MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI MỞ ĐẦU 2
1.Nhiễu trắng 3
1.1. Khái niệm về nhiễu trắng . 3
1.2. Các phép biểu diễn toán học của nhiễu trắng . 4
1.3. Phổ công suất của nhiễu trắng có băng tần giới hạn: . 4
2. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) 6
2.2. Các biện pháp khắc phục nhiễu ISI 7
2.2.1. Bộ lọc cos nâng: 7
2.2.2. Bộ lọc ngang ép không: . 9
3. Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference) . 11
3.1. Nhiễu liên kênh ICI 11
3.2.Nhiễu xuyên kênh trong OFDM ở kênh thông tin di động 12
3.2.1. Giới thiệu 12
3.2.2. OFDM ở kênh thay đổi theo thời gian . 13
3.2.3. Phân tích nhiễu xuyên kênh (ICI) 15
3.2.4 Kết luận. . 19
3.3.ISI và ICI trong hệ thống FDM . 19
4. Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference) . 23
4.1. Khái niệm chung 23
4.2.Tái sử dụng tần số . 24
4.2.1.Khái niệm tái sử dụng tần số 24
4.3.Các mẫu tái sử dụng tần số . 29
4.3.1. Mẫu 3/9 29
4.3.2.Mẫu 4/12 . 30
4.3.3.Mẫu 7/21 . 31
4.3. Nhận xét . 31
4.3.1. So sánh giữa các mẫu sử dụng tần số: . 31
4.3.2. Dung lượng và tỉ số C/I. 31
5. Nhiễu đa truy nhập (Multiple Access Interference) 32
KẾT LUẬN 37
LỜI MỞĐẦU
Nhiễu là một vấn đề rất quan trọng trong thông tin di động, ảnh
hưởng đến chất lượng của tín hiệu, khi xử lý tín hiệu và khi truyền tín hiệu
tín hiệu làm gây méo tín hiệu hoặc xuất hiện các tạp âm trong các thiết bị
tái tạo lại tín hiệu
Vì vậy ta phải giám sát được chúng và tìm biện pháp khắc phục tín
hiệu nhiễu đến mức tối đa để tăng chất lượng của của tín hiệu.
Bài tiểu luận dưới đây sẽ trình bày một cách ngắn gọn lý thuyết về 05
loại nhiễu trong thông tin di động. Nắm vững lý thuyết về nhiễu và tìm
hiểu, nghiên cứu các biện pháp khắc phục chúng sẽ giúp mạng thông tin di
động nâng cao chất lượng, hiệu quả.
Bố cục của bài tiểu luận gồm có 05 phần, tương ứng với 05 loại
nhiễu, đó là:
1.Nhiễu trắng ( White Gaussian Noise)
2.Nhiễu xuyên âm ( Intersymbol Interference)
3.Nhiễu xuyên kênh ( Interchannel Interference)
4.Nhiễu đồng kênh ( Cochannel Interference)
5.Nhiễu đa truy nhập ( Multiple access Interference).
Nhóm chúng tôi xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Văn Đức đã
hướng dẫn, giúp đỡ để chúng tôi hoàn thành bài tiểu luận này.
38 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 9768 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Lý thuyết về 05 loại nhiễu trong thông tin di động, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................... 1
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................. 2
1.Nhiễu trắng................................................................................................ 3
1.1. Khái niệm về nhiễu trắng................................................................... 3
1.2. Các phép biểu diễn toán học của nhiễu trắng..................................... 4
1.3. Phổ công suất của nhiễu trắng có băng tần giới hạn: ......................... 4
2. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) ...................................... 6
2.2. Các biện pháp khắc phục nhiễu ISI.................................................... 7
2.2.1. Bộ lọc cos nâng: .......................................................................... 7
2.2.2. Bộ lọc ngang ép không:............................................................... 9
3. Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)..................................... 11
3.1. Nhiễu liên kênh ICI.......................................................................... 11
3.2.Nhiễu xuyên kênh trong OFDM ở kênh thông tin di động................ 12
3.2.1. Giới thiệu.................................................................................. 12
3.2.2. OFDM ở kênh thay đổi theo thời gian....................................... 13
3.2.3. Phân tích nhiễu xuyên kênh (ICI).............................................. 15
3.2.4 Kết luận. ..................................................................................... 19
3.3.ISI và ICI trong hệ thống FDM......................................................... 19
4. Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference) ......................................... 23
4.1. Khái niệm chung.............................................................................. 23
4.2.Tái sử dụng tần số............................................................................. 24
4.2.1.Khái niệm tái sử dụng tần số ...................................................... 24
4.3.Các mẫu tái sử dụng tần số ............................................................... 29
4.3.1. Mẫu 3/9...................................................................................... 29
4.3.2.Mẫu 4/12..................................................................................... 30
4.3.3.Mẫu 7/21..................................................................................... 31
4.3. Nhận xét........................................................................................... 31
4.3.1. So sánh giữa các mẫu sử dụng tần số: ....................................... 31
4.3.2. Dung lượng và tỉ số C/I. ............................................................ 31
5. Nhiễu đa truy nhập (Multiple Access Interference)................................ 32
KẾT LUẬN................................................................................................ 37
1
LỜI MỞ ĐẦU
Nhiễu là một vấn đề rất quan trọng trong thông tin di động, ảnh
hưởng đến chất lượng của tín hiệu, khi xử lý tín hiệu và khi truyền tín hiệu
tín hiệu làm gây méo tín hiệu hoặc xuất hiện các tạp âm trong các thiết bị
tái tạo lại tín hiệu
Vì vậy ta phải giám sát được chúng và tìm biện pháp khắc phục tín
hiệu nhiễu đến mức tối đa để tăng chất lượng của của tín hiệu.
Bài tiểu luận dưới đây sẽ trình bày một cách ngắn gọn lý thuyết về 05
loại nhiễu trong thông tin di động. Nắm vững lý thuyết về nhiễu và tìm
hiểu, nghiên cứu các biện pháp khắc phục chúng sẽ giúp mạng thông tin di
động nâng cao chất lượng, hiệu quả.
Bố cục của bài tiểu luận gồm có 05 phần, tương ứng với 05 loại
nhiễu, đó là:
1.Nhiễu trắng ( White Gaussian Noise)
2.Nhiễu xuyên âm ( Intersymbol Interference)
3.Nhiễu xuyên kênh ( Interchannel Interference)
4.Nhiễu đồng kênh ( Cochannel Interference)
5.Nhiễu đa truy nhập ( Multiple access Interference).
