Nghiên cứu các mô hình kênh trong hệ thống thông tin vô tuyến băng siêu rộng UWB

Bộ giáo dục đào TạO trường đại học bách khoa hà nội -Nguyễn ĐĂNG THÔNG TI: NGIÊN CứU CáC MÔ HìNH KÊNH TRONG Hệ THốNG THÔNG TIN VÔ TUYếN BĂNG SIÊU RộNG UWB LUN VN THC S K THUT CHUYấN NGNH: IN T - VIN THễNG NGI HNG DN : PGS-TS V VN YấM Hà Nội - 2012 Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun thc s k thut NGHIấN CU CC Mễ HèNH KấNH TRONG H THNG THễNG TIN Vễ TUYN BNG SIấU RNG UWB l cụng trỡnh nghiờn cu ca riờng tụi, c tng hp t cỏc ti liu tham kho v cú trớch dn y , trung thc Cỏc s liu v kt qu lun l kt qu nghiờn cu trung thc Hc viờn Nguyn ng Thụng Nguyn ng Thụng i Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB THUT NG VIT TT Kớ hiu Tờn ting Anh Ting Vit ADC AWGN BER BPSK CDMA DSSS EIRP Analog Digital Converter Additive White Gaussian Noise Bit Rrror Rate Bi-phase Shift Keying Code Division Multiple Access Direct Sequent Spread Spectrum Equivalent Isotropically Radiated Power B chuyn i tng t/s Tp õm Gaussian trng cng T l li bit Khúa chuyn pha a truy nhp phõn chia theo mó Tri ph chui trc tip Cụng sut phỏt x ng hng tng ng FCC Federal Commission FDM Frequency Division Multiplexing FHSS Frequency Hopping Spectrum Free Space Propagation FSP Communications y ban truyn thụng liờn bang My Ghộp kờnh phõn chia theo tn s Spread Tri ph nhy tn Truyn súng khụng gian t GPS Global Positioning System H thng nh v ton cu IC Integrated Circuit Mch tớch hp IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Bin i Fourier ri rc ngc IFFT Inverse Fast Fourier Transform Bin i Fourier ngc nhanh LMMSE Linner Minimum Square Error Li trung bỡnh bỡnh phng tuyn tớnh cc tiu LOS Light of Sight Nhỡn thng LSI Large Scale Integration Mch tớch hp c ln MAI Multiple Access Interference Nhiu a truy nhp MF Matched Filter B lc thớch ng MPU Multi Processor Unit Thnh phn a x lớ MUI Multiuser Interference Nhiu a ngi dựng NLOS Non Light of Sight Khut OFDM Orthogonal Frequency Division Ghộp kờnh theo tn s trc giao Multiplex OOK On-off Keying Khoỏ bt tt PCS Personal Communication Service Cỏc dch v thụng tin cỏ nhõn PDA Personal digital Assistant Thit b h tr cỏ nhõn s PN Pseudo Noise Gi õm PR Pseudo Random Gi ngu nhiờn PRF Pulse Repetiton Frequency Tn s lp xung Nguyn ng Thụng ii Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB PSD Power Spectral Density QPPAM Quadrature Position and Amplitude Modulation SF Spread Factor SNR Signal to Noise Ratio THSS Time hopping Spread Spectrum USB Universal Serial Bus UWB Ultra Wideband WLAN Wireless Location Area Network WPAN