Tài liệu Ứng dụng kỹ thuật phân lập không - thời gian trong hệ Mimo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HÀ THANH SƠN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TẬP KHÔNG THỜI GIAN TRONG HỆ MIMO LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HÀ THANH SƠN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TẬP KHÔNG THỜI GIAN TRONG HỆ MIMO Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kĩ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS Nguyễn Viết Kính Hà Nội - 2011 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………..i LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………...ii MỤC LỤC……………………………………………………………………...iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT……………………………………………….............v CÁC KÍ HIỆU TOÁN HỌC…………………………………………………...vii DANH MỤC HÌNH VẼ…………………………………………………….....viii MỞ ĐẦU………………………………………………………………………...1 Chương 1- KĨ THUẬT PHÂN TẬP…………………………………………….2 1.1 Mô hình kênh fading………………………………………………….2 1.1.1 Ảnh hưởng vật lí……………………………………………..2 1.1.2 Ảnh hưởng của chuyển động………………………………...3 1.1.3 Phân loại kênh fading………………………………………...4 1.1.4 Mô hình thống kê cho kênh fading…………………………..5 1.2 Phân tập……………………………………………………………...10 1.2.1 Lí do dùng phân tập…………………………………...........10 1.2.2 Những kỹ thuật phân tập........................................................10 1.2.3 Những phương pháp tổ hợp phân tập.....................................12 Chương 2 – MÔ HÌNH KÊNH MIMO, CÁC BÀI TOÁN CỦA HỆ MIMO................................................................................................................. 18 2.1 Khái niệm hệ thống MIMO.................................................................18 2.2 Các độ lợi trong hệ thống MIMO........................................................18 2.3 Mô hình hệ thống MIMO....................................................................20 2.4 Những bài toán với kênh MIMO.........................................................23 2.5 Dung năng của kênh MIMO...............................................................26 2.5.1 Dung năng của kênh MIMO với những hệ số kênh cố định......................................................................................................................26 2.5.2 Dung năng của hệ thống MIMO với những hệ số kênh ngẫu nhiên....................................................................................................................28 2.6 Giảm lỗi khi dùng MIMO...................................................................32 Chương 3 – GIẢI BÀI TOÁN THEO KỸ THUẬT PHÂN TẬP KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN..................................................................................................36 3.1 Giới thiệu.............................................................................................36 3.2 Hệ thống mã khối không – thời gian...................................................36 3.3 Mã khối không thời gian Alamouti.....................................................39 iii 3.3.1 Giới thiệu mã Alamouti.........................................................39 3.3.1.1 Mã hóa không thời gian Alamouti............................39 3.3.1.2 Phép tổ hợp và giải mã hợp lí nhất ML....................41 3.3.2 Hệ thống Alamouti với nhiều anten thu.................................43 3.4 Mã khối không – thời gian( STBC)....................................................43 3.4.1 Mã hóa khối không - thời gian...............................................44 3.4.2 STBC cho chòm sao tín hiệu