Kỹ thuật phân tập phát đơn giản cho truyền không dây

Đề tài :
A simple transmit diversity technique
for wireless communications
(Kỹ thuật phân tập phát đơn giản cho truyền không
dây)
MỤC LỤC
Tiêu đề bài báo...................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU.......................................................3
Tóm tắt...............................................................................................................4
Chỉ dẫn thuật ngữ...............................................................................................4
I. Giới thiệu........................................................................................................4
II. Hệ thống MRRC...........................................................................................8
III. Phương pháp mới về đường truyền đa đường............................................11
A. Hai kênh truyền khác nhau tới một phía thu............................................11
1. Trình tự mã hóa và truyền tải tín hiệu ở phía phát.................................12
2. Quá trình tổng hợp tín hiệu....................................................................13
3. Đưa ra dự đoán về xác suất tối đa có thể xảy ra của tín hiệu thu được. 14
B. Hai kênh truyền với M đầu thu................................................................14
IV. Mô phỏng lỗi hệ thống...............................................................................18
V. Vấn đề thực hiện..........................................................................................20

1


A. Yêu cầu nguồn điện..................................................................................20
B. Độ nhạy với lỗi ước lượng kênh..............................................................21
C. Các hiệu ứng trễ.......................................................................................21
D. Cấu hình Antenna.....................................................................................21
E. Hỏng phần mềm.......................................................................................22
F. Tác động trên nhiễu..................................................................................23
VI. Kết luận và thảo luận.................................................................................24

Tiêu đề bài báo:

KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT ĐƠN GIẢN
CHO TRUYỀN KHÔNG DÂY

2


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1: Hai nhánh MRRC
Hình 2: Sơ đồ hai kênh truyền khác nhau tới một đầu thu
Hình 3: Sơ đồ hai kênh truyền tới hai đầu thu
Hình 4: So sánh tỷ lệ lỗi bit của điều chế BPSK dùng MRRC và hai kênh truyền
trong Rayleigh fading
Bảng I: Tín hiệu trên hai antenna sau một chu kỳ T
Bảng II: Định nghĩa của các kênh giữa ăng-ten phát và thu
Bảng III: Ký hiệu cho các tín hiệu nhận được hai ăng-ten thu

KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT
CHO TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu hệ thống phân tập phát hai nhánh đơn giản. Sử dụng
hai ăng-ten phát và một ăng-ten thu, hệ thống này cung cấp loại phân tập giống như
kỹ thuật kết hợp thu tỉ lệ tối đa (MRRC) với một ăng-ten phát và hai ăng-ten thu.
Cấu trúc này có thể dễ dàng được mở rộng thành hai ăng-ten phát và M ăng-ten thu
để đưa ra loại phân tập 2M. Cấu trúc mới này không yêu cầu mở rộng băng thông,
3


bất kỳ sự phản hồi từ máy thu đến máy phát và sự phức tạp về tính toán là tương tự

với MRRC.
Chỉ dẫn thuật ngữ: Xử lý dàn ăng-ten, xử lý băng cơ sở, phân tập, ước lượng và
đánh giá, kết hợp tỉ lệ tối đa, fading Rayleigh, ăng-ten thông minh, mã hóa khối
không gian, mã hóa không gian-thời gian, phân tập phát, truyền thông không dây.

I. Giới thiệu
Hệ thống không dây của thế hệ kế tiếp yêu cầu với chất lượng thoại cao khi
so sánh với tiêu chuẩn vô tuyến của tế bào di động hiện hành và cung cấp tốc độ bit
dữ liệu dịch vụ cao (trên 2Mbits/s). Cũng trong thời gian này, các thiết bị được coi là
các thiết bị truyền thông bỏ túi gọn nhẹ. Hơn nữa, các thiết bị này hoạt động một
cách tin cậy ở các loại môi trường khác nhau: Vĩ mô, vi mô; thành thị, ngoại ô và
nông thôn; trong nhà và ngoài trời. Nói cách khác, các hệ thống thế hệ kế tiếp đã cho
chất lượng và vùng phủ sóng tốt hơn, hiệu quả băng thông và công suất lớn hơn và
được triển khai trong các môi trường khác nhau. Tuy nhiên các dịch vụ vẫn cần phải
có một mức hợp lý để thị trường có thể chấp nhận. Chắc chắn rằng, thiết bị truyền
thông bỏ túi này vẫn phải tương đối đơn giản. Tuy nhiên, quy mô kinh tế có thể cho
phép nhiều trạm gốc phức tạp hơn.
Trong thực tế, thiết bị này xuất hiện mà trạm cơ sở phức tạp có thể chỉ thừa nhận
không gian thương mại cho các yêu cầu đạt được của các hệ thống không dây thế hệ
kế tiếp.
Hiện tượng fading đa đường làm cho việc truyền dẫn không dây khó khăn
hơn. Đây là hiện tượng mà nó gây cản trở cho truyền không dây khi so sánh với cáp
quang, cáp đồng, sóng vô tuyến có tầm nhìn thẳng hay thậm chí là thông tin vệ tinh.
Việc tăng chất lượng hoặc làm giảm tỷ lệ lỗi hiệu dụng trong kênh fading đa
đường là cực kỳ khó khăn. Trong hệ thống nhiễu cộng trắng AWGN sử dụng điều
chế điển hình và mã hóa, giảm tỷ lệ lỗi bit hiệu dụng (BER) từ 10 -2 – 10-3 có thể chỉ
cần tỷ số nhiễu trên tạp âm SNR cao hơn 1 hoặc 2dB. Tuy nhiên để đạt được những
yêu cầu tương tự trong môi trường fading đa đường thì cần cải thiện SNR lên đến
10dB. Việc cải thiện SNR có thể không đạt được cho dù công suất truyền lớn hơn
hoặc mở rộng thêm băng thông bởi vậy nó trái lại với các yêu cầu của các hệ thống

