LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ kinh tế gới khoa học kỹ thuật gúp cho sống Người ngày cải thiện, nhu cầu sử dụng thông tin liên lạc ngày tăng, hệ thống thông tin liên lạc ngày phát triển nhanh chóng Tuy nhiên vấn đề đặt nan giải làm để đảm bảo chất lượng thông tin cách tốt Một lĩnh vực nghiên cứu có tính chất định tới chất lượng thông tin ảnh hưởng fading trình truyền dẫn Mặc dù vấn đề phân tích nghiên cứu nhiều không mẻ để củng cố lại kiến thức trình học tập, thời gian làm luận văn tốt nghiệp em chọn đề tài “ Nghiên cứu Fading biện pháp chống fading mạng thông tin di động” Để giải vấn đề đặt ra, luận văn chia thành ba chương cụ thể sau Chương I: Tổng quan thông tin di động Chương II: Phân tích đánh giá ảnh hưởng fading thông tin di động Chương III: Phương pháp thích nghi tốc độ phát xạ công suất tối ưu mô phần mềm ứng dụng Matlap Trong trình tìm hiểu nghiên cứu làm luận văn em cố gắng lực kiến thức để hoàn thành yêu cầu thời hạn qui định, Tuy nhiên tránh khỏi thiếu sót Vì mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến Quý Thầy, Cô học viên để luận văn em đầy đủ hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Cô giáo khoa ĐiệnĐiện tử tàu biển toàn thể học viên Đặc biệt em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Phạm Văn Phước động viên tận tình giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Hải Phòng, ngày… tháng…….năm 2014 Chương TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ HỆ THỐNG GSM 1.1 KHÁI QUÁT VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG 1.1.1 Lịch sử phát triển Vào cuối kỷ 19, nhà bác học người Ý Marconi Guglielmo (18741937, giải Nobel vật lý năm 1909) nghiên cứu thực nghiệm cho thấy thông tin vô tuyến thực máy thu phát xa di động Thông tin vô tuyến lúc chủ yếu sử dụng mã morse, năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thiết lập, ban đầu dùng cho Cảnh Sát Đến năm 1933 thiết lập hệ thống thoại tương đối hoàn chỉnh giới, nhiên thiết bị thời rẩt cồng kềnh, nặng, đầy tạp âm tiêu tốn nghiều lượng sử dụng đèn điện tử Công tác giải thấp băng VHF, thiết bị liên lạc với với khoảng cách vài chục dặm Các dịch vụ di động đời sống Cảnh Sát, Cứu thương, Cứu hỏa, Hàng hải, Hàng không…cũng sử dụng thông tin di động để hoạt đông thuận lợi Hồi chất lượng thông tin di động đặc tính truyền dẫn sóng vô tuyến, dẫn đến tín hiệu thu tổ hợp nhiều thành phần tín hiệu phát đi, khác biên độ, pha thời gian giữ chậm Tổng véc tơ tín hiệu làm cho đường bao tín hiệu thu bị thăng giáng mạnh nhanh Khi trạm di động hoạt động, mức tín hiệu thu thường bị thay đổi lớn nhanh làm cho chất lượng đàm thoại suy giảm trông thấy Tất nhiên, tất đặc tính truyền dẫn ngày tồn song hồi chúng chống lại kỹ nghệ thời kỳ sơ khai Trong ngày công nghệ bán dẫn phát triển cho phép ta sử dụng hàng triệu đèn bán dẫn việc loại bỏ ảnh hưởng xấu đặc tính truyền dẫn Băng tần sử dụng công nghệ đương thời cho thông tin vô tuyến khan Các băng sóng trung dài sử dụng cho phát băng tần số thấp cao (LF HF) bị chiếm dịch vụ thông tin toàn cầu Công nghệ thời chưa thích hợp đẻ đạt chất lượng cao băng sóng VHF UHF Khái niệm tái sử dụng tần số nhân thức song không sử dụng để đạt mật độ người sử dụng cao Do đó, suốt nhiều năm, chất lượng thông tin di động nhiều so với thông tin hữu tuyến công nghệ không thích hợp nhà tổ chức thông tin