Phân tích ảnh hưởng của fading và các nguồn gây sai số đối với hệ thống định vị vệ tinh GPS

HIỆN TƯỢNG FADING TRONG MẠNG GSM .1 Khái niệm về Fading

Fading có thể do nhiều nguyên nhân gây ra như là do phản xạ từ mặt đất , nước, từ tầng điện ly, hay do môi trường khí quyển không đồng nhất, do tán xạ khi sóng vô tuyến đập vào các vật không bằng phẳng mà các vật này có kích thước cỡ khoảng chiều dài bước sóng, do nhiễu xạ khi sóng vô tuyến đập vào các vật có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng, điều này sẽ làm tăng bội số đường truyền tại máy thu. Nếu giữa anten phát và anten thu không có đường truyền trong tầm nhìn thẳng thì tia phát được thu bằng nhiều đường truyền sóng khác nhau do phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ. Tại máy thu sẽ thu được vô số các tín hiệu truyền đi từ nhiều hướng khác nhau với thời gian đến và pha khác nhau, tại đây các tín hiệu được cộng lại với nhau tạo thành tín hiệu cuối cùng.

Các tín hiệu này có góc pha khác nhau nên khi chúng đồng pha với nhau sẽ tạo nên hiện tượng cộng tích cực, nếu chúng ngược pha sẽ tạo nên hiện tượng cộng tiêu cực tức là triệt tiêu nhau. Fading nhanh xảy ra khi anten thu nhận tín hiệu gồm nhiều tia phản xạ, tín hiệu tổng hợp gồm nhiều sóng có biên độ và pha khác nhau nên nó có tín hiệu thay đổi bất kỳ và nhiều khi chúng còn triệt tiêu lẫn nhau. Nếu số các đường phản xạ đa đường lớn và không có thành phần tín hiệu trong tầm nhìn thẳng, đường bao của tín hiệu thu thường được mô tả thống kê bằng hàm mật độ phân bố xác suất Rayleigh.

Khi có sự xuất hiện của thành phần tín hiệu không fading với cường độ mạnh, ví dụ như tín hiệu đến từ đường truyền trong tầm nhìn thẳng, đường bao fading nhanh được mô tả bằng hàm mật độ phân bố xác suất Rice. Kênh fading phẳng còn có thể gọi là kênh biên độ thay đổi (đôi khi còn gọi là kênh băng hẹp vì dải rộng tín hiệu là hẹp hơn so với bề rộng độ ổn định tần số của kênh). Khi đó độ trải trễ sẽ lớn hơn nghịch đảo dải rộng tín hiệu, tín hiệu thu được gồm nhiều phiên bản của dạng sóng phát bị suy giảm và làm trễ khác nhau gây nên méo tín.

Khi phân tích các hệ thống thông tin di động, các mô hình đáp ứng xung thống kê chẳng hạn như mô hình Rayleigh hai tia (đáp ứng xung là hai xung dạng Delta, suy giảm độc lập và trễ giữa hai xung đủ để tạo nên suy giảm chọn lọc đối với tín hiệu được cấp) được máy tính tạo ra hay từ các phép đo nói chung được dùng để phân tích suy giảm chọn lọc tần số kích thước nhỏ. Suy giảm chọn lọc tần số là do trễ đa đường bằng hay vượt quá chu kỳ ký hiệu truyền, kênh này cũng được gọi là kênh băng rộng vì dải rộng tín hiệu lớn bề rộng độ ổn định tần số của kênh.

MÔ HÌNH KÊNH TRONG MẠNG GSM

+ Khái niệm về đáp ứng xung của kênh: Đáp ứng xung của kênh là một dãy xung thu được ở máy thu khi máy phát phát đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac δ( )t. Dựa vào hàm truyền đạt của kênh ta có thể nhận biết được ở miền tần số nào tín hiệu bị suy hao hay tương ứng với độ fading lớn và ở miền tần số nào thì tín hiệu ít bị suy hao. Tùy thuộc vào bề rộng băng tần của hệ thống so với bề rộng độ ổn định tần số của kênh mà kênh được định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số hay không.

Mật độ phổ của tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra vào năm 1974 cho nên cũng có thể gọi phổ của tín hiệu này là phổ Jake. Ý nghĩa của phổ tín hiệu này được giải thích là: giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f0, khi đó tín hiệu thu được sẽ không nhận được ở chính xác trên tần số sóng mang f0 mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch là fD,max. Thời gian trễ truyền dẫn τ liên quan đến độ dài của tuyến truyền dẫn và vận tốc ánh sáng, còn thời gian tuyệt đối liên quan đến thời điểm thời gian quan sát kênh.

