Hệ thống vô tuyến băng rộng - Phương pháp nâng cao hiệu quả kỹ thuật BICM - ID OFDM: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn sách "Nâng cao hiệu quả kỹ thuật BICM - ID OFDM trong các hệ thống vô tuyến băng rộng" trình bày các nội dung: Tổng quan về hệ thống truyền dẫn BICM-ID OFDM, kỹ thuật tái sử dụng CP cho hệ thống BICM-ID OFDM. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống vô tuyến băng rộng - Phương pháp nâng cao hiệu quả kỹ thuật BICM - ID OFDM: Phần 1

TS. TRẦN ANH THANG NÂNG CHO KIỆU QUA K ? THUẬT BICM - ID OFDM TRONG CÁC HỆ THÔNG ■ VÔ TUYẾN BANG RỘNG ■ 5 Mlk liandtt idlh Krequenạ MI NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TS. TRÀN ANII THẮNG NẢNG CAO HIỆU QUẨ KỸ im iẬ I BICM-ID OFDM TRONG CẤC HỆ 1ÌIỐNG VỚ TUYẾN BÂNG RỘNG 5 NHI/ lỉanduiiiili NIIÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NĂM 2019
MÃ SỐ: I 5 ; 93 Đ H T N - 2019 2
MỤC LỤC DANII MỤC ( ÁC rù VIÉT TẮT 6 DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................... 10 DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN IIỌC 13 MỞ D Ầ U ................................................................................................................14 Chumig 1. TÓNG QUAN VÈ IIỆ TIIÓNG TRUYÈN DẪN BICM- ID O FD M .............................................................................................................. 16 I I . Khái quát chung về hệ thống thông tin s ố ..................................................... 16 1.1.1 Sc đồ khối hệ thống thông tin số ..........................................................16 t 1 1.2. Kênh Gauss............................................................................................ 17 1.1.3. Môi trường truyền dẫn thông tin vô tuyến...........................................19 1.1.3.1 Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến..........................................19 1 1.3.2. Mô hỉnh kênh pha-đinh lựa chọn tần số TDL (Tapped Delay L in e)................................................................................................ 21 1.1.3.3. Các giải pháp khẳc phục pha-đinh......................................... 22 1.2. Hệ thống BICM-ID...................................................................................... 26 1.2.1. Hệ thống BICM-ID...............................................................................26 1 2.2. Cấu trúc giải mã/giải điều chế mềm với thuật toán giải lặp trong hệ thống BICM-ID.................................... ......................................................32 13 Hệ thống O FD M ............................................................................................ 36 1.3.1. Nguyên lý của OFDM...........................................................................38 1.3.2 Sơ đồ khối hệ thống O FD M ................................................................. 40 1.3 .3 Tiền tố vòng (C P ).........................................................................41 I 4 Hệ thống BICM-ID OFDM...........................................................................43 1.5 Ket luận chương 1 ...................................................................................... 45 3
