6. Tổng quan tài liệu nghiên cứ u
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
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 đượcxem 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
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.