Kênh bảo vệ (Guard Band Channel)

Phần không dùng trong phổ tần giữa hai sóng mang gần nhau nhất của hai nhà khai thác

mạng khác nhau.

1.17 Khoảng tần 1 (Frequency range 1)

Trong tài liệu này khoảng tần 1 từ 10 đến 23,5 GHz

1.18 Khoảng tần 2 (Frequency range 2)

Trong tài liệu này khoảng tần 2 từ 23,5 đến 43,5 GHz

1.19 Khoảng tần 3 (Frequency range 3)

Trong tài liệu này khoảng tần 3 từ 43,5 đến 66 GHz

1.20 Mật độ thông lượng phổ công suất (Power spectral flux density-psfd)

Thông lượng phổ công suất bức xạ trên một đơn vị băng thông và diện tích

1.21 Nhiễu loại A (Class A Interference)

Nhiễu (và các lớp con dưới nó A1, A2, A3 và A4) giữa hai hệ thống P-MP của 2 nhà khai

thác mạng khác nhau.

1.22 Nhiễu loại B (Class B Interference)

Nhiễu (và các lớp con dưới nó B1,B2, B3 và B4) giữa một hệ thống P-MP và một hệ thống

P-P của 2 nhà khai thác khác nhau

1.23 Nhóm/cụm tần số (Frequency block)

Phần gần kề của phổ tần, nằm trong băng tần con hoặc cả băng tần, thường được ấn định

cho một nhà khai thác

Chú ý: Tập các nhóm tần có thể hình thành băng tần con hoặc một băng tần

1.24 Nhóm tần số (Frequency Block)

Băng thông tần số do cơ quan quản lý ấn định cho một nhà khai thác hệ thống P-MP trong

một vùng dịch vụ xác định

1.25 Song công theo tần số (Frequency division dupplex)

Các mạch song công, trong đó tuyến lên và xuống dùng các tần số khác nhau và thường

dùng đồng thời

1.26 Song công theo thời gian (Time-division dupplex-TDD)

Mạch song công, trong đó truyền dẫn lên và xuống tại các thời điểm khác nhau, nhưng

chung một tần số

1.27 Trạm gốc (Base station-BS)

Tập hợp các thiết bị cung cấp khả năng kết nối, quản lý và điều khiển trạm thuê bao

1.28 Trạm lặp (Repeater station-RS)

Trạm khác với BS, có các thiết bị thông tin quay về 2 hoặc nhiều hướng biệt lập khác

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

2

nhau. Lưu lượng thu được từ một hướng có thể được phát lại từng phần hoặc toàn bộ theo

hướng khác. Lưu lượng có thể kết thúc hay bắt đầu ở trạm lặp khác

1.29 Trạm thuê bao (Subsriber station-SS)

Tập hợp các thiết bị cho phép thiết bị thuê bao đấu nối với trạm gốc

1.30 Truy nhập không dây băng rộng (Broadband wireless access-BWA)

Truy nhập bằng phương thức vô tuyến, trong đó dung lượng kết nối là băng rộng

1.31 Truy nhập không dây cố định (Fixed wireless access)

Một ứng dụng truy nhập vô tuyến trong đó trạm gốc và trạm thuê bao ở vị trí cố định khi

