Thông tin di động
- 44 trang
- file: .doc
đang tải dữ liệu....
Tài liệu bị giới hạn, để xem hết nội dung vui lòng tải về máy tính.
Tải xuống - 44 trangNội dung text: Thông tin di động
Ch¬ng 1
Kh¸i qu¸t vÒ th«ng tin di ®éng
1.1. giíi thiÖu chung
1.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn
Kh¸i niÖm: Th«ng tin di ®éng…
Tõ cuèi thÓ kû 19, Marconi chØ ra r»ng th«ng tin v« tuyÕn cã thÓ liªn l¹c trªn cù ly xa,
m¸y ph¸t vµ m¸y thu cã thÓ di ®éng so víi nhau trong qu¸ tr×nh liªn l¹c.
C¸c hÖ thèng ®iÖn tho¹i cè ®Þnh ph¸t triÓn nhanh vµ h×nh thµnh m¹ng ®iÖn tho¹i c«ng
céng chuyÓn m¹ch PSTN (Public Switching Telephone Network), ®iÖn tho¹i di ®éng cha ®îc
chó ý ph¸t triÓn v× nh÷ng h¹n chÕ vÒ c«ng nghÖ.
Kû nguyªn ph¸t triÓn cña ®iÖn tho¹i di ®éng ®îc ®¸nh dÊu vµo n¨m 1947 víi sù ra ®êi
ý tëng vÒ m¹ng ®iÖn tho¹i ®i ®éng tÕ bµo cña Bell Labs. CÊu h×nh c¬ b¶n cña m¹ng tÕ bµo
nh sau:
TÕ bµo
(Cell)
MSC Tæng ®µi
®iÖn tho¹i
di ®éng
Tr¹m gèc
BS
M¸y di Vïng phñ
®éng MS sãng
H×nh 1.1: CÊu h×nh c¬ b¶n cña m¹ng tÕ bµo
CÊu h×nh m¹ng tÕ bµo cña Bell rÊt tèi u nhng kh«ng thÓ triÓn khai ®îc vµo thêi ®iÓm
®ã do khã kh¨n vÒ mÆt c«ng nghÖ.
C¸c hÖ thèng bé ®µm dïng sãng cùc ng¾n ra ®êi song kh«ng ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu
cña m¹ng di ®éng nh:
- Liªn l¹c di ®éng trªn ph¹m vi réng.
- Kh«ng phôc vô ®îc ®«ng ngêi.
Vµo n¨m 1979, m¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng tÕ bµo ®Çu tiªn ®îc ®a vµo sö dông ë Mü vµ
ph¸t triÓn rÊt nhanh do tÝnh thuËn tiÖn sö dông vµ doanh thu lín. M¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng tÕ
bµo ®îc ra ®êi nhê:
- C¸c hÖ thèng chuyÓn m¹ch tù ®éng víi tèc ®é chuyÓn m¹ch lín, dung lîng cao.
- Kü thuËt vi m¹ch: VLSI (Very Large Scale Intergrated Circuit) ra ®êi cho phÐp
tÝch hîp hµng tr¨m ngµn ®Õn hµng triÖu Transistor trong mét m¸y di ®éng, gi¶i
quyÕt c¬ b¶n c¸c khã kh¨n do truyÒn sãng di ®éng g©y ra.
Ngµy nay, trªn thÕ giíi sè thuª bao di ®éng ®· t¨ng tíi h¬n 500 triÖu vµ doanh thu
cña nã ®· vît qua dÞch vô ®iÖn tho¹i cè ®Þnh. Xu híng chung cña m¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng lµ
kh¶ n¨ng roaming (lu ®éng) toµn cÇu víi sù ra ®êi cña hµng lo¹t c¸c thÕ hÖ ®iÖn tho¹i di
®éng míi.
1.1.2. Ph©n lo¹i c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng
a, Ph©n lo¹i theo ®Æc tÝnh tÝn hiÖu
1
- Analog: ThÕ hÖ 1, lµ tÝn hiÖu tho¹i ®iÒu tÇn analog, truy nhËp theo tÇn sè FDMA vµ
c¸c kªnh ®iÒu khiÓn ®· sè ho¸ .
- Digital: ThÕ hÖ 2 vµ cao h¬n: C¶ tÝn hiÖu tho¹i vµ kªnh ®iÒu khiÓn ®Òu ®· sè ho¸. HÖ
thèng v« tuyÕn di ®éng sè cßn cho phÐp khai th¸c mét lo¹t c¸c dÞch vô kh¸c nh truyÒn c¸c
tin ng¾n, truyÒn fax, truyÒn sè liÖu.
b, Ph©n lo¹i theo cÊu tróc hÖ thèng
- C¸c m¹ng v« tuyÕn tÕ bµo: Cung cÊp dÞch vô trªn diÖn réng víi kh¶ n¨ng l u ®éng
(roaming) toµn cÇu (liªn m¹ng).
- ViÔn th«ng kh«ng d©y (CT: Cordless Telecom): Cung cÊp dÞch vô trªn m¹ng hÑp,
c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt ®¬n gi¶n, kh«ng cã kh¶ n¨ng roaming.
- Vµnh v« tuyÕn néi h¹t (WLL: Wireless Local Loop): Cung cÊp ®iÖn tho¹i v« tuyÕn
víi chÊt lîng cao nh ë ®iÖn tho¹i cè ®Þnh cho mét vµnh ®ai quanh mét tr¹m gèc, kh«ng cã
kh¶ n¨ng roaming. Môc ®Ých nh»m cung cÊp dÞch vô ®iÖn tho¹i cho c¸c vïng mËt ®é d©n c
thÊp, m¹ng líi ®iÖn tho¹i cè ®Þnh cha ph¸t triÓn.
c, Ph©n lo¹i theo ph¬ng thøc ®a truy nhËp v« tuyÕn
- §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè FDMA (Frequence Division Multiple Access):
Mçi thuª bao truy nhËp m¹ng b»ng mét tÇn sè. B¨ng tÇn chung W ®îc chia thµnh N kªnh v«
tuyÕn. Mçi mét thuª bao truy nhËp vµ liªn l¹c trªn kªnh con trong suèt thêi gian liªn l¹c.
¦u ®iÓm: ThiÕt bÞ ®¬n gi¶n, yªu cÇu vÒ ®ång bé kh«ng qu¸ cao.
Nhîc ®iÓm: ThiÕt bÞ tr¹m gèc cång kÒnh do cã bao nhiªu kªnh (tÇn sè sãng mang
kªnh con) th× t¹i tr¹m gèc ph¶i cã bÊy nhiªu m¸y thu- ph¸t.
- §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA (Time Division Multiple Access): C¸c
thuª bao dïng chung mét tÇn sè song lu©n phiªn vÒ thêi gian.
¦u: Tr¹m gèc ®¬n gi¶n do øng víi 1 tÇn sè chØ cÇn mét m¸y thu- ph¸t phôc vô ®îc
nhiÒu ngêi truy nhËp (ph©n biÖt nhau vÒ thêi gian).
Nhîc: §ßi hái qu¸ tr×nh ®ång bé ngÆt nghÌo.
- §a truy nhËp ph©n chia theo m· CDMA (Code Division Multiple Access): C¸c thuª
bao dïng chung cïng mét d¶i tÇn sè trong suèt thêi gian liªn l¹c. Ph©n biÖt nhê sö dông m·
tr¶i phæ gi¶ ngÉu nhiªn PN kh¸c nhau nªn hÇu nh kh«ng g©y nhiÔu lÉn nhau.
¦u: HiÖu qu¶ sö dông phæ cao. Cã kh¶ n¨ng chuyÓn vïng miÒn vµ ®¬n gi¶n trong kÕ
ho¹ch ph©n bæ tÇn sè. Kh¶ n¨ng chèng nhiÔu vµ b¶o mËt cao, thiÕt bÞ tr¹m gèc ®¬n gi¶n (chØ
víi mét m¸y thu- ph¸t).
Nhîc: Yªu cÇu vÒ ®ång bé vµ ®iÒu khiÓn c«ng suÊt rÊt ngÆt nghÌo. NÕu chªnh lÖch
c«ng suÊt thu t¹i tr¹m gèc th× c¸c m¸y di ®éng trong mét tÕ bµo ph¶i . Tr¸i l¹i th× sè
kªnh phôc vô sÏ ph¶i gi¶m.
d, Ph©n lo¹i theo ph¬ng thøc song c«ng
- FDD (Frequence Division Duplex) song c«ng ph©n chia theo tÇn sè. B¨ng c«ng t¸c
gåm 2 d¶i tÇn dµnh cho ®êng lªn (up- link) tõ MS ®Õn BS vµ ®êng xuèng (down- link) tõ BS
®Õn MS. Trong ®ã, ®êng lªn lu«n lµ d¶i tÇn thÊp v× MS cã c«ng suÊt nhá h¬n, thêng di ®éng
vµ cã kh¶ n¨ng bÞ che khuÊt. Khi ®ã, víi d¶i tÇn thÊp h¬n (λ lín h¬n) th× kh¶ n¨ng bÞ che
khuÊt gi¶m.
- TDD (Time Division Duplex), song c«ng ph©n chia theo thêi gian. Khung thêi gian
c«ng t¸c ®îc chia ®«i, mét nöa cho ®êng lªn, mét nöa cho ®êng xuèng.
1.1.3. Mét sè hÖ thèng th«ng tin di ®éng hiÖn t¹i
a, HÖ thèng th«ng tin di ®éng tÕ bµo mÆt ®Êt.
C¸c hÖ thèng tiªu biÓu:
- ThÕ hÖ 1:
2
AMPS (Analog Mobile Phone Service) cña Mü (ra ®êi 1981): FDMA, ,
FM, FDD.
NMT- 450 (1981), NMT- 900 (1986) (Nordic Mobile Telephone): FDMA,
, FM, FDD.
- ThÕ hÖ 2:
IS - 95 (Interim Standard- 95) (Mü 1993): CDMA, BPSK/QPSK ,
FDD.
GSM- 900/18005 (Global System Mobile Communication) (ch©u ¢u 1990): TDMA,
GMSK , FDD.
- ThÕ hÖ 3: IMT- 2000 (International Mobile Telecommunication- 2000):
b, Th«ng tin di ®éng mÆt ®Êt – CT (Cordless Telecom)
c, C¸c hÖ thèng nh¾n tin.
DÞch vô nµy rÊt ®a d¹ng bao gåm: Nh¾n tin sè, nh¾n tin b»ng ký tù vµ chuyÓn tin
nh¾n tho¹i.
d, C¸c hÖ thèng WLL
e, C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng qua vÖ tinh.
f, C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng hµng kh«ng.
Ch¬ng 2
Kªnh v« tuyÕn di ®éng
2.1. C¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña truyÒn sãng trong m«i trêng di
®éng.
Kªnh v« tuyÕn di ®éng g©y ra nh÷ng h¹n chÕ c¬ b¶n ®èi víi chÊt lîng liªn l¹c. Kªnh
v« tuyÕn di ®éng cã thÓ thay ®æi tõ d¹ng LOS ®Õn d¹ng bÞ che ch¾n bëi c¸c chíng ng¹i cè
®Þnh hay di ®éng. C¸c tham sè cña ®êng truyÒn nãi chung lµ ngÉu nhiªn nªn m« h×nh ho¸
chóng lµ vÊn ®Ò khã kh¨n nhÊt trong thiÕt kÕ hÖ thèng, vÊn ®Ò nµy thêng ®îc gi¶i quyÕt b»ng
ph¬ng ph¸p thèng kª dùa trªn c¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c thùc nghiÖm.
C¸c yÕu tè c¬ b¶n nhÊt t¸c ®éng tíi truyÒn sãng v« tuyÕn di ®éng bao gåm:
- Tæn hao ®êng truyÒn.
- HiÖu øng §èp le.
- Tr¶i trÔ ®êng truyÒn.
2.1.1. Tæn hao ®êng truyÒn
Tæn hao ®êng truyÒn lµ sù suy gi¶m vµ sai lÖch tÝn hiÖu do c¸c ®Æc ®iÓm trong qu¸
tr×nh truyÒn sãng g©y ra. §©y lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh ph¹m vi phñ sãng cña mét tr¹m gèc (BS).
a, M« h×nh truyÒn sãng trong kh«ng gian tù do
BiÓu thøc c«ng suÊt thu trªn ®êng truyÒn lµ:
(2.1)
trong ®ã:
Pt, Pt: C«ng suÊt ph¸t vµ thu.
3
Gt, Gr: T¨ng Ých anten ph¸t, thu.
: Bíc sãng (m).
: Kho¶ng c¸ch (m).
L: Tæn hao phÇn cøng hÖ thèng.
Khi L = 1 th× biÓu thøc tæn hao cã d¹ng sau:
(2.2)
§©y lµ trêng hîp suy gi¶m cã tèc ®é 20 dB/s.
Ta chän d0 lµ vÞ trÝ gÇn tr¹m (closed- in distance) mµ t¹i ®ã c«ng suÊt thu ®îc lÊy lµm
chuÈn. Khi ®ã (2.1) trë thµnh:
(2.3)
trong ®ã:
df : cù ly trêng xa:
D: kÝch thíc vËt lý lín nhÊt cña khÈu ®é anten ph¸t.
Chó ý: M« h×nh nµy ®¬n gi¶n song chØ ¸p dông ®îc cho c¸c vïng ®Êt ph¼ng vµ cã
®iÒu kiÖn LOS trªn toµn vïng phñ sãng.
b, M« h×nh tæn hao ®êng truyÒn trªn cù ly xa (luËt mò n)
M« h×nh cã d¹ng nh sau:
(2.4)
B¶ng 2.1: C¸c sè mò cña tæn hao trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau.
M«i trêng truyÒn sãng n
Kh«ng gian tù do 2
V« tuyÕn tÕ bµo vïng ®« thÞ 2,7 – 3,5
V« tuyÕn tÕ bµo vïng ®« thÞ cã che khuÊt 3–5
LOS bªn trong toµ nhµ 1,6 – 1,8
Cã chíng ng¹i, bªn trong toµ nhµ 4–6
Cã chíng ng¹i, bªn trong c¸c nhµ m¸y 2-3
Th«ng thêng, trong c¸c vïng ®« thÞ nãi chung, n = 4 nªn m« h×nh cã d¹ng luËt mò 4.
c, Sù che khuÊt (bãng r©m) chuÈn log (pha ®inh chËm)
M« h×nh (4) kh«ng hoµn toµn chÝnh x¸c cho mäi ®iÓm c¸ch ®Òu BS, mµ chØ cã ý
nghÜa lµ ®¹i lîng tæn hao trung b×nh. ViÖc dù b¸o tæn hao cßn phô thuéc vµo t¹i ®iÓm ®o cã
bÞ che khuÊt hay kh«ng…C¸c qu¸ tr×nh ®o lêng cho thÊy, víi mäi α, PL(d) t¹i mét ®iÓm lµ
gi¸ trÞ ngÉu nhiªn, ph©n bè log chuÈn (chuÈn theo dB) quanh gi¸ trÞ trung b×nh. NghÜa lµ:
(2.5)
trong ®ã:
lµ mét biÕn ngÉu nhiªn, ph©n bè Gauss, kú väng = 0, cã ®é lÖch qu©n ph¬ng lµ
(c¶ , ®Òu tÝnh theo dB).
HiÖn tîng nµy ®îc gäi lµ che khuÊt chuÈn - log. §iÒu nµy hµm ý r»ng, bÊt luËn m«
h×nh thÕ nµo, gi¸ trÞ thùc cña PL(d) ph¶i kiÓm nghiÖm vµ lµm khíp b»ng ®o lêng.
4
d, M« h×nh Hata
Tæn hao ®êng truyÒn hiÓn nhiªn phô thuéc vµo ®Þa h×nh vµ ®é cao anten ph¸t vµ thu.
M« h×nh Hata cho khu vùc ®« thÞ lµ:
(2.6)
trong ®ã:
fC: tÇn sè (MHz).
LP: tæn hao trung b×nh (dB).
hb: ®é cao anten tr¹m gèc (m).
a(hm): hÖ sè hiÖu chØnh cho ®é cao anten di ®éng phô thuéc vµo ®Þa h×nh (dB).
R: kho¶ng c¸ch tõ tr¹m gèc ®Õn m¸y di ®éng(km).
D¶i th«ng sö dông cho m« h×nh Hata:
a(hm) tÝnh nh sau:
- §èi víi thµnh phè nhá vµ trung b×nh:
(2.7)
§èi víi thµnh phè lín:
víi (2.8)
hay:
víi
- Vïng ngo¹i «:
- Vïng n«ng th«n th«ng tho¸ng:
2.1.2. Pha ®inh
Khi kho¶ng c¸ch MS- BS t¨ng, cêng ®é tÝn hiÖu thu gi¶m vµ t¹i c¸c gi¸ trÞ tøc thêi
chóng ®ét biÕn nhanh, hiÖn tîng nµy lµ do pha ®inh nhanh.
Nguyªn nh©n: do sù truyÒn lan theo nhiÒu ®êng cña sãng v« tuyÕn trong m«i trêng di
®éng (do ph¶n x¹, nhiÔu x¹ vµ t¸n x¹ tõ c¸c chíng ng¹i). V× vËy, pha ®inh nµy cßn gäi lµ pha
®inh ®a tia.
