kỹ thuật sc-fdma cho tuyến lên hệ thống thông tin di động lte sử dụng thuật toán cân bằng kênh mmse

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP -TỰ DO - HẠNH PHÚC
LỜI CAM ĐOAN
“KỸ THUẬT SC-FDMA CHO TUYẾN
LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CÂN
BẰNG KÊNH MMSE” !
"#$ %&'
Đà Nẵng, ngày 08 tháng 06 năm 2013
Sinh viên thực hiện
1
Phụ lục
LỜI CẢM ƠN
()*+%,-.%,/0-123045%),
"%&67!8 9:';<:)
=>? @0AB0"-?C/=D8#D
%E?'
0?#FG(HI7!0>?/JK(8"CF=
!%LKM=N%:#-/3O=
#>M# P/QGQ>?R-
K#SD%ET.
2
Phụ lục
MỤC LỤC
3
Các từ viết tắt
CÁC TỪ VIẾT TẮT
KÝ TỰ TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH
UV55 0 V88 5 8 5 W8
A
XJY XW8J8Y8 Z8 88
X[J X\[JK8 

X]V. XK8]8V.8
B
^J_ ^ J8
^JJ_ ^ J J8
^` ^  `8
^5a* ^ ?58aZ*8?
C
JJJ_ JJ J8
J[,X J8[K,8X8
J5 J?5 8Z
D
[XJ [\XJK8 
[JJ_ [88J J8
[b[,X [ 8b 8G8?[K,8X8
[b0 [ 88b 8 0 Z 
[2AaJ_ [ca 8J8
[a [ 8a8G8?
[0J_ [880 ZZJ8
F
b[,X b 8G8?[K,8X8
bb0 bb 8 0 Z 
b_ b 8G8?_
I
YJY Y8 J8Y8 Z8 88
Yb[,X Y8 8K8b 8G8?[K,8X8
Ybb0 YK8 8[ 88b 8 0 Z 
YaY Y8 a?Y8 Z8 88
L
2b[,X 2d8b 8G8?[K,8X8
20 208 K

M
,XJ ,8X8J 
,J_ ,J8
Các từ viết tắt
,JJ_ ,J J8
,,a ,,8aG 8 
,0J_ ,0 ZZJ8
O
eb[, e b 8G8?[K,8
P
5X5` 58AAXK8 8A5c8 `
5^J_ 5?^ J8
5JJ_ 5J J8
5JbYJ_ 5?J b Y J8
5J_ 5J8
5J, 58J8,
5[JJ_ 5?[cJ J8
5[aJ_ 5?[ca 8J8
5_YJ_ 5?_? X`fY J8
5,J_ 5?,J8
5`XJ_ 5?`X8J8
5gJJ_ 5?gJ J8
5gaJ_ 5?ga 8J8
Q
fX, f  8X8,
f5a* f  858aZ*8?
R
`XJ_ `X8J8
`b `b 8G8?
S

aJAb[,X a8J 8 b 8G8?[K,8X8
a.` a.8`8
T
0[,X 08A[K,8X8
0_ 08_
U
g2AaJ_ ga 8J8
Z
hb h8 b 
Các từ viết tắt
LỜI MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hiện nay, thông tin đóng một vai trò then chốt cho sự phát
triển của kinh tế, xã hội. Từ thực tế thấy rằng, nơi nào thông tin càng nhanh
chóng, người dân dễ dàng truy cập được thông tin mình cần, đáng tin cậy thì nơi
đó có nền kinh tế, trình độ dân trí sẽ cao hơn các nơi khác rất nhiều. Vì vậy, vấn
đề đặt ra là cần có một hệ thống vừa có khả năng truyền thông tin đáng tin cậy,
nhanh chóng, linh động truy cập thông tin và hệ thống thông tin di động là hệ
thống đáp ứng được yêu cầu đó.
Hệ thống thông tin di động tuy phát triển sau các hệ thống thông tin khác
nhưng nó có tốc độ phát triển rất cao, hiện nay và trong tương lai hệ thống thông
tin di động tiếp tục là mũi nhọn của hệ thống thông tin trên toàn thế giới. Trong
quá trình phát triển của mình, hệ thống thông tin di động đã trải qua các thế hệ
khác nhau, từ thế hệ 1G với nền tảng kỹ thuật là kỹ thuật đa truy cập phân chia
theo tần số FDMA, tiếp theo là 2G với những ưu điểm được cải thiện về tốc độ
truy cập và dung lượng hệ thống và nền tảng là kỹ thuật đa truy cập phân chia
theo thời gian TDMA. Với sự phát triển cả về công nghệ và nhu cầu của số lượng
thuê bao tăng lên chóng mặt, các hệ thống cũ khó có thể đáp ứng được, người ta
đã phát triển thế hệ tiếp theo của hệ thống thông tin di động là 3G sử dụng kỹ
thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA. Hệ thống 3G ra đời đã giải quyết khá
tốt về tốc độ truy cập, chất lượng thông tin hệ thống được nâng cao, cung cấp

