Nghiên cứu kỹ thuật mã khối không gian thời gian vi sai

MỤC LỤC
MỤC LỤC i

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi
AWGN xii
Additive White Gaussian Noise xii
Tạp âm Gauss cộng trắng xii
BER xii
Bit Error Rate xii
Tỉ lệ lỗi bít xii
BPSK xii
Binary Phase Shift Keying xii
Khóa dịch pha nhị phân xii
BS xii
Base Station xii
Trạm gốc xii
CCI xii
Co-Channel Interference xii
CDMA xii
Code Division Multiple Access xii
Đa truy nhập phân chia theo mã xii
CF xii
Cost Function xii
Hàm chi phí xii
DEMUX xii
Demultiplexing xii
Bộ phân kênh xii
DPSK xii
Differential DPSK xii
i
Điều chế PSK vi sai xii

EGC xii
Equal-Gain Combining xii
Kết hợp đồng độ lợi xii
FDMA xii
Frequency Division Multiple Access xii
Đa truy nhập phân chia theo tần số xii
ISC xii
Information Status Channel xii
Thông tin trạng thái kênh xii
LS xii
Least Square xii
Bình phương nhỏ nhất xii
MIMO xii
Multiple Input Multiple Output xii
Đa đầu vào đa đầu ra xii
MLD xii
Maximum Likelihood Detector xii
Tách sóng hợp lệ tối đa xii
MMSE xii
Minimum Mean Square Error xii
Sai số trung bình bình phương tối thiểu xii
MRC xii
Maximal-Ratio Combining xii
Kết hợp tỉ lệ tối đa xii
MUX xii
Multiplexing xii
Bộ ghép kênh xii
MS xii
Mobile Station xii
ii

Trạm di động xii
OSTBC xii
Orthogonal Space time block coding xii
Mã không gian thời gian trực giao xii
PDF xii
Power Density Function xii
Hàm mật độ xác suất xii
PIC xii
Parallenl Interference xii
Triệt nhiễu song song xii
PSK xii
Phase shift key xii
Khóa dịch pha xii
QPSK xii
Quaternary phase shift keying xii
Khóa dịch pha vuông góc xii
RX xii
Receiver xii
Máy thu xii
SC xii
Selection Combining xii
Kết hợp chọn lọc xii
SDM xii
Spatial Division Multiplexing xii
Phân kênh theo không gian xii
SIMO xii
Single Input Multiple Output xii
Một đầu vào đa đầu ra xii
SINR xii
Signal to Interference plus Noise Ratio xii

iii
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm cộng với nhiễu xii
SISO xii
Single Input Single Output xii
Một đầu vào một đầu ra xii
SNR xii
Signal to Noise Ratio xii
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu xii
STBC xii
Space time block coding xii
Mã khối không gian thời gian xii
STC xii
Space-time Codes xii
Mã không gian thời gian xii
STD xiii
Space time decoder xiii
Bộ giải mã không gian thời gian xiii
STE xiii
Space time encoder xiii
Bộ mã hóa không gian thời gian xiii
SVD xiii
Singular Value Decomposition xiii
Phân tích đơn trị xiii
TDMA xiii
Time Division Multiple Access xiii
Đa truy nhập phân chia theo thời gian xiii
TX xiii
Transmitter xiii
Máy phát xiii
ZF xiii

Zero-Forcing xiii
iv
Cưỡng bức bằng không xiii
DANH MỤC HÌNH VẼ xiv
STT xv
Tên hình xv
Trang xv
Hình 1.1 xv
Hàm mật độ xác suất của phân bố Gauss chuẩn xv
4 xv
Hình 1.2 xv
Mật độ phổ công suất tạp âm trắng xv
5 xv
Hình 1.3 xv
Hàm tự tương quan xv
6 xv
Hình 1.4 xv
Mô hình truyền dẫn tín hiệu BPSK trên kênh AWGN xv
6 xv
Hình 1.5 xv
Kết quả mô phỏng phẩm chất BPSK trên kênh AWGN xv
7 xv
Hình 1.6 xv
Mô hình truyền dẫn đa đường xv
8 xv
Hình 1.7 xv
Mô tả sự di chuyển của MS so với BS xv
9 xv
Hình 1.8 xv
Mật độ phổ của tín hiệu thu xv