Khi c¸c MS ho¹t ®éng ë m«i trêng cã nhiÒu vËt ch¾n (®åi nói, nhµ…) sÏ x¶y ra hiÖn
thîng che tèi lµm gi¶m cêng ®é ®iÖn trêng thu. Khi MS chuyÓn ®éng, cêng ®é trêng lóc t¨ng
lóc gi¶m do lóc cã, lóc kh«ng cã vËt ch¾n. ¶nh hëng cña pha ®inh nµy lµm cho cêng ®é tÝn
hiÖu lóc t¨ng, lóc gi¶m. Vïng gi¶m tÝn hiÖu gäi lµ chç tròng pha ®inh, thêi gian gi÷a hai chç
tròng pha ®ing thêng vµi (s) nÕu MS ®îc ®Æt trªn xe vµ di ®éng.
Pha ®inh ®a tia hay pha ®inh Rayleigh g©y ¶nh hëng nghiªm träng ®Õn chÊt lîng
truyÒn dÉn. Anten m¸y thu di ®éng thu ®îc tÝn hiÖu lµ tæng c¸c vector cña cïng mét tÝn hiÖu
nhng kh¸c pha. NÕu c¸c tÝn hiÖu lµ ®ång pha th× cêng ®é tÝn hiÖu tæng lµ rÊt lín, cßn nÕu ng-
îc pha th× tÝn hiÖu tæng rÊt nhá vµ cã thÓ bÞ triÖt tiªu g©y ra tròng pha ®inh s©u. Thêi gian
gi÷a hai tròng pha ®inh s©u phô thuéc vµo tèc ®é chuyÓn ®éng cña MS vµ tÇn sè ph¸t.
Sù phô thuéc cña tÝn hiÖu thu vµo kho¶ng c¸ch do suy hao ®êng truyÒn vµ ¶nh hëng
cña hai lo¹i pha ®inh nãi trªn ®îc cho ë h×nh 2.1.
5
Cêng ®é tÝn hiÖu
t¹i Anten thu
Thay ®æi do
pha dinh
Rayleigh
Gi¶m dÇn Thay ®æi Kho¶ng c¸ch
do suy hao do che tèi
H×nh 2.1: Phô thuéc cña cêng ®é tÝn hiÖu thu vµo kho¶ng c¸ch
ë mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh (R m) cña tr¹m di ®éng so víi anten ph¸t, ®Ó thu ®îc
tÝn hiÖu mét c¸ch liªn tôc, ë c¸c vÞ trÝ ®iÓm tròng pha ®inh cÇn ®¶m b¶o c«ng suÊt ë ®iÓm thu
lín h¬n ®é nh¹y cña m¸y thu. HiÖu sè (tÝnh theo dB) gi÷a c«ng suÊt thu trung b×nh vµ ngìng
c«ng suÊt thu (®é nh¹y m¸y thu) ®îc gäi lµ ®é dù tr÷ pha ®inh. ChÊt lîng thu sÏ phô thuéc
vµo quy ®Þnh ®é tròng pha ®inh thÊp nhÊt mµ m¸y thu cßn lµm viÖc ®îc.
Ngoµi viÖc lµm th¨ng gi¸ng cêng ®é tÝn hiÖu thu, pha ®inh ®a tia cßn g©y ra sù ph©n
t¸n thêi gian dÉn ®Õn nhiÔu giao thoa gi÷a c¸c ký hiÖu ISI (Inter Symbol Interference). ISI cã
nghÜa lµ c¸c kÝ hiÖu c¹nh nhau sÏ giao thoa víi nhau dÉn ®Õn mÐo d¹ng ký hiÖu vµ m¸y thu
cã thÓ quyÕn ®Þnh sai vÒ ký hiÖu nµy. ThÝ dô vÒ ISI cho ë h×nh vÏ 2.2.
“1”
“0”
“0” “1”
H×nh 2.2: Ph©n t¸n thêi gian
Chuçi “1” vµ “0” ®îc ph¸t ra tõ BTS, nÕu tÝn hiÖu ph¶n x¹ ®Õn chËm h¬n ®óng mét bit
so víi tÝn hiÖu ®i th¼ng th× m¸y thu ký hiÖu “1” ë tÝn hiÖu ph¶n x¹ sÏ giao thoa víi ký hiÖu
“0” cña tÝn hiÖu ®i th¼ng vµ m¸y thu sÏ quyÕt ®Þnh nhÇm lµ ký hiÖu “1”.
XÐt trêng hîp ®¬n gi¶n nhÊt khi “MS” dõng vµ kh«ng cã c¸c chíng ng¹i di ®éng. Do
sãng tíi MS theo rÊt nhiÒu ®êng kh¸c nhau vµ nÕu thõa nhËn r»ng c¸c tia nµy ®éc lËp víi
nhau th× ®êng bao tÝn hiÖu thu ®îc cã hµm mËt ®é x¸c suÊt (Probability Density Function)
Rayleigh cã d¹ng:
6
(2.9)
Pha ®inh ®îc gäi lµ ph¼ng nÕu nã x¶y ra nh nhau ®èi víi mäi tÇn sè trong b¨ng tÇn
cña kªnh.
f(r)
0,6065/σ
r
σ 2σ 3σ
H×nh 2.3: Hµm mËt ®é x¸c suÊt Rayleigh
Pha ®inh chän läc theo tÇn sè khi gi¸ trÞ cña nã thay ®æi trªn d¶i tÇn sè trong b¨ng tÇn
cña kªnh.
2.1.3. HiÖu øng §èp le
Khi MS di ®éng so víi BS hoÆc khi c¸c chíng ng¹i di ®éng th× c¸c tia sãng tíi m¸y
thu MS cßn chÞu t¸c ®éng cña hiÖu øng §èp le.
XÐt trêng hîp ®¬n gi¶n nhÊt khi BS ph¸t 1 sãng mang fC kh«ng ®iÒu chÕ. Sãng mang
v« tuyÕn nµy truyÒn tíi BS theo nhiÒu tia. XÐt tia thø i ta cã:
Tia sãng
thø i
MS: ChuyÓn ®éng víi
tèc ®é V
i C: Tèc ®é ¸nh s¸ng
MS
Khi ®ã, tÝn hiÖu thu ®îc theo tia sãng thø i cã tÇn sè bÞ dÞch chuyÓn ®i mét lîng dÞch
tÇn §èp le: f§ = fm cos víi fm = fC.v/c. TÇn sè tÝn hiÖu thu ®îc lµ:
Lîng dÞch tÇn §èp le f§ cùc ®¹i khi i = 0 hay 1800 vµ cµng lín khi V cµng lín. HiÖn
tîng nµy xÊu nhÊt khi MS ch¹y trªn xe trªn xa lé, trong ®ã c¸c anten tr¹m gèc ®îc bè trÝ trªn
cÇu vît xa lé vµ ph¸t däc theo xa lé.
Khi ph©n bè ®Òu, tÇn sè §èp le sÏ cã ph©n bè cosin ngÉu nhiªn. MËt ®é phæ c«ng suÊt
S(f) (§èp le) cã thÓ tÝnh nh sau:
C«ng suÊt tÝn hiÖu tíi theo gãc dα lµ c«ng suÊt §èp le S(f)df, trong ®ã df lµ vi ph©n
theo α cña lîng dÞch tÇn §èp le fmcosα. ViÖc truyÒn mét sãng mang kh«ng ®iÒu chÕ sÏ ®îc
thu nh mét tÝn hiÖu nhiÒu tia, cã phæ kh«ng cßn lµ 1 tÇn sè fC ®¬n n÷a mµ lµ mét phæ bao
gåm c¸c tÇn sè thuéc (fC ± fm).
7
S(f)
-fm fC fm f
H×nh 2.4: Phæ §èp le cña mét sãng mang fC kh«ng ®iÒu chÕ
Tæng qu¸t, nÕu tÝn hiÖu lµ mét sãng mang ®iÒu chÕ th× phæ thu ®îc cña mét MS cã 1
tèc ®é cô thÓ nh sau:
(2.10)
2.1.4. Tr¶i trÔ
§èi víi th«ng tin di ®éng sè, viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu theo nhiÒu tia sãng trong m«i
trêng di ®éng dÉn ®Õn sù tr¶i trÔ. Sù tr¶i trÔ ®îc minh ho¹ nh sau:
T
BS t
MS t
D ΔD
trong ®ã:
ΔD: Lîng tr¶i trÔ.
§é tr¶i trÔ cã thÓ xem nh lµ ®é dµi cña xung thu khi xung cùc hÑp ®îc ph¸t ®i. HiÖn t-
îng tr¶i trÔ lµm h¹n chÕ tèc ®é truyÒn tin: Tèc ®é truyÒn tin (tèc ®é bit) ë thÝ dô trªn lµ 1/T.
§Ó kh«ng x¶y ra xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (Inter Symbol Inference) th× yªu cÇu
tøc lµ . V× vËy, nÕu ΔD cµng lín th× tèc ®é truyÒn tin cµng nhá.
- Víi th«ng tin di ®éng trong nhµ, ΔD thêng nªn tèc ®é tèi ®a cã thÓ ®¹t ®îc
lµ 2Mbit/s mµ cã thÓ kh«ng cÇn san b»ng kªnh.
- Víi th«ng tin di ®éng tÕ bµo lín ΔD cã thÓ lªn tíi nªn ®Ó truyÒn tin víi tèc ®é
cao nhÊt thiÕt ph¶i cã san b»ng kªnh.
2.2. M« t¶ to¸n häc c¸c kªnh v« tuyÕn di ®éng. C¸c hµm hÖ
thèng Bello
C¸c kªnh v« tuyyÕn di ®éng nãi chung lµ c¸c kªnh biÕn ®æi theo thêi gian. Bello ®·
®Ò nghÞ mét tËp 8 hµm hÖ thèng ®Ó m« t¶ c¸c kªnh di ®éng nh mét hÖ thèng tuyÕn tÝnh biÕn
®æi theo thêi gian. Mçi hµm lµ mét m« t¶ ®Çy ®ñ kªnh, nÕu biÕt hoµn toµn mét hµm, cã thÓ
tÝnh to¸n c¸c hµm cßn l¹i. Mçi mét hµm hÖ thèng Bello sö dông 2 trong sè 4 biÕn sau:
Tªn biÕn Ký hiÖu §¬n vÞ
Thêi gian t t
TÇn sè f Hz
8
§é trÔ τ s
DÞch tÇn §èp le υ Hz
C¸c biÕn t vµ f lµ c¸c biÕn ®èi ngÉu quen thuéc, trong khi ®ã c¸c biÕn τ vµ υ lµ c¸c
to¸n tö ®èi ngÉu m« t¶ chuyÓn dÞch tÇn sè vµ thêi gian.
Cã tÊt c¶ 12 c¸ch ghÐp ®«i c¸c biÕn trªn nhng Bello chi x¸c ®Þnh 8 hµm sè do 4 kh¶
n¨ng trong chóng lµ c¸c biÕn tõ cïng mét cÆp biÕn ®æi Furier (t, υ; υ,t; τ,f; f,τ). ViÖc lùa
chän c¸c cÆp biÕn cña Bello nh»m m« t¶ ®Çy ®ñ møc ®é ph©n t¸n c¶ vÒ tÇn sè vµ thêi gian
cña kªnh di ®éng.
1. Hµm tr¶i trÔ lèi vµo h(t, τ)
2. Hµm tr¶i §èp le- trÔ S (τ, υ)
3. Hµm biÕn ®æi theo thêi gian T(f, t)
4. Hµm tr¶i §èp le lèi ra H (f, υ)
5. Hµm tr¶i §èp le lèi vµo G (f, υ)
6. Hµm tr¶i trÔ lèi ra g(t, τ)
7. Hµm tr¶i trÔ- §èp le V(υ, τ)
8. Hµm ®iÒu chÕ phô thuéc vµo tÇn sè M(t, f)
2.2.1. M« t¶ c¸c kªnh phô thuéc vµo thêi gian ngÉu nhiªn
Kªnh tuyÕn tÝnh tæng qu¸t thay ®æi theo thêi gian cã thÓ xem nh lµ xÕp chång cña cña
mét kªnh x¸c ®Þnh vµ mét kªnh cã trung b×nh toµn thÓ b»ng kh«ng, hoµn toµn ngÉu nhiªn
(h×nh vÏ)
Kªnh
x¸c ®Þnh
x(t) y(t)
Kªnh
ngÉu nhiªn
x(t): TÝn hiÖu vµo.
y(t): TÝn hiÖu ra.
- Kªnh x¸c ®Þnh: X¸c ®Þnh hoµn toµn b»ng c¸ch sö dông c¸c hµm hÖ thèng tõ 1- 8.
C¸c hµm nµy trë nªn qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn mét khi ®îc sö dông ®Ó m« t¶ thµnh phÇn biÕn ®æi
ngÉu nhiªn cña kªnh.
RÊt khã x¸c ®Þnh ®Çy ®ñ c¸c ®Æc trng thèng kª cña c¸c hµm hÖ thèng khi m« t¶ c¸c
thµnh phÇn biÕn ®æi ngÉu nhiªn. Ta ¸p dông gi¶i ph¸p x¸c ®Þnh c¸c hµm t¬ng quan cho mét
hµm hÖ thèng Bello bÊt kú
a, Hµm tù t¬ng quan cña mét qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn d¶i th«ng.
§Þnh nghÜa: Hµm tù t¬ng quan Ry(t1,t2) cña mét qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn ®îc ®Þnh nghÜa
nh sau:
(2.11)
trong ®ã,
y(t) lµ gi¸ trÞ kú väng cña tÝch y(t1). y(t2)
lµ hµm mËt ®é x¸c suÊt bËc 2 cña qu¸ tr×nh y(t):
9
(2.12)
víi F lµ hµm mËt ®é tÝch luü (ph©n bè x¸c suÊt ) ®îc x¸c ®Þnh theo:
BiÓu thøc (2.11) cã thÓ ký hiÖu theo:
(2.13)
trong ®ã < …> lµ trung b×nh toµn thÓ hay kú väng.
b, C¸c kªnh ngÉu nhiªn biÕn ®æi theo thêi gian tæng qu¸t (tham kh¶o)
c, øng dông
C¸c quan hÖ gi÷a hµm tù t¬ng quan cña tÝn hiÖu lèi ra kªnh vµ c¸c hµm t¬ng quan
Bello trªn ®©y cã thÓ cã ¸p dông ®îc cho bÊt kú kªnh tuyÕn tÝnh biÕn ®æi theo thêi gian nµo.
§iÒu ®ã cho phÐp m« h×nh ho¸ kªnh truyÒn trong th«ng tin v« tuyÕn di ®éng.
2.3. M« t¶ c¸c kªnh v« tuyÕn di ®éng
2.3.1. M« t¶ b»ng c¸c hµm Bello
a, Sù biÕn ®æi vÒ kh«ng gian
Gi¶ sö BS ph¸t ®¬n tÇn kh«ng ®æi, c¸c vËt g©y ph©n t¸n kªnh ®Òu dõng, tøc lµ c¸c
tham sè cña chóng kh«ng thay ®æi theo thêi gian. Khi ®ã, sù thay ®æi ngÉu nhiªn theo thêi
gian cña biªn ®é vµ pha tÝn hiÖu thu t¹i MS chØ phô thuéc vµo sù di ®éng cña MS. Do vËy,
®Æc trng cña kªnh cã thÓ xem nh chØ phô thuéc vµo t×nh tr¹ng kh«ng gian (vÞ trÝ) cña MS h¬n
lµ phô thuéc vµo biÕn thêi gian.
b, M« t¶ b»ng c¸c hµm Bello
M« h×nh kªnh QWSSVS ®îc ¸p dông, tøc lµ kªnh ®îc ph©n chia theo tÇn sè vµ thêi
gian sao cho c¸c ®Æc trng thèng kª kh«ng biÕn ®æi theo dÞch chuyÓn tÇn sè vµ thêi gian
(trong mét kho¶ng B vµ T kh¸ nhá), nghÜa lµ kªnh lµ WSS c¶ tÇn sè lÉn thêi gian. ViÖc m« t¶
1 kªnh QWSSVS nh thÕ b»ng c¸c hµm Bello liªn quan tíi c¸c ®Æc trng thèng kª cña kªnh vµ
®îc xÐt theo c¸c vïng nhá hÑp vµ vïng réng lín.
* §Æc trng vïng nhá hÑp
C¸c vïng nhá hÑp lµ c¸c khu vùc cã ®êng kÝnh xÊp xØ vµi chôc bíc sãng. §èi víi c¸c
vïng nµy, kªnh biÓu hiÖn pha ®inh nhanh do chØ thay ®æi vÞ trÝ MS mét chót còng cã thÓ dÉn
®Õn sù thay ®æi rÊt lín vÒ biªn ®é vµ pha tÝn hiÖu thu, dÉn ®Õn giao thoa gi÷a c¸c tia sãng cã
pha kh¸c nhau (do fC rÊt lín) cã thÓ lµm tÝn hiÖu t¨ng hoÆc gi¶m.