được nhiều dịch vụ gia tăng hơn. Tuy nhiên, nhu cầu người sử dụng không dừng
ở việc tốc độ truyền dữ liệu nhanh, mà còn yêu cầu hệ thống hỗ trợ khi thiết bị di
chuyển ở tốc độ cao nhưng vẫn đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu ổn định, để đáp
ứng yêu cầu trên người ta đã đề xuất hệ thống di động LTE. Hệ thống thông tin di
động LTE với ưu điểm là hỗ trợ truyền tải dữ liệu tốc độ cao dù thuê bao đang di
chuyển ở tốc độ chậm hay tốc độ cao, nhiều người sử dụng trong cùng cell hơn.
Các từ viết tắt
Để hệ thống thông tin hoạt động tốt thì cần chú ý tới các kỹ thuật được sử dụng
trong tuyến lên và tuyến xuống của hệ thống. Trong tuyến xuống hệ thống di
động LTE, người ta sử dụng kỹ thuật OFDM. Tuy nhiên, mặc dù kỹ thuật OFDM
cho khả năng chống fading lựa chọn tần số tốt, hiệu suất phổ cao, nhưng điểm
yếu của nó là tỉ số PAPR cao, mà khi tỉ số PAPR cao thì đặt ra yêu cầu bộ khuếch
đại công suất tuyến tính trong các thiết bị phát. Yêu cầu trên dẫn tới làm tăng giá
cả hệ thống, làm tăng công suất tiêu tán trên thiết bị phát. Trong khi những vấn
đề trên cần tránh khi thiết bị phát là các thuê bao di động. Do vậy, đối với tuyến
lên trong hệ thống di động LTE người ta đề xuất sử dụng kỹ thuật SC-FDMA thay
vì kỹ thuật OFDM để tránh nhược điểm trên.
Từ những mục tiêu nhằm cải thiện chất lượng tín hiệu, giảm năng lượng
tiêu tán trên thiết bị di động trong hệ thống thông tin di động LTE, em đã chọn đề
tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “KỸ THUẬT SC-FDMA CHO TUYẾN LÊN HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CÂN BẰNG KÊNH
MMSE”.
Đề tài của em bao gồm 4 chương:
Chương 1: Đa truy cập trong hệ thống thông tin di động.
Chương 2: Đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang.
Chương 3: SC-FDMA trong hệ thống thông tin di động LTE.
Chương 4: Mô phỏng SC-FDMA trong tuyến lên hệ thống thông tin di động
LTE.
Các từ viết tắt
CHƯƠNG 1

ĐA TRUY CẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Giới thiệu chương
Các phương thức đa truy nhập vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong các
mạng thông tin di động. Thông thường ở một hệ thống thông tin đa truy cập có
nhiều trạm đầu cuối và một số trạm có nhiệm vụ kết nối các trạm đầu cuối này
với mạng, hoặc chuyển tiếp các tín hiệu từ các trạm đầu cuối này đến các trạm
đầu cuối khác. Các trạm đầu cuối trong hệ thống thông tin di động chính là các
thuê bao di động, việc kết nối các thuê bao với mạng hoặc các thuê bao khác là do
các trạm gốc trong thông tin di động thực hiện. Để thuê bao truy cập tới được các
trạm gốc, qua quá trình phát triển của kỹ thuật viễn thông đã tìm ra các phương
pháp truy cập khác nhau. Trong chương này sẽ đi giới thiệu về một số phương
pháp đa truy cập, đặc tính kênh truyền của hệ thống viễn thông.
1.2. Đa truy cập phân chia theo tần số, FDMA
1.2.1. Nguyên lý hoạt động
Kỹ thuật FDMA là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số hay được biết
với tên là mạng thông tin di động đầu tiên 1G. Với băng thông cho trước được
chia thành một số kênh băng hẹp hơn. Mỗi người sử dụng được phân bổ một
băng tần số duy nhất, trong đó để truyền và nhận dữ liệu. Trong khi một thuê bao
đang sử dụng một tần số nào đó thì không có thuê bao nào khác có thể sử dụng
cùng một băng tần số đó. Mỗi người sử dụng được phân bổ một kênh liên kết
chuyển tiếp (từ các trạm gốc tới thuê bao di động), một kênh ngược trở lại các
trạm gốc và chúng là đường duy nhất. Các tín hiệu truyền đi trên mỗi kênh là liên
tục cho phép truyền đi tín hiệu tương tự. Băng thông kênh được sử dụng trong
hầu hết các hệ thống FDMA thường là thấp (30kHz) mỗi kênh chỉ cần để hỗ trợ
cho một người dùng duy nhất. FDMA được sử dụng như việc phân chia cơ bản
các dải tần số lớn phân bổ và được sử dụng như một phần của hầu hết các hệ
Các từ viết tắt
thống đa kênh. Hình 1.1 mô tả sự phân chia băng thông thành các dải tần hẹp
trong FDMA.
Hình 1.1 Phân chia tần số trong FDMA

