ÔN TẬP THI CUỐI KỲ MÔN HỆ THỐNG MẠNG WIRELESS
Phần lý thuyết
Truyền sóng trong không gian trống trải: công thức tính công suất, độ lợi antenna
Trước tiên, hãy xem xét một phần tử ăng-ten toàn hướng, phát xạ đẳng hướng với mức
công suất PT watt.
Mật độ công suất nhận được ở khoảng cách d m là:
Công suất nhận được PR sau đó được cho bởi:
Anten phát có độ lợi:
Các hiện tượng fading trong truyền thông không dây: pathloss, shadow fading,
multiple fading
Pathloss: Thông thường, công suất trung bình trường xa (far-field) của sóng vô tuyến,
được đo trên các khoảng cách nhiều bước sóng (wavelength), sẽ giảm theo tỷ lệ
nghịch với khoảng cách lớn hơn mức độ lũy thừa bậc 2 (d^2). Nói cách khác, công
suất giảm theo khoảng xấp xỉ 1/d^4.
Shadowing fading: Công suất thực tế nhận được, sau khi được đo trên các khoảng
cách tương đối lớn gồm nhiều bước sóng, sẽ dao động ngẫu nhiên quanh mức công
suất trung bình này. Nó xảy ra khi các vật thể như tòa nhà, cây cối hoặc núi cản trở
đường truyền trực tiếp giữa máy phát và máy thu, khiến công suất tín hiệu nhận được
bị nhiễu loạn ngẫu nhiên.
Multiple fading: Một hiện tượng quan trọng trong truyền thông không dây là đa lộ
fading (multipath fading). Hiện tượng này xảy ra khi tín hiệu từ máy phát đi đến máy
thu không chỉ theo một đường thẳng duy nhất mà còn theo nhiều đường khác nhau, do
phản xạ từ các vật thể xung quanh như tòa nhà, cây cối, đồi núi, v.v.
Mô hình 2 tia tới
Mô hình truyền hai tia (two-ray propagation model) là mô hình đơn giản nhất để minh
họa ảnh hưởng của đa tia (multiple rays) do phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ lên công suất
trung bình nhận được tại máy thu.
Doppler frequency shift: the average fade duration τ f
Mối quan hệ giữa sự thay đổi tần số Doppler và thời lượng mờ dần trung bình (τ_f)
trong kênh truyền thông không đơn giản và phụ thuộc vào một số yếu tố. Tuy nhiên,
tôi có thể cung cấp một số hiểu biết chung:
Sự thay đổi tần số Doppler:
_Phát sinh do chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu làm cho tần số tín
hiệu thu bị lệch so với tần số phát.
_Lượng dịch chuyển (fd) tỷ lệ thuận với vận tốc tương đối và tỷ lệ nghịch với bước
sóng của tín hiệu.
Thời lượng mờ dần trung bình (τ_f):
_Biểu thị thời gian trung bình cần thiết để công suất tín hiệu nhận được giảm dần từ
giá trị đỉnh đến ngưỡng cụ thể (thường là 10 dB dưới mức đỉnh) và sao lưu lại.
_Đặc trưng cho tần số của các sự kiện Fading trong kênh.
Mối quan hệ giữa chúng: Không có tỷ lệ trực tiếp: Mặc dù sự dịch chuyển Doppler
ảnh hưởng đến động lực của quá trình làm mờ, nhưng nó không trực tiếp xác định thời
lượng mờ dần trung bình.
Các yếu tố ảnh hưởng đến τ_f:
_Trải Doppler: Trải Doppler rộng hơn (phạm vi dịch chuyển tần số có thể lớn hơn)
dẫn đến thời lượng mờ dần ngắn hơn.
_Đặc điểm kênh: Sự lan truyền đa đường và số lượng đường dẫn ưu thế có thể ảnh
hưởng đến tốc độ pha đinh.
_Băng thông tín hiệu: Tín hiệu có băng thông rộng hơn có xu hướng có thời lượng mờ
dần ngắn hơn.
Vì thế:
_Dự đoán τ_f chỉ dựa vào sự dịch chuyển Doppler là không chính xác. Các yếu tố
khác cần được xem xét.
_Có nhiều mô hình và kỹ thuật khác nhau để ước tính τ_f dựa trên đặc điểm kênh và
tham số Doppler.
Thêm thông tin:
_Để hiểu chính xác hơn, bạn cần chỉ định loại kênh fade (ví dụ: Rayleigh, Rician) và
bối cảnh cụ thể của ứng dụng của bạn.
_Các chi tiết bổ sung về băng thông tín hiệu, môi trường truyền sóng và ngưỡng giảm
dần mong muốn cũng có thể hữu ích trong việc đưa ra câu trả lời chính xác hơn.
Delay spread τav: công thức (2.48), Examples 1, 2, 3 (p/44,45)
Các kỹ thuật hạn chế ảnh hưởng của fading: Nguyên lý, mục đích của Equalization
techniques, Diversity reception, RAKE receiver
Kỹ thuật cân bằng (Equalization):
Mục đích:•Loại bỏ hoàn toàn nhiễu xuyên ký hiệu (Inter-symbol Interference - ISI)
nếu có thể, hoặc ít nhất là giảm thiểu nó.