§èi víi c¸c vïng nhá hÑp, ®Ó ®Æc trng ®îc kªnh ta ph¶i tÝnh ®îc kú väng vµ hµm tù t-
¬ng quan cña c¸c hµm Bello.
Do kªnh di ®éng thuÇn tuý ngÉu nhiªn nªn trung b×nh toµn thÓ (kú väng) cña nã b»ng
0. Gi¶i ph¸p ®Æc trng kªnh ®ã rót thµnh x¸c ®Þnh hµm t¬ng quan cña bÊt kú 1 trong 8 hµm
Bello.
XÐt hµm tr¶i trÔ lèi vµo h(t,τ), theo nh ®· tr×nh bµy ë trªn, biÕn t cã thÓ thay thÕ b»ng
biÕn vÞ trÝ p (place) cña MS. Do ®ã, hµm tr¶i trÔ trë thµnh h(p,τ) víi mét vïng nhá hÑp lµ
Ph(Δs,τ), Δs lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm tÝnh. NÕu Δs = 0 , Ph(Δs,τ) = Ph(τ), ®©y lµ profile
trÔ c«ng suÊt cña kªnh vµ lµ mËt ®é phæ c«ng suÊt cña kªnh nh lµ mét hµm cña trÔ τ.
Mçi mét phÐp ®o Php(τ) ®Òu lµ mét gi¸ trÞ mÉu cña tÝch h*(p,τ). h(p,τ) t¹i mét vÞ trÝ cña
MS (t¹i mét gi¸ trÞ p) vµ hµm t¬ng quan cña kªnh lµ lÊy trªn khu vùc:
víi K lµ sè mÉu profile trÔ c«ng suÊt ®îc ®o trªn toµn vïng nhá hÑp ®ã.
* §Æc trng vïng réng lín
10
Ph©n tÝch c¸c kÕt qu¶ nhËn ®îc trong c¸c vïng nhá hÑp trªn suèt c¶ nh÷ng vïng réng
lín sÏ thu ®îc m« t¶ vÒ ®Æc trng thèng kª vïng réng lín thÓ hiÖn pha ®inh chËm. Pha ®inh
chËm g©y ra bëi c¸c hiÖn tîng che khuÊt…Mét MS di ®éng trªn vïng réng lín sÏ gÆp vµ chÞu
¶nh hëng cña c¶ pha ®inh nhanh vµ pha ®inh chËm xÕp chång lªn nhau.
§Æc trng thèng kª vïng réng cã thÓ tr×nh bµy qua hai d¹ng:
- §Æc trng b»ng c¸ch ph©n tÝch thèng kª sù biÕn thiªn c¸c chØ sè m« t¶ kªnh tõ c¸c
kÕt qu¶ ®èi víi vïng hÑp. Ch¼ng h¹n ®èi víi c¸c kªnh b¨ng réng, c¸c vïng réng lín cã thÓ
m« t¶ ®îc th«ng qua ph©n bè cña tr¶i trÔ vµ trÔ trung b×nh cña Profile trÔ c«ng suÊt trung
b×nh hoÆc th«ng qua ®é réng b¨ng t¬ng quan.
- Ph©n tÝch sù biÕn thiªn ®èi víi c¸c hµm Bello trªn vïng réng vÝ dô nh víi c¸c kªnh
b¨ng hÑp, ®iÒu nµy quy l¹i lµ ®¸nh gi¸ sù biÕn thiªn vÒ cêng ®é c«ng suÊt trung b×nh.
2.3.2. M« t¶ thùc tÕ kªnh v« tuyÕn di ®éng
Môc ®Ých: M« t¶ m«i trêng truyÒn sãng cµng ®¬n gi¶n cµng tèt b»ng c¸ch dÉn ra mäi
tËp c¸c th«ng sè phï hîp víi viÖc tÝnh to¸n quü c«ng suÊt. §©y lµ c¸ch m« t¶ kªnh phï hîp
víi c¸c kü s thùc hµnh.
ViÖc m« t¶ thùc tÕ kªnh di ®éng ®îc quy vÒ:
a, Tæn hao ®êng truyÒn (nh trªn)
b, §Æc trng pha ®inh chËm.
C¸c ph©n bè chuÈn Logarit theo dB do c¸c ¶nh hëng che khuÊt ngÉu nhiªn cã ph©n bè
chuÈn. KÕt luËn nµy rót ra tõ ph©n tÝch thèng kª c¸c sè liÖu ®o lêng.
c, §Æc trng thèng kª pha ®inh nhanh.
BÊt luËn c¸c tia truyÒn lan cã ph©n bè thÕ nµo ®èi víi hai thµnh phÇn vu«ng pha trong
tÝn hiÖu thu (ai, aq) th× ph©n bè cña chóng còng lµ chuÈn do giíi h¹n trung t©m. Khi ®ã c¸c
®Æc tÝnh pha vµ biªn ®é cña tÝn hiÖu t¬ng ®¬ng th«ng thÊp sÏ lµ:
(2.14)
Môc ®Ých cña ta lµ x¸c ®Þnh ph©n bè biªn ®é cña a(k) khi ®· biÕt ai(k) vµ aq(k) lµ cã
ph©n bè chuÈn Gauss.
Tæng qu¸t víi n qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn thµnh phÇn cã ph©n bè chuÈn víi kú väng vµ
cã chung ph¬ng sai σ th× qu¸ tr×nh tæng sÏ cã ph©n bè x¸c suÊt theo quy luËt hµm
ph©n bè x¸c suÊt nh sau:
(2.15)
lµ th«ng sè trung t©m. NÕu víi mäi i th× vµ ph©n bè x¸c suÊt lµ
trung t©m, nÕu gi¸ trÞ kh¸c ®i th× ph©n bè x¸c suÊt lµ kh«ng trung t©m, Ik(x) lµ hµm Bessel
bËc k lo¹i 1 c¶i biªn:
Hµm ®îc cho theo:
11
C¸c tÝnh chÊt:
nÕu p nguyªn d¬ng.
Trong trêng hîp cña ta, n = 2, , ®êng bao tÝn hiÖu
. Do ®ã, ¸p dông vµo
(2.15) ta cã hµm mËt ®é x¸c suÊt Rice:
§Æt lµ hÖ sè Rice, ta cã:
(2.16)
ý nghÜa cña K: BiÓu thÞ c«ng suÊt thu ®îc theo tia nh×n th¼ng víi c«ng suÊt tæng céng
thu ®îc theo chiÒu c¸c tia ph©n t¸n kh«ng trùc tiÕp.
Khi (kh«ng cã tia nµo tréi h¬n c¶) th× vµ , ta cã hµm ph©n bè x¸c
suÊt Rayleigh:
(2.17)
2.4. Ph©n lo¹i c¸c kªnh v« tuyÕn di ®éng
2.4.1. Ph©n lo¹i theo ®é réng b¨ng tÇn tÝn hiÖu
a, C¸c kªnh b¨ng hÑp.
C¸c kªnh b¨ng hÑp lµ c¸c kªnh cã tèc ®é ®ñ thÊp, trong ®ã t¸c ®éng lµm gi·n symbol
thu cña sù truyÒn lan nhiÒu tia kh«ng g©y lªn hiÖn tîng ISI (nhiÔu gi÷a c¸c ký hiÖu).
b, C¸c kªnh b¨ng réng.
Trong c¸c kªnh b¨ng réng, tèc ®é symbol lµ ®ñ lín ®Õn møc mçi mét symbol bÞ gi·n
lÊn sang vµi symbol l©n cËn g©y lªn ISI.
2.4.2. Ph©n lo¹i kªnh theo m«i trêng truyÒn sãng
a, Kªnh v« tuyÕn di ®éng trong nhµ (in-door)
Do kÝch thíc tÕ bµo nhá, tr¶i trÔ kh¸ nhá (®é réng c¸c thïng – “bin” thêng kh«ng v-
ît qu¸ 500 ns), tèc ®é truyÒn cã thÓ ®¹t lín (tíi 2 Mb/s) mµ kh«ng cÇn san b»ng kªnh.
b, Kªnh v« tuyÕn di ®éng ngoµi trêi (out- door)
KÝch thíc tÕ bµo lín, sè vËt g©y ph©n t¸n kªnh lín nªn tr¶i trÔ cã thÓ ®¹t ®îc lín. Do
vËy h¹n chÕ tèc ®é truyÒn vµ ®ßi hái san b»ng kªnh.
2.4.3. Ph©n lo¹i kªnh theo ®Æc tÝnh pha ®inh nhanh
a, Kªnh pha ®inh Ri-ce (Kªnh Rice)
Lµ kªnh mµ trong trêng hîp trong sè c¸c tia tíi m¸y thu cã mét tia tréi, thêng lµ tia
LOS. Khi ®ã, pha ®inh nhanh cã ph©n bè Rice.
Tham sè Rice cã d¹ng sau:
(2.18)
trong ®ã:
PTr: Lµ c«ng suÊt tia tréi.
: Lµ tæng c«ng suÊt c¸c tia t¸n x¹.
b, Kªnh Gao-x¬ (Kªnh tèt nhÊt- nh kªnh lý tëng)
12
Khi , (trêng hîp cña kªnh cã mét tia LOS) th× ph©n bè Rice trë thµnh ph©n bè
Gao- x¬. Khi nµy, t¸c ®éng chñ yÕu tíi tÝn hiÖu thu lµ t¹p ©m nhiÖt cã ph©n bè Gao-x¬.
Trong c¸c vi tÕ bµo hoµn toµn cã thÓ gÆp c¸c kªnh nµy.
c, Kªnh Rayleigh (Kªnh kÐm nhÊt)
Khi (trêng hîp kh«ng cã mét tia nµo tréi) th× ph©n bè Rice trë thµnh ph©n bè
Rayleigh. Thêng gÆp trong tÕ bµo lín, ®Þa h×nh phøc t¹p.
Ch¬ng 3:
C¸c kü thuËt c¬ b¶n
Trong th«ng tin v« tuyÕn di ®éng
3.1. C¸c kü thuËt tr¶i phæ
3.1.1. Giíi thiÖu chung vµ ph©n lo¹i
a, Giíi thiÖu chung
C¸c hÖ thèng tr¶i phæ lµ c¸c hÖ thèng sö dông tÝn hiÖu cã b¨ng tÇn rÊt réng, gÊp hµng
tr¨m lÇn tèc ®é bit cña hÖ thèng nhê sö dông kü thuËt tr¶i phæ tÝn hiÖu b»ng c¸c tÝn hiÖu gi¶
t¹p ngÉu nhiªn PN (Pseudo- Noise). C¬ së cña kü thuËt tr¶i phæ lµ ®Þnh lý Shanon.
(3.1)
trong ®ã:
C - lµ dung lîng hÖ thèng.
W - §é réng b¨ng tÇn truyÒn dÉn.
S, N: C«ng suÊt tÝn hiÖu vµ t¹p nhiÔu.
Nhê t¨ng b¨ng tÇn W, tû sè S/N cã thÓ gi¶m xuèng rÊt thÊp, thËm chÝ nhá h¬n gi¸ trÞ
1.
§Æc ®iÓm c¨n b¶n:
- Kh¶ n¨ng chèng nhiÔu tËp trung, nhiÔu tÝch cùc rÊt cao.
- Kh¶ n¨ng b¶o mËt th«ng tin cao.
13
C¸c hÖ thèng th«ng tin tr¶i phæ lµ c¸c hÖ thèng cã ®é réng b¨ng tÇn réng, tuy nhiªn
kh«ng ph¶i hÖ thèng cã ®é réng b¨ng tÇn réng nµo còng lµ hÖ thèng th«ng tin tr¶i phæ. Mét
hÖ thèng ®îc ®Þnh nghÜa lµ th«ng tin tr¶i phæ nÕu:
- TÝn hiÖu truyÒn ®i chiÕm mét ®é réng b¨ng tÇn truyÒn dÉn W lín h¬n rÊt nhiÒu lÇn
bÒ réng b¨ng tÇn tèi thiÓu Bi ®Ó truyÒn tin.
- ViÖc tr¶i phæ tÝn hiÖu ®îc thùc hiÖn nhê tÝn hiÖu tr¶i, ®©y lµ m· tr¶i phæ, ®éc lËp víi
d÷ liÖu cÇn truyÒn. TÝn hiÖu tr¶i ®îc lùa chän sao cho t¹o ra mét phæ tæng céng gÇn víi phæ
cña t¹p ©m.
- Qu¸ tr×nh nÐn phæ ®îc thùc hiÖn nhê tÝnh t¬ng quan gi÷a tÝn hiÖu thu ®îc vµ tÝn hiÖu
gi¶i tr¶i lµ b¶n sao ®ång bé cña tÝn hiÖu tr¶i d· sö dông ë phÇn ph¸t.
Nh vËy, dï c¸c hÖ thèng ®iÒu chÕ b¨ng réng nh ®iÒu chÕ tÇn sè, ®iÒu chÕ xung m· dï
cã phæ rÊt réng song kh«ng ph¶i lµ c¸c hÖ thèng tr¶i phæ.
HiÖu qu¶ chèng nhiÔu cña c¸c hÖ thèng tr¶i phæ ®îc ®¸nh gi¸ qua t¨ng Ých xö lý PG
(Processing Gain):
(3.2)
TÝn hiÖu tr¶i vµ gi¶i tr¶i ®îc thùc hiÖn b»ng chuçi PN, gäi lµ chuçi chÝp cã tèc ®é cao
h¬n rÊt nhiÒu lÇn so víi tèc ®é sè liÖu.
b, Ph©n lo¹i
C¸c hÖ thèng tr¶i phæ ®îc chia lµm hai lo¹i chÝnh:
- HÖ thèng tr¶i phæ nh¶y tÇn (FH: Frequency Hopping), trong ®ã tÝn hiÖu tr¶i (chuçi
chÝp gi¶ ngÉu nhiªn) ®îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn tÇn sè sãng mang.
- HÖ thèng tr¶i phæ trùc tiÕp (DS: Direct Sequence): HÖ thèng nµy cßn gäi lµ hÖ thèng
gi¶ nhiÔu, trong ®ã chuçi chip gi¶ ngÉu nhiªn ®îc sö dông ®Ó nh©n trùc tiÕp víi chuçi sè
liÖu.
c, øng dông trong th«ng tin di ®éng:
Tr¶i phæ nh¶y tÇn
§îc sö dông trong hÖ thèng GSM- 900 nh mét chän lùa (option) nh»m chèng nhiÔu
cho c¸c hÖ thèng kh¸c g©y lªn (chèng c¸c nhiÔu tËp trung).
Tr¶i phæ trùc tiÕp
Nguyªn lý tr¶i phæ trùc tiÕp cho phÐp øng dông trong ph¬ng thøc ®a truy nhËp
CDMA, trong ®ã mét thuª bao truy nhËp m¹ng b»ng mét m· tr¶i phæ riªng. C¸c m· tr¶i phæ
cña c¸c thuª bao kh¸c nhau th× trùc giao víi nhau.
3.1.2. HÖ thèng tr¶i phæ nh¶y tÇn
a, S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n
W Bi
x(t)
s(t)
MOD Trén BDF Trén tÇn BDF DEM
T¹o PN LO LO T¹o PN
M¸y ph¸t M¸y thu
14
MOD: §iÒu chÕ sè víi ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ phæ hÑp.
LO (Oal scillator): Bé dao ®éng néi.
BDF: Hµm mËt ®é phæ c«ng suÊt.
ωLO: TÇn sè tù do cña bé dao ®éng néi khi cha cã ®iÒu khiÓn nh¶y tÇn .
ω(t): Lîng gia sè tÇn sè ®iÒu khiÓn bëi chuçi chip PN.
NÕu chu kú cña chuçi PN lµ n th× sè gi¸ trÞ cã thÓ cã cña ω(t) lµ 2n-1 (do chuçi toµn 0
bÞ lo¹i), phæ tÝn hiÖu lèi ra x(t) cã ®é réng kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é chip
.
- Khi : Nh¶y tÇn chËm.
- Khi : Nh¶y tÇn nhanh
: §é réng xung sè liÖu s(t)
Th«ng thêng S ω ®îc chän sao cho c¸c tÇn sè nh¶y tÇn c¸ch biÖt nhau:
(3.3)
b, BiÓu ®å thêi gian cña tÇn sè tÝn hiÖu sau tr¶i phæ nh¶y tÇn (chËm):
ω
t
3.1.3. HÖ thèng tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp.
a, S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n
W Bi
x(t) d(t)
d(t)
MOD Nh©n BPF Trén tÇn BPF DEM
x(t)
+I(t)
c(t) = ± 1 +n(t)
LO (ω) T¹o PN LO T¹o PN
M¸y ph¸t M¸y thu
b, Nguyªn t¾c ho¹t ®éng trªn hÖ thèng t¬ng ®¬ng th«ng thÊp
Chuçi sè liÖu d(t) cã phæ D(f), chuçi chip PN c(t) cã phæ C(f) tÝn hiÖu truyÒn ®i
c(t).d(t) cã phæ C(f) * D(f) réng cì phæ cña C(f) do C(t) cã tèc ®é lín h¬n tèc ®é d(t) nhiÒu
lÇn. ë phÇn thu, tÝn hiÖu nhËn ®îc:
(3.4)
Do nªn ta cã:
(3.5)
Do vËy, phæ nhiÔu tËp trung I(f) ®îc tr¶i réng ra. Tû sè S/N t¨ng lín .
