tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật méo tín HIỆU TRONG TRUYỀN dẫn vô TUYẾN số DUNG LƯỢNG lớn và các BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

d Theo dung lượng của hệ thốngCác kênh vô tuyến có thể đặc trưng được một cách sơ bộ bởi độ rộng băng kết hợp coherence bandwidth B c của kênh, là khoảng tần số mà trong đó hàm truyền củ

Phụ lục số 5

Mẫu số 1 Trang bìa 1 tóm tắt luận văn Thạc sĩ (khổ 140 x 200 mm)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

Công trình được hoàn thành tại: Đại học Công nghiệp Thái Nguyên

Người hướng dẫn khoa học:PGS.TS.NGUYỄN QUỐC BÌNH

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG

Phản biện 2: TS TRẦN XUÂN MINH

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:304_G8 Vào hồi 13 giờ, ngày 04 tháng 01 năm 2013

Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN

VÔ TUYẾN SỐ DUNG LƯỢNG LỚN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

1.1.1 Hệ thống thông tin vô tuyến

Các hệ thống thông tin vô tuyến là các hệ thống truyền tin bằng sóng điện từ

có môi trường truyền lan tín hiệu – môi trường truyền dẫn – là khoảng không gian

giữa máy phát Tx (Transmitter) và máy thu Rx (Receiver) Sơ đồ khối đơn giản

của một hệ thống thông tin vô tuyến được cho trên hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống thông tin vô tuyến

Thông thường, thông tin cần truyền được đưa vào máy phát thực hiện điều

chế bằng sóng mang trung tần IF (Intermediate Frequency), sau đó được trộn tần lên tần số cao RF (Radio Frequency), khuếch đại tín hiệu đủ lớn, lọc nhằm chia sẻ

băng thông rồi được bức xạ ra khoảng không vô tuyến qua hệ thống

ăng-ten/phi-đơ Ở đầu thu, thông qua hệ thống ăng-ten thu, tín hiệu vô tuyến được thu nhận(nhờ nguyên lý cảm ứng điện từ) và qua hệ thống phi-đơ đưa vào máy thu

Một sóng vô tuyến được truyền đi lan truyền theo hai phương thức:

 Sóng đất;

 Sóng trời

Hình 1.2 Các tầng khí quyển có ảnh hưởng tới truyền sóng vô tuyến

1.1.2 Phân loại các hệ thống thông tin vô tuyến

a) Phân loại theo dạng tín hiệu

+ Hệ thống thông tin vô tuyến tương tự: Tín hiệu truyền đi là tín hiệu tương

tự (analog);

+ Hệ thống vô tuyến số: Tín hiệu dùng để truyền tin là tín hiệu số (digital)

có các đặc trưng cơ bản là có số trạng thái tín hiệu hữu hạn M và có thời gian tồn tại hữu hạn T S (Symbol Time interval).

b) Theo dải tần (dải sóng) công tác

Việc phân loại phổ tần vô tuyến dựa trên các tính chất truyền sóng và cáckhía cạnh về hệ thống (kiểu ăng-ten) Phổ tần vô tuyến được phân chia như sau:

1 Tần số cực thấp ELF (Extremly Low Frequency): f = 300  3000 Hz ( =

1000  100 km); và tần số rất thấp VLF (Very Low Frequency): f = 3  30 kHz (

8 Tần số cực kỳ cao EHF (Extremly High Frequency): f = 30  300 GHz (

= 10  1 mm), còn gọi là dải vô tuyến sóng mm

c) Theo đặc trưng kênh truyền

+ Hệ thống thông tin vi ba: Còn gọi là các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp,trong đó tín hiệu được chuyển tiếp bởi các trạm trung gian qua từng chặng có cự lylên tới vài chục km, đôi khi lên tới ~100 km

+ Hệ thống thông tin vệ tinh: Trong đó trạm chuyển tiếp được đặt trên vệtinh, thường là vệ tinh địa tĩnh có khoảng cách từ quỹ đạo nằm trên mặt phẳng xíchđạo tới mặt đất là 36000 km

