MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và truyền thông đã tạo ra các dịch vụ tốc độ cao, nhờ đó đáp ứng các nhu cầu trao đổi thông tin ngày một tăng của con người với độ chính xác và tin cậy cao, đặc biệt trong các hệ thống thông tin vô tuyến, với đặc điểm môi trường nói chung không thuận lợi như truyền thông hữu tuyến, yêu cầu thiết kế hệ thống hợp lý để cung cấp hiệu năng hệ thống truyền thông tin cậy là vấn đề khó khăn. Để đạt được mục tiêu của các dịch vụ vô tuyến tổ ong băng rộng cần thiết phải chuyển đổi sang các mạng truyền thông vô tuyến thế hệ thứ 4 (4G). Phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, một kỹ thuật điều chế cho các hệ thống truyền thông đa sóng mang, là một ứng cử viên cho các chuẩn truyền thông 4G. Trong những năm gần đây, các hệ thống truyền thông đa sóng mang đã được ứng dụng nhiều như quảng bá audio số DAB, quảng bá video số DVB.
Đặc biệt trong những năm gần đây, việc áp dụng OFDM cho các hệ thống Wireless LAN thu được nhiều thành tựu đáng kể, công nghệ OFDM được sử dụng làm cơ sở tầng vật lý PHY trong các tiêu chuẩn IEEE 802.11a ở Bắc Mỹ và HiPerLAN/2 ở Châu Âu, được xem xét cho các tiêu chuẩn IEEE 802. Điều chế đa sóng mang có nhiều ưu điểm so với các hệ đơn sóng mang như kháng nhiễu tốt trên kênh fading đa đường, nâng cao hiệu suất phổ. nhưng mặt khác nó cũng có những nhược điểm như tỷ số công suất đỉnh trên trung bình PAPR cao, hay nhiễu ISI, ICI. Luận văn này đề cập đến vấn đề triệt nhiễu xuyên sóng mang cho hệ thống OFDM.
3 phương pháp được xem xét đó là các phương pháp tự triệt nhiễu SC, phương pháp ước lượng gần giống nhất ML, phương pháp lọc Kalman mở rộng EKF. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 : HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MÔI TRƢỜNG TRUYỀN DẪN 1. SỰ PHÁT TRIỂN HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG [1] Kể từ khi được triển khai vào những năm đầu của thập niên 1980 cho đến nay, thông tin vô tuyến di động đã và đang phát triển với tốc độ hết sức nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu. Kết quả thống kê cho thấy ở một số quốc gia, số luợng thuê bao di động đã vượt hẳn số lượng thuê bao cố định.
Trong tương lai số luợng thuê bao di động và cố định sẽ tiếp tục tăng lên và song song với nó là sự gia tăng về nhu cầu của người sử dụng. Điều này đã khiến các nhà khai thác cũng như các tổ chức viễn thông không ngừng nghiên cứu, cải tiến và đưa ra các giải pháp kỹ thuật để cải tiến và nâng cấp các hệ thống thông tin. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Hệ thống mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) được phát triển vào những năm cuối thập niên 70, hệ thống này sử dụng kỹ thuật analog. Tất cả các hệ thống 1G sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA.
Các hệ thống mạng di động 1G được dùng cho dịch vụ thoại với chất lượng khá thấp nguyên do tình trạng nghẽn mạch và nhiễu xảy ra thường xuyên. Các hệ thống mạng di động 1G bao gồm các hệ thống : • AMPS • ETACTS • NMT. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Hệ thống mạng 2G được triển khai vào năm 1990 và hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi. Là một mạng thông tin di động số băng hẹp, phương pháp đa truy cập TDMA (Time Division Multiple Access) và CDMA (Code 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Division Multiple Access) được sử dụng kết hợp FDMA.
Hệ thống mạng di động 2G sử dụng cho dịch vụ thoại và truyền số liệu. Hệ thống mạng 2G bao gồm các hệ thống : • IS-95 • GSM. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2.5G) Hệ thống mạng 2.5G là mạng chuyển tiếp giữa hệ thống mạng di đ ộng thế hệ thứ 2 (2G) và thứ 3 (3G). Nâng cấp hệ thống mạng 2G lên 2.5G nhanh hơn và có chi phí thấp hơn so với việc nâng cấp mạng từ 2G lên 3G.5G như một bước đệm chuyển tiếp, không đòi hỏi sự thay đổi có tính chất đột biến.
Các hệ thống mạng 2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) Là thế hệ thông tin di động số cho phép chuyển mạch bất kỳ, có khả năng truyền thông đa phương tiện chất lượng cao. Các hệ thống 3G được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp với TDMA, có khả năng cung cấp một băng tần rộng theo yêu cầu, do đó có thể hỗ trợ các dịch vụ có nhiều tốc độ khác nhau. Ở thế hệ thứ 3, các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn chung duy nhất và phục vụ lên đến 2Mbps.
Mặc dù 3G được tính toán sẽ là một chuẩn mang tính toàn cầu nhưng chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng cho hệ thống này rất tốn kém. Các hệ thống mạng 3G: 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com • WCDMA • UMTS 1. Cuộc cách mạng của hệ thống thông tin Hệ thống thông tin di động thương mại được đưa vào ứng dụng tại Mỹ năm 1946, sử dụng băng tần 150MHz với khoảng cách kênh là 60KHz và số lượng kênh bị hạn chế là 3 kênh. Đó là hệ thống bán song công.