15
3.2. S¬ ®å khèi cña c¸c hÖ thèng TDMA vµ CDMA
3.2.1. S¬ ®å khèi cña c¸c hÖ thèng TDMA
a, S¬ ®å khèi
M· ho¸ M· ho¸ GhÐp §ãng §Öm MOD
tiÕng nãi kªnh xen gãi
TiÕng nãi TÝn hiÖu T¹o chuçi
®ång bé dß kªnh Kªnh
P
Hµm M¸y thu
mê ®Çu cuèi
Gi¶i m· Gi¶i ghÐp San b»ng DEMUX
kªnh xen vµ ®Öm
SYN
Gi¶i m· TiÕng nãi Läc phèi Kh«i phôc
tiÕng nãi kh«i phôc hîp ®«ng hå
Data
Chøc n¨ng c¸c khèi:
1. M· ho¸ tiÕng nãi: M· ho¸ tiÕng nãi tèc ®é bit thÊp nh»m tiÕt kiÖm phæ.
2. M· ho¸ kªnh: M· ho¸ chèng t¸c ®éng cña nhiÔu trªn kªnh.
3. GhÐp xen: Trî gióp qu¸ tr×nh m· ho¸ cã t¸c dông gi¶i t¬ng quan lçi.
4. §ãng gãi: GhÐp c¸c tÝn hiÖu kh¸c nhau thµnh gãi tin: TÝn hiÖu ®ång bé, tÝn hiÖu
sè liÖu, tÝn hiÖu dß kªnh.
5. MOD: §iÒu chÕ sè víi ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ phæ hÑp.
6. Kªnh: Kªnh v« tuyÕn.
7. DEMUX: Ph©n kªnh c¸c tÝn hiÖu cña mét gãi.
8. Hµm mê: C¨n cø chuçi dß ®êng thu ®îc ®Ó tÝnh ra tr¹ng th¸i kªnh ®Ó ®iÒu khiÓn
bé san b»ng.
9. Läc phèi hîp: Chèng t¸c ®éng cña nhiÔu.
10. Gi¶i ghÐp xen: Ngîc víi ghÐp xen.
11. Gi¶i m· tiÕng nãi: Tæng hîp tiÕng nãi.
3.2.3. S¬ ®å khèi hÖ thèng CDMA
a. S¬ ®å khèi hÖ thèng CDMA cña Qualcomm (tuyÕn ph¸t ®êng xuèng)
16
PNI
W0
TÝn hiÖu Pilot (toµn 0)
Kªnh W32 KÕt hîp
®ång bé tÝnh träng
M· chËp
vµ lÆp GhÐp xen sè vµ
®iÒu chÕ TÝn hiÖu
Wj cÇu ph¸t
Kªnh ph¬ng CDMA
paging M· chËp
vµ lÆp GhÐp xen
MÆt n¹ kªnh Bé t¹o C¸c bit
paging PN dµi §KC«ng
Kªnh suÊt Wi
lu lîng M· chËp X¸o trén vµ
vµ lÆp GhÐp xen
ghÐp HL
MÆt n¹ kªnh Bé t¹o PNQ
lu lîng PN dµi
b, Mét sè kh¸i niÖm bæ sung
M· Walsh- C¸ch t¹o
Sö dông ma trËn Hadamard
TÝnh chÊt: C¸c tæ hîp m· Walsh ®Òu trùc giao nhau:
(3.6)
Sö dông: §Ó ph©n kªnh ®êng xuèng.
C¸c kªnh trong hÖ thèng CDMA:
- Kªnh Pilot: Sö dông cho ®ång chØnh tÇn sè. ( )
- Kªnh ®ång bé: Sö dông cho ®ång bé clock. ( )
- C¸c kªnh paging vµ traffic (lu lîng).
Sö dông 62 m· Walsh cßn l¹i.
Kªnh paging ®îc sö dông ®Ó:
+ Th«ng b¸o th«ng tin vÒ hÖ thèng.
+ §¸p tÝn hiÖu xin truy nhËp cña MS.
3.2.3. C¸c chØ tiªu kinh tÕ, kü thuËt c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin di ®éng.
- HiÖu qu¶ sö dông phæ (sè ngêi sö dông/®¬n vÞ tÇn sè/cell).
- ChÊt lîng ©m thanh.
- Møc ®é phøc t¹p cña thiÕt bÞ, gi¸ thµnh cña BS vµ MS.
- TÝnh tiÖn lîi mang x¸ch (kÝch thíc, träng lîng).
- Møc ®é tiªu thô nguån.
- §é tin cËy cña thiÕt bÞ vµ ®é tin cËy phñ sãng.
- Møc ®é b¶o mËt th«ng tin.
17
- Kh¶ n¨ng ®¸p øng nhiÒu dÞch vô.
3.3. M· ho¸ tiÕng nãi trong th«ng tin di ®éng
3.3.1. Giíi thiÖu chung vµ ph©n lo¹i
a, Giíi thiÖu chung
ChÊt lîng cña 1 hÖ thèng th«ng tin di ®éng phÇn lín ®îc ®¸nh gi¸ qua:
- ChÊt lîng tiÕng nãi kh«i phôc (®é chÝnh x¸c).
- Dung lîng hÖ thèng, ®¸nh gi¸ qua sè ngêi sö dông cã thÓ ®ång thêi sö dông dÞch
vô.
§é réng b¨ng tÇn lµ mét tµi nguyªn quý gi¸ trong th«ng tin di ®éng, do ®ã nhµ cung
cÊp dÞch vô lu«n ph¶i ®èi mÆt víi c¸c ®ßi hái vÒ cung cÊp dÞch vô cho nhiÒu nguêi sö dông
trong 1 b¨ng tÇn h¹n chÕ víi mét chÊt lîng tiÕng nãi tèt nhÊt cã thÓ ®îc. Víi mét chÊt lîng
tiÕng nãi x¸c ®Þnh, tèc ®é bit cña tiÕng nãi ®· m· cµng thÊp th× cµng cã nhiÒu ngêi sö dông
®îc dÞnh vô trong mét ®é réng b¨ng tÇn ®· cho. Cã nhiÒu gi¶i ph¸p ®îc tiÕn hµnh trong viÖc
x©y dùng c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi víi mét chÊt lîng chÊp nhËn ®îc nh:
Tèc ®é thÊp.
TÝnh ®¬n gi¶n cña thiÕt bÞ.
Gi÷ chËm xö lý thÊp.
Møc ®é tiªu thô nguån thÊp.
C¸c yªu cÇu trªn thêng m©u thuÉn víi nhau nªn tuú theo môc ®Ých sö dông mµ ta ph¶i
dung hoµ cho phï hîp.
b, C¸c ®Æc tÝnh cña tiÕng nãi
CÊu tróc vµ thuËt to¸n cña c¸c bé biÕn ®æi tÝn hiÖu t¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè cã thÓ
®éc lËp hay phô thuéc vµo ®Æc trng cña nguån tÝn hiÖu t¬ng tù, vµ do ®ã cã thÓ rÊt kh¸c
nhau. Khi tÝn hiÖu lµ tiÕng nãi, viÖc biÕt ®îc c¸c ®Æc tÝnh cña tiÕng nãi (®Æc trng cña nguån)
cã thÓ cho phÐp tèi u ho¸ c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi theo mét sè tiªu chÝ.
C¸c ®Æc tÝnh cña tiÕng nãi:
TiÕng nãi cã mét sè tÝnh chÊt cã thÓ khai th¸c ®îc trong thiÕt kÕ c¸c bé m· ho¸ hiÖu
qu¶ cao (cã ®é nÐn tÝn hiÖu lín):
- TÝnh chÊt cã phæ h¹n chÕ: TiÕng nãi cã thÓ h¹n phæ mµ kh«ng mang l¹i sai sè thô
c¶m ®¸ng kÓ, suy ra ta cã thÓ ¸p dông ®Þnh lý lÊy mÉu víi tèc ®é mÉu h÷u h¹n vµ
tiÕng nãi cã thÓ kh«i phôc l¹i “hoµn toµn” tõ chuçi tÝn hiÖu mÉu. §©y lµ c¬ së cña
thuËt to¸n lÊy mÉu- rêi r¹c ho¸.
- TÝnh chÊt cã hµm mËt ®é x¸c suÊt cña trÞ biªn ®é lµ kh«ng ®Òu: Pdf cña biªn ®é
tiÕng nãi lµ mét hµm kh«ng ®Òu: TÝn hiÖu cã biªn ®é rÊt lín cã mét x¸c suÊt x¶y
ra nµo ®ã, cßn tÝn hiÖu cã biªn ®é xÊp xØ 0 th× cã mét x¸c suÊt x¶y ra rÊt lín. Pdf
gi¶m ®¬n ®iÖu tõ c¸c gi¸ trÞ biªn ®é xÊp xØ 0 tíi c¸c gi¸ trÞ biªn ®é rÊt lín (pdf
chÝnh x¸c th× phô thuéc vµo ®é réng b¨ng cña tÝn hiÖu vµ vµo c¸c ®iÒu kiÖn ghi
©m).
+ Pdf dµi h¹n (long- time pdf):
(3.7)
pdf nµy cã ®Ønh t¹i gi¸ trÞ x = 0 lµ do trong tiÕng nãi rÊt thêng cã c¸c ®o¹n nghØ vµ
c¸c ®o¹n cã møc biªn ®é thÊp.
+ Pdf ng¾n h¹n (Short- time pdf): Thêng ®îc xÊp xØ b»ng ph©n bè chuÈn Gauss. Pdf
ng¾n h¹n thêng®îc øng dông trong lîng tö ho¸ kh«ng ®Òu.
18
- TÝnh chÊt hµm tù t¬ng quan (ACF: Auto Correlation Function)
T¬ng quan rÊt lín gi÷a c¸c mÉu liªn tiÕp cña tiÕng nãi phÇn lín cã thÓ dÔ dµng dù
®o¸n ®îc tõ c¸c gi¸ trÞ cña c¸c mÉu tríc ®ã. Lµ c¬ së cña c¸c thuËt to¸n dù ®o¸n.
ACF:
(3.8)
x(k): mÉu tiÕng nãi thø k, ACF thêng ®îc chuÈn ho¸ theo ph¬ng sai cña tÝn hiÖu tiÕng
nãi, do ®ã gi¸ trÞ cña ACF h¹n chÕ trong kho¶ng [-1; 1] víi C(0) = 1. C¸c tÝn hiÖu tiÕng nãi
tiªu biÓu cã trÞ hµm t¬ng quan mÉu kÕ bªn (C(1)) thêng lµ 0,85- 0,9.
- Hµm mËt ®æ phæ c«ng suÊt (PSD: Power Spectrum Density)
PSD cña tÝn hiÖu tiÕng nãi cã tÝnh chÊt lµ mét hµm kh«ng ®Òu nªn cã thÓ cã ®îc sù
nÐn tÝn hiÖu ®¸ng kÓ nhê viÖc m· ho¸ tiÕng nãi trªn miÒn tÇn sè.
§é ®o ®Þnh lîng cña t¨ng Ých mµ cùc ®¹i lý thuyÕt cã thÓ ®¹t ®îc nhê khai th¸c ®Æc
tÝnh PSD kh«ng ®Òu lµ SFM (®é ®o møc ®é b»ng ph¼ng cña phæ: Spectrum Flatness
Measure). SFM lµ tû sè trung b×nh sè häc vµ trung b×nh h×nh häc cña c¸c mÉu PSD ®îc lÊy
trªn c¸c kho¶ng tÇn sè c¸ch ®Òu:
(3.9)
Trong ®ã, Sk lµ mÉu tÇn sè thø k cña PSD cña tiÕng nãi.
Tiªu biÓu: C¸c tÝn hiÖu tiÕng nãi cã gi¸ trÞ SDM dµi h¹n b»ng 8 vµ SDM ng¾n h¹n
biÕn ®æi trong mét d¶i réng tõ 2 ÷ 500.
c, Ph©n lo¹i m· ho¸ tiÕng nãi
S¬ ®å cÊu tróc ph©n lo¹i:
C¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi
C¸c bé m· ho¸ d¹ng sãng C¸c bé m· ho¸ nguån
MiÒn thêi gian MiÒn tÇn sè LPC Hybrid Vocoder
Kh«ng vi sai Vi sai
ADPCM Delta SBC ATC
Chó gi¶i:
LPC: Linear Predictive Coding: M· ho¸ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh.
19
SBC: Sub- Band Coding: M· ho¸ b¨ng con.
ATC: Adative Transform Coding: M· biÕn ®æi thÝch nghi.
ADPCM: Adative Differential PCM: PCM vi sai thÝch nghi.
* C¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n:
- C¸c bé m· ho¸ d¹ng sãng: VÒ nguyªn t¾c ®îc thiÕt kÕ ®Ó cã ®îc tÝnh chÊt ®éc lËp
víi nguån tÝn hiÖu, do ®ã cã thÓ m· ho¸ nh nhau ®èi víi mét lo¹t c¸c lo¹i tÝn hiÖu (tiÕng nãi,
tÝn hiÖu truyÒn thanh, truyÒn h×nh…).
¦u ®iÓm: §¬n gi¶n, thÝch hîp víi nhiÒu tÝnh chÊt kh¸c nhau cña tÝn hiÖu vµ cã cêng
®é m¹nh trªn m«i trêng cã nhiÒu t¹p nhiÔu. Tuy nhiªn, c¸c bé m· ho¸ d¹ng sãng chØ ®¹t ®îc
møc ®é tiÕt kiÖm vÒ tèc ®é bit nhá.
- C¸c bé m· ho¸ nguån: RÊt tiÕt kiÖm bit song nãi chung ®é phøc t¹p cao. Chóng ®îc
x©y dùng trªn c¸c hiÓu biÕt tiªn nghiÖm vÒ tÝn hiÖu ®îc m· ho¸.
3.3.2. M· ho¸ b¨ng con
a, M· ho¸ miÒn tÇn sè tÝn hiÖu tiÕng nãi
Ph¬ng ph¸p nµy ®îc ®Ò xuÊt n¨m 1979, tÝn hiÖu nµy ®îc chia thµnh mét tËp c¸c thµnh
phÇn tÇn sè råi ®îc lîng tö ho¸ vµ m· ho¸ riªng biÖt. B»ng c¸ch nµy, c¸c b¨ng tÇn sè kh¸c
nhau cã thÓ ®îc m· ho¸ mét c¸ch cã u tiªn theo mét tÇn sè tiªu chuÈn thô c¶m cho tõng
b¨ng, nhê ®ã t¹p ©m lîng tö cã thÓ ®îc nÐn bªn trong c¸c b¨ng vµ tr¸nh ®îc viÖc t¹o ra c¸c
mÐo hµi bªn ngoµi b¨ng.
¦u ®iÓm: Sè bit dïng ®Ó m· cã thÓ thay ®æi ®îc vµ cã thÓ chia sÎ gi÷a c¸c b¨ng kh¸c
nhau.
b, M· ho¸ b¨ng con
- PhÐp lîng tö ho¸ lµ mét thuËt to¸n phi tuyÕn, g©y ra c¸c s¶n phÈm mÐo cã phæ réng.
Tai ngêi th× kh«ng nhËn biÕt c¸c mÐo nµy nh nhau ë mäi tÇn sè, do ®ã cã thÓ nhËn ®îc mét
sù c¶i thiÖn ®¸ng kÓ vÒ chÊt lîng b»ng c¸ch m· tÝn hiÖu theo c¸c b¨ng hÑp SBC, do ®ã cã thÓ
xem ®îc nh mét ph¬ng ph¸p kiÓm so¸t vµ ph©n phèi t¹p ©m lîng tö mét c¸ch thÝch hîp trªn
toµn b¨ng tÝn hiÖu.
- Trong SBC, tiÕng nãi ®îc chia thµnh 4 hay 8 b¨ng con nhê mét lo¹t c¸c m¹ch läc.
Sau ®ã, tõng b¨ng con ®îc lÊy mÉu vµ m· ho¸ víi ®é chÝnh x¸c kh¸c nhau tuú theo tiªu
chuÈn thô c¶m.
ViÖc chia c¸c b¨ng con cã thÓ tiÕn hµnh theo 2 c¸ch:
Chia ®Òu, song tuú theo tiªu chuÈn vÒ mÐo thô c¶m ®îc mµ m· tõng b¨ng víi mét
tèc ®é bit riªng kh¸c nhau.
Chia kh«ng ®Òu b¨ng tiÕng nãi thµnh c¸c b¨ng con cã ®ãng gãp nh nhau vÒ lîng
mÐo thô c¶m ®îc.
ThÝ dô:
1 200- 700 Hz
2 700- 1310 Hz
3 1310- 2020 Hz
4 2020-3200 Hz
Do tai ngêi cã ®é nh¹y c¶m theo hµm mò ®èi víi tÇn sè, mét d¹ng ®Æc biÖt cña c¸ch
chia b¨ng con thø nhÊt lµ chia theo thang mò octave chø kh«ng chia ®Òu thµnh c¸c b¨ng con.
