Kênh truyền fading

4. Phương pháp nghiên cứu

1.4.5.Kênh truyền fading

a. Khái niệm fading và các yếu tố gây ra fading

Hình 1.5: Các tín hiệu đa đường [3]

Trong hệ thống thông tin liên lạc không dây, fading là độ sai lệch gây suy giảm ảnh hưởng đến tín hiệu trên một đường truyền vô tuyến nhất định. fading có thể thay đổi theo thời gian, vị trí địa lý hoặc tần số vô tuyến, và thường được mô hình hóa như một quá trình ngẫu nhiên.

Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở, bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ…, do đó tạo ra nhiều đường truyền và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát. Các sóng thu này sẽ khác nhau về sự suy giảm, độ trể và pha, gây ra do sự giao thoa (tăng hoặc giảm ) bởi sự kết hợp của chúng.

Các yếu tố gây ra fading đối với các hệ thống vô tuyến mặt đất như:

 Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn

 Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù...sự hấp thụ này phụ thuộc vào dải tần số công tác đặc biệt là dải tần cao (>10Ghz).

 Sự khúc xạ gây bởi sự không đổng đều của mật độ không khí.

 Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trong trường hợp có bề mặt nước và sự phản xạ sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển. Đây cũng là một yếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đường.

 Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng điện từ, gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận được là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường. Hiện tượng này đặc biệt quan trọng trong thông tin di động.

b. Fading phẳng và fading lựa chọn tần số

Fading phẳng: fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể và hầu như là hằng số với toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu. Fading phẳng thường xảy ra đối với các hệ thống vô tuyến có dung lượng nhỏ và vừa, do độ rộng băng tín hiệu khá nhỏ nên fading do truyền dẫn đa đường và do mưa gần như là xem không có chọn lọc theo tần số. Fading phẳng hình thành do phản xạ tại các chướng ngại cũng như sự thay đổi của độ khúc xạ của khí quyển cường đô trường thu được ở đầu thu bị suy giảm và di chuyển trong quá trình truyền dẫn.

Fading lựa chọn tần số: Trong truyền dẫn vô tuyến đáp ứng phổ của kênh là không bằng phẳng, nó bị dốc và suy giảm do phản xạ dẫn đến tình trạng có một vài tần số bị triệt tiêu tại đầu thu. Phản xạ từ các vật như mặt đất, công trình xây dựng, cây cối có thể dẫn đến các tín hiệu đa đường có công suất tương tự như tín hiệu nhìn thẳng. Điều này sẽ tạo ra các điểm “0” (null) trong công suất tín hiệu nhận được do giao thoa.

c. Fading nhanh và fading chậm

Fading chậm và fading nhanh đề cập đến tốc độ thay đổi biên độ và pha của các kênh mà tín hiệu truyền qua. Thời gian gắn kết (Coherence time ) là khoảng thời gian mà các đáp ứng kênh được xem như không thay đổi.

Fading chậm khi thời gian gắn kết của kênh là lớn. Trong chế độ này, biên độ và pha của kênh có thể được coi là không đổi trong khoảng thời gian sử dụng. Fading chậm có thể được gây ra bởi các sự kiện như bóng, nơi có cản trở lớn như một ngọn đồi hay nhà cao tầng che lấp các đường dẫn tín hiệu chính giữa máy phát và máy thu.

Fading nhanh khi thời gian gắn kết của các kênh là nhỏ. Trong chế độ này, biên độ và pha của kênh thay đổi đáng kể trong khoảng thời gian sử dụng.

d. Mô hình fading Rayleigh

Fading Rayleigh là loại fading phẳng sinh ra do hiện tượng đa đường và xác suất mức tín hiệu thu bị suy giảm so với mức tín hiệu phát đi tuân theo phân bố Rayleigh. Loại fading này còn được gọi là fading nhanh vì sự suy giảm công suất tín hiệu rõ rệt trong khoảng cách ngắn (tại các bước sóng): 10 – 30 dB.

Trong môi trường đa đường, tín hiệu thu được suy giảm theo khoảng cách do sự thay đổi độ lớn và pha của các thành phần đa đường. Fading Rayleigh gây ra do sự giao thoa (tăng hoặc giảm ) bởi sự kết hợp của các sóng

thu được. Khi bộ thu di chuyển trong không gian, pha giữa các thành phần đa đường khác nhau thay đổi gây ra giao thoa cũng thay đổi, từ đó dẫn đến sự suy hao công suất tín hiệu thu được.

Mô hình Rayleigh fading cho rằng độ lớn và pha của một tín hiệu đã đi qua một môi trường truyền sẽ thay đổi ngẫu nhiên. Fading Rayleigh được xem như là một mô hình thích hợp cho tín hiệu truyền trong tầng đối lưu và tầng điện ly cũng như trong môi trường đô thị.

Huấn luyện và hồi tiếp

Đáp ứng kênh truyền theo mô hình BEM