Ứng dụng thuật toán wavelet nhằm cải tiến một số các chỉ tiêu kỹ thuật trong hệ thống OFDM

L IăC MăT


Trong thời gian thực hiện đề tài, người thực hiện đã học hỏi
được rất nhiều điều bổ ích từ Giáo Viên hướng dẫn ốà các anh
chị trong lớp.
Nhân đây, người thực hiện ồin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến cô Phạm Hồng Liên trên cương ốị là người hướng dẫn đề
tài, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ ốà tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất cho học ốiên hoàn thành t t đề tài.
Người thực hiện cũng ồin chân thành cảm ơn các thầy, các cô
trong khoa Điện - Điện Tử, cùng bạn bè đã đóng góp ý kiến và
kinh ngiệm qúy báu trong q trình thực hiện đề tài này.
TP.H CHÍ MINH, Ngày 27 tháng 10 năm 2012

Người thực hiện
Nguyễn Minh Quyền

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang iii


TÓM T T LU NăVĔN
M t v năđ th ng g p trong h th ngăthôngătinădiăđ ng ngày nay là tr i tr và
nhi uăđaăđ ng, bên c nhăđóăvi c s d ng ngu nătƠiănguyênăbĕngăthôngă m t cách
hi u qu là v năđ đ tăraăđ i v i b t kỳ nhà cung c p d ch v vi n thông nào. Nh ng
k thu tă tr că đơyă nh ă lƠă FDM,ă TDMă đ u có m t h n ch là khơng khai thác có
hi u qu bĕngăthơng,ăvìăv y k thu tăOFDMăraăđ iăđƣăgi i quy tăđ c bài tốn khai
thác hi u qu bĕngăthơngăcũngănh ăbƠiătốnăkhángănhi uăđemăl i ch tăl ng d ch v
ngƠyăcƠngăcaoăchoăng i s d ng.ăPh ngăphápăOFDMăchuy năđ i m t lu ng bit

n i ti p t că đ cao thành nhi u chu i bit song song có t că đ th pă h n.ă Doă đó,ă
ph ngăphápăOFDMăcóăth coiănh ăcóătácăd ng bi năđ i kênh truy n fading ch n
l c t n s thành nhi u kênh truy n fading ph ng. Tuy nhiên, OFDM s d ng b
bi năđ i Fourier truy n th ng l i có nh ng khuy tăđi m sau:
 Hi u su tăđ ng truy n gi m vì s d ng chu i b o v .
 Do yêu c u v đi u ki n tr c giao c a các sóng mang ph mà h th ng
OFDM r t nh y v i offset t n s , Doppler và nhi u pha.
Vì v y, chúng ta ph i tìm cách c i ti n b IFFT/FFT truy n th ngăđ nâng cao
ch tă l ng c a h th ng OFDM. Bi nă đ i Wavelet có nh ngă đi mă t ngă đ ng và
nh ngă uăđi măh năsoăv iăph ngăphápăbi năđ i Fourier truy n th ng,ăđƣ cho m t
h th ng m i WOFDM ti t ki măbĕngăthông,ăkhángănhi uăcaoănh ngăv n ph iăđòiă
h i đ ng b cao và wavelet s h a h n là m t tri n v ng gi i quy t t t v năđ này.
Ph n lu nă vĕnă s điă vƠoă tìmă hi uă cũngă nh ă thayă th Wavelet cho b bi nă đ i
IFFT/FFT c a h th ng OFDM, k t h pă că l ng kênh truy nă đ gi i quy t t t
h năv năđ kháng nhi u Fading và hi u ng Doppler.
Ngồi ra lu năvĕnăcũngătrìnhăbƠyăh th ng Wavelet-OFDM có s d ng k thu t
c a s tr t (Sliding Window SW). K thu tăSWăđ c s d ng nh mătĕngătínhătr c
giao c a tín hi u, vì th gi mă đ c nhă h ng c a t n s Doppleră đ i v i d li u
bênăthu.ăĐi uănƠyăđ c th c hi n b ng cách gi m sai s làm tròn và th iăgianăt ngă
quan dài c a d li uă đ c thu. K t qu mô ph ngă đ c th c hi nă đ i v i kênh
truy n AWGN, fading ph ng và fading ch n l c t n s .
Lu nă vĕnă trìnhă bƠyă mơă hìnhă h th ng WiMAXă OFDMă trênă c ă s tiêu chuẩn
IEEE® 802.16-2004.
T khóa: OFDM, Wavelet r i r c, Wavelet gói, c a s tr t (SW), FFT, hi u ng
Doppler.

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang iv

MASTER ESSAY SUMMARRY
Nowaday, normal problems in information system are signal delay and multipath
noises, otherwise we also have to use bandwidth resource effectively. The previous
techniques such as FDM, TDM have a limitation in bandwidth resource usage, so
when OFDM technique appeared, it solved bandwidth resourse problems and also
fading noises. OFDM technique convert a high speed serial bits stream to many
parallel strings with lower speed. So, OFDM technique can convert fading channel
to many flat fading channel. However, OFDM use Fourier traditional
transformation have some cons:
 The tranmission performance is decrease beacause of Cyclic Prefix (CP).
 OFDM system is very sensitivity with offset frequency, Doppler shift and
phase noises because of orthogonal condition.
We have to find down the way to improve IFFT / FFT traditional transform to
increase the quality of the OFDM system. Wavelet transform has some same
relations and advantages with Fourier traditional transform in a WOFDM system.
WOFDM system can save the bandwidth, solve noise problem better.
The essay will research and also replace Wavelet transform for IFFT/FFT
transform in a OFDM system, combining channel estimation to solve fading noise
and Doppler effect .
In addition, this thesis presents a new Wavelet-OFDM system using a Sliding
Window (SW) technique. The SW is used to increase signal orthogonality and thus
reduces the Doppler frequency effect in the received data. This is done by reducing
the round-off rror and long correlation time of the received data. Simulation results
show that the proposed system under frequency-flată fading, frequency-selective
fading and the Additive White Gaussian noise (AWGN) channel.
This thesis represents an end-to-end baseband model of the physical layer of a
wireless metropolitan area network (WMAN), according to the IEEE® 802.16-2004
standard
Keywords: OFDM, Discrete Wavelet, Wavelet Packet, Sliding Window (SW),

FFT, Doppler effect.

