kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB_T 2.doc

11 868 4
kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB_T 2.doc

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB_T

Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. CHNG 2: NH HNG CA KấNH Vễ TUYN N TRUYN DN TN HIU.2.1. Gii thiu chng .Khi nghiờn cu h thng thụng tin, vic to ra cỏc mụ hỡnh kờnh úng mt vai trũ quan trng trong vic ỏnh giỏ cht lng hot ng ca h thng. Bn cht bin i mt cỏch ngu nhiờn theo thi gian ca kờnh truyn gõy ra nhng nh hng ,thit hi khụng th lng trc lm cho cu trỳc b thu, k thut sa li ngy cng phc tp. Khi nghiờn cu cỏc thut toỏn, gii thut hn ch nhng nh hng ca kờnh truyn,iu cn thit l phi xõy dng nhng mụ hỡnh cú th xp x mụi trng truyn dn mt cỏch hp lý.Chng ny gii thiu nhng c tớnh,nh hng ca kờnh truyn ng thi l c s cho vic nghiờn cu trong truyn hỡnh s qung bỏ mt t DVB_T.2.2. Tng quan v kờnh vụ tuyn di ng (mobile radio channel)Cỏc tớn hiu khi truyn qua kờnh vụ tuyn di ng s b phn x,khỳc x, nhiu x, tỏn x,v do ú gõy ra hin tng a ng (multipath).Tớn hiu nhn c ti b thu yu hn nhiu so vi tớn hiu ti b phỏt do cỏc nh hng nh :suy hao truyn dn trung bỡnh (mean propagation loss), fading a ng (multipath fading) v suy hao ng truyn (path loss).Mean propagation loss xy ra do cỏc hin tng nh:s m rng v mi hng ca tớn hiu, s hp thu tớn hiu bi nc,lỏ cõyv do phn x t mt t.Mean propagation loss ph thuc vo khong cỏch v bin i rt chm ngay c i vi cỏc mobile di chuyn vi tc cao.2.3. Suy hao ng truyn ( pass loss and attenuation).Ti anten phỏt,cỏc súng vụ tuyn s c truyn i theo mi hng (ngha l súng c m rng theo hỡnh cu).Khi chỳng ta dựng anten nh hng truyn tớn hiu ,súng cng c m rng theo dng hỡnh cu nhng mt nng lng khi ú s tp trung vo mt vựng no ú do ta thit k.Vỡ th mt cụng sut ca súng gim t l vi bỡnh phng khong cỏch.Phng trỡnh (2.1) cho ta cụng sut tớn hiu 16 Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. thu c khi truyn trong khụng gian t do:24=RGGPPRTTR (2.1) Trong ú : PR l cụng sut thu c (Watts). PT l cụng sut phỏt (Watts). GT l li ca anten phỏt, GR l li ca anten thu. l bc súng ca súng mang vụ tuyn (m). R l khong cỏch truyn dn tớnh bng met.Hoc ta cú th vit li l :RTRTRTGGfRcGGRPP1141142222== (2.2)Gi Lpt l h s suy hao do vic truyn dn trong khụng gian t do: Lpt(dB)=PT(dB) - PR(dB) =-10logGT -10log10GR+20logf+20logR-47.6dB (2.3)Núi chung truyn trong khụng gian t do khụng phc tp lm,chỳng ta cú th xõy dng mụ hỡnh chớnh xỏc cho cỏc tuyn thụng tin v tinh v cỏc tuyn liờn lc trc tip nh cỏc tuyn liờn lc viba im ni im trong phm vi ngn.Tuy nhiờn ,cho hu ht cỏc thụng tin trờn mt t nh thụng tin di ng, DVB_T, mng LAN khụng dõy,mụi trng truyn phc tp hn nhiu do ú vic to ra cỏc mụ hỡnh cng khú khn hn.Vớ d i vi nhng kờnh truyn dn vụ tuyn di ng UHF, khi iu kin v khụng gian t do khụng c tho món ,chỳng ta cú th tớnh suy hao ng truyn theo cụng thc sau :RhhGGLMSBSRTpllog40log20log20log10log1010= (2.4) Trong