Bài giảng thông tin di động

PHẦN I: THÔNG TIN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Lịch sử phát triển.
Cuối thế kỷ thử 19 Marconi chỉ ra rằng thông tin vô tuyến có thể liên lạc trên cự ly xa, máy phát và
thu có khả năng di động so với nhau. Liên lạc vô tuyến lúc đó và cho tới suốt WWI chỉ là liên lạc bằng
điện báo Morse.
Năm 1928 sở cảnh sát Bayone - Mỹ triển khai mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên. Đặc điểm:
Cự ly liên lạc vài chục dặm, các máy di động khá cồng kềnh, tốn nguồn, đặt trên ô tô để liên lạc về
một trạm gốc (BS: Base Station) ở trung tâm. Chất lượng liên lạc cực kỳ kém do đặc điểm truyền song di
động rất phức tạp mà các máy chỉ gồm 10 đèn điện tử thực hiện các chức năng tối thiểu.
Các hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh và hình thành mạng PSTN (Public Switching
Telephone Network) song suốt thời gian dài VTDĐ không phát triển do hạn chế về công nghệ.
Năm 1947 Bell Labs cho ra ý tưởng về mạng điện thoại di động tế bào: Các máy di động lưu động
tự do và chuyển vùng khi từ tế bào này sang tế bào khác. Các tế bào được tổ chức nhằm phủ kín vùng
phủ song (là vùng địa lý được cung cấp dịch vụ di động) và kết nối thành mạng thông qua chuyển mạch
(tổng đài điện thoại di động) được bố trí tại trung tâm vùng.
Cấu hình cơ bản mạng tế bào:

Ý tưởng của Bell Labs phải xếp xó do hạn chế về mặt công nghệ.
Các hệ thống bộ đàm dùng sóng cực ngắn ra đời song không đáp ứng được yêu cầu:
- Liên lạc di động trên phạm vi rộng
- Không phục vụ được đông người
Năm 1979 mạng điện thoại di động tế bào đầu tiên được đưa vào sử dụng ở Mỹ và phát triển rất
nhanh do tính thuận tiện sử dụng và doanh thu lớn. Mạng di động tế bào đuợc ra đời nhờ các tiến bộ kỹ
thuật về:
- Các hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dung lượng cao
- Kỹ thuật vi mạch: VLSI ra đời (Very Large Scale Integrated Circuit) cho phép tích hợp hang
trăm ngàn đến 10
6
transitor trong một máy di động, giải quyết cơ bản khó khăn do truyền

sóng di động gây ra.
Ngày nay trên toàn thế giới số thuê bao di động đã lên tới 500 triệu. Doanh số thu được từ dịch vụ
liên lạc di động đã bắt kịp và vượt doanh số của dịch vụ cố định từ năm 1998 (Châu Âu). Khả năng
roaming toàn cầu đã có, nhiều thế hệ thông tin di động ra đời. Mới nhất là 3G (IMT2000).
1.1.2. Phân loại hệ thống thông tin di động.
a) Phân loại theo đặc tính tín hiệu:
- Analog: Thế hệ 1, thoại điều tần analog, các tín hiệu điều khiển đã số hoá toàn bộ.
- Digital: Thế hệ 2 và cao hơn. Thoại, điều khiển đều số hóa. Ngoài thoại còn có khả năng phục vụ các
dịch vụ khác như truyền số liệu…
b) Phân loại theo cấu trúc hệ thống:
- Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp dịch vụ trên diện rộng với khả năng lưu động (roaming) toàn
cầu (liên mạng).
- Vô tuyến viễn thông không dây (CT: Cordless Telecome) cung cấp dịch vụ trên diện hẹp, các giải
pháp kỹ thuật đơn giản, không có khả năng roaming.
- Vành vô tuyến địa phương (WLL: Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến với
chất lượng như điện thoại cố định cho một vành đai quanh một trạm gốc. Không có khả năng
roaming. Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho các vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới
điện thoại cố định chưa phát triển.
c) Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến:
- FDMA (Frequency Divition Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo tần số). Mỗi thuê bao truy
nhập mạng bằng một tần số, băng tần chung W được chia thành N kênh vô tuyến. Mỗi một thuê bao
truy nhập và liên lạc trên kênh con trong suốt thời gian liên lạc.
 Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, yêu cầu về đồng bộ không quá cao.
 Nhược điểm: Thiết bị trạm gôc cồng kềnh do có bao nhiêu kênh (tần số sóng
mang kênh con) thì tại trạm gốc phải có bấy nhiêu máy thu phát.
- TDMA (Time Divition Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo thời gian) Các thuê bao dùng
chung một tần số song luân phiên về thời gian.
 Ưu điểm: Trạm gốc đơn giản do với một tần số chỉ cần một máy thu phát phục vụ
được nhiều người truy nhập (phân biệt nhau về thời gian).
 Nhược điểm: Đòi hỏi đồng bộ ngặt nghèo.

- CDMA (Code Divition Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo mã) Các thuê bao dùng chung
một tần số trên suốt thời gian liên lạc. Phân biêt nhờ sử dụng mã trải phổ khác nhau, nhờ đó hầu như
không gây nhiễu lẫn nhau.
 Ưu điểm: Hiệu quả sử dụng phổ cao. Có khả năng chuyển vùng mềm và dơn giản
trong kế hoạch phân bổ tần số. Khả năng chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị
trạm gốc đơn giản (1 máy thu phát).
 Nhược điểm: Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất ngặt nghèo. Chênh
lệch công suất thu tại trạm gốc từ các máy di động trong một tế bào phải <= 1dB.
Trái lại thì số kênh phục vụ được.
d) Phân loại theo phương thức song song:
- FDD (Frequecy Divition Duplex: Song công phân chia theo tần số). Băng tần công tác gồm 2 dải tần
dành cho đường lên up-link từ MS tới BS và đường xuống down-link từ BS tới MS. Trong đó đường
lên luôn là dải tần thấp vì MS có công suất nhỏ hơn, thường di động và có khả năng bị che khuất, khi
đó với giải pháp tần thấp hơn (bước sóng lớn hơn) thì khả năng bị che khuất giảm.
- TDD (Time Divition Duplex: song công phân chia theo thời gian) Khung thời gian công tác được
chia đôi, 1 nửa cho đường lên, 1 nửa cho đường xuống.
1.2. Một số hệ thống thông tin di động hiện tại.
1.2.1. Thông tin di động tế bào mặt đất: Các hệ thống tiêu biểu:
- Thế hệ 1: AMPS (Analog Mobile Phone Service) của Mỹ (ra đời 1983): FDMA, W=30KHz, FM,
FDD như NTM-450 (1981), NTM-900 (1986).
- Thế hệ 2: IS-95 (Interim Standar - 95) của Mỹ năm1993: CDMA, BPSK/QPSK, W=1,25MHz, TDD.
- Thế hệ 3: IMT-2000 (International Mobile Telecommunication - 2000) Hiện đang còn tiêu chuẩn
hoá, chưa có hệ thống thương phẩm. Các hệ thống đã triển khai thực tế chỉ phục vụ đo lường tiêu
chuẩn hoá. Dự kiến từ năm 2003 trở đi sẽ có trên thực tế song gồm 5 nhóm tiêu chuẩn, tiêu biểu nhất
là WCDMA của Châu Âu (CEPT) và Nhật (ARIB), CDMAone của Mỹ.
1.2.2. Thông tin di động mặt đất – CT:
CT-2, DECT (Châu Âu), PACS (Personal Access Com Syst) (Mỹ), PHS (Personal Handyphone
Syst) (Nhật).
1.2.3. Các hệ thống nhắn tin (Pagin ): Rất đa dạng bao gồm nhắn tin số, nhắn tin bằng ký tự và chuyển
tin nhắn thoại.

1.2.4. Các hệ thống WL: Rất đa dạng.
1.2.5. Các hệ thống thông tin di động qua vệ tinh:
+Sử dụng vệ tinh địa tĩnh: Inmarsat-C cho hàng hải (Geostationary Orbit ) (GEO) – Global Star.
+Sử dụng vệ tinh tầm thấp (LEO): Iridium… chưa phát triển, thậm chí còn phá sản.
1.2.6. Các hệ thống thông tin di động hàng không.
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG I
Câu 1. Các phương thức truy nhập vô tuyến chính của hệ thống Thông tin di động?
Câu 2. Trình bày về mạng WL
CHƯƠNG II: KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG
2.1. Các đặc điểm cơ bản của truyền sóng trong môi trường di động
Kênh vô tuyến di động gây ra những hạn chế cơ bản đối với chất lượng liên lạc. Kênh VTDĐ có
thể thay đổi từ dạng LOS (Line Of Sight) đến dạng bị che chắn bởi các chướng ngại di dộng hay cố định.
Các tham số của đường truyền nói chung là ngẫu nhiên do đó mô hình hoá chúng là vấn đề khó khăn
nhất trong thiết kế hệ thống, thường được giải quyết bằng phương pháp thống kê. Các yếu tố tác động cơ
bản tới truyền sóng vô tuyến di động bao gồm: Tổn hao đường truyền, pha-đinh, hiệu ứng Doppler và
trải trễ đường truyền.
2.1.1. Tổn hao đương truyền:
Là yếu tố quyết định phạm vi phủ sóng của một trạm gốc.
a.Mô hình truyền sóng trong không gian tự do.

