Đang tải... (xem toàn văn)
Kênh truyền sóng vô tuyến trong thông tin di động
43KÊNH TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 3.1.1 Các chủ đề được trình bày trong chương - Truyền lan sóng phẳng trong môi trường vô tuyến di động, các đặc tính của kênh - Kênh truyền sóng trong miền thời gian - Kênh truyền sóng trong miền tần số - Kênh truyền sóng trong miền không gian - Quan hệ giữa các thông số trong các miền khác nhau - Các loại phađinh phạm vi hẹp - Các phân bố Rayleigh và Rice - Các mô hình kênh trong miền thời gian và miền tần số - Đánh giá đặc tính kênh trong các miền khác nhau 3.1.2 Hướng dẫn - Hoc kỹ các phần được trình bày trong chương - Tham khảo thêm [3] - Trả lời các câu hỏi và bài tập 3.1.3 Mục đích của chương - Nắm được đặc điểm truyền sóng trong môi trường vô tuyến di động, các đặc tính của kênh - Nắm được đặc tính kênh truyền sóng trong các miền không gian, thời gian và tần số cũng như quan hệ giữa các thông số trong các miền này - Hiểu về các loại phađinh phạm vi hẹp, các phân bố Rayleigh và Rice - Nắm được các mô hình kênh trong miền thời gian và miền tần số 3.2 MỞ ĐẦU 3.2.1 Truyền lan sóng phẳng trong môi trường vô tuyến phađinh di động Trong thông tin vô tuyến, sóng vô tuyến được truyền qua môi trường vật lý có nhiều cầu trúc và vật thể như tòa nhà, đồi núi, cây cối xe cộ chuyển động…. Nói chung quá trình truyền sóng trong thông tin vô tuyến rất phức tạp. Quá trình này có thể chỉ có một đường truyền thẳng (LOS: line of sight), hay nhiều đường mà không có LOS hoặc cả hai. Truyền sóng nhiều đường xẩy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Hình 3.1 mô tả môi trường truyền sóng này. 44 Hình 3.1: Truyền sóng vô tuyến Phản xạ xẩy ra khi sóng vô tuyến đập vào các vật cản có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng. Nói chung phản xạ gây ra do bề mặt của quả đất, núi và tường của tòa nhà. Nhiễu xạ xẩy ra do sóng điện từ gập phải các bề mặt sắc cạnh và các thành gờ của các cấu trúc. Tán xạ xẩy ra khi kích thứơc của các vật thể trong môi trường truyền sóng nhỏ hơn bước sóng. Tán xạ thường xẩy ra khi sóng vô tuyến gặp phải các ký hiệu giao thông, cột đèn. Ngoài phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ, sóng vô tuyến còn bị suy hao đường truyền. Cường độ tín hiệu cũng bị thay đổi theo thời gian do sự chuyển động của máy thu hoặc máy phát. Để phân tích ta có thể đặc trưng ảnh hưởng truyền sóng vô tuyến thành hai loại: suy hao tín hiệu phạm vi rộng và méo tín hiệu phạm vi hẹp. Suy hao tín hiệu phạm vi rộng gây ra do suy hao đường truyền và sự che tối máy phát và máy thu còn méo tín hiệu phạm vi hẹp xẩy ra do truyền sóng nhiều đường. Dưới đây ta sẽ xét hai ảnh hưởng này. Ngoài ra, hiệu ứng Doppler cũng ảnh hưởng xấu lên các đặc tính truyền dẫn của kênh vô tuyến di động. Do chuyển động của máy di động, hiệu ứng Doppler gây ra dich tần số đối với từng sóng mang thành phần. Nếu ta định nghĩa góc tới αi l góc hợp bởi phương tới của sóng tới thứ i và phương chuyển động của máy di động như thấy ở hình 3.2, thì góc này sẽ xác định tần số Doppler (dịch Doppler) của sóng tới thứ i theo