Hệ thống thông tin viễn thông

Hệ thống thông tin viễn thông

V iăquanăđiểm này m căđíchăc a cu năsáchălƠăđể d y cho sinh viên trong

tr ngăđ i h c bằng cách cung c p các công c phân tích, ki n thức v tălỦăc ă

b n, lý thuy t truyền thông và nh ng v năđề c n thi t khác

Quyển sách này d a trên nền c a khóa h cămƠătôiăđưăh c t iătr ng

đ i h c Drexel Các sinh viên tham gia l p h c d a trên quyểnăsáchănƠyăđưă

ph i h c qua khóa gi i thi u về các bi n ng u nhiên/xác su t và các k thu t điều ch Nh ng khóa h cănƠyăđ ợc dành choăsinhăviênănĕmăk cu i c a ngành k thu tăđi n t i h u h tăcácătr ng và vi năđ i h c.ăĐ i v i nh ng sinhăviênămƠăch aăcoăquenăv i nh ng ch đề này thì nó s đ ợc b xung

ph n ph l c

Nhằm m căđíchăc aăsinhăviênăvƠăng iăđ c cu i mỗiăch ngăđều có

ph n t ng hợp Và ph n t ng hợpănƠyăthìăđơyăđ chi ti t cho sinh viên và

ph năh ng d năđể sinh có thể d hiểuăh năkhiăđ c l i Từ ch ngăβ-6 có

nh ng bài t păđưăđ ợc làm bằng cách sử d ng Matlab Nh ng ph n nh n

m nhăh năvề ki n thức nền và cho phép sinh viên luy n t p về lý thuy n cũngănh ăk thu tăđ ợc sử d ng trong h th ngăthôngătinădiăđ ng và không dây bằngăcáchăthayăđ i các thông s và xem xét s thayăđ i k t qu trong tín

hi u, d ng sóng và nh ngăđặc tuy n khác c a tín hi u không dây Nh ng bài

t p c ăb n này t p trung giúp cho sinh viên có thể ti p thu nh ng bài gi ng

bằngăph ngăphápăt ngătác.ăσh ngăbƠiătoánănƠyăcũngăminhăh a cái cách

mà h th ngădiăđ ng ho tăđ ng, mang l i s c thái và s tinh t c a h th ng

này Từ ch ngăβ-θăcũngăbaoăg m nh ng ví d dùngăđể minh h a nh ng

ki n thức nềnăđưăđ ợc th o lu n trên Nh ng ví d này ch y u là tính toán

và phân tích

Tính toàn di n c a nh ng cu n sách này cho phép sinh viên và nh ng

ng iăđ c có thể vừa nghiên cứu và tìm tòi nh ng ch đề trong cu n sách này

Ch ngă1ăcungăc p cái t ng quan và cái kh o sát ng n g n về nh ng đặcăđiểm c a các h th ng không dây khác nhau trong th c t

Ch ngăβăgi i thi u cho sinh viên nh ng v năđề c ăb n trong truyền

CH σGă1

T NG QUAN V L CH S C A H TH NG

KHÔNG DÂY

1.0 T NG QUAN

L ch sử phát triển c aăthôngătinădiăđ ng là m t quá trình dài Chúng ta có

thể l n theo d u v t c a nh ng h th ngăkhôngădơyăx aănh t c aăquơnăđ i,

cứu h a và c nh sát Nh ng trang thi t b đ ợc sử d ng trong su t th i kỳ nƠyăt ngăđ i hoành tráng; quá trình liên l călƠăđ năcôngăvƠătheoăsauăđóălƠăcáiămƠăng i ta g i là h th ngăđi n tho iădiăđ ng c i ti n (IMTS), sử d ng hình thức truyền d li u song công B i vì s l ợng ít c a kênh truyền mà h

th ngăIεTSăkhôngăđ để cung c p d ch v cho khách hàng c n truy c p Tình tr ngănƠyăkhôngăđ ợc c i thi năchoăđ n khi khái ni m về h th ng t bƠoăđ ợc phát triển Mặc d u k thu t t bƠoăđ ợc b tăđ u v i h th ng

t ngăt nh ng nhà cung c păđi n tho iădiăđ ngăđưăgi i thi u ra k thu t

m i này k t hợp v i k thu t s và làm cho nó có thể bao ph trên khu v c

đ a lý r ng và cung c păđ ng truyền v i s l ợng l năng i dung T i th i điểm này s phát triển di n ra B c M thì Châu Âu và Nh t B năcũngă

th yătr căđ ợc s phát triển c a công ngh m iănƠyătheoăđúngăchu n c a di

đ ng và h th ngăkhôngădơy.ăChínhăđiềuănƠyăđưăgiúpăcungăc păđ ợc d ch v

đi n tho iădiăđ ng v i s l ợngătĕngăkhôngăngừng

σh ngădoăcóăniều chu n c nh tranh trrongăn c M cũngănh ătrênătoƠnă

th gi i kèm v i yêu c u ch tăl ợng t tăh năc a m t chu n này so v i chu n khác khi n nh ngăng i dùng khó có thể l a ch n m t cáh khôn ngoan Mặc

dù có nhi6u2 chu n cùng t n t i M ,nh ngă châu Âu dã nâng lên thành

m t chu n duy nh t và chu n n yăđưăđ ợc sử d ng b i ph n còn l i c a th

gi i Th t là c n thi t cho chúng ta hiểu s phát trỉn t nhiên c a nh ng h

th ng và nh ng chu nănƠyăđể dánăgiáăđ yăđ chúngătaăđangă đơu,ătừ đơuă

đ n,vƠăchúngătaăđưăđiăđ ợcăđ năđơuăngày hôm nay

Chúng ta s nhìn ng n g n về quá trình phát triển và s triển khai c a

nh ng h th ng t bào trên th gi i b tăđ uălƠă ăB c M

1.1 H th ng t bào B c M ỹ

Có m t vài h th ng t bào ho tăđ ng M Chúng bao g m AMPS và

ADCS d a trên nền Interim standard 54(IS54) và Interim standard 95(IS95) ụăt ng thông tin t bƠoăđ ợc hình thành và phát triển phòng thí

nghi măAT&TăBellăđóălƠăb c kh iăđ u quan tr ng mà gi đơyăchúngătaăxem là k nguyên m i c a thông tin không dây,v i ý t ng phân các vùng

đ a lý thành cá t bào và tái sử d ng liên t c kênh truyền.ĐiềuănƠyăđ ợc minh h a v i vi cădungăl ợngăđ ng truyềnătĕngăr t l n Nh n thức về c u trúc t bƠoăđ ợc minh h a hình 1.1 , nh ng khu v c s m màu sử d ng và tái sử d ng cùng t n s Cho dù không thêm kênh truyền l i nào v n có thể tĕngădungăl ợng và cho pháp các thuê bao có thể di chuyển d dàng từ vùng này sang vùng khác và tr thành cái mà chúng ta g i là thuê bao di

đ ngă.Điều yêu c u duy nh t đơyălƠăkho ng cách gi a các vùng sao cho

mức tín hi u y u các kênh truyền xa v nđénăđ ợcăng i dùng b t kỳ kênh truyền cho sẵn nào.Vi c tái sử d ng kênh truyềnăđ ợcăxax1ăđ nh b i cái g i là can nhi u,gây ra b i các khu v c sử d ng chung t n s