Sau khi cải tiến, hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150Mhz và hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 459Mhz đã được sử dụng vào năm 1969. Đây là hệ thống song công, trong đó một trạm gốc BS có thể phục vụ cho vùng bán kính rộng đến 80km. Cho đến nay, công nghệ thông tin vô tuyến đã có những phát triển vượt bậc trong những năm gần đây. Hầu hết các hệ thống WLAN hiện nay dùng theo chuẩn IEEE802.11b, cung cấp tốc độ dữ liệu cực đại 11Mbps.
Các tiêu chuẩn WLAN mới như IEEE802.11a và HyperLAN2 dựa trên công nghệ OFDM cung cấp tốc độ dữ liệu tới 54Mbps. Tuy nhiên trong tương lai gần các hệ thống sẽ yêu cầu các mạng WLAN có tốc độ dữ liệu lớn hơn 100Mbps. Do vậy cần phải cải thiện hơn nữa hiệu quả phổ và dung lượng dữ liệu của các hệ thống OFDM trong các ứng dụng WLAN. Mạng di động thế hệ thứ ba và bốn cung cấp cho khách hàng tốc độ dữ liệu cao, phạm vi dịch vụ lớn như thông tin thoại, điện thoại truyền hình và truy cập Internet với tốc độ cao.
OFDM là một ứng cử viên tiềm năng của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU 1. Đặc tính sóng vô tuyến Đối với đường truyền tín hiệu vô tuyến lý tưởng, thì tín hiệu nhận chỉ bao gồm các đường truyền tín hiệu đơn trực tiếp, nó sẽ được tái tạo hoàn chỉnh như ban đầu. Tuy nhiên, trên thực tế tín hiệu sẽ bị thay đổi trong suốt 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com quá trình truyền.
Điều này thể hiện, tín hiệu nhận được bao gồm các tín hiệu suy giảm, phản xạ và tán xạ từ các đối tượng ở gần như đồi núi, cao ốc, nhà cửa, xe cộ. Ta sẽ xem xét các đặc điểm cơ bản là vấn đề suy hao và phading Phía phát Bộ chuyển đổi Tín hiệu phản xạ Tín hiệu trực tiếp 1. Suy hao đường truyền Suy hao đường truyền tăng theo khoảng cách và theo tần số. Trong không gian tự do thì suy hao này tỷ lệ với bình phương khoảng cách.
Tuy nhiên các hiệu ứng về che khuất bởi các vật cản nên biên độ tín hiệu thu được sẽ thăng giáng ngẫu nhiên. Hiện tượng này được gọi là phading logarit chuẩn. Okumura và Hata đã xây dựng công thức thực nghiệm để mô hình hoá loại phading này [2] d Lp ( d )( dB ) Ls ( dB ) 10nlg( ) X ( dB ) d0 (1.1) với Lp : hàm của khoảng cách d giữa nơi phát và nơi thu d0 : khoảng cách chuẩn từ 1m đến 1km tuỳ theo mô hình được chọn Ls : suy hao tại điểm có khoảng cách chuẩn d0 n : hệ số mũ suy hao X : là một giá trị ngẫu nhiên phân bố chuẩn có phương sai 1. Phading Truyền dẫn vô tuyến có những tiện lợi rất lớn, bên cạnh đó cũng có những hạn chế không nhỏ làm ảnh hưởng đến sự truyền dẫn sóng vô tuyến.
9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Không giống như các kênh truyền dẫn hữu tuyến là ổn định, có thể biết trước thì các kênh truyền dẫn vô tuyến là rất ngẫu nhiên và rất khó khăn cho việc phân tích, tính toán. Có hai loại mô hình truyền dẫn đã được sử dụng để nghiên cứu là: -Mô hình truyền dẫn phading quy mô lớn (large-scale phading) -Mô hình truyền dẫn phading quy mô nhỏ (small-scale phading) Ta chỉ xem xét các hiện tượng phading trong mô hình truyền dẫn phading quy mô nhỏ.Khái niệm phading Trong thông tin vô tuyến, tín hiệu từ nơi phát đến nơi thu có thể được truyền đồng thời trên hai nhiều đường truyền sóng do các hiện tượng vật lý như phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ.Tín hiệu từ các sóng đa đường sẽ chịu các ảnh hưởng khác nhau, có biên độ và pha khác nhau, khi tổng hợp lại gây nên thăng giáng tín hiệu một cách liên tục. Hiện tượng này gọi là phading.Truyền đa đường Truyền đa đường trong kênh vô tuyến tạo ra các hiệu ứng phading quy mô nhỏ, trong đó có 3 hiệu ứng quan trọng sau: - Sự thay đổi nhanh độ mạnh của tín hiệu trên cự ly nhỏ hay trong khoảng thời gian ngắn - Tín hiệu bị điều tần do độ dịch Doppler trên các đường truyền khác nhau - Sự lệch thời gian gây ra bởi độ trễ của các tín hiệu truyền đa đường. Trong các vùng đô thị, suy giảm xảy ra do chiều cao của anten di động thấp hơn các công trình xây dựng xung quanh, nên không có đường truyền thẳng từ trạm cơ sở đến máy thu, thậm chí khi tồn tại đường truyền thẳng, đa đường vẫn xảy ra do phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh.
Tín hiệu thu được tại máy di động gồm một số lớn sóng phẳng có phân bố biên độ, pha 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com và góc tới ngẫu nhiên. Thậm chí máy di động đứng yên, tín hiệu nhận được vẫn có thể suy giảm do sự chuyển động của các vật cản trong kênh vô tuyến.