Wireless Personal Area Network ISM Industry Scientific Medicine Nguyn ng Thụng iii Mt ph cụng sut iu ch v trớ v biờn cu phng H s tri ph T s tớn hiu trờn õm Tri ph nhy thi gian Bus ni tip nng Siờu bng rng Mng ni ht khụng dõy Mng cỏ nhõn khụng dõy Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB DANH MC CC BNG Bng 1.1: So sỏnh tc ca UWB vi cỏc chun khụng dõy cng nh cú dõy 20 Bng 1.2: Cụng sut tiờu th ca UWB v cỏc chip truyn thụng di ng khỏc 20 Bng 1.3: Di tn quy nh cho cỏc lnh vc ng dng UWB khỏc 24 Bng 3.1: Cỏc giỏ tr dch thi gian ti u vi BPPM kờnh AWGN 37 Bng 3.2: u im v nhc im ca cỏc phng phỏp iu ch khỏc nhau49 Nguyn ng Thụng iv Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB DANH MC HèNH V Hỡnh 1.1 UWB phỏt x gii hn cho cỏc h thng thụng tin liờn lc nh Hỡnh 1.2 Tiờu chun UWB gii hn cho cỏc thit b cm tay t ngoi tri Hỡnh 1.3 UWB gii hn thụng tin cho cỏc h thng hỡnh nh thụng truyn qua tng Hỡnh 1-4 UWB gii hn truyn ti cho cỏc h thng radar Hỡnh 1.5: Mt n ph FCC ỏp t cho cỏc h thng truyn thụng UWB 10 Hỡnh 1.6: Cỏc monoycle px(t) vi x=02 vi PW=0.9 ns v cỏc dng ph mt cụng sut ca chỳng 12 Hỡnh 1.7: Mụ hỡnh Matlab n gin to tớn hiu Gaussian doublet 13 Hỡnh 1.8: Chi tit ca vic to xung h thng truyn thụng UWB: (a) Chui xung ch nht; (b) Chui xung dng Gaussian; (c) xung o hm bc 1; (d) cỏc xung Gaussian doublet 13 Hỡnh 1.9: Chui xung UWB 14 Hỡnh 1.10: Ph ca chui xung cha c lm trn (a) v ca chui xung c lm trn bng cỏch dch lờn phớa trc hoc sau mt khong nh (TH) 16 Hỡnh 1.11: Mụ hỡnh a ng in hỡnh nh, xung phỏt b phn x bi cỏc vt th nh to cỏc phiờn bn ca xung b thu vi cng , tr khỏc 17 Hỡnh 1.12: Hai xung n vi khong thi gian ln hn rng mt xung s khụng chng ln v s khụng gõy nhiu 18 Hỡnh 1.13: a) Hai xung chng ln v b) dng súng thu c bao gm cỏc xung chng ln 19 Hỡnh 1.14: Kt ni cỏc thit b s dng UWB 22 Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh kờnh vụ tuyn UWB a ng n gin nh 25 Hinh 2.2: Dng xung phỏt v thu vi Tp=0.55 ns v minh ho 10 ns u 26 Hỡnh 2.3 Kờnh vụ tuyn c mụ hỡnh bi b lc FIR vi cỏc trng s ngu nhiờn 27 Hỡnh 2.4: Minh ho mụ hỡnh hoỏ PDP ca tớn hiu UWB 29 Hỡnh 2.5: ỏp ng xung UWB in hỡnh khong cỏch 10 m 33 Hỡnh 3.1: Phõn loi cỏc phng phỏp iu ch truyn thụng UWB 34 Hỡnh 3.2 Minh ho PPM v BPSK truyn thụng UWB 35 Hỡnh 3.3: Cỏc dng xung PPM vi cỏc bit v 36 Hỡnh 3.4: Hm t tng quan chun hoỏ ca cỏc dng súng khỏc nhau, v vi mt s rng xung khỏc ú tp1=0.7521 ns, n=2,5,14; tp2=0.5 ns, n=2,5; vi n l bc ca xung Gaussian 38 Hỡnh 3.5: PAM, PSM v OOK truyn thụng UWB 41 Hỡnh 3.6: Khỏi nim h thng nhy thi gian 43 Hỡnh 3.7: Khỏi nim h thng