Tài liệu Tìm hiểu hiện tượng fading và mô phỏng hiện tượng fading trong hệ thống viễn thông

  • Số trang: 96 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 135 |
  • Lượt tải: 0
doanquan47669

Tham gia: 12/05/2016

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ Kho tài liệu miễn phí của Ket-noi.com blog giáo dục, công nghệ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU HIỆN TƯỢNG FADING VÀ MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG FADING TRONG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Hùng MSSV: 1080973 Cán bộ hướng dẫn TS. Lương Vinh Quốc Danh Cần Thơ, 05 - 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU HIỆN TƯỢNG FADING VÀ MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG FADING TRONG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn TS. Lương Vinh Quốc Danh Nguyễn Thanh Hùng MSSV: 1080973 Luận văn đã nộp và đánh giá vào ngày …. tháng …. năm ….. Kết quả đánh giá: Cán bộ đánh giá: . NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Cần thơ, ngày …. tháng …. năm… Giảng viên hướng dẫn Ký tên Kho tài liệu miễn phí của Ket-noi.com blog giáo dục, công nghệ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1 ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Cần thơ, ngày …. tháng …. năm…. Giảng viên phản biện 1 Ký tên NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2 ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Cần thơ, ngày …. tháng …. năm…. Giảng viên phản biện 2 Ký tên LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh LỜI CAM ĐOAN Sự fading trong kênh truyền vô tuyến là một trong những yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu nhận được tại máy thu, đặc biệt trong hệ thống thông tin di động thì sự ảnh hưởng này càng thấy rõ nét hơn. Vì vậy tôi chọn đề tài này để làm luận văn tốt nghiệp cho mình. Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức hạn chế nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của tôi đạt được dưới sự giúp đỡ của Giảng viên hướng dẫn là thầy Lương Vinh Quốc Danh. Tôi xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, tôi xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, ngày 02 tháng 05 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Hùng SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh LỜI CẢM ƠN Sau gần 4 tháng tìm hiểu tôi đã hoàn thành quyển luận văn tốt nghiệp của mình. Thay lời cảm ơn chân thành nhất của tôi đến với tất cả mọi người. Lời đầu tiên tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Giảng viên hướng dẫn TS. Lương Vinh Quốc Danh, thuộc Bộ môn Điện tử viễn thông, Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ đã luôn bên tôi nhiệt tình giúp đỡ và góp nhiều ý kiến để tôi hoàn thành tốt luận văn này. Bên cạnh đó tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các bạn của tôi, những người đã nhiệt tình ủng hộ, giúp đỡ và góp ý kiến để tôi hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành của mình đến cha mẹ và những người thân trong gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong việc học tập và là chỗ dựa vững chắc về mặt tinh thần để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Kho tài liệu miễn phí của Ket-noi.com blog giáo dục, công nghệ SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ I DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... III TÓM TẮT ................................................................................................................... V ABTRACT ................................................................................................................. VI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................ 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 1 1.1.1. Nội dung đề tài ......................................................................................... 1 1.1.2. Đặt vấn đề................................................................................................. 1 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ .................................................................. 1 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 2 1.4 PHƯƠNG HƯỚNG THỰC HIỆN................................................................... 2 CHƯƠNG 2: NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING ......................... 3 2.1 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN ........................................................................ 3 2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin vô tuyến ..................................................... 