Mục tiêu nghiên cứu đề tài là nghiên cứu và áp dụng lý thuyết sử dụng thông tin kênh truyền trễ vào mô hình truyền dẫn mimo đa người dùng. Mời các bạn cùng tham khảo Đề tài Hoàn thiện công tác quản trị nhân sự tại Công ty TNHH Mộc Khải Tuyên được nghiên cứu nhằm giúp công ty TNHH Mộc Khải Tuyên làm rõ được thực trạng công tác quản trị nhân sự trong công ty như thế nào từ đó đề ra các giải pháp giúp công ty hoàn thiện công tác quản trị nhân sự tốt hơn trong thời gian tới.
Trang 1
BAO CAO TONG KET
DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE
CAP CO SO
Trang 2
DANH MỤC CÁC TỪ VIT TẮTT - 5 6c < se sS<e ke eeeEeEeese+seEeeseevrsrsee iii
THONG TIN KET QUA NGHIEN CUU 2° s< se sẻ SseSsESeSseSscsececsecsee vi lý [9E ›7.\0 Ea 1 1 TONG QUAN TINH HiINH NGHIEN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CUA DE TAI Ở TRONG VA NGOAI NUGGC woeeesccccccccccssessecsessessessesssstsseeseesesssseseeees 1 2 TINH CAP THIET CUA DE TAL ounce ecccccccccscsecevssesscssssesscssesssscseesearssesseeeen 2 3 MUC TIBU DE TAL uu ccececcecccccsccscccsssecsscssesvecessecsessectesuesscavssececssesecsvesvee 2 4 ĐÔI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CUU Ln ecccccccsccccssccscssecsesescesessavesessess 2 5 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -2cccc¿ 3 6 NỘI DƯNG NGHIÊN CỨU 22 St+t22t S131 EEEE1212E81511211112525555 se 3 CHUONG 1 TONG QUAN HỆ THÓNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2222 SSE22tSEE9EE12E121112111111122121111E1E1EEEEE re 4 1.2 TINH HINH PHAT TRIEN CUA HE THONG THONG TIN DI DONG [5] [V4] oeeeecccecccscsssccstssssesssssscsccecsscsssvsassvssssvsusavassvsvsssavsusessesussssususasavsusasausesssaseessavacscecavevens 4
1.2.1 Cong nghé di dong thé hé thi? 1 (1G) o.coeeceececcccccccseecesesecsssesesestesesseeeseees 4 1.2.2 Công nghé di dong thé hé thir 2 (2G) o eecccececssscssesesesesseseceesesvereseasevssseveees 5 1.2.3 Công nghé di déng thé hé tht 3 (GG) eceeecccesccscscscsscssesecseesesescsvsessvsvsesseseeees 6 1.2.4 Công nghệ di động thế hệ thi 4 (4G) oc cccccccccecsceseesesessesecsteenssesseeees 7 1.3 KENH TRUYEN VO TUYEN [1], [14] sccccccccscccoccsesscssecstesscssessessesessessecssecsecseeees 8
1.3.1 Giới thiéu vé truyén séng V6 tuyém occ cceccsesseccessesececsscstsseatsateseseceeesee 8 1.3.2 M6 hinh truyén dan quy m6 16m eo cccccccscsesssseseesesessesesesssscscsvesesescseseeeves 9
1.3.3 Mô hình truyền dẫn quy mô nhỏ ¬ 11 1.3.4 Một số loại nhiễu - ca S132 E121 11 1725511111112 rreE 22
1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG - 25c 2t 2 2 2x22 E111 .ckrrked 23 CHƯƠNG 2 SU DUNG HIEU QUA THONG TIN KENH TRUYEN 24 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG - 2 5< EEk SE RE TS EETEEEEEEEEEEEErerrreo 24 2.2 DUNG LƯỢNG KENH TRUYEN VO TUYEN [2], [4], [7], [8] [11], [141 [1 5] [16] 52-52522222 E 2122212121215 EEEE111111111111511111111.1111 1111111111111 cv 24
2.2.1 Hệ thống SISO óc TS 11 2112121221211 112001111011 nekrreg 24
Trang 3
2.2.4 Hé thong MIMO uc.cccescsccccccccssesscsssecsvssucssvesscssussucsucssssuesassssesasssecsesaseeees 26 2.2.5 Hệ thống da ngurdi ding oo cccecscsessesscssesseseseesecsessesscsusaessearcassseeseeece 27 2.3 VAI TRO THONG TIN KENH TRUYEN HOI TIEP [3], [101 29 2.4 MO HINH MIMO TONG QUAT [3], [9], [LO] ccccccsscsecsesecccccssessecsessessessessseseeee 32 2.5 BINH LY 1 CUA MOHAMMAD ALI MADDAH-ALI VA DAVID TSE [10],
[12], [13], [17] ceeeccccccscsccsccscsescsscsssssscscscsscsesesessesavavsnsatsucecatsnsessssnsussesesseacevsreacereesaves 33 2.6 MO HINH 2 x 2 AP DUNG DINHLY 1 [10] -occcccccccscccscsccsesssssccsecsessessecsececesveee 34
2.6.1 Khai thac thong tin pau oe ec ecceescceseescecsseecsesssscssssssscsssessessasevareraes 34
2.6.2 Tao KY tl DAC C80 cc eeccecessscesesscessssecesscceccssacecceetseceesvsssseeetsscensnaceesssues 36
2.6.3 Hiéu chinh mhidu cece ccscsessscececececscsvscsvscsestsesscsessscsessssevsvsececeesene 37 2.7 KẾT LUẬN CHƯNG G5 St S122 1521021011215 E10711511121851E21111111EE na 39
CHUONG 3 MO HINH TRUYEN DAN DAVID TSE TRONG DIEU KIEN KENH TRUYEN THUC TT Í °- <© e xe CS se Set Es£ t<EESEESSEEetEsetsstzseceee 40 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG -2-5s St 22221221 211011112112115211151E15E111111EEEnsee 40
3.2 HỆ THỒNG OFEDM [1], [5] -:-=s¿ ¬ 40
3.2.1 Truyền đữ liệu sử dụng đa SÓNØ IHADE QQQHH HT vec 40 3.2.2 Thực hiện rời rạc đa sống mang - - cc HH rnrưện 43
3.2.3 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OEDM) ccecs- 47
3.3 DIEU KIEN KENH TRUYEN THUC TE TRONG THONG TIN VO TUYEN49
3.4 MO HINH HE THONG [6], [18] ssesccsssssssccsssssescesssseessssseseesssenssesseneessssecesee 5]
| 3.4.1 M6 hinh tin higu phat .c cccccccccccccscccccecscceccsssssssesssssscscesssssssessesssesssseseee 51
3.4.2 Mô hình kênh truyền lựa chọn gấp đôi sử dụng mô hình mở rộng cơ bản (BEM) - Q Q.22 02H HT HH0 01 10 1101111111111111111151511 5151101 Ererersre 52 3.4.3 Mô hình tín hiệu thu -5- "¬ mm 54
3.5 KỸ THUẬT MAP [6] [18] 6 St E E112 ST 2e csrreg 54 3.5.1 Vecto biéu dién tin hidu thu ccc ceesccecccscecceeececseevscseeeerseeteeseetens 54
3.5.2 KY thudt MAP occ ccccccssessesessescsccscsscscecesessscacsesecevarsesacarsucasatsacavavsnsenes 55
3.6 KY THUAT ML [6], [18] cccccccccccccccssescecscsescscscscssescssscscsescscscsvsssvessesvstsvscsseeeerees 56
3.7 MO HINH HE THÔNG TRONG ĐIÊU KIỆN THỰC TÉ 5-2- 2s255¿ 57
Trang 4
3.1.4 Hiệu chinh nhiỄu - SE 11v 9E 1881171151 715118 1551155111855 Ee re 62
3.8 KẾT LUẬN CHƯNG - ST H112 123115111 111111111111 1115151611112 1.2 63
CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHÒNG VÀ KẾT QUÁ 64 4.1 GIỚI THIỆU CHƯNG G1 152122511711 1211511111121 Eee 64 4.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG .- St HT 1212111111111111111111111111111211e02 e6 64 4.3 CÁC THÔNG SỐ MÔ PHÓỎNG -Á Q -nTS TH H1 TH E1 tkrrersree 64 4.4 LƯU ĐƠ THUẬT TỐN ¿-cccsc<vssea Error! Bookmark not defined 4.5 KÉT QUÁ VÀ NHẬN XÉTT c- s22 SESE5E1111515511111115E111111511151xE2cEcEe 67
4.5.1 Hệ thống sử dụng thông tin kênh truyền trễ ước lượng theo MAP 68
4.5.2 Thông tin kênh truyền ước lượng theo MAP và MI . -c- 70
4.5.3 Mô hình hệ thống sử dụng thông tin kênh truyền ước theo MAP với số
lượng hàm cơ sở khác nhau LG <0 1 v11 1S ng ng ng 72 4.5.4 Mô hình hệ thông sử dụng thông tin kênh truyền ước theo MAP với số
luong pilot kKhac mhau nh dd 74
