Kênh pha đinh đa đ ng

5.3 Các mô hình kênh thông tin c th

5.3.3 Kênh pha đinh đa đ ng

Trong thông tin vô tuy n, đa đ ng là hi n t ng lan truy n c a tín hi u vô tuy n t i ng ten thu b ng hai ho c nhi u h n hai đ ng truy n nh mô t trong hình 5-6. Các nguyên nhân c a đa đ ng bao g m hi u ng d n trong khí quy n, quá trình ph n x và khúc x t ng đi n ly, s ph n x t m t n c và các v t ch ng ng i trên m t đ t nh các ng n núi và các tòa nhà. Các hi u ng đa đ ng gây ra s giao thoa c ng h ng và tri t tiêu, và s d ch pha c a tín hi u.

Hình 5-6 Kênh đa đ ng

Các tín hi u đa đ ng thu đ c các d ng lan truy n khác nhau khi tín hi u t i b thu t b phát thông qua các đ ng truy n khác nhau. Do đó s có s giao thoa đa đ ng d n đ n pha đinh đa đ ng. Vi c thêm vào s chuy n đ ng c a ho c b phát ho c b thu ho c các đ i t ng xung quanh làm cho biên đ ho c pha c a toàn b tín hi u thu đ c thay đ i trên m t kho ng th i gian xác đnh gây ra pha đinh.

M t mô hình kênh pha đinh đa đ ng có th đ c đ c tr ng m t cách t ng quát nh m t b l c có đáp ng xung

 



 

 K

k

k f

j j

k e e t

a t

h k ck

1

2 .

. . )

(     (5.13)

trong đó K đ c tr ng cho s đ ng truy n tín hi u t b phát đ n b thu trong đó m i đ ng truy n th k đ c đ c tr ng b i h s suy hao ak, đ tr k và đ d ch pha k t i th i đi m t, fc là t n s sóng mang và  là hàm xung Dirac. T ph ng trình (5.13) ta có th th y đ d ch pha bao g m s d ch pha vì quá trình lan truy n trong không gian t do c a thành ph n đa đ ng th k và b t kì đ d ch pha b sung g p ph i trong kênh truy n. Tùy thu c vào đ c tính c a các tham s trong ptr. (5.13) mà ta có các mô hình kênh pha đinh đa đ ng khác nhau. Nh v y, khi tín hi u đ u

vào là tín hi u b ng g c s(t) v i t n s sóng mang fcđ c truy n qua kênh pha đinh đa đ ng, tín hi u thu đ c t ng đ ng b ng g c có th đ c bi u di n b i

 



 





 K

k

k f

j j

k e e st

a t

h t s t

r k c k

1

2 .

. . )

( ) ( )

(     (5.14)

T (5.14) ta th y đ c tín hi u thu đ c bao g m t p h p các b n sao c a tín hi u phát mà m i b n sao đ c đnh c b i ak.ejk.ej2fck và b tr b i m t l ng k. Nói cách khác, có K đ ng truy n khác nhau t c là có K b n sao c a cùng tín hi u t i b thu t i th i đi m t. M i b n sao tr i qua các t n hao khác nhau d n t i biên đ khác nhau, và quưng đ ng khác nhau sinh ra s d ch pha và tr khác nhau.

áp ng t n s hay hàm truy n đ t c a kênh có th thu đ c t (5.14) qua khai tri n Fourier và thu đ c





 K  k

f j f j j k

k k

c

k e e

e a f

H

1

2

2 .

. . )

(     (5.15)

T i m t t n s f xác đ nh, đáp ng t n c ng là t ng c a các s ph c. Nh v y khi các s h ng này c ng tri t tiêu nhau thì đáp ng t n là r t nh ho c th m chí b ng 0 t i t n s đó. Các đi m null trong đáp ng t n c a kênh pha đinh đa đ ng là đi n hình trong h th ng thông tin vô tuy n và đ c xem nh là pha đ nh ch n l c t n s .

Trong tr ng h p các kênh b t bi n theo th i gian, các tham s trong đáp ng xung hay đáp ng t n không ph thu c vào bi n th i gian t. Các tham s này có th đ c xác đ nh qua các phép đo ki m kênh truy n. Khi các tham s đ c xác đ nh, đáp ng t n c a kênh pha đinh đa đ ng d dàng tính đ c qua bi u th c (5.15). M t đo n mư MATLAB tính toán đáp ng t n c a kênh pha đinh đa đ ng đ c cho th y d i đây:

% HH – Hàm đáp ng t n s

% fc – t n s sóng mang

% amp – vector h s biên đ (đ l i)

% tau – vector đ tr

% ff – vector các thành ph n t n s trong b ng t n mô ph ng

% L u ý: Các vector tham s biên đ và đ tr g m K ph n t đ c tr ng

% cho K đ ng truy n khác nhau c a kênh.