3 2.1.2 Kênh truyền vô tuyến ................................................................................ 5 2.2 ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING ................................................ 5 2.2.1 Kênh fading .............................................................................................. 5 2.2.2 Đường bao và pha dao động...................................................................... 6 2.2.3 Hiện tượng đa đường ................................................................................ 7 2.2.4 Đặc tính phân tán thời gian của kênh truyền.............................................. 8 2.2.5 Đặc tính phân tán tần số của kênh truyền ................................................ 12 2.2.6 Quan hệ giữa phân tán tần số và phân tán thời gian ................................. 16 CHƯƠNG 3: NHỮNG MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN FADING CƠ BẢN .................. 18 3.1 MÔ HÌNH THỂ HIỆN TÍNH SUY HAO ...................................................... 19 3.1.1 Suy hao ................................................................................................... 19 3.1.2 Mô hình Hata .......................................................................................... 23 SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh 3.1.3 Mô hình Lee ........................................................................................... 27 3.1.4 Mô hình truyền sóng trong nhà ............................................................... 29 3.2 MÔ HÌNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING PHẲNG .................................. 32 3.2.1 Fading đa đường ..................................................................................... 33 3.2.2 Log-Normal Shadowing.......................................................................... 42 3.2.3 Kết hợp hiện tượng đa đường và Shadowing ........................................... 44 3.2.4 Kết hợp (phân chia thời gian) fading Shadowing/Unshadowing .............. 45 3.3 MÔ HÌNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING CHỌN LỌC TẦN SỐ ............ 46 CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG ................................................................... 49 4.1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRUYỀN THÔNG .................................................................................................................. 49 4.1.1 Các vấn đề trong thiết kế và đánh giá hệ thống ....................................... 49 4.1.2 Áp dụng mô phỏng trong thiết kế và đánh giá hệ thống........................... 51 4.1.3 Giới thiệu phần mềm mô phỏng MATLAB® ........................................... 52 4.2 QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG ........................................................................... 53 4.2.1 Vấn đề mô phỏng .................................................................................... 53 4.2.2 Thiết lập mô phỏng ................................................................................. 54 4.2.3 Kết quả mô phỏng................................................................................... 64 4.3 KẾT LUẬN ................................................................................................... 72 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................ 74 PHỤ LỤC................................................................................................................... 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 81 SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT 2D Two Dimensional Hai chiều 3D Three Dimensional Ba chiều AF Amount of Fading Tổng fading AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu gauss trắng cộng vào BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm gốc CIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng trên nhiễu CW Continuous Wave Sóng liên tục EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power Công suất phát đẳng hướng FS Free Space Không gian tự do HF High Frequency Tần số cao ISI Inter Symbol Interference Nhiễu xuyên ký hiệu LOS Line of Sight Tầm nhìn thẳng MATLAB Matrix Laboratory Ma trận thí nghiệm MGF Moment Generating Function Hàm khởi tạo moment MIP Multipath Intensity Profile Biên dạng cường độ đa đường MS Mobile Statio Trạm di động MU Mobile Unit Đơn vị di động N-LOS Non Line of Sight Không có tầm nhìn thẳng PCS Personal Communication System Hệ thống thông tin cá nhân PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất PDP Power Delay Profile Biên dạng công suất trễ SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 I LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh RF Radio Frequency Sóng vô tuyến RMS Root Mean Square Trị hiệu dụng RV Random Variable Thay đổi ngẫu nhiên SHF Super High Frequency Tần số siêu cao SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao VHF Very High Frequency Tần số rất cao SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 II LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin. ................................................... 