Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số Chương TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Các chủ đề trình bầy chương √ Vai trò truyền dẫn vơ tuyến số mạng viễn thông √ Khái niệm đặc điểm truyền dẫn vô tuyến số √ Các kỹ thuật nâng cao chất lượng dung lượng truyền dẫn vô tuyến số √ Sơ đồ khối chung kênh truyền dẫn vơ tuyến số Mục đích chương √ Hiểu vai trò truyền dẫn vơ tuyến số mạng viễn thông √ Biết ưu nhược điểm biện pháp cải thiện hiệu truyền dẫn vô tuyến số √ Hiểu tổng quan vấn đề nghiên cứu chương sau tài liệu 1.2 VAI TRỊ CỦA TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ TRONG MẠNG VIỄN THỐNG Các hệ thống vô tuyến số sử dụng làm đường truyền dẫn số phần tử khác mạng viễn thông như: √ Đường trung kế số nối tổng đài số √ Đường truyền dẫn nối tổng đài với tổng đài vệ tinh √ Đường truyền dẫn nối thuê bao với tổng đài tổng đài vệ tinh √ Bộ tập trung thuê bao vô tuyến √ Kết nối máy di động với mạng viễn thông mạng thông tin di động √ Kết nối máy cầm tay vô tuyến với tổng đài nội hạt hệ thống điện thoại không dây số Hệ thống truyền dẫn vô tuyến số phần tử quan trọng mạng viễn thông, đặc biệt công nghệ thông tin vô tuyến thông tin di động dùng rộng rãi Sơ đồ tổng quát mạng viễn thông số cơng cộng hình 1.1 thể vai trò nói Từ hình 1.1 cho thấy tổng đài nội hạt (LS: Local Switching Center) nối với mạng liên tổng đài qua tổng đài giang (TS: Transit Switching Center) nhờ mạng truyền dẫn số Mơi trường truyền dẫn là: quang, vơ tuyến số mặt đất vệ tinh Trước hết luồng số từ tổng đài ghép chung thành luồng tổng tốc độ cao nhằm chiếm dụng hết dung lượng kênh truyền dẫn cấp phát, sau đưa lên thiết bị đầu cuối quang, vô tuyến số mặt đất vệ tinh phát vào môi trường truyền dẫn tương ứng (nhằm sử dụng mơi trường truyền dẫn vào mục đích truyền thơng) Mạng nội hạt mạng cho phép kết nối máy đầu cuối (TE: Terminal Equipment) với tổng đài nội hạt Việc kết nối thường thông qua trạm tập trung thuê bao xa (RSC Remote Subscriber Concentrator) hay tổng đài vệ tinh Trước hết lưu lượng từ thuê bao tập trung thành luồng số tốc độ cao, sau truyền đến tổng đài nội hạt LS qua đường truyền dẫn như: quang, vi ba số mặt đất vệ tinh Bộ tập trung hữu tuyến vô tuyến Bộ tập trung vô tuyến (Radio Concentrator) thường dùng nguyên tắc -1- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số đa truy nhập như: FDMA (Frequency Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo tần số), TDMA (Time Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo thời gian) CDMA (Code Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo mã) để tập trung lưu lượng số từ thuê bao vào tổng đài nhằm chiếm dụng hiệu tài nguyờn vụ tuyn khan him Ghép kênh Ghép kênh Thông tin di động/ điện thoại không dây BS H Ghép kênh Ghép kênh H BS Thông tin di động/ điện thoại không dây Loi thit b u cui rt tin lợi ngày phổ biến máy vô tuyến cầm tay, thiết bị cầm tay hệ thống di động máy điện thoại không dây số mạng nội hạt, chúng kết nối với tổng đài nội hạt LS qua đường truyền dẫn vô tuyến số mặt đất vệ tinh nhờ trạm thu/phát gốc vô tuyến (BS: Base Station) Công nghệ thường dùng