Tài liệu CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA doc

CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 36 CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA I. FADING : Hiện tượng Fading là sự thay đổi cường độ tín hiệu sóng mang cao tần gây nên b ởi sự thay đổi môi trường truyền dẫn như áp suất không khí và do sự phản xạ của tín hiệu với các vật thể trên đường truyền như nước, mặt đất… Hai dạng fading được đề cập nhiều trong hệ thống CDMA và đặc biệt là MUD: • Fading t ần số phẳng (frequencey-flat fading) : gây ảnh hưởng tới biên độ thu nhưng không ảnh hưởng tới sự méo dạng dạng sóng tín hiệu xác định. • Fading chọn lọc tần số (frequency-selective fading) : gây ảnh hưởng đến tín hiệu thu về cả độ mạnh lẫn hình dạng . II. VẤN ĐỀ GẦN XA: Ta thường gặp vấn đề gần xa trong hệ thống thông tin trải phổ. Như ta đã biết mỗi user là một nguồn nhiễu đối với các user khác. Càng có nhiều người truy cập cùng lúc thì giao thoa đối với user mong muốn càng tăng. Những user càng ở gần trạm thu thì công suất của nó phát ra được thu lại sẽ lớn hơn user khác cùng phát t ương tự ở những vị trí xa hơn do suy hao đường truyền. Nếu các user không mong muốn có công suất tương đối lớn so với user mong muốn thì sẽ gây nhiễu đáng kể cho user mong muốn. Do vậy, việc làm sao để máy thu nhận được cùng một mức công suất từ mỗi bộ phát là rất quan trọng. Từ đó người ta đưa ra khái ni ệm điều khiển công suất. Việc điều khiển công suất nhằm mục đích: mọi tín hiệu của mọi user khi đến máy thu có cùng công suất thu P. Sự phân bố của ảnh hưởng gần-xa theo ngẫu nhiên chỉ phụ thuộc vào số user và s ố chip trên bit N. Ảnh hưởng gần-xa mong muốn của dạng sóng tín hiệu xác định ngẫu nhi ên sẽ nằm ở biên dưới để tạo ra đặc tính tương quan chéo thấp. Điều này liên quan đến hệ thống trải phổ khi chiều d ài của chuỗi mã giả ngẫu nhiên lớn hơn so với chiều dài kí tự. CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 37 III. HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG : Data Ge ner a l C om m . T o w e r M áy phát Đ ường trực tiếp Đường phản xạ Hình 3.1 : Hiện tượng đa đường dẫn Trên kênh truyền vơ tuyến ln tồn tại sự truyền đa đường, nghĩa là có nhiều đường truyền từ máy phát tới máy thu. Nguy ên nhân dẫn tới hiện tượng này là: • S ự phản xạ hay khúc xạ khí quyển . • Sự phản xạ từ mặt đất, đồi núi, các tồ nhà cao ốc,… Hiện tượng đa đường sẽ gây ra sự dao động, sự thay đổi lên xuống bất thường đối với mức tín hiệu thu được. Mọi đường truyền đều có thời gian tr ì hỗn và s ự suy giảm khác nhau. u cầu đặt ra là làm sao thu được tín hiệu truyền trực tiếp và loại bỏ những tín hiệu trên những đường truyền còn lại. Trong hình trên ta xét trường hợp có hai đường truyền riêng biệt: đường trực tiếp và đường phản xạ. Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, giả sử máy thu đồng bộ với khoảng thời gian trễ của đường truyền trực tiếp. Chuỗi PN đến từ đường truyền gián tiếp sẽ khơng được đồng bộ với chuỗi PN tại máy thu như trường hợp của đường truyền trực tiếp, nên tín hiệu khơng được giải trải phổ và do đó xem như khơng đáng kể trong hệ thống. Như vậy, trong hệ thống trải phổ, nhiễu đa đường có thể được loại bỏ. IV. NHIỄU GAUSSIAN TRẮNG : Thuật ngữ nhiễu đề cập tới những tín hiệu điện khơng mong muốn ln ln tồn tại trong những hệ thống điện. Sự hiện diện của nhiễu chồng lên tín hiệu CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 38 làm cho tín hiệu không rõ ràng; nó giới hạn khả năng của máy thu trong việc lấy những quyết định kí hiệu đúng, và do đó giới hạn tốc độ truyền thông tin. Nhiễu tăng từ những nguồn khác nhau, cả nhân tạo lẫn tự nhiên. Nhiễu nhân tạo gồm những nguồn như nhiễu do sự đánh lửa buji, đóng ngắt nhanh, và những tín hiệu điện từ khác. Nhiễu tự nhiên bao gồm nhiễu thành phần và mạch điện, sự nhiễu loạn khí quyển và những nguồn từ vũ trụ. Những thiết kế tốt có thể loại bỏ nhiều nhiễu hay những ảnh hưởng không mong muốn của nhiễu thông qua việc lọc, việc chắn, lựa chọn điều chế và vị trí máy thu tối ưu. Tuy nhiên, có m ột nguồn nhiễu tự nhiên được gọi là nhiễu nhiệt hay nhiễu Johnson, ta không thể loại bỏ được nhiễu này. Nhiễu nhiệt được gây ra bởi chuyển động nhiệt của các electron trong mọi thiết bị như : điện trở, dây dẫn, … Những electron là nguyên nhân gây ra dòng điện và cũng là nguyên nhân gây ra nhi ễu nhiệt. Ta có thể mô tả nhiễu nhiệt như một loại nhiễu Gausian ngẫu nhiên trung bình zero. Nhi ễu Gaussian, n(t), là một hàm ngẫu nhiên có giá trị n ở thời gian bất kỳ và nó có đặc tính thống k ê là hàm mật độ xác suất Gaussian p(n) : 2 1 1 ( ) exp 2 2 n p n                    với 2  là phương sai của n. Hàm mật độ Gaussian chuẩn hóa của một nhiễu trung bình zero đạt được bằng cách giả sử . Hình 3.2 : Hàm mật độ xác suất chuẩn hoá Gaussian CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 39 Đặc điểm cơ bản phổ của nhiễu nhiệt là mật độ phổ công suất của nó giống nhau trên m ọi tần số của các hệ thống thông tin; hay là một nguồn nhiễu nhiệt phát ra m ột lượng giống nhau công suất nhiễu trên đơn vị băng thông ở mọi tần s ố. Do đó, một kiểu đơn giản cho nhiễu nhiệt giả sử rằng mật độ phổ công suất c ủa nó là Gn(f) là phẳng trong mọi tần số, như trong hình 3.3a 0 ( ) 2 n N G f  (watts / hertz) (a) (b) Hình 3.3 : ( a ) Mật độ công suất của nhiễu trắng, ( b ) Hàm tự tương quan Hàm tự tương quan của nhiễu trắng được cho bởi biến đổi Fourier ngược của m ật độ phổ công suất nhiễu :   1 0 ( ) ( ) ( ) 2 n n N R F G f       (*) Do đó hàm tự tương quan của nhiễu trắng là hàm delta có hệ số 0 / 2 N ở =0, nh ư trong hình 3.3b. Lưu ý rằng 0)(   n R khi   0. Công su ất trung bình, Pn, của nhiễu trắng là vô hạn vì băng thông của là vô h ạn. Điều này có thể thấy rõ: 0 2 n N P df       Mặc dù nhiễu trắng là sự trừu tượng hóa có ích, không có loại nhiễu nào thực s ự là nhiễu trắng. Tuy nhiên, nhiễu được bắt gặp trong nhiều hệ thống thực có th ể được giả sử là xấp xỉ nhiễu trắng. Ta chỉ có thể quan sát nhiễu sau khi nó đi qua một hệ thống thực có băng thông hữu hạn. Vì thế, khi băng thông của nhiễu CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 40 lớn hơn băng thông của hệ thống thì nhiễu có thể được coi là có băng thông vô hạn. Hàm delta có ngh ĩa là tín hiệu nhiễu