khai thác

1.32 Vùng phục vụ (Service area)

Vùng địa lý trong đó nhà khai thác có quyền phát sóng

1.33 Vùng % KO (% KO Area)

Phần trăm của Ô phục vụ trong mạng P-MP, tại đó nhiễu có thể làm tê liệt máy thu

2. CÁC CHỮ VIẾT TĂT

AdjCh Adjacent channel

ATPC Automatic transmit power control

Az Azimuth

BER Bit error rate

Bo Ocupied bandwith

BRAN Broadband radio access network

BS Base station

BRAN Broadband radio access netwok

BW Bandwith

BWA Broadband wireless access

CDF Cumulative distribution function

CDMA Code division multiple access

CEPT European conference of postal and telecom. administration

C/I Carrier-to-interference ratio

C/N Carrier-to-noise ratio

C/(N+I) Carrier-to-noise and interference ratio

CoCh Co-channel

CS Central station

CRS Central radio station

CW Continuous wave

DL Downlink

DRS Data relay satellite

D/U Desired carrier-to-undesired carrier ratio

El Elevation

EIRP Effective isotropic radiated power

EN European norm

ERC European Radiocommunication Committee

FBWA Fixed broadband wireless access

FB Frequency block

FDD Frequency division duplex

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

3

FDMA Frequency division multiple access

FH-CDMA Frequency Hopping Code Division Multiple Access

FSPL Free space path loss

FWA Fixed wireless access

GSO Geostationary orbit

HP Horizontal Polarization

IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

I/N nterference-to-thermal noise ratio

ISI Inter-System Interferenc

ISOP nterference scenario occurrence probability

ITU International Communication Union

IRCI Inter-Cell interference

LMCS Local muitipoint communication service

LMDS Local muitipoint communication service

LOS Line of sight

MAN Metropolitan area netwwork

MCL Minimum coupling loss

MP Multipoint

MP-MP Multipoint-to-muitipoint

MWS Multimedea wireless system

NFD Net filter discrmination

OuCh Out channel interference

OFDM Orthogonal frequency division muitiplexing

OOB Out-of-block

PCS Personal communication service

psd power flux density

PMP PMP point-to-multipoint

PTP PTP point-to-point

QAM Quardrature amplitude modulation

QPSK Quardrature phase shift kying

RA Radiocommunication Agency

RF Radio frequency

RPE Radiation pattern envelope

RS Repeater station

RSS Radio standard specification

Rx Receive

SRSP Standard radio system plan

SS Subscriber station

TDD Time division duplex

TDMA Time division multiple access

TS Terminal station

Tx Transmit

UL Uplink

VH Vertical Polarization

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

4

XPD Croos-polar discrimination

CHƯƠNG 1

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CAN NHIỄU TRONG CÁC

HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN FBWA

1.1 PHÂN LOẠI CAN NHIỄU

Can nhiễu vô tuyến điện là Hiện tượng sóng điện từ dải tần Vô tuyến gây ảnh hưởng đến

hệ thống thiết bị vô tuyến đang khai. Có nhiều cách phân loại can nhiễu vô tuyến điện,

nhưng thông dụng hơn cả là xết chúng thành 2 dạng: Nhiễu tự nhiên (có tính cố hữu, không

thể loại bỏ) và Nhiễu nhân tạo (phần lớn có thể làm suy giảm hoặc kiểm soát được). Mục

tiêu của chúng ta là cần xác định được nguồn gốc phát sinh nhiễu, mức độ ảnh hưởng và

các phương pháp áp dụng trong thiết kế hệ thống để loại trừ hoặc giảm nhẹ chúng đến mức

chấp nhận được, vì vậy trong phần này chúng ta phân can nhiễu theo bản chất ảnh

hưởng của chúng trong các mạng truy nhập vô tuyến băng rộng loại cố định (FBWA)

cho các dải tần số khác nhau

Trong các hệ thống và mạng thông tin vô tuyến có 5 loại nhiễu cơ bản sau:

- Nhiễu cùng kênh (CoCh)

- Nhiễu kênh lân cận (AdjCh)

- Nhiễu xuyên điều chế (IM)

- Nhiều giao thoa giữa các ký tự (ISI)

- Nhiễu do hiệu ứng “gần-xa” (N-FI)

Vì chúng ta quan tâm đến nhiễu giữa các mạng FBWA, nên trong chương này chỉ cần xét

nhiễu cùng kênh (CoCh) và nhiễu kênh lân cận (AdjCh); các loại nhiễu còn lại không thuộc

phạm vi của đề tài

1.1.1 Nhiễu cùng kênh (CoCh)

Nhiễu CoCh là tín hiệu vô tuyến điện có cùng tần số với tín hiệu mang thông tin có ích.

Trong các mạng di động cấu trúc tế bào (Cellular), để tăng hiệu quả sử dụng phổ tần, các

kênh tần số được dùng lại ở nhiều ô phục vụ, vì vậy thường xẩy ra hiện tượng là một trạm

gốc (BS hay CRS) có thể thu tín hiệu cùng kênh tần số từ các ô lân cận. Trong các mạng

thông tin vô tuyến FBWA điểm-điểm hoặc điểm-đa điểm hoạt động trên cùng tần số tại

các vùng kế cận cũng xẩy ra hiện tượng nhiễu cùng kênh.

Để phân tích nhiễu CoCh người ta dùng thước đo Xác suất có điều kiện nhiễu cùng kênh

(CCIP), đôi khi gọi là xác suất “khoá” máy thu. Về bản chất, CCIP là xác suất có điều

kiện công suất trung bình tín hiệu có hại vượt quá công suất trung bình tín hiệu có ích một

mức tương ứng với hệ số phòng vệ β nào đó.

