Ứng dụng thuật toán ML để đổi pha sóng mang và định thời cho kênh pha ding 1

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
Chơng I
mô hình kênh phađing & các thông số đặc tr
mô hình kênh phađing & các thông số đặc tr
ng
ng
1.1. Giới thiệu
1.1. Giới thiệu
Với mục đính của đồ án là trình bầy các giải pháp đồng bộ để định thời và pha sóng
mang hay nói cách khác là trình bầy các phơng pháp khôi phục sóng mang và định thời
ký hiệu cho hệ thống truyền thông trong môi trờng kênh pha đinh. Muốn vậy việc đầu
tiên là phải biết đợc tính cách của kênh pha đinh nghĩa là phải biết đợc các thông số
đặc trng của kênh pha đinh, cách thức mà kênh pha đinh gây ảnh hởng lên dữ liệu tin
đợc truyền trên nó ở dạng các thông số đặc trng của kênh pha đinh tác động vào các
thông số đặc trng của dữ liệu tin.
Theo đó, chơng này đồ án trình bầy mô hình kênh pha đinh liên tục và rời rạc, phân
loại kênh pha đinh và rút ra các thông số đặc trng của kênh pha đinh đồng thời cũng đa
ra các thông số đặc trng cho một số kênh pha đinh quan trọng.
Để đáp ứng yêu cầu gia tăng cả về tính di động và chất lợng vụ của nhiều loại hình
dịch vụ chất lợng cao, thì việc truyên thông vô tuyến số cho tiếng số hoá, hình ảnh tĩnh
hoặc động, bản tin, các dữ liệu khác đóng vai trò vai trò quan trọng trong thiết kế và
thực thi các hệ thống thông tin di động và cá nhân [1,2]. Về mặt bản chất, tất cả các
kênh vô tuyên dù ít hay nhiều đều có tính phân tán (dispersive) và tính phụ thuộc thời
gian (time-variant). Tuy vậy, nhiều môi trờng điện từ nh: kênh vệ tinh hoặc kênh Vi ba
tầm nhìn thẳng LOS,.. thờng đợc coi là bất biến theo thời gian (time-invariant), khi này
có thể áp dụng các cấu trúc máy thu gồm các bộ đồng hồ đợc rút ra từ các kênh tĩnh.
Mặt khác, các môi trờng nh kênh di động mặt đất (LM: Land-Mobile), di động vệ
tinh (SM: Satellite-Mobile), hoặc sóng ngắn tầng điện ly (tần số cao, HF) tỏ ra biến đổi
tín hiệu đáng kể trong phạm vi thời gian ngắn (short-term time scale), sự thăng giáng
tín hiệu gây ảnh hởng gần nh ở mọi tầng của hệ thống truyền tin. Đồ án tập chung
nghiên cứu cho loại điều chế tuyến tính. Các thay đổi lớn về mức tín hiệu thu do

phađing cùng với các phần tử của máy thu số; vì vậy độ chính xác cho các bộ chuyển
đổi A/D và xử lý tín hiệu số phải cao hơn so với các kênh tĩnh. Đặc biệt, khi xảy ra
phađing sâu, cần phải dùng các kỹ thuật phân tập để khắc phục, thờng phân tập thời
gian ẩn và hiện (đợc thấy ở dạng các giao thức phát lại hoặc sử dụng mã hoá kênh thích
hợp với đan xen), anten, không gian, và phân tập phân cực [3]. Ngoài ra, nếu phân tán
kênh gây ra giao thoa giữa các ký hiệu ISI, thì phải đợc khắc phục bởi bộ cân bằng
(thích ứng). Cuối cùng, việc truyền dẫn trên các kênh pha đinh cần phải có các cấu
trúc bộ đồng bộ đợc thiết kế đặc biệt và các thuật toán, nhìn chung về cơ bản khác so
với các kênh tĩnh.
Theo đó, đồ án sẽ tập trung rút ra các bộ đồng bộ dới dạng toán hệ thống, dựa trên
mô hình phù hợp cho tất cả các tín hiệu và các hệ thống đợc cho trong [4]. Đặc biệt
quan tâm nhiều nhất vào việc mô hình hoá kênh pha đing thích hợp. Vì khi quan trắc
sự thay đổi kênh tại máy thu là ngẫu nhiên, nên ta xét mô hình kênh thống kê. Hơn
nữa, do các bộ đồng bộ chủ yếu phải đối phó với các biến đổi ngắn hạn của các đại l-
ợng biên độ và pha của tín hiệu thu, nên thờng coi các thuộc tính kênh thống kê là
dừng ít nhất trong khung thời gian đủ ngắn.
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