Nhóm chúng tôi xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Văn Đức đã
hướng dẫn, giúp đỡ để chúng tôi hoàn thành bài tiểu luận này.
2
1.Nhiễu trắng
1.1. Khái niệm về nhiễu trắng
Nhiễu trắng là quá trình xác xuất có mật độ phổ công suất phẳng(
không đổi ) trên toàn bộ dải tần
Nhiễu trắng là một loại nhiễu có hàm mật độ xác suất tuân theo phân
bố Gauss.
Nhiễu trắng có thể do nhiều nguồn khác nhau gây ra như thời tiết,do
bộ khuếch đại ở máy thu,do nhiệt độ,hay do con người.Tín hiệu thu do vậy
được viết lại như sau:
y(t)=x(t)*h()+n(t)
n(t)
x(t)
h( )
H(j )
y(t)
Tín hiệu phát
+
Tín hiệu thu
Mô hình kênh
Hinh 1. Môi truờng truyền dẫn với sự có mặt của nhiễu trắng
3
1.2. Các phép biểu diễn toán học của nhiễu trắng
Về mặt toán học,nguồn nhiễu trắng n(t) có thể mô hình bằng một
2
biến xác suất Gauss với giá trị kì vọng =0 và độ lệch chuẩn là
=E[x]=0
=E[(x- ) ]
2
2
Hình 2. Hàm phân bố Gauss
Do kỳ vọng bằng không nên độ lệch chuẩn cũng bằng phương sai của
2
biến ngẫu nhiên x. Cụ thể hơn nhiễu trắng có công suất không đổi
1.3. Phổ công suất của nhiễu trắng có băng tần giới hạn:
Về mặt lí thuyết ,nhiễu trắng có băng tần vô hạn và công suất nhiễu
là đều đặn ở mọi tần số .Về mặt thực tế không có hệ nào có băng tần vô
hạn mà bị giới hạn ở một băng tần nào đó. Do vậy mật độ phổ công suất
của nhiễu cũng bị giới hạn như ở hình 3
4
Hình 3. Mật độ phổ công suất nhiễu
Ở hình trên ta giả sử là hệ thống có băng tần giới hạn B = 2 g với
chu kì lấy mẫu là t a.. Mật độ phổ công suất của nhiễu như hình1 được viết
lại như sau:
Tất cả các biến ngẫu nhiên đều không tồn tại phép biến đổi Fourier
mà chỉ tồn tại hàm tự tương quan và hàm mật độ công suất,trong đó hàm
mật độ công suất là phép biến đổi Furie của hàm tự tương quan.Ở phương
trình trên Ф nn(j) là hàm mật độ công suất nhiễu còn nn() là hàm tự tương
quan của nhiễu với định nghĩa :
2
nn() = E[n(t)n(t+ )] = si g
Theo phương trình hàm tự tương quan là biến đổi Furie ngược của
hàm mật độ phổ công suất.Do hàm mật độ phổ công suất có dạng hình chữ
nhật như ở hình 1, kết quả biến đổi Furie ngược của hàm hình chữ nhật
cho ta hàm số Si().
Công suất của nhiễu có thể tính được bằng cả từ hàm mật độ công
suất nhiễu hoặc hàm tự tương quan của nhiễu như sau:
+
P =E[n (t)] = (0) =1/2
n 2
nn
Ф nn(j)d =
2
t
5
Khi đó tỉ số tín hiệu trên tạp âm được tính theo công thức sau:
SNR=P s/Pn
Với Ps là công suất tín hiệu có ích.Tỉ số này quyết định chất lượng
tín hiệu và dung lượng kênh
2. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)
Hình 4. Mô hình gây nhiễu
Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây
bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ
phát đến thu là điều không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng
hoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu
gốc ban đầu. Các kỹ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA như trong
chuẩn 802.11b rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường vì thời gian trễ có
thể vượt quá khoảng thời gian của một ký tự. OFDM sử dụng kỹ thuật
truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền một ký tự
lên nhiều lần. Ngoài ra, OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ (guard
interval - GI), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền, giữa hai
6
ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.2.1. Đặc điểm:Dải thông
tuyệt đối của các xung nhiều mức đỉnh phẳng là vô hạn. Nếu các xung này
được lọc không đúng khi chúng truyền qua một hệ thống thông tin thì
chúng sẽ trải ra trên miền thời gian và xung cho mỗi kí hiệu sẽ chèn vào các
khe thời gian bên cạnh gây ra nhiễu giữa các kí hiệu (ISI).ISI là hiện tượng
nhiễu liên kí hiệu. ISI xảy ra do hiệu ứng đa đường, trong đó một tín hiệu
tới sau sẽ gây ảnh hưởng lên kí hiệu trước đó.
Chẳng hạn như ở hình 4 phía trên, ta thấy rõ tín hiệu phản xạ
(reflection) đến máy thu theo đường truyền dài hơn so với các tín hiệu còn
lại.
2.2. Các biện pháp khắc phục nhiễu ISI
Trong các hệ thống đơn sóng mang, ISI là một vấn đề khá nan giải.
Lí do là độ rộng băng tần tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian kí hiệu, do vậy,
nếu muốn tăng tốc độ truyền dữ liệu trong các hệ thống này, tức là giảm
khoảng kí hiệu, vô hình chung đã làm tăng mức trải trễ tương đối. Lúc này
hệ thống rất nhạy với trải trễ. Và việc thêm khoảng bảo vệ khó triệt tiêu hết
ISI.
Để giảm nhiễu xuyên âm người ta phải làm thế nào hạn chế dải thông
mà vẫn không gây ra ISI. Khi dải thông bị giới hạn, xung sẽ có đỉnh tròn
thay vì đỉnh phẳng.
Một trong những phương pháp để loại bỏ nhiễu ISI là dùng bộ lọc
cos nâng và bộ lọc ngang ép không (phương pháp Nyquist I).
2.2.1. Bộ lọc cos nâng:
mk
Nguồn số
n(t)
ak
(t-kT)
Tạo xung
T()
Lọc phát
s'(t)
R()
Lọc thu
Quyết
định
m'k
Nhận tin
s(t)
Hình 5. Sơ đồ bộ lọc cos nâng
7
Tín hiệu từ nguồn gồm có M phần tử, song chúng ta hạn chế chỉ
khảo sát trường hợp khi các phần tử s i(t) của tập tín hiệu chỉ khác nhau về
biên độ, tức là ta sẽ hạn chế chỉ xét hệ thống điều chế biên độ xung PAM.
Thực tế hệ thống này có thể xem như gán cho mỗi một tin m k một hằng số
a kmà biên độ của xung đầu ra của bộ tạo xung sẽ được nhân với nó.
