Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hé Văn Khương + Tan xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phăng lớn, g6 ghé làm cho năng lượng bị trải ra (tan xạ) hoặc là phản xa ra tat cả các hướng. Trong môi trường thành phó, các vật thể thường gây ra tán xạ la cột đèn, cột báo hiệu, tan lá. Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền Hiện tượng da dường (Multipath) : Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu.
Điều này xảy ra là do giữa nơi phát và nơi thu luôn tôn tai các vật thé cản trở sự truyền song trực tiếp. Do vậy, sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ các hướng khác nhau bởi sự phản xa, khúc xạ, tán xạ từ các toa nhà, cây cối và các vật thể khác. Hiện tượng này được gọi là sự truyền sóng đa đường (Multipath propagation). Do hiện tượng đa đường, tín hiệu thu được là tong của các ban sao tin hiệu phát.
Các bản sao này bị suy hao, trễ, dich pha va có ảnh hưởng lẫn nhau. Tùy thuộc vao pha của từng thành phan mà tín hiệu chồng chập có thé được khôi phục lại hoặc bị hư hỏng hoàn toàn. đà Scattering 1né 6 — ( a *%-- Shadowing ` j / \ Line Of Sight — Diffraction ⁄ Transmitter Z Z - Scattering Hình 1.3 : Hiện tượng truyền sóng đa đường TRƯỜNG ĐHBK TPHCM 19 HVTH : Mai Anh Trung Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hé Văn Khương Ngoài ra, khi truyền tín hiệu số, đáp ứng xung có thể bị méo khi qua kênh truyền đa đường và nơi thu nhận được các đáp ứng xung độc lập khác nhau.
Hiện tương này gọi là sự phân tan dap ứng xung (impulse dispersion). Hiện tượng méo gây ra bởi kênh truyền đa đường thì tuyến tính và có thé được bù lại ở phía thu băng các bộ cân bằng. Hiệu ứng Doppler : Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu như trình bày ở hình 1. Bản chất của hiện tượng này là pho của tin hiệu thu duoc bi xê lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tan số Doppler.
Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là ơn, khi đó tần số Doppler của tuyến nay là : fh =—f,cos(a, ) (1.1) " ¢ trong đó : fo, v, c lần lượt là tần số sóng mang của hệ thống, vận tốc chuyến động tương đối của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng. Nếu a, = 0 thì tần số Doppler lớn nhất sẽ là : ` =- (1.2) Cc Tram phat Tuyén 1 20) —= ff phản xạ Hình 1.4 : Hàm truyền đạt của kênh TRƯỜNG ĐHBK TPHCM 20 HVTH : Mai Anh Trung Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hồ Văn Khương Giả thiết tín hiệu đến máy thu băng nhiều luồng khác nhau với cường độ ngang hàng nhau ở khắp mọi hướng. Khi đó, pho của tín hiệu tương ứng với tần số Doppler được biêu diễn như sau : Va A a, (j2nf ) = 4 _ f|[-fbÏ 0 f,-fs„„<f<fy+f 0 D,max — * — *0 D,max (1.3) Prax ` 0 các trường hợp còn lại Phổ tín hiệu thu được biểu diễn lại ở hình 1.5 Mật độ pho tín hiệu thu bi ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tim ra nam 1974 và được gọi là pho Jake.
Y nghĩa của pho tin hiệu nay được giải thích như sau: Giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang fo, khi đó, tín hiệu thu được sẽ không nhận được ở chính xác trên tân sô sóng mang fy mà bi dịch đi cả về hai phía với độ dich là fp.max như hình 1. Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống. _ Tư am -Íp matt fo fp es | 0 Hình 1.5 : Mật độ pho của tín hiệu thu TRƯỜNG ĐHBK TPHCM 21 HVTH : Mai Anh Trung Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hé Văn Khương Suy hao trên đường truyền : Mô tả sự suy giảm công suất trung bình của tín hiệu khi truyền từ máy phát đến máy thu.
Sự giảm công suất do hiện tượng che chăn và suy hao có thể khắc phục bằng các phương pháp điều khiển công suất. Hiệu ứng bóng ram (Shadowing) : Do ảnh hưởng của các vật can trở trên đường truyện, vi dụ như các tòa nha cao tang, các ngọn núi, đôi,. lam cho biên độ tín hiệu bi suy giảm. Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tôc độ biên đôi chậm.
Vì vậy, hiệu ứng này được gọi là fading chậm. Các dạng kênh truyền Tùy theo đáp ứng tần số của kênh truyền và băng thông của tín hiệu phát mà ta CÓ : + Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số. + Kênh truyền chọn lọc thời gian và kênh truyền không chọn lọc thời gian. Kênh truyền chon lọc tan số và kênh truyền không chọn lọc tan so: Mỗi kênh truyền đều ton tại một khoảng tần số mà trong khoảng đó.
đáp ứng tần số của kênh truyền là gần như nhau tại mọi tần số (có thể xem là phăng), khoảng tần số này được gọi là Coherent Bandwidth va được ký hiệu trên hình 1. tín hiệu mật truyền —. | W fkẻ phô đáp ứng tân sô của kênh truyen Hình 1.6 : Kênh truyền chon lọc tan số (f, < W) TRUONG DHBK TPHCM 22 HVTH : Mai Anh Trung Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hé Văn Khương Trên hình 1.6, ta nhận thay kénh truyén có fy nhỏ hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu phát.