( )
2
.
2
2
. .
P ( )
4. . .
t t r
r

P G G
d
d L
λ
π
=
(1)
Trong đó:
,
t r
P P
: Công suất phát và thu

,
t r
G G
: tăng ích anten phát và thu

λ
: Bước sóng (m)
d: Khoảng cách (m)
L: Tổn hao của phần cứng HT
Khi L=1 thì (1) trở thành

[ ]
10lg 10lg 20lg 20lg 147.6
pl t r
L G G f d dB= + − − +
(2)
→

suy giảm có tốc độ 20dB/decade
Chú ý: d=0 thì (1) và (2) không có nghĩa
→
mô hình cải biến.
Chọn
0
d
là khoảng gần trạm (close-in distance) tại dó công suất thu được lấy làm chuẩn. Khi đó
(1) trở thành:

2
0
0
( ) ( ).
r r
d
P d P d
d
 
=
 ÷
 

0 f
d d d≥ ≥
(3)

2
2
f

D
d
λ
=
: Cự ly trường xa.
D: kích thước vật lý lớn nhất của anten phát.
⇒
[ ]
0 0
( )
( ) 10lg 20lg
1 W
r
r
P d d
P d dBm
m d
 
= +
 ÷
 
Chú ý: Mô hình này đơn giản song chỉ áp dụng được cho các vùng đất phẳng và có điều kiện LOS
trên toàn vùng phủ sóng.
b.Mô hình tổn hao đường truyền trên cự ly xa. (Luật mũ n )

[ ]
0
0 0
( ) ( ) ( ) 10. .lg
n

d d
PL PL dB PL d n
d d
α α
   
= ⇒ = +
 ÷  ÷
   
(4)
Bảng 2.1: Các số mũ của tổn hao trong các môi trường khác nhau
Môi trường truyền sóng n
Không gian tự do 2
Vô tuyến tế bào vùng đô thị 2.7 - 3.6
Vô tuyến tế bào vùng đô thị có che khuất 3 - 5
LOS, bên trong toà nhà 1.6 - 1.8
Có chướng ngại, bên trong toà nhà 4 - 6
Có chướng ngại, bên trong các nhà máy 2 - 3

Thông thường trong các vùng đô thị nói chung, n
≈
4 - Luật mũ 4.
c. Sự che khuất (bóng râm) chuẩn log:
Mô hình (4) không hoàn toàn chính xác cho mọi điểm cách đều BS, mà chỉ có ý nghĩa tổn hao
trung bình. Việc dự đoán tổn hao còn phụ thuộc vào tại điểm đo có bị che khuất hay không… Các đo
lường đã cho thấy rằng mọi d, PL(d) tại một điểm cụ thể là 1 giá trị ngẫu nhiên, phân bố log - chuẩn
(chuẩn theo dB) quanh giá trị trung bình. Nghĩa là:

0
0
( ) ( ) ( ) 10. .lg

d
PL d PL d X PL d n X
d
σ σ
 
= + = + +
 ÷
 
(5)
Trong đó
X
σ
là một biến ngẫu nhiên, Gauss kỳ vọng = 0 có độ lệch quân phương là
σ
(cả
X
σ
và
σ
đều tính theo dB).
Hiện tượng này được gọi là che khuất chuẩn log. Điều này hàm ý rằng bất luận mô hình thế nào,
giá trị thực của PL(d) phải được kiểm nghiệm và làm khớp bằng đo lường.
d. Mô hình Hata.
Tổn hao đường truyền hiển nhiên phụ thuộc vào địa hình và toạ độ anten phát và thu. Mô hình
Hata cho khu vực đô thị :
( ) ( )
[ ]
BS
69.55 26.16lg 82lg ( ) 44.9-6.55lgh .lg( )
u

H BS MS
L f h a h d dB= + − − +
(6)
Trong đó: f (MHz)

BS
h
và
MS
h
là cao độ anten BS và MS (m)

( )
MS
a h
là hệ số điều chỉnh phụ thuộc địa hình
d là khoảng cách BS-MS (km)
Với đô thị nhỏ và vừa:

( ) ( ) ( )
1.1lg 0.7 1.56lg 0.8
MS MS
a h f h f= − − −
(7)
Với đô thị lớn:

( ) ( )
2
8.29 lg 1.54 1.1
MS MS

a h h= − 
 
với
200f MHz∀ ≤

( ) ( )
2
3.2 lg 11.75 4.97
MS MS
a h h= − 
 
với
400f MHz∀ ≥
Với vùng ngoại ô:

[ ]
2
2 lg 5.4
28
sub u
H H
f
L L dB
 
 
= − −
 ÷
 
 
 

(8)
Với vùng nông thôn:

( )
[ ]
ur
2
4.78 lg 18.33lg 40.94
r u
H H
L L f f dB= − + −
(9)
Các giới hạn của mô hình Hata:

150 1500
30 200 , 1 10 , 1 20
BS MS
f MHz
h m h m d km
= →
= → = → = →
2.1.2. Pha-đing
Khi khoảng cách MS-BS tăng, mức điện thu trung bình giảm. Qua những khoảng cách tương đối
ngắn, mức điện thu trung bình có thể xem là const song mức tín hiệu thu tức thời có thể thay đổi nhanh
với những lượng tiêu biểu tới 40dB. Những thay đổi nhanh này được gọi là pha-đing nhanh.
Nguyên nhân: Sự truyền lan theo nhiều tia của sóng vô tuyến trong môi trường di động (do phản
xạ, nhiễu xạ và tán xạ từ các chướng ngại) pha-đing này còn được gọi là pha-đing đa đường.
Xét trường hợp đơn giản nhất, khi MS dừng và không có các chướng ngại di động. Do sóng tới MS
theo rất nhiều đường khác nhau và nếu thừa nhận rằng các tia này độc lập nhau thì đường bao tín hiệu
thu được sẽ có pdf ( probability density function: Hàm mật độ xác suất) Rayleigh có dạng:

2
2 2
r
( ) exp -
2
r
f r
σ σ
 
=
 
 
với
0 r≤ ≤ ∞

( ) 0f r =
với
0r <

Pha-đing được gọi là phẳng nếu nó xảy ra như nhau mọi f thuộc W của kênh.
2.1.3. Hiệu ứng Doppler:
Khi MS di đông so với BS hoặc khi có chướng ngại di động thì các tia sóng tới máy thu MS còn
chịu tác động của hiệu ứng Doppler.
Xét trường hợp đơn giản nhất: Khi BS phát một sóng mang không điều chế. Sóng mang vô tuyến
này truyền tới BS theo nhiều tia. Xét tia thứ i:

Khi đó tín hiệu thu được theo tia song thứ i có tần số bị dịch đi một lượng dịch tần Doppler:
i
. os( )

i
D m
f f c
α
=
Với
.c
m
f v
f
c
=
. Tức là tần số tín hiệu thu được là:

i i
. os 1 . os
c m c
v
f f c f c
c
α α
 
+ = +
 ÷
 
Lượng dịch tần Doppler
D
f
cực đại khi
i

α
=0 hay 180 độ và càng lớn khi v càng lớn. Hiện tượng
này xấu nhất khi MS trên xe chạy trên xa lộ, trong đó các anten trạm gốc được bố trí trên cầu vượt xa lộ
và phát dọc theo xa lộ.
Khi
i
α
phân bố đều, tần số Doppler sẽ có phân bố cosin ngẫu nhiên. Mật độ phổ công suất S(f)
(Doppler) có thể tính được như sau:
Công suất tín hiệu tới theo góc
d
α
là công suất Doppler S(f)df trong đó df là vi phân theo
α
của
lượng dịch tần Doppler
. os
m
f c
α
. Việc truyền một sóng mang không điều chế sẽ thu được như một tín
hiệu nhiều tia, có phổ không còn là một tần số
c
f
đơn nữa mà là một phổ bao gồm các tần số
( )
c m
f f∈ ±
.
mà là một phổ bao gồm các tần số thuộc

c m
(f ± f )
Phổ Doppler của một sóng mang không điều chế
*/ Tổng quát nếu tín hiệu là một sóng mang có điều chế thì phổ thu được của một MS có một tốc
độ cụ thể có dạng :
2
m
A
S(f) =
1-(f/f )
(10)
A:là một hằng số
-Chú ý :f
m
phụ thuộc vào tích của vận tốc và tần số truyền.
2.1.4. Trải trễ
Đối với thông tin di động số,việc truyền dẫn tín hiệu theo nhiều tia sóng trong môi trường di
động dẫn đến sự trải trễ .
ΔD
lượng trải trễ . Độ trải trễ có thể xem như độ dài của một xung thu khi xung cực hẹp được
phát đi.
Hiện tượng trải trễ hạn chế tốc độ truyền tin :tốc độ truyền (tốc độ bít ) ở thí dụ trên là 1/T. Để
không xảy ra hiện tượng ISI (intersymbol Interference:nhiễu xuyên giữa các dấu ) thì
TΔD≥
,tức là
R=1/T<1/
D∆
→
D∆
càng lớn tốc độ truyền tin càng nhỏ.