1
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
Trên cơ sở đó đồ án sẽ thực hiện xây dựng mô hình toán học đặc trng hoá cho các
kênh pha đinh một cách vắn tắt đối với lớp các kênh phađinh liên tục và rời rạc theo
thời gian. Trình bày vắn tắt các đặc tính thống kê của kênh phađinh cũng nh việc phân
loại kênh phađinh. Đặc biệt mô hình hoá các ảnh hởng của kênh lên các thông số
đồng bộ ở dạng toán học, nhờ đó làm cơ sở nền tảng cho việc ớc tính và thực hiện
đồng bộ các thông số đồng bộ ở các chơng sau.
1.2. Mô hình kênh pha đinh liên tục
1.2. Mô hình kênh pha đinh liên tục
Trong quá trình truyền tin số trên các kênh tuyến tính, thì tín hiệu băng tần cơ sở phát
tơng đơng s (t) là chuỗi các đáp ứng xung bộ lọc phát

( )
Tktg
T

, b trễ bởi kT và đợc
đánh trọng lợng bởi các ký hiệu dữ liệu M-PSK hoặc
k
a
của M-QAM:
( ) ( )
kTtgats
T
k
k
=

(1.1)
Do quan tâm đến việc truyền thông vô tuyến giới hạn băng thông chặt. Vì vậy, tất cả
các tín hiệu và hệ thống đợc hiểu là sự trình bày đờng bao giá trị phức thông thấp tơng
đơng của các bản sao băng thông của chúng. Tất cả hệ thống và các tín hiệu đờng bao
thông thấp quy vào sóng mang máy phát
( )
tcos2
0

sao cho tín hiệu thông băng
phát
( )
[ ]
t

0
j
etsRe2


đợc tập trung xung quanh tần số sóng mang phát
0

. Kênh pha
đinh vật lý chỉ là hệ thống tuyến tính thông thấp tơng đơng đợc đặc tính hoá bởi đáp
ứng xung kênh CIR (Channel Impulse Response) pha đinh phụ thuộc thời gian giá trị
phức
( )
t;c
hoặc hàm truyền đạt kênh tức thời
( )
t;C
là biến đổi chuỗi Fourier
của
( )
t;c
theo biến trễ

tại thời điểm t. Hầu hết các kênh vô tuyến đợc đặc tính hoá
bởi truyền sóng đa đờng ở đó tồn tại nhiều tia phản xạ và tán xạ đến phía thu. Kịch bản
tán xạ điển hình đợc cho ở hình 1.1 đối với môi trờng vô tuyến di động. Trừ khi bị che
khuất, tia LOS (đờng nét đứt) đến máy thu sớm nhất, trong khi đó các tia khác (các đ-
ờng liền) bị phản xạ từ các vật thể khác trong các vùng lân cận. Mỗi một tia đợc đặc
tính hoá bởi suy giảm (biên độ khuyếch đại ), dịch pha và trễ truyền sóng riêng. Hai
vấn đề trên đợc biểu diễn hợp bởi hệ số khuyếch đại giá trị phức

( )
tc
n
trong đó
( ) ( )
tct
nn
=
là khuyếch đại biên độ phụ thuộc thời gian và
( ) ( )
{ }
tcargt
nn
=

là dịch pha ngẫu nhiên. ở đây, các trễ
( )
t
n

đợc rút ra từ quan hệ với trễ truyền sóng
p

của tia đến đầu tiên (thờng là tia LOS). Quan hệ trễ truyền sóng và khoảng cách
truyền sóng
p
d
giữa máy phát và máy thu là:
[ ]
s

km
d
33.3
c
d
pp
p
à==
(1.2)
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