3 Hình 2.2: Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến............................................................ 4 Hình 2.3: Hiện tượng truyền sóng đa đường. ................................................................ 7 Hình 2.4: Xung phát và đa xung nhận, [1]. ................................................................... 8 Hình 2.5: Đáp ứng xung của hai kênh truyền. (a) khu vực nông thôn, (b) khu vực thành thị, [1]. ......................................................................................................................... 9 Hình 2.6: Đáp ứng xung của kênh truyền không dây. ................................................... 9 Hình 2.7: MS di chuyển với tốc độ v. ......................................................................... 12 Hình 2.8: Tín hiệu Doppler-fade, [1]. ......................................................................... 14 Hình 2.9: Phổ của tín hiệu dịch tần Doppler, [1]. ........................................................ 15 Hình 2.10: Phạm vi chịu ảnh hưởng của các dạng fading. ........................................... 16 Hình 3.1: Đường đi thẳng giữa hai anten, [1]. ............................................................. 18 Hình 3.2: Mất mát năng lượng dưới ba hiệu ứng chính: suy hao, long-term và shortterm fading, [1]. .......................................................................................................... 19 Hình 3.3: Năng lượng thu được với hệ số suy hao v, [1]. ............................................ 22 Hình 3.4: Ảnh hưởng chiều cao của anten BS, [1]. ..................................................... 23 Hình 3.5: Tính toán mất mát dựa trên mô hình Hata đối với bốn môi trường khác nhau. Tần số sóng mang là 900MHz, anten BS cao 150 m, anten MS cao 1,5 m. ................. 25 Hình 3.6: Nhận thức về heff . (a) Anten MU trên mặt đất. (b) Anten MU phía trên mặt đất, [1]. ....................................................................................................................... 28 Hình 3.7: Hàm PDF theo phân bố Rayleigh. ............................................................... 35 Hình 3.8: Tín hiệu Rayleigh-faded . ......................................................................... 36 Hình 3.9: So sánh điều kiện tồn tại của fading Rayleigh và fading Rice, [1]. .............. 38 Hình 3.10: Hàm PDF của phân bố Rice với các tham số thay đổi. .............................. 39 Hình 3.11: Hàm PDF của phân bố Nakagami-m với các giá trị khác nhau của tham số m. ............................................................................................................................... 41 Hình 3.12: Mô hình hình học của log-normal fading hay shadowing, [1]. ................... 43 Hình 4.1: Mô phỏng hình học tín hiệu trực tiếp từ BS đến MS cho Project 4.1, [3]. .... 55 SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 III LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh Hình 4.2: Mô hình hình học cho mô phỏng trong Project 4.1, [3]. .............................. 58 Hình 4.3: Giả định các đường truyền là song song, [3]. .............................................. 59 Hình 4.4: Mô hình 2D thực hiện mô phỏng đa điểm phản xạ, [3]. ............................... 59 Hình 4.5: Mô hình hình học mô phỏng. ...................................................................... 60 Hình 4.6: Biên độ của đường bao phức (dB). .............................................................. 64 Hình 4.7: Pha tuyệt đối của đường bao phức (rad). ..................................................... 65 Hình 4.8: Pha module-π của đường bao phức (rad). .................................................... 66 Hình 4.9: Xác suất tín hiệu nhận được ở máy thu. ...................................................... 66 Hình 4.10: Hàm tự tương quan của tín hiệu. ............................................................... 67 Hình 4.11: Phổ của đường bao phức (dB/max) theo độ dịch Doppler (phân bố Rayleigh). ................................................................................................................... 