Trong thông tin di động, hiệu ứng fađinh biên độ sóng mang thường tuân theo nhiều quy

luật khác nhau. Ví dụ, giữa các toà nhà phân bố tín hiệu sóng di động tuân theo luật Rician

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

5

(LOS); bên trong các toà nhà thì fađinh Reyleigh chiếm ưu thế (non-LOS); đây là trường

hợp đặc biệt của phân bố Gausian. Một cách tổng quát, tín hiệu sóng vô tuyến di động là

tổng hợp các tín hiệu tuân theo nhiều hàm phân bố khác nhau, được gọi chung là phân bố

Nakagami, hay tín hiệu m chiều (m-distribution). Lúc đó số đo CCIP, Pc , được

thể hiện như sau:

1

Pr

s

k

c i

i

P ob I

≤β

=

   

=

     

∑ (1.1)

Trong đó s là công suất trung bình (LMP) của tín hiệu có ích

Ii là LMP của nhiễu thứ i

β là hệ số phòng vệ

k là số lượng tín hiệu nhiễu

Trong thông tin vô tuyến điện, Pc là một hàm toán học phức tạp, vì vậy, để tính Pc người ta

cần đơn giản hoá bài toán theo các điều kiện biên nào đó, nhưng vẫn phải đảm bảo thể hiện

đầy đủ các tính chất của loại nhiễu xét. Biểu thức tính xác suất nhiễu CoCh gồm k nguồn

nhiễu như sau [1]:

. . . ( )

2 1

/ 2 1

1

ln ln

1

... exp . ...

(2. ) 2

i

i i s

i

D

k m r

R

s

k i

i

c k k

i s

m e

r

P F dr dr

σ

β

π σ

     

∞ ∞ =

−∞ −∞ =

      − +        

=    

 

∑

∫ ∫ ∑ (1.2)

Trong đó ms là công suất trung bình tín hiệu có ích trong vùng xét

R là bán kính Ô có tuyến truyền dẫn hữu ích

Ri là bán kính Ô có chứa nguồn nhiễu thứ i

Di là khoảng cách từ nguồn nhiễu thứ i đến Ô khảo sát

Để đảm bảo độ khả dụng của một mạng thông tin vô tuyến điện, chúng ta cần duy trì xác

suất có điều kiện nhiễu cùng kênh, hay xác suất “khoá” máy thu dưới mức 2 % , với điều

kiện là chất lượng truyền dẫn phải đảm bảo trên 90 % thời gian sử dụng

1.1.2 Nhiễu kênh lân cận (AdjCh)

Nhiễu AdjCh là tín hiệu vô tuyến điện từ các kênh tần số khác, nhưng rất gần với kênh tần

số đang sử dụng. Nguyên nhân phát sinh nhiễu AdjCh chủ yếu là do những hạn chế của các

thành phần trong hệ thống thiết bị thu phát vô tuyến, như độ ổn định tần số phát, băng

thông máy thu và các bộ lọc thu phát gây ra. Nhiễu AdjCh thường được phân thành nhiễu

trong băng (InBand) và nhiễu ngoài băng (Out-Of-Band). Nhiễu trong băng xẩy ra khi tâm

của độ rộng tần số gây nhiễu nằm trong băng thông của tín hiệu có ích. Nhiễu ngoài băng

thuộc trường hợp tâm tần số của băng thông tín hiệu gây nhiễu nằm ngoài băng thông của

tín hiệu cần thu

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

6

Trong môi trường sóng di động, luôn có sự tương quan chặt chẽ giữa tín hiệu cần thu và tín

hiệu kênh lân cận, vì vậy người ta phải dùng một hàm mật độ liên kết (kết hợp) để biểu thị

xác suất có điều kiện Pc.

Nếu gọi r1 là tín hiệu có ích và r2 là tín hiệu nhiễu, với r2 ≥ α r1, thì ta có thể biểu diễn hàm

mật độ xác suất nhiễu kênh lân cận như sau [1]:

2 3/ 2

2

(1 ) 1

( )

(1 ) 4

r

R

r

x

G

P x

x x G

G G

ρ

ρ

 

− +    

=

 

+ −    

(1.3)

Trong đó,

2 2

1

1 ( )

ρr

ω

=

+ ∆ ∆ (1.4)

∆ω π / 2 là độ lệch tần số giữa tín hiệu có ích và nhiễu

∆ là trải trễ thời gian

G là mức tăng công suất ở đầu ra bộ lọc thu tín hiệu có

ích so với công suất nhiễu kênh lân cận.

Cần có nhận xét là, ngay cả trong trường hợp nhiễu AdjCh có độ lớn tương đương mức

nhiễu CoCh thì ảnh hưởng nhiễu AdjCh vẫn yếu hơn CoCh nhiều lần

1.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỄU VÔ TUYẾN ĐIỆN

Một trong những mục tiêu cơ bản của bài toán thiết kế các mạng di động tế bào, các tuyến

vệ tinh và vi ba mặt đất là cần đảm bảo dung lượng đường truyền theo yêu cầu, với một

mức chỉ tiêu chất lượng truyền dẫn cho trước, vì vậy trong việc phân tích đánh giá nhiễu

điều quan trọng là cần xác định được tỷ số C/I hay S/I theo một mức chất lượng truyền dẫn

(BER) đã cho. Các giá trị này được lấy làm tiêu chí thiết kế mọi mạng vô tuyến, cả di

động lẫn có định

Bài toán phân tích nhiễu ở đây bao gồm:

