Telecommunications Program Chương Đặc điểm kênh truyền thông tin di động • Sóng điện từ truyền môi trường vô tuyến với tượng - Phản xạ (reflection) - Khúc xạ (refraction) - Nhiễu xạ (difraction) - Tán xạ (scattering) Trong thông tin di động tín hiệu từ nguồn phát đến máy thu với nhiều đường khác (user di động) tín hiệu fading nhiều tia Tín hiệu thu bị ảnh hưởng: suy hao, méo biên độ méo tần số Telecommunications Program • • • • Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Hầu hết hệ thống di động hoạt động khu vực đô thị nên đường truyền trực tiếp từ máy phát đến máy thu nơi có cao ốc gây suy hao nhiễu xạ lớn Do có nhiều tượng phản xạ từ nhiều vị trí nên sóng điện từ đến máy thu từ nhiều đường có chiều dài khác gây giao thoa lẫn gọi fading đa đường làm giảm cường độ sóng Các mô hình truyền sóng thường tập trung vào việc ước tính mức tín hiệu thu trung bình với cự ly tính từ máy phát thay đổi cường độ tín hiệu không gian gần vị trí xét Việc tính cường độ trung bình tín hiệu nhằm xác định vùng phủ sóng máy phát gọi mô hình diện rộng (large scale) với khoảng cách từ vài trăm đến vài ngàn mét Mặt khác mô hình truyền sóng đặc trưng thay đổi nhanh cường độ tín hiệu khoảng cách ngắn thời gian ngắn gọi mô hình diện hẹp hay mô hình fading Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Telecommunications Program I     Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Ba chế truyền sóng bản: Phản xạ, nhiễu xạ tán xạ ba chế truyền sóng gắn liền với trình truyền sóng thông tin di động Hiện tượng phản xạ xãy sóng điện từ lan truyền va chạm với vật thể có kích thước lớn nhiều so với bước sóng lan truyền chẳng hạn mặt đất, tòa nhà hay tường Hiện tượng nhiễu xạ xãy đường truyền vô tuyến máy phát thu bị che bề mặt có cạnh làm phát xạ sóng thứ cấp không đường truyền line of sight Ở tần số cao tượng nhiễu xạ giống phản xạ phụ thuộc vào hình dạng vật thể che góc tới, biên độ, pha cực tính sóng đến điểm nhiễu xạ Hiện tượng tán xạ xãy môi trường truyền mà sóng qua có vật thể có kích thước nhỏ so với bước sóng số vật thể đợn vị thể tích lớn Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Hiện tượng phản xạ: Xét mô hình phản xạ mặt đất sau Cường độ điện trường ETOT antenna thu xác định sau E0 d 2 hT hR ETOT  v / m   d d Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Hiện tượng phản xạ: E0 điện trường không gian tự điểm cách antenna phát d0  Ta xác định công suất thu suy hao đường truyền hT2 hR2 PR  PT GT GR d PL  dB   40 log d  GT  dB   GR  dB   20 log hT  20 log hR Telecommunications Program    Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Hiện tượng nhiễu xạ: Hiện tượng nhiễu xạ giải thích dựa theo nguyên lý Huygen Hiện tượng nhiễu xạ sinh trình lan truyền sóng thứ cấp vùng bị che chắn Xét mô hình với giả định h >  Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Hiện tượng nhiễu xạ:  Khoảng cách đường trực xạ đường nhiễu xạ gọi khoảng vượt   Sai biệt pha h d1  d  d1d 2 2 h d1  d     v   d1d 2  v tham số nhiễu xạ Fresnel-Kirchoff vh  d1  d   d1d Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Hiện tượng nhiễu xạ:  Suy hao nhiễu xạ knife-edge hàm v xác định theo đồ thị tính gần sau L  dB   v  1 L  dB   20 log  0.5  0.62v  1  v   L  dB   20 log 0.5e0.95v    L  dB   20 log  0.4  0.1184   0.38  0.1v      0.225  L  dB   20 log    v   v 1  v  2.4 v  2.4 Telecommunications Program 10 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường  Có nhiều mô hình đa đường đề nghị để giải thích thống kê quan sát kênh truyền di động tự nhiên Tuy nhiên mô hình Clarke sử dụng rộng rãi  Mô hình Clarke cho fading phẳng 57 Telecommunications Program    Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường Có nhiều mô hình đa đường đề nghị để giải thích thống kê quan sát kênh truyền di động tự nhiên Tuy nhiên mô hình Clarke sử dụng rộng rãi Mô hình Clarke cho fading phẳng: Mô hình giả định máy phát cố định với antenna phân cực đứng Trường đến antenna thu mobile giả định gồm N mặt sóng với góc pha tùy ý, góc tới tùy ý sóng có biên độ trung bình (giả định đặt đường LOS) Xét mobile di chuyển theo hướng x với vận tốc v góc sóng tới mặt x-y 58 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường Với sóng đến thứ n góc tới n độ dịch Doppler v f n  cos n  59 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường  Mô hình Clarke fading phẳng Các thành phần trường E H đầu thu mobile với sóng phân cực đứng sau N E0 biên độ thực điện E z  E0  Cn cos  2 f c t   n  trường trung bình n 1 Cn biến ngẫu nhiên có giá E H x    Cn sin  n cos  2 f c t   n  trị thực biên độ  n 1 thành phần sóng N E0 Hy    N C n 1 n cos  n cos  2 f c t   n  = 377 trở kháng sóng n góc pha ngẫu nhiên 60 thành phần thư n Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường  Mô hình Clarke fading phẳng Các thành phần trường Ez, Hx, Hy xấp xĩ biến ngẫu nhiên có phân bố Gaussian thành phần N đủ lớn Các góc pha xem phân bố khoảng (0, 2) Theo Rice thành phần điện trường biểu diễn thành phần đồng pha vuông pha Ez  Tc  t  cos  2 f c t   Ts  t  sin  2 f ct  N N Tc  t   E0  Cn cos  2 f n t   n  Ts  t   E0  Cn sin  2 f nt   n  n 1 n 1 61 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường  Mô hình Clarke fading phẳng Tc(t) Ts(t) trình ngẫu nhiên có phân bố Gausian với giá trị trung bình zero phương sai Tc2  Ts2  Ez E02  Biên độ tín hiệu thu r  t   Ez  Tc2  t   Ts2  t  Tổng hai biến ngẫu nhiên có phân bố Gaussian trực giao biến ngẫu nhiên có phân bố Rayleigh với E 62 2  Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường  Mô hình Clarke fading phẳng Hàm mật độ phổ công suất tín hiệu thu mô hình Clarke xác định 1.5 S Ez  f    fm  f  fc  1    fm  Trong phương trình mật độ phổ công suất vô hạn tần số f = fc  fm Nghĩa thành phần Doppler đến xác góc 00 1800 mật độ phổ công suất vô hạn Tuy nhiên góc đến  phân bố liên tục nên xác suất vấn đề zero 63 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường  Mô hình Clarke fading phẳng 64 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường  Tỷ lệ vượt mức (Level Crossing Rate) giá trị trung bình thời gian fading (Average Fade Duaration): LCR định nghĩa tốc độ mong muốn để biên độ fading Rayleigh chuẩn hóa với biên độ tín hiệu hiệu dụng vượt mức ngưỡng R theo hướng dương N R  2 f m  e 2   R / rrms Giá trị trung bình thời gian fading định nghĩa giá trị trung bình chu kỳ tín hiệu thu nằm mức ngưỡng R  P r  R 65 NR Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Một số mô hình thống kê sử dụng cho kênh truyền fading đa đường P(r  R) xác suất để biên độ thu r nhỏ mức ngưỡng R Đối với phân bố Rayleigh 2 R P  r  R    p  r  dr   e 2 e 1    f m 2 Ví dụ: Tìm thời gian trung bình bị fading mức ngưỡng =0.707 tần số Doppler 20Hz Nếu sử dụng điều chế nhị phân với tốc độ 50bps fading Rayleigh chậm hay nhanh Số bit lỗi trung bình giây ứng với tốc độ liệu Giả sử bit lỗi xãy thời gian tồn bit gặp phải fade 66 với  18.3ms nên fading fading nhanh Với   0.1    0.002s Chỉ có bit lỗi thời gian xãy fading Xác định LCR NR = 4.96 nghĩa giây xãy lần ngưỡng ( bị fade) nên BER = 5/50 = 0.1 67 Telecommunications Program Bài tập • Công suất phát 10w độ lợi antenna phát 10dB, độ lợi antenna thu 3dB Suy hao hệ thống 1dB tần số 900MHz Tính công suất thu đường truyền có nhiễu xạ cạnh hình So sánh với trường hợp vật chắn tính suy hao nhiễu xạ 68 Telecommunications Program Bài tập • Công suất thu điểm tham chiếu 1km W Tìm công suất thu khoảng cách 2Km, 5Km, 10Km 20Km với mô hình suy hao đường truyền sau a) Không gian tự b) Mô hình phản xạ tia c) Mô hình Hata mở rộng Biết f = 1800MHz, hT = 40m, hR = 3m độ lợi antenna 0dB Luu y 2 E E 2 PR  Pd Ae  Ae  GR 120 120 4 69 Telecommunications Program Bài tập • Cho biểu đồ công suất hai kênh truyền Xác định băng thông kết hợp 70 Telecommunications Program • 3.10; 3.11; 3.17; 4.7; 4.8; 4.18 71 [...]