HÌNH 1.1 Các ký t khác nhau đápăứng cho các kênh radio khác nhau Vùng

có bóng sử d ngăchungăkênhăradio.ăĐơyălƠăm u hình b y cell tái sử d ng t n

s

D a trên nh n thức về t bƠoă,AεPSăđ ợcăđề ngh M nĕmă

1983,hai nhà cung c p chia d i ph có sẵnătrongăth ngăm i cho mỗi

bên.Truyền song công tức là kh nĕngăvừa có thể truyền và nh n cu c g i

b ng cách chia ph ra làm hai ,m t d iăđể truyền và d iăkiaăđể nh n.Mỗi kênh radio tr i 30khz dùng cho m t kênh tho iăđ nă.Thôngătinăhaiăchiềuăđ t

đ ợc thông qua nh ng d i 30khz mỗiăh ng.Ho tăđ ng song công này sử

d ng hai d iăđ ngăcôngăăđ ợc trình bày hình 1.2 Chú ý rằng h th ng ho t

đo ng ch đ t ngăt ,sử d ng các d ngăđiều ch t ngăt đ năcử nh ăFεădùng cho truyền tín hi u tho iă.σh ăchúngătaăth y sau này b n thân h th ng

t ng t t ngăthíchăkémătrongăvi c cung c păcácăđặcătr ngăc aăđiênătho i

s ,nh ăláătinănh n tho i hay là cu c g i gi a các t chức v i nhau H th ng

t ngăt cũngăti m c n d n gi i h n c a nó về dungăl ợng kênh truyền có

sẵn mặc dù v n b t k p s phát triển c a h th ngădiăđ ng

HÌNH 1.2 Nh n thức c a AMPS và các h th ngăt ngăt sử d ng

FDMA.V i mỗiăng i sử d ng có kênh truyền là 30 KHz, m tăđể thu và m t

để phát V i kho ng cách là 45 MHz

Để v ợt qua s thi u h t c a h th ng t bào sẵn có,d ch v s M

đ ợc thành l pănĕmă1991.S l a ch năđể gi i thi u cu c cách l ng s đóălƠăcông ngh truy c p phân chia theo th i gian TDMA d ng này kênh radio

đ ợc ph n thành các d i có thể ghép hoặc phân chia theo s l ợngăng i dùng.Mỗi khách hang sử d ng m t khe th iăgianăđ ợc phân cho mình sao choăbĕngăthôngăc aăkênhăradioăđ ợcăchiaăđều cho t t c ng i dùng trog m t nhóm,nh ă hình 1.3 K thu t s cũngăt ngăthíchăt nhiên v i s phát triển c a các tr m trong m ng thông tin s

HÌNH 1.3 Nh n thức về TDMA Ba ng i sử d ng chia s m t kênh radio

mỗiăng i sử d ngăbĕngăthôngăt i m t th iăđiểm khác nhau

Chu n USDC cho phép nhà cung c p d ch v t bào d n hòa vào d ch v

m i từ h th ngăt ngăt Điều này là có thể vìăbĕngăthôngăc a kênh radio

trong h th ngăt ng t vƠăbĕngăthôngăc a kênh radio là bằng nhau.Thay vì

m t kênh tho i cho mỗi kênh radio,USDC cho phép ba kênh tho i cùng chia

s m t kênh radio sử d ngăTDεA.USDCăcũngăgi d ch v truyền song công

c a AMPS bằngăcáchăchiaăhaiăh ng truyền trên d i t n 45Mhz

D ngăđiều ch USDC là

4 DQPSK

  và hình thứcăđaătruyăc p là TDMA.Phân chia theo th i gian v i d ng gi ngănh ă AMPS.Vi c sử d ng

có h u qu điều ch s cùng v i mã hóa tho iăđưălƠmăchoăcôngăngh này có

thể lƠmătĕngăădungăl ợng có sẵn USDC so v i h th ngăt ngăt

AMPS.V i nhiều cách mã hóa tho i ti n b công ngh này có thể cung c p 6 kênh tho iătrênă1ăđ ng truyền 30khz.K thu t s cung c p m t s thu n lợi

so v i k thu tăt ngăt truyền th ng:

-Linh ho t trong truyền tín hi u,tho i,và d li u tr n

-Tĕngădungăl ợng từ vi c mã hóa hi u qu tho i

-Gi mănĕngăl ợngăphátăvƠădoăđóăpinăs lơuăh n

-Có thể mã hóa s cho m căđíchăriêngăt

-D dàng th c hi n nh ng quá trình b tătayănh ălƠătrợ giúp b t tay di

sử d ng mã khác nhau.Tín hi u tho iăđ ợc s hóaăđ ợc tr i sử d ng m t mã dài(chuỗi gi ng uănhiên)lƠmătĕngăbĕngăthôngălênă1.βηεhz.Trongăkhiă

AMPS và h th ng nềnăISηζăcóădungăl ợng cứng gi i h n ,h th ng

CDMA(IS95) cho phép ngày càng nhiềuăng i chia s dãi ph Khi s l ợng

ng i sử d ngătĕng,canănhi u s tĕng,nh ngăng iădùngăkhôngăquayăđi.B i

vì m tăng i sử d ng m t kênh truye6b2 là không c n thi t,điều mà r t quan trong trong h th ng AMPS và IS54.Hình thứcănƠyăcũngăchoăphépătruyền c i

t căđ khác nhau Công ngh này có thể làm gi m nhi uăđaăđ ng sử d ng

th o lu n ph n ti p

1.2 H th ng t bào PAN châu Âu

Trong lúc nh ng nhà cung c p B c M đangăc g ngăđể c i thi n kh nĕngăc aămìnhăđể cung c p d ch v t tăh nă,dungăl ợng l năh năthìăChơuăÂuăđưăti n m tăb cădƠiătrongăắcu c cahc1 m ng s ”ătrongăthôngătinădiă

đ ng.Nhiềuăn c khác nhau ChơuăÂuăđangăsử d ng nh ng h th ng và chu năhôngăt ngăthíchăv iănhauăvƠăđangănỗ l c để bi n hành m t chu n

đ ngăth ng nh t toàn Châu Âu.k t qu c a nỗ l c này là s raăđ i c a h

th ngăPAσăChơuăÂuămƠăđ ợc bi tăđ n là GSM,d aăhoƠnătoƠnăvƠoăđ nh d ng

s H th ngănƠyăđ ợc d ki n là cung c p h th ngădungăl ợngăđ ng mà h thθng1ăt ngăt tr căkiaăkhôngăcóăđ ợc.σóăđ ợcămongăđợi rằng s mang

l i giá r h năvƠăhi u quà sử d ngăbĕngăthôngăcaoăh năh th ngăt ngăt GSεăkênhăradioăcóăbĕngăthôngăβ00khzăthìăđ ợc chia về th i gan cho 8ăng i dùng.V iătámăng i dùng này méo dng5 xung d x y ra vì bong m

do l a ch n t n s S xu ng c p này có thể gi măđ ợc bằng cahc1 nh y t n

s th c hi n b i GSM.D ngăđiều ch đ ợc sử d ng là m t d ng bi năđi u

c aăđiều ch t n s -s đ ợc g iălƠăGεSK.Điều này cho phép sử d ng h

th ng khu chăđ i phi tuy n r tiềnăđiều khiển bằng tay,gi măkíchăth c và giáăthƠnhăđ năv

Mặc d uăỦăt ngăăbanăđ u là ho tăđ ng d i t nă900εhz,đ nh d ng bây gi đưăt ngăthíchăv iă1800εhz,đ ợc bi tănh ălƠăhêăth ng DCS 1800 (digital Communication 180)

1.3 H ăth ngăt ăbƠoăTháiăBìnhăD ng(PDC)

PDCăđ ợc bi tăđ nălƠăJapeneseăDigitalăCellular(JDC)systemthiβăt ngă

t về c ăb n v i USDC về mỗi yêu c u cho d i t n th pătrongăbĕngăthôngăkênhăradioă,thayăvìăbĕngăthôngăγ0khzăJDCăsử d ngăbĕngăthôngălƠăβηkhzăchoă

3 kênh thoai sử d ngăcũngăkhôngăkhác so v i USDC

1.4 H th ngăthôngătinădiăđ ng t ng quát/h th ngăthôngătinădiăđ ng

qu c t 2000(IMT2000)

Có nh ng n l căđưăđ ợc th c hi năđể thi t k h thôngăthôngătinăđể cung c păđ ng truy c p t ngăquátăđ i c i d ch v khôngădơyăcóădungăl ợng

đ ngăđể phát và thu m t d i r ng các d ch v bao g m c đaăph ngă

ti n.K t qu c a nh ng n l c này là s phát triển song song c a k tu t

B c M và nhiềuăn c trên th gi i cùng v i ph n m đ u và tri n khai c a CDMA2000 B c M và Wide Band CDMA trên ph n còn l i c a th gi i

Dặcăđiểm m u ch t c a nh ng h th ng này là kh nĕngătruyền d li u

v i t căđ khác nhau v i nh ngăsongămangăkhácănhauăvƠăbĕngăthôngăkhácănhau(ăbĕngăhẹpăh năđ i v i CDMA2000 và so v iăbĕngăr ngăh nă

WCDMA)nh ng h th ng này ho tăđ ng m iăn iătrongănhƠăcũngănh ăngoài tr i môiătr ngăđ ng c ngănh ătĩnhă,ho tăđ ng t n s 1,9-2Ghz

1.5 Các thành ph n c a h th ng t bào

Các h th ng t bào cho dù là B c M ,ăChơuăÂuăhayăTháiăBìnhăD ngă

đều có nh ng thành ph năchungăc ăb n Nh ng thành ph n c n thi t c a b t

kỳ h th ng t bào nào là tr mădiăđ ng, tr m g c và trung tâm chuyển m ch diăđ ng M t tr m di d ngăth ngăđ ợcăđề c păđ nănh ălƠăm tăđ năv di

đ ng (MU), hay là m tăđ năv có thể di chuyểnăđ ợc (PU) hay là m t máy

c m tay M t trung tâm chuyển m chădiăđ ngă(εSC)ăth ngăđ ợcăđề c p là

m tăvĕnăphòngăchuyển m chăđi n tho iădiăđ ng (MTSO)

M tăđ năv diăđ ngăđ ợc mang b i m t thuê bao, c m từ ắmobile”ăđ ợc dùngăđể chỉ ra rằng thuê bao không c n ph iăđứng yên M tănhómăcácăđ năv diăđ ngăđ ợc sử d ng ngày nay là h th ng s t bào trình bày hình 1.4

Anten nh n tín hi u từ tr m g c và phát tín hi u từ thuê bao M tăđ năv

điển hình có m t b tách lu ngăđể tách thành t n s phát và thu M t nhóm các b tách lu ngăđ ợc trình bày hình 1.5 B tách lu n tách ra hai d i t n khác nhau m t d i t n phát và m t d i t n thu

HÌNH 1.4 M tăđ năv diăđ ng

HÌNH 1.5 M t b tách lu ng Dùng hai b l căđể tách 2 kênh

M t tr m g c là m tăđ năv c đ nh trong h th ng t bào mà giao ti p

v iăđ n v diăđ ng trong khuôn kh m t t bƠo.ăσóăđ ợcăđặt trung tâm hay

là bìa c a t bào và có m tăantenăphátăvƠăthuăđ ợc g n trên m t tháp M t

tr m g căđiểnăhìnhăđ ợc trình bày hình 1.6 Chú ý rằng m t anten thu thứ haiăđ ợcăthêmăvƠoăđể cung c p s đaăd ng (kh nĕngănh n nhiều b n khác nhau c a cùng m t tín hi u,ăđiều này có thể làm gi m hi u ứng nhi uăđaă

đ ng) Tr m g c th c hi n chứcănĕngăliênăk t gi a m tăđ năv diăđ ng v i MSC và cung c p k t n iăđ n h th ng chuyển m chăđi n tho i công c ng (PSTN) Chú ý rằng m t MSC s làm vi c v i m t s tr m g c.ăĐiều này

đ ợc trình bày hình 1.7

HÌNH 1.6 M t lo i tr m g c

HÌNH 1.7 T ng quan về h th ng t bào M t tr m g c có m t anten và t t

c tr m g căđ ợc n iăđ n m ng chuyển m chădiăđ ng mà cung c p k t n i

đ n m ng c đ nh

M t s c m từ khácăth ngăđ ợc dùng trong h th ngăthôngătinădiăđ ng:

T bào: là m t khu v c nh nh t bao ph b i m t tr m g c, m t khu v c

đ aălỦăth ng bao g m nhiều t bào, m t kênh truyền gi ng nhau s đ ợc sử

d ng trong m t t bào và s đ ợc tái sử d ng trong m t t bào khác hay

nh ng t bào mà tách bi t v i nh ng t bào này

Kênhăđiều khiển: là nh ng tín hi u radio sử d ng cho truyền d n, thi t

l p, yêu c u cu c g i, b tăđ u cu c g i và nh ng m căđíchăđiều khiển khác

H th ng song công: là h th ngăchoăphépăđ ng th i thông tin hai chiều

H th ng bán song công: cho phép thông tin hai chiều, t i m t th iăđiểm

ng i dùng chỉ có thể phát hoặc thu t i m t t n s nƠoăđóănh ngăkhôngădi n raăđ ng th i

Kênh xu ng: là m t kênh radio sử d ng cho phát từ m t tr m g c t i

m tăđ năv diăđ ng

Liên k t xu ng: là k t n i từ m t tr m g căđ năđ năv diăđ ng

B tătay:ălƠăquáătrìnhăkhiăđ năv diăđ ng chuyển từ kênh này sang kênh khác hay từ tr m này sang tr m khác

Tr mădiăđ ngă(đ năv di đ ng): m tăđ năv diăđ ngăđ ợc mang b i thuê bao

σóăđ ợc c m tay hay g n trên xe

Tr m chuyển m chădiăđ ng: nh ng tr m g c trong m t khu v c r ng

đ ợc k t n iăđ năεSCăđể cung c p k t n i v i h th ngăđi n tho i c đ nh hay chuyển cu c g i từ h th ng c đ nhăđ n m tăđ năv diăđ ng m t s

h th ngăεSCăquyăđ nh về b t tay, mức tín hi u c a máy c m tay và nh ng yêu c u khác

Kênh lên: là m t kênh radio sử d ng cho truyền tín hi u từ đ năv di

đ ngăđ n tr m g c

Liên k t lên là liên k t từ đ năv diăđ ngăđ n tr m g c

H th ngăđ năcông:ăchỉ cho phép liên k t thông tin m t chiều

CH NGăII

Đ CăĐI M TRUY N D N C A CÁC KÊNH

KHÔNG DÂY

2.0 GI I THI U

Gi i h n chính c a ch tăl ợngăthôngătinădiăđ ng là s suy gi m c a tín

hi uăkhiănóăđiătừ máyăphátăđ n máy thu ph i là t m nhìn thẳngănh ă hình 2.1 thì s m t mát c a tín hi u không quá nghiêm tr ng