tri chui trc tip 45 Hỡnh 3.8: mụ phng cỏc h thng mt ngi dựng UWB kờnh AWGN 49 Nguyn ng Thụng v Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB Hỡnh 3.9 S thu phỏt UWB chung 50 Hỡnh 3.10: Chia cỏc kờnh thnh cỏc khe thi gian khụng chng ln 52 Hỡnh 3.11: PSD ca monocycle s dng 56 Hỡnh 3.12 PSD ca cỏc monocycle bc v cha tri ph (a) v tri ph TH (b) 57 Hỡnh 3.13: PSD ca cỏc mó tri ph DS (a) v monocycle tri ph DS (b) 57 Hỡnh 3.14: S chung ca b thu UWB 58 Hỡnh 3.15 Kờnh vụ tuyn c mụ hỡnh bi b lc FIR vi cỏc trng s ngu nhiờn 60 Hỡnh 4.1: S phỏt tớn hiu v kờnh UWB 64 Hỡnh 4.2 Kờnh CM1 64 Hỡnh 4.3 Kờnh CM2 64 Hỡnh 4.4 Kờnh CM3 65 Hỡnh 4.5 Kờnh CM4 65 Hỡnh 4.6: S mụ phng 66 Hỡnh 4.7 Tớn hiu thu c s dng kờnh CM1 66 Hỡnh 4.9 Tớn hiu thu c s dng kờnh CM3 67 Hỡnh 4.10 Tớn hiu thu c s dng kờnh CM4 68 Nguyn ng Thụng vi Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB MC LC LI NểI U CHNG 1: TNG QUAN V H THNG UWB 1.1 Gii thiu v h thng UWB 1.1.1 Lch s phỏt trin ca UWB 1.1.2 Cỏc u im ca UWB 1.1.3 Nhng thỏch thc ca UWB 1.1.4 Vai trũ ca x lớ tớn hiu 1.2 UWB theo chun FCC 2002 1.2.1 Thit b truyn thụng 1.2.2 Thit b hỡnh nh 1.3 Cỏc thuc tớnh ca h thng v tớn hiu UWB 1.3.1 Mt n ph cụng sut 1.3.2 Mu xung 10 1.3.3 Chui xung 14 1.3.4 a ng 15 1.3.5 Cỏc c im khỏc 18 1.4 Cỏc lnh vc ng dng ca UWB 20 1.5 Tng kt 23 CHNG 2: Mễ HèNH KấNH Vễ TUYN TRONG UWB 25 2.1 M u 25 2.2 Mụ hỡnh kờnh 29 2.2.1 Mụ hỡnh kờnh phm vi ln 30 2.2.2 Mụ hỡnh kờnh phm vi nh 31 2.2.3 S dng mụ hỡnh 32 2.3 Tng kt 33 CHNG 3: TRUYN THễNG BNG SIấU RNG UWB 34 3.1 Cỏc phng phỏp iu ch truyn thụng UWB 34 3.1.1 iu ch v trớ xung (PPM) 36 3.1.2 iu ch pha hai trng thỏi (BPSK) 38 Nguyn ng Thụng Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB 3.1.3 iu ch dng xung (PSM) 40 3.1.4 iu ch biờn xung 40 3.1.5 Khoỏ bt- tt 41 3.1.6 Mu tớn hiu 41 3.1.6.1 Mu tớn hiu tri ph nhy thi gian 42 3.1.6.2 Tri ph chui trc tip 45 3.1.7 Tng kt v cỏc phng phỏp iu ch 46 3.2 B phỏt 49 3.3 Cỏc k thut a truy nhp ỏp dng UWB 50 3.3.1 Nhy thi gian (TH) 52 3.3.2 Tri ph trc tip (DS) 53 3.3.3 Ph ca tớn hiu UWB 55 3.4 B thu 57 3.4.1 Khỏi nim c bn 57 3.4.2 Cỏc mỏy thu ci tin 59 3.4.2.1 Mỏy thu Rake 60 3.4.2.2 B thu gii tng quan 62 3.5 Tng kt 63 CHNG 4: Mễ PHNG MT S Mễ HèNH KấNH TRONG H THNG UWB 64 S phỏt tớn hiu kờnh 64 1.2 Tớn hiu kờnh CM2 64 1.3 Tớn hiu kờnh CM3 65 1.4 Tớn hiu kờnh CM4 65 S mụ phng tớn hiu s dng kờnh CM1, CM2, CM3, CM4 66 Kt qu mụ phng 66 3.1 CM1 LOS: kờnh truyn thng, khong cỏch 4m 66 3.2 CM2: NLOS kờnh khụng truyn thng, khong cỏch 4m 67 3.3.CM3: NLOS: Kờnh khụng truyn thng, khong cỏch 10m 67 3.4 CM4 