Mạng Truyền Thông Di Động Và Tế Bào

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐH KHTN
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
------------------------o0o---------------------------
Đồ Án Môn Học
Mạng Truyền Thông Di Động Và Tế Bào
GVGD : Thầy Trương Tấn Quang
SVTH: Nguyễn Văn Liêm 0620031
Nguyễn Kim Long 0620034
Nguyễn Thanh Tú 0620111
Nguyễn Hữu Phước 0620055
Học kì 1
Năm học 2009-2010
1
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Thời đại vô tuyến đã bắt đầu từ cách đây hơn 100 năm với sự phát minh ra máy điện báo radio của
Gudlielmo Marconi và công nghệ không dây hiện nay đang được thiết lập với sự phát triển nhanh chóng
đã đưa chúng ta vào một thế kỷ mới và một kỷ nguyên mới. Sự tiến bộ nhanh chóng trong kỹ thuật vô
tuyến đang tạo ra nhiều dịch vụ mới và cải tiến với giá cả thấp hơn, dẫn đến sự gia tăng trong việc sử
dụng khoảng không gian thời gian và số lượng các thuê bao. Các xu hướng này đang tiếp tục tăng trong
những năm tới.
Mục tiêu của hệ thống thông tin thế hệ mới là cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thông tin cho mọi
người vào mọi lúc, mọi nơi. Các dịch vụ được cung cấp cho thuê bao điện thoại di động thế hệ mới như
truyền dữ liệu tốc độ cao, video và multimeadia cũng như dịch vụ thoại. Công nghệ thoả mãn được
những yêu cầu này và làm cho các dịch vụ đó được sử dụng rộng rãi được gọi là hệ thống di động thế hệ
thứ 3 (3G). Hệ thống thế hệ thứ 3 đáp ứng đáng kể phần thiếu hụt các tiêu chuẩn thế hệ 2 hiện có, cả về
loại hình ứng dụng và dung lượng. Hệ thống di động số hiện tại được thiết kế tối ưu cho thông tin thoại,
trong khi đó hệ thống 3G chú trọng đến khả năng truyền thông đa phương tiện. Hệ thống 3G điển hình
hiện nay là cdma2000 và WCDMA. WCDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo mã băng rộng.
Trong hệ thống WCDMA, hệ số tái sử dụng tần số là 1, nên khi số thuê bao tăng lên đồng nghĩa với
nhiễu giao thoa đồng kênh tăng lên làm ảnh hưởng đến dung lượng của hệ thống. Vì thế trong mạng

WCDMA phải có nhiều kỹ thuật xử lý tín hiệu nhằm làm giảm ảnh hưởng của nhiễu. Các kỹ thuật đó gọi
là kỹ thuật phân tập tín hiệu. Trong đồ án này sẽ tìm hiểu về kỹ thuật phân tập Không gian - Thời gian
trong hệ thống mạng WCDMA với mục đích phân tập làm giảm ảnh hưởng của nhiễu giao thoa và nhiễu
fading lên tín hiệu thông qua việc làm tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở đầu ra của mảng anten .
Nội dung đồ án gồm 3 chương :
- Chương 1:Trình bày ưu nhược điểm của hệ thống WCDMA và hướng giải quyết cho những nhược
điểm.
- Chương 2:Trình bày khái niệm phân tập không gian - thời gian. Phân tập anten bằng bộ thu
Beamformer-Rake.
- Chương 3: Trình bày các kỹ thuật xử lý phân tập không gian bằng bộ thu Beamformer. Các kỹ
thuật xử lý bao gồm MSNR, MSINR và MMSE.
2
MỤC LỤC
Chương 1: Tổng Quan Hệ Thống W-CDMA.................................................................................5
Giới thiệu chung...........................................................................................................5
1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1...............................................................................................5
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2...............................................................................................6
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3...............................................................................................7
1.4. Lộ trình phát triển hệ thống di động thế hệ 2 (GSM) lên (WCDMA)...........................................7
1.5. Tổng quan mạng WCDMA.............................................................................................................8
1.5.1. Các thông số chính của mạng WCDMA...................................................................................10
1.5.2. Những đặc điểm then chốt của mạng WCDMA.......................................................................11
1.5.3. Ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống WCDMA.......................................................................11
1.5.4. Tính đa dạng phân tập trong hệ thống WCDMA......................................................................12
Kết luận chương..............................................................................................................................14
Chương 2: Khái Niệm Phân Tập Không Gian-Thời Gian..........................................................15
2.1 Giới thiệu........................................................................................................................................15
2.2 Anten Mảng....................................................................................................................................15
2.2.1 Mảng Anten dãy..........................................................................................................................16
2.3 Kỹ thuật Beamformer....................................................................................................................18

