So sánh fading phẳng với fading chọn tần số

Cải tiến thuật toán tự tương quan tìm cao độ của tín hiệu đàn ghi-ta trên vi xử lý ARM Cortex-M4 Thien 2017

• FILE 20220927 094118 BT bổ sung ch 2
• Xep Lop khoa 2022 - nothing
• Data Security Policy - Bảo Mật Thông Tin

Preview text

Fading trong thông tin vô tuyến

1. Fading là gì? Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu môt cách bất thường xảy ra đối với các hệ thống vô tuyến do tác đông của môi trường truyền dẫn. Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến măt đất như:

 Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn  Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù..ự hấp thụ này phụ thuôc vào dải tần số công tác đăc biệt là dải tần cao [>10Ghz].  Sự khúc xạ gây bởi sự không đổng đều của mật đô không khí.  Sự phản xạ sóng từ bề măt trái đất, đăc biệt trong trường hợp có bề măt nước và sự phản xạ sóng từ các bất đổng nhất trong khí quyển. Đây cũng là môt yếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đường.  Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng điện từ, gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận được là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường. Hiện tượng này đăc biệt quan trọng trong thông tin di động.

Trích dẫn 1 bài viết của thày bình dị thì :

1. Pha-đinh chỉ có hại chứ sao lại có lợi? Pha-đinh là sự thăng giáng một cách ngẫu nhiên tín hiệu tại điểm thu. Chỉ cần nói thế này là bạn thấy ngay thôi: Giữa một kênh không có pha-đinh [như kênh hữu tuyến chẳng hạn] và một kênh có pha-đinh [như kênh vô tuyến trong bầu khí quyển gần mặt đất, trong đó pha-đinh là một yếu tố có tính chất cố hữu] thì kênh không có pha- đinh phải tốt hơn kênh có pha-đinh chứ? Kênh không có pha-đinh thì tác động tới chất lượng tín hiệu chỉ còn có tạp âm nhiệt AWGN [nên gọi là kênh Gaussian] và là kênh được xem là tốt nhất trong các loại kênh [trường hợp kênh Gaussian rất hãn hữu mới gặp trong thực tế với các kênh vô tuyến, khi chỉ có một tia LOS giữa máy thu và máy phát, không có các tia phụ do phản xạ, nhiễu xạ, khúc xạ - hệ số Rice K của kênh rất lớn].
2. Như đã nói, pha-đinh là một yếu tố có tính chất cố hữu đối với các kênh vô tuyến trong bầu khí quyển gần mặt đất, khi đó kênh có pha-đinh dễ xử lý nhất là kênh pha-đinh phẳng [flat fading] vì pha-đinh phẳng có thể khắc phục dễ dàng nhờ AGC [Automatic Gain Control] và pha- đinh khi đó không gây ra cái hiện tượng khốn nạn nhất trong truyền dẫn tín hiệu số là ISI do méo tuyến tính tín hiệu gặp phải với các kênh có pha-đinh chọn lọc theo tần số [selective fading] rất thường gặp với các kênh có băng thông tín hiệu rộng [có độ rộng băng tín hiệu lớn hơn độ rộng băng kết hợp - hay nhất quán theo cách dịch của các thày bên bưu điện - coherent bandwidth of the channel]. Mạch san bằng [Equalizer], hay cân bằng theo cách gọi bên bưu điện, lúc đó chỉ có trách nhiệm bù sửa ISI gây bởi trải trễ mà thôi. Tức là pha-đinh phẳng chỉ là loại pha-đinh ít khó chịu nhất trong các loại pha-đinh chứ không có nghĩa là pha-đinh phẳng thì không gây hại gì, lại càng không phải là tốt cho truyền dẫn tín hiệu.

Fading là một nguyên nhân gây méo tín hiệu [méo tuyến tính]: tongquanvienthong.blogspot/2012/02/meo-tuyen-tinh-va-meo-phi- tuyen_29

1. Phân loại fading
2. Fading phẳng
3. Fading chọn lọc tần số
4. Fading nhanh
5. Fading chậm

Các khái niệm băng tần và băng thông có thể xem ở đây Chúng được phân loại theo chu kỳ của tín hiệu và băng thông của tín hiệu dãi nền như sau:

Fading phẳng Là Fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể và hầu như là hằng số với toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu. Fading phẳng thường xảy ra đối với các hệ thống vô tuyến có dung lượng nhỏ và vừa, do độ rộng băng tín hiệu khá nhỏ nên fading do truyền dẫn đa đường và do mưa gần như là xem không có chọn lọc theo tần số.