Với thông tin di động trong nhà :
D∆
thường
≤
500 ns=0.5
s
µ
→
tốc độ tối đa có thể đạt được là
2Mb/s mà có thể không cần san bằng kênh .
Với thông tin di động tế bào lớn
D∆
có thể
10 s
µ
≥

→
để truyền tin với tốc độ cao
( 64 / )Kb s≥
nhất thiết phải có san bằng .
2.2. Mô tả toán học các kênh vô tuyến di động các hàm hệ thống Bello
Các kênh vô tuyến di động nói chung là các kênh biểu biến đổi theo thời gian .Bello đã đề nghị
một tập 8 hàm hệ thống để mô tả các kênh di động như một hệ thống tuyến tính biến đổi theo thời
gian .Mỗi hàm là một mô tả đầy đủ kênh và nếu biết hoàn toàn một hàm có thể tính toán mọi hàm còn
lại.Mỗi một hàm hệ thống Bello sử dụng 2 trong 4 biến sau:
Tên biến Ký hiệu Đơn vị
Thời gian t (s)
Tần số f (Hz)
Độ trễ

τ
(s)
Dịch tần Doppler
υ
(Hz)
Các biến t & f là các biến đối ngẫu nhiên quen thuộc ,trong khi đó các biến T và v là các toán tử
đối ngẫu mô tả chuyển dịch tần số và thời gian.
Có cả thảy 12 cách ghép đôi 4 biến trên, song Bello đã chỉ xác định 8 hàm số do 4 khả năng trong
chúng là cá biến từ cùng một cặp biến đổi Fourier (t,
υ
;
υ
,t;
τ
,f; f,
τ
). Việc lựa chọn các cặp biến của
Bello nhằm mô tả đầy đủ nức độ phân tán cả về hàm số và thời gian của kênh di động.
2.2.1. Hàm trải trễ lối vào h(t,
τ
)
h(t,
τ
) được định nghĩa là đáp ứng xung lối ra của một kênh biến đổi theo thời gian tại thời điểm
t đối với một xung đơn vị lối vào từ
τ
giây trước đó
( ) ( , ). ( )z t h t u t d
τ τ τ
∞

−∞
→ = −
∫
(1)
u(t): tín hiệu vào
h(t,
τ
) mô tả kênh trên miền t-z và là hàm trải trễ lối vào do độ trễ lien hệ với cổng vào (tín hiệu
vào) của kênh.
*/ Ý nghĩa và ứng dụng
-Ý nghĩa: Từ (1) có thể hình dung z(t) là tín hiệu ra của một đươcngf dây trễ với các khâu trễ dày
đặc d
τ
(hình vẽ) với h(t,
τ
) d
τ
là trọng số của mắt trễ
-Ứng dụng: thích hợp trong mô phỏng máy tính kênh di động
2.2.2. Hàm trải _ Doppler trễ S(
,
τ υ
)
Được định nghĩa thông qua:
2
( ) ( , ) ( )
j t
Z t S u t e d d
υ
τ υ τ υ τ

∞ ∞
Π
−∞ −∞
= −
∫ ∫
(2)
S(
,
τ υ
) là tăng tich mà các tín hiệu có đượckhinchịu giữ chậm trong giải [
, d
τ τ τ
+
] và dịch tần
Doppler trong dải [
, d
υ υ υ
+
].
S[
,
τ υ
] dùng miền
τ υ
−
để mô tả kênh . Ít nhất đợc sủ dụnh trong kênh mô phỏng do tích phân
2 lớp sẽ làm khối lượng tính toán tăng.
Ý nghĩa: biểu thị sự phân tán thời gian và tần số
Chú ý: h(t,
τ

) và S(
,
τ υ
) là một cặp biến đổi Fourier giữa 2 biến t và
υ
với biến
τ
dã cho
(chung).Do t đối ngẫu f,
τ
đối ngẫu
υ
ta có thể thấy rằng miền giữ chậm đi cặp với miền tần số.
Có thể thấy từ (1) và (2) rang biến đổi Fourier miền thời gian lại sang miền dịch tần Doppler chứ
không phải sang miền tần số như đối với các hệ thống không biến đổi theo thời gian. Đây chính là do sự
thay đổi kênh (của h(
τ
)) theo thời gian gây nên dịch tần Doppler.Tương ứng phản ứng tần số của kênh
tại thời điểm t xác định (là một hàm của
τ
) sẽ quy định phổ của kênh.Tức là miền trễ đi cặp biến đổi
Fourier với miền tần số.
2.2.3. Hàm truyền biến đổi theo thời gian T(f,t)
T(f,t) được xác định theo:
2
( ) ( , ). ( )
j ft
z t T f t U f e df
∞
Π

−∞
=
∫
(3)
Là hàm truyền tương tự hàm truyền của hệ thống LTI song thay đổi theo thời gian.
Dễ dàng thấy rằng
( , ) ( , )
F
h t T f t
τ
ƒ
với một biến t chung.
Thay u(t-z) trong (1) bằng biến đổi Fourier của nó ta có:
(1)
2 ( )
( ) ( , ) ( ) dfd
j f t
z t h t U f e
τ
τ τ
∞ ∞
Π −
−∞ −∞
=
∫ ∫

2 ( ) 2
( ) ( , ) d ( )
j f t j ft
z t h t e U f e df

τ
τ τ
∞ ∞
− Π − Π
−∞ −∞
 
=
 
 
∫ ∫
So sánh với (3) ta có: T(f,t)=
2
( , )
j fz
h t e d
τ τ
∞
− Π
−∞
∫

1
( , ) ( , )
F
T f t h t
τ
−
ƒ
với biến t chung.
2.2.4. Hàm trải Doppler lối ra H(f,

υ
)
H(f,
υ
) Mô tả kênh trong miền f-
υ
xác định được theo:
( ) ( ). ( , )Z f U f H f d
υ υ υ υ
∞
−∞
= − −
∫
(4)
H(f,
υ
) được biểu diễn như phản ứng phổ của kênh tại một tần số vượt quá
υ
Hz so với tín hiêu
Síoid lối vào tại tần số f Hz
Lượng dịch tần Doppler d
υ
liên quan tới lối ra, do đó hàm có tên hàm trải Doppler lối ra.
Ý nghĩa và ứng dụng:
*/ Ý nghĩa: có thể hình dung (4) như một chuỗi đổi tần phân mắt dày đặc:
*/ Ứng dụng: Sử dụng thuận tiện như hình vẽ ứng với (1) trong mô phỏng máy tính.Cho phép
tính toán trên miền tần số.
Dễ dàng thấy được H(
,f
υ

) và T(
,f
υ
) là một cặp biến đổi theo F.
T(
( , ) ( , )exp 2f H f j td
υ υ υ υ
∞
−∞
= Π
∫
(4’)
Đồng thời H(
,f
υ
) cùng tạo thành một cặp
{ }
F
với S(
,
τ υ
) với biến chung
υ
:
S(
,
τ υ
)=
( , )expj2 fdH f
υ τ τ

∞
−∞
Π
∫
(4’’)
2.2.5. Hàm trải Doppler lối vào G(
,f
υ
)
Định nghĩa theo :
Z(f)=
( , ) ( )G f U f d
υ υ υ
∞
−∞
−
∫
(5)
Đây là quan hệ đối ngẫu của (1) và G(f,
υ
) là hàm đối ngẫu của h(t,
τ
)
Các thay đổi quan hệ cho các đối ngẫu
Kí hiệu gốc Kí hiệu đối ngẫu
T f
f T
τ
υ
υ

τ
Exp(.) Exp( )
Exp-(.) Exp(.)
x(t) X(f)
X(f) x(t)
2.2.6. Hàm trải trễ lối ra g(t,
τ
)
Là đối ngẫu của hàm trải Doppler lối ra H(f,
υ
)
định nghĩa theo:
( ) ( ) ( , )Z t u t g t z z dz
υ
∞
−∞
= − −
∫
(6)
(6) là đối ngẫu của (4)
2.2.7. Hàm trải trễ Doppler v(
,
υ τ
) là đối ngẫu của S
( , )
τ υ
( ) ( , )exp-j2 fdZ t v d
υ τ τ τ υ
∞ ∞
−∞ −∞

= Π
∫ ∫
(7)
2.2.8. Hàm điều chế phụ phuộc tần số M(t,f) là đối ngẫu của T(f,t)
( ) ( , ) ( )exp-2 jftdtz f M t f u t
∞
−∞
= Π
∫
(8)
2.2.9. Mô tả của các kênh phụ thuộc thời gian ngẫu nhiên
Kênh tuyến tính tổng quát thay đổi theo thời gian có thể xem như là xếp chồng của một kênh xác
định và một kênh có trung bình toàn thể bằng không,hoàn toàn ngẫu nhiên (hình vẽ)
-Kênh xác định xác định hoàn toàn bằng cách sử dụng trực tiếp các hàm hệ thống từ 1
8
÷
.Các
hàm này trở nên quá trình ngẫu nhiên một khi được sử dụng để mô tả thành phần ngẫu nhiên của kênh
-Rất khó xác định đầy đủ các dặc trưng thống kê của các hàm hệ thống khi mô tả thành biến đổi
ngẫu nhiên  áp dụng giải pháp xác định các hàm tương quan cho một hàm hệ thống Bello bất kì (giải
pháp này thiếu tính chặt chẽ song là một giải pháp thực tế).
a) Hàm tự tơng quan của một quá trình ngẫu nhiên giải thông
*/ Định nghĩa: Hàm tự tương quan
1 2
( , )
Y
R t t
của một quá trình ngẫu nhiên y(t) là giá trị kỳ vọng
củ tích y(
1 2