Do đó, tại một số tần số trên băng tần, kênh truyền không cho tín hiệu đi qua, và những thành phần tần số khác nhau của tín hiệu được truyền đi chịu sự suy giảm và dịch pha khác nhau. Dạng kênh truyền như vậy được gọi là kênh truyền chọn lọc tân sô. mật đáp ứng tần số độ, Per của kênh truyền phô tín hiệu m/l W —— lruyên ——~ f |.7 : Kênh truyền không chọn lọc tần số (fy > W) Ngược lại, trên hình 1.7, kênh truyền có fo lớn hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu phát, mọi thành phần tần số của tín hiệu được truyền qua kênh chiu sự suy giảm và dịch pha gần như nhau. Chính vì vậy, kênh truyền này được gọi là kênh truyền không chọn lọc tần số hoặc kênh truyền fading phăng.
Kênh truyền chon lọc thời gian và kênh truyền không chọn lọc thời gian : Kênh truyền VÔ tuyến luôn thay đồi liên tục theo thời gian, vì các vật chất trên đường truyền luôn thay đổi về vi trí, vận toc., luôn luôn có những vật thé mới xuất hiện và những vật thé cũ mat đi. Sóng điện từ lan truyền trên đường truyền phản xa, tán xạ. qua những vật thé này nên hướng, góc pha, biên độ cũng luôn thay đối theo thời gian. Tính chất này của kênh truyền được mồ tả bằng một tham số, goi là coherent time.
Đó là khoảng thời gian mà trong đó, đáp ứng thời gian của kênh truyền thay đổi rất ít (có thể xem là phăng về thời gian). TRƯỜNG ĐHBK TPHCM 23 HVTH : Mai Anh Trung Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hé Văn Khương Khi ta truyền tín hiệu với chu kỳ ký tự (symbol duration) rất lớn so với coherent time thì kênh truyền đó được gọi là kênh truyền chọn lọc thời gian. Ngược lại, khi ta truyền tín hiệu với chu ky ký hiệu (symbol duration) rất nhỏ so với coherent time thì kênh truyền đó được gọi là kênh truyền không chọn lọc thời gian hay phang về thời gian.
Cac mo hình kênh cơ bản Phân bo Rayleigh : Trong những kênh vô tuyến di động, phân bố Rayleigh thường được dùng dé mô tả bản chất thay đổi theo thời gian của đường bao tín hiệu fading phăng thu được hoặc đường bao của một thành phần đa đường riêng lẻ. Chúng ta biết rằng đường bao của tổng hai tín hiệu nhiễu Gauss trực giao tuân theo phân bố Rayleigh. Phân bố Rayleigh có hàm mật độ xác suất : an a (0<r<œ) pf=4ø 2ø) `” (1.4) với o la gia tri rms (hiệu dung) cua điện thé tín hiệu nhận được trước bộ tách đường bao (evelope detection). ø” là công suất trung bình theo thời gian.
Xác suất để đường bao của tín hiệu nhận được không vượt qua một giá trị R cho trước được cho bởi hàm phân bố tích lũy : R 2 P(R)=P,(r<R)= [p(r)dr =1— exp| - R : (1.5) 0 20 Giá trị trung bình rmean của phan bố Rayleigh được cho bởi : Emean = E[r|= [rpứ)ar = sỆ = 1.6) 0 TRƯỜNG ĐHBK TPHCM 24 HVTH : Mai Anh Trung Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hé Văn Khương và phương sai om (công suất thành phần AC của đường bao tín hiệu) : ø = E|t? |- E”[r]= [r?pứ)dr - ø? h - o'{2 - 4 = 0.8 : Hàm mật độ xác suất của phân bố Rayleigh Gia trị hiệu dụng của đường bao là 42ø. Giá tri median của r tìm được khi giải phương trình : Tmedian ¬ [pứ)dr >r median =1.8) 0 Vi vậy giá tri mean va median chỉ khác nhau một lượng là 0.55dB trong trường hợp tín hiệu Rayleigh fading. Chú ý răng, giá trị median thường được sử dụng trong thực tế, vì dữ liệu Rayleigh fading thường được đo trong những môi trường mà chúng ta không thé chấp nhận nó tuân theo một phân bố đặc biệt nào.
Bằng cách sử dụng giá trị median thay vì giá trị trung bình, chúng ta đễ dàng so sánh các phân bố fading khác nhau (có giá trị trung bình khác nhau).8 minh họa hàm mật độ xác suất Rayleigh. TRUONG DHBK TPHCM 25 HVTH : Mai Anh Trung Chương 1 : Lý Thuyết Tổng Quan GVHD: TS. Hé Văn Khương Phân bé Ricean : Trong trường hợp fading Rayleigh, không có thành phần tín hiệu đến trực tiếp máy thu ma không bị phản xạ hay tán xạ (thành phan light-of-sight) với công suất vượt trội. Khi có thành phần này, phân bố sẽ là Ricean.
Trong trường hợp này, các thành phan đa đường ngẫu nhiên đến bộ thu với những góc khác nhau được xếp chong lên tín hiệu light-of-sight. Điều này có ảnh hưởng như là cộng thêm thành phần DC vào các thành phan đa đường ngẫu nhiên. Giống như trong trường hợp dò sóng sin trong khi bị nhiễu nhiệt, ảnh hưởng của tín hiệu light-of-sight (có công suất vượt trội) đến bộ thu cùng với các tín hiệu đa đường (có công suất yếu hơn) sẽ làm cho phân bố Ricean rõ rệt hơn. Khi thành phân light-of-sight bị suy yếu.