Tuy nhiên trong m t khu v căđôăth thìăđ ng truyền gi a máy phát

và máy thu không ph i là tr c ti p và tín hi uăđ n máy thu thông qua các quá trình ph n x , tán x , nhi u x từ các cao c, các c u trúc t nhiên và

nh ngăch ng ng i v tăkhácătrênăđ ngăđi.ăσh ng cách truyền d n này

c a tín hi u là ví d c a vi c truyền tín hi u non-line-of-sight (N-LOS) S

ph n x x y ra khi m t tín hi uăđi n từ gặp ph i m t v t mà có kíchăth c

l năh nănhiềuăb căsóng.ăĐiều này x y ra khi m t tín hi u gặp ph i m t tòa nhà Ph n x x y ra t i bứcăt ng c a cao cănh ă hình 2.2 Chú ý

rằng ph thu c vào góc và tr kháng c a bứcăt ng Ph n x có thể có

hoặcăkhôngăđiăkèmăv i giao thoa

Khúc x x y ra khi gặp ph i bề mặt không bằng phẳngănh ălƠăcáiăc nh

c aătòaănhƠ.ăĐiều này làm sóng b bẻ cong và giúp cho máy thu v n thu

đ ợc tín hi u khi t m nhìn b che khu t vƠăđiềuănƠyăđ ợc trình bày hình 2.3

Tán x x yăraăkhiămôiătr ng truyền d n c aăsóngăđi n từ có nhiều v t

thể nh h năb c sóng Sóng s b tán x theo m iăh ngănh ă hình 2.4 Điều này x yăraăkhiăsóngăđi n từ điăquaănh ngămôiătr ng có th c v t, mây, hay là biển báo

HÌσHăβ.1ăĐ ngăđiăthẳng gi a hai anten

HÌNH 2.2 Ph n x c aăsóngăđi n từ t i biên

HÌNH 2.3 Khúc x c aătr ngăđi n từ t i c nh c a nhà

HÌNH 2.4 Tán x c aătr ngăđi n từ

nh ngăđiều ki n (N-LOS) (ph n x , tán x hay là khúc x ) s chỉ ra

h u h tăđặcăđiểm c a truyền d nădiăđ ng.ăDoăđóăm u lan truyền trong

không gian t do không thích hợp cho vi c tính toán suy gi m c a tín hi u thu Công su t phát hi n b iămáyăthuăđ ợc trình bày hình 2.5

Quanăsátănĕngăl ợng kho ng cách vài km chúng ta th yăđ ợc s

gi m năđ nhătrongănĕngăl ợng.ăĐơyălƠăs suy gi m đ năgi n c aănĕngă

l ợng.ăTuyănhiênăđiềuănƠyăch aăchoăbi t toàn b v năđề N u chung ta

phóng to ra kho ng cách vài cây s chúng ta s th yăđ ợcănĕngăl ợng daoăđ ng xung quanh giá tr trung bình và s daoăđ ng này di n ra trong

th i gian dài, hi năt ợng nƠyăđ ợc xem là long-term fading hay là scaleăfadingănh ăchúngătaăth yăsauănƠyăđiềuănƠyăđ ợc mô t nh ălƠăphơnăb lognormal N uăchúngătaăphóngătoăh năvƠăkiểm tra công su t kho ng

large-cáchăvƠiătrĕmămétăchúngătaăth y rằngănĕngăl ợngănóăcònădaoăđ ng nhanh

h n.ăHi năt ợngăgiaătĕngădaoăđ ngănƠyăđ ợc g i là short-term fading hay

HÌNH 2.5 M tămátănĕngăl ợngăd i ba hi u ứng chính: suy hao, long-term

và short term fading

small-scale fading mà chúng ta s th yăsauănƠyăđ ợc g i là phân b

Rayleigh.ăDoăđóăchúng ta th y rằng tín hi uăthuăđ ợc m t cách t nhiên thì

phức t păh năm t cách di n t đ năgi n chỉ d a trên suy gi m tín hi u Bây

gi chúng ta s xem xét ba hi năt ợng này cùng v i s lan truyền c a tín

hi u không dây m t cách chi ti tăh n

2.1 SUY HAO

Gi sử m tătr ng hợpăđ năgi n khi có m tăđ ng truyền tr c ti p

gi aămáyăphátăvƠămáyăthuănh ăhìnhăβ.θ.ăKhiăkhôngăcóănh ngăch ng ng i

v tăđángăkể trênăđ ngăđiăc a tín hi uăthìănĕngăl ợngăthuăđ ợc P r s tuân theo quy lu tăng ợcăbìnhăph ng:ă

2

r

HÌNH 2.6 Lan truyên sóng trong không gian t do

V i d là kho ng cách gi aămáyăphátăvƠămáyăthu,ănĕngăl ợngăthuăđ ợc

th ngăđ ợc biểu di nănh ăsau:

4

t r t r

Các thông s G t và G r lƠăđ lợi máy phát và máy thu T n s ho t

đ ng là , và L (1)ăđ i di n cho s suy hao c ng vào trong h th ng mà khôngăliênăquanăđ n s m t mát do lan truyền,ănh ălƠăm t mát do b l c và antenầ

Công su t phát Pt theo mW thành ph năPtGtăđ ợc xem là thành ph n công su tăphátăđẳngăh ng (EIRP) các thông s khácălƠăđ m t mát t do

Biểu thức cho EIRP có thể đ ợcădùngăđể căl ợng công su t nh n t i

b t cứ v trí nào từ máy phát sử d ngăph ngătrìnhăβ.β

2 ef ef

Đ suy hao th t s c a tín hi u t i t n só f0 t i kho ng cách d (Km)

d iăđiều ki n c aăđ aăhìnhăkhôngăcóăch ng ng i v t, hay là L free, có thể đ t

đ ợc bằng cách vi t l i s suy hao trong truyền sóng t doătheoăph ngătrình 2.3

10

/ 20log

4

free

c f L

10 1

0.7 (4 )  3 100   uW



Hay là -31.5 dBm và bây gi sử d ngăph ngătrìnhăβ.ζăthìăcôngăsu t t i

kho ng cách 2km là -57.5dBm Sử d ngăph ngătrìnhăβ.θăsuyăhaoălƠă97.ηdB.ă

Do đóăcôngăsu t nh năđ ợc là 40-97.5=-57.5dBm

Trongătr ng hợp sóng truyền trong không gian t do trênădĩănhiênă

chỉ lƠăđiều ki nălỦăt ng và công su tăth ng suy hao v i t căđ nhanhăh nă

nhiều d đoánăbằng lu tăbìnhăph ngăngh ch.ăDoăđóăsuyăhaoă trong h u h t cácătr ng hợp s đ ợcăxemăxétălƠăcaoăh n.ăCóăthể kh o sát công su t tiêu haoătheoăhƠmămũăv i b căcaoăh nălƠă vƠădoăđóăcôngăsu t nh năđ ợc P r có

thể biểu di n là:

v r

V i thông s suy hao v có giá tr t i thiểu là 2 trong không gian t do và l n

h năβăkhiătruyềnătrongăđiều ki n không ph i là t do Công su t nh năđ ợc

d iăđiều ki n N-L-O-S có thể đ ợc vi t k t hợp gi aăph ngătrìnhăβ.ζăvƠăβ.8ănh ăsau