không sử dụng độ rộng dải tần băng tần số cao Khi mà mạng điện thoại tương tự, cố định, thương mại số hóa nhờ phát minh dụng cụ điện tử kích thước nhỏ bé tiêu thụ nguồn tình trạng vô tuyến di động biến đổi chậm chạp Các hệ thống vô tuyến di động nội mặt đất bắt đầu sử dụng song mức độ phục vụ nhóm chuyên biệt chưa phải dành cho cá nhân cộng đồng Mặc dù ý tưởng mạng tế bào hình thành từ năm 1947 song không làm để khởi đầu việc áp dụng hệ vô tuyến tế bào Mãi tới có mạch tích hợp thiết kế cách tùy chọn, vi sử lý, mạch tổng hợp tần số, chuyển mạch nhanh dung lượng lớn…mạng vô tuyến tế bào biến thành thực Trong năm thập kỷ 80 chứng kiến đời số hệ thống vô tuyến tế bào tương tự thường gọi mạng vô tuyến mặt đất công cộng (PLMR-Public land Mobile Radio) Làm việc dải UHF, mạng cho thấy thay đổi vượt bậc độ phức tạp hệ thống thông tin liên lạc dân Chúng cho phép người sử dụng đàm thoại liên lạc trao đổi thông tin mạng di động với đối tượng có nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network) mạng đa dịch số ISDN (Integgrated Services Digital Network) Tuy nhiên hệ thống di dộng tế bào tương tự có dung lượng giới hạn nên không đáp ứng nhu cầu công cộng tăng lên nhanh Vì quốc gia Châu Âu, Châu Mỹ Nhật Bản nghiên cứu phát triển độc lập hệ thống thông tin tế bào số gọi hệ thống thông tin di động hệ Vào năm 1988 Châu Âu nhóm CTMS (Global System Mobille) thành lập nhằm chuẩn hóa hệ thống di động toàn cầu, CTMS trở thành hệ thống thông tin di động toàn cầu Mỹ Hiệp hội công nghiệp viễn thông (TIA) thành lập ủy ban tiêu chuẩn hệ thống tế bào số ban hành tiêu chuẩn tạm thời, phương pháp truy nhập (TDMA, CDMA) Tại nhật họ thành lập ủy ban tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin tế bào số ban hành tiêu chuẩn tế bào số cá nhân PDC (Personnal Digital Callular) vào năm 1992 Những năm gần dây số lượng thuê bao di động tăng lên nhanh, điều có nghĩa cần tăng dung lượng kênh hay độ rộng băng tần để đảm bảo băng thông giới hạn, số lượng thuê bao lớn việc cần thiết phải tăng hiệu sử dụng băng tần sẵn có quan tâm đến vấn đề chống tạp âm, nhiễu phading hệ thống thông tin việc thiết kế hệ thống tốn Điều thấy rõ Việt Nam trả khoản kinh phí lớn cho việc phát triển hệ thống di động như: VIETTEL, MOBIL, VINA …Và mạng di dộng đáp ứng phần nhu cầu sử dụng công cộng 1.1.2 Đặc điểm truyền sóng thông tin di động Đặc tính truyền sóng thông tin vô tuyến di động tín hiệu thu máy thu bị thay đổi so với tín hiệu phát tần số, biên độ, pha thời gian giữ chậm Các thay đổi có tính chất phức tạp, tác động chúng tới chất lượng liên lạc phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố khác địa hình, khoảng cách liên lạc, giải tần, khí quyển, tốc độ truyền tin, tốc độ di chuyển trạm di động, mật độ thuê bao đơn vị tần số đơn vị diện tích, anten, công suất phát, sơ đồ điều chế…Tuy vậy, chia cách vắn tắt ảnh hưởng truyền sóng thành: Ảnh hưởng hiệu ứng Dopler, tổn hao đường truyền Fading  Hiệu ứng Dopler: Là thay đổi tín hiệu thu so với tín hiệu phát đi, gây chuyển động tương đối máy thu máy phát trình truyền sóng Giả sử sóng mang không bị điều chế có tần số fc , phát tới máy thu di động với vận tốc υ Tại máy thu, tần số tín hiệu thu theo tia sóng thứ i là: f = fc + fm cos α i , α i góc tới tia sóng thứ i so với hướng chuyển động máy thu, fm lượng dịch tần Dopler, fm = υ fc /C, với C vận tốc ánh sáng Như vậy, trường hợp máy thu đứng yên so với máy phát ( υ =0), máy thu chuyển động vuông góc với góc tới tín hiệu (cos α i =0) tần số tín hiệu thu không bị thay đổi so với tần số tín hiệu phát Hiệu ứng Dopler xảy mạnh máy thu di động theo phương tia sóng tới (cos α i = ± 1).Điều thường xảy thông tin di động máy thu đặt xe di chuyển xa lộ, antenna trạm phát bố trí dọc theo xa lộ (được gán cầu vượt ngang qua xa lộ chẳng hạn)  Tổn hao đường truyền: Là lượng suy giảm mức điện thu so với mức điện phát Mức điện trung bình tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách công suất tín hiệu đơn vị diện tích mặt cầu song giảm dần theo khoảng cách anten thu phát, hấp thụ môi trường truyền… Tổn hao đường truyền phụ thuộc tần số xạ, địa hình, tính chất môi trường, mức độ di chuyển chướng ngại, độ cao anten, loại anten… Trong thông tin vô tuyến tế bào, nhiều trường hợp tổn hao đường truyền tuân theo quy luật mũ 4, tức tăng tỉ lệ với lũy thừa khoảng cách Về nguyên tắc, tổn hao đường truyền hạn chế kích thước tế bào cự li liên lạc song nhiều trường hợp ta lợi dụng tính chất tổn hao đường truyền để phân chia hiệu tế bào, cho phép tái sử dụng tần số cách hữu hiệu để tăng hiệu sử dụng tần số  Fading: Trong khoảng cách tương đối ngắn mức tín hiệu thu trung bình xem số, nhiên mức điện tức thời tín hiệu thu anten lại thay đổi nhanh với lượng tiêu biểu tới 40db Những thay đổi nhanh mức điện thu tức thời gọi fading nhanh Giả sử trạm cố định phát sóng mang không bị điều chế, trạm thu di động thu không thành phần sóng mang phát mà tổ hợp tia sóng tín hiệu bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ cao ốc chướng ngại vật khác vùng truyền sóng trước tới máy thu Thực tế, hầu hết môi trường, tia sóng thu máy thu di động phải chịu thay đổi (phụ thuộc vào đường nó) pha, thời gian giữ chậm riêng, biên độ dịch tần Doppler Kết tín hiệu mà trạm di động thu khác cách với sóng mang phát Trong nhiều trường hợp nghiêm trọng, tổng vec-tơ tín hiệu tới theo nhiều tia giảm tới giá trị thấp Hiện tượng gọi fading nhiều tia (multipath fading) Khi máy di động di chuyển, mức điện thu fading theo khoảng cách khác bước sóng dọc theo hành trình Một fading sâu xảy ra, tín hiệu thu giảm theo mức không, tỉ số tín/tạp nhỏ không, đầu máy thu hoàn toàn phụ thuộc vào nhiễu kênh Trong thực tế sóng mang điều chế Trong thông tin di động số, ảnh hưởng đặc tính truyền dẫn phụ thuộc vào tỷ số độ dài dấu (symbol) trải giữ chậm (delay spread) kênh vô tuyến biến đổi theo thời gian Độ trải giữ chậm xem độ dài tín hiệu thu xung cực hẹp truyền Nếu số liệu truyền với tốc độ thấp chúng giải dễ dàng phần thu Đó khó khăn truyền theo nhiều tia xung số liệu kết thúc trước xung phát Vì ta tăng tốc độ truyền số liệu lên tới lúc dấu số hiệu trải hẳn sang dấu số liệu lân cận, tạo xuyên nhiễu dấu ISI (intersymbol intenerence) Nếu mạch san kênh nhằm loại bỏ ISI tỉ lệ lỗi bit BER (bit-error rate) lớn tới mức chấp nhận Giả sử ta truyền số liệu với tốc độ lớn song đưa máy di đông lại đủ gần trạm cố định đồng thời giảm cách thích hợp công suất phát (tức thu hẹp kích thước tế bào) trải giữ chậm tia nhìn chung nhỏ Khi ISI không đáng kể, không cần san kênh Fading gọi fading phẳng xảy suốt dải tần số kênh Fading chọn lọc theo tần số xảy không đồng dải tần số kênh, gây nên ISI Như vậy, kích thước tế bào có ảnh