thực.........................................45 3.4.3 STBC cho chòm sao tín hiệu phức........................................48 3.5 Giải mã của mã khối không – thời gian..............................................49 Chương 4 – MÔ PHỎNG DÙNG MATLAB.....................................................53 4.1 Mục đích mô phỏng............................................................................53 4.2 Sơ đồ mô phỏng..................................................................................53 4.3 Thông số mô phỏng.............................................................................54 4.4 Kết quả mô phỏng..............................................................................54 4.4.1 Đồ thị tỉ lệ lỗi bít cho điều chế BPSK với mã Alamouti..............................................................................................................54 4.4.2 Đồ thị tỉ lệ lỗi bít cho điều chế 64 QAM với mã Alamouti..............................................................................................................55 4.4.3 Đồ thị tỉ lệ lỗi bít cho điều chế 64,16,4 QAM với mã Alamouti..............................................................................................................56 4.4.4 So sánh chất lượng các phương pháp tổ hợp.........................57 4.4.5 So sánh phương pháp SC với số lượng anten khác nhau.......58 4.4.6 So sánh phương pháp EGC với số lượng anten khác nhau....59 KẾT LUẬN…………………………………………………………….............60 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………...........61 iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Nhiễu Gauss trắng cộng tính AGWN Additive Gaussian White Noise ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít BPSK Binary phase shift keying Khóa dịch pha cơ số 2 CCI Channel Covariance Information Thông tin hiệp phương sai kênh CMI Channel Mean Information Thông tin trung bình kênh CNR Carrier to Noise Ratio CSI Channel State Information CSIT Transmitter Tỷ số công suất sóng mang trên tạp Thông tin trạng thái kênh Channel State Thông tin trạng thái kênh Information phía phát i.i.d Identical Independent distribution Phân bố độc lập đồng nhất ISI Intersymbol Interference Nhiễu giữa các ký hiệu LOS Line of sight Đường truyền thẳng LST Layered Space-Time Không thời gian lớp MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra MMSE Minimum mean square error ML Maximum likelihood Hợp lí nhất MPC Multipath Component Thành phần đa đường MRC Maximum Rate Combiner Bộ tổ hợp tỉ số cực đại NIPC Non-Uniform Input Power Channel NLOS Non Line of Sight Không có đường truyền thẳng pdf Probability density function Hàm mật độ xác suất QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phương Rx Receiver Bộ thu Lỗi bình phương trung bình nhỏ nhất v Kênh công suất lối vào kênh chia không đều SER Symbol Error Ratio Tỷ lệ lỗi kí hiệu SIC Successive interference cancellation Loại bỏ nhiễu liên tiếp SIMO Single Input Multiple Output Một đầu vào đa đầu ra SINR Signal-to-Interference Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SISO Single Input Single Output Một đầu vào một đầu ra SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín trên ồn STBC Space-time block code Mã khối không thời gian STTC Space-Time Trellis Codes Mã lưới không thời gian Tx Transmitter Bộ phát UIPC Uniform Input Power Channel vi Kênh công suất lối vào kênh chia đều CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC  Liên hợp phức T Ma trận chuyển vị H Chuyển vị liên hợp phức từng phần (toán tử Hermitian) 1 / 2 Căn bậc hai ma trận  Chuẩn véc tơ x Giá