10 xv
Hình 1.9 xv
v
Đáp ứng xung của một bộ lọc FIR xv
11 xv
Hình 1.10 xv
Hàm phân bố Rayleigh với xv
13 xv
Hình 2.1 xv
Phương pháp kết hợp chọn lọc xv
16 xv
Hình 2.2 xv
Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp kết hợp phân tập chọn lọc.
xv
16 xv
Hình 2.3 xv
Phương pháp kết hợp tỷ lệ tối đa xv
17 xv
Hình 2.4 xv
18 xv
Hình 2.5 xv
Độ lợi phân tập của các phương pháp kết hợp phân tập xv
19 xv
Hình 2.6 xv
các đường phản hồi xv
21 xv
Hình 2.7 xv
Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập xv
21 xv
Hình 2.8 xv

Sơ đồ máy phát mã khối STBC Alamouti với 2 anten phát và 1 anten thu xv
22 xv
Hình 2.9 xv
vi
Bảng mã hóa xv
23 xv
Hình 2.10 xv
Sơ đồ Alamouti STBC với 2 anten phát và 2 anten thu xv
24 xv
Hình 2.11 xv
Phẩm chất BER của các hệ thống Alamouti STBC so với các hệ thống MRC xv
27 xv
Hình 2.12 xv
Mô hình kênh MIMO vô tuyến xv
28 xv
Hình 2.13 xv
Mô hình tương đương của kênh truyền SISO xv
30 xv
Hình 2.14 xv
Mô hình tương đương của kênh truyền MISO xv
30 xv
Hình 2.15 xv
Mô hình tương đương của kênh truyền SIMO xv
31 xv
Hình 2.16 xv
Dung lượng kênh truyền MIMO pha-đinh Rayleigh xv
35 xv
Hình 2.17 xv
Phương pháp phân kênh theo không gian xv
36 xv

Hình 2.18 xv
Sơ đồ khối mã hóa không gian thời gian xv
37 xv
Hình 3.1 xv
vii
Sơ đồ khối mã hóa DPSK xv
44 xv
Hình 3.2 xv
Hai vùng tách sóng của điều chế PSK và dạng tỉ lệ của nó xv
45 xv
Hình 3.3 xvi
Sơ đồ khối mã hóa không gian thời gian vi sai xvi
48 xvi
Hình 3.4 xvi
Sơ đồ khối mã thời gian không gian vi sai xvi
54 xvi
Hình 3.5 xvi
Sơ đồ khối bộ giải mã không gian thời gian xvi
47 xvi
Hình 3.6 xvi
So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp, với điều chế BPSK và hai
anten phát trên các kênh fading chậm xvi
62 xvi
Hình 3.7 xvi
So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp, với điều chế QPSK và hai
anten phát trên kênh pha đinh chậm xvi
62 xvi
Hình 3.8 xvi
63 xvi
Hình 3.9 xvi

So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho tín hiệu BPSK với ba anten
phát và một anten thu trên kênh fading Rayleigh xvi
72 xvi
Hình 3.10 xvi
viii
So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho tín hiệu BPSK với bốn
anten phát và một anten thu trên kênh fading Rayleigh xvi
72 xvi
LỜI NÓI ĐẦU 1
Một trong các kết quả nghiên cứu nổi bật là việc ứng dụng đa anten trong
các máy thu phát nhằm nâng cao dung lượng kênh truyền và cải tiến chất lượng
truyền dẫn tín hiệu. Việc sử dụng đa anten ở các máy thu phát mở ra một
phương pháp truyền dẫn tín hiệu mới là phương pháp truyền dẫn không gian-
thời gian, tín hiệu truyền qua các anten được mã hoá trên cả hai miền thời gian
và không gian. Nhờ các phương pháp xử lý thích hợp ở máy thu cho phép thu
được độ lợi phân tập không gian tỉ lệ với số lượng anten sử dụng, và vì vậy,
giảm thiểu sai số truyền dẫn. Một ví dụ điển hình về truyền dẫn không gian-thời
gian là các hệ thống thông tin đa đầu vào-đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input
Multiple-Output) và các hệ thống mã không gian-thời gian (STC: Space-Time
Codes) 1
Trong hệ thống mã không gian thời gian, một yêu cầu đặt ra là: máy thu phải
biết trước được thông tin trạng thái kênh, để từ đó có thể ước lượng, giải mã tín
hiệu phát. Trong một số trường hợp, như truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, rất khó
có thể ước lượng chính xác thông tin trạng thái kênh. Một kỹ thuật mới được
đưa ra là: Mã hóa không gian thời gian vi sai. Nhờ kỹ thuật này, máy thu vẫn có
thể giải mã được tín hiệu phát mà không cần biết thông tin trạng thái kênh 1
Đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật mã khối không gian thời gian vi sai” em chọn cho
đồ án tốt nghiệp, với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu một kỹ thuật mã hóa, áp
dụng cho các thiết bị vô tuyến số nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn 1
Nội dung đồ án gồm 3 chương: 1