- Ph¬ng ph¸p xö lý:
C¸c b¨ng con ®îc ®a vÒ gèc tÇn sè nhê c¸c sãng mang con b»ng ®iÒu chÕ ®¬n biªn.
S¬ ®å khèi:
20
Kh¸i qu¸t vÒ th«ng tin di ®éng
1.1. giíi thiÖu chung
1.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn
Kh¸i niÖm: Th«ng tin di ®éng…
Tõ cuèi thÓ kû 19, Marconi chØ ra r»ng th«ng tin v« tuyÕn cã thÓ liªn l¹c trªn cù ly xa,
m¸y ph¸t vµ m¸y thu cã thÓ di ®éng so víi nhau trong qu¸ tr×nh liªn l¹c.
C¸c hÖ thèng ®iÖn tho¹i cè ®Þnh ph¸t triÓn nhanh vµ h×nh thµnh m¹ng ®iÖn tho¹i c«ng
céng chuyÓn m¹ch PSTN (Public Switching Telephone Network), ®iÖn tho¹i di ®éng cha ®îc
chó ý ph¸t triÓn v× nh÷ng h¹n chÕ vÒ c«ng nghÖ.
Kû nguyªn ph¸t triÓn cña ®iÖn tho¹i di ®éng ®îc ®¸nh dÊu vµo n¨m 1947 víi sù ra ®êi
ý tëng vÒ m¹ng ®iÖn tho¹i ®i ®éng tÕ bµo cña Bell Labs. CÊu h×nh c¬ b¶n cña m¹ng tÕ bµo
nh sau:
TÕ bµo
(Cell)
MSC Tæng ®µi
®iÖn tho¹i
di ®éng
Tr¹m gèc
BS
M¸y di Vïng phñ
®éng MS sãng
H×nh 1.1: CÊu h×nh c¬ b¶n cña m¹ng tÕ bµo
CÊu h×nh m¹ng tÕ bµo cña Bell rÊt tèi u nhng kh«ng thÓ triÓn khai ®îc vµo thêi ®iÓm
®ã do khã kh¨n vÒ mÆt c«ng nghÖ.
C¸c hÖ thèng bé ®µm dïng sãng cùc ng¾n ra ®êi song kh«ng ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu
cña m¹ng di ®éng nh:
- Liªn l¹c di ®éng trªn ph¹m vi réng.
- Kh«ng phôc vô ®îc ®«ng ngêi.
Vµo n¨m 1979, m¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng tÕ bµo ®Çu tiªn ®îc ®a vµo sö dông ë Mü vµ
ph¸t triÓn rÊt nhanh do tÝnh thuËn tiÖn sö dông vµ doanh thu lín. M¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng tÕ
bµo ®îc ra ®êi nhê:
- C¸c hÖ thèng chuyÓn m¹ch tù ®éng víi tèc ®é chuyÓn m¹ch lín, dung lîng cao.
- Kü thuËt vi m¹ch: VLSI (Very Large Scale Intergrated Circuit) ra ®êi cho phÐp
tÝch hîp hµng tr¨m ngµn ®Õn hµng triÖu Transistor trong mét m¸y di ®éng, gi¶i
quyÕt c¬ b¶n c¸c khã kh¨n do truyÒn sãng di ®éng g©y ra.
Ngµy nay, trªn thÕ giíi sè thuª bao di ®éng ®· t¨ng tíi h¬n 500 triÖu vµ doanh thu
cña nã ®· vît qua dÞch vô ®iÖn tho¹i cè ®Þnh. Xu híng chung cña m¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng lµ
kh¶ n¨ng roaming (lu ®éng) toµn cÇu víi sù ra ®êi cña hµng lo¹t c¸c thÕ hÖ ®iÖn tho¹i di
®éng míi.
1.1.2. Ph©n lo¹i c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng
a, Ph©n lo¹i theo ®Æc tÝnh tÝn hiÖu
1
- Analog: ThÕ hÖ 1, lµ tÝn hiÖu tho¹i ®iÒu tÇn analog, truy nhËp theo tÇn sè FDMA vµ
c¸c kªnh ®iÒu khiÓn ®· sè ho¸ .
- Digital: ThÕ hÖ 2 vµ cao h¬n: C¶ tÝn hiÖu tho¹i vµ kªnh ®iÒu khiÓn ®Òu ®· sè ho¸. HÖ
thèng v« tuyÕn di ®éng sè cßn cho phÐp khai th¸c mét lo¹t c¸c dÞch vô kh¸c nh truyÒn c¸c
tin ng¾n, truyÒn fax, truyÒn sè liÖu.
b, Ph©n lo¹i theo cÊu tróc hÖ thèng
- C¸c m¹ng v« tuyÕn tÕ bµo: Cung cÊp dÞch vô trªn diÖn réng víi kh¶ n¨ng l u ®éng
(roaming) toµn cÇu (liªn m¹ng).
- ViÔn th«ng kh«ng d©y (CT: Cordless Telecom): Cung cÊp dÞch vô trªn m¹ng hÑp,
c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt ®¬n gi¶n, kh«ng cã kh¶ n¨ng roaming.
- Vµnh v« tuyÕn néi h¹t (WLL: Wireless Local Loop): Cung cÊp ®iÖn tho¹i v« tuyÕn
víi chÊt lîng cao nh ë ®iÖn tho¹i cè ®Þnh cho mét vµnh ®ai quanh mét tr¹m gèc, kh«ng cã
kh¶ n¨ng roaming. Môc ®Ých nh»m cung cÊp dÞch vô ®iÖn tho¹i cho c¸c vïng mËt ®é d©n c
thÊp, m¹ng líi ®iÖn tho¹i cè ®Þnh cha ph¸t triÓn.
c, Ph©n lo¹i theo ph¬ng thøc ®a truy nhËp v« tuyÕn
- §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè FDMA (Frequence Division Multiple Access):
Mçi thuª bao truy nhËp m¹ng b»ng mét tÇn sè. B¨ng tÇn chung W ®îc chia thµnh N kªnh v«
tuyÕn. Mçi mét thuª bao truy nhËp vµ liªn l¹c trªn kªnh con trong suèt thêi gian liªn l¹c.
¦u ®iÓm: ThiÕt bÞ ®¬n gi¶n, yªu cÇu vÒ ®ång bé kh«ng qu¸ cao.
Nhîc ®iÓm: ThiÕt bÞ tr¹m gèc cång kÒnh do cã bao nhiªu kªnh (tÇn sè sãng mang
kªnh con) th× t¹i tr¹m gèc ph¶i cã bÊy nhiªu m¸y thu- ph¸t.
- §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA (Time Division Multiple Access): C¸c
thuª bao dïng chung mét tÇn sè song lu©n phiªn vÒ thêi gian.
¦u: Tr¹m gèc ®¬n gi¶n do øng víi 1 tÇn sè chØ cÇn mét m¸y thu- ph¸t phôc vô ®îc
nhiÒu ngêi truy nhËp (ph©n biÖt nhau vÒ thêi gian).
Nhîc: §ßi hái qu¸ tr×nh ®ång bé ngÆt nghÌo.
- §a truy nhËp ph©n chia theo m· CDMA (Code Division Multiple Access): C¸c thuª
bao dïng chung cïng mét d¶i tÇn sè trong suèt thêi gian liªn l¹c. Ph©n biÖt nhê sö dông m·
tr¶i phæ gi¶ ngÉu nhiªn PN kh¸c nhau nªn hÇu nh kh«ng g©y nhiÔu lÉn nhau.
¦u: HiÖu qu¶ sö dông phæ cao. Cã kh¶ n¨ng chuyÓn vïng miÒn vµ ®¬n gi¶n trong kÕ
ho¹ch ph©n bæ tÇn sè. Kh¶ n¨ng chèng nhiÔu vµ b¶o mËt cao, thiÕt bÞ tr¹m gèc ®¬n gi¶n (chØ
víi mét m¸y thu- ph¸t).
Nhîc: Yªu cÇu vÒ ®ång bé vµ ®iÒu khiÓn c«ng suÊt rÊt ngÆt nghÌo. NÕu chªnh lÖch
c«ng suÊt thu t¹i tr¹m gèc th× c¸c m¸y di ®éng trong mét tÕ bµo ph¶i . Tr¸i l¹i th× sè
kªnh phôc vô sÏ ph¶i gi¶m.
d, Ph©n lo¹i theo ph¬ng thøc song c«ng
- FDD (Frequence Division Duplex) song c«ng ph©n chia theo tÇn sè. B¨ng c«ng t¸c
gåm 2 d¶i tÇn dµnh cho ®êng lªn (up- link) tõ MS ®Õn BS vµ ®êng xuèng (down- link) tõ BS
®Õn MS. Trong ®ã, ®êng lªn lu«n lµ d¶i tÇn thÊp v× MS cã c«ng suÊt nhá h¬n, thêng di ®éng
vµ cã kh¶ n¨ng bÞ che khuÊt. Khi ®ã, víi d¶i tÇn thÊp h¬n (λ lín h¬n) th× kh¶ n¨ng bÞ che
khuÊt gi¶m.
- TDD (Time Division Duplex), song c«ng ph©n chia theo thêi gian. Khung thêi gian
c«ng t¸c ®îc chia ®«i, mét nöa cho ®êng lªn, mét nöa cho ®êng xuèng.
1.1.3. Mét sè hÖ thèng th«ng tin di ®éng hiÖn t¹i
a, HÖ thèng th«ng tin di ®éng tÕ bµo mÆt ®Êt.
C¸c hÖ thèng tiªu biÓu:
- ThÕ hÖ 1:
2
AMPS (Analog Mobile Phone Service) cña Mü (ra ®êi 1981): FDMA, ,
FM, FDD.
NMT- 450 (1981), NMT- 900 (1986) (Nordic Mobile Telephone): FDMA,
, FM, FDD.
- ThÕ hÖ 2:
IS - 95 (Interim Standard- 95) (Mü 1993): CDMA, BPSK/QPSK ,
FDD.
GSM- 900/18005 (Global System Mobile Communication) (ch©u ¢u 1990): TDMA,
GMSK , FDD.
- ThÕ hÖ 3: IMT- 2000 (International Mobile Telecommunication- 2000):
b, Th«ng tin di ®éng mÆt ®Êt – CT (Cordless Telecom)
c, C¸c hÖ thèng nh¾n tin.
DÞch vô nµy rÊt ®a d¹ng bao gåm: Nh¾n tin sè, nh¾n tin b»ng ký tù vµ chuyÓn tin
nh¾n tho¹i.
d, C¸c hÖ thèng WLL
e, C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng qua vÖ tinh.
f, C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng hµng kh«ng.
Ch¬ng 2
Kªnh v« tuyÕn di ®éng
2.1. C¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña truyÒn sãng trong m«i trêng di
®éng.
Kªnh v« tuyÕn di ®éng g©y ra nh÷ng h¹n chÕ c¬ b¶n ®èi víi chÊt lîng liªn l¹c. Kªnh
v« tuyÕn di ®éng cã thÓ thay ®æi tõ d¹ng LOS ®Õn d¹ng bÞ che ch¾n bëi c¸c chíng ng¹i cè
®Þnh hay di ®éng. C¸c tham sè cña ®êng truyÒn nãi chung lµ ngÉu nhiªn nªn m« h×nh ho¸
chóng lµ vÊn ®Ò khã kh¨n nhÊt trong thiÕt kÕ hÖ thèng, vÊn ®Ò nµy thêng ®îc gi¶i quyÕt b»ng
ph¬ng ph¸p thèng kª dùa trªn c¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c thùc nghiÖm.
C¸c yÕu tè c¬ b¶n nhÊt t¸c ®éng tíi truyÒn sãng v« tuyÕn di ®éng bao gåm:
- Tæn hao ®êng truyÒn.
- HiÖu øng §èp le.
- Tr¶i trÔ ®êng truyÒn.
2.1.1. Tæn hao ®êng truyÒn
Tæn hao ®êng truyÒn lµ sù suy gi¶m vµ sai lÖch tÝn hiÖu do c¸c ®Æc ®iÓm trong qu¸
tr×nh truyÒn sãng g©y ra. §©y lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh ph¹m vi phñ sãng cña mét tr¹m gèc (BS).
a, M« h×nh truyÒn sãng trong kh«ng gian tù do
BiÓu thøc c«ng suÊt thu trªn ®êng truyÒn lµ:
(2.1)
trong ®ã:
Pt, Pt: C«ng suÊt ph¸t vµ thu.
3
Gt, Gr: T¨ng Ých anten ph¸t, thu.
: Bíc sãng (m).
: Kho¶ng c¸ch (m).
L: Tæn hao phÇn cøng hÖ thèng.
Khi L = 1 th× biÓu thøc tæn hao cã d¹ng sau:
(2.2)
§©y lµ trêng hîp suy gi¶m cã tèc ®é 20 dB/s.
Ta chän d0 lµ vÞ trÝ gÇn tr¹m (closed- in distance) mµ t¹i ®ã c«ng suÊt thu ®îc lÊy lµm
chuÈn. Khi ®ã (2.1) trë thµnh:
(2.3)
trong ®ã:
df : cù ly trêng xa:
D: kÝch thíc vËt lý lín nhÊt cña khÈu ®é anten ph¸t.
Chó ý: M« h×nh nµy ®¬n gi¶n song chØ ¸p dông ®îc cho c¸c vïng ®Êt ph¼ng vµ cã
®iÒu kiÖn LOS trªn toµn vïng phñ sãng.
b, M« h×nh tæn hao ®êng truyÒn trªn cù ly xa (luËt mò n)
M« h×nh cã d¹ng nh sau:
(2.4)
B¶ng 2.1: C¸c sè mò cña tæn hao trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau.
M«i trêng truyÒn sãng n
Kh«ng gian tù do 2
V« tuyÕn tÕ bµo vïng ®« thÞ 2,7 – 3,5
V« tuyÕn tÕ bµo vïng ®« thÞ cã che khuÊt 3–5
LOS bªn trong toµ nhµ 1,6 – 1,8
Cã chíng ng¹i, bªn trong toµ nhµ 4–6
Cã chíng ng¹i, bªn trong c¸c nhµ m¸y 2-3
Th«ng thêng, trong c¸c vïng ®« thÞ nãi chung, n = 4 nªn m« h×nh cã d¹ng luËt mò 4.
c, Sù che khuÊt (bãng r©m) chuÈn log (pha ®inh chËm)
M« h×nh (4) kh«ng hoµn toµn chÝnh x¸c cho mäi ®iÓm c¸ch ®Òu BS, mµ chØ cã ý
nghÜa lµ ®¹i lîng tæn hao trung b×nh. ViÖc dù b¸o tæn hao cßn phô thuéc vµo t¹i ®iÓm ®o cã
bÞ che khuÊt hay kh«ng…C¸c qu¸ tr×nh ®o lêng cho thÊy, víi mäi α, PL(d) t¹i mét ®iÓm lµ
gi¸ trÞ ngÉu nhiªn, ph©n bè log chuÈn (chuÈn theo dB) quanh gi¸ trÞ trung b×nh. NghÜa lµ:
(2.5)
trong ®ã:
lµ mét biÕn ngÉu nhiªn, ph©n bè Gauss, kú väng = 0, cã ®é lÖch qu©n ph¬ng lµ
(c¶ , ®Òu tÝnh theo dB).
HiÖn tîng nµy ®îc gäi lµ che khuÊt chuÈn - log. §iÒu nµy hµm ý r»ng, bÊt luËn m«
h×nh thÕ nµo, gi¸ trÞ thùc cña PL(d) ph¶i kiÓm nghiÖm vµ lµm khíp b»ng ®o lêng.
4
d, M« h×nh Hata
Tæn hao ®êng truyÒn hiÓn nhiªn phô thuéc vµo ®Þa h×nh vµ ®é cao anten ph¸t vµ thu.
M« h×nh Hata cho khu vùc ®« thÞ lµ:
(2.6)
trong ®ã:
fC: tÇn sè (MHz).
LP: tæn hao trung b×nh (dB).
hb: ®é cao anten tr¹m gèc (m).
a(hm): hÖ sè hiÖu chØnh cho ®é cao anten di ®éng phô thuéc vµo ®Þa h×nh (dB).
R: kho¶ng c¸ch tõ tr¹m gèc ®Õn m¸y di ®éng(km).
D¶i th«ng sö dông cho m« h×nh Hata:
a(hm) tÝnh nh sau:
- §èi víi thµnh phè nhá vµ trung b×nh:
(2.7)
§èi víi thµnh phè lín:
víi (2.8)
hay:
víi
- Vïng ngo¹i «:
- Vïng n«ng th«n th«ng tho¸ng:
2.1.2. Pha ®inh
Khi kho¶ng c¸ch MS- BS t¨ng, cêng ®é tÝn hiÖu thu gi¶m vµ t¹i c¸c gi¸ trÞ tøc thêi
chóng ®ét biÕn nhanh, hiÖn tîng nµy lµ do pha ®inh nhanh.
Nguyªn nh©n: do sù truyÒn lan theo nhiÒu ®êng cña sãng v« tuyÕn trong m«i trêng di
®éng (do ph¶n x¹, nhiÔu x¹ vµ t¸n x¹ tõ c¸c chíng ng¹i). V× vËy, pha ®inh nµy cßn gäi lµ pha
®inh ®a tia.