4.6 KẾT LUẬN CHƯNG - St 11111111113 112111111115715111111.155eE2ecxeE 75 KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN ĐÈ TÀI 5< sss<esseesese 76 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO - 5-5-5 5-5 5< ke SekseEexseeEsese T7 BAN SAO THUYET MINH DE TAI DA DUOC PHE DUYET
Trang 5
00m e0), 1 7
Hình 1.5: Ba cơ chế truyền sóng cơ bản: Phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ 10 Hình 1.6: Mơ tả hiệu ứng DoppÌ€r - << n1 11x SH ren 13 Hình 1.7: Phân loại pha định quy mô nhỏ 255 + Sc+svsseeeerseeee 18
Hình 1.8: Đặc tính kênh truyền pha đỉnh phẳng .- 5 cv 19
Hình 1.9: Đặc tính kênh truyền chọn tÂn se tr vn ng SE 1xx sseesessree 20
Hình 2.1: Hệ thống SISO - 5+ s23 23T T1 1271111111111 111111111 c 24 Hình 2.2: Hệ thống SIMO 5 cccccccec, TH TH H11 H10 0H g1 H1 25 Hình 2.3: Hệ thống MIMO nxmm - St TH ce re 26
Hình 3.1: Máy phát đa sóng mang - cà n1 12H nH HH kg dau 42
Hình 3.2: Máy thu đa sóng mang ch HH KT ng KH kg 43
Hình 3.3: Tiền tô lặp có độ đài #4 -. -Sccscse TH E21 1211011111111 xe 45
Hình 3.4: ISI giữa các khối đữ liệu trong tín hiệu ngõ ra -5- 47
Hình 3.5: Hệ thống phát — thu OFIDM tk EvEEtEkexiErrkekrrxred 49
Hình 3.6: Phân loại các kỹ thuật ước lượng kênh truyêễn -s se: 50
Hình 3.7: Cấu trúc ký tự OEIDM «St cst k2 TT gEExcxgrekrkrrred 52
Hình 3.8: Mô hình dữ liệu bên phát - HH HH nnHH SH xxx 37 Hình 3.9: Tín hiệu thu của ba lượt phát sau khi bỏ các ký tự pilot 57 Hình 4.1: Mô hình bên phát c S2 1n 1111 011 H1 H v1 1n kc 64 si): Am 08010010 5000 64
Hình 4.3: Câu trúc khung QFDM 5-56 ST grEtgxvzExrekrreg 65 Hình 4.4: Trình tự thực hiện hệ thống 2x2 sử dụng thông tin kênh truyền trễ ước
0u 011 66
Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán tính BER của hệ thống - 67
Hình 4.6: MSE của ước lượng H theo MAP Ặ Ăn keeeseeesesee Ô
Hình 4.7: BER theo SNR với H ước lượng theo MAP cà 69
Trang 6
Hình 4.11: So sánh BER của hệ thống với thông tin kên truyền ước lượng theo KL-MAP với các Q khác nhau Q0 10112 S223 1n reo 73 Hình 4.12: So sánh MSE thông tin kên truyền ước lượng theo KL-MAP với
số lượng pilot khác nhau ¿5-56 S3 E3 EEEEEEE117112121511011011 12511 xe 74
Hình 4.13: So sánh BER của hệ thống với thông tin kên truyền ước lượng
Trang 7Hệ thống điện thoại di động cải
AMPS Advanced Mobile Phone System tiến
AWGN Additive White Gaussian Noise | Nhiễu Gauss trắng cộng
BEM Basis Expansion Model Mô hình cơ sở mở rộng BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit
CDMA oe Division — Multiplexing Da truy cap phan chia theo ma CP Cyclic Prefix Tiên t6 lặp
CSI Channel State Information mde tin trạng thái kênh
CSIT Channel State Information at Thong tin trang thái kênh Transmitter truyén tai may phat
DFT Discrete Fourier Transform Biên đôi Fourier rời rạc DoF Degress of Íree Bậc tự do
EGC Equal gain combining Kết hợp độ lợi bằng nhau
ETSI European Telecommunications | Vién tiêu chuân viễn thông
Standards Institude Chau Au
FDM Frequency Division Multiplexing ae Kênh phan chia theo tan FDMA — Division Multiple * truy cập phân chia theo tân FFT Fast Fourier Transform Phép biến đôi Fourier nhanh
GI Guard Interval Khoang bao vé —
GSM Global System for Mobile Communication Hệ thông thơng tin đi động tồn cau
Trang 8
ICI Inter Channel Interference Nhiéu lién kénh I Discrete Fouri IDFT eS Se ONE Biên d6i Fourier rời rạc ngược Transform
IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đôi Fourier nhanh ngược IMTS Improved Mobile Telephone Dịch vụ điện thoại di động cải
Service tién
ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên ký tự
International Telecommunication |_ | „„ ‘of ITU Hiệp hội viên thông quốc tê
Union
LOS Light of Sight Đường truyền thắng
LTE Long Term Evolution Phát triên đài hạn
MAP Maximum-A-Posteriori
MGC Maximum gain combining - Kết hợp độ lợi lớn nhất MIMO Multiple Input Multiple Output | Đa ngõ vào đa ngõ ra MISO Multiple input Single Output Đa ngõ vào một ngõ ra ML Maximum Likelihood Khả giỗng cực đại
MS Mobile Station Trạm thuê bao
MSE Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình OFDM Orthogonal Frequency Division | Ghép kênh phân chia theo tân
Multiplexing số trực giao
Orthogonal Frequency Division | Đa truy cập phân chia theo tân
OFDMA Multiplexing Access s6 truc giao k
PSD Power Spectral Density Mật độ phô công suât Amplitud và Ltn ana ,
QAM Se kon pees Điêu chê biên độ vuông góc
SC Selection Diversity Phân tập chọn lựa
Trang 9
SNR Signal to Noise Rate Tỷ số tín hiệu trên nhiều TDM Time Division Multiplexing Ghep kênh phân chia theo thời
gian
Đ l A ~ + a
TDMA Time Division Multiple Access ian cập phân chia theo thời
TIA Telecomunication Industry Hiệp hội Công nghiệp Viễn Association thống
UMTS Universal Mobile Hệ thông thông tin di động đa
Telecommunnication System nang
W-CDMA | Wideband CDMA Da truy cap phan chia theo ma băng rộng
Trang 10
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRUONG CD CONG NGHE THONG TIN Déc lap — Tw do — Hanh phúc
THONG TIN KET QUA NGHIEN CUU
1 Thông tin chung:
- Tén dé tai: NGHIEN CUU SU DUNG HIEU QUA THONG TIN KENH
TRUYEN TRONG TRUYEN DAN MIMO DA NGUOI DUNG - Ma sé: 2014-07-01
- Chu nhiém: KS Phan Thi Quynh Huong
- Thanh vién tham gia:
- Cơ quan chủ trì: Trường Cao đẳng Công nghệ thông tin - Thời gian thực hiện: Từ tháng 03/2014 đến thàng 12/2014
2 Mục tiêu: Nghiên cứu lý thuyết và xây dựng chương trình mô phỏng hệ thống
sử dụng thông tin kênh truyền trễ trong mô hình truyền dẫn MIMO đa người dùng 3 Tính mới và sáng tạo: Xây dựng hệ thống truyền dẫn MIMO đa người dùng sử
dụng thông tin kênh truyền trễ trong điều kiện thực tế
4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu: Đề tài đã nghiên cứu lý thuyết về truyền dẫn sử
dụng thông tin kênh truyền trễ và xây dựng hệ thống truyền dẫn MIMO đa người
ứng dụng lý thuyết này trong điều kiện thực tế Để kiểm chứng lý thuyết này, Báo cáo cũng đã tiến hành xây dựng chương trình mô phỏng mô hình của David Tse
trong điều kiện thực tế, tức là kênh truyền vừa có độ trễ, và vừa không có thông tin
kênh truyền chính xác để sử dụng tại máy phát, máy thu; và thu được kết quả như
trong lý thuyết Tiêu chí để đánh giá hệ thống thông qua đánh giá tỷ lệ lỗi bit BER
của đữ liệu truyền qua các hệ thống Đối với hai kỹ thuật MAP và ML, qua mô
phỏng thì các kết quả của kỹ thuật MAP cho chất lượng tốt hơn so với ML Trong