2
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
Trạm
cơ sở
Hình 1.1 Kịch bản tán xạ điển hình trong thông tin di động
Trong đó c vận tốc của ánh sáng. Thờng,
( )
t
n

và
p

thay đổi chậm theo thời gian;
vì vậy trễ phân biệt tức thời
( )
t
nn
=

đợc coi là dừng trong trong khung thời gian
phù hợp sao cho chúng có thể đợc đánh chỉ số
max1N10
....0 ==

. Đáp ứng
xung kênh vật lý chứa trễ truyền sóng
p

đợc trình bày nh là sự xếp chồng của N xung
Dirac đợc đánh trọng lợng và bị trễ:
( ) ( )
[ ]
( )
np
1N
0n
np
tct;c
+=


=
(1.3)
Trong truyền tin số ở đó các pha đồng hồ máy phát và máy thu có thể khác nhau,
nên trễ đồng hồ máy thu (hoặc sớm nhịp, nếu âm)
T
cc
=
phải đợc cộng vào trễ

truyền sóng
( )
np
+
. Giả sử tốc độ đồng hồ phát và thu
T1
, lệch định thời tơng đối
c

là dừng và
5.05.0 <
c
. Độ trễ truyền sóng
p

bây giờ đợc biểu diễn theo
khoảng thời gian ký hiệu T nh sau:
[ ]
TL
cpp
++=
(1.4)
Với
p
L
là số nguyên sao cho trễ phụ phân đoạn (hoặc sớm)

cũng trong phạm vi
5.05.0 <
. Từ hình 1.2, thấy rõ

là trễ phân đoạn của tia đa đờng đến đầu tiên
theo nhịp đồng hồ ký hiệu máy thu gần nhất.
Với mục đích thiết kế máy thu, cần phải đa ra đáp ứng xung kênh theo chuẩn định thời
máy thu:
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
( )
n
1N
0n
n
cpp
Ttc
t;TLct;c
+=
++=


=

(1.5)
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

3
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
max

p


+
p
( )
t;c
p

T

[ ]
TL
cp
+
T
cc
=
( )
t;c


TL
p

T0
0
Các vạch
đồng hồ

máy thu
Độ trễ truyền
sóng
Độ trễ đường
truyền tương đối
Độ trễ đường
truyền vật lý
Độ trễ đường truyền
tương đối theo chuẩn
định thời máy thu
Hình 1.2 Các phạm vi thời gian máy phát và máy thu
(xem hình 1.2). Tổng quát, do trễ truyền sóng
p

không phải là nguyên lần chu kỳ ký
hiệu T, nên trễ định thời

có thể nhận giá trị bất kỳ trong phạm vi
5.05.0 <

thậm chí trong trờng hợp thích hợp chính xác giữa đồng hồ bộ máy phát và máy thu
( )
0
c
=
. Vì vậy, khởi đầu của đáp ứng xung kênh (tia đến đầu tiên) có thể bị lệch đi
một nửa ký hiệu tơng ứng với chuẩn định thời máy thu.
Từ mô hình kênh (1.5), cần phải đồng nhất các nhiệm vụ đồng bộ máy thu. Xét về nhất
quán hoặc chỉ thu nhất quán vi sai, tồn tại các trọng lợng đờng truyền giá trị phức
thay đổi ngẫu nhiên

( )
tc
n
cần có một số loại khôi phục sóng mang, nghĩa là phải
dùng cơ chế đồng bộ pha và điều khiển khuyếch đại nếu điều chế đa mức (M-QAM).
Các trễ định thời và đa đờng phân biệt
n

và

tơng ứng, phục vụ cho đồng bộ định
thời. Nếu kênh là không chọn lọc(
T
n
<<
, xem bên dới), thì đồng bộ định thời đợc
thực hiện bằng cách ớc tính và bù trễ định thời

.
Tr ờng hợp kênh chọn lọc tần số:
Trờng hợp các kênh chọn lọc, thì phiên bản đáp ứng xung kim kênh đã đợc lọc và lấy
mẫu
( )
t;c

phải đợc ớc tính và bù bằng kỹ thuật cân bằng.
Ngoài dịch pha ngẫu nhiên do kênh, sự không hoàn hảo của các bộ dao động phát và
thu cũng ảnh hởng đáng kể, thờng không ngẫu nhiên nhng không biết trớc dịch tần.
Nếu xẩy ra sự lệch rất lớn hoặc vợt quá tốc độ ký hiệu
T1

