Thiết lập mạng Wimax

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------------- HOÀNG DŨNG SỸ THIẾT LẬP MẠNG WIMAX CHUYÊN NGÀNH: KỶ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỶ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BÙI THIỆN MINH HÀ NỘI, 2010Luận văn được hoàn thành tại: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: TS. Bùi Thiện Minh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ .….ngày…….tháng……..năm 2010 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỌ TIÊU CHUẨN 802.16 1.1 Công nghệ WiMAX là gì WiMAX là một công nghệ dựa trên các chuẩn, cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp và DSL. WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic, mang xách được và cuối cùng là di động mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng trực tiếp tới một trạm gốc. Trong một bán kính của một cell điển hình là từ 3 đến 10km, các hệ thống đã được Diễn đàn WiMAX chứng nhận sẽ có tốc độ lên tới 40Mbit/s mỗi kênh cho các ứng dụng truy cập cố định và mang xách được. 1.2 Những cơ sở quan trọng của công nghệ WiMAX Cơ sở quan trọng của công nghệ WiMAX là sự tương thích của thiết bị WiMAX, được Diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo sự tin cậy và làm tăng số lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụ khi mua thiết bị không chỉ từ 1 công ty và tất cả đều tương thích với nhau. Các cơ sở quan trọng khác là chi phí, độ bao phủ, công suất và chuẩn cho cả truy cập vô tuyến cố định và di động. 1.3 Diễn đàn WiMAX Diễn đàn WiMAX là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu. Mục tiêu của Diễn đàn WiMAX là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI. Diễn đàn WiMAX được thành lập để dỡ bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA. 1.4 Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho truy nhập băng rộng cung cấp công nghệ truy nhập "km cuối cùng" cho các điểm nóng với dịch vụ số liệu, video, và thoại tốc độ cao. Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.16, 16a, 16e 802.16 802.16a 802.16e Ngày hoàn thành 8/2002 4/2003 2006 Băng tần 10-66GHz 2-11GHz 2-6GHz Điều kiện kênh LOS NLOS NLOS Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM OFDM 256 sóng mang, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM OFDMA khả định cỡ, BPSK, QPSK, 16-QAM, 64QAM Tính di động Cố định Cố định Di rời, xách tay, di động Băng thông kênh 20, 25, 28MHz Khả định cỡ từ 1,75 đến 20 MHz Khả định cỡ: 1,25; 5; 10; 20 MHz Bán kính ô điển hình 2-5 km 7-40 km 2-5 km 1.5 WiMAX di động WiMAX di động được xây dựng trên chuẩn IEEE 802.16e là một giải pháp không dây băng rộng cho phép hội tụ mạng di động và cố định thông qua một công nghệ vô tuyến băng rộng. Giao diện vô tuyến của WiMAX di động tiếp nhận đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) để cải thiện hiệu năng cho môi trường truyền dẫn không trực xạ. S- OFDMA được đưa vào 802.16e để hỗ trợ băng thông khả định cỡ từ 1,25 đến 20 MHz. 1.6 Lộ trình phát triển sản phẩm WiMAX Năm 2006 cả hai phòng thí nghiệm tại Tây Ban Nha và Hàn Quốc cấp chứng nhận theo chuẩn của phát hành 1 WiMAX di động, nhằm triển khai sản phẩm có chứng nhận WiMAX di động vào cuối năm 2006. Năm 2007, toàn cầu có khoảng 50 mạng di động sử dụng công nghệ Mobile WiMAX theo tiêu chuẩn 802.16e, nhưng tất cả vẫn trong trạng thái thử nghiệm. ITU đã chấp nhận công nghệ WiMAX di động là chuẩn toàn cầu từ tháng 10/2007 và gọi đây là "công nghệ không dây thế hệ mới". Năm 2010 các nhà cung cấp dịch vụ dự kiến xây dựng và thử nghiệm phiên bản 2 dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16m. Hiện nay internet băng rộng vô tuyến phát triển dựa trên công nghệ WiMAX đã đạt đến con số 519 mạng trong 146 quốc gia 1.7 Kết luận Chương này đề tài xét quá trình hình thành các chuẩn khác nhau trong họ chuẩn 802.16 như: 802.16, 802.16a, 802.16-2004 và 802.16e. Trong đó 802.16e dành cho di động băng rộng. Ngoài ra, cũng xét sự hình thành của WiMAX Forum, vai trò của nó trong việc tương hợp toàn cầu các thiết bị dựa trên chuẩn mở của IEEE. 802.16 và lộ trình phát triển sản phẩm WiMAX. CHƯƠNG 2CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG VÀ GIẢI PHÁPCÔNG NGHỆ 2.1 Mô hình truyền sóng 2.1.1 Truyền sóng LOS và NLOS Thông thường, kênh vô tuyến của một hệ thống truyền thông không dây được mô tả hoặc ở kiểu tầm nhìn thẳng (LOS) hoặc không theo tầm nhìn thẳng (NLOS). Trong một đường truyền LOS, tín hiệu đi theo đường trực tiếp và không có chướng ngại vật giữa phía phát và phía thu. Một đường truyền LOS yêu cầu phải có đặc tính là toàn bộ miền Fresnel thứ nhất không hề có chướng ngại vật.Trên một đường truyền NLOS, tín hiệu tới phía thu thông qua sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ. Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp, các đường phản xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ. Những tín hiệu này có những khoảng trễ, sự suy giảm, sự phân cực và trạng thái ổn định liên quan tới đường truyền trực tiếp là khác nhau. Điều kiện phủ sóng của cả LOS và NLOS bị chi phối bởi các đặc tính truyền sóng của môi trường, tổn hao đường truyền và quỹ đường truyền vô tuyến. Công nghệ NLOS cũng giảm được chi phí cài đặt do CPE có thể cài đặt được ở nhiều điều kiện địa hình phức tạp. Chính công nghệ NLOS và các đặc tính cao cấp trong WiMAX làm nó có thể sử dụng thiết bị tại nhà của khách hàng 2.1.2 Các mô hình truyền sóng thường dùng trong WiMAX Một số mô hình truyền sóng được IEEE 802.16 khuyến nghị sử dụng trong WiMAX là : mô hình SUI, mô hình COST 231 Hata biến đổi, mô hình ECC33, mô hình Hata-Okumura và mô hình Cost231- Walfisch-Ikegami 2.1.2.1 Mô hình Hata-Okumura Dưới đây là các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao trung bình L. Vùng thành phố: LP [dB] = A + B logfC –13.82loghb – a(hm)+(44.9 – 6.55loghb) logR(2.1) Vùng ngoại ô: LP [dB] = LP(thành phố) (2.2) Vùng nông thôn (thông thoáng): LP [dB] = LP (thành phố) – 4,78(logfC)2 + 18,33logfC – 40,49 (2.3) 2.1.2.2 Mô hình Cost123- Walfisch-Ikegami Mô hình này cho phép ước lượng tổn hao đường truyền chặt chẽ hơn thông qua việc xem xét nhiều dữ liệu đặc tả môi trường đô thị bao gồm: Độ cao các tòa nhà hr, độ rộng của các con đường w, khoảng cách giữa các tòa nhà b, hướng đường phố so với hướng truyền trực tiếp φ. Công thức tổn hao đường truyền khác với tổn hao trong không gian tự do sẽ được áp dụng: LP (dB) = 42,6 + 26.log10(R) + 20.log10(f) với R ³ 20m (2.4) Lp = L0 + Lrts + Lmsd L0 Với Lrts + Lmsd > 0 Với Lrts + Lmsd £ 0 ®óc (2.5) Tổn hao