Ta hãy giả sử rằng bộ tạo xung cho ra các xung Dirắc tại các thời
điểm t=kT s. Các xung dạng dirac này, có biên độ thay đổi tuỳ theo sự thay
đổi các giá trị m k, qua bộ lọc T() sẽ tới kênh truyền. Phần máy thu trên
hình 2.2 là máy thu tối ưu, thu lọc phối hợp, mạch quyết định thực hiện lấy
mẫu và so ngưỡng. Hàm truyền tổng cộng của hệ thống (đặc tính tần số
tổng cộng của hệ thống) là tích của hai đặc tính của hai bộ lọc phát và thu
C()=T().R(). Bây giờ chúng ta sẽ tìm kiếm lớp các đặc tính lọc C()
sao cho việc truyền chuỗi tín hiệu qua hệ thống sẽ không có ISI. Việc
truyền được coi là không có ISI nếu vào thời điểm quyết định tín hiệu lấy
mẫu thứ k, chỉ có phản ứng xung của tín hiệu thứ k là khác không còn phản
ứng của các tín hiệu khác đều bằng không.
Theo định lý Nyquist, độ rộng băng tần truyền dẫn nhỏ nhất để có thể
truyền được không méo tín hiệu băng gốc là B=1/2.T. Độ rộng băng ở đây
có nghĩa là dải tần mà ngoài nó giá trị hàm truyền đồng nhất bằng không.
Tần số 1/2T được gọi là tần số Nyquist. Do vậy chúng ta sẽ xét các đặc tính
lọc có độ rộng thông tần tối thiểu là 1/2T (hay /T tính theo tần số góc).
Trước tiên ta hãy xem xét trường hợp C() là đặc tính của bộ lọc thông
thấp lý tưởng, tức là đáp tuyến pha của bộ lọc thì tuyến tính còn đáp tuyến
biên độ |C()| có dạng:
C () = ⎨
⎧ ;1
⎩0;
⎪
⎪
0 0
> 0
8
Bộ lọc này có phản ứng xung là:
c (t) =
sin 0t
0t
Có giá trị cực đại bằng 1 tại t=0 và có giá trị bằng 0 tạo t=k/ 0.
Giả sử rằng đầu vào bộ lọc lý tưởng này có tín hiệu được tạo bởi bộ
tạo xung như trên hình 2.2, tức là tín hiệu lối vào bộ lọc T()được cho bởi:
s(t) = a (t kT)
k= -
Trong trường hợp này, phản ứng xung đầu ra sẽ không gây nên ISI
nếu tần số cắt của bộ lọc là f 0= 0/2=1/2T.
Do đơn giản trong tính toán, hàm số cong dạng cosine thường ưa
được sử dụng để phân tích các bộ lọc này. Hàm truyền tổng cộng khi đó có
dạng:
Và phản ứng xung có dạng:
c (t) =
sint /T cost /T
t /T 1 4 t /T
2 2
2
k
Hàm truyền liên tục thì có biên độ gợn sóng suy giảm theo luỹ thừa 3
của biến t. Do vậy ngay cả khi đồng bộ không lý tưởng thì giá trị của phản
ứng xung đầu ra của các bộ lọc này sẽ bị chặn. Do đó, ISI sẽ nhỏ ngay cả
khi đồng bộ không lý tưởng.
2.2.2. Bộ lọc ngang ép không:
9
Nguồn số
liệu
Bộ lọc
phát
Kênh
truyền
Bộ lọc cân
bằng kênh
t m=mT+t
V(t m)
V(t)
Hình 6. Vị trí bộ lọc cân bằng kênh.
Theo hình 6 ta có đáp ứng tần số của toàn hệ thống từ phát đến thu là
H 0(f)= H T(f). H c(f)H E(f)
Với đáp ứng xung tổng hợp
h (t)= f
0
-1
[H 0(f) ]
Để thoả mãn điều kiện không có nhiẽu liên kí hiệu ISI thì
k ⎞
H ⎜ f + ⎟ = const
T ⎠
Tần số lấy mẫu tín hiệu bên thu là 1/T. Theo đó thì mật độ cân bằng
lý tưởng zero- ISI đơn giản là một bộ lọc nghịch đảo đáp ứng tần số của bên
phát và kênh truyền. Bộ lọc đảo này thường được xấp xỉ bởi một bộ lọc FIR
như hình vẽ dưới
0
⎛
⎝
D
D
D
D
C-N
C-N+1
C0
CN
tm
Hình 7. Bộ lọc cân bằng kênh
P cq(t)
10
Đáp ứng xung của bộ lọc cân bằng kênh là:
N
n= - N
Đáp ứng tần số tương ứng là:
H (f) =
E
h E (t) =
C (t nT )
n
N
C ne
n = -N
Vấn đề của bộ lọc đảo chính là lựa chọn các hệ số của bộ lọc sao cho
xấp xỉ được điều kiện zero- ISI.
Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây
bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ
phát đến thu là điều không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng
hoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu
gốc ban đầu. Các kỹ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA như
trong chuẩn 802.11b rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường vì thời gian trễ
có thể vượt quá khoảng thời gian của một ký tự. OFDM sử dụng kỹ thuật
truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền một ký tự
lên nhiều lần. Ngoài ra, OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ (guard
interval - GI), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền, giữa hai
ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.
3. Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)
3.1. Nhiễu liên kênh ICI
Nhiễu xuyên kênh gây ra do các thiết bị phát trên các kênh liền nhau
j 2nTf
11
Hình 8
Nhiễu liên kênh thường xảy ra do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến
bị dịch tần gây can nhiễu sang các kênh kề nó.
Để loại bỏ nhiễu xuyên kênh người ta phải có khoảng bảo vệ (guard
band) giữa các dải tần.
3.2.Nhiễu xuyên kênh trong OFDM ở kênh thông tin di động
3.2.1. Giới thiệu
Trong phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao
(OFDM), băng thông truyền được chia thành nhiều kênh nhỏ, và được
truyền song song với nhau. Do đó, giới hạn của ký tự tăng lên và nhiễu liên
ký tự (ISI) gây ra môi trường fading theo thời gian bị loại bỏ. Tuy nhiên,
với những giới hạn ký tự dài hơn, nhiễu xuyên kênh (ICI) gây ra bởi
Doppler ở kênh thông tin di động lại tăng lên. Hiệu ứng Doppler có ảnh
hưởng đến hệ thống OFDM. Ở đây, chúng ta nhận được giới hạn của ICI,
tính toán dễ dàng hơn và hữu ích hơn. Giới hạn bao gồm cả giới hạn chung
và riêng. Giới hạn chung chỉ phụ thuộc vào tần số Doppler lớn nhất ( f d ) và
12
thời gian ký tự (T s ). Giới hạn riêng cũng phụ thuộc vào biến của phổ
Doppler.
3.2.2. OFDM ở kênh thay đổi theo thời gian
Giả sử tín hiệu OFDM ở miền thời gian là
x t) = s[k]e
(
k
j 2 f kt
với 0 t Ts
(3.1)
Ts
Tín hiệu truyền qua k (kênh con), s[k], được coi là độc lập với các kênh con
khác. Tín hiệu nhận được, sau khi truyền qua kênh thay đổi theo thời gian
với đáp ứng xung h(t, ) , là:
~
x (t) = h(t, ) x(t ) d
Với nhiễu kênh (channel noise) và nhiễu đồng kênh (co-channel
interference) không tính tới.
Trong điều kiện fading phẳng, đáp ứng xung kênh có thể đặt là:
h (t, ) = (t) ( )
Tín hiệu nhận được sẽ là:
~
x (t) = (t) x(t)
(t) là quá trình wide-sense stationary stochastic với dãy số 0 và biến đơn
vị. Với phổ Doppler nguyên thủy, mật độ phổ của (t) là:
⎧ 1
⎪ fd
if f < f
2
d
1
Với f = f + k f là tần số của k - kênh con (subchannel) và f = .
k 0
⎩0
tần số Doppler lớn nhất : f d . Cả 2 trường hợp phổ Doppler đều đồng dạng
và có 2 kiểu đường dẫn. (path). Đó là:
⎪
( f ) = ⎨
⎪
⎪
P
J
1
1
⎛ 1 ⎞
⎜ ⎟
⎝ fd ⎠
13
⎧
1
P (uf ) = ⎨⎪2 fd
⎪
⎩0
if f < f
d
Và
1
P t) = ⎡ ( f + f ) + ( f f )⎤
2 ⎣
Hàm tương quan của (t) , định nghĩa là r ( ) = E{ (
t
(
d
d
⎦
J
t + ) (t)}
*
Dễ dàng suy ra r ( ) = F { (
Hàm tương quan có thể biểu diễn ở 3 dạng như sau:
1
•
•
•
Thông thường (classical) r ( ) = J (2 f )
Đồng dạng (Uniform) r ( ) = sin c( f )
Hai đường (Two-path) r ( ) = cos(2 f )
J
0
d
u
d
t
d
P f )}
Với J là hàm Bessel dãy số 0 của dạng đầu tiên và sin c( x) =
0
. Cần
sin( x)
x
chú ý là dạng hai đường tương ứng với hệ thống OFDM có tần số f d (Hz) cố
định.
Với kênh fadinh thời gian phân tán,
h (t, ) = (t) ( )
i
~
Và x(t) = (t) x(t )
i
(3.3)
là trễ của dãy i và (t)là biên độ phức tương ứng. Ở đây, chúng ta giả sử
quá trình phức stochastic của (t) là độc lập với I, nhưng có cùng thông số.
i
Thêm vào đó, ta cũng giả sử năng lượng ở mức bình thường:
E (t) } = 1
i
i
i
i
i
i
{
i
2
i
14
3.2.3. Phân tích nhiễu xuyên kênh (ICI)
~
Tín hiệu được điều chế lại có thể bao gồm cả tín hiệu nhận được x(t) là:
~
s[m]= x(t)e
T
s
0
1 Ts ~
j 2 f m dtt
(3.4)
Để đơn giản, sự hội nhập (intergration) sẽ dùng để thay thế hàm chuyển đổi
Fourier rời rạc (DFT). Bởi vậy, kết quả sẽ bao gồm cả phần đưa vào trường
hợp số song mang không xác định. Tuy nhiên, so sánh với trường hợp số
sóng mang xác định thì sự sai khác là không đáng kể.
a.Tính toán chính xác
Để đơn giản, đầu tiên chúng ta nhận được biên ICI cho kênh fading
phẳng, và sau đó mở rộng kết quả cho môi trường có tần số bất kỳ khác. Từ
(3.1), (3.2) và (3.4), tín hiệu được điều chế lại trở thành:
~
s[m]= (t) s[k]e
Ts
⎧ 1
k
0
Ts
=
⎨ (
t)e
k
⎩Ts
⎪
0
⎪
1 Ts
j2 f kt j2 f mt
e
dt
j 2 ( f m f k )t
= a s[m]+ a s[k]
mk
14243
ICI
Với a l được định nghĩa là:
0
mk
a
l =
1 Ts
T
s
0
(t)e
j2t ft
dt
⎫
⎪
dt ⎬ s[k]
⎪
⎭
(3.5)
(3.6)
a 0 biểu diễn sự suy giảm và pha của tín hiệu mong muốn, còn với biểu
diễn hệ số khuếch đại kênh của tín hiệu nhiễu. Với thời gian bất kỳ trên
kênh, a l 0, và ra kết quả của ICI.
Năng lượng của ICI được định nghĩa là:
15
2
= E
l0
PICI
a s[m l]
l
Với OFDM có số sóng mang con không xác định,
diễn thông qua hàm tương quan
1
r ( ) là:
PICI
có thể biểu
1
Hoặc thông qua mật độ phổ Doppler:
PICI =
fd
= 1 P( f )sin c ( fT s )df (3.8)
2
f d
Cả (7) và (8) đều cho OFDM với số sóng mang con xác định, ta có
thể thấy chỉ có sai số rất nhỏ, ta có thẻ dùng cho OFDM với số sóng mang
xác định. Do đó, công thức (7) và (8) có thể dung tính gần chính xác năng
lượng ICI cho OFDM với số sóng mang xác định.
Biết mỗi hàm tương quan trong miền thời gian của kênh thay đổi theo
thời gian, ta có thể tính năng lượng của ICI dùng công thức (3.7). Biểu diễn
theo kiểu thông thường:
1
0 d s (3.9)
1
Biểu diễn theo kiểu đồng dạng và kiểu 2 đường:
PICI
= 1 (1 x ) J (2 f T x) dx
PICI = 1
1 cos(2 f dT s ) 2 f dT sSi(2 f dT )s
2
(3.10)
PICI
(1 x ()
1 r(T x) dx)
s
(3.7)
Và PICI
2 ( f dT s )
2
= 1 sin c ( f T )
d s
(3.11)
b. Giới hạn
Sử dụng các công thức phía trên, năng lượng ICI có thể tính chính
xác. Tuy nhiên, các công thức tính chính xác khá phức tạp và không dễ
16
dàng. Hơn nữa, trong nhiều trường hợp, hàm tương quan theo miền thời
gian chính xác hay phổ công suất là không thể tính. Ở đây, chúng ta nhận
được giới hạn trên và dưới và giới hạn chung của công suất ICI. Những giới
hạn này ít phức tạp hơn và dễ tính toán hơn.
Đầu tiên, đưa
1 r(T sx)
f d
1 r(T x) = P( f )(
f d
Dễ thấy
s
1 e
ở (3.7) vào phổ công suất, P(f), ta có:
fd
j 2 fT s x
) df = 2 P( f )(
0
1 cos(2 fT x) df)
s
1
2
2 1 cos
4
24
2
1
1
2
Hơn nữa,
1 r(T x) (2 f T ) x
Với i=1, 2 ..được định nghĩa là
2
s
d
s
fd
fd
fd
0
k =
f
2k
P ( f )df =
f
2k
1
2
2
fd
1
2k
2
2k
fd
P ( f )df
Hằng số 1 và 2 dễ dàng tính toán và đưa ra kết quả như bảng 1.
Thay vào bất đẳng thức (7), chúng ta tính được giới hạn của công suất ICI.
PICI
1
12
(2 f T ) (2 f T )
2
d
s
d
s
PICI
1
12
360
(2 f T )
d
s
2
2
4
(3.12)
Và
(3.13)
Nếu không biết phổ Doppler, 1 và 2 cũng có thể tính đuowcj thông
qua cách tính gần đúng khác. Ví dụ, có thể chứng minh như sau:
f d
f
f d
(k)
2
2k
2k
P ( f ) df
d (t)
k
dt
k
(k)
Với (t) =
E { (t }) = (2 )
. Suy ra:
17
(k)
E (t)
(2 f d )
2k
{
2
}
k =
Cách tính có phần đơn giản hơn khi liên quan đến phổ Doppler.
Bảng 1
Từ định nghĩa 1 , rõ ràng 1 1. Thực tế, cùng với (3.13), ta có thể tính giới
hạn trên của công suất ICI, chỉ phụ thuộc vào f dT s ,
PICI
1
12
(2 f T )
d
s
2
(3.14)
Giới hạn trên có thể dung cho hệ thống OFDM với phổ Doppler, bao
gồm hệ thống OFDM với tần số off-set. Bởi vì 1 thường nhỏ hơn 1 nên
giới hạn trên rộng hơn giới hạn ở (3.13). Tuy nhiên, (3.14) dễ tính toán hơn
vì chỉ phụ thuộc f dT s . Với dạng hai dường, 1 = 1 và giới hạn chung cũng là
giới hạn hẹp.
Như đã nói ở trên, chúng ta có giới hạn chung và riêng cho kênh
fading phẳng. Ở hệ thống OFDM kênh fading thời gian phân tán, thường thì
ta sẽ giả sử rằng phần mở rộng theo chu kỳ được thêm vào giữa ký tự
OFDM để tránh nhiễu xuyên khối. Với giả thuyết đó, ta sẽ có
al =
i
e j 2 lf i
Ts
Ts
0
(t)e
i
j 2 lft
dt
18
Bởi vì (t) độc lập với I và có cùng thống kê, E { a
i
l
2
} giống với cả kênh
phẳng và kênh fading phân tán. Hơn nữa, công thức chính xác tính P ICI và
giới hạn khác cũng có thể để tính kênh phân tán.
3.2.4 Kết luận.
Để đi sâu vào tính chính xác các giới hạn, chúng ta so sánh giới hạn
trên và giới hạn dưới và giới hạn chung với giá trị chính xác của công suất
ICI ( P ICI ). Chú ý rằng với kiểu hai đường, giới hạn trên và dưới là xác định.
Giới hạn riêng rất gần để tính chính xác P ICI . Khi thiết kế hệ thống OFDM,
nếu chu kỳ của ký tự, Ts, phải được chọn để f dT s rất nhỏ, do đó ảnh hưởng
của phổ Doppler sẽ không đáng kể.
3.3.ISI và ICI trong hệ thống FDM
Trong hệ thống đa sóng mang (FDM), vấn đề về đa đường và fading
lựa tần đc giả quyết. Tín hiệu đc chia thành N dòng song song và truyền
trên N sóng mang con với tốc độ nhỏ hơn. Để tiết kiệm băng thông, người
ta đưa vào hệ thống OFDM, trong đó các sóng mang con là trực giao lẫn
nhau, tức là cho phép các sóng mang con này chồng phổ, như vậy tăng đc
hiệu quả sử dụng phổ.
19
Hình 9
Các sóng mang con có dải tần hẹp, khoảng kí hiệu dài hơn nên trễ đa
đường tương đối là nhỏ. Do vậy, để khử hoàn toàn nhiễu do đa đường,
người ta thêm vào kí hiệuOFDM một khoảng bảo vệ. Khoảng này có thể là
khoảng trắng. Tuy nhiên, một vấn đề mới lại nảy sinh. Đó là hiện tượng
nhiễu liên kênh (ICI) giữa các sóng mang con của OFDM. Nguyên nhân
vẫn ở hiệu ứng đa đường, cộng thêm và khoảng bảo vệ trắng.
ICI sinh ra do sự chồng phổ giữa các sóng mang, gây ra xuyên âm.
Trong các hệ thống đơn sóng mang, ICI thường xuất hiện ở các hệ thống
làm việc tại các dải tần kề nhau. Trong các hệ thống này, người ta thường
đưa vào giữa ác dải tần làm việc một khoảng phổ nhằm tránh xuyên âm.
Trong hệ thống OFDM nói ở trên, phổ các sóng mang con vốn
"chồng" lên nhau, tuy nhiên vẫn không gây xuyên âm, đó là do các sóng
mang con là trực giao nhau theo nghĩa toán học. Sự trực giao này sẽ mất đi
nếu trong khoảng kí hiệu ( chính xác hơn là trong khoảng tích phân FFT) có
20
một (hay nhiều) sóng mang con không tồn tại chính xác một số nguyên lần
chu kì.
Hình 10
Khi đó, người ta thay khoảng bảo vệ "trắng" bằng khoảng bảo vệ lặp,
tức là mở rộng chu kì mẫu tín hiệu
Hình 11
21
Hệ thống OFDM do vậy rất đc kì vọng cho các ứng dụng ở địa hình
phức tạp, như các thành phố (với nhiều nhà cao tầng) hay vùng nông
thôn(nhiều đồi núi). Theo mình biết thì kĩ thuật này hiện có trong các chuẩn
phát thanh số (DAB), truyền hình số (DVB), IEEE802.11a,g và
IEEE802.16 với tốc độ truyền dữ liệu rất hấp dẫn, có thể lên tới 54Mbps
thay vì 11Mbps như trong CDMA. Tuy nhiên, vấn đề triển khai hệ thống
này còn gặp khá nhiều khó khăn, chủ yếu là do vấn đề chi phí lắp đặt, và
hiện tại cũng không có nhiều ứng dụng đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu quá
cao, còn với các ứng dụng thấp hơn, các hệ thống hiện nay đã quá đủ để
cung cấp dịch vụ.
Nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề gây ảnh hưởng lớn đến
chất lượng truyền thông tín hiệu. Tuy nhiên, OFDM cũng mềm dẻo hơn
CDMA khi giải quyết vấn đề này. OFDM có thể khôi phục lại kênh truyền
thông qua tín hiệu dẫn đường (Pilot) được truyền đi cùng với dòng tín hiệu
thông tin. Ngoài ra, đối với các kênh con suy giảm nghiêm trọng về tần số
thì OFDM còn có một lựa chọn nữa để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm bớt số bít
mã hoá cho một tín hiệu điều chế tại tần số đó.
Do vậy, OFDM không phải không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏi
khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng
Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số
(Intercarrier interference - ICI) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các
tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bít lỗi (BER). Tuy nhiên OFDM cũng
có thể giảm bớt sự phức tạp của vấn đề đồng bộ thông qua khoảng bảo vệ
(GI). Sử dụng chuỗi bảo vệ (GI) cho phép OFDM có thể điều chỉnh tần số
thích hợp mặc dù việc thêm GI cũng đồng nghĩa với việc giảm hiệu quả sử
dụng phổ tần số. Ngoài ra OFDM chịu ảnh hưởng của nhiễu xung, có nghĩa
là một xung tín hiệu nhiễu có thể tác động xấu đến một chùm tín hiệu thay
vì một số ký tự như trong CDMA và điều này làm tăng tỷ lệ lỗi bit của
22
OFDM
so
với
CDMA.
4. Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference)
4.1. Khái niệm chung
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số
hoặc trên cùng một kênh. Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai
tín hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát.
Hình 12: Nhiễu đồng kênh
Nhiễu đồng kênh thường gặp trong hệ thống thông tin số cellular,
trong đó để tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách sử dụng lại tần số. Như
vậy có thể coi nhiễu đồng kênh trong hệ thống cellular là nhiễu gây nên do
các cell sử dụng cùng 1 kênh tần số.
Nhiễu đồng kênh liên quan tới việc sử dụng tần số. Có thể ví dụ trong
mạng GSM: Trong mạng GSM, mỗi trạm BTS được cấp phát một nhóm tần
23
số vô tuyến. Các trạm thu phát gốc BTS lân cận được cấp phát các nhóm
kênh vô tuyến không trùng với các kênh của BTS liền kề.
Đặc trưng cho loại nhiễu này là tỉ số sóng mang trên nhiễu (C/I). Tỉ
số này được định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốn trên cường độ tín
hiệu nhiễu sau lọc cao tần và nó thể hiện mối quan hệ giữa cường độ tín
hiệu mong muốn so với nhiễu đồng kênh từ các BTS khác.
C/I = 10log (P c/P i)
Yêu cầu là C/I <=12dB.
Trong đó :
Pc là công suất tín hiệu thu mong muốn.
Pi là công suất nhiễu thu được.
Một số giải pháp để hạn chế loại nhiễu đồng kênh trong các hệ thống
cellular như sau:
Không thể dùng bộ lọc để loại bỏ giao thoa này do các máy phát sử
dụng cùng một tần số.
Chỉ có thể tối thiểu hóa nhiễu đồng kênh bằng cách thiết kế mạng
cellular phù hợp.
Tức là thiết kế sao cho các cell trong mạng có sử dụng cùng nhóm
tần số không ảnh hưởng tới nhau=>khoảng cách các cell cùng tần số phải
đủ lớn.
4.2.Tái sử dụng tần số
4.2.1.Khái niệm tái sử dụng tần số
Mạng tế bào hoạt động trên nguyên tắc phân chia vùng phủ sóng dịch vụ
thành các phân vùng hoặc tế bào, ở đó có riêng một tập hợp tài nguyên hoặc
kênh để người sử dụng mạng truy nhập.
24
Thông thường, các vùng phủ sóng tế bào được xây dựng theo cấu trúc ô
tế bào lục giác. Mạng tế bào bị giới hạn về băng thông hoạt động trên
nguyên lý tái sử dụng tần số. Điều này cho thấy, cùng một nhóm tần số
được sử dụng lại trong các ô tế bào mà đã được giữ khoảng cách với nhau
một khoảng cự ly đủ lớn sao cho không gây tác hại lẫn nhau mà thể hiệu ở
sự giao thoa đồng kênh. Đối với một cấu trúc tế bào lục giác, ta có thể co
gọn các tế bào thành cụm để đảm bảo không có hai tế bào lân cận nào dùng
chung một tần số.
Hình 13: Mô hình tái sử dụng tần số
Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến tại
các vị trí địa lý khác nhau trong mạng mà không làm ảnh hưởng đến chất
lượng kết nối tại giao diện vô tuyến do nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân
cận gây nên.
a. Nguyên lý tái sử dụng tần số
Một hệ thống tổ ong làm việc dựa trên việc sử dụng lại tần số. Nguyên
lý cơ bản khi thiết kế hệ thống tổ ong là các mẫu sử dụng lại tần số. Tổng
băng thông có trên mạng được phân chia giữa các tế bào trong một cụm.
Cụm này sau đó có thể được sử dụng để xác định số cuộc gọi có thể được
25
hỗ trợ trong mỗi tế bào. Bằng việc giảm số lượng các tế bào trong một cụm,
dung lượng của hệ thống có thể tăng lên, vì có thể có thêm nhiều kênh hơn
trong mỗi tế bào. Tuy nhiên mỗi lần giảm kích thước cụm sẽ gây nên một
lần giảm khoảng cách sử dụng lặp tần, do vậy, hệ thống rất có nguy cơ trở
thành giao thoa đồng kênh.
Theo định nghĩa sử dụng lại tần số là việc sử dụng các kênh vô tuyến ở
cùng một tần số mang để phủ sóng cho các vùng địa lý khác nhau. Các
vùng này phải cách nhau một cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng
kênh (có thể xảy ra) chấp nhận được. Tỉ số sóng mang trên nhiễu C/I phụ
thuộc vào vị trí tức thời của thuê bao di động do địa hình không đồng nhất,
số lượng và kiểu tán xạ. Phân bố tỉ số C/I cần thiết ở hệ thống xác định số
nhóm tần số F mà ta có thể sử dụng. Nếu toàn bộ số kênh quy định N được
chia thanh F nhóm thì mỗi nhóm sẽ chứa N/F kênh. Vì tổng số kênh N là cố
định nên số nhóm tần số F nhỏ hơn sẽ dẫn đến nhiều kênh hơn ở một nhóm
và một đài trạm. Vì vậy, việc giảm số lượng các nhóm tần số sẽ cho phép
mỗi đài trạm tăng lưu lượng nhờ đó sẽ giảm số lượng các đài trạm cần thiết
cho tải lưu lượng định trước. Ta biết rằng sử dụng lại tần số ở các cell khác
nhau thì bị giới hạn bởi nhiễu đồng kênh C/I giữa các cell đó nên C/I sẽ là
một vấn đề chính cần được quan tâm.
Dễ dàng thấy rằng, với một kích thước cell nhất định, khoảng cách sử
dụng lại tần số phụ thuộc vào số nhóm tần số N. Nếu N càng lớn, khoảng
cách sử dụng lại tần số càng lớn và ngược lại.
b. Các thông số tái sử dụng tần số
Việc sử dụng lặp tần số có thể được xác định theo phương trình sau cho
mỗi kích thước cụm tế bào:
26
Trong đó:
D là khoảng cách trung bình sử dụng lặp tần.
R là bán kính tế bào.
N là kích cỡ cụm.
Hình 14: Khoảng cách tái sử dụng tần số
Các mẫu tái sử dụng tần số được ký hiệu tổng quát : mẫu M/N
Trong đó:
M= tổng số site / cluster
N = tổng số cell / cluster
l Hệ số sử dụng lại tần số: 1/N
=> Mỗi cell được cấp phát 1/N tổng số kênh tần số vô tuyến trong 1 cluster
.
Trong một môi trường tán xạ di động mặt đất, cường độ công suất máy thu
được tại một khoảng R từ thiết bj phát liên quan đến biểu thức sau:
27
Trong đó
thường lấy bằng 4.
là một hằng số liên quan tới môi trường mặt đất,
Đối với một cấu hình gồm 7 tế bào sử dụng lặp tần, tỷ số sóng mang
- giao thoa xảy ra do một máy mobile trong vùng 6 tế bào nằm trong
khoảng cách D so với máy mobile sử dụng lặp tần tối thiểu, nghĩa là, bên
ngoài vành đai thứ nhất của mẫu cụm tế bào sử dụng lặp tần, được cho bởi
phương trình:
= =
q: là tham số suy giảm giao thao đồng kênh, được cho bởi phương trình:
Biểu thức trên giả thiết rằng công suất phát ra bởi tất cả các tế bào là
tương đương và sự giao thao đồng kênh tín hiệu nhận được từ các tế bào
hoạt động dựa trên cùng loại tần số tại vành đai thứ hai của cụm tế bào có
thể được lược bỏ. Do vậy, đối với , một mẫu cụm 7 tế bào có thể cho
một tỷ số C/I là 18dB. Để giảm thiểu hiệu ứng của việc giao thoa đồng
kênh, sử dụng các kỹ thuật điều khiển công suất tài điểm đầu cuối mobile
và trạm cơ sở để đảm bảo chất lượng dịch vụ Ngoài ra ta còn có công thức
tính C/I tại máy di động MS như sau:
Trong đó x là hệ số truyền sóng.
28
4.3.Các mẫu tái sử dụng tần số
4.3.1. Mẫu 3/9
Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia
thành 9 nhóm ấn định trong 3 vị trí trạm gốc. Mẫu này có khoảng cách giữa
các đài đồng kênh là D = 5.2R.
Hình 15
Các tần số ở mẫu 3/9
Ấn định tấn số
A1
1
10
19
28
37
B1
2
11
20
29
38
C1
3
12
21
30
39
A2
4
13
22
31
40
B2
5
14
23
32
C2
6
15
24
33
A3
7
16
25
34
B3
8
17
26
35
C3
9
18
27
36
Thông thường cụm 9 cell có tỉ số C/I khoảng 9dB. Với tỉ số này, các
máy di động có thể hoạt động được nhờ việc GSM cung cấp các phương
pháp đo lường đặc biệt để có thể làm giảm ảnh hưởng của nhiễu. Các
29
phương pháp đo lường này gồm nhảy tần, điều khiển công suất và truyền
dẫn gián đoạn.
4.3.2.Mẫu 4/12
Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia
thành 12 nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc. Khoảng cách giữa các
trạm đồng kênh khi đó D = 6R.
Các tần số ở mẫu 4/12.
Ấn định tần số
A1
1
13
25
37
B1
2
14
26
38
C1
3
15
27
39
A2
4
16
28
40
B2
5
17
29
C2
6
18
30
A3
7
19
31
B3
8
20
32
C3
9
21
33
A4
10
22
34
B4
11
23
35
C4
12
24
36
Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại là 4 sóng mang.
Trong mẫu 4/12 số lượng các cell D sắp xếp theo các cách khác nhau
để nhằm phục vụ cho các cell A, B, C. Hiệu quả của việc điều chỉnh này là
để đảm bảo hai cell cạnh nhau không sử dụng hai sóng mang liền nhau
(khác với mẫu 3/9). Hơn nữa, sử dụng mẫu này cũng đảm bảo các cell sử
dụng các sóng mang giống nhau được phân cách bởi khoảng cách tái sử
dụng.
Trong phần trước, chúng ta biết rằng cụm 12 cell có tỉ số C/I khoảng 12dB.
Đây là tỉ số thích hớp đối với hệ thống GSM và như vậy việc sử dụng kỳ
vọng tần số, điều khiển công suất động, truyền dẫn gián đoạn thực chất
không cần thiết.
30
4.3.3.Mẫu 7/21
Mẫu 7/21 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm ấn
định trong 7 trạm gốc. Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh D = 7.9R.
Các tần số ở mẫu 7/21: mỗi cell chỉ được phân bố tối đa 2 sóng mang.
Ấn định tần số
A
1
B
1
C
1
D
1
E
1
F
1
G
1
A
2
B
2
C
2
D
2
E
2
F
2
G
2
A
3
B
3
C
3
D
3
E
3
F
3
G
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
4.3. Nhận xét
4.3.1. So sánh giữa các mẫu sử dụng tần số:
Khi số nhóm tần số tăng N/21, N/12, N/9, nghĩa là số tần số có thể
dùng cho một đài trạm tăng thì khoảng cách giữa các đài đồng kênh D sẽ
giảm 7.9R, 6R, 5.2R. Điều này đồng nghĩa với nhiễu trong hệ thống cũng sẽ
tăng lên. Với số nhóm tần số tăng thì số thuê bao được phục vụ cũng sẽ tăng
lên. Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trên các đặc
điểm địa lý vùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ sóng và tổng số
kênh N của mạng.
Mẫu 3/9: số kênh trong một cell là lớn, tuy nhiên khả năng nhiễu cao.
Mô hính này được áp dụng cho vùng có mật độ máy di động cao.
Mẫu 4/12: sử dụng cho những vùng có mật độ lưu lượng trung bình.
Mẫu 7/21: sử dụng cho những khu vực mật độ lưu lượng thấp.
4.3.2. Dung lượng và tỉ số C/I.
Với tổng số kênh mà tài nguyên hệ thống cho phép là M kênh, nếu
chia đều cho N nhóm kênh thì sẽ có số kênh trong một nhóm kênh hay một
cell là M/N. Từ đây ta sẽ tính toán được dung lượng phục vụ ứng với cấp độ
31
phục vụ GOS nhất định qua bảng Erlang. Như nhận xét ở trên, số nhóm tần
số càng nhỏ thì số lượng kênh trên một nhóm càng lớn và số thuê bao có thể
được phục vụ càng cao, nghĩa là phản ánh hiệu quả trung kế tốt hơn. Nhưng
N nhỏ lại cho tỉ số C/I nhỏ, nhiễu đồng kênh tăng.
Với N cho trước, thì dung lượng trên một cell sẽ là cố định. Như đã
biết, khu vực cell tỉ lệ thuận với bình phương bán kính cell. Do vậy, mật độ
dung lượng trong một đơn vị diện tích là tỉ lệ nghịch với khu vực cell. Vậy
nếu ta chia cell nhỏ có bán kính bằng ½ cell cũ thì với N cho trước dung
lượng sẽ tăng lên 4 lần. Tuy nhiên, để tránh nhiễu đồng kênh thì không thể
luôn sử dụng cùng một nhóm tần số cho các cell nhỏ đó vì điều nnày sẽ là
giảm đi ưu điểm của việc giảm kích cỡ cell sẽ làm giảm chất lượng.
5. Nhiễu đa truy nhập (Multiple Access Interference).
Nhiễu đa truy nhập là nhiễu do các tín hiệu của các user giao thoa với
nhau,là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của hệ thống
32
Trong các hệ thống đa truy nhập:
• TDMA: Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Trong TDMA là sự giao thoa của các tín hiệu ở khe thời gian này với khe
thời gian khác do sự không hoàn toàn đồng bộ gây ra
Người ta phải có khoảng bảo vệ (guard time) để giảm xác suất người dùng
bị giao thoa nhưng cũng đồng thời làm giảm hiệu suất sử dụng phổ
• FDMA: Đa truy nhập phân chia theo tần số
Các hiệu ứng Doppler làm dịch phổ tần số dẫn đến có sự giao thoa giữa các
dải tần con
Guard band để giảm xác xuất giao thoa giữa các kênh kề nhau =>giảm hiệu
suất sử dụng phổ
• CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã
Trong CDMA người ta sử dụng tính trực giao của mã nên hầu như không
có nhiễu giữa các user.
• DS CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp.
Theo những nghiên cứu gần đây, phương thức đa truy nhập phân chia theo
mã chuỗi trực tiếp DS-CDMA (Direct Sequence Code Division
Multiplexing Access) dựa vào việc trải phổ dòng dữ liệu bằng cách sử dụng
một mã trải phổ được ấn định cho mỗi người sử dụng trong miền thời
gian.Khả năng giảm thiểu nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Access
Interference) dựa vào tính tương quan chéo của mã trải phổ. Trong trường
hợp truyền đa đường đòi hỏi rất khắt khe của viễn thông di động, khả năng
phân biệt một tín hiệu thành phần từ nhiều thành phần khác trong tín hiệu
thu tổng hợp được cung cấp bởi tính tự tương quan của mã trải phổ. Máy
thu RAKE có chứa nhiều bộ tương quan, mỗi bộ tương quan được nối với
một dường dẫn có khả năng phân giảỉ khác nhau. Vì vậy hoạt động của hệ
thống DS-CDMA sẽ phụ thuộc nhiều vào số lượng người sử dụng thực tế,
đặc trưng của kênh và số lượng các nhánh được dùng trong máy thu RAKE.
33
Cũng vì lý do này mà dung lượng của hệ thống sẽ bị hạn chế do nhiễu nội
(self-interference) và MAI mà nguyên nhân là sự chưa hoàn chỉnh của tính
tự tương quan cũng như tính tương quan chéo của mã trải phổ.
Điều này gây ra khó khăn cho hệ thống DS-CDMA trong việc sử dụng đầy
đủ năng lượng tín hiệu thu bị phân tán trong miền thời gian.
b (t)
s (t)
i =
j =
s (t) = 2Pb(t)c(t)cos( ct)
c p (t jT )
j
Tc
c
b (t) =
c (t)
b p (t iT )
i T
2P cos( t)
c
c (t) =
+1
b (t)
c (t) = +1 1 1 +1
b (t)c(t)
1
+1
1
Hình 16
s (t)
34
35
Để khử MAI người ta thường dùng các phương pháp trực giao nhưng
trên thực tế không thể có sự trực giao hoàn toàn. Do đó MAI vẫn tồn tại
trong các hệ thống đa truy nhập.
36
KẾT LUẬN
Trên đây nhóm đã trình bày một cách cơ bản 05 loại nhiễu trong thông
tin di động, đó là
z Nhiễu trắng ( White Gaussian Noise)
z Nhiễu xuyên âm ( Intersymbol Interference)
z Nhiễu xuyên kênh ( Interchannel Interference)
z Nhiễu đồng kênh ( Cochannel Interference)
z Nhiễu đa truy nhập (Multiple access Interference)
Trước nhu cầu ngày càng lớn về thông tin liên lạc nói chung và thông tin
di động nói riêng, việc nghiên cứu áp dụng các công nghệ tiên tiến cũng
như tìm kiếm các giải pháp mới nhằm nâng cao về chất lượng- dung lượng
cũng như các loại hình dịch vụ thông tin liên lạc có ý nghĩa hết sức quan
trọng và thiết thực.
37
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Lý thuyết về 05 loại nhiễu trong thông tin di động.doc