ú hBS, hMS << R l cao anten trm phỏt v anten ca MS.2.4. Fading chm(slow fading) v fading nhanh(past fading). Slow fading gõy ra do s cn tr ca cỏc to nh v a hỡnh t nhiờn nh i 17 Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. nỳi. i vi cỏc trm thu, phỏt, hoc cỏc vt cn di ng s thay i suy hao ng truyn do khong cỏch truyn b thay i. S thay i trong suy hao ng truyn xut hin khi khong cỏch ln (thng t 10 100 ln bc súng) v ph thuc vo kớch thc vt cn gõy nờn búng m hn l bc súng ca tớn hiu RF. Vỡ s thay i ny thng xy ra chm nờn nú cũn c gi l fading chm.Fast fading gõy ra do s tỏn x a ng (multipath scatter) vựng xung quanh mobile.Tớn hiu i trờn nhng khong cỏch khỏc nhau ca mi ng truyn ny s cú thi gian truyn khỏc nhau. Nu chỳng ta truyn mt xung RF qua mụi trng a ng, thỡ ti u thu ta s thu c tớn hiu nh hỡnh 2.1. Mi xung tng ng vi mt ng, cng ph thuc vo suy hao ng ca ng ú. i vi tớn hiu tn s c nh (chng hn súng sin), tr ng truyn s gõy nờn s quay pha ca tớn hiu. Mi mt tớn hiu a ng s cú khong cỏch truyn khỏc nhau v do ú cú s quay pha khỏc nhau. Nhng tớn hiu ny c cng li ti b thu gõy nờn nhiu tng cng hoc suy gim. Nhiu suy gim l nhiu khi kt qu cng ti b thu l bộ hn tớn hiu trc tip, cũn nhiu tng cng l khi tt c cỏc tớn hiu cú cựng pha v tng cng ln nhau.2.5. Fading la chn tn s v fading phng.nh hng a ng cng gõy nờn s thay i fading cựng vi tn s, l do ỏp ng pha ca cỏc thnh phn a ng s thay i cựng vi tn s. Pha thu c, tựy theo phớa phỏt ca mt thnh phn a ng tng ng vi s bc súng ca tớn hiu ó truyn i t phớa phỏt. Bc súng t l nghch vi tn s v vỡ th i vi ng truyn c nh thỡ pha s thay i theo tn s. Khong cỏch truyn ca mi 18 Cụng sutThi gian truynHỡnh 2.1 ỏp ng xung thu khi truyn mt xung RF 12131415Hỡnh 2.9 Minh ho fading la chon tn sMt phn xB phỏtB thu17m8m10 m ng 1 ng 2 Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. thnh phn a ng khỏc nhau v nh vy s thay i pha cng khỏc nhau. Hỡnh 2.2 biu din mt vớ d truyn dn hai ng. ng th nht hng trc tip khong cỏch 10m, ng th hai l hng phn x khong cỏch 25m. i vi Hỡnh 2.1: Ph Doppler (fc fm) fc (fc + fm) bc súng 1m, mi ng cú mt s nguyờn bc súng v pha thay i t phớa phỏt n phớa thu l 00 cho mi ng. tn s ny, hai ng s tng cng ln nhau. Nu chỳng ta thay i tn s cú bc súng l 0,9m thỡ ng mt s cú 10/ 0,9 = 11,111 hay cú pha l 0,111ì 3600 = 400 , trong khi ng th hai cú 25/ 0,9 = 27,778 , hay cú pha l 0,778ì 3600 = 2800 . iu ny lm hai ng khỏc pha nhau, s lm suy gim biờn tớn hiu tn s ny.V nh th ta thy, mt s tn s nht nh no ú, hin tng tớn hiu b trit tiờu hon ton s xy ra. c tớnh fading la chn tn s ca mt kờnh cú th c túm tt bi bng thụng Coherent ca kờnh ú. Bng thụng Coherent t l nghch vi tri tr ca kờnh. ng biu din ca hai tớn hiu cú tn s khụng kt hp thay i nờn c cỏch nhau mt khong ln hn rng bng thụng Coherent Bc ca kờnh. Bng thụng Coherent cú th c tớnh xp x t h s ng bao kt hp gia hai tớn hiu cỏch nhau bi f Hz v t giõy. H s ng bao kt hp