TÌM HIỂU HIỆN TƯỢNG FADING và mô PHỎNG HIỆN TƯỢNG FADING TRONG hệ THỐNG VIỄN THÔNG

Cơ chế của kênh truyền fading được mô hình hóa vào những năm 50 và 60, được áp dụng cho hệ thống truyền thông không dây với các dãy băng tần: băng tần số cao HF (330 MHz) sử dụng đối với hệ thống truyền thông không dây tầng điện ly, băng tần cực cao UHF (300 MHz – 3 GHz) và băng tần siêu cao SHF (330 GHz) sử dụng đặc tính phản xạ của tầng đối lưu. Các ảnh hưởng của kênh fading trong hệ thống thông tin di động có điểm khác biệt so với các ảnh hưởng của kênh fading ở tầng điện ly và tầng đối lưu, các mô hình hiện đại được sử dụng khá hữu ích cho các đặc tính của ảnh hưởng của kênh fading trong hệ thống thông tin số di động. Ở đây tôi chủ yếu đi tìm hiểu về ảnh hưởng của kênh truyền fading trong hệ thống thông tin số di động, những ảnh hưởng đó phụ thuộc vào những điều kiện nào? Tín hiệu nhận được ở máy thu như thế nào?... Bên cạnh đó để hiểu rõ hơn về vấn đề được đề cập đến, tôi sẽ đi vào thiết lặp mô hình mô phỏng dựa trên phần mềm mô phỏng. Việc mô phỏng sẽ được thực hiện như thế nào? Các thông số được thiết lặp ra sao? Kết quả mô phỏng so với lý thuyết như thế nào?... đó là những gì mà tôi cần tìm hiểu.

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .3 1.1.1 Nội dung đề tài .3 1.1.2 Đặt vấn đề 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI .4 1.4 PHƯƠNG HƯỚNG THỰC HIỆN CHƯƠNG 2: NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING 2.1 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin vô tuyến 2.1.2 Kênh truyền vô tuyến 2.2 ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING 2.2.1 Kênh fading 2.2.2 Đường bao pha dao động 2.2.3 Hiện tượng đa đường 2.2.4 Đặc tính phân tán thời gian kênh truyền 10 2.2.5 Đặc tính phân tán tần số kênh truyền 15 2.2.6 Quan hệ phân tán tần số phân tán thời gian 20 CHƯƠNG 3: NHỮNG MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN FADING CƠ BẢN 21 3.1 MÔ HÌNH THỂ HIỆN TÍNH SUY HAO 22 3.1.1 Suy hao 22 3.1.2 Mô hình Hata .27 3.1.3 Mô hình Lee .32 3.1.4 Mô hình truyền sóng nhà 34 3.2 MÔ HÌNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING PHẲNG .37 3.2.1 Fading đa đường 38 3.2.2 Log-Normal Shadowing .49 3.2.3 Kết hợp tượng đa đường Shadowing .51 3.2.4 Kết hợp (phân chia thời gian) fading Shadowing/Unshadowing 52 3.3 MÔ HÌNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING CHỌN LỌC TẦN SỐ 54 CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG 56 4.1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRUYỀN THÔNG 56 4.1.1 Các vấn đề thiết kế đánh giá hệ thống 56 4.1.2 Áp dụng mô thiết kế đánh giá hệ thống .58 4.1.3 Giới thiệu phần mềm mô MATLAB® .59 4.2 QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG .60 4.2.1 Vấn đề mô .60 4.2.2 Thiết lập mô 62 4.2.3 Kết mô 72 4.3 KẾT LUẬN .83 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 85 PHỤ LỤC 85 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Nội dung đề tài Tìm hiểu tượng fading mô fading hệ thống viễn thông 1.1.2 Đặt vấn đề Cơ chế kênh truyền fading mô hình hóa vào năm 50 60, áp dụng cho hệ thống truyền thông không dây với dãy băng tần: băng tần số cao HF (3-30 MHz) sử dụng hệ thống truyền thông không dây tầng điện ly, băng tần cực cao UHF (300 MHz – GHz) băng tần siêu cao SHF (3-30 GHz) sử dụng đặc tính phản xạ tầng đối lưu