1.2.2. Nhiễu của các kênh lân cận
Trong kỹ thuật FDMA, khi chia băng tần thành các dải tần hẹp hơn thì không
thể có các kênh riêng biệt cách rời nhau, mà nó có phần trùng lên nhau. Các tần
số lân cận chồng lấn này cũng được phát đi với kênh chính từ trạm gốc tới tất cả
các máy thu, tức chúng được xem là nhiễu trên hệ thống. Vì vậy, tại máy thu phải
tiến hành lọc để loại bỏ các nhiễu này, việc lọc được thực hiện dễ dàng hơn khi
phổ của các nhiễu này được phân cách với nhau bởi một băng tần bảo vệ rộng.
Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là khi sử dụng băng tần bảo vệ rộng thì dẫn tới việc sử
dụng không hiệu quả độ rộng băng tần của kênh. Vì vậy, phải thực hiện dung hòa
giữa tiêu chí kỹ thuật và tiết kiệm phổ tần. Dù có chọn một giải pháp dung hòa
nào đi nữa thì một phần công suất của sóng mang lân cận với một sóng mang
cho trước sẽ bị thu bởi máy thu được điều hưởng đến tần số của sóng mang cho
trước nói trên. Điều này dẫn đến nhiễu do sự giao thoa được gọi là nhiễu kênh
lân cận (ACI).Về mặt cấu trúc, FDMA có nhược điểm là mỗi sóng mang tần số vô
tuyến chỉ truyền được một đơn vị lưu lượng Erlang, vì thế nếu các trạm gốc cần
cung cấp N Erlang dung lượng thì phải cần N bộ thu phát cho mỗi trạm. Erlang
(Erl): là đơn vị đo của dung lượng, với công thức đo dung lượng A = (n x t)/ T
Các từ viết tắt
(Erl), A: dung lượng, t: thời gian trung bình cuộc gọi, n: số cuộc gọi, T thường là
T=1h=3600s.
1.2.3. Ưu và khuyết điểm hệ thống FDMA
1.2.3.1. Ưu điểm
A Băng thông của mỗi kênh là tương đối hẹp nên hạn chế được fading
lựa chọn tần số.
A Tính toán trong hệ thống FDMA khá đơn giản.
A Việc đồng bộ khá đơn giản.
1.2.3.2. Khuyết điểm
A Mỗi thuê bao chỉ được cấp một khoảng tần số nhất định nên tốc độ
bit trên được mỗi kênh là cố định, do đó FDMA không thích hợp với
truyền dẫn số.

A Cần thêm khoảng tần số bảo vệ để giảm ảnh hưởng của nhiễu xuyên
kênh.
A Cần bộ lọc băng tần hẹp tốt, nên giá thành hệ thống cao.
1.3. Đa truy cập phân chia theo thời gian, TDMA
1.3.1. Nguyên lý hoạt động
Thế hệ thông tin di động tiếp theo sau thế hệ thông tin di động 1G là 2G, với
nền tảng là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA. TDMA là
phương pháp truy cập mà mỗi thuê bao được ấn định trong một khe thời gian và
cùng chia sẻ cùng một tần số.
Hình 1.2 Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian
Các từ viết tắt
Vì vậy, các thuê bao khác nhau có thể gửi và nhận tin tức từng thuê bao một
trên cùng một băng tần nhưng trong các khoảng thời gian khác nhau. Các kênh
của hệ thống TDMA chiếm toàn bộ băng thông hệ thống, thường là ở băng rộng.
Các khe thời gian lặp lại một cách tuần hoàn, hay ý rằng truyền tín hiệu cho bất
cứ thuê bao nào đều không liên tục mà tuần hoàn sau một khoảng thời gian.
Một khó khăn lớn của TDMA, ít nhất là cho các kênh đường lên, là yêu cầu
đồng bộ hóa giữa các thuê bao khác nhau. Cụ thể, trong một kênh đường xuống
tất cả các tín hiệu bắt nguồn từ cùng một máy phát và đi qua cùng một kênh bất
kỳ thu nhất định. Như vậy, đối với kênh fading phẳng nếu người dùng truyền đi
trên các khe thời gian trực giao tín hiệu nhận được sẽ duy trì trực giao này. Tuy
nhiên, trong các kênh tuyến lên thuê bao truyền qua các kênh khác nhau với trễ
khác nhau tương ứng. Để duy trì các khe thời gian trực giao trong các tín hiệu
nhận được, các đường lên các máy phát khác nhau phải đồng bộ để mà sau khi
truyền qua các kênh của mình, các tín hiệu nhận được là trực giao trong thời
gian. Sự đồng bộ này thường được phối hợp bởi các trạm cơ sở hoặc điểm truy
cập, và có thể đòi hỏi trên không đáng kể. Fading đa đường cũng có thể phá hủy
trực giao phân chia thời gian trong cả hai đường : đường lên và đường xuống
nếu sự trễ đa đường là một phần đáng kể của một khe thời gian.
1.3.2. Ưu và khuyết điểm của kỹ thuật TDMA