Extreme Non - Line of sight channel 68 Nguyn ng Thụng Lun tt nghip Nghiờn cu cỏc mụ hỡnh kờnh h thng UWB KT LUN V HNG PHT TRIN TI 69 KT LUN 69 HNG PHT TRIN TI 69 Ti liu tham kho 72 Ph lc 73 Cỏc hm mt xỏc sut quan trng 73 1.1 Phõn b ng u 73 1.2 Phõn b Gauss (hay phõn b chun) 73 1.3 Phõn b Gauss a bin 73 1.5 Phõn b Rice 75 1.6 Phõn b log chun 75 1.7 Phõn b Suzuki 76 Nguyn ng Thụng Lun tt nghip Chng 3: Truyn thụng UWB N ( n 1)T f TRAKE z RAKE n l l T nT f TRAKE s l t nTl TRAKE dt (3.46) nTRAKE N z RAKE (n) N (0, SF wl ) (3.47) l Lớ phớa sau biu thc phng sai õm (3.47) l s dng DS, SF c lp vi cỏc ngun õm cú phng sai c tớnh vo b lc thớch ng Trong trng hp TH, giỏ tr phng sai ca ngun õm c nhõn vi SF b lc thớch ng Tip theo thnh phn tớch phõn ca biu thc (3.45) cú th c tớnh bng cỏch s dng hm t tng quan ca dng súng mu v n gin hoỏ biu thc, cú th gi thit hm t tng quan l Tf SF , l t l t dt 0 (3.48) S n gin hoỏ ny cú th thc hin c bng cỏch s dng cỏc mó tri ph cú cỏc c tớnh lớ tng Biu thc (5.3) cú th n gin hoỏ l: o(n) SF n (l ) N w a l (l ) N l (3.49) z RAKE (n) l V SNR u ca b lc thớch ng ú l SNRRAKE N SF wl aN1l l N wl2 (3.50) l S dng bt ng thc Schawarz vo (3.50) dn n N N N SF wl aN1l SF wl2 aN1l l l l N N wl2 wl2 SNRRAKE l N SF aN1l l (3.51) l V cú du ng thc (3.51) cỏc trng s c chn l wl cMRC aN l l Nguyn ng Thụng 61 (3.52) Lun tt nghip Chng 3: Truyn thụng UWB Trong ú cMRC l hng s tu ý Loi kt hp ny c gi l Kt hp t l cc i (MRC- Maximal Ratio Combiner) bi vỡ nú ti a SNR u thu S dng MRC, SNR t c giỏ tr cc i tng ng vi du ng thc ca biu thc (3.51) vi: N Ptot aN l l (3.53) L nng lng tng cng phớa thu thu c t cỏc ngún ca b thu Rake 3.4.2.2 B thu gii tng quan B thu gii tng quan l b tỏch súng nhiu ngi dựng da trờn tng quan gia cỏc ngi dựng Ly h thng DS ng b lm vớ d b gii tng quan thc hin iu ny bng cỏch nhõn cỏc giỏ tr u ca b lc thớch ng vi ma trn tng quan o Desired Noise (n) sgn R y (n) sgn A (n) R z (n) (3.54) T (3.57) cú th thy rng b gii tng quan s tr thnh mỏy thu ti u, bi vỡ nú cú th hon ton phõn bit cỏc ngi dựng khỏc vi R ó bit Tt nhiờn thc hin iu ny R phi tn ti, cú th chng minh rng R l xỏc nh dng nu cỏc h s tri ph l c lp tuyn tớnh v ú R-1 tn ti [15] Ma trn liờn hp ca õm biu thc 3.54 l: T E R z n R z n E R z n z T n R R RR R (3.55) V phng sai õm ca mi ngi dựng l Rkk1 vi Rkk1 l thnh phn ng chộo chớnh th k ca R-1 BER ca mi ngi dựng ú c tớnh l: Ak2 BERk erfc 2 Rkk1 Theo ph lc H[11]: tr R K SF (3.56) (3.57) V Rkk1 c ly trung bỡnh qua K mó khỏc v ú: E Rkk1 Nguyn ng Thụng SF (3.58) 62 Lun tt nghip Chng 3: Truyn thụng UWB Cú th thy rng b thu gii