Mở đầu GVHD: TS. Hồ Văn Khƣơng TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo trƣờng truyền, cũng nhƣ lựa chọn đƣợc phƣơng pháp tách sóng phù hợp nhằm nâng cao chất lƣợng hệ thống mà vẫn đảm bảo độ phức tạp thực hiện hợp lý. Vì thế, đề tài này có tính ứng dụng thực tiễn cao, các chuẩn và công nghệ không dây hiện nay sử dụng kỹ thuật OFDM: IEEE 802.15a Ultra Wideband (UWB) Wireless PAN.16d, e (WiMAX), WiBro, và HiperMAN Wireless MANs.20 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA).
DVB (Digital Video Broadcast) terrestrial TV systems: DVB-T, DVB-H, T- DMB và ISDB-T. 3GPP UMTS , 3GPP LTE, 4G Bố cục luận văn Luận văn bao gồm 5 chƣơng: Chƣơng 1 - Kênh truyền vô tuyến : Tổng quan về các nguyên nhân và ảnh hƣởng của fading, đƣa rác khái niệm về fading chọn lọc kép. Chƣơng 2 – Hệ thống OFDM trong môi trƣờng fading chọn lọc kép: Khái quát về kỹ thuật OFDM, phân tích ảnh hƣởng của fading chọn lọc kép đến hệ thống OFDM. Đồng thời đƣa ra mô hình cần khảo sát trong luận văn này và phân tích biểu thức tín hiệu ở đầu thu ở dạng toán học.
Chƣơng 3 – Các kỹ thuật tách sóng: Tập trung vào phân tích xác suất lỗi ký tự của hệ thống sử dụng kỹ thuật tách sóng ZF. Phân tích so sánh khả năng làm giảm nhiễu của tín hiệu sau tách sóng giữa kỹ thuật ZF và MMSE. Chƣơng 4 – Mô phỏng và đánh giá kết quả: So sánh sự chính xác của kết quả mô phỏng thông qua vẽ SER phân tích ở chƣơng 3 và SER dùng mô phỏng. Đánh giá sự ảnh hƣởng của các thông số đến chất lƣợng hệ thống, từ đó rút ra nhận xét và đƣa ra hƣớng chọn thông số và kỹ thuật tách sóng phù hợp.
Chƣơng 5 – Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài. Luận văn thạc sĩ -3- HVTH: Nguyễn Quang Sang Chƣơng 1: Kênh truyền vô tuyến GVHD: TS. Hồ Văn Khƣơng TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo II.
NỘI DUNG CHƢƠNG 1: KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 1. Giới thiệu chƣơng Trong các hệ thống thông tin vô tuyến, tín hiệu phát lan truyền theo nhiều đƣờng từ máy phát đến máy thu, có thể do sự phản xạ của các sóng vô tuyến từ những toà nhà xung quanh hay các chƣớng ngại vật khác, đƣợc gọi là sự lan truyền đa đƣờng. Mỗi đƣờng có mối quan hệ khác nhau giữa trãi trễ đa đƣờng và các sự suy giảm biên độ, khi tổng hợp tại máy thu, kết quả là có sự suy giảm không giống nhau của các thành phần tần số khác nhau và/hoặc sự thay đổi về pha. Đây là fading chọn lọc tần số.
Những đặc tính quan trọng khác liên quan đến sự di chuyển tƣơng đối giữa máy phát và máy thu, hoặc một số đặc tính thay đổi thời gian của môi trƣờng lan truyền là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi thời gian của kênh truyền, có nghĩa là dẫn tới sự thay đổi về thời gian và sự suy giảm các các thành phần trong mỗi đƣờng. Đây là fading thay đổi theo thời gian hay fading chọn lọc thời gian. Từ đó, khái niệm fading chọn lọc kép ra đời, hệ thống OFDM hoạt động trong môi trƣờng fading chọn lọc kép (sẽ đƣợc trình bày ở chƣơng 2), có nghĩa là tín hiệu phát OFDM sẽ bị tác động bởi fading chọn lọc tần số đồng thời với fading chọn lọc thời gian do kênh truyền gây ra. Định nghĩa fading Nếu đƣờng truyền vô tuyến từ phía phát đến phía thu có chƣớng ngại vật thì ta sẽ gặp hiệu ứng fading.