). ( )t y t
:
2
1 2 1 1 2 1 2 1 2
( , ) ( , ; , )
Y
R t t y y f y y t t dy dy
∞ ∞
−∞ −∞
=
∫ ∫
(9)
Trong đó
1 2
( ,f y y
;
1 2
, )t t
là hàm mật độ xác suất bậc 2 của quá trình y(t):
2
1 2 1 2
1 2 1 2
1 2
( , ; , )
( , ; , )
F y y t t
f y y t t
y y
∂
∂ ∂

@
với F(.) là hàm mật độ tích luỹ (phân bố xác suất) được định nghĩa theo:

1 2 1 2 1 1 2 2
( , ; , ) Pr{y(t ) , y(t ) }f y y t t y y< <@
Có thể kí hiệu theo:
1 2 1 2
( , ) y(t )y(t )
Y
R t t =<
<.> trung bình toàn thể hay kì vọng
**/ Đường bao phức của một hàm giải thông
Xét một hàm giải thông: y(t)=A(t)cos[2
( )]
c
f t t
θ
Π +
=Re
{ }
2 ]
[ ( )
( )
c
f t
j t
A t e
θ
+ Π
=Re

{ }
2
( )
( ) .
c
j f t
j t
A t e e
θ
Π
Nếu
c
f
dã biết thì
2
c
j f t
e
Π
không mang thông tin.Khi đó việc xét y(t) tương đương với việc nghiên
cứu với z(t)=
( )
( )
j t
A t e
θ
. z(t) là đường bao phức hay tương đương thông thấp của y(t).
***/ Hàm tự tương quan thông thấp tương đương
{ } { }
1 2 1 c 1 2 c 2

( , ) Re ( )expj2 f .Re ( )expj2 f
y
R t t z t t z t t= Π Π
{ }
{ }
*
1 2 1 2 1 2 2 1
1 1
Re ( ) ( ) expj2 ( ) Re ( ) ( ) expj2 ( )
2 2
c c
z t z t f t t z t z t f t t= Π + + Π −
(do Re z=
*
1
( )
2
z z+
)
Nói chung với các quá trình băng hẹp thì hầu như
1 2
( ) ( )z t z t
=0 và điều này được giả thiết là
đúng với các kênh vô tuyến di động. Do đó
{ }
*
1 2 1 2 2 1
1
( , ) Re ( ) ( ) expj2 ( )
2

y c
R t t z t z t f t t= Π −
(10)
b) Các kênh ngẫu nhiên biến đổi theo thời gian tổng quát
Từ đây ta sẽ nghiên cứu các biểu thức thông thấp tương tương. Khi đó với hàm trải trễ lối vào
(1) ta có:
*
1 2 1 2 1 1 2 2
( , ; , ) ( , ) ( , )
h
R t t h t h t
τ τ τ τ
=
Từ đây ta có:
*
1 2
( ) ( )z t z t
=
* * * *
1 1 1 1 1 2 2 2 2 2
( , ) ( ) ( , ) ( )h t u t d h t u t d
τ τ τ τ τ τ
∞ ∞
−∞ −∞
− −
∫ ∫
=
* *
1 1 2 2 1 1 2 2 1 2
( , ) ( , ) ( ) ( )h t h t u t u t d d

τ τ τ τ τ τ
∞ ∞
−∞ −∞
− −
∫ ∫
lấy trung bình 2 vế ta có : (lấy kì vọng 2 vế)
* * * * *
1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2
( ) ( ) ( , ) ( , ) ( ) ( )z t z t h t h t u t u t d d
τ τ τ τ τ τ
∞ ∞
−∞ −∞
= − −
∫ ∫
+Nếu u(t) là tất định thì có thể đưa ra khỏi trung bình toàn thể và :
* * * * *
1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2
( ) ( ) ( , ) ( , ) ( , ) ( ) ( )
z
z t z t R t t h t h t u t u t d d
τ τ τ τ τ τ
∞ ∞
−∞ −∞
= = − −
∫ ∫
+Nếu u(t) ngẫu nhiên và độc lập với đặc tính kênh thì:
* * * *
1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2
( , ) ( , ) ( , ) ( ) ( )
z

R t t h t h t u t u t d d
τ τ τ τ τ τ
∞ ∞
−∞ −∞
= − −
∫ ∫
=
* *
1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2
( , ; , ) ( , ) ( , ) ( ) ( )
h
R t t h t h t u t u t d d
τ τ τ τ τ τ τ τ
∞ ∞
−∞ −∞
= − −
∫ ∫
=
1 2 1 2 1 1 2 2 1 2
( , ; , ) ( , )
h u
R t t R t t d d
τ τ τ τ τ τ
∞ ∞
−∞ −∞
− −
∫ ∫
Định nghĩa:
*
1 2

1 2
*
1 2
( ) ( )
( , )
( ) ( )
u
u t u t
F t t
u t u t

=

< >


Ta có thể viết một cách tổng quát:
R
z
(t
1
,t
2
)=
1, 2 1, 2 1 1 2 2 1 2
( , ) ( , )
h u
R t t F t t dt d
τ τ τ τ τ
∞ ∞

−∞ −∞
− −
∫ ∫
(11)
Tương tự chúng ta có các hệ giữa các hàm tự tương quan của tín hiệu lối ra kênh với các hàm
liên quan của các hàm hệ thống Bello khác :
Hàm tự tương quan Các quan hệ hàm tương quan vào ra
R
h
(t
1
,t
2
;
1, 2
τ τ
)=<h*(t1,
1
τ
)h
2
(t
2
,
2`
τ
)> R
Z
(t.
1

,t
2
)=
1 1, 2 2 1 2 1 2 1 2
( ) ( , ; , )
u h
F t t R t t d d
τ τ τ τ τ τ
− −
∫∫
R
T
(f
1
,f
2
;t
1
,t
2
)=<T*(f
1
.f
2
)> R
Z
(t
1
,t
2

)=
u(t) tất định
u(t) nhẫu nhiên
1
1 2 1, 2 1, 2 2 2 1 1 2
( , ) ( ; )exp 2 ( )
T
F f f R f f j f t f t df df
τ τ
Π −
∫∫
U
R
H
(f
1
,f
2
;
1 2
,
υ υ
)=<H*(f
1
,
1
υ
)H(f
2
,

2
υ
)>
Rz(f1,f2)=
1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2
( , ) ( , , , ) ,
H
F f f R f f d d
υ υ υ υ υ υ υ υ
− − − −
∫∫
U
1, 2 1 2 1 1 2 2
( ; , ) *( , ) ( , )
S
R S f S f
τ τ υ υ υ υ
=< >
1 1 2 2 1 2 1 2
1 2
2 2 1 1 1 1 2
( , ) ( , ; , ).
( , )
exp 2 ( )
τ τ τ τ υ υ
υ υ υ τ υ τ
− −
=
Π −
∫∫∫

∫
u S
Z
F t t R
R t t
j t t d d d d
1 2 1, 2 1 1 2 2
( , ; ) *( , ) ( , )
g
R t t g t g t
τ τ τ τ
=<
>
1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2
( , ) ( , ) ( , , , )
Z u g
R t t F t t R t t d d
τ τ τ τ τ τ τ τ
= − − − −
∫∫
1 2 1 2 1 1 2 2
( , ; , ) *( , ) ( , )
M
R t t f f M t f M t f=< >
Z
R
(f
1
,f
2

)=
1 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 2
( , ) ( , ; , )exp 2 ( )
u M
F t t R t t f f j t f t f dt dt− Π −
∫∫
1 2 1 2 1 1 2 2
( , ; , ) *( , ) ( , )
G
R f f G f G f
υ υ υ υ
=< >
1 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2
( , ) ( , ) ( , ; , 2)
Z G
R f f F f f R f f d d
υ υ υ υ υ υ
= − −
∫∫
U
1
, 1, 2 1 2 1 1 2 2
( ; , ) *( , ) ( , )
V
R V V
τ
υ υ τ τ υ τ υ τ
=< >
1 1 2 2 1 2 1 2
1 2

2 2 1 1 1 1 2 2
( , ) ( , ; , )exp
( , )
2 ( )
V
Z
F F F R
R f f
j f f d d d d
υ υ υ υ τ τ
τ τ τ υ τ υ
− −
=
− Π −
∫∫∫∫
U
Trong đó F
U
là hàm đối ngẫu của F
U