tng quan b nh hng nhiu bi õm hn l bi MAI Nhng nú cng ci tin ỏng k so vi b thu tng quan ch b thu tng quan b nh hng nhiu bi nhiu t cỏc ngi dựng khỏc 3.5 Tng kt Trong chng ny em ó xem xột h thng truyn thụng UWB Thy rừ nhng c im khỏc bit so vi h thng truyn thụng UWB v phng phỏp iu ch ỏnh giỏ hiu nng ca cỏc cỏc phng phỏp iu ch, xem xột hai phng phỏp tri ph c s dng ch yu truyn thụng UWB l TH v DS Do ni dung c xem xột trờn quan im x lớ tớn hiu nờn lun khụng i sõu vo cu trỳc ca b thu v b phỏt m ch trỡnh by nguyờn lớ hot ng Nguyn ng Thụng 63 Lun tt nghip Chng 4: Mụ phng CHNG 4: Mễ PHNG MT S Mễ HèNH KấNH TRONG H THNG UWB Trong khuụn kh ti ca lun , tụi thc hin mụ phng mt s mụ hỡnh kờnh co bn h thng bng siờu rng UWB Vic thc hin mụ phng lm rừ v hiu hn v cỏc tham s ca kờnh UWB cng nh nh hng ca cỏc mụ hỡnh kờnh ti vic thu phỏt tớn hiu ỏnh giỏ qua t s li bit BER Vic thc hin mụ phng s dng Matlab Simmulink S phỏt tớn hiu kờnh B to xung Nhy mc khụng Mụ hỡnh kờnh Hin th Hỡnh 4.1: S phỏt tớn hiu v kờnh UWB 1.1 Tớn hiu kờnh CM1: kờnh truyn thng, khong cỏch 4m Hỡnh 4.2 Kờnh CM1 1.2 Tớn hiu kờnh CM2: kờnh khụng truyn thng, khong cỏch 4m Hỡnh 4.3 Kờnh CM2 Nguyn ng Thụng 64 Lun tt nghip Chng 4: Mụ phng 1.3 Tớn hiu kờnh CM3: Kờnh khụng truyn thng, khong cỏch 10m Hỡnh 4.4 Kờnh CM3 1.4 Tớn hiu kờnh CM4: Extreme Non - Line of sight channel Hỡnh 4.5 Kờnh CM4 Nh võy ta thy rng c kờnh CM1, CM2, CM3, CM4 u phỏt chu k T = 0,02 s tng ng vi tn s l 5000Hz Nhng kờnh thỡ ph ca CM l hp nht nhng nú phỏt xa nht Tựy thuc vo s thay i tn s v xung m ca cỏc kờnh m nú cú cỏc dng tớn hiu khỏc Trờn õy l ch l tớn hiu minh Nguyn ng Thụng 65 Lun tt nghip Chng 4: Mụ phng S mụ phng tớn hiu s dng kờnh CM1, CM2, CM3, CM4 Trong phn ny tụi trung quan sỏt, mụ phng vic thu nhn tớn hiu qua cỏc mụ hỡnh kờnh CM1, CM2, CM3, CM4 bng vic ỏnh giỏ thụng qua t s li bit BER Hỡnh 4.6: S mụ phng Kt qu mụ phng 3.1 CM1 LOS: kờnh truyn thng, khong cỏch 4m Hỡnh 4.7 Tớn hiu thu c s dng kờnh CM1 Nguyn ng Thụng 66 Lun tt nghip Chng 4: Mụ phng - Khi s dng kờnh CM1 thỡ s bit m c 3.947 e 004 , s bit li m c l 1.972 e 004 , s li BER 0.4997 3.2 CM2: NLOS kờnh khụng truyn thng, khong cỏch 4m Hỡnh 4.8 Tớn hiu thu c s dng kờnh CM2 - Khi s dng kờnh CM2 thỡ s bit m c 3.659 e 004 , s bit li m c l 1.828 e 004 , s li BER 0.4996 3.3.CM3: NLOS: Kờnh khụng truyn thng, khong cỏch 10m Hỡnh 4.9 Tớn hiu thu c s dng kờnh CM3 Nguyn ng Thụng 67 Lun tt nghip Chng 4: Mụ phng - Khi s dng kờnh CM3 thỡ s bit m c 3.497 e 004 , s bit li m c l 1.746 e 004 , s li BER 0.4994 3.4 CM4 Extreme Non - Line of sight channel Hỡnh 4.10 