Chương 1 3
KÊNH THÔNG TIN VÔ TUYẾN 3
1.1 Mở đầu 3
1.2 Kênh tạp âm AWGN 3
1.3 Kênh truyền dẫn phân tập đa đường (kênh fading) 7
ix
1.4 Các mô hình kênh pha đinh cơ bản 12
1.5 Kết luận 13
Chương 2 15
TỔNG QUAN VỀ MIMO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TẬP 15
2.1 Phân tập thu 15
2.2 Phân tập phát 19
2.4. Các phương pháp truyền dẫn trên kênh truyền MIMO 35
x

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
xi
AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss cộng trắng
BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
BS Base Station Trạm gốc
CCI Co-Channel Interference
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
mã
CF Cost Function Hàm chi phí
DEMUX Demultiplexing Bộ phân kênh
DPSK Differential DPSK Điều chế PSK vi sai
EGC Equal-Gain Combining Kết hợp đồng độ lợi
FDMA Frequency Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo
tần số
ISC Information Status Channel Thông tin trạng thái kênh
LS Least Square Bình phương nhỏ nhất
MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra
MLD Maximum Likelihood Detector Tách sóng hợp lệ tối đa
MMSE Minimum Mean Square Error Sai số trung bình bình
phương tối thiểu
MRC Maximal-Ratio Combining Kết hợp tỉ lệ tối đa
MUX Multiplexing Bộ ghép kênh
MS Mobile Station Trạm di động
OSTBC Orthogonal Space time block
coding
Mã không gian thời gian
trực giao.
PDF Power Density Function Hàm mật độ xác suất
PIC Parallenl Interference Triệt nhiễu song song
PSK Phase shift key Khóa dịch pha
QPSK Quaternary phase shift keying Khóa dịch pha vuông góc.
R
X
Receiver Máy thu
SC Selection Combining Kết hợp chọn lọc
SDM Spatial Division Multiplexing Phân kênh theo không gian
SIMO Single Input Multiple Output Một đầu vào đa đầu ra
SINR Signal to Interference plus Noise
Ratio
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
cộng với nhiễu
SISO Single Input Single Output Một đầu vào một đầu ra

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
STBC Space time block coding Mã khối không gian thời
gian
STC Space-time Codes Mã không gian thời gian
xii
STD Space time decoder Bộ giải mã không gian thời
gian
STE Space time encoder Bộ mã hóa không gian thời
gian
SVD Singular Value Decomposition Phân tích đơn trị
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
T
X
Transmitter Máy phát
ZF Zero-Forcing Cưỡng bức bằng không
xiii
DANH MỤC HÌNH VẼ
xiv
STT Tên hình Trang
Hình 1.1 Hàm mật độ xác suất của phân bố Gauss chuẩn. 4
Hình 1.2 Mật độ phổ công suất tạp âm trắng. 5
Hình 1.3 Hàm tự tương quan 6
Hình 1.4 Mô hình truyền dẫn tín hiệu BPSK trên kênh AWGN 6
Hình 1.5 Kết quả mô phỏng phẩm chất BPSK trên kênh
AWGN.
7
Hình 1.6 Mô hình truyền dẫn đa đường. 8
Hình 1.7 Mô tả sự di chuyển của MS so với BS 9
Hình 1.8 Mật độ phổ của tín hiệu thu 10