, thì cần phải đồng bộ tần số
sơ bộ trong máy thu. Theo đó dới đây, ta coi rằng dịch tần số nhỏ và ở mức độ vừa phải
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

4
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
trong phạm vi
15.01.0
2
T



, nghĩa là, phổ tín hiệu thu có thể bị dịch lên đến
10-15% tốc độ ký hiệu. Nếu đa
T
vào mô hình tín hiệu và kết hợp dịch pha sóng
mang không đổi

vào các trọng lợng đờng truyền sóng giá trị phức
( )
tc
n
, thì tín hiệu
mang tin
( )
ts
[phơng trình (1.1)] đợc truyền qua kênh mang lại tín hiệu thu bị dịch tần
thông qua sự quay pha
tj

e

:

( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
[ ] [ ]
( )
( )
( )
( ) ( )
tnt;Tkthae
tnTTktgtcae
tnTkTtgatce
tnTtstcetr
k
k
tj
k
t;Tkth
1N
0n
nTnk
tj
1N
0n
n
k
Tkn

tj
1N
0n
nn
tj
+






==
+

+=
+












=
+






=

=


=


=


=


(1.6)
Với
( )
t;h

là đáp ứng xung kênh hiệu lực phụ thuộc thời gian, bao gồm lọc phát và
trễ định thời phân đoạn. CIR
( )
t;h

và hàm chuyển đạt của nó
( )
t;H

có thể đợc

khai triển nh sau:
( ) ( )
[ ]
( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
[ ]
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
==
==
==
=
==
==
==
+=





=

+

=

=

=





T
Tj
Tj
T
n
j
1N
0n
n
Tj
T
n
Tj
T
1N
0n
n
T
T

n
1N
0n
nT
n
1N
0n
Tn
Gt;Ct;Het;H
et;Ct;CGt;C
etct;CeGt;C
eGtct;H
gt;ct;hTt;h
Tt;ct;cgt;c
tct;cTgt;c
Tgtct;h
(1.7)
trong đó

là phép tích chập, và
( ) ( )
t;h,t;c

là CIR & kênh vật lý tơng ứng, chỉ lấy
xét các trễ phân biệt, vì vậy bỏ qua trễ định thời và truyền sóng. Việc khai triển này
hữu hiệu cho việc mô hình hoá và mô phỏng kênh vì các ảnh hởng của kênh vật lý (pha
đing, phân tán), lọc máy phát và lệch định thời (truyền sóng, đồng hồ máy thu) đợc
quy vào các phần tử
( ) ( )

T
g,t;c
và
( )
T
tơng ứng.
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

5
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
Ta chú ý rằng định nghĩa về đáp ứng xung kim kênh đợc dùng ở đây không bao gồm
việc lọc thu và vì vậy khác với các tài liệu thờng dùng ở đó
( ) ( )
t;Ht;h
hàm ý
đến tầng có bộ lọc phát, kênh vật lý và bộ lọc thu. ở đây, n(t) là tạp âm Gaussian trắng
cộng (AWGN) với mật độ phổ công suất N
0
, Mặc dù, thực tế n(t) bị ảnh hởng nhiều bởi
nhiễu đồng kênh (CCI: Co-channel interference) trong môi trờng đợc hạn chế nhiễu.
Ngoài ra, n(t) bị tơng quan thông qua việc lọc bởi bộ lọc
( )
F
. Tuy vậy, với điều kiện
phẳng (
( )
r
B;1F =
, xem bên dới) đợc áp dụng cho
( )