biểu thức sau: id if: fcos=α. (3.1) Trong trường hợp này, fd là tần số Doppler cực đại quan hệ với tốc độ máy di động v, tốc độ ánh sáng c0 và tần số sóng mang f0 theo công thức sau dvffc=00 (3.2) 45 i+1ldi Hỡnh 3.2. Gúc ti i ca súng ti i minh ha hiu ng Doppler Tn s Doppler cc i (cc tiu), fi = fd (fi = -fd) t c khi i=0 (i=). fi=0 khi i=/2 v i=3/2. Do hiu ng Doppler ph ca tớn hiu c phỏt trong qua trỡnh truyn dn s b m rng. Hiu ng ny gi l tỏn tn. Giỏ tr ca tỏn tn ch yu ph thuc vo tn s Doppler cc i v cỏc biờn ca cỏc súng mang thnh phn thu c. Trong min thi gian, hiu ng Doppler dn n ỏp ng xung kim ca kờnh tr nờn thay i theo thi gian. Cú th ch ra rng cỏc kờnh vụ tuyn di ng tha món nguyờn lý xp chng v vỡ th cỏc h thng tuyn tớnh. Do tớnh cht thay i theo thi gian ca ỏp ng xung kim, núi chung cỏc kờnh vụ tuyn di ng thuc loi cỏc h thng tuyn tớnh thay i theo thi gian. 3.2.2. nh hng phm vi rng Hỡnh 3.3 cho thy nh hng suy hao tớn hiu phm vi rng trong mụi trng truyn súng di ng. T hỡnh v ny ta thy suy hao tớn hiu phm vi rng bao gm suy hao hay tn tht ng truyn v che ti (cũn gi l phainh chm). Suy hao ng truyn xy ra do khong cỏch n mỏy phỏt. Che ti l s thay i cụng sut thu vỡ suy hao tớn hiu gõy ra do cỏc vt cn gia mỏy phỏt v mỏy thu. Suy hao ng truyn liờn quan n t s gia cụng sut phỏt v cụng sut thu: txPLrxPLP (3.3) trong ú Ptx l cụng sut phỏt v Prx l cụng sut thu. Trong thc t LPL l mt hm ph thuc vo khong cỏch gia mỏy phỏt v mỏy thu. nPLLr1 ổửữỗữỗữỗốứ (3.4) trong ú r l khong cỏch gia mỏy phỏt v mỏy thu, n l s m suy hao ng truyn. Tựy theo mụi trng truyn súng n nm trong di t 2,5 n 4. Chng hn trong vựng thnh ph n = 3,8 - 4,5 cũn trong vựng nụng thụn n = 2,5 - 3. Cỏc chng ngi gia mỏy phỏt v mỏy thu dn n s thay i cụng sut thu xung quanh giỏ tr cụng sut thu trung bỡnh Prx, hin tng ny c gi l 46che tối. Che tối được coi là phađinh chậm và được đặc trưng bởi phân bố chuẩn log (phân bố chuẩn trong thang dB). txPrxP Hình 3.3. Suy hao đường truyền và che tối. 3.2.3. Ảnh hưởng phạm vi hẹp Như đã nói ở trên truyền sóng đa đường gây ra do phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ dẫn đến nhiều đường truyền không trực tiếp (không phải LOS). Các đường truyền không trực tiếp này đến máy thu lệch nhau theo thời gian và không gian, điều này gây ra các hiệu ứng phạm vi hẹp trong thông tin vô tuyến di động như: trải trễ, trải góc và trải Doppler. Hình 3.4 cho thấy ba ảnh hưởng phạm vi hẹp gây ra do truyền sóng đa đường không trực tiếp trong kênh vô tuyến di động. 012 Hình 3.4 Các ảnh hưởng phạm vi hẹp trong kênh vô tuyến Trải trễ là số đo trễ truyền sóng tương đối giữa các đường truyền sóng không trực tiếp gây ra do các vật phản xạ như đồi núi và các tòa nhà. Trải góc là số đo về dịch góc cuả các đường truyền không trực tiếp so với đường truyền trực tiếp (xem hình 3.4). Trải Doppler la số đo về tốc độ thay đổi kênh gây ra do sự chuyển động cuả máy phát và (hoặc) máy thu so với các vật thể tán xạ trong môi trường truyền sóng đa đường. 