Thông tin tài liệu
HỌC VIỆN CNBCVT CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN PT IT TS Nguyễn Phạm Anh Dũng - 6/2013 - LỜI NÓI ĐẦU PT IT Sự phát triền nhanh chóng cơng nghệ thơng tin vơ tuyến năm qua dự báo bùng phát công nghệ năm tới dẫn tới thiếu hụt nguồn nhân lực có trình độ kinh nghiệm cao lĩnh vực Các trường đại học giới nghiên cứu nhiều chương trình biện pháp để đào tạo chun gia kỹ sư vơ tuyến có trình độ cao Môn học "cơ sở kỹ thuật thông tin vô tuyến" số môn học liên quan đến lĩnh vực công nghệ vô tuyến giảng dậy Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Mục đích cuả mơn học cung cấp kiến thức sở kỹ thuật thông tin vô tuyến để sinh viên học mơn công nghệ vô tuyến như: Đa truy nhập, Thông tin di động, chuyên đề tự chọn Tài liệu chia thành 11 chương với bố cục hợp lý với nhiều tập đáp án cụ thể cho tập để sinh viên tự học Bốn chương đầu sách đề cập đến kiến thức hệ thống thơng tin số Chương trình bày xử lý kênh vật lý mã hóa kênh hệ thống thơng tin di động Chương trình bày thiết bị vi ba số Chương trình bày vấn đề liên quan đến quy hoạch tần số cấu hình hệ thống truyền dẫn số Chương đề cập đến phân tích tính tốn đường truyền vi ba số Chương đề cập đến thách thức truyền dẫn tốc độ số liệu cao hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng Chương 10 nghiên cứu kỹ thuật đa anten sử dụng hệ thống thơng tin di động Chương 11 trình kỹ thuật lập biểu thích ứng đường truyền sử dụng cho hệ thống thông tin di động Mỗi chương có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi tập Cuối tài liệu hướng dẫn trả lời đáp án cho tập Tài liệu biên soạn sở sinh viên học môn như: Anten truyền sóng, mơn sở liên quan MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Vai trị truyền dẫn vơ tưyến mạng viễn thông 1.3 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vô tuyến số 1.4 Đặc điểm truyền dẫn vô tuyến số 1.5 Các biện pháp khắc phục nhựơc điểm để nâng cao hiệu hệ thống thông tin vô tuyến 1.6 Tổng kết 11 13 14 17 PT IT Chương CÁC DẠNG TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN SỐ 18 2.1 Giới thiệu chung 18 2.2 Các dạng hàm tín hiệu 18 2.3 Hàm tự tương quan mật độ phổ cơng suất 20 2.4 Các tín hiệu ngẫu nhiên 21 2.5 Các tín hiệu nhị phân băng gốc 23 2.6 Tín hiệu băng thơng 25 2.7 Ảnh hưởng hạn chế băng thông định lý Nyquist 27 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền 30 2.9 Tổng kết 41 2.10 Câu hỏi tập 42 Chương KHƠNG GIAN TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU CHẾ 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Điều chế số 3.3 Các khuôn dạng điều chế số 3.4 Khơng gian tín hiệu 3.5 Đáp ứng tương quan lên tạp âm 3.6 Bộ tách sóng khả giống 3.7 Tính tốn xác suất lỗi truyền dẫn kênh tạp âm Gauss trắng cộng, AWGN 3.8 Điều chế giải điều chế PSK nhị phân hay hai trạng thái (BPSK) quán 3.9 Điều chế giải điều chế PSK bốn trạng thái hay vng góc (QPSK) qn 3.10 Điều chế OQPSK 43 43 43 44 46 48 51 52 53 57 65 68 75 78 82 89 91 92 96 102 102 Chương MÃ HĨA KÊNH KIỂM SỐT LỖI TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN SỐ 4.1 Giới thiệu chung 4.2 Mở đầu 4.3 Các nguyên tắc mã hóa kênh kiểm sốt lỗi 4.4 Các mã khối tuyến tính 4.5 Mã xoắn 4.6 Mã turbo 4.7 Độ lợi mã hóa 4.7 Tổng kết 4.8 Câu hỏi tập 105 PT IT 3.11 MSK GMSK 3.12 Điều chế ASK nhiều trạng thái, M-ASK 3.13 M-PSK 3.14 Điều chế QAM nhiều trạng thái (M-QAM) quán 3.15 Bộ lọc RRC 3.16 Biểu diễn tín hiệu điều chế dạng phức 3.17 Mật độ phổ cơng suất tín hiệu điều chế 3.18 So