đó, hàm cơ bản KL và DPS cho kết quả tốt nhất trong số các hàm cơ bản (CE, GCE,
DPS, KL) Ngoài ra, khi thay đỗi số lượng hàm cơ bản và số ký tự pilot sử dụng thì
Trang 11
sử dụng thông tin kênh truyền trễ
6 Hiệu quả, phương thức chuyên giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Đề tài này có thê được dùng làm cơ sở nghiên cứu khoa học, giảng dạy, hướng dẫn dinh viên
Trang 1210 i 3 SRE gg rt aif hae ee nba tee Bo uẾ HỆ ¡tốn Ti „ a ee eye es ety 2 +ợ” 8 —t 5 10 4 — om 20 _ SNR@B)
Hinh 4.8: BER theo SNR theo H ước lượng MAP và ML Đà Năng, ngày tháng năm
Trang 13
Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa nước nhà như hiện nay, ngành
thông tin di động đóng một vai trò hết sức quan trọng Sự phát triển với tốc độ
chóng mặt về cả số lượng thuê bao lẫn chất lượng dịch vụ đã đóng góp đảng kể
vào việc liên lạc thông tin kinh tế - chính trị - xã hội của nước nhà Và việc áp
dụng các kĩ thuật truyền thông không dây tiên tiến là một nguyên nhân mấu chốt cho sự thành công |
Một loại hệ thống kênh truyền được sử dụng khá phổ biến trong thời gian những năm gần đây, bởi sự hiệu quả và thiết thực, đó là hệ thống MIMO, hệ thống cho thấy tính thực tế bởi việc thiết lập và xây dựng trên mô hình đa người
dùng, và đa anten phát ở trạm phát Điều này làm cho hiệu quả kênh truyền tăng
lên đáng kế Kĩ thuật tiền mã hóa đóng một vai trò cơ bản để tăng chất lượng tín
hiệu kênh MIMO Tuy nhiên, trong môi trường fading nhanh, thì phương pháp tiền mã hóa không còn hiệu quả, do lúc này thông tin trạng thái kênh phát không
cập nhật được do trải trễ phản hồi, sẽ ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của các
kỹ thuật Do đó cần phải tìm phương pháp để khắc phục sự không chính xác của
trạng thái kênh truyền này
Khi truyền dẫn thông tin vô tuyến (xét ở lớp vật lý), một thông số rất quan
trọng liên quan tới tốc độ truyền, đó là thông tin kênh truyền tại máy phát
(CSIT) Tuy nhiên để dự đoán CSIT rất khó khăn Trong quá trình truyền dẫn,
trạng thái kênh truyền sẽ được đo ở máy thu, sau đó gởi phản hồi về máy phát
Quá trình truyền ngược trở lại này thường không chính xác do hai yếu tố: (1)
Lỗi lượng tử, (2) Trễ Đã có nhiều công trình nghiên cứu về yếu tố (1), nên dé
Trang 14
2 TINH CAP THIET CUA DE TAI
Trong truyền thông vô tuyến, thông tin kênh truyền tại máy phát (CSIT) đóng vai trò rất quan trọng Đối với truyền điểm - điểm, CSIT chỉ ánh hướng đến độ lợi về công suất, còn trong truyền đa người dùng, thông số này còn được
xem là độ lợi ghép kênh Ví dụ như trong kênh truyền MIMO quảng bá, CSIT
được sử dụng để gởi đồng thời thông tin từ có nhiều đường đến các máy thu
khác nhau, hoặc trong kênh truyền có nhiễu, CSIT được sử dụng để hiệu chỉnh
nhiễu tại các máy thu để giảm sự kết hợp của nhiễu Thực tế, để thực hiện độ lợi
trên lý thuyết của các kỹ thuật này không dễ dàng Trong các mô hình có SNR
cao, độ lợi ghép kênh được cung cấp bởi các kỹ thuật này là thông số rất quan trong, mà hiệu suất của các kỹ thuật này lại nhảy cảm với độ chính xác của
CSIT Tuy nhiên, việc dự đoán CSIT một cách chính xác là rất khó, đặc biệt là trong các hệ thống phân chia theo tần số, thông tin kênh truyền sẽ được đo tại
máy thu, ròi gởi phản hội lại cho máy phát Sự phản hồi này không chính xác là
do: 1) Lỗi lượng tử, 2) Trễ Đã có nhiều công trình nghiên cứu về chủ đề 1), nên
dé tài này tập trung là trễ truyền phản hồi
3 MỤC TIỂU ĐÈ TÀI
Nghiên cứu và áp dụng lý thuyết sử dụng thông tin kênh truyền trễ vào mô
hình truyền dẫn MIMO đa người dùng
4 ĐÓI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
e_ Đối tượng nghiên cứu:
Lý thuyết và mô hình truyền dẫn vô tuyến đa người dùng sử dụng thông tin kênh truyền trễ
Trang 15
5 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp luận xuyên suốt của luận văn là kết hợp nghiên cứu lý thuyết
và mô phỏng để làm rõ nội dung đề tài Cụ thể như sau:
-_ Dẫn đắt vấn đề từ các khái niệm cơ bản trong kénh truyén SISO, MIMO
đơn người dùng, MIMO đa người dùng
- - Nguyên cứu các định lý về bậc tự do của kênh truyền
- Nghiên cứu mô hình truyền dẫn vô tuyến dựa trên việc áp dụng các định ly
Sw dung phần mềm chuyên dụng (Matlab) để mô phỏng các mô hình
6 NỘLDUNG NGHIÊN CỨU | - Các khái niệm co ban trong kénh truyén SISO, MIMO đơn người dùng,
MIMO đa người dùng
- - Định lý về bậc tự do của kênh truyền
- _ Mô hình truyền dẫn vô tuyến áp dụng các định lý
Trang 16
1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Trong chương này, ta sẽ nghiên cứu về sự phát hiện của mạng thông tin di động và tình hình chung của mạng di động hiên nay Trong phần này còn trình bày _ —_ những khái niệm và một sô vân đê gây ảnh hưởng đên tín hiệu trong kênh truyền vô ' -
tuyén
1.2 TINH HINH PHAT TRIEN CUA HE THONG THONG TIN DI DONG [5], [14]
Vào cuối những năm 1940, dịch vụ điện thoại vô tuyến đầu tiên đã ra đời và
đây là dịch vụ thiết kế cho người sử dụng trên xe hơi Sau đó, hệ thống điện thoại di
động cải tiến (TMTS) ra đời vào những năm 1960 bởi Bell Systems đã mang lại một
số cải tiến như gọi trực tiếp và có băng thông lớn hơn Nhiều hệ thống tương tự đầu
tiên dựa trên IMTS ra đời vào cuối những năm 1960, đầu 1970 Các hệ thống này được gọi là “tế bào? vì một vùng phủ sóng lớn được chia thành các khu vực nhỏ
hơn, gọi là 'tễ bào' Mỗi tế bào được cung cấp bởi một máy phát, máy thu có công
suất thấp
1.2.1 Công nghệ di động thế hệ thứ 1 (1G)
Hệ thống di động thế hệ thứ nhất là một hệ thống tương tự, được phát triển vào những năm 1970 Thế hệ đi động đầu tiên này có hai cải tiến lớn, đó là sự ra đời của bộ vi xử lý và bộ chuyên đổi số của đường liên kết điều khiên giữa điện
thoại và trạm tế bào Hệ thống điện thoại đi động cải tiến (AMPS) đầu tiên được
đưa vào sử dụng tại Hoa Kỳ cũng là một hệ thống di động 1G Công nghệ chính
được sử dụng trong 1G là đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA), công nghệ này cho phép thực hiện cuộc gọi thoại trong một quốc gia
Trang 17sử dụng trọng hệ thống tương tự thế thế đầu tiên, bởi vì sự lãng phí băng thông như đã nói ở trên : Ee =, ta © f1 fa * Time Hinh 1.1: FOMA 1.2.2 Công nghệ di động thế hệ thứ 2 (2G)
Công nghệ di động thế hệ thứ hai xuất hiện vào cuối những năm 1980 Các
hệ thống 2G đã thực hiện số hóa tín hiệu thoại và đường liên kết điều khiển Hệ