Khi c¸c MS ho¹t ®éng ë m«i trêng cã nhiÒu vËt ch¾n (®åi nói, nhµ…) sÏ x¶y ra hiÖn
thîng che tèi lµm gi¶m cêng ®é ®iÖn trêng thu. Khi MS chuyÓn ®éng, cêng ®é trêng lóc t¨ng
lóc gi¶m do lóc cã, lóc kh«ng cã vËt ch¾n. ¶nh hëng cña pha ®inh nµy lµm cho cêng ®é tÝn
hiÖu lóc t¨ng, lóc gi¶m. Vïng gi¶m tÝn hiÖu gäi lµ chç tròng pha ®inh, thêi gian gi÷a hai chç
tròng pha ®ing thêng vµi (s) nÕu MS ®îc ®Æt trªn xe vµ di ®éng.
Pha ®inh ®a tia hay pha ®inh Rayleigh g©y ¶nh hëng nghiªm träng ®Õn chÊt lîng
truyÒn dÉn. Anten m¸y thu di ®éng thu ®îc tÝn hiÖu lµ tæng c¸c vector cña cïng mét tÝn hiÖu
nhng kh¸c pha. NÕu c¸c tÝn hiÖu lµ ®ång pha th× cêng ®é tÝn hiÖu tæng lµ rÊt lín, cßn nÕu ng-
îc pha th× tÝn hiÖu tæng rÊt nhá vµ cã thÓ bÞ triÖt tiªu g©y ra tròng pha ®inh s©u. Thêi gian
gi÷a hai tròng pha ®inh s©u phô thuéc vµo tèc ®é chuyÓn ®éng cña MS vµ tÇn sè ph¸t.
Sù phô thuéc cña tÝn hiÖu thu vµo kho¶ng c¸ch do suy hao ®êng truyÒn vµ ¶nh hëng
cña hai lo¹i pha ®inh nãi trªn ®îc cho ë h×nh 2.1.
5
Cêng ®é tÝn hiÖu
t¹i Anten thu
Thay ®æi do
pha dinh
Rayleigh
Gi¶m dÇn Thay ®æi Kho¶ng c¸ch
do suy hao do che tèi
H×nh 2.1: Phô thuéc cña cêng ®é tÝn hiÖu thu vµo kho¶ng c¸ch
ë mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh (R m) cña tr¹m di ®éng so víi anten ph¸t, ®Ó thu ®îc
tÝn hiÖu mét c¸ch liªn tôc, ë c¸c vÞ trÝ ®iÓm tròng pha ®inh cÇn ®¶m b¶o c«ng suÊt ë ®iÓm thu
lín h¬n ®é nh¹y cña m¸y thu. HiÖu sè (tÝnh theo dB) gi÷a c«ng suÊt thu trung b×nh vµ ngìng
c«ng suÊt thu (®é nh¹y m¸y thu) ®îc gäi lµ ®é dù tr÷ pha ®inh. ChÊt lîng thu sÏ phô thuéc
vµo quy ®Þnh ®é tròng pha ®inh thÊp nhÊt mµ m¸y thu cßn lµm viÖc ®îc.
Ngoµi viÖc lµm th¨ng gi¸ng cêng ®é tÝn hiÖu thu, pha ®inh ®a tia cßn g©y ra sù ph©n
t¸n thêi gian dÉn ®Õn nhiÔu giao thoa gi÷a c¸c ký hiÖu ISI (Inter Symbol Interference). ISI cã
nghÜa lµ c¸c kÝ hiÖu c¹nh nhau sÏ giao thoa víi nhau dÉn ®Õn mÐo d¹ng ký hiÖu vµ m¸y thu
cã thÓ quyÕn ®Þnh sai vÒ ký hiÖu nµy. ThÝ dô vÒ ISI cho ë h×nh vÏ 2.2.
“1”
“0”
“0” “1”
H×nh 2.2: Ph©n t¸n thêi gian
Chuçi “1” vµ “0” ®îc ph¸t ra tõ BTS, nÕu tÝn hiÖu ph¶n x¹ ®Õn chËm h¬n ®óng mét bit
so víi tÝn hiÖu ®i th¼ng th× m¸y thu ký hiÖu “1” ë tÝn hiÖu ph¶n x¹ sÏ giao thoa víi ký hiÖu
“0” cña tÝn hiÖu ®i th¼ng vµ m¸y thu sÏ quyÕt ®Þnh nhÇm lµ ký hiÖu “1”.
XÐt trêng hîp ®¬n gi¶n nhÊt khi “MS” dõng vµ kh«ng cã c¸c chíng ng¹i di ®éng. Do
sãng tíi MS theo rÊt nhiÒu ®êng kh¸c nhau vµ nÕu thõa nhËn r»ng c¸c tia nµy ®éc lËp víi
nhau th× ®êng bao tÝn hiÖu thu ®îc cã hµm mËt ®é x¸c suÊt (Probability Density Function)
Rayleigh cã d¹ng:
6
(2.9)
Pha ®inh ®îc gäi lµ ph¼ng nÕu nã x¶y ra nh nhau ®èi víi mäi tÇn sè trong b¨ng tÇn
cña kªnh.
f(r)
0,6065/σ
r
σ 2σ 3σ
H×nh 2.3: Hµm mËt ®é x¸c suÊt Rayleigh
Pha ®inh chän läc theo tÇn sè khi gi¸ trÞ cña nã thay ®æi trªn d¶i tÇn sè trong b¨ng tÇn
cña kªnh.
2.1.3. HiÖu øng §èp le
Khi MS di ®éng so víi BS hoÆc khi c¸c chíng ng¹i di ®éng th× c¸c tia sãng tíi m¸y
thu MS cßn chÞu t¸c ®éng cña hiÖu øng §èp le.
XÐt trêng hîp ®¬n gi¶n nhÊt khi BS ph¸t 1 sãng mang fC kh«ng ®iÒu chÕ. Sãng mang
v« tuyÕn nµy truyÒn tíi BS theo nhiÒu tia. XÐt tia thø i ta cã:
Tia sãng
thø i
MS: ChuyÓn ®éng víi
tèc ®é V
i C: Tèc ®é ¸nh s¸ng
MS
Khi ®ã, tÝn hiÖu thu ®îc theo tia sãng thø i cã tÇn sè bÞ dÞch chuyÓn ®i mét lîng dÞch
tÇn §èp le: f§ = fm cos víi fm = fC.v/c. TÇn sè tÝn hiÖu thu ®îc lµ:
Lîng dÞch tÇn §èp le f§ cùc ®¹i khi i = 0 hay 1800 vµ cµng lín khi V cµng lín. HiÖn
tîng nµy xÊu nhÊt khi MS ch¹y trªn xe trªn xa lé, trong ®ã c¸c anten tr¹m gèc ®îc bè trÝ trªn
cÇu vît xa lé vµ ph¸t däc theo xa lé.
Khi ph©n bè ®Òu, tÇn sè §èp le sÏ cã ph©n bè cosin ngÉu nhiªn. MËt ®é phæ c«ng suÊt
S(f) (§èp le) cã thÓ tÝnh nh sau:
C«ng suÊt tÝn hiÖu tíi theo gãc dα lµ c«ng suÊt §èp le S(f)df, trong ®ã df lµ vi ph©n
theo α cña lîng dÞch tÇn §èp le fmcosα. ViÖc truyÒn mét sãng mang kh«ng ®iÒu chÕ sÏ ®îc
thu nh mét tÝn hiÖu nhiÒu tia, cã phæ kh«ng cßn lµ 1 tÇn sè fC ®¬n n÷a mµ lµ mét phæ bao
gåm c¸c tÇn sè thuéc (fC ± fm).
7
S(f)
-fm fC fm f
H×nh 2.4: Phæ §èp le cña mét sãng mang fC kh«ng ®iÒu chÕ
Tæng qu¸t, nÕu tÝn hiÖu lµ mét sãng mang ®iÒu chÕ th× phæ thu ®îc cña mét MS cã 1
tèc ®é cô thÓ nh sau:
(2.10)
2.1.4. Tr¶i trÔ
§èi víi th«ng tin di ®éng sè, viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu theo nhiÒu tia sãng trong m«i
trêng di ®éng dÉn ®Õn sù tr¶i trÔ. Sù tr¶i trÔ ®îc minh ho¹ nh sau:
T
BS t
MS t
D ΔD
trong ®ã:
ΔD: Lîng tr¶i trÔ.
§é tr¶i trÔ cã thÓ xem nh lµ ®é dµi cña xung thu khi xung cùc hÑp ®îc ph¸t ®i. HiÖn t-
îng tr¶i trÔ lµm h¹n chÕ tèc ®é truyÒn tin: Tèc ®é truyÒn tin (tèc ®é bit) ë thÝ dô trªn lµ 1/T.
§Ó kh«ng x¶y ra xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (Inter Symbol Inference) th× yªu cÇu
tøc lµ . V× vËy, nÕu ΔD cµng lín th× tèc ®é truyÒn tin cµng nhá.
- Víi th«ng tin di ®éng trong nhµ, ΔD thêng nªn tèc ®é tèi ®a cã thÓ ®¹t ®îc
lµ 2Mbit/s mµ cã thÓ kh«ng cÇn san b»ng kªnh.
- Víi th«ng tin di ®éng tÕ bµo lín ΔD cã thÓ lªn tíi nªn ®Ó truyÒn tin víi tèc ®é
cao nhÊt thiÕt ph¶i cã san b»ng kªnh.
2.2. M« t¶ to¸n häc c¸c kªnh v« tuyÕn di ®éng. C¸c hµm hÖ
thèng Bello
C¸c kªnh v« tuyyÕn di ®éng nãi chung lµ c¸c kªnh biÕn ®æi theo thêi gian. Bello ®·
®Ò nghÞ mét tËp 8 hµm hÖ thèng ®Ó m« t¶ c¸c kªnh di ®éng nh mét hÖ thèng tuyÕn tÝnh biÕn
®æi theo thêi gian. Mçi hµm lµ mét m« t¶ ®Çy ®ñ kªnh, nÕu biÕt hoµn toµn mét hµm, cã thÓ
tÝnh to¸n c¸c hµm cßn l¹i. Mçi mét hµm hÖ thèng Bello sö dông 2 trong sè 4 biÕn sau:
Tªn biÕn Ký hiÖu §¬n vÞ
Thêi gian t t
TÇn sè f Hz
8
§é trÔ τ s
DÞch tÇn §èp le υ Hz
C¸c biÕn t vµ f lµ c¸c biÕn ®èi ngÉu quen thuéc, trong khi ®ã c¸c biÕn τ vµ υ lµ c¸c
to¸n tö ®èi ngÉu m« t¶ chuyÓn dÞch tÇn sè vµ thêi gian.
Cã tÊt c¶ 12 c¸ch ghÐp ®«i c¸c biÕn trªn nhng Bello chi x¸c ®Þnh 8 hµm sè do 4 kh¶
n¨ng trong chóng lµ c¸c biÕn tõ cïng mét cÆp biÕn ®æi Furier (t, υ; υ,t; τ,f; f,τ). ViÖc lùa
chän c¸c cÆp biÕn cña Bello nh»m m« t¶ ®Çy ®ñ møc ®é ph©n t¸n c¶ vÒ tÇn sè vµ thêi gian
cña kªnh di ®éng.
1. Hµm tr¶i trÔ lèi vµo h(t, τ)
2. Hµm tr¶i §èp le- trÔ S (τ, υ)
3. Hµm biÕn ®æi theo thêi gian T(f, t)
4. Hµm tr¶i §èp le lèi ra H (f, υ)
5. Hµm tr¶i §èp le lèi vµo G (f, υ)
6. Hµm tr¶i trÔ lèi ra g(t, τ)
7. Hµm tr¶i trÔ- §èp le V(υ, τ)
8. Hµm ®iÒu chÕ phô thuéc vµo tÇn sè M(t, f)
2.2.1. M« t¶ c¸c kªnh phô thuéc vµo thêi gian ngÉu nhiªn
Kªnh tuyÕn tÝnh tæng qu¸t thay ®æi theo thêi gian cã thÓ xem nh lµ xÕp chång cña cña
mét kªnh x¸c ®Þnh vµ mét kªnh cã trung b×nh toµn thÓ b»ng kh«ng, hoµn toµn ngÉu nhiªn
(h×nh vÏ)
Kªnh
x¸c ®Þnh
x(t) y(t)
Kªnh
ngÉu nhiªn
x(t): TÝn hiÖu vµo.
y(t): TÝn hiÖu ra.
- Kªnh x¸c ®Þnh: X¸c ®Þnh hoµn toµn b»ng c¸ch sö dông c¸c hµm hÖ thèng tõ 1- 8.
C¸c hµm nµy trë nªn qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn mét khi ®îc sö dông ®Ó m« t¶ thµnh phÇn biÕn ®æi
ngÉu nhiªn cña kªnh.
RÊt khã x¸c ®Þnh ®Çy ®ñ c¸c ®Æc trng thèng kª cña c¸c hµm hÖ thèng khi m« t¶ c¸c
thµnh phÇn biÕn ®æi ngÉu nhiªn. Ta ¸p dông gi¶i ph¸p x¸c ®Þnh c¸c hµm t¬ng quan cho mét
hµm hÖ thèng Bello bÊt kú
a, Hµm tù t¬ng quan cña mét qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn d¶i th«ng.
§Þnh nghÜa: Hµm tù t¬ng quan Ry(t1,t2) cña mét qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn ®îc ®Þnh nghÜa
nh sau:
(2.11)
trong ®ã,
y(t) lµ gi¸ trÞ kú väng cña tÝch y(t1). y(t2)
lµ hµm mËt ®é x¸c suÊt bËc 2 cña qu¸ tr×nh y(t):
9
(2.12)
víi F lµ hµm mËt ®é tÝch luü (ph©n bè x¸c suÊt ) ®îc x¸c ®Þnh theo:
BiÓu thøc (2.11) cã thÓ ký hiÖu theo:
(2.13)
trong ®ã < …> lµ trung b×nh toµn thÓ hay kú väng.
b, C¸c kªnh ngÉu nhiªn biÕn ®æi theo thêi gian tæng qu¸t (tham kh¶o)
c, øng dông
C¸c quan hÖ gi÷a hµm tù t¬ng quan cña tÝn hiÖu lèi ra kªnh vµ c¸c hµm t¬ng quan
Bello trªn ®©y cã thÓ cã ¸p dông ®îc cho bÊt kú kªnh tuyÕn tÝnh biÕn ®æi theo thêi gian nµo.
§iÒu ®ã cho phÐp m« h×nh ho¸ kªnh truyÒn trong th«ng tin v« tuyÕn di ®éng.
2.3. M« t¶ c¸c kªnh v« tuyÕn di ®éng
2.3.1. M« t¶ b»ng c¸c hµm Bello
a, Sù biÕn ®æi vÒ kh«ng gian
Gi¶ sö BS ph¸t ®¬n tÇn kh«ng ®æi, c¸c vËt g©y ph©n t¸n kªnh ®Òu dõng, tøc lµ c¸c
tham sè cña chóng kh«ng thay ®æi theo thêi gian. Khi ®ã, sù thay ®æi ngÉu nhiªn theo thêi
gian cña biªn ®é vµ pha tÝn hiÖu thu t¹i MS chØ phô thuéc vµo sù di ®éng cña MS. Do vËy,
®Æc trng cña kªnh cã thÓ xem nh chØ phô thuéc vµo t×nh tr¹ng kh«ng gian (vÞ trÝ) cña MS h¬n
lµ phô thuéc vµo biÕn thêi gian.
b, M« t¶ b»ng c¸c hµm Bello
M« h×nh kªnh QWSSVS ®îc ¸p dông, tøc lµ kªnh ®îc ph©n chia theo tÇn sè vµ thêi
gian sao cho c¸c ®Æc trng thèng kª kh«ng biÕn ®æi theo dÞch chuyÓn tÇn sè vµ thêi gian
(trong mét kho¶ng B vµ T kh¸ nhá), nghÜa lµ kªnh lµ WSS c¶ tÇn sè lÉn thêi gian. ViÖc m« t¶
1 kªnh QWSSVS nh thÕ b»ng c¸c hµm Bello liªn quan tíi c¸c ®Æc trng thèng kª cña kªnh vµ
®îc xÐt theo c¸c vïng nhá hÑp vµ vïng réng lín.
* §Æc trng vïng nhá hÑp
C¸c vïng nhá hÑp lµ c¸c khu vùc cã ®êng kÝnh xÊp xØ vµi chôc bíc sãng. §èi víi c¸c
vïng nµy, kªnh biÓu hiÖn pha ®inh nhanh do chØ thay ®æi vÞ trÝ MS mét chót còng cã thÓ dÉn
®Õn sù thay ®æi rÊt lín vÒ biªn ®é vµ pha tÝn hiÖu thu, dÉn ®Õn giao thoa gi÷a c¸c tia sãng cã
pha kh¸c nhau (do fC rÊt lín) cã thÓ lµm tÝn hiÖu t¨ng hoÆc gi¶m.
§èi víi c¸c vïng nhá hÑp, ®Ó ®Æc trng ®îc kªnh ta ph¶i tÝnh ®îc kú väng vµ hµm tù t-
¬ng quan cña c¸c hµm Bello.