F
U
(t
1
,t
2
)
@

*
1 2
*
1 2
( ) ( )
( ) ( )
U f U f
U f U f





c) Ứng dụng :
Các quan hệ giữa hàm tự tương quan của tín hiệu lối ra kênh và các hàm tự tương quan của các
hẹ thống Bello trên đây có thể áp dụng được cho bất kì kênh tuyến tính biến đổi theo thời gian nào .Việc
có được các quan hệ trên cho phép mô hình hoá kênh trong n/c.Tuy nhiên trong một số trường hợp kênh
tuân theo một số các hạn chế nào đó thì hoàn toàn có thể đơn giản hoá nữa.Ta sẽ xét chúng trong mục
sau.Trước khi bàn đến điều này ta sẽ có một số chú ý:
d, Các chú ý :
*/ Các hàm Bello có thể chia làm 2 tập, có thể được sắp xếp theo mẫu đối xứng theo quan hệ Foruier
**/Các hàm tự quan của các hàm Bello cũng có thể sắp đối xứng một cách tương tự .Thí dụ ,
nếu U(f) tiền định
nếu U(f) ngẫu nhiên
DF: Double Fourier Tranform
2.2.10. Các trường hợp đơn giản hoá
a/ Các kênh dùng theo nghĩa rộng (WSS: Wide-Sense Stationary)
*/ Định nghĩa :Một quá trình được gọi là dừng theo nghĩa rộng theo thời gian nếu như kì vọng và tự
tương quan của nó độc lập với thời gian tuyệt đối >
Thí dụ :

1 2 1 2
( , ; , )
h
R t t
τ τ
/
WSS=
1 2
( ; , )
h
R t
τ τ
∆
;
2 1
t t t∆ = −
Khi đó :
1 2 1 2 1 1 2 2 1 2
( , ) ( ; , ) ( , )
Z h u
R t t R t F t t d d
τ τ τ τ τ τ
= ∆ − −
∫∫
→
Hàm tự tương quan lối ra vẫn là một hàm của thời gian tuyệt đối .
**/ Miến dịch tần Doppler mang cùng thông tin như miến thời gian do đi cặp qua biến đổi Foruier
→
tính dừng cũng thể hiện trên miến dịch tần Doppler .Cụ thể (theo hìnhvẽ trên cùng )
1 2 1 2 ¦WSS

( , ; , )/
s
R
τ τ υ υ
=
1 2 1 2 1 1 2 2 1 2
( , ; , )expj2 ( )
h
R t t t t dt dt
τ τ υ υ
Π −
∫∫
=
1 1 2
expj2 t ( )
υ υ
∞
−∞
Π −
∫
Tích phân thứ hai là biến đổi Fourner của một hàm tự tương quan do vậy theo định lý Khinchine-
Wilner đó là một hàm mật độ phổ công suất .Tích phân đầu bằng không, trừ tại
1 2
υ υ
=
(lúc đó tích phân
=
∞
)
→

là một hàm xung .Do đó :
R
1 2 1 2 WSS 1 2 2 2 1
( , ; , )/ ( , ; ). ( )
s S
P
τ τ υ υ τ τ υ δ υ υ
= −
S 1 2 3
P ( , , )
τ τ τ
là hàm mật độ công suất của h(t,
1
τ
) và h(t,
2
τ
). Hàm xung dẫn đến kết luận: với
một kênh WSS các tín hiệu tới các giá trị dịch tần Doppler khác nhau thì độc lập với nhau.
b/ Các kênh phân tán không tương quan (US : Uncorrelated Scattering)
Đây là kênh đối ngẫu với kênh WSS. Các tín hiệu tới với các thời gian giữ chậm (trễ) khác nhau
thì không tương quan.
Ví kênh US:
H 1 2 1 2 H 1 2
R (f ,f ; , ) US=R ( f; , )
υ υ υ υ
∆
(Hàm trải Doppler lối ra)
s 1 2 1 2 s 1 2 2 1
R ( , ; , ) us=P ( ; , ). ( )

τ τ υ υ τ υ υ δ τ τ
→ −
14 2 43
Hàm xung các tín hiệu tới với các độ trễ khác nhau thì không tương quan nhau.
c/ Kênh phân tán không tương quan, dừng theo nghĩa rộng (NSSUS)
Là kênh hữu dụng nhất để mô tả vô tuyến di động thực tế. Nó là mô hình kênh đơn giản nhất để
phân tích thể hiện pha đinh tần số lẫn thời gian.
d/ Các kênh phân tán không tương quan, chuẩn dừng (QWSSVS)
Để đặc trưng hoàn toàn một kênh WSSVS, các hàm tương quan nhất thiết phải được thiết lập tần
số (WSS) và theo thời gian(VS). Điều này không thực tế  kênh Quasi_WSSVS, trong đó kênh có phản
ứng như một kênh WSSVS chỉ trong một khoảng tần số với khoảng thời gian hạn chế.
e/ Ứng dụng: trong ứng dụng thực tế có thể thay đổi tính dừng theo thời gian bằng dừng theo tình trạng
không gian của MS.
2.3. Mô tả các kênh vô tuyến di động và phân loại kênh vô tuyến di động
2.3.1. Mô tả kênh vô tuyến di động
2.3.1.1. Mô tả kênh bằng các hàm Bello
a. Sự biến đổi về không gian
Giả sử BS phát đơn tần không đổi, các vật gây phát tán kênh đều dừng. Khi đó, sự thay đổi ngẫu
nhiên theo thời gian của biên độ và pha của tín hiệu thu tại MS phụ thuộc vào sự di động của MS. Do
vậy, đặc trưng của kênh có thể xem như phụ thuộc vào tình trạng không gian (vị trí) của MS hơn là phụ
thuộc vào biến thời gian.
b. Mô tả kênh bằng các hàm Bello
Mô hình kênh QWSSVS đươc áp dụng, tức là kênh được phân chia theo tần số và thời gian sao
cho các đặc trưng thống kê không biến đổi theo dịch chuyển tần số và thời gian (trong một khoảng B ﮪ T
khá nhỏ), nghĩa là kênh WSS cả về tần số lẫn thời gian. Việc mô tả 1 kênh QW ﮪ SVS như thế bằng các
hàm BELLO liên quan tới các đặc trưng thống kê của kênh và được xét theo các vùng nhỏ hẹp và vùng
rộng lớn.
 Đặc trưng vùng nhỏ hẹp
Các vùng nhỏ hẹp là các khu vực có đường kính ≈ vài chục bước sóng. Đối với các vùng này, kênh biểu
hiện fading nhanh do chỉ thay đổi vị trí MS một chút cũng co s thể dẫn đến các thay đổi rất lớn về pha và

biên độ tín hiệu thu, dẫn đến giao thoa các tia sóng có pha rất khác nhau ( do fc rất lớn ) có thể làm tín
hiệu tăng lên hoặc giảm xuống.
Đối với các vùng nhỏ hẹp, để đặc trưng được kênh phải tính được kỳ vọng và hàm tự tương quan của các
hàm BELLO.
Do kênh di động thuần tuý ngãu nhiên nên trung bình toàn thể (kỳ vọng ) của nó bằng 0. Giải pháp đặc
trưng kênh do đó rút thành xác định hàm tương quan của bất kỳ 1 trong 8 hàm BELLO.
Xét hàm trải trễ lối vào h(t, ﺡ). Theo trên, biến t có thể thay thế bằng biến vị trí p (place) của MS. Do đó
nó trở thành h(p,z). Hàm tương quan của h(p,ﺡ ) với một vùng nhỏ hẹp là
h
P
(∆s ,ﺡ), ∆s là khoảng cách
giữa các điểm tính h(p,ﺡ). Nếu ∆s = 0,
h
P
(∆s , =(ﺡ
h
P
ﺡ) ) được gọi là profile trễ công suất của kênh và
là mật độ phổ công suất của kênh như một hàm của trễ ﺡ.
Mỗi một phép đo
p
h
P
(ﺡ ) đèu Lf 1 giá trị mẫu của tích
*
h
(p,z).h(p,ﺡ) taị một vị trí của MS (tại một p) và
hàm tương quan của kênh là (
*
h

(p,z).h(p,ﺡ) ) lấy trên toàn khu vực :
h
p
( = (ﺡ
1
K
1
p
K
k
h
p
=
∑
ﺡ) )
với K là số mẫu profile trễ công suất được đo trên toàn vùng nhỏ hẹp đó.

 Đặc trưng vùng rộng lớn
Phân tích các kết quả nhận được trong các vùng nhỏ hẹp trên suốt cả những vùng rộng lớn sẽ thu được
mô tả về đặc trưng thóng kê vùng rộng lớn, thể hiện phading chậm. Phading chậm gây bởi các hiện
tượng che khuất … Một MS di động trên 1 vùng rộng lớn sẽ gặp và chịu cả phading nhanh và chậm xếp
chồng lên nhau.
Đặc trưng thống kê vùng rộng lớn có thể được trình bày qua 2 giai đoạn :
• Đặc trưng bằng cách phân tích thống kê sự biến thiên các chỉ số diễn tả từ
các kết đối với vùng hẹp .
Chẳng hạn với các kênh băng rộng, các vùng rộng lớn có thể mô tả được thông qua phân bố của trải trễ
và trễ trung bình của profile trễ công suất trung bình hoặc thông qua độ rộng băng tương quan.
• Phân tích sự biến thiên đối với các hàm BELLO trên vùng rộng lớn, thí dụ
như với các kênh băng hẹp, điều này rút lại đánh giá sự biến thiên về cường
độ công suất trung bình.

2.3.1.2. Mô tả thực tế kênh vô tuyến di động
Mục tiêu: Mô tả môi trường truyền sóng càng đơn giản càng tốt bằng cách dẫn ra một tập các
thông số phù hợp với việc tính toán quỹ công suất. Đây là cách mô tả kênh phù hợp với các kỹ sư thực
hành.
Mô tả thực tế kênh di động qui về :
 Tổn hao đưồng truyền; (luật tổn hao)
 Đặc trưng phading nhanh
 Đặc trưng phading chậm
a. Tổn hao đường truyền
(như đã trình bày trong §2.1)
b. Đặc trưng phading chậm
Có phân bố chuẩn logarit theo dB do các ảnh hưởng che khuất ngẫu nhiên có phân bố chuẩn. Kết luận
này rút ra từ phân tích thống kê các số liệu đo lưòng.
c. Đặc trưng thống kê phading nhanh
• Đặc trưng thống kê phading nhanh
Bất luận các tia truyền lan có phân bố thế nào đối với hai thành phần vuông pha trong tín hiệu thu (
i
a
,
q
a
) thì phân bố của chúng cũng là chuẩn do ođịnh lý giới hạn trung tâm. Khi đó các đặc tính pha và biên độ
của tín hiệu tương đương thông thấp sẽ là:
a(k) =
2 2
( ) ( )
i q
a k a k+
∅
(k)= arctg [

i
a
(k) /
q
a
(k)]
Mục đích của ta là xác định phân bố biên độ của a(k) khi đã biết
i
a
(k) và
q
a
(k) là có phân bố chuẩn
(Gao –xơ).
Tổng quát, với n quá trình ngẫu nhiên thành phần có phân bố chuẩn với kỳ vọng
i
a
và có chung
phương sai
σ
thì quá trình tổng y =
2
1
n
i
i
a
=
∑
sẽ có phân bố

2
χ
có pdf :
p(y)=
( )
2
4
2 2
1 y
2 s
n
σ
−
 
 ÷
 
( )
( )
( )
2
2
2
. /
2
/ 2 1
.
s y
y s
n
e I

σ
σ
+
−
+
; y
≥
0 (*)
và
2
s
=
2
1
n
i
i
a
=
∑
được gọi là thông số không trung tâm. Nếu
i
a
=0 với
∀
i thì
2
s
và
2

χ
được gọi là trung
tâm , khácdi thì phân bố
2
χ
là không trung tâm,
k
I
(x) là hàm Bessel bậc k loại 1 cải biên :
k
I
(x) =
( )
2
0
/ 2
! ( 1)
k j
j
x
j k j
+
∞
=
Γ + +
∑
với x
≥
0
Còn

Γ
(.)được cho theo :
Γ
(p) =
1
0
.
p t
t e dt
∞
− −
∫
= (p-1) .
Γ
(p-1)
• Tính chất :
Γ
(p) =
Γ
(p-1)
Γ
(1/2) =
π
;
Γ
(3/2) =
π
/2
Trong trường hợp của ta, n=2 ,
2 2

2
i
q
s a a= +
, đường bao tín hiệu
a=
y
=
2 2
i
q
a a+
;
2
a
= y; p(a)da=p(y)dy
Do đó : p(a)=p(y)dy/da =2a p(y)
Áp dụng vào (*) ta có hàm mật độ xác suất Rice :
( )
2 2 2
2
2 2
as
( ) .
a s
Rice o
a
P a e I
σ
σ σ

− +
 
=
 ÷
 
với a
≥
0
Đặt K =
2
2
2
s
σ
gọi là hệ số Rice thì :
2
2
2
( ) . . ( 2 )
a
K
Rice o
a a
a e e I K
σ
σ σ
−
−
∅ =
(**)

Ý nghĩa của K : Biểu thị tỷ số công suất thu được theo tia nhìn thẳng với công suất tổng cộng thu được
theo nhiều tia phân tán không trực tiếp.
Khi K= 0 ( không có tia nào trội hơn cả) thì
K
e
−
=1;
o
I
(0)=1, ta có pdf Rayleigh :
2
2
2
( )
a
Rayleig
a
P a e
σ
σ
−
=
(***)
• Liên hệ giữa các pdf Rice ﮪ Gauss :
Đặt
2
a
K
α
σ

=
do đó p(
α
)= p(a)da / d
α
=
( ) 2p a K
σ
thay vào (**) ta có: p(
α
)=
2K
α
2
( 1)
(2 )
K
o
e I K
α
α
− +
Do với x lớn thì
( )
2
x
o
e
I x
x

π
≈
nên :
( )
2
2
2
2
( 1)
( 1)
1
2
lim ( ) lim 2 .
2 2
1
lim
2 / 2
K
K
K K
K
K
e
p K e
K
e
K
α
α
α

α α
π α
α
π
− +
→∞ →∞
− −
→∞
≈
≈
Tiến tới một pdf Gauss có kỳ vọng =1 , phương sai 1/2K
≈
0
2.3.2. Phân loại các kênh vô tuyến di động
2.3.2.1. Phân loại theo độ rộng băng tín hiệu
a. Các kênh băng hẹp
Các kênh băng hẹp là các kênh có tốc độ đủ nhỏ, trongđó tác động làm giãn symbol thu của sự
truyền lan nhiều tia không gây nên ISI.
b. Các kênh băng rộng
Trong các kênh băng rộng, tốc độ symbol là đủ lớn đến nỗi mỗi một symbol bị giãn lấn sang và
symbol lân cận, gây nên ISI.
2.3.2.2. Phân loại kênh theo môi trường truyền sóng
a. Kênh vô tuyến di động trong nhà
Do kích thước tế bào nhỏ, trải trễ khá nhỏ (độ rộng các thùng –“bin”- thường không vượt quá
500ns), tốc độ truyền có thể đạt lớn (tới 2Mb/s) mà không cần san bằng kênh.
b. Kênh vô tuyến di động ngoài trời (out- door)
Kích thước tế bào lớn, số vật gây phân tán kênh lớn nên trải trễ có thể đạt rất lớn, do vậy hạn chế
tốc độ truyền và đòi hỏi san bằng kênh.
2.3.2.2. Phân loại kênh theo đặc tính phading nhanh
a. Kênh phading Rice (Kênh Rice)

Là kênh trong trường hợp trong số các tia tới máy thu có một tia trội, thường là tia LOS . K.hi đó
phading nhanh sẽ có phân bố Rice.
Tham số Rice : K= công suất tia trội /
∑
công suất các tia tán xạ
b. Kênh Gao – xơ :(Kênh tốt nhất, như kênh lý tưởng )
Khi K=
∞
, ( trường hợp của tia chỉ có 1 tia LOS) thì phân bố Rice chính là phân bố Gao – xơ. Khi
này, tác động chủ yếu tới tín hiệu thu là tạp âm nhiệt cố phân bố Gauss. Trong các vi tế bào hoàn
toàn có thể gặp loại kênh này.
c. Kênh Rayleigh
Khi K = 0, ( trưòng hợp không có một tia trội ), phân bố Rice trở thành phân bố Rayleigh. Thường
gặp trong tế bào lớn, địa hình phức tạp.
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG II
Câu 1. Các tác động cơ bản trên đường truyền vô tuyến trong hệ thống thông tin di động?
Câu 2. Các phương pháp mô tả kênh vô tuyến di động?
CHƯƠNG III
CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG
3.1. Các kỹ thuật trải phổ
3.1.1. Giới thiệu chung và phân loại
a. Giới thiệu chung
Các hệ thống trải phổ là các hệ thống sử dụng tín hiệu có băng tần rất rộng, gấp hàng trăm lần tốc
độ bit của hệ thống nhờ sử dụng việc trải phổ tín hiệu bằng các tín hiệu giả tạp PN. Cơ sở của kỹ thuật
trải phổ là định lý Shannon (Claude Elwood Shannon, 1916 – 2001).
C = Wlog
2
(1+ S/N)
C: Dung lượng hệ thống
W: Độ rộng băng truyền dẫn