2.3.1 Ví dụ đơn giản của bộ Beamformer trong mảng ULA..............................................................19
2.4 Nguyên tắc lấy mẫu trong xử lý không gian.................................................................................21
2.5 Lợi ích của phân tập không gian...................................................................................................22
2.6 Phân tập thời gian- Bộ thu Rake trong CDMA.............................................................................22
2.6.1 Các kỹ thuật tổ hợp tín hiệu........................................................................................................23
2.6.1.1 Bộ tổ hợp chọn lọc (SC)..........................................................................................................23
3
2.6.1.2 Bộ tổ hợp tỉ số tối đa (MRC)...................................................................................................24
2.6.1.3 Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC)..................................................................................................24
2.7 Bộ thu Beamformer_Rake.............................................................................................................24
Kết luận chương..............................................................................................................................25
Chương 3: Các Kỹ Thuật Beamforming......................................................................................26
3.1 Giới Thiệu......................................................................................................................................26
3.2 MSNR Beamforming.....................................................................................................................26
3.2.1 Kỹ Thuật MSNR.........................................................................................................................26
3.2.2 Phương Thức cải tiến SE cho Beamforming..............................................................................28
3.2.3 Pha Tín Hiệu Trong Eigen-Beamforming..................................................................................29
3.3. Kỹ thuật MSINR Beamforming...................................................................................................30
3.3.1 Cực đại tỷ số tín hiệu trên nhiễu(SINR).....................................................................................31
3.3.2 Xác định giá trị cực đại của tỷ số tín hiệu trên nhiễu (MSINR) ...............................................32
3.4 Kỹ thuật MMSE Beamforming.....................................................................................................33
3.5 So sánh 2 kỹ thuật MSINR và MMSE trong trường hợp đơn giản..............................................34
Kết luận chương..............................................................................................................................36
4
CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG WCDMA

Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề được nhiều chuyên gia quan tâm trong lĩnh
vực máy tính và truyền thông. Trong thời gian này công nghệ này được rất nhiều người sử dụng và đã trải

qua rất nhiều thay đổi. Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ:
 Thế hệ không dây thứ nhất là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần
số (FDMA).
 Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân
chia theo mã (CDMA).
 Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhãy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ
trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phơng tiện gói.
1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế
tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số
(FDMA). Với FDMA, khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh
vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò
sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các
lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng . Trong trường hợp số thuê bao nhiều hơn số
lượng kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, và được cách nhau bởi
một dải tần số phòng vệ . Mỗi dải tần số được gán cho một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành riêng cho liên
lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống.
Đặc điểm :
- Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông tuyến.
- Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể.
- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động AMPS (Advanced Mobile Phone System). Hệ
thống di động này sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên, hệ thống không thoả mãn nhu
5
cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì thế, hệ thống di động thứ 2 ra đời
được cải thiện về cả dung lượng và tốc độ.
1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2
Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng
kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số.