Hình 1.9 Đáp ứng xung của một bộ lọc FIR 11
Hình 1.10
Hàm phân bố Rayleigh với
2
1
s
=
13
Hình 2.1 Phương pháp kết hợp chọn lọc 16
Hình 2.2 Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp
kết hợp phân tập chọn lọc.
16
Hình 2.3 Phương pháp kết hợp tỷ lệ tối đa 17
Hình 2.4 Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp
kết hợp tỷ lệ tối đa
18
Hình 2.5 Độ lợi phân tập của các phương pháp kết hợp phân
tập.
19
Hình 2.6 Sơ đồ phân tập phát MRT có N nhánh phân tập với
các đường phản hồi
21
Hình 2.7 Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập 21
Hình 2.8 Sơ đồ máy phát mã khối STBC Alamouti với 2 anten
phát và 1 anten thu
22
Hình 2.9 Bảng mã hóa 23
Hình 2.10 Sơ đồ Alamouti STBC với 2 anten phát và 2 anten thu 24
Hình 2.11 Phẩm chất BER của các hệ thống Alamouti STBC so
với các hệ thống MRC

27
Hình 2.12 Mô hình kênh MIMO vô tuyến 28
Hình 2.13 Mô hình tương đương của kênh truyền SISO 30
Hình 2.14 Mô hình tương đương của kênh truyền MISO 30
Hình 2.15 Mô hình tương đương của kênh truyền SIMO 31
Hình 2.16 Dung lượng kênh truyền MIMO pha-đinh Rayleigh 35
Hình 2.17 Phương pháp phân kênh theo không gian. 36
Hình 2.18 Sơ đồ khối mã hóa không gian thời gian 37
Hình 3.1 Sơ đồ khối mã hóa DPSK 44
Hình 3.2 Hai vùng tách sóng của điều chế PSK và dạng tỉ lệ
của nó
45
xv
Hình 3.3 Sơ đồ khối mã hóa không gian thời gian vi sai 48
Hình 3.4 Sơ đồ khối mã thời gian không gian vi sai 54
Hình 3.5 Sơ đồ khối bộ giải mã không gian thời gian. 47
Hình 3.6 So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp, với
điều chế BPSK và hai anten phát trên các kênh fading
chậm.
62
Hình 3.7 So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp, với
điều chế QPSK và hai anten phát trên kênh pha đinh
chậm.
62
Hình 3.8 So sánh hiệu quả của mã STBC kết hợp và vi sai với
điều chế 8-PSK và hai anten phát trên kênh pha đinh
chậm.
63
Hình 3.9 So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho
tín hiệu BPSK với ba anten phát và một anten thu trên

kênh fading Rayleigh.
72
Hình 3.10 So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho
tín hiệu BPSK với bốn anten phát và một anten thu
trên kênh fading Rayleigh.
72
xvi
LỜI NÓI ĐẦU
Thế kỷ hai mươi vừa qua đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc về công nghệ
thông tin vô tuyến, nó mở ra các hướng đi mới cho nghiên cứu và hoàn thiện
công nghệ trong lĩnh vực này.
Một trong các kết quả nghiên cứu nổi bật là việc ứng dụng đa anten trong
các máy thu phát nhằm nâng cao dung lượng kênh truyền và cải tiến chất lượng
truyền dẫn tín hiệu. Việc sử dụng đa anten ở các máy thu phát mở ra một
phương pháp truyền dẫn tín hiệu mới là phương pháp truyền dẫn không gian-
thời gian, tín hiệu truyền qua các anten được mã hoá trên cả hai miền thời gian
và không gian. Nhờ các phương pháp xử lý thích hợp ở máy thu cho phép thu
được độ lợi phân tập không gian tỉ lệ với số lượng anten sử dụng, và vì vậy,
giảm thiểu sai số truyền dẫn. Một ví dụ điển hình về truyền dẫn không gian-thời
gian là các hệ thống thông tin đa đầu vào-đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input
Multiple-Output) và các hệ thống mã không gian-thời gian (STC: Space-Time
Codes).
Trong hệ thống mã không gian thời gian, một yêu cầu đặt ra là: máy thu phải
biết trước được thông tin trạng thái kênh, để từ đó có thể ước lượng, giải mã tín
hiệu phát. Trong một số trường hợp, như truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, rất khó
có thể ước lượng chính xác thông tin trạng thái kênh. Một kỹ thuật mới được
đưa ra là: Mã hóa không gian thời gian vi sai. Nhờ kỹ thuật này, máy thu vẫn có
thể giải mã được tín hiệu phát mà không cần biết thông tin trạng thái kênh.
Đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật mã khối không gian thời gian vi sai” em chọn
cho đồ án tốt nghiệp, với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu một kỹ thuật mã hóa, áp