4


thế hệ kế tiếp. Bởi vậy người ta chỉ chủ yếu tập trung làm giảm ảnh hưởng của
fading tại cả thiết bị và các trạm gốc mà không cần phải tăng thêm công suất hay bất
kỳ sự tổn hao về băng thông.
Về mặt lý thuyết, kỹ thuật sử có hiệu quả nhất để làm giảm sự ảnh hưởng của
fading đa đường trong kênh truyền vô tuyến là kiểm soát được công suất phát. Nếu
các điều kiện của kênh thỏa mãn yêu cầu ở một phía bởi bên thu của đường truyền
thì cũng được biết ở bên phát ở bên còn lại, phía phát có thể vượt qua hiệu suất của
kênh ở phía thu. Có hai vấn đề với chủ yếu với cách tiếp cận này. Vấn đề chính là
yêu cầu về dải động của bên phát. Để bên phát có thể vượt qua một mức fadinh cụ
thể thì bên phát phải nâng công suất của nó lên cùng một mức, trong hầu hết các
trường hợp thì mức này không thực tế bởi vì các giới hạn về công suất bức xạ, kích
thước và giá thành của bộ khuếch đại. Vấn đề thứ hai đó là bên phát không có bất kỳ
thông tin của kênh truyền của bên thu ngoại trừ trong hệ thống mà ở đó là đường
truyền tuyến lên (từ thiết bị ra trạm) và tuyến xuống (từ trạm về thiết bị) mang cùng
một tần số. Do đó, thông tin kênh phải được phản hồi trở lại từ phía thu sang phía
phát, điều này dẫn đến làm giảm thông lượng cho cả bên phát và bên thu. Hơn nữa,
trong một vài ứng dụng không thể có đường phản hồi thông tin của kênh.
Các kỹ thuật có hiệu quả khác như là phân tập thời gian và tần số. Sự xen kẽ
thời gian cùng với mã sửa sai có thể làm cải thiện phân tập. Điều này cũng ảnh
hưởng đến trải phổ. Tuy nhiên, các kết quả về xen kẽ thời gian cho độ trễ lớn trong
khi kênh thay đổi chậm. Tương tự, kỹ thuật trải phổ không hiệu quả khi mà băng
thông tương quan của kênh lớn hơn băng thông trải phổ hay ở đó có độ trải trễ của
kênh tương đối nhỏ.
Trong các môi trường dễ bị tán xạ, phân tập ăng-ten là kỹ thuật thực tế, hiệu
quả và do đó được áp dụng rộng rãi cho việc làm giảm ảnh hưởng của fading đa
đường. Cách tiếp cận cổ điển là sử dụng nhiều ăng-ten ở phía thu và thực hiện tổng
hợp hay lựa chọn và chuyển đổi để có thể nâng cao chất lượng của tín hiệu thu được.

Vấn đề chính khi sử dụng phân tập thu là giá thành, kích thước và công suất của
thiết bị sử dụng. Việc sử dụng nhiều ăng-ten và chuỗi tần số vô tuyến RF làm cho
5