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng phương pháp điều chế số và sử dụng 2 phương pháp đa
truy cập :
- Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA.
- Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.
Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:
Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng
cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kì một khung. Các thuê bao khác
nhau dùng chung kênh nhờ cài xen khe thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong
cấu trúc khung.
Đặc điểm:
- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số .
- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được
sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín
hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần số như vậy cho phép các máy thu và máy phát có
thể hoạt động cùng một lúc mà không có sự can nhiễu lẩn nhau.
- Giảm số máy thu ở BTS.
- Giảm nhiểu giao thoa.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động toàn cầu GSM. Máy di động kỹ thuật số TDMA phức tạp
hơn FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 10
6
lệnh
trong 1 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý 50.10
6
lệnh trong 1 giây.
Đa truy cập phân chia theo mã CDMA:
Trong thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng
kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng
nói trên được phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN, được cấp phát khác nhau cho mỗi
người sử dụng.
Đặc điểm

- Dải tần tín hiệu rộng .
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
6
- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu
quả hơn TDMA và FDMA.
- Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn giản và việc thay
đổi , chuyển giao, điều khiển dung lượng cell thực hiện rất linh hoạt .
1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3:
Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người sử dụng, từ đầu thập niên
90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ thứ 3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với
tên gọi ITM-2000 đưa ra các muc tiêu chính sau:
- Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa
phương tiện.
- Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ
cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của các hệ thống thông tin di động.
- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di
động.
3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho người dùng tĩnh , 384 Kbps cho người dùng di
chuyển chậm và 128 Kbps cho người dùng trên moto. Công nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ không
phải là sóng mang 200KHz như của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G.
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống
WCDMA và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đang được áp dụng trong những năm gần đây. Các
hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho
giao diện thông tin vô tuyến.
Hình 1.1. Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G
1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (GSM) lên WCDMA
Để đảm bảo ứng dụng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng thời đảm
bảo tính kinh tế , hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sẽ được chuyển đổi sang thế hệ 3. Quá trình đó được
tổng quát trên hình 1.1.
Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA như sau:

7
GSM
WCDMA
HSCSD
GPRS
Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA
Ký hiệu:
 GSM: Global System for Mobile Communication: Hệ thống thông tin di động toàn cầu.
 HSCSD: Hight Speed Circuit Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao.
 GPRS: General Packet Radio Services: Dịch vụ gói vô tuyến chung.
 WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã băng
rộng.
1.5 Tổng quan về mạng WCDMA
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng) là
một trong những hệ thống thông tin di động thế hệ 3, sử dụng công nghệ CDMA. Công nghệ CDMA
( Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã), là một công nghệ không dây, số sử
dụng kỹ thuật trải phổ để phân tần tín hiệu vô tuyến trong một dãi tần số rộng. Trong công nghệ CDMA,
nhiều người sử dụng chung một thời gian và tần số. Mã PN (giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp,
được ấn định cho mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử
dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy PN như đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ
8
việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu được. Cũng giống như TDMA, WCDMA là một trong nhiều
công nghệ chủ đạo để mạng thông tin di động hoạt động. Nó cũng được biết như là một giao diện vô
tuyến hay công nghệ đa truy xuất. WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực
thông tin di động. WCDMA có 2 chế độ khác nhau là FDD và TDD. Khả năng làm việc được ở cả hai chế
độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần được cấp phát ở các vùng khác nhau.
• FDD (Frequency Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó truyền dẫn đường lên và
đường xuống sử dụng hai tần số riêng biệt. Ở FDD đường lên và đường xuống sử dụng hai băng tần khác
nhau. Hệ thống được phân bố một cặp băng tần riêng biệt
• TDD (Time Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó đường lên và đường xuống được

thực hiện trên cùng một tần số bằng cách sử dụng những khe thời gian luân phiên. Ở TDD các khe thời
gian trong các kênh vật lý được chia thành hai phần : phần phát và phần thu. Thông tin đường xuống và
đường lên được truyền dẫn luân phiên.
1900 1920 1980 2020 2025 2110 2170 (MHz)
TDD
RX/TX
FDD
Uplink
TDD
RX/TX
FDD
Downlink
f
5MHz
Đường lên
Đường xuống
Đường lên
Đường xuống
Khoảng Bảo vệ
5MHz
t
t
f
FDD
TDD
Hình 1.3 Phân bố tần số FDD và TDD
9