V i d ref là kho ng cách tham kh oă100m.ăĐ th c a công su tăthuăđ ợc v i

m t vài giá tr c a v đ ợc biểu di n hình 2.7 cho th y rằng suy hao có xu

h ngătĕngăkhiăgặp ph iăđiều ki n N-L-O-S Nh ng giá tr caoăh năc a v đápă ứng trong khu v c thành ph vƠăđôăth , giá tr th păh năc a v đápăứng v i

nh ngăn iăkhuăv c c n thành th và nông thôn

-64dBm vói v =2.5

-70.5dBm v i v = 3

-83.5dBm v i v = 4

HÌσHăβ.7ăσĕngăl ợngăthuăđ ợc v i h s m t mát v(v=2 đápăứng trong m i

tr ng không gian t do) M tămátătĕngăkhiăv tĕng

M tăvƠiămôăhìnhăđưăđ ợcăđ aăraăđể tiênăđoánăs suy hao c a tín hi u khiănóăđiăđ n máy thu Nh ng mô hình suy hao này k t hợp v i kinh nghi m đoăđ c nhiều thành ph và m t s mô hình v tălỦăđể tính toán cho nhiều hình thức khác nhau mà tín hi u sóng radio truyềnăđi.ăσh ăđưăđề c pătr c đơyătínăhi u b ph n x , tán x , nhi u x và khúc x và b h p th b i môi

tr ngăđ aălỦănh ălƠănhƠăcaoăt ng th c v t và nh ng hi u ứng khác,ătr c khi chúngăđ năđ ợc máy thu Nh ng hi năt ợng v t lý khác nhau k t hợp l i gây

ra s suyăhaoăđángăkể đ i v i tín hi u S suy hao c aănĕngăl ợngăth ngăđiăkèm v i s daoăđ ng xung quanh giá tr trung bình c aănĕngăl ợngăthuăđ ợc khi n cho s tiênăđoánănĕngăl ợngăthuăđ ợc tr nênăkhóăkhĕnăh n.ăε t vài

mô hình khác nhau trong vi c truyền và thu tín hi uăkhôngădơyăđ ợc trình bày hình 2.8, 2.9 và 2.10

HÌNH 2.8 Tính hi uăđ năđ ợcămáyăthuăquaăđ ng ph n x và khúc x

HÌNH 2.9 Tín hi uăđ năđ ợc máy thu thông qua ph n x tán x hoặc tr c

ti p

HÌσHăβ.10ăTr ng hợp t ng quát nh t trong vi c thu tín hi u bao g m

đ ng tr c ti p ph n x , tán x và khúc x

hình 2.8 tín hi u từ BS có thể đ n MU thông qua quá trình khúc x

và ph n x ăĐơyălƠăm tăcáchăthôngăth ng trong vi c truyền d n tín hi u

di n ra trong thành ph có nhiều nhà cao t ng hình 2.9 tín hi u từ BS theo baăh ngăkhácănhauăđể đ n MU Cùng v iăđ ng nhìn thẳng m tăđ ng khácăđ ợc sinh ra do vi c ph n x từ mặtăđ tăvƠăđ ng còn l i sinh ra b i tán x từ nha cao t ng Tình hu ng t ng quát nh tăđ ợc trình bày hình 2.10 tr ng hợp này tín hi uăđ n MU sau khi tr i qua hi năt ợng ph n x , tán x , nhi u x và khúc x sauăkhiăt ngătácăv i nh ng v t c u trúc khác nhauătrênăđ ngăđi,ăcai mà chúng ta g i là hi u ứng ph thu căvaoăđ a hình

K t hợp t t c nh ng cách khác nhau trên mà tín hi u có thể đ n máyăthu,ăτkumuraăvƠăđ ng nghi p c aămìnhăđưăđề su t m tămôăhìnhăđể d đoánămứcăsuyăhaoătrungăbìnhăd aătrênăđoăđ c th c hiên trong và xung quanh Tokyo (Okum 1968) Mô hình thì d a trên gi thuy t có kh nĕngăđể tính toán s suy hao trong không gian t do gi a tr m g căcaoăβ00măvƠăđ nă

v diăđ ng cao 3m, kèm theo nh ng thông s hi u chỉnhăđể tínhătoánătheoăđ a hình Nh ng thông s hi u chỉnh thêm vào có thể bao g măđể tính toán cho

nh ng thông s khácănh ălƠăs đ nhăh ngătrênăđ ng ph Nh ng thông s

hi u chỉnhădùngăđể tính toán nh ngăđặcăđiểm sau:

Chiều dài c a anten và t n s phát

Không gian c năđôăth vƠăt ngăt nh ăkhôngăgianăt do,ăđ a hình

đ iầ

S suy hao do khúc x gây ra b i núi

Ao h

D ngăđ ng ph

Mặc d u nh ng mô hình này r t là hợp lý trong vi c d đoánăsuyăhaoătín hi u,ănh ngănóăkhôngăthể d dƠngăđể sử d ng do các thông s hi u chỉnh

ph iăđ ợc kèm v i mỗi chuỗi s ki năđ ợcăhìnhăthƠnhătrongăt ngălaiăhoặc

k t qu ph iăđ ợc ngo iăsuy.ăĐể v ợt qua m t s trong nh ng v năđề trên Hataăđưăđ aăraăm tămôăhìnhăđ năgi n và hợp lý mà phù hợp v i k t qu về

mặcăđ a lý c a Okamura M t m uăkhácăđ aăraăs suy hao c aăđ ng d n là

mô hinh Lee

Chú ý rằng mô hình Hata và Lee chỉ đ năthu n cung c p công thức cho s suyăhaoăđ ng truyền ph thu c vào kho ngăcách.ăσh ngăsuyăhaoădoă

đ ng truyền thì m tămìnhănóăkhôngăđ để chỉ ra nh ngăđặcăđiểm c a kênh truyền mà tín hi u truyền qua M tăđ ng truyềnăsuyăhaoăđiểnăhìnhăđ ợc quan sát cho th y hi u ứng fading vừa long term và short term

Tr c khi xem xét m i quan h gi a suy hao và fading chúng ta s xemăxétămôăhìnhăHataăcũngănh ămôăhìnhăδeeătrongăvi c tính toán suy hao do

su s truyền sóngăchúngătaăcũngăs xem xét s khác nhau gi a s lan truyền trongănhƠăcũngănh ăngoƠiătr i và kiểm tra các mô hình khác nhau và vi c tính toán suy hao c a s truyền d n trong nhà

2.1.1 MÔ HÌNH HATA

Mô hình hata (hata 1980) là m t s ti n b l n so v i mô hình

Okumura cho vi că c tính suy hao do truyền sóng S truyền sóng trong

nh ngăkhuăđ aălỦăkhácănhauăđ ợc xem xét k sử d ng các thông s hi u

chỉnhămƠăđ ợc l y từ th c nghi m.ăĐiểm kh iăđ uătrongă c tính suy hao là

s truyền sóng trong khu v căđôăth Các mô hình suy hao nói chung d a vƠoămôăhìnhătrungăđiểmăh nălƠătrungăbình.ăS suyăhaoăđ ợc tính theo hi u ứng chiều cao (h b) c a anten BS và chiều cao c a MU (h mu).ăPh ngăphápă

c tính hi u ứng chiều cao c aăantenăBSăđ ợc trình bày hình 2.11 Thông

th ngăantenăBSăđ ợcăđặtătrênăđỉnh c a các nhà cao t ng hoặt nh ng c u trúc cao Gi a 3-15km từ tr m g căđ n MU, hi u ứng chiềuăcaoăđ ợcă c tính nằm trên mức trung bình c aăđ aăhình,ăđ ợc trình bay hình trên

HÌNH 2.11 Hi u ứng chiều cao c a anten BS

Trong mô hình Hata suy hao trung bình,L dB p( ) khu v c thành th

h chiều cao c aăantenăđ năv diăđ ng (m)

a(h mu) h s hi u chỉnh cho chiều cao c aăantenăđ năv diăđ ng

Đ i v i khu v c thành ph l n h s hi u chỉnhăđ ợc cho b i:

εôăhìnhăHataăcũngăcóăthể đ ợc sử d ngăđể c tính giá tr c a thông

s suy hao v công su tăthuăđ ợc P d r( )(dBm) cho kho ng cách d gi a MU và BSăđ ợc biểu di n là:

Đ tăđ ợc từ ph ngătrìnhăβ.β

HÌNH 2.12 Tính toán m t mát d a trên mô hình Hata đ i v i b n m i

tr ng khác nhau T n s sóng mang là 900MHz anten BS 150 m, anten

MU 1,5 m

VệăD ă2.3

Tìm giá tr x p xỉ c a thông s suy hao v sử d ng mô hình Hata cho b n khu

v căđ a lý: thành ph l n vừa và nh , ngo i ô, và nông thôn

Đápăán:ăsử d ng hình 2.12 giá tr suy hao kho ng cách 5 km là 131.36dB, 131.34dB, 121.4dB và 102.8dB l năl ợt vói các khu v c trên Sử d ng

ph ngătrìnhăβ.19ăgiáătr c tính c a v là 4.05, 4.04, 3.3 và 2.11 Chú ý rằng

nh ng giá tr này là x p xỉ và kho ng cách d ph i l năh năhoặc bằngăβkmăđể

giá tr v là năđ nh

S m r ngăchoămôăhìnhăHataăđ i v i PCS εôăhìnhăsuyăhaoăđ aăraăb i

Hata có thê m r ngăchoămôiătr ngăPCS.ăSuyăhaoătrungăđiểm khu v căđôă

V i Corr là thông s hi u chỉnhăthêmăvƠoăđ ợc cho b i bi u thức:

Corr = 0ădBăđ i v i thành ph t m trung và khu v c c năđôăth Corr = γădBăđ i v i trung tâm thành ph

2.1.2 MÔ HÌNH LEE

M t mô hình khác có sẵn cho vi că cătínhăsuyăhaoăđ ng truyền là mô hình

c a Lee D aătrênăđoăđ c t i ba thành ph trongăđóăcóăPhiladelphia,ămôăhìnhănƠyăđ aăraăs suy hao tính hi u d a trên khu v c này so v i khu v c khác

Nh ng giá tr suyăhaoănƠyăsauănƠyăđ ợc sử d ngănh ălƠănh ng giá tr ban

đ uăđể c tính s suyăhaoăđiểm - điểm.ăSuyăhaoătrungăđiểm (gi a khu v c

v i khu v c) kho ngăcáchădă(km),ăδ(d)ăđ ợc biểu di nănh ăsau:

L d dB  L v d   (2.23)

V i L0là suy hao t i 1km, v là h s suy hao và clà h s hi u chỉnh S cătínhăđưăđ ợc th c hi n v i sóng mang t n s 900MHz, v i m t anten phát cao 30.5m và m t anten thu cao 3m H s hi u chỉnh cđ ợc thêm vào

để tính toán cho b t kỳ s thayăđ i nào trong thông s chu năđ ợc sử d ng trongăhìnhăvƠăđ ợc biểu di nănh ăsauă

V i hefflà chiều cao hi u ứng c aăanten,ăđ aăvƠoăđể tính toán m i quan h

gi a v trí anten v iăđ aăhìnhănh ă hình 2.13

HÌNH 2.13 Nh n thức về h eff (a) Anten MU trên mặtăđ t (b) Anten MU phía trên mặtăđ t

Chú ý rằng mô hình Hata thì d h năsoăv i h u h t các mô hình khác trong vi că c tính suy hao do truyền sóng và s đ ợc sử d ngăđể tính toán bán kính c a t bào ch ngăζ

Cácămôăhìnhăđ ợc th o lu năchoăđ n bây gi có thể đ ợc sử d ngăđể c tínhăđ m nh c a tín hi u ngoài tr iănh ngăkhôngăđ để c tính tin hi u trong nhà Ví d điển hình c a truyền sóng trong nhà là trung tâm mua

s m,ătòaănhƠăvĕnăphòngăcóănhiều t ng và nhiều phòng Có nhiều v t khác nhau mà làm ph n xa, tán x và khúc x tín hi u không dây bao g m c các hình thức khác nhau c a tr n nhà trong các c u trúc này, các hình thức hiển

th khác nhau và các lo iăđ đ c khác nhau M t mô hình mà có thể c tính

suy hao c a tín hi u ph i có nh ngăđặcăđiểm khác nhau này trong tính toán

M t tòa nhà có thể có m t phòng r t r ngăkhôngăcóăváchăngĕnăvƠăcóăr t ít

ch ng ng i v t hay m t phòng r t r ng có nhiềuăch ng ng i v t l n Cũng

có kh nĕngăv i nh ngăngôiănhƠăcóăcùngăđiều ki n trong các phòng nh S

l ợngăcácăch ng ng i v t không chỉ là nhân t duy nh tăđ n vi căxácăđ nh suy hao tín hi u Các v t li uăđ ợc sử d ngăđể lƠmăváchăngĕnătrongănhƠăcũngănhăh ngăđ năđ m nh c a tín hi uăkhiăđ năng iădùngădiăđ ng.ăĐiều này đặt ra nh ng thách thứcăđ i v i nh ngămôăhìnhănóiăchungămƠă c tính suy hao tín hi uăd i nh ngăđiều ki nătrên.ăPh ngăphápăt t nh t cho mô hình hóa truyền sóng trong nhà là phân lo i nh ngămôiătr ng khác nhau thành các khu v c có c u trúc khác nhau Nh ng c u trúc này d a trên v trí c a

tr m g c và cái cách tr m g căđiều khiển giao thông và d a trên v trí c a

tr m g c nằm trong hay là ngoài các tòa nhà

Vì anten phát c aăBSăđ ợcăđặt bên ngoài tòa nhà và tín hi u s gặp

hi u ứng ph thu căvƠoăđ ngăđiăcũngănh ăb ph thu căvƠoămôiătr ngăđiăqua b i vì tín hi uătr c tiên ph iăđiăngangăquaăđ ng bao c a các ngôi nhà vƠăsauăđóăxuyênăquaăcácăt ngăkhácănhauăcũngănh ăt ng c aăcácătòaănhƠăđể

đ năđ ợcăđ năv diăđ ng.ăSuyăhaoătrungăđiểm t i m t kho ng cách d từ máy phátăđ n khu v c r ng l n này có thể biểu di nănh ăsau

L d : suy hao do các tòa nhà t i kho ng cách d = d0

v : h s suy hao do truyên sóng ph thu c vào kho ng cách

v : hằng s suy hao do các tòa nhà

B

A : h s suy hao do di qua các tòa nhà

Chú ý rằng giá tr L d d( 0 )và L d B( 0)đ ợcăxácăđ nh b i m tăđ các

ch ng ng i v tăcóătrênăđ ngăđiăcũngănh ăs ph thu c c a suy hao vào t n

s Thông s suy hao ph thu c vào kho ng cách v d kho ng bằng 2 n u chỉ

Suyăhaoătrungăđiểm trong h th ng khu v c l n, có thể đ ợc biểu di n

bằngăcáchăđ năgi năhóaăph ngătrìnhăβ.β8ănh ăsau:

V i v0 là h s suy hao.Nó nằm trong t m từ 2 ậ 3 n u máy phát và máy thu

nằm trong cùng m t t ng và l n h năγăn u chung nằm khác t ng

2.1.3 Khuăv căt mătrung

khu v c t m trung c u trúc c a các tòa nhà thì l n và d yăđặcăđơyălƠătìnhă

hu ngăthôngăth ng các khu mua s m

Trong s phân lo i này thì s l ợng các tr m g căđ ợcăđặt trong tòa nhƠăđể ph c v các thuêăbaoădiăđ ng M t hình nhăđiển hình cho tr m g c