(1) Tính hoặc ước lượng mật độ công suất nhiễu

(2) Tính tỷ số C/I

(3) Xác định tương quan giữa C/I (S/I) hoặc xác suất lỗi Pe

(4) Xác định tương quan giữa S/I hoặc Pe và các chỉ tiêu hệ thống

(5) Thiết lập các tiêu chuẩn kỹ thuật và mức độ biến động các chỉ tiêu hệ thống so với

các chỉ tiêu kỹ thuật trong các mức giới hạn chấp nhận được

(6) Sử dụng C/I như là thước đo để tối ưu hoá vị trí nguồn bức xạ và chất lượng

truyền thông tin

(7) Triển khai các giải pháp giảm nhiễu, các phương pháp đo kiểm hiệu chỉnh ảnh

hưởng, thông qua các thông số thiết kế hệ thống thiết bị

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

7

Hai thông số C/I và S/I là các thước đo chất lượng liên quan đến cấp dịch vụ (GOS) của

một hệ thống vô tuyến điện bất kỳ. Đối với các mạng không dây các thông số này tương

đương:

- Tỷ số C/I và

- Xác suất “khoá” máy thu

1.2.1 Các tín hiệu tương tự

Các tín hiệu tương tự (analog) dùng truyền thông tin là các sóng điện từ biến đổi liên tục

theo thời gian, được đặc trưng bởi biên độ, tần số và pha. Công suất tín hiệu được thể hiện

qua biên độ sóng mang (A). Đối với tín hiệu tương tự, chúng ta có thể tính được tỷ số C/I

[1] như sau:

2

2 2

2

2

A

C

I r A

= và

S CR

I I

= (1.5)

Trong đó, R là hằng số

1.2.2 Các tín hiệu số

Ngược với kỹ thuật tương tự (chỉ cần xác định tỷ số C/I hoặc S/I), trong truyền dẫn số vì

áp dụng nhiều loại điều chế khác nhau, nên người ta phải dùng thông số tỷ lệ lỗi Bit (BER)

làm thước đo chất lượng truyền dẫn

1.2.2.1 Các hệ thống PSK

Để xác định chất lượng các hệ thống truyền dẫn số người ta cần tìm tỷ số giữa công suất

tín hiệu phát và công suất nhiễu sau đó tính BER. Đối với điều chế PSK, BER chính là xác

suất lệch góc θ ra ngoài vùng quyết định. Phân bố góc này tuân theo luật hàm mũ cơ số tự

nhiên [1]:

2 2 2 1/ 2

2 2 2 0

0

1 1 ( ) exp( ( 1 2 cos ) ( 1 2cos )

(2 ) 2

r

f r a I a d θ ϑ δ δ δ δ δ

πσ σ σ

∞

 

= − + + − + −     ∫

(1.6)

Trong đó I0 là hàm Bexel cải tiến bậc một

δ là phương sai trong phân bố Gauxơ

r số đo tín hiệu nhiễu

Tích phân biểu thức trên từ vùng biên ( −π / M ) đến (π / M ), có tính đến tính đối xứng

của tích phân, ta được:

/

2 ( )

e

M

P f d

π

θ

π

= ϑ ϑ ∫

(1.7)

1.2.2.2 Các hệ thống di động tế bào mặt đất

Trong các hệ thống thông tin di động mặt đất loại tế bào, tỷ số C/I phụ thuộc vào nhiều yếu

tố, nên người ta xấp xỉ chúng theo công thức sau[1]:

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

8

1

n

C D

I M R

 

=     (1.8)

Trong đó M là số các Ô phục vụ bị nhiễu CoCh

n là thành phần mũ, thể hiện độ suy hao tuyến (n = 2 ÷ 4)

D là khoảng cách giữa 2 Ô phục vụ có nhiễu CoCh

R là bán kính Ô phục vụ

a. Đối với hệ thống TDMA:

1

10log /

n

d i

i

C

S n I

I =

 

=     ∑ (1.9)

Trong đó

Sd là cường độ trường tín hiệu có ích

Ii là nhiễu cùng kênh từ trạm gốc thứ i

b. Đối với các hệ thống OFDM/CDMA:

1

.

. .

