Fading trong thông tin vô tuyến
1. Fading là gì?
Fading là hi n t ng sai l c tín hi u thu môt cách b t th ng x y ra đi v i các h th ng vôệ ượ ạ ệ ấ ườ ả ố ớ ệ ố
tuy n do tác đông c a môi tr ng truy n d n.ế ủ ườ ề ẫ
Các y u t gây ra Fading đi v i các h th ng vô tuy nế ố ố ớ ệ ố ế măt đt nh :ấ ư
S thăng giáng c a t ng đi n ly đi v i h th ng sóng ng nự ủ ầ ệ ố ớ ệ ố ắ
S h p th gây b i các phân t khí, h i n c, m a, tuy t, s ng mù...s h p th nàyự ấ ụ ở ử ơ ướ ư ế ươ ự ấ ụ
ph thuôc vào d i t n s công tác đăc bi t là d i t n cao (>10Ghz).ụ ả ầ ố ệ ả ầ
S khúc x gây b i s không đng đu c a m t đô không khí.ự ạ ở ự ổ ề ủ ậ
S ph n x sóng t b măt trái đt, đăc bi t trong tr ng h p có b măt n c và sự ả ạ ừ ề ấ ệ ườ ợ ề ướ ự
ph n x sóng t các b t đng nh t trong khí quy n. Đây cũng là môt y u t d n đn sả ạ ừ ấ ổ ấ ể ế ố ẫ ế ự
truy n lan đa đng.ề ườ
S ph n x , tán x và nhi u x t các ch ng ng i trên đng truy n lan sóng đi n t ,ự ả ạ ạ ễ ạ ừ ướ ạ ườ ề ệ ừ
gây nên hi n t ng tr i tr và giao thoa sóng t i đi m thu do tín hi u nh n đc là t ngệ ượ ả ễ ạ ể ệ ậ ượ ổ
c a r t nhi u tín hi u truy n theo nhi u đng. Hi n t ng này đăc bi t quan tr ngủ ấ ề ệ ề ề ườ ệ ượ ệ ọ
trong thông tindi đng.ộ
Trích d n 1 bài vi t c aẫ ế ủ thày bình dị thì :
1. Pha-đinh ch có h i ch sao l i có l i? Pha-đinh là s thăng giáng m t cách ng u nhiên tínỉ ạ ứ ạ ợ ự ộ ẫ
hi u t i đi m thu. Ch c n nói th này là b n th y ngay thôi: Gi a m t kênh không có pha-đinhệ ạ ể ỉ ầ ế ạ ấ ữ ộ
(nh kênh h u tuy n ch ng h n) và m t kênh có pha-đinh (nh kênh vô tuy n trong b u khíư ữ ế ẳ ạ ộ ư ế ầ
quy n g n m t đt, trong đó pha-đinh là m t y u t có tính ch t c h u) thì kênh không có pha-ể ầ ặ ấ ộ ế ố ấ ố ữ
đinh ph i t t h n kênh có pha-đinh ch ? Kênh không có pha-đinh thì tác đng t i ch t l ng tínả ố ơ ứ ộ ớ ấ ượ
hi u ch còn có t p âm nhi t AWGN (nên g i là kênhệ ỉ ạ ệ ọ Gaussian) và là kênh đc xem là t t nh tượ ố ấ
trong các lo i kênh (tr ng h p kênh Gaussian r t hãn h u m i g p trong th c t v i các kênhạ ườ ợ ấ ữ ớ ặ ự ế ớ
vô tuy n, khi ch có m tế ỉ ộ tia LOS gi a máy thu và máy phát, không có các tia ph do ph n x ,ữ ụ ả ạ
nhi u x , khúc x - h sễ ạ ạ ệ ố Rice K c a kênh r t l n).ủ ấ ớ
2. Nh đã nói, pha-đinh là m t y u t có tính ch t c h u đi v i các kênh vô tuy n trong b uư ộ ế ố ấ ố ữ ố ớ ế ầ
khí quy n g n m t đt, khi đó kênh có pha-đinh d x lý nh t là kênh pha-đinh ph ng (flatể ầ ặ ấ ễ ử ấ ẳ
fading) vì pha-đinh ph ng có th kh c ph c d dàng nh AGC (Automatic Gainẳ ể ắ ụ ễ ờ Control) và pha-