đ ợcăđặtătrongătòaănhƠăđ ợc trình bày hìnhăβ.1η.ăSuyăhaoătrungăđiểm trong khu v c t mătrungăđ ợc biểu di nănh ăsau:

2

0 10

4 ( )( ) 10 log ( ) W( )k k ( )

k s l ợng bứcăt ngătrênăđ ngăđi

HÌNH 2.15 Khu v c vừa M t tr m g căđ ợcăđặt trong ki nătrúcăđể ph c v cho các MU trong m t ph n các khu v c này M t tr m g căt ngăt đ ợc đặt trong m t khu v c khác c a tòa nhà

2.2.4 Khuăv cănh ăvƠ siêuănh

M t tòa nhà có thể có nhiều bứcăt ng, s xuyên qua c a tín hi u ph thu c

m nh vào cái v t li u c a bứcăt ngăvƠăváchăngĕnăđó.ăĐiều này yêu c u cung c p m t tr m g c cho mỗiăphòngătrongătòaănhƠăđó.ăεôăhìnhăsuyăhaoăcho khu v c nh có thể đ tăđ ợc bằng cách sử d ng k t qu cho khu v c l n

bằng cách k t hợp nh ng giá tr thích hợp c a thông s suy hao v, d a trên

s l ợng và lo iăch ng ng i gi a máy phát và máy thu N uăđiều ki n LOS

nh ngăđiều ki n c a tòa nhà trên s d có ngh n m ng trong mỗi phòngăvƠăđiều này yêu c u sử d ng m t vài tr m g c trong m t phòng Vi c tínhătoánăsuyăhaoădoăđ ngăđiăv i khu v c siêu nh có thể đ ợc th c hiên

t ngăt đ i v i khu v c nh bằng cách sử d ng giá tr c a thông s suy hao

nh h năm t chút

2.2 FADING

σh ăđưăđề c pătr căđơyăđặc tuy n truyền d n không chỉ xácăđ nh b i suy hao S m tămátăhayăsuyăhaoăquanăsátăđ ợcăcũngăcóăthể daoăđ ng ph thu c vào không gian và th iăgianăvƠăđiềuănƠyăđ ợc g i là fading

Khi m t tín hi u từ anten phát nó b ph n x , tán x , khúc x và nhi u

x b i nh ng c u trúc khác nhau trên kênh truyền.ăChúngătaăcũngăcóăthể quan sát rằng s suy hao do truyền d nădaoăđ ng xung quanh giá tr trung

bình hoặcătrungăđiểm Khía c nh này c aăđ ng suy hao do truyền d n, đóătín hi uăthuăđ ợc m tăđiănh ngăđặcăđiểm bi tătr c c a mình và tr thành tín

hi u ng u nhiên theo không gian và th iăgian,ăđ ợc mô t là fading Nói cách khác fading là quá trình mô t s daoăđ ng c a tín hi u thu khi tín hi u

đ năđ ợc anten thu Fading có thể đ ợc miêu t do nh ngănguyênănhơnăc ă

b nă(đaăđ ng hày là Dopler) s phân b c aăđ ng bao tín hi uăthuăđ ợc, kho ng th i gian fading (long term hoặcăshortăterm)ăcũngănh ăfastăfadingăsoăvói low fading Chúng ta s nhìn nh n s khác bi t này c aăfadingăđể hiểu

đ ợc ngu n g c c a chúng và nh ng k t qu c aăchúng.ăChúngătaăcũngăs nhìn vào nh ng hình thức khác nhau c aăfadingăđể thi t l p m i quan h

gi a chúng v i nhau

2.3.1 Fadingăđaăđ ng

Fadingăđaăđ ng x y ra do s t n t i c a nhiềuăđ ng tín hi u từ máy phát máy thu Khi m t tín hi u r i máy phát nó có thể theo m t s đ ngăđể đ n máyăthuănh ă hình 2.16

D i nh ngăđiều ki n này tín hi uăthuăđ ợc có thể biểu di nălƠăvect ăt ng

c a nh ng thành ph năđ n từ nh ng c u trúc này

Chúng ta gi sử rằngămáyăthuălƠătĩnhătheoăth i gian Tín hi uăthuăđ ợc có thể

đ ợc biểu di nănh ălƠăt ng c a các thành ph n b trì hoãn:

V i a ilƠăbiênăđ c a thành ph n tán x p(t) là d ng xung phát và t i là th i gianăđể xung từ máyăphátăđ n máy thu N là s l ợngăđ ng khác nhau c a tín hi uăđ n máy thu Chú ý rằngăchúngătaăcũngăgi sử rằng không có s

ph n x tr c ti p gi a anten phát và anten thu Thay vì vi tăbiênăđ c a tín

hi uăthuănh ălƠăt ng c a các thành ph n tri hoãn chúng ta có thể dùngăphaăđể thay th cho tín hi u thu

0 1

ph n pha là i S khác nhau gi aăph ngătrìnhăβ.γ1ăvƠăβ.γβălƠăs gi sử

rằng t n s sóng mang trongăph ngătrìnhăβ.γβătheoăd ng xung phát

ph ngătrìnhăβ.γ1.ăChúngătaăs tr l iăph ngătrìnhăβ.γ1ăsau

Ph ngătrìnhăβ.γβăcóăthể vi t l i theo thành ph n cùng pha và vuông pha

HÌσHăβ.17ăĐiểmăđ u tiên c aăđaăđ ng gi a máy phát và máy thu

V i thành ph n t ngăbanăđ uăđ ợcăđ nhănghĩaălƠăcùngăphaăvƠăthƠnhăph n sau

đ ợcăđ nhănghĩaălƠăvuôngăpha.ă

N u v trí c a các c u trúc là hoàn toàn ng u nhiên thì m t thành ph n

có thể gi sử rằng pha i có phân b từ 0 - 2 V iăđiều ki n là N l n thì biênăđ c a tín hi u thu có thể biểu di n là

V i thông s  2 là varian c a bi n ng uănhiênăXă(Y)ăvƠăU(.)ălƠăhƠmăb c

đ năv ăChúăỦărĕngăn uăđ ng bao c a tín hi u là phân b Reyleigh thì công

su t s phân b theoăhƠmămũăchoăb i công thức:

Hàm phân b xác su tătheoăReyleighăvƠăhƠmămũăđ ợc biểu di n hình 2.18

Đ ng bao c a phân b Reyleigh có giá tr trung bình cho b i

D th c a tín hi uărfăvƠăđápăứngăđ ng bao theo Reyleigh fading

đ ợc biểu di n hình 2.19 Chúng ta th y rằng công su t tín hi u thu là

ng u nhiên th m khi không có nhi uăđ aăvƠoăh th ngăđi n tử nh ălƠă

AWGσ.ăĐiều này là k t qu c a vi c t n t iăđaăđ ng và s ng u nhiên c a pha.ăFadingăđaăđ ngădoăđóăd năđ n s daoăđ ng c a tín hi uăthuăkhiăεUăđiă

từ n iănƠyăđ năn iăkhác.ăChúăỦărằngăchúngătaăkhôngătínăđ n MU di chuyển

v i b t kỳ t căđ nào

HÌNH 2.18 Hàm phân b m tăđ đ ng bao Rayleigh và phân b công su t hƠmămũ

HÌNH 2.19 Tín hi u Rayleigh fading và công su t c aănó.ăĐ th đ ợc su t phát từ 11ăđ ng.ăĐ ngăbaoăđ tăđ ợc bằng gi iăđiều ch tín hi u rf

Để hiểuăh năvề s daoăđ ngătrongănĕngăl ợng máy thu chúng ta gi sử

v i nh ng gi thuy t sau N uămƠyăthuăđ ợc thi t k để ho tăđ ng chỉ t i

m tăng ỡng t i thiểuănƠoăđó.ăMáy thu s không ho tăđ ngăđ ợc khi tín hi u

xu ngăd i mứcăng ỡng này hình 2.19 chúng ta có thể th y rõ h th ng không ho tăđ ng n u mứcăng ỡngăđ ợcăđặt là 20 dB Xác su t không ho t

2  M t trong nh ng h qu b tăl iă

c a fading là s t n t i c aăng ỡng không ho tăđ ng Khi s không ho t

đ ng này di n ra thì ch tăl ợng c a h th ng tr nên không ch p nh năđ ợc

VÍ D 2.4

Xét m tătr ng hợp kênh truyền Rayleigh-fading N u công su t trung bình

nh năđ ợc là 100uW, v i công su t nh năđ ợc nh h năη0uWăthìăxácăsu t

nh năđ ợc s là bao nhiêu?

