tuyến
Chương này chúng ta đề cập tới những vấn đề chính của việc truyền dẫn sóng vô tuyến và những khó khăn nó gây ra trong việc trong hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng . Những ảnh hưởng của truyền sóng vô tuyến như suy hao đường truyền, fading phẵng, fading chọn lọc tần số , trãi Dopler , trãi trễ đa đường (multipath)…. Làm giới hạn hiệu quả trong truyền thông vô tuyến .Do đó,việc thiết lập mô hình kênh truyền và xác định các ảnh hưỡng bị gây ra trong một kênh truyền cụ thể là vân đề rất quan trọng .
3.1 Suy hao đường truyền và sự suy giảm tín hiệu ( Pass loss andAttenution ) Attenution )
Trong suốt quá trình truyền , tín hiệu vô tuyến bị yếu dần theo khoảng cách , bởi vì sóng của tín hiệu vô tuyến lan truyền sẽ bị lan tỏa ,sự hấp thụ bởi nước , lá cây … và do sự phản xạ của mật đất, dẫn đến mặt độ công suât bị suy giảm . Trong không gian tự do , sóng truyền sẽ bị lan tỏa ra dạng hình cầu và dẫn đến mật độ công suất sẽ giảm tỉ lệ với điên tích mặt cầu .
Diện tích mặt cầu là 4 2
R
π
, tỷ lệ với bình phương bán kính R hình cầu , do đó trong không gian tự do , cường dộ trường RF sẽ bị suy giảm tỉ lệ với bình phương khoãng cách . Công suất thu được theo công suất phát trong không gian tự do có dạng là :
PR= 2 2 4 R G G PT T R π λ (3.1) PR : Công suất của tín hiệu thu được (W)
PT : Công suất phát (W) GT : Độ lợi của Anten phát GR : Độ lợi của Anten thu
λ
: Bước sóng của sóng mang RF (m) R : Khoảng cách đường truyền
Nếu truyền trong không gian tự do thì có thể dự đoán được , có thể đuợc sử dụng trong mô hình của thông tin vệ tinh và những hướng kết nối không bị vật cản , như là những kết nối điểm điểm của vi ba tầm ngắn . Tuy nhiên hầu hết những mô hình truyền thông mặt đất như là điện thoại di động , hệ thống LAN không dây , môi trường có sự phức tạp hơn nhiều dẫn đến mô hình truyền sẽ bị khó khăn hơn
3.2 Định nghĩa hiện tượng Fading
Nếu đường truyền từ hướng phát tới hướng thu có chướng ngại vật thì ta sẽ gặp hiệu ứng Fading . Trong trường hợp này , tín hiệu sẽ đến nơi thu từ nhiều đường khác nhau , mỗi đường là một bản sao của tín hiệu gốc . Tín hiệu trên mỗi đường này có độ trãi trễ khác nhau không đáng kể và độ lợi cũng khác nhau không đáng kể .. Sự trải trễ này làm cho tín hiệu từ mỗi đường bị dịch pha so với tín hiệu gốc và phía thu sẽ là tổng hợp các tín hiệu từ các đường này dẫn đến tín hiệu thu tổng cộng bị suy biến (degraded)
∑− = − = 1 0 ) ( ) ( k k k k c t t h α δ τ k α
: Độ lợi của Anten thư k 0
τ
: Độ trễ truyền dẫn được chuẩn hóa tương ứng với truyền thẳng LOS (Light of sight ) 0 τ τ − = ∆k k
: Độ lệch thời gian giữa đường thứ k so với đường LOS
Hình 3.1 : Fading là một vấn đề lớn ảnh hưởng đến tín hiệu và làm mất tín hiệu . Đồng thời nó cũng là môt vấn đề điển hình khi đường truyền có sự thay đổi như khi di chuyển bằng xe hơi hay đang ở bên trong tòa nhà hay trong một khu đô thị đông đúc với những tòa nhà cao tầng
Trong Fading , những tín hiệu phản xạ trễ được cộng vào tín hiệu chính gây ra hoặc là tăng cường độ mạnh của tín hiệu hoặc là Fading sâu (deep fades ) .Khi xãy ra fading sâu
Hình 3.2 : tín hiệu phản xạ đến phía thu bị trễ và gây ra can nhiễu đến tín hiệu chính LOS .Trong trường hợp kênh truyền Rayleigh fading thì không có tín hiệu chính (LOS) tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu phản xạ .
Độ trải trễ cực đại được xem là độ trễ trãi của tín hiệu trong môi trường . Độ trải trễ này có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn thời gian ký tự . Trong cả hai trường hợp đều gây ra những loại suy biến (degradation ) tín hiệu khác nhau . Độ trải trễ của tín hiệu thay đổi khi môi trường thay đổi .
Hình 3.3 : (a) Fading (b) Fading chọn lọc tần số (c) với truyền dẫn OFDM thì dữ liệu được truyền trong nhiểu sóng mang con , nên tại tần số bị Fading thì chỉ một tập hợp nhỏ dữ liệu phát bị mất .
Hình 3.2 cho ta thấy phổ của tín hiệu , đường đen đậm là đáp ứng kênh truyền . Có thể tưởng tượng đáp ứng kênh truyền như một cánh cửa để cho tín hiệu có thể truyền qua . Nếu cánh cửa đủ lớn thì tín hiệu truyền qua mà không hệ bị uống cong hay méo dạng .
Đáp ứng kênh truyền fading được mô tả như hình 3.3b , ta chú ý rẳng tại một vài tần số trong dải tần số này được gọi là tần số fading sâu ( deep fades frequency ). Dạng đáp ứng của tần số kênh truyền này được gọi là fading chọn lọc tần số (frequency selective fading ) bởi vì nó không xãy ra trên toàn dãy tần mà chỉ xãy ra ở một vài tần số mà kênh truyền chọn lọc .Nếu kênh truyền thay đổi thì kênh truyền đáp ứng của nó cũng thay đổi theo .
Rayleigh fading là một thuật ngữ được dùng thì không có thành phần tín hiệu truyền thẳng từ nơi phát tới nơi thu (line of sight ) và tất cả tín hiệu đến đều là tín hiệu phản xạ . Loại môi trường này gọi là Rayleigh fading.
Nhìn chung khi thời gian trễ nhỏ hơn thời gian một ký tự , ta có kênh truyền fading phẵng (flat fading ) .Khi thời gian trải trễ lớn hơn thời gian một ký tự thì kênh truyền này gọi là kênh truyền fading chọn lọc tần số .
Tín hiệu OFDM có thuận lợi khi truyền trong kênh truyền chọn lọc tần số . Khi gặp fading thì chỉ một vài sóng mang con bị ảnh hưởng còn các sóng mang khác thì hoàn toàn không bị ảnh hưởng gì .Thay vì mất hoàn toàn ký tự thì sẽ chỉ mất một tập hợp nhỏ của (1/N ) bit . Nó sẽ tự động mã hóa ở cuối bit phát thì bộ thu có thể sữa được các bit sai .