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang v


M CL C
LÝ L CH KHOA H C ......................................................................................... i
L IăCAMăĐOAN ................................................................................................ ii
L IăC MăT .....................................................................................................iii
TÓM T T LU NăVĔN ..................................................................................... iv
M C L C .......................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC CH VI T T T ................................................................. x
DANH SÁCH CÁC HÌNH ................................................................................. xi
DANH SÁCH CÁC B NG .............................................................................. xiii
Ch ngă1................................................................................................................. 5
T NG QUAN ..................................................................................................... 5
1.1. T NG QUAN CHUNG V LƾNHăV C NGHIÊN C U ................................. 5
1.2. M C TIÊU, KHÁCH TH VĨăĐ IăT
NG NGHIÊN C U ........................ 5
1.2.1. M c tiêu..................................................................................................... 5
1.2.2.ăĐ iăt ng nghiên c u ................................................................................ 6
1.3 NHI M V C AăĐ TÀI VÀ PH M VI NGHIÊN C U ............................... 6
1.3.1. Nhi m v ................................................................................................... 6
1.3.2. Ph m vi nghiên c u ................................................................................... 6
1.4.ăPH NGăPHỄPăNGHIểNăC U ..................................................................... 6
1.5. N IăDUNGăĐ TÀI......................................................................................... 7
1.6.ăụăNGHƾAăTH C TI N C AăĐ TÀI ............................................................. 7
Ch ngă2................................................................................................................. 5

MƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N .......................................................... 5
2.1. MƠ HÌNH SUY GI M DI N R NG .............................................................. 5
2.1.1. Suy hao theo kho ng cách truy n ............................................................... 5
2.1.2. nhăh ng c a ph n x ............................................................................. 6
2.1.3. Suy hao do v t c n ..................................................................................... 7
2.2. MƠ HÌNH FADING DI N H P VÀ HI U NGăĐAăĐ
NG ...................... 8
2.2.1. Hi u ngăđaăđ ng .................................................................................... 8
2.2.2. Hi u ng Doppler ...................................................................................... 8
2.2.3. Các thông s c a kênh truy năđaăđ ng ................................................... 10
2.2.3.1. Thông s tán x th i gian (Time Dispersion) ..................................... 10
2.2.3.2.ăBĕngăthông k t h p (Coherence Bandwidth) ..................................... 10
2.2.3.3. Tr i Doppler và th i gian k t h p ...................................................... 11
2.2.4. Phân lo i kênh truy n fading di n h p...................................................... 12
2.2.4.1. Fading ph ng..................................................................................... 12
2.2.4.2. Fading ch n l c t n s ....................................................................... 13
2.2.4.3. Kênh truy n fading bi năđ i nhanh.................................................... 14
2.2.4.4. Kênh truy n fading bi năđ i ch m ..................................................... 14
2.2.4.5. Phân b Rayleigh và phân b Ricean................................................. 14
2.2.4.5.1. Phân b Rayleigh Fading............................................................ 14
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang vi


2.2.4.5.2. Phân b Ricean Fading ............................................................... 15
Ch ngă3............................................................................................................... 16
H TH NG FOURIER OFDM ......................................................................... 16
3.1.ăNGUYểNăLụăC ăB N C A OFDM ............................................................ 16
3.2.ăS ăĐ KH I H TH NG OFDM ................................................................ 19

3.2.1. Ánh x đi u ch ....................................................................................... 20
3.2.2. B chuy năđ i n i ti p ậ song song .......................................................... 22
3.2.3. Chuy năđ i mi n t n s sang mi n th i gian ............................................ 23
3.2.4. Chèn kho ng b o v ................................................................................. 24
3.2.5. ĐiêuăchêăRF ............................................................................................. 25
3.2.6. MáyăthuăOFDM ....................................................................................... 25
3.3. UăĐI M ậ NH
CăĐI M C A H TH NG OFDM ................................ 29
3.3.1. uăđi m c a h th ng OFDM .................................................................. 29
3.3.2. Nh căđi m c a h th ng OFDM: ........................................................... 29
Ch ngă4............................................................................................................... 30
H TH NG WAVELET OFDM ....................................................................... 30
4.1.ăC ăS LÝ THUY T THU T TOÁN WAVELET ........................................ 30
4.1.1. Từ bi năđ iăFourierăđ n bi năđ i Wavelets ............................................... 30
4.1.2. Bi năđ i Wavelet liên t c ......................................................................... 31
4.1.3.ăNĕmăb căđ th c hi n bi năđ i Wavelet liên t c .................................... 34
4.1.4. Bi năđ i Wavelet r i r c .......................................................................... 35
4.1.5. Hàm t l (scaling function) ...................................................................... 36
4.1.6. Phân tích Wavelet gói .............................................................................. 37
4.1.6.1ăPhơnătíchăđaăphơnăgi i ........................................................................ 37
4.1.6.2. C u trúc Wavelet gói ......................................................................... 38
4.1.7. Gi i thi u m t s h Wavelet ................................................................... 41
4.1.7.1. Bi năđ i Wavelet Haar ...................................................................... 41
4.1.7.2. Bi năđ i Wavelet Daubechies............................................................ 42
4.2. H TH NG WAVELET OFDM (W-OFDM) ................................................ 44
4.2.1. H th ng OFDM s d ng phép bi năđ i Wavelet ..................................... 44
4.2.2. Các h th ng OFDM s d ng bi năđ i Wavelet ....................................... 46
4.2.2.1. H th ng Wavelet OFDM c đi n ..................................................... 46
4.2.2.2. H th ng Wavelet OFDM gói ........................................................... 48
4.2.3. PAPR trong h th ng Wavelet OFDM ..................................................... 51

4.2.4.ăĐ c tính c a h th ng Wavelet OFDM .................................................... 53
4.2.4.1 Nhi u ISI và ICI ................................................................................. 53
4.2.4.2. D ch t n s sóng mang trong h th ng Wavelet OFDM ..................... 53
4.2.4.3 D ch Pha trong h th ng Wavelet OFDM ........................................... 54
4.2.5.ăCácă uăkhuy tăđi m c a h th ng Wavelet OFDM................................... 55
4.2.5.1.ă uăđi m ............................................................................................ 55
4.2.5.2. Khuy tăđi m...................................................................................... 55
Ch ngă5............................................................................................................... 56
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang vii


CÁC CH TIÊU K THU T C N C I THI N TRONG H TH NG OFDM 56
5.1. TI N T L P (CP) ........................................................................................ 56
5.2.ăĐ NG B TRONG H TH NG OFDM....................................................... 56
5.2.1.ăăĐ ng b th i gian (Timing synchronization) ........................................... 56
5.2.2.ăĐ ng b t n s (Frequency synchronization) ........................................... 57
5.2.2.1.ăĐ l ch t n s sóng mang.................................................................. 57
5.2.2.2.ăĐ l ch t n s trong FFT-OFDM ...................................................... 58
5.2.3. S a l i ..................................................................................................... 60
5.3. T S CÔNG SU TăĐ NH TRÊN CƠNG SU T TRUNG BÌNH (PAPR)... 60
5.4. Thu t toán c a s tr t (Sliding Window: SW) .............................................. 61
5.4.1. Thu t toán c a s tr t thu n (t i bên phát) ............................................. 61
5.4.2. Thu t toán c a s tr tăng c (t i bên thu) .............................................. 62
Ch ngă6............................................................................................................... 63
MƠ HÌNH WIMAX VÀ K T QU MƠ PH NG ............................................ 63
6.1. MƠ HÌNH WiMAX OFDM (IEEE 802.16-2004) ........................................... 63
6.1.1. Gi i h n c aăch ngătrìnhămơăph ng ....................................................... 63
6.1.2.ăS ăđ kh i c a h th ng WiMAX ............................................................ 63