Chiroiig 2. KỸ THUẬT TÁI s ử DỤNG CP CHO HỆ THÓNG ĨiICM-ID OFD1M 46 2 1. Giải mã lặp................................................................................................... 46 2.1.1. Thuật toán tính xác suất hậu nghiệm....................................................47 2 .1.2. Giải mã dựa trên các ràng buộc m ã......................................................52 2 .1.3. Nguyên lý cùa giải mã lặp..................................................................... 52 2.2. Xây dựng sơ đồ hệ thống BICM-ID OFDM dựa trên kỹ thuật tái sử dụ n g C P ...................................................................................................................55 2.2.1. Sơ dồ khối hệ thống............................................................................... 55 2.2.2. Cơ sờ tính toán....................................................................................... 57 2.3. Kết quả mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống BICM-ID OFDM dựa trên kỹ thuật tái sừ dụng C P ............................................................................63 2.3.1. Các tham số mô phỏng cho hệ thống...................................................64 2.3.2. Các kết quả mô phỏng........................................................................... 67 2.4 Kết luận chương...............................................................................................71 Chuưng 3. THIÉT KÉ BỘ XÁO TRỘN CHO HỆ THỐNG B1CM- ID OFDM TÁI SỬ DỤNG CP 73 3.1. l ong quan vẽ một sô kỹ thuật xáo trộn.......................................................... 73 3 .1.1. Kỹ thuật xáo trộn khối........................................................................... 74 3.1.2. Kỹ thuật xáo trộn già ngẫu nhiên..........................................................75 3.1.3. Kỹ thuật xáo trộn ngẫu nhiên (Random và S-Random).................... 79 3 .1.4. Đánh giá độ phức tạp của các bộ xáo trộn.......................................... 79 3.2. Thiết kế bộ xáo trộn mới cho hệ thống BICM-ID OFDM ........................... 81 3.2.1. Mục đích thiết k ế ................................................................................... 81 3.2.2. Thiết kế bộ xáo trộn...............................................................................82 3.3. Khảo sát hiệu quả bộ xáo trộn mới với hệ thống BICM-ID OFDM ...........87 3.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng của hệ thống B íCM -ID ..........87 3.3.2. Khảo sát hiệu quả bộ xáo trộn mới với hệ thống BICM-ID O F D M ...............................................................................................................89 4
3.3.2.1. Khảo sát độ dài khối bít xáo trộ n .................. .........................90 3.3.2.2. Khảo sát chất lượng của bộ xáo trộn mói với một số bộ xáo trộn khác............................................................................................. 94 3 3.2.3- Đánh giá ưu điểm cua bộ xáo trộn mói với các bộ xáo tròn khác..................................................................................................... 98 3.3.2.4. Khảo sát chất lượng của bộ xáo trộn mới với các tập ánh x ạ ..........................................................................................................99 3.4. Kết quả mô phỏng bộ xáo trộn đề xuất cho hệ thống tái sử dụng C P ......104 3.4.1. Các tham số mô phỏng cho hệ thống...............................................104 3.4.2. Các kết quả mô phỏng....................................................................... 105 3.5. Kết luận chương............................................................................................109 PHỤ LỤC.............................................................................................................111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 5
