Ch ng 1: Kênh truy n vô tuy n ươ ề ế
CH NG 1: KÊNH TRUY N VÔ TUY N ƯƠ Ề Ế
1.1 Gi i thi u ch ngớ ệ ươ
Các ph ng ti n thông tin nói chung đc chia thành hai ph ng pháp thôngươ ệ ượ ươ
tin c b n, đó là thông tin vô tuy n và thông tin h u tuy n. M ng thông tin vôơ ả ế ữ ế ạ
tuy n ngày nay đã tr thành m t ph ng ti n thông tin ch y u, thu n ti n choế ở ộ ươ ệ ủ ế ậ ệ
cu c s ng hi n đi. ộ ố ệ ạ
Trong m ng thông tin vô tuy n ngoài ngu n tin và nh n tin thì kênh truy n làạ ế ồ ậ ề
m t trong ba khâu quan tr ng nh t, và có c u trúc t ng đi ph c t p. Nó là môiộ ọ ấ ấ ươ ố ứ ạ
tr ng đ truy n thông tin t máy phát đn máy thu. Vì th ch ng này tìm hi uườ ể ề ừ ế ế ươ ể
các thông tin v kênh truy n: Đó là, các hi n t ng nh h ng đn kênh truy n,ề ề ệ ượ ả ưở ế ề
các d ng kênh truy n và các mô hình kênh truy n c b n. Ngoài ra ch ng nàyạ ề ề ơ ả ươ
còn gi i thi u khái quát v h th ng thông tin vô tuy n. ớ ệ ề ệ ố ế
1.2 Khái ni m v h th ng thông tin vô tuy nệ ề ệ ố ế
Hình 1.2 th hi n m t mô hình đn gi n c a m t h th ng thông tin vôể ệ ộ ơ ả ủ ộ ệ ố
tuy n. Ngu n tin tr c h t qua mã hoá ngu n đ gi m các thông tin d th a, sauế ồ ướ ế ồ ể ả ư ừ
đó đc mã hoá kênh đ ch ng các l i do kênh truy n gây ra. Tín hi u sau khiượ ể ố ỗ ề ệ
qua mã kênh đc đi u ch đ có th truy n t i đi xa. Các m c đi u ch ph iượ ề ế ể ể ề ả ứ ề ế ả
phù h p v i đi u ki n c a kênh truy n. Sau khi tín hi u đc phát đi máy phát,ợ ớ ề ệ ủ ề ệ ượ ở
tín hi u thu đc máy thu s tr i qua các b c ng c l i so v i máy phát. K tệ ượ ở ẽ ả ướ ượ ạ ớ ế
qu tín hi u đc gi i mã và thu l i đc máy thu. Ch t l ng tín hi u thuả ệ ượ ả ạ ượ ở ấ ượ ệ
ph thu c vào ch t l ng kênh truy n và các ph ng pháp đi u ch và mã hoáụ ộ ấ ượ ề ươ ề ế
khác nhau. Do đó ngày nay các k thu t m i ra đi nh m c i thi n ch t l ngỹ ậ ớ ờ ằ ả ệ ấ ượ
Trang:
1
Ngu n ồ
tin
Kênh tin Nh n tinậ
Hình 1.1: S đ kh i ch c năng h th ng truy n ơ ồ ố ứ ệ ố ề
tin
Ch ng 1: Kênh truy n vô tuy n ươ ề ế
kênh truy n nói riêng và m ng vô tuy n nói chung, m t trong nh ng k thu t đóề ạ ế ộ ữ ỹ ậ
là MC-CDMA.
1.3 Kênh truy n vô tuy n ề ế
1.3.1 Gi i thi uớ ệ
Ch t l ng c a các h th ng thông tin ph thu c nhi u vào kênh truy n,ấ ượ ủ ệ ố ụ ộ ề ề
n i mà tín hi u đc truy n t máy phát đn máy thu. Không gi ng nh kênhơ ệ ượ ề ừ ế ố ư
truy n h u tuy n là n đnh và có th d đoán đc, kênh truy n vô tuy n làề ữ ế ổ ị ể ự ượ ề ế
hoàn toàn ng u nhiên và không h d dàng trong vi c phân tích. Tín hi u đcẫ ề ễ ệ ệ ượ
phát đi, qua kênh truy n vô tuy n, b c n tr b i các toà nhà, núi non, cây c i …,ề ế ị ả ở ở ố
b ph n x , tán x , nhi u x …, các hi n t ng này đc g i chung là fading. Vàị ả ạ ạ ễ ạ ệ ượ ượ ọ
k t qu là máy thu, ta thu đc r t nhi u phiên b n khác nhau c a tín hi uế ả ở ượ ấ ề ả ủ ệ
phát. Đi u này nh h ng đn ch t l ng c a h th ng thông tin vô tuy n. ề ả ưở ế ấ ượ ủ ệ ố ế Do
Trang:
2
Ngu n tinồMã hoá kênh
(Channel coding)
Mã hoá ngu nồ
(Source coding)
Tín hi u ệ
đích
(Destination)
Gi i mã hoá kênhả
(Channel decoding)
Gi i mã hoá ngu nả ồ
(Source decoding)
Đi u chề ế
(Modulation)
Kênh vô
tuy nế
(Channel)
Gi i đi u chả ề ế
(Demodulation)
k
a
,
k
a
Mô hình kênh
(Discrete channel)
Hình 1.2: Mô hình h th ng thông tin vô tuy nệ ố ế
Ch ng 1: Kênh truy n vô tuy n ươ ề ế
đó vi c nệăm v ng nh ng đăc tinh cua kênh truyên vô tuyên la yêu câu c ban đê ư ư ! " ơ " "
co thê chon l a môt cach thich h p cac câu truc cua hê thông, kich th c cua cac " ! ư! ! ơ! " ! ươ "
thanh phân va cac thông sô tôi u cua hê thông ư " ! .