6.1.2.1.ăS ăđ kh i bên phát........................................................................... 64
6.1.2.2.ăS ăđ kh i bên thu ............................................................................ 64
6.1.3. Thi t k các kh i ...................................................................................... 65
6.1.3.1. Kh i t o d li u ng u nhiên .............................................................. 65
6.1.3.2. Kh iăđi u ch mã hóa thích nghi (AMC) ........................................... 65
6.1.3.2.1. Kh i mã hóa Reed solomon ........................................................ 66
6.1.3.2.2. Kh i mã hóa tích ch p ................................................................ 68
6.1.3.2.3. Kh i phân chia ........................................................................... 69
6.1.3.2.4. Kh i xóa tr n ............................................................................. 69
6.1.3.2.5. Kh iăđi u ch và gi iăđi u ch .................................................... 70
6.1.3.3. Kh i t o gói d li u........................................................................... 70
6.1.3.4. Kh iăđi u ch và gi iăđi u ch OFDM .............................................. 71
6.1.3.4.1. Kh iăđi u ch ............................................................................. 71
6.1.3.4.2. Kh i gi iăđi u ch ...................................................................... 72
6.1.3.5. Kênh truy n ...................................................................................... 72
6.1.3.6. Gi năđ hi n th cácăđi m chòm sao .................................................. 73
6.1.3.7. Kh i gi iăđi u ch AMC ................................................................... 73
6.1.3.8. Kh i Rate ID ..................................................................................... 74
6.2. K T QU MÔ PH NG ................................................................................. 75
6.2.1. Mô ph ng BER c a h th ng Fourier-OFDM và Wavelet-OFDM khi
không s d ng b đi u ch mã hóa thích nghi (AMC) ....................................... 75
6.2.2. Mô ph ng BER c a h th ng Fourier-OFDM và Wavelet-OFDM v i kh i
AMC ................................................................................................................. 76
6.2.3. H th ng F-OFDM s d ng thu t toán c a s tr t ................................. 77
6.2.4. H th ng W-OFDM s d ng thu t toán c a s tr t ................................ 80
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang viii

Ch ngă7............................................................................................................... 82
K T LU NăVĨăH
NG PHÁT TRI N .......................................................... 82
7.1. K T LU N .................................................................................................... 82
7.1.1. Nh ng m c tiêuăđ tăđ c ......................................................................... 82
7.2.2. H n ch c aăđ tài .................................................................................... 82
7.2. H
NG PHÁT TRI N C AăĐ TÀI ........................................................... 82
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................. 83

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang ix


DANH SÁCH CÁC CH
ADSL
AWGN
BPSK
BER
CCDF
CDMA
CIR
CP
DFT
DVB-T
DWT
FDM
FFT
FSK

HiperLAN/2
ICI
IDWT
IFFT
ISI
GI
OFDM
PAPR
PSK
QAM
QMF
QPSK
SER
SNR
SW
TDD
TDM
WPM
WPT

VI T T T

Asnchronous Digital Subscriber Line
Additive White Gaussian Noise
Binary Phase Shift Keying
Bit Error Rate
Complementary Cumulative Distribution Function
Code Division Multiple Aceess
Channel Impulse Response
Cycle Prefix

Discrete Fourier Transform
Digital Video Broadcasting for Terrestrial Tránmission Mode
Discrete Wavelet Transform
Frequency Division Multiplexer
Fast Fourrier Transform
Frequency Shift Keying
High Performance Local Area Network type 2
Inter Channel Interference
Inverse Discrete Wavelet Transform
Inverse Fast Fourrier Transform
Inter Symbol interference
Guard Interval
Orthorgonal Frequency Division Multiplexing
Peak average Power Ratio
Phase Shift Keying
Quadrature Amplitude Modulation
Quadrature Mirror Filter
Quadrature Phase Shift Keying
Symbol Error Rate
Signal Noise Rate
Sliding Window
Time Division Duplex
Time Division Multiplexer
Wavelet packet Modulation
Wavelet packet Transform

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang x

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2. 1. Đường đi của tín hiệu từ bên phát tới bên thu ......................................... 6
Hình 2. 2. Mơ hình phản ồạ 2 tia ............................................................................. 6
Hình 2. ̀. Mơ hình suy hao do ốật cản..................................................................... 7
Hình 2. ́. Hiệu ứng đa đường ................................................................................. 8
Hình 2. 5. Hiệu ứng Doppler ................................................................................... 9
Hình 2. 6. Tương quan PoỒer Delay Profile, trải trễ ốà băng thơng kết hợp ........ 11
Hình 2. 7. Đáp ứng của kênh truyền fading phẳng. ................................................ 13
Hình 2. 8. Đáp ứng kênh truyền chọn lọc tần s .................................................... 14
Hình ̀. 1. So sánh kỹ thuật sóng mang khơng ch ng ồung (a) ốà kỹ thuật sóng
mang ch ng ồung (b). ............................................................................................ 17
Hình 3. 2. Phở cac song mang con trong hê ̣ thơng OFDM ..................................... 18
Hình 3. 3. Sơ đô khôi của hê ̣ thông OFDM ............................................................ 19
Hình ̀. ́. Bộ điều chế ốà giải điều chế .................................................................. 20
Hình ̀. 5. Quan hệ giữa t c độ ký tự ốà bit phụ thuộc ốào s bit trong một ký tự.. 20
Hình 3. 6. Chịm sao 4-PSK và 16-PSK ................................................................. 21
Hình 3. 7. Chịm sao QAM 16 và 64 ...................................................................... 22
Hình ̀. 8. Bộ chuyển đổi n i tiếp – song song ốà ngược lại ................................... 22
Hình ̀. 9. Bộ IFFT ốà FFT .................................................................................... 23
Hình 3. 10. Chèn khoảng dự trữ ốào ký hiệu OFDM .............................................. 24
Hình ̀. 11. Mô tả ứng dụng của chuỗi bảo ốệ trong ch ng nhiễu ISI ..................... 25
Hình 3. 12. Mơ hinh đơn giản của hê ̣ thông truyên thông OFDM .......................... 27
Hình 3. 13. Biểu diễn thơi gian – tân sơ của ky hiê ̣u ốa khung OFDM ................... 27
Hình ́. 1. Biến đổi Waốelet ................................................................................... 31
Hình ́. 2. So sánh các phép biến đổi tín hiệu ........................................................ 31
Hình ́. ̀. Phép tịnh tiến của biến đổi Waốelets ..................................................... 33
Hình ́. ́. Hệ s tỉ lệ : (a) a < 1 , (b) a = 1 , (c) a > 1 ........................................... 33
Hình ́. 5. Minh hoạ lưới nhị t dyadic ốới các giá trị của m ốà n.......................... 35
Hình ́. 6. Phân tích đa phân giải áp dụng cho biểu diễn tín hiệu .......................... 37

Hình ́. 7. Quan hệ giữa khơng gian Vm ốà Wm .................................................... 38
Hình 4. 8. Phân tích Wavelet gói ........................................................................... 39
Hình ́. 9. Cây cấu trúc Waốelet gói ...................................................................... 39
Hình 4. 10. Hàm   t  của biến đổi Haar .............................................................. 42