Các ảnh hưởng kênh fading hệ thống thông tin di động có điểm khác biệt so với ảnh hưởng kênh fading tầng điện ly tầng đối lưu, mô hình đại sử dụng hữu ích cho đặc tính ảnh hưởng kênh fading hệ thống thông tin số di động Ở chủ yếu tìm hiểu ảnh hưởng kênh truyền fading hệ thống thông tin số di động, ảnh hưởng phụ thuộc vào điều kiện nào? Tín hiệu nhận máy thu nào? Bên cạnh để hiểu rõ vấn đề đề cập đến, vào thiết lặp mô hình mô dựa phần mềm mô Việc mô thực nào? Các thông số thiết lặp sao? Kết mô so với lý thuyết nào? mà cần tìm hiểu 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Như đề cập trên, chế kênh truyền fading mô hình hóa vào năm 50 60 hệ thống truyền thông không dây xây dựng Đã có nhiều nghiên cứu tìm hiểu ảnh hưởng fading đến chất lượng tín hiệu máy thu kết mô hình kênh truyền fading xây dựng dựa tính chất kênh truyền vô tuyến để tìm hiểu ảnh hưởng fading Ý tưởng ban đầu, tín hiệu nhận máy thu biểu diễn đầy đủ chồng chất sóng có số lượng giới hạn tồn qua bao thập kỷ R S Hoyt 1947, S O Rice 1948, M Nakagami 1960, Gilbert 1965, Clarke 1968 người đề cập mô hình kênh fading đa đường tảng cho phát triển nghiên cứu sau Cho đến nay, qua nhiều thập kỷ có nhiều nghiên cứu đầy đủ hơn, xác hoàn thiện việc ảnh hưởng fading lên tín hiệu truyền không gian tự mà đặc biệt hệ thống thông tin di động 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Với đề tài dừng lại việc tìm hiểu fading với đặc tính Với nội dung tìm hiểu chủ yếu đặc tính kênh truyền fading như: tượng đa đường, hiệu ứng Doppler, shadowing,… đặc tính phân tán tần số, phân tán thời gian Và tìm hiểu mô hình kênh truyền thể fading kênh truyền vô tuyến như: phân bố Rayleigh, phân bố Rice, phân bố nakagami-m,… Bên cạnh đó, để giúp cho người đọc làm quen với chủ đề cách đơn giản, trực quan cách sử dụng công thức toán học dựa lý thuyết, vào thiết kế mô mô hình kênh truyền fading đơn giản Với mô hình thiết kế mô phỏng, kết cho tham chiếu so sánh với kết lý thuyết để đưa kết luận cụ thể PHƯƠNG HƯỚNG THỰC HIỆN 1.4 - Tiếp thu ý kiến từ giáo viên hướng dẫn - Tham khảo giáo trình tài liệu liên quan - Hỏi ý kiến bạn lớp người xung quanh - Định hướng nội dung cần tìm hiểu mô - Lập đề cương nội dung cần tìm hiểu mô - Tìm hiểu vấn đề Ở đây, tìm hiểu vấn đề mặt lý thuyết, sau xây dựng thiết kế mô mô hình kênh truyền fading đơn giản Với mô hình thiết kế mô phỏng, kết cho tham chiếu so sánh với kết lý thuyết để đưa kết luận cụ thể CHƯƠNG 2: NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING Theo phương tiện truyền dẫn, phương tiện thông tin nói chung chia thành hai phương pháp thông tin bản, thông tin vô tuyến thông tin hữu tuyến Mạng thông tin vô tuyến ngày trở thành phương tiện thông tin chủ yếu, quan trọng sống đại Hình 2.1: Sơ đồ khối chức hệ thống truyền tin Xem Hình 2.1, mạng thông tin vô tuyến nguồn tin nhận tin kênh truyền ba khâu quan trọng có cấu trúc tương đối phức tạp Nó môi trường để truyền thông tin từ nguồn phát đến nguồn thu Truyền sóng vô tuyến qua kênh truyền không dây tượng phức tạp, đặc trưng tượng khác đa đường shadowing Diễn tả toán học xác tượng phức tạp, dễ ảnh hưởng đến phân tích hệ thống truyền thông Tuy nhiên, nổ lực tìm hiểu đáng kể tiến hành dành dựa mô hình thống kê đặc tính ảnh hưởng khác Kết đưa phạm vi mô hình thống kê tương đối đơn giản xác cho kênh truyền