NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH ÁP DỤNG CHO KÊNH TRUYỀN ÂM THANH DƯỚI NƯỚC
KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN VÀ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN NÓI CHUNG
1.1.1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin vô tuyến
Hệ thống thông tin vô tuyến bao gồm các bước mã hoá nguồn để giảm thiểu thông tin dư thừa và mã hoá kênh nhằm chống lại lỗi truyền Tín hiệu sau khi mã hoá được điều chế cho phép truyền tải xa, với các mức điều chế phù hợp với điều kiện kênh truyền Tại máy thu, tín hiệu sẽ trải qua các bước ngược lại để giải mã và phục hồi thông tin Chất lượng tín hiệu thu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền cũng như phương pháp điều chế và mã hoá Để cải thiện chất lượng kênh truyền và mạng vô tuyến, nhiều kỹ thuật mới đã được phát triển, trong đó có OFDM.
1.1.1.2 Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền vô tuyến a Hiện tượng đa đường (Multipath)
Trong hệ thống thông tin vô tuyến, sóng bức xạ điện từ thường không truyền trực tiếp đến anten thu do sự cản trở của các vật thể như toà nhà và cây cối, dẫn đến hiện tượng truyền sóng đa đường (Multipath propagation) Tín hiệu thu được là tổng hợp của các bản sao tín hiệu phát, bị suy hao, trễ và dịch pha, có thể khôi phục hoặc hư hỏng tùy thuộc vào pha của từng thành phần Khi truyền tín hiệu số, đáp ứng xung có thể bị méo qua kênh truyền đa đường, tạo ra các đáp ứng xung độc lập khác nhau, hiện tượng này gọi là phân tán đáp ứng xung (impulse dispersion) Méo do kênh truyền đa đường là tuyến tính và có thể được bù lại ở phía thu bằng các bộ cân bằng.
Hình 1.2: Hiện tượng truyền sóng đa đường b H iệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler xảy ra khi có sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu, dẫn đến sự thay đổi tần số tín hiệu thu được Hiện tượng này làm cho phổ tín hiệu bị dịch chuyển so với tần số trung tâm, tạo ra một giá trị gọi là tần số Doppler.
Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi đó tần số Doppler của tuyến này là [5]:
Trong đó, f0 là tần số sóng mang của hệ thống, v là vận tốc chuyển động tương đối của máy thu so với máy phát, và c là vận tốc ánh sáng Khi αn = 0, tần số Doppler lớn nhất sẽ được xác định.
Hình 1.3: Hàm truyền đạt của kênh
0 các trường hợp còn lại max , 0 max ,
Khi tín hiệu đến máy thu qua nhiều luồng khác nhau với cường độ đồng đều từ mọi hướng, phổ của tín hiệu sẽ tương ứng với tần số Doppler.
Phổ tín hiệu thu được biểu diễn lại ở hình 1.4
Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler, được Jake phát hiện vào năm 1974 và được gọi là phổ Jake Khi tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f0, tín hiệu thu được sẽ bị dịch chuyển về hai phía xung quanh tần số f0 với độ dịch fD,max Sự dịch tần số này có tác động đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống.
Hình 1.4: Mật độ phổ của tín hiệu thu c Suy hao trên đường truyền
Sự suy giảm công suất trung bình của tín hiệu khi truyền từ máy phát đến máy thu chủ yếu do hiện tượng che chắn và suy hao Hiện tượng này có thể được khắc phục thông qua các phương pháp điều khiển công suất hiệu quả Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu là hiệu ứng bóng râm (Shadowing), gây ra sự biến đổi trong cường độ tín hiệu nhận được.
Sự suy giảm biên độ tín hiệu do ảnh hưởng của các vật cản như toà nhà cao tầng, núi, và đồi thường xảy ra ở khoảng cách lớn, dẫn đến tốc độ biến đổi chậm Hiện tượng này được gọi là fading chậm.
1.1.1.3 Các dạng kênh truyền vô tuyến
Tùy theo đáp ứng tần số của kênh truyền và băng thông của tín hiệu phát mà ta có.
+ Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số.
+ Kênh truyền chọn lọc thời gian và kênh truyền không chọn lọc thời gian.
1.1.1.3.1 Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số
Mỗi kênh truyền đều có một khoảng tần số mà trong đó, đáp ứng tần số gần như đồng nhất, được gọi là Coherent Bandwidth, ký hiệu là f0.
Kênh truyền được trình bày trong hình 1.5a cho thấy tần số cắt f0 nhỏ hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu phát Kết quả là, tại một số tần số trong băng tần, kênh truyền không cho phép tín hiệu đi qua, dẫn đến các thành phần tần số khác nhau của tín hiệu bị suy giảm và dịch pha khác nhau Hình thức kênh truyền này được gọi là kênh truyền chọn lọc tần số.
Kênh truyền không chọn lọc tần số, hay còn gọi là kênh truyền fading phẳng, xuất hiện khi tần số f0 lớn hơn băng thông tín hiệu phát Trong trường hợp này, mọi thành phần tần số của tín hiệu đều bị suy giảm và dịch pha gần như giống nhau.
1.1.1.3.2 Kênh truyền chọn lọc thời gian và Kênh truyền không chọn lọc
Hình 1.5a: Kênh truyền chọn lọc tần số (f 0 W) thời gian
Kênh truyền vô tuyến liên tục biến đổi theo thời gian do sự thay đổi về vị trí và vận tốc của các vật thể trên đường truyền Sự xuất hiện của các vật thể mới và sự biến mất của những vật thể cũ ảnh hưởng đến cách sóng điện từ lan truyền, phản xạ và tán xạ Do đó, hướng, góc pha và biên độ của sóng cũng luôn thay đổi theo thời gian.
Thời gian đồng nhất, hay coherent time, là một tham số quan trọng mô tả tính chất của kênh truyền Đây là khoảng thời gian mà trong đó, đáp ứng của kênh truyền thay đổi rất ít, có thể coi là ổn định và phẳng theo thời gian.
Kênh truyền chọn lọc thời gian xuất hiện khi chu kỳ ký hiệu lớn hơn nhiều so với thời gian đồng bộ, trong khi kênh truyền không chọn lọc thời gian, hay còn gọi là kênh truyền phẳng về thời gian, xảy ra khi chu kỳ ký hiệu nhỏ hơn nhiều so với thời gian đồng bộ.
1.1.2 Ước lượng kênh truyền vô tuyến
1.2.2.1 Giới thiệu Ở đây chúng ta tìm hiểu về ước lượng kênh cho hệ thống thông tin đa sóng mang OFDM vì hệ thống thông tin dưới nước sau này cũng nghiên cứu dựa trên mô hình OFDM.
KÊNH TRUYỀN DƯỚI NƯỚC
1.2.1 Các kênh truyền dưới nước
Trước khi khảo sát các mô hình kênh truyền dưới nước, cần xác định các loại kênh truyền này và hiểu rõ đặc điểm của từng loại.
Trong kênh truyền thông tin dưới nước, có hai loại chính là kênh nước nông và kênh nước sâu Ở kênh nước nông, sóng âm từ nguồn phát sẽ bị phản xạ tại đáy khi đi đủ xa, và hình dạng của hàm tốc độ âm thanh phụ thuộc vào độ sâu, được biểu diễn qua biến z (c(z)) Điều này thường được quan sát thấy ở các vùng biển nông và thềm đại dương, đặc biệt trong mùa hè và thu khi lớp nước phía trên được nung nóng Sơ đồ tia lý tưởng minh họa cho hiện tượng này, và việc sóng âm bị phản xạ từ đáy sẽ dẫn đến sự suy yếu đáng kể, gây tổn thất năng lượng khi truyền âm trên khoảng cách lớn.
Hình 1.7 Truyền âm ở kênh nước nông: [2], [13]
(a) Hình dạng của hàm tốc độ âm thanh phụ thuộc độ sâu c(z)
1.2.1.2 Kênh âm ngầm Ở những khu vực nước sâu, hình dạng của hàm tốc độ âm thanh phụ thuộc độ sâu c(z) có dạng như trên hình 1.8a, với tốc độ âm cực tiểu ở một độ sâu nhất định là zm, ta xem xét độ sâu là trục của kênh âm ngầm Bên trên trục đó tốc độ âm tăng chủ yếu do tăng nhiệt độ, còn bên dưới tốc độ âm tăng chủ yếu do tăng áp suất thủy tĩnh Nếu nguồn âm nằm ở trục của kênh âm ngầm hoặc lân cận đó, thì một phần năng lượng âm bị bẫy trong kênh âm ngầm và truyền trong phạm vi kênh, không đi tới đáy hay mặt đại dương, do đó không bị tản mát và hấp thụ tại các biên ấy Sơ đồ tia trong kênh âm ngầm được dẫn trên hình 1.8b Các tia đi ra từ nguồn với góc mở nhỏ (góc giữa tia và mặt phẳng ngang) sẽ quay lại trục kênh nhiều lần Đây là một kiểu truyền sóng bị dẫn Kênh âm ngầm là một trường hợp đặc biệt của ống dẫn sóng tự nhiên. Trong khí quyển cũng có ống dẫn sóng âm tương tự [2], [13]
Trong trường hợp được mô tả ở hình 1.8, sự truyền sóng bị dẫn diễn ra trong khoảng độ sâu từ 0 đến zc Hai độ sâu z = 0 và z = zc đánh dấu biên của kênh âm ngầm Kênh này có khả năng bẫy tất cả các tia âm phát ra từ nguồn (đặt tại trục) với góc mở χ nhỏ hơn χ max, trong đó χ max được tính bằng công thức: χ max = [200(C 0 - C m )/C m ] 1/2.
Còn cm và c0 là các tốc độ âm tại trục và biên của kênh Khi hiệu c0 − cm lớn, khoảng góc mở của các tia bị bẫy sẽ tăng lên.
Hình 1.8 Kênh âm ngầm loại 1 (c 0 < c h ) [2], [13]
Hình dạng của hàm tốc độ âm thanh phụ thuộc vào độ sâu c(z), với độ sâu trục kênh âm ngầm thường dao động từ 1000 đến 1200m Ở vùng nhiệt đới, độ sâu này có thể giảm xuống tới 2000m, trong khi ở các vĩ độ cao, nó lại gần bề mặt hơn Tại các vĩ độ trung bình từ 60°S đến 60°N, tốc độ âm tại trục kênh âm ngầm thay đổi từ 1450 đến 1485m/s ở Thái Bình Dương và từ 1450 đến 1500m/s ở Đại Tây Dương.
Kênh âm thủy tĩnh là loại kênh mà tốc độ âm dưới trục kênh chỉ tăng theo áp suất thủy tĩnh Tuy nhiên, ở một số khu vực đại dương, kênh âm ngầm có thể hình thành do sự hiện diện của các khối nước ấm có độ muối cao bên dưới trục kênh, được gọi là kênh nhiệt Các kênh âm nhiệt điển hình thường thấy ở biển Baltic và Hắc Hải.
Có hai loại kênh âm ngầm dựa trên tỷ số c0/ch: khi c0 < ch, kênh được minh họa ở hình 1.8a; ngược lại, khi c0 > ch, hình 1.9 thể hiện các khu vực nông hơn Kênh âm ngầm mở rộng từ đáy đến độ sâu zc, nơi tốc độ âm đạt giá trị ch Hai tia giới hạn được mô tả trong hình 1.4b cho trường hợp này, với các tia bị bẫy không thể vượt qua độ sâu zc; chỉ có những tia phản xạ từ đáy mới có thể đến vùng này.
Khoảng cách truyền âm trong kênh âm ngầm chủ yếu bị giới hạn bởi sự hấp thụ trong nước biển Âm tần số thấp hấp thụ ít hơn, cho phép truyền đi hàng trăm đến hàng nghìn km Chẳng hạn, tín hiệu âm 57 Hz từ nguồn gần đảo Heard (Ấn Độ Dương) ở độ sâu 157 m đã được phát hiện tại nhiều điểm thu ở Ấn Độ Dương, Đại Tây Dương và Thái Bình Dương, cách xa 18.000 km, minh chứng cho hiện tượng truyền âm đường dài.
Hình 1.9 Kênh âm ngầm loại 2 (c 0 > c h ) [2], [13]
Hình dạng của hàm tốc độ âm thanh phụ thuộc độ sâu c(z), (b) Sơ đồ tia
Khi nguồn âm nằm gần mặt đại dương, có những đặc điểm thú vị liên quan đến cấu trúc vùng của trường âm trong kênh âm ngầm Sự xen kẽ giữa các vùng sáng và vùng tối được thể hiện rõ qua sơ đồ tia, với các vùng tối được ký hiệu là A1, A2, B1, B2, , nơi mà các tia âm bị bẫy không thể xâm nhập Khi nguồn di chuyển gần trục kênh âm, độ rộng của các vùng tối giảm và độ rộng của các vùng sáng tăng Nếu độ sâu của nguồn trùng với độ sâu của trục kênh âm, các vùng tối sẽ biến mất, cho phép một số tia âm tiếp cận máy thu nếu máy thu nằm gần trục kênh Điều này minh họa đặc điểm truyền âm nhiều đường trong kênh âm ngầm.
Sự xuất hiện của các tia âm tại các độ sâu nhỏ sau khi bị phản xạ ở các lớp sâu là do sự hội tụ của chúng, tạo thành các điểm tụ âm Những khu vực này, được gọi là vùng hội tụ, có mức cường độ âm cao.
Cấu trúc vùng rất khác biệt đôi khi được quan sát thấy ở những khoảng cách rất xa Ở vùng nhiệt đới Đại Tây Dương, giữa các khoảng cách 400 và
Trong khoảng 2300 km, đã phát hiện 37 vùng hội tụ với tần số 13,89 Hz Tuy nhiên, ở những khoảng cách lớn hơn, cấu trúc của vùng hội tụ trở nên mờ nhạt do sự biến thiên của c(z) dọc theo đường truyền âm Tổn thất truyền của trường âm tại khoảng cách từ 400 đến 1000 km được thể hiện rõ trong hình 1.11.
Băng ghi âm ở tần số 111.1 Hz với độ sâu nguồn 21m cho thấy cường độ âm trung bình qua khoảng cách 7km, trong khi băng ghi thứ hai trung bình trên khoảng cách 215m Các vùng hội tụ, được đánh dấu từ 7 đến 15, cách nhau 65 km Hai băng ghi dưới cùng hoạt động ở tần số 13.89 Hz và độ sâu 104m, với khoảng cách trung bình 7 km và 400 m, tạo ra các vùng hội tụ cách nhau 61.7 km Sự khác biệt về khoảng cách giữa các vùng hội tụ ở các tần số khác nhau là do hiệu ứng sóng.
Hình 1.10 Cấu trúc vùng điển hình của trường âm trong kênh âm ngầm [2],
Hình 1.11 Tổn thất phát xạ theo biên độ ở vùng nhiệt đới Đại Tây Dương [2],
( Các mũi tên biểu diễn sự chuyển biên độ giữa các vùng hội tụ ứng với tần số cao và thấp)
Kênh âm hình thành khi trục kênh nằm ở bề mặt, với hình dạng c(z) như được thể hiện trong hình 1.12a Tốc độ âm tăng đến độ sâu z = h và sau đó giảm Sơ đồ tia âm tương ứng được minh họa trong hình 1.12b, cho thấy các tia phát ra từ nguồn với góc mở χ < χ b (χ b là góc trượt của tia âm ở biên tiếp tuyến với đáy kênh) truyền đi với nhiều lần phản xạ từ bề mặt Trong trường hợp mặt đại dương phẳng, các tia này giữ lại trong kênh âm bất kể khoảng cách từ nguồn, dẫn đến hiện tượng truyền sóng bị dẫn Ngược lại, nếu mặt đại dương gồ ghề, một phần năng lượng âm sẽ bị tản mát theo các góc χ > χ b tại mỗi lần tiếp xúc với bề mặt, dẫn đến việc năng lượng âm thoát khỏi kênh.
Kết cục của trường hợp này là trường âm suy yếu trong kênh âm, nhưng ở vùng phía dưới kênh thì mức âm của nó tăng lên [2], [13]
(a) Hình dạng của c(z) , (b) Sơ đồ tia
Trong các vùng đại dương nhiệt đới và ôn đới, lớp nước gần mặt thường có nhiệt độ và độ muối ổn định nhờ vào sự xáo trộn của gió Tại những khu vực này, tốc độ âm sẽ tăng lên khi độ sâu tăng do ảnh hưởng của градиент áp suất thủy tĩnh.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN ÂM THANH DƯỚI NƯỚC
1.4.1 Phương pháp ước lượng bình phương tối thiểu (LSE)
Thuật toán bình phương tối thiểu (LS) là công cụ quan trọng trong việc phát triển phương pháp chèn sử dụng pilot Do đó, việc tìm hiểu về phương pháp sử dụng pilot sẽ là bước đầu tiên cần thực hiện.
1.4.1.1 Phương pháp sử dụng pilot Ở đầu thu, các giá trị pilot được cung cấp cho bộ ước lượng kênh truyền, từ giá trị nhận được và giá trị gốc của pilot ta tính được tác động của kênh truyền tại các vị trí pilot và nội suy ra toàn bộ đáp ứng tần số của kênh truyền cho cả symbol Sau đó, từ tín hiệu nhận được và đáp ứng kênh truyền ta khôi phục lại symbol OFDM gốc Pilot có thể chèn cùng với dữ liệu có ích ở cả miền tần số và miền thời gian như trình bày ở hình sau Tuy nhiên, khoảng cách giữa hai pilot phải tuân theo luật lấy mẫu ở cả miền tần số và miền thời gian.[2]
Hình 1.19 Các pilot trong miền thời gian và tần số
Sự thay đổi kênh truyền trong miền tần số phụ thuộc vào thời gian trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh (\( \tau_{max} \)) Tỉ số lấy mẫu ở miền tần số được ký hiệu là \( r_f \), và khoảng cách giữa hai sóng mang con là \( \Delta f \) Để đảm bảo tính chính xác, khoảng cách giữa hai pilot phải thỏa mãn các điều kiện nhất định.
Tỷ số lấy mẫu tối thiểu ở miền tần số =1 Khi 10λ, λ là bước sóng của sóng âm Suy hao do phân bố trụ được tính như sauError: Reference source not found:
Với mô hình suy hao phân bố trụ thì mật độ công suất tỉ lệ nghịch với r.
Tính theo dB thì suy hao trong trường hợp này sẽ là:
Hình 2.2 Suy hao theo phân bố trụ trong môi trường nước nông Error: Reference source not found
2.1.3 Suy hao do hấp thụ
Sự suy giảm âm thanh trong nước biển xảy ra khi năng lượng âm thanh chuyển đổi thành nhiệt, với quá trình này phụ thuộc vào tần số; tần số cao hơn dẫn đến mức độ hấp thụ năng lượng lớn hơn Nhiều công thức đã được phát triển để mô tả quá trình hấp thụ âm thanh, góp phần nâng cao hiểu biết và cải thiện độ chính xác trong việc đánh giá sự hấp thụ âm thanh trong môi trường biển.
Tại tần số thấp, sự hấp thụ âm thanh trong nước biển là rất nhỏ so với môi trường xung quanh, do đó việc tính toán chính xác sự chuyển hóa năng lượng âm thanh trong nước biển ở tần số này gặp nhiều khó khăn với các mô hình hiện tại.
W.H.Thorp đưa ra năm 1967 Error: Reference source not found, trình bày một công thức để tính toán hệ số suy giảm theo dB/km Còn Francois và Garrison đưa ra công thức cho hệ số suy giảm phức tạp hơn, nó đưa cả nhiệt độ, độ mặn, pH và axit Boric, Magie Sunfat Để hiểu ảnh hưởng của tất cả các thông số được sử dụng trong các mô hình này thì chúng ta cần biết đến cơ chế của sự hấp thụ được trình bày trong Error: Reference source not found như sau:
2.1.3.1 Sự hấp thụ do chuyển động của hạt
Khi tần số vượt quá 100 kHz, chuyển động của hạt do âm thanh gây ra tạo ra nhiệt thông qua sự cản trở của độ nhớt Một phần năng lượng dao động được chuyển đổi thành nhiệt khi âm thanh di chuyển qua các khoảng cách xác định, với tỷ lệ suy giảm theo hàm mũ Do đó, hệ số suy giảm thường được biểu diễn bằng đơn vị dB/km trong các kết quả đo đạc sự suy giảm dưới biển.
1 dB/km có nghĩa là năng lượng giảm 21% trên mỗi km truyền đi.
Hệ số suy giảm âm thanh tăng theo bình phương tần số, đặc biệt ở tần số lớn hơn 1 MHz, thường được đo bằng đơn vị dB/m do sự suy giảm nhanh chóng của âm thanh Giá trị suy giảm α phụ thuộc vào nhiệt độ của nước biển (T, °C) và áp suất hoặc độ sâu Mặc dù có một số yếu tố khác ảnh hưởng đến sự chuyển đổi giữa áp suất và độ sâu, nhưng ảnh hưởng của chúng là nhỏ so với tổng lỗi, do đó, việc sử dụng độ sâu D theo mét (m) thường được áp dụng để thuận tiện cho tính toán áp suất thủy tĩnh.
2.1.3.2 Sự hấp thụ hóa học
Một số phân tử trong nước có nhiều trạng thái ổn định và chuyển đổi giữa các trạng thái này tùy thuộc vào áp suất Những thay đổi này có thể biến đổi năng lượng liên quan đến áp suất âm thanh thành nhiệt Các thay đổi pha khác nhau liên quan đến các tương tác khác nhau, và thời gian phản ứng có thể được đặc trưng bởi thời gian relaxation hoặc tần số relaxation Sự thay đổi diễn ra nhanh chóng ít ảnh hưởng vì các biến đổi phân tử diễn ra chậm, do đó, sự hấp thụ chỉ có tác động ở tần số thấp Độ mặn của nước biển không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến sự hấp thụ hóa học; axit Boric và muối MgSO4 cũng có vai trò quan trọng Ngoài ra, pH của nước biển, thường được tiêu chuẩn hóa ở mức pH=8, cũng ảnh hưởng đến sự hấp thụ.
2.1.3.3 Sự suy giảm âm thanh trong chất lắng cặn
Sự suy giảm âm thanh trong chất lắng cặn phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm địa chất của đáy đại dương Những đặc điểm này có thể được xác định thông qua thông số bt, giúp phân loại các loại chất cặn Dưới đây là bảng giá trị bt cho từng loại đặc điểm của đáy.
Bảng 2.1 Giá trị bt của từng loại đáy khác nhau : Đặc điểm của đáy Giá trị bt
Bùn rất mịn 9 Đất sét 10
Sự suy giảm âm thanh phụ thuộc vào thông số bt có thể được tính theo công thức thực nghiệm sau Error: Reference source not found:
Trong đó giá trị K và n được cho như sauError: Reference source not found:
Bảng 2.2 Giá trị hệ số K, n theo từng loại đáy khác nhau [5] Đặc điểm của đáy K n
Hệ số phản xạ và hệ số truyền
ĐẶC TUYẾN HÀM CÔNG SUẤT TRỄ
2.2.1 Hàm tự tương quan của đáp ứng xung của kênh vô tuyến
Hàm tự tương quan của đáp ứng xung của kênh vô tuyến được định nghĩa như sau: [1]
Trong đó E[] là kí hiệu hàm đợi (expactation operation), kí hiệu ()* là phép lấy liên hợp phức.
Trong trường hợp kênh được giả thiết là dừng theo nghĩa rộng (Wide Sense Stationary (WSS) channel model) Thì ta có thể thay thế: [1]
Do đó hàm tự tương quan của đáp ứng xung của kênh vô tuyến được viết lại:
Trong mô hình kênh tán xạ không tương quan (WSSUS), giả thiết kênh là dừng theo nghĩa rộng Do đó, hàm tự tương quan của đáp ứng xung của kênh vô tuyến có thể được viết một cách ngắn gọn hơn.
Mô hình kênh WSSUS rất hay được sử dụng để phân tích các đặc tính của kênh.
2.2.2 Hàm công suất trễ của kênh (Power delay profile of the channel)
Nếu ta đặt , thì hàm tự tương quan đáp ứng xung của kênh trở thành hàm công suất trễ của kênh
Hình 2.5 Ví dụ về hàm công suất trễ của kênh
Hàm công suất trễ của kênh cho ta biết sự phân bố công suất kênh đối với biến trễ truyền dẫn [1]
Trong các phương pháp mô phỏng kênh truyền, đặc biệt là đối với các kênh truyền đa đường, việc đo đạc các hệ số hàm công suất trễ hoặc phổ công suất trễ rời rạc của đáp ứng xung kênh truyền là rất quan trọng và thường được thực hiện trước.
2.2.3 Xác định hàm công suất trễ của kênh truyền âm thanh dưới nước cho mô hình thí nghiệm. Để xác định hàm công xuất trễ cho mô hình thí nghiệm, mô hình thí nghiệm đã thực hiện đo nhiều lần trong tháng 4-2014 tại hồ Bảy Mẫu trong công viên Thống Nhất, Hà Nội, đó là kênh dưới nước rất cạn Độ sâu trung bình là 3 mét, các bộ chuyển đổi và bộ thu phát âm thanh được cố định ở độ sâu 0,5m Khoảng cách là 50m và 100m [12], [15]
Các chi tiết của hệ thống và các thông số kênh được minh họa trong bảng 2.1 và hình 2.4: [12] , [15]
(các bộ chuyển đổi và đầu thu phát âm thanh dưới nước)
(Tần số sóng mang) 19 kHz
Pulse width (Độ rộng xung) 0.0526ms
Bảng 2.1 Hệ thống và các thông số kênh
Hình 2.6 Kiến trúc hệ thống thí nghiệm
Cáctín hiệu thu được xử lýđể có đượcPDPcủakênhvớikhoảng cách100mđược đưa ra trong hình 2.5.
Hình 2.7 PDP đo được ở kênh với khoảng cách 100m.
KẾT LUẬN CHƯƠNG
Trong chương này, chúng tôi đã trình bày các đặc tuyến cơ bản của kênh truyền âm thanh dưới nước, bao gồm đặc tuyến suy hao của kênh truyền và các dạng suy hao hình học như suy hao cầu, suy hao trụ và suy hao do hấp thụ Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đề cập đến các đặc tuyến hàm công suất trễ Chương 2 sẽ cung cấp cơ sở cho việc xây dựng mô hình hệ thống và mô phỏng hệ thống trong chương 3.