R p

M

tol

IC kR

k

C P G

I

β γ P

=

=

 

    ∑

(1.10)

Trong đó

0

N

iR

R

i

P

P

= N

= ∑ (1.11)

PiR là công suất thu được từ sóng mang thứ i

tol PkR là công suất thu tổng cộng từ BS thứ k

Gp là tăng ích của bộ xử lý

γ là hệ số, được tính theo mô hình trực giao tín hiệu giữa các BS khác nhau

1.3 PHÂN TÍCH CAN NHIỄU GIỮA CÁC HỆ THỐNG BFWA

1.3.1 Giới thiệu tổng quan

Chức năng chính của các mạng vô tuyến đa điểm-đa điểm (MP), điểm-đa điểm (PMP) dịch

vụ cố định (FS) là cung cấp truy nhập cho mạng công cộng và các mạng riêng (PSTN,

PDN…). Vùng dịch mạng có thể rất rộng, bao phủ cả các khu vực thuê bao phân tán. Đôi

khi, các hệ thống này cũng được dùng như các mạng truy nhập theo kiến trúc đa tế bào cho

vùng ngoại ô và nông thôn. Các hệ thống vô tuyến điểm-điểm (PTP), dịch vụ cố định (FS)

thường được dùng làm đường truyền dẫn hoặc truy nhập cho mạng riêng và mạng công

cộng. Cũng có thể sử dụng các hệ thống này như một mạng truyền tải hoặc mạng truy nhập

tích hợp.

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

9

Mục đích của đề tài là đề xuất các phương pháp phối hợp hoạt động giữa các hệ thống kể

trên và những hướng dẫn cụ thể trong việc quy hoạch, thiết kế và triển khai mạng, nhằm

đảm bảo sự tương thích giữa các hệ thống đó, trong điều kiện các mạng này khai thác trên

cùng một băng tần trong các khu vực gần nhau và ngược lại, vì vậy việc phân tích can

nhiễu trong tài liệu này tập trung vào khía cạnh ảnh hưởng lẫn nhau giữa các mạng

FBWA. Để làm rõ tính ứng dụng của các đề xuất, trong phần này sẽ đưa ra các

phương pháp đánh giá can nhiễu, các thông số tới hạn và các yêu cầu tối thiểu cần đạt, để

tạo sự hài hòa, cùng tồn tại và khai thác hiệu quả cho các hệ thống thông tin vô tuyến điện.

Các hệ thống PMP và PTP đã được ETSI chuẩn hóa, cả hệ thống thiết bị lẫn anten cho các

dải tần khác nhau; các phần trình bày dưới đây đều được lấy từ họ các tiêu chuẩn của

ETSI: TM4 EN

1.3.1.1 Các hệ thống PMP

Đối với các thiết bị PMP, các băng tần số sử dụng được nhóm như sau:

- Dưới 1 GHz

- Giữa 1 GHz và 3 GHz

- Giữa 3 GHz và 11 GHz

- Giữa 24,5 GHz và 29,5 GHz

- Giữa 40,5 GHz và 43,5 GHz

Mỗi phương thức truy nhập xác định (TDMA, MC-TDMA, FDMA, DS-CDMA, FH￾CDMA, DS-CD/TDMA) đều được quy định rõ trong các tiêu chuẩn TM4 EN của ETSI

cho một trong những băng tần số trên

Các tiêu chuẩn TM4 EN về anten PMP được nhóm như sau:

- Giữa 1 GHz và 3 GHz

- Giữa 3 GHz và 11 GHz

- Giữa 24 GHz và 30 GHz

- Giữa 40,5 GHz và 43,5 GHz

1.3.1.2 Các hệ thống PTP

Trong bộ các tiêu chuẩn TM4 EN cho các thiết bị PTP có phân loại hệ thống thiết bị cụ thể,

theo khoảng cách kênh, loại điều chế và dung lượng hệ thống, cho các băng tần từ 1 đến 60

GHz.

Các tiêu chuẩn TM4 EN về anten PTP được phân thành 2 nhóm:

- Giữa 1 GHz và 3 GHz

- Giữa 3 GHz và 60 GHz

1.3.2 Các giả thiết cho bài toán phân tích nhiễu

Vấn đề phối hợp hoạt động để cùng tồn tại và khai thác hiệu quả các mạng PMP, sử dụng

chung một băng tần, trong cùng một khu vực địa lý là rất phức tạp. Trong phần này, trước

tiên ta xác định tất cả các tổ hợp can nhiễu có thể (các loại nhiễu) giữa các hệ thống PMP,

giữa PMP và PTP, sau đó trình bày các phương pháp phân tích, đánh giá mức độ can nhiễu

và phương thức phối hợp hoạt động giữa các mạng này.

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

10

Để phân tích sự phối hợp hoạt động giữa 2 hệ thống PMP chúng ta chấp nhận một số giả

thiết sau:

- Hai hệ thống có công suất bức xạ (EIRP) như nhau;

- Có sử dụng ATPC cho tuyến tải lên để giảm mức nhiễu;

- Các hệ thống với các kênh tần số có độ rộng giống nhau phối hợp tốt hơn các hệ

thống có kích cỡ kênh tần số khác nhau và

- Đối với các trạm trung tâm (CRS) việc phối hợp giữa PMP dùng kỹ thuật FDD dễ

hơn kỹ thuật TDD

Việc phối hợp hoạt động giữa 2 hệ thống PMP và PTP cũng được dựa trên các nguyên tắc

sau:

- Các hệ thống với độ rộng kênh tần số giống nhau phối hợp tốt hơn các hệ thống có

độ rộng kênh tần số khác nhau;

- Cần biết khoảng cách tối thiểu và mức độ lệch góc (giữa hướng chính của 2 anten)

giữa trạm PTP và CRS và

- Có sử dụng ATPC cho tuyến tải lên của PMP để giảm mức nhiễu.

