Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
ĐỀ TÀI
Chuyên đề Vô tuyến truyền thôn
Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Viết Đảm
Sinh viên thực hiện :
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm i
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
LỜI NÓI ĐẦU
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
1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3: 3
1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (GSM) lên
WCDMA 4
Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA 4
1.5 Tổng quan về mạng WCDMA 4
Uplink 5
Hình 1.3 Phân bố tần số FDD và TDD 5
1.5.1 Các thông số chính của W-CDMA 6
1.5.2 Những đặc điểm then chốt của WCDMA 7
1.5.3 Ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống WCDMA 8
Hình 1.4 Các tín hiệu đa đường 8
Hình 1.5 Các tín hiệu nhiễu giao thoa 8
1.5.4 Tính đa dạng phân tập trong WCDMA 9
Các kỹ thuật phân tập: 10
Kết luận chương 10
CHƯƠNG 2: 11
PHÂN TẬP KHÔNG GIAN - THỜI GIAN 11
2.1 Giới thiệu 11
2.2 Anten Mảng 11
2.2.1 Mảng anten dãy 12
Hình 2.1 Mảng anten ULA 12
2.3 Kỹ thuật Beamformer 14
Hình 2.2a Mô hình Beamformer Hình 2.2b Búp sóng anten
dãy 15
2.3.1 Ví dụ đơn giản của bộ Beamformer với mảng ULA 15
Hình 2.3 Đồ thị bức xạ của anten dãy đối với góc đến tín hiệu là 0o 17
và nhiễu giao thoa là 45o 17
2.4 Nguyên tắc lấy mẫu tín hiệu trong xử lý không gian 17
2.5 Lợi ích của phân tập không gian 18
2.6 Phân tập thời gian: Bộ thu Rake trong CDMA 18
Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán của phương pháp bội số lagrange đã được đơn
giản 37
4.2.3 Phương pháp liên hợp Gradient 37
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán của phương pháp liên hợp gradient 40
Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán của phương pháp liên hợp Gradient đã đơn giản
41
4.2.4 Đánh giá chung các phương pháp 42
4.2.5 Mô hình bộ thu MMSE Beamformer-Rake trong WCDMA 42
Hình 4.5 Mô hình bộ thu MMSE Beamformer-Rake trong WCDMA 42
Kết luận chương: 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 44
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm iv
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI NÓI ĐẦU ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH VẼ v
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii
CHƯƠNG 1: 1
HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG WCDMA 1
Giới thiệu chung 1
1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 1
1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 2
1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3: 3
1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (GSM) lên
WCDMA 4
Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA 4
1.5 Tổng quan về mạng WCDMA 4
Uplink 5
Hình 1.3 Phân bố tần số FDD và TDD 5
CÁC KỸ THUẬT BEAMFORMING 21
3.1 Giới Thiệu 21
3.2 Kỹ thuật MSNR Beamforming 21
3.2.1 Cực đaị tỉ số tín hiệu trên nhiễu (MSNR) 21
3.2.2 Phương thức cải tiến SE cho Beamforming 23
3.2.3 Pha tín hiệu trong Eigen-Beamforming 24
3.3 Kỹ thuật MSINR Beamforming 25
3.3.1 Cực đại tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SINR) 26
3.3.2 Xác định giá trị cực đại của tỉ số tín hiệu trên nhiễu (MSINR) 27
3.4 Kỹ thuật MMSE Beamforming 28
3.5 So sánh MSINR và MMSE Beamforming trong một trường hợp đơn giản 30
Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện đồ thị bức xạ của anten ULA 30
theo các kỹ thuật MSINR và MMSE 30
Hình 3.2 Giản đồ BER theo các kỹ thuật MSINR và MMSE 31
Kết luận chương 31
CHƯƠNG 4: 32
CÁC THUẬT TOÁN BEAMFORMING 32
Giới thiệu chương 32
4.1 Định nghĩa ma trận đánh giá độ phức tạp tính toán 32
4.2 Thuật toán cho kỹ thuật MSNR 32
4.2.1 Phương pháp power 33
4.2.2 Phương pháp bội số Lagrange 34
Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán của phương pháp bội số lagrange 35
Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán của phương pháp bội số lagrange đã được đơn
giản 37
4.2.3 Phương pháp liên hợp Gradient 37
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán của phương pháp liên hợp gradient 40
Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán của phương pháp liên hợp Gradient đã đơn giản
41
4.2.4 Đánh giá chung các phương pháp 42
MRC Maximum Ratio Combine Bộ tổ hợp tỷ số tối đa
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Điều chế tần số trực giao
PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung
PSK Phase Shift Keying Điều chế pha
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế QAM
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Điều chế
RF Radio Frequence Sóng radio
SC Selected Combine Bộ tổ hợp chọn lọc
SE Simple Eigen Giá trị riêng đơn giản
SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi ký tự
SINR Signal to Interference plus-Noise
Ratio
Tỷ số tín hiệu/ nhiễu giao
thoa và nhiễu nhiệt
SISO Single Input Single Output Vào đơn ra đơn
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
TCM Trellis Code Modulation Mã hoá lưới TCM
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo
thời gian
WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây
WCDMA Wideband Code Division Multiplex
Access
Đa truy cập phân chia theo
mã băng rộng
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm vii
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
- 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
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 1
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
đơn giản. Tuy nhiên, hệ thống không thoả mãn nhu 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.