trị trung bình của x ã Giá trị ước lượng của a E Giá trị kỳ vọng In Ma trận đơn vị kích thước n x n tr[K] Vết của ma trận vuông K  Tỷ số tín trên ồn C Dung năng của kênh truyền U, V Ma trận đơn nhất H Ma trận kênh truyền R Ma trận tín hiệu thu X Ma trận tín hiệu đầu vào N Ma trận nhiễu kênh tại bên thu x Véc tơ đầu vào r Véc tơ tín hiệu thu Kx Là ma trận hiệp biến của véc tơ ngẫu nhiên Gauss phức η Hiệu suất phổ của hệ thống vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các hiện tượng xảy ra trong quá trình truyền sóng. Hình 1.2 Ví dụ về những đường khác nhau trong một kênh không dây. Hình 1.3 Hàm pdf của phân bố Rayleigh. Hình 1.4 Phân bố Jacke Hình 1.5 pdf của phân bố Rice với những giá trị K khác nhau. Hình 1.6 Các kỹ thuật phân tập. Hình 1.7 Phương pháp tổ hợp chọn lọc. Hình 1.8 Phương pháp tổ hợp chuyển mạch. Hình 1.9 Phương pháp tổ hợp tỉ số cực đại. Hình 1.10 So sánh độ lợi của những phương pháp tổ hợp khác nhau. Hình 2.1 Hình trực quan của một hệ thống MIMO. Hình 2.2 Kỹ thuật Beamforming. Hình 2.3 Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền. Hình 2.4 Phân tập không gian. Hình 2.5 Mô hình MIMO với N anten phát và M anten thu. Hình 2.6 Biểu đồ dung năng cho kênh phân tập thu trên kênh fading khối và nhanh với bộ tổ hợp phân tập tỉ số cực đại. Hình 2.7 Biểu đồ dung năng kênh cho phân tập thu trên kênh fading khối và nhanh với bộ tổ hợp phân tập chọn lọc. Hình 2.8 Biểu đồ dung năng kênh cho phân tập phát không kết hợp trên một kênh fading Rayleigh khối và nhanh. Hình 2.9 So sánh hiệu quả BER của điều chế BPSK kết hợp với kênh AWGN và kênh fading Rayleigh. Hình 2.10 Hiệu quả BER của BPSK kết hợp trên kênh fading Rayleigh dùng phân tập MRC; đường cong trên tương ứng với hiệu quả không phân tập; những đường cong dưới tương ứng với những hệ thống dùng 2,3,4,5,6 anten thu, tương ứng từ trên xuống dưới. Hình 2.11 Hiệu quả BER của điều chế BPSK trên kênh fading Rayleigh với phân tập phát; đường trên cùng tương ứng với không phân tập; đường dưới cùng ứng với kênh nhiễu AWGN; những đường ở giữa tương ứng với phân tập phát dùng 2,3,4,5,6,7,8,9,10,15,20 và 40 anten tương ứng từ trên xuống dưới. Hình 3.1 Mô hình hệ thống mã khối không - thời gian. Hình 3.2 Sơ đồ khối của bộ mã hóa không - thời gian Alamouti. viii Hình 3.3 Bộ thu của hệ thống Alamouti. Hình 3.4 Bộ mã hóa cho mã khối không - thời gian. Hình 4.1 Phần phát. Hình 4.2 Kênh truyền. Hình 4.3 Phần thu. Hình 4.4 Đồ thị tỉ lệ lỗi bít cho điều chế BPSK với mã Alamouti. Hình 4.5 Đồ thị tỉ lệ lỗi bít cho điều chế 64 QAM với mã Alamouti Hình 4.6 Đồ thị tỉ lệ lỗi bít cho điều chế 64,16,4 QAM với mã Alamouti Hình 4.7 So sánh chất lượng của các phương pháp tổ hợp Hình 4.8 Phương pháp SC với số lượng anten khác nhau. Hình 4.9 Phương pháp EGC với số lượng anten khác nhau. ix Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập Chương 1 KỸ THUẬT PHÂN TẬP Quá trình truyền tín hiệu vô tuyến từ nơi phát tới nơi thu, do ảnh hưởng của môi trường, nhìn chung tín hiệu sẽ bị méo và ảnh hưởng tới chất lượng truyền. Ảnh hưởng đó như thế nào và cách khắc phục ảnh hưởng đó được xét trong chương này. 1.1 Mô hình kênh fading.