dụng cho các thiết bị vô tuyến số nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn.
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Kênh thông tin vô tuyến. Trong chương này tìm hiểu tổng quan về
các kênh thông tin vô tuyến. Đưa ra các mô hình kênh cơ bản để tiện nghiên cứu
1
sâu hơn ở các chương tiếp theo.
Chương 2. Tổng quan về MIMO và các phương pháp phân tập. Trong
chương này đi nghiên cứu về phương pháp phân tập không gian điển hình là
phân tập không gian thu và phát. Trong chương này ta cũng nghiên cứu tổng
quan về hệ thống MIMO, các phương pháp truyền dẫn sử dụng trong đó.
Chương 3. Kỹ thuật mã khối không gian thời gian vi sai. Ta nghiên cứu
phương pháp mã hóa, giải mã với một, hai hay nhiều hơn hai anten phát. Qua
mô phỏng, sẽ xem so sánh hiệu quả của kỹ thuật này với mã khối không gian
thời gian thông thường.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo, thiếu
tá, tiến sỹ Trần Xuân Nam. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy trong
Khoa Vô Tuyến Điện Tử đã tạo mọi điều kiện và có nhiều giúp đỡ để đồ án
được hoàn thành theo đúng tiến độ quy định.

Hà nội, ngày 25 tháng 04 năm 2008
Sinh viên
Lại Mạnh Tuấn
2
Chương 1
KÊNH THÔNG TIN VÔ TUYẾN
1.1 Mở đầu
Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền lan sóng giữa máy phát và máy thu.
Quá trình truyền sóng môi trường này là một hiện tượng phức tạp bị chi phối bởi
các hiệu ứng khác nhau, như là hiệu ứng đa đường và hiệu ứng che khuất. Ngoài
ra các tín hiệu luôn luôn phải chịu một tạp âm cộng và không thể loại bỏ được.

Mô tả toán học chính xác các hiện tượng này hiện chưa có hoặc là quá phức tạp
đối với các hệ thống thông tin. Vì thế, mọi cố gắng đều dành để mô hình thống
kê và mô tả đặc tính các hiệu ứng khác nhau này. Kết quả là ta có một loạt các
mô hình thống kê tương đối đơn giản và khá chính xác cho các kênh pha-đinh
mà chúng phụ thuộc vào môi trường truyền riêng biệt và các tình huống liên lạc
quan trọng.
1.2 Kênh tạp âm AWGN
1.2.1 Tập âm AWGN
Thuật ngữ tạp âm (noise) mô tả các tín hiệu điện không mong muốn xuất
hiện trong hệ thống. Sự xuất hiện tạp âm làm giảm khả năng tách chính xác các
tín hiệu phát và, vì vậy, làm giảm tốc độ truyền dẫn thông tin. Tập âm được tạo
ra từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng có thể phân loại thành hai nguồn chính là
nhân tạo và tự nhiên. Nguồn tạp âm nhân tạo xuất hiện từ các nguồn đánh lửa,
chuyển mạch hay các phát xạ điện từ. Tạp âm tự nhiên gồm tạp âm xuất hiện
trong các mạch hay linh kiện điện tử, xáo động khí quyển hay các nguồn từ vũ
trụ.
Thiết kế tốt các mạch điện, thiết bị hay hệ thống cho phép loại bỏ hoặc giảm nhỏ
đáng kể ảnh hưởng của các tạp ậm bằng cách nối đất, chọn vị trí đặt thiết bị hay
sử dụng các phương pháp lọc. Tuy nhiên, có một nguồn tạp âm tự nhiên không
3
thể loại bỏ là tạp âm nhiệt. Tạp âm nhiệt xuất hiện do chuyển động nhiệt của các
điện tử trong tất cả các linh kiện điện tử như điện trở, dây dẫn hay các phần tử
dẫn điện khác. Sự chuyển động ngẫu nhiên và độc lập của vô hạn các điện tử tạo
nên các đặc tính thống kê Gauss theo định lý giới hạn trung tâm (central limit
theorem). Vì vậy, tạp âm nhiệt có thể mô tả như một quá trình ngẫu nhiên Gauss
có giá trị trung bình bằng không (zero mean).
Hàm mật độ xác suất (PDF) của một quá trình ngẫu nhiên Gauss
( )n t
được biểu
diễn như sau