thiết bị sử dụng cồng kềnh và giá thành đắt hơn. Bởi vậy kỹ thuật phân tập hầu như
được áp dụng cho trạm gốc để nâng cao chất lượng bên thu. Một trạm thường phục
vụ cho 100 đến 1000 thiết bị. Vì vậy việc thêm thiết bị vào trạm thu sẽ kinh tế hơn là
thêm vào thiết bị sử dụng. Vì lý do đó mà hệ thống phân tập phát rất được quan tâm.
Chẳng hạn như mỗi một chuỗi ăng-ten thu và phát có thể được thêm vào tram gốc để
cải thiện chất lượng thu cho tất cả các thiết bị trong vùng phủ của trạm gốc. Giải
pháp đầu tiên rõ ràng là kinh tế hơn.
Gần đây, một số cách tiếp cận thú vị về việc phân tập phát được gợi mở. Một
hệ thống phân tập trễ được đề xuất bởi Wittneben cho trạm gốc, một hệ thống tương
tự cũng được đề xuất bởi Seshadri và Winters cho một trạm gốc đơn khi sao chép
cùng một ký hiệu được truyền thông qua hệ thống đa ăng-ten tại các thời điểm khác
nhau, do đó tạo ra méo đa đường. Bộ ước tính tuần tự khả năng tối đa (MLSE) hoặc
bộ điều chỉnh sai số bình phương nhỏ nhất (MMSE) được sử dụng để giải quyết hiện
tượng méo đa đường và đạt được độ lợi phân tập. Một cách tiếp cận thú vị khác là
mã hóa lưới trellis không gian-thời gian được giới thiệu ở [6], ở đó các ký hiệu được
mã hóa dựa them các ăng-ten mà thông qua nó các ăng-ten này được phát và giải mã
sử dụng bộ giải mã hợp lệ tối đa. Hệ thống này rất hiệu quả bởi vì nó kết hợp các ưu
điểm của mã sửa sai sớm (FEC) và truyền phân tập để nâng cao đáng kể hiệu năng.
Chi phí cho hệ thống này tăng theo hàm mũ như là một hàm hiệu suất băng thông
(bits/s/Hz) và loại phân tập được yêu cầu. Do đó, với một số ứng dụng nó không
thực tế hoặc là có giá hiệu quả.
Kỹ thuật được đề xuất trong bài báo là một hệ thống phân tập phát đơn giản
giúp nâng cấp chất lượng tín hiệu ở phía thu về một phía của đường truyền bằng xử
lý tín hiệu đơn giản qua 2 ăng-ten phát theo hướng ngược lại. Loại phân tập có được
bằng cách áp dụng phương pháp kết hợp thu tỉ lệ tối đa (MRRC) với hai ăng-ten tại

phía thu. Cấu trúc này dễ dàng được khái quát thành 2 ăng-ten phát và M ăng-ten
thu nhằm cung cấp loại phân tập 2M. Điều này thực hiện được mà không cần tới bất
kỳ sự phản hồi nào từ phía thu đến phía phát và sự phức tạp về tính toán là tương đối

6


nhỏ. Cấu trúc này không cần phải mở rộng băng thông, do có sự dư được áp dụng
vào không gian ở các dàn ăng-ten chứ không phải miền thời gian hay tần số.
Cấu trúc phân tập phát mới này có thể cải thiện hiệu suất lỗi, tốc độ dữ liệu
hoặc là dung năng của hệ thống truyền thông không dây. Làm giảm độ nhạy từ
fading có thể cho phép sử dụng hệ thống điều biên mức cao để làm tăng hiệu quả về
tốc độ dữ liệu hoặc là hệ số sử dụng lại nhỏ hơn trong môi trường đa tế bào để nâng
cao dung lượng hệ thống. Cấu trúc này cũng có thể được sử dụng để tăng khoảng
cách hoặc vùng phủ của hệ thống không dây. Hay nói cách khác, hệ thống mới này
rất hiệu quả trong tất cả các ứng dụng mà ở đó dung lượng của hệ thống bị giới hạn
bởi fading đa đường và vì thế hệ thống này là hệ thống đơn giản và hiệu quả về giá
để đáp ứng được nhu cầu về chất lượng cũng như hiệu năng mà không phải thiết kế
lại hoàn toàn hệ thống trước đó. Hơn nữa, hệ thống này dường như là một ứng cử
viên nặng ký cho truyền không dây thế hệ kế tiếp, bởi vì nó làm giảm ảnh hưởng
fading ở thiết bị sử dụng một cách hiệu quả bằng cách sử dụng đa ăng-ten phát ở
trạm gốc.
Ở phần II, kết hợp phân tập thu tỉ lệ tối đa được thảo luận và sẽ đưa ra mô tả
toán học đơn giản. Ở phần III, hệ thống phân tập phát hai nhánh mới một và hai ăngten thu sẽ được thảo luận. Ở phần IV, hiệu suất lỗi bit của hệ thống mới này với bộ
điều chế BPSK sẽ được giới thiệu và so sánh với MRRC. Có sự khác nhau về giá
thành và hiệu suất giữa hệ thống này trong thực tế và hệ thống MRRC cổ điển. Sự
khác nhau này sẽ được thảo luận chi tiết ở phần V.

II. Hệ thống MRRC
Hình 1 mô tả băng gốc của hệ thống MRRC cổ điển hai nhánh.

Tại một thời điểm cho trước, một tín hiệu s 0 được gửi từ máy phát. Kênh này
bao gồm các ảnh hưởng của chuỗi truyền, đường truyền không khí và chuỗi thu có
thể bị biến đổi bởi các tác nhân phức tạp gồm có đáp ứng biên độ và đáp ứng pha.
Kênh truyền giữa ăng-ten phát và ăng-ten thu 0 được biểu diễn bởi h 0 và giưa ăngten phát và ăng-ten thu 1 được biểu diễn bởi h1