thống số mới này mang mang chất lượng tốt hơn và nhiều dung lượng kênh truyền
hơn (Ví dụ: Cho phép nhiều người hơn sử dụng điện thoại cùng lúc mà không bị rớt cuộc gọi), chỉ phí thấp hơn tại các đầu cuối tiêu thụ Công nghệ chính trong 2G là
đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) Mạng thương mại đầu tiên ứng dụng TDMA cho sử dụng công cộng là Truyền thông di động cho hệ thống toàn cầu
(GSM)
TDMA, đa truy cập phân chia theo thời gian sẽ sử dụng toàn bộ phổ tân
TDMA khong chia thành các đải tần, mà chia theo thời gian, thành các khe thời gian trên tất cả các tần số Mỗi người dùng sẽ được cấp một khe thời gian Vì vậy,
nhiều người dùng có thể sử dụng chung một tần số, nhưng có khe thời gian khác
Trang 18Frequency Time Hinh 1.2: TDMA 1.2.3 Công nghệ di động thế hệ thứ 3 (3G)
Hệ thống di động thế thể thứ ba hứa hẹn mạng lại các dịch vụ thông tin liên
lạc như thoại, fax, khả năng truyền đữ liệu qua Internet nhanh hơn Mục tiêu chính
của 3G là cung cấp các dịch vụ mọi lúc, mọi nơi trên toàn thế giới, với hệ thông
chuyển vùng liên mạch giữa các tiêu chuẩn IMT-2000 của ITU là một tiêu chuẩn
toàn cầu cho hệ thống 3G và cho phép các dịch vụ và ứng dụng sáng tạo, như giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên địa điểm, Tại Nhật, Mạng 3G đầu tiên được khải triển vào năm 2001 Công nghệ 3G có thể hỗ trợ 144 Kbps với tốc độ di
chuyển cao của phương tiên, 384 Kbps tại địa phương và 2Mbps cho các trạm cố định
3G đã khởi đầu như thế nào? Ý tường đầu tiên không phải đến từ các nhà
điều hành mạng, mà đến từ các nhà sản xuất thiết bị Năm 1996, NTT (Nippon Telephone & Telegraph) và Erission bắt đầu phát triển 3G, san đó vào năm 1997 tại Hoa Kỳ, Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông (TIA - Telecomunication Industry
Association) đã chọn CDMA (đa truy cập phân chia theo mã) là kỹ thuật chính sử dụng trong 3G Vào năm 1998, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI -
European telecommunicaltons Standards Institude) cũng chọn CDMA làm công
nghệ phát triển Cũng vào năm 1998, hệ thống viễn thông đi động toàn cầu (UMTS)
đã phát triển kỹ thuật CDMA băng rộng (W-CDMA) và CDMA2000
Hai tiêu chuẩn vô tuyến chính sử dụng trong 3G là W-CDMA và
Trang 19
Mỗi cuộc gọi sẽ được gán cho một mã riêng biệt, vì thế mới có tên là “phân chia
theo ma’ CDMA rat hiéu qua vé bang thong CDMA còn có thể trao đổi thông tin
với nhiều hơn một trạm cùng lúc Vì thế nó được chon để sử dụng trong hệ thống 3G Frequency Time Hinh 1.3: CDMA 1.2.4 Công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G)
Thông tin đi động thế hệ thứ tư sẽ mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao hơn so
với hệ thống 3G Dự đoán, tốc độ đữ liệu của hệ thống 4G tăng lên đến 100 Mbps
đối với phương tiện di chuyển và 1Gbps đối với các trạm cố định
Các kỹ thuật được sử dụng trong mạng 4G là OFDM, SDMA
Trang 20
và gán cho người dùng khác nhau Kỹ thuật này thường được thực hiện với các anten định hướng (hình 1.4)
1.3 KẼNH TRUYÈN VÔ TUYẾN [1], [14]
Kênh truyền vô tuyến đưa ra những giới hạn về chất lượng của các hệ thống thông tin không dây Đường truyền giữa máy phát và máy thu có thể thay đổi từ dạng đơn giản như đường truyền thắng của ánh sáng, hoặc là các đường bị cản bởi
tòa nhà, núi và xe cộ, Trong khi kênh truyền có dây có tính chất đứng yên và có thê dự đoán được, còn kênh truyền không dây là các thông số ngẫu nhiên và biên độ
của tín hiệu có thể bị giảm bởi các vật thể di động trong không gian Mô hình hóa kênh truyền vô tuyến là một trong những khó khăn trong việc thiết kế hệ thống vô
tuyến di động, và thường được thực hiện với mô hình thống kế với các thông số đặc
trưng cho từng hệ thống
1.3.1 Giới thiệu về truyền sóng vô tuyến
Các cơ chế truyền sóng điện từ rất đa dạng, nhưng thường là do phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ Hầu hết các hệ thống vô tuyến tế bào hoạt động ở khu vực đô thị,
đây là khu vực đông đúc nên sẽ không có các đường truyền thẳng của ánh sáng giữa máy phát và máy thu Sự hiện diện của các tòa nhà cao sẽ gây là hao tôn nhiễu xạ
Hoặc do sự phản xạ khi gặp các vật cản, làm cho các sóng điện từ sẽ truyền trong
nhiều đường khác nhau đến đến máy thu Sự tương tác giữa các sóng này gây nên
hiện tượng đa đường, và biên độ của sóng giảm khi khoảng cách giữa máy phát và
máy thu tăng lên Mô hình truyền dẫn thường tập trung vào việc du đoán tín hiệu thụ trùng
bình tại một khoảng cách so với máy phát và sự thay đối của cường độ tín hiệu ở
không gian gần khu vực đang xét Mô hình truyền dẫn sẽ dự đoán cường độ tín hiệu
Trang 21
hình pha đinh Khi người dùng di chuyên trên một khoảng cách nhỏ, tín hiệu thu tức
thời sẽ dao động nhanh, gây ra pha đính quy mô nhỏ
1.3.2 Mô hình truyền dẫn quy mô lớn
e_ Mô hình truyền dẫn trong không gian tự do
Mô hình truyền dẫn trong không gian tự do được sử dụng để dự đoán biên độ
tín hiệu thu khi không gian giữa máy phát và máy thu không có vật cán, tức là chỉ
có đường truyền thăng giữa chúng Hệ thống thông tin vệ tỉnh và các đường liên kết vô tuyến LOS vi sóng điển hình cũng dựa trên mô hình truyền dẫn trong không gian
tự do này Hầu hết mô hình truyền dẫn quy mô lớn đều dự đốn cơng suất thu là
hàm theo khoảng cách giữa máy phát — máy thu Công suất không gian tự do nhận
được tại anten thu cách anten phát một khoảng d được biểu diễn theo phương trình
không gian tự do Fris như sau:
_P.G,A? [1-1]
tr) = (4m)2d°L,
Trong đó, P; là công suất phát, Ð.(đ} là công suất thu theo hàm khoảng cách
may thu — máy phát, G, 1a độ lợi anten phát, G„ là độ lợi anten thu, đ là khoảng
cách giữa máy thu — máy phát theo đơn vị mét, , là hệ số hao tôn hệ thông không
do truyền dẫn (È > 1}, Â là bước sóng theo đơn vị mét Độ lợi của anten phụ thuộc vào khâu độ hiệu dụng 4 như sau:
_ 4nA, [1-2]
_
Trang 22
2Trc [1-3]
Trong đó ƒ là tần số sóng mang theo đơn vị Hz, «, 1a tan số sóng mang theo
đơn vị radian/giây, e là vận tốc ánh sáng theo đơn vị mét/giây
Theo phương trình 1-1 cho thấy công suất tín hiệu thu sẽ giảm theo bình
phương khoảng cách máy phát — máy thu
Suy hao đường truyền, biểu diễn cho sự suy hao tín hiệu Đây là một đại lượng đương tính theo đơn vị đB, là sự khác nhau (theo đB) giữa công suất truyền
và công suất thu hiệu dụng Suy hao đường truyền đối với mô hình không gian tự
do như sau:
PB GGA [1-4]
PL(dB) = 10log— = —10log | | ( ) g P g ee dg?
