Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN NGUYỄN THỊ THUYÊN
MÉO TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ
DUNG LƢỢNG LỚN VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Thái Nguyên – 2013.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÔ TUYẾN SỐ DUNG LƢỢNG LỚN
8
1.2.1 Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn
8
1.2.2 Các sơ đồ điều chế cơ bản
11
1.3 CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN TÁC ĐỘNG TỚI CHẤT LƢỢNG HỆ
THỐNG
17
1.3.1 ISI và điều kiện truyền không méo tín hiệu
17
1.3.2 Các yếu tố tác động tới chất lƣợng hệ thống
20
1.3.3 Mô hình kênh liên tục truyền dẫn tín hiệu số
21
1.4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ASTRAS
23
Kết luận chƣơng 1
25
CHƢƠNG 2 MÉO TUYẾN TÍNH VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC
PHỤC
26
2.1 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MÉO TUYẾN TÍNH
26
2.1.1 Méo tuyến tính do các bộ lọc chế tạo không hoàn hảo
26
2.1.2 Méo tuyến tính gây bởi kênh vô tuyến
27
2.2 CÁC TÁC ĐỘNG CỦA MÉO TUYẾN TÍNH
38
64
3.2.1 Méo do HPA trong các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số M-
QAM
64
3.2.2 Méo phi tuyến gây bởi HPA trong các hệ thống OFDM
66
3.3 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MÉO PHI TUYẾN CHỦ YÊU
69
3.3.1 Sử dụng BO tối ƣu
70
3.3.2 Sử dụng méo trƣớc
72
3.3.3 Quay pha phụ tối ƣu sóng mang thu
75
3.3.4 Các biện pháp khắc phục PAPR lớn trong các hệ thống
OFDM
77
Kết luận chƣơng 3
80
Kết luận
81
Tài liệu tham khảo
82
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7
trái đất. Do vậy chúng có ảnh hƣởng tới quá trình truyền sóng. Hình vẽ 1.2 thể
hiện hai tầng khí quyển này cũng nhƣ khoảng cách xấp xỉ giữa chúng và bề mặt
trái đất.
Tx
Rx
Thông tin
Thông tin
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8
Một sóng vô tuyến đƣợc truyền đi lan truyền theo hai phƣơng thức:
Sóng đất;
Sóng trời.
Dựa trên đặc tính truyền sóng của hai loại sóng này mà ngƣời ta phân
chia phổ tần số.
Nhƣ các tên gọi, sóng đất truyền lan theo bề mặt của trái đất còn sóng
trời truyền lan trong khoảng không song có thể quay trở lại trái đất do phản xạ
hoặc trong tầng đối lƣu hoặc trong tầng ion. Các bƣớc sóng khác nhau thì
phản xạ theo những chừng mực khác nhau trong các tầng đối lƣu và ion hoặc
có thể đâm xuyên qua khi tần số đủ lớn.
9
1. Tần số cực thấp ELF (Extremly Low Frequency): f = 300 3000 Hz
(
= 1000 100 km); và tần số rất thấp VLF (Very Low Frequency): f = 3
30 kHz (
= 100 10 km). Các dải này còn đƣợc gọi là dải sóng cực dài.
Các đặc tính truyền sóng: Sóng truyền lan giữa bề mặt của trái đất và
tầng đối lƣu và cũng có thể xuyên sâu đƣợc vào lòng đất và nƣớc. Do kích
thƣớc ăng-ten phụ thuộc vào bƣớc sóng, các sóng này đòi hỏi các ăng-ten có
kích thƣớc rất lớn.
Các ứng dụng: Liên lạc dƣới nƣớc (cho các tàu ngầm), trong các mỏ,
cho các sonar thủy âm
2. Tần số thấp LF (Low Frequency) hay sóng dài LW (Long Wave-
length): f = 30 kHz 300 kHz (
= 10 1 km).
Các đặc tính truyền sóng: Sóng trời có thể phân tách với sóng đất đối
với các tần số trên 100 kHz. Sóng đất có tổn hao truyền dẫn lớn hơn.
Các ứng dụng: Phát thanh, vô tuyến hàng hải, truyền tin cự ly dài với
các tàu biển.