hưởng quan trọng tới đặc điểm truyền sóng Đối với tế bào có kích thước lớn, mạch san bắt buộc truyền tốc độ thấp (vài chục kb/s) Ngược lại, với siêu vi tế bào (picocell) trải chậm nhỏ µ s nhiều, fading phẳng với tộc độ số liệu vài Mb/s, mạch san không cần thiết Ở cần nhấn mạnh thêm việc có đường nhìn thẳng LOS (line of sight) máy thu máy phát (thường xảy vi tế bào) có ý nghĩa cải thiện chất lượng liên lạc đặc biệt 1.1.3 Phân loại hệ thống thông tin vô tuyến di động Theo cấu trúc, đặc điểm phương thức truy nhập hệ thống thông tin vô tuyến di động phân chia thành nhiều loại khác Theo cấu trúc, chúng thường phân thành: Hệ thống mạng tế bào, hệ thống viễn thông không dây vành địa phương Theo đặc tính, hệ thống thông tin di động chia thành hệ thống liên tục (analogue) hệ thống số (digital) Trong thông tin di động, phương thức đa truy nhập (ghép kênh) sau thường sử dụng: Đa truy nhập theo tần số FDMA (frequency Division Mutiple), đa truy nhập theo thời gian TDMA (Time Division Mutiple) đa truy nhập theo mã CDMA (Code Division Mutiple Access)  Phân loại theo cấu trúc Mạng tế bào (cellular mobile radio): Việc liên lạc thông tin vô tuyến di động tế bào tiến hành hệ thống trạm gốc cố định BS (Base Station) bố trí theo vùng địa lý trạm di động MS (mobile station) Diện tích địa lý MS liên lạc trực tiếp với BS gọi mạng tế bào (cell), coi biên tế bào xác định khoảng cách cực đại mà MS xa khỏi BS mà liên lạc chưa trở nên chấp nhận Về lý thuyết, tế bào bố trí dạng tổ ong với kích thước thích hợp cho phép tái sử dụng tần số nhằm đạt mật độ người sử dụng cao Trong thực tế, hình dáng thực kích thước tế bào phụ thuộc vào địa hình, công suất phát, mật độ người sử dụng, loại anten độ cao anten…Thông thường, địa hình nông thôn, tế bào có bán kính tới 35km, đô thị bán kính vài km Mạng vô tuyến tế bào dùng để tổ chức PLMR GSM, IS54/IS-136, IS-95 (CDMA)…là hệ thống vô tuyến tế bào tiêu biểu Viễn thông không dây CT (Cordless Telecommunication): Các mạng không dây thiết kế cho thông tin di động phủ sóng khoảng cách tương đối nhỏ môi trường công sở, nhà máy…Do kích thước tế bào nhỏ, tốc độ truyền số liệu cao mà không cần mạch san phức tạp, chí không cần mã hóa kênh Các mạng không dây tiêu biểu DECT (Digital European Telecommunications) châu Âu, CT-2 Anh Vành vô tuyến địa phương (wireless local loop): Được sử dụng để nối thuê bao điện thoại tới mạng liên lạc công cộng thiết bị vô tuyến Chất lượng liên lạc, độ an toàn thông tin vô tuyến địa phương tương tự mạng hữu tuyến Tùy lĩnh vực áp dụng, cự li liên lạc 200m đến 500m địa hình đô thị tới 20km vùng nông thôn Thủ tục lắp đặt nhanh, bảo trì điều phối rẻ Tại nhũng vùng nông thôn nơi hẻo lánh, nơi có mật độ thuê bao thấp, việc đặt đường dây thuê bao không kinh tế vành vô tuyến địa phương lại trở nên hiệu hết  Phân loại theo đặc tính Vô tuyến di động liên tục: Là hệ thống điện thoại vô tuyến di động hệ thứ Tín hiệu thoại tín hiệu liên tục, điều chế FSK (Frequency Sift Keying) Ghép kênh chủ yếu theo tần số Các kênh điều khiển số hóa Vô tuyến di động số: Cả tín hiệu thoại lẫn kênh điều khiển tín hiệu số Ngoài dịch vụ điện thoại truyền thống, hệ thống di động số cho phép khai thác số dịch vụ khác truyền tin ngắn, truyền Fax, truyền số liệu Tốc độ truyền cao có khả mã hóa thông tin  Phân loại theo phương thức đa truy nhập: Đa truy nhập theo tần số (FDMA): Được sử dụng chủ yếu thông tin di động hệ thứ nhất, hai dải tần số có độ rộng W sử dụng cho đường truyền xuống (down-link) từ BS tới MS đường truyền lên (up-link) từ MS tới BS Mỗi người sử dụng chiếm dải tần có độ rộng W/N gọi kênh sử dụng kênh suốt thời gian liên lạc Có đặc điểm tốc độ truyền thấp, khó áp dụng dịch vụ không thoại, hiệu sử dụng tần số thấp, có bao 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 6.25 6.54 6.95 7.2 7.66 7.98 8.31 8.53 9.3 9.6 9.97 10.25 10.6 10.98 11.24 11.61 12 5.83 6.13 6.4 6.81 7.04 7.5 7.83 8.13 8.38 8.87 9.13 9.47 9.84 10.12 10.43 10.85 11.12 11.5 11.87 72 Đồ thị thu từ bảng số liệu là: Dung lượng kênh đơn vị băng thong C/B (b/s/Hz) Dung lượng kênh sử dụng phân tập MRC CNR trung bình nhánh Hình 3.7: Dung lượng kênh fading đơn vị băng thông kênh fading Rayleigh sử dụng phân tập MRC theo CNR trung bình với M = Qua đồ thị ta thấy dung lượng kênh fading tăng nhanh γ tăng, tốc độ tăng nhanh so với M = 2, nên đường biểu diễn sát so với đường biểu diễn dung lượng kênh AWGN so với trường hợp M = Tổng hợp kết bảng số liệu ta có bảng số liệu tổng hợp sau: M=2 M=1 M=4 γ mrc Caw gn 1.3 1.4 1.6 1.87 2.2 2.6 B mrc Copa 1.3 1.41 1.58 1.83 1.94 2.1 B mrc Caw gn B 1.78 2.1 2.27 2.52 2.81 3.15 3.41 mrc Copa 1.65 1.83 2.2 2.31 2.54 2.82 3.19 73 B mrc Caw gn 2.51 2.8 3.15 3.4 3.68 4.12 4.36 B mrc Copa 2.44 2.63 3.04 3.26 3.53 3.94 4.2 B 2.8 3.18 3.46 3.74 4.09 4.5 4.7 5.3 5.6 6.3 6.6 7.2 7.6 8.31 8.65 9.28 9.63 10 2.16 2.85 2.91 3.2 3.4 3.71 4.4 4.61 4.92 5.2 5.47 5.9 6.2 6.58 6.89 7.16 7.5 7.78 8.14 8.54 8.75 9.15 3.68 4.13 4.38 4.65 5.35 5.65 6.25 6.55 6.96 7.21 7.68 7.97 8.3 8.51 9.29 9.61 9.98 10.24 10.61 10.97 3.42 3.69 4.15 4.36 4.63 5.3 5.62 6.01 6.21 6.48 6.94 7.2 7.6 7.91 8.21 8.48 8.98 9.18 9.57 9.81 10.12 10.56 Thông qua bảng số liệu ta có đồ thị sau: Dung lượng kênh sử dụng phân tập MRC Dung lượng kênh đơn vị băng thông C/B (b/s/Hz) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 74 4.66 5.34 5.65 6.25 6.54 6.95 7.2 7.66 7.98 8.31 8.53 9.13 9.6 9.97 10.25 10.6 10.98 11.24 11.64 12 4.51 4.83 5.17 5.48 5.58 6.13 6.4 6.81 7.04 7.5 7.83 8.13 8.38 8.87 8.24 9.47 9.84 10.12 10.43 10.85 11.2 11.5 11.87 CNR trung bình nhánh Hình 3.8: Dung lượng kênh fading đơn vị băng thông kênh fading Rayleigh sử dụng phân tập MRC theo CNR trung bình với M = 1, M = M = Từ đồ thị ta thấy M tăng lên đố dung lượng kênh fading AWGN tăng nhiên lượng lại tăng không Với M = dung lượng kênh fading tăng nhanh có lương xấp xỉ kênh AWGN Như sử dụng phân tập MRC trường hợp M = cho kết tố 3.4.3 Trường hợp sử dụng phân tập SC Trong trường hợp phân tập SC C sc opra B C sc opra B tính theo công thức: M −1 E1 ( + k ) / γ  k  M − 1 = M log ( e ) ∑ ( −1)  e k + / γ ( ) ÷ 1+ k k =0 k  (3.33) Nó tương đương với khai triển xấp xỉ: C sc opra B M −1 = M log ( e ) ∑ k =0 ( −1) k +1   M − 1  1+ k  1+ k    ÷.e ( k + 1) / γ  E + ln  ÷− 1+ k  k  γ  γ    (3.34) Và theo dung lượng kênh AWGN tính theo: C sc M   =log 1 +∑ γ÷ n= n   opra B (3.35)  Trường hợp với M = Từ công thức tính ta có bảng số liệu sau: γ mrc Caw gn 1.3 1.4 1.6 sc Caw gn B 1.3 1.41 75 B 1.87 2.2 2.6 2.8 3.18 3.46 3.74 4.09 4.5 4.7 5.3 5.6 6.3 6.6 7.2 7.6 8.31 8.65 9.28 9.63 10 Đồ thị là: 1.58 1.83 1.94 2.1 2.16 2.85 2.91 3.2 3.4 3.71 4.4 4.61 4.92 5.2 5.47 5.9 6.2 6.58 6.89 7.16 7.5 7.78 8.14 8.54 