n(t) là hoàn toàn giải tương quan từ thành ph ần dịch thời gian của nó với mọi  >0. Biểu thức (*) cho biết rằng mỗi hai m ẫu khác nhau của nhiễu trắng là không giao thoa. Vì nhiễu nhiệt là Gaussian và m ẫu không tương quan, các mẫu nhiễu cũng độc lập. Do đó, ảnh hưởng trên s ự tách nhiễu của một kênh với nhiễu Gaussian trắng cộng (AGWN) rằng nhiễu ảnh hưởng mỗi kí hiệu phát một cách độc lập. Kênh như thế được gọi là kênh không nh ớ. Vì nhi ễu nhiệt hiện diện trong tất cả các hệ thống thông tin và là nguồn nhiễu n ổi bật cho hầu hết các hệ thống. Những đặc điểm của nhiễu nhiệt: cộng, trắng, và Gaussian th ường dùng trong các hệ thống. Nhiễu Gaussian trung bình zero được biểu thị bởi phương sai của nó . V. NHIỄU ĐA TRUY NHẬP (MULTIPLE ACCESS INTERFERENCE) : Trong những hệ thống thông tin trong môi trường đa truy cập trước đây, để đáp ứ ng nhu cầu thông tin đa user, để tránh tranh chấp đường truyền, kỹ thuật cấp phát cho m ỗi người khác nhau với những dãi tần số khác nhau hay những khe th ời gian làm việc khác nhau. Ngày nay, v ới những ứng dụng của kỹ thuật trải phổ, các hệ thống thông tin có th ể giải quyết tốt các vấn đề trên mà không cần đến sự phân chia theo thời gian (TDMA) hay theo t ần số (FDMA). Nhờ vào tính chất ưu việt của mã trải phổ PN mà ta có s ự đa truy cập phân chia theo mã (CDMA). Tín hiệu của mỗi user đều được điều chế và trải phổ, sau đó được phát liên tục vào kênh thông tin chung. B ộ tách sóng sẽ thu một tín hiệu bao gồm tổng tín hiệu của các user đã được trải ph ổ, các tín hiệu chồng lên nhau về cả tần số và thời gian. Nhiễu đa truy cập đề cập đến nhiễu giữa những user DS – SS và là một yếu tố làm giới hạn dung l ượng và hiệu năng của hệ thống DS – SS. CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 41 Hình 3.4 : Mật độ phổ công suất của tín hiệu trước và sau trải phổ cho user 1 Hình 3.4 mô tả mật độ phổ công suất của tín hiệu băng gốc trước và sau khi giải tr ải phổ cho user 1. Sau khi nén phổ, công suất của user 1 được nâng lên trở lại trong kho ảng tần số tín hiệu dữ liệu [-Rb, Rb], trong khi đó các tín hiệu khác vẫn có m ật độ phổ công suất thấp. Ch ỉ phần nhiễu được tạo bởi các user khác – trong cùng băng thông tín hiệu dữ liệu [-Rb, Rb] của máy thu mới gây ra nhiễu cho tín hiệu mong muốn. Ta nhận th ấy số user tăng lên thì tổng mật độ phổ công suất trong khoảng [-Rb, Rb] cũng tăng dầ n lên và có thể tăng lên tới mật độ phổ công suất của tín hiệu mong mu ốn. Do đó, ta cần có một giới hạn cho số lượng user. Khi th ực hiện tách sóng đa truy cập, do nhiễu gaussian ảnh hưởng toàn bộ dãy t ần, tín hiệu sau trải phổ truyền ở dải thông hay dải nền đều như nhau. Nên để thuận lợi cho việc tính toán và khảo sát được nhiều loại kênh truyền, ta truyền tín hi ệu trong dải nền, không điều chế qua dải thông. . CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 36 CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA I. FADING : Hiện tượng. một nhiễu trung bình zero đạt được bằng cách giả sử . Hình 3.2 : Hàm mật độ xác suất chuẩn hoá Gaussian CHƯƠNG 3 : CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG TỚI CDMA SVTH