1.3.1. Khái quát về phỏng tạo kênh
Các hệ thống thơng tin hiện đại địi hỏi phải đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao. Tuy nhiên, các hệ thống này thường lại bị hạn chế về cơng suất và băng tần. Các yêu cầu mâu thuẫn này dẫn đến việc sử dụng các phương thức điều chế bậc cao, mã sửa sai và các phương pháp xử lý tín hiệu phức tạp khác ở phía thu. Để đánh giá phẩm chất của một hệ thống truyền dẫn đơn giản trên kênh tạp âm Gauss trắng cộng tính (AWGN) truyền thống thì phương pháp giải tích tốn học cĩ thể được sử dụng rất hữu hiệu. Tuy nhiên, đối với hệ thống truyền dẫn hiện đại làm việc trên các kênh phức tạp, như kênh thơng tin di động tế bào, chịu ảnh hưởng lớn của fading đa đường và nhiễu thì việc thiết kế và phân tích giải tích trở nên hết sức phức tạp. Để giải quyết những điều này, người ta sử dụng các phần mềm mơ phỏng trên máy tính. Trong những năm gần đây, ngày càng nhiều cơng cụ mơ phỏng cĩ tính năng cao hỗ trợ cho việc mơ phỏng được thực hiện dễ dàng hơn. Động cơ quan trọng cho mơ phỏng là do mơ phỏng là cơng cụ quý giá cho phép tìm hiểu sâu về hoạt động của hệ thống. Một hệ thống mơ phỏng hồn chỉnh đĩng vai trị như một phịng thí nghiệm cho phép kiểm tra tại nhiều vị trí trong hệ thống. Và vì vậy, các tham số nghiên cứu như độ rộng băng tần, bộ lọc hay tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR cĩ thể thay đồi được theo mong muốn. Hiệu quả của các thay đổi này cĩ thể dễ dàng quan sát trên màn hình máy tính. Các tham số như dạng sĩng, phổ tín hiệu, chịm sao tín hiệu, …, cĩ thể được hiển thị cho phép người nghiên cứu cĩ thể phân tích, đánh giá và so sánh với các kết quả được thực hiện trên phần cứng.
Phỏng tạo kênh vơ tuyến giúp các nhà thiết kế hệ thống phân tích hệ thống sử dụng máy tính trước khi triển khai mạng. Mục đích của phỏng tạo kênh là tạo ra một mơ hình kênh giống như kênh truyền trong điều kiện thực tế. Các bước cần
Đo đạc kênh ở mơi trường truyền dẫn thực tế. Số liệu đo đạc dùng để tính tốn và ước lượng các tính chất xác suất của kênh như hàm mật độ trễ cơng suất, Phổ Doppler, hàm tán xạ của kênh,v.v…
Dựa vào các tính chất xác suất của kênh thu được thơng qua đo đạc, người ta dùng các phương pháp phỏng tạo kênh khác nhau như phương pháp dùng bộ lọc, phương pháp của Rice,…, để tạo lại các quá trình xác suất cĩ tính chất gần giống với kênh truyền. Phương pháp của Rice khác với phương pháp dùng bộ lọc là ở chỗ các hệ số kênh truyền được tạo ra bằng tổng các hàm sin(.) và cos(.) với các tham số phù hợp.
Khi đã phỏng tạo được kênh truyền, các nhà thiết kế mới lựa chọn các phương pháp điều chế và mã kênh phù hợp với kênh truyền. Chất lượng hệ thống cĩ thể ước lượng được thơng qua mơ phỏng sử dụng kênh phỏng tạo trước khi triển khai mạng thực sự. Mục đích của phỏng tạo kênh là để đánh giá phẩm chất của hệ thống truyền dẫn và tối ưu tham số. Ngồi ra, mơ phỏng cịn được sử dụng để thiết lập các thủ tục kiểm chuẩn, dự đốn tuổi thọ, và thẩm định hệ thống sau khi đã được triển khai ra hiện trường. Do vậy, việc phỏng tạo kênh làm tối ưu giá thành thực hiện mạng và cho các nhà thiết kế biết được chất lượng mạng trước khi triển khai.
1.3.2. Mơ hình kênh Onering
Các kênh sử dụng hệ thống đa anten phát đa anten thu (MIMO) thường được mơ hình hĩa bằng cách áp dụng một phương pháp tiếp cận ngẫu nhiên. Mơ hình kênh MIMO ngẫu nhiên được phân thành ba loại, cụ thể là, mơ hình ngẫu nhiên dựa vào hình học (GBSMs), mơ hình ngẫu nhiên dựa vào tương quan (CBSMs), và mơ hình ngẫu nhiên dựa vào tham số (PSMS).
Một GBSM cĩ nguồn gốc từ một phân bố ngẫu nhiên được xác định trước của tán xạ bằng việc áp dụng các định luật cơ bản của phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ và sĩng điện từ. Các GBSMs được biết đến là mơ hình kênh MIMO kiểu một vịng trịn (one-ring), hai vịng (two-rings), và elip. [6]
Hình 1.9- Mơ hình kênh One-ring của hệ thống MIMO 2x2 với tán xạ quanh MS
Mơ hình kênh One-ring mở rộng được áp dụng theo chuẩn hệ thống truyền dẫn LTE và được mở rộng từ băng hẹp tới băng rộng dùng cho hệ thống MIMO với kênh chọn lọc tần số. Trong các hệ thống truyền dẫn băng rộng, chu kỳ lấy mẫu tín hiệu Ts là nhỏ hơn nhiều so với các hệ thống băng hẹp.
Do đĩ, sự khác biệt về trễ truyền lan khơng thể bỏ qua khi so sánh với Ts, và như một hệ quả, kênh khi đĩ trở thành kênh chọn lọc tần số.
Khoảng cách giữa các phần tử anten, ở MS và BS là Δdu, Δds. 𝛼𝐴𝑜𝐷, 𝛼𝐴𝑜𝐴 biểu thị gĩc nghiêng anten tại MS và BS. 𝜙𝑛𝐴𝑜𝐴
là gĩc tới (A0A) của song tới thứ n nhìn thấy ở MS, và các gĩc tương ứng khởi hành A0D: 𝜙𝑛𝐴0𝐷
.
Để mơ tả một kênh chọn lọc tần số, ta cĩ hàm mật độ cơng suất rời rạc PDP như sau:
