Chương 1: Giới thiệu. Chương này trình bày tổng quan về đồ án, lý do chọn đề tài, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu , phân chia bố cục của đồ án. Chương 2: Tổng quan hệ thống vô tuyến Khái quát hệ thống vô tuyến. Chương 3: Tổng quan về hệ thống MIMO.
Nêu khái niệm, ưu nhược điểm và các đối tượng liên quan trong hệ thống MIMO Chương 4: Hệ thống MC-CDMA. 2 do an Tìm hiểu về hệ thống MC-CDMA, các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống MC- CDMA. Chương 5: Mô phỏng. Kết quả thực hiện mô phỏng bằng MATLAB.
Chương 6: Kết luận. Tổng kết nội dung thực hiện, đưa ra đánh giá và hướng phát triển. 3 do an CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÔ TUYẾN KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.1 Khái niệm Các phương tiện thông tin nói chung được chia thành hai phương pháp thông tin cơ bản, đó là thông tin vô tuyến và thông tin hữu tuyến.
Mạng thông tin vô tuyến ngày nay đã trở thành một phương tiện thông tin chủ yếu, thuận tiện cho cuộc sống hiện đại Hình 2.1Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi mà tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu. Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích. Một trong những đặc tính phân biệt của các kênh vô tuyến chính là có nhiều đường đi khác nhau giữa bộ phát và bộ thu. Do tồn tại nhiều đường đi khác nhau đã dẫn đến việc nhận các phiên bản tín hiệu khác nhau tại bộ thu.
Những phiên bản khác biệt này thực tế đó chính là những suy hao khác nhau về pha và đường đi. Tại bộ thu, tất cả các tín hiệu thu được tích lũy lẫn nhau tạo ra mô hình nhiễu cộng trắng có phân bố Gaussian (AWGN) dùng cho các kênh không dây. Vì một mô hình AWGN không mô tả được các kênh không dây, nên việc tìm ra các mô hình khác để thể hiện các kênh này rất quan trọng. Để mô tả một mô hình, trước tiên chúng ta nghiên cứu những 4 do an đường truyền khác nhau có thể cho tín hiệu thu.2 mô tả các đường đi khác nhau trong một ví dụ điển hình.
Tán Phản Truyền Nhiễu Che Máy thu Trạm Tán Hình 2.2: Hiện tượng truyền sóng đa đường Nếu có một đường đi trực tiếp giữa bộ phát và bộ thu, gọi là đường đi trực tiếp (LOS). Một đường đi trực tiếp không bao giờ tồn tại khi có những đối tượng lớn cản trở đường đi giữa bộ phát và bộ thu. Nếu đường đi trực tiếp tồn tại thì đáp ứng tín hiệu thu được thông qua đường đi trực tiếp luôn là tín hiệu mạnh và trội nhất. Ít nhất, tín hiệu từ đường đi trực tiếp có tính tất yếu hơn.
Trong khi cường độ và pha của nó có thể thay đổi dựa trên tính di động, đó là một sự thay đổi có thể đoán trước được mà thường chỉ là một hàm theo khoảng cách và không có nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Một đường truyền trực tiếp không chỉ là đường truyền duy nhất mà sóng điện từ có thể nhận từ bộ phát đến bộ thu. Sóng điện từ có thể phản xạ khi nó gặp một đối tượng lớn hơn bước sóng. Dù phản xạ từ nhiều bề mặt, sóng vẫn có thể tìm đường đi đến bộ thu.
Dĩ nhiên, những đường truyền như vậy đi với khoảng cách xa hơn dẫn đến kết quả là cường độ công suất và pha nhỏ hơn những sóng đi đường truyền trực tiếp. Một dạng lan truyền khác của sóng điện từ chính là sự nhiễu xạ. Nhiễu xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào bề mặt không đều như những cạnh sắc nét. 5 do an Cuối cùng, sự tán xạ xảy ra trong trường hợp có một số lượng lớn các đối tượng nhỏ hơn bước sóng nằm giữa bộ phát và bộ thu.
Việc lan truyền xuyên suốt những đối tượng này, sóng bị tán xạ và nhiều bản sao của sóng lan truyền trong những hướng khác nhau. Có nhiều hiện tượng khác ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng điện từ như sự hấp thụ và khúc xạ. Những ảnh hưởng của cơ chế lan truyền bên trên và sự kết hợp chúng lại với nhau tạo thành nhiều đặc điểm của tín hiệu thu được và là duy nhất đối với các kênh không dây. Những tác động này có thể làm giảm công suất tín hiệu trong nhiều cách.
Có hai khía cạnh chung của sự suy giảm công suất tín hiệu mà yêu cầu những cách khắc phục riêng. Một là ảnh hưởng tỷ lệ lớn mà tương ứng với đặc tính của tín hiệu công suất thông qua một khoảng cách lớn hoặc thời gian trung bình hoạt động của tín hiệu. Đây gọi là sự suy hao hay là suy hao đường truyền và thỉnh thoảng gọi là fading tầm rộng. Khía cạnh khác chính là sự thay đổi nhanh chóng về biên độ và công suất của tín hiệu và đây gọi là fading tầm hẹp hoặc fading.
Điều này liên quan đến đặc tính của tín hiệu thông qua một khoảng cách ngắn hoặc thời gian ngắn.2 Khái niệm về hệ thống thông tin vô tuyến Hình 2.3 thể hiện một mô hình đơn giản của hệ thống thông tin vô tuyến, nguồn tin trước hết đã qua mã hóa nguồn để giảm các thông tin dư thừa, sau đó được mã hóa kênh để chống các lỗi do kênh truyền gây ra. Tín hiệu sau khi mã hóa kênh được điều chế để có thể truyền tải đi xa. Các mức điều chế phải phù hợp với điều kiện của kênh truyền. sau khi tín hiệu được phát đi ở máy phát ,tín hiệu thu được ở máy thu sẽ trải qua các bước ngược lại so với máy phát.
kết quả tín hiệu được giải mã và thu được ở máy thu. Chất lượng tín hiệu thu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền và các phương pháp điều chế mã hóa khác nhau. Do đó ngày nay các kĩ thuật mới ra đời nhằm cải thiện chất lượng kênh truyền nói riêng và hệ thống vô tuyến nói chung. 6 do an Hình 2.3: Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến 2.3 Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền 2.1 Sự suy hao Sự suy hao hay fading tầm rộng, được gây ra bởi nhiều yếu tố bao gồm suy hao lan truyền, suy hao anten, và suy hao bộ lọc.
Suy hao truyền dẫn trung bình, hay là yếu tố fading tầm rộng phụ thuộc vào khoảng cách và biến đổi rất chậm ngay cả đối với các thuê bao di chuyển với tốc độ cao. Tại anten phát, các sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng (nghĩa là sóng được mở rộng theo hình cầu). Ngay cả khi chúng ta dùng anten định hướng để truyền tín hiệu, sóng cũng được mở rộng dưới dạng hình cầu nhưng mật độ năng lượng khi đó sẽ được tập trung vào một vùng nào đó do ta thiết kế. Vì thế, mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ với diện tích mặt cầu.
Hay nói cách khác là cường độ sóng giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách.1) tính công suất thu được sau khi truyền qua một khoảng cách R.1) 4𝜋𝑅 𝑃𝑅 : Công suất tín hiệu thu được (W) 𝑃𝑇 : Công suất phát (W) 7 do an 𝐺𝑇 : Độ lợi anten thu (anten đẳng hướng) 𝐺𝑅 : Độ lợi anten phát 𝜆: bước sóng của sóng mang Hoặc có thể viết lại là: 𝑃𝑇 4𝜋𝑅 2 1 1 4𝜋 2 1 1 =( ) = ( ) 𝑅2 𝑓 2 (2.2) 𝑃𝑅 𝜆 𝐺𝑇 𝐺𝑅 𝐶 𝐺𝑇 𝐺𝑅 Gọi L pt là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do: 𝐿𝑝𝑡 (𝑑𝐵) = 𝑃𝑇 (𝑑𝐵) − 𝑃𝑅 (𝑑𝐵) (2.6 𝑑𝐵 Nói chung, chúng ta có thể xây dựng được một mô hình khá chính xác cho các tuyến thông tin vệ tinh và các tuyến liên lạc trực tiếp (không vật cản) như các tuyến liên lạc vi ba điểm nối điểm trong phạm vi ngắn. Tuy nhiên do hầu hết các tuyến thông tin trên mặt đất như thông tin di động, mạng LAN không dây, môi trường truyền dẫn phức tạp hơn nhiều do đó việc tạo ra các mô hình cũng khó khăn hơn. Ví dụ đối với nhưng kênh truyền dẫn vô tuyến di động UHF, khi đó điều kiện về không gian tự do không được thoả mãn, chúng ta có công thức suy hao đường truyền như sau: 𝐿𝑝𝑡 = −10𝑙𝑜𝑔10 𝐺𝑇 − 10𝑙𝑜𝑔10 𝐺𝑅 − 20𝑙𝑜𝑔10 ℎ𝑀𝑆 − 40𝑙𝑜𝑔10 𝑅 (2.4) Với ℎ𝐵𝑆 << R là độ cao anten trạm gốc BS (Base Station) và anten của trạm di động MS (Mobile station).2 Hiện tượng đa đường Fading hay là fading tầm hẹp, được gây ra bởi nhiễu giữa hai hoặc nhiều phiên bản của tín hiệu truyền đi đến bộ thu tại những khoảng thời gian khác biệt nhau rất nhỏ. 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 tồn tại các vật thể cản trở sự truyền sóng trực tiếp. Do vậy, sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng khác nhau bởi sự phản xạ, khúc xạ, tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thể khác. Hiện tượng này được gọi là sự truyền sóng đa đường. 8 do an Do hiện tượng đa đường, tín hiệu thu được là tổng của các bản sao tín hiệu phát.
Các bản sao này bị suy hao, trễ, dịch pha và có ảnh hưởng lẫn nhau. Tuỳ thuộc vào pha của từng thành phần mà tín hiệu chồng chập có thể được khôi phục lại hoặc bị hư hỏng hoàn toàn. 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 tượng này gọi là sự phân tán đáp ứng xung.
Hiện tượng méo gây ra bởi kênh truyền đa đường thì tuyến tính và có thể được bù lại ở phía thu bằng các bộ cân bằng.3 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 2. Bản chất của hiện tượng này là phổ của tín hiệu thu được bị xê lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler. Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi đó tần số Doppler của tuyến này là: 𝑣 𝑓𝐷𝑛 = 𝑓0 cos(𝑎𝑛 ) (2.