3. Tần số trung bình MF (Medium Frequency) hay sóng trung MW
(Medium Wavelength): f = 300 kHz 3 MHz (
= 1000 100 m).
Các đặc tính truyền sóng: Sóng trời tách khỏi sóng đất. Sóng đất cho
phép truyền tin khả dụng lên tới 100 km tính từ máy phát.
Các ứng dụng: Phát thanh điều biên (550 1600 kHz).
4. Tần số cao HF (High Frequency) hay sóng ngắn SW (Short Wave-
động của mƣa và hơi ẩm trong không khí có thể bỏ qua đƣợc.
Các ứng dụng: Phát thanh-truyền hình: Truyền hình vệ tinh; vô tuyến
di động mặt đất (điện thoại không dây, điện thoại vô tuyến tế bào), các dịch
vụ thông tin cá nhân tƣơng lai (nhƣ thể hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ
ba: băng ~2 GHz), điều khiển không lƣu vô tuyến.
7. Tần số siêu cao SHF (Super High Frequency): f = 3 30 GHz (
=
10 1 cm).
Các đặc tính truyền sóng: Hấp thụ do mƣa, mây, hơi ẩm (sƣơng mù) là
rất lớn dẫn đến tiêu hao và do đó hạn chế truyền lan sóng.
Các ứng dụng: Các dịch vụ thông tin vệ tinh cố định cho điện thoại và
truyền hình, các dịch vụ di động trong tƣơng lai nhƣ mạng máy tính cục bộ vô
tuyến (WLAN: Wireless Local Area Network).
8. Tần số cực kỳ cao EHF (Extremly High Frequency): f = 30 300
GHz (
= 10 1 mm), còn gọi là dải vô tuyến sóng mm.
Các đặc tính truyền sóng: Các tổn hao rất cao do hơi nƣớc và oxy trong
khí quyển.
Các ứng dụng: Thông tin với các khoảng cách ngắn (bên trong tầm
nhìn thẳng). Các vệ tinh truyền thông có thể sử dụng các tần số trong dải này
để truyền truyền hình độ phân giải cao (HDTV: High Definition TeleVision)
do tại các độ cao nhƣ thế thì các tổn hao sẽ thấp hơn.
Các dải tần số (dải sóng) từ 6 đến 8 nói trên còn đƣợc gọi chung là dải
sóng vi ba (microwave), đặc tính truyền nói chung là trong tầm nhìn thẳng
LOS (Line-Of-Sight). Nói chung, tần số công tác càng cao thì kích thƣớc ăng-
ten càng nhỏ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
truyền tin bằng tín hiệu số đƣợc, tuy nhiên do các giới hạn về công nghệ, các
hệ thống vô tuyến băng rất rộng mới chỉ thực hiện đƣợc với độ rộng băng tín
hiệu nhiều nhất là vào khoảng 1% tần số sóng mang f
c
(carrier frequency).
Mặt khác, tốc độ truyền symbol R
S
= 1/T
S
(số symbol truyền đƣợc trên 1 đơn
vị thời gian) lại có quan hệ mật thiết với độ rộng băng tín hiệu với độ rộng
băng không-không (null-to-null bandwidth) của phổ tín hiệu W
0-0
: W
0-0
≥ R
S
.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
12
Nghĩa là, tốc độ truyền tin của hệ thống vô tuyến số sẽ phụ thuộc vào tần số
sóng mang của hệ thống, theo đó các hệ thống từ HF trở xuống (có tần số
sóng mang từ dải sóng HF trở xuống tới dải ELF nhƣ phân loại ở phần trƣớc)
có tốc độ truyền tin bằng tín hiệu số khá thấp, ít có ý nghĩa với các dịch vụ
thông thƣờng hiện nay nhƣ thoại, data cao tốc (tải file, video…).