e_ Ba cơ chế truyền sóng co ban
Ba cơ chế truyền sóng cơ bản ảnh hưởng đến truyền dẫn đối với hệ thống
truyền dẫn đi động gồm phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ Công suất thu là thông số quan
trọng nhất được dự đốn thơng qua mô hình truyền dẫn quy mô to dựa trên tính chất vật lý của phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ Gece oe a ¬- ha Đ '2~ Hình 1.5: Ba cờ chê truyên sóng cơ bản: Phản xạ, nhiêu xạ, tán xạ
Tín hiệu thu thực sự trong môi trường vô tuyến không dây thường mạnh hơn
so với tín hiệu được dự đốn, khơng chỉ là do hiện tượng phản xạ và nhiễu xạ Khi
sóng vô tuyến truyền đến các bề mặt thô, năng lượng phản xạ sẽ trải rộng theo tất cả
Trang 23
tại, tán xạ xảy ra khi sóng truyền qua môi trường gỗm các vật cản có kích thước nhỏ
hơn so với bước sóng như bê mặt thô, và có sô lượng lớn vật cản trên một đơn vị
thể tích
1.3.3 Mô hình truyền dẫn quy mô nhỏ
Thuật ngữ “Pha đính quy mô nhỏ" được dùng để chỉ dao động nhanh của biên
độ của tín hiệu vô tuyến trong một khoảng thời gian ngắn, hoặc khoảng cách truyền
ngắn, vì vậy suy hao đường truyền quy mô lớn không đang kể trong trường hợp
này Do cách tính chất của truyền dẫn sóng truyền trong không gian sẽ tạo rất nhiều phiên bản của tín hiệu truyền đến máy thu ở các thời điểm khác nhau, gây ra nhiễu
lần nhau, tạo ra pha đính Những sóng này, gọi là sóng đa đường, cùng kết hợp tại
anten thu, làm cho tín hiệu thu được có độ biến đổi biên độ và pha rộng e Truyền đa đường quy mô nhỏ
Truyền đa đường trong kênh truyền vô tuyến sẽ gây ra hiệu ứng pha định quy mô nhỏ Có ba loại hiệu ứng quan trọng nhất sau:
- Biên độ tín hiệu thay đôi nhanh trong khoảng cách truyền nhỏ, khoảng thời
gian nhỏ
- Điều chế tần số ngẫu nhiên do địch Doppler khác nhau ở các tín hiệu đa
đường khác nhau
- Phân tán thời gian do trễ truyền đa đường
Khi truyền trong khu đô thị cao ốc thường xảy ra pha đỉnh vì chiêu cao của
các anten đi động thường thấp hơn chiều cao của các cấu trúc xung quanh, vì vậy sẽ
không có đường truyền thắng từ anten đến các trạm gốc Thậm chí ngay cả khi đường truyền thang tồn tại, hiện tượng đa đường vẫn xảy ra do phan xa tir mat dat và các cầu trúc xung quanh Sóng vô tuyến đến với nhiều hướng khác nhau sẽ có
những độ trễ khác nhau Sóng đến bao gồm các sóng phẳng có biên độ, pha, góc đến phân bố ngẫu nhiên, Các thành phần đa đường này sẽ kết hợp tại anten thu, và
Trang 24
tín hiệu thu vẫn có thể chịu ảnh hường của pha đỉnh do sự di chuyên của các vật thể trên kênh truyền
© Các yếu tô ảnh hưởng pha đỉnh quy mô nhỏ
Có nhiều yếu tố vật lý trên kênh truyền vô tuyến ảnh hướng đến pha định quy mô nhỏ, bao gồm:
- Truyền đa đường
- Tốc độ di chuyển
- Tốc độ của vật thể xung quanh
- Băng thông truyền của tín hiệu e Dich Doppler
Giả sử thiết bị di động với vận tốc không đổi + dọc theo đường có khoảng cách d giữa điểm X và Y, trong khi nó sẽ nhận tín hiệu từ trạm gốc S (hình 1.2) Độ
chênh lệch giữa các độ dài đường dẫn từ điểm S đến điểm X và Y là
Al = d cos@ = vAt cos@, trong dé At 1a thoi gian cần thiết để thiết bị đi chuyển
tir X dén Y, va @ được giả sử là giống nhau tại điểm X và Y vi ta giả định nguồn S
ở rất xa Sự thay đôi pha của tín hiệu thu đo độ đài đường truyền thay đổi là: AnAL 2avAt [1-5]
= 3 7G cos8
Và sự thay đối về tần số, goi 1a dich Doppler, ky hiéu là f¿, với:
_ 1 A9 ? [1-6]
Biểu thức 1.6 nêu lên mối liên hệ giữa địch Doppler và vận tốc đi chuyên và
góc giữa hướng di chuyển và hướng truyền đến của sóng Ta có thể thấy rằng, nếu
Trang 25
Hình 1.6: M6 ta hiệu ứng Doppler e_ Mô hình đáp ứng xung của kênh truyền đa đường
Tín hiệu phức truyền đi có thê được biểu diễn như sau: s(t) = Re|x(t)el?2“t] [1-7] Tín hiệu thu được khi truyền trên kênh truyền đa đường (L đường): ;&—1 Yer (t) = » a (e)s(t- 110) + w(t) [1-8] i=O
Trang 26
Yar (t) = Re[y()el?“£Œ6Ð] + a(t)
Với tín hiệu đải gốc thu được:
y= » a,(t)x(t —1,(t)) + w(t) [1-9]
Bước tiếp theo là ta tạo mô hình kênh truyền đề chuyền đổi từ mô hình theo
thời gian liên tục thành mô hình theo thời gian rời rạc, trong đó có sử dụng định lý
lẫy mẫu Giả sử dạng sóng vào x(t) có giới hạn băng là W Phương trình đái gốc
được biêu điện:
x(t} = 3 x„sime(Wt— nù [1-10]
Với x„ = xŒ) va sinc(t) ® sin(rt) /mt
Biểu diễn này tuân theo định lý lấy mẫu ở chỗ bất kỳ dạng sóng nào có băng
thông giới hạn ở W/2 thì có thể mở rộng thành hàm cơ sở trực giao sinc( Wt —n) với hệ số tương ứng với các mẫu được lấy tai sé nguyén 14n cha 1/W
Trang 27
Yn = > Xn > a,(m/W).sincQm —n —1,(m/W)W)) + o(m/W) [1-11]
Đặt Ï 2 ?m — rt, biểu thức 1-11 có thé viết lại:
Vm — È xe}, mi(m/W).sine— t(m/W)W)) + o/W)— (LÚ] `
i i=Q Vee ODE Ro oon
Vậy mô hình kênh truyền theo thời gian rời rạc được biểu diễn:
Ym = — +a(m/W) - [1-13]
V6i Aim = Xero @(m/W) sinc —1,0n/W)W))
Mô hình rời rạc theo theo thời gian đơn giản trên được sử dụng rộng rãi trong
các kỹ thuật truyền dẫn ở lớp vật lý như hệ thống OFDM (ví dụ WiFi, WiMax,
LTE)
© Cac thing sé cia kénh truyén da đường di động
- Băng thông kết hợp
Nếu trải trễ là một hiện tượng tự nhiên gây ra bởi các đường truyền bị phản
xạ và tán xạ trên kênh truyền vô tuyến, thì băng thông kết hợp, ký hiệu là B được
định nghĩa theo mối liên hệ với trải trễ hiệu dụng Băng thông kết hợp là thông số
thống kê của đải tần số mà kênh truyền được xem là “phẳng” (ví dụ kênh truyền mà
các thành phần phổ tần số đều cùng độ lợi và pha tuyến tính) Nói một cách khác, độ rộng băng thông kết hợp là một đải tần số mà hai thành phần tần số có tương