Do kªnh di ®éng thuÇn tuý ngÉu nhiªn nªn trung b×nh toµn thÓ (kú väng) cña nã b»ng
0. Gi¶i ph¸p ®Æc trng kªnh ®ã rót thµnh x¸c ®Þnh hµm t¬ng quan cña bÊt kú 1 trong 8 hµm
Bello.
XÐt hµm tr¶i trÔ lèi vµo h(t,τ), theo nh ®· tr×nh bµy ë trªn, biÕn t cã thÓ thay thÕ b»ng
biÕn vÞ trÝ p (place) cña MS. Do ®ã, hµm tr¶i trÔ trë thµnh h(p,τ) víi mét vïng nhá hÑp lµ
Ph(Δs,τ), Δs lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm tÝnh. NÕu Δs = 0 , Ph(Δs,τ) = Ph(τ), ®©y lµ profile
trÔ c«ng suÊt cña kªnh vµ lµ mËt ®é phæ c«ng suÊt cña kªnh nh lµ mét hµm cña trÔ τ.
Mçi mét phÐp ®o Php(τ) ®Òu lµ mét gi¸ trÞ mÉu cña tÝch h*(p,τ). h(p,τ) t¹i mét vÞ trÝ cña
MS (t¹i mét gi¸ trÞ p) vµ hµm t¬ng quan cña kªnh lµ
víi K lµ sè mÉu profile trÔ c«ng suÊt ®îc ®o trªn toµn vïng nhá hÑp ®ã.
* §Æc trng vïng réng lín
10
Ph©n tÝch c¸c kÕt qu¶ nhËn ®îc trong c¸c vïng nhá hÑp trªn suèt c¶ nh÷ng vïng réng
lín sÏ thu ®îc m« t¶ vÒ ®Æc trng thèng kª vïng réng lín thÓ hiÖn pha ®inh chËm. Pha ®inh
chËm g©y ra bëi c¸c hiÖn tîng che khuÊt…Mét MS di ®éng trªn vïng réng lín sÏ gÆp vµ chÞu
¶nh hëng cña c¶ pha ®inh nhanh vµ pha ®inh chËm xÕp chång lªn nhau.
§Æc trng thèng kª vïng réng cã thÓ tr×nh bµy qua hai d¹ng:
- §Æc trng b»ng c¸ch ph©n tÝch thèng kª sù biÕn thiªn c¸c chØ sè m« t¶ kªnh tõ c¸c
kÕt qu¶ ®èi víi vïng hÑp. Ch¼ng h¹n ®èi víi c¸c kªnh b¨ng réng, c¸c vïng réng lín cã thÓ
m« t¶ ®îc th«ng qua ph©n bè cña tr¶i trÔ vµ trÔ trung b×nh cña Profile trÔ c«ng suÊt trung
b×nh hoÆc th«ng qua ®é réng b¨ng t¬ng quan.
- Ph©n tÝch sù biÕn thiªn ®èi víi c¸c hµm Bello trªn vïng réng vÝ dô nh víi c¸c kªnh
b¨ng hÑp, ®iÒu nµy quy l¹i lµ ®¸nh gi¸ sù biÕn thiªn vÒ cêng ®é c«ng suÊt trung b×nh.
2.3.2. M« t¶ thùc tÕ kªnh v« tuyÕn di ®éng
Môc ®Ých: M« t¶ m«i trêng truyÒn sãng cµng ®¬n gi¶n cµng tèt b»ng c¸ch dÉn ra mäi
tËp c¸c th«ng sè phï hîp víi viÖc tÝnh to¸n quü c«ng suÊt. §©y lµ c¸ch m« t¶ kªnh phï hîp
víi c¸c kü s thùc hµnh.
ViÖc m« t¶ thùc tÕ kªnh di ®éng ®îc quy vÒ:
a, Tæn hao ®êng truyÒn (nh trªn)
b, §Æc trng pha ®inh chËm.
C¸c ph©n bè chuÈn Logarit theo dB do c¸c ¶nh hëng che khuÊt ngÉu nhiªn cã ph©n bè
chuÈn. KÕt luËn nµy rót ra tõ ph©n tÝch thèng kª c¸c sè liÖu ®o lêng.
c, §Æc trng thèng kª pha ®inh nhanh.
BÊt luËn c¸c tia truyÒn lan cã ph©n bè thÕ nµo ®èi víi hai thµnh phÇn vu«ng pha trong
tÝn hiÖu thu (ai, aq) th× ph©n bè cña chóng còng lµ chuÈn do giíi h¹n trung t©m. Khi ®ã c¸c
®Æc tÝnh pha vµ biªn ®é cña tÝn hiÖu t¬ng ®¬ng th«ng thÊp sÏ lµ:
(2.14)
Môc ®Ých cña ta lµ x¸c ®Þnh ph©n bè biªn ®é cña a(k) khi ®· biÕt ai(k) vµ aq(k) lµ cã
ph©n bè chuÈn Gauss.
Tæng qu¸t víi n qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn thµnh phÇn cã ph©n bè chuÈn víi kú väng vµ
cã chung ph¬ng sai σ th× qu¸ tr×nh tæng sÏ cã ph©n bè x¸c suÊt theo quy luËt hµm
ph©n bè x¸c suÊt nh sau:
(2.15)
lµ th«ng sè trung t©m. NÕu víi mäi i th× vµ ph©n bè x¸c suÊt lµ
trung t©m, nÕu gi¸ trÞ kh¸c ®i th× ph©n bè x¸c suÊt lµ kh«ng trung t©m, Ik(x) lµ hµm Bessel
bËc k lo¹i 1 c¶i biªn:
Hµm ®îc cho theo:
11
C¸c tÝnh chÊt:
nÕu p nguyªn d¬ng.
Trong trêng hîp cña ta, n = 2, , ®êng bao tÝn hiÖu
. Do ®ã, ¸p dông vµo
(2.15) ta cã hµm mËt ®é x¸c suÊt Rice:
§Æt lµ hÖ sè Rice, ta cã:
(2.16)
ý nghÜa cña K: BiÓu thÞ c«ng suÊt thu ®îc theo tia nh×n th¼ng víi c«ng suÊt tæng céng
thu ®îc theo chiÒu c¸c tia ph©n t¸n kh«ng trùc tiÕp.
Khi (kh«ng cã tia nµo tréi h¬n c¶) th× vµ , ta cã hµm ph©n bè x¸c
suÊt Rayleigh:
(2.17)
2.4. Ph©n lo¹i c¸c kªnh v« tuyÕn di ®éng
2.4.1. Ph©n lo¹i theo ®é réng b¨ng tÇn tÝn hiÖu
a, C¸c kªnh b¨ng hÑp.
C¸c kªnh b¨ng hÑp lµ c¸c kªnh cã tèc ®é ®ñ thÊp, trong ®ã t¸c ®éng lµm gi·n symbol
thu cña sù truyÒn lan nhiÒu tia kh«ng g©y lªn hiÖn tîng ISI (nhiÔu gi÷a c¸c ký hiÖu).
b, C¸c kªnh b¨ng réng.
Trong c¸c kªnh b¨ng réng, tèc ®é symbol lµ ®ñ lín ®Õn møc mçi mét symbol bÞ gi·n
lÊn sang vµi symbol l©n cËn g©y lªn ISI.
2.4.2. Ph©n lo¹i kªnh theo m«i trêng truyÒn sãng
a, Kªnh v« tuyÕn di ®éng trong nhµ (in-door)
Do kÝch thíc tÕ bµo nhá, tr¶i trÔ kh¸ nhá (®é réng c¸c thïng – “bin” thêng kh«ng v-
ît qu¸ 500 ns), tèc ®é truyÒn cã thÓ ®¹t lín (tíi 2 Mb/s) mµ kh«ng cÇn san b»ng kªnh.
b, Kªnh v« tuyÕn di ®éng ngoµi trêi (out- door)
KÝch thíc tÕ bµo lín, sè vËt g©y ph©n t¸n kªnh lín nªn tr¶i trÔ cã thÓ ®¹t ®îc lín. Do
vËy h¹n chÕ tèc ®é truyÒn vµ ®ßi hái san b»ng kªnh.
2.4.3. Ph©n lo¹i kªnh theo ®Æc tÝnh pha ®inh nhanh
a, Kªnh pha ®inh Ri-ce (Kªnh Rice)
Lµ kªnh mµ trong trêng hîp trong sè c¸c tia tíi m¸y thu cã mét tia tréi, thêng lµ tia
LOS. Khi ®ã, pha ®inh nhanh cã ph©n bè Rice.
Tham sè Rice cã d¹ng sau:
(2.18)
trong ®ã:
PTr: Lµ c«ng suÊt tia tréi.
: Lµ tæng c«ng suÊt c¸c tia t¸n x¹.
b, Kªnh Gao-x¬ (Kªnh tèt nhÊt- nh kªnh lý tëng)
12
Khi , (trêng hîp cña kªnh cã mét tia LOS) th× ph©n bè Rice trë thµnh ph©n bè
Gao- x¬. Khi nµy, t¸c ®éng chñ yÕu tíi tÝn hiÖu thu lµ t¹p ©m nhiÖt cã ph©n bè Gao-x¬.
Trong c¸c vi tÕ bµo hoµn toµn cã thÓ gÆp c¸c kªnh nµy.
c, Kªnh Rayleigh (Kªnh kÐm nhÊt)
Khi (trêng hîp kh«ng cã mét tia nµo tréi) th× ph©n bè Rice trë thµnh ph©n bè
Rayleigh. Thêng gÆp trong tÕ bµo lín, ®Þa h×nh phøc t¹p.
Ch¬ng 3:
C¸c kü thuËt c¬ b¶n
Trong th«ng tin v« tuyÕn di ®éng
3.1. C¸c kü thuËt tr¶i phæ
3.1.1. Giíi thiÖu chung vµ ph©n lo¹i
a, Giíi thiÖu chung
C¸c hÖ thèng tr¶i phæ lµ c¸c hÖ thèng sö dông tÝn hiÖu cã b¨ng tÇn rÊt réng, gÊp hµng
tr¨m lÇn tèc ®é bit cña hÖ thèng nhê sö dông kü thuËt tr¶i phæ tÝn hiÖu b»ng c¸c tÝn hiÖu gi¶
t¹p ngÉu nhiªn PN (Pseudo- Noise). C¬ së cña kü thuËt tr¶i phæ lµ ®Þnh lý Shanon.
(3.1)
trong ®ã:
C - lµ dung lîng hÖ thèng.
W - §é réng b¨ng tÇn truyÒn dÉn.
S, N: C«ng suÊt tÝn hiÖu vµ t¹p nhiÔu.
Nhê t¨ng b¨ng tÇn W, tû sè S/N cã thÓ gi¶m xuèng rÊt thÊp, thËm chÝ nhá h¬n gi¸ trÞ
1.
§Æc ®iÓm c¨n b¶n:
- Kh¶ n¨ng chèng nhiÔu tËp trung, nhiÔu tÝch cùc rÊt cao.
- Kh¶ n¨ng b¶o mËt th«ng tin cao.
13
C¸c hÖ thèng th«ng tin tr¶i phæ lµ c¸c hÖ thèng cã ®é réng b¨ng tÇn réng, tuy nhiªn
kh«ng ph¶i hÖ thèng cã ®é réng b¨ng tÇn réng nµo còng lµ hÖ thèng th«ng tin tr¶i phæ. Mét
hÖ thèng ®îc ®Þnh nghÜa lµ th«ng tin tr¶i phæ nÕu:
- TÝn hiÖu truyÒn ®i chiÕm mét ®é réng b¨ng tÇn truyÒn dÉn W lín h¬n rÊt nhiÒu lÇn
bÒ réng b¨ng tÇn tèi thiÓu Bi ®Ó truyÒn tin.
- ViÖc tr¶i phæ tÝn hiÖu ®îc thùc hiÖn nhê tÝn hiÖu tr¶i, ®©y lµ m· tr¶i phæ, ®éc lËp víi
d÷ liÖu cÇn truyÒn. TÝn hiÖu tr¶i ®îc lùa chän sao cho t¹o ra mét phæ tæng céng gÇn víi phæ
cña t¹p ©m.
- Qu¸ tr×nh nÐn phæ ®îc thùc hiÖn nhê tÝnh t¬ng quan gi÷a tÝn hiÖu thu ®îc vµ tÝn hiÖu
gi¶i tr¶i lµ b¶n sao ®ång bé cña tÝn hiÖu tr¶i d· sö dông ë phÇn ph¸t.
Nh vËy, dï c¸c hÖ thèng ®iÒu chÕ b¨ng réng nh ®iÒu chÕ tÇn sè, ®iÒu chÕ xung m· dï
cã phæ rÊt réng song kh«ng ph¶i lµ c¸c hÖ thèng tr¶i phæ.
HiÖu qu¶ chèng nhiÔu cña c¸c hÖ thèng tr¶i phæ ®îc ®¸nh gi¸ qua t¨ng Ých xö lý PG
(Processing Gain):
(3.2)
TÝn hiÖu tr¶i vµ gi¶i tr¶i ®îc thùc hiÖn b»ng chuçi PN, gäi lµ chuçi chÝp cã tèc ®é cao
h¬n rÊt nhiÒu lÇn so víi tèc ®é sè liÖu.
b, Ph©n lo¹i
C¸c hÖ thèng tr¶i phæ ®îc chia lµm hai lo¹i chÝnh:
- HÖ thèng tr¶i phæ nh¶y tÇn (FH: Frequency Hopping), trong ®ã tÝn hiÖu tr¶i (chuçi
chÝp gi¶ ngÉu nhiªn) ®îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn tÇn sè sãng mang.
- HÖ thèng tr¶i phæ trùc tiÕp (DS: Direct Sequence): HÖ thèng nµy cßn gäi lµ hÖ thèng
gi¶ nhiÔu, trong ®ã chuçi chip gi¶ ngÉu nhiªn ®îc sö dông ®Ó nh©n trùc tiÕp víi chuçi sè
liÖu.
c, øng dông trong th«ng tin di ®éng:
Tr¶i phæ nh¶y tÇn
§îc sö dông trong hÖ thèng GSM- 900 nh mét chän lùa (option) nh»m chèng nhiÔu
cho c¸c hÖ thèng kh¸c g©y lªn (chèng c¸c nhiÔu tËp trung).
Tr¶i phæ trùc tiÕp
Nguyªn lý tr¶i phæ trùc tiÕp cho phÐp øng dông trong ph¬ng thøc ®a truy nhËp
CDMA, trong ®ã mét thuª bao truy nhËp m¹ng b»ng mét m· tr¶i phæ riªng. C¸c m· tr¶i phæ
cña c¸c thuª bao kh¸c nhau th× trùc giao víi nhau.
3.1.2. HÖ thèng tr¶i phæ nh¶y tÇn
a, S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n
W Bi
x(t)
s(t)
MOD Trén BDF Trén tÇn BDF DEM
T¹o PN LO LO T¹o PN
M¸y ph¸t M¸y thu
14
MOD: §iÒu chÕ sè víi ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ phæ hÑp.
LO (Oal scillator): Bé dao ®éng néi.
BDF: Hµm mËt ®é phæ c«ng suÊt.
ωLO: TÇn sè tù do cña bé dao ®éng néi khi cha cã ®iÒu khiÓn nh¶y tÇn .
ω(t): Lîng gia sè tÇn sè ®iÒu khiÓn bëi chuçi chip PN.
NÕu chu kú cña chuçi PN lµ n th× sè gi¸ trÞ cã thÓ cã cña ω(t) lµ 2n-1 (do chuçi toµn 0
bÞ lo¹i), phæ tÝn hiÖu lèi ra x(t) cã ®é réng kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é chip
.
- Khi : Nh¶y tÇn chËm.
- Khi : Nh¶y tÇn nhanh
: §é réng xung sè liÖu s(t)
Th«ng thêng S ω ®îc chän sao cho c¸c tÇn sè nh¶y tÇn c¸ch biÖt nhau:
(3.3)
b, BiÓu ®å thêi gian cña tÇn sè tÝn hiÖu sau tr¶i phæ nh¶y tÇn (chËm):
ω
t
3.1.3. HÖ thèng tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp.
a, S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n
W Bi
x(t) d(t)
d(t)
MOD Nh©n BPF Trén tÇn BPF DEM
x(t)
+I(t)
c(t) = ± 1 +n(t)
LO (ω) T¹o PN LO T¹o PN
M¸y ph¸t M¸y thu
b, Nguyªn t¾c ho¹t ®éng trªn hÖ thèng t¬ng ®¬ng th«ng thÊp
Chuçi sè liÖu d(t) cã phæ D(f), chuçi chip PN c(t) cã phæ C(f) tÝn hiÖu truyÒn ®i
c(t).d(t) cã phæ C(f) * D(f) réng cì phæ cña C(f) do C(t) cã tèc ®é lín h¬n tèc ®é d(t) nhiÒu
lÇn. ë phÇn thu, tÝn hiÖu nhËn ®îc:
(3.4)
Do nªn ta cã:
(3.5)
Do vËy, phæ nhiÔu tËp trung I(f) ®îc tr¶i réng ra. Tû sè S/N t¨ng lín .