l:2220).2(1).2(),(ftfJtfm+= (2.5) 19 Hỡnh 2.2 Minh ho fading la chon tn sMt phn xB phỏtB thu17m8m10 m ng 1 ng 2 Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. vi J0 l hm Bessel bc khụng, fm l dch Doppler ln nht, l tri tr ca kờnh. Bng 2.1 cho ta mt s giỏ tr ph bin tri tr ca kờnh trong cỏc mụi trng khỏc nhau.Khi chỳng ta xột s kt hp ch l hm ca khong cỏch tn s v t t thnh khụng, bng thụng Coherent Bc c nh ngha l rng bng thụng f khi h s ng bao kt hp gia hai tớn hiu bng phõn na giỏ tr ln nht ca nú.5,0)2(11)0,(22=+=ccBB (2.6) Kt qu bng thụng Coherent l:6121=cB (2.7)i vi cỏc giỏ tr tri tr cho trong Bng 2.1, ta s tớnh c cỏc bng thụng Coherent tng ng. Nu rng bng ca tớn hiu ó iu ch nh hn bng thụng Coherent ca kờnh, tt c cỏc thnh phn tn s ca tớn hiu u cú cựng fading, v fading ny c gi l fading (tn s) phng. Tng t trong min thi gian, nu tri tr ca kờnh nh hn khong thi symbol, thỡ s nh hng lm thay i hỡnh dng ca xung phỏt lờn kờnh ú l khụng ỏng k, ch cú biờn ca xung l b thay i.Mt khỏc, nu bng thụng ca tớn hiu iu ch ln hn nhiu so vi bng thụng Coherent ca kờnh, cỏc thnh phn tn s khỏc nhau ca tớn hiu cú cỏc c tớnh fading khỏc nhau, v fading ny c gi l fading la chn tn s. Cỏc kờnh la chn tn s cng cũn c gi l cỏc kờnh phõn tỏn thi gian, bi vỡ tri tr di 20 Mụi trng tri trBờn trong cỏc to nh < 0,1 sKhu vc ngoi tri < 0,2 sKhu vc ngoi ụ 0,5 sKhu vc thnh th 3 sBng 2.1 Giỏ tr tri tr ca mt s mụi trng tiờu biu Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. tng ng vi vic kộo di khong thi gian ca symbol c phỏt. Trong trng hp ny, bờn cnh biờn thỡ hỡnh dng ca xung phỏt cng b thay i. Cn chỳ ý rng búng m (fading chm) luụn luụn l fading phng, trong khi ú, fading nhanh do nh hng a ng thng gõy ra bi fading la chn tn s. Nh vy, nh hng ca búng m c lp vi bng thụng ca tớn hiu cũn nh hng ca fading nhanh li ph thuc vo bng thụng ca tớn hiu. Trong thụng tin di ng s, nh hng ca ng truyn lờn tớn hiu ph thuc rt nhiu vo t s ca khong thi symbol trờn tri tr ca kờnh vụ tuyn thi gian thay i. Nu tc truyn dn bit quỏ cao n ni mi symbol d liu b tri qua cỏc symbol k cn mt cỏch nghiờm trng, nhiu xuyờn nhiu ISI s xut hin. Nu ta mun nhiu gia cỏc symbol k cn thp, chỳng ta cn cú tc symbol phi nh hn bng thụng Coherent. Do vy, khi tc symbol tng lờn, ta cn phi gim nhiu ISI bng cỏc b cõn bng cú c mt t s BER chp nhn c. V cỏc khu vc hot ng nh hn khụng cú ngha ch l khu vc nh ca cỏc khu vc hot ng ln hn, chỳng cũn cú cỏc c tớnh ng truyn khỏc nhau.2.6. Thụng s tỏn x thi gian(time dispertin parameter). phõn bit,so sỏnh tớnh cht ca cỏc kờnh truyn dn a ng ,ngi ta s dng cỏc thụng s tỏn x thi gian nh tr trung bỡnh vt mc(mean excess delay) ,tr hiu dng (rms delay spread) v tr vt mc(excess delay spread).Cỏc thụng s ny cú th c tớnh t c tớnh cụng sut truyn ti b thu ca cỏc thnh phn a ng (power delay profile) .Excess delay,,l khong thi gian chờnh lch gia tia súng ang xột vi thnh phn n b thu u tiờn .Tớnh cht tỏn x thi