Khả năng làm việc của cả hai chế độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần được cấp phát ở

các vùng khác nhau.
Ba thông số cơ bản của mạng WCDMA:
 Lớp truy nhập: được tạo ra bởi các trạm gốc (node B) và các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau để
phân tích và điều khiển lưu lượng vô tuyến.
 Mạng lõi có hai vai trò chính :
 Giải quyết việc định hướng hay định tuyến đến nơi mà cuộc gọi hoặc số liệu gửi đến. Phương tiện cơ bản
là sử dụng hệ thống chuyển mạch để định tuyến thông tin qua một số máy chủ khác nhau xung quanh
mạng.
 Là một mạng đường trục và giải quyết các chức năng kỹ thuật, khả năng truy nhập thuận tiện tới mạng số
liệu gói khác, cung cấp một giao diện với Internet và phân loại thông tin tính cước và bảo mật.
 Lớp dịch vụ điều khiển các ưu tiên, các đặc tính và khả năng truy nhập cơ bản của thuê bao tới các dịch
vụ nâng cao đã làm cho 3G có một vị trí tuyệt vời.
1.5.1 Các thông số chính của W-CDMA
 WCDMA là một phương pháp đa truy xuất vô tuyến phân chia theo mã trải phổ trực tiếp dải rộng,
nghĩa là các bit thông tin của các user được trải đều ra trên một dải thông rộng bằng việc nhân dữ liệu của
user với các mã ngẫu nhiên (gọi là chip) nhận được trải phổ trong WCDMA.
 Tốc độ chip 3.84Mcps được sử dụng cho ghép dải thông sóng mang xấp xỉ tới 5MHz. Dải thông sóng
mang của WCDMA rộng như thế gắn liền với tốc độ dữ liệu của uesr cao và còn có hiệu quả nâng cao
khả năng phân tập tần số. Các nhà quản lý mạng có thể tăng dung lượng nhờ dải thông của sóng mang là
10
5MHz. Khoảng cách các sóng mang có thể chọn trên những khoảng 200KHz giữa khoảng 4.4 đến 5MHz
tuỳ thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang.
 WCDMA cung cấp tốc độ khả biến cho các user rất cao, hiểu theo cách khác chính là dải thông theo yêu
cầu cũng được cung cấp. Mỗi user được cung cấp một khung giây có chu kỳ 10ms trong khi tốc độ dữ
liệu vẫn giữ nguyên không đổi. Tuy nhiên dung lượng dữ liệu có thể thay đổi từ khung này đến khung
khác.
 WCDMA cung cấp hai chế độ hoạt động cơ bản là FDD và TDD. Trong FDD các khoảng tần số sóng
mang 5MHz được sử dụng cho sóng mang hướng lên và hướng xuống riêng rẽ, trong khi đó TDD chỉ có
một khoảng 5MHz được dùng cho cả hướng lên và hướng xuống.
 WCDMA cung cấp hoạt động bất đồng bộ cho các trạm gốc và do đó không giống như hệ thống đồng bộ