7


(1)
Nhiễu và giao thoa được thêm vào ở hai máy thu. Kết quả tín hiệu băng gốc nhận
được là:
(2)
Trong đó: n0 và n1 đó là nhiễu và giao thoa giữa các ký hiệu.
Giả sử n0 và n1 tuân theo phân bố Gauss, thước đo quyết định khả năng tối đa ở phía
thu cho các tín hiệu thu được là si tín hiệu được chọn nếu và chỉ nếu:

(3)
Trong đó: d (x,y) là bình phương khoảng cách giữa tín hiệu x và y được tính toán
2

bởi công thức sau:
(4)
Hệ thống kết hợp thu cho MRRC hai nhánh như sau:

(5)
Mở rộng công thức (3), (4) và (5) ta chọn si nếu và chỉ nếu:

(6)

8

Hình 1: Hai nhánh MRRC
Hoặc tương đương
Chọn Si nếu:

Đối với tín hiệu PSK(năng lượng tập trung tai các đỉnh như nhau):

Ở đây ES chinh là năng lượng của tín hiệu.Vì vậy đối với tín hiệu PSK được
biểu diễn theo công thưc (7) có thể được biểu diễn ngắn gọn theo công thức sau:
Chọn Si nếu:

9


Việc kết hợp tối đa tỷ lệ sau đó có thể xây dựng các tín hiệu S O ,như thể hiện
trong hình 1,để các máy dò sóng có khả năng tối đa phát hiện ra S o ,đó là một ước
lượng tối đa của So

III. Phương pháp mới về đường truyền đa đường
A. Hai kênh truyền khác nhau tới một phía thu

Hình 2: Sơ đồ hai kênh truyền khác nhau tới một đầu thu
Hình 2 biểu diễn các khối chức năng mô tả phương pháp đường truyền đa
đường,phương pháp này sử dụng hai ăng-ten phát và một ăng-ten nhận,phương pháp
trên thực hiên ba chức năng sau:
- Trình tự mã hóa và truyền tải tín hiệu ở phía phát

10

- Mô tả quá trình tổng hợp tín hiệu ở đầu thu.
- Đưa ra dự đoán về xác suất tối đa có thể xảy ra của tín hiệu thu được.

1. Trình tự mã hóa và truyền tải tín hiệu ở phía phát
Tại một đơn vị thời gian xác định ,hai tín hiệu được phát đồng thời từ hai
ăng-ten.Tín hiệu được truyền trên ăng-ten không(tx antenna 0) được ký hiệu là S 0 và
từ ăng-ten 1(tx antenna 1) được ký hiệu là S 1 .Dữ liệu tiếp theo trong một chu ký tín
hiệu(ký hiệu -S*1)được truyền đi từ ăng-ten không(tx antena 0) và tín hiệu S *0 được
truyền từ ăng-ten(tx antenna 1).Trên mỗi anten phát diễn ra hoạt động phức liên hợp
của các tín hiệu phía phát.Chuỗi tín hiệu này được biểu diễn trong bảng I
Bảng I: Tín hiệu trên hai antenna sau một chu kỳ T
Time

Antenna 0

Antenna 1

t

S0

S1

t+T

-S1*

S0*

Trong bảng 1,các mã hóa được thực hiện trong không gian và thời gian(mã
hóa không gian-thời gian).Việc mã hóa tuy nhiên cũng có thể thực hiện trong không
gian và tần số.Thay vì sử dụng hai ký hiệu liền kề thời gian ,hai sóng mang lân cận
có thể được sử dụng(mã hóa không gian-tần số)
Các kênh truyền tại thời gian t bất kỳ được biểu diễn bằng phép tính hàm số
phức, hàm h0(t) biểu diễn cho tín hiệu truyền dẫn trên antenna không,h 1(t) biểu diễn
cho tín hiệu truyền dẫn trên antenna một.Giả sử rằng fa-ding liên tục qua hai ký tự
liên tiếp thì chúng ta có thể viết:

11


Trong đó T là ký hiệu thời gian.Các tín hiệu nhận được có thể được biểu diễn như
sau:

Ở đây r0 và r1 là những tín hiệu nhận được tại thời điểm t và t+T ,n 0 và n1 là các
biến phức tạp ngẫu nhiên bên phía thu bao gồm tiếng ồn và nhiễu.
2. Quá trình tổng hợp tín hiệu
Tín hiệu tổng hợp được mô tả trong hình 02,hai tín hiệu được kết hợp sau đó
được gửi đến khối đưa ra dự đoán về xác suất tối đa có thể xảy ra của tín hiệu thu
được:

Điều quan trọng cần chú ý ở đây đó là sự kết hợp này khác với sự kết hợp của
MRRC mà chúng ta đã mô tả ở phương trình(5).Thay (10) và (11) vào (12) chúng ta
được:

3. Đưa ra dự đoán về xác suất tối đa có thể xảy ra của tín hiệu thu được
Các tín hiệu được tổng hợp sau đó được gửi đến khối đưa ra dự đoán về xác
suất tối đa có thể xảy ra của tín hiệu thu được,trong đó mỗi tín hiệu tuân theo quy
tắc (7) đã trình bày như trên,riêng đối với tín hiệu PSK sử dụng nguyên tắc trình bày

trong công thức (9).
Các tín hiệu thu được từ sự tổng hợp theo phương trình (13) là tương đương
với kết quả thu được từ hai nhánh MMRC theo phương trình(5).Sự khác biệt duy
nhất là phép quay pha trên các thành phần tiếng ồn mà không làm suy giảm tỷ lệ tạp
12


âm trên tín hiệu.Do đó ,kết quả cuối cùng của việc thực hiện truyền hai kênh truyền
khác nhau tới một đầu thu là tương đương với việc truyền hai nhánh MRRC.
B. Hai kênh truyền với M đầu thu
Trong thực tế có thể có những ứng dụng cần sử dụng đến những mô hình cấu
trúc mạng đa dạng hơn là cân thiết và nhiều antena thu tại các điểm nhận tín hiệu ở
xa đạt được chất lượng cao,trong trường hợp như vậy hệ thống có thể cung cấp 2M
với hai đường truyền và M antena nhận tin hiệu phía đầu thu.Với minh họa chúng ta
nghiên cứu về trường hợp đặc biệt hai đường truyền và hai antenna thu chi
tiết.Trong trường hợp tổng quát xét với M antenna ở phía thu là việc dễ dàng thực
hiện

13


Hình 3: Sơ đồ hai kênh truyền tới hai đầu thu
Hình 3 biểu diễn sơ đồ phương pháp sử dụng hai kênh truyền tới hai đầu thu
khác nhau
Trình tự mã hóa và truyền tải thông tin cho cấu hình này giống với trường
hợp hai kênh truyền và một antenna nhận đã trình bày ở phần trên được thể hiện
trong bảng I Bảng II định nghĩa giữa các kênh giữa kênh truyền và phía thu và bảng
III định nghĩa cho các tín hiệu nhận được phía hai antenna nhận.
Bảng II: Định nghĩa của các kênh giữa ăng-ten phát và thu
14

Bảng III: Ký hiệu cho các tín hiệu nhận được hai ăng-ten thu

Ta có:

Trong công thức này n0,n1,n2,n3 là các biến phức tạp ngẫu nhiên đó chính là
tiếng ồn và nhiễu trong quá trình truyền thông tin.Khối tổng hợp trong hình 03 tổng
hợp hai tín hiệu sau đó gửi đến khối đưa ra dự đoán về xác suất tối đa có thể xảy ra
của tín hiệu thu được tín hiệu như sau:

(15)
Thay thế vào các phương trình thích hợp chúng ta có:

15


Các tín hiệu tổng hợp thu được sau đó gửi đến khối đưa ra dự đoán về xác
suất tối đa có thể xảy ra của tín hiệu ,đối với các tín hiệu S 0 tuân theo quy tắc trong
công thức(17) hoặc công thức (18) đối với tín hiệu PSK
Chọn Si nếu:

Chọn Si nếu:

Tương tự như vậy,đối với S1 tuân theo các nguyên tắc lựa chọn tín hiệu Si nếu:

Và đối với tín hiệu PSK chọn Si nếu:

Các tín hiệu được tổng hợp theo công thức (16) là tương đương với bốn
nhánh trong MRRC,không được trình bày trong bài viết này.Vì vậy kết quả thu được

từ việc xét kênh hai đườn truyền tới hai antenna nhận tương đương với bốn nhánh
trong MRRC.

16


Có một sự thú vị mà chúng ta cần lưu ý ở đây đó chính là sự kết hợp của hai
antenna thu chính là việc bổ sung đơn giản từ mỗi antenna nhận hay nói cách khác
sự kết hợp cũng tương đương với trường hợp có một antenna thu.Do đó chúng ta có
thể kết luận rằng việc sử dụng hai đường truyền và M antenna thu chúng ta có thể sử
dụng bộ kết hợp tín hiệu cho từng antenna nhận được và sau đó chỉ cần thêm các tín
hiệu kết hợp từ tất cả các antenna nhận để có được kết quả như chúng ta sử dụng
phương pháp 2M nhánh MRRC như đã trình bày ở trên.Nói cách khác việc sử dụng
hai antenna ở phía máy phát chính là phương pháp tăng gấp đôi hiệu năng hoạt động
của hệ thống với một đường truyền và nhiều antenna nhận.
Một cấu hình hoàn chỉnh có thể sử dụng hai antenna ở mỗi bên của hệ thống
với một chuỗi truyền và nhận kết nối với mỗi antenna để có được sự đáp ứng bốn
đầu thu phát ở hai bên hệ thống.