Hi n t ng fading trong m t h th ng thông tin có th đc phân thành haiệ ượ ộ ệ ố ể ượ
lo i: Fading t m r ng (large-scale fading) và fading t m h p (small-scale fading).ạ ầ ộ ầ ẹ
Fading t m r ng di n t s suy y u c a trung bình công su t tín hi u ho cầ ộ ễ ả ự ế ủ ấ ệ ặ
đ suy hao kênh truy n là do s di chuy n trong m t vùng r ng. Hi n t ng nàyộ ề ự ể ộ ộ ệ ượ
ch u nh h ng b i s cao lên c a đa hình (đi núi, r ng, các khu nhà cao t ng)ị ả ưở ở ự ủ ị ồ ừ ầ
gi a máy phát và máy thu. Ng i ta nói phía thu đc b che khu t b i các v tữ ườ ượ ị ấ ở ậ
c n cao. Các th ng kê v hi n t ng fading t m r ng cho phép ta c l ng đả ố ề ệ ượ ầ ộ ướ ượ ộ
suy hao kênh truy n theo hàm c a kho ng cách. ề ủ ả
Fading t m h p di n t s thay đi đáng k biên đ và pha tín hi u. Đi uầ ẹ ễ ả ự ổ ể ở ộ ệ ề
này x y ra là do s thay đi nh trong v trí không gian (nh kho ng n a b cả ự ổ ỏ ị ỏ ả ử ướ
sóng) gi a phía phát và phía thu. Fading t m h p có hai nguyên lý - s tr i th iữ ầ ẹ ự ả ờ
gian (time-spreading) c a tín hi u và đc tính thay đi theo th i gian (time-ủ ệ ặ ổ ờ
variant) c a kênh truy n. Đi v i các ng d ng di đng, kênh truy n là bi n điủ ề ố ớ ứ ụ ộ ề ế ổ
theo th i gian vì s di chuy n c a phía phát và phía thu d n đn s thay điờ ự ể ủ ẫ ế ự ổ
đng truy n sóng. ườ ề
Có ba c ch chính nh h ng đn s lan truy n c a tín hi u trong hơ ế ả ưở ế ự ề ủ ệ ệ
th ng di đng:ố ộ
+ Ph n x x y ra khí sóng đi n t va ch m vào m t m t b ng ph ng v i kíchả ạ ẩ ệ ừ ạ ộ ặ ằ ẳ ớ
th c r t l n so v i b c sóng tín hi u RF.ướ ấ ớ ớ ướ ệ
+ Nhi u x x y ra khi đng truy n sóng gi a phía phát và thu b c n tr b iễ ạ ẩ ườ ề ữ ị ả ở ở
m t nhóm v t c n có m t đ cao và kích th c l n so v i b c sóng. Nhi uộ ậ ả ậ ộ ướ ớ ớ ướ ễ
x là hi n t ng gi i thích cho nguyên nhân năng l ng RF đc truy n tạ ệ ượ ả ượ ượ ề ừ
phía phát đn phía thu mà không c n đng truy n th ng. Nó th ng đc g iế ầ ườ ề ẳ ườ ượ ọ
là hi u ng ch n (shadowing) vì tr ng tán x có th đn đc b thu ngayệ ứ ắ ườ ạ ể ế ượ ộ
c khi b ch n b i v t c n không th truy n xuyên qua.ả ị ắ ở ậ ả ể ề
Trang:
3
Ch ng 1: Kênh truy n vô tuy n ươ ề ế
+ Tán x x y ra khi sóng đi n t va ch m vào m t m t ph ng l n, g gh làmạ ẩ ệ ừ ạ ộ ặ ẳ ớ ồ ề
cho năng l ng b tr i ra (tán x ) ho c là ph n x ra t t c các h ng. Trongượ ị ả ạ ặ ả ạ ấ ả ướ
môi tr ng thành ph , các v t th th ng gây ra tán x là c t đèn, c t báoườ ố ậ ể ườ ạ ộ ộ
hi u, tán lá.ệ
1.3.2 Các hi n t ng nh h ng đn ch t l ng kênh truy nệ ượ ả ưở ế ấ ượ ề
1.3.2.1 Hi n t ng đa đng (Multipath)ệ ượ ườ
Trong m t h th ng thông tin vô tuy n, các sóng b c x đi n t th ngộ ệ ố ế ứ ạ ệ ừ ườ
không bao gi đc truy n tr c ti p đn anten thu. Đi u này x y ra là do gi aờ ượ ề ự ế ế ề ẩ ữ
n i phát và n i thu luôn t n t i các v t th c n tr s truy n sóng tr c ti p. Doơ ơ ồ ạ ậ ể ả ở ự ề ự ế
v y, sóng nh n đc chính là s ch ng ch p c a các sóng đn t h ng khácậ ậ ượ ự ồ ậ ủ ế ừ ướ
nhau b i s ph n x , khúc x , tán x t các toà nhà, cây c i và các v t th khác.ở ự ả ạ ạ ạ ừ ố ậ ể
Hi n t ng này đc g i là s truy n sóng đa đng (Multipath propagation).ệ ượ ượ ọ ự ề ườ
Do hi n t ng đa đng, tín hi u thu đc là t ng c a các b n sao tín hi u phát.ệ ượ ườ ệ ượ ổ ủ ả ệ
Các b n sao này b suy hao, tr , d ch pha và có nh h ng l n nhau. Tu thu cả ị ễ ị ả ưở ẫ ỳ ộ
vào pha c a t ng thành ph n mà tín hi u ch ng ch p có th đc khôi ph c l iủ ừ ầ ệ ồ ậ ể ượ ụ ạ
ho c b h h ng hoàn toàn. Ngoài ra khi truy n tín hi u s , đáp ng xung có thặ ị ư ỏ ề ệ ố ứ ể
b méo khi qua kênh truy n đa đng và n i thu nh n đc các đáp ng xung đcị ề ườ ơ ậ ượ ứ ộ
l p khác nhau. Hi n t ng này g i là s phân tán đáp ng xung (impulseậ ệ ươ ọ ự ứ
dispersion). Hi n t ng méo gây ra b i kênh truy n đa đng thì tuy n tính và cóệ ượ ở ề ườ ế
th đc bù l i phía thu b ng các b cân b ng.ể ượ ạ ở ằ ộ ằ
Trang:
4
Ch ng 1: Kênh truy n vô tuy n ươ ề ế
1.3.2.2 Hi u ng Dopplerệ ứ
Hi u ng Doppler gây ra do s chuy n đng ệ ứ ự ể ộ t ng điươ ố gi aữ máy phát và
máy thu nh trình bày hình 1.4. B n ch t c a hi n t ng này là ph c a tínư ở ả ấ ủ ệ ượ ổ ủ
hi u thu đc b xê l ch đi so v i t n s trung tâm m t kho ng g i là t n sệ ượ ị ệ ớ ầ ố ộ ả ọ ầ ố
Doppler.
Gi thi t góc t i c a tuy n n so v i h ng chuy n đng c a máy thu là ả ế ớ ủ ế ớ ướ ể ộ ủ αn,
khi đó t n s Doppler c a tuy n này là [5]:ầ ố ủ ế
n0D
αcosf
c
v
f
n
(1.1)
Trong đó f0, v, c l n l t là t n s sóng mang c a h th ng, v n t c chuy nầ ượ ầ ố ủ ệ ố ậ ố ể
đng t ng đi c a máy thu so v i máy phát và v n t c ánh sáng. N u αộ ươ ố ủ ớ ậ ố ế n = 0 thì
t n s Doppler l n nh t s là:ầ ố ớ ấ ẽ
0maxD, f
c
fv
(1.2)
Trang:
5
Che khu tấ
Tr m di đngạ ộ
Truy n th ngề ẳ
Khúc xạ
Tán xạ
Ph n xả ạ
Tán xạ
Tr m ạ
g cố
Hình 1.3: Hi n t ng truy n sóng đa đngệ ượ ề ườ
V t ậ
ph nả
xạ
Tuy n 1ế
v
α
1
Tuy n 2ế
)(
2
t
)(
1
t
Tr m phátạ
Hình 1.4: Hàm truy n đt c a kênhề ạ ủ