intTypePromotion=3

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng trong hệ thống thông tin không dây

Chia sẻ: Vu Son | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:109

0
9
lượt xem
0
download

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng trong hệ thống thông tin không dây

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu về kỹ thuật OFDM và hệ thống MIMO để kết hợp giữa công nghệ MIMO và kỹ thuật OFDM nhằm để tăng dung lượng và chất lượng cho hệ thống thông tin không dây.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng trong hệ thống thông tin không dây

  1. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 1 ần Hoài  Trung BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _______________________ HVTH: Phạm Minh Triết                                    Đề Tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MIMO­OFDM ỨNG DỤNG TRONG HỆ  THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số :  60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Cán Bộ Hướng Dẫn: TS.Trần Hoài Trung HCM, Ngày 28 Tháng 11 năm 2011 Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  2. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 2 ần Hoài  Trung TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ và tên học viên:      Phạm Minh Triết               Năm sinh: 17/06/1984                Cơ quan công tác:      Trường CĐ Công Nghệ Thông Tin TPHCM Khoá:  16 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử                        Mã số: 60.52.70 Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Hoài Trung           Bộ môn: Điện tử viễn thông 1. Tên  luận  văn:  Nghiên  cứu   kỹ   thuật   MIMO­OFDM   ứng  dụng  trong   hệ  thống thông tin không dây. 2. Mục đích nghiên cứu: nghiên cứu về kỹ thuật OFDM và hệ  thống MIMO   để kết hợp giữa công nghệ MIMO và kỹ thuật OFDM nhầm để tăng dung   lượng và chất lượng cho hệ thống thông tin không dây. 3. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết nhằm có một cái nhìn tổng  quan về kỹ thuật OFDM cũng như hệ công nghệ MIMO từ đó kết hợp lại  để tạo ra những mô hình ứng dụng cho hệ thống thông tin không dây. Chủ  yếu là  hai mô  hình Alamouti và mô  hình V_BLAST   để  cải thiện chất  lượng của hệ thống. Điểm bình quân môn hoc: Điểm bảo vệ luận văn:                                                Ngày    tháng      năm Xác nhận của cán bộ hướng dẫn: Học viên      Xác nhận của bộ môn:    Phạm Minh Triết Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  3. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 3 ần Hoài  Trung LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nhu cầu truyền thông không dây càng ngày càng tăng. Các hệ  thống thông tin tương lai đòi hỏi phải có dung lượng cao hơn, tin cậy hơn, sử  dụng băng thông hiệu quả  hơn, khả  năng kháng nhiễu tốt hơn. Hệ  thống thông   tin truyền thống và các phương thức ghép kênh cũ không còn có khả  năng đáp  ứng được các yêu cầu của hệ thống thông tin tương lai. OFDM là một phương pháp truyền khá phức tạp trên kênh vật lý, nguyên   lý cơ  bản của phương pháp là sử  dụng kỹ  thuật đa sóng mang để  truyền một  lượng lớn ký tự  tại cùng một thời điểm. Tuy nhiên kỹ  thuật OFDM lại tồi tại   một số nhược điểm như đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng.   Điều này gây ra méo phi tuyến  ở  các bộ  khuyếch đại công suất  ở  máy phát và   máy thu. Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm  giảm đi một phần hiệu suất sử dụng đường truyền.  Công nghệ  MIMO có  ưu điểm là gia tăng tốc độ  truyền dữ  liệu và mở  rộng tầm phủ sóng trên cùng một băng thông, đồng thời giảm chi phí truyền tải.  Công nghệ  MIMO cho phép đầu nhận phân loại tín hiệu và chỉ  nhận tín hiệu   mạnh nhất từ một anten tại một vị trí nào đó.  Trong công nghệ  MIMO, đầu phát sóng sử  dụng nhiều anten để  truyền   sóng theo nhiều đường khác nhau nhằm tăng lưu lượng thông tin. Dữ liệu truyền   sau đó sẽ được tập hợp lại  ở đầu nhận theo những định dạng đã được ấn định.   