IV. Mô phỏng lỗi hệ thống
Việc chúng ta thực hiện được nhiều phương pháp chính là việc chúng ta sử
dụng sự kết hợp của nhiều thông số trong đó bao gồm các kiểu điều chế và mã hóa
FEC.Trong hình 04 dưới đây biểu diễn tỷ lệ lỗi bít(BER) của điều chế BPSK dùng
phương pháp MRRC và sơ đồ phân tập mới trong Rayleigh fading

17


Hình 4: So sánh tỉ lệ lỗi bít của điều chế BPSK dùng MRRC và hai kênh truyền
trong Rayleigh fading

Nó được giả định rằng tổng công suất phát từ hai antenna cho phương pháp
mới cũng giống như công suất phát từ antenna truyền đơn khi dùng MRRC. Giả
thiết răng biên độ của fading từ mỗi ăng ten phát tới từng ăng-ten thu đang cùng có
tương quan Rayleigh phân phối và rằng công suất tín hiệu trung bình ở từng ăng-ten
thu từ mỗi anten phát là như nhau. Hơn nữa, chúng ta giả định rằng bộ thu, thu được
kênh tốt nhất. Mặc dù các giả định trong các mô phỏng có vẻ rất thực tế,chúng cung
cấp những đường cong hiệu suất tham chiếu để so sánh với các kỹ thuật được biết
đến. Một vấn đề quan trọng là cho dù các sơ đồ mới là nhạy hơn với bất kỳ nguồn
suy hao thực tế nào. Vấn đề này được đề cập tại mục V. Như thể hiện trong hình. 4,
việc thực hiện các sơ đồ mới với hai máy phát và một máy thu duy nhất là 3 dB sấu
hơn hai chi nhánh MRRC. Như đã giải thích chi tiết hơn sau trong Mục VA, hình
phạt 3-dB được phát sinh bởi vì các mô phỏng giả sử rằng mỗi anten phát tỏa một
nửa năng lượng để đảm bảo tổng cùng một công suất bức xạ như với một ăng-ten
phát. Nếu mỗi ăng ten phát trong sơ đồ mới đã được phát ra năng lượng tương tự
như các đơn ăng ten phát cho MRRC, tuy nhiên, việc thực hiện sẽ được giống hệt
18


nhau. Nói cách khác, nếu BER đã được rút ra đối với SNR trung bình mỗi ăng ten
phát, sau đó thực hiện đường cong cho các sơ đồ mới sẽ thay đổi 3 dB bên trái và
chồng chéo với các đường cong MRRC. Tuy nhiên, ngay cả với tổng bằng giả thiết
công suất bức xạ, mức tăng sự phân tậpcho các chương trình mới với một ăng-ten
thu được tại một BER của 10 là khoảng 15 dB. Tương tự như vậy, giả sử tổng bằng
bức xạ điện, mức tăng sự phân tậpcủa các sơ đồ mới với hai ăng ten thu tại một BER
của 10 là khoảng 24 dB, đó là 3 dB sấu hơn MRRC với một ăng-ten phát và bốn
ăng-ten thu.
Như đã nói trước đây, những đường cong hiệu suất rất đơn giản minh họa
tham khảo. Các kết luận quan trọng là các sơ đồ mới cung cấp hiệu suất tương tự
như MRRC, bất kể mã hóa và điều chế các chương trình làm việc. nhiều ấn phẩm đã
báo cáo việc thực hiện mã hóa khác nhau và đề án điều chế với MRRC. Các kết quả

từ những các ấn phẩm có thể được sử dụng để dự đoán hiệu suất của sơ đồ mới với
những kỹ thuật mã hóa và điều chế.

V. Vấn đề thực hiện
Vì vậy, đến nay trong báo cáo này, chúng tôi đã chỉ ra, toán học, mà các sơ đồ
phân tậptruyền mới với hai ăng ten phát và M ăng-ten thu tương đương với MRRC
với một ăng-ten phát và 2M ăng-ten thu. Từ khía cạnh thực hiện thực tế, tuy nhiên,
hai hệ thống có thể khác nhau. Phần này thảo luận một số khác biệt quan sát giữa hai
sơ đồ.
A. Yêu cầu nguồn điện
Các sơ đồ đòi hỏi việc truyền đồng thời của hai ký hiệu khác nhau trong hai
ăng-ten. Nếu hệ thống được công suất bức xạ giới hạn, để có tổng cùng một công
suất bức xạ từ hai anten truyền năng lượng được phân bổ cho mỗi ký hiệu sẽ được
giảm đi một nửa. Điều này dẫn đến một hình phạt 3-dB trong việc thực hiện lỗi. Tuy
nhiên, việc giảm 3 dB công suất trong mỗi chuỗi truyền dịch để rẻ hơn, nhỏ hơn,
hoặc ít khuếch đại công suất tuyến tính. A giảm 3 dB trong việc xử lý các bộ khuếch
đại quyền lực là rất quan trọng và có thể được mong muốn trong một số trường hợp.
Nó thường là ít tốn kém hơn (hoặc nhiều hơn mong muốn từ các hiệu ứng bóp méo
xuyên) sử dụng hai nửa bộ khuếch đại công suất hơn là một bộ khuếch đại công suất
đơn đầy đủ. Hơn nữa, nếu sự hạn chế là chỉ do công suất RF xử lý (bộ khuếch đại
19