sánh hiệu kỹ thuật điều chế 3.19 Tổng kết 3.20 Câu hỏi tập 105 105 107 109 126 139 156 157 158 Chương XỬ LÝ KÊNH VẬT LÝ VÀ MÃ HĨA KIỂM SỐT 162 LỖI TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5.1 Giới thiệu chung 5.2 Tổng quan sơ đồ xử lý kênh vật lý mã hóa kiểm sốt lỗi 5.3 Xử lý kênh vật lý mã hóa kiểm sốt lỗi 3G WCDMA/HSPA 5.4 Xử lý kênh vật lý mã hóa kiểm soát lỗi 4G LTE 5.5 Xử lý kênh vật lý mã hóa kiểm sốt lỗi 3G cdma2000 5.6 Tổng kết 5.7 Câu hỏi tập 162 162 170 Chương THIẾT BỊ VÔ TUYẾN SỐ 210 6.1 Giới thiệu chung 210 175 196 207 208 6.2 Sơ đồ khối hệ thống thu phát số 6.3 Ngẫu nhiên hóa 6.4 Khơi phục sóng mang 6.5 Khôi phục định thời ký hiệu 6.6 Các cân 6.7 Các trộn 6.8 Các kiến trúc vơ tuyến với ghép sóng cơng 6.9 Tổng kết 6.10 Câu hỏi tập 210 213 216 217 222 227 230 233 233 Chương QUY HOẠCH TẦN SỐ VÀ CẤU HÌNH HỆ THỐNG 235 TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ 235 235 240 251 253 253 Chương PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VƠ TUYẾN SỐ 255 8.1 Giới thiệu chung 8.2 Mở đầu 8.3 Phân tích đường truyền vơ tuyến số 8.4 Thí dụ tính tốn đường truyền 8.5 Tính tốn đường truyền vơ tuyến số mặt đất 8.6 Tổng kết 8.7 Câu hỏi tập 255 255 255 265 271 271 Chương Các thách thức truyền dẫn tốc độ cao hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng 274 9.1 Giới thiệu chung 9.2 Kênh vơ tuyến di động đặc tính 9.3 Các hạn chế hệ thống thông tin vô tuyến tốc độ số liệu cao 9.4 Truyền dẫn vô tuyến tốc độ số liệu cao băng thông hạn chế 274 275 288 PT IT 7.1 Giới thiêu chung 7.2 Quy hoạch tần số 7.3 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số 7.4 Truyền dẫn đa sóng mang 7.5 Tổng kết 7.5 Câu hỏi 293 301 302 Chương 10 KỸ THUÂT ĐA ANTEN 304 10.1 Các cấu hình đa anten 10.2 Các lợi ích việc sử dụng đa anten vấn đề thực tiễn sơ đồ MIMO 10.3 Mơ hình MIMO tổng qt 10.4 Mơ hình hệ thống MIMO tối ưu 10.5 Tạo búp phía phát phía thu 10.6 Ghép kênh không gian 10.7 SU-MIMO 4G 10.8 Ghép kênh khơng gian SU-MIMO vịng kín LTE 10.10 Tiền mã hóa dựa phân tập trễ vịng 10.9 Ghép kênh khơng gian SU-MIMO vịng hở LTE 10.11 Phân tập 10.12 MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) 10.13 Báo hiệu phản hồi đường lên LTE 10.14 Cấu hình anten 10.15 Đánh giá hiệu sơ đồ MIMO 10.16 Tổng kết 10.17 Câu hỏi 304 305 307 310 312 322 329 339 344 351 354 362 379 384 386 390 396 396 Chương 11 LẬP BIỂU VÀ THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN 399 11.1 Giới thiệu chung 11.2 Mở đầu 11.3 Tổng quan chién lược ấn định tài nguyên 11.4 Các chiến lược lập biểu phụ thuộc kênh 11.5 Các giải thuật lập biểu 11.6 Thích ứng đường truyền (LA) 11.7 Các sơ đồ phát lại tiên tiến 11.8 HARQ 3G 11.9 HARQ 4G 11.10 Tổng kết 11.11 Câu hỏi 400 402 402 407 416 430 442 454 467 475 476 PT IT 9.5 Tổng kết 9.6 Câu hỏi 477 478 485 492 495 568 PT IT PHỤ LỤC HÀM Q VÀ ERFC PHỤ LỤC CÁC HÀM TÍN HIỆU VÀ BIẾN ĐỔI FOURIER PHỤ LỤC GIẢI THUẬT MAP PHU LỤC CÁC BIỂU THỨC MA TRẬN HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP TÀI LIỆU THAM KHẢO Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng Chƣơng 11 LẬP BIỂU VÀ THÍCH ỨNG ĐƢỜNG TRUYỀN 11.1 GIỚI THIỆU CHUNG 11.1.1 Các chủ đề đƣợc trình bầy chƣơng Các chủ đề trình bày chương bao gồm: Thích ứng đường truyền: điều khiển công suất tốc độ số liệu Lập biểu phụ thuộc kênh Các sơ đồ phát lại tiên tiến Yêu cầu phát lại tự động lai ghép với kết hợp mềm PT IT 11.1.2 Hƣớng dẫn Để hiểu chương sinh viên cần đọc kỹ tư liệu trình bày chương, tham khảo thêm