+ Hệ thống thông tin di động: Đặc điểm cơ bản là các máy thu và phát vôtuyến có thể di động so với nhau

d) Theo dung lượng của hệ thống

Các kênh vô tuyến có thể đặc trưng được một cách sơ bộ bởi độ rộng băng

kết hợp (coherence bandwidth) B c của kênh, là khoảng tần số mà trong đó hàm

truyền của kênh có thể xem là bằng phẳng (flat)

1.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÔ TUYẾN SỐ DUNG LƯỢNG LỚN

1.2.1 Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống vô tuyến số dung lượng lớn

a) Các hệ thống vô tuyến số

Các hệ thống vô tuyến số là các hệ thống vô tuyến sử dụng tín hiệu số đểtruyền tin

b) Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống vô tuyến số dung lượng lớn

Tín hiệu số điều chế tổng quát (cả điều chế biên độ lẫn điều chế góc) có thểbiểu diễn được ở dạng:

trong đó Re{.} là ký hiệu phần thực

Có thể nhận thấy rằng, trong vế phải của (1.2) chỉ có thành phần A(t)e jφ(t) mang thông tin cần truyền, còn e j2πff c t chỉ biểu thị một sóng mang cao tần khôngmang thông tin Do vậy, chỉ cần quan tâm tới tín hiệu:

Tín hiệu biểu diễn theo (1.3) là tín hiệu băng gốc do không chứa thành phần

sóng mang cao tần, được gọi là tín hiệu băng gốc tương đương (equivalent baseband signal) của tín hiệu thực tế x(t)

Hình 1.3 Sơ đồ khối tương đương băng gốc một hệ thống vô tuyến số dung lượng lớn [1]

Bộ điều chế lọc phátBộ M.trườngtruyền

Bộ giải điều chế

KPSM KPĐH

1.2.2 Các sơ đồ điều chế cơ bản

a) Điều chế M-PSK

Tín hiệu điều chế M-PSK có thể biểu diễn theo:

2( ) cos(2 ), 0, 1, 2, ,( 1)

Hình 1.6 Sơ đồ điều chế a) và giải điều chế b) tín hiệu M-QAM []

Hình 1.7 Chòm sao tín hiệu 16-QAM

c) So sánh M-PSK và M-QAM, phạm vi ứng dụng

sin( / )

sQAM sPSK

Läc th«ng thÊp

A/D

&

giải mã

P/S đồng hồ



 tín hiệu lối vào

1 3

1.3 CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN TÁC ĐỘNG TỚI CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG

1.3.1 ISI và điều kiện truyền không méo tín hiệu

a) ISI và điều kiện truyền không có ISI

+ Nhiễu giữa các symbol ISI (InterSymbol Interference):

Hình 1.8 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống truyền dẫn tín hiệu số

Không mất đi tính tổng quát, giả sử tín hiệu phát s(t) có dạng điều biên xung

M trạng thái (M-ary Pulse Amplitude Modulation):

Gọi hàm truyền của các mạch lọc phát và thu (Tx Filter và Rx Filter) lần

lượt là H T (f) và H R (f) Khi đó, hàm truyền tổng cộng của cả hệ thống là H(f) =

H T (f)H R (f) và đáp ứng xung tổng cộng của cả hệ thống h(t) = F-1[H(f)], với F-1[.] là

biến đổi ngược Fourier Tín hiệu đầu ra w(t) khi chưa xét đến tạp âm sẽ là:

+ Điều kiện truyền không có ISI:

Có thể thấy từ (1.12) rằng tín hiệu số truyền được không bị méo nếu h(0) = 1

và ISI ≡ 0 Trong trường hợp như thế, chưa tính đến tạp âm, tín hiệu nhận được đối

với symbol thứ 0 sẽ đúng là A0 Điều này đạt được khi và chỉ khi đáp ứng xung

1, 0( )