kích thước, độ tuyến tính, vv), sau đó tổng công suất bức xạ có thể tăng gấp đôi và
không có hình phạt hiệu suất phát sinh.
B. Độ nhạy với lỗi ước lượng kênh
Trong suốt bài này, nó được giả định rằng bộ thu có kiến thức hoàn hảo của
kênh. Các kênh thông tin có thể được bắt nguồn bằng cách chèn các ký hiệu thí điểm
và khai thác [7], [8]. Ký hiệu được truyền định kỳ từ máy phát đến máy thu. Máy
thu chiết xuất từ các mẫu và interpolations họ để xây dựng một ước tính của các

kênh cho mỗi ký hiệu truyền dữ liệu. Có rất nhiều yếu tố có thể làm giảm hiệu suất
của chèn điều khiển và khai thác kỹ thuật, chẳng hạn như hệ số nội suy không khớp
và các hiệu ứng lượng tử. Các nguồn chính của các lỗi lập dự toán cho các hệ thống
băng hẹp, tuy nhiên, thời gian là phương sai của kênh. Các lỗi ước lượng kênh được
giảm thiểu khi tần số chèn thí điểm là lớn hơn hoặc bằng tỷ lệ lấy mẫu Nyquist
kênh, mà là hai lần tần số Doppler tối đa. Vì vậy, như miễn là kênh được lấy mẫu ở
tốc độ đủ, có chút suy hao do ước lượng kênh.
C. Các hiệu ứng trễ
Với N nhánh phát, nếu bản sao chuyển đổi của N các tín hiệu được truyền
trong khoảng thời gian khác với tất cả các ăng-ten, trễ giải mã là N chu kỳ ký hiệu.
Đó là, đối với các sơ đồ phân tập hai chi nhánh, sự chậm trễ là hai thời kỳ biểu
tượng. Đối với một hệ thống đa sóng mang, tuy nhiên, nếu bản sao được gửi cùng
một lúc và trên các tần số sóng mang khác nhau, trễ giải mã là một chu kỳ ký hiệu.
D. Cấu hình Antenna
Đối với tất cả các mục đích thực tế, các yêu cầu chính để cải thiện phân tập là
các tín hiệu được truyền từ ăng ten khác nhau có đủ không tương quan (ít hơn 0,7
tương quan) và rằng chúng có công suất trung bình gần như bằng nhau (ít hơn 3 dB
sự khác biệt). Vì môi trường không dây đối ứng, hướng dẫn cho các cấu hình ăngten phát cũng giống như nhận được các cấu hình ăng-ten. Ví dụ, đã có nhiều phép đo
và kết quả thực nghiệm cho thấy rằng nếu hai ăng-ten thu được sử dụng để cung cấp
phân tập tại các trạm thu, họ phải vào thứ tự của mười bước sóng ngoài để cung cấp
đủ decorrelation. Tương tự như vậy, đo lường cho thấy rằng để có được những cải
tiến phân tập cùng tại các đơn vị từ xa nó là đủ để tách anten tại trạm từ xa bằng
20


khoảng ba độ dài sóng.2 này là do sự khác biệt trong bản chất của môi trường tán xạ
ở gần nhau của các trạm.The trạm từ xa từ xa và cơ sở thường được bao quanh bởi
các tán xạ gần đó, trong khi trạm cơ sở thường đặt ở nơi cao hơn, không có tán xạ
gần đó. Bây giờ giả sử rằng hai ăng-ten truyền được sử dụng tại các trạm cơ sở để
cung cấp phân tập tại các trạm từ xa ở phía bên kia của đường truyền. Câu hỏi quan

trọng là làm thế nào cách xa nhau nên các ăng-ten truyền được cung cấp phân tập ở
người nhận từ xa. Câu trả lời là các yêu cầu tách cho nhận sự phân tập về một phía
của liên kết được trùng với các yêu cầu cho phân tập phát ở phía bên kia của liên
kết. Điều này là bởi vì các phương tiện truyền tín hiệu giữa máy phát và máy thu
trong hai hướng là giống hệt nhau. Nói cách khác, để cung cấp đủ sự tương quan
giữa các tín hiệu truyền đi từ hai ăng-ten truyền tại các cơ sở trạm, chúng ta phải có
vào thứ tự của mười bước sóng của sự tách biệt giữa hai ăng-ten truyền. Một cách
tương đương, các ăng-ten truyền tại các đơn vị từ xa phải được ngăn cách bởi
khoảng ba bước sóng để cung cấp phân tập tại trạm gốc. Nó là đáng chú ý rằng
thuộc tính này cho phép người sử dụng hiện có ăng-ten thu phân tập tại các trạm cơ
sở cho phân tập phát. Ngoài ra, nếu có thể, hai ăng-ten có thể được sử dụng cho cả
truyền và nhận tại các cơ sở và các đơn vị từ xa, để cung cấp cho một trật tự phân
tậpcủa bốn ở cả hai bên của liên kết.
E. Hỏng phần mềm
Một trong những lợi thế của nhận sự phân tậpcác chương trình kết hợp là độ
tin cậy thêm do nhiều nhận chuỗi .Nên một trong những chuỗi nhận thất bại, và
nhận được sự khác chuỗi hoạt động, sau đó sự mất mát hiệu suất là về trình tự của
việc đạt được sự đa dạng. Nói cách khác, các tín hiệu có thể vẫn còn phát hiện
nhưng với chất lượng kém hơn. Điều này thường được gọi là thất bại như mềm mại.
May mắn thay, các sơ đồ phân tập phát mới cung cấp sự thất bại mềm tương tự. Để
minh họa điều này, chúng ta có thể giả định rằng chuỗi truyền cho ăng-ten một trong
hình. 2 bị vô hiệu hóa, nghĩa là,
Do đó, các tín hiệu nhận được có thể được mô tả như [xem (11)]