[6] 1.1.1 Ảnh hưởng vật lí. Về mặt định tính, trong môi trường vô tuyến di động tế bào, những vật xung quanh như, nhà, cây cối,… phản xạ sóng vô tuyến. Những chướng ngại vật này gây ra sóng bị phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ có biên độ và pha giảm dần. a) Hiện tượng phản xạ b) Hiện tượng tán xạ c) Hiện tượng nhiễu xạ Hình 1.1 Các hiện tượng xảy ra trong quá trình truyền sóng •Phản xạ: khi sóng đập vào các bề mặt bằng phẳng ( hình 1.1a). •Tán xạ: khi sóng đập vào các bề mặt không bằng phẳng và các vật này có kích thước so sánh được với chiều dài bước sóng ( hình 1.1b). •Nhiễu xạ: khi sóng va chạm với các vật thể có kích thước lớn hơn nhiều chiều dài bước sóng ( hình 1.1c). Khi sóng va chạm vào các vật thể sẽ tạo ra vô số các bản sao tín hiệu, một số bản sao này sẽ tới máy thu. Nếu một tín hiệu điều chế được truyền đi, những sóng phản xạ do đa đường của tín hiệu truyền sẽ đến anten thu từ những hướng khác nhau với những trễ truyền lan khác nhau. Những sóng phản xạ này được gọi là sóng đa đường. Do thời gian và những góc đến khác nhau, sóng đa đường ở bên thu có pha và biên độ khác nhau. Khi chúng được thu gom bởi anten thu tại bất kì điểm nào trong không gian, chúng có thể tổ hợp hoặc tăng cường hoặc suy giảm, phụ thuộc vào pha ngẫu nhiên của các sóng tới. 2 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập Phản xạ Tán xạ Đường truyền thẳng Máy thu Nhiễu xạ Máy phát Hình 1.2. Ví dụ về những đường khác nhau trong một kênh không dây. Về mặt toán học ,thì tín hiệu tại máy thu là tổng của các thành phần tín hiệu đến từ L đường như hình 1.2 ( chưa kể nhiễu) có dạng sau y(t) = L  x(t   ) i i 1 với i  i (t )i (t ) (1.1) i hệ số suy hao biên độ và xoay pha.  i   i (t ) là thời gian trễ có giá trị thực. Trong trường hợp tổng quát, tín hiệu tới máy thu có dạng sau: y (t )    x(t   ).h(t , )d  x(t ) h(t , )  (1.2)  với h(t , ) là đáp ứng xung thay đổi theo thời gian của kênh truyền. L h(t , )   i (t ). [ - i (t)] (1.3) i 1 Từ (1.3) bằng cách thực hiện biến đổi Fourier ta có đáp ứng hàm truyền thay đổi theo thời gian  H (t , f )   h(t , )e  j 2 f  d (1.4)  1.1.2 Ảnh hưởng của chuyển động. Do sự chuyển động tương đối giữa bên phát và bên thu, mỗi sóng đa đường chịu một dịch chuyển tần số. Dịch chuyển tần số của tín hiệu nhận là do sự chuyển động được gọi là dịch chuyển Doppler. Nó tỉ lệ với tốc độ tương đối 3 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập của mỗi di động. Xem xét một tình huống khi chỉ có một tín hiệu tần số f c được truyền và tín hiệu thu bao gồm chỉ một sóng tới, góc của tia tới và hướng chuyển động là θ. Dịch chuyển Doppler của tín hiệu thu, kí hiệu f d được cho bởi vf (1.5) cos c trong đó, v là tốc độ dịch chuyển của máy thu, c là tốc độ ánh sáng. Dịch chuyển fd = c Doppler trong môi trường truyền lan đa đường làm mở rộng băng tần của sóng đa đường trong dải f c ± f d max , trong đó f d max là dịch chuyển Doppler cực đại , cho bởi vf f dmax = (1.6) c c 1.1.3 Phân loại kênh fading.[1] Để phân loại kênh fading ta xét một số khái niệm và định nghĩa sau. Để định nghĩa trải trễ, ta giả sử kênh đa đường bao gồm I đường, công suất và trễ của đường thứ i là pi và τi , trễ trung bình là: I  pi i   i 1I (1.7)  pi i 1 Trải trễ được định nghĩa là:    2   2 (1.8) trong đó: I  pi i 2  2  i 1I (1.9)  pi i 1 Về tần số: • Độ rộng băng( hay băng thông) kết hợp kênh tính xấp xỉ gần đúng bằng: Bc  • Độ rộng băng tín hiệu Bs. 1 (1.10a) 5 Bs  1 Ts Về thời gian: • Chu kì kí hiệu Ts : là nghịch đảo của tốc độ kí hiệu Rs. 4 (1.10b) Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập • Thời gian kết hợp  coh  1 . Doppler spread Về không gian: • Khoảng cách giữa những phần tử d. • Chiều dài khối L là chiều dài của khối dữ liệu truyền. • Khoảng cách kết hợp d coh . Kênh fading được chia làm: kênh fading quy mô nhỏ và kênh fading quy mô lớn. a. Kênh fading quy mô nhỏ. Miền Thời gian Tần số Fading chậm. Fading dừng Fading nhanh  coh  coh  LTs  coh  Ts Ts Fading phẳng ( fading không chọn lọc Fading chọn lọc tần tần số ) số. Bc Không gian Loại fading tín hiệu Bc  Bs Bs Fading tương quan không gian. dcoh d fading độc lập không gian. dcoh  d b. Fading quy mô lớn. Xét sự suy giảm công suất phát của tín hiệu ở những khoảng cách lớn theo những mô hình khác nhau ( mô hình không gian tự do, mô hình Okumura, mô hình Hata,…)[7]. 