Nói chung là đối toàn bộ băng thông kênh truyền thì nó ảnh hưởng không đều, chỗ nhiều chỗ ít, chỗ làm tăng chỗ làm giảm cường độ tín hiệu. Loại này chủ yếu do fading đa đường gây ra. Tác hại lớn nhất của loại fading này là gây nhiễu lên kí tự -ISI. Selective fading tác động lên các tần số khác nhau [trong cùng băng tần của tín hiệu] là khác nhau, do đó việc dự trữ như flat fading là không thể. Do đó để khắc phục nó, người ta sử dụng một số biện pháp: 1/Phân tập [diversity]: không gian [dùng nhiều anten phát và thu] và thời gian [truyền tại nhiều thời điểm khác nhau]. 2/ Sử dụng mạch san bằng thích nghi, thường là các ATDE [Adaptive Time Domain Equalizer] với các thuật toán thích nghi thông dụng là Cưỡng ép không ZF [Zero Forcing] và Sai số trung bình bình phương cực tiểu LMS [Least Mean Square error]; 3/Sử dụng mã sửa lỗi để giảm BER [vốn có thể lớn do selective fading gây nên]; 4/Trải phổ tín hiệu [pha-đinh chọn lọc thường do hiện tượng truyền dẫn đa đường [multipath propagation] gây nên, trải phổ chuỗi trực tiếp, nhất là với máy thu RAKE, có khả năng tách các tia sóng và tổng hợp chúng lại, loại bỏ ảnh hưởng của multipath propagation]; 5/Sử dụng điều chế đa sóng mang mà tiêu biểu là OFDM [cái của nợ này ngày nay được ứng dụng khắp nơi, trong di động 3G, trong WIFI, WIMAX hay trong truyền hình số mặt đất DVB- T...]

Nói chung là fading phẳng do mưa mù và đa đường [nếu do hiện tượng đa đường thì chỉ với các kênh băng thông hẹp], fading chọn lọc thì chủ yếu do fading đa đường và kênh truyền rộng [những nguyên nhân khác thì không rõ nhưng khi học thì mình chỉ biết là do đa đường thôi]. Hiện tượng fading nhiều đường có 1 bài viết riêng ở đây

Fading nhanh và fading chậm. a/ Nguyên nhân:

• Fading nhanh [fast fading] hay còn gọi là hiệu ứng Doppler, nguyên nhân là có sự chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát dẫn đến tần số thu được sẽ bị dịch tần đi 1 lượng delta_f so với tần sô phát tương ứng f_thu = f_phát. [c + v_thu] / [c+v_phát] => delta_f=abs[f_thu-f_phát]=abs[v/[c+v_phát]].f_phát Mức độ dịch tần sẽ thay đổi theo vận tốc tương đối [v] giữa máy phát và thu [tại cùng 1 t/s phát]. Do đó hiện tượng này gọi là fading nhanh.

Tuy nhiên, đó không phải là toàn bộ nội dung của fading nhanh mà các hiệu ứng đa đường [multipath] cũng có thể kéo theo sự biến đổi nhanh của mức nhiễu tại đầu thu gây ra fast fading.

• Fading chậm [slow fading]: Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền. VD: tòa nhà cao tầng, ngọn núi, đồi..àm cho biên độ tín hiệu suy giảm, do đó còn gọi là hiệu ứng bóng râm [Shadowing] Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm. Hay sự không ổn định cường độ tín hiệu ảnh hưởng đến hiệu ứng cho chắn gọi là suy hao chậm. Vì vậy hiệu ứng này gọi là Fading chậm [slow fading] Như vậy, slow fading và fast fading phân biệt nhau ở mức độ biến đổi nhiễu tại anten thu.

b/ Khắc phục: bằng cách tính toán đọ dự trữ fading

• Dự trữ fading che khuất chuẩn-log [dự trữ fading chậm - Slow/Shadowing Fading Margin]

Khoản này tính được dựa trên xác suất rớt cuộc gọi cho phép do fading chậm gây nên, thường nó là 1% theo nhiều tài liệu. Lượng dự trữ fading chậm này tính được nếu ta có được đường cong mật độ xác suất fading che khuất [dạng chuẩn-log]. Cái đường cong mật độ này có được nhờ phương pháp thống kê [nhờ đo bằng driving-test để có được độ lệch quân phương [zigma] hay còn gọi là độ lệch chuẩn - standard deviation - của biến ngẫu nhiên mức fading che khuất, và một phân bố chuẩn có kỳ vọng bằng không hoàn toàn xác định được pdf của nó nếu biết zigma].

• Dự trữ fading nhanh [Multipath Fading Margin] Cái này có rắc rối hơn đôi chút. Với các hệ thống băng hẹp như GSM [tốc độ dữ liệu trên kênh thấp do chủ yếu chỉ phục vụ dịch vụ thoại và dữ liệu tốc độ thấp] thì multipath fading xem được là flat-fading. Khi đó dự trữ fading nhanh có thể xác định được theo phân bố của mức fading nhanh. Với các môi trường khác nhau, sẽ có các phân bố khác nhau, trải từ phân bố chuẩn [kênh Gauss] hay Ricean [kênh Rice] cho tới Rayleigh [kênh Rayleigh], trong đó kênh Rayleigh là kênh tồi nhất, rất hay gặp trong môi trường macro khu vực đô thị. Do vậy, khi tính toán thiết kế vô tuyến [tính toán phủ sóng] người ta thường tính với trường hợp xấu nhất là với kênh Rayleigh. Pdf [Probability Density Function - hàm mật độ xác suất] Rayleigh của biến ngẫu nhiên là mức fading nhanh cũng hoàn toàn xác định được nếu có được độ lệch quân phương zigma của nó. Cái này [zigma] cũng phải xác định bằng đo lường [driving-test]. Từ đó ta có thể xác định được độ dự trữ fading nhanh để bảo đảm xác suất rớt cuộc gọi do fading nhanh gây ra thấp dưới một mức nào đó, cũng thường là 1%.

Méo tuyến tính và méo phi tuyến

17:57 Tien Bui Duc No comments

Đây là một tác động của môi trường truyền tới việc truyền tín hiệu

Méo tuyến tính là méo gây ra cho tín hiệu bởi các phần tử tuyến tính trên kênh truyền, trong đó các phần tử [trong nhiều trường hợp lại có thể xem chúng như các hệ thống - đơn giản là xem chúng như những khối/block] tuyến tính là các phần tử mà phép toán biểu diễn quan hệ đầu ra theo đầu vào thỏa mãn tính chất xếp chồng. Nôm na thì đặc tuyến biên độ vào-ra là một đường thẳng.

Nói chung, các phần tử thụ động trên các kênh [trừ diode] đều có thể xem là các phần tử tuyến tính, miễn là tín hiệu lối vào không quá lớn. Kênh fading đa đường do vậy là một phần tử tuyến tính, gây méo tuyến tính tín hiệu. Xét đến cùng kỳ lý thì chẳng có phần tử nào là hoàn toàn tuyến tính cả, chỉ là trong thực tế thì nếu đặc tuyến đủ thẳng thì người ta xem nó là phần tử tuyến tính thôi*.

Méo phi tuyến, trái lại, lại gây bởi các phần tử phi tuyến [không thỏa mãn tính chất xếp chồng,

Khắc phục Ở lớp được dạy :

 Sử dụng mạch san bằng thích nghi ATDE  Phân tập  Mã chống nhiễu [mã kênh: các mã phát hiện, mã sửa lỗi]  Truyền dẫn đa sóng mang  Trải phổ [CDMA chống méo bằng máy thu RAKE ]

Méo phi tuyến

Định nghĩa như trên Các nguồn gây méo

 Các mạch khuếch đại công suất nhỏ [méo phi tuyến có thể bỏ qua]  Các mạch khuếch đại công suất lớn [HPA]  Mạch trộn [mixer] sử dụng diode  Mạch hạn biên

Tác động đối với các loại tín hiệu [xem thêm]

• Với FSK và PSK : ít nhạy cảm, thậm chí còn cố tình sử dụng phần tử phi tuyến để nâng cao chất lượng hệ thống [đơn giản là méo làm biến đổi biên độ, hạn biên phát là xong]
• Với tín hiệu AM, nhất là m-QAM thì biên độ mang tin nên gây ảnh hưởng nhiều

 Gây móp dạng chòm sao tín hiệu  Mở rộng phổ tần và gây tạp âm phi tuyến  Gây ISI phi tuyến

Đặc điểm nhận dạng Quan sát bằng Vector Analyzer như ở trên giới thiệu thì các cụm điểm tín hiệu có trọng tâm bị dịch chuyển khỏi điểm tín hiệu lý tưởng [bên tín hiệu phát], và cái này tín hiệu biên độ lớn thì càng bị dịch chuyển mạnh và diện tích cụm điểm càng lớn. Ở vở thày thày Bình nói là thường biên độ bị giảm 1 tí và quay theo chiều ngược kim đồng hồ 1 đoạn.

Biện pháp khắc phục

 Sử dụng BO [back off] tối ưu  Sử dụng méo trước [Pre Distortion] : Ý tưởng của giải pháp này là trước khi đưa tín hiệu vào bộ HPA thì cho tín hiệu qua một mạch méo trước PD gây méo ngược lại [sau bị méo sẽ triệt tiêu là vừa]. Thực tế chỉ bù được méo bậc 3 -> gọi là Cubic PD, có thể thực hiện ở băng gốc [Data Predistortion], IF, RF.

 Sử dụng quay pha phụ tối ưu [Optimum Additional Phase-Shift] : méo phi tuyến làm dịch chuyển điểm tín hiệu nên phương pháp này là quay pha theo sự quay của méo [Xem đặc điểm nhận dạng ở trên], quay quá nhiều thì có khi còn méo thêm, quay quá ít thì không sửa được mấy nên có 1 điểm tối ưu nên gọi là quay pha phụ tối ưu. Như ở trên nói thì phương pháp quay pha này quay theo sự quay pha của méo biên độ, và có vẻ chỉ khắc phục được sự quay còn việc giảm biên độ thì không khắc phục được.

Phân tập

16:30 Tien Bui Duc No comments Phân tập là một phương pháp dùng trong viễn thông dùng để nâng cao độ tin cậy của việc truyền tín hiệu bằng cách truyền một tín hiệu giống nhau trên nhiều kênh truyền khác nhau để đầu thu có thể chọn trong số những tín hiệu thu được hoặc kết hợp những tín hiệu đó thành một tín hiệu tốt nhất. Việc này nhằm chống lại fading và nhiễu là do những kênh truyền khác nhau sẽ chịu fading và nhiễu khác nhau. Người ta có thể sử dụng mã sửa lỗi FEC [forward error correction] cùng với kỹ thuật phân tập. Lợi dụng việc truyền trên nhiều kênh mà ta có được độ lợi phân tập, thường được đo bằng dB.

Chính xác thì:

Phân tập [diversity] là kỹ thuật giúp cho phía thu [trong thông tin di động là MS hoặc BTS] cải thiện chất lượng tín hiệu thu bị suy giảm do fading nhờ việc kết hợp tín hiệu thu đa đường đến từ cùng một nguồn phát. Phân tập được thực hiện tại cả MS lẫn BTS tuỳ công nghệ cụ thể

1. Phân loại phân tập:
2. Theo cách thức triển khai: [1] phân tập phát [2] phân tập thu
3. Theo kỹ thuật phân tập: [1] phân tập không gian Space Diversity [path diversity hoặc angle diversity ）

[2] phân tập tần số Frequency Diversity [3] phân tập thời gian Time Diversity [4] phân tập phân cực Polarization Diversity

1. Ứng dụng phân tập?

Kỹ thuật phân tập nào được ứng dụng tuỳ thuộc vào công nghệ [mạng GSM khác CDMA]. Ví dụ trong mạng CDMA thì có thể coi việc trải phổ chứa đựng Frequency Diversity trong đó; rồi Soft Handoff hay Softer Handoff là Space Diversity [tại BTSs] & Time Diversity [tại MS]; rồi việc sử dụng Bipolar antenna là Polarization Diversity [vừa phân tập phát - tới MS, vừa phân tập

người ta chỉ cần tăng số antenna lên là được.

1. Về công thức Shannon: C=Blog2[1+S/N] Trong đó: C: capacity [bits/second] B: bandwidth [Hertz] S: signal power [Watt] N: noise power [Watt] Theo công thức C=Blog2[1+S/N] thì C phụ thuộc vào B và S/N ratio Trong CDMA B lớn [1] nên S/N thường nhỏ [hệ thống CDMA truyền tín hiệu dưới mức nhiễu, lẫn trong nhiễu, chỉ cần công suất phát [S] nhỏ -> công nghệ "xanh" Trong GSM, B nhỏ [200KHz] nên S thường lớn Cụ thể: Mean Power Max Power GSM: 125mW 2W CDMA: 2mW 200mW

Vì sao giảm BER[Bit Error Rate]: khi ta sử dụng nhiều antenna thì xác suất để tất cả các kênh đều xấu là nhỏ, do vậy xác suất ta thu được tín hiệu tốt tăng lên, do ta có thể chọn lọc tín hiệu tốt từ các antenna khác nhau.

Nguồn vntelecom/diendan/showthread.php?t=

Bổ xung thêm : Vấn đề cái mảng này mình không nghiên cứu kỹ nhưng phần in nghiêng gạch dưới ở trên các bạn có thể xem giải thích rõ hơn 1 tí ở đây tongquanvienthong.blogspot/2012/02/he- thong-khong-day Các phương pháp kết hợp tín hiệu thường gặp: Bộ tổ hợp theo kiểu quét và lựa chọn [Scanning and Selection Combiners: SC] quét và lựa chọn nhánh có tỷ số CNR tốt nhất; bộ tổ hợp với cùng độ lợi [Equal-Gain Combiners: EGC]; Bộ tổ hợp với tỷ số tối đa [Maximal Ratio Combiners: MRC]. Phương pháp kết hợp MRC cho phép cải thiện xác suất lỗi tốt nhất.

Hệ thống không dây [SISO, SIMO, MISO, MIMO]

14:11 Tien Bui Duc 3 comments

Các hệ thống thông tin không dây có thể được phân loại thành 4 hệ thống cơ bản là SISO, SIMO, MISO và MIMO

Hệ thống SISO Hệ thống SISO là hệ thống thông tin không dây truyền thống chỉ sử dụng một anten phát và một anten thu. Máy phát và máy thu chỉ có một bộ cao tần và một bộ điều chế/giải điều chế. Hệ thống SISO thường được dùng trong phát thanh và phát hình, và các kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cá nhân như Wifi hay Bluetooth. Dung lượng hệ thống phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên nhiễu được xác định bởi công thức Shanon

C=log2 [1+SNR] bit/s/Hz

Hệ thống SIMO Nhằm cải thiện chất lượng hệ thống, một phía sử dụng một anten, phía còn lại sử dụng đa anten. Hệ thống sử dụng một anten phát và nhiều anten thu được gọi là hệ thống SIMO. Trong hệ thống

Nhìn trên cũng có thể thấy luôn vì sao mimo anten thường là 2x2 4x4 đơn giản vì :

C=min[NT,NR].log2[1+SNR] bit/s/Hz

dù 2x4 2x8 thì khi chọn min [2,4] =2 [giá trị nhỏ nhất trong 2 số] ; min[2,8] =2 , tác dụng không hơn gì 2x2, nên để tối ưu nhất thì để 2 bên bằng nhau.

Truyền dẫn đa sóng mang [Multi carrier Transmission]

20:49 Tien Bui Duc No comments

Xem trước méo tuyến tính, phi tuyến Mạch ATDE rất hữu dụng nhưng không phải là vạn năng, nếu dải tần dùng để truyền [W] lớn -> IBPD [InBand Power Difference] lớn đến mức ATDE không bù nổi -> ISI lớn.

Khắc phục : Chia luồng tin thành N luồng con [khá nhỏ] , mỗi luồng con điều chế 1 sóng mang con [sub carrier] -> W mỗi sóng mang nhỏ lại -> độ chênh lệch không quá lớn -> ATDE lại bù tốt.

Đặc điểm :

• Tốn phổ [mỗi sóng mang con cần phải cách nhau một khoảng bảo vệ]
• Có bao nhiêu kênh con cần bấy nhiêu cặp thu phát

-> Chỉ sử dụng trong trường hợp bất khả kháng

Sau này có một kỹ thuật khắc phục được cả 2 nhược điểm này và thậm chí còn tiết kiệm phổ hơn nữa, đó là OFDM.