Tuy nhiên bị  giới hạn  ở  hệ  thống băng hẹp. Vì thế  một trong những giải pháp  được đưa ra là sự kết hợp giữa công nghệ  MIMO và kỹ  thuật OFDM nhằm để  tăng dung lượng và chất lượng cho hệ thống thông tin không dây. Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  4. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 4 ần Hoài  Trung MỤC LỤC Tờ bìa................................................................................................................... 1 Trích yếu luận văn cao học.................................................................................2 Lời mở đầu..........................................................................................................3 Mục lục................................................................................................................ 4 Danh mục các chữ viết tắt..................................................................................7 Danh mục các hình vẽ.......................................................................................10 Chương I : Tổng quan về hệ thống thông tin không dây..................................13 1.1 Hệ thống thông tin di động hiện nay...........................................................13 1.2 Kênh truyền vô tuyến .................................................................................15 1.2.1 Suy hao đường truyền...............................................................................15 1.2.2 Hiệu ứng Multipath­Fading......................................................................16 1.2.3 Hiệu ứng Dopper......................................................................................17 1.2.4 Kênh truyền Fading phẳng và chọn lọc tần số........................................19 1.2.5 Kênh truyền biến đổi nhanh và biến đổi chậm.......................................21 1.2.6 Kênh truyền Rayleigh và kênh truyền Ricean..........................................23 1.3 Phương thức ghép kênh...............................................................................24 1.3.1 Ghép kênh phân chia theo tần số..............................................................24 1.3.2 Ghép kênh phân chia theo thời gian..........................................................25 1.3.3 Ghép kênh phân chia theo mã....................................................................25 1.3.4 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao...............................................25 1.4. Các mô hình hệ thống thông tin không dây................................................26 1.4.1 Hệ thống SISO..........................................................................................26 Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  5. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 5 ần Hoài  Trung 1.4.2 Hệ thống MISO........................................................................................27 1.4.3 Hệ thống SIMO........................................................................................27 1.4.4 Hệ thống MIMO.......................................................................................28 Chương II : Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao.................................30 2.1 Lịch sử phát triển.........................................................................................30 2.2 Các ưu điểm và nhược điểm.......................................................................31 2.3 Tính trực giao trong OFDM.........................................................................32 2.4 Mô hình hệ thống.........................................................................................33 2.4.1 Mã hóa kênh..............................................................................................34 2.4.2 Kỹ thuật phân tán dữ liệu.........................................................................34 