DANII MỤC CÁC TỪ VIÉT TẮT T ừ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Viêt 3rd Generation 3GPP Dự án cộng tác thế hệ thứ 3 Partnership Project AGU Address Generation Unit Bộ tạo địa chỉ (xáo trộn) APP A posteriori Probability Xác suất hậu nghiệm ASK Amplitude Shift Keying Khoá dịch biên độ Adaptive Time Domain San bằng thích nghi trên miền ATDE Equalizer thời gian Additive W hite Gaussian AWGN Nhiễu Gauss trắng cộng tính Noise Bahl, Cocke, Jelinek, and BCJR Thuật toán BCJR Raviv Bose - Chaudhuri - BCH Mã hoá BCH BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bít Bit Geometrical BGU Nhất dạng hình học mức bít Uniformity Bit Interleaved Coded BICM Điều chế mã có xáo trộn bít Modulation Bit Interleaved Coded Điều chế mã có xáo trộn bít kết BICM-ID Modulation with Iterative hợp giải điều chế/giải mã lặp Demodulation/decoding Bit-Interleaved Coded BI-COFDM Điều chế mã có xáo trộn bít với modulation with OFDM -ID OFDM và giải mã lặp and Iterative Decoding 6
Bit-Interleaved LDPC Điều chế mã kiềm tra mật độ BILCM-ID C oded M odulation with thấp có xáo trộn bít và giải mã Iterative Decoding lặp BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân. CP C yclic Prefix Tiền to vòng Discrete Fourier DFT Biến dổi Fu-ri-ê rời rạc Transform Frequency Division Cihép kênh phàn chia theo tần FDM M ultiplexing số FEC Forward Error Correction Mã hoá sứa lỗi hướng đi FFT Fast Fourier Transform Biến đối Fu-ri-ê nhanh Xuyên nhiễu giữa các sóng IC1 Inter-Carrier Interference mang ........ ■ .. ... r Inverse Discrete Fourier IDFT Biến đổi Fu-ri-ê ròi rạc ngược Transform Inverse Fast Fourier IFFT Biến đổi Fu-ri-ê nhanh ngược Transform IoT Internet o f Things. Internet cho vạn vật Xuyên nhiễu giữa các Symbol 1S1 Inter-Symbol Interference (ký hiệu) International ITU Telecom munication Liên minh viễn thông quốc tế Union Low-Density Parity- (Mã) Kiểm tra chẵn lẻ mật độ , LDPC Check thấp. Tỷ lệ họp lẽ cực đại theo hàm LLR Log Likelihood Ratio logarit 7
Sai so trung binh binh plurong LMSE Least Mean Square Error cuc tieu LOS Line O f Sight Tia truyen thang LTE Long Term Evolution Sir phat trien dai han LU T Look Up Table Bang tra (xao tron) 1 Maximum A posteriori MAP Xac suat hau nghiem cuc dai Probability Hap le cuc dai (Hop le cuc ; ML Maximum Likelihood i dai) Maximum likelihood MLD Giai ma hop le cuc dai decoding i M-PSK M-ary Phase-Shift Keying Khoa dich pha M mire. i M-ary Quarature Dieu che bien do vuong goc M-QAM t Amplitude Modulation (cau phuong) M mire. Maximum Squared Euclid Binh phuong trpng so O-co-lit MSEW lr#(M li> Orthogonal Frequency Ghep kenh phan chia theo tan OFDM Division Multiplexing so true giao Parallel Concatenate PCCC Ma chap lien ket song song Convolution Code Ban mo ta phan bo cong suat PDP Power Delay Profile tre cua kenh ....... PSK Phase Shift Keying Dieu che khoa dich pha Quarature Amplitude Dieu che bien do vuong goc QAM Modulation (cau phuong) RS Reed-Solomon Ma hoa Reed-Solomon 8
Recursive Systematic RSC Má chap he thó>ng dé quy Convolutional code Serial Concatenate SCCC Má chap lien ket nói tiep Convolution Code SISO Soft In Soft Out Dáu váo mem - dáu ra mem Ti só cóng suát ciia tin hiqu SNR Signal to Noise Ratio tren cóng suát ciia tap ám (ty só tin tren tap) Soft Output Virterbi Dáu ra mém theo thuát toan SOVA Algorithm Vitecbi SP Set Partitioning (Anh xa) Phán hoach tap SSP Semi Set Partitioning (Anh xa) Bán phán hoach tap STBC Space-Time Block Code Má khói khóng gian thoi gian TCM Trellis Coded M odulation Diéu che ma Itrói TDL Tapped Delay Line Mó hinh tré da duong Turbo Trellis Coded Má hoá turbo ket hop diéu che TTCM Modulation má lirói VA Virterbi Algorithm Thuát toan Vitecbi Very-Large-Scale VLSI Vi mach tích hap rát lón Integration ZF Zero Forcing Cuong ép ve khóng 9