1.1.4 Mô hình thống kê cho kênh fading. Vì có nhiều quá trình vật lí tham gia trong việc truyền lan tín hiệu trong môi trường di động tế bào, các quá trình này xảy ra có tính chất ngẫu nhiên nên thích hợp là áp dụng phương pháp thống kê, tức là miêu tả sự thay đổi này theo phương pháp thống kê. Tùy theo đường bao của tín hiệu sau khi đi qua kênh truyền có phân bố xác suất theo hàm phân bố Rayleigh hay Rice mà có thể phân kênh thành fading Rayleigh và fading Rice. Ta xét chi tiết hai loại này. 5 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập a) Fading Rayleigh Xét sự truyền một tín hiệu với biên độ không đổi. Trong loại kênh vô tuyến di động, chúng ta giả sử rằng sóng trực tiếp của tín hiệu bị chắn và mỗi di động chỉ nhận những sóng phản xạ. Khi số những sóng phản xạ lớn, theo định lí giới hạn trung tâm, hai thành phần vuông pha của tín hiệu thu là biến ngẫu nhiên Gauss không tương quan nhau, với trung bình không và phương sai σ2s . Đường bao của tín hiệu thu tại thời điểm bất kì tuân theo phân bố Rayleigh và pha của nó tuân theo một phân bố đều giữa – π và π [2] Hàm mật độ xác suất (pdf) của phân bố Rayleigh được cho bởi  a  a2 /2 s2  .e p(a)   s2  0  (1.11) Giá trị trung bình kí hiệu ma và phương sai kí hiệu σ2a của biến ngẫu nhiên phân bố Rayleigh như sau: ma   2 . s  1,2533 s    s2   2   s2  0,4292 s2 2  (1.12) Nếu hàm mật độ xác suất (1.11) được chuẩn hóa thì công suất tín hiệu trung bình (E [ a2 ]) là đơn vị, phân bố Rayleigh chuẩn hóa thành 2  2ae a a  0 p(a)   a0   0 Giá trị trung bình và phương sai khi đó là: ma  0.8862  a2  0.2146 (1.13) (1.14) Hàm mật độ xác suất cho phân bố Rayleigh chuẩn được chỉ ra trên hình 1.3 6 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập Hình 1.3 hàm pdf của phân bố Rayleigh. b)Trong kênh fading tán xạ đẳng hướng với dịch chuyển Doppler cực đại f d max , hàm pdf của tần số dịch chuyển Doppler có phân bố Jakes [9]. Thật vậy từ (1.5) và (1.6), ta có f(θ) = fmax . cosθ, thì:   p  m   p  f   f  1 d f     d  Trường hợp m = 2, d d (1.15) f     f max .sin  , thì: pf  f   1  f   f max 1     f max  7 2 f  f max (1.16) Chương 1 Biểu diễn của phân bố Jacke có dạng hình ( 1.4) Kĩ Thuật Phân Tập Pf(f) f +fmax -fmax Hình 1.4 phân bố Jacke c) Fading Rice Trong một số mô hình lan truyền, như kênh vệ tinh hoặc kênh vô tuyến di động vi tế bào, không có vật cản trở trên đường truyền thẳng. Tín hiệu thu bao gồm một sóng trực tiếp và một số sóng phản xạ. Giả thiết sóng trực tiếp là tín hiệu ổn định không fading biên độ là hằng số. Những sóng phản xạ là những tín hiệu ngẫu nhiên độc lập,tổng của chúng gọi là thành phần phân tán của tín hiệu nhận. Như đã nói ở trên khi số sóng phản xạ lớn, những thành phần pha vuông góc của tín hiệu phân tán có thể biểu thị bằng đặc điểm như một quá trình ngẫu nhiên Gauss có trung bình không và phương sai σ2s . Đường bao của thành phần phân tán có phân phối xác suất Rayleigh ( công thức 1.11). Tổng của một tín hiệu trực tiếp biên độ không đổi này và tổng những tín hiệu phân tán phân bố Rayleigh thu được một tín hiệu có phân bố đường bao Rice. [6]. Hàm pdf của phân bố Rice có dạng: 2 2  (a D )  a e 2 s2 I ( aD ) a  0 0 p ( a )   2  s2 s  0 a0  (1.17) Trong đó D2 là công suất tín hiệu trực tiếp và I 0 (.) là hàm Bessel loại