tài liệu [17], [18], [19], [20], [21], [22] trả lời câu hỏi cuối chương 11.1.3 Mục đích chƣơng Mục đích chương nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức chung kỹ thuật thay đổi tức thời cấu hình kênh truyền dẫn vơ tuyến phụ thuộc vào chất lượng đường truyền để đạt dung lượng truyền dẫn cao 399 Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng 11.2 MỞ ĐẦU Một đặc tính quan trọng thông tin vô tuyến di động thay đổi nhanh lớn điều kiện kênh tức thời Tồn số nguyên nhân thay đổi Phađinh chọn lọc tần số dẫn đến thay đổi nhanh ngẫu nhiên suy hao đường truyền Phađinh che tối tổn hao đường truyền phụ thuộc khoảng cách ảnh hưởng đáng kể lên cường độ tín hiệu thu Cuối cùng, nhiễu máy thu truyền dẫn từ ô khác đầu cuối di động khác ảnh hưởng lên mức nhiễu Tóm lại có nhiều thay đổi nhanh ngẫu nhiên chất lượng đường truyền vô tuyến ô thay đổi cần xem xét khai thác cách có lợi IT Tại tốc độ MS thấp, BTS theo rõi thay đổi kênh thay đổi kênh nhanh pha đinh Rayleigh sử dụng có lợi Để chuẩn bị cho truyền dẫn đường xuống, MS phản hồi thông tin chất lượng kênh cho BTS BTS sử dụng lập biểu nhạy cảm chất lượng kênh để phục vụ MS kịp thời tài nguyên tần số không gian MS trải nghiệm điều kiện kênh tốt nhờ cải thiện dung lượng thông PT lượng hệ thống Tuy nhiên khai thác lập biểu nhậy cảm (hay phụ thuộc) kênh hay gọi phân tập đa người sử dụng, việc sử dụng dạng phân tập khác phân tập phát giảm hiệu Lý phân tập đa người sử dụng dựa thay đổi lớn điều kiện kênh, phân tập phát lại trung bình hóa thay đổi kênh Khi lập biểu phụ thuộc kênh chọn lựa người sử dụng trải nghiệm điều kiện kênh tốt thời điểm cho trước, tài nguyên tần số, thời gian thích ứng đường truyền sử dụng để thích ứng truyền dẫn khn dạng truyền dẫn như: sơ đồ mã hóa điều chế (MCS: Modulation and Coding Scheme), bậc MIMO tiền mã hóa với điều kiện kênh thời hoảng thời gian ấn định Cả lập biểu kênh thích ứng đường truyền dựa tính khả dụng thông tin chất lượng kênh BTS BTS nhận thơng tin từ tín hiệu tham chuẩn phát đường lên hệ thống TDD MS cung cấp thơng tin phản hồi kênh đường xuống cho BTS hệ thống FDD Trong điều kiện thực tế, đảm bảo xác thơng 400 Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng tin kênh số nguyên nhân như: sai lỗi đo đánh giá chất lượng kênh, sai lỗi trễ phản hỗi chất lượng kênh, thay đổi nhiễu sai lỗi truyền dẫn thông tin chất lượng kênh Lập biểu phụ thuộc kênh hệ thống thông tin di động giải vấn đề cách thức chia sẻ tài nguyên vô tuyến người sử dụng (các đầu cuối di di động) khác hệ thống để đạt hiệu suất sử dụng tài nguyên tốt Điều có nghĩa giảm thiểu lượng tài nguyên cần thiết cho người sử dụng cho phép nhiều người sử dụng hệ thống đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ Liên quan mật thiết với lập biểu thích ứng đường truyền Thích ứng đường truyền giải vấn đề liên quan đến cách thiết lập thông số truyền dẫn đường truyền vô tuyến để xử lý thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến IT Cả hai lập biểu phu thuộc kênh thích ứng đường truyền nhằm khai thác tốt thay đổi kênh thơng qua q trình xử lý thích hợp trước truyền dẫn số liệu Tuy nhiên tính chất ngẫu nhiên thay đổi chất lượng đường truyền vơ tuyến, khơng đạt thích ứng chất lượng kênh vô tuyến tức thời cách hoàn hảo HARQ (Hybrid Automatic Reapeat Request: PT yêu cầu phát lại tự động lai ghép) hữu ích HARQ địi hỏi phát lại gói thu bị lỗi Có thể coi chế xử lý chất lượng kênh vô tuyến tức thời sau truyền dẫn bổ sung tốt cho lập biểu phụ thuộc