quan biên độ lớn Hai sóng sin với độ chênh lệch tần số lớn hơn 8„ chịu ảnh hưởng
khác nhau đối với kênh truyền Nếu băng thông kết hợp được định nghĩa là băng
Trang 281 [1-14] Bos “500, Nếu hàm tương quan tần số lớn hơn 0.5, thì băng thông kết hợp xấp xỉ: 1 [1-15]
- Trải Doppler và thời gian kết hợp
Trải trễ và băng thông kết hợp là các thông số để biểu diễn sự phân tán về
mặt thời gian của kênh truyền trong tự nhiên Tuy nhiên, chúng không cung cấp thông tin về tính chất thay đổi theo thời gian của lênh truyền gây ra do có sự chuyển động tương đối giữa trạm phát và trạm thu, hoặc đo sự đi chuyển của các vật cản trong kênh truyền
Trải Doppler Eplà thông số trải rộng phổ do tốc độ thời gian của sự thay
đổi kênh truyền và được định nghĩa là dải tần số mà phổ Doppler thu là con số
khác không Khi sóng sin lý tưởng có tần số £ được truyền đi, phổ tín hiệu thu,
được gọi là phổ Doppler, gồm các thành phần nằm trong dải từ — ƒ; đến ƒ, + fạy, với f¿ là dịch Doppler Khoảng phố mở rộng đó phu thudc vao fz, mà ƒalại là hàm theo vận tốc tương đối của thiết bị đi động và góc @ giữa hướng đi chuyển và hướng đến của sóng tán xạ Nếu băng thông tín hiệu dải gốc lớn hơn nhiều so với B„, thì ảnh hưởng của trải Doppler không đang kẻ tại máy thu Khi
đó, kênh truyền gọi là kênh truyền pha đỉnh chậm
Thời gian kết hợp Tj là thông số trong miễn thời gian của trải Doppler và
được dùng để đặc trung cho tính chất tự nhiên thay đổi theo thời gian của phân tán
tân số của kênh truyền trong miễn thời gian Trải Doppler và thời gian kết hợp
Trang 29
Thời gian kết hợp, thật ra, là thông số thống kê của khoảng thời gian mà đáp Ứng xung của kênh truyền không thay đổi Về định lượng, có thể nói là đáp ứng
kênh truyền giống nhau trong khoảng thời gian đó Nói một cách khác, thời gian kết hợp là khoảng thời gian mà khi đó hai tín hiệu thu được sẽ có sự tương quan biên độ lớn nhất Nếu băng thông nghịch đảo của tín hiệu dải gốc lớn hơn thời gian kết hợp
của kênh truyền, thì kênh truyền sẽ thay đổi trong quá trình truyền bản tin dải gốc,
gây ra hiện tượng méo tại máy thu
e Phân loại pha đỉnh quy mô nhỏ
Dựa vào mối liên hệ giữa các thông số tín hiệu (băng thông, thời gian
truyền ký tự, ) và các thông số kênh truyền (trải trễ hiệu dụng, trải Doppler), mà
các tín hiệu truyền khác nhau sẽ chịu ảnh hưởng của các loại pha định khác nhau
Cơ chế phân tán thời gian và phân tán tần số trong kênh truyền vô tuyến đi động
dẫn đến có 4 loại ảnh hưởng Trong khi trễ đa đường liên quan đến phân tán thời
gian và pha đỉnh chọn tân, thì trải Doppler lại dẫn đến phân tán tần số và pha đỉnh
chọn thời Hình 1.7 mô tả sự độc lập giữa chúng
Pha định quy mô nhỏ (dựa trên trải trễ thời gian đa đường)
Pha đỉnh phẳng Pha đỉnh chọn tần
1 BW tín hiệu < BW kênh truyền 1 BW tín hiệu > BW kênh truyền
Trang 30Pha định quy mô nhỏ (dựa trên trải Doppler)
Pha định nhanh Pha đinh chậm Trai Doppler lén 1 Trai Doppler nhé
Thdi gian kết hợp < chu kỳ ký tự 2 Thời gian kết hợp > chu kỳ ký tự
Kênh thay đỗi nhanh hơn tín hiệu dai 3 Kênh thay đôi chậm hơn tín hiệu dải gốc gốc
Hình 1.7: Phân loại pha đình quy mô nhỏ
- Pha đinh phẳng
Khi kênh truyền vô tuyến di động có độ lợi hằng và đáp ứng pha tuyến tính
trên khoảng băng, trong đó băng thông này lớn hơn so với băng thông của tín hiệu truyền, khi đó tín hiệu thu được gọi là chịu ảnh hưởng của pha đỉnh phẳng Trong pha đinh phẳng, cấu trúc đa đường của kênh truyền sẽ đảm bảo cho các tính chất phổ của tín hiệu truyền được nguyên vẹn tại máy thu Tuy nhiên, do đa đường nên
độ lợi kênh truyền có sự đao động, làm cho độ lớn của tín hiệu thu sẽ thay đổi theo
thời gian Đặc tính của kênh truyền pha đinh phẳng được mô tả trong hình 1.4
Trang 31
———j „ụ Le s(t) hức v) rv i IL f di t 0t +t t<<7, HO ae — ⁄ oN
Hinh 1.8: Dac tinh kénh truyén pha dinh phang
Tóm lai, tín hiệu chịu ảnh hưởng pha đỉnh phẳng thì:
B.<B, [1-17]
va
T, > 6, [1-18] Với T, 1a bang thong nghich đảo, chu kỳ ký tự; B, 1a bang théng tin hiéu; B, va ơ„ lần lượt là băng thông kết hợp và trải trễ của kênh truyền
- Pha đinh chọn tần
Nếu kênh truyền có độ lợi hàng và đáp ứng pha tuyến tính trên khoảng băng
thông, trong đó băng thông này nhỏ hơn băng thông của tín hiệu truyền, thì kênh
truyền gọi là pha đỉnh chọn tần đối với tín hiệu thu Khi đó, đáp ứng xung kênh
truyền sẽ có trải trễ đa đường lớn hơn băng thông của tín hiệu Và tín hiệu thu sẽ gồm nhiều phiên bản của tín hiệu đến, các phiên bản này suy hao và trễ, dẫn đến tín
hiệu thu sẽ bị méo, gây ra nhiễu liên ký tự (ISI) Nếu quan sát trong miền tần số, các
thành phần tần số nhất định trong phổ tín hiệu thu sẽ có độ lợi lớn hơn thành phần
Trang 32s(t) hit tỷ rụ) s(t} hít, t) rí)- 0 7, 0 1 0 7 T,+t Hình 1.9: Đặc tính kênh truyền chọn tần
Đối với pha định chọn tần, phổ S(f) của tín hiệu phát lớn hơn băng thông kết
hợp B, cha kênh truyền Trong miền tần số, kênh truyền chọn tần khi độ lợi khác
nhau đối với các tần số khác nhau Cũng do hiện tượng trễ đa đường nên kênh
truyền có hiện tượng chọn tần như vậy Kênh truyền pha định chọn tần cũng được
gọi là kênh truyền băng rộng vì băng thông của tín hiệu s(t) lon hơn băng thông của đáp ứng xung của kênh truyền Khi thời gian thay đổi, độ lợi và pha của kênh truyền
cũng thay đối dọc theo phổ của s(), làm cho tín hiệu thu r() bị méo thay đổi theo
thời gian Tóm lại, tín hiệu chịu ảnh hưởng pha đinh chọn tần khi:
B.>B, [1-19]
† <ơØ, [1-20] - Pha định nhanh
Phụ thuộc vào tín hiệu phát dải gốc thay đổi nhanh hay chậm so với tốc độ
thay đối của kênh truyền, mà có thê phân loại được kênh truyền là pha đinh nhanh
hay pha định chậm Đối với kênh truyền pha đỉnh nhanh, đáp ứng xung của kênh
truyền thay đổi nhanh so trong một chu kỳ ký tự Khi đó thời gian kết hợp của kênh
truyền nhỏ hơn chu kỳ ký tự của tín hiệu phát Tóm tại, tín hiệu chịu ảnh hưởng pha
Trang 33
va
B.< Bp [1-22]
Lưu ý, khi kênh truyền được cho là pha đỉnh nhanh hay pha đỉnh chậm, thì — _
cũng không có nghĩa kênh truyền đó là pha đỉnh phắng hay pha đỉnh chọn tần Pha
đỉnh nhanh chỉ liên quan đến tốc độ thay đổi của kênh truyền do có sự di chuyến -
Trong trường hợp pha đỉnh phẳng, ta có xấp xỉ đáp ứng xung với hàm delta Vì vậy,
kênh truyền pha đỉnh phẳng, nhanh là kênh truyền có biên độ của hàm delta thay đối nhanh hơn tốc độ thay đổi tín hiệu truyền ở dải gốc Đối với trường hợp pha đỉnh
chọn tần, nhanh thì biên độ, pha, trễ của các thành phần đa đường sẽ thay đôi nhanh hơn tốc độ thay đổi của tín hiệu phát Trên thực tế, pha đỉnh nhanh chỉ xuất hiện khi
tốc độ dữ liệu rất thấp
- Pha định chậm
Đối với kênh truyền pha đỉnh chậm, đáp ứng xung của kênh truyễn thay đổi
với tốc độ chậm hơn tín hiệu phát ở dải gốc s(t) Khi đó, kênh truyền được xem là
tĩnh trong một hoặc vài khoảng băng thông Trong miền tần số, điều này có nghĩa là
trải Doppler của kênh truyền sẽ nhỏ hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu dải gốc Vì thế, tín hiệu chịu ảnh hưởng pha đinh chậm khi:
T «T, [1-23]
B.> Bọ [1-24]
Rõ ràng ta thấy, tốc độ đi chuyển của phương tiện (hoặc của các vật cản
Trang 341.3.4 Một số loại nhiễu - Nhiễu AWGN
Nhiễu tôn tại trong tất cả các hệ thống truyền dẫn Các nguồn nhiễu chủ yêu
là nhiễu nên nhiệt, nhiễu điện từ các bộ khuếch đại bên thu, và nhiễu liên ô (inter-
cellular interference) Các loại nhiễu này có thể gây ra:nhiễu-Hên kí tựSErnhiễu - - liên sóng mang ICI và nhiều liên điều chê IMD Nhiễu này làm giảm fisốiínhiệu ˆ
trên nhiễu SNR, giảm hiệu quả phổ của hệ thống Và thực tế: là tùy thuộc:vào:từng¿ - - one
loại ứng dụng, mức nhiễu và hiệu quả phổ của hệ thống phải được lựa chọn
Hầu hết các loại nhiễu trong các hệ thông có thể được mô phỏng một cách chính xác bằng nhiễu trắng cộng Hay nói cách khác tạp âm trắng Gaussïan là loại
nhiễu phố biến nhất trong hệ thống truyền dẫn Loại nhiễu này có mật độ phô công suất là đồng đều trong cả băng thông và biên độ tuân theo phân bố Gaussian Vậy dạng kênh truyền phổ biến là kênh truyền chịu tác động của nhiễu Gaussian trắng
cộng
Nhiễu nhiệt là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động
đến kênh truyền dẫn Đặc biệt, trong hệ thống OFDM, khi số sóng mang phụ là rất
lớn thì hầu hết các thành phần nhiễu khác cũng có thể được coi là nhiễu Gaussian
trắng cộng tác động trên từng kênh con vì xét trên từng kênh con riêng lẻ thì đặc
diém của các loại nhiều này thỏa mãn các điêu kiện của nhiễu Gaussian trăng cộng
- Nhiễu ISI và ICI
Nhiễu ISI và ICI là hai loại nhiễu thường gặp nhất do ảnh hưởng của kênh
truyền ngoài nhiễu Gaussian trắng cộng Như đã giới thiệu ở trên, ISI gây ra đo trải
trễ đa đường Đề giảm ISI, cách tốt nhất là giảm tốc độ đữ liệu Nhưng với nhu cầu hiện nay là yêu cầu tốc độ truyền phải tăng nhanh Do đó giải pháp này là không thể
thực hiện được
Trong môi trường đa đường, ký tự phát đến đầu vào máy thu với các khoảng
Trang 35
liên ký tự ISI Trong OFDM, ISI thường đề cập đến nhiễu của một ký tự OFDM với
ký tự trước đó.Trong hệ thống OFDM, để giảm được nhiễu ISI, phương pháp đơn
giản và thông dụng nhất là đưa vào tiền tố lặp CP Ngoài nhiễu ISI, nhiễu ICI cũng
tác động không nhỏ đến chất lượng tín hiệu thu được
ICI xảy ra khi kênh đa đường thay đổi trong thời gian ký tự OFDM Dịch
Doppler trên mỗi thành phần đa đường gây ra dịch tần số trên mỗi sóng mang, kết
quả là mắt tính trực giao giữa chúng Sự lệch tần số sóng mang của máy phát và
máy thu cũng gây ra nhiễu ICI trong hệ thống OEDM Nhiễu ICI được loại bỏ hoàn
toàn nhờ sử dụng tập sóng mang làm tập tần số của các kênh phụ 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Tóm lại, chương này đã cho ta biết thêm về mạng di động và quá trình phát
triên của hệ thống di động không đây, một số đặc điểm của kênh truyền đi động và một vài ảnh hưởng đến tín hiệu khi truyền trong không gian Mặt khác, ta cũng có
thể hiểu cụ thể hơn các loại nhiễu thường gặp trong hệ thống kênh truyền không
dây, chính vì thế cần đưa ra những biện pháp đề hạn chế nhiễu và ảnh hưởng của nó
đến chất lượng kênh truyền Chính những ảnh hưởng đó đã làm tín hiệu khi phát đến khi thu có thể bị lỗi, nên trong bất kỳ hệ thống nào cũng cần phải xử lý lỗi để
lây lại tín hiệu giống như tín hiệu ban đầu Và ở chương tiếp theo ta sẽ tìm hiểu cụ thể hơn về hệ thống MIMO, trong đó tập trung vào hệ thông sử dụng thông tin kênh
Trang 36
CHUONG 2 SU DUNG HIEU QUA THONG TIN KENH TRUYEN
2.1 GIOI THIEU CHUONG |
Trong chương này sẽ giới thiệu về dung lượng kênh truyền vô tuyến gồm các
hệ thống SISO, MIMO, và hệ thống đa người dùng để thấy được sự cải thiện trong
dung lượng kênh truyền ở các kỹ thuật này Vai trò của thông tin kênh truyền
(CSTT) tại máy phát cũng đóng vai tro quan trọng trong việc tăng độ lợi phép kênh,
nhưng dự đoán chính xác CSIT rất khó khăn Phần chính của chương này tập trung
việc nghiên cứu mô hình dựa trên định lý I của David Tse để tận đụng CSIT lỗi thời