2.4.3 Chuyển đổi song song/ nối tiếp, nối tiếp/song song................................35 2.4.4 Điều chế sóng mang con...........................................................................36 2.4.5 Kỹ thuật IFT/FFT.....................................................................................37 2.4.6 Khoảng bảo vệ.........................................................................................39 2.4.7 Biến đổi D/A và A/D................................................................................43 2.4.8 Up converter và Down converter...............................................................44 2.4.9 Bộ Equalizer..............................................................................................45 2.5 Mô phỏng hệ thống OFDM.........................................................................47 Chương III : Hệ thống MIMO...........................................................................50 3.1 Tổng quan về hệ thống MIMO...................................................................50 3.1.1 Khái niệm về hệ thống MIMO................................................................50 3.1.2 Các kỹ thuật phân tập...............................................................................51 3.1.3 Độ lợi trong hệ thống MIMO...................................................................54 Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  6. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 6 ần Hoài  Trung 3.2 Kỹ thuật mã hóa không gian thời gian trong MIMO...................................56 3.2.1 Mã khối không gian thời gian STBC........................................................56 3.2.2 Mã lưới không gian thời gian STTC.........................................................59 3.3 Mô hình hệ thống MIMO............................................................................61 3.3.1 Sơ đồ Alamouti.........................................................................................66 3.3.2 Mô hình V_BLAST...................................................................................73 3.4 Kết quả mô phỏng hệ thống MIMO...........................................................87 3.4.1 Sơ đồ Alamouti.........................................................................................87 3.4.2 Sơ đồ V­BLAST.......................................................................................90 Chương IV : Kết hợp kỹ thuật OFDM với hệ thống MIMO ứng dụng trong hệ  thống thông tin không dây..................................................................................93 4.1 Giới thiệu.....................................................................................................93 4.2 Hệ thống MIMO­OFDM.............................................................................94 4.2.1 Mô hình hệ thống MIMO­OFDM.............................................................94 4.2.2 Mô hình hệ thống MIMO­OFDM Alamouti.............................................97 4.2.3 Mô hình hệ thống MIMO­OFDM V_BLAST.........................................101 4.3 Mô phỏng hệ thống MIMO­OFDM Alamouti...........................................105 4.4 Mô phỏng hệ thống MIMO­OFDM V_BLAST........................................107 4.5 So sánh các hệ thống MIMO­OFDM.........................................................108 Kết luận và hướng nghiên cứu mở.................................................................110 Lời cảm ơn......................................................................................................112 Tài liệu tham khảo...........................................................................................113 Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  7. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 7 ần Hoài  Trung DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A/D Analog to Digital ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BLAST Bell­Laboratories Layered Space­Time Code BPF Band Pass Filter BPSK Binary Phase Shift Keying BS  Base Station CDM  Code Division Multiplexing CSI Channel State Information D/A Digital to Analog DAB Digital Analog Broadcasting D­BLAST Diagonal­ Bell­Laboratories Layered Space­Time Code DFT Discrete Fourier Transform DPSK Differential Phase Shift Keying DVB ­H Digital Video Broadcasting ­ Handheld DVB ­T Digital Video Broadcasting – Terrestrial FDM  Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform FIR Finite Impluse Response Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  8. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 8 ần Hoài  Trung HDSL Hight­bir­rate Digital Subscriber Line HiperLAN2 High Performance Radio Local Area Network Type 2 ICI  InterCarrier Interference IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IFFT Inverse Fast Fourier Transform I.I.D Independent and Identically Distributed ISI InterSymbol Interference LAN Local Area Network LOS Light Of Sight LPF Low Pass Filter MIMO Multiple Input Muliple Output MISO Multiple Input single Output ML Maximum Likelihood MMSE Minimum Mean Sqare Error MMSE­IC MMSE­Interference Cancellation MS Mobile Station NLOS Non Light Of Sight OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing P/S Parallel to Serial PAPR Peak to Average Power Ratio PDF Probability Density Function Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  9. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 9 ần Hoài  Trung QAM Quadrature Amplitute Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying RF  Radio Frequency SIMO Single Input Multiple Output SISO Single Input Single Output S/P Serial to Parallel SINR Signal to Interference plus Noise Ratio SC SingleCarrier Communication STBC Space­Time Block Code STMLD Space­Time Maximum Likelihood Decoder TGn Task Group N V­BLAST Vertical­Bell­Laboratories Layered Space­Time ZF Zero­Forcing ZF­OIC Zero­Forcing – Ordered Interference Cancellation Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  10. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 10 ần Hoài  Trung DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Quá trình phát triển thông tin di dộng tế bào Hình 1.2: Mô hình kênh truyền Fading đa đường Hình 1.3: Hiệu ứng Doppler Hình 1.4: Đáp ứng kênh truyền Fading phẳng Hình 1.5: Đáp ứng kênh truyền Fading chọn lọc tần số Hình 1.6: Kênh truyền thay đổi theo thời gian Hình 1.7: Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh và Ricean Hình 1.8: Hệ thống SISO Hình 1.9: Hệ thống MISO Hình 1.10: Hệ thống SIMO Hình 1.11: Hệ thống MIMO Hình 2.1: Cấu trúc của một tín hiệu OFDM Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM Hình 2.3: Bộ chuyển đổi S/P Hình 2.4: Bộ chuyển đổi P/S Hình 2.5: Mô tả ứng dụng chuỗi bảo vệ trong việc chống nhiễu ISI Hình 2.6: Trải trễ nhỏ hơn khoảng bảo vệ sẽ không gây ra ISI và ICI Hình 2.7: Thành phần của ký tự OFDM thu được khi truyền qua kênh Multipath Hình 2.8: Những ký tự OFDM thu được sau khi truyền qua kênh truyền Multipath Hình 2.9: Bộ chuyển đổi D/A và A/D Hình 2.10: Bộ up­converter và down­converter Hình 2.11: Bộ Equalizer miền tần số Hình 2.12: Kết quả  mô phỏng BER OFDM Hình 3.1: Tổng quan hệ thống MIMO Hình 3.2: Phân tập theo thời gian Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  11. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 11 ần Hoài  Trung Hình 3.3: Kỹ thuật Beamforming Hình 3.4: Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền Hình 3.5: Phân tập không gian giúp cải thiện SNR Hình 3.6: Mô hình hệ thống băng gốc Hình 3.7: Ma trận mã STBC Hình 3.8: Sơ đồ mã lưới Hình 3.9: Mô tả sơ đồ mã hóa với k = 1, K = 3 và n = 2 Hình 3.10: Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k = 1, K = 3 và n = 2 Hình 3.11 : Chuyển đổi kênh truyền MIMO thành các kênh truyền song song Hình 3.12 : Mô hình phân tập  khi Nt>Nr Hình 3.13: Mô hình phân tập khi NT