để kết nối máy vô tuyến cầm tay với tổng đài là: FDMA, TDMA CDMA, OFDMA Trong tương lai máy cầm tay vơ tuyến chiếm 50% máy đầu cuối TE Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát mô tả ứng dụng truyền dẫn vô tuyến số mạng viễn thông Sở dĩ truyền dẫn vơ tuyến số đóng vai trò quan trọng mạng viễn thông tương lai hai lợi bản: linh hoạt di động Tuy nhiên, truyền dẫn vô tuyến tồn nhiều nhược điểm đòi hỏi nhà thiết kế hệ thống cần có biện pháp, giải pháp đối phó nhược điểm sử dụng dụng hiệu phương thức truyền dẫn 1.3 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Nhược điểm hạn chế truyền dẫn vô tuyến số Do môi trường truyền dẫn môi truờng hở băng tần hạn chế, nên hệ thống truyền dẫn vô tuyến số tồn nhiều hạn chế Môi trường truyền dẫn hở dẫn đến ảnh hưởng sau: -2- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số √ √ √ √ Chịu ảnh hưởng lớn vào mơi trường truyền dẫn như: khí hậu thời tiết Chịu ảnh hưởng lớn vào địa hình như: mặt đất, đồi núi, nhà cửa cối Suy hao môi trường lớn Chịu ảnh hưởng nguồn nhiễu thiên nhiên như: phóng điện khí quyển, phát xạ hành tinh khác (khi thông tin vệ tinh) √ Chịu ảnh hưởng nhiễu công nghiệp từ động đánh lửa tia lửa điện √ Chịu ảnh hưởng nhiễu từ thiết bị vô tuyến khác √ Dễ bị nghe trộm sử dụng trái phép đường truyền thông tin Ảnh hưởng nguy hiểm đường truyền dẫn vô tuyến số pha đinh Từ giáo trình truyền sóng anten cho thấy: phađinh tượng thăng giáng thất thường (ngẫu nhiên) cường độ điện trường điểm thu Nguyên nhân pha đinh thường thay đổi ngẫu nhiên môi trường thời tiết địa hình làm thay đổi điều kiện truyền sóng Pha đinh nguy hiểm pha đinh nhiều tia, xẩy máy thu nhận tín hiệu khơng từ tia thẳng mà từ nhiều tia khác (phản xạ, tán xạ,…trong mơi trường truyền sóng) Để đối phó với ảnh hưởng này, hệ thống truyền dẫn vô tuyến số thường trang bị hệ thống thiết bị chống pha đinh hữu hiệu Truyền dẫn vô tuyến số thực giải tần từ 1GHz đến vài trục GHz, truyền dẫn quang thực tần số vào khoảng 2.106GHz (tại λ=1500nm) băng tần truyền dẫn vơ tuyến số hẹp so với truyền dẫn quang Nếu coi băng tần truyền dẫn chiếm 5%=0,05 tần số mang trung tâm, thì: (1) truyền dẫn vơ tuyến tần số 10GHz, độ rộng băng tần truyền dẫn cho phép vào khoảng 10GHz × 0, 05 = 0,5GHz ; (2) truyền dẫn quang bước sóng λ=1500nm hay tần số f = Cλ = 15003×10×10 −9 = 2.10 Hz = 2.10 GHz băng tần truyền dẫn cho phép vào khoảng 2.10 GHz × 0,05 = 10 GHz 14 5 Từ ví dụ cho thấy, độ rộng băng tần cho phép truyền dẫn quang gấp 10 lần độ rộng băng tần truyền dẫn vơ tuyến Ngồi dải tần số thấp (từ đến GHz) ưa dùng suy hao vùng tần số thấp Điều dẫn đến dung lượng truyền dẫn đường truyền dẫn vô tuyến số bị hạn chế Ưu điểm: Tuy nhiên truyền dẫn vơ tuyến số có hai ưu điểm tuyệt vời mà không hệ thống truyền dẫn sánh được: Linh hoạt: Cho phép triển khai nhanh hệ thống truyền dẫn số chẳng hạn truyền hình di động,v.v… Ưu điểm cho phép nhà khai thác phát triển mạng viễn thơng nhanh chóng vùng sở hạ tầng viễn thông chưa phát triển với vốn đầu tư thấp Di động: Chỉ có truyền dẫn vơ tuyến đáp ứng thông tin nơi thời điểm Nhu cầu không ngừng gia tăng kỷ 21 nhu cầu lại