Trong trƣờng hợp này, tín hiệu sẽ đến nơi thu từ nhiều đƣờng khác nhau, mỗi đƣờng là một bản sao của tín hiệu gốc. Tín hiệu trên mỗi đƣờng này có trải trễ khác nhau không đáng kể và độ lợi cũng khác nhau không đáng kể. Sự trải trễ này làm cho tín hiệu từ mỗi đƣờng bị dịch pha so với tín hiệu gốc và ở phía thu sẽ tổng hợp các tín hiệu từ các đƣờng này dẫn đến tín hiệu thu đƣợc tổng cộng sẽ bị suy biến (degraded). Luận văn thạc sĩ -4- HVTH: Nguyễn Quang Sang Chƣơng 1: Kênh truyền vô tuyến GVHD: TS.
Hồ Văn Khƣơng TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Hình 1.1: Hiện tượng fading xảy ra do ảnh hưởng của địa hình và chướng ngại vật.1) k 0 với: + hc(t) : Độ lợi tổng hợp của kênh truyền tại thời điểm t. + ak : Độ lợi đƣờng thứ k. + k : Độ trễ truyền dẫn đƣợc chuẩn hóa tƣơng ứng với đƣờng thứ k.
+ 0 : Độ trễ truyền dẫn đƣợc chuẩn hóa tƣơng ứng với đƣờng truyền thẳng LOS (Light Of Sight). + k k 0 : Độ lệch thời gian giữa đƣờng thứ k so với đƣờng LOS. Trong fading, những tín hiệu phản xạ bị trễ đƣợc cộng vào tín hiệu chính, làm cho hoặc là tăng cƣờng độ mạnh của tín hiệu hoặc là fading sâu (deep fading). Khi xảy ra fading sâu thì gần nhƣ tín hiệu bị mất, mức tín hiệu quá nhỏ để bộ thu có thể nhận biết dữ liệu thu đƣợc là gì.
Luận văn thạc sĩ -5- HVTH: Nguyễn Quang Sang Chƣơng 1: Kênh truyền vô tuyến GVHD: TS. Hồ Văn Khƣơng TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Hình 1.2: Tín hiệu phản xạ đến phía thu bị trễ gây can nhiễu đến tín hiệu chính (LOS). Độ trải trễ cực đại đƣợc xem nhƣ là độ trải trễ của tín hiệu trong môi trƣờng.
Độ trải trễ này có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn thời gian ký tự. Trong cả hai trƣờng hợp đều gây ra những suy biến (degradation) tín hiệu khác nhau. Độ trải trễ của tín hiệu thay đổi khi môi trƣờng thay đổi.3 – (a) Fading phẳng (b) Fading chọn lọc tần số (c) Với truyền dẫn OFDM thì dữ liệu truyền trong nhiều sóng mang con, nên tần số bị fading thì chỉ một tập hợp nhỏ dữ liệu bị mất. Luận văn thạc sĩ -6- HVTH: Nguyễn Quang Sang Chƣơng 1: Kênh truyền vô tuyến GVHD: TS.
Hồ Văn Khƣơng TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Hình 1.2 cho thấy phổ của tín hiệu, đƣờng đen đậm là đáp ứng của kênh truyền. Có thể tƣởng tƣợng đáp ứng kênh truyền nhƣ một cánh cửa để cho tín hiệu có thể truyền qua. Nếu cánh cửa đủ lớn thì tín hiệu truyền qua mà không bị uốn cong hay méo dạng.
Đáp ứng kênh truyền fading đƣợc mô tả ở hình 1.3b, ta chú ý rằng tại một vài tần số trong dải tần thì kênh truyền sẽ không cho phép truyền thông tin qua, vì thế những tần số này đƣợc gọi là tần số fading sâu (deep fading frequency). Dạng đáp ứng tần số kênh truyền này đƣợc gọi là fading chọn lọc tần số (frequency selective fading) bởi vì nó không xảy ra đều trên toàn dải tần mà chỉ xảy ở một vài tần số mà kênh truyền chọn lọc. Nếu kênh truyền thay đổi thì đáp ứng của nó cũng thay đổi theo. Rayleigh fading là một thuật ngữ đƣợc dùng khi không có thành phần tín hiệu truyền thẳng từ nơi phát đến nơi thu (Light Of Sight) và tất cả tín hiệu đến đều là tín hiệu phản xạ.