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang xi


Hình 4. 11. Hàm   t  của họ biến đổi Daubechies n ốới n=2, ̀, 7, 8 ................... 42
Hình ́. 12. Sơ đ kh i hệ th ng thu phát OFDM dựa trên phép biến đổi Waốelet . 44
Hình ́. 1̀. Độ cao của búp sóng phụ của bộ lọc Fourier ốà bộ lọc Waốelet ......... 46
Hình ́. 1́. Quá trình tách (DWT) ốà tái tạo (IDWT) của hệ th ng WOFDM. ....... 47
Hình ́. 15. Biểu diễn kí tự OFDM ốà WOFDM trên trục thời gian-tần s ............. 48
Hình ́. 16. Băng lọc tổng hợp SFB ốà băng lọc phân tích AFB ............................. 48
Hình ́. 17. (a) cấu trúc bộ lọc tổng hợp bên phát ; (b) Sơ đ tương đương của một
phép biến đổi IDWT.............................................................................................. 49
Hình ́. 18. Sự trực giao của 8 sóng mang phụ Ồaốelet trong miền tần s ............. 51
Hình ́. 19. Phổ của 8 sóng mang phụ trong hệ th ng Fourier OFDM .................. 51
Hình 5. 1. Nhiễu liên sóng mang ICI tăng lên do mất đ ng bộ ốề mặt tần s ......... 59
Hình 5. 2. Sự ồuất hiện đỉnh cao của sóng mang ................................................... 60
Hình 6. 1. Sơ đ kh i hệ th ng WiMAX ................................................................. 63
Hình 6. 2. Sơ đ kh i bên phát............................................................................... 64
Hình 6. 3. Sơ đ kh i bên phía thu ......................................................................... 65
Hình 6. ́. Kh i tạo dữ liệu ngẫu nhiên .................................................................. 65
Hình 6. 5. Kh i điều chế ốà sửa lỗi ........................................................................ 65
Hình 6. 6. Kh i điều chế ốà sửa lỗi 6́-QAM 3/4 ................................................... 66
Hình 6. 7. Kh i mã hóa RS .................................................................................... 66
Hình 6. 8. Kh i mã hóa tích chập .......................................................................... 68

Hình 6. 9. Mã hóa tích chập ốới t c độ 1/2 ............................................................ 69
Hình 6. 10. Kh i ồáo trộn ...................................................................................... 70
Hình 6. 11. Kh i tạo gói dữ liệu ............................................................................ 71
Hình 6. 12. Kh i điều chế OFDM .......................................................................... 72
Hình 6. 1̀. Kh i giải điều chế OFDM ................................................................... 72
Hình 6. 1́. Kh i hiển thị chịm sao ........................................................................ 73
Hình 6. 15. Sơ đ kh i giải điều chế AMC ............................................................. 73
Hình 6. 16. Kh i giải mã FEC sử dụng 6́-QAM ................................................... 74
Hình 6. 17. Kh i chọn kỹ thuật điều chế ................................................................ 74
Hình 6. 18. Mơ hình WiMAX tại RateID=́ ............................................................ 75
Hình 6. 19. BER mơ hình F-OFDM vs W-OFDM tại RateID=́............................. 75
Hình 6. 20.BER F-OFDM vs W-OFDM tại kênh truyền fading lựa chọn tần s ốới
Doppler = 50Hz ...................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 6. 21. Mơ hình F-OFDM ốới kh i FFT ốà kh i SW ....................................... 77
Hình 6. 22. Định dạng tín hiệu OFDM tại bên phát của F-OFDM......................... 78
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang xii


DANH SÁCH CÁC B NG
Bảng 2. 1. Phân loại kênh truyền fading diện hẹp .................................................. 12
Bảng ́. 1. Tổng hợp đặt tính của các họ Waốelet .................................................. 45
Bảng 6. 1. Thơng s của mã hóa RS....................................................................... 67
Bảng 6. 2. Vector phân chia tương ứng ốới t c độ mã hóa ..................................... 69
Bảng 6. ̀. Tham s Rate ID ốà kỹ thuật điều chế ................................................... 74

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang xiii

CH

Ch

NGă1. T NG QUAN

ngă1
T NG QUAN

1.1. T NG QUAN CHUNG V LĨNHăV C NGHIÊN C U
Trongă nh ngă nĕmă g nă đơy,ă k ă thu tă thôngă tină vôă tuy nă đƣă cóă nh ngă b că ti nă
tri năv tăb c.ăS ăphátătri nănhanhăchóngăc aăvideo,ătho iăvƠăthơngătinăd ăli uătrênă
internet,ă đi nă tho iă diă đ ngă cóă m tă ă kh pă m iă n i,ă cũngă nh ă nhuă c uă v ă truy nă
thôngăđaăph ngăti nădiăđ ngăđangăngƠyăm tăphátătri n.
S ăho tăđ ngăc aăcácăh ăth ngăvôătuy nănƠyăph ăthu căr tănhi uăvƠoăđ cătínhăc aă
kênhă thơngă tină vơă tuy nă nh :ă fadingă l aă ch nă t nă s ,ă đ ă r ngă bĕngă thôngă b ă gi iă
h n,ăđi uăki năđ ngătruy năthayăđ iăm tăcáchănhanhăchóngăvƠătácăđ ngăquaăl iăc aă
cácătínăhi u.
N uăchúngătaăv năs ăd ngăh ăth ngăđ năsóngămangătruy năth ngăchoănh ngăd chă
v ănƠyăthìăh ăth ngăthuăphátăs ăcóăđ ăph căt păcaoăh năr tănhi uăsoăv iăvi căs ăd ngă
h ăth ngăđaăsóngămang,ăghépăkênhăphơnăchiaătheoăt năs ătr căgiaoă(OFDM)ălƠăm tă
trongănh ngăgi iăphápăđangăđ căquanătơmăđ ăgi iăquy tăv năđ ănƠy.
K ăthu tăOFDMălƠăm tătr ngăh păđ căbi tăc aăđi uăch ăđaăsóngămang,ăphùăh pă
choă vi că thi tă k ă m tă h ă th ngă cóă t că đ ă truy nă d nă cao,ă lo iă b ă đ că nhi uă ISI,ă
ICIầ
Bên c nh nh ngă uăđi m n i tr i c a k thu t OFDM, v n còn t n t i m t s h n
ch nh tăđ nhănh :ănh y v i nhi u, v năđ đ l nh t n s sóng mang, d ch Doppler,
đ c bi t là t s gi a công su tăđ nh và cơng su t trung bình PAPR. PAPR l n do