fading, tùy thuộc vào môi trường lan truyền hệ thống truyền thông Mục đích chương xem lại tóm tắt chủ yếu đặc tính mô hình kênh truyền fading Tìm hiểu chủ đề hoàn toàn dựa vào tiêu chuẩn tài liệu tham khảo Chương giới thiệu thuật ngữ ký hiệu dùng toàn luận văn Diễn tả định nghĩa đặc tính kênh truyền fading hệ thống truyền thông không dây trình bày rõ 2.1 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin vô tuyến Các thành phần chủ yếu hệ thống thông tin bao gồm: + Nguồn tín hiệu bao gồm tín hiệu hữu ích, tạp âm can nhiễu Mặc dù tạp âm can nhiễu tín hiệu điện nói đến “tín hiệu” ta nói đến tín hiệu hữu ích + Các thiết bị truyền dẫn tin tức bao gồm điều chế, giải điều chế, lọc, khuếch đại, mạch trì đồng bộ, + Môi trường truyền dẫn (kênh truyền) + Các thiết bị sử lý tin tức hay tín hiệu Mô hình kênh Hình 2.2: Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến Hình 2.2 thể mô hình đơn giản hệ thống thông tin vô tuyến Nguồn tin trước hết qua mã hoá nguồn để giảm thông tin dư thừa, sau mã hoá kênh để chống lỗi kênh truyền gây Tín hiệu sau qua mã hóa kênh điều chế để truyền tải xa Các mức điều chế phải phù hợp với điều kiện kênh truyền Sau tín hiệu phát máy phát, qua kênh truyền, tín hiệu thu máy thu trải qua bước ngược lại so với máy phát Kết tín hiệu giải mã thu lại máy thu Chất lượng tín hiệu thu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền, phương pháp điều chế mã hoá khác nhau, đánh giá thông qua nhiều tham số tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR), mật độ phổ công suất nhiễu, xác xuất lỗi bit (BER), độ nhạy máy thu,… 2.1.2 Kênh truyền vô tuyến Chất lượng hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi mà tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu Không giống kênh truyền hữu tuyến ổn định dự đoán được, kênh truyền vô tuyến hoàn toàn ngẫu nhiên không dễ dàng việc phân tích Tín hiệu phát đi, lan truyền không gian tự (free space (FS)) bị cản trở nhà, địa hình đồi núi, cối …, bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ khúc xạ,… tượng gọi chung fading Và kết máy thu, ta thu nhiều phiên khác tín hiệu phát Điều ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến Do việc nắm vững đặc tính kênh truyền vô tuyến yêu cầu để chọn lựa cách thích hợp cấu trúc hệ thống, kích thước thành phần thông số tối ưu hệ thống 2.2 ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING 2.2.1 Kênh fading Đặc tuyến truyền dẫn không xác định suy hao Sự mát hay suy hao quan sát dao động phụ thuộc vào không gian thời gian Khi tín hiệu từ anten phát bị phản xạ, tán xạ, khúc xạ nhiễu xạ cấu trúc khác kênh truyền (Arre 1973, Jake 1974, Gupt 1985, Fleu 1996, Hamm 1998, Stee 1999) Chúng ta quan sát suy hao truyền dẫn dao động xung quanh giá trị trung bình Khía cạnh tín hiệu suy hao truyền dẫn, tín hiệu thu đặc điểm biết trước trở thành tín hiệu ngẫu nhiên theo không gian thời gian, mô tả fading Nói cách khác fading trình mô tả dao động tín hiệu thu tín hiệu đến anten thu Fading miêu tả nguyên nhân (đa đường Dopler), phân bố đường bao tín hiệu thu (Rayleigh, Rician Lognormal), khoảng thời gian fading (long term short term) fast fading so với low fading (Turi 1972, Stei 1987) Chúng ta nhìn nhận khác biệt fading để hiểu nguồn gốc chúng kết chúng Chúng ta nhìn vào hình thức khác fading để thiết lập mối quan hệ chúng với Hiện tượng fading hệ thống thông tin phân thành: Fading tầm rộng (long-term/large-scale fading) fading tầm hẹp (short-term/smallscale fading) + Fading tầm rộng diễn tả suy yếu trung bình công suất tín hiệu độ suy hao kênh truyền di chuyển vùng rộng Hiện tượng chịu ảnh hưởng cao lên địa hình (đồi núi, rừng, khu nhà cao tầng) máy phát máy thu Phía thu bị che khuất vật cản cao Các thống kê tượng fading tầm rộng cho phép ta ước lượng độ suy hao kênh truyền theo hàm khoảng cách + Fading tầm hẹp diễn tả thay đổi đáng kể biên độ pha tín hiệu Điều xảy thay đổi nhỏ vị trí không gian (nhỏ khoảng nửa bước sóng) phía phát phía thu Fading tầm hẹp có hai nguyên lý: trải thời gian (timespreading) tín hiệu đặc tính thay đổi theo thời gian (time-variant) kênh truyền Đối với ứng dụng di động, kênh truyền biến đổi theo thời gian di chuyển phía phát phía thu dẫn đến thay đổi đường truyền sóng Các chế ảnh hưởng đến lan truyền tín hiệu hệ thống di động: + Phản xạ xãy khí sóng điện từ va chạm vào mặt phẳng với kích thước lớn so với bước sóng tín hiệu RF Chú ý phụ thuộc vào góc trở kháng vật cản Phản xạ có kèm theo giao thoa + Nhiễu xạ xãy đường truyền sóng phía phát thu bị cản trở nhóm vật cản có mật độ cao kích thước lớn so với bước sóng Nhiễu xạ tượng giải thích cho nguyên nhân lượng RF truyền từ phía phát đến phía thu mà không cần đường truyền thẳng Nó thường gọi hiệu ứng chắn (shadowing) trường tán xạ đến thu bị chắn vật cản truyền xuyên qua + Tán xạ xãy sóng điện từ va chạm vào mặt phẳng lớn, gồ ghề làm cho lượng bị trải (tán xạ) phản xạ tất hướng Trong môi trường thành phố, vật thể thường gây tán xạ cột đèn, cột báo hiệu, tán 2.2.2 Đường bao pha dao động Khi tín hiệu nhận trải qua khoảng đường truyền fading, đường bao pha dao động tín hiệu nhận suốt thời gian truyền Với điều chế ổn định, ảnh hưởng fading pha làm cho hiệu suất suy giảm nghiêm trọng, mức độ suy giảm tín hiệu phát tín hiệu thu cân máy thu Hầu hết phân tích hệ thống sử dụng điều chế giả thiết ảnh hưởng pha phù hợp với fading, hoàn toàn ổn định máy thu, kết tham chiếu với giải điều chế ổn định lý tưởng Ở điều chế không ổn định, thông tin pha không cần biết máy thu, thay đổi pha phù hợp với fading, không ảnh hưởng đến hiệu suất Do hiệu suất phân tích cho hai điều chế lý tưởng ổn định không ổn định qua kênh truyền fading yêu cầu nhận biết số liệu thống kê đường bao fading hầu hết trường hợp xem xét luận văn Hơn nữa, fading chậm (slow fading) khoảng thời gian fading trì thấp khoảng thời gian symbol, hình bao fading ngẫu nhiên tượng trưng thay đổi ngẫu nhiên (RV) khoảng thời gian symbol 2.2.3 Hiện tượng đa đường Tán xạ Phản xạ Truyền thẳng Khúc xạ Che khuất BS MS Tán xạ Hình 2.3: Hiện tượng truyền sóng đa đường Trong hệ thống thông tin vô tuyến, sóng xạ điện từ thường không truyền trực tiếp đến anten thu Điều xãy nơi phát nơi thu tồn vật thể cản trở truyền sóng trực tiếp Do vậy, sóng nhận chồng chập sóng đến từ nhiều hướng khác trễ ngẫu nhiên phản xạ, khúc xạ hay tán xạ từ nhà, cối vật thể khác (xem Hình 2.3) Hiện tượng gọi truyền sóng đa đường (multipath propagation) Nhũng ảnh hưởng fading tương đối nhanh nguyên nhân làm tín hiệu short-term thay đổi Do tượng đa đường, tín hiệu thu tổng tín hiệu phát Các bị suy hao, trễ, dịch pha có ảnh hưởng lẫn Tuỳ thuộc vào pha thành phần mà tín hiệu chồng chập khôi phục lại bị hư hỏng hoàn toàn Ngoài truyền tín hiệu số, đáp ứng xung bị méo qua kênh truyền đa đường nơi thu nhận đáp ứng xung độc lập khác Hiện tượng gọi phân tán đáp ứng xung (impulse dispersion) Hiện tượng méo gây kênh truyền đa đường tuyến tính bù lại phía thu cân 2.2.4 Đặc tính phân tán thời gian kênh truyền Sự tăng giảm công suất nhận không bị ảnh hưởng fading Fading ảnh hưởng đến xung tín hiệu truyền kênh truyền (Cox 1972, 1975; Hash 1979, 1989) Khi truyền xung đơn, tín hiệu qua kênh truyền vô tuyến, máy thu ta nhận nhiều xung thời điểm khác (xem Hình 2.4), nguyên nhân nhiễu đa đường tạo thời điểm khác có công suất khác Nếu xung không nhận dạng nhiễu đa đường tạo xung rộng đường bao xung chồng lấp lên máy thu Mỗi xung có thời gian trễ khác nhau, lựa chọn ngẫu nhiên máy thu thu công suất ngẫu nhiên Trong trường hợp khác nhiễu đa đường ảnh hưởng đến xung phát mở rộng, tạo nhiễu xuyên ký tự (ISI) Hình 2.4: Xung phát đa xung nhận, [1] Để xử lý kênh truyền phân tán mô tả cách định tính phương pháp sau Xét truyền dẫn xung hẹp (hàm đenta) Những xung tương tự nhiễu đa đường đến máy thu thời điểm khác với lượng công suất khác tùy thuộc vào tán xạ, phản xạ, khúc xạ hay nhiễu xạ, điều nguyên nhân tạo thành phần đặc biệt Những xung 10 Hình 4.11: Phổ đường bao phức (dB/max) theo độ dịch (phân bố Rayleigh) Doppler X: 58.33 Y: Pho cua duong bao (dB/max) -10 Rice -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -600 -400 -200 200 Do dich Doppler (Hz) 400 600 Hình 4.12: Phổ đường bao phức (dB/max) theo độ dịch Doppler (phân bố Rice) Đối với phổ, Hình 4.11, 4.12, 4.13 4.14 cho thấy phổ Doppler theo đường bao phức hai phân bố Rayleigh Rice Ở phổ hình chữ U rõ ràng quan sát thấy số đường phổ phổ độ dịch Doppler nên số đa đường hợp thành, phụ thuộc vào số điểm FFT sử dụng: 64, 128, 256,… Đó không rõ ràng hai bên trái phải, (v/λ)cos(α) = (v/λ)cos(-α) Nếu đường phản xạ xem liên tục, giả thiết sát với thực tế, đường phổ riêng biệt phân biệt Qua kết mô cho thấy cách rõ ràng phổ cực đại không tần số Hz (nó thể cho tần số sóng mang truyền đi) tần số dương, nghĩa sóng liên tục truyền qua đường truyền bị thay đổi (hiệu ứng Doppler) Chú ý, ta thay đổi giá trị như: vận tốc di chuyển (v), số đường tín hiệu nhận (N), góc hợp đường truyền thẳng hướng di chuyển MS (α), khoảng cách điểm phản xạ MS (DSC_MS),… để so sánh kết 77 mô từ ta có nhìn tổng hệ thống viễn thông quát ảnh hưởng fading 800 Rayleigh 700 Pho Doppler (dB/max) 600 500 400 300 200 100 -600 -400 -200 200 Do dich Doppler (Hz) 400 600 Hình 4.13: Phổ Doppler (dB/max) phân bố Rayleigh x 105 78 12 Rice Pho Doppler dB/max) 10 -600 -400 -200 200 Do dich Doppler (Hz) 400 600 Hình 4.14: Phổ Doppler (dB/max) phân bố Rice 79 Trường hợp tăng số điểm phản xạ lên: N = 1000 điểm 1400 Rayleigh Pho Doppler (dB/max) 1200 1000 800 600 400 200 -600 -400 -200 200 Do dich Doppler (Hz) 400 600 Hình 4.15: Phổ Doppler (dB/max) phân bố Rayleigh N = 1000 điểm Hình 4.15 cho ta thấy thời gian trễ tín hiệu tăng lên làm cho đường phổ phổ độ dịch Doppler không phân biệt rõ Khi ta tăng vận tốc v MS lên (v = 20 m/s) ta thấy rõ độ dịch Doppler tăng lên (Hình 4.16), xác suất tín hiệu nhận có dao động lớn giảm xuống cách rõ rệt (Hình 4.17) X: 129.2 Y: Pho cua duong bao (dB/max) -10 Rice -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -1500 -1000 -500 500 Do dich Doppler (Hz) 1000 1500 Hình 4.16: Phổ Doppler (dB/max) phân bố Rayleigh v = 20m/s 80 Hình 4.17: Xác suất tín hiệu nhận máy thu v = 20m/s Khi ta giảm góc hợp hướng truyền từ BS đến MS (α = 150) ta thấy độ lớn pha giảm xuống (có độ dốc thấp hơn) (Hình 4.18) Hình 4.19 Hình 4.20 trình bày phổ tương ứng theo thay đổi pha so với Hình 4.12 81 4000 Rice 3500 Pha cua duong bao (rad) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Thoi gian (s) 10 Hình 4.18: Pha tuyệt đối đường bao phức (rad) α =150 X: 64.58 Y: Pho cua duong bao (dB/max) -10 Rice -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -600 -400 -200 200 Do dich Doppler (Hz) 400 600 Hình 4.19: Phổ đường bao phức (dB/max) theo độ dịch Doppler (phân bố Rayleigh) α = 150 82 900 Rayleigh 800 Pho Doppler (dB/max) 700 600 500 400 300 200 100 -600 -400 -200 200 Do dich Doppler (Hz) 400 600 Hình 4.20: Phổ Doppler (dB/max) phân bố Rayleigh α = 150 4.3 KẾT LUẬN Thông qua thiết kế mô phỏng, vấn đề làm rõ hơn, trực quan Kết mô cho sát với tìm hiểu lý thuyết Tuy nhiên mô hình mô thiết 83 kế đơn giản, để có nhìn toàn diện vấn đề ta cần thiết kế mô hình sát với thực tế, từ áp dụng xây dựng mô hình truyền thông không dây mà mức ảnh hưởng fading thấp 84 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Việc thiết kế mô cho ta hiểu rõ ảnh hưởng kênh truyền fading hệ thống truyền không không dây Dựa vào kết mô cho ta thấy phù hợp lý thuyết thực nghiệm mô ta tham chiếu so sánh với kết lý thuyết tìm hiểu Với ứng dụng phát triển ngày lớn mạnh hệ thống truyền thông không dây sống ngày nay, đặc biệt hệ thống thông tin di động ngày phát triển không ngừng phát triển, ảnh hưởng tượng fading kênh truyền vô tuyến cần phải tìm hiểu thật kỹ rõ ràng Với tìm hiểu kiến thức tổng quát đặc tính mô hình kênh truyền fading Bên cạnh việc thiết kế mô thực thiết kế mô hình kênh truyền đơn giản tìm hiểu thông số chưa có sâu vào so sánh kết thay đổi thông số khác chưa giới thiệu vấn đề giảm ảnh hưởng fading Việc tìm hiểu mô vấn đề cần phải sâu hơn, thiết kế mô hình mô nên thiết kế hệ thống hình học không gian 3D, sâu so sánh kết tham số thay đổi, xây dựng mô hình mô cần sát với thực tế hơn,… để từ xây dựng mô hình thực có chất lượng tín hiệu nhận cao, giảm ảnh hưởng kênh truyền fading mức thấp PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: PHÂN BỐ GAUSS Phân phối Gauss hàm phân phối xác suất quan trọng nhiều lĩnh vực Phân bố Gauss có hai ưu điểm chính: thứ có nhiều tính chất tính toán được, thứ hai tượng vật lý tạo nên trình ngẫu nhiên thường có phân bố Gauss Định lý giới hạn trung tâm chứng minh tính đắn sử dụng trình ngẫu nhiên làm mô hình cho số lớn tượng vật lý khác Ở biến ngẫu nhiên quan sát thời điểm kết số lớn kiện ngẫu nhiên riêng lẻ Thêm vào việc dùng mô hình Gauss mô tả tượng vật lý thường khẳng định thực nghiệm Như tính phổ biến 85 tượng vật lý đặc tính dễ xử lý toán học làm phân bố Gauss đặc biệt quan trọng nghiên cứu hệ truyền tin Gauss PDF with sigma = Gauss pdf 0.4 mi=-1 mi=0 mi=1 mi=2 0.3 0.2 0.1 -6 -4 -2 Bien do, x Gauss PDF with mi = Gauss pdf s=0.25 s=0.50 s=1.00 s=2.00 1.5 0.5 -6 -4 -2 Bien do, a Hình A.1: Hàm mật độ xác suất (PDF) phân bố Gauss Hàm mật độ xác suất (PDF) xác định fx  exp  2 x222  (A.1)  đó; µ giá trị trung bình, σ2 phương sai (hay σ độ lệch chuẩn) biến ngẫu nhiên Hàm PDF vẽ Hình A.1 Trong đó, hàm phân phối chuẩn hóa (standard normal distribution) hàm phân bố Gauss với giá trị trung bình phương sai Hình A.2 thể hàm PDF phân bố kênh truyền fading bản, chúng có dạng theo hàm mũ phân bố Gauss Ham mat xac suat, pdf 86 1.4 Gauss Rayleigh Rice Nakagami-m Ham mat xac suat, pdf 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 1.5 Bien fading, a 2.5 Hình A.2: Hàm PDF phân bố Gauss phân bố kênh truyền fading PHỤ LỤC B: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG Project 4.1: clear close all clc % ngo vao co ban ============================================================== fc=2000; % MHz tan so song mang F=16; % toc lay mau V=input('gia tri van toc cua MS '); % m/s van toc cua MS1 NFFT=1024; % so diem FFT Nsamples=10000; % so mau NSC=input('so duong phan xa '); % so duong phan tan avPower=-20; % muc cong suat trung binh A0=0; % muc tin hieu truc tiep 87 % ngo vao hinh goc ============================================================== dBS=1000; angleBS=input('gia tri cua goc anpha(do) '); BSx=dBS*cosd(angleBS) % vi tri cua BS - toa x BSy=dBS*sind(angleBS) % vi tri cua BS - toa y % vi tri diem phan xa ============================================================== D=200; % ban kinh tu diem phan xa alpha=rand(NSC,1)*360; % pha toi ngau nhien SCx=D.*cosd(alpha); % vi tri cua diem phan xa - toa x SCy=D.*sind(alpha); % vi tri cua diem phan xa - toa y % thong so gian tiep ============================================================== lambdac=300/fc; % m - dai buoc song Dx=lambdac/F; % m - khoang cach lay mau ts=Dx/V; % s - khoang thoi gian lay mau fs=1/ts; % Hz - tan so lay mau kc=2*pi/lambdac; % he so truyen a=sqrt(10.^(avPower/10)/NSC) % bien phan xa sigma=sqrt(0.5*10.^(avPower/10)) % tham so Rayleigh - lech chuan a0=10^(A0/20); % bien cua tin hieu truc tiep K=10*log10(a0^2/(2/sigma^2)) % he so K cua Rice (dB) fm=V/lambdac % dich Doppler cuc dai (Hz) timeaxis=ts.*[0:Nsamples-1]; MS0=-V*timeaxis(end)/2; % vi tri ban dau cua may nhan (MS) - toa x MSx=MS0+V.*timeaxis; % MS di chuyen doc theo truc x MSy=zeros(Nsamples,1); % vi tri cua MS (toa y=0) % tinh toan khoang cach ma tran ============================================================== dBSSC=sqrt((BSx-SCx).^2+(BSy-SCy).^2); % vector khoang cach cua tin % hieu tu BS den diem phan xa dBSSCext=repmat(dBSSC,1,Nsamples); % tai tao mang them phan hang % va Nsamples phan cot dSCMS=zeros(NSC,Nsamples); % vector khoang cach cua tin hieu tu diem % phan xa den MS for ii=1:Nsamples dSCMS(:,ii)=sqrt((SCx-MSx(ii)).^2+SCy.^2); end dBSSCMS=dBSSCext+dSCMS; % vector khoang cach cua tin % hieu phan xa, tu BS qua diem phan xa den MS dBSMS=sqrt((BSx-MSx').^2+(BSy-MSy).^2); % vector khoang 88 cach cua tin % hieu truc tiep, tu BS den MS % tinh toan duong bao theo so phuc ============================================================== ray=a*exp(-j*kc*dBSSCMS); r1=sum(ray); % khong co tin hieu truc tiep (phan bo Rayleigh) r=r1+a0*exp(-j*kc*dBSMS'); % co tin hieu truc tiep (phan bo Rice) % ve thi pha va bien ============================================================== figure,plot(timeaxis,abs(r),'k') xlabel('Thoi gian (s)') ylabel('Bien cua duong bao (volt)') legend('Rice') figure; subplot(2, 1, 1) plot(timeaxis,20*log10(abs(r1)),'k') xlabel('Thoi gian (s)') ylabel('Bien cua duong bao (dB)') axis([0 10 -80 ]) text(1, -65, 'Rayleigh') subplot(2, 1, 2) plot(timeaxis,20*log10(abs(r)),'k') xlabel('Thoi gian (s)') ylabel('Bien cua duong bao (dB)') axis([0 10 -25 ]) text(1, -10, 'Rice') figure,plot(timeaxis,unwrap(angle(r)),'k') xlabel('Thoi gian (s)') ylabel('Pha cua duong bao (rad)') legend('Rice') figure,plot(timeaxis,angle(r),'k') xlabel('Thoi gian (s)') ylabel('Pha modulo-\pi cua duong bao (rad)') axis([0 0.2 -4 4]) legend('Rice') % ve bieu cua pha ============================================================== [histy,histx]=hist(angle(r1),20); histy=histy/length(angle(r1)); % bieu chuan hoa cho xac xuat bang 89 figure; subplot(1, 2, 1) bar(histx,histy) xlabel('Pha (do)'); ylabel('Xac suat'); text(-2, 0.057, 'Rayleigh') [histy,histx]=hist(angle(r),20); histy=histy/length(angle(r)); % bieu chuan hoa cho xac xuat bang subplot(1, 2, 2) bar(histx,histy) xlabel('Pha (do)'); ylabel('Xac suat'); text(-2, 0.055, 'Rice') % ve ham tu tuong quan ============================================================== correl=xcorr(abs(r1)-mean(abs(r1)),'coeff'); correlaxis=([0:length(correl)-1]length(correl)/2+1)*Dx; correllythuyet=besselj(0,correlaxis*2*pi/lambdac); figure; subplot(2, 1, 1) plot(correlaxis,correl,'k',correlaxis,correllythuyet,'k:') axis([0 -0.35 1]) xlabel('Khoang cach (m)') ylabel('Ham tu tuong quan') legend('Mo phong','Ly thuyet') text(0.5, 0.5, 'Rayleigh') correl=xcorr(abs(r)-mean(abs(r)),'coeff'); correlaxis=([0:length(correl)-1]length(correl)/2+1)*Dx; correllythuyrt=besselj(0,correlaxis*2*pi/lambdac); subplot(2, 1, 2) plot(correlaxis,correl,'k',correlaxis,correllythuyet,'k:') axis([0 -0.35 1]) xlabel('Khoang cach (m)') ylabel('Ham tu tuong quan') legend('Mo phong','Ly thuyet') text(0.5, 0.5, 'Rice') % ve thi RF ============================================================== spectrumr=fftshift((abs(fft(r1,NFFT))).^2); freqaxis=[0:NFFT-1]*fs/NFFT-fs/2; figure, 90 plot(freqaxis,10*log10(spectrumr)-max(10*log10(spectrumr)),'k') xlabel('Do dich Doppler (Hz)') ylabel('Pho cua duong bao (dB/max)') legend('Rayleigh') spectrumr=fftshift((abs(fft(r,NFFT))).^2); freqaxis=[0:NFFT-1]*fs/NFFT-fs/2; figure, plot(freqaxis,10*log10(spectrumr)max(10*log10(spectrumr)),'k') xlabel('Do dich Doppler (Hz)') ylabel('Pho cua duong bao (dB/max)') legend('Rice') spectrumr=fftshift((abs(fft(r1,NFFT))).^2); freqaxis=[0:NFFT-1]*fs/NFFT-fs/2; figure, plot(freqaxis,spectrumr,'k') xlabel('Do dich Doppler (Hz)') ylabel('Pho Doppler (dB/max)') legend('Rayleigh') spectrumr=fftshift((abs(fft(r,NFFT))).^2); freqaxis=[0:NFFT-1]*fs/NFFT-fs/2; figure, plot(freqaxis,spectrumr,'k') xlabel('Do dich Doppler (Hz)') ylabel('Pho Doppler dB/max)') legend('Rice') 91 ... 1.1.1 Nội dung đề tài Tìm hiểu tượng fading mô fading hệ thống viễn thông 1.1.2 Đặt vấn đề Cơ chế kênh truyền fading mô hình hóa vào năm 50 60, áp dụng cho hệ thống truyền thông không dây với dãy... tìm hiểu mô - Lập đề cương nội dung cần tìm hiểu mô - Tìm hiểu vấn đề Ở đây, tìm hiểu vấn đề mặt lý thuyết, sau xây dựng thiết kế mô mô hình kênh truyền fading đơn giản Với mô hình thiết kế mô. .. kênh fading tầng điện ly tầng đối lưu, mô hình đại sử dụng hữu ích cho đặc tính ảnh hưởng kênh fading hệ thống thông tin số di động Ở chủ yếu tìm hiểu ảnh hưởng kênh truyền fading hệ thống thông