2.2 Mô hình kênh MIMO trong nhà [25]
2.2.2 Tìm hình bao trải trễ công suất trung bình và trải trễ RMS
Chúng ta biết rằng, trong các hệ thống truyền thông không dây tín hiệu đến tại máy thu từ nhiều đường khác nhau bởi vậy được gọi là các thành phần đa đường. Hiện tượng truyền đa đường xảy ra khi một tín hiệu truyền bị nhiễu xạ, phản xạ và tán xạ từ bề mặt của chướng ngại vật, như nhà cửa, tường, hoặc cây cối, đến tại máy thu từ nhiều đường khác nhau, với các độ trễ khác nhau, với biên độ và pha ngẫu nhiên. Phân bố của công suất tín hiệu nhận này nằm trong miền trễ dẫn đến khái niệm hình bao trễ công suất (PDP). Hình 2.4
trình bày ví dụ của hình bao trễ công suất tức thời của các tín hiệu nhận trong nhà.
PDP là một thông số quan trọng của kênh không dây, khi nó đƣợc sử dụng để chỉ ra sự biến đổi của công suất nhận theo thời gian trễ, . Nếu một xung được truyền đi, PDP có thể được tính bằng bình phương độ lớn của đáp ứng xung kênh:
2
) ( h
PDP (2.26)
h là đáp ứng xung phức tại thời điểm trễ . Từ các kết quả đo lường, dạng trễ công suất trung bình đƣợc tính bằng trung bình các dạng trễ công suất tức thời trên toàn bộ khoảng thời gian đo lường.
C ông su ất thu chu ẩn ho á [dB]
10 0 -10 -20 -30 -40 -50
0 100 200 300 400 500 600 Thời gian trễ(ns)
Hình 2.4: Ví dụ của dạng trễ công suất tức thời trong nhà Dạng trễ công suất tức thời
0 = 100
Trải trễ RMS = 24ns
Trễ dƣ cực đại >
-20dB=125ns
Trễ dƣ trung bình = 35ns
Để nghiên cứu sâu hơn, chúng ta định nghĩa trễ dư như trễ tương đối của thành phần đa đường thứ l khi so sánh với thành phần đến đầu tiên và đƣợc ký hiệu là l :
0
l l (2.27)
Trong đó 0 là trễ của thành phần đa đường đầu tiên đến.
Trễ dƣ cực đại là trễ dƣ lớn nhất xảy ra trong kênh:
L
max max 1 , 2 ,..., (2.28)
Ví dụ, trong hình 2.4, thành phần đến đầu tiên với công suất lớn hơn ngƣỡng đƣa ra =-20dB, so với giá trị đỉnh của công suất, có trễ dƣ 0 100 ns và trễ dƣ cực đại vào khoảng 225-100=125ns.
Để thuận tiện, PDP() thường lấy gốc thời gian của nó, đó là điểm vị trí của thành phần đa đường đến đầu tiên tại 0 0 , và hàm được định nghĩa theo biến trễ dƣ , PDP(). Hai moment thống kê của PDP() đƣợc quan tâm trong thực tế là trễ dƣ trung bình và trải trễ RMS. Trễ dƣ trung bình, , là moment thứ nhất của PDP và đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
l l
k l l
PDP PDP
(2.29)
Trải trễ RMS là căn bậc hai của moment trung tâm thứ hai của PDP và đƣợc định nghĩa theo:
2
2
(2.30)
Với
l l
l l l
PDP
PDP 2
2 (2.31)
Giá trị đặc trƣng của trải trễ RMS đƣợc tính bằng nano giây với các kênh vô tuyến trong nhà và tính bằng micro giây với các kênh vô tuyến ngoài trời [35].
Sơ đồ 2.5 chỉ ra rằng dạng của công suất trung bình được đo lường trong trường hợp kênh SISO trong nhà, nó có sự suy giảm theo hàm mũ. Trải trễ RMS được tính toán bằng việc đặt giá trị ngưỡng 20dB dưới đỉnh.
đường cong suy giảm theo hàm e mũ
C ông su ất trung b ình[d B]
đường cong decay hàm mũ
Trễ dƣ (ns)
Hình 2.5: Ví dụ một hình bao của trễ công suất trung bình với kênh vô tuyến trong nhà
-100 0 100 200 300 400 500 10
5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45
Dạng trải trễ công suất trung bình
ải tr ễ dƣ th ừa tru ng bì nh [n s]
Trải trễ dƣ thừa trung bình tại mức 20dB Trải trễ dƣ thừa trung bình rms
Trải trễ dƣ thừa trung bình rms mong muốn
70
60 50 40 30 20
Các phân bố của trải trễ RMS và trễ dƣ đƣợc trình bày trong hình 2.6 và trải trễ RMS trung bình trong trường hợp này vào khoảng 24ns. Trải trễ RMS biến đổi trong khoảng từ 15 đến 35 ns với các vị trí khác nhau. Giá trị trung bình của trải trễ trung bình là 35ns.
Dựa theo các thông tin của sự biến đổi kênh đã trình bày ở trên, dạng của trễ công suất trung bình của một kênh SISO băng rộng có thể đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
A B S
P l exp l (2.32)
Trong đó l là nhãn của đầu ra thứ l, l là trễ dƣ thừa, S là trải trễ RMS trung bình, A và B là hệ số chuẩn hoá và hệ số đo lường cơ bản. Trong trường hợp này B là xấp xỉ bằng 1.2, A có thể là 1, P l là công suất trung bình của đầu ra
Trải trễ rms
Trải trễ rms mong muốn
Bảng chú dẫn vị trí
Tr ải tr ễ [ns]
60 50 40 30 20 10
1 10 20 30 40 50 60 Trải trễ tại mức 20dB
Hình2.6: Phân bố của trải trễ theo thời gian
thứ l. Điều lý tưởng là có thể mở rộng kiểu PDP trong kênh MIMO, trong đó PDP đƣợc tính trung bình trên toàn bộ các kênh con.