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.
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 3
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (GSM) lên
WCDMA
Hình 1.1. Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G
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:
Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA
Ký hiệu:
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
Hình 1.3 Phân bố tần số FDD và TDD
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.
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 5
f
5MHz
Đường
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 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 .
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 6
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
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.
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
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
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 chuyên đề
này ta sẽ đi nghiên cứu các kỹ thuật phân tập tín hiệu.
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 8
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
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 và 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
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 nhiễu 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.
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 10
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
CHƯƠNG 2:
PHÂN TẬP KHÔNG GIAN - THỜI GIAN
2.1 Giới thiệu
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
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 .
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
c
là rất lớn so với dãy thông của tín hiệu ,vì vậy biểu thức (2.4) có
thể được viết như sau :
})(22cos{)()(
2
βγτππ
++−= tftftAtx
cc
(2.5)
Hay
})(2{
2
)()(
βγτπ
++−
=
tfj
c
etAtx
}2{
1
)(
τπ
c
fj
etx
−
θ
λ
π
−−
=
i
d
j
i
etxtx
(2.8)
Ta định nghĩa một trường vector dùng để biểu diễn tất cả các tín hiệu thu được
trên các phần tử của mảng .Trường vector tín hiệu đó được biểu diễn như sau :
x(t) =[x
1
(t) x
2
(t) … x
n
(t)]
T
(2.9)
Ta cũng định nghĩa trường vector đáp ứng
a
(
θ
) của mảng như sau :
( )
θ
)()()( txatx
θ
=
(2.11)
Để có được các điều trên thì ta phải giả thiết băng thông của tín hiệu phải nhỏ
hơn nhiều lần thời gian truyền tín hiệu qua mảng .Giả thiết cho hiện tượng này
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 13
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
được gọi là narrowband, tức là các tín hiệu thu được trong các phần tử của mảng
sẽ có sự sai pha lẩn nhau ,song sự sai pha này có thể là nhỏ. Vì thế mô hình
narrowband vẫn chính xác cho những tín hiệu biến thiên dạng hình sin, đặc biệt là
ở những tín hiệu có băng thông rất nhỏ so với thời gian truyền sóng qua mảng.
Cũng vì lí do đó mà khi thực hiện mô hình Beamformer để giảm thiểu sự giao
thoa thì phải nằm trong giới hạn cho phép của hiện tượng narrowband. Trong toàn
bộ luận văn này chúng ta giả thiết rằng tín hiệu W-CDMA thoả mãn narrowband .
Thời gian trễ trong quá trình truyền sóng từ phần tử đầu tiên đến phần tử cuối
cùng của mảng được tính như sau :
c
dN
θ
τ
sin)1(
max
−
=
(2.12)
Nếu khoảng cách giữa các phần tử trong mảng là
2
=
τ
Nếu mảng có 4 phần tử và f
c
=2GHz
Ta có :
6
max
10.2000.2
3
=
τ
Với hệ thống W-CDMA có băng thông tín hiệu là 5MHz. Tỉ số giữa
τ
max
và băng
thông tín hiệu được tính như sau :
6
6
max
10.20002
10.53
×
×
=
χ
=0.0037
Như vậy giả thiết narrowband phù hợp với hệ thống W-CDMA.
2.3 Kỹ thuật Beamformer
θ
.
)(
i
a
θ
là vector đáp ứng của mảng ứng với góc tới
i
θ
.
)(tn
là vector tín hiệu nhiễu .
Đầu ra của bộ Beamformer có dạng sau :
)()()( txtwty
H
=
(2.15)
Với w=[ w
1
w
2
… w
N
]
T
là vector trọng số của mảng .
