Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không
bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thụ Điều này xẩy ra là do giữa nơi phát và
nơi thu luôn tồn tại các vật thế cản trở sự truyền sóng trực tiếp. Do vậy, sóng nhận
được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng khác nhau bởi sự phản xạ,
khúc xạ, tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thế khác. Hiện tượng này được gọi
r = 0
và
] Ổ(T)ÚT = 1 (2.2)
—00
Đáp ứng của kênh không phụ thuộc thời gian được định nghĩa:
h(r) = ^akJ(r-rk) (2.3)
K=l
trong đó: K=1 đến Np là chỉ số của tuyến truyền dẫn Np là số tuyến truyền dẫn h(r) là đáp ứng xung của kênh
T là trễ truyền dẫn
ak là hệ số suy hao tưong ứng với tuyến k. Hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc thời gian:
H(jứ>)= jh(r)ẽjft*dr (2.4)
—00
Như vậy, cả đáp ứng xung và hàm truyền đạt của kênh trong trường họp này
đều không phụ thuộc thời gian.
Dựa vào hàm truyền đạt của kênh ta có thế biết được miền tần số nào tín hiệu
Trạm phát
Hình 2.1 Hàm truyền đạt của kênh
Khoảng tần số thay đổi do hiệu ứng Doppler tùy thuộc vào mối quan hệ chuyến động giữa nguồn phát và nguồn thu và cả tốc độ truyền sóng. Độ dịch Doppler có thể được tính theo công thức:
(2.6) c
Trong đó: Af là khoảng thay đối tần số của tần số tín hiệu tại máy thụ
V là tốc độ thay đổi khác nhau giữa tần số tín hiệu và máy phát.
f0 là tần số tín hiệu, c là tốc độ ánh sáng.
Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống, ví dụ hệ thống (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplex) và gây sự phụ
thuộc vào
thời gian của kênh. Đáp ứng xung
hợp kênh truyền dẫn là quá trình dừng thì thời điếm quan sát kênh không đóng vai trò quan trọng [3]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.4. Be rộng độ ống định về thòi gian của kênh
Đê đánh giá sự phụ thuộc vào thời gian của kênh, Proakis đã đua ra định nghĩa
về bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh. Đại lượng này được định nghĩa như sau:
(At)c = —!--- (2.8)^ ' [) max
Tùy thuộc vào sự so sánh giữa bề rộng độ ôn định về thời gian của kênh với
độ dài mẫu tín hiệu sẽ cho ra kết quả liệu kênh vô tuyến được gọi là kênh phụ thuộc
vào thời gian hay không.
Neu bề rộng sự ổn định về thời gian của kênh lớn hơn nhiều so với độ dài của
một mẫu tín hiệu của hệ thống hay (At) » Ts thì kênh truyền dẫn của hệ thống đó
được coi là không phụ thuộc thời gian. Ngược lại, nghĩa là (Àt) « Ts thì kênh truyền dẫn của hệ thống được coi là phụ thuộc thời gian [3].
2.2.5. Các mô hình kênh cơ bản
ạ Kênh theo phân bo Rayleigh
hiệu này có tên là nhiễu trắng vì nó có tính chất tuơng tự với ánh sáng trắng. Chúng ta không thể tạo ra nhiễu trắng theo đúng lý thuyết vì theo định nghĩa của nó nhiễu
trắng có mật độ phổ công suất phân bố trong khoảng tần vô hạn và do vậy nó cũng
phải có công suất vô hạn. Tuy nhiên, trong thực tế do không có hệ thống nào có băng tần vô hạn, do vậy chúng ta chỉ cần tạo ra nhiễu trắng trong khoảng băng tần
của hệ thống chúng ta đang xem xét.
Nhiễu trắng có thế do nhiều nguồn khác nhau gây ra như do thời tiết, do bộ
khuếch đại ở máy thu, do nhiệt độ...
Sự can thiệp của nhiễu trắng đến kênh truyền dẫn, cụ thể hon là tỷ số công suất tín hiệu trên tạp âm, ảnh hưởng trực tiếp đến thông lượng kênh và chất lượng
tín hiệu thu [3].
2.3.2. Nhiễu xuyên kênh
Nhiễu xuyên kênh gây ra do các thiết bị phát trên các kênh liền nhaụ Nhiễu
xuyên kênh thường xảy ra do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến bị dịch tần gây can
nhiễu sang các kênh kề nó. Đe loại bỏ nhiễu xuyên kênh người ta phải có khoảng
bảo vệ giữa các dải tần [3].