IS-95 CDMA, nó không cần thời gian chuẩn trên toàn cầu GPS.
 WCDMA dùng tách sóng kết hợp cho hướng lên và hướng xuống nhờ các ký hiệu hoa tiêu hay kênh hoa
tiêu chung, dẫn tới tăng dung lượng và vùng phủ sóng .
 WCDMA được thiết kế để phát triển nâng cấp cho chuẩn GSM vì vậy có thể chuyển giao giữa
mạng GSM và mạng WCDMA.
Phương thức đa truy xuất . DS-CDMA.
Phương pháp ghép song công. FDD/TDD.
Đồng bộ trạm gốc. Hoạt động bất đồng bộ.
Tốc độ chip. 3.84Mcps.
Độ dài khung . 10ms.
Ghép dịch vụ.
Đa dịch vụ với yêu cầu chất lượng dịch vụ
khác nhau được ghép trên một kết nối.
Đa tốc độ. Hệ số trải phổ khả biến và đa mã.
Tách sóng.
Tách sóng kết hợp nhờ sử dụng kênh hoa
tiêu.
1.5.2 Những đặc điểm then chốt của WCDMA
Giao diện vô tuyến trên cơ sở CDMA băng rộng tạo cơ hội thiết kế hệ thống có những đặc tính đáp ứng
nhu cầu của thế hệ thứ 3. Những đặc điểm chủ yếu trong hệ thống WCDMA là :
 Cải thiện những hệ thống thế hệ thứ 2 bao gồm: cải thiện dung lượng, cải thiện vùng phủ sóng, bao gồm
cả khả năng di chuyển những dịch vụ thế hệ thứ 2 sang thế hệ thứ 3.
 Tính linh hoạt cao của dịch vụ bao gồm: Có các dịch vụ tốc độ bit cực đại trên 2 Mb/s và các dịch vụ
ghép song song trên một kết nối.
11
 Thực hiện truy nhập gói hiệu quả và tin cậy.
 Tính linh hoạt cao của vận hành bao gồm: Hỗ trợ hoạt động không đồng bộ giữa các trạm gốc nên triển
khai thuận lợi trong nhiều môi trường. Hỗ trợ một cách có hiệu quả dạng hoạt động khác chẳng hạn cấu
trúc ô có bậc. Sử dụng kỷ thuật tiến bộ như phối hợp anten dàn và tách người dùng. Mô hình TDD được
thiết kế để hoạt động hiệu quả trong môi trường không kết hợp.

 Cải thiện dung lượng: Độ rộng băng tần lớn của WCDMA làm tăng hiệu suất vốn có trên các hệ thống tế
bào trước đó do nó làm giảm fading của tín hiệu vô tuyến. Ta biết rằng WCDMA sử dụng điều chế kết
hợp ở đường lên, đây là tính năng không thể thực hiện được ở trong các hệ thống CDMA tế bào. Điều
khiển công suất chắc chắn ở đường xuống sẽ có hiệu suất hoàn hảo, đặc biệt ở môi trường trong nhà và
môi trường ngoài trời có tốc độ thấp.
Nói chung, đối với dịch vụ thoại, sự cải thiện này là một bước tiến vì đây là một trong hai yếu tố làm
tăng dung lượng cell của WCDMA.
1.5.3 Ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống WCDMA
Trong kênh thông tin vô tuyến lý tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tín hiệu đến trực tiếp.
Song, trong thực tế điều đó là không thể xảy ra, tín hiệu sẽ bị thay đổi trong suốt quá trình truyền, tín hiệu
thu được sẽ là sự kết hợp các thành phần khác nhau: tín hiệu suy giảm, khúc xạ, nhiễu xạ của các tín hiệu
khác…WCDMA là hệ thống di động vô tuyến nên sẽ bị ảnh hưởng bởi điều đó. Sau đây là mô hình của
hai loại nhiễu chính, đó là nhiễu fadinh nhiều tia và nhiễu giao thoa.
Hình 1.4 Các tín hiệu đa đường
12
Hình 1.5 Các tín hiệu nhiễu giao thoa
Để làm giảm các ảnh hưởng của các loại nhiễu trên, trong WCDMA có nhiều kỹ thuật xử lý đó là: mã hoá
kênh, điều chế, trải phổ, phân tập…Trong đồ án này ta sẽ đi nghiên cứu các kỹ thuật phân tập tín hiệu.
1.5.4 Tính đa dạng phân tập trong WCDMA
Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM tương tự ,sử dụng trong hệ thống thông tin di
động tổ ong đầu tiên thì tính đa đường tạo nên fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của đa đường
fading được giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng ,vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu
nhận một cách độc lập .Nhưng hiện tượng đa đường xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do fading
đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục đó thì
bộ điều chế không thể xử lí tín hiệu thu một cách độc lập được. Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm
fading,có 3 loại phân tập là theo tần số ,theo thời gian và theo khoảng cách .Phân tập theo thời gian đạt
được nhờ sử dụng việc chèn vào mã sữa sai .Phân tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ
thống có tốc độ mã truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Hệ thống CDMA băng rộng
ưứngduụngviệc phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và
fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu(200-300kHz). Nhưng với một