không gian tự do được cho bởi: L0 (dB) = 32,4 + 20.log10(R) + 20.log10(f) với R ³ 20m (2.6) Lrts (dB) = -16,9 - 10.log10(f) + 20.log10() + L0ri (2.7) L0ri = -10 + 0,354 4,0 –0,114 2,5 + 0,075 Với 0o £ j £ 35o Với 35o £ j £ 55o Với 55o £ j £ 90o (2.8) Lbsh = -18.log10(1+ ) 0 Với hb £ hr ®óc Với hb > hr Lmsd (dB) = Lbsh + ka + kd.log10(R) + kf .log10(f) – 9.log10() (2.9) (2.10) ka = 54 54 –0,8 54 + 0,8 Với hb ³ hr Với R ³ 0,5 km và hb £ hr Với R < 0,5 km và hb £ hr (2.11) kd = 18 - 15 18 Với hb > hr Với hb £ hr ®óc (2.12) kf = 4 + 1,5 0,7 Với thành phố trung bình và vùng ngoại ô có mật độ cây trung bình Với trung tâm thành phố (2.13) 2.1.2.3 Mô hình SUI Mô hình SUI chính là mô hình mở rộng của nhóm Wireless AT&T và Erceg. Nó sử dụng cho ba loại địa hình cơ bản: Loại A, B và C. Các mô hình kênh SUI đã được lựa chọn để thiết kế, xây dựng và kiểm thử cho công nghệ WiMAX với 6 kịch bản khác nhau (từ SUI-1 đến SUI-6). Công thức cơ bản tính tổn hao đường truyền cho mô hình là: (2.14) Với ;; ,cho loại A và B;,loại C Trong các phương trình: L là tổng tổn hao đường truyền (dB), d0 là đóng trong khoảng cách tham chiếu (d0 =100m), d là khoảng cách giữa BS và SS (m), S là tổn hao phân bố chuẩn normal, λ là bước sóng của sóng mang, A tổn hao đường truyền trong không gian tự do, hb là độ cao BS, hm là độ cao SS, γ là hệ số tổn hao đường truyền; a,b, c hằng số phụ thuộc vào loại địa hình 2.1.2.4 Mô hình Cost231-Hata Cost231 đã mở rộng mô hình của Hata cho dải 1500MHz £ f £ 2000MHz bằng cách phân tích các đường cong truyền sóng của Okumura ở dải tần cao hơn. Công thức tính tổn hao đường truyền cho mô hình này là: LP = 46.3 + 33.9 logfC – 13.82 loghb – a(hm) +(44,9– 6,55loghb)logd + Cm (2.15) a(hm) = (1.1 logfc – 0.7)hm – (1.56 logfc – 0.8) (2.16) 2.1.2.5 Mô hình ECC33 Mô hình ECC33 khác với mô hình Hata Okumura, trong đó suy luận của các phép đo Okumura và giả định thay đổi cho các hệ thống băng rộng được tính đến. Mô hình tổn hao đường truyền được định nghĩa như sau: (2.17) (2.18) (2.19) (2.20) (2.21) 2.2 Các giải pháp công nghệ NLOS 2.2.1 Công nghệ OFDM Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao – OFDM đem lại cho các nhà khai thác hiệu quả đáng kể khả năng khắc phục khó khăn khi truyền sóng trong điều kiện NLOS. Dạng sóng OFDM trong WiMAX có ưu điểm là hoạt động được trong môi trường NLOS với trễ lan truyền lớn. Nhờ ưu điểm của thời biểu trưng OFDM và sử dụng một tiền tố vòng, dạng sóng OFDM đã loại bỏ được các vấn đề nhiễu liên biểu trưng (ISI) và sự phức tạp của sự cân bằng thích nghi. Bởi vì dạng sóng OFDM bao gồm nhiều sóng mang trực giao băng hẹp, fading lựa chọn được định vị cho một tập con các sóng mang tương đối dễ cân bằng. Khả năng khắc phục trễ, đa đường và ISI một cách có hiệu quả cho phép tăng tốc độ dữ liệu. 2.2.2 Kênh con hóa Kênh con hoá cho phép quỹ đường truyền được cân bằng làm cho độ lợi của hệ thống là tương tự nhau đối với cả đường truyền lên và xuống. Kênh con hoá tập trung công suất phát vào một vài sóng mang OFDM, điều này làm tăng độ lợi hệ thống và mở rộng hệ thống, khắc phục được tổn hao thâm nhập toà nhà hoặc giảm công suất tiêu thụ của CPE.   2.2.3 Anten trong các ứng dụng không dây cố định Các anten định hướng tăng độ dự trữ bằng cách thêm vào độ lợi. Các hệ thống anten thích ứng (AAS) là một phần tuỳ chọn trong chuẩn 802.16. Chúng cũng có đặc tính khử nhiễu đồng kênh từ các trạm khác. Các hệ thống AAS được coi là sự phát triển trong tương lai và thậm chí có thể cải tiến đế tái sử dụng lại phổ và dung lượng của mạng WiMAX. 