Một số giải pháp đê hạn chế loại nhiễu đồng kênh trong các hệ thống cellular
như sau:
- Không thể dùng bộ lọc đế loại bỏ giao thoa này do các máy phát sử dụng cùng một tần số.
- Chỉ có thể tối thiểu hóa nhiễu đồng kênh bằng cách thiết kế mạng cellular
phù hợp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thiết kế khoảng cách đủ lớn đế các cell trong mạng có sử dụng cùng nhóm
tần số không ảnh hưởng tới nhaụ
2.3.4. Nhiễu đa truy nhập
Nhiễu đa truy nhập là nhiễu do các tín hiệu của các User giao thoa với
nhau, là
yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của hệ thống [3].
ạ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division
Multiplexỉng
Access); Trong TDMA là sự giao thoa của các tín hiệu ở khe thòi gian này với
khe
thời gian khác do sự không hoàn toàn đồng bộ gây rạ Người ta phải có khoảng bảo
vệ đê giảm xác suất người dùng bị giao thoa nhưng cũng đồng thời làm giảm hiệu
nhiều bộ tương quan, mồi bộ tương quan được nối với một dường dẫn có khả năng phân giảỉ khác nhaụ Vì vậy hoạt động của hệ thống DS-CDMA sẽ phụ thuộc nhiều
vào số lượng người sử dụng thực tế, đặc trưng của kênh và số lượng các nhánh được
dùng trong máy thu RAKẸ Cũng vì lý do này mà dung lượng của hệ thống sẽ bị
hạn chế do nhiễu nội và (MAI: Multiple Access Interterence) mà nguyên nhân
là sự
chưa hoàn chỉnh của tính tự tương quan cũng như tính tương quan chéo của mã trải
phố. Điều này gây ra khó khăn cho hệ thống DS-CDMA trong việc sử dụng đầy đủ
năng lượng tín hiệu thu bị phân tán trong miền thời gian.
2.4. Méo tuyến tỉnh
2.4.1. Khái niệm
Méo tuyến tính có đặc tính không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu được truyền
và được đánh giá qua thông số sai lệch giữa đặc tính biên độ- tần số và/ hoặc đặc
tính tần pha (hay đặc tính giữ chậm) của hàm truyền tống cộng của hệ thống so với
Đặc trung của méo tuyến tính:
- Khi phát một điểm tín hiệu thì ở đầu thu thu được một cụm điểm tín hiệu
- Khi thay đôi biên độ tín hiệu thì diện tích cụm diêm không đôi
2.4.2. Các biện pháp khắc phục
ạ Mạch san bằng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như đã thấy trong các mục trước, một trong những ảnh hưởng co bản của kênh liên tục tới chất lượng truyền dẫn số là việc gây ra (ĨSĨ: Inter Symbol
Interíerence) do đặc tính tống cộng của hệ thống, bao gồm cả môi trường
truyền,
không thoả mãn tiêu chuấn truyền dẫn không có ISỊ Các kênh tiêu biếu như
vậy là
các kênh vô tuyến, bao gồm cả kênh vô tuyến chuyển tiếp lẫn các kênh thông
tin di
động. Một trong những đặc điếm hết sức quan trọng của các kênh vô tuyến là sự biến đối theo thòi gian một cách ngẫu nhiên. Điều này dần đến máy thu được thiết
kế nhằm chống các tác động của tạp âm và ISI phải có đặc tính tự thích nghi,
tức là
phải có các tham số được tự động điều chỉnh một cách tối ưu bám theo các biến động của kênh truyền. Một trong các giải pháp nhằm hạn chế đến mức rất thấp các
méo tuyến tính gây bởi đường truyền không lý tưởng biến đối ngẫu nhiên theo thời
(2.10) TE(co)=C(co).H((o).E(co)=C(co),
bảo đảm truyền dẫn tín hiệu số không có ISỊ
Trong các hệ thống truyền dần dùng dây trần, cáp xoắn hay cáp đồng trục...
các bộ san bằng cũng thường được áp dụng và được thực hiện trên miền tần số dưới
dạng các mạch điều chỉnh cosine hay các mạng cân bằng cáp. Do đường dây thông
tin có đặc tính truyền dẫn biến đối rất chậm theo thời gian nên các bộ san bằng này
được thiết kế hầu như cố định, việc điều chỉnh chúng thường được thực hiện bằng
tay dựa trên các phép đo định kỳ đường dâỵ cần phải nói thêm ở đây rằng, thực tế
các mạch san bằng như vậy chỉ cho phép sửa được những sai lệch tương đối lớn và
do vậy tốc độ số liệu truyền trên các kênh thoại có san bằng cố định như vậy rất hạn
chế (vào khoảng 1200 -ỉ- 2400 b/s). Với các tốc độ số liệu lớn hơn nữa thì các mạch
san bằng cố định nói trên trở nên không thích hợp [3].