người ngày tăng Ngoài ưu điểm thông tin vô tuyến phương tiện thông tin cho chuyến bay vào hành tinh khác, thông tin đạo hàng, định vị Để phát huy ưu điểm đối phó nhược điểm truyền dẫn vô tuyến số nhà thiết kế thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số phải sử dụng biện pháp công nghệ xử lý số công nghệ vô tuyến đại Dưới ta đề cập ngắn gọn công nghệ -3- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số 1.4 CÁC KỸ THUẬT NÂNG CAO DUNG LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN ĐIỂN HÌNH Do đặc điểm truyền thơng khơng dây là: (i) Tài nguyên vốn có bị hạn chế; (ii) Chất lượng bị ảnh hưởng nghiêm trọng phađinh ngẫu nhiên từ địa hình, thời tiết, đặc biệt với tín hiệu băng rộng, nhu cầu chiến dụng tài nguyên vô tuyến ngày gia tăng yêu cầu tính đa dạng, chất lượng dịch vụ ngày cao Vì vậy, vấn đề khám phá tài nguyên, sử dụng hiệu tài nguyên đảm bảo chất lượng truyền chủ đề quan tâm nghiên cứu triển khai Dưới ta đề cập kỹ thuật điển hình 1.4.1 Các biện pháp khắc phục nhược điểm môi trường truyền sóng để nâng cao chất lượng truyền dẫn vơ tuyến điển hình Để khắc phục ảnh hưởng lên truyền dẫn vô tuyến số môi trường truyền dẫn hở, biện pháp kỹ thuật sau thường sử dụng: √ Tổ chức quy hoạch sử dụng tài nguyên vơ tuyến hợp lý √ Tổ chức cấu hình hệ thống hợp lý √ Sử dụng công nghệ xử lý số phức tạp √ Hoàn thiện mạch điện vô tuyến Tổ chức quy hoạch sử dụng tài nguyên vô tuyến Để thiết bị vô tuyến số không gây nhiễu cho thiết bị không sử dụng đồng thời tài nguyên vô tuyến mà phải sử dụng chúng cách luân phiên Ba tài nguyên vô tuyến sau cần chia sẻ chung cho thiết vô tuyến số để chúng không gây nhiễu cho nhau: tần số, thời gian lượng Các hệ thống vô tuyến số sử dụng luân phiên tài nguyên: (i) tần số gọi phân chia theo tần số (FD: Frequency Division); (ii) thời gian gọi phân chia theo thời gian (TD: Time division); (iii) mã hay phân chia lượng (CD: Code Division) Ngồi ra, hệ thống vơ tuyến số sử dụng tài nguyên không gian (SD Space Division) trường hợp hệ thống dùng MIMO Để thực phân chia theo tần số ITU-R tổ chức vô tuyến lớn khác quốc tế như: FCC Mỹ (Federal Communication Commission: Uỷ ban thông tin liên bang), ARIB Nhật (Association of Radio Industry and Bussiness: Liên hiệp kinh doanh công nghiệp vô tuyến) đưa khuyến nghị quy hoạch tần số Các khuyến nghị quy định kênh tần số sử dụng, khoảng cách kênh này, phân cực kênh Dựa khuyến nghị quốc gia quy hoạch tần số cho Có thể nói rằng: Các hệ thống ghép kênh tạo tài nguyên (tần số, thời gian, mã, khơng gian) có tính khai thác triệt để tính vào mục đích truyền thơng Tuy nhiên, ghép kênh cho phép chiếm dụng hết tài nguyên không sử dụng hiệu tài nguyên Để khắc phục nhược điểm này, hệ thống vô tuyến dùng phương pháp đa truy nhập, phương pháp đa truy nhập xây dựng sở phân chia tài nguyên vô tuyến cho người dùng khác Theo đó, tồn phương pháp đa truy nhập như: đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA Việc tổ chức hợp lý phương pháp đa truy nhập thường dùng mạng thông tin di động vô tuyến số nội hạt cho phép tăng đáng kể dung lượng hệ thống vô tuyến số Do tài nguyên vô tuyến bị