gian(time dispersive) ca kờnh truyn dn a ng di rng c th hin qua thụng s mean excess delay,,v rms delay spread,. c nh ngha l moment cp mt ca power delay profile: ==kkkkkkkkkkPPaa)()(22 (2.8) 21 Hỡnh 2.3: Hiu ng DopplerChơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. ak, )(kP: biờn ,cụng sut thnh phn th k ca tớn hiu a ng.Rms delay spread () l cn bc hai moment trung tõm cp hai ca power delay profile: ( )22= (2.9) vi ==kkkkkkkkkkPPaa)()(22222 (2.10)2.7. Ph Doppler (Doppler spectrum).Trong phn ny, chỳng ta s tp trung tỡm hiu nh hng ca doppler shift vo vic truyn mt súng mang cha iu ch tn s fc t BS. Mt MS di chuyn theo hng to thnh mt gúc i vi tớn hiu nhn c t thnh phn th I nh hỡnh 2.3. MS di chuyn vi vn tc v,sau khong thi gian t i c d=v.t .Khi ú on ng t BS n MS ca thnh phn th I ca tớn hiu s b thay i mt lng l l.Theo hỡnh v ta cú : idlcos= (2.11)Khi ú,pha ca tớn hiu s b thay i mt lng : itv cos2 = (2.12) : Bc súng ca tớn hiu.Du - cho thy tr pha ca súng s gim khi MS di chuyn v phớa BS. 22 lYXdvBSMSii Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. Tn s Doppler c nh ngha nh l s thay i pha do s di chuyn ca MS trong sut khong thi gian t : tfD=21 (2.13)Thay phng trỡnh (2.12) vo phng trỡnh (2.13) ta c: imiDfvfcoscos == (2.14)Vi fm=v/=vfc/c l dch tn doppler cc i ( t tn s súng mang c phỏt i ) do s di chuyn ca MS.Chỳ ý rng , tn s Doppler cú th dng hoc õm ph thuc vo gúc i. Tn s Doppler cc i v cc tiu l fm ng vi gúc i=00 v 1800 khi tia súng truyn trựng vi hng MS di chuyn :i=00 ng vi trng hp tia súng i ti t phớa trc MS.i=1800 ng vi trng hp tia súng i ti t phớa sau MS.iu ny tng t vi s thay i tn s ca ting cũi xe la c tip nhn bi mt ngi ng ng ray khi xe la ang ti gn hoc i xa dn ngi ú. Trong mt mụi trng truyn dn thc,tớn hiu n b thu bng nhiu ng vi khong cỏch v gúc ti khỏc nhau. Vỡ vy, khi mt súng sin c truyn i, thay vỡ b dch mt khong tn s duy nht (Doppler shift icDcvffcos= ) ti u thu, ph ca tớn hiu s tri rng t fc(1-v/c) n fc(1+v/c) v c gi l ph Doppler. Khi ta gi thit xỏc sut xy ra tt c cỏc hng di chuyn ca mobile hay núi cỏch khỏc l tt c cỏc gúc ti l nh nhau (phõn b u ),mt ph cụng sut ca tớn hiu ti b thu c cho bi : 2112)(=mcmffffKfS vi k l hng s (2.15) 23 Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. Chỳ ý rng, khi f=fc => S(f=fc)=mfK2 f= cmff +=> S(f= cmff +)=Hỡnh dng ca S(f) c mụ t nh hỡnh 2.4:2.8. Tri ph doppler v thi gian kt hp (Doppler spread and coherence time).Delay spread v coherence bandwidth l cỏc thụng s mụ t bn cht tỏn x thi gian ca kờnh truyn .Tuy nhiờn,chỳng khụng cung cp thụng tin v s thay i tớnh cht theo thi gian ca kờnh do s chuyn tng i gia MS v BS hoc do s di chuyn ca cỏc vt th khỏc trong mụi trng truyn dn.Doppler spread v coherence time l nhng thụng s mụ t bn cht thay i theo thi gian ca kờnh truyn.Doppler spread BD l thụng s do s m rng ph gõy ra bi s thay i theo thi gian ca kờnh vụ tuyn di ng v c nh ngha l khong tn s m ph tn doppler nhn c l khỏc khụng.Khi mt súng hỡnh sin cú tn s fC c truyn i ,ph tớn hiu nhn c ,ph doppler,s cú cỏc thnh phn nm trong khong tn s fc-fd n fc+fd vi fd l dch tn do hiu ng doppler. Lng ph c m rng ph thuc vo fd l mt hm ca vn tc tng i ca MS v gúc i gia hng di chuyn ca MS v hng ca súng tớn hiu ti MS.Nu rng ph ca tớn hiu ln hn nhiu so vi BD, nh hng ca doppler spread l khụng ỏng k ti b thu v õy l kờnh fading bin i chm . 