Mô hình kênh pha đinh tương quan đường bao

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY TRONG HỆ THỐNG WCDMATAY TRONG HỆ THỐNG WCDMA

3.4.4 Mô hình kênh pha đinh tương quan đường bao

Hai mô hình kênh được đề cập λ trên, LCFCM và SCFCM, rất có ích trong việc tính toán đường giới hạn trên và giới hạn dưới của hiệu năng hệ thống. Để mô hình hoá kênh thực tế của các tín hiệu ănten kép nằm trong hai mô hình kênh này, chứng ta điều chỉnh quá trình do Ertel và Reed phát triển và đưa ra một mô hình kênh pha đinh tương quan đường bao (ECFCM).

Hai tín hiệu ănten phađinh Rayleigh của mỗi một đa đường tỏng ECFCM được giả thiết là có một tương quan đường bao và khác pha do AOA khác không. Giả thiết rằng

trong mô hình kênh,tín hiệu đa đường có AOA khác nhau nhưng thời gian đến hai ănten thì như nhau. Môhình kênh với ba tín hiệu đa đường được minh hoạ trong hình 3.13.

Hai tÝn hiÖu pha ®inh Rayleigh víi t­¬ng

quan ®­êng bao ρe

Hai tÝn hiÖu pha ®inh Rayleigh víi t­¬ng

quan ®­êng bao ρe

Hai tÝn hiÖu pha ®inh Rayleigh víi t­¬ng

quan ®­êng bao ρe s(t)

−j2

e φ

−j0

e φ

−j1

e φ

−1

Z τ

− 2

Z τ

− 0

Z τ

y (t)1

y (t)2

= i

i

2 dsinπ θ

θ λ

Hình 3.13: Mô hình kênh phađinh tương quan đường bao

Quá trình sau được sử dụng để đạt được hai tín hiệu ănten cho mỗi một đa đường.

Đối với một tương quan đường bao ủe, hai tín hiệu phađinh Rayleigh tương quan đuờng bao x= [x1 x2]T tính được từ hai tín hiệu phađinh Rayleigh không tương quan(độc lập) w

= [w1 w2]T và một ma trận L, tức là x = Lw. Ma trận L được cho như sau:

2

1 0

1 (1 ) 1

2

L j

 

 

=  Κ + − Κ 

 

 

(3.11)

Với Κlà tham số liên quan đến tương quan đường bao ủe, và xấp xỉ bằng ρe . Khi được xem xét kỹ thì sự khác pha giữa các tín hiệu x1 và x2 là phụ thuộc vào AOA.

§­êng bao pha ®inh [db]

(a) Đường bao

MÉu

Pha(radian)

(b) Pha

Hình 3.14: Hai tín hiệu pha đinh Rayleigh trong ECFCM

Để sự khác pha là một hàm của AOA khi tín hiệu λ băng tần hẹp, các tín hiệu mới y

= [y1 y2]T có thể được tính từ x như sau:

1 1

2 1

2

2 sin

( )exp( ( ) )

y x

y d

abs x j angel x

y π θ

λ

 

   

=    =  −  

, (3.12)

Với d, ố và λ tương ứng là khoảng cách ănten, AOA, và độ dài bước sóng mang.

Các tín hiệu mới y là các tín hiệu phađinh Rayleigh mong muốn của mỗi một đa đường với một tương quan đường bao ủe và một sự khác pha.

Các kết quả thí nghiệm cho thấy tương quan đường bao ủe của ănen phân tập không gian cho tín hiệu băng tần hẹp trong dải từ 0.12 đến 0.74 đối với các môi trường khác nhau mà khoảng cách giữa hai ănten rất gần (0.1 λ: 0.5 λ). Hình 3.14 đưa ra các ví dụ về đường bao và pha của hai tín hiệu pha đinh Rayleigh trong ECFCM, mô hình kênh này được tạo ra từ thủ tục trên với ủe = 0.5 và tần số Doppler là 120 Hz.

3.4.5 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB 3.4.5.1 Mô hình GBSB

Có hai mô hình GBSB, mô hình GBSB đường tròn và mô hình GBSB elip. Mô hình GBSB đường tròn có thể được áp dụng trong môi trường macrocell λ các vùng ngoại ô thành phố hay vùng nông thôn. Trong khi đó, mô hình GBSB elip có thể được áp dụng

cho môi trường microcell λ các khu vực thành thị. Mô hình GBSB giả thiết rằng các tính hiệu đa đường được tạo ra b λi sự phản xạ của các bộ tán xạ, mà các bộ tán xạ này được phân bố đồng nhất trong một đường tròn và elip xác định trước. Độ trễ, mức công suất trung bình, góc tới của mỗi một tín hiệu đa đường được xác định từ vị trí của các bộ tán xạ.

Trong mô hình GBSB đường tròn, giả thiết là các bộ tán xạ được đặt trong một đường tròn xung quanh một trạm di động như thấy trong hình 3.15. Hai tham số chính của mô hình là D và τm, với D là khoảng cách giữa trạm gốc và trạm di động, τm là thời gian đến lớn nhất (TOA), tức là độ trễ lớn nhất. TOA lớn nhất τm được sử dụng để định nghĩa bán kính của đường tròn

2

m m

c D

R = τ − , với c là vận tốc ánh sáng.

Tr¹m gèc

Tr¹m di

®éng

Bé t¸n x¹ Bé t¸n

x¹

D

θb θs rs

rb Rm

Hình 3.15: Hình học của mô hình GBSB đường tròn

Trong mô hình GBSB elip, trạm gốc và trạm di động được giả thiết là đặt tại tiêu điểm của một hình elip như thấy trong hình 3.16. Hai tham số chính của của mô hình là D và τm, với D là khoảng cách giữa trạm gốc và trạm di động, τm là độ trễ lớn nhất. Độ trễ lớn nhất τm được dùng để định nghĩa đường biên (trục chính và trục phụ ) của elip sao cho trục chính

2

m m

a =cτ

, c là tốc độ ánh sáng. Khi đó mật độ phổ công suất hướng chung của AOA và TOA là:

2 2

, 3

2( 1)( 2 cos 1)

( , )

1 ( cos )

r

m

r r r

f r

r r

θ r

π θ π θ θ

πβ θ

− ≤ ≤

− − +

= − ≤ ≤

Với rm: là giá trị lớn nhất của độ trễ thành phần đa đường chuẩn hóa.

0 m

rm τ

=τ τ0 là độ trễ đường truyền LOS với khoảng cách d0 .

β

Tr¹m gèc

D Bé t¸n x¹

rb rs

θs

θb

am

bm

Tr¹m di

®éng

Hình 3.16: Hình học của mô hình GBSB elip 3.4.5.2 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB

Thủ tục sau đây được sử dụng để lấy thông tin kênh sử dụng mô hình GBSB. Một bộ tán xạ được đặt ngẫu nhiên trong một hình tròn hay một hình elip đã được xác định trước đó. Khoảng cách rb giữa trạm gốc và bộ tán xạ, rs là khoảng cách giữa bộ tán xạ và trạm di động tính được từ vị trí của bộ tán xạ. trễ truyền lan ụ được tính là (rb+rs)/c, với c là tốc độ của ánh sáng. Khi một bộ tán xạ được đặt ngẫu nhiên, thì trễ truyền lan được tính toán cũng giống như trên. Nếu sự sai khác giữa trễ truyền lan mới này với bất cứ một trễ truyền lan đang tồn tại nào lớn hơn độ trễ 1 chip (khoảng 260 ns đối với hệ thống 3GPP WCDMA), khi đó bộ tán xạ vừa mới lắp đặt này được lựa chọn. Mặt khác, bộ tán xạ này bị xoá khi tín hiệu đa đường không thể được phân tích b λi một bộ thu rake. Quá trình này lặp lại cho đến khi đạt được một số lượng đa đường cho trước. Công suất trung bình đơn vị P0 được gán cho tín hiệu đa đường với trễ truyền lan nhỏ nhất ụ0. Công suất trung bình của một tín hiệu đa đường Pi, i≠0 được tính toán bằng cách sử dụng mô hình tổn hao đường truyền trung bình như sau Pi = P0*(ụi/ụ0)-n, với ụi là trễ truyền lan của đa đường và n là hàm mũ tổn hao đường. Thiết lập n = 3.5 trong mô phỏng của chúng ta. AOA của mỗi một tín hiệu đa đường đạt được từ vị trí của bộ tán xạ và trạm di động.

Hình 3.17 minh hoạ các ví dụ của dạng kênh của bốn tín hiệu đa đường đạt được bằng thủ tục trình bày λ trên. Dạng kênh thứ nhất trong hình 3.17(a) là cho mô hình kênh đường tròn GBSB, với khoảng cách D được thiết lập là 2000 m để mô phỏng một môi trường ngoại ô hay nông thôn và độ trễ lớn nhất τm là 35 chip (tương đương với 9.1 μs). Dạng kênh thứ hai trong

TrÔ ®a ®­êng (chip) TrÔ ®a ®­êng (chip)

C«ng suÊt (tuyÕn tÝnh) C«ng suÊt (tuyÕn tÝnh)

(a) M« h×nh ®­êng trßn GBSB (b) M« h×nh elip GBSB

Hình 3.17: Dạng kênh của mô hình elip và đường tròn GBSB

hình 3.17 (b) là cho mô hình kênh elip GBSB, với khoảng cách D được thiết lập là 800 m đối với môi trường tín hiệu thành phố và độ trễ tối đa τm là 20 chip (tương đương với 5.2 μs).Độ trễ lớn nhất của hai mô hình kênh GBSB được lựa chọn sao cho sự khác biệt về mặt thời gian giữa độ trễ lớn nhất τm và độ trễ của tín hiệu truyền thẳng (=D/c) là tương đối bằng nhau (khoảng 9.5 chip đối với hệ thống 3GPP WCDMA) cho cả hai mô hình. Có thể thấy từ hai hình này là tất cả các tín hiệu đa đường của hai mô hình kênh nằm trong cửa sổ thời gian khoảng 10 chip do việc lựa chọn độ trễ lớn nhất.

Một hiện tượng quan trọng của mô hình kênh GBSB là khoảng cách tương đối của tín hiệu đa đường với tín hiệu đa đường thứ nhất trong mô hình kênh đường tròn là nhỏ hơn so với mô hình kênh elip. Do đó, điều này sẽ làm cho tổn hao đường truyền thấp hơn một cách tương đối, tức là, công suất tín hiệu lớn hơn. Hiện tượng này biều hiện rõ nhất trong hai hình vẽ trên. Hiện tượng này cũng dẫn đến một thực tế rất quan trọng.

Khi tín hiệu đa đường đóng vai trò là nhiễu đối với các tín hiệu đa đường khác, các tín hiệu đa đường mạnh của mô hình đường tròn sẽ chịu một nhiễu mạnh. Nếu mức tạp thấp đối với mô hình đường tròn thì SINR chủ yếu là do nhiễu.Do đó, SINR của mô hình đường tròn nhỏ hơn SINR của mô hình elip trong mức tạp âm thấp. Điều này là ngược lại với tạp âm mạnh. SINR của mô hình đường tròn lớn hơn của SINR của mô hình elip trong mức tạp âm cao. Hiện tượng này cũng giải thích được ảnh hư λng của trễ lớn nhất trong mô hình kênh GBSB.