chất lượng kênh thích ứng đường truyền HARQ phục vụ cho việc xử lý lỗi ngẫu nhiên tạp âm máy thu Quan hệ lập biểu, thích ứng đường truyền yêu cầu phát lại tự động lai ghép (HARQ) trình bày hình 11.1 Lập biểu nhạy cảm kênh, thích ứng đường truyền HARQ phận không tách rời tất hệ thống thông tin di động tổ ong đại lợi ích tiềm tàng mà chúng đem lại môi trường pha đinh nhanh Trong chương ta xét cụ thể kỹ thuật 401 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Giải a) Luồng bit 35,35 Mbps Bộ nhớ có tốc độ viết đọc khác Đồng hồ viết 35,35 MHz có đục lỗ Luồng số liệu AND Đồng hộ đọc đèu 34,368 MHz Đảo Luồng khai thác AND Xung điều khiển cổng AND, 0,982 MHz Đồng hồ 35,35 MHz có lỗ 34,348 MHz Bộ so pha Bộ lọc thấp tần 34,368 MHz làm PT VCXO IT b) Bài 15 Thiết kế phân nhánh siêu cao tần cho hệ thống phát thu vi ba số gồm ba máy phát ba máy thu sử dụng ba cặp tần số thu phát : (fi fi ) (f1f1 ),(f3f ),(f3f3 ) , f i tần số phát f i tần số thu 556 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Giải Anten 50 , , f1 f2 , f3 Tx3 Tx2 Tx1 f3 IT CHƯƠNG Rx2 Rx1 f2 Rx3 f1 PT Bài Một hệ thống truyền dẫn vô tuyến số làm việc tần số 1000MHz khoảng cách thông tin km a) Tính suy hao khơng gian tự b) Tính cơng suất thu theo dBW Giả thiết cơng suất phát 10W, anten phát anten thu đẳng hướng khơng có tổn hao c) Nếu phần b) cơng suất phát 20 dBW, tính cơng suất thu theo dBW d) Nếu đường kính chảo anten tăng gấp đơi, tính tăng hệ số khuyếch đại anten theo dB e) Đối với hệ thống phần a), chảo anten cần có đường kính để hệ số khuyếch đại anten 10dBi, giả thiết hiệu suất anten 0,55 Giải a) Từ phương trình (8.6), ta có: Ls [dB] 10lg Ls = 32,5+20lgf[MHz]+20lgd[km] = 32,5+20lg1 000+20lg5= 106,6 dB b) Sử dụng phương trình (8.4), đặt EIRP[dBW] = 10lg10W=10dBW, G2[db]=1 Lp[dB]=106,6dB tổn hao khác không ta 557 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng PRX [dBw] = EIRP[dBW]+G2[dBi]-Lp[dB]-lph2[dB]-Lrf2[dB] =10dBW-106,6dB= -96,6dBW c) EIRP=10lg20=13dBW, thế: PRX [dBw] =-93dBW d) Ký hiệu I tăng hệ số khuyếch đại anten theo dB, ta có: I=10lg2=3dB e) Sử dụng cơng thức tính hệ số khuyếch đại cho anten chảo: Df G , hiệu suất ante, c=3.10 m/s tốc độ ánh sáng; c ta được: c 3.10 Df 4, 26 =0,4 m D= 10 / 0,55 f c .1000.10 IT 1010/10=10=0,55 Giải PT Bài Một hệ thống vơ tuyến số có công suất phát W, tần số phát GHz, anten phát anten thu có đường kính m hiệu suất anten 0,55 a)Tính hệ số khuyếch đại anten b) Tính EIRP theo dBm c) Tính cơng suất thu theo dBm cự ly thông tin 10 km có suy hao khơng gian tự x1x2.109 Df 2 =23,82dBi a) 10 lg G 10 lg 10 lg 0,55 c 3.10 b) EIRP= 10lg3000 [dBm]+ 23,82dBi=34,8dBm+23,82=56,62dBm c) Suy hao không gian tự do: Ls [dB] 10lg Ls = 92,5+20lgf[GHz]+20lgd[km]=92,5+10lg2+10lg10=105,5dB PRX=EIRP-Ls=56,62dBm-105,5dB-48,88dBm Bài Một hệ thống vệ tinh quảng bá có EIRP=57dBW, tần số 12,5GHz, có tổn hao khơng gian tự do, tốc độ tín hiệu số 5.10 7bps Máy thu nhà có nhiệt độ tạp âm T=600K địi hỏi tỷ số tín hiệu tạp âm Eb/N0=10 dB Tìm bán kính chảo anten thu tối thiểu để đáp ứng yêu cầu 558 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Giải Công suất thu tối thiểu tính sau: 10 /10 Eb P -23 RX 10 10 PRX=10kTRb=10x1,38.10 x600x5.10 N0 kTR b =4,14.10-12W-114dBW =200dB IT Do khoảng cách từ quỹ đạo địa tĩnh đến mặt đất 36.000km nên suy hao không gian tự do: Ls [dB] 10lg Ls = 92,5+20lgf[GHz]+20lgd[km]=92,5+20lg12,5+20lg36.000 Hệ số khuyếch đại anten thu tối thiểu tính sau: G2=PRX-EIRP+Ls=-114-57+200=29dBi c 