OFDM s d ng nhi uăsóngămangăđ truy n thông tin, giá tr c căđ i c a ký t trên
m t sóng mang có th v t xa m c trung bình trên tồn b sóng mang. Vì v y,ăđ
khơng làm méo tín hi u phát, b khu chăđ i công su t ph iăđ t ch đ d tr l n
nên hi u su t s d ng khơng cao.
Nhi m v chính c a lu năvĕnăl n này là ng d ng thu t toán Wavelet trong vi c
đi u ch tín hi u OFDM. Nói cách khác, s thay th kh iăđi u ch IFFT/FFT b ng
kh i IDWT/DWTătrongăs ăđ đi u ch tín hi u OFDM, từ đóăs quanătơmăđánhăgiáă
các thơng s và ch tiêu ch tăl ng c a h th ng m i, so v i h th ng OFDM truy n
th ng.
1.2. M C TIÊU, KHÁCH TH VÀăĐ IăT
NG NGHIÊN C U
1.2.1. M c tiêu
- Nghiên c u h th ng OFDM truy n th ng
- Thu t toán Wavelet và ng d ng trong h th ng OFDM
- Mơ hình hóa h th ng WiMAX IEEE 802.16d
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 5


CH

NGă1. T NG QUAN

- So sánh các ch tiêu k thu t c n quan tâm gi a F-OFDM và W-OFDM
1.2.2.ăĐ iăt ng nghiên c u
- Lý thuy t h th ng OFDM
- Thu t toán bi năđ i Wavelet và ng d ng.
- Mơ hình hóa h th ng W-OFDMăvƠăđánhăgiáăcácăch tiêu ch tăl ng c n quan
tâm.

1.3 NHI M V C AăĐ TÀI VÀ PH M VI NGHIÊN C U
1.3.1. Nhi m v
 Giaiăđo n 1 (2/2012): Tìm tài li u tham kh o
 Giaiăđo n 2 (3/2012-4/2012): Tìm hi u và nghiên c u
- Lý thuy t v k thu t OFDM
- Lý thuy t v bi năđ i Wavelet
ng d ngăWaveletătrongăthơngătinădiăđ ng
- Xây d ng mơ hình ng d ng k thu t OFDM
 Giaiăđo n 3 (5/2012-6/2012): ng d ng
- Ch y mô ph ng trên Matlab/Simulink
- Đánhăgiáăcácăch tiêu ch tăl ng c n quan tâm.
 Giaiăđo n 4(7/2012): Vi t báo cáo
1.3.2. Ph m vi nghiên c u
- Đ tài t p trung vào vi c nghiên c uăcácăđ c tính k thu t c a OFDM, nh ngă uă
đi m và khuy tăđi m c a h th ng. Từ đóăđ aăraăcácăgi i pháp nh m kh c ph c
nh ngănh căđi m và phát huy thêm nh ngă uăđi m hi n có.
- Tìm hi u và ng d ng k thu t Wavelet trong h th ng OFDM
- Tìm hi u k thu t mô ph ng Simulink trong ph n m m Matlab. Tìm hi u và
phát huy kh nĕngăs n có v tínhălinhăđ ng và tr c quan trong vi c mơ hình hóa
mơ ph ng h th ng vi n thơng.
- K t qu nghiên c u có th đ aăraănh ng gi i pháp h u ích trong q trình phát
tri n c a h th ngăthơngătinădiăđ ng ngày nay.
1.4.ăPH
NGăPHỄPăNGHIểNăC U
Ng i th c hi năđ tƠiăđƣăs d ngăcácăph ngăăphápăsauăđơy:
- Kh o sát, phân tích t ng h p:
Tham kh o và thu th p thông tin từ sách, báo cáo lu năvĕn,ăt p chí, các bài báo
khoa h c, m ng internet.
- Ph ngăphápămôăph ng trên máy tính:
Kh o sát các mơ hình, mơ ph ngăđƣăcóătrênăm ng internet, c a các lu năvĕn có

liênăquanăđ n ph m vi nghiên c u. Từ đó, t vi tăch ngătrìnhămơăph ng b ng ph n

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 6


CH

NGă1. T NG QUAN

m mă Matlab/Simulinkă đ soă sánhă đ i chi u k t qu đ rút trích kinh nghi m cho
công tác nghiên c u.
1.5. N IăDUNGăĐ TÀI
Đ tài g m các ph n sau:
Ch ngă1:ăT ng quan
- T ng quan chung v lƿnhăv c nghiên c u
- M c tiêu và nhi m v
- Ph măviăvƠăph ngăphápănghiênăc u
Ch ngă2:ăMơ hình kênh truy n vơ tuy n
Phân tích 2 mơ hình kênh truy năc ăb n và các tham s đ cătr ngăc a mơ hình:
- Mơ hình suy gi m di n r ng
- Mơ hình fading di n h p
Ch ngă3: H th ng Fourier OFDM
- Phân tích nguyênălỦăc ăb n c a h th ng OFDM
- S ăđ kh i c a h th ng OFDM
uănh căđi m c a OFDM
Ch ngă4: H th ng Wavelet OFDM
- C ă s lý thuy t v Wavelet bao g m: Wavelet liên t c, wavelet r i r c,
wavelet gói..

ng d ng Wavelet thay th Fourier trong h th ng OFDM
- Th c thi hóa h th ng Wavelet OFDM
Ch ngă5: Các ch tiêu k thu t c n c i thi n trong h th ng OFDM
Đ aăcácăch tiêu quan tr ng c năđánhăgiáăvƠăc i thi n bao g m:
- Hi u su tăbĕngăthông
- BER, PAPR
- D ch t n s , d chăpha,ăđ ng b
Ch ngă6: Mơ hình WiMAX và k t qu mơ ph ng
- Phân tích mơ hình WiMAX theo IEEE 802.16d
- Mơ ph ng các ch tiêu k thu tăđ căđánhăgiáăvƠăc i thi n
Ch ngă7: K t lu năvƠăh ng phát tri n
1.6.ăụăNGHĨAăTH C TI N C AăĐ TÀI
Đ tài nghiên c u có th đ c s d ng làm tài li u nghiên c u và gi ng d y
choă sinhă viênă đ i h c và cao h că trongă đƠoă t oă cácă chuyênă ngƠnhă Đi n-Đi n t ,
Đi n t vi năthơngầ
ng d ng thu tătốnăWaveletătrongăthơngătinădiăđ ng, thông tin quang..nh m
c i thi n các ch tiêu k thu t còn h n ch .