Điều kiện (1.13) được gọi là tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất [2]

b) Thiết kế thực tế nhằm truyền tin không có ISI

Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng có dạng [2]:

sin( / ) cos( / )( )

với f N = 1/2T S, được gọi là tần số Nyquist

Hàm truyền của bộ lọc cosine nâng có dạng [2]:

S

f

T T

f

|H RC (f)|

1

0

Đáp ứng xung của một bộ lọc cosine nâng với α = 0.35 tính bằng phần mềm ASTRAS được thể hiện trên hình 1.9b Trong thực tế, α thường nhận các giá trị

trong khoảng [0.2, 0.7]

1.3.2 Các yếu tố tác động tới chất lượng hệ thống

Các yếu tố cơ bản tác động tới chất lượng của hệ thống vô tuyến số dunglượng lớn có thể kể ra như sau [2]:

+ Các loại méo tín hiệu, bao gồm méo tuyến tinh và méo phi tuyến

+ Các loại can nhiễu từ các hệ thống khác tới hệ thống đang xét

+ Các sai lệch về đồng bộ, bao gồm sai lệch pha (phase error) sóng mang nội của máy thu so với sóng mang phát và sai lệch đồng hồ (timing error) giữa

đồng hồ máy thu và đồng hồ máy phát

1.3.3 Mô hình kênh liên tục truyền dẫn tín hiệu số

Kênh từ đầu ra bộ điều chế phần phát tới đầu vào bộ giải điều chế của máythu truyền các tín hiệu dạng sóng số liên tục, được gọi là kênh liên tục, có mô hìnhnhư trên hình vẽ 1.10 [8]

Hình 1.10 Mô hình kênh liên tục truyền dẫn tín hiệu số [1]

+ Méo tuyến tính:

Gây bởi các phần tử tuyến tính trên kênh, bao gồm các mạch lọc phát, thu và

kênh vô tuyến Hàm truyền tổng cộng của cả hệ thống H(f) là:

+ Méo phi tuyến:

Chủ yếu gây bởi HPA phi tuyến Do kẹp giữa các bộ lọc phát và thu, HPA

sẽ làm thay đổi đặc tính của toàn hệ thống và vì vậy ngay cả khi hàm truyền tổng

cộng của cả hệ thống H(f) là lý tưởng (đáp ứng xung h(t) thỏa mãn tiêu chuẩn

Nyquist thứ nhất), ISI cũng sinh ra Tín hiệu có thể bị méo lớn, dẫn đến suy giảmtrầm trọng chất lượng hệ thống

+ Các loại nhiễu chính:

Trên kênh vô tuyến, tín hiệu có thể bị nhiễu đồng kênh CCI (CoChannel Interference) từ các hệ thống khác có tần số gần hoặc bằng tần số công tác f c

1.4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ASTRAS

Phần mềm mô phỏng được sử dụng để mô phỏng kiểm chứng một số nội

dung trong luận văn là gói phần mềm ASTRAS (Analog Simulation of TRAnsmission Systems).

Hình 1.11 Kết cấu gói chương trình ASTRAS

Gói chương trình ASTRAS gồm 3 phần chính: QINPUT, ASTRAS-QL vàASTRAS-NL như được thể hiện trên hình 1.11 [3]

Gói trình con QINPUT (Quick INPUT) được sử dụng để xác định và mô tả cấu trúc

của hệ thống cần mô phỏng cũng như để gán thông số của các khối một cách nhanhchóng, trực quan và thuận tiện cho việc sửa đổi

Séc-măng ASTRAS-QL được sử dụng để mô phỏng các hệ thống M-QAM

tuyến tính Séc-măng này được dùng để đánh giá sơ bộ chất lượng của các hệ

thống M-QAM, trong đó đòi hỏi rất ngặt nghèo về độ tuyến tính Khi được giả định

là hoàn toàn tuyến tính, hệ thống M-QAM có thể mô phỏng được bằng

ASTRAS-QL nhằm xem xét, đánh giá tác động của hàng loạt yếu tố có ảnh hưởng tốt lẫn xấuđến chất lượng của hệ thống