F
, thì không bị méo tạp
âm trong băng thông xét, nh vậy nó không còn quan trọng dù có xét đến ảnh hởng của
( )
F
hay không.
Vì phổ là nguồn tài nguyên cực kỳ quan trọng trong các môi trờng đa truy nhập, nên
cần có các bộ lọc lấy dạng xung phát hạn chế băng chặt chẽ cho tín hiệu băng hẹp.
Theo đó, cũng đợc ứng dụng cho truyền thông CDMA trong đó thuật ngữ băng hẹp
coi là tốc độ chip thay cho tốc độ ký hiệu. Việc lấy dạng xung chặt chẽ cũng góp phần
khử nhiễu kênh lân cận (ACI: adjacent channel interference). Vì vậy, ta coi rằng bộ lọc
( ) ( )

TT
Gg
đợc lấy gần đúng bằng băng thông B của tín hiệu RF sao cho kênh
( ) ( )
Tj
et;Ht;H


=
[phơng rình (1.7)] cũng đợc giới hạn băng chặt tới B.
Thờng, chọn bộ lọc phát có hàm truyền đạt là hàm truyền đạt cosin tăng[8].
( )
( )
( ) ( ) ( )
( )
( ) ( ) ( ) ( )

+


+

=










+

+<

<
=
T
1cos
4
T
1si1
T
41
1
g
T
10
T
1
T
1
T
1
4
T
cos
T
11
TG
2

T
T
(1.8)
trong đó năng lợng bộ lọc

( ) ( )
TdG
2
1
dgE
2
T
2
TgT
=

==

+

+

(1.9)
bằng khoảng ký hiệu T. Nh vậy bộ lọc và kênh có băng đợc giới hạn băng chặt hai phía
là
( )
+= 1B
T
1
với hệ số dốc mở rộng băng

10 <<
. Biết rằng, bộ lọc thích hợp thu
(chuẩn hoá năng lợng) cho trờng hợp kênh không lựa chọn (AWGN, không dịch tần)
đợc cho bởi
( ) ( )
=
*
T
T
1
FM
G.G
. Do đó, tầng lấy dạng xung
( ) ( ) ( )
=
FMT
GGG

và các bộ lọc thích hợp xung bằng
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

6
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
( ) ( ) ( )
( )
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )

[ ]
( )
[ ]
2
2
T
T41
Tcos
T
sig
T
10
T
1
T
1
T
1
2
T
cos1
2
1
T
11
T
,GT1G

=










+

+<

+

<
=
=
G
hạn, Chẳng
(1.10)
là xung dốc cosin thoả mãn điều kiện Nyquit về việc truuyền dẫn không có ISI [Chơng
2, [1]]. Lu ý rằng, truyền dẫn băng tần cơ sở thì B đợc định nghĩa là độ rộng băng tần
một phía còn đối với truyền dẫn thông băng thì B đợc định nghĩa là độ rộng băng tần B
tín hiệu RF hai phía.
Nh đợc giải thích ở trên, nội dung tần số của tín hiệu thu
( )
tr

đợc phép dịch tần do
sự không hoàn hảo bộ dao động đến một giá trị cực đại
max

cụ thể, vì vậy sau biến đổi
hạ tần, bộ lọc
( )
F
ở trớc bộ chuyển D/ A loại bỏ tín hiệu thu trong khoảng tần số
2
B2B2
max
2r
+
=
. Chỉ khi,

rất nhỏ hoặc đã đợc bù hiệu quả bằng tầng điều
khiển tần số phía trớc
( )
F
, thì bỏ qua sự mở rộng giải tần đầu vào máy thu trong thiết
kế
( )
F
.
Từ phơng trình (1.7), thấy rõ kênh
( ) ( )
Tj
et;Ht;H

=
dù nhiều hay ít đều thể
hiện đặc tính truyền dẫn phụ thuộc tần số. Mức độ lựa chọn lọc tần số phụ thuộc vào
kênh vật lý
( ) ( )
Tj
et;Ct;C


=
và độ rộng băng thông truyền dẫn B. Đặc
biệt, hàm truyền đạt kênh không chọn lọc tần số (không chọn lọc hoặc phẳng) trong độ
rộng băng B nếu
1e
maxmax
j
=