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 7


CH

Ch

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

ngă2

MƠ HÌNH KÊNH TRUY N VÔ TUY N

Nh ăchúngătaăđƣăbi t, kênh truy n vô tuy n là y u t quy tăđ nh nh ng gi i h n
c ăb năđ i v i ch tăl ng c a h th ngăthôngătinădiăđ ng. Do b n ch tăthayăđ i ng u
nhiên theo th i gian và không gian, kênh truy n nhă h ng to l nă đ n ho tă đ ng
c a toàn b h th ng.ăĐ h n ch nhăh ng c a kênh truy n và thi t k thành công
m t h th ng thông tin v i các thông s t iă u,ătaăph i n m b tăđ căcácăđ c tính
c a kênh truy n vơ tuy năcũngănh ămơăhình hố kênh truy n h p lí.
Ng i ta xem xét nhăh ng c a kênh truy n lên tín hi u d a trên các mơ hình
suy gi m di n r ng (Large scale path loss) và mơ hình fading di n h p và hi u ng
đaăđ ng (Small scale fading and multipath).
2.1. MƠ HÌNH SUY GI M DI N R NG
2.1.1. Suy hao theo kho ng cách truy n
Mơ hình truy n sóng trong khơng gian t doăđ cădùngăđ xácăđ nhăc ngăđ tín
hi u t iă n iă thuă khiă môiă tr ng gi a anten phát và anten thu là d ng có th nhìn
th ng (light of sight) và khơng b nhăh ng c a méo. Công su t t iăantenăthuăđ t
cách anten phát m t kho ngă cáchă dă đ c cho b iă ph ngă trìnhă Friisă trongă khơngă
gian t do:
PGt Gr  2
Pr Pr  d   t 2 2
(2.1)
 4  d L
TrongăđóăPt là cơng su t phía phát (W), Pr(d) là cơng su tăthuăđ c, Gt lƠăđ l i
anten phát và Gr lƠăđ l i anten thu, d là kho ng cách truy n (m), L là h s m t
mátă(L≥1),ăvƠă� là kho ngăcáchăb c sóng (m).
Có th vi t l i cơng th căFriisănh ăsau:
Pt
1  4 d  1 1 1  4  2 2 1 1
 
 


 d f
Pr (d ) L    Gr Gt L  c 
Gr Gt
2

2

(2.2)

H s suy hao do vi c truy n d n trong không gian t do là:
Lpt  dB   P  dB   Pr  dB   10log Gt  10log Gr  20logf  20logd  47.6  dB  (2.3)
t

Cóă3ăc ăch truy năc ăb n là:
 Ph n x (Reflection)
 Nhi u x (Diffraction)
 Tán x (Scattering)

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 5


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

Ph n x
Tán x

LOS

Khúc x

Thi t b thu

Thi t b phát
Hình 2. 1. Đường đi của tín hiệu từ bên phát tới bên thu
2.1.2. nhăh

ng c a ph n x

Trong th c t , anten thu khơng ch nh n tín hi u truy n th ng từ anten phát. Khi
sóng vơ tuy n truy n theo m tă môiă tr ng t i m tă mơiă tr ng khác có tính ch t
đi n từ khác nhau, sóng s truy năđiăm t ph n và ph n x m t ph n. S ph n x trên
m tăđ t hay còn g iălƠăđaăđ ng th ngăđ ng và s ph n x theoăph ngăngangăđ u
làm suy hao tín hi u truy năđi.
Ví d ta xét mơ hình ph n x 2 tia: m t tin truy n tr c ti p từ phíaăphátăđ n phía
thu và m tăđ ng ph n x từ m tăđ t.

Hình 1.1.:
Hình 2. 2. Mơ hình phản xạ 2 tia

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 6


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

Anten phát và anten thu l năl

tăđ t t i chi u cao ht và hr . N u g i E0 lƠătr

đi n từ t i m tăđi m tham kh o có kho ng cách d 0 so v iăantenăphátăthìătr
từ t ng h p t iăn iăthuă kho ng cách d (d  d0 ) đ
Eth  d , t  

ngăđi n

c choănh ăsau :

  d'  E d
  d" 
E0 d0
cos cos  c  t     0 " 0 cos cos  c  t   
d'
c  d
c 
 
 

N uăđ nhănghƿaă   d "  d '  (ht  hr )2  d 2  (ht  hr )2  d 2 
ngăđi n từ t ng h p :
2 E d 2 ht hr
Eth  d   0 0
d
d

Theoăđó,ăcơngăsu tăn iănh n :

ng

(2.4)

2ht hr
d

Thìătr

Pr  PGt Gr
t

ht2 hr2
d4

(2.5)

(2.6)

Nh ă v y,ă trongă tr ng h p truy n th ng, công su t b c x gi m 6dB khi kho ng
cách g păđơi,ăcịnăđ i v iăđaăđ ng, giá tr này là 12dB.
2.1.3. Suy hao do v t c n
Trênă đ ng truy n vô tuy n, tín hi u gi aă n iă phátă vƠă n iă thuă b che khu t b i
các v t c nă nh ă đ i, núi hay các nhà cao t ng ... (đ c bi tă th ng g p v i môi
tr ngă đôă th ). S nhi u x từ các v t che ch n t o ra nh c a tín hi u.T n s tín
hi u càng th p thì s nhi u x càng l n.ăĐ kh c ph c v năđ này thì các b phát
th ngăđ căđ tălênăcaoănh ngănóiăchungăcáchălƠmănƠyăr t b t ti n.

Hình 1.2:
Hình 2. 3. Mơ hình suy hao do vật cản

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 7


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

2.2. MƠ HÌNH FADING DI N H P VÀ HI U

NGăĐAăĐ

NG

Fading di n h p là s thayăđ i v biênăđ và pha c a tín hi u khi có s thayăđ i
nh v kho ng cách c a b phát và b thu.
2.2.1. Hi u ngăđaăđ

ng

Đaăđ ng trong truy n vô tuy n t o nên hi u ng fading di n h p, có 3 hi u ng
quan tr ng nh t là:
 S thayăđ iăđ t ng t m tăđ cơng su t tín hi u trên kho ng cách di chuy n nh
ho c trong kho ng th i gian nh .
 S đi u ch tín hi u ng u nhiên do nh ng d ch Doppler khác nhau trên nh ng
tín hi uăđaăđ ng khác nhau.

 S tr i v th i gian gây nên b i tr trong truy năđaăđ ng.
Tín hi u khi truy n từ b phát truy năđ năn iăthuăđiătheoănhi uăđ ng khác nhau,
m iăđ ng là b n sao c a tín hi u g c. S l ch nhau v kho ngăcáchăđ ng truy n
gây nên tr và s d ch pha so v i tín hi u g c. K t qu t i b thu, tín hi uăcóăbiênăđ
và pha khác r t nhi u so v i tín hi u g c. N u các tín hi u cùng pha v i nhau,
fadingălƠmătĕngăc ngăđ tín hi u t iăn i thu,ăng c l i, nó s tri t tiêu tín hi u t o
nên hi năt ng fading sâu.
Đ

ngătr ăL

Đ

ngătr ă1

 L (t )
 L (t )
 1 (t )
1 (t )

Máy phát Tx

Máy thu
Rx

Hình 2. 4. Hiệu ứng đa đường
2.2.2. Hi u ng Doppler
Hi u ng Doppler hình thành do s d ch t n khi có s di chuy n c a b phát và
b thu. Bên c nhăđó,ăcácăv t di chuy nătrongămơiătr ng vơ tuy năcũngăt o nên hi n
t ng này. Ta xem xét m tăthuêăbaoăđangădiă chuy n v i m t v n t că khôngăđ i �

trên m tăđo năđ ng chi u dài gi aă2ăđi măXăvƠăY,ătrongăkhiăđó,ănóănh n tín hi u
từ m t ngu n S

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 8


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

Hình 2. 5. Hiệu ứng Doppler
Đ l ch v chi uădƠiăđ ng truy n khi sóng từ ngu năSăđ năcácăđi m X và Y là:
(2.7)
l  dcos  vtcos
Trongăđóă,ăΔtălƠăkho ng th i gian thuê bao di chuy n từ Xăđ năY,ăgócăθăcóăth
xemă nh ă khôngă đ i khi gi s ngu n kho ngă cáchă xa,ă khiă đóă đ d ch pha tín
hi uăthuădoăcácăđ ng truy n khác nhau là
2l 2 vt
 

cos
(2.8)