2
2
1
( ) exp
2
2
n
p n
s p
s
æ ö
÷
ç
= -
÷
ç
÷
ç
è ø
(1.1)
Hình 1.1 Hàm mật độ xác suất của phân bố Gauss chuẩn.
Hình vẽ 1.1 biểu diễn hàm PDF Gauss với giá trị trung bình bằng không và độ
lệch chuẩn (standard deviation)
1
s
=
.
Một đặc tính quan trọng của tạp âm Gauss có giá trị trung bình bằng không là
phương sai
2

s
bằng trung bình bình phương của
n
, tức là,
2 2
{ ( )}E n t
s
=
.
4
1.2.2 Phổ công suất của tạp âm trắng có băng tần giới hạn
Tạp âm trắng: về mặt lý thuyết thì tạp âm trắng có băng tần vô hạn và một đặc
tính quan trọng là mật độ phổ tần số của nó như nhau ở mọi tần số. Tức là nó là
nguồn tạp âm phát ra một lượng công suất như nhau trên một đơn vị băng tần tại
tất cả các tần số bằng
[ ]
W/ Hz | |
2
( )
0 | |
o
g
n
g
N
f f
G f
f f
ì
ï

<
ï
ï
=
í
ï
ï
³
ï
î
(1.2)
Hệ số 2 trong công thức trên chỉ thị rằng
( )
n
G f
là một hàm mật độ phổ công
suất hai phía (two-sided power spectral density function), cò
o
N
thì được gọi là
mật độ phổ công suất tạp âm. Tạp âm với công suất có mật độ phổ đều như vậy
được gọi là tạp âm trắng (white noise).
Hình 1.2: Mật độ phổ công suất tạp âm trắng.
Hàm tự tương quan của tạp âm trắng là biến đổi Fourier ngược của hàm mật độ
phổ công suất tạp âm cho bởi:
{ }
1 2 .
n
( ) G ( ) ( ) ( )
2

j f
n n
No
R F f G f e df
p t
t d t
¥
-
- ¥
= = =
ò
(1.3)
Do tạp âm nhiệt được cộng với tín hiệu nên nó còn được gọi là tạp âm cộng
(additive noise). Tổng hợp các đặc tính của tạp âm nhiệt nói trên có thể tóm tắt
lại rằng tạp âm nhiệt trong các hệ thống thông tin là tạp âm Gauss trắng cộng
(AWGN: Additive White Gaussian Noise). Mật độ phổ công suất và hàm tự
tương quan của tạp âm trắng được thể hiện như trong Hình 1.2 và 1.3.
5
Hình 1.3: Hàm tự tương quan
1.2.3 Mô hình truyền dẫn qua kênh AWGN
Hình 1.4 biểu diễn một mô hình truyền dẫn tín hiệu BPSK trên kênh AWGN.
Chuỗi tín hiệu phát
k
s
được tạo ra và phát trên kênh AWGN. Do ảnh hưởng của
tạp âm, tín hiệu thu được
k
y
ở đầu thu là tổng của tín hiệu phát với tạp âm
k