, trong đó
2B
max
=
sẽ nằm trong khoảng tốc độ ký
hiệu
T1
trong các môi trờng băng thông bị giới hạn. Vì vậy, kênh không chọn lọc là
kênh khi độ phân tán (trải rộng các trễ truyền tia) thoả mãn
T

max
<<
(trong thiết kế
máy thu, tính không chọn lọc thờng đợc giả định nếu
T1.0
max
<
); với kênh chọn lọc
tần số thì độ phân tán có thể so sánh đợc với khoảng thời gian của ký hiệu hoặc vợt quá
khoảng thời gian ký hiệu T.
Tr ờng hợp kênh không chọn lọc tần số: Hàm truyền đạt kênh và đáp ứng
xung rút gọn thành:
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

7
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
( ) ( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
Tgtct;h
etcG
)(etcG
eetcGt;H
T
Tj
T

Tj
1N
0n
nT
1N
0n
Bin1
n
j
Tj
nT
=
=

=




=

=






phẳngPhading
PPP
(1.11)
Nh vậy tất cả các trọng lợng đờng truyền (không khả giải - nonresolvable)
( )
tc
n
đều
hợp nhất vào một trọng lợng
( )
tc
đợc gọi là méo nhân (MD: multiplicative distortion)
[11], và tất cả các trễ truyền lan lên tới
T
max
<<

đều có thể đợc nhận giá trị 0 sao cho
cho phép thể hiện trễ định thời
T
. Vì vậy tín hiệu thu đợc viết nh:
( ) ( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( ) ( ) ( )
tnkTTtgtcatce
tnkTTtgtcaetr
k
Tk
tc
tj
k
Tk
tj
+






=
+

=






phẳng phading
(1.12)
Lệch tần rất nhỏ
1T <<
đôi khi đợc thấy trong mô hình quá trình méo nhân MD
kênh động để tìm đợc quá trình méo nhân MD kênh tần số kết hợp
( ) ( )
tcetc
tj

=
.
Nếu tất cả các thông số đồng bộ
( )
[ ]
tc,,
đều đợc biết trớc, thì có thể xử lý tín hiệu
thu bằng cách sử dụng bộ lọc thích hợp kênh tần số năng lợng chuẩn hoá (lý tởng).

( ) ( )

( )
( ) ( )
( )
( )
[ ]
( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
( )
[ ]
( ) ( )
)(Tg
T
1
tce
Tg
T
1
t;ce
t;h
T
1
e
)(t;het;h
)(eG
T
1
tce

eG
T
1
t;Ce
t;H
T
1
e
)(t;Het;H
*
T
*tj
*
T
*tj
*tj
FM
tj
,FM
Tj*
T
*tj
Tj*
T
*tj
*tj
FM
tj
,FM
phẳng dingpha

phẳng dingpha và chọnlựa dingPha
phẳng dingpha
phẳng dingpha và chọnlựa dingPha






+=






+=
=
=






=
=
=
=

+
+




(1.13)
[xem ptr(1.7)], bằng cách bù tần số (quay ngợc bộ pha phức
tj
e

) thông qua thành
tj
e

và lọc thích hợp kênh bởi
)t;(h
FM

trờng hợp pha đinh phẳng, bao gồm hiệu
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

8
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
chỉnh pha (pha kênh

( ) ( )
[ ]
tcargt
=
thay đổi ngẫu nhiên ) thông qua
( )
tc
*
, lọc thích
hợp xung bởi
( ) ( ) ( )
=
*
TFM
gT1tg
, và bù độ trễ định thời thông qua
( )
T+
.
Chú ý rằng, khi việc lọc thích hợp kênh tần số chính xác, thì không thay đổi thứ tự
các hoạt động, nghĩa là, việc hiệu chỉnh tần số và pha đợc thực hiện trớc khi lọc thích
hợp xung. Hiển nhiên, lệch tần số lớn và các biến đổi kênh nhanh làm cho tín hiệu thu
bị dịch tần số, sao cho phổ của nó thích hợp với xung bộ lọc thích hợp MF. Tuy vây, do
chỉ xét các lệch tần số (d) và độ rộng băng thông phađinh kênh là tơng đối nhỏ so với
độ rộng băng thông B, nên việc thiết kế máy thu và mô hình truyền dẫn cho các kênh
pha đing phẳng đợc đơn giản đáng kể bằng cách bù tần số và pha nh sau: xung MF
( ) ( )