1.3.2.1. Ưu điểm
A Thích hợp với truyền dẫn số do có thể thay đổi tốc độ bit linh hoạt
cho các kênh.
A Không cần khoảng băng tần bảo vệ như trong FDMA nên tiết kiệm
được băng tần.
A Không cần bộ lọc băng hẹp chất lượng quá tốt, nên giảm giá thành
hệ thống.
A Cho phép tận dụng tất cả các ưu điểm của kỹ thuật số.
Các từ viết tắt
1.3.2.2. Khuyết điểm
A Cần có sự đồng bộ về thời gian chính xác để ghép kênh và tách kênh
tách kênh ở máy phát và máy thu.
A Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường làm suy hao tín hiệu.
1.4. Đa truy cập phân chia theo mã, CDMA
1.4.1. Nguyên lý hoạt động
Hình 1.3 Đa truy cập phân chia theo mã
CDMA là kỹ thuật đa truy cập mà ở đó mỗi kênh được cung cấp một cặp tần
số và một mã duy nhất. Đây là phương thức đa truy nhập là kỹ thuật trong mạng
thông tin di động thế hệ thứ 3. Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử
dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm.
Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người
sử dụng khác, do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và
không có con số lớn nhất cố định nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là
dung lượng mềm. Kỹ thuật CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ như trải phổ theo
chuỗi trực tiếp (DS), trải phổ theo nhảy tần (FH), trải phổ theo nhảy thời gian
(TH).i
Trong các hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum) độ rộng băng
tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được
phát. Khi chỉ có một thuê bao trong băng tần trải phổ, sử dụng băng tần như vậy
không có hiệu quả. Tuy nhiên, ở môi trường nhiều thuê bao khác nhau, các thuê

Các từ viết tắt
bao này có thể dùng chung một băng tần trải phổ và hệ thống sử dụng băng tần
có hiệu quả hơn mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ.
Hình 1.4 chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhập đồng
thời trong một hệ thống CDMA. Ở ví dụ trên, máy thu của user thứ 2 sẽ nhận
được dữ liệu, tín hiệu của máy 1 và 3 sẽ bị ngăn cản loại bỏ khỏi máy thu của máy
2.
Hình 1.4 Các thuê bao truy cập vào hệ thống CDMA
Tại bên thu, thuê bao 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín
hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ thuê bao nào khác. Bởi vì sự
tương quan chéo giữa mã của thuê bao mong muốn và các mã của thuê bao khác
là rất nhỏ. Độ lợi xử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xử lý đem lại nhiều
lợi ích cho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm. Tuy
nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất
một cách nghiêm ngặt và chuyển giao mềm nhằm để tránh cho tín hiệu của
người sử dụng này che thông tin của người sử dụng khác.
Tuy nhiên, do đặc tính kỹ thuật của CDMA là mọi thuê bao trong một tế bào
cùng truyền/nhận thông tin một lúc và trên cùng một băng tần số. Do vậy vấn đề
t
1
User 1
f
2
1 & 2 & 3
2
3
1
User 2
Đầu ra tại
máy thu

