TÌM HIỂU VỀ OFDM VÀ CÁC KỸ THUẬT LIÊN QUAN

LTE phụ thuộc vào 3 yếu tố chính OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access); SCFDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) và anten MIMO. Tìm hiểu chi tiết về các kỹ thuật trong OFDM.

CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY

1.1. GIỚI THIỆU

Ngành công nghiệp mạng không dây đã bắt đầu sáng tạo và phát triểncông nghệ của mình kể từ những năm 1970 Trong vài thập kỷ qua, côngnghệ mạng không dây đã trải qua 4 hoặc 5 thế hệ của cuộc cách mạngcông nghệ và phát triển Các dịch vụ viễn thông trên thế giới đã có mộtbước tiến nhảy vọt trong vài năm qua Chúng ta thấy rằng điều này có thể

là do sự gia tăng từng ngày về số lượng người sử dụng dịch vụ viễnthông Trong thời điểm hiện tại, có bốn thế hệ trong ngành công nghiệpmạng di động Đó lần lượt là 1G- thế hệ đầu tiên, 2G- thế hệ thứ hai, 3G-thế hệ thứ ba, và sắp tới là 4G Ngày nay các công nghệ không dây và diđộng khác nhau đang hiện diện như mạng di động thế hệ thứ ba (SystemUMTS- Universal Mobile Telecommunication, CDMA2000), LTE (LongTerm Evolution), Wi-Fi (IEEE 802.11 mạng không dây), WiMAX (IEEE802.16), cũng như các mạng cảm biến, hoặc vùng mạng cá nhân (ví dụnhư Bluetooth, ZigBee) Thiết bị đầu cuối di động bao gồm các giao diệnkhác nhau như GSM được dựa trên chuyển mạch Tất cả các mạng khôngdây và điện thoại di động thực hiện các nguyên tắc All-IP, có nghĩa là tất

cả các dữ liệu và tín hiệu sẽ được chuyển qua IP (Internet Protocol) trênlớp mạng

Ngày nay điện thoại có tất cả mọi thứ từ kích thước nhỏ nhất, bộ nhớ điệnthoại rất lớn, quay số nhanh, xem video, máy nghe nhạc, và camera vv Trước đó với tính năng hồng ngoại, bạn có thể chia sẻ dữ liệu trong mộtđường nhìn thấy có nghĩa là hai thiết bị được căn chỉnh chính xác đểtruyền dữ liệu, nhưng trong trường hợp của bluetooth bạn có thể chuyển

dữ liệu ngay cả khi bạn để điện thoại di động trong túi của bạn lên đếnmột phạm vi 50 mét

1.2. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ

MOBILE

Điện thoại di động được dùng hàng ngày bởi hàng tỷ người dùng trêntoàn thế giới Năm 1945, thế hệ 0G của điện thoại di động đã được giới thiệu.Dịch vụ điện thoại di động này, không được chính thức phân loại như mạng diđộng, khi đó chúng không hỗ trợ sự thay đổi tự động của kênh tần số trongkhi gọi 1G (Time Division Multiple Access và Frequency Division MultipleAccess) là hệ thống mạng viễn thông không dây ban đầu vàđến nay đã khôngcòn Các "điện thoại cục gạch" là các thiết bị sử dụng công nghệ 1G.Mạngkhông dây di động bắt đầu với 1G sau đó tiến đến 2G Điện thoại diđộng được nâng cấp lớn đầu tiên khi chúng đi từ 1G đến 2G Bước nhảy vọthiệu quả này đưa điện thoại di động từ tương tự sang kỹ thuật số 2G và 2.5G

là phiên bản của các kết nối GSM và CDMA Và đến bây giờ GSM vẫn làcông nghệ phổ biến nhất, nhưng không có internet GPRS là dịch vụ bổ sung,được cung cấp qua GSM cho mục đích truy cập internet EGPRS đã được tạo

ra từ sự phát triển của GPRS với các đặc điểm cải tiến như: an toàn và nhanhhơn so với GPRS

Sau đó đến công nghệ 3G(CDMA) 3G là viễn thông không dây đầu tiêncung cấp kết nối internet băng thông rộng trên điện thoại di động và đã đượctạo ra đặc biệt cho những nhu cầu của internet trên điện thoại thông minh.Mạng di động tiếp tục phát triển dẫn đến việc tạo ra 3.5G, được cung cấp chomong muốn kết nối internet nhanh trên điện thoại, tăng lên với tốc độ 7.2Mbps Một điện thoại thông minh có thể được kết nối với một máy tính đểchia sẻ kết nối internet, 3G và 3.5G là lý tưởng cho việc này Nhược điểm lớncủa công nghệ WCDMA là không có sẵn và phổ biến như GSM Trước khichuyển đổi từ mạng không dây 2G sang mạng không dây 3G, mạng khôngdây 2.5G được tạo ra nhưng không có hỗ trợ gì đáng kể Sau 2.5G, 3G cungcấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, có thể sử dụng điện thoại di động

streaming video (ví dụ như đoạn phim và truyền hình), âm thanh và nhiều hơnnữa Các công ty điện thoại di động ngày nay đang dành rất nhiều tiền đểquảng bá cho bạn sự quan trọng của mạng 3G của họ Trong khi tiêu chuẩnEDGE GSM ("2.9G"), điện thoại không dây DECT và các tiêu chuẩn di động

Wi MAX chính thức cũng thực hiện đầy đủ các yêu cầu IMT-2000 và đượcchấp nhận như là tiêu chuẩn 3G của ITU, chúng không là 3G điển hình, vàđược dựa trên công nghệ hoàn toàn khác nhau

Công nghệ điện thoại di động4G, đề cập đến sự phát triển hoàn toàn mới(OFDMA), sẽ cung cấp cho internet lên đến tốc độ của 1Gbps.4G vượt quanhững vấn đề mạng yếu và sẽ cung cấp một mạng lưới rộng lớn hơn nhiều,đảm bảo rằng người dùng có được kết nối tốc độ cao mọi lúc mọi nơi

1.2.1 Hệ thống 1G wireless

Hình 1 1: Hệ thống 1G

Công nghệ không dây thế hệ đầu tiên (1G) là công nghệ sử dụng sóngtương tự, điện thoại di động chuẩn truyền tín hiệu thoại, được phát triển vàonhững năm 1980 Công nghệ 1G thay thế công nghệ 0G, trong đó một số hệthống di động đặc trưngnhư hệ thống điện thoại di động (MTS), hệ thống điện

thoại di động cao cấp (AMTS), dịch vụ điện thoại di động cải thiện (IMTS)

và Push to Talk (PTT)

Đặc điểm của 1G:

động tương tự đạt tốc độ 2.4kbps

ra bởi Mỹ và là một hệ thống điện thoại di động 1G

1.2.2 Hệ thống 2G wireless

Hình 1 2: Hệ thống GSM (2G)

Mạng không dây di động 2G được đưa ra thị trường trên chuẩn GSM ởPhần Lan trong năm 1991, cho phép cường độ truy cập lớn hơn nhiều Côngnghệ 2G cho phép các mạng điện thoại di động khác nhau cung cấp các dịch

vụ như tin nhắn văn bản, tin nhắn đa phương tiện (MMS) Công nghệ 2G làhiệu quả hơn hiệu quả hơn công nghệ 1Gở khả năng giữ an toàn cho cả ngườigửi và người nhận Tất cả tin nhắn văn bản được mã hóa bằng kỹ thuật số

Công nghệ 2G bắt nguồn từ châu Âu, nhưng bây giờ được sử dụng tạihơn 212 quốc gia trên thế giới và công nghệ đầu tiên thiết lập chuyển vùngquốc tế Điều này cho phép các thuê bao di động sử dụng kết nối điện thoại ởnhiều nước khác nhau trên thế giới được dựa trên các tín hiệu kỹ thuật số,không giống như các công nghệ 1G chỉ được sử dụng để truyền tín hiệu tương

tự GSM cho phép sử dụng các dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) cho bất kỳ mạng

di động ở bất cứ thời điểm nào Công nghệ này là mang lại lợi ích đồng thờicho cả nhà khai thác mạng và người sử dụng

Di động Viễn thông Quốc tế 2000 (IMT - 2000), được biết đến như côngnghệ 3G là một thế hệ các tiêu chuẩn cho điện thoại di động và các dịch vụviễn thông di động thực hiện thông số kỹ thuật của Liên minh Viễn thôngQuốc tế Mạng 3G cũng được gọi là IMT-2000

Các đặc điểm của 3G:

tính (WCDMA, WLAN và Bluetooth) và khu vực thiết bị di động (điệnthoại di động và GPS)

Calls, Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS), chơi game 3D, Gaming, vv cũng có sẵn với điện thoại 3G

Multi-Tính năng cơ bản của công nghệ 3G là tốc độ truyền tải dữ liệu nhanhchóng Công nghệ 3G rất linh hoạt, có thể hỗ trợ các công nghệ không dâylớn là IMT-DS (lan truyền trực tiếp), IMTMC (multi carrier), IMT-TC (mãthời gian), IMT-SC (single carrier) FDMA chỉ có một giao diện vô tuyếnđược gọi là IMT-FC hoặc mã tần số Mục đích của 3G là để cho phép nhiều

vùng phủ sóng và tốc độ tăng trưởng cao sử dụng vốn đầu tư tối thiểu Cácbăng thông và vị trí có sẵn cho các thiết bị 3G cho phép tăng các ứng dụngtrước đây không có sẵn trên điện thoại di động.

Hình 1 3: Hệ thống 3G

1.2.4 Hệ thống 4G wireless

Hình 1 4: Hệ thống 4G.

Mạng 4G là thế hệ mạng tiếp theo của 3G, cho phép tốc độ tải cao nhấtđạt xấp xỉ 100Mbps tại các thiết bị, phương tiện, có tính di động cao (như tàulửa, xe hơi) và 1Gbps tại các vật thể, phương tiện, thiết bị có tính di độngthấp Đó cũng là những tiêu chuẩn cơ bản nhất của mạng 4G, được bộ phậnthông tin vô tuyến trực thuộc Liên minh viễn thông quốc tế (có tên đầy đủ làInternational Telecomunications Union-Radio, gọi tắt là ITU-R) chính thứcthiết lập vào tháng 3 năm 2008

Tuy nhiên đó chưa phải là tất cả những chuẩn cơ bản nhất của 4G, theo đóITU-R quy định một tập hợp đầy đủ các chuẩn của IMT-Advanced phải baogồm các yêu cầu sau:

• Dựa vào gói mạng chuyển mạch All IP

• Tốc độ tải cao nhất đạt xấp xỉ 100Mbps tại các thiết bị, phương tiện, cótính di động cao (như tàu lửa, xe hơi) và 1Gbps tại các vật thể, phươngtiện, thiết bị có tính di động thấp

• Có thể tự động chia sẻ và sử dụng tài nguyên mạng để hỗ trợ nhiềungười dùng cùng một lúc.

• Sử dụng các kênh có băng thông được mở rộng lên đến 5-20 MHz, tuỳchọn đên 40 MHz

• Hiệu quả băng thông (là lượng thông tin có thể truyền tải qua một băngthông sẵn có trong một hệ thống giao tiếp cụ thể nào đó) cao nhất phảiđạt mức 15 bit/s/Hz khi tải về, và 6.75 bit/s/Hz khi tải lên mạng

• Hiệu quả băng thông của hệ thống phải đạt mức 3 bit/s/mạng khi tảitrang và 2.25 bit/s/mạng khi sử dụng trong nhà

• Truyền tải dữ liệu trên các mạng không đồng nhất phải diễn ra trơn tru,

Theo đặc tả kỹ thuật, hướng DL chế độ FDD và TDD đều dựa trên kỹ thuậtOFDM truyền thống Trong hệ thống OFDM, phổ tần số có sẵn được chiathành nhiều sóng mang, được gọi là các sóng mang thứ cấp (Sub-carriers).Mỗi sóng mang thứ cấp được điều chế độc lập bởi chuỗi dữ liệu tốc độ thấp.WiMAX, WLAN và các công nghệ phát quảng bá như DVB đều sử dụng kỹthuật OFDM Trong miền thời gian, GI (Guard Intervals) có thể được thêmvào mỗi ký hiệu (Symbols) để khử nhiễu liên ký hiệu OFDM (inter-OFDM-symbol-interference) do hiện tượng trì hoãn trong quá trình trải phổ Trong E-UTRA, GI được chèn trước mỗi ký hiệu OFDM theo một chu kỳ (cyclic

prefix) nhất định Đây là kỹ thuật có khả năng tránh được hiện tượng nhiễu đađường và giúp việc xây dựng thiết bị thu đạt hiệu quả cao.

OFDMA được xem là phương án tối ưu cho hướng DL nhưng hướng UL thìchưa được thuận lợi Điều này là do thuộc tính của OFDM có tỷ lệ công suấtđỉnh trung bình (PAPR - Peak-to-Average Power Ratio) thấp, làm ảnh hưởngđến việc truyền tín hiệu của hướng UL Do đó, hướng UL của chế độ FDD vàTDD sẽ sử dụng kỹ thuật đa phân chia tần số sóng mang đơn SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) theo chu kỳ Các tínhiệu SC-FDMA có tín hiệu PAPR tốt hơn OFDMA Đây là một trong những

lý do chính để chọn SC-FDMA cho LTE PAPR giúp mang lại hiệu quả caotrong việc thiết các bộ khuếch đại công suất UE, và việc xử lý tín hiệu củaSC-FDMA vẫn có một số điểm tương đồng với OFDMA, do đó, tham sốhướng DL và UL có thể cân đối với nhau Tín hiệu SC-FDMA được tạo rabằng kỹ thuật trải phổ DFT-OFDM (DFT-s-OFDM) (xem hình 4)

Hình 4: Sơ đồ khối DFT-s-OFDM

E-UTRA hướng UL cũng sử dụng các kỹ thuật điều chế QPSK, 16QAM và

64 QAM Với DFT-s-OFDM, việc biến đổi Fourier rời rạc (DFT - Discrete

Fourier Transform) kích thước M-Point FFT được áp dụng đầu tiên trong khốicác ký hiệu điều chế DFT chuyển đổi các ký hiệu điều chế thành miền tần số.Kết quả sẽ được ánh xạ vào các sóng mang thứ cấp có sẵn Hướng UL chỉ chophép định vị truyền dẫn trên các Sub-carrier liên tục Trước khi được chuyểnđổi từ song song sang nối tiếp, N-point IFFT được thêm vào một chu kỳ.

Do đó, việc xử lý DFT có sự khác biệt cơ bản giữa tín hiệu SC-FDMA vàOFDMA Điều này sinh ra thuật ngữ "DFTspread-OFDM" Trong tín hiệuSC-FDMA, mỗi Sub-carrier sử dụng để truyền tải thông tin có chứa tất cả các

ký hiệu điều chế, do đó, chuỗi dữ liệu đầu vào phải được trải phổ bằng biếnđổi DFT trên các Sub-carrier có sẵn Ngược lại, mỗi Sub-carrier của tín hiệuOFDMA chỉ mang thông tin có liên quan đến các ký hiệu điều chế cụ thể

Anten MIMO

Hình 5: Khối anten MIMO 2x2

MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được các yêu cầu đầy tham vọng

về thông lượng và hiệu quả trải phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten ởmáy phát và máy thu Với hướng DL, MIMO 2x2 (2 anten ở thiết bị phát, 2anten ở thiết bị thu) được xem là cấu hình cơ bản, và MIMO 4x4 cũng được

đề cập và đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết Hiệu năng đạt được tùy thuộcvào việc sử dụng MIMO Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatialmultiplexing) và phát phân tập (transmit diversity) là các đặc tính nổi bật củaMIMO trong công nghệ LTE

Spatial Multiplexing: Ghép kênh không gian cho phép phát các chuỗi dữ liệukhác nhau đồng thời nhằm tận dụng triệt để tài nguyên sóng của kênh vôtuyến Các chuỗi dữ liệu này có thể là của một người dùng đơn lẻ (single userMIMO hay SU-MIMO) hay nhiều người dùng (Multi User MIMO hay MU-MIMO).

Hình 5 minh họa đơn giản về đa phân chia theo không gian Trong ví dụ này,mỗi anten phát sẽ phát đi một chuỗi dữ liệu khác nhau Mỗi anten thu có thểnhận nhiều chuỗi dữ liệu từ cả hai anten phát

Transmit Diversity: Kỹ thuật phân tập đã được biết đến từ WCDMA release

99 và cũng sẽ là một phần của LTE Thông thường, tín hiệu trước khi phátđược mã hóa để tăng hiệu quả ứng phân tập MIMO được sử dụng để khaithác việc phân tập và mục tiêu là làm gia tăng tốc độ Việc chuyển đổi giữaMIMO truyền phân tập và ghép kênh không gian có thể tùy thuộc vào việc sửdụng kênh tần số

Mỗi công nghệ điều có thế mạnh riêng của nó LTE và WiMAX cũng vậy.WiMAX có thể là sự lựa chọn phù hợp cho việc cung cấp Internet băng rộngtốc độ cao và một số dịch vụ cần băng thông khác ở một số vị trí nhất địnhnào đó Còn với LTE, lợi thế về tính kế thừa thế hệ trước là một thế mạnh Vàthực tế cho thấy rằng, LTE đang tận dụng tốt điều đó Ở thời điểm này có thểkhẳng định rằng LTE đang trên đà thắng thế

1.3 Những tồn tại khó khăn về kỹ thuật trong lĩnh vực

dung lượng hệ thống đáng kể nhưng nó lại dẫn đến sự gia tăng nhiễu đồngkênh và nhiễu xuyên kênh do mật độ phân bố cao của người dùng trong mộtcell Do đó dung lượng hệ thống không cao.

Bên cạnh đó chất lượng dịch vụ của người dùng cũng giảm do fading vànhiễu đồng kênh, nhiễu xuyên kênh khi họ di chuyển Các hệ thống thông tin

di động thế hệ ba sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụthoại và số liệu tốc độ thấp hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao,video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng sẽ lên đến 2MHz.Nhưng tốc độ cực đại này chỉ có trong các ô pico trong nhà, còn các dịch vụvới tốc độ 14.4Kbps sẽ được đảm bảo cho di động thông thường ở các ômacro

Những khó khăn trên sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật MIMO_OFDM.Trong

đồ án này sẽ tập trung trình bày kỹ thuật này

1.3.1 Môi trường vô tuyến trong thông tin di động.

Trong một kênh vô tuyến lý tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tínhiệu đến trực tiếp và sẽ là bản thu được hoàn hảo của tín hiệu khác Tuynhiên, trong một kênh thực tế, tín hiệu bị thay đổi trong suốt quá trình truyền,tín hiệu nhận được sẽ là sự tổng hợp của các thành phần bị suy giảm, thànhphần phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ của tín hiệu khác Quan trọng nhất là kênhtruyền sẽ cộng nhiễu vào tín hiệu và có thể gây ra sự dịch tần số sóng mangnếu máy phát hoặc thu di chuyển (hiệu ứng Doppler) Chất lượng của hệthống vô tuyến phụ thuộc vào các đặc tính kênh truyền Do đó, hiểu biết vềcác ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu là vấn đề rất quan trọng

Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máy phát

và máy thu Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loạinhiễu như: nhiễu Gauss trắng cộng, Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số,Fading nhiều tia…Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên

ngoài và nhiễu giao thoa là rất lớn Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền

đa đường và chịu ảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọntần số

Sự phản xạ: xuất hiện khi sóng điện từ được truyền đi, va đập trên một vật cóchiều dài rất lớn so với bước sóng của sóng điện từ Phản xạ xuất hiện từ mặtđất, các tòa cao ốc…

Sự nhiễu xạ: xuất hiện khi đường truyền vô tuyến giữa bộ phát và bộ thu bịmột bề mặt có cạnh nhọn chặn lại, những sóng phụ do vật cản tạo ra ở khắpnơi

Ở tần số cao, nhiễu xạ cũng như phản xạ phụ thuộc vào dạng hình học của vậtthể, biên độ, pha và sự phân cực của sóng tới tại điểm nhiễu xạ Mặc dùcường độ trường giảm nhanh khi bộ thu đi vào vùng chắn (vùng tối), cường

độ nhiễu xạ cũng có và thường là đáng kể để tạo tín hiệu có ích

Sự tán xạ: xuất hiện khi sóng lan truyền qua môi trường mà độ dài của các vậtthể là nhỏ so với bước sóng và số vật cản trên đơn vị thể tích môi trường là rấtlớn Các bề mặt nhấp nhô, những vật thể nhỏ, sự thay đổi bất thường của kênhtruyền tạo ra sóng tán xạ Thực tế thì tán lá rậm, bảng đường, cột điện tạo rahiện tượng tán xạ trong thông tin di động

Với đặc tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chiabăng thông gốc thành rất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đãkhắc phục được ảnh hưởng của fading lựa chon tần số, các kênh con có thểđược coi là các kênh fading không lựa chọn tần số Với việc sử dụng tiền tốlặp (CP), kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của fading nhiều tia,đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang

1.3.2 Méo biên độ

1.3.2.1 Mô hình fading Rayleigh

Mobile Station (MS) không chỉ nhận tín hiệu phát mà còn nhận nhiều phiênbản của tín hiệu phát do phản xạ hoặc nhiễu xạ từ các tòa nhà và các yếu tốkhác Pha của tín hiệu nhận là tổng pha của các tín hiệu, với mỗi pha thay đổi

] Từ lí thuyết giới hạn trung tâm ta có dạngsóng nhận được có đặc tính nhiễu Gaussian thông dải Vì vậy hàm pdf của cácthành phần đồng pha và vuông pha của tín hiệu nhận được là Gaussian vớitrung bình không và phương sai đồng nhất theo định lí giới hạn trung tâm.Hình bao pdf của chúng theo phân bố Rayleigh:

Hình 1.1: Hàm pdf theo phân bố Rayleigh.

1.3.2.2 Mô hình fading Rician

Nếu trong số những thành phần của tín hiệu nhận được có một đường trội nhưđường truyền trực tuyến các thành phần đồng pha và vuông pha không còn cótrung bình không dù phương sai của chúng vẫn giống nhau Khi đó hàm pdfcủa tín hiệu nhận được có phân bố Rician:

2 2 2

2 0

Gọi K là tỉ số năng lượng giữa thành phần trội với các thành phần tán xạkhác:

, phân bố là xấp xỉ Gaussian Vìvậy có thể nói kênh fading Rician là trường hợp chung nhất

Thành phần trội thường làm giảm đáng kể độ sâu fading Về mặt BER fadingRician có chất lượng cao hơn fading Rayleigh

Hình 1.2: Hàm pdf Rician với những giá trị khác nhau của K.

1.3.2.3 Thống kê của fading

a) Fast fading.

Tín hiệu băng tần gốc thay đổi nhanh như thế nào so với tốc độ thay đổi củakênh sẽ quyết định một kênh là slow fading hay fast fading Trong một kênhfast fading, đáp ứng xung của kênh thay đổi nhanh trong một chu kì symbol

Và thường do phản xạ nhiều tia của sóng truyền, do các vật thể tán xạ nhưnhà cửa hoặc rừng cây…Người ta thường xét fading trong từng 1/2 bướcsóng Hình bao của tín hiệu nhận được có fast fading thường theo phân bốRayleigh hoặc Rician

Hai thông số quan trọng của fast fading là tốc độ vượt mức và thời gianfading trung bình Tốc độ vượt mức định nghĩa là tổng số lần bị fading trongmột khoảng thời gian chia cho chính khoảng thời gian đó Nếu biết được thờigian fading trung bình ta có thể chọn kỹ thuật mã hóa kiểm soát lỗi thích hợptrong truyền dẫn số Còn thời gian fading trung bình là tổng thời gian củatừng fading chia cho tổng số lần xảy ra fading Giá trị này dùng để ước đoán

số bit bị lỗi trong một lần fading Điều này lại được sử dụng để chọn phươngthức mã hóa kênh thích hợp trong hệ thống Trong thực tế fast fading chỉ xuấthiện với tốc độ dữ liệu rất thấp

Một kênh đựơc gọi là fast fading hay slow fading không hẳn nó là kênhfading phẳng hay kênh fading lựa chọn tần số Fast fading chỉ đề cập đến tốc

độ thay đổi của kênh do sự chuyển động Một số người thường nhầm lẫn giữathuật ngữ fast fading và slow fading với thuật ngữ fading diện rộng và fadingdiện hẹp Cần nhấn mạnh rằng fast fading và slow fading liên quan đến mốiquan hệ giữa tỉ lệ thời gian thay đổi trong kênh và tín hiệu phát, mà khôngliên quan đến mô hình suy hao đường truyền

1.3.3 Suy hao đường truyền.

Tại anten phát, các sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng (nghĩa làsóng được mở rộng theo hình cầu) Ngay cả khi chúng ta dùng anten địnhhướng để truyền tín hiệu, sóng cũng được mở rộng dưới dạng hình cầu nhưngmật độ năng lượng khi đó sẽ được tập trung vào một vùng nào đó do ta thiết

kế Vì thế, mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ với diện tích mặt cầu Haynói cách khác là cường độ sóng giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách

Công suất thu được sau khi truyền tín hiệu qua một khoảng cách R:

Hoặc ta có thể viết lại là:

R T R

T R

T

G G f R c G

=-10logG T -10log10G R +20logf+20logR-47.6dB (1.7)

Nói chung truyền dẫn trong không gian tự do rất đơn giản, chúng ta có thểxây dựng mô hình chính xác cho các tuyến thông tin vệ tinh và các tuyến liênlạc trực tiếp (không bị vật cản) như các tuyến liên lạc vi ba điểm nối điểmtrong phạm vi ngắn Tuy nhiên, cho hầu hết các tuyến thông tin trên mặt đấtnhư thông tin di động, mạng LAN không dây, môi trường truyền dẫn phức tạphơn nhiều do đó việc tạo ra các mô hình cũng khó khăn hơn Ví dụ đối vớinhững kênh truyền dẫn vô tuyến di động UHF, khi đó điều kiện về không gian

tự do không được thỏa, chúng ta có công thức tính suy hao đường truyền nhưsau:

R h

h G

G

L pl = − 10 log T − 10 log R − 20 log BS − 20 log10 MS − 40 log

(1.8)

1.3.4 Trải trễ trong hiện tượng đa đường.

Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phần phản

xạ Tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp vì nó phải truyền qua mộtkhoảng dài hơn, và như vậy nó sẽ làm năng lượng thu được trải rộng theo thờigian Khoảng trải trễ (delay spread) được định nghĩa là khoảng chênh lệchthời gian giữa tín hiệu thu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng

Hầu hết các loại nhiễu trong hệ thống thông tin vô tuyến có thể được mô hìnhhoá chính xác nhờ dùng dữ liệu Gauss trắng cộng (AWGN).

Như vậy tín hiệu khi truyền qua kênh truyền AWGN phải thêm vào một tínhiệu ngẫu nhiên không mong muốn phân bố theo hàm Gauss:

2 2

( ) 2