S,N: Công suất tín hiệu và tạp nhiễu
Nhờ tăng W, tỷ số S/N có thể giảm xuống rất thấp, thậm chí nhỏ hơn 1.
Đặc điểm cơ bản:
- Khả năng chống nhiễu tập trung, cố ý (jamming) rất cao.
- Khả năng bảo mật thông tin cao.
Các hệ thống thông tin trải phổ là các hệ thống có độ rộng băng tín hiệu rất rộng, tuy nhiên không
phải hệ thống tín hiệu băng rộng nào cũng là hệ thống trải phổ. Một hệ thống được định nghĩa là hệ
thống trải phổ nếu:
- Tín hiệu truyền đi chiếm một độ rộng băng truyền dẫn W lớn hơn rất nhiều lần bề rộng băng
tối thiểu Bi để truyền tin.
- Việc trải phổ tín heieuj được thực hiện nhờ tín hiệu trải, được gọi là mã trải phổ, độc lập với
dữ liệu cần truyền. Tín hiệu trải được lựa chọn sao cho tạo ra một phổ tổng cộng gần với phổ
của tạp âm.
- Quá trình nén phổ được thực hiện nhờ tính tương quan giữa tín hiệu thu được và tín hiệu giải
trải phổ là bản sao đồng bộ của tín hiệu trải đã sử dụng ở phần phát. Như vậy, các hệ thống
điều chế băng rộng như điều chế tần số, điều chế xung mã dù có phổ rất rộng song không
phải là các hệ thống trải phổ.
- Hiệu quả chống nhiễu của hệ thống trải phổ được đánh giá qua tăng ích xử lý PG (Processing
Gain): PG = W/Bi
Tốc độ trải và giải trải phổ được thực hiện bằng chuỗi PN, gọi là chuỗi chip có tốc độ lớn hơn rất
hơn rất nhiều lần với tốc độ số liệu.
b. Phân loại
Các hệ thống trải phổ được chia thành 2 loại chính:
- Hệ thống trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping): Tín hiệu trải (chuỗi chip giả ngẫu
nhiên) được sử dụng để điều khiển tần số sóng mang.
- Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DS: Direct Sequence): Hệ thống này còn được gọi là hệ
thống giả nhiễu, trong đó chuỗi chip giả ngẫu nhiên được sử dụng để điều khiển để nhân trực
tiếp với chuỗi số liệu.
c. Ứng dụng trong thông tin di động.
 Trải phổ nhảy tần: Được sử dụng trong hệ thống GSM-900 như lột chọn lựa (option) nhằm

chống nhiễu do các hệ thống khác gây nên ( chống nhiễu tập trung).
 Trải phổ chuỗi trực tiếp : Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp cho mphếp sử dụng trong
phương thức đa truuy nhập : CDMA. Trong đó mỗi một thuê bao truy nhập mạng bằng một
mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ của các thuê bao khác thì trực giao với nhau.
3.1.2. Hệ thống trải phổ nhảy tần
a. Sơ đồ khối đơn giản: Tài liệu tham khảo
x(t) =s(t) exp j [
ω
(t) +
LO
ω
]t với LO : Local Osilator
LO
ω
: Tần số tự do của bộ dao động nội khi chưa có điều khiển nhảy tần.
ω
(t): Lượng gia số tần số điều khiển bởi chuỗi chip PN
Nếu chu kỳ của chuỗi PN là n thì số giá trị có thể có của
ω
(t) là
2 1
n
−
( do chuỗi toàn 0 bị loại ), hổ tín
hiệu lối ra x(t) có độ rộng W= (
2 1
n
−
)
ω

δ
không phụ thuộc vào tốc độ chip
1
c
T
.
 Khi
c o
T T>
: nhảy tần chậm
 Khi
c o
T T<
: nhảy tần nhanh
o
T
:độ rộng xung số liệu s(t)
Thông thường
ω
δ
được chọn sao cho các tần số nhảy nằm cách biệt nhau :
ω
δ
≈
max [
2 2
,
o
Tc T
π π

]
b. Biểu đồ thời gian của tần số tín hiệu sau trải phổ nhảy tần (chậm): Tham khảo trong tài liệu
3.1.3. Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp
a. Sơ đồ khối đơn giản: Tham khảo trong tài liệu
b. Nguyên tắc hoạt động trên hệ thống tương đương thông thấp.
Chuỗi số liệu d(t) có phổ D(f), chuỗi chip PN c(ta) có phổ C(f) . tiín hiệu truyền đi c(t). d(t) có
phổ C(f) *D(f) rộng cỡ phổ của c(f) do c(t) có tốc độ lớn hơn d(t) nhiều lần .
Ở phần thu, tín hiệu nhận được : c(t). d(t) + I(t) + n(t)
I(t) : nhiễu tập trung
n(t): tạp âm nhiệt trắng chuẩn
Sau trải phổ :
W(t) = c(t) .d(t) .c(t) + I(t) .c(t) + n(t).d(t)
Do : c(t) . c(t) = 1 nên :
W(t) = d(t) + I(t) .c(t) + n(t).d(t)
Vậy phổ của nhiễu tập trung I(f) được trải rộng ra . Tỷ số S/N tăng .
Chú ý :
- Do bảng chân lý của mạch nhân và mạch cộng mod 2 tương đương nhau nên
trong thực tế thiết kế , người ta sử dụng mạch mod 2 vì nó rẻ hơn.
- Trải phổ và giải trải phổ ( cả DS lẫn FH ) đều chỉ có tác động cải thiện với
nhiễu tập trung mà không có tác dụng cải thiện đối với tạp âm nhiêtạ trắng chuẩn .
Mô tả nguyên tắc triệt nhiễu của SS/DS và nguyên tắc hoạt động:
phần
phát
d(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1
c(t) 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0
d(t).c(t) 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1
phần
thu
d(t).c(t) 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1
c(t) 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0

d(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1
Tín hiêu pilot (toàn 0)
Mã chập
&lặp
Ghép xen
Bộ tạo
PN dài
Xáo trộn
&ghép
tínhiệu
Kết
hợp
tính
trọng
số
và
điều
chế
cầu
phương
Ghép xen
Ghép xen
Mã chập
&lặp
Bộ tạo
PN dài
Mã chập
&lặp
W
32

W
j
W
0
W
i
Các bit đk
công suất
Mặt nạ kênh
paging
Mặt nạ kênh
paging
PNI
PNQ
Kênh lưu lượng
Tín
hiệu
phát
CDMA
Kênh đồng bộ
Kênh paging
3.2. Sơ đồ khối các hệ thống TDMA và CDMA
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống TDMA
a. Sơ đồ khối
Chức năng các khối :
- Mã hoá tiếng nói : Mã hoá tiêng nói tốc độ bit thấp nhằm tiết kiệm phổ .
- Mã hoá kênh : M hoá chống tác đông của nhiễu trên kênh.
- Ghép xen : Trợ giúp quá trình mã hoá, có tác dụng giải tương quan lỗi
- Đóng gói: Ghép các tín hiệu khác nhau thành gói tin : tín hiệu đồng bộ, tín
hiệu dò kênh.

- MOD: Điều chế số với phương pháp điều chế phổ hẹp .
- Kênh : Kênh vô tuyến .
- DEMUX : Phân kênh các tín hiệu của một gói .
- Hàm mờ : Căn cứ chuỗi dò đường thu được để tính ra trạng thái kênh để điều
khiển bộ san bằng.
- Lọc phối hợp : Chống tác động của tạp / nhiễu.
- Giải ghép xen : Ngược với ghép xen.
- Giải mã tiếng nói : Tổng hợp lại tiếng nói
b. Cấu trúc khung tín hiệu TDMA
SYN: Tín hiệu đồng bộ ; P: chuỗi dò kênh ; DATA : Số liệu lưu lượng ; G : khoảng phòng vệ chống
lấn giữa các TS do chênh lệch khoảng cách về BS ;
S : Đầu khe ; T : Đuôi .
3.2.2. Sơ đồ khối của hệ thống CDMA
a. Sơ đồ khối của hệ thống Qualcom(tuyến phát, đường xuống)
b. Một số khái niệm bổ sung
* Mã Walsh – cách tạo
- Sử dụng ma trận Hadamard
- Tính chất: Các tổ hợp mã Walsh đều trực giao với nhau:

÷
W ( ).W ( )
j
i ij
t t
δ
=
uur
uuv
- Sử dụng để phân kênh đường xuống
* Các kênh trong hệ thống CDMA

- Kênh Pilot: sử dụng cho đồng chỉnh tần số W
0
={0,0,0….0}
-Kênh đồng bộ: Sử dụng cho đồng bộ clock W
2
={0,1,0,1…0,1}
-Các kênh Paging và traffic (lưu lượng )
Sử dụng 62 mã Walsh còn lại
Kênh Paging được sử dụng để: - Thông báo thông tin về hệ thống
- Đáp tín hiệu xin truy nhập của MS
3.2.3. Các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật cơ bản của hệ thống thông tin di động
- Hiệu quả sử dụng phổ: (số người sử dụng / đơn vị tần số/cell)
- Chất lượng âm thanh
- Mức độ phức tạp của thiết bị, giá thành của MS và BS
- Tính tiện lợi mang xách( kích thước, trọng lượng)
- Mức độ tiêu thụ nguồn
- Độ tin cậy của thiết bị & độ tin cậy phủ sóng
- Mức độ bảo mật
- Khả năng đáp ứng nhiều dịch vụ
3.3. Mã hóa tiếng nói trong thông tin di động
3.3.1. Giới thiệu chung
a. Giới thiệu chung
* Chất lượng một hệ thống thông tin di động phần lớn được đánh giá qua:
- Chất lượng tiếng nói khôi phục (độ chính xác )
- Dung lượng hệ thống, đánh giá qua só người sử dụng có thể đồng thời sử dụng dịch vụ (tính
nhanh chóng, hiệu quả theo nghĩa rộng)
Độ rộng băng tần là một tài nguyên đắt giá trong thông tin di động, do đó các nhà cung cấp dịch
vụ luôn phải đối mặt với các đòi hỏi về cung cấp dịch vụ cho nhiều người sử dụng trong một băng tần
hạn chế, với một chất lượng tiếng nói tốt nhất có thể được. Với một chất lượng xác định, tốc độ bit của
tiếng nói đã mã càng thấp thì càng có nhiều có thể sưu dụng dịch vụ trong một độ rộng băng đã cho. Do