3.10 / 0,55 38 =0,23m f .15,5.10 PT D= 10 2,9 Bài Một khuyếch đại có trở kháng vào 50 Ôm, hệ số khuyếch đại 60 dB, băng thông 10kHz Khi điện trở 50 Ơm đấu vào đầu vào, tạp âm trung bình quân phương đầu 100v, tìm nhiệt độ tạp âm hiêu dụng cuả khuyếch đại Giải Công suất tạp âm đầu khuếch đại: Nout= ANi+Na Do đầu vào phối kháng nên: Ni=kTiDf= 1,38.10-23x290x10.103=4.10-17W Nout=(100.10-6)2/50=2.10-10WNa=2.10-10-4.10-17x106=1,6.10-10W Tạp âm khuếch đại quy đổi vào đầu vào: Nai=1,6.10-10/106=1,6.10-16=kTaDfTa=1,6.10-16/(1,38.10-23x10.103) =1,16.103K=1160K 559 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Bài Một khuyếch đại có hệ số tạp âm 4dB, băng thơng 500 KHz trở kháng vào 50 Ơm Tính điện áp tín hiệu đầu vào cần thiết để SNRout đầu 1, đầu vào khuyếch đại nối đến điện trở 50 Ôm nhiệt độ 290K Giải Công suất tạp âm đầu vào: Ni=kTiDf=1,38.10-23x290x500.103=2.10-15W Tỷ số tín hiệu tạp âm đầu vào: SNRin=NFxSNRout=100,4x1= 2,5 Cơng suất tín hiệu đầu vào tính sau: Pi/Ni =2,5Pi=2,5x2.10-15=5.10-15W 15 IT Ta có: Pi=(Ui)2/RU= Pi R 5.10 x50 =5.10-7V=0,5V Giải a) PT Bài Một hệ thống thơng tin vệ tinh có thơng số sau: tần số truyền dẫn 3GHz, điều chế BPSK, xác suất bit lỗi 10-3, tốc độ bit 100bps, dự trữ đường truyền 3dB, EIRP=100W, khuyếch đại anten thu 10dB, khoảng cách phát thu 40.000km a) Tính mật độ phổ cơng suất tạp âm cho phép cực đại quy đổi vào đầu vào máy thu theo W/Hz b) Tính nhiệt độ tạp âm cho phép cực đại máy thu, nhiệt độ tạp âm anten 290 K c) Tính hệ số tạp âm cho phép cực đại máy thu theo dB Tra bảng phụ lục ta u= E b =3,1(Eb/N0)req=0,5x3,12=4,8 N req (Eb/N0)Rx=Mx(Eb/N0)req= 100,3x4,8=9,6 Suy hao không gian tự do: Ls [dB] 10lg Ls = 92,5+20lgf[GHz]+20lgd[km]=92,5+20lg3+20lg40.000=194dB PRX=EIRP-Ls+G2=10lg100-194+10=-164dBW (Eb/N0)Rx= PRX =9,6N0=PRX/(9,6xRb)= 10-16,4/(9,6x100) R b N0 = 10-18 /(9,6.100,4)=4.10-20W/Hz b) N0=kTsTs=N0/k= 4.10-20/1,38.10-23= 2,9.103=2900K TRX=Ts-290=2900-290=2610K c) TRX=(NF-1)290NF=TRX/290 +1=99,5dB 560 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Bài Bộ tiền khuyếch đại máy thu có hệ số tạp âm 13 dB, khuyếch đại 60 dB băng thông 2MHz Nhiệt độ tạp âm anten 490K công suất đầu vào 10 -12W a) Tìm nhiệt độ tạp âm tiền khuyếch đại theo Kelvin b) Tìm nhiệt độ hệ thống theo Kelvin c) Tìm SNRout theo dB Giải IT a) TRX=(NF-1)290=(101,3-1)290=5496K b) Ts=490+5496=5886 K c) SNRin= P/Ni=Pi/(kTiDf)=10-12/(1,38.10-23x490x2.106)=0,74.102=7416,7dB NF[dB]=SNRin[dB]-SNRout[dB] SNRout=16,7dB-13dB=3,7dB PT Bài Giả thiết máy thu có thơng số sau: khuyếch đại=50dB, hệ số tạp âm=10dB, băng thông=500MHz, công suất vào = 50.10-12W, nhiệt độ tạp âm nguồn TA=10K, tổn hao phiđơ=0dB Bạn yêu cầu mắc thêm tiền khuyếch đại với khuyếch đại 20 dB băng thơng 500MHz Tìm hệ số tạp âm cần thiết để đạt cải thiện tỷ số tín hiệu tạp âm toàn hệ thống 10dB Giải Ký hiệu Ni, Na công suất tạp âm nguồn công suất tạp âm máy thu, ta công suất tạp âm hệ thống thu chưa mắc thêm tiền khuyếch đại quy đổi đầu vào máy thu : N1=Ni+Na = k.TA.Df+ k.(NF1-1) 290.Df = k.Df.(TA+(NF1-1).290)=1,38.10-23x500.106(10+(101-1).290)=1,8.10-11W Tỷ số tín hiệu tạp âm ban đầu là: SNR1=50.10-12/1,8.10-11=2,84,47dB Tỷ số tín hiệu tạp âm yêu cầu sau mắc thêm tiền khuyếch đại: SNR2=10+4,47=14,47dB28 Ký hiệu Np công suất tạp âm tiền khuyếch đại, ta công suất tạp âm hệ thống thu sau mắc thêm tiền khuyếch đại quy đổi vào đầu vào máy thu: N2=Ni+Np+10-2Na= k.Df.