Các kết quả phân tích sự phối hợp hoạt động sẽ càng gần với thực tế, nếu ta sử dụng các

thông số tới hạn trong bộ tiêu chuẩn EN cho hệ thống này và coi nó là bộ các thông số

chuẩn. Các thông số đó là:

- Công suất phát;

- Ngưỡng thu;

- Độ nhạy đối với nhiễu và

- Mặt nạ phổ phát

Ngoài ra, chúng ta cần đánh giá được hệ số lọc mạng (NFD) giữa các hệ thống khác nhau

theo các tiêu chuẩn đã cho, do đó, nhất thiết phải có các thông số sau đây lấy từ các tiêu

chuẩn ETSI:

- Mặt nạ phổ phát và

- Mặt nạ độ nhạy máy thu

1.3.2.1 Các tình huống triển khai mạng

a. Các mạng vô tuyến PMP

Các hệ thống PMP hiện đang sử dụng băng tần từ 1 GHz đến 40 GHz, trong tương lai sẽ sử

dụng các tần số cao hơn. Trong mỗi băng tần được ấn định, các đặc tính truyền lan sóng

điện từ, băng thông khả dụng, cũng như các đặc tính hệ thống thiết bị sẽ quyết định năng

lực mạng, như dung lượng tải tin, bán kính cực đại vùng phục vụ, các hình loại dịch vụ

mạng cung cấp và cấu trúc của chính hệ thống đó. Trong nhiều trường hợp, nếu có thiết kế

tốt, chất lượng môi trường truyền dẫn mạng PMP có thể tương đương với mạng cáp đồng.

Để phân tích, đánh giá mức độ tương thích giữa các mạng chúng ta chấp nhận một số giả

thiết sau:

1) Có ít nhất 2 nhà khai thác mạng trong một vùng phục vụ. Trong các vùng kinh tế

hấp dẫn, số lượng nhà khai thác sẽ nhiều hơn

2) Các nhà khai thác hoàn toàn độc lập trong việc lập quy hoạch và triển khai mạng

của mình

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

11

3) Các dịch vụ do mạng của các nhà khai thác cung cấp có thể khác nhau, và do vậy

các hệ thống thiết bị cũng có thể cũng rất khác nhau

4) Các hệ thống PMP có nguồn gốc, xuất sứ, thời gian đưa vào hoạt động không giống

nhau

5) Có nhiều phương thức truy nhập được sử dụng, nhưng tất cả đều phù hợp với các

khuyến nghị và tiêu chuẩn của ETSI

6) Quy hoạch mạng và Ô phục vụ do từng nhà khai thác mạng đảm nhiệm

7) Cơ quan quản lý nhà nước có trách nhiệm phân bổ băng tần cho các nhà khai thác.

Trong các nhóm tần số kế cận của nhóm tần số được phân bổ cho các nhà khai thác

khác nhau, bằng cách nào đó, cơ quan quản lý phải đảm bảo để các nhà khai thác sử

dụng được trong cùng một vùng, tức là các nhà khai thác có khả năng sử dụng và

cung cấp một mức GOS cho khách hàng của mình, như trong công bố cam kết chất

lượng mạng của họ

8) Vì lý do tương thích, điều này không có nghĩa là không có những yêu cầu bổ sung

hoặc một số ràng buộc nào đó đối với các thiết bị thuê bao (TS) và trạm gốc

(CRS/BS)

b. Các mạng vô tuyến PTP

Các hệ thống vô tuyến PTP hiện đang sử dụng dải tần số từ 1 đến 58 GHz, trong tương lai

có thể sử dụng các dải tần số cao hơn. Trong mỗi băng tần số được ấn định, băng thông

khả dụng do nhà quản lý phân bổ. Các đặc tính liên quan đến dải tần số như dung lượng tải

tin, độ dài chặng truyền dẫn, các hình loại dịch vụ đều phải được công bố một cách rõ ràng

trong hồ sơ kỹ thuật của hệ thống. Chất lượng dịch vụ cần được xác định rõ cho cả mục

tiêu quy hoạch ngắn hạn và dài hạn. Để đánh giá mức độ tương thích giữa các hệ thống,

cần chấp nhận một số giả thiết sau:

1) Trong vùng có ít nhất 2 nhà khai thác mạng PMP hoặc PTP

2) Các nhà khai thác lập kế hoạch và triển khai mạng của mình một cách độc lập

3) Các hệ thống PMP hoặc PTP có thể có nguồn gốc, xuất sứ khác nhau. Các hệ thống