Các hệ thống vô tuyến số dung lƣợng cao đƣợc xem xét tới trong luận
văn này do tầm quan trọng của chúng trong các hệ thống đƣờng trục cũng nhƣ
truy nhập vô tuyến di động hiện đại. Tùy theo các đặc tính kênh (cố định hay
( ) ( ) cos[2 ( )]
c
x t A t f t t
(1.1)
trong đó A(t) và φ(t) là các hàm mang thông tin cần truyền, f
c
là tần số
sóng mang. Biểu thức (1.1) có thể viết lại theo:
[2 ( )] 2
()
( ) Re{ ( ) } Re{ ( ) }
cc
j f t t j f t
jt
x t A t e A t e e
(1.2)
trong đó Re{.} là ký hiệu phần thực.
Có thể nhận thấy rằng, trong vế phải của (1.2) chỉ có thành phần
A(t)e
jφ(t)
mang thông tin cần truyền, còn e
j2πf
Trên sơ đồ hình 1.3, luồng bít tốc độ cao ghép kênh theo thời gian từ
nhiều kênh bậc thấp, sau khi đƣợc mã hóa kênh sẽ đƣợc ghép thành các cụm
từng m bít và đƣợc ánh xạ một cách thích hợp thành các symbol C
k
ở lối vào
bộ điều chế (thí dụ nhƣ sử dụng ánh xạ Gray sao cho các symbol lân cận nhau
Bộ
điều chế
Bộ
lọc phát
M.trƣờng
truyền
Tạp âm
Nguồn
symbol
KĐCS
C
k
Bộ
lọc thu
Bộ
san bằng
k
C
ˆ
Bộ giải
điều chế
KPSM
KPĐH
hiệu đồng hồ, sau đó so ngƣỡng để ra quyết định về symbol đã đƣợc phát đi ở
phần phát. Do tác động của kênh, việc quyết định này có thể bị sai. Các
symbol thu đƣợc
k
C
ˆ
có thể bị sai này sẽ đƣợc ánh xạ ngƣợc thành các cụm m
bít, chuỗi bít thu đƣợc sẽ đƣợc giải mã kênh nhằm sửa lỗi rồi phân kênh.
1.2.2 Các sơ đồ điều chế cơ bản
Các hệ thống vô tuyến số có dung lƣợng lớn thì có độ rộng băng chiếm
khá lớn, tỷ lệ với tốc độ truyền tin. Phổ tần số vô tuyến, tuy vậy, là một tài
nguyên hạn chế và khan hiếm. Điều này một mặt là do với tần số rất lớn –
hàng chục đến hàng trăm GHz – công nghệ đối với phần RF của hệ thống trở
nên rất phức tạp. Mặt khác, tần số càng cao, tổn hao đƣờng truyền càng lớn,
hạn chế cự ly liên lạc hoặc yêu cầu công suất phát rất cao đến mức không
thực tế. Vì vậy, cần áp dụng các kỹ thuật nhằm tận dụng phổ tần số sẵn có khá
hạn chế, nói cách khác là nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phổ (frequency
efficiency) η của hệ thống, đƣợc định nghĩa là tỷ số giữa tốc độ bít R
b
truyền
đƣợc trên kênh và độ rộng băng chiếm W của tín hiệu. Các sơ đồ điều chế
nhiều mức (M mức) thƣờng đƣợc áp dụng nhằm tăng hiệu quả sử dụng phổ
của hệ thống. Các sơ đồ điều chế số nhiều mức cơ bản thƣờng đƣợc sử dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
15
trong các hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn bao gồm các sơ đồ điều chế tín
hiệu 2 chiều: Khóa dịch pha M trạng thái M-PSK (M-ary Phase Shift Keying)
và Điều chế biên độ vuông góc M-QAM (M-ary Quadrature Amplitude
Đối với sơ đồ điều chế QPSK (hình 1.4a), luồng dữ liệu nhị phân lối
vào đƣợc chia thành các cặp bít, qua bộ biến đổi nối tiếp-song song S/P
(Serial/Parallel) đƣợc chia làm hai nhánh, mỗi nhánh một bán symbol gồm 1
bít với độ rộng đƣợc mở rộng thành T
s
= 2T
b
. Các bít (bán symbol) của từng
nhánh này, sau khi qua các bộ lọc thông thấp LPF (Low-Pass Filter) hạn băng
và tạo dạng xung (pulse shaping) dạng căn bậc hai cosine nâng mắc nối tiếp
với một mạch sửa x/sinx, đƣợc nhân với các thành phần đồng pha cos2πf
c
t
hoặc vuông pha sin2πf
c
t của sóng mang trung tần IF. Tín trên hai nhánh sau
S/P
LPF
LPF
data
từng 2 bít
90
o
~
Σ
Tín hiệu
QPSK
cos2πf
c
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
16
đó đƣợc cộng với nhau, tạo nên tín hiệu QPSK ở trung tần. Tín hiệu này sau
đó sẽ đƣợc đƣa tới tuyến RF để trộn lên tần số vô tuyến cao tần, khuếch đại và
truyền đi. Chòm sao tín hiệu QPSK (biểu diễn vector tín hiệu) đƣợc thể hiện
trên hình 1.5 gồm M điểm chia đều vòng tròn tâm ở gốc tọa độ, bán kính
s
E
, trong đó E
s
là năng lƣợng của một symbol. Hiệu quả sử dụng phổ của
QPSK là [2]:
η
QPSK
= 2/(1+α) [b/s/Hz] (1.5)
ở đây α là hệ số uốn (roll-off factor) của bộ lọc căn bậc hai cosine nâng.