67 Hình 4.12: Phổ của đường bao phức (dB/max) theo độ dịch Doppler (phân bố Rice).. 68 Hình 4.13: Phổ Doppler (dB/max) của phân bố Rayleigh. .......................................... 69 Hình 4.14: Phổ Doppler (dB/max) của phân bố Rice. ................................................. 69 Hình 4.15: Phổ Doppler (dB/max) của phân bố Rayleigh. N = 1000 điểm. ................. 70 Hình 4.16: Phổ Doppler (dB/max) của phân bố Rayleigh. v = 20m/s. ......................... 70 Hình 4.17: Xác suất tín hiệu nhận được ở máy thu. v = 20m/s. ................................... 71 Hình 4.18: Pha tuyệt đối của đường bao phức (rad). α =150. ....................................... 71 Hình 4.19: Phổ của đường bao phức (dB/max) theo độ dịch Doppler (phân bố Rayleigh). α = 150....................................................................................................... 72 Hình 4.20: Phổ Doppler (dB/max) của phân bố Rayleigh. α = 150. ............................. 72 Hình A.1: Hàm mật độ xác suất (PDF) của phân bố Gauss. ........................................ 75 Hình A.2: Hàm PDF của phân bố Gauss và các phân bố kênh truyền fading cơ bản. .. 76 SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 IV LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh TÓM TẮT Mô hình kênh truyền là một trong những lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và quan trọng nhất trong hệ thống truyền thông không dây. Sự fading được biết đến như là một ảnh hưởng vốn tồn tại trong hầu hết các liên kết của kênh truyền vô tuyến, nó tạo nên một trong những điều kiện cần trong thiết kế hệ thống truyền thông vô tuyến. Với những ảnh hưởng không nhỏ của mình, hiện tượng fading đã tạo mục đích tìm hiểu và nghiên cứu cho nhiều nhà nghiên cứu khi mà hệ thống truyền thông không dây đặc biệt là hệ thống thông tin di động đang phát triển bùng nổ như ngày nay và sẽ còn phát triển hơn nữa trong tương lai. Vấn đề ở đây, tôi chủ yếu đi tìm hiểu về những đặc tính chính của kênh truyền fading trong hệ thống truyền thông không dây như: hiện tượng đa đường, hiệu ứng Doppler, shadowing,… cũng như những đặc tính về phân tán tần số, phân tán thời gian. Bên cạnh đó những mô hình phân bố của kênh fading như: phân bố Rayleigh, phân bố Rice, phân bố nakagami-m,… cũng được giới thiệu. Và để hiểu rõ hơn về fading trong hệ thống truyền thông không dây, tôi sẽ đi vào thiết kế mô phỏng một mô hình kênh truyền fading đơn giản. Mục đích của việc mô phỏng là tìm hiểu khá chính xác về biên độ và pha của tín hiệu nhận khi qua kênh truyền fading bằng phần mềm mô phỏng MATLAB®. Những đặc tính thống kê của mô phỏng dạng sóng sẽ được nghiên cứu và tham chiếu với kết quả tìm hiểu lý thuyết để đưa ra một kết luận cụ thể. Kho tài liệu miễn phí của Ket-noi.com blog giáo dục, công nghệ SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 V LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh ABTRACT Channel Modelling is one of the most important and fundamental research areas in wireless communications systems. The fading is known to as the effect inherently exists in most radio channel links, it constitutes one of the boundary conditions of radio communications systems design. With the large effects, the fading has created the purpose to find out and research for many researchers when wireless communication systems, particully in the mobile communication systems are an explosive development as today and will further develop in the future. The problem here, I have mainly find out about the main characteristics of fading channel in wireless communication systems such as multipath phenomenon, Doppler effect, shadowing,... as well as the frequency-dispersive characteristics and time-dispersive characteristics. Besides a distributive model of fading channels such as the Rayleigh distribution, the Rice distribution, the Nakagami-m distribution,... are also introduced. And to understand more about fading in wireless communication systems, I will design to simulate a fading channel model simple. The aim of the simulation is find out to accurate about amplitude and phase of the received signal when through fading channel by the simulative software MATLAB®. The statistical properties of the simulated waveforms will be studied and referenced with the theoretical results to give a specific conclusion. SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 VI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1. Nội dung đề tài Tìm hiểu hiện tượng fading và mô phỏng sự fading trong hệ thống viễn thông. 