DANII MỊIC IIÌNII VẼ Hình 1-1: Sơ đồ khôi hệ thông thông tin số đơn giản.............................. 16 Hình 1-2: Kênh G auss....................................................................................... 17 Hình 1-3: Cách tạo mô hình kênh pha-đinh lựa chọn tần số TDL [26]........ 22 Hình 1-4: Sơ đồ khối hệ thống BICM -ID.......................................................26 Hình 1-5: Nguyên lý giải mã cứng (a) và giải mã mềm (b)........................28 Hình 1-6: cấu táic giải điều chế mềm/giải mã mềm với giải lặp..............32 llìn li 1-7: Sứ dụng băng tần trong kỹ thuật điều chế da sóng mang truyền thống và điều chế đa sóng mang trực giao..........................................37 llìn h 1-8: Phổ của một sóng mang (a), nhiều sóng mang OI; DM (b) và của symbol OFDM (c)................................................................................... 38 Hình 1-9: Nguyên lý của kỹ thuật O FD M ..................................................... 30 Hình 1-10: Sơ đồ hệ thống OFDM băng gốc điển h ìn h ............................. 40 11ình 1-11: Symbol 01’DM với việc trải theo chu k ỳ .................................. 42 Hình 1-12: Chèn khoảng bảo vệ C P ................................................................43 'K r* W i W f t W * i ề ì ì ì ì ì i ị i Ị ị t ị »*!* H ình 2-1: Giải mã lặp với hai bộ giải m ã....................................................... 54 Hình 2-2: Sơ đồ khối hệ thống B1CM-ID OFDM tái sử dụng C P ............ 56 H ình 2-3: Minh hoạ các đoạn CP được dùng đế tái sử dụng......................67 H ình 2-4: So sánh hệ thống tái sử dụng CP so với hệ thống BICM- ID OFDM thông thường trên kênh Gauss, băng thông 3MHz, xáo trộn LTE.................................................................................................................68 Hình 2-5: So sánh hệ thống tái sử dụng CP với hệ thống BICM-ID OFDM thông thường trên kênh pha-đinh đa đường, băng thông 3MI \z, xáo trộn LTE..........................................................................................................70 Hình 2-6: Khảo sát độ dài tái sử dụng CP tốt nhất cho hệ thống tái sử dụngC P...................................................................................................................71 H ình 3-1: Thuật toán tạo các chi số véc tơ xáo trộn cùa bộ xáo trộ n .... 78
Hình 3-2: Minh hoạ các bước thiết kế bộ xáo trộn.......................................84 llìn h 3-3: So sánh chỉ số vị tri bít bước 2 của bộ xáo trộn mới »ới bộ xáo trộn khối thông thường với độ dài khối xáo trộn là 64 bít (khối 4 x 1 6 ) .....................................................................................................................86 llìn li 3-4: Hiệu quá hệ thống BICM-ID với số lần lặp khác nhau.......... 89 Hình 3-5: Một số tập ánh xạ 16-ỌAM......................................................... 92 Hình 3-6: Kháo sát độ dài khối xáo trộn với các tập ánh xạ và mức năng lượng bít ( Eh / /V(l)...................................................................................93 Mình 3-7: So sánh hiệu quả cùa các kỹ thuật xáo trộn với tập ánh xạ phân hoạch lập và Gray trên kcnh Gauss, độ dài khối xáo trộn 6144 bit. ... 95 Hình 3-8: So sánh hiệu quả cùa các kỹ thuật xáo trộn với tập ánh xạ MSHW trên kcnli Gauss, độ dài khối xáo trộn6144 bít.............................. 96 Hình 3-9: So sánh kỹ thuậl xáo trộn mới với kỹ thuật xáo trộn LTE dùng tập ánh xạ MSEW trên kênh Gauss, độ dài khối xáo trộn 2880 bít.... 97 Hình 3-10: So sánh kỹ thuật xáo trộn mới và kỹ thuật xáo trộn LTE dùng tập ánh xạ MSEW trôn kênh pha-đinh đa đường, độ dài khối xáo trộn 2880 bít...........................................................................................................97 llìn h 3-11: Đánh giá các tập ánh xạ và bộ xáo trộn khác nhau của hệ thống BICM-ID OFDM trên kcnh Gauss dựa trên tham số của LTE, băng thông 3M Hz...............................................................................................100 Hình 3-12: Đánh giá các tập ánh xạ và