MFMF
Gg

(đợc biết trớc và không đổi), nh vậy tránh đợc bộ lọc thích hợp
kênh tần số (lý tởng nhng không đợc biết trớc). Nh vậy xung MF có thể đợc thực hiện
hoặc nh phần đầu [chẳng hạn, bằng cách kết hợp nó với bộ tiền lọc tơng tự:
( ) ( )
= FG
MF
] hoặc nh bộ lọc số theo
( )
F
và sự chuyển đổi A/D. Khi đó đầu ra
của xung lọc thích hợp MF đợc viết
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
[ ]
( ) ( )
( ) ( )
[ ]
( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
[ ]
( )
))))))))))) )))))))))))) ))
) )) ))
1u
T

*
T
1uifsmall
uj
k
k
tj
k
k
tj
k
T
*
T
uj
k
tj
k
Tk
utj*
T
FM
dukTTutgug
T
1
e1atce
tmkTTtgatce
tmdukTTutgug
T
1

eatce
tmdukTTutgautceug
T
1
trtgtz
<<
<<





















+

=
+









+






=
=

nếunhỏ
(1.14)
trong đó
( ) ( ) ( )
tntgtm
FM
=
là tạp âm đợc lọc với mật độ phổ công suất
( ) ( ) ( ) ( )
== GNNGT1S
00
2
Tm
và hàm tự tơng quan
( ) ( )
tgNtR
0m
=
. Tuyệt
đại đa số các hệ thống làm việc trên các kênh pha đing đợc thiết kế sao cho tốc độ
phađinh duy trì ở bên dới tốc độ ký hiệu 1/ T, nên lấy xấp xỉ
( ) ( )
tcutc
là hợp lệ
trong khoảng của xung
( )
tg
T

mà búp sóng chính thuộc vùng - T < t < T. Số hạng thứ
ba của phơng trình (1.14) đợc xác định là độ méo do lọc không thích hợp khi sử dụng
( )

FM
g
-thay cho
( )
tge
FM
tj
trớc khi hiệu chỉnh tần số. Biết rằng, đối với kênh
AWGN thành phần này là nhỏ nếu lệch tần tơng đối nhỏ hơn 1. Vì vậy, đầu ra bộ lọc
thích hợp xung có thể đợc xấp xỉ bởi:
( )
( )
( )
( )
( ) ( )
)(tmkTTtgatcetz
k
k
tc
tj
T
phẳngdingpha
nhỏ
+

(1.15)
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

9
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
( )
tc


( )

T
G
Độ trễ
định thời
( )
Tt
Kênh
chọn lọc
tần số

( )
t;C
ảnh hưởng
kênh
( )
t;H


0
0 0
( )
kTta
k

tj
e

r
B2
( )
t;C



Lệch tần
số
n(t)
r(t)
B2
0

B2
Mô hình kênh chọn lọc tần số
Bộ lọc TX
( )

T
G
Độ trễ
định thời
( )
Tt
c(t)
( )
kTta
k

( )

MF
G
Xung
Nyquist bị
trễ
( )
Ttg
tj
e

Lệch tần

số
n(t)
r(t)
z(t)
Mô hình kênh không chọn lọc tần số
Kênh không chọn lọc
Méo nhân
(MD)
c(t)
( )
kTta
k

z(t)
m(t)
Méo nhân
(MD)
tj
e

Bộ lọc thích
hợp xung
Bộ lọc TX
Hình 1.3 Mô hình kênh pha đinh tuyến tính
Hình 1.3 tổng hợp thảo luận ở trên và minh hoạ các mô hình kênh truyền dẫn
cho các kênh pha đing chọn lọc tần số và không chọn lọc tần số. Nh đã đợc đề cập,
chỉ cho phép hoán vị việc hiệu chỉnh tần số và lọc thích hợp xung (nh đợc thấy trên
hình) khi các lệch tần tơng đối là nhỏ nằm trong khoảng 10 - 15 %.
Nếu điều này không đợc bảo đảm, thì phải dùng một bộ đồng bộ tần số riêng trớc
( )