(TA+10-2(NF1-1).290)+ Np =1,38.10-23x500.106(10+10-2(10-1).290)+Np=25.10-14W+Np SNR2=28=Pi/N2=50.10-12/(25.10-14+Np) Np=50.10-12/28 -25.10-14=1,54.10-12 561 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Ký hiệu hệ số tạp âm tiền khuyếch đại NFp, ta được: Np=k(NFp-1).290.Df=1,38.10-23(NFp-1)x290x500.106=1,54.10-12 NFp=1,54/(1,38x2,9x0,5)+1=1,772,5dB Bài Một máy thu gồm ba tầng: tầng vào tiền khuyếch đại có hệ số khuyếch đại 20 dB hệ số tạp âm 6dB Tầng thứ hai cáp nối với tổn hao dB Tầng ngồi khuyếch đại có hệ số khuếch đại 60 dB hệ số tạp âm 16 dB a) Tìm hệ số tạp âm tổng máy thu b) Lặp lại a) loại bỏ tiền khuyếch đại IT Giải a) Ký hiệu NF1, NF2, NF2 hệ số tạp âm tầng thứ nhất, thứ hai thứ ba tương ứng, ký hiệu A1, A2 hệ số khuyếch đại cuả tầng vào tầng ra, ký hiệu L suy hao cáp nối, từ phương trình (8.13) (8.10) ta có: 0,3 = 10 b) NF2 L(NF3 1) L L(NF3 1) = NF1 A1 A1 A1 A1 PT NFtol NF1 0,3 0,3 1.6 10 (10 1) 2(40 1) =2 =2,794,46dB 2 10 10 10 10 10 NFtol NF2 L(NF3 1) =100,3+100,3(101,6-1)=2+2(40-1)=8019dB Bài 10 Tìm nhiệt độ tạp âm hệ thống T S cho phép cực đảm bảo xác suất lỗi bit 2.10-4 số liệu Rb=10kbps Các thông số đường truyền sau: tần số phát 12GHz, EIRP=10dBW, khuyếch đại anten thu dB, kiểu điều chế BPSK quán, tổn hao khác không, khoảng cách phát thu 100km Giải Tra cứu bảng phụ lục 1, ta được: u 2E b =3,4 Eb/N0=5,78 N0 Tổn hao không gian tự do: 562 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Ls=92,5+20lgf[GHz]+20lgd[km]=92,5+20lg12+20lg100=143dB Công suất thu: PRX=EIRP-Ls+G2=10-143=-133dBW Eb/N0=PRX/(RbN0)=5,78N0=PRX/(5,78Rb)=10-13,3/(5,78x10.103) =10-17/(5,75x2)=8,6.10-19W/Hz N0=k.TsTs=N0/k=8,6.10-19/1,38.10-23=6,232.104K IT Bài 11 Cần thiết kế máy thu nhiều tầng có T tol=300K Giả thiết nhiệt độ tạp âm khuyếch đại cuả tầng 2,3,4 là: T2=600K, T3=T4=2000K, A2=13 dB A3=A4=20dB Tìm khuyếch đại A1 tầng đầu điều kiện: a) T1=200K, 230K, 265K, 290K, 300K b) Dựng đồ thị phụ thuộc A1 vào T1 A1[dB] PT Giải a) Ttol=T1+T2/A1+T3/(A1.A2)+T4/(A1A2A3) Ttol-T1 = (1/A1)[T2+T3/A2+T4/ (A2A3)] A1=[T2+T3/A2+T4/ (A2A3)]/(Ttol-T1)= [600+2000/101,3+2000/ (101,3x102)]/(300-T1) = 701/(300-T1) T1,K 200 230 265 290 300 A1 10 20 70 8,5dB 10dB 13dB 18,5dB A1 , dB 20 18 16 14 12 10 b) 200 220 240 260 280 300 T1 , K 563 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Bài 12 Một máy thu có khuếch đại 80dB, nhiệt độ tạp âm 3000k nối đến anten có nhiệt độ tạp âm 600K a) Tìm cơng suất tạp âm nguồn băng 40MHz b) Tìm Tìm cơng suất tạp âm máy thu quy đổi vào đầu vào máy thu c) Tìm cơng suất tạp âm đầu máy thu băng 40MHz IT Giải a) Công suất tạp âm nguồn: Ni=kTADf=1,38.10-23x 500x40.106= 2,79.10-13W b) Công suất tạp âm máy thu quy đổi vào đầu vào: Nri=kTr Df=1,38.10-23x3000x40.106=1,66.10-12W c) Công suất tạp âm đầu máy thu: Nout= A(Ni + Nri)= 108(2,79.10-13+1,66.10-12)=19,39.10-5W PT Bài 13 Một khuyếch đại 10 dB, hệ số tạp âm 3dB nối trực tiếp đến anten thu (khơng có tổn hao cáp nối chúng) Sau độ khuyếch đại cáp nối có tổn hao 10 dB Giả sử công suất đầu vào 10pW, nhiệt độ anten 290K, băng thơng 0,25GHz Tìm: a) SNR đầu vào, đầu khuyếch đại b) Đầu cáp có tổn hao Giải a) Ký hiệu tỷ số tín hiệu tạp âm đầu vào đầu khuyếch đại SNRi SNRout, ta có: SNRi=Pi/(kTADf)= 10-9/(1,38.10-23x290x0,25.109)=100030dB SNRout=SNRi-NF=30-3=27dB b) Ký hiệu SNRL , HFL tỷ số tín hiệu tạp âm đầu cáp tổn hao hệ số tạp âm cáp tổn hao, ta có: SNRL=SNRout-NFL=SNRout-L=27-10dB=17dB Bài 14 Một máy thu có hệ số tạp âm 13 dB nối đến anten qua cáp 300 Ơm dài 25m có tổn hao 10dB 100m a) Tìm hệ số tạp âm tồng cáp nối máy thu b) Giả sử tiền khuyếch đại 20 dB với hệ số tạp âm 3dB nối cáp máy thu, tìm hệ số tạp âm tổng cáp, tiền khuếch đại máy thu 564 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng c) Tìn hệ số tạp âm tổng tiền khuyếch đại đấu vào anten cáp nối Giải a) Ký hiệu NF1=L, NF2 hệ số tạp âm cáp nối máy thu, ta có: Ntol=L+L(NF2-1)=LNF2 Ntol[dB]= L+NF2 -1=25x10/100+ 13-1=14,5dB b) Ký hiệu NFr A hệ số tạp âm tiền khuyếch đại khuyếch đại máy thu, ta có: IT Ntol= L+L(NFr-1)+L(NF2-1)/A=100,25+100,25(100,3-1)+100,25(101,3-1)/102 =3,95,9dB c) Ntol= NFr+ (L-1)/A+ L(NF2-1)/A=100,3+ (102,5-1)/102 +100,25(101,3-1)/102 =2,343,7dB Giải PT Bài 15 Một hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng máy phát công suất 20W, tần số GHZ, anten parabol đường kính 1m Khỏang cách đến trạm mặt đất 10.000 km Hệ thống thu mặt đất sử dụng anten đường kính 2,5m có nhiệt độ tạp âm hệ thống 100K Giả thiết anten có hiệu suất =0,55 Coi tổn hao khác Lo 2dB a) Tính tốc độ số liệu cho phép cực đại điều chế BPSK sử dụng xác suất lỗi bit 2.10-4 b) Lặp lại a) với giả thiết tần số phát xuống từ vệ tinh 2GHz x1x8.109 D1f 2 =35,86dBi a) G1= 10 lg G1 10 lg 10 lg 0,55 c 3.10 x2,5x8.109 D2f 2 10 lg 0,55 3.10 c G2= 10 lg G 10 lg =46,42dBi Tổn hao không gian tự do: Ls=92,5+20lgf[GHz]+20lgd[km]=92,5+20lg8+20lg10.000=190,56dB Công suất thu trạm mặt đất bằng: PRX=PTx+G1+G2-Ls-Lo=10lg20+35,86+46,42-190,56-2=-97,28dBW 565 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng N0=kTs=1,38.10-23 x100=1,38.10-21W Tra bảng phụ lục ta được: 2E b =3,4 Eb/N0=5,78 N0 PRX/(RbN0)=5,78Rb=PRX/(5,78N0)=10-9,7/(5,78x1,38.10-21)=0,025.1012bps = 25 Gbps b) IT x1x2.109 D1f 2 =23,82dBi G1= 10 lg G1 10 lg 10 lg 0,55 c 3.10 x2,5x2.109 D2f 2 =31,78dBi 10 lg G 10 lg 10 lg 0,55 c 3.10 PT Ls=92,5+20lg2+20lg10.000=175,5 PRX=PTx+G1+G2-Ls-Lo=10lg20+23,82+31,78-175,5-2=-109dBW Rb=PRX/(5,78N0)= 10-10,09/(5,78x1,38.10-21)=0,1 1011=10Gbps Lưu ý: Các tốc độ bit nói thỏa mãn điều kiên lượng không thỏa mãn điều kiện băng thơng băng tần Nyquist BN=10GHz tần số mang 2GHz CHƯƠNG 10 Bài 33 Cho hệ thống LTE hai cửa anten (NA=2) sử dụng hai lớp với ma trận tiền mã hóa 2x2 cho ma trận kênh H sau: 3 H 1 3 Phân tích SVD cho H Tìm ma trận tiền mã hóa Vẽ sơ đồ kênh MIMO 2x2 với tiền mã hóa 566 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Giải Ma trận kênh có dạng sau: h H 00 h10 h 01 h*00 H H * h11 h 01 * * h*00 h 00 h10 h10 h10 H H H * * * h11 h 01h 00 h11h10 * h*00h 01 h10 h11 * * h 01h 01 h11h11 Tìm giá trị eigen ma trận D2x2: Tìm giá trị eigen HHH theo phương trình sau: h *00 h 00 * h10 h10 det h *01h 01 h *00 h 00 h *01h 00 * h10 h10 * h11h10 * h11 h11 * * h 00 h 01 h10 h11 * * h 01h 01 h11h11 IT det HHH - I h *00 h 01 * h10 h11 h *01h 00 * h 11 h 10 Giải phương trình ta hai nghiệm: 0 1 với 0 ký hiệu cho giá trị lớn Được ma trận 1/2 2x PT 1/2 D2x2 Tìm vectơ eigen V=[V0 V1] Tìm vectơ V0: H H H H H 0I V0 ; giải phương trình tìm V0=[V00 V01] chuẩn hóa T Tìm vectơ eigen V1: H 1I V1 ; giải phương trình tìm V1=[V10 V11] chuẩn hóa T Tìm vectơ eigen U=[U0 U1] Tìm vectơ U0: U HVD Xây dựng ma trận tiền mã hóa: W2x2 =V2x2 567 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Kiểm tra H=UDVH Sơ đồ kênh MIMO 2x2 a) Máy phát MIMO h0,0 TX V2X2(i) h0,1 h1,1 U H2X2 (i) RX Z1(i) PT TX Z0(i) RX h1,0 IT X0(i) X1(i) b) Máy thu MIMO 568 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO E Bryan Carn Telecommunications Topics, Prentice Hall PTR, 1998 Dr Proakis, John G Digital Comunications, McGraw-Hill, 2000 Dr Bernard Scalar 2003 Digital Communications, Prentice-Hall TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, 1997 Mã hóa kênh điều chế số, HVCNBCVT TS Nguyễn Phạm Anh Dũng dịch, 1997 Digital Radio Relay Techlonogy, Tổng cục Bưu Điện TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, 1997 Quy hoạch tần số thiết kế tuyến vi ba số, HVCNBCVT TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, 1993 Vi ba số 34 Mbit/s tập, HVCNBCVT TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, 2001 Cơ sở truyền dẫn vi ba số Dr Simon Haykin, 1988 Digital Communications, John Wiley & Sons 10 Dr Behzad Razavi, 1998 RF Microelectronics, Prentice Hall 11 William.E.Ryan An Intrroduction to LDPC Code Univerrsity of Arizona, 2003 12 Tuan Ta A Tutorial on Low Density Parity-Check Codes The University of Texas at Austin, 2008 13 Mustafa Ergen Mobile Broadband Including WiMAX and LTE Springer, 2009 14 3GPP TS 36.212 V10.5.0 (2012-03 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Multiplexing and channel coding(Release 10) 15 3GPP2 C.S0002-C Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems2004 16 3G Americas MIMO Transmition Schemes for LTE and HSPA Networks 2009 17 Juho Lee Introduction of LTE-Advanced DL/UL MIMO, Samsung Electronics, September 11, 2009 18 Guest Editors: Bruno Clerckx, Angel Lozano, Stefania Sesia, Cornelius van Rensburg, and Constantinos B Papadias 3GPP LTE and LTE Advanced, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, Hindawi Publishing Corporation 2009 19 Ming Jiang, Member IEEE,and Lajos Hanzo, Fellow IEEE Multiuser MIMO-OFDM for Next-Generation Wireless Systems, Proceedings of the IEEE |Vol.95,No.7,July2007 20 Stefania Sesia and Others LTE - The UMTS Long Term Evolution, From Theory to Practice Willey 2009 21 Farooq Khan LTE for 4G Mobile Broadband, Cambridge University Press, 2009 22 Harri Holma and Antti Toskala LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access, Willey 2009 23 Tshiteya Dikamba Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution (LTE), Delft University of Technology 2011 24 Bilal Muhammad Closed loop power control for LTE uplink, Master Thesis, Blekinge Institute of Technology, School of Engineering, November 2008 PT IT 569 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng 25 Francesco Davide Calabrese Scheduling and Link Adaptation for Uplink SC-FDMA Systems A LTE Case Study PhD Thesis Aalborg, Denmark April 2009 26 Akhilesh Pokhariyal Downlink Frequency-Domain Adaptation and Scheduling- A PT IT Case Study Based on the UTRA Long Term Evolution PhD Thesis Aalborg, Denmark, August 2007 27 Sajid_Hussain Dynamic Radio Resource Management in 3GPP LTE Master Thesis, Sajid Hussain, Blekinge Institute of Technology January 2009 570 ... để đào tạo chuyên gia kỹ sư vơ tuyến có trình độ cao Môn học "cơ sở kỹ thuật thông tin vô tuyến" số môn học liên quan đến lĩnh vực công nghệ vô tuyến giảng dậy Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng... Viễn thơng Mục đích cuả mơn học cung cấp kiến thức sở kỹ thuật thông tin vô tuyến để sinh viên học mơn công nghệ vô tuyến như: Đa truy nhập, Thông tin di động, chuyên đề tự chọn Tài liệu chia thành... thống thông tin vô tuyến băng rộng Chương 10 nghiên cứu kỹ thuật đa anten sử dụng hệ thống thơng tin di động Chương 11 trình kỹ thuật lập biểu thích ứng đường truyền sử dụng cho hệ thống thông tin
Ngày đăng: 19/03/2021, 16:49
Xem thêm: Cơ sở kỹ thuật thông tin vô tuyến