bộ xáo trộn khác nhau của hệ thống BICM-ID OFDM trên kênh kênh pha-đinh đa đường dựa trên tham số cùa LTE, băng thông 3M Hz.............................................................102 H ình 3-13: Đánh giá các tập ánh xạ và bộ xáo trộn khác nhau cùa hệ thống BICM-ID OFDM trên kcnh Gauss dựa trên tham số của LTE, băng thông 5M Hz...............................................................................................103 Hình 3-14: Đánh giá các tập ánh xạ và bộ xáo trộn khác nhau cùa hộ thống B1CM-ID OFDM trên kênh kênh pha-đinh đa đường dựa trên tham số của LTE, băng thông 5MHz...............................................................104
Hình 3-15: So sánh hệ thống tái sử dụng CP so với hệ thống BICM- ]D OFDM thông thường trên kênh Gauss dựa trên tham số của LTE, băng thông 3MHz, bộ xáo trộn mới và bộ xáo trộn khối cùa LTE........ 106 Hình 3-16: So sánh hệ thống tái sử dụng CP với hệ thống BICM-ID OFDM thông thường trên kênh pha-đinh đa đường, dựa trên tham số của LTE, băng thông 3 MHz sử dụng bộ xáo trộn đề xuất...................... 107 H ình 3-17: Khảo sát độ dài tái sử dụng CP tốt nhất với kỹ thuật xáo trôn m ới.............................................................................................................. 108 Hình 3-18: So sánh hiệu quả cùa kỹ thuật xáo trộn mới với xáo trộn LTE trên kênh pha-đinh đa đường với độ dài xáo trộn 2880 bít, băng thông 3 M H z...................................................................................................... 109 12
DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Kỷ hiệu Ý nghĩa X Ký hiệu biến số ị a Ký hiệu một véc tơ Véc tơ chuyển vị cùa véc tơ Ü 41' Kỳ vọng cùa tín hiệu 4 ] Độ dài bình phương cùa véc tơ lllí M vk = h) Số do bít (số do bít thứ Ả có giá trị bằng b) P ( . ) Xác suất cùa tin hiệu p () Hàm mật độ xác suất của tín hiệu L Độ dài chuỗi bít xáo trộn Giá trị LLR (hậu nghiệm, tiên nghiệm, ngoại lai) l‘n.A,ẲVi) của bít V m Số bít trong một ký hiệu (symbol) M Mức tín hiệu điều chế N Số sóng mang con * Phép tính tích chập mod Phép chia modulo 13
MỞ ĐÀU Vô tuyến băng rộng đang là xu hướng phát trién tất yếu của các thế hệ viễn thông tương lai. Các ứng dụng tương lai sẽ cho phép các kết nối thống nhất và định hình lại hệ thống các ngành công nghiệp, giải trí ô tô điều khiển,... vì vậy đòi hỏi nhu cầu tốc độ, băng thông truyền dẫn rất lớn. Xu hướng sử dụng kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang trực giao O l’DM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing) cho phép truyền dẫn thông tin với băng thông rộng, tốc độ cao là lựa chọn chủ yếu với các công nghệ hiện tại và tương lai. Cùng với kỹ thuật truyền dẫn này, các kỹ thuật kết hợp cần thiết khác như mã chống nhiễu, điều chế,... nhằm mục đích nâng cao hiệu quả truyền dẫn tín hiệu đồng thời đàm bảo độ tin cậy của hệ thống. Xuất phát từ một sơ đồ được Zehavi đề xuất, kỹ thuật điều chế mã có xáo trộn bít BICM (Bit Interleaved Coded Modulation) [79] được kết hợp với thuật toán giải mã lặp (Iterative Decoding) đế tạo thành sơ đồ kết hợp BICM-ID {Bit Interleaved Coded Modulation with Iterative *iveruam g)* ro» rar Tiff r tT0Or f|imr ttổlig *■ £■ *’licr ffiSHgr T £& fiiT [50][36][33][51 ]. Do vậy sơ đồ BICM-ID cũng được đề xuất sử dụng cho hệ thống OFDM Với ưu điểm của hệ thống OFDM và BICM -ID, việc nghiên cứu về hệ thống BICM-ID OFDM , khai thác thông tin nằm trong tiền tố vòng, phát huy cấu trúc giải mã lặp và tính khả thi khi áp dụng hệ thống này vào thực tiễn, từ đó tìm ra các giải pháp nâng cao hiệu quả của hệ thống thông tin là vấn đề đã và đang được các nhà khoa học quan tâm trong thời gian gần đây. Nhằm mục đích tiếp cận, nghiên cứu và đề xuất các phương pháp cải tiến hiệu quả của hệ thống nhằm có thể áp dụng vào thực tiễn. Trong nội dung tài liệu này, tác giả đã đề xuất thêm một sô kỹ thuật để có thế nâng cao hiệu quả kết hợp cho hệ thống BICM -ID OFDM cho các hệ thống băng rộng. 14
Cuốn sách này được chia làm 3 chương: Chương 1: T ổng quan về hệ thống truyền dẫn B1CM-ID OFDM Nội dung của chương khái quát về hệ thống thông tin số, môi truờng truyền dẫn vô tuyến. Tổng quan về sơ đồ BICM-ID, hệ thống OFDM và hệ thống kết hợp BICM -ID OFDM Chưong 2: Đe xuất kỹ thuật tái sử dụng CP cho hệ thống BICM -ID OFDM Trong chương này đề xuất hệ thống BICM-1D OFDM tái sử dụng CP, phân tích hệ thống và quá trinh tích luỹ thông tin hậu nghiệm cho phép sử dụng thông tin có ích trên CP để có quyết định cuối cùng. Hệ thống được mô phỏng và các kết quả đạt được chỉ ra hiệu quả cùa hệ thống này. Chương 3: Thiết kế bộ xáo trộn cho hệ thống BICM-ID OFDM tái sử dụng CP Dựa trên tính thực tiễn, chương này đề xuất một kỹ thuật xáo trộn mới dựa trên xáo trộn khối, đánh giá kỹ thuật xáo trộn mới và khảo sát bộ xáo trộn với các yếu tố khác nhau tác động đến chất lượng hệ thống để tim ra các tham số phù hợp và tốt nhất cho hệ thống BICM -ID OFDM thông thường và tái sử dụng CP Tác giả Trần Anh Thắng 15
C huông ĩ TổNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN BICM-ID OFDM 1.1. Khái quát chung về hệ (hống thông tin số 1.1.1. Sư dồ khoi hệ thong thông tin số Hình 1.1 mô tả hệ thống thông tin số đơn giản. Thông tin đầu vào dạng số hay tương tự (cần đưa qua bộ biến đổi A/D) tới bộ mã hoá nguồn, có chức năng cắt bỏ các bit dư thừa hay nén thông tin nhằm giảm độ rộng phổ, tạo ra dãy bit u đưa tới bộ mã hoá kênh. Bộ mã hoá kênh tạo dãy bit mã c bằng cách thêm các bit kiểm tra để phát hiện lỗi và sửa lỗi tại đầu thu. Sau đó bộ điều chế sẽ tạo ra các tín hiệu dạng sóng s dế có thể truyền qua kênh thông tin. Tại đầu thu, thực hiện các quá trình ngược lại với đầu phát. Tín hiệu thu r từ kênh truyền qua bộ giải điều chế thành dãy bit c đưa tới bộ giải mã kênh, dấu mũ ờ đây thể hiện rằng trong đó có thế một số bít bị lỗi do tác động cùa nhiễu trên kênh truyền. Nhờ có bộ giải mã kênh, dãy bit ủ tại đầu ra có tỉ lệ lỗi bit (BER: Rit *'#>* M n * s * * < * i * * * * * ► í t i » I » * i » * nguồn thành dạng thông tin đưa tới bộ nhận tin. Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống thông tin số đơn giản. Kênh truyền là môi trường vật lý cho phép truyền tín hiệu từ đâu phát đến đầu thu. Do tác động cùa nhiễu tạp trên đường truyền, tín hiệu 16
đến đầu thu thường bị méo, điều đó dẫn tới dãy bit thu có thể bị lỗi. Tức là dãy bit ra ủ có thổ khác so với dãy bit vào u ở một số vị trí bit. Các yếu tố tác động gây méo tín hiệu điền hình là nhiễu Gauss và pha-đinh. Khi chi xét tác động cùa thành phần nhiễu Gauss thỉ kênh truyền được gọi là kênh Gauss, là loại nhiễu có hàm mật độ xác suất phân bố chuẩn (phân bố Gauss). Trong hệ thống thông tin vô tuyến, ngoài tác động của nhiễu Gauss, tín hiệu truyền trên kênh còn chịu ảnh huởng cùa pha-đinh. Ảnh hưởng cùa pha-đinh tác động rất lớn đến chất lượng cùa tín hiệu thu và được gọi là kênh pha-đinh, có hàm mật độ xác suất phân bố theo hàm Rice hoặc Rayleigh. 1.1.2. Kênh (ìauss Kênh thông tin số quan trọng nhất và được phân tích nhiều nhất là kênh kênh Gauss trắng cộng tính (sau này gọi tắt là kênh Gauss) hay còn được gọi là kênh AW GN (.Additive White Gaussian Noise) được chỉ ra ở Hình 1.2. Kênh này được xác định là tổng của tín hiệu được điều chế và nhiễu Gauss không tương quan đưa tới đầu ra. Ký hiệu tín hiệu phát là * (/), nhiễu Gauss là z (/ ) , tín hiệu thu sẽ có dạng: y (t ) = x(í) + zự). ( 1. 1) z (/) Mo-* Ỷ -►XO {) Hình 1-2: Kênh Gauss. N hiễu Gauss được giả định là không được tương quan với bản thân nó với bất kỳ một độ lệch thời gian T khác 0 nào, thể hiện ở công thức dưới đây: / ì [ z ( / ) .z ( /- r ) ] = ^ J ( r ) . (1.2) 17