hạn chế (băng tần truyền dẫn hẹp) để tiết kiệm tài nguyên phương pháp quy hoạch tài nguyên vô tuyến phải cho phép tái sử dụng tốt tài nguyên vô tuyến -4- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số Xu hướng tất yếu mạng hệ sau NGN, đặc biệt mạng vô tuyến di động: Sử dụng hết, sử dụng hiệu tài nguyên đảm bảo chất lượng dẫn đến khái niệm phân chia tài nguyên khả dụng, gán, cấp phát, phân bổ, định tuyến cách hiệu quả, chế động & thích ứng Nó cho phép đa dạng hóa loại hình dịch vụ Tuy nhiên, lại tăng tính phức tạp quản lý tài nguyên (định tuyến, điều khiển luồng, tài nguyên địa chỉ) Tổ chức cấu hình hợp lý Tổ chức cấu hình cho hệ thống truyền dẫn vô tuyến số đảm bảo hoạt động hệ thống trường hợp xẩy cố Thường xẩy hai loại cố sau: √ Sự cố thiết bị √ Sự cố đường truyền (gây phađinh) Để đảm bảo truyền dẫn tin cậy, hệ thống thường trang bị thêm thiết bị hay hệ thống bảo vệ Đối với trường hợp cố thiết bị, bên cạnh thiết bị cơng tác có thiết bị dự phòng để tiếp nhận truyền tin từ thiết bị công tác thiết bị bị cố Đối với trường hợp cố đường truyền, hay nhiều đường truyền dẫn truyền dẫn dự phòng lập cấu hình bên cạnh hệ thống thống cơng tác Khi đường truyền dẫn hệ thống công tác bị cố, thông tin hệ thống chuyển sang truyền đường truyền dự phòng Phân tập hiểu là: tín hiệu truyền đơn vị tài nguyên khác truyền đường truyền khác Vì vậy, đường truyền dự phòng hệ thống gọi đường phân tập Tồn phương pháp phân tập sau hệ thống truyền dẫn vô tuyến số: √ Phân tập không gian √ Phân tập tần số √ Phân tập phân cực √ Phân tập góc √ Phân tập thời gian Ở dạng phân tập không gian, ta lợi dụng khả (xác suất) đồng thời xẩy phađinh hai điểm không tương quan khơng gian nhỏ Vì phía thu ta đặt hai anten thu hai điểm khơng tương quan khơng gian ta ln ln thu tín hiệu tốt kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu hai đường truyền ta tín hiệu tốt Tương tự, dạng phân tập tần số, ta lợi dụng khả đồng thời xẩy phađinh hai tần số không tương quan với nhỏ Vì sử dụng hai hệ thống truyền dẫn số hai tần số khác ta ln ln thu tín hiệu tốt kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu hai đường truyền ta tín hiệu tốt Các dạng phân tập thứ ba bốn sử dụng thêm hệ thống dự phòng phân cực góc khác với hệ thống để kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu hai đường truyền tạo nên tín hiệu tốt Đối với dạng phân tập cuối cùng, luồng số cần truyền chia thành khối tin khác nhau, khối tin truyền lặp số thời điểm khác để phía thu chọn khối tin tốt Tuy nhiên, từ quan điểm sử dụng hiệu tài nguyên, chừng mực định phương pháp phân tập chiếm dụng tài nguyên không hiệu -5- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số Sử dụng cơng nghệ xử lý tín hiệu số phức tạp Để đối phó với ảnh hưởng mơi trường hở, cơng nghệ xử lý tín hiệu số phức tạp thường dùng như: √ Mã hoá kênh kiểm soát lỗi √ Đan xen √ Ngẫu nhiên hoá √ Cân thích ứng √ Mật mã hố tín hiệu để bảo mật thông tin chống lại kẻ truy nhập trái phép đường truyền Chúng thực phần xử lý băng tần gốc để tăng khả chống phađinh nhiễu Để tiết kiệm độ rộng băng tần truyền dẫn biện pháp quy hoạch tài ngun vơ tuyến hợp lý nói trên, cần lựa chọn kỹ thuật điều chế thích hợp Kỹ thuật điều chế kết hợp mã hoá kỹ thuật quan tâm nhiều cho mục đích Hồn thiện mạch điện vơ tuyến Các mạch điện vơ tuyến ngày hồn thiện để hoạt động có hiệu tiêu tốn lượng Các công nghệ bán dẫn đưa vào sử dụng mạch điện siêu cao tần cho phép giảm kích cỡ thiết bị, tiêu thu lượng, tăng cường độ nhậy lọc nhiễu 1.4.2 Kỹ thuật nâng cao dung lượng chất lượng truyền dẫn vơ tuyến điển hình Từ lịch sử phát triển cho thấy vấn đề sử dụng hiệu tài nguyên đảm bảo chất lượng truyền dẫn vô tuyến số giải giải pháp kỹ thuật, công nghệ như: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, kết hợp chúng, khai thác triệt để tài nguyên thời gian, tần số, không gian, mã Vấn đề giải hiểu việc khám phá tài nguyên vốn có (tập tham số đặc trưng, tính chất, nhược điểm hạn chế mơi trường truyền), từ giải pháp đề xuất để khắc phục đối phó nhược điểm, đưa công nghệ, giải pháp kỹ thuật để sử dụng hiệu tài nguyên Các chế, công nghệ thích ứng, phân bổ (cấp phát) tài nguyên động, chế điều khiển luồng, công nghệ IP, máy thu phát thông minh, vô tuyến định nghĩa phần mềm SDR, vơ tuyến khả tri minh họa điển hình cho vấn đề Chẳng hạn dựa vào đặc tính kênh miền xét, đề xuất giải pháp cơng nghệ điển hình như: Điều chế QAM thích ứng (AQAM); Mã hóa kênh thích ứng; Cân kênh thích ứng; CDMA thích ứng; Chia mã động; Anten thích ứng; MIMO thích ứng; Phân bổ tài nguyên thích ứng hệ thống OFDM (trên sở đặc tính kênh miền tần số, phân chia tài nguyên phổ tần môi trường truyền đưa giải thuật cấp phát kênh phân bổ cơng suất cho người dùng); Tạo búp sóng; Ghép kênh khơng gian Thích ứng cho phép sử dụng hiệu tài nguyên (tăng dung lượng) hệ thống đảm bảo chất lượng BER việc dung hòa tham số đối lập hệ thống Trong phạm vi định, thích ứng hiểu thay đổi tham số đặc trưng hệ thống theo kịch kênh truyền cho đạt hiệu tốt Các hệ thống đạt hiệu tốt hay hiệu sử dụng tài nguyên tốt khắc phục nhược điểm vốn có mơi trường truyền thơng Vì cách sơ thấy rằng, hệ thống thơng minh phải có tính thích ứng cao, xu hướng tất yếu hệ thống truyền tin hiệu đại, khẳng định hội tụ công nghệ phần cứng phần mềm, hội tụ tinh túy giải pháp kỹ thuật Một kỹ thuật thích ứng điển điều chế mã hóa kênh thích ứng AMC -6- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số Như vậy, từ lịch sử phát triển xu tất yếu hệ thống truyền thông hệ sử dụng hiệu tài nguyên, đặc biệt thông tin vô tuyến, giải pháp nhằm tăng dung lượng truyền dẫn đảm bảo chất lượng, toán đảm bảo tính cơng mềm dẻo việc phân bổ tài ngun, tốn phân bổ tài ngun thích ứng mạng viễn thông nhân tố ảnh hưởng lên vấn đề phân bổ tài nguyên Sự hội tụ tích hợp giải pháp kỹ thuật tiên tiến, tính khả thi nhờ công nghệ FPGA Hai kỹ thuật OFDM MIMO coi kỹ thuật chủ đạo cho hệ thống vô tuyến hệ sau WIMAX 4G: 1.5 CẤU HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ VÀ PHÂN LOẠI 1.5.1 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Sơ đồ khối chung kênh truyền dẫn vô tuyến số cho hình 1.2 Vai trò khối chức sơ đồ hình 1.2 sau: 1.5.1.1 Phía phát Khối KĐ giao diện đường số có chức sau: √ Phối kháng với