của user
2
Các user truyền
đồng thời các dữ
liệu của họ
3
User 3
Tín hiệu dữ liệu
băng hẹp
Tín hiệu trải phổ
Các từ viết tắt
nhiễu lẫn nhau giữa những thuê bao trong cùng một tế bào, giữa những thuê bao
ở các tế bào cạnh nhau (do việc sử dụng lại tần số ở các tế bào cạnh nhau) là một
vấn đề lớn nhất trong cách truy cập CDMA. Để khắc phục vấn đề này, mỗi thuê
bao trong một tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và không có hai thuê
bao nào trong cùng một tế bào có cùng một mã hay mỗi người có một mã riêng
biệt. Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt (không thể
khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào và khôi
phục tín hiệu của người đó.
1.4.2. Ưu và khuyết điểm của kỹ thuật CDMA
1.4.2.1. Ưu điểm
A Chống nhiễu, bảo mật tốt, qui hoạch mạng đơn giản do chung tần
số.
A Khả năng cung cấp băng thông động theo nhu cầu.
A Chất lượng cuộc gọi được nâng cao, kèm theo đó nhiều dịch vụ tiện
ích được cung cấp đến khách hàng với chất lượng tốt hơn.
A Đặc tính phủ sóng được cải thiện, vùng phủ sóng được mở rộng.
A Với CDMA, ở vùng chuyển giao, thuê bao có thể liên lạc với 2 hoặc 3
trạm thu phát cùng một lúc, do đó cuộc gọi không bị ngắt quãng,
làm giảm đáng kể xác suất rớt cuộc gọi.

1.4.2.2. Khuyết điểm
A Yêu cầu cao về khả năng điều khiển công suất chính xác, tránh ảnh
hưởng tới các thuê bao khác.
A Chi phí đầu tư hệ thống cao.
A Chất lượng thông tin giảm khi số lượng thuê bao quá cao.
A Cần phải có sự đồng bộ mã trải phổ chính xác để thu tín hiệu chính
xác.
Các từ viết tắt
1.5. Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao, OFDM
1.5.1. Nguyên lý hoạt động
Kỹ thuật OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa
sóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính
hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể
khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM
có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường.
Trong hệ thống dữ liệu nối tiếp thông thường, tín hiệu (symbols) được truyền đi
một cách tuần tự với phổ tần số của mỗi tín hiệu cho phép chiếm toàn bộ băng
thông hiện có.Trong OFDM, dữ liệu được chia ra trong nhiều sóng mang gần
nhau. Thay vì truyền theo cách tuần tự, dữ liệu được truyền theo cách song song.
Chỉ một phần nhỏ dữ liệu được truyền đi trên mỗi kênh và bằng cách giảm tốc độ
bit trên mỗi kênh, ảnh hưởng của nhiễu xuyên ký tự được giảm đáng kể. Hình 1.5
mô hình về mạng thông tin di động 4G sử dụng OFDM.
Hình 1.5 Mô hình mạng di động 4G
Do tín hiệu trong OFDM là các tín hiệu có các sóng mang trực giao nên khi
trong khe thời gian này, tín hiệu của sóng mang thứ I đang là cực đại thì tín hiệu
của các sóng mang khác sẽ cực tiểu. Hình 1.6 mô tả phổ tín hiệu OFDM sẽ cho
thấy rõ vấn đề trên.
Các từ viết tắt
Hình 1.6 Phổ tín hiệu OFDM
1.5.2. Ưu và khuyết điểm của kỹ thuật OFDM

1.5.2.1. Ưu điểm
A Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng giao thoa giữa các kí
hiệu(ISI) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval leght) lớn hơn trễ truyền
dẫn lớn nhất của kênh.
A Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh hưởng
của sự phân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm
nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.
A Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản.
1.5.2.2. Khuyết điểm
A Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng. Điều này gây ra
méo phi tuyến ở các bộ khuyếch đại công suất ở máy phát và máy thu.
A Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm
giảm đi một phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo
vệ không mang thông tin có ích.
A Do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống OFDM
rất nhạy cảm với hiệu ứng Doopler cũng như sự dịch tần (frequency offset)
và dịch thời gian (time offset) do sai số đồng bộ.
Các từ viết tắt
1.6. Các đặc tính kênh truyền của hệ thống thông tin di động
1.6.1. Suy hao
Sự suy hao là sự suy giảm công suất tín hiệu khi truyền từ điểm này đến
điểm khác. Nó có thể được gây ra bởi chiều dài đường truyền, các vật cản trong
đường dẫn tín hiệu, và các hiệu ứng đa đường. Hình 1.7 cho thấy một số các ảnh
hưởng sự lan truyền sóng vô tuyến gây ra sự suy giảm. Bất kỳ vật cản dòng của
tín hiệu trực tiếp từ máy phát đến người nhận có thể gây ra suy giảm.
Hình 1.7 Sự ảnh hưởng của môi trường trong lan truyền sóng vô tuyến
Sự che khuất xảy ra nặng nề nhất trong khu vực bị xây dựng, do sự che
khuất từ các tòa nhà. Tín hiệu radio nhiễu xạ ra khỏi ranh giới của chướng ngại
vật, do đó ngăn ngừa sự che khuất tổng cộng của các tín hiệu phía sau các vật
chắn. Tuy nhiên, số lượng của sự nhiễu xạ phụ thuộc vào tần số sóng vô tuyến