Với lì là giá trị trung binh (còn gọi là kỳ vọng) và /:'[z(/)] = 0 /V1 ( là mật độ phổ công suất cùa tạp âm. Trong hệ thống truyền tin, một bản tin muốn truyền từ nơi phát tới nơi thu, các bản tin này phải được điều chế (x(í) ) truyền qua kênh tới nơi thu, các thông tin thu được (y(t) ) sẽ được giải điều chế đề tạo thành bản tin thu. Theo Hinh 1.2, nếu không có thành phần nhiễu thi giá trị y(/) = * (/), khi đó quá trinh giải điều chế sẽ tái tạo được chính xác tín hiệu được phát đi. Tuy nhiên, giá trị z(t) là giá trị biếu thị cho tạp âm nhiệt sinh ra trong bản thân các thiết bị nên luôn tồn tại giá trị này Theo công thức (1.1), các giá trị được xác định ở dạng liên tục, tuy nhiên, thực tế khi tính toán, các giá trị xịt) và y(t) thường ở dạng véc tơ. Theo [28] chỉ ra mô hình kênh véc tơ Gauss như sau: y = x + z. (1.3) Kênh này là tương đương với kênh cho tại Hình 1.2. Véc tơ nhiễu z là một véc tơ nhiễu Gauss ngẫu nhiên N chiề u với giá trị trung bình bằng không và không tương quan giữa các chiều với nhau. Phân bố cùa nhiễu được cho bởi công thức: p n(u) = ( z N 0) 2 * * " ■ = { I n ơ 1) 2 * . ( 1.4 ) Trong đó: phương sai là ơ 2 = N 0 / 2 , ||m||2 là độ dài binh phương N cùa véc tơ u , |u | =2^ễU1 - n nì Trong thực tế, các hệ thống truyền dẫn luôn tồn tại thành phần tạp âm nhiệt, được sinh ra tại các thiết bị trong hệ thống. Thành phần này được giả thiết là một đại lượng ngẫu nhiên có phân bố Gauss, giá trị của nó được cộng vào tín hiệu tại đầu thu (cộng tính), phổ tần của nó có thể coi như rộng vô hạn với phổ công suất bằng phẳng trên mọi dái tần (trắng) và có hàm mật độ phân bố chuẩn (phân bố Gauss) có kỳ vọng bằng 0 và phương sai là ơ 2. Trong trường hợp 1 chiều, hàm phân bố mật độ xác suất của Gauss được biểu diễn như sau: 18
/. 1.3. M ôi trưònỊỊ truyền dẫn thônịỉ tin vô tuyến I. 1.3. ỉ. Đặc diêm cùa truyền dan vô luyến Trong hệ thống thông tin vô tuyến, tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu qua môi trường truyền dẫn là bầu khi quyển. Với thành phần khí quyển là các chất khí có mật độ thay đồi, khi tín hiệu truyền qua có thể bị suy hao do hấp thụ cùa các chất khi, có thổ bị khúc xạ, tán xạ, ... Ọuá trinh truyền phát khi ờ gần mặt đất, do ảnh hường cùa địa hinh có những vật chướng ngại (đồi núi, các toà nhà . . .) làm tin hiệu bị tán xạ, nhiễu xạ, do đó tín hiệu tới đầu thu theo nhiều đường khác nhau, xuất hiện các thành phần tín hiệu truyền thẳng LOS ụ.ine ( ) f Sighí) gọi là tia truyền thẳng và các tia phản xạ. Các tia phản xạ có bicn độ, pha, góc tới là các đại lượng ngẫu nhiên, khi đến máy thu gây hiện tượng giao thoa sóng và trải trễ. Do các hiện tượng này, tin hiệu tại đầu vào máy thu có hiện tượng thăng giáng ngẫu nhiên liên tục, sự thay đổi tín hiệu thu này được gọi là pha-đinh. Như vậy, tín hiệu qua kênh truyền vô tuyến, ngoài tác động cùa tạp âm Gauss, còn chịu tác động cù a hiệu ứng pha-đinh, gây ra hiện tượng thăng giáng biên độ và pha một cách ngẫu nhiên. Chất lượng truyền dẫn trên kênh pha-đinh kém hơn nhiều so với kênh tạp âm Gauss. Trong môi trường pha-đinh, tín hiệu bị tác động bời hệ số nhân a ịí) (gọi là hệ số pha-đinh) y ịi) = a (l).x (t) + z(t). (1.6) Trong đó z (0 là nhiễu Gauss, a (í) = , với m{i) là thành phân pha-đinh rộng, đặc trưng cho sự suy giảm công suất trung bỉnh cùa tín hiệu. Giá trị của pha-đinh rộng được mô tả thống kê bằng hàm phân bố chuân log và nêu tính theo dB thi có hàm phân bô chuân Gauss, các giá trị thông kê cùa pha-đinh rộng được cộng thêm vào cùng suy hao cùa đường truyền. Còn giá trị r„ụ) là thành phần pha-dinh hẹp, đặc trưng cho các biến