2.2.4 Phân tập thu phát Nguyên lý phân tập được sử dụng để thu những tín hiệu đa đường và phản xạ xuất hiện trong trường hợp truyền NLOS. Phân tập là một đặc điểm tuỳ chọn trong WiMAX. Thuật toán phân tập được cung cấp bởi WiMAX trên cả phía phát và phía thu làm tăng độ khả dụng của hệ thống. 2.2.5 Điều chế thích nghi Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR- Signal to Noise Ratio) của đường truyền vô tuyến. Khi đường truyền vô tuyến có chất lượng cao, nguyên lý điều chế cao nhất được sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống. Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống WiMAX có thể chuyển sang một nguyên lý điều chế thấp hơn để duy trì chất lượng và sự ổn định của đường truyền. 2.2.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi đã được kết hợp vào WiMAX để giảm yêu cầu tỉ lệ SNR của hệ thống. Thuật toán yêu cầu tự động gửi lại – ARQ được sử dụng để hiệu chỉnh các lỗi mà không sửa được bằng thuật toán FEC. Thuật toán này đã cải tiến đáng kể hiệu suất BER đối với cùng một mức ngưỡng. 2.2.7 Điều khiển công suất Các thuật toán điều khiển công suất được sử dụng để cải tiến hiệu suất tổng thể của hệ thống, nó được thực hiện nhờ trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất tới từng CPE để ổn định mức công suất phát sao cho mức thu được tại trạm gốc luôn ở mức định trước. 2.3 Kết luận Công nghệ WiMAX có thể cung cấp khả năng che phủ trong cả điều kiện tầm nhìn thằng và không theo tầm nhìn thẳng. Trong đó NLOS có nhiều ưu điểm triển khai cho phép nhà khai thác cung cấp dữ liệu băng rộng đến nhiều đối tượng khách hàng. Chương 3THIẾT LẬP MẠNG WIMAX 3.1 Định cỡ cell WiMAX 3.1.1 Giới thiệu Trong đề tài chỉ tập trung nghiên cứu trên OFDM dựa trên IEEE 802.16For instance, [1] lists papers of both types.. Đề tài phân tích hệ thống và trích xuất các tính năng có ảnh hưởng đến quy hoạch cell. Các phương pháp định cỡ là ước lượng việc triển khai trong các tinh huống điển hình. In [2] the analysis has been applied to multihop scenarios. 3.1.2 Clustering và Sectorazation Để tránh nhiễu trong các mạng di động, các tế bào được kết hợp vào các cụm, trong đó tần số các kênh được ấn định riêng cho các tế bào.Figure 1a shows a cellular networkVà mối quan hệ với tỉ số tín hiệu trên nhiễu như sau: (3.1) Dividing cells into sectors is an established technique for Tương tự như phương trình trước, dự kiến CIR đường lên trong một sector và cụm tế bào được cho bởi phương trình: , m: là số sector (3.2) Phương trình (3.2) và (3.3) chỉ tính toán CIR cho đường lên, không xét đến nhiễu và giả định SS của tế bào lân cận đặt tại trung tâm của tế bào lân cận. 3.1.3 Nhiễu khoảng cách tế bào Trong quá trình truyền lên UL, SS của các tế bào đồng kênh tạo ra nhiễu. Những SS này được phân bổ ngẫu nhiên trong vùng tế bào, có lúc chúng có thể gần hơn hoặc xa hơn tế bào lân cận. Quan hệ giữa vùng tế bào và mô hình tổn hao đường truyền được thể hiện như phương trình (3.3), tọa độ x0,y0 phụ thuộc vào bán kính tế bào và cụm thực hiện (cluster). (3.3) (3.4) Now, the receive power per area element can be integrated Công suất nhận trung bình được được chuẩn hóa cho công suất nhận PRx của SS đơn ở trung tâm của tế bào theo phương trình (3.5).Do đó, kết quả của yếu tố (1+intcor) hiệu chỉnh giả định sai của nguồn trung tâm nhiễu. (3.5) 3.1.4 Kịch bản tế bào Kịch bản tế bào được xem xét bao gồm một tế bào lục giác với một BS trung tâm. Các tế bào được phủ từ 1 đến 6 sector và mạng là cụm trong các nhóm khác nhau từ 3 đến 12 kênh tần số. Cặp đầu tiên của 6 tế bào nhiễu đồng kênh được xem xét. Khoảng cách đến các tế bào đồng kênh phụ thuộc vào cluster và bán kính tế bào. Các BS của tế bào đồng kênh đặt ở trung tâm. Ở đây nhiễu cũng được xét đến. Mô hình C1 Metropol PL ngoại ô của dự án ICT-WINNER được sử dụng để phân tích ở tần số 5GHz. Hình 3.1 chỉ ra DL CINR trên một diện tích bề mặt cho kịch bản trên. Hình 3.1: DL CINR trên diện tích bề mặt tế bào (bán kính tế bào 1000m, cluster 7, 1 sector ) 3.2 Lập quy hoạch mạng WiMAX 3.2.1 Đặt vấn đề Mục tiêu của việc định cỡ và quy hoạch mạng là ước tính số lượng site cần thiết để cung cấp đủ vùng phủ sóng và dung lượng cho vùng cần cung cấp dịch vụ và thuê bao được dự báo. Trong phần này mô tả một nguyên tắc phù hợp cho việc định cỡ và quy hoạch mạng WiMAX trên cơ sở sử dụng OFDM và OFDMA PHY của IEEE 802.16 Quá trình này được dựa trên nhiều giả định như sự phân bổ thuê bao, địa hình và vị trí site. Các thông số đầu vào chính cần thiết cho việc định cỡ mạng là các tham số của thiết bị, đặc điểm thị trường, quy định về cấp phép và các mô hình truyền sóng. Hình 3.2 cho thấy biểu đồ của các hoạt động thực hiện trong thiết kế mạng và lập kế hoạch, bắt đầu từ thu thập dữ liệu thị trường, nhập vào yêu cầu thiết kế và đạt được các mô hình kinh doanh để lập kế hoạch cung cấp một site danh nghĩa bằng cách sử dụng một phần mềm mô phỏng mạng. Hình 3.2: Quy trình quy hoạch cell 3.2.2 Thông số đầu vào 3.2.2.1 Tính năng thiết bị BS và SS Thông số tính năng thiết bị bao gồm công suất phát của BS và SS, độ lợi ăng ten, độ suy hao phi đơ, độ cao BS và SS, cấu hình hỗ trợ OFDM/OFDMA và các đặc tính khác của thiết bị. 3.2.2.2 Dân số học Dân số học đóng một vai trò then chốt trong việc xác định tính hiện thực của việc kinh doanh bất kì mạng viễn thông nào. Theo truyền thông, các vùng dân số học được phân chia thành: thành phố, ngoại thành, nông thôn và vùng sâu vùng xa. 3.2.2.3 Thông số thị trường Thông số đầu vào thị trường bao gồm các khu vực cung cấp dịch vụ, thiết bị thâm nhập thị trường trong một năm hoặc dự đoán trong vòng 5 đến 10 năm, dịch vụ cung cấp cho thuê bao, mục tiêu vùng phủ sóng cho các vùng khác nhau và tỉ lệ thuê bao. Marketingspecific parameters: The 3.2.2.4 Phổ tần và mô hình truyền sóng Tùy thuộc vào phổ tần phân bổ cho các khu vực quy hoạch, một mô hình truyền sóng thích hợp với phổ tần phân bổ. Mô hình truyền sóng phổ biến cho Wimax theo đề nghị IEEE 802.16 là mô hình SUI, mô hình COST 231 Hata biến đổi và mô hình ECC33. 