được sử dụng, với tần số thấp nhiễu xạ nhiều hơn so với các tín hiệu tần số cao.
Vì vậy, tín hiệu tần số cao, đặc biệt là, tần số siêu cao (UHF), và tín hiệu vi ba yêu
cầu đường truyền trực tiếp để có tín hiệu một cách đầy đủ. Diện tích che phủ có
xu hướng lớn, dẫn tới tốc độ thay đổi công suất tín hiệu bị ảnh hưởng thay đổi
chậm nên nó còn được gọi là fading chậm. Sự suy giảm tín hiệu thu cũng thay đổi
theo khoảng cách, nếu khoảng cách giữa máy phát và máy thu là d(m) thì nếu
trong không gian tự do thì độ suy hao tín hiệu thu sẽ là d
-2
, còn trong môi trường
Các từ viết tắt
tín hiệu mặt đất thì độ suy hao là d
-α
, với α>2. Trong hầu hết các hệ thống thông
tin di động tế bào thì 3.5≤ α ≤4.5 [6].
1.6.2. Hiệu ứng đa đường
1.6.2.1. Fading Rayleigh
Trong một kết nối vô tuyến, tín hiệu cao tần từ máy phát có thể được phản
xạ từ các vật thể như đồi, các tòa nhà, hoặc xe. Điều này dẫn đến nhiều đường
truyền tại máy thu hay còn gọi là tín hiệu đa đường. Hình 1.8 cho thấy một số
trong những cách có thể, trong đó tín hiệu đa đường có thể xảy ra. Mối quan hệ
về pha giữa các tín hiệu phản xạ đa đường có thể là nguyên nhân dẫn tới tăng
cường hoặc phá hủy tín hiệu tại máy thu. Điều này xảy ra khi các sóng lệch nhau
ở khoảng cách nửa bước sóng, do đó nó có tên fading nhanh.
Hình 1.8 Tín hiệu đa đường
Sự phân bố Rayleigh thường được sử dụng để mô tả tính chất thống kê thay
đổi theo thời gian của công suất tín hiệu nhận được. Bảng 1 cho thấy xác suất
mức tín hiệu cho sự phân bố Rayleigh:
Bảng 1 Phân bố Rayleigh [9]
Signal Level (dB) % Xác suất của mức tín hiệu thu thấp hơn
giá trị tới

10 99
0 50
-10 5
Các từ viết tắt
-20 0,5
-30 0,05
1.6.2.2. Fading lựa chọn tần số
Trong bất cứ sự truyền sóng vô tuyến nào, thì đáp ứng phổ kênh không bao
giờ là phẳng. Nó xuống hoặc mất dần trong các đáp ứng do sự phản xạ gây ra sự
loại bỏ tần số nhất định ở máy thu. Phản xạ tắt gần các vật (ví dụ như mặt đất,
các tòa nhà, cây cối, …) có thể dẫn đến giá trị vô ích trong công suất tín hiệu nhận
được do giao thoa triệt tiêu. Đối với truyền băng thông hẹp nếu giá trị không
trong đáp ứng tần số xảy ra tại tần số phát sau đó toàn bộ các tín hiệu có thể bị
mất. Bằng cách truyền tín hiệu băng thông rộng, trải phổ như trong CDMA, bất
kỳ sự đi xuống trong phổ chỉ trong một mất mát nhỏ của công suất tín hiệu, chứ
không phải là mất toàn bộ. Tín hiệu ban đầu được lan truyền trên một băng
thông rộng và giá trị không trong phổ có thể chỉ ảnh hưởng đến một số lượng
nhỏ của các sóng mang chứ không phải là toàn bộ tín hiệu. Các thông tin trong
các sóng mang bị mất có thể được phục hồi bằng cách sử dụng các kỹ thuật sửa
lỗi. Khi băng thông của tín hiệu là B mà nhỏ hơn nhiều so với băng thông kết hợp
B
C
giữa các sóng mang thì loại fading trên gọi là fading phẳng. Tại vì, với B << B
C
,
hay 1/B >> 1/B
C
lúc này trễ đa đường nhỏ so với thời gian tín hiệu, nên ảnh
hưởng suy giảm tín hiệu trên các tần số trong băng thông B là gần như nhau.
Nếu B>>B