Loại môi trƣờng này đƣợc gọi là Rayleigh fading. Nhìn chung khi thời gian trễ nhỏ hơn thời gian một ký tự ta có kênh truyền fading phẳng (flat fading channel). Khi thời gian trải trễ lớn hơn thời gian một ký tự thì kênh truyền này gọi là kênh truyền chọn lọc tần số. Tín hiệu OFDM có thuận lợi khi truyền trong kênh truyền chọn lọc tần số.
Khi gặp fading thì chỉ một vài sóng mang con bị ảnh hƣởng còn các sóng mang khác thì hoàn toàn không bị ảnh hƣởng gì. Thay vì mất toàn ký tự thì sẽ chỉ mất một tập hợp nhỏ của (1/N) bit. Nếu ta sử dụng mã hóa ở chuỗi bit phát thì tại bộ thu có thể sửa đƣợc các bit sai. Hiện tƣợng Multipath Tín hiệu RF truyền qua kênh truyền vô tuyến sẽ lan tỏa trong không gian, va chạm vào các vật cản phân tán rải rác trên đƣờng nhƣ xe cộ, nhà cửa, sông, núi, … gây ra các hiện tƣợng sau: Phản xạ (Reflection): khi sóng đập vào các bề mặt bằng phẳng.
Luận văn thạc sĩ -7- HVTH: Nguyễn Quang Sang Chƣơng 1: Kênh truyền vô tuyến GVHD: TS. Hồ Văn Khƣơng TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Hình 1.4: Hiện tượng phản xạ. Tán xạ (Scaterring): khi sóng đập vào các bề mặt không bằng phẳng và các vật này có chiều dài so sánh đƣợc với chiều dài bƣớc sóng.5: Hiện tượng tán xạ.
Nhiễu xạ (diffraction): khi sóng va chạm với các vật có kích thƣớc lớn hơn nhiều so với chiều dài bƣớc sóng.6: Hiện tượng nhiễu xạ Khi sóng va chạm vào các vật cản sẽ tạo ra vô số các bản sao tín hiệu, một số bản sao này sẽ tới đƣợc máy thu. Do các bản sao này phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ trên các vật khác nhau và theo các đƣờng dài ngắn khác nhau nên: Thời điểm các bản sao này tới máy thu cũng khác nhau, tức là độ trễ pha giữa các thành phần này là khác nhau. Các bản sao sẽ suy hao khác nhau, tức là các biên độ giữa các thành phần này là khác nhau. Luận văn thạc sĩ -8- HVTH: Nguyễn Quang Sang Chƣơng 1: Kênh truyền vô tuyến GVHD: TS.
Hồ Văn Khƣơng TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Tín hiệu tại máy thu là tổng của tất cả các bản sao này, tùy thuộc vào biên độ và pha của các bản sao: Tín hiệu thu đƣợc tăng cƣờng hay cộng tích cực (constructive addition) khi các bản sao đồng pha. Tín hiệu thu bị triệt tiêu hay cộng tiêu cực (destructive addition) khi các bản sao ngƣợc pha. Tùy theo đáp ứng tần số của mỗi kênh truyền mà ta có kênh truyền chọn lọc tần số (frequency selective fading channel) hay kênh truyền phẳng (frequency nonselective fading channel hay flat fading channel), kênh truyền biến đổi nhanh (fast fading channel) hay biến đổi chậm (slow fading channel).
Tùy theo đƣờng bao của tín hiệu sau khi qua kênh truyền có phân bố xác suất theo hàm phân bố Rayleigh hay Rice mà ta có kênh truyền Rayleigh hay Ricean. Đáp ứng xung của kênh truyền bất biến theo thời gian (time- invariant channel impulse) 1. Khái niệm về kênh truyền bất biến theo thời gian Kênh truyền bất biến theo thời gian là kênh truyền trong trƣờng hợp không có sự chuyển động tƣơng đối giữa máy phát và máy thu. Đối với kênh này, cả đáp ứng xung và hàm truyền đạt của nó đều bất biến theo thời gian.
Khái niệm về đáp ứng xung của kênh truyền (channel impulse response) Đáp ứng xung của kênh là một dãy xung thu đƣợc ở máy thu khi máy phát phát đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac (t ) (Dirac impulse).
