Các loại nhiễu trong di động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG  BÁO CÁO THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐỀ TÀI: CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG GV hướng dẫn : Nhóm thực : Trương Tấn Quang Dương Quang Long 0620032 Nguyễn Thị Tân 0620102 Đinh Văn Lợi 0620041 Trần Bình Trọng 0620089 CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG MỤC LỤC MỤC LỤC .1 LỜI MỞ ĐẦU .………2 1.Nhiễu trắng 1.1 Khái niệm nhiễu trắng 1.2 Các phép biểu diễn toán học nhiễu trắng 1.3 Phổ công suất nhiễu trắng có băng tần giới hạn: .4 Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) 2.2 Các biện pháp khắc phục nhiễu ISI 2.2.1 Bộ lọc cos nâng: 2.2.2 Bộ lọc ngang ép không: Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference) .11 3.1 Nhiễu liên kênh ICI 11 3.2.Nhiễu xuyên kênh OFDM kênh thông tin di động .12 3.2.1 Giới thiệu 12 3.2.2 OFDM kênh thay đổi theo thời gian 13 3.2.3 Phân tích nhiễu xuyên kênh (ICI) 15 3.2.4 Kết luận 19 3.3.ISI ICI hệ thống FDM .19 Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference) .23 4.1 Khái niệm chung 23 4.2.Tái sử dụng tần số 24 4.2.1.Khái niệm tái sử dụng tần số 24 4.3.Các mẫu tái sử dụng tần số .29 4.3.1 Mẫu 3/9 29 4.3.2.Mẫu 4/12 .30 4.3.3.Mẫu 7/21 .31 4.3 Nhận xét 31 4.3.1 So sánh mẫu sử dụng tần số: 31 4.3.2 Dung lượng tỉ số C/I 31 Nhiễu đa truy nhập (Multiple Access Interference) 32 KẾT LUẬN 37 CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG LỜI MỞ ĐẦU Nhiễu vấn đề quan trọng thông tin di động, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, xử lý tín hiệu truyền tín hiệu làm gây méo tín hiệu xuất tạp âm thiết bị tái tạo lại tín hiệu Vì ta phải giám sát chúng tìm biện pháp khắc phục tín hiệu nhiễu đến mức tối đa để tăng chất lượng của tín hiệu Bài báo cáo trình bày cách ngắn gọn lý thuyết 05 loại nhiễu thông tin di động Nắm vững lý thuyết nhiễu tìm hiểu, nghiên cứu biện pháp khắc phục chúng giúp mạng thông tin di động nâng cao chất lượng, hiệu Bố cục tiểu luận gồm có 05 phần, tương ứng với 05 loại nhiễu, là: Nhiễu trắng ( White Gaussian Noise) Nhiễu xuyên âm ( Intersymbol Interference) Nhiễu xuyên kênh ( Interchannel Interference) Nhiễu đồng kênh ( Cochannel Interference) Nhiễu đa truy nhập ( Multiple access Interference) - 1.Nhiễu trắng CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG 1.1 Khái niệm nhiễu trắng Nhiễu trắng q trình xác xuất có mật độ phổ công suất phẳng (không đổi ) toàn dải tần Nhiễu trắng loại nhiễu có hàm mật độ xác suất tuân theo phân bố Gauss Nhiễu trắng nhiều nguồn khác gây thời tiết,do khuếch đại máy thu, nhiệt độ, hay người.Tín hiệu thu viết lại sau: 1.2 Các phép biểu diễn toán học nhiễu trắng CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG Về mặt toán học, nguồn nhiễu trắng n(t) mơ hình biến xác suất Gauss với giá trị kì vọng μ =0 độ lệch chuẩn σ2 μ =E[x]=0 σ2 =E[(x- μ)2] Hình 2: Hàm phân bố Gauss Do kỳ vọng không nên độ lệch chuẩn phương sai biến ngẫu nhiên x Cụ thể nhiễu trắng có công suất không đổi σ2 1.3 Phổ công suất nhiễu trắng có băng tần giới hạn: Về mặt lí thuyết ,nhiễu trắng có băng tần vơ hạn cơng suất nhiễu đặn tần số Về mặt thực tế khơng có hệ có băng tần vô hạn mà bị giới hạn băng tần Do mật độ phổ cơng suất nhiễu bị giới hạn hình CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG Ở hình ta giả sử hệ thống có băng tần giới hạn B = 2ωg , vớichu kì lấy mẫu ta Mật độ phổ cơng suất nhiễu hình1 viết lại sau: Tất biến ngẫu nhiên không tồn phép biến đổi Fourier mà tồn hàm tự tương quan hàm mật độ cơng suất,trong hàm mật độ cơng suất phép biến đổi Fourier hàm tự tương quan.Ở phương trình Фnn(jω) hàm mật độ công suấtnn(jω) hàm mật độ công suấtω) hàm mật độ công suất nhiễu φnn(τ) hàm tự tương quan nhiễu với định nghĩa :nn(τ) hàm tự tương quan nhiễu với định nghĩa :) hàm tự tương quan nhiễu với định nghĩa : φnn(τ) hàm tự tương quan nhiễu với định nghĩa :nn(τ) hàm tự tương quan nhiễu với định nghĩa :) = E[n(t)n(t+ τ) hàm tự tương quan nhiễu với định nghĩa :)] = σ2 si ωg τ) hàm tự tương quan nhiễu với định nghĩa : Theo phương trình hàm tự tương quan biến đổi Fourie ngược hàm mật độ phổ công suất Do hàm mật độ phổ cơng suất có dạng hình chữ nhật hình 1, kết biến đổi Fourie ngược hàm hình chữ nhật cho ta hàm