HH = amp.*exp(-j*2*pi*fc*tau) * exp(-j*2*pi*tau'*ff);

% Chú ý: tau’*ff là phép nhân ma tr n và tích c a hai hàm m exp c ng

% là nhân ma tr n  t o ra phép tính t ng trong bi u th c đáp ng t n.

M t ví d v mô hình kênh pha đinh đa đ ng đ c cho th y trong các hình 5-7 và 5-8. Trong ví d này, kênh đa đ ng đ c đ c tr ng b i 69 đ ng truy n khác nhau v i các tham s đ c cho th y trong hình 5-7. Hình 5-8 cho th y đáp ng t n t ng ng c a kênh v i các đi m notch đ c tr ng cho tính ch n l c t n s c a kênh vô tuy n.

Hình 5-7 Ví d đáp ng xung c a kênh pha đinh đa đ ng cho th y suy hao, tr và pha c a m i đ ng gi a b thu và b phát.

Hình 5-8 áp ng t n c a kênh pha đinh đa đ ng t ng ng v i đáp ng xung trong hình 5-7 đ c đ c tr ng b i các đi m notch.

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

0 1 2 3 4x 10-5

Delay (s)

Attenuation

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

-4 -2 0 2 4

Delay (s) Phase Shift/

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

-98 -96 -94 -92 -90 -88 -86 -84 -82 -80 -78

Frequency (MHz)

|Frequency Response| (dB)

Trong mô hình kênh bi n đ i theo th i gian mà ph n l n các h th ng vô tuy n hay g p, các tham s bi n đ i theo bi n th i gian t hay ak = ak(t), k = k(t) và

k = k(t). S bi n đ i c a t t c ba tham s này đ u là các quá trình ng u nhiên.

d ch pha có th đ c gi s theo phân b đ u, còn hàm phân b tham s biên đ ph thu c vào ki u pha đinh cùng v i kho ng cách lan truy n (t n hao tuy n).

tr thông th ng đ c mô hình hóa theo phân b Poisson. M t mô t ví d v đáp ng xung c a m t kênh đa đ ng bi n đ i theo th i gian cho th y trong hình 5-9, trong đó đ i v i m t th i đi m tixác đ nh, m i thành ph n đ ng truy n có m t đ tr , biên đ và pha khác nhau.

Hình 5-9 Mô t đáp ng xung c a kênh đa đ ng bi n đ i theo th i gian

Ph thu c vào hàm phân b biên đ các thành ph n ta có các ki u mô hình kênh pha đinh khác nhau. Hai hàm phân b hay đ c s d ng là hàm phân b Rayleigh và hàm phân b Rice t ng ng v i các mô hình kênh pha đinh Rayleigh và mô hình kênh pha đinh Rice.

Hình 5-10 Mô hình kênh pha đinh đa đ ng bi n đ i theo th i gian

Mô ph ng kênh pha đinh đa đ ng bi n đ i theo th i gian c ng có th đ c th c hi n nh mô ph ng b l c FIR ho t đ ng theo d ng r i r c theo th i gian.

Hình 5-10 mô t s đ kh i mô hình kênh pha đinh đa đ ng theo mô hình b l c FIR. S l ng nhánh c a b l c đ c xác đnh b i tích đ tr i tr và t c đ l y m u.

Các nhánh có tr ng s ph c là ng u nhiên tuân theo hàm phân b Gauss. Biên đ tr ng s c a m i nhánh đ c ph n ánh qua m t c t tr công su t. S bi n đ i theo th i gian c a các nhánh có th đ c đ c tr ng b i tham s d ch t n Doppler t c th i liên h v i thành ph n d ch pha m i nhánh có th đ c bi u di n nh sau:

i d

di f

f  cos (5.16)

trong đó i là góc t i c a thành ph n tín hi u đ ng truy n th i, fd là t n s d ch Doppler c c đ i đ c xác đ nh b i

c

d f

c

f v (5.17)

v i v là t c đ chuy n đ ng t ng đ i gi a b phát và b thu. Ví d v đáp ng t n bi n đ i theo th i gian đ c mô ph ng cho th y trong hình 5-11.

Hình 5-11 S ph thu c đáp ng t n theo th i gian t i fc = 1GHz, v n t c v = 10m/s và t n s Doppler c c đ i  33Hz.

Quá trình mô ph ng kênh pha đinh đa đ ng có th đ c th c hi n trong mi n th i gian thông qua tích ch p nh mô t b i ptr. (5.15) hay nh hình 5-10. C n l u ý khi th c hi n phép tích ch p trong MATLAB qua hàm conv, đ dài vector k t qu l n h n đ dài vector tín hi u đ u vào, do v y c n hi u chnh đ dài vector n u c n đ đ ng b v i vector th i gian khi bi u di n k t qu .

-5

0

5

0 50 100 150 200 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70

Frequency (MHz) Time (ms)

|Frequency Response| (dB)