2.2 DUNG LUQNG KENH TRUYEN VO TUYEN [2], [4], [7], [8], [11], [L4], [15], [16]
Hệ thống thông tin vô tuyến đã trải qua những thế hệ khác nhau từ hệ thống SISO cho đến MIMO Trong đó băng thông là một trong những thông số quan trọng
quyết định tốc độ truyền dữ liệu cho các ứng dụng dịch vụ Nói một cách khác,
băng thông quyết định chất lượng của hệ thống Phần này sẽ trình bày lần lượt dung lượng của các hệ thông SIMO, MISO, SIMO, MIMO
4.1.1 Hệ thống SISO
Hệ thống SISO là hệ thống một ngõ vào và một ngõ ra Đây là hệ thống
thông tin đơn giản nhất khi bên phát có 1 anten và bên thu có 1 anten Mô hình
Trang 37
Trong đó € là dung lượng kênh truyền, E là băng thông của hệ thống, SWĐ
là tý sơ tín hiệu trên nhiễu
SISO có một điểm thuận lợi, đó chính là sự đơn giản, không cần quá trình xử
lý phân tập Thông lượng của hệ thống phụ thuộc vào băng thông kênh truyền và tỷ số tín hiệu trên nhiễu Trong một số điều kiện, hệ thống này chịu ảnh hưởng của
hiệu ứng đa đường gây ra hiện tượng pha đỉnh, suy hao dẫn đến giảm tốc độ dữ liệu, mất gói, số bit lỗi tăng lên
4.1.2 Hệ thống SIMO
SIMO là hệ thống một ngõ vào với một anten phát, và một ngõ ra với nhiều anten thu Đề tối ưu hóa mô hình đữ liệu, nhiều mô hình phân tập thu khác nhau đã
được thực hiện tại máy thu như mô hình phân tập chọn lựa (SC), mô hình kết hợp
độ lợi lớn nhât (MGC) và mô hình kết hợp độ lợi bằng nhau (EGC) Hệ thống
SIMO được sử dụng cho các trạm thu sóng ngắn dé đếm ảnh hưởng của pha định
tầng điện ly Hệ thống SIMO thích hợp với nhiều ứng dụng nhưng khi máy thu đặt
tại các thiết bị đi động như điện thoại đi động, thì chất lượng sẽ giới hạn bởi kích
thước, giá thành và lượng pin sử dụng
Trang 38
4.1.3 Hệ thing MISO
Hệ thonons MISO là hệ thống nhiều ngõ vào và một ngõ ra Đây là một mô
_ hình trong hệ thống thông tin đi động RF, trong đó nhiều anten đặt tại máy phát và
một anfen thu đặt tại máy thu
Dung lượng của hệ thông MISO và SIMO được biểu diễn như sau:
C = B.log,(i+n.SNR) bit/s [2-2]
Trong đó 7: là số anten phát trong hệ thống MISO, và là số anten thu trong hệ
théng SIMO, € là dung lượng kênh truyền, là băng thông của hệ thong, SNR 1a
tỷ sô tín hiệu trên nhiều
4.1.4 Hệ thống MIMO
Hệ thống MIMO là hệ thống nhiều anten phát đặt tại máy phát và nhiều
anten thu đặt tại máy thu Giữa máy phát và máy thu, tín hiệu có thể đi nhiều đường
và nếu ta di chuyên anten với khoảng cách nhỏ thì đường truyền đó cũng sẽ thay
đỗi
hye TX ly
Hình 2.3: Hệ thống MIMO nxm
Khi sử dụng hệ thống MIMO, sẽ có nhiều đường truyền tín hiệu Có thể sử dụng những tín hiệu này để cải thiện chất lượng tín hiệu thu Dung lượng của hệ
Trang 39Trong đó, ?+z là số anten phát, ?t„ là số anten thu
Nếu tín hiệu được mã hóa bằng kỹ thuật mã hóa thời gian — không gian, thì
dung lượng sẽ là:
€C =min(n;,ng)B.log;(1+SNR) bit/s [2-4]
Hệ thống MIMO thường được sử dụng để ghép kênh trong không gian để có thể truyền tín hiệu đi theo những đường truyền khác nhau Khi càng tăng số lượng
anten phát và thu, thì dung lượng kênh truyền càng được cải thiện
4.1.5 Hệ thống đa người dùng
Kênh truyền đa người dùng là kênh truyền được chia sẻ giữa nhiều người
dùng khác nhau Có hai loại kênh truyền đa người dùng: kênh lên và kênh xuống
(hình 2.4) Kênh xuống, hay được gọi là kênh phát sóng, có một máy phát đến nhiều
nhiều máy thu Vì tín hiệu được truyền cho nhiều người dùng, nên tín hiệu truyền sẽ
gồm #(f} = 3;7_¡ s„(f), với công suất tông là P và băng thơng Ư, là tổng tín hiệu
truyền đến tất cả K người dùng Vì thế tổng công suất của tín hiệu sẽ được chia cho
nhiều người dùng khác nhau Vẫn đề đồng bộ giữa các máy thu khác nhau sẽ dễ dang hon, vi tat ca các tín hiệu truyền đi đều từ một máy phát Một tính chất quan
trọng khác của đường xuống là cả tín hiệu và nhiễu đều bị méo bởi cùng một kênh
Cu thé là, tín hiệu của người dùng thứ & là #y(f}, và tat cả các tín hiệu s.Œ),j # k
đi qua kênh truyền của người dùng thứ & là h;¿ {f) đều đến người dùng thứ k Day là sự khác nhau cơ bản giữa đường lên và đường xuống, vì đường lên từ nhiều người dùng khác nhau sẽ bị nhiễu bởi kênh truyền khác nhau Ví dụ kênh phát sóng vô tuyến bao gồm phát sóng radio, phát sóng truyền hình, đường truyền từ vệ tính
Trang 40
Kênh lên, còn gọi là kênh đa truy cập, gồm nhiều máy phát gởi tín hiệu đến
một máy thu, trong đó, mỗi tín hiệu đều có băng thông tổng Tuy nhiên, ngược
với đường xuống, mỗi người dùng ở đường lên đều có sự hạn chế công suất P„ liên quan với tín hiệu phát #„(£} Thêm vào đó, vì tín hiệu truyền từ nhiều máy phát khác nhau, nên các máy phát này phải phối hợp với nhau để đồng bộ tín hiệu Hình 2.4 cũng mô tả tín hiệu từ các người dùng khác nhau ở đường lên thông qua nhiều kênh khác nhau Vì vậy, ngay cả khi các công suất P„ giống nhau, thì công suất
nhận ở những người dùng khác nhau cũng sẽ khác nhau (vì hệ số kênh truyền khác
nhau) Đường lên vô tuyến gồm đường từ card LAN của laptop đến các điểm truy câp LAN, đường truyền từ trạm mặt đất lên vệ tinh, đường truyền từ thiết bị di động
đa người dùng để trạm gốc trong hệ thống tế bào nt) s,(t) 4 we = Z Yue ' h(t) | | “ s(t) —- nt s{t) N h{) — Y NI > Mser 2 hit) h,(t) NN s(t} Kénh lén Y ace Kênh xuống m
Hình 2.4: Kênh truyền đa người dùng
- Dung lượng kênh truyền xuống (kênh truyền phát sóng)
Khi nhiều người sử dụng cùng chia sẻ chung một kênh truyền, đun lượng kênh truyền sẽ không còn được đặc trưng bởi một thông số Nếu chỉ một người sử