Số liệu đầu vào (số liệu của hệ thống cần mô phỏng)

QINPUT

Séc-măng ASTRAS-NL đã được phát triển cho các trường hợp tổng quát hơn đốivới các hệ thống phi tuyến Kết quả mô phỏng của ASTRAS-NL là mẫu mắt củatín hiệu thu được và BER của hệ thống được cho ở dạng bảng và đồ thị, nhận đượcbằng cách sử dụng phương pháp đánh giá xác suất lỗi tựa giải tích (QA) hayphương pháp Monte-Carlo (MC

Kết luận chương 1

Trong chương 1, những vấn đề quan trọng đối với các hệ thống vô tuyến sốdung lượng lớn đã được trình bày một cách tổng quan, bao gồm sơ đồ khối tiêubiểu của hệ thống, các tác động cơ bản của kênh như sai lệch đồng bộ và các loạiméo, nhiễu, thể hiện qua mô hình kênh liên tục truyền dẫn tín hiệu số Vấn đề vềISI và tiêu chuẩn thiết kế hệ thống để truyền không méo tín hiệu, là nền tảng lýthuyết để xem xét, phân tích các loại méo, cũng đã được đề cập đến trong chươngnày Chương 1cũng đã giới thiệu sơ bộ về phần mềm ASTRAS được sử dụng trongluận văn nhằm mô phỏng các vấn đề về méo tuyến tính và méo phi tuyến cũng nhưcác phương pháp khắc phục sẽ được trình bày kỹ trong các chương 2 và 3

Chương 2 MÉO TUYẾN TÍNH VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

2.1 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MÉO TUYẾN TÍNH

+ Các đặc tính của các bộ lọc phát và thu không thể chế tạo hoàn hảo;

+ Kênh vô tuyến có hàm truyền không lý tưởng trong độ rộng băng tín hiệu(mô-đun hàm truyền không bằng phẳng và/hoặc đặc tuyến pha không tuyến tínhtrong độ rộng băng tín hiệu)

2.1.1 Méo tuyến tính do các bộ lọc chế tạo không hoàn hảo

Các bộ lọc phát và thu trong hệ thống vô tuyến số được sử dụng để hạn chế

bề rộng phổ chiếm của tín hiệu, chia sẻ băng tần số công tác (bộ lọc phát) và chọnlọc tín hiệu, giảm tác động của tạp nhiễu tối đa (bộ lọc thu) Kênh vô tuyến số dovậy có đặc tính của một mạch lọc, có băng thông hạn chế

Cấu trúc mạch lọc SAW được thể hiện trên hình vẽ 2.1

Hình 2.1 Cấu trúc mạch lọc SAW

(Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_acoustic_wave)

Tuy nhiên, các mạch lọc thực tế, dù theo nguyên lý nào cũng thể hiện cácđặc tính sau [9]:

+ Đặc tính tiêu hao không thể đạt vô cùng ngoài băng chắn;

+ Đặc tính tiêu hao không bằng 0 trong dải thông và biểu lộ: a) Gợn sóng; b)

Độ dốc đặc tuyến không đồng đều có thể xấp xỉ được bằng tổng các thành phầnbậc 1 và bậc 2, có xu hướng tiêu hao lớn hơn ở phía tần số lớn hơn của dải thônglọc;

+ Đặc tuyến pha không tuyến tính trong dải thông, cũng có thể xấp xỉ tốtđược bằng tổng các thành phần bậc 1 và bậc 2 và cũng biểu lộ các đặc điểm gợn

sóng trong băng, gây nên hiện tượng trễ nhóm (group delay) không đồng đều trong

băng thông

2.1.2 Méo tuyến tính gây bởi kênh vô tuyến

a) Những đặc tính chung của kênh vô tuyến

+ Kênh vi ba số (vô tuyến chuyển tiếp) dung lượng lớn như đối với các

tuyến đường trục (backbone);