1.1.2. Đặt vấn đề Cơ chế của kênh truyền fading được mô hình hóa vào những năm 50 và 60, được áp dụng cho hệ thống truyền thông không dây với các dãy băng tần: băng tần số cao HF (3-30 MHz) sử dụng đối với hệ thống truyền thông không dây tầng điện ly, băng tần cực cao UHF (300 MHz – 3 GHz) và băng tần siêu cao SHF (3-30 GHz) sử dụng đặc tính phản xạ của tầng đối lưu. Các ảnh hưởng của kênh fading trong hệ thống thông tin di động có điểm khác biệt so với các ảnh hưởng của kênh fading ở tầng điện ly và tầng đối lưu, các mô hình hiện đại được sử dụng khá hữu ích cho các đặc tính của ảnh hưởng của kênh fading trong hệ thống thông tin số di động. Ở đây tôi chủ yếu đi tìm hiểu về ảnh hưởng của kênh truyền fading trong hệ thống thông tin số di động, những ảnh hưởng đó phụ thuộc vào những điều kiện nào? Tín hiệu nhận được ở máy thu như thế nào?... Bên cạnh đó để hiểu rõ hơn về vấn đề được đề cập đến, tôi sẽ đi vào thiết lặp mô hình mô phỏng dựa trên phần mềm mô phỏng. Việc mô phỏng sẽ được thực hiện như thế nào? Các thông số được thiết lặp ra sao? Kết quả mô phỏng so với lý thuyết như thế nào?... đó là những gì mà tôi cần tìm hiểu. 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Như đã đề cập ở trên, cơ chế của kênh truyền fading được mô hình hóa vào những năm 50 và 60 khi hệ thống truyền thông không dây được xây dựng. Đã có rất nhiều nghiên cứu tìm hiểu về sự ảnh hưởng của fading đến chất lượng của tín hiệu tại máy thu và kết quả là những mô hình kênh truyền fading cơ bản được xây dựng dựa trên những tính chất của kênh truyền vô tuyến để tìm hiểu về ảnh hưởng của sự fading. Ý tưởng ban đầu, tín hiệu nhận được tại máy thu được biểu diễn khá đầy đủ như là sự chồng chất sóng có số lượng giới hạn đã tồn tại qua bao thập kỷ. R. S. Hoyt 1947, S. O. Rice 1948, M. Nakagami 1960, Gilbert 1965, Clarke 1968 là những người đầu tiên đề cập mô hình kênh fading đa đường và đó là những nền tảng đầu tiên cho sự phát triển nghiên cứu sau này. Cho đến nay, qua nhiều thập kỷ đã có rất nhiều nghiên cứu mới SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh đầy đủ hơn, chính xác hơn và hoàn thiện hơn về việc ảnh hưởng của sự fading lên tín hiệu truyền trong không gian tự do mà đặc biệt là trong hệ thống thông tin di động. 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Với đề tài trên tôi chỉ dừng lại ở việc tìm hiểu cơ bản sự fading với những đặc tính chính . Với nội dung tìm hiểu chủ yếu về các đặc tính của kênh truyền fading như: hiện tượng đa đường, hiệu ứng Doppler, shadowing,… cũng như những đặc tính về phân tán tần số, phân tán thời gian. Và tìm hiểu những mô hình kênh truyền cơ bản thể hiện sự fading trong kênh truyền vô tuyến như: phân bố Rayleigh, phân bố Rice, phân bố nakagami-m,…. Bên cạnh đó, để giúp cho người đọc làm quen với chủ đề một cách đơn giản, trực quan hơn cách sử dụng các công thức toán học dựa trên lý thuyết, tôi sẽ đi vào thiết kế mô phỏng một mô hình kênh truyền fading đơn giản. Với mô hình thiết kế mô phỏng, kết quả cho ra sẽ được tham chiếu so sánh với kết quả lý thuyết để đưa ra một kết luận cụ thể. 1.4 PHƯƠNG HƯỚNG THỰC HIỆN - Tiếp thu ý kiến từ giáo viên hướng dẫn. - Tham khảo các giáo trình và tài liệu liên quan. - Hỏi ý kiến của các bạn trong lớp và mọi người xung quanh. - Định hướng những nội dung cần tìm hiểu và mô phỏng. - Lập đề cương những nội dung cần tìm hiểu và mô phỏng. - Tìm hiểu vấn đề. Ở đây, đầu tiên tôi sẽ đi tìm hiểu vấn đề về mặt lý thuyết, sau đó tôi sẽ xây dựng và thiết kế mô phỏng một mô hình kênh truyền fading đơn giản. Với mô hình thiết kế mô phỏng, kết quả cho ra sẽ được tham chiếu so sánh với kết quả lý thuyết để đưa ra một kết luận cụ thể. SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh CHƯƠNG 2: NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING Theo các phương tiện truyền dẫn, 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 trong những phương tiện thông tin chủ yếu, quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin. Xem Hình 2.1, trong mạng thông tin vô tuyến ngoài nguồn tin và nhận tin thì kênh truyền là một trong ba khâu quan trọng nhất và có cấu trúc tương đối phức tạp. Nó là môi trường để truyền thông tin từ nguồn phát đến nguồn thu. Truyền sóng vô tuyến qua kênh truyền không dây là một hiện tượng phức tạp, đặc trưng bởi những hiện tượng khác nhau như là đa đường và shadowing. Diễn tả toán học chính xác của hiện tượng thì rất phức tạp, dễ ảnh hưởng đến sự phân tích hệ thống truyền thông. Tuy nhiên, những nổ lực tìm hiểu đáng kể đã được tiến hành dành dựa trên mô hình thống kê và đặc tính của những ảnh