Nh ăv y,ăđ thayăđ i t n s hay d ch Doppler là
1  v
 cos
fd 

(2.9)
2 t 
Ta th yăđ d ch Doppler càng l n khi t căđ di chuy n c a v t càng nhanh. D ch
Doppler c căđ i khi cos  1 và b ng f m  vf c c v i f c là t n s sóng mang.
Khi m tăsóngăsinăđ c truy năđi,ăthayăvìăb d ch m t kho ng t n s duy nh t t i
b thu, ph c a tín hi u s tr i r ng từ f c  f m đ n f c  f m đ c g i là ph
Doppler. S d ng mơ hình 2 chi u và gi s gócăđ n c a m i tín hi uăđ c ch n từ
m t phân b đ ng nh t từ 0ăđ nă2π,ăph t i b thuăđ căxácăđ nhănh ăsau:
Yf 

2s
 f  fc 

 fm 

2

, f  fc  fm

(2.10)

m 1  

Trongă đóă� là cơng su t nh n trung bình.N u f m r t nh , ph nh nă đ

cs r t

h p và tr i Doppleră ítă cóă tácă đ ng lên tín hi u nh n. N uă bĕngă thơngă tínăhi u l n

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 9


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

h nă nhi uă bĕngă thơngă Doppler BD  2 f m thì tín hi u ít ch u nhă h

ng c a d ch

Doppler.
2.2.3. Các thông s c a kênh truy năđaăđ

ng

2.2.3.1. Thông s tán x th i gian (Time Dispersion)
Đ so sánh nh ng kênh truy năđaăđ ngăkhácănhauăvƠăđ phát tri n m t vài thi t
k chung cho h th ng vô tuy n,ă ng i ta dùng nh ng thông s mangă tínhă đ nh
l ng t ngănh :ăđ tr trungăbìnhăv t m c (mean excess delay), tr i tr hi u d ng
(rms delay spread) và tr i tr v t m că(excessădelayăspread).ăĐơyălƠănh ng thơng
s có th xácă đ nhă đ c từ m t hàm Power Delay Profile.Tính ch t phân tán th i
gian c a nh ngăkênhăđaăđ ngăbĕngăr ngăthơngăth ng nh tăđ căxácăđ nh b iăđ
tr trungăbìnhăv t m c   và tr i tr hi u d ng (   ) c a chúng.
Tr trungă bìnhă v t m c là moment th nh t c a hàm Power Delay Profile và
đ căxácăđ nhănh ăsau:
 ak2 k  P( k ) k (2.11)
  k 2  k
 kak  kP( k )

Tr i tr hi u d ngă lƠă cĕnă b c 2 c a moment trung tâm c p 2 c a Power Delay
ProfileăvƠăđ căxácăđ nhănh ăsau:
    2   

Trongăđó:ă


2

a

a

2 2
k k k
2
k k

2

(2.12)

 P( )

 P( )

2
k

k

k

k

(2.13)

k

Nh ng tr nƠyăđ căđoăđ căt
thu th iăđi m  0  0 .

ngăquanăv i tín hi uăđ u tiên phát hi năđ

ct ib

2.2.3.2.ăBĕngăthôngăk t h p (Coherence Bandwidth)
Bĕngă thôngă k t h p Bc đ

că đ nhă nghƿaă từ tr i tr hi u d ng (rms delay

spread), là kho ng t n s mà kênh truy n có th đ că xemă lƠă ắph ng”ă (nghƿaă lƠă
kênh truy n cho qua t t c các thành ph n có ph n m trong kho ng t n s đóăv i
đ l i g nănh ănhauăvƠăphag nănh ătuy nătính.ăBĕngăthơngăk t h p là d i t n s mà
trongăđóăcácăkênhăv n gi biênăđ có giá tr h ng s
Bĕngăthơngăk t h p BC 90 trongăđóăhƠmăt ngăquanăgi a các tín hi u có t n s
n m trong kho ng này trên m că0.9ăđ

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

c x p x b ng:

Trang 10


CH

BC 90 

1
50 

Khi hàm t
BC 50 

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

(2.14)

ngăquanăt n s trênă0.5ăthìăbĕngăthơngăk t h p x p x là:
1
5 

(2.15)

C năl uăỦălƠăkhôngăt n t i m i quan h chính xác gi aăbĕngăthơngăk t h p và tr i
tr hi u d ng.

Hình 2. 6. Tương quan Power Delay Profile, trải trễ hiệu dụng
và băng thông kết hợp

2.2.3.3. Tr i Doppler và th i gian k t h p
Khái ni m tr i Doppler và th i gian k t h p là nh ng thông s mô t b n ch t
thayăđ i theo th i gian c a kênh truy n trong ph m vi h p.
Tr i Doppler BD lƠăth căđoăs m r ng ph gây nên b iăthayăđ i v th i gian c a

kênh truy n vô tuy năvƠăđ căđ nhănghƿaălƠăd i t n s mƠătrênăđó,ăph Doppler nh n
đ c khác khơng. Xét m t sóng sin t n s � đ c truy năđi,ăph tín hi u nh năđ c
phía thu, g i là ph Doppler, có các thành ph n n m trong d i f c  f d đ n f c  f d

trongăđó f d là d chăDoppler.ăL

ng ph m r ng ph thu c vào f d chính là hàm th

hi n m i quan h gi a v n t c c a v t và sóng tán x .ăKhiăbĕngăthơngătínăhi u d i
n n l năh nănhi u so v i BD thì có th b qua nhăh ng c a tr i Doppler t i phía
thu,ăđơyălƠătr ng h p c a kênh fading bi năđ i ch m.
Th i gian k t h p Tc lƠă đ i ng u c a tr i Doppler trong mi n th i gian và
đ cădùngăđ đ c tính hố b n ch tăthayăđ i theo th i gian c a s tán x t n s c a
kênh truy n trong mi n th i gian:
Tc 

1
fm

(2.16)

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 11

CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

Th c t thì th i gian k t h p là s đoă th ng kê kho ng th iă giană mƠă đápă ng
xung c a kênh truy n là b t bi n. N u th i gian k t h pă đ că đ nhă nghƿaă lƠă th i
gianămƠătrênăđóăhƠmăt ngăquanăth i gian l năh nă0.5ăthìăth i gian k t h p x păxƿă
b ng:
Tc 

9
16 f m

(2.17)

Trongăđóă f m lƠăđ d ch Doppler c căđ iăxácăđ nh b ng f m  v 
Đ nhănghƿaăth i gian k t h p nói lên r ng khi 2 tín hi uăđ n b thu v i th i gian
sai bi t l năh năth i gian k t h p thì s ch u nh ng nhăh ng khác nhau từ kênh
truy n.
2.2.4. Phân lo i kênh truy n fading di n h p
Có th phân lo i các kênh truy n fading di n h p theo Tr i tr đaăđ ng và
theo tr i Doppler. Trong khi tr i tr đaă đ ng d nă đ n s phân tán th i gian và
fading ch n l c t n s thì tr i Doppler d năđ n s phân tán t n s và fading ch n l c
th i gian:
Phân lo i
Đi u ki n
Fading
BW<<Bc ; Ts>>��
Fading ph ng