đường số √ Khuyếch đại cân cáp đường truyền số √ Biến đổi mã đường vào mã máy √ Tái sinh tín hiệu số √ Khôi phục xung đồng hồ Khối xử lý số băng gốc phát: √ Ghép thêm thông tin điều khiển quản lý đường truyền √ Mật mâ hố thơng tin quan trọng √ Mã hố kênh chống lỗi √ Ngẫu nhiên hố tín hiệu số trước đưa lên điều chế Khối điều chế biến đổi nâng tần: √ Điều chế sóng mang tín hiệu số để chuyển đổi tín hiệu số vào vùng tần số cao thuận tiện cho việc truyền dẫn √ Đối với máy phát đổi tần với điều chế thực trung tần khối biến đổi nâng tần cho phép chuyển tín hiệu trung tần phát vào tần số vô tuyền trước phát Khối khuyếch đại công suất: √ Khuyếch đại công suất phát đến mức cần thiết trước đưa phát vào không trung 1.5.1.2 Phía thu: Khuyếch đại tạp âm nhỏ: √ Khuyếch đại tín hiệu thu yếu khuyếch đại tạp âm Biến đổi hạ tần, khuyếch đại trung tần giải điều chế: √ Đối với máy thu đổi tần trước giải điều chế tín hiệu thu biến đổi vào trung tần thu nhờ khối biến đổi hạ tần Trong trình biến đổi hạ tần suất tần số ảnh gương nên khối biến đổi hạ tần thường làm thêm nhiệm vụ triệt tần số ảnh gương √ Đối với máy thu đổi tần sau biến đổi hạ tần khuyếch đại trung tần Nhiệm vụ khối chức khuyếch đại, lọc nhiễu kênh lân cận cân thích ứng vùng tần số cân trễ nhóm phần tử kênh truyền dẫn -7- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số √ Giải điều chế tín hiệu thu để phục hồi tín hiệu số Xử lý số băng tần gốc thu: Thực chức ngược với khối xử lý số băng gốc phát như: √ Giải ghép xen √ Giải mã kênh √ Giải ngẫu nhiên √ Phân luồng cho luồng số luổng số điều khiển quản lý đường truyền √ Cân thích ứng vùng thời gian để giảm thiểu ảnh hưởng phađinh Khuyếch đại giao điện đường số: √ Khuyếch tín hiệu số đến mức cần thiết trước đưa máy √ Biến đổi mã máy vào mã đường √ Phối kháng với đường số 1.5.1.3 Giao diện môi trường truyền dẫn Hệ thống anten-phiđơ thiết bị siêu cao tần cho phép máy thu máy phát giao tiếp với môi trường truyền dẫn vô tuyến Giao diện môi trường truyền dẫn số mạch siêu cao tần khảo sát giáo trình Anten-truyền sóng kỹ thuật siêu cao tần Hình 1.2 Sơ đồ khối chung kênh truyền dẫn vô tuyến số 1.5.2 Các mơ hình kênh truyền thơng, phân loại Trong trình thiết kế hệ thống truyền thông để truyền tin thông qua kênh vật lý, ta cần phải xác định, phân loại, lựa chọn mô hình kênh truyền, từ xây dựng mơ hình tốn cho phản ánh đặc tính quan trọng mơi trường truyền Vì thế, mơ hình tốn dùng việc thiết kế lập mã kênh, điều chế giải mã kênh, giải điều chế máy phát máy thu tương ứng Dưới đây, ta đề cập vắt tắt -8- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số mơ hình kênh thường dùng để đặc tính hố kênh vật lý Ta cần lưu ý rằng, mức độ phức tạp thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số mức độ phức tạp giải pháp, biện pháp đối phó nhược điểm, giải pháp sử dụng hiệu tài nguyên khan chủ yếu phụ thuộc đặc tính mơi trường truyền mơ hình kênh truyền thơng Kênh tạp âm cộng Mơ hình đơn giản kênh tạp âm cộng (hình 1.3a) Trong đó, tín hiệu phát s(t) bị nhiễu trình tạp âm ngẫu nhiên cộng x(t) Về mặt vật lý, trình tạp âm cộng linh kiện điện tử khuyếch đại máy thu