... với d = 50Km, hte = 100m, hre = 10m trong môi trường ngoại ô Nếu máy phát có EIRP = 1Kw hoạt động ở tần số 900MHz, xác định công suất thu (Giả sử độ lợi của antenna thu là 1) 16 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 17 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II Các mô hình truyền sóng outdoor 2 Mô hình Okumura... vuông gốc với hướng truyền sóng 26 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 2 Mô hình đáp ứng xung của kênh truyền đa đường  Kênh truyền trong thông tin di động có thể được mô hình như là bộ lọc tuyến tính có đáp ứng xung biến thiên theo thời gian d = vt v d   Giả sử thuê bao di chuyển trên mặt đất với vận tốc v Ở vị trí cố định d thì kênh truyền giữa máy... Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 2 Mô hình đáp ứng xung của kênh truyền đa đường  Hay ngõ ra y chỉ là hàm của t mà thôi t y t    x   h  vt , t    d  x  t   h  vt , t   x t   h  d , t     Phương trình trên cho thấy kênh truyền trong thông tin di động có thể mô hình như là kênh tuyến tính biến thiên theo thời gian với kênh truyền thay... khoảng cách ngắn hay trong khoảng thời gian ngắn thì h(t,) là đáp ứng xung đặc trưng cho kênh truyền Biến t tượng trưng cho thời gian biến thiên do sự chuyển động trong khi  được xem là trễ đa đường của kênh truyền ở giá trị t xác định Như vậy tín hiệu thu được sẽ là 30 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 2 Mô hình đáp ứng xung của kênh truyền đa đường... đến đầu thu bỏ qua thời gian trễ lan truyền từ Tx đến Rx 34 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 2 Mô hình đáp ứng xung của kênh truyền đa đường  Do tín hiệu thu được trong kênh truyền đa đường bào gồm nhiều bản sao của tín hiệu phát với suy hao, trễ trong miền thời gian, dịch pha nên đáp ứng xung baseband của kênh truyền đa đường như sau: N 1 hb (t... Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động III Fading di n hẹp và đa đường:  Fading di n hẹp hay đơn giản gọi là fading được xem là hiện tượng thay đổi rất nhanh biên độ của tín hiệu vô tuyến trong khoảng thời gian ngắn hoặc khoảng cách ngắn để có thể bỏ qua ảnh hưởng của suy hao đường truyền di n rộng (large- scale path loss)  Fading được tạo ra bởi sự giao thoa của 2 hoặc... nhiều phiên bản của tín hiệu phát mà chúng đến máy thu ở những thời điểm khác nhau Các sóng này được gọi là hiện tượng đa đường (Multipath) 23 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 1 Sự lan truyền đa đường di n hẹp : Có 3 ảnh hưởng quan trọng nhất trong fading di n hẹp  Sự thay đổi nhanh chóng cường độ tín hiệu trong khoảng thời gian ngắn hoặc trong khoảng... trong các hệ thống thông tin điểm nối điểm hoạt động ở tần số 40MHz đến 100GHz với các loại địa hình khác nhau Suy hao môi trường truyền được xác định bằng biểu đồ hình học và sự khúc xạ trong tầng đối lưu Suy hao do nhiễu xạ cũng đước xét đến dựa vào mô hình knife-edge tham số Fresnel-Kirchoff 13 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II Các mô hình truyền. .. 12 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II Các mô hình truyền sóng outdoor  Truyền dẫn vô tuyến trong thông tin di động thông thường xãy ra ở những địa hình bất thường cũng như xuất hiện thêm các vật cản cũng cần được chú ý đến các mô hình truyền sóng outdoor với mục đích chủ yếu là đánh giá mức tín hiệu thu ở những vị trí trong khu vực phục vụ (cell... của thành phần đa đường thứ i i(t) là excess delay của thành phần đa đường thứ i ở thời điểm t 2 f c i (t )  i (t , ) là đại lượng pha tương trưng cho độ dịch pha do quá trình truyền trong không gian tự do của thành phần đa đường thứ i cộng với bất kỳ độ dịch pha nào gặp phải trên kênh 35 truyền Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động hb(t,) t t3 ... mô hình fading Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Telecommunications Program I     Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Ba chế truyền sóng... Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động hb(t,) t t3 (t3) t2 (t2) t1 (t1) t0 o 1 2 3 4 5 6 N-2 N-1 (t0) 36 Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông. .. Program Chương 3: Đặc điểm kênh truyền thông tin di động Các thông số kênh truyền đa đường di động  Doppler Spread Coherence Time:  Trải trễ Bc thông số di n tả phân tán thời gian tự nhiên kênh truyền