+ Kênh vô tuyến tốc độ bít cao trong thông tin di động các thế hệ sau (từ cácphiên bản sau của các hệ thống 3G hay các hệ thống 4G trong tương lai rất gần);

+ Kênh thông tin vệ tinh địa tĩnh

Các tác động của môi trường truyền dẫn làm thay đổi các tham số đặc trưngcủa sóng điện từ (biên độ, tần số và pha) tại điểm thu

+ Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa , sự hấp thụ này phụthuộc vào tần số công tác, đặc biệt là trong giải tần số cao (> 10GHz)

+ Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí

+ Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trong trường hợp có bề mặtnước và sự phản xạ sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển, đây cũng là mộtyếu tố dẫn tới sự truyền dẫn đa đường

+ Sự phản xạ, nhiễu xạ sóng tại các chướng ngại đối với các hệ thống thôngtin di động cũng gây nên hiện tượng truyền dẫn đa đường

Do các yếu tố kể trên, hệ số suy hao đặc trưng cho quá trình truyền dẫnkhông còn là hằng số nữa như trong không gian tự do mà có thể biểu diễn đượcdưới dạng:

trong đó a(t,f) là hệ số suy hao sóng vô tuyến trong khí quyển, A(t,f) đặc

trưng cho sự phụ thuộc của suy hao năng lượng sóng điện từ vào các hiện tượngkhí quyển, fs là hệ số suy hao trong không gian tự do

b) Pha-đinh do mưa, mù

Sự hấp thụ sóng vô tuyến do môi trường vô tuyến thì chỉ nguy hiểm với các

hệ thống có tần số công tác rất cao, cụ thể là hấp thụ do mưa rào thực sự đáng kểvới các tần số công tác lớn hơn 10 GHz còn hấp thụ do các phân tử khí và sương

mù chỉ có ý nghĩa với các tần số trên 20 GHz Nhìn chung, trong các dải sóng côngtác thực tế hiện nay của các hệ thống vô tuyến số mặt đất, các yếu tố hấp thụ gâybởi các phân tử khí và sương mù hầu như ít có ý nghĩa và pha-đinh do hấp thụ chủyếu gây bởi mưa

c) Pha-đinh đa đường

Hiện tượng truyền dẫn sóng vô tuyến đa đường có thể dẫn đến pha-đinh đa

đường (multipath fading), về vật lý, bản chất của nó là sự giao thoa của các phiên

bản sóng truyền từ cùng 1 nguồn phản xạ, khúc xạ tới điểm thu theo nhiều tia sóng

khác nhau Hình 2.2 minh họa một môi trường truyền đa đường, trong đó tín hiệusóng cực ngắn do phản xạ ở các chướng ngại hay khúc xạ trong khí quyển tới điểmthu theo nhiều đường khác nhau.

Hình 2.2 Truyền sóng đa đường do khúc xạ trong

khí quyển và/hoặc phản xạ từ chướng ngại vật

Đáp ứng xung của kênh vô tuyến như trên hình 2.2 có thể nhận được là phản

ứng lối ra của kênh khi máy phát phát đi một xung Dirac (t) Do trễ khác nhau

giữa các tia sóng, đáp ứng xung lối ra có thể viết theo:

Hàm truyền của kênh theo (2.3) không phải là hằng số theo f.

+ Pha-đinh đa đường phẳng:

Trong trường hợp độ rộng băng tín hiệu W đủ nhỏ, nhỏ hơn nhiều so với độ rộng băng kết hợp B c của kênh, khi đó hàm truyền kênh vô tuyến H c (f) có thể xem như khá bằng phẳng trong băng tín hiệu W

+ Pha-đinh đa đường chọn lọc tần số:

Khi độ rộng băng tín hiệu W lớn hơn độ rộng băng kết hợp B c của kênh vô

tuyến, hàm truyền của kênh vô tuyến H c (f) trở nên không bằng phẳng trong băng tín hiệu W

Hình 2.3 Kết quả đo băng rộng đối với truyền dẫn nhiều tia [2]

Mô hình Rummler [2]