47 Ngoi ra tng ca rt nhiu ng truyn khụng trc tip trong truyn súng a ng dn n thng giỏng biờn tớn hiu thu vỡ th gõy ra phainh v mộo tớn hiu. Trong khi lp mụ hỡnh kờnh, ta tp trung lờn cỏc nh hng truyn súng a ng (cỏc nh thng phm vi hp) i vi cỏc mỏy phỏt v (hoc) mỏy thu s dng nhiu anten. 3.2.4 Cỏc c tớnh ca kờnh Trong thụng tin vụ tuyn di ng, cỏc c tớnh kờnh vụ tuyn di ụng cú tm quan trng rt ln, vỡ chỳng nh hng trc tip lờn cht lng truyn dn v dung lng. Trong cỏc h thng vụ tuyn thụng thng (khụng phi cỏc h thng vụ tuyn thớch ng), cỏc tớnh cht thng kờ di hn ca kờnh c o v ỏnh giỏ trc khi thit k h thng. Nhng trong cỏc h thng iu ch thớch ng, vn ny phc tp hn. m bo hot ng thớch ng ỳng, cn phi liờn tc nhn c thụng tin v cỏc tớnh cht thụng kờ ngn hn thm chớ tc thi ca kờnh. Cú th phõn cỏc kờnh vụ tuyn thnh hai loi: "phainh phm vi rng" v "phainh phm vi hp". Cỏc mụ hỡnh truyn súng truyn thng ỏnh giỏ cụng sut trung bỡnh thu c ti cỏc khong cỏch cho trc so vi mỏy phỏt. i vi cỏc khong cỏch ln (vi km), cỏc mụ hỡnh truyn súng phm vi rng c s dng. Phainh phm vi hp mụ t s thng giỏng nhanh súng vụ tuyn theo biờn , pha v tr a ng trong khong thi gian ngn hay trờn c ly di chuyn ngn. Phainh trong trng hp ny gõy ra do truyn súng a ng. Cỏc kờnh vụ tuyn l cỏc kờnh mang tớnh ngu nhiờn, nú cú th thay i t cỏc ng truyn thng n cỏc ng b che chn nghiờm trng i vi cỏc v trớ khỏc nhau. Hỡnh 3.5 cho thy rng trong min khụng gian, mt kờnh cú cỏc c trng khỏc nhau (biờn chng hn) ti cỏc v trớ khỏc nhau. Ta gi c tớnh ny l tớnh chn lc khụng gian (hay phõn tp khụng gian) v phainh tng ng vi nú l phainh chn lc khụng gian. Hỡnh 3.6 cho thy trong min tn s, kờnh cú cỏc c tớnh khỏc nhau ti cỏc tn s khỏc nhau. Ta gi c tớnh ny l tớnh chn lc tn s (hay phõn tp tn s) v pha inh tng ng vi nú l phainh chn lc tn s. Hỡnh 3.7 cho thy rng trong min thi gian, kờnh cú cỏc c tớnh khỏc nhau ti cỏc thi im khỏc nhau. Ta gi c tớnh ny l tớnh chn lc thi gian (hay phõn tp thi gian) v phainh do nú gõy ra l phainh phõn tp thi gian. Da trờn cỏc c tớnh trờn, ta cú th phõn chia phainh kờnh thnh: phainh chn lc khụng gian (phadinh phõn tp khụng gian), phainh chn lc tn s (phainh phõn tp tn s), phainh chn lc thi gian (phõn tp thi gian ). Tính chọn lọc không gian của kê nhBiê n độMiền không gian Hỡnh 3.5. Tớnh cht kờnh trong min khụng gian. 48Tính chọn lọc tần số của kê nhBiê n độMiền tần số Hỡnh 3.6. Tớnh cht kờnh trong min tn s. Tính chọn lọc thời gian của kê nhBiê n độMiền thời gian Hỡnh 3.7. Tớnh cht kờnh trong min thi gian. 3.3. KấNH TRUYN SểNG TRONG MIN KHễNG GIAN Cỏc thuc tớnh trong min khụng gian bao gm: tn hao ng truyn v chn lc khụng gian. Tn hao ng truyn thuc loi phainh phm vi rng cũn chn lc khụng gian thuc loi phainh phm vi hp. Cỏc mụ hỡnh truyn súng truyn thng ỏnh giỏ cụng sut thu trung bỡnh ti mt khong cỏch cho trc so vi mỏy phỏt, ỏnh giỏ ny c gi l ỏnh giỏ tn hao ng truyn. Khi khong cỏch thay i trong phm vi mt bc súng, kờnh th hin cỏc c tớnh ngu nhiờn rt rừ rt. iu ny c gi l tớnh chn lc khụng gian (hay phõn tp khụng gian). Tn hao ng truyn. Mụ hỡnh tn hao ng truyn mụ t suy hao tớn hiu gia anten phỏt v anten thu nh l mt hm ph thuc vo khong cỏch v cỏc thụng s khỏc. Mt s mụ hỡnh bao gm c rt nhiu chi tit v a hỡnh ỏnh giỏ suy hao tớn hiu, trong khi ú mt