C
, lúc này trễ đa đường lớn hơn so với thời gian tín hiệu nên xảy ra
nhiễu ISI, lúc này sự suy giảm tín hiệu trên các tần số trong cùng băng tần tín
hiệu B là khác nhau, hay còn gọi là fading lựa chọ tần số.
1.6.3. Hiệu ứng dịch tần số Doppler
Khi tín hiệu phát là một tín hiệu dạng sóng sine và máy phát hoặc/và máy
thu đang di chuyển, thì tần số đơn tại máy thu là khác so với tần số mà máy phát
đã phát. Hiện tượng trên được gọi là dịch tần số Doppler, nó được mô tả bởi công
thức f
d
=±f
0*
ν/c Hz, trong đó f
0
là tần số của máy phát, ν là vận tốc tương quan
giữa máy phát và máy thu, c: vận tốc ánh sáng. Sự dịch tần số này cũng tỉ lệ
Các từ viết tắt
thuận với cosine góc tia tới. Trong hệ thống di động tế bào, sự tán xạ là nguyên
nhân tín hiệu nhận là tổng hợp của nhiều của các tia tới với các góc tới khác
nhau tại anten thu. Do đó, tín hiệu nhận có các thành phần tại một sự liện tục của
các tần số lệch so với tần số gốc là nằm trong khoảng –f
d
÷ f
d
Hz
.
Sự tương quan
giữa các thành phần tín hiệu trên được đặc trưng bởi phổ Doppler của kênh
radio. Phổ Doppler được biểu diễn cho tín hiệu hình sine
(1.1)

1.6.4. Trễ lan truyền
Các tín hiệu radio nhận được từ máy phát bao gồm tín hiệu trực tiếp, cộng
với tín hiệu phản xạ ra khỏi các đối tượng như các tòa nhà, khung, và các cấu
trúc khác. Các tín hiệu phản xạ đến sau một thời gian sau đó tín hiệu trực tiếp bởi
vì thêm chiều dài đường đi, tạo ra một thời gian đến khác nhau, mở rộng năng
lượng nhận được trong thời gian. Trễ lan truyền là thời gian lây lan giữa sự xuất
hiện của các tín hiệu đa đường đầu tiên và cuối cùng đáng kể bởi máy thu.
Trong một hệ thống kỹ thuật số, sự lây lan chậm trễ có thể dẫn đến nhiễu
xuyên kí tự ISI. Điều này là do các tín hiệu đa đường chậm chồng chéo với các kí
tự theo sau. Điều này có thể gây ra lỗi đáng kể trong hệ thống tốc độ bit cao. Hình
1.9 cho thấy ảnh hưởng của nhiễu xuyên kí tự ISI do sự trễ lan truyền trên các tín
hiệu nhận được. Vì tốc độ bit truyền tăng nên nhiễu xuyên kí tự cũng tăng theo.
Hiệu ứng này bắt đầu trở nên đáng kể khi sự lây lan chậm trễ là lớn hơn gần
50% của thời gian bit.
Các từ viết tắt
Hình 1.9 Hiệu ứng trễ lan truyền đa đường
1.7. Một số kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu
1.7.1. Kỹ thuật truyền đơn sóng mang
Truyền dẫn đơn sóng mang là phương pháp truyền dẫn trong đó thông tin
được điều chế chỉ trên một sóng mang , điều chế hiệu chỉnh pha hoặc biên độ của
sóng mang hoặc cả hai.
Hình 1.10 Mô hình truyền đơn sóng mang
Tuy nhiên, kỹ thuật đơn sóng mang đối phó kém hiệu quả đối với pha đinh
và truyền lan đa đường đặc biệt trong trường hợp tốc độ bit rất cao. Ở các
phương pháp điều chế truyền thống M-QAM, M-PSK…, khi tốc độ dữ liệu truyền
cao thì kéo theo độ rộng ký hiệu sẽ giảm, đến một giá trị mà độ rộng ký hiệu nhỏ
hơn trải trễ cực đại của kênh, khi đó kênh sẽ là kênh lựa chọn tần số và gây ISI
cho tín hiệu thu. Đây là một nhược điểm chính khiến các hệ thống sử dụng các
phương pháp điều chế truyền thống không thể truyền dữ liệu với tốc độ cao, hoặc
giá thành rất cao đối với những dịch vụ yêu cầu tốc độ dữ liệu cao.