một và bậc không. Khi công suất tín hiệu tổng cộng được chuẩn hóa bằng 1, hàm pdf trong (1.17) trở thành 8 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập 2 2  2a(1  K )e K (1 K ) a I 0 (2a K ( K  1)) a  0 p(a)   0 a0   (1.18) Trong đó K là hệ số Rice, là tỉ số công suất của tín hiệu theo đường trực tiếp và những thành phần tín hiệu phân tán. Hệ số Rice được cho bởi K D2 2 s2 (1.19) Giá trị trung bình và phương sai của biến ngẫu nhiên phân bố Rice được cho bởi: K K K  1   2 (1 K ) I0 ( 2 ) KI1( 2 )  ma  e 2 1 K  a2  1  ma2 (1.20) Trong đó I 1 (.) là hàm Bessel bậc 1. K= 0 không có thành phần tín hiệu trực tiếp và hàm pdf Rice trở thành hàm pdf Rayleigh. Phân bố Rice với những giá trị K khác nhau được chỉ ra trong hình 1.5 Hình 1.5 pdf của phân bố Rice với những giá trị K khác nhau. 9 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập 1.2. Phân tập 1.2.1. Lí do dùng phân tập Do hiện tượng fading đa đường làm tăng nhiễu dẫn tới làm giảm chất lượng tryền thông không dây. Để khắc phục điều này trong thông tin liên lạc di động không dây, những kĩ thuật phân tập được sử dụng rộng rãi để giảm ảnh hưởng của fading đa đường và tăng sự tin cây của truyền dẫn mà không tăng công suất truyền hoặc tăng băng thông. Vậy phân tập là gì? Kĩ thuật phân tập thực chất là lợi dụng tính đa đường của truyền thông không dây bằng cách tạo ra nhiều bản sao của tín hiệu truyền tại nơi thu, tất cả mang thông tin giống nhau, có tương quan nhỏ hoặc không tương quan với nhau. Ý tưởng cơ bản của phân tập đó là, nếu hai hoặc nhiều mẫu độc lập của một tín hiệu được dùng, những mẫu này sẽ suy giảm không như nhau, một vài mẫu suy giảm nhanh trong khi những mẫu khác lại giảm ít hơn. Điều này có nghĩa rằng xác suất tất cả các mẫu cùng lúc dưới một mức đã cho, là thấp hơn xác suất một mẫu riêng lẻ bất kì dưới mức đó. Do đó, bộ tổ hợp chính xác của những mẫu khác nhau làm giảm fading và tăng sự tin cậy của truyền tin. 1.2.2. Những kĩ thuật phân tập Trong hầu hết những hệ thông tin không dây một số phương pháp phân tập được sử dụng để đạt được hiệu quả yêu cầu. Theo miền trong đó phân tập được trình bày, những kĩ thuật phân tập được phân thành phân tập thời gian, phân tập không gian, phân tập tần số. a.Phân tập thời gian. Phân tập thời gian có thể đạt được bằng cách truyền những thông tin giống nhau trong những khe thời gian khác, tại nơi thu các tín hiệu fading không tương quan với nhau. Khoảng cách thời gian yêu cầu ít nhất bằng thời gian kết hợp của kênh truyền hoặc nghịch đảo của tốc độ fading do Doppler 1 f  d c . v. f c Mã sửa lỗi thường được sử dụng trong hệ thống truyền thông để có thêm độ lợi mã (coding gain) so với hệ thống không mã hóa. Trong truyền thông di động, mã sửa lỗi kết hợp với phân kênh theo thời gian để đạt được sự phân tập thời gian. Trong trường hợp này, các phiên bản của tín hiệu phát tới nơi thu dưới dạng dư thừa trong miền thời gian. Khoảng thời gian lặp lại các phiên bản của tín hiệu phát được quy định bởi thời gian xen kênh để thu được fading độc lập ở 10 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập lối vào của bộ giải mã. Vì tốn thời gian cho bộ xen kênh dẫn đến trễ khi giải mã, nên kỹ thuật này thường hiệu quả trong môi trường fading nhanh, ở đó thời gian kết hợp của kênh truyền nhỏ. Đối với kênh truyền fading chậm nếu xen kênh quá nhiều thì có thể dẫn đến trễ đáng kể. b.Phân tập tần số. Trong phân tập tần số, một số tần số khác nhau được sử dụng để truyền những thông tin giống nhau. Những tần số cần đủ xa nhau để đảm bảo fading độc lập với mỗi tần số. Khoảng cách giữa những tần số phải