hưởng khác nhau đó. Kết quả là đã đưa ra một phạm vi mô hình thống kê tương đối đơn giản và chính xác cho kênh truyền fading, tùy thuộc vào môi trường lan truyền và hệ thống truyền thông cơ bản. Mục đích đầu tiên của chương này là xem lại tóm tắt chủ yếu đặc tính và mô hình của kênh truyền fading. Tìm hiểu chủ đề hoàn toàn dựa vào những tiêu chuẩn trong tài liệu tham khảo. Chương này giới thiệu những thuật ngữ và ký hiệu được dùng trong toàn bộ cuốn luận văn. Diễn tả định nghĩa những đặc tính chính của kênh truyền fading trong hệ thống truyền thông không dây được trình bày khá rõ. 2.1 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin vô tuyến Các thành phần chủ yếu của hệ thống thông tin bao gồm: + Nguồn tín hiệu bao gồm tín hiệu hữu ích, tạp âm và can nhiễu. Mặc dù tạp âm và can nhiễu cũng là các tín hiệu điện nhưng ở đây khi nói đến “tín hiệu” ta chỉ nói đến tín hiệu hữu ích. SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh + Các thiết bị truyền dẫn tin tức bao gồm các bộ điều chế, giải điều chế, các bộ lọc, các bộ khuếch đại, các mạch duy trì đồng bộ, .... + Môi trường truyền dẫn (kênh truyền). + Các thiết bị sử lý tin tức hay tín hiệu. ... Mô hình kênh (Discrete channel) Nguồn tin Mã hoá nguồn (Source coding) Mã hoá kênh (Channel coding) ak  Điều chế (Modulation) Kênh vô tuyến (Channel) a  , k Tín hiệu đích (Destination) Giải mã hoá nguồn (Source decoding) Giải mã hoá kênh (Channel decoding) Giải điều chế (Demodulatio Hình 2.2: Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến. Hình 2.2 thể hiện một mô hình đơn giản của một hệ thống thông tin vô tuyến. Nguồn tin trước hết qua mã hoá nguồn để giảm các thông tin dư thừa, sau đó được mã hoá kênh để chống các lỗi do kênh truyền gây ra. Tín hiệu sau khi qua 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, qua kênh truyền, 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 lại được ở máy thu. Chất lượng tín hiệu thu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền, các phương pháp điều chế và mã hoá khác nhau, nó được đánh giá thông qua rất nhiều tham số như tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR), mật độ phổ công suất nhiễu, xác xuất lỗi bit (BER), độ nhạy máy thu,…. SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lương Vinh Quốc Danh 2.1.2 Kênh truyền vô tuyến 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. Tín hiệu được phát đi, lan truyền trong không gian tự do (free space (FS)) và bị cản trở bởi các toà nhà, địa hình đồi núi, cây cối …, bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ và khúc xạ,… các hiện tượng này được gọi chung là fading. Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến. Do đó việc nắm vững những đặc tính của kênh truyền vô tuyến là yêu cầu cơ bản để có thể chọn lựa một cách thích hợp các cấu trúc của hệ thống, kích thước của các thành phần và các thông số tối ưu của hệ thống. 2.2 ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN FADING 2.2.1 Kênh fading Đặc tuyến truyền dẫn không chỉ xác định bởi suy hao. Sự mất mát hay suy hao quan sát được cũng có thể dao động phụ thuộc vào không gian và thời gian. Khi một tín hiệu từ anten phát nó bị phản xạ, tán xạ, khúc xạ và nhiễu xạ bởi những cấu trúc khác nhau trên kênh truyền (Arre 1973, Jake 1974, Gupt 1985, Fleu 1996, Hamm 1998, Stee 1999). Chúng ta cũng có thể quan sát rằng sự suy hao do truyền dẫn dao động xung quanh giá trị trung bình. Khía cạnh này của tín hiệu suy hao do truyền dẫn, ở đó tín hiệu thu được mất đi những đặc điểm biết trước của mình và trở thành tín hiệu ngẫu nhiên theo không gian và thời gian, được mô tả là fading. Nói cách khác fading là quá trình mô tả sự dao động của tín hiệu thu khi tín hiệu đến được anten thu. Fading có thể được miêu tả do những nguyên nhân cơ bản (đa đường hay là Dopler), sự phân bố của đường bao tín hiệu thu được (Rayleigh, Rician hoặc Lognormal), khoảng thời gian fading (long term hoặc short term) cũng như fast fading so với low fading (Turi 1972, Stei 1987). Chúng ta sẽ nhìn nhận sự khác biệt này của fading để hiểu được nguồn gốc của chúng và những kết quả của chúng. Chúng ta cũng sẽ nhìn vào những hình thức khác nhau của fading để thiết lập mối quan hệ giữa chúng với nhau. Hiện tượng fading trong một hệ thống thông tin có thể được phân thành: Fading tầm rộng (long-term/large-scale fading) và fading tầm hẹp (short-term/small-scale fading). + Fading tầm rộng diễn tả sự suy yếu của trung bình công suất tín hiệu hoặc độ suy hao kênh truyền là do sự di chuyển trong một vùng rộng. Hiện tượng này chịu ảnh SVTH: Nguyễn Thanh Hùng – MSSV: 1080973 5
- Xem thêm -