Answer sử d ng công thức (2.40), xác su t là [1- exp(50/100)] =0.3935

VÍ D 2.5

N u công su t yêu c u nh nh t v i ch tăl ợng có thể ch p nh năđ ợc là βηuW.ăCũngăkênhătruyền Rayleigh v i công su t trung bình nh năđ ợc là 100uW thì xác su t s là bao nhiêu

Answer Sử d ng công thức (2.40), xác su t ng n là [1-

exp(-25/100)]=0.2212, hay 22.1%

2.3.2 Vài tính ch t c a kênh truy n tán s c

S tĕngăgi m công su t nh n không chỉ b nhăh ng b i fading fading cũngă nhăh ngăđ n xung tín hi uăkhiănóăđ ợc truyền trên kênh truyền Xét

biểuăđ nhi uăđaăđ ngăđ ợc biểu di nătrênăhìnhăβ.β0,ăt ngăứng v i

ph ngătrìnhăβ.γ1.ăChỉ có b năđ ng phân bi tăđ ợc biểu di n, nh ng

đ ng khác s chiểm và thay th nh ng xung tru c nó t i b n th iăđiểm khác nhau N u nh ng xung này không nh n d ngăđ ợc, thì là do nhi uăđaă

đ ngăđưăt o ra m t xung r ngălƠăđ ng bao c aăcácăxungăđưăch ng l p lên nhau Trong nh ngătr ng hợp khác thì nhi uăđaăđ ng có thể nhăh ng

đ n xung phát m r ng, t o nhi u gi a các ký hi u (ISI) ( xem m c B.6, ph

HÌNH 2.20 (a)ăXungăphát.ă(b)ăĐaăxungănh năđ ợc nguyên nhân là do nhi u đaăđ ngămangăđ n nh ng th iăđiểm và các công su t khác nhau, s v ợt pha d năđ n t o thành m tăxungăcóăđ rông l n

HÌNH 2.21 L a ch n t n s fading trên kênh truyền sử dung mô ph ng Matlab;

HÌNH 2.22 Đápăứng xung c a hai kênh truyền (a) khu v c nông thôn (b) khu v c thành th

xungănƠyăđ năgi n chỉ là m t ph n c aăxungăphátăđ ợc làm tr Ngoài nh ng xung không t n t i thì xung còn l iăcóăđ r ng gi ngănh ăxungăphát.ăHìnhă2.21b, c và d cho ta th y xung nh năđ ợc ( t ng c a 10 thành ph n nhi u ) cho ba mô ph ng khác nhau V i công su tăđ nh mức cho mỗiăxungălƠănh ănhau.ăĐ l ch chu n c a mỗiăxungăcũngăđ ợc chỉ th ăVƠădĩănhiênălƠănh ng xungănƠyăcóăđ r ng.ăĐơyălƠănh ngăgìăđưăchứng minh b iăđ r ng xung nh n

đ ợcătĕngăh năsoăv i xung phát (Hình β.β1a).ăHìnhăβ.β0băđưăđ ợc làm rõ

h năthôngăquaăcácăhìnhăβ.β1b,căvƠăd

Để xử lý kênh truyền tán s c này có thể mô t m tăcáchăđ nh tính trongăph ngăphápăsau.ă(ăCònăđể hiểuărõăh nălỦădoăxử lý kênh truyền tán s c này s đ ợc làm rõ sau.) Xét s truyền d n c a m t xung r t hẹp (hàm

đenta).ăσh ngăxungănƠyăthìăt ngăt nh ănhi uăđaăđ ngăđ n t i máy thu t i

nh ng th iăđiểm khác nhau v iăl ợng công su t khác nhau tùy thu c vào s tán x / s ph n x /ăđ khúc x / s nhi u x nh ngăđiều này chính là nguyên nhân t o ra nh ng thành ph năđặc bi t Nh ng xung c a tín hi uăđ n v i

nh ng công su t khác nhau có thể đ ợcădùngăđể xácăđ nhăđápăứng xung c a kênh truyềnănh ăhìnhăβ.ββ.ăVíăd nông thôn thì nh ng xung này h uănh ă

ch c ch n s đ n cùng m tălúc,ăvƠăcũngălƠăth i gian ng n nh tăđể đ năđ ợc máy thu Nguyên nhân th c s là do đơyăcóăr t ít nh ng ki n trúc cao l n

và thành ra nh ngăđ ng này s r t g nănhauă(ăHìnhăβ.ββaă).ăĐiều này có

nghĩaălƠăgi a nh ng th iăđiểmăđ n khác nhau c a thông tin khi nh năđ ợc máy thu s tr nên quá nh để có thể quanăsátăhayăđoăl ng nh ng vùng khácănh ălƠăkhuăv c thành th (Hình 2.22b), các xung s tr nênăđaăd ngăh nă

và xung nh năđ ợc s b r i ra nhiềuăh nă(Bultă198γ,ăHashă199γ,ăAkaiă199ζ,ăHanză199ζ).ăD i nh ngăđiều ki n này thì thôngătinăđ ợcămangăđ năd i

d ngăxungăcóăkíchăth c h u h n s ch ng l p lên nhau và k t qu là t o ra

m t xung r ngănh ăhìnhăβ.β1

Bây gi chúng ta có thể tính biểu thức trung bình th i gian m t xung

đ nămáyăthu.ăĐápăứngăxungăđ ợc cho hình 2.23 Th i gian tr trung bình lƠăń,ătaăcóăcôngăthức c a kênh truyềnănh ăsau:ă

1

1

N

i i i N

i i

Đ iăl ợng pi là công su t t i c aăđ ng thứ iăvƠăńiălƠăkho ng th i gian xung

thứ iăđ n Tr hi u d ng chênh l chăđ tr gi a hai xung dlà:

HÌσHăβ.βγăĐápăứng xung c a kênh truyền không dây

Trongăđó:  2 lƠătrungăbìnhăbìnhăph ngăth i gian tr :

N

i i i

p p

1

1 2 2



Trongătr ng hợpălỦăt ng chúng ta s có p i= 0 n uăiă≠ă1,ăchỉ s t n t i c a

m tăxungăđ n.ăTrongăvƠiătr ng hợp khác, n u B c bằng không s không có

đ l ch gi aăcácăxung.ăT ngăt n u d r t l n, chúng ta ch đợiăđể xem xét xung r ng Thành ra ta có thể l ợng tử hóa s m r ng xung bằng cách h n

ch kênh truyền có d iăbĕngăhẹp b i nó tỉ l v i d Kênh truyềnăcóăbĕngăthông là B c x p xỉ đ ợc cho b i (Stei 1987, Rum 1986, Rapp 1996b):

1 5

c

B