3.2.3 Phân tích vùng phủ sóng Phân tích vùng phủ sóng cơ bản vẫn là một bước quan trọng nhất trong việc thiết kế của bất kỳ một mạng lưới nào. Sự lựa chọn của các mô hình truyền sóng và dự trữ fading cho xác suất vùng phủ sóng là những yếu tố quan trọng để loại trừ thiết kế cell bị nhiễu hoặc chất lượng kém ở trong mạng. 3.2.4 Phân tích dung lượng mạng Phân tích dung lượng liên quan đến yêu cầu truy cập và lưu lượng có thể cho các yêu cầu dịch vụ khác nhau được xem như là một yếu tích cực, tỉ lệ kết nối và tỉ lệ TDD cho đường lên và đường xuống. IEEE802.16 hỗ trợ điều chế thích nghi và phương thức mã hóa dẫn đến một cấu trúc vòng cho tính toán dung lượng. Tính toán thông lượng cell dựa trên cơ sở của mỗi phương thức điều chế. Bán kính cell ban đầu được xác định bởi vùng phủ sóng theo yêu cầu. Nếu dung lượng có thể điều khiển bán kính cell thì số lượng cell yêu cầu cuối cùng cho mạng được tính toán. 3.4 Thiết kế Cell WIMAX Một trong những kỹ thuật quan trọng nhất và các vấn đề kinh doanh của bất kỳ công nghệ không dây là hiệu quả (chi phí và hiệu suất) cung cấp vùng phủ sóng và dung lượng, trong khi tránh xây dựng một số lượng lớn BS mới. Thiết kế Cell được thực hiện với sự trợ giúp của một hệ thống quy hoạch mạng sử dụng công cụ kỹ thuật số tốc độ cao và bản đồ về dân số. Bước đầu tiên trong việc thiết kế một hệ thống không dây là phát triển một qũy đường truyền.. Quỹ đường truyền xác định bán kính tối đa của các tế bào của mỗi BS cho một mức độ nhất định về độ tin cậy Tổn hao đường truyền, tác động môi trường và địa hình là những yếu tố quan trọng khi lập kế hoạch cho một phạm vi phủ sóng tối ưu. Các địa hình và môi trường xung quanh một vị trí Cell đóng một vai trò rất quan trọng trong việc xác định các vùng Cell. Một vùng cell có thể giảm từ 7 km ở một khu vực chủ yếu là căn hộ với mật độ cây thưa đến 3 km tại một địa hình đồi núi với mật độ cây dày hơn. Với mô hình thích ứng của Erceg, kích thước tế bào cho một số tần số sóng mang từ 450MHz đến 3.5GHz ước tính cho các hệ thống WiMAX bằng cách sử dụng tổn hao đường truyền các mô hình truyền sóng cho căn hộ nông thôn, đồi núi, nông thôn, và môi trường đô thị. Ta có thể sử dụng các phương trình tính tổn hao đường truyền trong các mô hình truyền sóng đã được trình bày trong chương 2 Bảng 3.1 : Số lượng cell Wiamx và tần số Tấn số hoạt động (Mhz) Bán kính Cell (Km) Quỹ đường truyền (dB) Độ giảm bán kính Cell (%) Độ tăng số lượng Cell (%) 1900 3 142 2500 3 146 21-24 62-75 3500 3 151 42-46 200-250 3.5 Giải pháp thực tế Trong phần này xem xét một giải pháp của ATDI cho việc thiết kế mạng. Ở đây chúng ta chỉ xem xét các mô hình vùng phủ, dung lượng và phổ tần. +Mô hình vùng phủ: cho phép người sử dụng định cỡ mạng. +Mô hình dung lượng: đảm bảo chắc chắn các BS không bị quá tải cho yêu cầu lưu lượng của SS +Mô hình phổ tần: tối thiểu vùng nhiễu và cập nhật lưu lượng trong thiết kế mạng. 3.5.1 Mô hình phủ sóng Mô hình truyền sóng sử dụng ở đây: COST231, HATA-OKAMURA.Vùng phủ sóng của mạng có thể tính toán theo các yếu tố sau: Độ nhạy máy thu trong đường xuống DL Độ cao của máy thu trên mặt đất Phạm vi kết nối tối đa trong đường lên UL Hình 3.3: Vùng phủ WiMAX 3.5.2 Phân tích dung lượng Bản đồ tốc độ bít/điều chế: Ở đây ta biểu diễn bản đồ tốc độ bít nhận được theo công suất nhận được.Các giá trị được trình bày trong bảng 3.2 và bảng 3.3. Bảng 3.2: Độ nhạy đặc trưng cho mode cố định Điều chế Tốc độ mã hóa Độ nhạy (dBm) Tốc độ bit DL Raw cố định (Mbps) 5 MHz BW Thông lượng mạng DL cố định (Mbps) 5 MHz BW BPSK ½ -100 1.41 1.128 BPSK ¾ -98 2.12 1.696 QPSK ½ -97 2.82 2.256 QPSK ¾ -94 4.23 3.384 16QAM ½ -91 5.64 4.512 16QAM ¾ -88 8.87 7.096 64QAM 2/3 -83 11.29 9.032 64QAM ¾ -82 12.71 10.168 Bảng 3.3: Độ nhạy đặc trưng cho mode di động Điều chế Tốc độ mã hóa Độ nhạy (dBm) Tốc độ bit DL di động (Mbps) 5 MHz BW QPSK 1/8 -101 Dưới nhiễu sàn QPSK 1/2 -94 2.88 16QAM 1/2 -98 5.68 Điều chế thích ứng: Các thông số quan trọng cho các mô hình lưu lượng (sử dụng mảng anten thích nghi hay không) từ một điểm công cụ lập kế hoạch là tỷ lệ bit, thể hiện cho mức độ nhận được tín hiệu. Đặc điểm này tùy thuộc vào điều chế sử dụng, giải thuật phần cứng, đặc tính anten thu và phát... Người dùng có thể chỉ định các thông số lưu lượng theo công suất thu, để có thể dễ dàng xử lý các kịch bản lớn hơn. Ngoài ra, ICS telecom cũng sử dụng các tính năng chuyên dụng điều chế thích nghi, để cung cấp các tỉ lệ bit tối đa theo các điều chế và mức độ nhận tín hiệu nhận được. Bảng 3.4: Thông số điều chế thích ứng Điều chế Tốc độ bít (Mbps) Độ nhạy (dBm) dBs trên ngưỡng Tỉ lệ tốc độ bít BPSK ½ 1.41 -100 0 1 BPSK ¾ 2.12 -98 2 0.66 QPSK ½ 2.82 -97 3 0.5 QPSK ¾ 4.23 -94 6 0.33 16QAM1/2 5.64 -91 9 0.25 16QAM ¾ 8.87 -88 12 0.17 64QAM 2/3 11.29 -83 17 0.12 64QAM ¾ 12.71 -82 18 0.11 3.5.3 Phân tích phổ Bảng 3.5 Độ nhạy nhiễu đồng và kênh lân cận Điều chế Độ nhạy nhiễu đồng kênh BW 3.5MHz Độ nhạy nhiễu kênh lân cận BW 3.5MHz Độ nhạy nhiễu kênh N+2 BW 3.5MHz BPSK 1/2 4 -30 -46 BPSK 3/4 6 -28 -44 QPSK 1/2 7 -27 -43 QPSK 3/4 10 -24 -40 16QAM1/2 12 -23 -38 16QAM 3/4 16 -18 -34 64QAM 2/3 21 -13 -29 64QAM 3/4 22 -12 -28 Trong phần này ta phân tích loại truy nhập không dây cố định, trong chế độ vùng phủ mạng phải cấu hình thấp hơn nhiễu giữa các sector của mạng càng nhiều càng tốt. Để làm được điều đó, tỉ lệ bảo vệ theo đồng kênh và các kênh lân cận tín hiệu không mong muốn phải được biết đến. Các nhiễu được tạo ra có thể làm giảm tỉ lệ C/N. Trên cơ sở phổ tần phân bổ ta có thể tìm ra được tần số tốt nhất cho BS. Khi kết nối được thực hiện với điều chế cao nhất, máy thu hợp lý nhất nhất; chính vì vậy ta nên chọn trường hợp là xấu nhất khi tần số đã được ấn định. 3.6 Mô phỏng ước lượng đường truyền Phần mềm mô phỏng ước lượng đường truyền bao gồm các giao diện chính gồm các chức năng: Chức năng nhập số liệu đầu vào gồm: Tên tuyến khảo sát, khoảng cách tuyến, độ cao anten, loại anten, vùng khảo sát (có thể nhập công suất giới hạn, EIRP) , tọa độ các site. Chức năng tính toán tuyến: mô phỏng tuyến khảo sát, tính toán suy hao toàn tuyến. Chức năng thay đổi thuộc tính tuyến: nhập độ cao vật cản, độ cao của địa hình. 3.7 Kết luận Chương ba đã đã nêu lên được các yếu tố liên quan đến vấn đề định cỡ mạng tế bào như clustering, sectorazation, nhiễu khoảng cách của các tế bào đồng kênh và các kịch bản tế bào.Trong chương này cũng đã đưa ra được quy trình quy hoạch mạng Wiamx, đã phân tích được các vấn đề chủ yếu cho việc quy hoạch mạng như các thông số đầu vào, dung lượng mạng và vùng phủ sóng. Đồng thời cũng đưa ra được phương pháp thiết kế cell cho mạng WiMAX. Ngoài ra, trong chương này cũng đã trình bày một giải pháp thiết kế mạng Wiamx của ATDI và một chương trình mô phỏng cho ước lượng đường truyền.