PTP tuy có độ phân cách kênh tần số, dung lượng và loại thiết bị khác nhau, nhưng

đều phải tuân theo các tiêu chuẩn của ETSI

4) Các nhà quản lý có trách nhiệm phân bổ nhóm tần số cho các nhà khai thác. Đối với

các nhóm tần số kế cận trong cùng một băng tần, thì nhà quản lý có trách nhiệm

đảm bảo cho các nhà khai thác sử dụng được trong cùng một vùng, tức là các nhà

khai thác có khả năng sử dụng để cung cấp một mức GOS cho khách hàng của mình

như trong cam kết chất lượng mạng của họ

5) Điều này không có nghĩa là không có những yêu cầu bổ sung và một số hạn chế nào

đó, vì lý do tương thích, đối với các thiết bị TS và CRS

1.3.2.2 Các loại can nhiễu

Trong phần này chỉ xét nhiễu giữa các hệ thống PMP của các nhà khai thác khác nhau

trong cùng một vùng và gọi là nhiễu Intercell Interference (IRCI). Ngoài ra, khi quy hoạch

các Ô phục vụ cũng cần xét đến nhiễu trong cùng một Ô (Intracell Interference-IACI).

Trong các tiêu chuẩn ETSI/TM4 không có chỉ dẫn cụ thể nên dùng kỹ thuật FDD hay

TDD, vì mỗi loại đều chế đều có những ưu điểm riêng. Các hệ thống FDD thường dễ

tương thích hơn TDD, nhất là khi các trạm gốc của các nhà khai thác được đặt cùng một

chỗ. Tuy nhiên, theo quan điểm sử dụng hiệu quả phổ tần số, các hệ thống TDD lại tốt

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

12

hơn, vì chúng chỉ cần một kênh tần số cho tuyến lên (UL) và xuống (DL) và có khả năng

phân bổ và điều khiển lưu lượng bất đối xứng một cách mền dẻo. Trong tài liệu này nhiễu

giữa các hệ thống PTP và PMP được xét cho các nhà khai thác trong cùng một vùng, còn

mức nhiễu trong một hệ thống cụ thể thì do từng nhà khai thác tự tính toán và tự quyết

định

1.3.2.3 Về truyền lan sóng Vô tuyến điện

Ở đây chúng ta chỉ xét các dịch vụ cố định. Các đặc tính truyền sóng điện từ, mô hình

kênh truyền lan phụ thuộc vào dải tần số sử dụng, tốc độ Bit truyền trong không gian và

khoảng cách giữa 2 kênh tần số lân cận. Trong dải tần số từ 2 đến 66 GHz xét ở đây,

chúng ta coi các hệ thống PMP đều có tuyến truyền sóng trực xạ (LOS) hoặc gần với trực

xạ (NLOS). Trường hợp có các tuyến truyền sóng không trực xạ chỉ có thể áp dụng cho tốc

độ Bit từ CRS đến TS nhỏ hơn 2x64 kbit/s và ngược lại, nhưng không vượt quá dải tần số

4 GHz. Ở các tốc độ cao hơn và tần số cao hơn chỉ xét điều kiện truyền sóng LOS từ CRS

đến TS và coi GOS tổng thể tương đương với chất lượng mạng cáp đồng. Chúng ta chỉ xét

đến fadinh do mưa ở dải tần trên 10 GHz, bằng cách bổ sung thêm một mức suy hao trong

mưa cho các tuyến truyền dẫn

1.3.3 Các tình huống nhiễu

1.3.3.1 Tổ hợp PMP FDD/FDD

Có 2 cách bố trí kênh vô tuyến cho 2 hệ thống FDD PMP:

1) Cả hai hệ thống dùng chung một băng tần số con (SB) cho các tuyến xuống

(CRS→TS) và do đó cũng chung cho tuyến lên (TS→CRS);

2) Hai hệ thống dùng các băng tần con SB khác nhau cho tuyến lên và xuống, như trên

hình 1.3.1

Thông thường, chỉ có trường hợp 1, vì mỗi nhà quản lý mạng đã xác định trước các băng

con (SB) cho các luồng tải lên và tải xuống. Trường hợp 2 chỉ xảy ra khi ranh giới của 2

khu vực sử dụng các băng con (SB) khác nhau.