băng tần rộng thì fading ít ảnh hưởng đến tín hiệu hơn .Phân tập theo khoảng cách hay đường truyền
thường đạt được theo 3 phương pháp sau:
-Thiết lập nhiều đường báo hiệu(chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động với 2 hoặc nhiều trạm
gốc BTS.
-Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quét thu nhận và tổ hợp các
tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời gian.
-Đặt nhiều anten tại BS (anten mảng).
13
Phân tập theo khoảng cách có thể dễ dàng được áp dụng đối với hệ thống TDMA và FDMA. Phân
tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ mã truyền dẩn cao mà thủ tục
sữa sai yêu cầu. Phân tập theo tần số có thể dể dàng được áp dụng cho hệ thống CDMA.
Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng
3 bộ tương quan ,BTS sử dụng 4 bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét
(Rake), nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được.
Fading có thể xuất hiện ở các đường tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường tín hiệu
thu.Vì vậy tổng các tính hiệu thu được có độ tin cậy cao vì rất ít có fading đồng thời giữa cá đường tín
hiệu thu được.
Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có 2 BTS sao
cho có thể thực hiện chuyển vùng mềm cho thuê bao di động.
Các kỹ thuật phân tập:
 Phân tập thời gian: Đây là phương pháp phân tập cơ bản nhất, dùng những khe thời gian tại
những thời điểm khác nhau để truyền cùng một tín hiệu ban đầu, như vậy tại đầu thu ta có thể nhận được
nhiều bản sao của một tín hiệu tại nhiều thời điểm. Hoặc cùng một tín hiệu thu, có thể được thu theo
nhiều khoảng thời gian trễ khác nhau để chọn ra được tín hiệu thu tốt nhất.
 Phân tập tần số: Nguyên lý cơ bản của bất kỳ loại sóng nào (cả sóng cơ và sóng điền từ ) thì chỉ
giao thoa với nhau khi có cùng tần số hay vùng tần số lân cận. Phân tập tần số dựa vào đặc tính này, dùng
nhiều tần số khác nhau để truyền cùng một tín hiệu, như vậy tại đầu thu sẽ thu được cùng một tín hiệu tại
nhiều tần số khác nhau.
 Phân tập không gian ( hay phân tập anten ): Trong kiểu phân tập này chúng ta dùng nhiều anten
đặt tại nhiều vị trí khác nhau, có độ phân cực khác nhau để truyền hay thu cùng một tín hiệu. Phương

pháp này sẽ không làm mất độ rộng băng thông của hệ thống.
Kết luận chương
Chương này đã giới thiệu tổng quan về các thế hệ thông tin di động, đặc biệt là hệ thống WCDMA, các
ảnh hưởng của nhiểu trong hệ thống di động. Cuối chương là phần giới thiệu về các kỹ thuật phân tập để
giảm bớt nhiễu trong hệ thống vô tuyến. Trong chương tiếp theo sẽ đi sâu nghiên cứu về kỹ thuật phân tập
không gian và thời gian.
14
CHƯƠNG 2
PHÂN TẬP KHÔNG GIAN THỜI GIAN
2.1 Giới thiệu
15
Dung lượng của hệ thống mạng tổ ong bị giới hạn bởi 2 yếu tố chính đó là nhiễu fading và nhiễu giao
thoa sóng (multiple access interference : MAI). Một bộ thu 2 chiều (2-D) có thể giảm được các nhiễu trên
bằng cách xử lý tín hiệu thu được trên cả hai miền không gian và thời gian. Ở đây, xử lý tín hiệu trong
miền không gian là tiến hành xử lý tín hiệu bằng cách phân tập anten, còn xử lý tín hiệu trên miền thời
gian là tiến hành xử lý tín hiệu thu bằng cách phân tập thời gian. Việc kết hợp 2 kỹ thuật phân tập cho tín
hiệu sẽ làm tăng chất lượng của tín hiệu tại bộ thu. Tuy bộ thu 2-D này có khả năng xử lý tín hiệu đồng
thời trên miền không gian và thời gian song điều này đòi hỏi phải có cấp độ tính toán phức tạp . Trong
chương này chúng ta sẽ giới thiệu một số giải pháp đơn giản để xử lý tín hiệu trong miền không gian và
thời gian.
Mảng anten thích nghi [3] có khả năng chống lại nhiễu fading hay MAI chỉ bằng cách xử lý không gian.
Khi các thuê bao của hệ thống mạng trao đổi thông tin từ những địa điểm khác nhau, mỗi thuê bao sẽ có
một thông tin không gian duy nhất liên quan tới thuê bao đó. Mảng anten thích nghi có thể dựa vào đặc
tính không gian của tín hiệu để giảm bớt nhiễu MAI. Việc xử lý này được thực hiện bởi bộ
Beamformer .Beamformer có thể là một giải pháp hữu hiệu để cải thiện cho hệ thống CDMA hoạt động
tốt trong các kênh tín hiệu giao thoa với nhau. Dung lượng của hệ thống CDMA có thể được tăng lên
bằng cách giảm bớt nhiễu giao thoa co-channel.
2.2 Anten Mảng
Anten mảng là tập hợp gồm nhiều anten thành phần được bố trí tại những vị trí khác nhau trong
không gian mảng .Các anten thành phần này có thể được sắp xếp theo các cấu trúc hình học bất kỳ .Tuỳ