số Si() Cơng suất nhiễu tính từ hàm mật độ công suất nhiễu hàm tự tương quan nhiễu sau: CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG Khi tỉ số tín hiệu tạp âm tính theo cơng thức sau: SNR=Ps/Pn Với Ps cơng suất tín hiệu có ích.Tỉ số định chất lượng tín hiệu dung lượng kênh Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác từ hướng khác từ phát đến thu điều tránh khỏi Ảnh hưởng làm biến dạng hồn tồn mẫu tín hiệu khiến bên thu khơng thể khơi phục lại tín hiệu gốc ban đầu Các kỹ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DSCDMA chuẩn 802.11b dễ bị ảnh hưởng nhiễu đa đường thời gian trễ vượt khoảng thời gian ký tự OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần nên kéo dài thời gian truyền ký tự lên nhiều lần Ngồi ra, OFDM cịn chèn thêm khoảng bảo vệ (guard interval - GI), thường lớn thời gian trễ tối đa kênh truyền, hai ký tự nên nhiễu ISI bị loại bỏ hồn tồn.2.1 Đặc điểm:Dải thơng tuyệt đối xung nhiều mức đỉnh phẳng vô hạn Nếu xung lọc không chúng truyền qua hệ thống thơng tin chúng trải miền thời gian xung cho kí hiệu chèn vào khe thời gian bên CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG cạnh gây nhiễu kí hiệu (ISI).ISI tượng nhiễu liên kí hiệu ISI xảy hiệu ứng đa đường, tín hiệu tới sau gây ảnh hưởng lên kí hiệu trước Chẳng hạn hình phía trên, ta thấy rõ tín hiệu phản xạ (reflection) đến máy thu theo đường truyền dài so với tín hiệu cịn lại 2.2 Các biện pháp khắc phục nhiễu ISI Trong hệ thống đơn sóng mang, ISI vấn đề nan giải Lí độ rộng băng tần tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian kí hiệu Do vậy,nếu muốn tăng tốc độ truyền liệu hệ thống này, tức giảm khoảng kí hiệu, vơ hình chung làm tăng mức trải trễ tương đối Lúc hệ thống nhạy với trải trễ Và việc thêm khoảng bảo vệ khó triệt tiêu hết ISI Để giảm nhiễu xuyên âm người ta phải làm hạn chế dải thông mà không gây ISI Khi dải thơng bị giới hạn, xung có đỉnh trịn thay đỉnh phẳng Một phương pháp để loại bỏ nhiễu ISI dùng lọc cos nâng lọc ngang ép không (phương pháp Nyquist I) 2.2.1 Bộ lọc cos nâng: Tín hiệu từ nguồn gồm có M phần tử, song hạn chế khảo sát trường hợp phần tử si(t) tập tín hiệu khác biên độ, tức ta hạn chế xét hệ thống điều chế biên độ xung PAM Thực tế hệ thống xem gán cho tin mk số ak mà biên độ xung đầu tạo xung nhân với Ta giả sử tạo xung cho xung Dirắc thời điểm t=kTs Các xung dạng dirac này, có biên độ thay đổi tuỳ theo thay đổi giá trị mk, qua lọc T(ω) tới kênh truyền Phần máy thu hình 2.2 máy thu tối ưu, thu lọc phối hợp, mạch CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG định thực lấy mẫu so ngưỡng Hàm truyền tổng cộng hệ thống (đặc tính tần số tổng cộng hệ thống) tích hai đặc tính hai lọc phát thu C(ω)=T(ω).R(ω) Bây tìm kiếm lớp đặc tính lọc C(ω) cho việc truyền chuỗi tín hiệu qua hệ thống khơng có ISI Việc truyền coi khơng có ISI vào thời điểm định tín hiệu lấy mẫu thứ k, có phản ứng xung tín hiệu thứ k khác khơng cịn phản ứng tín hiệu khác khơng Theo định lý Nyquist, độ rộng băng tần truyền dẫn nhỏ để truyền khơng méo tín hiệu băng gốc B=1/2.T Độ rộng băng có nghĩa dải tần mà ngồi giá trị hàm truyền đồng không Tần số 1/2T gọi tần số Nyquist Do xét đặc tính lọc có độ rộng thơng tần tối thiểu 1/2T (hay π/T tính theo tần số góc) Trước tiên ta xem xét trường hợp C(ω) đặc tính lọc thơng thấp lý tưởng, tức đáp tuyến pha lọc tuyến tính cịn đáp tuyến biên độ |C(ω)| có dạng: Bộ lọc có phản ứng xung là: Có giá trị cực đại t=0 có giá trị tạo t=kπ/ω0 Giả sử đầu vào lọc lý tưởng có tín hiệu tạo tạo xung hình 2.2, tức tín hiệu lối vào lọc T(ω)được cho bởi: CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG Trong trường hợp này, phản ứng xung đầu không gây nên ISI tần số cắt lọc f0=ω0/2π=1/2T Do đơn giản tính tốn, hàm số cong dạng cosine thường sử dụng để phân tích lọc Hàm truyền tổng cộng có dạng: Và phản ứng xung có dạng: Hàm truyền liên tục có biên độ gợn sóng suy giảm theo luỹ thừa biến t Do đồng không lý tưởng giá trị phản ứng xung đầu lọc bị chặn Do đó, ISI nhỏ đồng không lý tưởng 2.2.2 Bộ lọc ngang ép khơng: Theo hình ta có đáp ứng tần số tồn hệ thống từ phát đến thu H0(f)= HT(f) Hc(f)HE(f) Với đáp ứng xung tổng hợp h0(t)= f -1 [H0(f) ] Để thoả mãn điều kiện khơng có nhiẽu liên kí hiệu ISI CÁC LOẠI NHIỄU TRONG DI ĐỘNG