ĐỒ án CHUYÊN NGÀNH tìm hiểu các phương pháp điều khiển công suất MC CDMA bước cố định, đa mức

ĐỀ TÀI Tìm hiểu phương pháp điều khiển cơng suất MC-CDMA : bước cố định, đa mức Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Bích Hạnh Sinh viên thực : Trần Công Khánh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỂN PHẠM VI NGHIÊN CỨU BẢNG TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA VÀ KỸ THUẬT OFDM 12 1.2.2 Các kỹ thuật trải phổ 15 1.2.4 Hiệu ứng gần xa 19 1.2.5 Điều khiển công suất 19 1.3 KỸ THUẬT OFDM 20 1.3.1 Hệ thống OFDM 20 1.3.2 Kỹ thuật xữ lý tín hiệu OFDM 22 1.3.3 Đặc tính kênh truyền kỹ thuật OFDM 22 1.3.4 Đặc điểm kỹ thuật OFDM 24 CHƢƠNG II: HỆ THỐNG MC-CDMA 26 2.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 26 2.2 HỆ THỐNG MC-CDMA 26 2.2.1 Khái niệm MC-CDMA 26 2.2.2 Sơ đồ khối 27 2.3 MÁY PHÁT MC-CDMA 27 2.5 KÊNH TRUYỀN 31 2.6 CÁC PHƢƠNG PHÁP TRIỆT NHIỄU 32 SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH 2.6.1 Phƣơng pháp triệt nhiễu nối tiếp 32 2.6.2 Phƣơng pháp triệt nhiễu song song 32 2.7 VẤN ĐỀ DỊCH CỦA TẦN SỐ SÓNG MANG TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 32 2.8 ƢU ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT MC-CDMA 36 2.9 NHƢỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT MC-CDMA 36 2.10 KẾT LUẬN CHƢƠNG 36 CHƢƠNG III : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 37 3.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 37 3.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 37 3.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 38 3.4 HỒI TIẾP DƢƠNG TRONG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐƢỜNG LÊN 42 3.5 CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 43 3.5.1 Điều khiển công suất dựa vào ngƣời sử dụng: 43 3.5.2 Điều khiển công suất dựa vào băng tần: 44 3.6 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 46 3.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 47 CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG 48 4.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 48 4.2 CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 48 4.3 MÔ PHỎNG 49 4.3.1 Mô phƣơng pháp điều khiển công suất fixed step 49 SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH 4.3.2 Mơ phƣơng pháp điều khiển cơng suất đa mức (multilevel) 50 4.4 SO SÁNH HAI PHƢƠNG PHÁP DỰA VÀO CÔNG SUẤT PHÁT, SNR, BER 52 4.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 54 PHỤ LỤC 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 65 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 66 SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Trong xã hội đại ngày nay, trao đổi thông tin trở thành nhu cầu thiết yếu Các hệ thống thông tin di động đời tạo cho người khả thông tin lúc, nơi Nhu cầu ngày lớn nên số lượng khách hàng sử dụng thông tin di động ngày tăng, mạng thơng tin di động mở rộng ngày nhanh Chính vậy, cần phải có biện pháp tăng dung lượng cho hệ thống thơng tin di động có Hệ thống CDMA đời chứng tỏ khả hỗ trợ nhiều user so với hệ thống đời trước Hơn nữa, so với hai phương pháp đa truy nhập truyền thống phân chia theo tần số FDMA phân chia theo thời gian TDMA phương pháp truy nhập phân chia theo mã CDMA có đặc điểm trội: chống nhiễu đa đường, có tính bảo mật cao, hỗ trợ truyền liệu với tốc độ khác nhau…Và tương lai, nhu cầu dịch vụ số liệu ngày tăng, mạng thông tin di động không đáp ứng nhu cầu vừa vừa nói chuyện mà cịn phải cung cấp cho người sử dụng dịch vụ đa dạng khác truyền liệu, hình ảnh video… Chính vậy, vấn đề dung lượng tốc độ cần phải quan tâm đồng thời Trong năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM, kỹ thuật điều chế đa sóng mang, sử dụng rộng rãi ứng dụng vô tuyến hữu tuyến Ưu điểm OFDM khả truyền liệu tốc độ cao qua kênh truyền chọn lọc tần số, tiết kiệm băng thông, hệ thống phức tạp SVTH: TRẦN CƠNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỂN Để đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng, ý tưởng kỹ thuật MC-CDMA đời, dựa kết hợp CDMA OFDM MC-CDMA