theo cách sắp xếp đó mà mảng có thể là mảng đường ,mảng tròn hay mảng phẳng . Mảng đường và mảng
tròn là trường hợp đặc biệt của mảng phẳng .Góc phát xạ của một mảng được xác định dựa vào góc phát
xạ của các anten thành phần , vào sự định hướng , vào vị trí của các anten , vào biên độ và pha của tín
hiệu đến. Nếu các anten của mảng là đẳng hướng thì góc phát xạ của mảng sẽ chỉ phụ thuộc vào cấu trúc
không gian của mảng và tín hiệu đến mảng [3] .Trong trường hợp này góc phát xạ của mảng được gọi là
hệ số mảng. Nếu các phần tử của mảng giống nhau nhưng không đẳng hướng thì góc phát xạ của mảng
được tính theo hệ số mảng và các góc phát xạ thành phần .
2.2.1 Mảng anten dãy
Nếu khoảng cách giữa các phần tử trong mảng đường thẳng bằng nhau thì mảng được gọi là mảng
anten dãy (ULA) .Hình vẽ sau mô tả một mảng ULA gồm N phần tử .Khoảng cách giữa các phần tử trong
mảng là d .Góc tín hiệu truyền đến mảng là θ (còn gọi là góc AOA) .
Tín hiệu thu được tại anten đầu tiên của mảng được biểu diễn như sau :

})(2cos{)()(
11
βγπ
++= ttftAtx
c
(2.1)
Với A
1
(t) : Biên độ tín hiệu đến anten .
16
f
c
: Tần số sóng mang của tín hiệu .
γ(t) : Hàm biểu thị sự biến đổi tín hiệu.
β : Góc pha tín hiệu .
Ngoài ra tín hiệu thu được tại phần tử đầu tiên có thể viết như sau :

})({
11
)()(
βγ
+
=
tj
etAtx
(2.2)
Ta giả thiết rằng tín hiệu có dạng sóng phẳng được truyền đến mảng từ một khoảng cách rất xa và trong
môi trường truyền đồng chất .Lúc này tín hiệu đến các phần tử trong mảng sẽ có sự sai biệt về thời gian
.Tín hiệu đến phần tử thứ 2 trong mảng sẽ chậm hơn phần tử thứ nhất một
Hình 2.1 Mảng anten ULA
khoảng thời gian là
τ
,tương tự phần tử thứ N sẽ trễ một khoảng là N
τ
.Như thế ta có thể biểu diễn tín
hiệu thu được tại các phần tử khác trong mảng theo biểu thức tín hiệu thu được tại phần tử thứ nhất
.Trong hình vẻ trên ta có thời gian trễ là :

c
d
θ
τ
sin
=
(2.3)
17