tạp âm đường truyền (được xét chi tiết chương 2) Nếu tạp âm tạo linh kiện điện tử khuyếch đại máy thu, thường đặc tính hố tạp âm nhiệt Ở dạng thống kê, loại tạp âm đặc tính hố q trình ngẫu nhiên phân bố Gausơ Vì mơ hình tốn cho loại kênh gọi kênh AWGN y(t) = α s(t) + x(t) (1.1) α hệ số suy giảm Kênh lọc tuyến tính Nhiều kênh vật lý kênh điện thoại hữu tuyến, thường dùng lọc để giới hạn phổ tần tín hiệu dải tần mong muốn nhằm tránh gây nhiễu cho kênh khác Các kênh thường mơ hình hóa dạng kênh lọc tuyến tính với tạp âm cộng minh hoạ hình 1.3b Vì vậy, quan hệ tín hiệu vào/ra kênh cho y(t) = s(t) ⊗ h(t) + x(t) = ∞ (1.2) ∫ h(τ )s(t − τ )dτ + x(t) −∞ đó: h(t) đáp ứng xung kim lọc tuyến tính; ⊗ ký hiệu cho tích chập Kênh lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian Các kênh vật lý kênh âm nước, kênh vô tuyến tầng điện ly, mơi trường truyền lan sóng đa đường thay đổi theo thời gian thường đặc tính hố lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian Các lọc đặc tính hố đáp ứng xung kim kênh thay đổi theo thời gian h(τ;t), h(τ;t) đáp ứng kênh thời điểm t xung kim δ(t) đưa vào kênh thời điểm t-τ Vì vậy, τ thể cho trễ thời gian Kênh lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian với tạp âm cộng cho hình 1.3c Quan hệ tín hiệu vào/ra kênh xác định y(t) = s(t) ⊗ h(τ ; t) + x(t) (1.3) Mơ hình cho mơi trường truyền sóng đa đường đáp ứng xung kênh xác định L h(τ ; t) = ∑ a k (t).δ (τ − τ k ) (1.4) k =1 đó: {a k ( t )} thể cho hệ số suy giảm phụ thuộc vào thời gian đường truyền sóng thứ k; L số đường truyền lan đa đường; {τ k } trễ thời gian đường truyền sóng thứ k so với tia thẳng Tín hiệu thu có dạng -9- Chương 1: Tổng quan truyền dẫn vô tuyến số L y(t) = ∑ a k (t)s(t − τ k ) + n(t) ( 1.5) k =1 Vì vậy, tín hiệu thu gồm L thành phần đa đường, thành phần bị suy hao {a k (t)} bị trễ {τ k } y(t) = s(t) + n(t) s( t ) y(t) = s(t) ⊗ h(t) + n(t) s( t ) h(t) n(t) n(t) a) Kênh tạp âm cộng s( t ) b) Kênh lọc tuyến tính với tạp âm cộng y(t) = s(t) ⊗ h(τ ; t) + n(t) h(τ ; t) n(t) c) Kênh lọc tuyến tính phụ thuộc thời gian với tạp âm cộng Hình 1.3 a)Kênh tạp âm cộng; b) kênh lọc tuyến tính với tạp âm cộng; c) Kênh lọc tuyến tính phụ thuộc thời gian với tạp âm cộng 1.6 TỔNG KẾT Chương này, ta tóm tắt vai trò đặc điểm truyền dẫn vô tuyến số mạng viễn thông Các khái niệm truyền dẫn vô tuyến số Các kỹ thuật nâng cao dung lượng chất lượng truyền dẫn vô tuyến số điển hình đề cập Cấu hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến số phân loại -10- ... (1) truyền dẫn vô tuyến tần số 10 GHz, độ rộng băng tần truyền dẫn cho phép vào khoảng 10 GHz × 0, 05 = 0,5GHz ; (2) truyền dẫn quang bước sóng λ =15 00nm hay tần số f = Cλ = 15 003 10 10 −9 = 2 .10 ... chiếm 50% máy đầu cuối TE Hình 1. 1 Sơ đồ tổng qt mơ tả ứng dụng truyền dẫn vô tuyến số mạng viễn thông Sở dĩ truyền dẫn vơ tuyến số đóng vai trò quan trọng mạng viễn thông tương lai hai lợi bản:... mạng viễn thông nhanh chóng vùng sở hạ tầng viễn thông chưa phát triển với vốn đầu tư thấp Di động: Chỉ có truyền dẫn vơ tuyến đáp ứng thông tin nơi thời điểm Nhu cầu không ngừng gia tăng kỷ 21