8.75 9.15 Dung lượng kênh sử dụng phân tập SC Dung lượng đơn vị băng thông C/B (b/s/Hz) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 76 CNR thu trung bình nhánh Hình 3.9: Dung lượng trung bình đơn vị băng thông kênh fading Rayleigh kênh AWGN theo CNR trung bình Trong trường hợp sử dụng phân tập M = Với kết thu ta nhận thấy với hợp phân tập với M = hoàn toàn giống với trường hợp tính lặp  Trường hợp M = ta có bảng số liệu sau: γ mrc Caw gn 10 11 12 13 14 15 1.5 1.7 2.25 2.48 2.75 3.1 3.32 3.65 4.35 4.7 5.25 5.6 sc Copa B 1.37 1.61 1.75 2.07 2.3 2.5 2.8 3.12 3.35 3.62 4.32 4.68 4.95 5.21 77 B 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 5.8 6.22 6.6 6.8 7.2 7.5 7.8 8.16 8.6 8.9 9.25 9.53 9.85 10.17 10.48 5.5 5.75 6.2 6.5 6.7 7.16 7.4 7.72 8.1 8.48 8.81 9.23 9.47 9.8 10.13 78 Đồ thị tương ứng là: Dung lượng đơn vị băng thông C/B (b/s/Hz) Dung lượng kênh sử dụng phân tập SC CNR thu trung bình nhánh Hình 3.10: Dung lượng trung bình đơn vị băng thông kênh fading Rayleigh kênh AWGN theo CNR trung bình Trong trường hợp sử dụng phân tập M = sc Từ đồ thị ta thấy dung lượng kênh Copa B tăng lên so với M = 1, đường biểu diễn tiến đến gần đường biểu diễn đường biểu diễn kênh AWGN  Trường hợp M = Bảng số liệu: γ mrc Caw gn 10 1.87 2.14 2.34 2.65 2.96 3.22 3.5 3.81 4.12 4.5 sc Copa B 1.07 2.16 2.48 2.75 3.1 3.35 3.63 4.23 79 B 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 4.75 5.1 5.43 5.68 6.1 6.4 6.75 7.1 7.25 7.75 8.1 8.32 8.74 9.1 9.3 9.7 10.1 10.32 10.64 11.2 4.6 4.85 5.2 5.48 5.62 6.18 6.5 6.75 7.12 7.43 7.78 8.24 8.48 8.83 9.17 9.42 9.8 10.23 10.41 10.7 80 Đồ thị thu là: Dung lượng đơn vị băng thông C/B (b/s/Hz) Dung lượng kênh sử dụng phân tập SC CNR thu trung bình nhánh Hình 3.11 Dung lượng trung bình đơn vị băng thông kênh fading Rayleigh kênh AWGN theo CNR trung bình Trong trường hợp sử dụng phân tập M = Từ đồ thị nhận thấy dung lượng kênh fading tăng lên nhanh so với trường hợp M = 2, đường biểu diễn tiến tới gần đường biểu diễn dung lượng kênh AWGN (đường nết đứt) Tập hợp bảng số liệu ta có bảng số liệu tổng hợp sau: M=2 M=1 M=4 γ mrc Caw gn 1.3 1.4 1.6 1.87 2.2 2.6 2.8 3.18 B sc Copa 1.3 1.41 1.58 1.83 1.94 2.1 2.16 2.85 B mrc Caw gn B 1.5 1.7 2.25 2.48 2.75 3.1 3.32 3.65 sc Copa 1.37 1.61 1.75 2.07 2.3 2.5 2.8 3.12 3.35 81 B mrc Caw gn 1.87 2.14 2.34 1.65 2.96 3.22 3.5 3.81 4.12 B sc Copa 1.7 2.16 2.48 2.75 3.1 3.35 3.63 B 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3.46 3.74 4.09 4.5 4.7 5.3 5.6 6.3 6.6 7.2 7.6 8.31 8.65 9.28 9.63 10 2.91 3.2 3.4 3.71 4.4 4.61 4.92 5.2 5.47 5.9 6.2 6.58 6.89 7.16 7.5 7.78 8.14 8.54 8.75 9.15 4.35 4.7 5.25 5.6 5.8 6.22 6.6 6.8 7.2 7.5 7.8 8.16 8.6 8.9 9.25 9.53 9.85 10.17 10.48 82 3.62 4.32 4.68 4.95 5.21 5.5 5.75 6.2 6.5 6.7 7.16 7.4 7.72 8.1 8.48 8.81 9.23 9.47 9.8 10.13 4.5 4.75 5.1 5.43 5.68 6.1 6.4 6.75 7.1 7.25 7.75 8.1 8.32 8.74 9.1 9.3 9.7 10.1 10.32 10.64 11.2 4.23 4.6 4.85 5.2 5.48 5.62 6.18 6.5 6.75 7.12 7.43 7.78 8.24 8.48 8.83 9.17 9.42 9.8 10.23 10.41 10.7 Từ bảng số liệu ta có đồ thị sau: Dung lượng đơn vị băng thông C/B (b/s/Hz) Dung lượng kênh sử dụng phân tập SC CNR thu trung bình nhánh Hình 3.11 Dung lượng trung bình đơn vị băng thông kênh fading Rayleigh kênh AWGN theo CNR trung bình Trong trường hợp sử dụng phân tập SC với M = 1, M = 2, M = Đồ thị tổng hợp kết trường hợp Từ thấy sc M tăng lên khoảng cách hai đường biểu diễn Copa B mrc Cawgn B gần, tức dung lượng kênh fading cải thiện so với dung lượng kênh AWGN, điều thấy rõ M tăng lên  Nhận xét chung: Sau nghiên cứu xem xét phương pháp thích nghi tốc độ phương pháp phát xạ tối ưu, so sánh kết đạt với kênh AWGN đến kết luận sau: 83 - Dung lượng kênh truyền chịu tác động fading nhỏ dung lượng kênh AWGN điều kiện nghiên cứu - Khi sử dụng biện pháp phân tập dung lượng kênh cải thiện nhiên vượt qua dung lượng kênh AWGN, nhiên giá trị M tăng dung lượng kênh tiến tới dung lượng - So sánh cải thiện dung lượng kênh trường hợp phân tập MRC SC điều kiện thấy sử dụng MRC cho kết tốt Như chịu tác động fading kênh truyền có dung lượng nhỏ đi, nhiên ta sử dụng kỹ thuật phân tập làm cho dung lượng kênh truyền chịu ảnh hưởng fading cải thiện đáng kể, dù vượt qua dung lượng kênh AWGN 84 KẾT LUẬN Sau tìm hiểu hoàn thiện luận văn tốt nghiệp “ Nghiên cứu fading biện pháp chống fading mạng thông tin di động’’, em nắm bắt nhiều điều bổ ích…đặc biệt em hiểu rõ fading thông tin vô tuyến nói chung fading mạng GSM nói riêng, từ em nắm bắt phương pháp chống fading áp dụng mạng GSM nhằm mục đích góp phần đảm bảo chất lượng thông tin cách tốt trình truyền dẫn thông tin từ máy phát đến máy thu Quá trình nghiên cứu luận văn tốt nghiệp, em rút nhiều kinh nghiệm khả nghiên cứu độc lập, khả tham khảo tài liệu, cách đặt vấn đề giải vấn đề cụ thể, từ giúp em dần hoàn thiện kiến thức chuyên môn Đây kiến thức bổ ích, hành trang cho em sau tốt nghiệp công tác Mặc dù cố gắng suốt trình làm luận văn tốt nghiệp, kiến thức rộng thời gian thực luận văn có hạn nên luận văn em có hạn chế thiếu xót Vì em xin chân thành nhận nhận xét góp ý Thầy giáo, Cô giáo toàn thể bạn học viên khoa Điện – điện tử tầu biển để luận văn tốt nghiệp em hoàn thiện Cuối em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS Phạm Văn Phước tận tình giúp đỡ để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thứ tự Tên sách Tên tác giả Tổng quan thông tin di động – hệ thống Pts Nguyễn Quốc Bình điện thoại di động GSM Kỹ thuật truyền đẫn số (Hà nội – 1997) Pts Nguyễn Quốc Bình (Hà nội – 2000) Ts Nguyễn Phạm Anh Giáo trình thông tin di động Dũng NXB Bưu viễn Phase Precoding for Frequence-selective thông 2003 W Vincent Huang – Rayleigh anh Rician Slowly Fading Department of Applied channel Electronic Chalmers University of Technology Của tác giả: Thông tin Di Động Ts Trần Hồng Quân Pgs.Ts Nguyễn Bích Lân, Ks Lê Xuân Công Ks Phạm Hồng Ký “Digital Communication Over Channels” Fading Marvin K Simon Mohamed – Slim Alouini 86 [...]... khỏc l tin truyn v BS thỡ bỏo rng s truy nhp ny l do thu c tớn hiu gi trờn kờnh Paging 30 Chng 2 PHN TCH V NH GI NH HNG CA FADING I VI MNG GSM 2.1 HIN TNG FADING TRONG MNG GSM 2.1.1 Khỏi nim v Fading Fading c hiu l hin tng cng trng ca tớn hiu b thng giỏng theo thi gian trong quỏ trỡnh truyn dn trờn kờnh vụ tuyn Ti u thu tớn hiu thu c cú cht lng b suy gim i Cỏc loi fading c chia ra l : - Fading nhiu... nhiu ng - Fading phng - Fading chn lc tn s - Fading nhanh - Fading chm Chỳng c phõn loi theo chu k ca tớn hiu v bng thụng ca tớn hiu di nn nh sau : Hỡnh 2.1 Cỏc loi fading trong mng GSM 31 Fading cú th do nhiu nguyờn nhõn gõy ra nh l do phn x t mt t, nc, t tng in ly, hay do mụi trng khớ quyn khụng ng nht, do tỏn x khi súng vụ tuyn p vo cỏc vt khụng bng phng m cỏc vt ny cú kớch thc, c, khong chiu di bc... logarit cng tớn hiu Do vy cú th gi l fading loga chun nh hng ca fading ny l lm mộo kh nng ph súng ca mỏy phỏt chng fading ny, ngi ta s dng khong d tr mỏy phỏt Khong d tr ny ph thuc vo lch tiờu chun thng c gi thit l t 4dB n 8dB 2.1.3 Fading phng v Fading la chn tn s Mụ hỡnh kờnh Fading phng Kờnh fading phng cũn cú th gi l kờnh biờn thay i (ụi khi cũn gi l kờnh bng hp vỡ di rng tớn hiu l hp hn so vi b... Túm li trong kờnh suy gim phng ta cú: 33 B < (f ) c , Ts > Vi Ts l nghch o rng bng di B ca h thng v ( f ) c l tri tr v b rng n nh tn s ca kờnh Kờnh fading phng c mụ t theo nh hỡnh v sau: Hỡnh 2.2 Mụ t kờnh fading phng Kờnh fading la chn tn s Nu kờnh cú h s khụng i v pha tuyn tớnh trong mt khong tn nh hn di rng tớn hiu truyn thỡ kờnh s gõy ra suy gim chn lc tn s khi ú tri tr s ln hn nghch o di rng... tng cng tớch cc, nu chỳng ngc pha s to nờn hin tng cng tiờu cc tc l trit tiờu nhau 2.1.2 Fading chm v fading nhanh Fading cú th núi l chm nu nh thi gian mt symbol Ts nh hn n nh thi gian (t )c ca mt kờnh truyn V ngc li, fading c coi l nhanh nu nh thi gian mt symbol Ts ln hn n nh thi gian (t )c ca mt kờnh truyn Fading nhanh xy ra khi anten thu nhn tớn hiu gm nhiu tia phn x, tớn hiu tng hp gm nhiu súng... thuc vo mụi trng hot ng ca h thng thụng tin Nu s cỏc ng phn x a ng ln v khụng cú thnh phn tớn hiu trong tm nhỡn thng, ng bao ca tớn hiu thu thng c mụ t thng kờ bng hm mt phõn b xỏc sut Rayleigh Khi cú s xut hin ca thnh phn tớn hiu khụng fading vi cng mnh, vớ d nh tớn hiu n t ng truyn trong tm nhỡn thng, ng bao fading nhanh c mụ t bng hm mt phõn b xỏc sut Rice Fading chm xóy ra do hiu ng che khut bi... Cỏc tp kờnh s dng trong cỏc t bo lõn cn thỡ khỏc nhau nhm chng gõy nhiu ln nhau Thit b vụ tuyn trong mt BS cú th phc v cho mt vi t bo, trong trng hp ú BS gm mt vi BTS t di s iu khin ca cựng mt BSC BSC cú nhim v thc hin mi chc nng kim soỏt trong BS nh iu khin HO, iu khin cụng sut Mt s n lt mỡnh li c phc v bi MSC Tng i thụng tin di ng (MSC Mobile Switching Centre) Tng i thụng tin di ng c ni tuyn ti... i bt k v nhiu khi chỳng cũn trit tiờu ln nhau Fading nhanh gõy ra hin tng ting n Fading nhanh c biu hin hai c tớnh l mộo tớn hiu (tri tr tớn hiu) v s bin i theo thi gian ca kờnh Do s chuyn ng gia mỏy 32 phỏt v mỏy thu, kờnh truyn s bin i theo thi gian khi thay i ng truyn súng Tc thay i ca cỏc iu kin truyn súng ny c xem nh tc bin thiờn nhanh ca fading Fading nhanh thng c mụ t thng kờ bng phõn b Rayleigh,... khn Tuy nhiờn trong tng lai rt gn, khi nhu cu v thuờ bao di ng tng lờn rt ln, cỏc bin phỏp k thut v cụng ngh mnh thỡ cỏc h thng CDMA s chim u th tuyt i Theo ý kin ca cỏc chuyờn gia hng u th gii, cỏc th h (th ba, th t) ca thụng tin di ng s l cỏc h thng CDMA v cỏc phỏt trin ca nú Phõn loi theo phng thc song cụng Cỏc phng thc song cụng trong thụng tin di ng l theo tn s FDD (Frequency Division Duplex)... ng c ni tuyn ti BS thụng qua giao din A v thc hin tt c cỏc chc nng cn thit i vi hot ng ca cỏc trm di ng trong cm cỏc t bo m nú phc v Cỏc chc nng ca MSC bao gm: Lp tuyn cuc gi, iu khin cuc gi, cỏc th tc cn thit lm vic vi cỏc mng khỏc (nh PSTN, ISDN), cỏc th tc liờn quan ti qun lý quỏ trỡnh di ng ca cỏc trm di ng nh nhn tin thit lp cuc gi, bỏo mi v trớ trong quỏ trỡnh di ng v nhn thc nhm chng cỏc cuc