Thông thường vector trọng số được chọn để phù hợp cho từng kỷ thuật
−−
=
=
==
−
×−
7957.06057.0
1
1
=
=
aw
aw
H
desired
H
(2.18)
Từ trên ta tính được
+
−
=
2478.05.0
2478.05.0
j
j
w
Hàm đặc trưng của Beamformer tương ứng với góc
θ
được cho như sau :
)()(
θθ
Chuyên đề Vô tuyến truyền thông Nhóm: 03
Hình 2.3 Đồ thị bức xạ của anten dãy đối với góc đến tín hiệu là 0
o
và nhiễu giao thoa là 45
o
.
Từ ví dụ trên ta nhận thấy rằng:
Mặc dầu có thể đặt null trực tiếp đến hướng đến của tín hiệu nhiễu giao
thoa, song từ đồ thị bức xạ (hình 2.3) ta thấy độ lợi của anten không cực đại tại
hướng đến của tín hiệu hữu ích. Như vậy, cần phải có nhiều sự cải tiến trong giải
pháp kỹ thuật của beamformer. Trong chương sau sẽ đề cập đến các giải pháp kỹ
thuật beamformer khác nhau đó.
Nếu chúng ta ngầm giả thiết là đã nhận biết được mảng vector đáp ứng cho
nhiều users khác nhau. Thì trong vùng một cell đô thị, mỗi tín hiệu đa đường sẽ
đến mảng với những góc tới khác nhau, vì thế sẽ có rất nhiều hướng giải quyết
cho mỗi đường tính hiệu này. Trong trườnghợp này, rất khó để xác định chính xác
góc tín hiệu đến mảng và như vậy sự đánh giá vector đáp ứng của mảng là rất
không xác thực. Điều đó cho thấy sự cần thiết phải đánh giá góc đến AOA để tìm
ra vector đáp ứng của mảng. Ngoài ra kỹ thuật trên cần yêu cầu số lượng tín hiệu
đến mảng (bao gồm tín hiệu giao thoa co-channel) phải ít hơn số lượng các phần
tử trong mảng. Điều này không thể có được trong mạng WCDMA. Kỹ thuật
Eigen-Beamforming, được xét đến ở phần sau, là giải pháp thích hợp, không cần
phải biết được vector đáp ứng của mảng cũng như không cần phải đánh giá rõ
ràng góc tới AOA.
2.4 Nguyên tắc lấy mẫu tín hiệu trong xử lý không gian
Những nguyên lý lấy mẫu trong miền thời gian có thể được áp dụng trong hệ
thống xử lý không gian do giữa hai hệ thống này cũng có sự tương quan với nhau.
Xét tín hiệu trong miền thời gian và tần số, mẫu tín hiệu lấy theo nguyên tắc lấy
mẫu Nyquist. Tức là, tín hiệu được lấy mẫu với tần số (tốc độ lấy mẫu) lớn hơn 2
lần tần số lớn nhất của tín hiệu. Trường hợp tần số lấy mẫu nhỏ hơn 2f được gọi
được tổng hợp lại tại đầu thu để cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Khi các
tín hiệu này được truyền theo nhiều đường khác nhau, sẽ có một đường truyền
không (hoặc ít) chịu ảnh hưởng bởi nhiễu fading. Điều này có nghĩa là nếu mỗi
đường truyền đều bị ảnh hưởng bởi fading, các tín hiệu đi theo các đường khác
nhau sẽ có sự khác biệt rõ rệt. Tại đầu thu sẽ luôn thu được một kênh tín hiệu có
độ trung thực chấp nhận được. Trong hệ thống CDMA, bộ thu tín hiệu có thể chứa
nhiều thiết bị tương quan nhau để phân chia tín hiệu thành nhiều bản giống nhau
và làm giảm nhiễu fading .Bộ thu này được gọi là bộ thu Rake, nó đã được dùng
nhiều trong hệ thống mạng thông tin di động CDMA thế hệ 2 .Quá trình xử lý thời
gian trong bột hu Rake giúp cho hệ thống CDMA giãm ảnh hưởng của nhiễu
fading. Có nhiều kỹ thuật khác nhau được dùng để tổ hợp tín hiệu tương quan
.Nếu việc kết hợp tín hiệu có những trọng số phù hợp với từng kênh riêng lẽ và có
hệ số khuếch đại tương xứng với những bộ phận nhiều đường tương ứng ,quá
trình này gọi là tổ hợp tỷ lệ tối đa (MRC). MRC gọi là một kết cấu tổ hợp . Đối
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viết Đảm 18
Copyright: Tài liệu đại học ©