Trong các hệ thống vô tuyến số tốc độ lớn, do các kênh vô tuyến có đặc tính
biến đổi khá rõ rệt theo thời gian nên tại các thời điểm khác nhau H(cừ,t) có thế có
dạng khác nhau, do vậy các mạch san bằng còn cần phải hoạt động theo một thuật
toán cho phép điều chỉnh E(co,t) bám theo được các thay đổi của H(co,t). Tức là các
song và mỗi một luồng con được điều chế bằng một sóng mang riêng biệt. Nhờ vậy, băng tín hiệu rất rộng được tách thành nhiều băng con, trong đó đặc tính tần số của
hệ thống dễ bảo đảm bằng phẳng hơn. Trả giá của phương pháp này là tính kinh tế (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
do phải sử dụng mỗi một hệ thống con cho mỗi một luồng con. Thêm vào đó, phô
chiếm của tín hiệu tổng cộng trong trường hợp này lớn hơn một chút so với trường
hợp truyền dẫn một sóng mang do các mạch lọc phân cách các băng con không thể
chế tạo với các biên hàm truyền hoàn toàn dốc đứng được. Chính vì vậy, biện pháp
này chỉ áp dụng trong những trường hợp nhất định, chẳng hạn trong những trường
hợp băng tín hiệu quá rộng hay trong một số hệ thống mà tuyến truyền dẫn đi qua
khu vực có bề mặt nước (rất hay xảy ra pha-đing đa đường mạnh) [3].
d. Mã chống nhiễu
Các lỗi bít gây nên do san bằng và phân tập không triệt tiêu được hoàn toàn
ISI còn có thể được sửa tiếp bằng các mã chống nhiễu, về bản chất, mã hoá chống
nhiễu là việc biến đổi tập các từ mã cần truyền thành một tập các từ mã chống nhiễu
với các phần tử dư dùng để phát hiện và sửa các bít lồị Trả giá của phương pháp
này là việc tăng tốc độ bít truyền dẫn và do đó mở rộng phô chiếm của tín hiệụ Nhìn chung, mã hoá chống nhiễu được sử dụng tương đối hoạ hoằn như một
tuyến tới tỷ lệ lỗi của hệ thống thì không giống nhau đối với các loại hệ thống với tín hiệu có đường bao không đối (như các hệ thống điều chế tần số hay các hệ thống
điều chế PSK) hay với tín hiệu có đường bao thay đối (như các hệ thống có điều chế
biên độ như hệ thống điều chế ỌAM).
Trong các hệ thống với tín hiệu có đường bao không đổi, tác động của tính phi
tuyến thực tế là không quá lớn. Trong trường hợp độ phi tuyến của kênh truyền dẫn
nhỏ thì tác động của nó tới chất lượng của hệ thống truyền dẫn tín hiệu số chỉ là khá
nhỏ và có thể bỏ qua được. Trong trường hợp như thế việc phân tích và đánh giá hệ
thống có thế dựa trên các mô hình hệ thống hoàn toàn tuyến tính.