15
3.2. S¬ ®å khèi cña c¸c hÖ thèng TDMA vµ CDMA
3.2.1. S¬ ®å khèi cña c¸c hÖ thèng TDMA
a, S¬ ®å khèi
M· ho¸ M· ho¸ GhÐp §ãng §Öm MOD
tiÕng nãi kªnh xen gãi
TiÕng nãi TÝn hiÖu T¹o chuçi
®ång bé dß kªnh Kªnh
P
Hµm M¸y thu
mê ®Çu cuèi
Gi¶i m· Gi¶i ghÐp San b»ng DEMUX
kªnh xen vµ ®Öm
SYN
Gi¶i m· TiÕng nãi Läc phèi Kh«i phôc
tiÕng nãi kh«i phôc hîp ®«ng hå
Data
Chøc n¨ng c¸c khèi:
1. M· ho¸ tiÕng nãi: M· ho¸ tiÕng nãi tèc ®é bit thÊp nh»m tiÕt kiÖm phæ.
2. M· ho¸ kªnh: M· ho¸ chèng t¸c ®éng cña nhiÔu trªn kªnh.
3. GhÐp xen: Trî gióp qu¸ tr×nh m· ho¸ cã t¸c dông gi¶i t¬ng quan lçi.
4. §ãng gãi: GhÐp c¸c tÝn hiÖu kh¸c nhau thµnh gãi tin: TÝn hiÖu ®ång bé, tÝn hiÖu
sè liÖu, tÝn hiÖu dß kªnh.
5. MOD: §iÒu chÕ sè víi ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ phæ hÑp.
6. Kªnh: Kªnh v« tuyÕn.
7. DEMUX: Ph©n kªnh c¸c tÝn hiÖu cña mét gãi.
8. Hµm mê: C¨n cø chuçi dß ®êng thu ®îc ®Ó tÝnh ra tr¹ng th¸i kªnh ®Ó ®iÒu khiÓn
bé san b»ng.
9. Läc phèi hîp: Chèng t¸c ®éng cña nhiÔu.
10. Gi¶i ghÐp xen: Ngîc víi ghÐp xen.
11. Gi¶i m· tiÕng nãi: Tæng hîp tiÕng nãi.
3.2.3. S¬ ®å khèi hÖ thèng CDMA
a. S¬ ®å khèi hÖ thèng CDMA cña Qualcomm (tuyÕn ph¸t ®êng xuèng)
16
PNI
W0
TÝn hiÖu Pilot (toµn 0)
Kªnh W32 KÕt hîp
®ång bé tÝnh träng
M· chËp
vµ lÆp GhÐp xen sè vµ
®iÒu chÕ TÝn hiÖu
Wj cÇu ph¸t
Kªnh ph¬ng CDMA
paging M· chËp
vµ lÆp GhÐp xen
MÆt n¹ kªnh Bé t¹o C¸c bit
paging PN dµi §KC«ng
Kªnh suÊt Wi
lu lîng M· chËp X¸o trén vµ
vµ lÆp GhÐp xen
ghÐp HL
MÆt n¹ kªnh Bé t¹o PNQ
lu lîng PN dµi
b, Mét sè kh¸i niÖm bæ sung
M· Walsh- C¸ch t¹o
Sö dông ma trËn Hadamard
TÝnh chÊt: C¸c tæ hîp m· Walsh ®Òu trùc giao nhau:
(3.6)
Sö dông: §Ó ph©n kªnh ®êng xuèng.
C¸c kªnh trong hÖ thèng CDMA:
- Kªnh Pilot: Sö dông cho ®ång chØnh tÇn sè. ( )
- Kªnh ®ång bé: Sö dông cho ®ång bé clock. ( )
- C¸c kªnh paging vµ traffic (lu lîng).
Sö dông 62 m· Walsh cßn l¹i.
Kªnh paging ®îc sö dông ®Ó:
+ Th«ng b¸o th«ng tin vÒ hÖ thèng.
+ §¸p tÝn hiÖu xin truy nhËp cña MS.
3.2.3. C¸c chØ tiªu kinh tÕ, kü thuËt c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin di ®éng.
- HiÖu qu¶ sö dông phæ (sè ngêi sö dông/®¬n vÞ tÇn sè/cell).
- ChÊt lîng ©m thanh.
- Møc ®é phøc t¹p cña thiÕt bÞ, gi¸ thµnh cña BS vµ MS.
- TÝnh tiÖn lîi mang x¸ch (kÝch thíc, träng lîng).
- Møc ®é tiªu thô nguån.
- §é tin cËy cña thiÕt bÞ vµ ®é tin cËy phñ sãng.
- Møc ®é b¶o mËt th«ng tin.
17
- Kh¶ n¨ng ®¸p øng nhiÒu dÞch vô.
3.3. M· ho¸ tiÕng nãi trong th«ng tin di ®éng
3.3.1. Giíi thiÖu chung vµ ph©n lo¹i
a, Giíi thiÖu chung
ChÊt lîng cña 1 hÖ thèng th«ng tin di ®éng phÇn lín ®îc ®¸nh gi¸ qua:
- ChÊt lîng tiÕng nãi kh«i phôc (®é chÝnh x¸c).
- Dung lîng hÖ thèng, ®¸nh gi¸ qua sè ngêi sö dông cã thÓ ®ång thêi sö dông dÞch
vô.
§é réng b¨ng tÇn lµ mét tµi nguyªn quý gi¸ trong th«ng tin di ®éng, do ®ã nhµ cung
cÊp dÞch vô lu«n ph¶i ®èi mÆt víi c¸c ®ßi hái vÒ cung cÊp dÞch vô cho nhiÒu nguêi sö dông
trong 1 b¨ng tÇn h¹n chÕ víi mét chÊt lîng tiÕng nãi tèt nhÊt cã thÓ ®îc. Víi mét chÊt lîng
tiÕng nãi x¸c ®Þnh, tèc ®é bit cña tiÕng nãi ®· m· cµng thÊp th× cµng cã nhiÒu ngêi sö dông
®îc dÞnh vô trong mét ®é réng b¨ng tÇn ®· cho. Cã nhiÒu gi¶i ph¸p ®îc tiÕn hµnh trong viÖc
x©y dùng c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi víi mét chÊt lîng chÊp nhËn ®îc nh:
Tèc ®é thÊp.
TÝnh ®¬n gi¶n cña thiÕt bÞ.
Gi÷ chËm xö lý thÊp.
Møc ®é tiªu thô nguån thÊp.
C¸c yªu cÇu trªn thêng m©u thuÉn víi nhau nªn tuú theo môc ®Ých sö dông mµ ta ph¶i
dung hoµ cho phï hîp.
b, C¸c ®Æc tÝnh cña tiÕng nãi
CÊu tróc vµ thuËt to¸n cña c¸c bé biÕn ®æi tÝn hiÖu t¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè cã thÓ
®éc lËp hay phô thuéc vµo ®Æc trng cña nguån tÝn hiÖu t¬ng tù, vµ do ®ã cã thÓ rÊt kh¸c
nhau. Khi tÝn hiÖu lµ tiÕng nãi, viÖc biÕt ®îc c¸c ®Æc tÝnh cña tiÕng nãi (®Æc trng cña nguån)
cã thÓ cho phÐp tèi u ho¸ c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi theo mét sè tiªu chÝ.
C¸c ®Æc tÝnh cña tiÕng nãi:
TiÕng nãi cã mét sè tÝnh chÊt cã thÓ khai th¸c ®îc trong thiÕt kÕ c¸c bé m· ho¸ hiÖu
qu¶ cao (cã ®é nÐn tÝn hiÖu lín):
- TÝnh chÊt cã phæ h¹n chÕ: TiÕng nãi cã thÓ h¹n phæ mµ kh«ng mang l¹i sai sè thô
c¶m ®¸ng kÓ, suy ra ta cã thÓ ¸p dông ®Þnh lý lÊy mÉu víi tèc ®é mÉu h÷u h¹n vµ
tiÕng nãi cã thÓ kh«i phôc l¹i “hoµn toµn” tõ chuçi tÝn hiÖu mÉu. §©y lµ c¬ së cña
thuËt to¸n lÊy mÉu- rêi r¹c ho¸.
- TÝnh chÊt cã hµm mËt ®é x¸c suÊt cña trÞ biªn ®é lµ kh«ng ®Òu: Pdf cña biªn ®é
tiÕng nãi lµ mét hµm kh«ng ®Òu: TÝn hiÖu cã biªn ®é rÊt lín cã mét x¸c suÊt x¶y
ra nµo ®ã, cßn tÝn hiÖu cã biªn ®é xÊp xØ 0 th× cã mét x¸c suÊt x¶y ra rÊt lín. Pdf
gi¶m ®¬n ®iÖu tõ c¸c gi¸ trÞ biªn ®é xÊp xØ 0 tíi c¸c gi¸ trÞ biªn ®é rÊt lín (pdf
chÝnh x¸c th× phô thuéc vµo ®é réng b¨ng cña tÝn hiÖu vµ vµo c¸c ®iÒu kiÖn ghi
©m).
+ Pdf dµi h¹n (long- time pdf):
(3.7)
pdf nµy cã ®Ønh t¹i gi¸ trÞ x = 0 lµ do trong tiÕng nãi rÊt thêng cã c¸c ®o¹n nghØ vµ
c¸c ®o¹n cã møc biªn ®é thÊp.
+ Pdf ng¾n h¹n (Short- time pdf): Thêng ®îc xÊp xØ b»ng ph©n bè chuÈn Gauss. Pdf
ng¾n h¹n thêng®îc øng dông trong lîng tö ho¸ kh«ng ®Òu.
18
- TÝnh chÊt hµm tù t¬ng quan (ACF: Auto Correlation Function)
T¬ng quan rÊt lín gi÷a c¸c mÉu liªn tiÕp cña tiÕng nãi phÇn lín cã thÓ dÔ dµng dù
®o¸n ®îc tõ c¸c gi¸ trÞ cña c¸c mÉu tríc ®ã. Lµ c¬ së cña c¸c thuËt to¸n dù ®o¸n.
ACF:
(3.8)
x(k): mÉu tiÕng nãi thø k, ACF thêng ®îc chuÈn ho¸ theo ph¬ng sai cña tÝn hiÖu tiÕng
nãi, do ®ã gi¸ trÞ cña ACF h¹n chÕ trong kho¶ng [-1; 1] víi C(0) = 1. C¸c tÝn hiÖu tiÕng nãi
tiªu biÓu cã trÞ hµm t¬ng quan mÉu kÕ bªn (C(1)) thêng lµ 0,85- 0,9.
- Hµm mËt ®æ phæ c«ng suÊt (PSD: Power Spectrum Density)
PSD cña tÝn hiÖu tiÕng nãi cã tÝnh chÊt lµ mét hµm kh«ng ®Òu nªn cã thÓ cã ®îc sù
nÐn tÝn hiÖu ®¸ng kÓ nhê viÖc m· ho¸ tiÕng nãi trªn miÒn tÇn sè.
§é ®o ®Þnh lîng cña t¨ng Ých mµ cùc ®¹i lý thuyÕt cã thÓ ®¹t ®îc nhê khai th¸c ®Æc
tÝnh PSD kh«ng ®Òu lµ SFM (®é ®o møc ®é b»ng ph¼ng cña phæ: Spectrum Flatness
Measure). SFM lµ tû sè trung b×nh sè häc vµ trung b×nh h×nh häc cña c¸c mÉu PSD ®îc lÊy
trªn c¸c kho¶ng tÇn sè c¸ch ®Òu:
(3.9)
Trong ®ã, Sk lµ mÉu tÇn sè thø k cña PSD cña tiÕng nãi.
Tiªu biÓu: C¸c tÝn hiÖu tiÕng nãi cã gi¸ trÞ SDM dµi h¹n b»ng 8 vµ SDM ng¾n h¹n
biÕn ®æi trong mét d¶i réng tõ 2 ÷ 500.
c, Ph©n lo¹i m· ho¸ tiÕng nãi
S¬ ®å cÊu tróc ph©n lo¹i:
C¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi
C¸c bé m· ho¸ d¹ng sãng C¸c bé m· ho¸ nguån
MiÒn thêi gian MiÒn tÇn sè LPC Hybrid Vocoder
Kh«ng vi sai Vi sai
ADPCM Delta SBC ATC
Chó gi¶i:
LPC: Linear Predictive Coding: M· ho¸ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh.
19
SBC: Sub- Band Coding: M· ho¸ b¨ng con.
ATC: Adative Transform Coding: M· biÕn ®æi thÝch nghi.
ADPCM: Adative Differential PCM: PCM vi sai thÝch nghi.
* C¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n:
- C¸c bé m· ho¸ d¹ng sãng: VÒ nguyªn t¾c ®îc thiÕt kÕ ®Ó cã ®îc tÝnh chÊt ®éc lËp
víi nguån tÝn hiÖu, do ®ã cã thÓ m· ho¸ nh nhau ®èi víi mét lo¹t c¸c lo¹i tÝn hiÖu (tiÕng nãi,
tÝn hiÖu truyÒn thanh, truyÒn h×nh…).
¦u ®iÓm: §¬n gi¶n, thÝch hîp víi nhiÒu tÝnh chÊt kh¸c nhau cña tÝn hiÖu vµ cã cêng
®é m¹nh trªn m«i trêng cã nhiÒu t¹p nhiÔu. Tuy nhiªn, c¸c bé m· ho¸ d¹ng sãng chØ ®¹t ®îc
møc ®é tiÕt kiÖm vÒ tèc ®é bit nhá.
- C¸c bé m· ho¸ nguån: RÊt tiÕt kiÖm bit song nãi chung ®é phøc t¹p cao. Chóng ®îc
x©y dùng trªn c¸c hiÓu biÕt tiªn nghiÖm vÒ tÝn hiÖu ®îc m· ho¸.
3.3.2. M· ho¸ b¨ng con
a, M· ho¸ miÒn tÇn sè tÝn hiÖu tiÕng nãi
Ph¬ng ph¸p nµy ®îc ®Ò xuÊt n¨m 1979, tÝn hiÖu nµy ®îc chia thµnh mét tËp c¸c thµnh
phÇn tÇn sè råi ®îc lîng tö ho¸ vµ m· ho¸ riªng biÖt. B»ng c¸ch nµy, c¸c b¨ng tÇn sè kh¸c
nhau cã thÓ ®îc m· ho¸ mét c¸ch cã u tiªn theo mét tÇn sè tiªu chuÈn thô c¶m cho tõng
b¨ng, nhê ®ã t¹p ©m lîng tö cã thÓ ®îc nÐn bªn trong c¸c b¨ng vµ tr¸nh ®îc viÖc t¹o ra c¸c
mÐo hµi bªn ngoµi b¨ng.
¦u ®iÓm: Sè bit dïng ®Ó m· cã thÓ thay ®æi ®îc vµ cã thÓ chia sÎ gi÷a c¸c b¨ng kh¸c
nhau.
b, M· ho¸ b¨ng con
- PhÐp lîng tö ho¸ lµ mét thuËt to¸n phi tuyÕn, g©y ra c¸c s¶n phÈm mÐo cã phæ réng.
Tai ngêi th× kh«ng nhËn biÕt c¸c mÐo nµy nh nhau ë mäi tÇn sè, do ®ã cã thÓ nhËn ®îc mét
sù c¶i thiÖn ®¸ng kÓ vÒ chÊt lîng b»ng c¸ch m· tÝn hiÖu theo c¸c b¨ng hÑp SBC, do ®ã cã thÓ
xem ®îc nh mét ph¬ng ph¸p kiÓm so¸t vµ ph©n phèi t¹p ©m lîng tö mét c¸ch thÝch hîp trªn
toµn b¨ng tÝn hiÖu.
- Trong SBC, tiÕng nãi ®îc chia thµnh 4 hay 8 b¨ng con nhê mét lo¹t c¸c m¹ch läc.
Sau ®ã, tõng b¨ng con ®îc lÊy mÉu vµ m· ho¸ víi ®é chÝnh x¸c kh¸c nhau tuú theo tiªu
chuÈn thô c¶m.
ViÖc chia c¸c b¨ng con cã thÓ tiÕn hµnh theo 2 c¸ch:
Chia ®Òu, song tuú theo tiªu chuÈn vÒ mÐo thô c¶m ®îc mµ m· tõng b¨ng víi mét
tèc ®é bit riªng kh¸c nhau.
Chia kh«ng ®Òu b¨ng tiÕng nãi thµnh c¸c b¨ng con cã ®ãng gãp nh nhau vÒ lîng
mÐo thô c¶m ®îc.
ThÝ dô:
1 200- 700 Hz
2 700- 1310 Hz
3 1310- 2020 Hz
4 2020-3200 Hz
Do tai ngêi cã ®é nh¹y c¶m theo hµm mò ®èi víi tÇn sè, mét d¹ng ®Æc biÖt cña c¸ch
chia b¨ng con thø nhÊt lµ chia theo thang mò octave chø kh«ng chia ®Òu thµnh c¸c b¨ng con.
- Ph¬ng ph¸p xö lý:
C¸c b¨ng con ®îc ®a vÒ gèc tÇn sè nhê c¸c sãng mang con b»ng ®iÒu chÕ ®¬n biªn.
S¬ ®å khèi:
20