1.7.2. Kỹ thuật truyền đa sóng mang
Truyền dẫn đa sóng mang là phương pháp truyền dẫn trên nhiều sóng
mang con khác nhau, mỗi sóng mang một phần dữ liệu và được trải đều trên cả
Các từ viết tắt
băng thông. Với việc truyền dẫn như thế thì khi dữ liệu bị lỗi thì chỉ bị lỗi một
phần, ta có thể khôi phục lại được.
Hình 1.11 Mô hình truyền đa sóng mang
Sử dụng kỹ thuật đa sóng mang có rất nhiều ưu điểm, đó là hiệu quả sử
dụng phổ cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt (đặc biệt trong hệ thống
không dây) và dễ lọc bỏ nhiễu (nếu một kênh tần số bị nhiễu, các tần số lân cận sẽ
bị bỏ qua, không sử dụng). Ngoài ra, tốc độ truyền Uplink và Downlink có thể
thay đổi dễ dàng bằng việc thay đổi số lượng sóng mang sử dụng. Một ưu điểm
quan trọng của hệ thống sử dụng đa sóng mang là các sóng mang riêng có thể
hoạt động ở tốc độ bit nhỏ dẫn đến chu kỳ của ký tự tương ứng sẽ được kéo dài.
Ví dụ, nếu muốn truyền với tốc độ là hàng triệu bit trên giây bằng một kênh đơn,
chu kỳ của một bit phải nhỏ hơn 1 micro giây. Điều này sẽ gây ra khó khăn cho
việc đồng bộ và loại bỏ giao thoa đa đường. Nếu cùng lượng thông tin trên được
trải ra cho N sóng mang, chu kỳ của mỗi bit sẽ được tăng lên N lần, lúc đó việc xử
lý vấn đề định thời, đa đường sẽ đơn giản hơn.
1.8. Nhiễu
1.8.1. Nhiễu trắng
Nhiễu trắng là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng
nghĩa là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng băng thông.
Nhiễu này tồn tại trong mọi hệ thống truyền dẫn, các nguồn nhiễu chủ yếu là
Các từ viết tắt
nhiễu nền nhiệt, nhiễu điện từ các bộ khuếch đại bên thu, và nhiễu liên ô (inter-
cellular interference).
Mật độ phổ công suất nhiễu trắng là :
( J ) (1.2)
Trong đó : k là hằng số Boltzmann, k=1.3807*10

-23
(J/
o
K)
T : nhiệt độ môi trường xung quanh ,
o
K
Trong hệ thống với băng thông B (Hz) thì công suất nhiễu sẽ là :
N
w
=N
o
B

(W) (1.3)
1.8.2. Nhiễu xuyên kí tự ISI
Trong môi trường truyền dẫn vô tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín
hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu
là điều không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín
hiệu khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu. Thành
phần tính toán chung của nhiễu xuyên kí tự ISI là trải trễ rms, τ
rms
(s). Nó là hàm
phụ thuộc vào độ lớn của các thành phần đáp ứng xung và sự khác biệt về thời
gian của các đáp ứng xung đó. Trải trễ biết trước lớn nhất τ
max
(s) là độ trễ khác
nhau giữa đường tín hiệu ngắn nhất và đường tín hiệu dài nhất. Nó tỉ lệ đối với
sự khác nhau về độ dài đường truyền tín hiệu. Nếu sự khác nhau lớn nhất về độ
Hình 1.12 Tín hiệu nhiễu trắng

Các từ viết tắt
dài kí hiệu là D
max
(km) thì τ
max
= D
max
/0.3 (µs). D
max
phụ thuộc vào đặc tính vật lý
của diện tích phục vụ hệ thống di động tế bào.
1.8.3. Ảnh hưởng đồng kênh
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số hoặc trên
cùng một kênh. Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với
cường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát. Nhiễu đồng kênh
thường gặp trong hệ thống thông tin số cellular, trong đó để tăng hiệu suất sử
dụng phổ bằng cách sử dụng lại tần số. Như vậy có thể coi nhiễu đồng kênh trong
hệ thống cellular là nhiễu gây nên do các cell sử dụng cùng 1 kênh tần số.
Hình 1.13 Nhiễu đồng kênh trong hệ thống di động tế bào
1.9. Kết luận chương
Qua toàn bộ chương này, ta đã biết về ưu và khuyết điểm của các phương
thức đa truy cập đã và đang sử dụng trong hệ thống thông tin di động. Thấy
rằng, qua từng phương thức ta có một thế hệ thông tin di động mới từ 1G tới 4G
và có thể tiếp tục trong tương lai. Sự kết hợp giữa các phương thức đa truy cập
ta sẽ cho ta nhiều ưu điểm như dung lượng kênh tăng, chất lượng dịch vụ được
cải thiện phục vụ ngày càng tốt hơn cho các nhu cầu đa dạng của người dùng…
Và qua chương này ta cũng hiểu được những vấn đề cần giải quyết trong thông
tin di động như ảnh hưởng các loại nhiễu như nhiễu trắng, nhiễu xuyên kênh,
nhiễu xuyên kí tự…, ảnh hưởng của hiện tượng fading. Việc giải quyết tốt các vấn
Các từ viết tắt

đề trên cho ta được dịch vụ thông tin di động ngày càng hoàn thiện hơn, chất
lượng tốt hơn.