21


Bộ kết hợp thể hiện trong hình. 2, xây dựng hai tín hiệu kết hợp sau đây theo (12):

Các tín hiệu này kết hợp cũng giống như nếu không có sự đa dạng. Do đó,

mức tăng tính phân tậpđược bị mất nhưng tín hiệu vẫn chưa được phát hiện. Đối với
các chương trình với hai truyền và hai ăng-ten thu, cả truyền và nhận chuỗi đc bảo
vệ bởi chương trình dự phòng này. Hai việc tách yêu cầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như chiều cao anten và môi trường phân tán. Các số liệu đưa ra áp dụng chủ yếu để
macrocell môi trường đô thị và ngoại thành với trạm cơ sở chiều cao anten tương
đối lớn.
F. Tác động trên nhiễu
Các chương trình mới đòi hỏi sự truyền tải đồng thời tín hiệu từ hai ăng-ten.
Mặc dù một nửa công suất được truyền từ mỗi anten, nó xuất hiện rằng số lượng
nhiễu tiềm năng tăng gấp đôi, tức là, chúng ta có hai lần số nhiễu, mỗi với một nửa
công suất tác động. nó là thường cho rằng sự hiện diện của nhiều nhiễu, sự tác động
tổng thể là phân phối Gau. Tùy thuộc vào các ứng dụng, nếu giả định này được giữ
vững, các kết quả Sơ đồ mới trong cùng một phân phối và công suất của sự tác động
bên trong hệ thống. Nếu tác động có tính chất mà các chương trình can thiệp hủy (kỹ
thuật xử lý mảng) có thể được sử dụng có hiệu quả, tuy nhiên, kế hoạch này có thể
có tác động đến việc thiết kế hệ thống. Nó không phải là rõ ràng cho dù tác động là
tích cực hay tiêu cực. Việc sử dụng các sơ đồ phân phát (để giảm nhẹ fade) kết hợp
với kỹ thuật xử lý mảng trong giảm thiểu sự can thiệp đã được nghiên cứu mã số
không-thời gian trellis [9]. Những nỗ lực tương tự đang mở rộng các kỹ thuật để các
chương trình phân tậptruyền mới.

VI. Kết luận và thảo luận
Một sơ đồ phân tập phát mới đã được trình bày. Nó chỉ ra rằng, bằng cách sử
dụng hai ăng-ten truyền và một nhận ăng ten, các sơ đồ mới cung cấp nhằm phân tập
giống như MRRC với một truyền và hai ăng-ten thu. Nó được thể hiện thêm rằng
chương trình này có thể dễ dàng được tổng quát cho hai ăng-ten truyền và ăng-ten
22


thu để cung cấp cho một trật tự phân tậpcủa. Một ứng dụng rõ ràng của chương trình

này là để cung cấp cải tiến phân tậpở tất cả các đơn vị từ xa trong một hệ thống
không dây, sử dụng hai ăng-ten truyền tại các trạm cơ sở thay vì nhận được hai anten
ở tất cả các thiết bị đầu cuối từ xa. Các chương trình không đòi hỏi bất kỳ thông tin
phản hồi từ máy thu đến máy phát và độ phức tạp tính toán của nó là tương tự như
MRRC. Khi so sánh với MRRC, nếu tổng số công suất bức xạ là vẫn như cũ, các
chương trình phân tập truyền có một bất lợi vì đồng thời 3dB truyền dẫn của hai
biểu tượng khác biệt với hai ăng-ten. Nếu không, nếu tổng công suất phát tăng gấp
đôi thì hiệu quả của nó là giống hệt nhau để MRRC. Hơn nữa, giả sử công suất phát
ra bằng nhau, chương trình này đòi hỏi phải có hai bộ khuếch đại một nửa năng
lượng so với một bộ khuếch đại quyền lực đầy đủ cho MRRC, trong đó có thể được
thuận lợi cho việc thực hiện thống. Sơ đồ mới cũng đòi hỏi hai lần số lượng các biểu
tượng thí điểm cho dự toán kênh khi chèn phi công và khai thác sử dụng.

23