Tr i tr đa đ ng
BW>Bc ; Ts<<  
Fading ch n l c t n s
D ch Doppler

BW<BD ; Ts>Tc
BW>>BD ; Ts<
Fading nhanh
Fading ch m

Bảng 2. 1. Phân loại kênh truyền fading diện hẹp
2.2.4.1. Fading phẳng
Ph tín hi uăcóăbĕngăthơngănh h năbĕngăthơngă k t h p kênh truy n và chu kỳ
symbol l nă h nă tr i tr c a kênh truy n.ă Cácă đ c tính c a ph tín hi u truy nă điă
đ c b o toàn,m i thành ph n t n s khi truy n qua kênh s ch u s suy gi m và
d ch t n g nănh ănhauănh ngăc ngăđ tín hi u thu l iăthayăđ i theo th i gian do
nhă h ng hi nă t ngă đaă đ ng. Theo th i gian,tínhi uă ă thayă đ iă nh ngă ph tín
hi uăkhơngăđ i. Kênh truy n fading ph ngăđ căxemănh ăkênhătruy năthayăđ i biên
đ vƠăcònăđ c g i là kênh truy năbĕngăh p

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 12


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

Hình 1.6:
Hình 2. 7. Đáp ứng của kênh truyền fading phẳng.
2.2.4.2. Fading ch n l c t n s
Ph tín hi uă cóă bĕngă thôngă l nă h nă bĕngă thôngă k t h p kênh truy n và chu kỳ
symbol nh h nătr i tr c a kênh truy n
Kênh truy n ch n l c t n s là kênh truy năcóăđápă ng t n s khác nhau trên m t
d i t n s , t căđápă ng t n s khơng b ng ph ng trong tồn b d i t năđó,ădoăđóătínă
hi u t i các t n s khác nhau khi qua kênh truy n s có s suy hao và xoay pha khác
nhau. M t kênh truy n có b xem là ch n l c t n s hay khơng cịn tùy thu c vào
bĕngă thơngă c a tín hi u truy nă đi.ă N u trong tồn kho ngă bĕngă thơngă c a tín hi u
đápă ng t n s là b ng ph ng, ta nói kênh truy n khơng ch n l c t n s (frequency
nonselective fading channel), hay kênh truy n ph ngă (flată fadingă channel),ă ng c
l i n uăđápă ng t n s c a kênh truy n không ph ng, khơng gi ngănhauătrongăbĕngă
thơng tín hi u, ta nói kênh truy n là kênh truy n ch n l c t n s (frequency
selective fading channel). M i kênh truy n vơ tuy năđ u khơng th cóăđápă ng b ng
ph ng trong c d i t n vô tuy n, tuy nhiên kênh truy n có th xem là ph ng trong
m t kho ng nh t n s nƠoăđó.ăHình 1.5 cho ta th y kênh truy n s là ch n l c t n
s đ i v i tín hi u truy nă cóă bĕngă thơngă l n n m từ 30ă MHză đ nă 95MHz.ă Nh ngă
n u tín hi uăcóăbĕngăthơngănh kho ng 20 MHz thì kênh truy n s là kênh truy n
fading ph ng.
Kênh truy n ch n l c t n s còn g i là kênh truy n r ng
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 13


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

Hình 1.7:
Hình 2. 8. Đáp ứng kênh truyền chọn lọc tần số
2.2.4.3. Kênh truy n fading bi năđ i nhanh
Đápă ng xung c a kênh truy năthayăđ iănhanhăh năchuăkỳ symbol phát (th i
gian k t h p nh h nă chuă kỳ symbol),ă đi u này gây ra s phân tán t n s do hi n
t ng Doppler và méo tín hi u.ăăFadingănhanhăth ng có tácăđ ng x uăđ n các tham
s tín hi u, rõ nh t là d ng sóng tín hi u, nó gây méo ph ,ăpha,ầăăvƠă nhăh ng
nghiêm tr ngăđ n ch tăl ng h th ng. Trong th c t fading nhanh ch x y ra v i
đ ng truy n t căđ d li u th p
2.2.4.4. Kênh truy n fading bi năđ i ch m
S thayăđ iăđápă ng c a kênh truy n ch măh năt căđ c a tín hi u trên d i
n nă phát.Khiă đóă kênhă truy nă đ că xemă lƠă tƿnh,ă tr i Doppler c a kênh truy n nh
h nă bĕngă thơngă tínă hi u.Các bi nă đ ng trong kênhx y ra trong th i gian dài.
Nguyên nhân có th từ cácăch ng ng iv t l n, các hi năt ng th i ti t x u,ầăk t
qu là cơng su t thu trung bình có th gi măđángăk (có th m t tín hi u ).
2.2.4.5. Phân b Rayleigh và phân b Ricean
2.2.4.5.1. Phân b Rayleigh Fading
Trong nh ng kênh truy n vô tuy nădiăđ ng, phân b Rayleighăth ngăđ c
dùngăđ mô t m t cách th ng kê b n ch tăthayăđ i theo th i gian c aăđ ng bao tín
GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 14


CH

NGă2.ăMƠ HÌNH KÊNH TRUY N VƠ TUY N

hi u fading ph ngă thuă đ c, ho că đ ng bao c a m t thành ph nă đaă đ
Phân b Rayleigh có hàm m tăđ xác su tă(pdf)ăđ căchoănh ăsau:

 r
 r2 
exp exp   2  (0  r  )

p  r    2
 2 

0(r  0)


ngă đ n.ă

(2.18)

TrongăđóăσălƠăbiênăđ hi u d ng c a tín hi u nh năđ cătr căkhiăvƠoăđ ng
bao và  2 là cơng su t trung bình th i gian c a tín hi u nh năđ cătr căkhiăđ aă
vƠoăđ ng bao.
2.2.4.5.2. Phân b Ricean Fading
Khi có m t thành ph n tín hi uă tƿnhă (khơngă fading)ă tr i, ch ng h n là m t
đ ng truy n light-of-sightă (LOS),ă thìă đ ng bao c a fading di n h p tuân theo
phân b Ricean. đ u ra c a m t b phát hi nă đ ngă bao,ă đi u này có tác d ng
thêm m t thành ph n dc vào tín hi uăđaăđ ng ng u nhiên.
Phân b Riceanăđ c mơ t tốn h cănh ăsau:
 r
 r 2  A2   Ar 
exp exp  

 I0 
 ( A  0, r  0)
p  r    2

2 2    2 


0(r  0)


(2.19)

Thông s AălƠăbiênăđ đ nh c a tín hi u tr i và I 0 (.) là hàm Bessel m r ng
cho lo iăđ u tiên và b c 0.

GVHD:ăPGS.TS.ăPh măH ngăLiên

Trang 15