FM
G
. Lọc thích hợp kênh lựa chọn tần số sẽ nhạy hơn đối với các lệch tần vì vậy,
nếu bộ lọc thích hợp kênh (phụ thuộc vào thời gian, không đợc biết trớc)
( ) ( ) ( )
t;CGt;H
*
FMFM
=
đợc sử dụng để thu gần tôi u (chơng 13, [1]), thì nên
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

10
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng I: Mô hình kênh và mô hình hệ thống
đồng bộ tần số trớc khi lọc thích hợp trừ khi dịch tần số trong khoảng hoặc nhỏ hơn tốc
độ kênh pha đinh.
1.3. Mô hình kênh phađinh rời rạc
1.3. Mô hình kênh phađinh rời rạc
Trong tất cả các thực hiện máy thu số, tín hiệu thu r(t) [phơng trình (1.6)] đợc lấy
mẫu. Để đảm bảo đủ nội dung thông tin, phải lấy mẫu tại tốc độ tối thiểu là bộ
( ) ( ) ( ) ( )
++== 2T11BT1
maxr
min
s
(xem hình 1. 3). Tuy nhiên, cần có một bộ
lọc chống chồng phổ (anti-aliasing) thông thấp lý tởng
( )
F

với độ rộng băng thông
2B
r
(một phía). Vì vậy, nhìn chung
( )
min
T
1
s
không tơng xứng với tốc độ ký hiệu
T1

và xét dịch tần số nhỏ
max

và các hệ số dốc định dạng xung điển hình trong phạm vi
giữa 0.2 và 0.7, có thể chọn tần số lấy mẫu danh định là
T2T1
s
=
. Vì vậy cho phép
chuyển giữa thông băng và không thông băng mịn bằng cách đó dễ dàng thực hiện bộ
lọc chống chồng phổ
( )
F
.
Trong khi tần số lấy mẫu thực tế của đồng hồ máy thu hoạt động tự do không bao
giời chính xác bằng 2/T (chơng 4, [1]), sự thay đổi tại các thời điểm định thời do các
tốc độ không tơng xứng đợc cho là vẫn duy trì đủ nhỏ trong khoảng thời gian đủ ngắn.
Điều này đặc biệt phù hợp với các kênh pha đinh ở đó thông tin hầu nh đợc chuyển vào

khối hoặc giống nh gói. Vì vậy, trong các khoảng thời gian của các khối đó, trễ định
thời tơng đối có thể đợc coi là dừng.
Tất nhiên, có nhiều thay đổi về việc lấy mẫu. Thí dụ, tín hiệu thu có thể đợc lấy mẫu
ở tốc độ cao hơn 2/T, chọn là 8/T, để chế tạo bộ lọc không tạo tần số giả đơn giản hơn
(tần số cắt cao hơn, độ dốc mịn hơn). Tuy nhiên, trong trờng hợp đó tín hiệu mẫu có
thể chứa tạp âm không và nhiễu kênh lân cận không mong muốn. Việc lọc thông thấp
số và quyết định nhận đợc tín hiệu ở tốc độ 2/T. Một cách khác là chuyển tín hiệu thu
vào một vài băng trung gian (hoặc âm thanh), sau đó lấy mẫu đầu bộ trộn tại tốc độ
cao bằng cách dùng một bộ chuyển đổi A/ D, sau đó chuyển số vào băng tần cơ sở, và
cuối cùng quyết định tốc độ 2/ T.
Nếu lấy mẫu cách kép ở tốc độ 2/T, thì tín hiệu thu r(t) đợc lấy mẫu [phơng trình
(1.6) bao gồm lệch tần] có thể đợc biểu diễn là:
( )
[ ]
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
i
k
n
i
k;nk,n
2ikTj
n
n
2ikTj
s
i
k
nhae

T
2
i
ktn
T
2
i
kt;nTT
2
i
khae
1,0iT
2
i
ktrTik2trr
+






=

+=+

+=






+==
=














+==+==



+

+

(1.16)
có các chỉ số i = 0, 1 ký hiệu cho các mẫu nhận giá trị tại các thời điểm định thời kT
(bội nguyên lần của T) và kT + T/2 (bội một phần hai nguyên lần của T). Từ phơng
Đỗ Văn Quang Lớp D2001VT

11