kế thừa tất ưu điểm CDMA OFDM: tốc độ truyền cao, tính bền vững với Fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thơng hiệu quả, tính bảo mật cao giảm độ phức tạp hệ thống Chính MC-CDMA ứng cử viên sáng giá cho hệ thống thông tin di động tương lai PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tìm hiểu phương pháp điều khiển cơng suất: bước cố định, đa mức SVTH: TRẦN CƠNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH BẢNG TỪ VIẾT TẮT 4G Fourth Generation ABS Adaptive Band Selection ADC Analog to Digital Converter AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Ratio BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CCI Co-Channel Interference CDF Cumulative Distribution Function CDMA Code Division Multiple Access DAC Digital to Analog Converter DFT Discrete Fourier Transform FDM Frequency Division Multiplexing FDMA Frequency Division Multiple Access FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform ICI Inter-Channel Interference ICI Inter Carrier Interface IMT-2000 International Mobile Telecommunication 2000 IS-95 Interim Standard 1995 SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH ISI Inter Symbol Interference IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform LAN Local Area Network MAI Multi Access Interference MC-CDMA Multi-Carrier Code Division Multiple Access MC DS-CDMA Multi-Carrier Direct Spread CDMA MT-CDMA Multitone Code-Division Multiple-Access MSC Mobile Switching Center MRC Maximal Ratio Combining OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing PAPR Peak-to-Average Power Ratio PLL Phase Lock Loop PRBS Pseudo Random Binary Sequence PSTN Public Switched Telephone Network P/S Parallel to Serial QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadrature Binary Phase Shift Keying SNR Signal-to-Noise Ratio S/P Serial to Parallel SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH TDMA Time Division Multiple Access VDSL Very high bit rate Digital Subscriber Line VCO Voltage-Controlled Oscillator SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH DANH MỤC HÌNH Bảng 4.1: Bảng thơng số mơ Hình 1.1 :Sơ đồ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên Hình 1.2 :Đồ thị hàm tự tương quan chuỗi PRBS Hình 1.3 :Sơ đồ khối điều chế khối giải điều chế DS – SS Hình 1.4: Phổ tín hiệu trước sau trải phổ Hình 1.5: Dạng sóng tín hiệu trước trải phổ sau trải phổ Hình 1.6: Phổ tín hiệu FH – SS Hình 1.7: Sơ đồ khối tạo khối thu tín hiệu FH – SS Hình 1.8 :Hiệu ứng gần - xa Hình 1.9 :Sơ đồ khối hệ thống OFDM Hình 1.10 :Đáp ứng tần số kênh truyền đa đường Hình 1.11 :Các tín hiệu đa đường Hình 1.12 :So sánh việc sử dụng băng tần FDM OFDM Hình 2.1 :Sơ đồ khối hệ thống MC-CDMA Hình 2.2 :Sơ đồ máy phát MC – CDMA ứng với user thứ k Hình 2.3 :Phổ cơng suất tín hiệu MC-CDMA Hình 2.4 :Sơ đồ máy phát MC – CDMA sửa đổi ứng với user thứ k Hình 2.5 :Sơ đồ máy thu MC – CDMA cho user thứ k Hình 2.6 :Sơ đồ triệt nhiễu song song nhiều tầng Hình 3.1 :Mơ hình hệ thống với users tích cực Hình 3.2 :Điều khiển công suất dựa vào người sử dụng Hình 3.3 :Điều khiển cơng suất dựa vào băng tần Hình 4.1 :Giao diện mơ chương trình Hình 4.2 :Lưu đồ thuật tốn điều khiển cơng suất theo bước cố định(fixed-step) Hình 4.3 :Chương trình mơ điều khiển cơng suất theo bước cố định Hình 4.4 :Lưu đồ thuật tốn điều khiển cơng suất đa mức (multi-level) Hình 4.5 :Chương trình điều khiển cơng suất đa mức ( Multilevel) Hình 4.6 : So sánh mức cơng suất phát phương pháp SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH Hình 4.5 Chương trình điều khiển cơng suất đa mức ( Multilevel) 4.4 SO SÁNH HAI PHƢƠNG PHÁP DỰA VÀO CÔNG SUẤT PHÁT, SNR, BER Nhận xét phương pháp mô so sánh cơng suất phát: Trong chương trình mơ so sánh công suất phát dựa vào kết thu ta thấy: phương pháp điều khiển công suất bước cố định có cơng suất lớn ổn định so với phương pháp cịn lại Chương trình mơ SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH Hình 4.6 So sánh mức cơng suất phát phương pháp Hình 4.7 So sánh SNR thu phương pháp SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH Nhận xét: Dựa vào kết mô thu ta thấy giá trị SNR hai phương pháp bước cố định đa mức tương tự Hình 4.8 Giá trị BER thu phương pháp Nhận xét: Dựa vào kết thu ta thấy 2phương pháp hoạt động tốt 4.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Dựa vào chương trình mơ phương pháp điều khiển công suất hệ thống MC-CDMA, phương pháp điều khiển cơng suất theo bước cố định có công suất cao điều khiển công suất đa mức mức độ ổn định không điều khiển công suất đa mức SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH PHỤ LỤC clc; figname='CHUONG TRINH MO PHONG DIEU KHIENR CONG SUAT TRONG HE THONG MC-CDMA'; fignum=findobj(0,'Name',figname); if isempty(fignum), logo=imread('khanhgd.bmp','bmp'); MP=imread('mophong.bmp','bmp'); DM=imread('demo.bmp','bmp'); GT=imread('gioithieu.bmp','bmp'); TH=imread('thoat.bmp','bmp'); scrsz=get(0,'ScreenSize'); fignum=figure('Position',[0 -10 scrsz(3) scrsz(4)], 'MenuBar','none', 'Name',figname, 'NumberTitle','off', 'Resize','off', 'Color',[0 0.3 0.8]); uicontrol('Position', [0*scrsz(3) -0.01*scrsz(4) 1050 780], 'Parent',fignum, 'CData', logo, SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH 'ToolTipString',''); uicontrol('CData', GT, 'Position',[210 270 130 40], 'Parent',fignum, 'Style','pushbutton', 'Callback','GIOITHIEU'); uicontrol('CData', MP, 'Position',[380 270 130 40], 'Parent',fignum, 'Style','pushbutton', 'Callback','dieukhiencs'); uicontrol('CData', DM, 'Position',[545 270 130 40], 'Parent',fignum, 'Style','pushbutton', 'Callback','DEMO'); uicontrol('CData', TH, 'Position',[715 270 130 40], 'Style','pushbutton', 'Parent',fignum, SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH 'Callback','close all'); else figure(fignum); end %% %CHUONG TRINH DIEU KHIEN CONG SUAT BUOC CO DINH%%%% function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) congsuatphat=str2double(get(handles.edit2,'string')); user=str2double(get(handles.edit1,'string')); In=14.200; % cong suat nhieu ,In = No*B/nc,No laf mat cong suat nhieu,B bang tan moi song mang nc=8.000; %congsuatcuatungsongmang; deltaP=0.500; %buoc dieu khien cong suat NumAngles=2^4; Length=2^8; symbolRate=9.6; NumWaveforms=2; carrierFreq=1.2286; Velocity=36; C=3e8; alpha=RayCh1(NumAngles, Length, symbolRate, NumWaveforms,carrierFreq, Velocity); sipow = tinhieu(user); SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH sigpower1=congsuatphat; GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH %sigpower=abs((20*log(out))/4 phuong phap fixed-step sigpower2=congsuatphat; %phuong phap multi-level G=8.000; snrchuan=abs(G/user); % gia tri snr chuan Y1=[]; Y2=[]; e=0.025*deltaP; deltaP1=0.250; for i=1:80 alpha1=randint(1,1,[975 980])*1e-03; snr1=(sigpower1*alpha1^2*G)/((user-1)*sigpower1+In); Y1(i)=sigpower1; if snr1 >= snrchuan sigpower1= sigpower1-deltaP; else sigpower1=sigpower1+deltaP; end end Y=Y1; bar([Y]','group'); SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH xlabel('time(x1.25msec)'); ylabel('cong suat phat(dB)'); title('fixstep'); grid on %%%%CHUONG TRINH DIEU KHIEN CONG SUAT DA MUC%%%%%%%% function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) congsuatphat=str2double(get(handles.edit2,'string')); user=str2double(get(handles.edit1,'string')); In=14.200; % cong suat nhieu ,In = No*B/nc,No laf mat cong suat nhieu,B bang tan moi song mang nc=8.000; deltaP=0.500; %buoc dieu khien cong suat alpha=0.94; sipow = tinhieu(user); sigpower1=congsuatphat; %sigpower=abs((20*log(out))/4 phuong phap fixed-step sigpower2=congsuatphat; %phuong phap multi-level G=8.000; SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH snrchuan=abs(G/user); GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH % gia tri snr chuan Y1=[]; Y2=[]; e=0.025*deltaP; deltaP1=0.250; for i=1:80 alpha2=randint(1,1,[975 960])*1e-03; snr2=(sigpower2*alpha2^2*G)/((user-1)*sigpower2+In); Y2(i)=sigpower2; if snr2-snrchuan < -5*e sigpower2=sigpower2+3*deltaP1; elseif snr2-snrchuan