Từ rất nhiều số liệu quan trắc trong các năm 1977  1979, trên một chặng

vô tuyến chuyển tiếp tiêu biểu, băng tần 6 GHz, khoảng cách 26.4 dặm giữaAtlanta và Palmetto, bang Georgia (Mỹ), W D Rummler đã đề xuất mô hìnhthống kê của kênh, hiện được gọi rộng rãi là mô hình kênh Rummler

Đấp ứng tần số hay hàm truyền của kênh, theo Rummler, biểu diễn đượctheo:

Tiền đề của mô hình Rummler, dẫn đến việc mô hình này được gọi là

mô hình 3 tia đơn giản hoá, là một trong hai tia mô tả bằng các số hạng thứ hai và

thứ ba trong (2.4)  tia thứ nhất chẳng hạn  rất gần với tia trực tiếp, tức là W. 1 <<

1 Khi đó (2.4) suy giảm thành:

Gọi tần số f0 mà tại đó mô-đun hàm truyền cực tiểu là tần số khe pha-đinh

(notch frequency) và lấy đó làm điểm tham chiếu, khi đó dạng cuối cùng của mô

Đáp ứng biên độ bình phương và đặc tính trễ nhóm D(f) (là đạo hàm của đặc

tính pha) của hàm mô hình hoá kênh pha-đinh nhiều tia chọn lọc theo tần số theo

mô hình Rummler được xác định theo các công thức (2.7), (2.8) và một thí dụ vềđáp ứng biên độ và trễ nhóm của kênh được vẽ trên hình 2.4

0

|H f c( ) |a  {1 b  2cos[2 ( f  f ) ]} (2.7)

0 2

Hình 2.4 Hàm truyền theo mô hình kênh pha-đinh của Rummler [8]

So sánh với kết quả đo thực nghiệm (hình 2.5), có thể thấy được rằng môhình hàm truyền của kênh pha-đinh chọn lọc do Rummler đề xuất rất sát hợp vớithực tế

Hình 2.5 Một kết quả quét đo tiêu biểu đối với pha-đinh

đa đường trên một kênh vô tuyến ở tần số 6 GHz [2]

Khi b < 1 thì pha-đinh được gọi là pha cực tiểu (minimum phase) do hàm truyền có các điểm không bên nửa trái mặt phẳng s Khi b  1, kênh có pha-đinh pha không cực tiểu (non-minimum phase) do các điểm không của hàm truyền nằm trên nửa phải mặt phẳng s và để thuận tiện hàm truyền (2.6) được biểu diễn lại

Đối với trường hợp pha không cực tiểu, các tham số tương ứng là A2 = – 20lgab [dB], B2 = – 20lg(1  1/b) [dB] và f0 B1 và B2 đều có phân bố mũ với kỳ

vọng M B = 3.8 dB A1 và A2 đều có phân bố chuẩn với độ lệch quân phương 5 dB

Tần số khe pha-đing f0, trong mô hình nguyên thủy của Rummler được tuyên

bố là có phân bố đều trong dải tần số quan tâm Các nghiên cứu chi tiết hơn nữa

cho thấy f 0 có phân bố đều nhảy bậc [8] với hàm mật độ xác suất:

Do (2.10) các tham số a, b có quan hệ yếu đối với nhau Theo kinh nghiệm,

nhìn chung có thể cho là không có pha-đinh đa đường xảy ra khi tổn hao của chặng

vô tuyến nhỏ hơn 19 dB (khoảng 80 lần) [8]

Các trường hợp pha-đing pha cực tiểu với b < 1 và pha không cực tiểu với b

> 1 như trên dẫn đến các công thức khá khác nhau và do đó không thuận tiện trong

tính toán Theo Rummler [8], có thể định nghĩa pha-đinh pha cực tiểu khi  > 0 và pha không cực tiểu khi  < 0, với b < 1 cho cả hai trường hợp Khi này các công

thức tính toán cho cả hai trường hợp giống nhau, ngoại trừ dấu của  Các tham số

chỉ còn là A = – 20lga [dB], B = – 20lg(1 - b) [dB] và f0 với các đặc tính thống kênhư đã nêu trên