Hình 1.3.1 Cách bố trí kênh vô tuyến cho 2 FDD PMP

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

13

Để xét tất cả các tổ hợp nhiễu có thể giữa 2 hệ thống FDD, cần xác định 4 loại nhiễu, phân

tách theo từng đôi: Nguồn gây nhiễu và Đích nhiễu:

Nhiễu loại A1 (down/down adjacency): Nguồn nhiễu từ máy phát CRS (hệ thống

gây nhiễu) và đích nhiễu là máy thu TS (bị hại)

Nhiễu loại A2 (up/up adjacency): Nguồn nhiễu từ máy phát TS (hệ thống gây

nhiễu) và đích nhiều là máy thu CRS (bị hại)

Nhiễu loại A3 (down/up adjacency): Nguồn nhiễu từ máy phát CRS (hệ thống gây

nhiễu) và đích nhiễu là máy thu CRS (bị hại)

Nhiễu loại A4 (up/down adjacency): Nguồn nhiễu từ máy phát TS (hệ thống gây

nhiễu) và đích nhiễu là máy thu TS (bị hại)

Hai hệ thống FDD PMP khác nhau được liệt kê trong bảng 1.3.1 là nhiễu chiếm ưu thế

(theo dòng) và máy thu bị hại chiếm ưu thế (theo cột):

- thứ nhất (DL trong SB1) có tuyến xuống (tuyến lên) trong SB1 (2)

- thứ hai (DL trong SB2) có tuyến lên ( xuống) trong SB2 (1).

Trong bảng 1.3.1 có sự phân biệt giữa tuyến xuống (DL) và tuyến lên (UL). Số “0” trong

bảng thể hiện trạng thái không có nhiễu với giả thiết rằng truyền dẫn trong một băng tần

con SB có thể gây nhiễu cho máy thu trong cùng băng tần đó, nhưng có khoảng cách ghép

tần số song công đủ lớn, vì vậy có khả năng loại bỏ nhiễu khỏi các kênh truyền dẫn trong

các băng tần con khác. Bảng 1.3.1 tóm tắt tất cả các tình huống nhiễu có thể.

Bảng 1.3.1 Các trường hợp nhiễu giữa 2 hệ thống PMP FDD

Bị hại

Nguồn nhiễu

DL trong SB1

DL UL

DL trong SB2

DL UL

DL trong

SB1

DL

UL

A1 0

0 A2

0 A3

A4 0

DL trong

SB2

DL

UL

0 A3

A4 0

A1 0

0 A2

1.3.3.2 Tổ hợp PMP FDD/TDD

Có 2 cách bố trí kênh vô tuyến trong hệ thống FDD PMP và TDD PMP:

1) Hệ thống TDD có kênh gần kênh tuyến xuống FDD;

2) Hệ thống TDD có kênh gần kênh tuyến lên FDD, như trên hình 1.3.2

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

14

Hình 1.3.2 Cách bố trí kênh vô tuyến cho FDD PMP và TDD PMP

Trong trường hợp này cũng có 4 loại nhiễu kể trên. Các trường hợp nhiễu chiếm ưu thế

được cho trong bảng 1.3.2, khi mà cả 2 hệ thống FDD và TDD được coi vừa là nguồn

nhiễu vừa là bị hại. Đối với các hệ thống FDD sử dụng băng con SB. Các phần tử khác “0”

biểu diễn tổng 2 loại nhiễu khác nhau , do hệ thống TDD dùng cùng một kênh vô tuyến

cho cả tuyến lên và xuống

1.3.3.3 Tổ hợp PMP TDD/TDD

Chỉ có một cách bố trí kênh vô tuyến duy nhất cho 2 hệ thống PMP TDD, vì mỗi hệ thống

chỉ dùng một kênh tần số cho cả tuyến lên và tuyến xuống. Ở đây, có 2 trường hợp cần xét

là hệ thống được đồng bộ và không được đồng bộ

1) Các hệ thống TDD được đồng bộ: Hệ thống TDD tương ứng với tuyến lên và

xuống của cả 2 hệ thống, cần xét nhiễu loại A1 và A2

2) Các hệ thống TDD không được đồng bộ: Tất cả các loại nhiễu (A1, A2, A3 và A4)

cần được phân tích, đánh giá

Bảng 1.3.2 Các trường hợp nhiễu ưu thế giữa FDD PMP và TDD PMP

Bị hại

Nguồn nhiễu

PMP(TDD) PMP(FDD)

DL trong SB1 DL trong SB2

Sb 1 Sb 2 DL UL DL UL

PMP

(FDD)

DL

trong

SB1

DL A1+A3 0

Xem bảng 1 UL 0 A2+A4

DL

trong

SB2

DL 0 A1+A3

UL A2+A4 0

PMP

(TDD)

SB1

SB2

A1+A4 0 0 A2+A3

0 A2+A3 A1+A4 0

1.3.3.4 Tổ hợp PMP/PTP

Có 2 cách bố trí kênh vô tuyến cho FDD PMP và PTP:

1) Kênh PTP được phân bổ gần với kênh tần số tuyến lên FDD;

84-07-KHKT-RD

Giải pháp phối hợp hoạt động để cùng tồn tại giữa các hệ thống FBWA

15