HO HO
HO HO
đó rất nhiều nỗ lực đã được tiến hành nhằm có được các bộ mã hoá tiếng nói với một chất lượng chấp
nhận được (thường các nhà thiết kế chấp nhận chất lượng near loll- quality) với:
- Tốc độ thấp
- Mức độ phức tạp thiết bị thấp
- Giữ chậm xử lý thấp
- Mức độ tiêu thụ nguồn thấp
Nói chung, các yêu cầu trên (chất lượng tiếng nói, tốc độ bit, mức độ phức tạp mức độ tiêu thụ nguồn
& trễ xử lý) thường mâu thuẫn nhau, phải dung hoà.
b. Các đặc tính của tiếng nói
* Dẫn nhập:
-Cấu trúc và thuật toán của các bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số có thể độc lập hay
phụ thuộc vào đặc trưng của nguồn tín hiệu tương tự, và do đó có thể rất khác nhau. Khi tín hiệu là tiếng
nói, việc biết được các đặc tính của tiếng nói (đặc trưng của nguồn) có thể cho phép tối ưu hoá các bộ
mã hoá tiếng nói theo một số tiêu chí:
** Các đặc tính của tiếng nói
Tiếng nói có một số tính chất có thể khai thácđược trong thiết kế các bộ mã hoá có hiệu quả cao (
có độ nén tín hiệu lớn ):
- Tính chất có phổ hạn chế:
Tiếng nói có thể hạn phổ mà không mang lại sai số thụ cảm đáng kể  có thể áp dụng định lý
lấy mẫu với tốc đọ mẫu hữu hạn và tiếng nói có thể khôi phục được “hoàn toàn” từ chuỗi tín hiệu mẫu.
Đây là cơ sở của thuật toán lấy mẫu - rời rạc hoá
- Có hàm mật độ xác suất của trị biên độ là không đều:
Pdf của biên độ tiếng nói là một hàm không đều: tín hiệu có biên độ rất lớn có xác suất xảy ra
nào đó, tín hiệu có biên độ
≈
0 thì có xác suất xảy ra rất lớn. Pdf giảm đơn điệu từ các giá trị biên độ
≈
0

tới các giá trị biên độ rất lớn ( pdf chính xác thì phụ thuộc vào độ rộng băng của tín hiệu vào và các điều
kiện ghi âm)
Làm phần đưng: pdf dài hạn ( long- term pdf) :
1
( ) exp( / )
2
x
x
p x x x
δ
δ
= −
(pdf mã 2 phía hay pdf Laplace)
Pdf này có đỉnh tại x=0 mà nó là do trong tiếng nói rất thường có các đoạn nghỉ và các đoạn có
mức biên độ thấp
Pdf ngắn hạn ( short – time pdf): thường được xấp xỉ bằng phân bố chuẩn( Gauss)
Ứng dụng: lượng tử hoá không đều
- Hàm tự tương quan (ACF Auto Correiation Function)
Tương quan rất lớn giữa các mẫu liên tiếp của tiếng nói  trong một mẫu tiếng nói, phần lớn có
thể dễ dàng dự đoán được từ giá trị của các mẫu trước đó, là cơ sở của các thuật toán ACF:
1
0
1
( ) ( ). ( )
N k
n
c k x n x n k
N
− −
=

= +
∑
X(k) : mẫu tiếng nói thứ k
ACF thường được chuẩn hoá theo phương sai của tín hiệu tiếng nói, do đó giá trị của ACF hạn
chế trong [ -1,1] với C(0)
≅
1. Các tín hiệu tiếng nói tiêu biểu có trị hàm tương quan mẫu kế bên (C(1))
thường là 0.85
÷
0.9
- Hàm mật độ phổ công suất (PSD: Power Spectrum Density)
PSD của tín hiệu tiếng nói có tính chất là một hàm không đều  có thể có được sự nén tín hiệu
đáng kể nhờ mã hoá tiếng nói trên miền tần số.
Độ đo định lượng của tăng ích mà cực đại lý thuyết có thể đạt được nhờ khai thác đặc tính PDS
không đều là SFM (độ đo mức độ bằng phẳng của phổ:Spectral Flatness Measure). SFM là tỷ số trung
bình số học và trung bình hình học của các mẫu của PDS lấy trên các khoảng cách tần số đều:

2
1
1
2
1
1
N
k
k
N
N
k
k

S
N
S
SFM
=
=
 
 
 
 
 
 
 
 
∑
=
∏
trong đó S
k
là mẫu tần số thứ k của PDS tiếng nói
Tiêu biểu: các tín hiệu tiếng nói có giá trị SFM dài hạn bằng 8 và SFM ngắn hạn biến đổi trong
một dải rông từ 2
÷
500
c. Phân loại mã hoá tiếng nói
LPC: Linear Predictive Coding: Mã hoá dự đoán tuyến tính
SBC: Sub Band Coding: Mã hoá băng con
ATC: Adaptive Transform Coding: Mã biến đổi thích nghi
ADPCM: Adaptive Differential PCM: PCM vi sai thích nghi
Các đặc điểm cơ bản: Các bộ mã hoá dạng sóng: về nguyên tắc được thiết kế để có được tính

chât độc lập với nguồn tín hiệu, do đó có thể mã hoá như nhau đối với một loạt loại tín hiệu (tiếng nói,
tín hiệu truyền thanh, truyền hính…)
Ưu điểm: đơn giản, thích hợp với nhiều tính chất khác nhau của tín hiệu và khỏe trên môi trường
có tạp nhiễu.
Tuy nhiên các bộ mã hoá dạng sóng chỉ đạt được mức độ tiết kiệm về tốc độ bit song nói chung
độ phức tạp cao. Chúng dựa trên việc sử dụng hiểu biết tiên nghiệm về tín hiệu được mã hoá.
3.3.2. Mã hoá băng con
a. Mã hoá miền tần số tín hiệu tiếng nói
Được đề xuất từ 1979 (Crochiere và Tribolet). Tín hiệu tiếng nói được chia thành một tập các
thành phần tần số rồi được lượng tử hoá và mã hoá riêng biệt. Bằng cách này, các băng tần số khác nhau
CÁC BỘ MÃ HOÁ TIẾNG NÓI
CÁC BỘ MÃ HOÁ DẠNG SÓNG CÁC BỘ MÃ HOÁ NGUỒN
MIỀN THỜI GIAN MIỀN TẦN SỐ
LPC HYBRID VOCODER
KHÔNG VI SAI VI SAI
PCM ADPCM DELTA SBC ATC
có thể được mã hoá một cách có ưu tiên theo một số tiêu chuẩn thụ cảm cho từng băng, nhờ đó tạp âm
lượng tử có thể được nén (kiềm chế) bên trong các băng
Ưu điểm: Số bit dùng để mã có thể thay đổi động được và có thể chia sẻ giữa các băng khác
nhau.
b. Mã hoá băng con
* Phép lượng tử hoá là một thuật toán phi tuyến, gây ra các sản phẩm méo có phổ rộng. Tai
người thì không nhận biết các méo này như nhau ở mọi tần số. Do đó có thể nhận được một sự cải thiện
đáng kể về chất lượng bằng cách mã tín hiệu theo các băng hẹp SBC, do đó có thể xem được như một
phương pháp kiểm soát và phân phối tạp âm lượng tử một cách thích hợp trên toàn bộ băng tín hiệu.
** Trong SBC., tiếng nói được chia thành 4 hay 8 băng con nhờ một loạt các mạch lọc. Sau đó,
từng băng con được lấy mẫu và mã hoá với độ chính xác khác nhau tuỳ theo tiêu chuẩn thụ cảm
Việc chia băng con có thể tiến hành theo hai cách:
- Chia đều, song tuỳ theo tiêu chuẩn về méo thụ cảm được mà mã từng băng với một tốc độ
bit riêng khác nhau.

- Chia không đều băng tiếng nói thành các băng con có đóng góp như nhau về méo thụ cảm
được. Thí dụ (Crochiere):
Số thứ tự băng con Giải tần số(Hz)
1 200
÷
700
2 700
÷
1310
3 1310
÷
2020
4 2020
÷
3200
Do tai người có độ nhạy giảm theo hàm mũ đối với tần số, một dạng đặc biệt của cách chia băng
con thứ nhất là chia theo thang octave chứ không chia đều thành các băng con
*** Phương pháp xử lý:
Các băng con được đưa về gốc tần số nhờ các sóng mang con bằng điều chế đơn biên:
Sơ đồ kgối:
+> Bộ mã hoá:
+> Bộ giải mã tiếng nói SPC:
LP Translator Decimator
Encoder
Multiplexer
LP Translator Decimator Encoder
Decoder Interpolator BP Translator
Decoder Interpolator BP Translator
DEMUX
S(t)