lớn hơn vài lần băng thông kết hợp để đảm bảo rằng fading trên các tần số khác nhau là không tương quan với nhau. Trong truyền thông di động, các phiên bản của tín hiệu phát thường được cung cấp cho nơi thu ở dạng dư thừa trong miền tần số còn được gọi là trải phổ, ví dụ như trải phổ trực tiếp, điều chế đa sóng mang và nhảy tần. Kỹ thuật trải phổ rất hiệu quả khi băng thông kết hợp của kênh truyền nhỏ. Tuy nhiên khi băng thông kết hợp của kênh truyền lớn hơn băng thông trải phổ, trải trễ đa đường sẽ nhỏ hơn chu kì của tín hiệu. Trong trường hợp này, trải phổ là không hiệu quả để cung cấp phân tập tần số. Phân tập tần số gây ra sự tổn hao hiệu suất băng thông tùy thuộc vào sự dư thừa thông tin trong cùng băng tần số. c.Phân tập không gian. Phân tập không gian là một kĩ thuật thông dụng trong thông tin liên lạc không dây. Phân tập không gian cũng được gọi là phân tập anten. Sử dụng nhiều anten hoặc mảng anten được lắp đặt cùng nhau trong không gian cho truyền dẫn và/ hoặc thu nhận. Nhiều anten được tách biệt theo quy luật tự nhiên bởi khoảng cách riêng do đó những tín hiệu riêng lẻ là không tương quan. Yêu cầu khác nhau với chiều cao anten, môi trường truyền lan và tần số và các anten chỉ cần cách nhau vài bước sóng là đủ để các tín hiệu không tương quan với nhau. Trong phân tập không gian, những phiên bản của tín hiệu phát thường cung cấp cho bên thu dưới dạng dư thừa trong miền không gian. Không giống phân tập thời gian và phân tập tần số, phân tập không gian không làm giảm hiệu quả băng tần. Đặc tính này rất hấp dẫn cho thông tin liên lạc không dây tốc độ cao trong tương lai. Phân tập không gian còn có các phân tập phân cực và phân tập góc. Trong phân tập phân cực, những tín hiệu phân cực ngang và phân cực dọc được phát bởi hai anten phân cực khác nhau và được thu bởi hai anten phân cực khác nhau. Những phân cực khác nhau đảm bảo rằng hai tín hiệu không tương quan mà không cần phải đặt hai anten cách nhau xa. Phân tập góc thường áp dụng cho 11 Chương 1 Kĩ Thuật Phân Tập truyền dẫn có tần số sóng mang lớn hơn 10Ghz. Trong trường hợp này, do tín hiệu phát phân tán rộng trong không gian, tín hiệu thu từ những hướng khác nhau là độc lập lẫn nhau. Do đó, hai hoặc nhiều anten định hướng có thể được làm thích hợp thu những hướng khác nhau ở bên thu để có những phiên bản không tương quan của những tín hiệu phát. Phụ thuộc vào có hay không nhiều anten được sử dụng để phát hoặc thu, chúng ta có thể chia phân tập không gian thành hai loại : phân tập phát và phân tập thu. Trong phân tập thu, nhiều anten được sử dụng tại bên thu để chọn ra những phiên bản độc lập của tín hiệu phát. Những phiên bản của tín hiệu phát được tổ hợp tăng SNR thu và giảm fading đa đường. Trong phân tập phát, nhiều anten được triển khai ở phía phát. Tin tức được xử lí ở phía phát sau đó được đưa đến các anten. Tùy theo các hệ truyền dẫn cụ thể về kênh truyền người ta có thể áp dụng kỹ thuật lai ghép : không gian/ thời gian, không gian/ tần số, và không gian/ thời gian/ tần số như hình( 1.6) Tần số Tần số Thời gian Thời gian a) Không gian Không gian b) Tần số Hình 1.6 Các kỹ thuật phân tập a)Không gian/ thời gian. b) Không gian/ tần số c) Không gian/ thời gian/tần số Thời gian Không gian c) 1.2.3 Những phương pháp tổ hợp phân tập.[6] Trong phần trước, phân tập được giới thiệu theo miền trong đó phân tập được giới thiệu. Cơ sở của kĩ thuật phân tập đó là xác suất đồng thời các suy giảm sâu trong những kênh con khác nhau là thấp. Trong trường hợp tổng quát, hiệu quả của những hệ thống thông tin liên lạc với những kĩ thuật phân tập phụ 12