n
.
Hình 1.4: Mô hình truyền dẫn tín hiệu BPSK trên kênh AWGN
Mô phỏng quá trình truyền dẫn ở trên ta được kết quả như Hình 1.5.
6
Hình 1.5: Kết quả mô phỏng phẩm chất BPSK trên kênh AWGN.
Kết luận: sự can thiệp của tạp âm trắng đến kênh truyền, cụ thể là tỷ số công
suất tín hiệu trên tạp âm ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ số lỗi bít (BER) của kênh
truyền và chất lượng tín hiệu thu. Nó làm tỷ số BER tăng lên, dẫn đến chất
lượng tín hiệu thu giảm. Tuy nhiên, không chỉ có tạp âm nhiệt tác động đến quá
trình truyền. Việc truyền tin vô tuyến còn gặp một vấn đề khó khăn hơn đó là
các ảnh hưởng của pha đinh. Ta tiếp tục nghiên cứu các tác động của nó trong
phần tiếp sau đây.
1.3 Kênh truyền dẫn phân tập đa đường (kênh fading)
1.3.1 Mô hình truyền dẫn phân tập đa đường
Trong thông tin vô tuyến, tín hiệu từ máy phát tới máy thu không chỉ theo một
hướng nhất định. Các tia sóng đi theo nhiều hướng phản xạ hoặc tán xạ khác
nhau, mỗi đường chịu tác động của một hay nhiều phản xạ. Khi đó tín hiệu đến
máy thu là tín hiệu tổng hợp từ tất cả các đường này. Do các đường có biên độ,
pha và độ trễ khác nhau tín hiệu truyền qua các đường này có thể kết hợp với
nhau một cách có lợi hoặc không có lợi tạo nên một sóng đứng ngẫu nhiên. Hiện
7
tượng này gọi là hiện tượng pha-đinh đa đường. Kênh truyền sóng kiểu này
được gọi là kênh pha-đinh đa đường.
Hình 1.6: Mô hình truyền dẫn đa đường.
1.3.2 Kênh không phụ thuộc thời gian (Time-invariant channel)
Kênh không phụ thuộc thời gian là kênh truyền dẫn trong trường hợp không có
sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. Bản chất của hiện tượng
này là đáp ứng xung và hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc vào thời gian
(không thay đổi theo thời gian).

Đáp ứng xung của kênh (Channel impulse channel): là một dãy xung thu được
ở máy thu khi máy phát phát đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac
( )t
d
1
( ) ( )
N
k k
k
h a
t d t t
=
= -
å
(1.4)
với
( )t
d
là xung Dirac được định nghĩa như sau:
0 0
( )
( ) 1; 0
t
t
t dt t
d
d
¥
- ¥
¹

ì
ï
ï
ï
ï
=
í
ï
= =
ï
ï
ï
î
ò
(1.5)
trong đó:
k
, h(
t
),
t
,
k
t
,
k
a
, N lần lượt là: chỉ số tuyến truyền dẫn, đáp ứng
xung của kênh, biến trễ truyền, trễ truyền dẫn ứng với tuyến k, hệ số suy hao và
số tuyến truyền dẫn.

8
Hàm truyền đạt của kênh: được định nghĩa là phép biến đổi Fourier của đáp
ứng xung, do vậy ta có:
1
( ) { ( )}
( ) ( )
k
N
j
j
k
k
H j F h
H j h e d a e
wt
wt
w t
w t t
¥
-
=
- ¥
=
= =
å
ò
(1.6)
1.3.3 Kênh phụ thuộc thời gian
Sự dịch chuyển tương đối giữa máy phát và máy thu gây ra hiệu ứng Doppler và
hiện tượng phụ thuộc vào thời gian của kênh. Kênh phự thuộc thời gian (kênh

thay đổi theo thời gian) có hàm truyền thay đổi theo thời gian.
Đáp ứng xung của kênh phụ thuộc thời gian:
Sự phụ thuộc thời gian của đáp ứng xung kênh vô tuyến được biểu diễn như sau:
(2 )) ( ( ))
1
( , )
D k k
N
j f t t
k
k
h t a e
p f d t t
t
+ -
=
=
å
(1.7)
Hàm truyền đạt của kênh phụ thuộc thời gian:
Thực hiện phép biến đổi Fourier của đáp ứng xung ta được hàm truyền đạt của
kênh như sau:
(2 )
1
( , ) ( , )
D k
N
j j f t
k
k

H j t h t e d a e
wt p f
w t t
¥
+
=
- ¥
= =
å
ò
(1.8)
Hiệu ứng Doppler: Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa
máy phát và máy thu. Bản chất của hiện tượng này là phổ tín hiệu bị xê dịch đi
so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler.

Hình 1.7: Mô tả sự di chuyển của MS so với BS
9