Tổng quát, hiệu quả phổ của kiểu điều chế M-PSK là [2]:
η
M-PSK
= m/(1+α) [b/s/Hz] = (log
2
M)/(1+α) [b/s/Hz] (1.6)
0
I
Q
sPSK
ESố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
17
b) Điều chế M-QAM
Tín hiệu điều chế M-QAM có dạng:
( ) cos2 sin2
k c k c
s t A f t B f t
(1.7)
trong đó, A
k
cos2πf
c
t và B
k
sin2πf
c
bít dữ liệu nối tiếp lối vào thành hai bán symbol, mỗi bán symbol gồm m/2
bít. Các khối đổi mức 2/L thực hiện biến từng cụm m/2 bít nhị phân đó thành
các tín hiệu không về không NRZ (Non Return to Zero) nhiều mức A
k
và B
k
(với k là chỉ số khe thời gian của symbol đƣợc truyền), có thể nhận L =
M
trị biên độ, tùy thuộc vào mẫu các bít của cụm bít lối vào. Dạng phổ tín hiệu
đầu ra đƣợc hình thành nhờ các bộ lọc thông thấp phía trƣớc mạch nhân, mà
trong thực tế thiết kế chúng thƣờng là nhƣ nhau và là mạch lọc căn bậc hai
cosine nâng (square-root raised cosine filter) mắc nối tiếp với một mạch sửa
dạng xung x/sinx. Các mạch nhân đƣợc sử dụng sau mỗi mạch lọc nhằm thực
hiện điều chế biên độ tuyến tính, với các sóng mang IF cùng tần số song trực
giao (các sóng mang cos2πf
c
t và sin2πf
c
t). Các tín hiệu lối ra các mạch nhân
đƣợc cộng với nhau tạo nên tín hiệu M-QAM. Bộ điều chế M-QAM nhƣ vậy
đƣợc tạo ra từ hai bộ điều chế biên độ trực giao nhau với sóng mang bị triệt.
Tín hiệu điều chế M-QAM ở trung tần này sau khi trộn lên RF, khuếch đại, tín
hiệu sẽ đƣợc phát đi qua hệ thống ăng-ten, phi-đơ ra môi trƣờng vô tuyến.
Các tín hiệu số truyền symbol C
k
có thể biểu diễn đƣợc ở dạng vector
(A
k
Hình 1.7 Chòm sao tín hiệu 16-QAM
Hiệu quả sử dụng phổ của điều chế M-QAM cũng đƣợc tính theo (1.6).