Như vậy, mật độ xác suất của độ trễ , do  được chọn (mặc nhận) có độ lớn

là hằng số 0,có thể biểu diễn được theo

p() = 0.5[(  0)+( + 0)], (2.12)

trong đó (t) là hàm xung Dirac.

d) Trải trễ trong môi trường di động

Về mặt thời gian truyền lan, hiện tượng truyền đa đường gây nên hiện tượng

trải trễ (delay spreading), do vậy các phiên bản tín hiệu từ nguồn phát sẽ tới máy

thu với các thời gian trễ khác nhau, dẫn đến các symbol lân cận nhau lấn lên nhau

về thời gian, gây nên hiện tượng ISI, tức là có thể gây méo tín hiệu mạnh Trải trễ

ΔD là lượng trễ tăng lên do truyền đa đường so với độ trễ truyền đơn đường D.

Hình 2.6 minh họa khái niệm trải trễ trong môi trường di động

Hình 2.6 Trải trễ trong môi trường thông tin di động tế bào

Trải trễ là một đặc thù của kênh vô tuyến di động tế bào, đặc biệt quan trọngđối với cả các mô hình kênh pico-cell, micro-cell lẫn macro-cell trong đó sốchướng ngại gây phản xạ đáng kể tín hiệu thường là một số rất lớn Nói một cách

khác, số tia N trong mô hình truyền dẫn đa đường đối với kênh vô tuyến di động số

có thể là một số rất lớn với lượng trải trễ có thể rất lớn, lên tới vài độ rộng của

symbol T S

2.2 CÁC TÁC ĐỘNG CỦA MÉO TUYẾN TÍNH

Như đã trình bày ở mục 2.1, méo tuyến tính trong các hệ thống vô tuyến sốdung lượng lớn, băng rộng về cơ bản gây bởi:

+ Chế tạo các bộ lọc không hoàn hảo;

+ Pha-đinh đa đường chọn lọc tần số;

+ Trải trễ trong các hệ thống vô tuyến di động tế bào

2.2.1 Tác động của méo tuyến tính do chế tạo lọc không hoàn hảo

Méo tuyến tính gây bởi lọc chế tạo không hoàn hảo do vậy có thể đặc trưngqua 10 tham số thể hiện méo biên độ và méo trễ, bao gồm [9]:

- Tham số bậc 1 của đường cong mô-đun hàm truyền trong băng thông;

- Tham số bậc 2 của đường cong mô-đun hàm truyền trong băng thông;

- Biên độ gợn sóng của mô-đun hàm truyền trong băng thông;

- Số chu kỳ gợn sóng của mô-đun hàm truyền trong băng thông;

- Pha của gợn sóng của mô-đun hàm truyền tại đầu băng thông;

- Tham số bậc 1 của đường cong trễ trong băng thông;

- Tham số bậc 2 của đường cong trễ trong băng thông;

t

t

MS BS

- Biên độ gợn sóng của đường con trễ trong băng thông;

- Số chu kỳ gợn sóng của đường cong trễ trong băng thông;

- Pha của gợn sóng của đường cong trễ tại đầu băng thông;

2.2.2 Tác động của trải trễ trong các hệ thống vô tuyến di động tế bào

R S = 1/T S << 1/ΔD (2.13)

Hình 2.7 ISI gây bởi trải trễ trong môi trường vô tuyến di động

Trải trễ trung bình của kênh thì có quan hệ mật thiết, tỷ lệ nghịch với độ

rộng băng kết hợp B c của kênh Do vậy, trải trễ trung bình lớn có nghĩa là B c nhỏ,khi đó ngay cả với các giá trị tuyệt đối của độ rộng băng (tốc độ truyền) không lớnlắm thì vẫn có thể gây nên ISI lớn

2.2.3 Tác động của pha-đinh đa đường chọn lọc

a) Tác động gây méo tuyến tính của pha-đinh đa đường chọn lọc tần số

Giả sử khe pha-đinh rơi vào trong băng tín hiệu làm suy giảm mạnh hơn một

số thành phần tần số trong băng tín hiệu, nếu tăng lượng khuếch đại máy thu đểtăng độ lớn các thành phần tần số bị suy hao mạnh hơn bởi pha-đinh đa đường lênthì các thành phần tần số khác trong băng tín hiệu không bị suy hao pha-đinh lạicòn được khuếch đại lớn lên hơn nữa, khi đó dạng phổ tín hiệu trước giải điều chếrút cục vẫn bị méo dạng như được thể hiện trên hình 2.8

Hình 2.8 Pha-đinh đa đường gây méo dạng phổ không khắc phục được nhờ AGC

b) Mô phỏng máy tính tác động của pha-đinh đa đường chọn lọc

t

t

MS BS

T

S

Để thấy rõ tác động của méo tuyến tính gây bởi pha-đinh đa đường chọn lọc,một số mô phỏng máy tính sử dụng gói phần mềm ASTRAS đã được tiến hành chomột chặng vi ba số có tốc độ 140 Mbps, sử dụng điều chế 64-QAM (một tuyến vi

ba số đường trục Bắc-Nam như vậy đã từng được xây dựng và hiện nay vẫn cònnhiều tuyến như vậy trên mạng viễn thông Việt Nam, chẳng hạn làm đường trụcback-up cho các tuyến cáp quang quan trọng của các nhà khai thác dịch vụ di động

+ Trường hợp tần số khe pha-đinh trùng với tần số sóng mang (f0 = f c):

Kết quả mô phỏng đối với trường hợp f0 = f c, pha-đinh có độ sâu khe ở mức

trung bình B = 3.8 dB được cho trên các hình vẽ 2.9, 2.10 và 2.11.

Hình 2.9 Đáp ứng xung của toàn hệ thống, B = 3.8 dB, f0 = f c

Hình 2.10 Chòm sao tín hiệu thu, B = 3.8 dB, f0 = f c (chưa có tạp âm)

Hình 2.11 Xác suất lỗi BER, B = 3.8 dB, f0 = f c

Kết quả mô phỏng đối với trường hợp f0 = f c, pha-đinh sâu với độ sâu khe

pha-đinh B = 9 dB được cho trên các hình vẽ 2.12, 2.13 và 2.14.

Hình 2.12 Đáp ứng xung của toàn hệ thống, B = 9 dB, f0 = f c

Hình 2.13 Xác suất lỗi BER, B = 9 dB, f0 = f c

Hình 2.14 Chòm sao tín hiệu thu, B = 9 dB, f0 = f c (chưa có tạp âm)

Nhận xét: Từ các kết quả mô phỏng hình 2.9 đến 2.14, có thể thấy rằng độ

sâu khe pha-đinh càng lớn, đáp ứng xung càng không thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist

thứ nhất (đáp ứng xung càng không cắt 0 tại các điểm t = kT S), cụm điểm tín hiệuthể hiện ISI có diện tích càng rộng (méo tín hiệu càng lớn) Khi pha-đinh sâu quámức (ở đây là 9 dB), chòm tín hiệu do ISI tản mát rất rộng đến nỗi hầu như khôngphân biệt được, hệ thống đứt liên lạc ngay cả khi không có tạp âm: BER > 10-3

ngay cả khi SNR (E b /N0) lớn vô cùng

+ Trường hợp tần số khe pha-đinh lệch với tần số sóng mang (f0  f c):

Kết quả mô phỏng đối với trường hợp (f0 – f c )/W0-0 = 0.2, pha-đinh có độ sâu

khe B = 5 dB được cho trên các hình vẽ 2.15 và 2.16, W0-0 = 1/T S Hình 2.17 thể

hiện BER của hệ thống khi B = 6 dB, f0 = f c để so sánh

Hình 2.15 Đáp ứng xung của toàn hệ thống, B = 5 dB, (f0 – f c )/W0-0 = 0.2