Thực hiện:•Cân bằng được thực hiện ở tầng baseband, tín hiệu méo mó nhận được
trước tiên được giải điều chế xuống dải tần mang thông tin.
Mô hình kênh:•Để loại bỏ nhiễu xuyên ký hiệu trên các kênh như kênh không dây, cần
ước lượng và mô hình hóa kênh.
Kỹ thuật thu đa dạng (Diversity reception):
Được sử dụng để giảm thiểu tác động của fading (sự suy yếu) lên việc truyền tín hiệu
kỹ thuật số: nhiều mẫu độc lập của tín hiệu kỹ thuật số được truyền và/hoặc nhận tại
mỗi khoảng thời gian ký hiệu, và được sử dụng để giảm xác suất lỗi trong việc phát
hiện tín hiệu được truyền trong khoảng thời gian đó.
Đa dạng không gian (Space diversity):•nhiều mẫu tín hiệu có thể được thu được bằng
cách sử dụng nhiều anten.
Đa dạng tần số (Frequency diversity):•truyền tín hiệu trên nhiều kênh tần số.
Đa dạng thời gian (Time diversity):•bằng cách nhận nhiều mẫu theo thời gian của một
tín hiệu nhất định.
Đa dạng góc (Angle diversity):•các anten thu hướng sẽ được sử dụng, hướng theo các
hướng khác nhau và nhận các tín hiệu tán xạ độc lập từ các hướng đó.
Đa dạng phân cực (Polarization diversity):•một tín hiệu sẽ được truyền đồng thời trên
mỗi trong hai hướng phân cực trực giao. Nhiều anten có thể được đặt tại bộ thu, bộ
phát hoặc cả hai.
Kỹ thuật MIMO (Multiple-input Multiple-output):
Một kỹ thuật tổng quát hơn để vượt qua fading và các nhiễu loạn tín hiệu khác, liên
quan đến việc sử dụng nhiều anten ở cả bộ phát và bộ thu, và được gọi chung là thu
MIMO (nhiều đầu vào/nhiều đầu ra) đã nhận được sự quan tâm lớn trong những năm
gần đây vì tiềm năng cải thiện đáng kể việc thu sóng.
Rake receiver là một loại bộ thu vô tuyến được thiết kế đặc biệt để cải thiện hiệu suất
của các hệ thống truyền tín hiệu băng rộng trên kênh đa đường, điển hình như hệ
thống truy cập đa chia mã CDMA (Code-Division Multiple Access).
Channel reuse, mạng tế bào 1 chiều, 2 chiều, công thức tính SIR
Channel reuse : Trong hệ thống di động, khoảng cách tái sử dụng lớn sẽ giảm nhiễu
đồng kênh nhưng đồng thời giảm băng thông phân bổ cho mỗi ô. Ngược lại, khoảng
cách tái sử dụng nhỏ sẽ tăng băng thông nhưng khiến nhiễu đồng kênh tăng. Do đó,
lựa chọn khoảng cách tái sử dụng tối ưu cần cân bằng giữa hai yếu tố này.
Mạng tế bào 1 chiều :
Hầu hết các hệ thống không dây hiện đại được tổ chức thành các•ô địa lý, mỗi ô được
kiểm soát bởi một•trạm gốc.
Khái niệm về các ô, những•cụm địa lý•riêng biệt, mỗi ô được điều khiển bởi một trạm
gốc, nhằm cải thiện dung lượng truyền thông của hệ thống không dây, lần đầu tiên
được đề xuất vào năm 1947 bởi Phòng thí nghiệm Bell ở Hoa Kỳ.
Việc sử dụng các ô có thể•tăng dung lượng•của một hệ thống không dây, cho phép
nhiều người dùng giao tiếp đồng thời hơn.
Số lượng cuộc gọi đồng thời mà một hệ thống di động có thể chứa đựng về cơ bản
được xác định bởi•tổng phân bổ phổ tần•cho hệ thống đó và•băng thông cần thiết•để
truyền tín hiệu được sử dụng trong xử lý cuộc gọi.
Ý tưởng cơ bản với các hệ thống di động là•tái sử dụng các kênh•trong các ô khác
nhau, tăng dung lượng.
Để giải thích cách các ô cải thiện dung lượng hệ thống, hãy xem xét một ví dụ đơn
giản một chiều.
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR), thường được gọi là•tỷ số sóng mang trên nhiễu (CIR),
là tỷ lệ giữa công suất tín hiệu trung bình mong muốn tại một máy thu và tổng công
suất nhiễu trung bình.
Tỷ số SIR phải lớn hơn một ngưỡng nhất định để đảm bảo tín hiệu hoạt động chính
xác.
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại thiết bị di động tại điểm P:
Pint: Biểu diễn•công suất nhiễu chuẩn hóa•(đã được chia cho một tham chiếu để so
sánh dễ dàng).
R: Chiều rộng một nửa (từ tâm đến mỗi cạnh) của mỗi•ô tế bào.
n: Hệ số có thể bằng 3 hoặc 4, phụ thuộc vào mô hình cụ thể đang được sử dụng