Chòm sao tín hiệu điều chế M-QAM có nhiều dạng khác nhau, ngoài các dạng
chòm sao hình tròn sử dụng cho truyền dữ liệu trên kênh thoại trong các
S/P
§æi møc
2/L
§æi møc
2/L
m bit
m/2
bit
m/2
bit
A
k
B
k
b
T
(t)sin2
f
c
t
LO
Läc
th«ng thÊp
Läc
th«ng thÊp
a)
dãy bít lối ra
90
0
LPF
LPF
A/D
&
giải
mã
A/D
&
giải
mã
I
Q
1
3
-1
-3
1
3
-1
-3
2d
Q
M = 16
2( 1)
sQAM
A
ˆ
và
k
B
ˆ
với L trị biên độ có thể có rồi
đƣợc giải mã thành các tổ hợp có m/2 bít. Hai nhánh tín hiệu đƣợc đƣa tới bộ
biến đổi song song-nối tiếp (P/S) để trả thành cụm m bít lối ra.
c) So sánh M-PSK và M-QAM, phạm vi ứng dụng
Việc so sánh giữa hai kiểu điều chế nhiều mức M-PSK và M-QAM
đƣợc thực hiện dựa trên nguyên tắc cho chúng có cùng hiệu quả sử dụng phổ,
cùng tỷ lệ lỗi thu symbol, kiểu điều chế nào đòi hỏi năng lƣợng cao hơn thì tồi
hơn. Theo (1.6), hiệu quả phổ của cả M-PSK và M-QAM nhƣ nhau với cùng
giá trị M và hệ số uốn lọc α. Về lý thuyết, tỷ lệ lỗi phụ thuộc khoảng cách từ
điểm tín hiệu tới biên quyết định gần nhất d
P
và d
Q
(hình 1.5 và 1.7), cùng tỷ
lệ lỗi symbol có nghĩa là d
P
= d
Q
, theo các hình 1.5 và 1.7 thì điều kiện này là:
sin( / )
2( 1)
sQAM
sPSK
hạn với các hệ thống đƣờng trục thì tốc độ ≤ 70 Mbps), hiệu quả phổ đòi hỏi
không cao lắm (m chỉ cần không lớn), ngƣời ta thƣờng sử dụng điều chế M-
PSK với M = 2, 4 hoặc 8. Với các hệ thống vô tuyến số dung lƣợng từ trung
bình đến lớn, sơ đồ điều chế thƣờng áp dụng là M-QAM với M = 16, 64 hay
256. Từ các xem xét trên, trong luận văn này ta sẽ giới hạn chỉ xem xét chủ
yếu với các hệ thống sử dụng điều chế M-QAM. Trong sơ đồ khối tƣơng
đƣơng băng gốc của hệ thống vô tuyến số hình 1.3, bộ điều chế chủ yếu là bộ
điều chế M-QAM.
1.3 CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN TÁC ĐỘNG TỚI CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG
1.3.1 ISI và điều kiện truyền không méo tín hiệu
a) ISI và điều kiện truyền không có ISI
+ Nhiễu giữa các symbol ISI (InterSymbol Interference):
Trong các hệ thống truyền dẫn số, các tín hiệu số đƣợc truyền liên tiếp
nhau từng symbol một. Mỗi một symbol đƣợc hình thành từ m bít và có thời
gian tồn tại bằng m lần thời gian tồn tại của một bít, do vậy các dạng sóng
điều chế dùng để truyền chúng cũng có độ dài hữu hạn bằng độ dài của m bít:
T
S
= mT
b
, trong đó T
S
và T
b
lần lƣợt là độ dài của một symbol và của một bít.
Do các dạng sóng có độ dài hữu hạn, phổ của chúng (nhận đƣợc thông qua
biến đổi Fourrier) sẽ trải ra vô hạn trên miền tần số. Sẽ không có vấn đề gì
nảy sinh trong việc truyền các tín hiệu dạng sóng có phổ rộng vô hạn nhƣ thế
trên kênh liên tục nếu độ rộng băng tần truyền dẫn của hệ thống không bị hạn
chế, đặc tính biên độ-tần số của hệ thống thì bằng phẳng còn đặc tính pha-tần
xung M trạng thái (M-ary Pulse Amplitude Modulation):
( ) ( )
kS
k
s t A t kT
(1.10)
trong đó A
k
mang thông tin cần truyền, A
k
nhận các giá trị ±1, ±3,…,
±(M – 1).
Gọi hàm truyền của các mạch lọc phát và thu (Tx Filter và Rx Filter)
lần lƣợt là H
T
(f) và H
R
(f). Khi đó, hàm truyền tổng cộng của cả hệ thống là
H(f) = H
T
(f)H
R
(f) và đáp ứng xung tổng cộng của cả hệ thống h(t) = F
-1
t
k
=kT
S
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
22
0
0
(0) = ( ) (0) ( )
k S k S
kk
k
w A h kT A h A h kT
(1.12)
Số hạng thứ hai bên vế phải (1.12) là ảnh hƣởng của các symbol trƣớc
và sau tới symbol thứ 0 đang xét, đƣợc gọi là nhiễu giữa các symbol ISI
(InterSymbol Interference). Thêm vào đó, tín hiệu nhận đƣợc A
0
bị suy giảm
với hệ số h(0).
ISI là một biến ngẫu nhiên do thông tin cần truyền đi là ngẫu nhiên (các
giá trị A
có băng thông hạn chế thì đáp ứng xung tổng cộng của hệ thống phải bằng 1
khi t = 0 và cắt không tại những điểm t = kT
S
. Trong thực tế, yêu cầu trên
thƣờng đƣợc đáp ứng bằng thiết kế tiêu chuẩn để hàm truyền tổng cộng của cả
hệ thống tƣơng đƣơng băng gốc có dạng hàm truyền của bộ lọc cosine nâng
(raised cosine filter) [2] nhƣ trên hình vẽ 1.9a.
Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng có dạng [2]:
2 2 2
sin( / ) cos( / )
()
( / )
1 4 /
SS
RC
S
S
t T t T
ht
tT
tT
(1.14)
trong đó α là hệ số uốn của bộ lọc (roll-off factor) xác định theo:
S
f
T
T
H f f f
T T T
f
T
f
|H
RC
(f)|
1
0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
24
+ Các loại can nhiễu từ các hệ thống khác tới hệ thống đang xét.
+ Các sai lệch về đồng bộ, bao gồm sai lệch pha (phase error) sóng
mang nội của máy thu so với sóng mang phát và sai lệch đồng hồ (timing
error) giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ máy phát. Sai lệch pha sóng mang
gây nên: a) Nhiễu xuyên trục (cross-talk) giữa các thành phần trục I và Q của
tín hiệu và b) Làm quay các điểm tín hiệu trên chòm sao tín hiệu thu, tất cả
những tác động này đều góp phần làm giảm mạnh chất lƣợng BER của hệ
thống. Sai lệch đồng hồ thì dẫn đến điểm lấy mẫu tín hiệu trong giải điều chế
không tối ƣu, gây nên [1]: a) Suy giảm tỷ số tín hiệu hữu ích/tạp âm (SNR)
làm tăng BER và b) Xuyên nhiễu giữa các symbol truyền liên tiếp trên miền
thời gian ISI (InterSymbol Interference) làm tăng BER của hệ thống, ngay cả
khi hàm truyền tổng cộng toàn hệ thống thỏa mãn tiêu chuẩn truyền không có
ISI (tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất).
1.3.3 Mô hình kênh liên tục truyền dẫn tín hiệu số
Theo mục tiêu của luận văn nghiên cứu tác động của các loại méo tín
hiệu trong các hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn, để làm rõ các tác động
của kênh truyền, cần có mô hình của kênh thể hiện đầy đủ các tác động của
kênh tới việc truyền tín hiệu số tốc độ cao.
z
0
(t)
z
1
(t)
z
N
(t)
HPA
f
c
f
0
~f
c
f
1
~f
c
f
N
~f
c
CCI
ACI
w(t)
Từ MOD
Tới A/D
f
R
(f) (1.16)
Nếu đáp ứng xung tổng cộng của toàn hệ thống h(t) = F
-1
[H(f)] không
thỏa mãn tiêu chuẩn truyền không có ISI (tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất) thì ISI
sẽ sinh ra sau lấy mẫu trong bộ giải điều chế, có thể gây méo lớn tín hiệu, làm
giảm trầm trọng chất lƣợng của hệ thống, thậm chí gián đoạn liên lạc.
+ Méo phi tuyến:
Chủ yếu gây bởi HPA phi tuyến. Do kẹp giữa các bộ lọc phát và thu,
HPA sẽ làm thay đổi đặc tính của toàn hệ thống và vì vậy ngay cả khi hàm
truyền tổng cộng của cả hệ thống H(f) là lý tƣởng (đáp ứng xung h(t) thỏa
mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất), ISI cũng sinh ra. Tín hiệu có thể bị méo
lớn, dẫn đến suy giảm trầm trọng chất lƣợng hệ thống.
+ Các loại nhiễu chính:
Trên kênh vô tuyến, tín hiệu có thể bị nhiễu đồng kênh CCI
(CoChannel Interference) từ các hệ thống khác có tần số gần hoặc bằng tần số
công tác f
c
. Mặt khác, hệ thống cũng có thể bị nhiễu cận kênh ACI (Adjacent
Channel Interference) từ các hệ thống có tần số công tác khác f
c
song có bức
xạ ngoài băng của chúng lọt vào băng thông W của hệ thống đang xét đủ lớn
để gây nhiễu đáng kể. Các loại nhiễu này, cùng với tạp âm từ máy thu quy ra
đầu vào ở dạng mô hình AWGN, đƣợc cộng với tín hiệu thu đƣợc và có thể
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
26
Hình 1.11 Kết cấu gói chƣơng trình ASTRAS
Số liệu đầu vào (số liệu của hệ thống cần mô phỏng)
QINPUT
ASTRAS-QL
ASTRAS-NL
P
E
(R)
P
E
(R+I)
Signature
QA Method
MC Method
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
27
Phiên bản đầu tiên của ASTRAS đƣợc hoàn thành vào cuối những năm
80, đƣợc viết bằng ngôn ngữ Pascal, thoạt tiên đƣợc phát triển cho các ứng
dụng trên các máy tính cá nhân có năng lực tƣơng đối thấp (các máy PC loại
AT 286) với các nỗ lực cao nhất nhằm tiết kiệm bộ nhớ máy tính.
tựa giải tích (QA) hay phƣơng pháp Monte-Carlo (MC), tuỳ trƣờng hợp cụ
thể. Để có đƣợc cái nhìn sâu hơn về các tác động của méo phi tuyến trong các
hệ thống M-QAM, một vài chƣơng trình con đã đƣợc bổ sung trong những
phát triển gần đây nhất, cho phép hiển thị biểu đồ chòm tín hiệu thu, xác định
các tham số thống kê cũng nhƣ các hàm mật độ xác suất kinh nghiệm của ISI
đối với từng vị trí của tín hiệu M-QAM trên không gian tín hiệu Các bộ
khuếch đại công suất phi tuyến trong các hệ thống, ngoài việc có thể mô tả
theo các mô hình khác nhau, cũng đã có thể mô tả đƣợc một cách chi tiết hơn,
phù hợp với các đặc tính thực tế đƣợc cung cấp bởi các nhà sản xuất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
28
Kết cấu và hƣớng dẫn sử dụng cũng nhƣ thí dụ ứng dụng của ASTRAS
đã đƣợc trình bày kỹ lƣỡng trong [3].
Kết luận chƣơng 1
Trong chƣơng 1, những vấn đề quan trọng đối với các hệ thống vô
tuyến số dung lƣợng lớn đã đƣợc trình bày một cách tổng quan, bao gồm sơ
đồ khối tiêu biểu của hệ thống, các tác động cơ bản của kênh nhƣ sai lệch
đồng bộ và các loại méo, nhiễu, thể hiện qua mô hình kênh liên tục truyền dẫn
tín hiệu số. Vấn đề về ISI và tiêu chuẩn thiết kế hệ thống để truyền không
méo tín hiệu, là nền tảng lý thuyết để xem xét, phân tích các loại méo, cũng
đã đƣợc đề cập đến trong chƣơng này. Chƣơng 1 cũng đã giới thiệu sơ bộ về
phần mềm ASTRAS đƣợc sử dụng trong luận văn nhằm mô phỏng các vấn đề
về méo tuyến tính và méo phi tuyến cũng nhƣ các phƣơng pháp khắc phục sẽ
đƣợc trình bày kỹ trong các chƣơng 2 và 3.
Copyright: Tài liệu đại học ©