Tớn hiu thu c s dng kờnh CM4 - Khi s dng kờnh CM4 thỡ s bit m c 3.697 e 004 , s bit li m c l 1.847 e 004 , s li BER 0.4996 Nh võy ta nhn thy rng kờnh CM1, CM2, CM3, CM4 thỡ t l li bit ca kờnh CM4 l ln nht nhng bng thụng v c ly truyn ca kờnh ny l ln nht Nguyn ng Thụng 68 Lun tt nghip Kt lun KT LUN V HNG PHT TRIN TI KT LUN Trong lun ny cỏc h thng UWB ó c nghiờn cu v phõn tớch di quan im x lớ tớn hiu, vi muc ớch s dng cho k thut truyn thụng khụng dõy khong cỏch ngn vi cỏc liờn kt tc cao Cú th thy lun trỡnh by cỏc phng phỏp iu ch, gii iu ch, cỏc chui xung Cỏc phng thc truyn h thng UWB Trỡnh by cỏc mu tri ph: tri ph thi gian, tri ph trc tip Nờu s , cỏc thụng s k thut mỏy phỏt, s v cỏc thụng s k thut mỏy thu a cỏc b thu ci tin: b thu Rake, b thu tng quan l cỏc h thng truyn thụng UWB cú th t c cỏc kt ni tc cao v cỏc cu hỡnh thớch hp cho truyn thụng khong cỏch ngn HNG PHT TRIN TI - Thc hin mụ phng ton b h thng thu phỏt h thụng vụ tuyn bng siờu rng UWB - Nghiờn cu vic nh hng ca anten n mụ hỡnh kờnh UWB - Nghiờn cu trin khai, ch to Modul phn cng h thng UWB Nguyn ng Thụng 69 Lun tt nghip Ti liu tham kho Ti liu tham kho [1] Federal Communication Commission (FCC), Revision of part 15 of the commissions rule regarding ultra-wideband transmission systems, Firsr report & order,11/2002 [2] C.E Shannon, A mathematical theory of communication,1948 [3] S.Zeisberg PPM based UWB system thrughput optimisation [4] Liuging Yang and Georgios B.Giannkis-Ultra Wideband-An Idea Whose Time Has Come [5] Q.Li, Multiuser receivers for DS-CDMA UWB, 2002 [6] J.Foerster, The effects of multipath interference on th performance of UWB system in a indoor wireless channel, 2001 [7] H.F Engler, Technical issues in ultra-wideband radar system, 1994 [8] F Ramirez-Mireles and R A Scholtz Wireless multiple-access using SS timehopping and block waveform pulse position modulation, part 2: Multipleaccess [9] H Kikuchi UWB arrives in Japan Nikkei Electronics, pages 95122, February 2003 [10] John Wiley & Sons Ultra wideband-signals and systems in communication engineering, [11] Lars Puggaard Boglild Christensen Signal processing for Ultra-Wideband systems, Technical University of Denmark, 5-2003 [12] D Cassioli, The ultra-wideband indoor channel: from statistical model to simulations, 2002 [13] General Atomics, Overview of general atomics PHY proposal to IEEE 802.15.3a [14] S.W.Golomb, Construcstion and properties of Costas arrays, 1984 [15] S.Verdu, Multiuser detection, 1998 Nguyn ng Thụng 72 Lun tt nghip Ti liu tham kho [16] H.G.Schantz, Ultra wideband technology gains a boost from new antennas, Time Domain Corp [17]J G Proakis Digital Communications Addison Wesley, 4th edition, 2000 [18] T S Rappaport Wireless Communications: Principles and Practice PrenticeHall, 1996 [19] TS.Nguyn Phm Anh Dng, C s truyn dn vi ba s, Hc vin cụng ngh bu chớnh vin thụng,4-2001 [20] TS.Nguyn Phm Anh Dng a truy nhp vụ tuyn v lớ thuyt tri ph, Hc vin cụng ngh bu chớnh vin thụng,10-2002 [21] TS H Thu Lan, H thng thụng tin v x lớ tớn hiu, Hc vin cụng ngh bu chớnh vin thụng, 2002 Nguyn ng Thụng 73 Lun tt nghip Ph lc Ph lc Cỏc hm mt xỏc sut quan trng Phn ny s trỡnh by tng kt mt s cỏc hm mt xỏc sut quan trng s c s dng lp mụ hỡnh kờnh ng thi cng xột n cỏc thuc tớnh thng kờ ca cỏc hm tng ng nh: giỏ tr k vng v phng sai 1.1 Phõn b ng u Nu cho l mt bin ngu nhiờn giỏ tr thc cú hm mt xỏc sut sau: , x , p ( x ) 0, khác (1.1) Thỡ P(x) c gi l phõn b ng u v c coi l cú phõn b ng u khong [-,] Giỏ tr k vng v phng sai ca l E{}=0 v Var{}=2/3 1.2 Phõn b Gauss (hay phõn b chun) Nu cho l mt bin ngu nhiờn giỏ tr thc cú hm mt xỏc sut p ( x) e x m 2 , xIR (1.2) Thỡ p (x) c gi l phõn b Gauss (hay phõn b chun) v c coi l cú phõn b Gauss (hay phõn b chun) Trong phng trỡnh (1.24), i lng mIR ký hiu cho giỏ tr k vng v (0, ) l phng sai ca , ngha l: E{}= m (1.3a) Var{} E{ } m (1.3b) Thng s dng ký hiu rỳt gn: ~N(m, ) mụ t cỏc thuc tớnh phõn b ca cỏc bin ngu nhiờn phõn b Gauss thay cho biu din y theo (1.24) c bit m=0 v =1, thỡ ~N(0,1) c gi l phõn b chun tc 1.3 Phõn b Gauss a bin Nu cho n bin ngu nhiờn phõn b Gauss giỏ tr thc 1, n cú cỏc giỏ tr k vng mi v cỏc phng sai 2i vi i=1, 2, , n Phõn b Gauss a bin (hay Nguyn ng Thụng 73 Lun tt nghip Ph lc phõn b chun a bin, hm mt xỏc sut ca phõn b Gaussian a biờn) ca cỏc bin ngu nhiờn 1, 2, , n c xỏc nh bi: p . n n e ( x m )T C1 ( x m ) (1.4) det C ú T ký hiu cho chuyn v ca vect (hay ma trn) Trong biu thc trờn x v m l cỏc vect ct c xỏc nh nh sau: x1 E{1} m m2 E { } x2 IRn1 x IR n1 v m x E{ } m n n n (1.5a,b) v detC , C ký hiu cho nh thc (o) ca ma trn ng phng sai C 11 C C 1n C 21 C 2 C 2n C IRnn C n1 C n C nn (1.6) Cỏc phn t ca ma trn ng phng sai c xỏc nh nh sau: C Cov i , j E{ i m j m j } vi mi i,j=1,2, n (1.7) i j i Nu n bin ngu nhiờn i cú phõn b chun v khụng tng quan tng ụi mt, thỡ ma trn ng phng sai C s l ma trn ng chộo vi cỏc phn t ng chộo 2i Trong trng hp ny hm mt xỏc sut liờn hp (1.26) bng tớch ca n phõn b Gauss (hm mt xỏc sut phõn b Gaussian) ca cỏc bin ngu nhiờn phõn b chun i ~N(mi, 2i ) iu ny cú ngha l cỏc bin ngu nhiờn i l cỏc bin c lp thng kờ vi i=1,2, ,n 1.4 Phõn b Rayleigh Nu xột hai bin ngu nhiờn phõn b chun v c lp thng kờ v 2, u cú cựng phng sai 20 , ngha l 1, 2~N(mi, 20 ) Ngoi t hai bin v ta rỳt mt bin ngu nhiờn mi: 12 22 Khi ny l bin ngu nhiờn phõn b Rayleigh cú hm mt xỏc sut phõn b Rayleigh p(x) c xỏc dnh nh sau: Nguyn ng Thụng 74 Lun tt nghip Ph lc x x e , x p ( x) x0 0, (1.8) Cỏc bin phõn b Rayleigh cú giỏ tr k vng v phng sai c xỏc nh theo (1.31a) & (1.31b) nh sau: E{}= xp ( x )dx 0 (1.9a) Var{} E{ } E {} x p (x)dx (1.9b) 2 2 1.5 Phõn b Rice Nu cho 1, 2~N(0, 20 ) v IR Thỡ bin ngu nhiờn 22 c gi l bin ngu nhiờn cú phõn b Rice cú hm mt xỏc sut p(x) c cho bi 2 x x x e I , x0 p (x) 2 x0 0, (1.10) ú I0(.) ký hiu cho hm Bessel ci tin bc Cho thy =0, phõn b Rice p(x) tr thnh phõn b Rayleigh p(x) Moment bc mt v hai ca cỏc bin phõn b Rice c xỏc nh bi (1.33a) v (1.33b) nh sau: E{} e 2 I I1 E{ } 20 (1.11a) (1.11b) ú In(.) ký hiu cho hm Bessel ci tin bc n T (1.33a), (1.33b) v s dng Var{} E( E{}2 = E{ } E{} , ta cú th d dng tớnh toỏn phng sai ca cỏc bin ngu nhiờn phõn b Rice 1.6 Phõn b log chun Nu cho l mt bin ngu nhiờn Gauss cú giỏ tr k vng m v phng sai , ngha l ~N(m, ), thỡ bin ngu nhiờn e c gi l cú phõn b Nguyn ng Thụng 75 Lun tt nghip Ph lc chun log Hm mt xỏc sut p(x) ca bin ngu nhiờn phõn b chun log c xỏc nh nh sau: ln x m e , x0 p ( x ) x x0 0, (1.12) Giỏ tr k vng v phng sai ca c xỏc nh theo (1.13a) & (1.13b) nh sau: E{} e m Var{} e 2 (1.13a) m e (1.13b) 1.7 Phõn b Suzuki Nu cho (i) & (ii) nh sau: (i) cho mt bin ngu nhiờn phõn b Rayleigh cú hm mt xỏc sut p(x) xỏc nh theo (1.30) v mt bin phõn b chun log cú hm mt xỏc sut p(x) xỏc nh theo (1.34) (ii) gi thit v l cỏc bin ngu nhiờn c lp thng kờ Thỡ bin ngu nhiờn =. cú hm mt xỏc sut p(z) c xỏc nh theo ln y m z 2 z 2y e e dy, z p (z) y3 2 0, z0 (1.14) c gi l cú phõn b Suzuki Cỏc bin phõn b Suzuki cú giỏ tr k vng v phng sai c xỏc nh theo (1.37) v (1.38) nh sau: E{} m e Var{} 02 e Nguyn ng Thụng 2 m (1.15) 2e 76 (1.16) ... nghiệp Nghiên cứu mô hình kênh hệ thống UWB LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU CÁC MÔ HÌNH KÊNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG SIÊU RỘNG UWB công trình nghiên. .. Luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu mô hình kênh hệ thống UWB DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 UWB phát xạ giới hạn cho hệ thống thông tin liên lạc nhà Hình 1.2 Tiêu chuẩn UWB giới hạn cho thiết... UWB: trình bày mô hình kênh vô tuyến nhà áp dụng cho truyền thông UWB Chương 3: Truyền thông băng siêu rộng UWB: trình bày thành phần quan trọng hệ thống truyền thông, nhấn mạnh vào cách khía cạnh