Méo phi tuyến phát sinh do đặc tuyến phi tuyến của các bộ khuếch đại công
suất phát nhất thiêt phải được tính đến trong quá trình phân tích, đánh giá một cách
đầy đủ các hệ thống vi ba số M-QAM do tín hiệu M-QAM hết sức nhạy cảm
đối với
méo phi tuyến. Tác động của méo phi tuyến trong các hệ thống truyền dẫn qua vệ
tinh cũng cần phải được xem xét đầy đủ do công suất của các bộ khuếch đại công
suất dùng đèn sóng chạy (TWT: Traveling Wave Tube) của máy phát trạm mặt đất
tuyến, có thế chọn điếm làm việc ở mức tín hiệu tuơng đối thấp, tức là chấp nhận một độ lùi công suất (BO: BackOA) đủ lớn tính tù' công suất bão hoà của bộ khuếch
đạị Trong trường hợp này ta buộc phải chấp nhận hoặc là lãng phí hiệu quả công (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
suất của thiết bị dẫn đến phải dùng các bộ công suất lớn hơn, cồng kềnh nặng nề hơn và đắt tiền hơn, hoặc là phải chấp nhận công suất ra của tín hiệu thấp hơn dẫn
đến giảm cự ly liên lạc. Trong trường hợp không thể chấp nhận BO lớn, người ta
thường sử dụng các loại điều chế với tín hiệu có đường bao không đối (ít nhạy cảm
với méo phi tuyến). Thông tin vệ tinh là một thí dụ điến hình. Do giá thành bắn vệ
tinh lên quỹ đạo rất đắt phụ thuộc khối lượng vệ tinh nên người ta có xu hướng tận
dụng hiệu quả công suất của các bộ khuếch đại trên vệ tinh, tức là buộc phải sử dụng chúng với BO nhỏ. Vì thế trong thông tin vệ tinh người ta thường sử dụng sơ
đồ điều chế PSK, hay gặp nhất là loại điều chế (QPSK: Quadrature Phase
Shift
Keying) hoặc các phái sinh của nó. Chính vì vậy, dung lượng của hệ thống
truyền
dẫn số qua vệ tinh tính theo mỗi bộ phát đáp thường không lớn, bù lại cự ly liên lạc
của chúng thường rất lớn [3].
Cần phải lưu ý ở đây là giá trị BO không thể tăng mãi để đạt độ tuyến tính cao
do việc tăng BO dẫn đến giảm công suất tín hiệu phát và do vậy tỷ số tín/tạp (SNR:
có thế có méo điều chế lẫn nhau bậc ba lớn. Trong trường hợp này, việc áp dụng một mạch méo trước đặt ngay trước bộ khuếch đại có thể cho phép không cần đến
lượng BO lớn đến thế, nhờ vậy hiệu suất công suất lối ra tăng. Đối với các hệ thống
QAM có số mức điều chế lớn hơn (64-QAM hay 256-QAM), việc áp dụng méo méo trước thường là bắt buộc do hệ thống hết sức nhạy cảm đối với méo phi tuyến,
hơn nữa việc chỉ áp dụng một giá trị BO đủ lớn nhằm bảo đảm tín hiệu đỉnh không
trở nên bị bão hoà thường dẫn đến công suất trung bình của tín hiệu lối ra thấp do
chênh lệch công suất đỉnh và công suất trung bình với các hệ thống này khá lớn (3.7
dB đối với 64-QAM và 4.2 dB đối với 256-QAM, chưa kể đến hiện tượng vọt đỉnh
của tín hiệu gây bởi mạch lọc điều chế) [3].
2.6. Fading
2.6.1. Khái niệm
Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu môt cách bất thường xảy ra đối với
các hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn [3].
Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến măt đất như: - Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn
- Fading lựa chọn tần số: Đối với các hệ thống vô tuyế số dung lượng
tương
đối cao (>70Mb/s), băng tần tín hiệu khá rộng, do vậy sự phụ thuộc vào tần số của (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
suy hao fading đa đường trong suốt độ rộng băng tín hiệu trở nên rõ rệt và do vậy
được gọi là fading chọn lọc tần số.
Ngoài ra còn có thể phân biệt theo fading nhanh và fading chậm:
- Fading chậm: Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền như
tòa
nhà cao tầng, ngọn núi, đồị..làm cho biên độ tín hiệu suy giảm. Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độc biến đổi chậm. Hay sự
không ổn định cường độ tín hiệu ảnh hưởng đến hiệu ứng do chắn gọi là suy hao
chậm. Vì vậy hiệu ứng này gọi là Fading chậm.
trong đó R biểu diễn phép toán lấy phần thực.
Đặt độ dài của đường 1 là xl và ký hiệu c là tốc độ ánh sáng (cũng chính là tốc
độ lan truyền của sóng điện từ trong không khí), thì thời gian truyền sóng từ BS (2.11)
r(t) = £a,s(t-^-)
V c (2.12)
- R 2ais(t_~)e j
2 Viết lại r(t) ở dạng
trong đó thành phần đường bao tín hiệu thu là tống của nhiều thành phần tín
Còn Tị = — là thời gian trễ của đường truyền
thứ 1.
c
2.6.4. Sự ảnh hưởng của chuyên động MS
Hình vẽ 2.2 minh hoạ sự chuyển động của một trạm MS theo trục X trong