s mụ hỡnh ch xột n tn s v khong cỏch. Chiu cao an ten l mt thụng s quan trng. Tn hao ng truyn c xỏc nh theo cụng thc (3.4). T lý thuyt v cỏc kt qa o lng ta ó bit rng cụng sut thu trung bỡnh gim so vi khong cỏch theo hm log cho mụi trng ngoi tri v trong nh. Ngoi ra ti mi khong cỏch r, tn hao ng truyn L(r) ti mt v trớ nht nh l quỏ trỡnh ngu nhiờn v cú phõn b log chun xung quanh mt giỏ tr trung bỡnh (ph thuc vo khong cỏch). Nu xột c s thay i theo v trớ, ta cú th biu din tn hao ng truyn L(r) ti khong cỏch r nh sau: 49 () ( ) lgσ σ+= + +⎛⎞⎜⎟⎝⎠[dB] = L(r)rLr X Lr n Xr0010 (3.5) Trong đó ()Lr là tổn hao đường truyền trung bình phạm vị rộng đối với khoảng cách phát thu r; Xσ là biến ngẫu nhiên phân bố Gauss trung bình không (đo bằng dB) với lệch chuẩn σ (cũng đo bằng dB), r0 là khoảng cách tham chuẩn giữa máy phát và máy thu, n là mũ tổn hao đường truyền. Khi các đối tượng trong kênh vô tuyến không chuyển động trong một khoảng thời gian cho trước và kênh được đặc trưng bởi phađinh phẳng đối với một độ rộng băng tần cho trước, các thuộc tính kênh chỉ khác nhau tại các vị trí khác nhau. Nói một cách khác, phađinh chỉ đơn thuần là một hiện tượng trong miền thời gian (mang tính chọn lọc thời gian). Từ công thức 3.5 ta thấy rằng tổn hao đường truyền của kênh được đánh giá thống kê phạm vi rộng cùng với hiệu ứng ngẫu nhiên. Hiệu ứng ngẫu nhiên xẩy ra do phađinh phạm vi hẹp trong miền thời gian và nó giải thích cho tính chọn lọc thời gian (phân tập thời gian). Ảnh hưởng của chọn lọc không gian có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng nhiều anten. MIMO (Multiple Input Multiple Output: Nhiều đầu vào nhiều đầu ra) là một kỹ thuật cho phép lợi dụng tính chất phân tập không gian này để cải thiện hiệu năng và dung lượng hệ thống. 3.4. KÊNH TRUYỀN SÓNG TRONG MIỀN TẦN SỐ Trong miền tần số, kênh bị ảnh hưởng của hai yếu tố: điều chế tần số và chọn lọc tần số. 3.4.1. Điều chế tần số Điều chế tần số gây ra do hiệu ứng Doppler, MS chuyển động tương đối so với BTS dẫn đến thay đổi tần số một cách ngẫu nhiên. Do chuyển động tương đối giữa BTS và MS, từng sóng đa đường bị dịch tần số. Dịch tần số trong tần số thu do chuyển động tương đối này được gọi là dịch tần số Doppler, nó tỷ lệ với tốc độ chuyển động, phương chuyển động của MS so với phương sóng tới của thành phần sóng đa đường. Dịch Doppler được xác định theo công thức (3.1). Từ công thức này ta có thể thấy rằng nếu MS di chuyển về phía sóng tới dịch Doppler là dương và tần số thu sẽ tăng, ngược lại nếu MS di chuyển rời xa sóng tới thì dịch Doppler là âm và tần số thu được sẽ giảm. Vì thế các tín hiệu đa đường đến MS từ các phương khác nhau sẽ làm tăng độ rộng băng tần tín hiệu. Khi ν và (hoặc) αi thay đổi dịch Doppler thay đổi dẫn đến trải Doppler. 3.4.2. Chọn lọc tần số (phân tập tần số). Trong phần này ta sẽ phân tích chọn lọc tần số cùng với một thông số khác trong miền tần số: băng thông nhất quán. Băng thông nhất quán là một số đo thống kê của dải tần số trên một kênh phađinh được coi là kênh phađinh "phẳng" (là kênh trong đó tất cả các thành phần phổ được truyền qua với khuyếch đại như nhau và pha tuyến tính). Băng thông nhất quán cho ta dải tần trong đó các thành phần tần số có biên độ tương quan. Băng thông nhất quán xác định kiểu phađinh xẩy ra trong kênh và vì thế nó đóng vai trò cơ sở trong viêc thích ứng các thông số điều chế. Băng thông nhất quán tỷ lệ nghịch với trải trễ (xem phần 3.6). Phađinh chọn lọc tần số rất 50khác với phađinh phẳng. Trong kênh phađinh phẳng, tất cả các thành phần tần số truyền qua băng thông kênh đều chịu ảnh hưởng phađinh như nhau. Trái lại trong phađinh chọn lọc tần số (còn gọi là phađinh vi sai), một số đoạn phổ của tín hiệu qua kênh phađinh chọn lọc tần số bị ảnh hưởng nhiều hơn các phần khác. Nếu băng thông nhất quán nhỏ hơn độ rộng băng tần của tín hiệu được phát, thì tín hiệu này chịu ảnh hưởng của phađinh chọn lọc (phân tập tần số). Phađinh này sẽ làm méo tín hiệu. 3.5. KÊNH TRUYỀN SÓNG TRONG MIỀN THỜI GIAN Một trong số các khác biệt quan trọng giữa các kênh hữu tuyến và các kênh vô tuyến là các kênh vô tuyến thay đổi theo thời gian, nghĩa là chúng chịu ảnh hưởng của phađinh chọn lọc thời gian. Ta có thể mô hình hóa kênh vô tuyến di động như là một bộ lọc tuyến tính có đáp ứng xung kim thay đổi theo thời gian. Mô hình kênh truyền thống sử dụng mô hình đáp ứng xung kim, đây là một mô hình trong miền thời gian. Ta có thể liên hệ quá trình thay đổi tín hiệu vô tuyến phạm vi hẹp trực tiếp với đáp ứng xung kim của kênh vô tuyến di động. Nếu x(t) biểu diễn tín hiệu phát, y(t) biểu diễn tín hiệu thu và h(t,τ) biểu diễn đáp ứng xung kim của kênh vô tuyến đa đường thay đổi theo thời gian, thì ta có thể biểu diễn tín hiệu thu như là tích chập của tín hiệu phát với đáp ứng xung kim của kênh như sau: () () (,) () (,)∞−∞=τττ= ⊗τ∫yt x ht d xt ht (3.6) trong đó t là biến thời gian, τ là trễ thời gian của một đường truyền đa đường (còn gọi là trễ đa đường) của kênh đối với một giá trị t cố định. Ảnh hưởng đa đường của kênh vô tuyến thường được biết đến ở dạng phân tán thời gian hay trải trễ. Phân tán thời gian (gọi tắt là tán thời) hay trải trễ xẩy ra khi một tín hiệu được truyền từ anten phát đến anten thu qua hai hay nhiều đường có các độ dài khác nhau. Một mặt tín hiệu này được truyền trực tiếp, mặt khác nó được truyền từ các đường phản xạ khác nhau có độ dài khác nhau với các thời gian đến máy thu khác nhau. Tín hiệu tại anten thu chịu ảnh hưởng của tán thời này sẽ bị méo dạng. Trong khi tiết kế và tối ưu hóa các hệ thống vô tuyến số để truyền số liệu tốc độ cao ta cần xét các phản xạ này. Tán thời có thể được đặc trưng bằng trễ trội, trễ trội trung bình hay trễ trội trung bình quân phương. 3.5.1. Trễ trội trung bình quân phương. Một thông số thời gian quan trọng của tán thời là trải trễ trung bình quân phương (RDS: Root Mean Square Delay Spread): căn bậc hai môment trung tâm của lý lịch trễ công suất. RDS là một số đo thích hợp cho trải đa đường của kênh. Ta có thể sử dụng nó để đánh giá ảnh hưởng của nhiều giao thoa giữa các ký hiệu (ISI). ττσ= −τ22, (3.7) ()()τττ=τ∑∑kkkkkPP, (3.8) 51 ()()τ ττ=τ∑∑kkkkkPP22, (3.9) trong đó P(τk) là công suất trung bình đa đường tại thời điểm τk. 3.5.2. Trễ trội cực đại Trễ trội cực đại (X dB) của lý lịch trễ công suất được định nghĩa là trễ thời gian mà ở đó năng lượng đa đường giảm X dB so với năng lượng cực đại. 3.5.3. Thời gian nhất quán Một thông số khác trong miền thời gian là thời gian nhất quán. Thời gian nhất quán xác định tính "tĩnh" của kênh. Thời gian nhất quán là thời gian mà ở đó kênh tương quan rất mạnh với biên độ của tín hiệu thu. Ta ký hiệu thời gian nhất quán là Tc. Các ký hiệu khác nhau truyền qua kênh trong khoảng thời gian nhất quán chịu ảnh hưởng phađinh như nhau. Vì thế ta nhận được một kênh phađinh khá chậm. Các ký hiệu khác nhau truyền qua kênh bên ngoài thời gian nhất quán sẽ bị ảnh hưởng phađinh khác nhau. Khi này ta được một kênh phađinh khá nhanh. Như vậy do ảnh hưởng của phađinh nhanh, một số phần của ký hiệu sẽ chịu tác động phađinh lớn hơn các phần khác 3.6.QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ TRONG CÁC MIỀN KHÁC NHAU Ta đã nghiên cứu các đặc tính kênh và các thông số của nó trong các miền không gian, tần số và thời gian. Các đặc tính này không tồn tại riêng biệt, hay nói một các khác chúng liên quan với nhau. Một số thông số trong miền này ảnh hưởng lên các đặc tính của miền khác. 3.6.1. Băng thông nhất quán và trải trễ trung bình quân phương. Băng thông nhất quán Bc là số đo thống kê dải tần số mà trong dải này kênh cho qua tất cả các thành phần phổ với suy giảm gần như bằng nhau và pha tuyến tính. Băng thông nhất quán thể hiện dải tần mà trong dải tần này hoặc các biên độ hoặc các pha của hai tín hiệu thu có tương quan rất cao. Các thành phần phổ của một tín hiệu trong dải này chịu tác động của kênh theo một cách giống nhau (kênh pha đinh hay không pha đinh) Ta đã biết rằng lý lịch trễ công suất và đáp ứng tần số biên của kênh vô tuyến di động quan hệ với nhau qua biến đổi Fourrier. Vì thế ta có thể trình bầy kênh trong miền tần số bằng cách sử dụng các đặc tính đáp ứng tần số của nó. Tương tự như các thông số trải trễ trong miền thời gian, ta có thể sử dụng băng thông nhất quán để đặc trưng kênh trong miền tần số. Trải trễ trung bình quân phương tỷ lệ nghịch với băng thông nhất quán và ngược lại, mặc dù quan hệ chính xác của chúng là một hàm phụ thuộc vào cấu trúc đa đường. Ta ký hiệu băng thông nhất 52quán là BC và trải trễ trung bình quân phương là στ. Khi hàm tương quan đường bao lớn hơn 90%, băng thông nhất quán có quan hệ sau đây với trải trễ trung bình quân phương: Thời gian nhất quán chịu ảnh hưởng trực tiếp của dịch Doppler, nó là thông số kênh trong miền thời gian đối ngẫu với trải Doppler. Trải Doppler và thời gian nhất quán là hai thông số tỷ lệ nghịch với nhau. Nghĩa là ≈CDTB1 (3.11) Khi thiết kế hệ thống ta chỉ cần xét một trong hai thông số nói trên. 3.7. CÁC LOẠI PHA ĐINH PHẠM VI HẸP Phụ thuộc vào quan hệ giữa các thông số tín hiệu (độ rộng băng tần, chu kỳ ký hiệu,…) và các thông số kênh (trải trễ trung bình quân phương, trải Doppler, …), ta có thể phân loại phađinh phạm vi hẹp dưa trên hai đặc tính: trải trễ đa đường và phađinh chọn lọc tần số. Trải trễ đa đường là một thông số trong miền thời gian, trong khi đó việc kênh là phađinh phẳng hay chọn lọc tần số lại tương ứng với miền tần số. Vì thế thông số miền thời gian, trải trễ đa đường, ảnh hưởng lên đặc tính kênh trong miền tần số. Trải Doppler dẫn đến tán tần và phađinh chọn lọc thời gian, vì thế liên quán đến trải Doppler ta có thể phân loại phađinh phạm vi hẹp thành phađinh nhanh và phađinh chậm. Trải Doppler là một thông số trong miền tần số trong khi đó hiện tượng kênh thay đổi nhanh hay chậm lại thuộc miền thời gian. Vậy trong trường hợp này, trải Doppler, thông số trong miền tần số, ảnh hưởng lên đặc tính kênh trong miền thời gian. Hiểu biết được các quan hệ này sẽ hỗ trợ ta trong quá trình thiết kế hệ thống. Bảng 3.1 liệt kê các loại phađinh phạm vi hẹp. Bảng 3.1. Các loại phađinh phạm vi hẹp Cơ sở phân loại Loại Phađinh Điều kiện Trải trễ đa đường Phađinh phẳng BS<<BC; T≥10στ Phađinh chọn lọc tần số BS>BC; T<10στ Trải Doppler Phađinh nhanh T>TC; BS<BD Phađinh chậm T<<TC; BS>>BB Các ký hiệu được sử dụng trong bảng 3.1 như sau: BS ký hiệu cho độ rộng băng tần tín hiệu, BC ký hiệu cho băng thông nhất quán, BB ký hiệu cho trải Doppler, T ký hiệu cho chu kỳ ký hiệu và στ trải trễ trung bình quân phương. Nếu băng tần nhất quán kênh lớn hơn rất nhiều so với độ rộng băng tần tín hiệu phát, tín hiệu thu sẽ bị phađinh phẳng. Khi này chu kỳ ký hiệu lớn hơn nhiều so với trải trễ đa đường của kênh. Ngược lại, nếu băng thông nhất quán kênh nhỏ hơn độ rộng băng tần tín hiệu phát, tín hiệu thu sẽ bị phađinh chọn lọc tần số. Trong trường hơp này chu kỳ tín hiệu nhỏ hơn trải trễ đa đường kênh. Khi xẩy ra trường hợp này, tín hiệu thu bị méo dạng dẫn đến nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu (ISI). Ngoài ra việc lập mô hình các kênh phađinh chọn lọc tần số phức tạp hơn nhiều so với lập mô hình kênh phađinh phẳng, vì để lập mô hình cho kênh phađinh chọn lọc tần số ta phải sử [...]... (3.15) trong ú A l biờn nh ca tớn hiu vt tri v I0(.) l hm Bessel ci tin loi mt bc khụng c xỏc nh nh sau: Phõn b Rice thng c mụ t bng tha s K nh sau: K= Công suất trong đ- ờng v- ợ t trội Công suất trong cá c đ- ờng tá n xạ = A 2 2 (3.16) Khi K tin n khụng, kờnh suy thúai thnh kờnh Rayleig, khi K tin n vụ hn kờnh, ch cú ng trc tip 3.9 CC Mễ HèNH KấNH TRONG MIN THI GIAN V MIấN TN S 3.9.1 Mụ hỡnh kờnh trong. .. bin thiờn trong hm truyn t kờnh min tn s K cng ln thỡ bin thiờn cng nh 3.12 CU HI 1 Trỡnh by cỏc nh hng truyn súng trong mụi trng vụ tuyn di ng 2 Trỡnh by thuc tớnh ca kờnh trong min thi gian 3 Trỡnh by thuc tớnh ca kờnh trong min khụng gian 4 Trỡnh by thuc tớnh ca kờnh trong min tn s 5 Trỡnh by mi quan h gia cỏc thụng s trong cỏc min 6 Phõn loi pha inh phm vi hp 7 Trỡnh by mụ hỡnh kờnh trong min tn... ,max p0 l ,max trong đó l,max = max{l } , l (3.20) Lu ý rng khi cú tia i thng, tia vt tri l tia u tiờn v l tia i thng, tng ng vi l=0, l,max= 0 ti 0=0 Thụng s th hai l tri tr trung bỡnh quõn phng, , l mụment bc hai ca PDP chun húa, c biu din nh sau: = 2 trong ú m = L 1 l =0 2 (3.21) m 2 l l / p0 , m=1,2 Vỡ pha ca cỏc tia khụng cũn na, cỏc thụng s kờnh phi hu nh khụng i trong din hp, vi iu kin... khi nghiờn cu thụng tin vụ tuyn Kờnh vụ tuyn phainh a ng cú th c c trng theo toỏn hc bng b lc tuyn tớnh thay i theo thi gian Trong min thi gian, ta cú th rỳt ra tớn hiu u ra kờnh bng tớch chp tớn hiu u vo kờnh vi hm ỏp ng xung kim kờnh thay i theo thi gian h(,t) Ta cú th biu din hm ỏp ng xung kim kờnh nh sau: h( ; t ) = L 1 (t)e l =0 l i l ( t ) ( l (t) ), l = 0,1, , L , (3.17) Trong ú l (t), l(t),... ( 1 ) Z( 1 ), 1 ( ) (3.22) 55 trong ú (0) biu th cho biờn tớn hiu i thng, () biu th biờn ca tớn hiu truyn theo ng n mỏy thu ti tr , LOS biu th hiu s gia cụng sut tớn hiu i thng vi cụng sut tớn hiu ca phn mc khụng i v Z l dcca phn gim tuyn tớnh trong PDP Nu s dng quan h núi trờn cho phõn b Rice, ta cú th nhn c cụng sut/biờn ca tớn hiu di thng t tha s K trong cụng thc (3.20) v biờn tớn hiu... trong cụng thc (3.20) v biờn tớn hiu ca cỏc ng cũn li theo quan h ny LOS 1 Hỡnh 3.8 Mụ hỡnh lý lch tr cụng sut trung bỡnh 3.9.2 Mụ hỡnh kờnh trong min tn s Mụ hỡnh kờnh trong min tn s c trỡnh by dng ph cụng sut (DPS: Delay Power Spectrum) DPS trong trng hp ny biu din hm truyn t kờnh Mụ hỡnh ny nhn c trờn c s ỏp dng chuyn i Fourier cho ỏp ng xung ca kờnh (xem cụng thc 3.23)) Quỏ trỡnh ny cng chng t rng... lc tn s (hay phõn tp tn s) trong min tn s Chng ny ó trỡnh by ngn gn phõn b Raylegh v Rice Cỏc mụ hỡnh kờnh trong min tn s v thi gian ó c tng kt t cỏc ti liu tham kho Ngoi ra ta cng chỳ trng thuc tớnh ca kờnh trong min tn s Chng ny ó phõn tớch nh hng ca mt s thụng s (tha s K, tri tr trung bỡnh quõn phng) lờn hm truyn t tn s ca kờnh Tri tr cng ln 60 thỡ tc bin thiờn biờn trong hm truyn t kờnh min tn... biu th cho hm Delta Dirac, L biu th cho s ng truyn Thụng thng thỡ tr ca tia u tiờn (ng truyn ngn nht) c nh ngha 0 = 0, vỡ th l > 0 c gi l tr vt tri v ỏp ng xung kim kờnh mang tớnh nhõn qa Lu ý rng trong mụi trng thc t, {l(t)}, {l(t)}, {l(t)} thay i theo thi gian Trong phm vi hp (vo khong vi bc súng , {l(t)}, {l(t)} cú th coi l ớt thay i Tuy nhiờn cỏc pha {l(t)} thay i ngu nhiờn trong khong [- ] 54... xoay chiu trong ng bao) c xỏc nh nh sau: 2 2 2 0 2 2 r = E[r ]-E[r]= r p(r )dr 2 = 2 2 = 0,42922 2 (3.14) 3.8.2 Phõn b Phainh Rice 53 Khi tớn hiu thu cú thnh phn n nh (khụng b phainh) vt tri, ng truyn tc tip (LOS), phõn b ng bao phainh phm vi hp cú dng Rice Trong phõn b Rice, cỏc thnh phn a ng ngu nhiờn n mỏy thu theo cỏc gúc khỏc nhau v xp chng lờn tớn hiu vt tri ny Phõn b Rice c biu din nh... ( t )] (3.23) l =0 trong ú h( ; t ) = i (t )e L 1 d = l (t )e ( i ( t ) ) mụ t ỏp ng xung kim trong min thi gian i Quan h gia cụng sut ti tr (ký hiu l h()) vi ỏp ng xung kim kờnh c xỏc nh nh sau: h ( ) = E[ h ( ) ] 2 (3.24) Ta coi rng DPS (Delay Power Spectrum: Ph cụng sut tr) cú dng nh PDP (Power Delay Profile: Lý lch tr cụng sut), vỡ th ta cú th s dng mt cụng thc biu din c hai mụ hỡnh ny . trường vô tuyến di động, các đặc tính của kênh - Kênh truyền sóng trong miền thời gian - Kênh truyền sóng trong miền tần số - Kênh truyền sóng trong. số 3.2 MỞ ĐẦU 3.2.1 Truyền lan sóng phẳng trong môi trường vô tuyến phađinh di động Trong thông tin vô tuyến, sóng vô tuyến được truyền qua môi trường