2.1.1 Mở đầu
Trong các hệ thống thông tin di động, các kỹ thuật phân tập được sử dụng rất rộng rãi để giảm ảnh hưởng của pha đinh đa đường và tăng cường độ tin cậy của việc truyền dẫn mà không cần phải tăng công suất phát hay mở rộng băng thông. Kỹ thuật phân tập thực chất là tạo ra cho máy thu các bản sao giống hệt nhau của tín hiệu phát ở máy thu, tất cả chúng đều mang cùng một thông tin nhưng có rất ít sự tương quan về mặt thống kê trong pha đinh. Trong chương 2, chúng ta đề cập đến hai phương pháp phân tập: phân tập không gian phát và phân tập không gian thu. Ta sẽ lần lượt nghiên cứu các phương pháp này, mà trước tiên là phân tập thu.
Có ba phương pháp kết hợp phân tập không gian thu được sử dụng phổ biến ở máy thu. Đó là phương pháp kết hợp chọn lọc (selection combining), kết hợp tỷ lệ tối đa (maximal-ratio combining) và kết hợp đồng độ lợi (equal-gain combining). Trong phần này ta sẽ nghiên cứu cả ba phương pháp trên để thấy được ưu nhược điểm của từng phương pháp.
2.1.2 Kết hợp chọn lọc (Selection Combining)
Hình 2.1: Phương pháp kết hợp chọn lọc
Các tín hiệu nhận được từ các anten thu được đưa tới một mạch chọn lọc logic. Mạch chọn lọc logic thực hiện việc đo lường và tính toán tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR (Signal to Noise Ratio) của từng nhánh phân tập và chọn ra tín hiệu ở nhánh có tỷ số SNR lớn nhất. Nhưng trong thực tế, việc đo lường tỷ số SNR rất khó thực hiện vì vậy nó sẽ chọn tín hiệu từ nhánh có công suất lớn nhất.
Hình 2.2: Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp kết hợp phân
Hình 2.2 Biểu diễn phân phối xác suất của SNR cho phương pháp kết hợp phân tập lựa chọn với M nhánh phân tập sử dụng công thức:
{ } ( )
P r g < x = éêë1- exp - xG ùúûM (2.1) Qua hình vẽ thấy được hiệu quả của việc tăng số lượng nhánh phân tập M. Cụ thể là việc tăng số lượng anten cho phép giảm nhỏ xác suất SNR thấp hơn một giá trị cho trước, hay nói cách khác làm tăng xác suất SNR lớn hơn một giá trị cho trước. Tăng số nhánh phân tập còn giúp tăng độ lợi phân tập một cách đáng kể.
2.1.3 Kết hợp tỷ lệ tối đa (Maximal Ratio Combining)
Phương pháp kết hợp tỷ lệ tối đa được Kahn đề xuất năm 1954. Theo phương pháp này tín hiệu của M nhánh phân tập được nhân trọng số (weighted) cân xứng theo tỷ lệ SNR của các nhánh, sau đó được điều chỉnh đồng pha rồi kết hợp (cộng) với nhau.
Sơ đồ cấu hình một bộ kết hợp tỷ lệ tối đa được biểu diễn như Hình 2.3
Hình 2.4: Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp kết hợp tỷ lệ
tối đa
Hàm phân phối xác suất Pr{γ < x} của phương pháp kết hợp tỉ lệ tối đa được mô tả ở Hình 2.4. So sánh với phương pháp kết hợp chọn lọc (Hình 2.2), phương pháp kết hợp tỉ lệ tối đa có tỉ lệ quá tải (outage rate) tốt hơn. Thực tế, phương pháp kết hợp tỉ lệ tối đa là phương pháp kết hợp cho độ lợi lớn nhất. Phương pháp kết hợp này còn được gọi là phương pháp kết hợp tối ưu (optimum combining).
Cũng phư phương pháp kết hợp lựa chọn, khi tăng số anten trong phương pháp kết hợp tỉ lệ sẽ làm tăng độ lợi phân tập của hệ thống.
2.1.4 Kết hợp đồng độ lợi (Equal Gain Combining)
Kỹ thuật phân tập đồng độ lợi (EGC: Equal Gain Combining) là một trường hợp đặc biệt của phương pháp MRC. Sử dụng phương pháp kết hợp EGC tín hiệu tại các nhánh được đồng pha (co-phasing) giống như trường hợp MRC, nhưng sau đó được nhân với các trọng số có cùng độ lớn rồi kết hợp với nhau. Trường hợp đơn giản nhất là đặt độ lợi của các trọng số bằng hằng số đơn vị. Do MRC yêu cầu phải chính xác các trọng số kết hợp, cho nên tương đối phức tạp. Trong khi EGC không đòi hỏi tính toán chính xác các hệ số trọng số, thế
nên phương pháp này ít phức tạp hơn nhiều. Tuy nhiên nó cũng cho độ lợi phân tập thấp hơn phương pháp MRC, như đã chỉ ra trong Hình 2.5.
Hình 2.5: Độ lợi phân tập của các phương pháp kết hợp phân tập.
Trong 3 phương pháp phân tập phát, độ lợi phân tập tăng dần theo các phương pháp: kết hợp chọn lọc, kết hợp đồng độ lợi, kết hợp tỉ lệ tối đa. Nhưng độ phức tạp cũng vì thế mà độ phức tạp cũng tăng theo lên. Tuy nhiên, độ lợi thu được của MRC không lớn hơn nhiều so với phương pháp kết hợp chọn lọc. Điều này có nghĩa là phần lớn độ lợi phân tập thu được từ nhánh phân tập có công suất lớn nhất và nếu một phương pháp kết hợp có thể thu được độ lợi từ nhánh phân tập đó thì tổng độ lợi thu được hầu như không thay đổi.