24 fc+fmfc-fm fcHỡnh 2.4: Ph cụng sut Doppler Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiêu. Coherence time Tc chớnh l i ngu trong min thi gian (time domain dual) ca doppler spread, dựng mụ t s tỏn x tn s v bn cht thay i theo thi gian ca kờnh truyn.Doppler spread v coherence time t l nghch vi nhau : Tc1/fm (2.16)Coherence time l khong thi gian m ỏp ng ca kờnh truyn khụng thay i .Núi cỏch, coherence time l khong thi gian m hai tớn hiu cú s tng quan vi nhau v biờn . Nu nghch o ca rng ph ca tớn hiu ln hn nhiu so vi coherence time ca kờnh truyn thỡ khi ú kờnh truyn s thay i trong sut thi gian truyn tớn hiu v do ú gõy mộo b thu .Coherence time c nh ngha l khong thi gian m hm tng quan ln hn 0.5,khi ú [2]: mcfT169 (2.17)vi fm l tn s doppler cc i: fm=v/Trờn thc t, nu ta tớnh TC theo phng trỡnh 2.16 thỡ trong khong TC tớn hiờ truyn s b dao ng nhiu nu cú phõn b Rayleigh, trong khi phng trỡnh 2.17 li quỏ hn ch . Vỡ th, ngi ta thng nh ngha TC l trung bỡnh nhõn ca hai phng trỡnh trờn : mmcffT423.01692== (2.18)nh ngha thi gian kt hp ng ý rng hai tớn hiu n b thu khỏc nhau mt khong thi gian TC s b nh hng khỏc nhau bi kờnh truyn. Vớ d, mt MS di chuyn vi vn tc 60 m/phỳt s dng súng mang tn s 900MHZ, ta cú thi gian kt hp :mscfvfvfcTm22.21169169169===Khi s dng h thng k thut s, nu tc d liu ln hn1/TC =454bps, kờnh truyn s khụng to ra mộo do s di chuyn ca MS . 25 [...]... tÝn hiªu Nếu sử dụng công thức (2.18) thì TC=6.77ns tốc độ dữ liệu phải lớn hơn 150bit/s để tránh hiện tượng méo do tán xạ tần số 2.9 Kết luận Sau khi phân tích các tính chất của kênh vô tuyến, chúng ta thấy được rằng, việc thêm vào khoảng thời bảo vệ mở rộng chu kỳ đồng thời truyền dẫn sóng mang con song song sẽ hạn chế được rất nhiều ảnh hưởng của kênh vô tuyến lên tín hiệu OFDM Trong chương tiếp... sẽ hạn chế được rất nhiều ảnh hưởng của kênh vô tuyến lên tín hiệu OFDM Trong chương tiếp theo, để chúng ta hiểu rõ hơn về kĩ thuật điều chế OFDM, sẽ trình bày các vấn đề kĩ thuật trong hệ thống OFDM, việc đồng bộ,ước lượng kênh cũng như các kĩ thuật giảm PAR trong hệ thống OFDM 26 . cỏch.Phng trỡnh (2. 1) cho ta cụng sut t n hiu 16 Chơng 2: ảnh hởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn t n hiêu. thu c khi truyn trong khụng gian t do :24 =RGGPPRTTR. truyn dn t nh bng met.Hoc ta cú th vit li l :RTRTRTGGfRcGGRPP11411 422 22= = (2. 2)Gi Lpt l h s suy hao do vic truyn dn trong

Ngày đăng: 21/11/2012, 09:01

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan