Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Ứng dụng thuật toán ML để đổi pha sóng mang và định thời cho kênh pha ding
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Chơng I mô hình kênh phađing & thông số đặc trng trng 1.1 Giới thiệu Với mục đính đồ án trình bầy giải pháp đồng để định thời pha sóng mang hay nói cách khác trình bầy phơng pháp khôi phục sóng mang định thời ký hiƯu cho hƯ thèng trun th«ng m«i trêng kênh pha đinh Muốn việc phải biết đợc tính cách kênh pha đinh nghĩa phải biết đợc thông số đặc trng kênh pha đinh, cách thức mà kênh pha đinh gây ảnh hởng lên liệu tin đợc truyền dạng thông số đặc trng kênh pha đinh tác động vào thông số đặc trng liệu tin Theo đó, chơng đồ án trình bầy mô hình kênh pha đinh liên tục rời rạc, phân loại kênh pha đinh rút thông số đặc trng kênh pha đinh đồng thời đa thông số đặc trng cho số kênh pha đinh quan trọng Để đáp ứng yêu cầu gia tăng tính di động chất lợng vụ nhiều loại hình dịch vụ chất lợng cao, việc truyên thông vô tuyến số cho tiếng số hoá, hình ảnh tĩnh động, tin, liệu khác đóng vai trò vai trò quan trọng thiết kế thực thi hệ thống thông tin di động cá nhân [1,2] Về mặt chất, tất kênh vô tuyên dù hay nhiều có tính phân tán (dispersive) tính phụ thuộc thời gian (time-variant) Tuy vậy, nhiều môi trờng điện từ nh: kênh vệ tinh kênh Vi ba tầm nhìn thẳng LOS, thờng đợc coi bất biến theo thời gian (time-invariant), áp dụng cấu trúc máy thu gồm đồng hồ đợc rút từ kênh tĩnh Mặt khác, môi trờng nh kênh di động mặt đất (LM: Land-Mobile), di động vệ tinh (SM: Satellite-Mobile), sóng ngắn tầng điện ly (tần số cao, HF) tỏ biến đổi tín hiệu đáng kể phạm vi thời gian ngắn (short-term time scale), thăng giáng tín hiệu gây ảnh hởng gần nh tầng hệ thống truyền tin Đồ án tập chung nghiên cứu cho loại điều chế tuyến tính Các thay đổi lớn mức tín hiệu thu phađing với phần tử máy thu số; độ xác cho chuyển đổi A/D xử lý tín hiệu số phải cao so với kênh tĩnh Đặc biệt, xảy phađing sâu, cần phải dùng kỹ thuật phân tập để khắc phục, thờng phân tập thời gian ẩn (đợc thấy dạng giao thức phát lại sử dụng mà hoá kênh thích hợp với đan xen), anten, không gian, phân tập phân cực [3] Ngoài ra, phân tán kênh gây giao thoa ký hiệu ISI, phải đợc khắc phơc bëi bé c©n b»ng (thÝch øng) Ci cïng, viƯc truyền dẫn kênh pha đinh cần phải có cấu trúc đồng đợc thiết kế đặc biệt thuật toán, nhìn chung khác so với kênh tĩnh Theo đó, đồ án tập trung rút đồng dới dạng toán hệ thống, dựa mô hình phù hợp cho tất tín hiệu hệ thống đợc cho [4] Đặc biệt quan tâm nhiều vào việc mô hình hoá kênh pha đing thích hợp Vì quan trắc thay đổi kênh máy thu ngẫu nhiên, nên ta xét mô hình kênh thống kê Hơn nữa, đồng chủ yếu phải đối phó với biến đổi ngắn hạn đại lợng biên độ pha tín hiệu thu, nên thờng coi thuộc tính kênh thống kê dừng khung thời gian đủ ngắn Trên sở đồ án thực xây dựng mô hình toán học đặc trng hoá cho kênh pha đinh cách vắn tắt lớp kênh phađinh liên tục rời rạc theo thời gian Trình bày vắn tắt đặc tính thống kê kênh phađinh nh việc phân loại kênh phađinh Đặc biệt mô hình hoá ảnh hởng kênh lên thông số đồng dạng toán học, nhờ làm sở tảng cho việc ớc tính thực đồng thông số đồng chơng sau 1.2 Mô hình kênh pha đinh liên tục Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Trong trình truyền tin số kênh tuyến tính, tín hiệu băng tần sở phát tơng đơng s (t) chuỗi đáp ứng xung lọc ph¸t g T t k T , b trễ kT đợc đánh trọng lợng ký hiệu liệu M-PSK a k M-QAM: s t a k g T t kT k (1.1) Do quan tâm đến việc truyền thông vô tuyến giới hạn băng thông chặt Vì vậy, tất tín hiệu hệ thống đợc hiểu trình bày đờng bao giá trị phức thông thấp tơng đơng băng thông chúng Tất hệ thống tín hiệu đờng bao thông thấp quy vào sóng mang máy ph¸t cos t cho tín hiệu thông băng phát Re s t e j t đợc tập trung xung quanh tần số sóng mang phát Kênh pha đinh vật lý hệ thống tuyến tính thông thấp tơng đơng đợc đặc tính hoá đáp ứng xung kênh CIR (Channel Impulse Response) pha đinh phụ thuộc thời gian giá trị phức c ; t hàm truyền đạt kênh tức thời C ; t biến đổi chuỗi Fourier cña c ; t theo biÕn trễ thời điểm t Hầu hết kênh vô tuyến đợc đặc tính hoá truyền sóng đa đờng tồn nhiều tia phản xạ tán xạ đến phía thu Kịch tán xạ điển hình đợc cho hình 1.1 môi trờng vô tuyến di động Trừ bị che khuất, tia LOS (đờng nét đứt) đến máy thu sớm nhất, tia khác (các đờng liền) bị phản xạ từ vật thể khác vùng lân cận Mỗi tia đợc đặc tính hoá suy giảm (biên độ khuyếch đại ), dịch pha trễ truyền sóng riêng Hai vấn đề đợc biểu diễn hợp hệ số khuyếch đại giá trị phức c n t ®ã n t c n t khuyếch đại biên độ phụ thuộc thời gian n t arg c n t dịch pha ngẫu nhiên đây, trễ n t đợc rút từ quan hƯ víi trƠ trun sãng p cđa tia ®Õn (thờng tia LOS) Quan hệ trễ truyền sóng khoảng cách truyền sóng d p máy phát máy thu là: p dp c 3.33 dp km s (1.2) Trạm sở Hình 1.1 Kịch tán xạ điển hình thông tin di động Trong c vận tốc ánh sáng Thêng, n t vµ p thay đổi chậm theo thời gian; trễ phân biệt tøc thêi n n t đợc coi dừng trong khung thời gian phù hợp cho chúng đợc đánh số 1 N max Đáp Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hƯ thèng øng xung kªnh vËt lý chøa trƠ trun sóng xung Dirac đợc đánh trọng lợng bị trễ: N c p ; t c n t p n p đợc trình bày nh lµ sù xÕp chång cđa N n 0 (1.3) Trong truyền tin số pha đồng hồ máy phát máy thu khác nhau, nên trễ đồng hồ máy thu (hoặc sớm nhịp, âm) c c T phải đợc cộng vào trƠ trun sãng p n Giả sử tốc độ đồng hồ phát thu T , lệch định thời tơng đối c lµ dõng vµ c 0.5 Độ trễ truyền sóng p đợc biểu diễn theo khoảng thời gian ký hiệu T nh sau: p Lp c T (1.4) số nguyên cho trễ phụ phân đoạn (hoặc sớm) phạm vi 0.5 Từ hình 1.2, thấy rõ trễ phân đoạn tia đa đờng đến theo nhịp đồng hồ ký hiệu máy thu gần Với mục đích thiết kế máy thu, cần phải đa đáp ứng xung kênh theo chuẩn định thời máy thu: Víi Lp c ; t c p L p c T; t N c t T n n n 0 (1.5) cp ; t max Độ trễ đ ờng trun vËt lý §é trƠ trun sãng p Độ trễ đ ờng truyền t ơng đối p c ; t L T p c c T c Các vạch đồng hồ máy thu T T Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT L pT truyền tĐộơngtrễđốiđ ờng theo chuẩn định thời máy thu Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Hình 1.2 Các phạm vi thời gian máy phát máy thu (xem hình 1.2) Tổng quát, trễ truyền sóng p nguyên lần chu kỳ ký hiệu T, nên trễ định thời nhận giá trị ph¹m vi 0.5 thËm chí trờng hợp thích hợp xác đồng hồ máy phát máy thu c Vì vậy, khởi đầu đáp ứng xung kênh (tia đến đầu tiên) bị lệch nửa ký hiệu tơng ứng với chuẩn định thời máy thu Từ mô hình kênh (1.5), cần phải ®ång nhÊt c¸c nhiƯm vơ ®ång bé m¸y thu XÐt quán thu quán vi sai, tồn trọng lợng đờng truyền giá trị phức thay đổi ngẫu nhiên c n t cần có số loại khôi phục sóng mang, nghĩa phải dùng chế đồng pha điều khiển khuyếch đại điều chế đa mức (M-QAM) Các trễ định thời đa đờng phân biệt n tơng ứng, phục vụ cho đồng định thời Nếu kênh không chọn lọc( n T , xem bên dới), đồng định thời đợc thực cách ớc tính bù trễ định thời Trờng hợp kênh chọn lọc tần số: Trờng hợp kênh chọn lọc, phiên đáp ứng xung kim kênh đà đợc lọc lấy mẫu c ; t phải đợc ớc tính bù kỹ thuật cân Ngoài dịch pha ngẫu nhiên kênh, không hoàn hảo dao động phát thu ảnh hởng đáng kể, thờng không ngẫu nhiên nhng trớc dịch tần Nếu xẩy lệch lớn vợt tốc độ ký hiệu T , cần phải đồng tần số sơ máy thu Theo dới đây, ta coi dịch tần số nhỏ mức độ vừa phải phạm vi 2 T 0.1 0.15 , nghÜa lµ, phổ tín hiệu thu bị dịch lên đến 10-15% tốc độ ký hiệu Nếu đa T vào mô hình tín hiệu kết hợp dịch pha sóng mang không đổi vào trọng lợng đờng truyền sóng giá trị phức c n t , tín hiệu mang tin s t [phơng trình (1.1)] đợc truyền qua kênh mang lại tín hiệu thu bị dịch tần thông qua quay pha e j t : rt ej t N n 0 cn t s t T n n t N1 ej t cn t a k g T t T n k T n t k n 0 N ej t a k c n t g T t k T T n n t k n 0 h t k T ; t ej t a k h t k T ; t n t k (1.6) Víi h ; t đáp ứng xung kênh hiệu lực phụ thuộc thời gian, bao gồm lọc phát trễ định thời phân đoạn CIR h ; t hàm chuyển đạt H ; t đợc khai triển nh sau: Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống N c t g T h ; t n T n n 0 N c ; t g T T c ; t c t n n n 0 c ; t g T c ; t c ; t T h ; t T h ; t c ; t g T N H ; t c t G e n j T n T n 0 N C ; t G T e C ;t j T c t e j n n n 0 C ; t G T H ; t e C ; t C ; t e j T H ; t C ; t G T j T (1.7) phép tÝch chËp, vµ c ; t , h ; t CIR & kênh vật lý tơng ứng, lấy xét trễ phân biệt, bỏ qua trễ định thời truyền sóng Việc khai triển hữu hiệu cho việc mô hình hoá mô kênh ảnh hởng kênh vật lý (pha đing, phân tán), lọc máy phát lệch định thời (truyền sóng, đồng hồ máy thu) đợc quy vào phần tử c ; t , g T vµ T t¬ng øng Ta chó ý định nghĩa đáp ứng xung kim kênh đợc dùng không bao gồm việc lọc thu khác với tài liệu thờng dùng ®ã h ; t H ; t hàm ý đến tầng có lọc phát, kênh vật lý lọc thu đây, n(t) tạp âm Gaussian trắng cộng (AWGN) với mật độ phổ công suất N0, Mặc dù, thực tế n(t) bị ảnh hởng nhiều nhiễu đồng kênh (CCI: Co-channel interference) môi trờng đợc hạn chế nhiễu Ngoài ra, n(t) bị tơng quan thông qua việc lọc bé läc F Tuy vËy, víi ®iỊu kiƯn ph¼ng ( F 1; B r , xem bên dới) đợc áp dụng cho F , không bị méo tạp âm băng thông xét, nh không quan trọng dù có xét đến ảnh hởng F hay không Vì phổ nguồn tài nguyên quan trọng môi trờng đa truy nhập, nên cần có lọc lấy dạng xung phát hạn chế băng chặt chẽ cho tín hiệu băng hẹp Theo đó, đợc ứng dụng cho truyền thông CDMA thuật ngữ băng hẹp coi tốc độ chip thay cho tốc độ ký hiệu Việc lấy dạng xung chặt chẽ góp phần khử nhiễu kênh lân cận (ACI: adjacent channel interference) Vì vậy, ta coi r»ng bé läc g T G T đợc lấy gần băng thông B tín hiệu RF cho kªnh H ; t H ; t e j T [phơng rình (1.7)] đợc giới hạn băng chặt tới B Thờng, chọn lọc phát có hàm truyền đạt hàm truyền đạt cosin tăng[8] G T g T T co s T T 1 T 1 si 1 T (1.8) lợng bé läc E gT g T2 d 2 G T d T (1.9) Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT T 1 1 co s Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thèng b»ng kho¶ng ký hiƯu T Nh vËy bé läc kênh có băng đợc giới hạn băng chặt hai phÝa lµ B T1 với hệ số dốc mở rộng băng BiÕt r»ng, bé läc thÝch hỵp thu (chuẩn hoá lợng) cho trờng hợp kênh không lựa chọn (AWGN, không dịch tần) đợc cho G M F T1 G *T Do đó, tầng lấy dạng xung G G G läc thÝch hỵp xung b»ng T G G g MF T T si G T , Chẳng hạn, 1 co s T T T cos 4 T T (1.10) xung dốc cosin thoả mÃn điều kiện Nyquit việc truuyền dẫn ISI [Chơng 2, [1]] Lu ý rằng, truyền dẫn băng tần sở B đợc định nghĩa độ rộng băng tần phía truyền dẫn thông băng B đợc định nghĩa độ rộng băng tần B tín hiệu RF hai phía Nh đợc giải thích trên, nội dung tần số tín hiệu thu r t đợc phép dịch tần không hoàn hảo dao động đến giá trị cực đại max cụ thể, sau biến đổi hạ tần, lọc F tríc bé chun D/ A lo¹i bá tÝn hiƯu thu khoảng tần số Br B max ChØ khi, nhỏ đà đợc bù hiệu tầng điều khiển tần số phía trớc F , bỏ qua mở rộng giải tần đầu vào máy thu thiết kế F Từ phơng trình (1.7), thấy rõ kênh H ; t H ; t e j T dù nhiều hay thể đặc tính truyền dẫn phụ thuộc tần số Mức độ lựa chọn lọc tần số phụ thuộc vào kênh vật lý C ; t C ; t e j T độ rộng băng thông truyền dẫn B Đặc biệt, hàm truyền đạt kênh không chọn lọc tần số (không chọn lọc phẳng) độ rộng băng B e j 1 , ®ã max B nằm khoảng tốc độ ký hiệu T môi trờng băng thông bị giới hạn Vì vậy, kênh không chọn lọc kênh độ phân tán (trải rộng trễ truyền tia) thoả m·n max T (trong thiÕt kÕ m¸y thu, tính không chọn lọc thờng đợc giả định max 0.1 T ); với kênh chọn lọc tần số độ phân tán so sánh đợc với khoảng thời gian ký hiệu vợt khoảng thời gian ký hiệu T Trờng hợp kênh không chọn lọc tần số: Hàm truyền đạt kênh đáp øng xung rót gän thµnh: max max N1 n H ; t G T c n t e j T e j n in B N G T c n t e j T n 0 j T G T c t e ( Phading ph¼ng ) (1.11) h ; t c t g T T Nh tất trọng lợng đờng truyền (không khả giải - nonresolvable) c n t hợp vào trọng lợng c t đợc gọi méo nhân (MD: multiplicative distortion) [11], tất trễ truyền lan lên tới max T đợc nhận giá trị cho cho phép thể trễ định thời T Vì tín hiệu thu đợc viết nh: Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT Đồ án tốt nghiệp Đại học r t e j t Chơng I: Mô hình kênh mô h×nh hƯ thèng phading T kT n t g T t T kT n t a c t g t k T k e j t c t c t a c t k k phẳng (1.12) Lệch tần nhỏ T đợc thấy mô hình trình méo nhân MD kênh động để tìm đợc trình méo nhân MD kênh tần số kết hợp c t e j t c t Nếu tất thông số ®ång bé , , c t đợc biết trớc, xử lý tín hiệu thu cách sử dụng lọc thích hợp kênh tần số l ợng chuẩn hoá (lý tởng) H M F, ; t e j t H M F ; t ( Pha ding lựa chọn pha ding phẳng ) * H ; t T e j t C * ; t G *T e j T T 1 e j t c * t G *T e j T T e j t h M F, ; t e j t h M F ; t ( pha ding ph¼ng ) ( Pha ding lựa chọn pha ding phẳng ) (1.13 * h ; t T e j t c * ; t g *T T T 1 e j t c * t g *T T ( pha ding ph¼ng ) T e j t ) [xem ptr(1.7)], b»ng c¸ch bù tần số (quay ngợc pha phức e j t ) thông qua thành e j t lọc thích hợp kênh h M F ( ; t ) trờng hợp pha đinh phẳng, bao gåm hiƯu chØnh pha (pha kªnh t arg c t thay đổi ngẫu nhiên ) thông qua c * t , läc thÝch hỵp xung bëi g M F t T g *T , bù độ trễ định thời th«ng qua T Chó ý rằng, việc lọc thích hợp kênh tần số xác, không thay đổi thứ tự hoạt động, nghĩa là, việc hiệu chỉnh tần số pha ®ỵc thùc hiƯn tríc läc thÝch hỵp xung HiĨn nhiên, lệch tần số lớn biến đổi kênh nhanh làm cho tín hiệu thu bị dịch tần số, cho phỉ cđa nã thÝch hỵp víi xung bé lọc thích hợp MF Tuy vây, xét lệch tần số (d) độ rộng băng thông phađinh kênh tơng đối nhỏ so với độ rộng băng thông B, nên việc thiết kế máy thu mô hình truyền dẫn cho kênh pha đing phẳng đợc đơn giản đáng kể cách bù tần số pha nh sau: xung MF g MF G MF (đợc biết trớc không đổi), nh tránh đợc lọc thích hợp kênh tần số (lý tởng nhng không đợc biết trớc) Nh xung MF đợc thực nh phần đầu [chẳng hạn, cách kết hợp víi bé tiỊn läc t¬ng tù: G MF F ] hc nh bé läc sè theo F vµ sù chun ®ỉi A/D Khi ®ã ®Çu cđa xung läc thÝch hợp MF đợc viết Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống z t g M F t r t T g *T u e j t e j tc t a k k e j tc t k u c t u a k gT k e j u * g T u g T T t t u T kT du m t u T kT du m t a k g t T kT m t * e j t c t a k 1 e j u g T u g T t u T kT du T k small if u nhá nÕu u (1.14) ®ã m t g M F t n t tạp âm đợc lọc với mật độ phổ công suất S m T G T N N G vµ hàm tự tơng quan R m t N g t Tuyệt đại đa số hệ thống làm việc kênh pha ®ing ®ỵc thiÕt kÕ cho tèc ®é pha®inh trì bên dới tốc độ ký hiệu 1/ T, nªn lÊy xÊp xØ c t u c t hợp lệ khoảng xung g T t mµ bóp sãng chÝnh thuéc vïng - T < t < T Sè h¹ng thứ ba phơng trình (1.14) đợc xác định độ méo lọc không thích hợp sử dụng g M F -thay cho e j t g M F t tríc hiệu chỉnh tần số Biết rằng, kênh AWGN thành phần nhỏ lệch tần tơng đối nhỏ Vì vậy, đầu lọc thích hợp xung đợc xấp xỉ bởi: z t nhá T e j t c t a k g t T kT m t k c t ( pha ding phẳng ) (1.15) Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Mô hình kênh chọn lọc tần số n(t) Kênh chọn lọc tần số a k t kT Bé läc TX GT Độ trễ định thời r(t) t T C ;t j t C ; t e 2B LƯch tÇn sè Br 2B ¶nh h ëng kªnh H ; t Mô hình kênh không chọn lọc tần số a k t kT Bé läc TX GT Lệch tần số Độ trễ định thời n(t) r(t) z(t) GMF t T MÐo nhân (MD) Bộ lọc thích hợp xung c(t) e j t Kênh không chọn lọc ak t kT Xung Nyquist bÞ trƠ m(t) z(t) g t T MÐo nh©n (MD) c(t) e j t c t Hình 1.3 Mô hình kênh pha đinh tuyến tính Hình 1.3 tổng hợp thảo luận minh hoạ mô hình kênh truyền dẫn cho kênh pha đing chọn lọc tần số không chọn lọc tần số Nh đà đợc đề cập, cho phép hoán vị việc hiệu chỉnh tần số lọc thích hợp xung (nh đợc thấy hình) lệch tần tơng đối nhỏ nằm khoảng 10 - 15 % Nếu điều không đợc bảo đảm, phải dùng đồng tần số riªng tríc G M F Läc thích hợp kênh lựa chọn tần số nhạy lệch tần vậy, lọc thích hợp kênh (phụ thuộc vào thời gian, không đợc biÕt tríc) H M F ; t G M F C * ; t đợc sử dụng để thu gần u (chơng 13, [1]), nên đồng tần số trớc lọc thích hợp trừ dịch tần số khoảng nhỏ tốc độ kênh pha đinh 1.3 Mô hình kênh phađinh rời rạc Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Trong tất thực máy thu số, tín hiệu thu r(t) [phơng trình (1.6)] đợc lấy mẫu Để đảm bảo đủ nội dung thông tin, phải lấy mẫu tốc độ tối thiểu Ts Br T max (xem hình 3) Tuy nhiên, cần có mét bé läc chèng chång phỉ (anti-aliasing) th«ng thÊp lý tởng F với độ rộng băng thông B r (mét phÝa) V× vËy, nh×n chung Ts không tơng xứng với tốc độ ký hiệu T xét dịch tần số nhỏ max hệ số dốc định dạng xung điển hình phạm vi 0.2 0.7, chọn tần số lấy mẫu danh định Ts T V× vËy cho phÐp chuyển thông băng không thông băng mịn cách dễ dàng thực lọc chống chồng phỉ F Trong tÇn sè lấy mẫu thực tế đồng hồ máy thu hoạt động tự không bao giời xác 2/T (chơng 4, [1]), thay đổi thời điểm định thời tốc độ không tơng xứng đợc cho trì đủ nhỏ khoảng thời gian đủ ngắn Điều đặc biệt phù hợp với kênh pha đinh thông tin hầu nh đợc chuyển vào khối giống nh gói Vì vậy, khoảng thời gian khối đó, trễ định thời tơng đối đợc coi dừng Tất nhiên, có nhiều thay đổi việc lấy mẫu Thí dụ, tín hiệu thu đợc lấy mẫu tốc độ cao 2/T, chọn 8/T, để chế tạo lọc không tạo tần số giả đơn giản (tần số cắt cao hơn, độ dốc mịn hơn) Tuy nhiên, trờng hợp tín hiệu mẫu chứa tạp âm không nhiễu kênh lân cận không mong muốn Việc lọc thông thấp số định nhận đợc tín hiệu tốc độ 2/T Một cách khác chuyển tín hiệu thu vào vài băng trung gian (hoặc âm thanh), sau lấy mẫu đầu trộn tốc độ cao cách dïng mét bé chun ®ỉi A/ D, sau ®ã chun số vào băng tần sở, cuối định tốc độ 2/ T Nếu lấy mẫu cách kép tốc độ 2/T, tín hiệu thu r(t) đợc lấy mẫu [phơng trình (1.6) bao gồm lệch tần] đợc biểu diễn là: i i 0, rk i r t 2k i Ts r t k T i i ej T k i a n h k T nT ; t k T 2 n i n t k T 2 ej T k i a n n h i, k n; k i nk (1.16) cã c¸c chØ sè i = 0, ký hiƯu cho c¸c mÉu nhËn giá trị thời điểm định thời kT (bội nguyên lần T) kT + T/2 (bội phần hai nguyên lần T) Từ ph ơng trình (1.16), đáp ứng xung kim kênh phân tán rời rạc tơng đơng (bao gồm lệch định thời máy thu) đợc coi lµ: h i , n ; k h i i k T n T ; t k T 2 (11-17) Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT 10 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Vậy thì, m k0 m k1 trình tạp âm trắng riêng biệt có phơng sai N , xong đợc ghép tơng hố qua viƯc läc xung thÝch hỵp xung Thêng biÕt tríc thông số định thời , thông qua bắt định thời khởi tạo từ bám liên tục trình hoạt động trạng thái ổn định Thực tế, kênh pha đing phẳng, việc bám pha định thời hoàn toàn sử dụng thuật toán nh đà dùng cho kênh AWGN, suy giảm hiệu (so với việc bám kênh tĩnh) giữ mức nhỏ [12] Vì vậy, đợc bù cách nội suy số cách điều chỉnh đồng hồ lấy mẫu cho Với việc khôi phục định thời tựa xác, đầu MF đợc giảm xuống tốc độ ký hiệu 1/T mà làm thông tin, vậy, hai tín hiệu thành phần z ki trình MD thành phần c ki z k0 z k vµ 0 c k0 c k Ngoµi ra, ta cã g , n n việc lấy dạng xung Nyquist (không có ISI) việc lọc thích hợp chuẩn hoá lợng (energy-normalizing matched filtering) Khi mô hình truyền đầu xung MF bị triệt đợc chuyển thành:đó mô hình truyền cho đầu MF xung đợc chuyển thành: zk nhỏ ; e j T k c k a k m k T c ,k pha ding phẳng, dịnh thoi xác (1.22) Trong m k m k0 tạp âm trắng cộng với phơng sai N , Vì thế, mô hình kênh pha đinh phẳng tơng đơng lệch tần nhỏ định thời xác bao gồm việc điều chỉnh không nhớ nhng méo nhân phụ thuộc thời gian c , k trình AWGN rời rạc với phơng sai N Các mô hình kênh truyền dẫn pha đinh phẳng tơng đơng rơi rạc độ trễ định thời không đợc biết đợc biết/đợc bù lần lợt thể hình 1.5 Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT 13 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Mô hình kênh pha đinh phẳng cho thông số định thời ch a biết Các mẫu Các mẫu Mô hình kênh pha đinh phẳng cho thông số định thời biết/ đ ợc bù Hình 1.5 Các mô hình kênh truyền rời rạc cho kênh phađinh phẳng Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT 14 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống 1.4 Đặc tính thống kê kênh phađing Đến đây, ta khảo sát mô hình truyền dẫn trạng trễ kênh, tơng đơng với mức độ lựa chọn tần số, nghĩa đặc tính c ; t C ; t miền tơng ứng Ta trở lại vấn đề thay đổi theo thời gian kênh pha đing, nghĩa biến ®ỉi cđa c ; t C ; t miÒn t Sù thay đổi tính không đồng môi trờng (khúc xạ tầng điện ly, tầng khí quyển), di chuyển chớng ngại vật đờng truyền sóng, di chuyển thiết bị đầu cuối vô tuyến (xem hình 1.1) Các chế vật lý mà tạo trình phađinh có tốc độ thay đổi khác Có thÕ nhËn thÊy ba tØ lƯ thêi gian riªng vỊ phađing, để phân biệt chúng với theo ba loại phađinh tín hiệu phổ biến sau: Phađinh tín hiệu dài hạn (vùng rộng toàn cầu): Thay đổi chậm cờng độ tín hiệu trung bình, thay đổi khoảng cách đầu cuối dẫn đến thay đổi suy hao kh«ng gian tù (v« tuyÕn di động cá nhân), tính chất thay đổi ion hoá uốn cong lớp tầng điện ly phản xạ (vô tuyến sóng ngắn), điều tán xạ tầng đối lu thay đổi chậm (dải băng VHF UHF), suy hao ma Sự thay đổi thời gian trung hạn: Một cách điển hình vật cản trở phụ động đờng truyền tầm nhìn thẳng LOS (che chắn nhà, đồi, v.v) di động vô tuyến di động vệ tính Phađinh tín hiệu ngắn hạn (vùng nhỏ nội bộ): Các thay đổi tơng đối nhanh biên độ pha tín hiệu mang thông tin máy thu, cách điển hình chuỗi thời điểm nhanh giao thoa có tính tăng cờng suy giảm tia phản xạ tán xạ Sự thay đổi tín hiệu dài trung hạn thờng đợc mô hình hoá phađinh log, nghĩa cờng độ trờng tín hiệu thời gian ngắn hạn theo dB, đợc hiểu biến ngẫu nhiên phân bố Gaussian có giá trị trung bình (cờng độ tín hiệu trung bình dài hạn) phơng sai (đánh giá dao động quanh mức trung bình dài hạn) [13] Phađinh dài trung hạn xác định tính khả dụng kênh (hoặc xác suất không sử dụng) ảnh hởng mạnh đến viêc chọn giao thức truyền dẫn phơng pháp mà hoá kênh kiểm soát lỗi Tuy nhiên, tốc độ phađinh nhanh ba chế phađinh kể có ảnh hởng sâu rộng đến việc thiết kế hệ thống truyền dẫn máy thu số Từ quan điểm thiết kế máy thu- cần hoàn thiện vấn đề mà hoá kênh kiểm soát lỗi, điều chế, cân bằng, thu phân tập, đồng hoá, cần tập trung vào (và thờng đầy đủ) vào phađinh tín hiệu ngắn hạn Đáng tiếc, cố gắng tìm cách ánh xạ tất định tình trạng điện từ thay đổi theo thời gian lên đáp ứng xung kim kênh tức c ; t nỗ lực đầy tham vọng cần phải mô hình hoá chất toàn kịch tán xạ, bao gồm thông số liên quan nh địa hình (cấu trúc địa chất, nhà, cối, hút phản mặt đất ), khí (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, lợng ma, ion hoá ), chòm cản trở đờng truyền sóng dài, anten phát thu (trờng gần xa), v.v Tuy nhiên, điều hầu nh không thực không muốn nói tất cả, thông số tán xạ liên quan thờng không đợc biết Cần ý có thay đổi nhỏ kịch tán xạ có ảnh hởng lớn đến tính cách truyền dẫn kênh tức thời Chẳng hạn, thay đổi độ dài đờng truyền nhỏ nh phần bớc sóng, hậu gây dịch pha lớn tia tán xạ Mặt khác, việc mô hình hoá bám tia tất định CIR c ; t thực đợc cho vài môi trờng nhà tần số sóng mang cao (chẳng hạn, 60 GHz) đặc tính truyền sóng đạt đợc từ thuộc tính vật liệu & hình học, cách dùng quy luật phản xạ truyền dẫn ta tựa quang học Vì kết đạt đợc đợc mong đợi xác dùng mô hình thông kê WSSUS (đợc thảo luận sau) tình hợp lệ bị giới hạn cho vùng nhỏ (các môi trờng nhà khoảng vài mét vuông) Trong vùng di động tế bào nơi thực mô hình hoá chất đợc, sử dụng việc phát tia để xác định trung bình dài hạn điều kiện kênh cho mục đích hoạch định ô Tại tốc độ, việc dùng Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT 15 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống phơng pháp dò cần đến sâu kiến thức chuyên môn tính toán công suất, đến thăm đặc tính hoá cho kênh đâu đó, tạo dự đoán chuỗi bám thờng dựa vào kinh nghiệm kiểm tra chéo, kết từ đo đạc Từ quan điểm truyền thông số, thực thi đợc không cần thiết bám chi tiết tình trạng tán xạ Hơn nữa, thờng phân loại lại việc mô hình hoá thống kê thay đổi kênh ngắn hạn [13] Việc xây dựng mô hình thống kê tìm thông số chúng dựa vào đo đạc (mô hình theo kinh nghiệm), dựa vào mô hình trạng thái vật lý đơn giản (mô hình phân tích) kết hợp hai Thờng coi trình pha đinh ngẫu nhiên trình dừng nghĩa rộng (WSS: wide-sense stationary), nghĩa trình đợc đặc tính hoá cách thích hợp trung bình đồng phơng sai Hơn nữa, tia [trọng lợng c n t ] mà tạo kênh đợc coi chịu tác tán xạ không tơng quan tơng hỗ (US: uncorrelate scanttering), hợp lý tia riêng biệt thờng đợc thuộc tính hoá để phân biệt tán xạ vật lý Nh vậy, mô hình trình phađinh tán xạ không t¬ng quan dõng nghÜa réng (WSSUS: Wide-sense stationary, uncorrelated scattering) tiêu chuẩn đợc chấp nhận rộng rÃi Các thông số thống kế ngắn hạn kênh phađinh Các thống kê ngắn hạn kênh phađinh hoàn toàn đợc đặc tính hoá hàm thống kê bản, là, hàm tán xạ Tất thông số lại để mô tả thuộc tÝnh thèng kª cđa c ; t C ; t đợc rút từ hàm cở sở Hàm tán xạ bốn hàm tơng quan tơng đơng thống kê miền thời gian miênd tần số: Hàm tơng quan phân cách tần số phân cách thời gian : R C ; t E C ; t C * ; t t (1.23) Hàm tơng quan gian trễ phân cách thời gian : R c ; t E c ; t c * , t t (1.24) Phỉ c«ng st Doppler phân cách tần số: S C ; R ; t e j C t d t (1.25) Phỉ c«ng st Doppler trƠ = Hàm ánh xạ Sc ; R ; t e C j t d t (1.26) Trong ®ã biến tần số góc ( = biến tần số) phổ Doppler Các quan hệ truyển đổi Fourier bốn hàm tơng đơng thống kê đợc cho hình 1.6 Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT 16 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống Hàm t ơng quan phân cách tần số phân cách thời gian R C ; t Hàm t ơng quan trễ phân cách thời gian SC R C ; t Phæ ; Doppler phân cách tần số S C ; Hàm tán xạ; Phổ công suất Doppler trễ Hình 1.6 Các quan hệ chuyển đổi Fourier hàm thống kê Các trình trọng lợng tia bản: c n t n e j Dn t n ne j 2 Dn t n (1.27) Tạo kênh vật lý [phơng trình (1.7), bỏ qua trễ truyền sóng định thời đồng hồ] đợc đặc tính hoá thừa số khuyếch đại n , dịch Doppler D , dịch pha n mà đợc giả định không đổi trong khoảng thời gian ngắn Tuyệt đại đa số số lợng N trình hầu nh vô hạn cho c n t có độ lợi vô nhỏ Dựa vào giả định WSSUS, mà hàm tán xạ tơng quan trễ thời gian cách [các phơng trình (1.24) vµ (1.26)] trë thµnh: n N R c ; T e n j Dn t n n 0 N Sc ; D n n n n (1.28) Mỗi tia thể nh điểm n , D n mặt phẳng Doppler-trễ , vô số tia nh vËy lµm cho hµm hai chiỊu S c ; tựa liên lục Từ kết đo lờng cho thấy, tia sở tạo thành cụm (clusters) riêng vài vùng mặt phẳng Doppler-trễ Ta phân biệt cụm c¸ch ký hiƯu S c ; hàm tán xạ thành phần cụm thứ m, toàn hàm tán xạ tơng quan trễ thời gian cách đều: m M R c ; T R ; t m 0 cm M Sc ; S ; m cm (1.29) đợc biĨu diƠn nh sù xÕp chång cđa M hµm hµm tán xạ tơng quan trễ thời gian phân cách cơm R c ; t vµ Sc ; tơng ứng Hơn nữa, ký hiệu m Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT m 17 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống R m vùng mặt phẳng Doppler-trễ , cho S c m ; khác không, N m tập số n cho tia sở c n t thuộc cụm thứ m Thì, dới dạng điển hình phân biệt thành ba loại cụm tia: Tạo cụm mạnh xung quanh điểm R m m , D m Tạo cụm vùng hình chữ nhật R m với trễ truyền sóng gần nh m n víi mäi n N m Tạo cụm yếu vùng mở rộng R m Kịch tạo cụm đợc minh hoạ hình 1.7 LOS / tia bị phản xạ phản chiếu Các tia bị tán xạ khuyếch tán với độ trễ Các tia bị tán xạ khuyếch tán Hình 1.7 Các loại cụm mặt phẳng Doppler- trễ Kiểu tạo cụm đợc xác định kịch tán xạ vật lý bản, cụ thể phân bố không gian thuộc tính vật liệu tán xạ (vì cờng độ góc tới tia tán xạ) vận tốc thiết bị đầu cuối (hoặc tán xạ) Nếu biết tr ớc kịch tán xạ này, hàm tán xạ cho môi trờng cụ thể (thành phố, ngoại ô, v.v) đợc rút từ mô hình lý Việc tạo cụm mạnh xung quanh điểm R m m , D m mặt phẳng , đợc thuộc tính vào tia LOS phản xạ ngợc lại (tựa quang học) từ điểm tán xạ gần nh bề mặt mịn nh nhà, nhựa đờng, vũng nớc, núi cao Mặc dù, kịch tán xạ liên tục thay đổi tính di động thiết bị đầu cuối vô tuyến, chớng ngại vật dọc theo đờng truyền sóng thân tán xạ, kịch tán xạ thờng đợc xem tính ổn định, khoảng thời gian ngắn, mà điểm tán xạ trì tính dừng số thời điểm Sự phản chiếu từ điểm tán xạ dẫn đến sóng phía trớc xấp xỉ quán, nghĩa tia cở cộng tăng cờng với Vì vậy, cụm điểm đợc mô hình hoá nh đờng đờng dẫn quán: Nm c m t cn t n 0 LOS duong bị phả n x¹ me j Dm t m (1.30) Trong Nm số lợng tia tạo thành cụm điểm thứ m Phụ thuộc vào di chuyển đầu cuối tán xạ hớng đến, mà đờng dẫn mang dịch Doppler lớn D D D Gi¶i sư tÝnh nhÊt qu¸n pha m n , hệ m Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT m n 18 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thống số độ lợi đờng truyền hầu nh không phơ thc thêi gian (bÊt biÕn)- trë thµnh Nm m n Vì vậy, mô hình đờng truyền LOS/phản chếu gồm pha quay theo n biên độ m cố định pha nhÊt qu¸n m t D t m m Thờng, tán xạ lấy xuất diện rộng vùng đất gồ gề (liên quan đến bớc sóng) bề mặt không nh cối vật gần anten Tán xạ nh không thuộc loại phản chiếu mà thuộc loại khuếch tán, cụm tia tán xạ hỗn độn gồm vô số tia riêng biệt mà thể tính hớng không quán pha Trong số trờng hợp xét, tất tia không quán cụm có trễ truyền sãng b»ng (xÊp xØ) m n (hình 1.7), trọng lợng cụm tơng ứng: Nm cm t Nm cn t Tán xạ khuyếch tán, c¸c trƠ hau nh b»ng n 0 m t j m t n e n 0 j D n t n (1.31) thĨ hiƯn vùng chữ nhật R m mặt phẳng , , kết trở thành trình ngẫu nhiên Gaussian phức Có thể xác định công suất trung bình phổ Doppler riêng từ hàm tán xạ tùa liªn tơc nh sau: Scm S ; d c m cm R cm E cm t (1.32) 1 S c ; d d S c d m m NÕu nh kªnh bao gåm M cơm víi trễ m phân biệt, hàm tán xạ tơng quan trễ thời gian cách [các phơng trình (1.24) (1.26)] đợc đơn giản thành: M R c ; t R c m t m m 0 (1.33) M Sc ; Scm m m 0 Trong ®ã: R c m t E c m t c *m t t Scm R t e cm j t d t (1.34) hàm tơng quan thời gian cách phổ công suất Doppler trình cụm thứ m cm(t) tơng ứng Rút thông số thống kê ngắn hạn kênh phađinh Có thể rút hàm mật độ xác suất nh hàm khác thông số mà đặc tính hoá cho tính cách động kênh phađinh từ hàm tán xạ Nếu cụm thể vô số tia sở không quán, hàm mật độ trình trọng lợng c t t e j t (thấy rõ, số m đợc bá qua hµm pdf) lµ Gaussian phøc víi pha t phân bố đều, biên độ t phân bố Rayliegh lợng (công suất) E t t phân bố hàm mũ tơng ứng: Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT 19 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh mô hình hệ thèng e E p p E e E 2 E (1.35) E E ®ã E E lợng (công suất) trung bình trình cụm Chú ý trọng lợng cụm đợc thuộc tính hoá dạng lợng (phần của) hệ thống Khi trình ngẫu nhiên c(t) đợc coi công suất Đặc biệt xét cho kênh phađinh phẳng, cụm tia có độ trễ bao gồm phản chiếu/LOS thành phần khuyếch tán, trình trọng lợng tổng hợp c(t) [phơng trình (1.11)]: c t c s t c d t s e j s t d e j d t se j D s t s (1.36) d e j d t t e j t Tuân theo mật độ Rician: E s p exp I0 Es Ed Ed Ed 2 exp K I K Ed E E d d Es E E s p E exp I E 0 Ed E d Ed (1.37) Cã E s s2 vµ E d E d2 lợng (trung bình) thành phần phản chiếu khuếch tán t¬ng øng, E E t c t lợng tổng c(t), K E s E d tỷ số lợng thành phần phản chiếu khuyếch tán (hệ số K ) Tính cách động kênh phađinh thờng đợc trình bày dạng đặc tính chiều (nh có tính đơn giản): Hàm tơng quan phân cách thời gian : R C t E C ; t C * ; t t R C ; t (1.38) Hàm tơng phân cách quan tần số : R C E C ; t C * ; t R C ; t (1.39) Lý lịch trễ công suất: R c E c ; t c * ; t 2 R c ; t 0 S ; d c (1.40) Phổ Doppler: Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT Lớp D2001VT 20 ... hình kênh pha đinh phẳng cho thông số định thời ch a biết Các mẫu Các mẫu Mô hình kênh pha đinh phẳng cho thông số định thời biết/ đ ợc bù Hình 1. 5 Các mô hình kênh truyền rời rạc cho kênh pha? ?inh... định thời , thông qua bắt định thời khởi tạo từ bám liên tục trình hoạt động trạng thái ổn định Thực tế, kênh pha đing phẳng, việc bám pha định thời hoàn toàn sử dụng thuật toán nh đà dùng cho. .. (chơng 4, [1] ), thay đổi thời điểm định thời tốc độ không tơng xứng đợc cho trì đủ nhỏ khoảng thời gian đủ ngắn Điều đặc biệt phù hợp với kênh pha đinh thông tin hầu nh đợc chuyển vào khối giống