  12. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 12 ần Hoài  Trung Hình 4.2: Mô hình hệ thống MIMO­OFDM Hình 4.3: Ma trận kênh truyền Hình 4.4: Máy phát MIMO–OFDM Alamouti Hình 4.5: Máy thu MIMO­OFDM Alamouti Hình 4.6: Máy phát MIMO­OFDM VBLAST Hình 4.7 : Máy thu MIMO­OFDM VBLAST Hình 4.8: ZF/MMSE Decoder Hình 4.9 : Mô phỏng hệ thống MIMO­OFDM Alamouti Hình 4.10: Mô phỏng MIMO­OFDM V_BLAST Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  13. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 13 ần Hoài  Trung CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY 1.1. Hệ thống thông tin di dộng hiện nay Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn   của mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G. Mạng 2G có thể phân ra hai loại:  mạng 2G dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA. Đánh dấu điểm   mốc bắt đầu của mạng 2G là sự  ra đời của mạng D­AMPS (hay IS­136) dùng  TDMA phổ  biến  ở  Mỹ. Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS­95) dùng CDMA  phổ  biến  ở  châu Mỹ  và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra  đời đầu tiên  ở  Châu Âu và hiện được triển khai rộng khắp thế  giới. Sự  thành  công của mạng 2G là do dịch vụ và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu  biểu là chất lượng thoại và khả năng di động.  Hình 1.1:  Quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào. Tiếp nối thế hệ thứ hai 2G, mạng thông tin di động thế  hệ  thứ  ba 3G đã   và đang được triển khai nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của mạng   3G so với mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển   Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  14. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 14 ần Hoài  Trung khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS   sử  dụng kỹ  thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử  dụng kỹ  thuật CDMA. Tuy   nhiên đối tượng sử dụng thông tin di động rất đa dạng và nhu cầu ngày càng tăng   dẫn đến yêu cầu bức thiết cho sự ra đời và phát triển của hệ thống thông tin di   động thế hệ thứ tư 4G (Fourth­Generation). 4G có yêu cầu kỹ  thuật dung lượng lớn và tốc độ  dữ  liệu cao trong khi   băng thông cho phép lại không được mở  rộng. Yêu cầu đó đã thúc đẩy những   nghiên cứu về hệ thống đa đầu vào đa đầu ra MIMO (Multi Input Multi Output)  và đạt được nhiều thành công đáng kể. Như ta đã biết môi trường truyền dẫn vô  tuyến rất phức tạp do suy hao, xen nhiễu fading, hiệu  ứng Doppler … đã gây ra  nhiều khó khăn cho việc nhận dạng tín hiệu tại đầu thu. Các kỹ  thuật phân tập   góp phần đáng kể  trong trong việc giảm fading  đa đường. MIMO là một hệ  thống đa anten  ở  đầu phát, đầu thu, áp dụng kỹ  thuật phân tập, mã hoá nhằm   tăng dung lượng kênh truyền, cải thiện hiệu quả  phổ  mà không phải tăng công  suất phát hay băng thông. Nhiều cấu trúc MIMO đã được đề  xuất và đạt được   nhiều hiệu quả  to lớn như cấu trúc không gian­thời gian lớp dọc của phòng thí  nghiệm Bell V­BLAST (Vertical­Bell Laboratories Layered Space­Time), mã hoá  khối   không   gian­thời   gian   STBC   (Space­Time   Block   Coding),   mã   hoá   Trellis  không gian­thời gian STTC (Space­Time Trellis Coding)… Khi tốc độ truyền dẫn tăng cao trên các kênh truyền băng rộng, đặt biệt là   các kênh fading lựa chọn tần số, nhiễu liên ký tự (Inter­Symbol Interference) xuất  hiện do độ trễ của kênh truyền, làm tăng tốc độ lỗi bit BER (Bit Error Rate) một   cách đáng kể. Để  giải quyết vấn đề  này, một kỹ  thuật điều chế  đa sóng mang  mang   tên   ghép   kênh   phân   chia   theo   tần   số   sóng   mang   trực   giao   OFDM  (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) được áp dụng cho các hệ  thống  truyền dẫn. Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ  cao   thành các luồng dữ liệu tốc độ  thấp hơn và phát đồng thời trên một số  các sóng  mang con trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con   Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  15. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 15 ần Hoài  Trung song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ  trải trễ  đa đường  được giảm xuống. Nhiễu liên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc  đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong khoảng   thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ  theo chu kỳ  để  tránh nhiễu  giữa các sóng mang ICI. Nhận thấy những tiềm năng to lớn của MIMO và OFDM, các nhà thiết kế  đã kết hợp cả hai vào một hệ thống truyền dẫn để tận dụng ưu điểm của chúng.   Thành công rực rỡ  đã đặt MIMO­OFDM làm nền tảng cho sự  phát triển 4G.   Trong tương lai, nhiều nghiên cứu sẽ  đựơc phát triển để  cải tiến chất lượng,   dung lượng của hệ thống MIMO­OFDM. 1.2. Kênh truyền vô tuyến Trong hệ  thống thông tin di động, kênh truyền vô tuyến là một yếu tố  được quan tâm nhiều. Bản chất thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian và không gian  của kênh truyền gây ra những ảnh hưởng lớn đến hoạt động hệ  thống. Để  hạn   chế ảnh hưởng của kênh truyền và thiết kế hệ thống với các thông số tối ưu, ta   phải hiểu được các đặc tính của kênh truyền vô tuyến và mô hình hóa kênh   truyền hợp lý. 1.2.1. Suy hao đường truyền Trong suốt quá trình truyền, tín hiệu vô tuyến bị  yếu dần theo khoảng   cách, bởi vì sóng của tín hiệu vô tuyến lan truyền sẽ bị lan tỏa ra và do đó mật  độ công suất sẽ bị suy giảm. Trong không gian tự do, sóng truyền sẽ bị lan tỏa ra  có dạng hình cầu và dẫn đến mật độ  công suất sẽ  giảm tỷ  lệ với diện tích bề  mặt của hình cầu này. Công suất tại phía thu trong không gian tự do là. 2 PR PT G T G R 4 R Trong đó PT là công suất phía phát (W). PR là công suất thu được (W). Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  16. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 16 ần Hoài  Trung GT là độ lợi anten phát. GR là độ lợi anten thu.  R là khoảng cách truyền (m).  λ  là bước sóng của sóng mang. 1.2.2. Hiệu ứng Multipath­Fading Đa đường trong kênh truyền di động tạo ra kết quả Fading diện hẹp. Tín  hiệu đến phía thu từ nhiều đường khác nhau, mỗi đường là một bản sao của tín  hiệu gốc.Tín hiệu trên mỗi đường này có độ  trải trễ  khác nhau và độ  lợi khác   nhau. Sự  trải trễ  này làm cho tín hiệu từ  mỗi đường bị  dich pha so với tín hiệu  gốc. Ở phía thu sẽ tổng hợp các tín hiệu từ các đường này, kết quả là phía thu sẽ  có biên độ  và pha thay đổi rất nhiều so với tín hiệu phát. Fading có thể  là  ưu   điểm khi các tín hiệu đa đường cùng pha với nhau làm tăng cường độ  tín hiệu ở  bên thu, cũng có thể  gây ra triệt tiêu các tín hiệu đa đường khi ngược pha nhau  tạo thành hiện tường Fading sâu. Đường trễ L L (t ) L (t ) Đường trễ  1 1(t ) 1 (t ) Máy phát Tx Máy thu  Rx Hình 1.2: Mô hình kênh truyền Fading đa đường  là độ lợi đường thứ L.  độ trễ đường thứ L. Để  so sánh tính chất của kênh truyền, người ta sử  dụng thông số  tán xạ  thời gian như:   trễ  vượt mức (excess delay spread), tr ễ  trung bình vượt mức   (mean excess delay) và trễ hiệu dụng (rms delay spread). Và các thông số này có   Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  17. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 17 ần Hoài  Trung thể  được tính từ  đặc tính từ  bộ  thu của các thành phần đa đường (power delay  profile). Power delay profile được đo bằng thực nghiệm. 1.2.3. Hiệu ứng Doppler Khi nguồn tín hiệu và bên thu chuyển động tương đối với nhau, tần số tín  hiệu thu không giống bên phía phát. Khi chúng di chuyển cùng chiều (hướng về  nhau) thì tần số nhận được lớn hơn tần số tín hiệu phát, và ngược lại khi chúng  di chuyển ra xa nhau thì tần số tín hiệu thu được là giảm xuống người ta gọi là  hiệu ứng Doppler. d A B v Hình 1.3: Hiệu ứng Doppler Vật di chuyển với vận tốc v. Khi đó sự thay đổi về pha giữa 2 điểm X và Y là: 2π∆l 2π v∆t ∆ = = cosθ λ λ Độ lệch dịch tần số là:  1 ∆ v fd = = cosθ = f m cosθ 2π ∆t λ v f Dịch Doppler cực đại fm (BD):   f m = =v c λ c fc  , , c là lần lượt là tần số  sóng mang, bước sóng sóng mang và vận tốc ánh   sáng.  Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  18. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 18 ần Hoài  Trung Thời gian kết hợp TC là đối ngẫu trong miền thời gian của trải Doppler,   dùng để  mô tả  sự  tán xạ  tần số  và bản chất thay đổi theo thời gian của kênh  truyền và thời gian kết hợp tỷ lệ nghịch với trải Doppler cực đại fm. 1 Tc = fm Thời gian kết hợp là khoảng thời gian mà đáp ứng xung kênh truyền không   thay đổi và đó là khoảng thời gian mà 2 tín hiệu có sự tương quan về biên độ. Với hàm tương quan lớn hơn 50%. 9 Tc = 16π f m Người ta phân loại các kênh truyền Fading diện hẹp như sau: Phân loại Điều kiện Fading BW σ τ Fading phẳng Trải trễ đa đường BW >Bc ; Ts>BD ; Ts
  19. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 19 ần Hoài  Trung Hình 1.4: Đáp ứng của kênh truyền Fading phẳng Phổ  tín hiệu có băng thông nhỏ  hơn băng thông kết hợp kênh truyền và   chu kỳ  symbol lớn hơn trải trễ của kênh truyền. Các đặc tính của phổ  tín hiệu  truyền đi được bảo toàn, mọi thành phần tần số khi truyền qua kênh sẽ  chịu sự  suy giảm và dịch tần gần như nhau nhưng cường độ tín hiệu thu lại thay đổi theo   thời gian do ảnh hưởng hiện tượng đa đường.Tín hiệu sẽ thay đổi theo thời gian  nhưng phổ  tín hiệu không đổi. Kênh truyền fading phẳng được xem như  kênh   truyền thay đổi biên độ và còn được gọi là kênh truyền băng hẹp. Kênh truyền fading chọn lọc tần số: Hình 1.5: Đáp ứng kênh truyền chọn lọc tần số Phổ tín hiệu có băng thông lớn hơn băng thông kết hợp kênh truyền và chu  kỳ symbol nhỏ hơn trải trễ của kênh truyền. Kênh truyền chọn lọc tần số là kênh  truyền có đáp  ứng tần số  khác nhau trên một dải tần số, tức đáp  ứng tần số  không bằng phẳng trong toàn bộ  dải tần đó, do đó tín hiệu tại các tần số  khác  nhau khi qua kênh truyền sẽ  có sự  suy hao và xoay pha khác nhau. Một kênh   truyền có bị xem là chọn lọc tần số hay không còn tùy thuộc vào băng thông của  tín hiệu truyền đi. Nếu trong toàn khoảng băng thông của tín hiệu đáp ứng tần số  Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết
  20. Luận Văn Cao Học                                              GVHD: TS. Tr 20 ần Hoài  Trung là bằng phẳng, ta nói kênh truyền không chọn lọc tần số (frequency nonselective   fading channel), hay kênh truyền phẳng (flat fading channel). Ngược lại nếu đáp ứng tần số của kênh truyền không phẳng, không giống   nhau trong băng thông tín hiệu, ta nói kênh truyền là kênh truyền chọn lọc tần số  (frequency selective fading channel). Mọi kênh truyền vô tuyến đều không thể có  đáp ứng bằng phẳng trong cả dải tần vô tuyến, tuy nhiên kênh truyền có thể xem  là phẳng trong một khoảng nhỏ tần số nào đó. Hình 1.5 cho ta thấy kênh truyền  sẽ là chọn lọc tần số đối với tín hiệu truyền có băng thông lớn nằm từ  30 MHz   đến 95MHz. Nhưng nếu tín hiệu có băng thông nhỏ  khoảng 20 MHz thì kênh   truyền sẽ là kênh truyền fading phẳng. Kênh truyền chọn lọc tần số còn gọi là kênh truyền rộng. 1.2.5. Kênh truyền biến đổi nhanh và kênh truyền biến đổi chậm Kênh truyền vô tuyến sẽ có đáp  ứng tần số  không đổi theo thời gian nếu  cấu trúc của kênh truyền không đổi theo thời gian. Tuy nhiên mọi kênh truyền   đều biến đổi theo thời gian, do các vật thể  tạo nên kênh truyền luôn luôn biến  đổi, luôn có vật thể mới xuất hiện và vật thể cũ mất đi, xe cộ luôn thay đổi vận   tốc, nhà cửa, công viên, có thể được xây dựng thêm hay bị phá hủy đi… Hình 1.5   cho thấy công suất tín hiệu thu được thay đổi theo thời gian dù tín hiệu phát đi có   công suất không đổi tức là kênh truyền đã thay đổi theo thời gian. Cöôø ng ñoätín hieä u 0 t             Hình 1.6: Kênh truyền thay đổi theo thời gian Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử                            HVTH: Phạm Minh  Triết

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản