ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN DẪN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG

September Chương ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN DẪN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG Nội dung Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn vô tuyến Tạp âm nhiễu Các mạch điều chế giải điều chế Đặc điểm truyền dẫn kênh vô tuyến di động Suy hao đường truyền Hiện tượng che khuất đa truy nhập CácFading kỹ thuật Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Các yếu tố môi trường TTDĐ Môi trường truyền dẫn: khí hậu, thời tiết Địa hình: mặt đất, đồi núi, nhà cửa, … Nguồn nhiễu thiên nhiên Nhiễu công nghiệp Nhiễu từ thiết bị vô tuyến khác Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn vô tuyến Tạp âm nhiễu Tạp âm can nhiễu làm giới hạn nhiều dải hoạt động thiết bị thông tin vô tuyến Đối với hệ thống TTDĐ, tỉ số tín hiệu tạp âm hay tín hiệu nhiễu thông số quan trọng Tỷ số tạp âm phụ thuộc vào phương pháp điều chế giải điều chế, Tỷ số tín hiệu nhiễu lại phụ thuộc mạnh vào cách thức phân ô tần số sử dụng Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Tạp âm Tạp âm cộng Cộng chồng lên tín hiệu truyền lan có biên độ phân bố theo phân bố chuẩn Gauss Tạp âm khí (dải tần 20MHz) Tạp âm vũ trụ (dải tần từ 15 – 100MHz) Tạp âm nhân tạo (chỉ ảnh hưởng vùng đông dân cư) Tạp âm nhân Là q trình điều biến tín hiệu nhiễu Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Nhiễu Nhiễu đồng kênh (CCI) Xảy hai máy phát tần số kênh CCI thường có hệ thống cellular Nhiễu kênh liền kề (ACI) Xảy sóng vơ tuyến điều chỉnh thu riêng kênh C đó, song lại chịu nhiễu từ kênh lân cận C – C + ACI ô (intracell) ACI ô (intercell) Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Các mạch điều chế giải điều chế Các mạch điều chế tốt mạch cho lỗi bit thấp với mức tín hiệu thu tạp âm thấp Mạch điều chế lựa chọn cần cân nhắc giữa: tốc độ liệu băng thông Trong môi trường fading Rayleigh Rice cần lựa chọn mạch điều chế giải điều chế cách thận trọng Đối với hệ thống tế bào, nhiễu vấn đề quan trọng nhất, mạch điều chế phải có đặc điểm riêng - độ nhạy tách sóng rung pha Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Các mạch chống fading Đối với môi trường truyền dẫn vô tuyến biến đổi theo thời gian kỹ thuật chống fading có vị trí đặc biệt quan trọng Các phương pháp thu phân tập không gian, thời gian kết hợp thường không đảm bảo yêu cầu chất lượng truyền dẫn môi trường phân tán Cần lựa chọn phương pháp chống fading phù hợp phương pháp cân để giảm nhẹ ảnh hưởng nhiễu, đặc biệt nhiễu đồng kênh CCI Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Suy hao đường truyền - path loss Khoảng khơng mà các(1) sóng truyền lan bị suy hao gọi không gian tự Mức suy hao sóng vơ tuyến phát từ anten phát đến anten thu môi trường tự (suy hao khơng gian tự do), khơng có phản xạ, anten MS BTS tầm nhìn thẳng, anten xạ đẳng hướng:  4d  L 20 log     Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Suy hao đường truyền - path loss (2) Cơng thức khác tính suy hao đường truyền điều kiện có tham gia mặt đất Phản xạ lần qua mặt đất anten xạ đẳng hướng: d: cự ly truyền (m) h1: độ cao anten trạm gốc BTS h2: độ cao anten MS  d2   L 20 log  h1h2  Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Suy hao đường truyền - path loss (4) Mô hình Hata – Okamura (1980) f: tần số sóng mang(150 – 1500 MHz) hb: chiều cao anten trạm gốc BTS (30- 200m) hm: chiều cao anten trạm di động MS (1 – 20m) d: khoảng cách từ BTS đến MS (1-20)km a(hm): hệ số hiệu chỉnh anten di động MS Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Suy hao đường truyền - path loss (5) Mơ hình truyền sóng COST 231 COST 231 gồm số vấn đề liên quan đến vô tuyến ô mô hình truyền sóng Mơ hình thiết kế để hoạt động dải tần từ 1,5 GHz đô thị ngoại ô: Cm = dB thành phố cỡ trung bình = 3dB trung tâm đô thị Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Suy hao đường truyền - path loss (5) Mơ hình truyền sóng Sakagamikubol Đây mơ hình phát triển dựa kết mơ hình Okamura Kết có mơ hình đáng quan tâm lý sau: Đưa nhiều tham số cho mơi trường thị Có thể đáp ứng phạm vi tần số từ 450 - 2200MHz Đưa quy định hợp lệ độ cao anten BTS thấp đỉnh nhà, tạo mơ hình hữu ích cho ứng dụng micro cell Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Suy hao đường truyền - path loss (6)  Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Hiện tượng che khuất shadowing Suy hao đường truyền trình bày biểu thị đặc tính truyền dẫn lấy trung bình Người ta thường gọi mức thăng giáng thay đổi mức tín hiệu diện rộng hay tượng che khuất Biến đổi tín hiệu rộng gọi fading loga chuẩn hàm mật độ phân bố xác suất biểu thị theo quy luật hàm mũ: Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Hiện tượng che khuất (2) - X = 10lg(x) [dBm], với x mức tín hiệu thực thu [mW] - Xm mức tín hiệu trung bình vùng [dBm] - độ lệch chuẩn tính theo dB Độ lệch chuẩn phụ thuộc mạnh vào môi trường vùng phục vụ Thông thường hệ thống nhà, giá trị cỡ 6-10dB Đối với hệ thống vùng rộng lớn 10dB  Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Fading (1) Fading tượng cường độ tín hiệu điểm thu thăng giáng cách ngẫu nhiên (có thể tăng cường suy giảm biên độ) Vùng giảm tín hiệu gọi chỗ trũng fading Thời gian hai trũng fading phụ thuộc vào vMS tần số phát Trong hệ thống TTDĐ, tuyến truyền lan xem NLOS Khi đó, máy thu MS thu thành phần tín hiệu tia khúc xạ, phản xạ nhiễu xạ chướng ngại vật gây Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Fading (2) Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Hiệu ứng Doppler Sự di chuyển tương đối máy phát máy thu gây hiệu ứng Doppler Sự tán xạ chướng ngại vật làm cho độ dịch chuyển Doppler thay đổi khoảng đó phổ Doppler v: tốc độ di chuyển MS [m/s] f: tần số sóng mang [Hz] c: tốc độ ánh sáng [m/s] fd: độ dịch chuyển Doppler cực đại [Hz] Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Fading phẳng (1) Fading phẳng làm thay đổi tín hiệu sóng mang dải tần số Fading nhanh (fading thời hạn ngắn) hay fading Rayleigh Xuất điều kiện đường truyền NLOS Đây loại fading nhanh (khoảng cách đỉnh – đỉnh λ/2) xảy anten MS nhận tín hiệu gồm nhiều tia phản xạ Tín hiệu nhận gồm nhiều sóng có biên độ pha khác nên biên độ có thay đổi lớn (thậm chí 0) Đặc điểm truyền dẫn thơng tin di động Fading phẳng (2) Fading Rician Xuất điều kiện đường truyền LOS Khi thành phần trực tiếp mạnh với tín hiệu khơng trực tiếp yếu tới máy thu đây, fading nhanh cịn xảy ra, nên tín hiệu khơng sắc nét Đường bao fading có dạng phân bố Rician Dạng fading xảy phần lớn môi trường nông thôn, microcell hay picocell Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Fading phẳng (3) Fading chậm (fading thời hạn dài) Do hiệu ứng che khuất vật chắn địa hình xung quanh gây nên Có phân bố chuẩn xung quanh giá trị trung bình ta lấy logarit cường độ tín hiệu Do vậy, người ta gọi fading chuẩn loga Ảnh hưởng fading làm giảm khả phủ sóng máy phát Đặc điểm truyền dẫn thơng tin di động Fading lựa chọn tần số Fading lựa chọn tần số làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụ thuộc vào f Khi xét đặc tính fading phẳng, khác biệt thời gian tới tuyến nhỏ bỏ qua Tuy nhiên, băng tần tín hiệu phát rộng khơng thể bỏ qua, đặc biệt khác biệt xấp xỉ độ rộng ký tự phát Ngoài việc làm thăng giáng cường độ tín hiệu thu, fading đa tia cịn gây phân tán thời gian dẫn đến nhiễu giao thoa ký hiệu ISI Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Các biện pháp chống fading Mã hoá kênh chống lỗi kết hợp với cài xen tín hiệu Sử dụng nhiều sóng mang Phân tập Phân tập khơng gian Phân tập tần số Phân tập góc Phân tập thời gian Phân tập phân cực Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động Kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến FDMA (Frequency Division Mutiple Access) TDMA (Time Division Mutiple Access) CDMA (Code Division Mutiple Access) SDMA (Space Division Mutiple Access) OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) Đặc điểm truyền dẫn thông tin di động