đinh khi đó không gây ra cái hi n t ng kh n n n nh t trong truy n d n tín hi u s là ISI doệ ượ ố ạ ấ ề ẫ ệ ố
méo tuy n tính tín hi u g p ph i v i các kênh có pha-đinh ch n l c theo t n s (selectiveế ệ ặ ả ớ ọ ọ ầ ố
fading) r t th ng g p v i các kênh có băng thông tín hi u r ng (có đ r ng băng tín hi u l nấ ườ ặ ớ ệ ộ ộ ộ ệ ớ
h n đ r ng băng k t h p - hay nh t quán theo cách d ch c a các thày bên b u đi n - coherentơ ộ ộ ế ợ ấ ị ủ ư ệ
bandwidth of the channel). M ch san b ng (Equalizer), hay cân b ng theo cách g i bên b uạ ằ ằ ọ ư
đi n, lúc đó ch có trách nhi m bù s a ISI gây b i tr i tr mà thôi. T c là pha-đinh ph ng ch làệ ỉ ệ ử ở ả ễ ứ ẳ ỉ
lo i pha-đinh ít khó ch u nh t trong các lo i pha-đinh ch không có nghĩa là pha-đinh ph ng thìạ ị ấ ạ ứ ẳ
không gây h i gì, l i càng không ph i là t t cho truy n d n tín hi u.ạ ạ ả ố ề ẫ ệ
2. Phân lo i fadingạ
- Fading ph ngẳ
- Fading ch n l c t n sọ ọ ầ ố
- Fading nhanh
- Fading ch mậ
Các khái ni m băng t n và băng thông có th xemệ ầ ể đâyở
Chúng đc phân lo i theo chu k c a tín hi u và băng thông c a tín hi u dãi n n nh sau:ượ ạ ỳ ủ ệ ủ ệ ề ư
Fading ph ngẳ
Là Fading mà suy hao ph thu c vào t n s là không đáng k và h u nh là h ng s v i toànụ ộ ầ ố ể ầ ư ằ ố ớ
b băng t n hi u d ng c a tín hi u.ộ ầ ệ ụ ủ ệ
Fading ph ng th ng x y ra đi v i các h th ng vô tuy n có dung l ng nh và v a, do đẳ ườ ả ố ớ ệ ố ế ượ ỏ ừ ộ
r ng băng tín hi u khá nh nên fading do truy n d n đa đng và do m a g n nh là xemộ ệ ỏ ề ẫ ườ ư ầ ư
không có ch n l c theo t n s .ọ ọ ầ ố
Fading ph ng do truy n d n đa đngẳ ề ẫ ườ : hình thành do ph n x t i các ch ng ng i cũng nhả ạ ạ ướ ạ ư
s thay đi c a đ khúc x c a khí quy n c ng đô tr ng thu đc đu thu b suy gi m vàự ổ ủ ộ ạ ủ ể ườ ườ ượ ở ầ ị ả
di chuy n trong quá trình truy n d n.ể ề ẫ
Trong các h th ng chuy n ti p s LOS (Line-Of-Sight), s bi n thiên c a đ khúc x làệ ố ể ế ố ự ế ủ ọ ạ
nguyên nhân ch y u d n đn hi n t ng truy n d n đa đng mà k t qu c a nó là t n haoủ ế ẫ ế ệ ượ ề ẫ ườ ế ả ủ ổ
Fading thay đi theo t n s . Tuy nhiên, h th ng có băng tín hi u nh nên tín hi u suy haoổ ầ ố ệ ố ệ ỏ ệ
fading đa đng là nh nên có th b qua và fading đa đng đc xem là fading ph ng.ườ ỏ ể ỏ ườ ượ ẳ
Đi v i fading đa đng, vi c th c hi n đc đánh giá b ng đo công su t tín hi u thu đc t iố ớ ườ ệ ự ệ ượ ằ ấ ệ ượ ạ
m t t n s trong băng tín hi u. Đc tr ng th ng kê c a fading ph ng đa đng là phân b th iộ ầ ố ệ ặ ư ố ủ ẳ ườ ố ờ
gian fading v t quá m t m c nào đóượ ộ ứ
Fading ph ng do h p thẳ ấ ụ: Là hi n t ng sóng đi n t b h p th và b tán x do m a, tuy t,ệ ượ ệ ừ ị ấ ụ ị ạ ư ế
s ong mù.hay các ph n t khác t n t i trong môi tr ng truy n d n nên các tín hi u vào đuư ầ ử ổ ạ ườ ề ẫ ệ ầ
thu b suy gi m. Nói chung hi n t ng fading này thay đi ph thu c vào th i gian.ị ả ệ ượ ổ ụ ộ ờ
nh h ng c a flat fading tác đng lên toàn b d i t n tín hi u truy n trên kênh là nh nhau, doẢ ưở ủ ộ ộ ả ầ ệ ề ư
đó vi c tính toán đ d tr fading (fệ ộ ự ữ ading margin) d dàng h n (các t n s trong băng t n đuễ ơ ầ ố ầ ề
b tác đng nh nhau thì ch vi c tăng thêm phát cho t t c băng t n. Th c t thì có b g i là tị ộ ư ỉ ệ ấ ả ầ ự ế ộ ọ ự
đng đi u ch nh đ l i-AGC (ộ ề ỉ ộ ợ Auto Gain Control) s đi u ch nh m c bù nhi u này)ẽ ề ỉ ứ ễ
Fading l a ch n t n s (ự ọ ầ ố selective fading )
X y ra khi băng t n c a tín hi u l n h n băng thông c a kênh truy n. Do đó h th ng t c đả ầ ủ ệ ớ ơ ủ ề ệ ố ố ộ
v a và l n có đ r ng băng tín hi u l n (l n h n đ r ng kênh) s ch u nhi u tác đngừ ớ ộ ộ ệ ớ ớ ơ ộ ộ ẽ ị ề ộ
c aủ selectivefading.
Nói chung là đi toàn b băng thông kênh truy n thì nó nh h ng không đu, ch nhi u ch ít,ố ộ ề ả ưở ề ỗ ề ỗ
ch làm tăng ch làm gi m c ng đ tín hi u. Lo i này ch y u do fading đa đng gây ra.ỗ ỗ ả ườ ộ ệ ạ ủ ế ườ
Tác h i l n nh t c a lo i fading này là gây nhi u lên kí t -ISI. Selective fading tác đng lên cácạ ớ ấ ủ ạ ễ ự ộ
t n s khác nhau (trong cùng băng t n c a tín hi u) là khác nhau, do đó vi c d tr nh flatầ ố ầ ủ ệ ệ ự ữ ư
fading là không th . Do đó đ kh c ph c nó, ng i ta s d ng m t s bi n pháp:ể ể ắ ụ ườ ử ụ ộ ố ệ
1/Phân t p (ậdiversity): không gian (dùng nhi u anten phát và thu) và th i gian (truy n t i nhi uề ờ ề ạ ề
th i đi m khác nhau).ờ ể
2/ S d ng m chử ụ ạ san b ng thíchằ nghi, th ng là các ATDE (ườ Adaptive Time Domain Equalizer)
v i các thu t toán thích nghi thông d ng là C ng ép không ZF (ớ ậ ụ ưỡ Zero Forcing) và Sai s trungố
bình bình ph ng c c ti u LMS (ươ ự ể Least Mean Square error);
3/S d ng mã s a l i đ gi m BER (v n có th l n do selective fading gây nên);ử ụ ử ỗ ể ả ố ể ớ
4/Tr i ph tín hi u (pha-đinh ch n l c th ng do hi n t ng truy n d n đa đng (ả ổ ệ ọ ọ ườ ệ ượ ề ẫ ườ multipath
propagation) gây nên, tr i ph chu i tr c ti p, nh t là v i máy thu RAKE, có kh năng tách cácả ổ ỗ ự ế ấ ớ ả
tia sóng và t ng h p chúng l i, lo i b nh h ng c a multipath propagation);ổ ợ ạ ạ ỏ ả ưở ủ
5/S d ng đi u ch đa sóng mang mà tiêu bi u là OFDM (cái c a n này ngày nay đc ngử ụ ề ế ể ủ ợ ượ ứ
d ng kh p n i, trong di đng 3G, trong WIFI, WIMAX hay trong truy n hình s m t đt DVB-ụ ắ ơ ộ ề ố ặ ấ
T...)
Nói chung là fading ph ng do m a mù và đa đng (n u do hi n t ng đa đng thì ch v i cácẳ ư ườ ế ệ ượ ườ ỉ ớ
kênh băng thông h p), fading ch n l c thì ch y u do fading đa đng và kênh truy n r ngẹ ọ ọ ủ ế ườ ề ộ
(nh ng nguyên nhân khác thì không rõ nh ng khi h c thì mình ch bi t là do đa đng thôi).ữ ư ọ ỉ ế ườ
Hi n t ng fading nhi u đng có 1 bài vi t riêngệ ượ ề ườ ế đâyở
Fading nhanh và fading ch m.ậ
a/ Nguyên nhân:
- Fading nhanh (fast fading) hay còn g i làọ hi u ng Dopplerệ ứ , nguyên nhân là có s chuy n đngự ể ộ
t ng đi gi a máy thu và máy phát d n đn t n s thu đc s b d ch t n đi 1 l ng delta_fươ ố ữ ẫ ế ầ ố ượ ẽ ị ị ầ ượ
so v i t n sô phát t ng ngớ ầ ươ ứ
f_thu = f_phát. (c + v_thu) / (c+v_phát)
=> delta_f=abs[f_thu-f_phát]=abs[v/(c+v_phát)].f_phát
M c đ d ch t n s thay đi theo v n t c t ng đi (v) gi a máy phát và thu (t i cùng 1 t/sứ ộ ị ầ ẽ ổ ậ ố ươ ố ữ ạ
phát). Do đó hi n t ng này g i là fading nhanh.ệ ượ ọ
Tuy nhiên, đó không ph i là toàn b n i dung c a fading nhanh mà các hi u ng đa đngả ộ ộ ủ ệ ứ ườ
(multipath) cũng có th kéo theo s bi n đi nhanh c a m c nhi u t i đu thu gây ra fastể ự ế ổ ủ ứ ễ ạ ầ
fading.
- Fading ch m (ậslow fading): Do nh h ng c a các v t c n tr trên đng truy n. VD: tòa nhàả ưở ủ ậ ả ở ườ ề
cao t ng, ng n núi, đi…làm cho biên đ tín hi u suy gi m, do đó còn g i là hi u ng bóngầ ọ ồ ộ ệ ả ọ ệ ứ
râm (Shadowing) Tuy nhiên, hi n t ng này ch x y ra trên m t kho ng cách l n, nên t c đệ ượ ỉ ả ộ ả ớ ố ộ
bi n đi ch m. Hay s không n đnh c ng đ tín hi u nh h ng đn hi u ng cho ch nế ổ ậ ự ổ ị ườ ộ ệ ả ưở ế ệ ứ ắ
g i là suy hao ch m. Vì v y hi u ng này g i là Fading ch m (ọ ậ ậ ệ ứ ọ ậ slow fading)
Nh v y, slow fading và fast fading phân bi t nhau m c đ bi n đi nhi u t i anten thu.ư ậ ệ ở ứ ộ ế ổ ễ ạ
b/ Kh c ph c: b ng cách tính toán đ d tr fadingắ ụ ằ ọ ự ữ
- D tr fading che khu t chu n-log (d tr fading ch m - Slow/ự ữ ấ ẩ ự ữ ậ Shadowing Fading Margin)
Kho n này tính đc d a trên xác su t r t cu c g i cho phép do fading ch m gây nên, th ngả ượ ự ấ ớ ộ ọ ậ ườ
nó là 1% theo nhi u tài li u. L ng d tr fading ch m này tính đc n u ta có đc đngề ệ ượ ự ữ ậ ượ ế ượ ườ
cong m t đ xác su t fading che khu t (d ng chu n-log). Cái đng cong m t đ này có đcậ ộ ấ ấ ạ ẩ ườ ậ ộ ượ
nh ph ng pháp th ng kê (ờ ươ ố nh đo b ng driving-test đ có đc đ l ch quân ph ng (zigma)ờ ằ ể ượ ộ ệ ươ
hay còn g i là đ l ch chu n - standard deviation - c a bi n ng u nhiên m c fading che khu t,ọ ộ ệ ẩ ủ ế ẫ ứ ấ
và m t phân b chu n có k v ng b ng không hoàn toàn xác đnh đc pdf c a nó n u bi tộ ố ẩ ỳ ọ ằ ị ượ ủ ế ế
zigma).