Điểm thời gian quan sát kênh có thể là ban ngày hay ban đêm, mang ý nghĩa tuyệt đối, còn trễ truyền dẫn là hiệu số giữa thời điểm nhận được tín hiệu và thời điểm phát tín hiệu. Tùy thuộc vào sự so sánh giữa bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh với độ dài mẫu tín hiệu sẽ cho ta kết quả là kênh vô tuyến được gọi là kênh phụ thuộc thời gian hay không. Trong trường hợp môi trường truyền dẫn có tuyến truyền dẫn trong tầm nhìn thẳng thì công suất tín hiệu từ tuyến này vượt trội so với các tuyến khác.

Mô hình của tín hiệu phát và thu cũng được mô tả tương tự như trong hình 2.14, tuy nhiên tín hiệu phát được giả thiết là một quá trình xác suất ξ( )t và tín hiệu thu cũng là một quá trình xác suất η( )t. Để xây dựng mối liên hệ này người ta xây dựng các hàm tự tương quan và các hàm tương quan chéo của các quá trình xác suất này, vì phép biến đổi Fourier có thể thực hiện được cho các hàm tương quan.

CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG FADING TRONG MẠNG GSM

Bộ cân bằng ngang này gồm một đường trễ có 2M+1 nhánh ra, mỗi nhánh cách nhau một khoảng thời gian trễ là Ts giây (Ts là thời gian của một ký hiệu). Ma trận này còn được gọi là “ma trận cưỡng bức về không” đối với các bộ cân bằng và việc chọn các hệ số trẽ nhánh để giảm thiểu méo bằng cách cưỡng bức về không tại M điểm mẫu ở cả hai phía của xung được xét. Các bộ cân bằng ở miền tần số được thiết kế nhằm mục đích cân bằng trực tiếp sự phân tán phổ bằng cách tạo ra đặc tính phổ bù trừ ngược với phân tán trong băng do fading nhiều tia.

Mạch bù là một khối có khả năng tạo ra các dạng méo khác nhau của đặc tính biên tần và thực hiện lệnh của một số tín hiệu bên ngoài. Giá trị trung bình của hai mẫu tại hai tần số f1 và f2 được so sánh với giỏ trị mẫu fc để điều chỉnh đặc tuyến tần số của bộ cõn bằng độ lừm và bự trừ độ vừng phổ vào tại fc. Phân tập là một phương pháp dùng trong viễn thông nói chung và trong GSM nói riêng dùng để nâng cao độ tin cậy của việc truyền tín hiệu bằng cách truyền một tín hiệu giống nhau trên nhiều kênh truyền khác nhau để đầu thu có thể chọn trong số những tín hiệu thu được hoặc kết hợp những tín hiệu đó thành một tín hiệu tốt nhất.

Truyền dẫn phân tập ảnh hưởng rất lớn lên xác suất vượt ngưỡng, nghĩa là xác suất mà ở đó tín hiệu tổng hợp (được kết hợp từ các kênh phân tập) sẽ giảm xuống thấp hơn vị trí ngưỡng quy định. Tín hiệu ở đầu ra của máy thu chính Rx1 và máy thu phân tập Rx2 được kết hợp đồng pha để tạo ra một tín hiệu thu tốt nhất. Trong phân tập thời gian, số liệu giống nhau được gửi đi trên kênh tại các khoảng thời gian có thứ tự tỉ lệ nghịch với tốc độ fading băng tần gốc.

Tín hiệu được truyền trên nhiều tần số khác nhau hoặc trên một dãy phổ tần rộng bị tác động bởi fading lựa chọn tần số. Tức là các tín hiệu được phát đi trong các trường điện phân cực ngang hoặc đứng không tương quan với nhau tại cả máy thu và máy di động.

GIỚI THIỆU CHUNG

KÊNH VÀ MODEM HỆ THỐNG

Sự hạn chế của MRC là đòi hỏi phải thực hiện xử lý những tham số của các nhánh độc lập. Như vậy kĩ thuật tổ hợp này đơn giản hơn so với MRC, hơn nữa nó còn cho khả năng tối ưu về công suất. Tín hiệu đầu ra của bộ tổ hợp SC tương đương với tín hiệu của một nhánh và nó không phụ thuộc vào tính riêng rẽ về mặt tín hiệu của các nhánh.

Như vậy có thể thấy rằng qua sự phân tích biến đổi ở đầu ra bộ tổ hợp CNRγ được theo dừi hoàn toàn bởi mỏy thu. Và giả thiết rằng sự biến đổi của γ được gửi lại máy phát bằng một đường truyền phản hồi hoàn toàn không lỗi. Quá trình giữ chậm về mặt thời gian trong đường phản hồi được cho là không đáng kể so với sự thay đổi của kênh.

Giả thiết này phù hợp với quá trình truyền dữ liệu tốc độ cao trên kênh pha đinh chậm, điều này cho phép quá trình phát thích nghi với công suất hoặc tốc độ tương quan không đổi trong điều kiện kênh thực.