Đang tải... (xem toàn văn)
PowerPoint Presentation ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giảng viên Lê Tùng Hoa Bộ môn Vô tuyến Khoa Viễn Thông 1 BÀI GIẢNG www ptit edu vn 2 MÔ HÌNH KÊNH DS CDMA VÀ HIỆU NĂNG CHƯƠNG 4 www ptit edu vn 3 ĐA TRUY[.]
BÀI GIẢNG ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giảng viên: Bộ môn: Khoa: Lê Tùng Hoa Vô tuyến Viễn Thông www.ptit.edu.vn CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH KÊNH DS-CDMA VÀ HIỆU NĂNG www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 4.1 Giới thiệu • 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4.3 Máy thu phối hợp • 4.4 Xác xuất lỗi bít • 4.5 CDMA với phương pháp điều chế khác • 4.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 4.1 Giới thiệu • 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4.3 Máy thu phối hợp • 4.4 Xác xuất lỗi bít • 4.5 CDMA với phương pháp điều chế khác • 4.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 4.1 Giới thiệu • Đặc điểm tín hiệu trải phổ • Mật độ cơng suất thấp (W/Hz): Như tạp âm • Các tín hiệu sử dụng băng tần có lượng nhiễu tương hỗ • Các mã trải phổ tập mã có giá trị tương quan chéo thấp (gần trực giao, R i 0) → Ảnh hưởng khơng đáng kể • Khi tăng số người dùng, nhiễu tương hỗ làm giảm dung lượng hệ thống (MUI-MultiUser Interference) • Ứng dụng DSSS CDMA, • Hệ thống khảo sát: • Điều chế BPSK • Dạng sóng tín hiệu số liệu trải phổ hình chữ nhật • Kênh AWGN (Additive White Gaussian Noise): n(t) • Trung bình “0” • Thơng số PSD = No/2 • Tồn MUI • Máy thu tương quan quán www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 4.1 Giới thiệu • 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4.3 Máy thu phối hợp • 4.4 Xác xuất lỗi bít • 4.5 CDMA với phương pháp điều chế khác • 4.6 Câu hỏi tập ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • Hệ thống DS-CDMA • K người sử dụng, người dùng có số k (k = 1,2,3,…,K) • Số liệu: () d (t) : Biên độ +1, -1; độ rộng bit: T ; độ rộng băng tần B = 1/T k b • Mã trải phổ: () c t) : Biên độ +1, -1; độ rộng chip: T ; chu kỳ NT k( • Hệ số trải phổ : SF = T /T = N b c d b c c • Dạng sóng đầu máy phát s k (t) d k (t)c k (t) 2Pk cos(2 fc t k ) (4.1) • Độ rộng băng tần truyền dẫn s (t): B = 1/T = N/T k dc c b • Phổ trải rộng N lần • Mật độ phổ cơng suất giảm N lần • Kênh truyền • Kênh tuyến tính (kênh cộng): K tín hiệu phát tạp âm cộng với • Tổn hao đường truyền Lpk; cơng suất thu trung bình Prk; trễ k ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • Hệ thống DS-CDMA a) Mơ hình CDMA với K máy phát Lp1 , d1 (t) c1 (t) 2P1 cos(2 fc t ) å Lp2 , d (t) c (t) 2P2 cos(2 fc t n(t) ) Ký hiệu Lpk ,k : suy hao trễ đường truyền k LpK , K dK (t) c K (t) 2PK cos(2 fc t r(t) K ) b) Máy thu k Tb k r(t) (.)dt k c k (t) / Tb cos(2 fc t rk •0 “1” “1” dˆ k (t k ) ) Hình 4.1 Mơ hình hệ thống DS-CDMA: a) Sơ đồ khối, b) máy thu tương quan quán ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • Hệ thống DS-CDMA • Quá trình thu • Đồng thời gian, đồng mã, đồng sóng mang • Giải trải phổ với mã : ck (t − k ) • Giải điều chế với sóng mang Tb cos fc t rk rk ' k fc k • Lọc (mạch tích phân): Khơi phục lại lượng tín hiệu số liệu • Lấy mẫu T giây lần b • Quyết định: Cho chuỗi số hai d( t − k ) ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • Hiệu hệ thống Coi MUI tạp âm Gauss trắng cộng: I0 • Mật độ công suất tạp âm tổng : N’ N ' I0 N0 (1 ) B K P N0 j rj (4.3) j j k Prk: Công suất thu người dùng k; Prj: Công suất thu người dùng j : Hệ số nhiễu từ ô khác j: Hệ số tích cực tiếng N0: Mật độ phổ tạp âm B: Băng thơng hệ thống • SNR đầu vào máy thu k S N in _ k SNR in _ k Prk BN'0 Prk (4.2) K P (1 j rj ) BN0 j j k 10 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.3 Máy thu phối hợp • Tín hiệu thu sau kênh truyền dẫn K M r(t) Prj j d j (m)C j (t m mTb j ) (4.20) n(t) M • Trường hợp đường xuống tín hiệu phát đồng nên coi = j K r(t) M Prj j d j (m)C j (t m mTb ) n(t) (4.23) M • Xét bit: m = K r(t) Prj d j (0)C j (t) n(t) (4.24) k 19 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.3 Máy thu phối hợp iTc + 1 + mTb (.)dt (i −1) Tc + 1 + mTb cos( c t + 1 ) Tb iT + c r(t) + mTb (.)dt cos( c t + ) Tb K iTc + mTb + 1 å (.) i =1 y (i) iTc + mTb + c (i) mTb (.)dt (i 1)T N Y1 (m) (m + 1)Tb + Mạ ch định c1 (i) (i −1) Tc + + mTb iTc y1 (i) c K cos( c t + K ) Tb mTb iTc + mTb + K y K (i) N å (.) i =1 Y2 (m) (m + 1)Tb + Mạ ch định b ( m) N å (.) i =1 c K (i) b1 ( m ) YK (m) M¹ ch quyÕt b K (m) (m + 1)Tb + K định Hỡnh 4.3 Mỏy thu b lc phi hp thơng thường tách sóng đồng thời tín hiệu DS-CDMA dị K người sử dụng 20 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.3 Máy thu phối hợp • Máy thu gồm K lọc Bộ lọc k phối hợp với tín hiệu C (t) k • Cơng suất đầu vào máy thu k K r(t) j 2E brj Tb d j (t j )c j (t j ) cos(2 fc t rj ) n t (4.34) • Tín hiệu thu giải điều chế, sau lọc lấy mẫu cuối khoảng thời gian chip • Kết mẫu chip giải trải phổ y k (i) Tb iTc k mTb r(t)C k (t ( i 1)Tc k mTb k )dt (4.28) mTb 21 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.3 Máy thu phối hợp • Đầu cộng biểu diễn ký hiệu m lấy mẫu cuối khoảng thời gian ký hiệu N iTc Yk (m) Tb i k mTb r(t)C k (t ( i 1)Tc k mTb k )dt mTb (4.29) N Yk (m) y k (i) i • Thay giá trị r(t) vào ta Yk (m) K Pjr j j k E brk d k (m) M Tb N (4.30) n0 iTc k mTb d j (n)c j (t m M i ( i 1)T c k nTb j )c k (t mTb E brk d k (m) )dt mTb K Yk (m) k E brj d j (m )R kj ( ) nk m (4.32) j j k 22 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 4.1 Giới thiệu • 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4.3 Máy thu phối hợp • 4.4 Xác xuất lỗi bít • 4.5 CDMA với phương pháp điều chế khác • 4.6 Câu hỏi tập 23 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.4 Xác suất lỗi bit • Tín hiệu vào định Yk (t) Tb E br Tb k ) E br nk Ik (4.36) Tb k nk Ik d k (t n(t) cos(2 fc t rk )dt (4.37) k Tb K d j (u kj )c j (u kj )c k (u) cos(2 fc u kj ) cos(2 fc u k ) du (4.38) j j k • Mạch định khảo sát dấu Y (m) k d k (m) sign Yk (m) nÕu Yk (m) nÕu Yk (m) (4.25) 24 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.4 Xác suất lỗi bit • Xác suất lỗi hệ thống P Yk | Ik x P nk x N0 E br Q x N0 2E br N0 (4.45) 2E br dx N0 (4.46) • Xác xuất lỗi bit trung bình (lấy trung bình thành phần I) Pb EQ x N0 2E br N0 f Ik x Q x N0 fIk(x) : Hàm mật độ MUI 25 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 4.1 Giới thiệu • 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4.3 Máy thu phối hợp • 4.4 Xác xuất lỗi bít • 4.5 CDMA với phương pháp điều chế khác • 4.6 Câu hỏi tập 26 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.5 CDMA với điều chế khác • Các tham số đánh giá hiệu điều chế • Băng thơng • Cơng suất sóng mang • Xác xuất lỗi bit • Băng thơng: • Là khoảng phổ cần thiết để truyền tín hiệu điều chế • Băng thông phụ thuộc mật độ phổ công suất, PSD, tín hiệu sau điều chế • Cơng suất sóng mang: • Là công suất phát cần thiết để đảm bảo SNR • Phụ thuộc tốc độ số liệu lượng bit cần thiết: P =E R r • Xác xuất lỗi bit P : br b b • Đánh giá chất lượng truyền dẫn số (BER) • P phụ thuộc vào SNR: E /N =P T /N b br r b 27 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.5 CDMA với điều chế khác • Các phương pháp điều chế • BPSK (Binary Phase Shift Keying) • PSD (f) • • • • • P P 2R b [sin c (f fc )T b sin c (f fc )Tb ] (4.47) Công suất tập chung quanh tần số sóng mang (fc) Búp nằm khoảng (fc – 1/Tb, fc – 1/Tb) Độ rộng băng không 2/Tb = 2Rb Hz Độ rộng băng 0,9: BBPSK,90%=1,6Rb b Pb , BPSK = Q( 2.SNR ) = Q( Eb N0 / ) (4.48) 28 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.5 CDMA với điều chế khác • Các phương pháp điều chế • QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) • Thơng tin phát hai sóng mang trực giao • Pha điều chế nhận giá trị: /4, 3/4, 5/4, 7/4 • Độ rộng xung đưa lên điều chế nhánh tăng gấp đôi: 2T nên độ rộng băng tần b nửa so với BPSK (với tốc độ bit Rb) • Bít lỗi gây hai sóng mang độc lập nên hiệu giống BPSK • OQPSK (Offset Quadrature Phase Shift Keying) • Là QPSK với sóng mang trực giao dịch T giây • Tín hiệu OQPSK dịch pha 00, 900 T giây lần b b • OQPSK có độ rộng P QPSK b • MSK (Minimum Shift Keying) • Pha điều chế thay đổi liên tục • Có P QPSK đặc tính PSD tốt khiến độ rộng băng thơng nhỏ b nhiều • Nếu pha điều chế thay đổi theo xung Gauss có GMSK với PSD tốt 29 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.5 CDMA với điều chế khác • Các phương pháp điều chế • DPSK (Differential Phase Shift Keying) • Pha điều chế sóng mang dịch pha so với thời điểm trước sóng mang Bit 1: dịch pha Bit 0: khơng dịch pha • Độ rộng băng tần BPSK hiệu Pb ,DPSK • 4-DPSK e SNR (4.52) • Dịch pha tương đối 2Tb /4, 3/4, 5/4, 7/4 Pb ,4 DPSK Q(a SNR , b SNR ) e 2.SNR I (SNR ) (4.53) a=0,76537; b=1,8478; Q(x,y): hàm Q Marcum I0(x): hàm Bessel cải tiến bậc không 30 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.5 CDMA với điều chế khác • So sánh phương thức điều chế Bảng So sánh phương thức điều chế khác BPSK QPSK hay MSK DPSK 4-DPSK OQPSK Pb (SNR) Q( 2SNR ) Q( 2SNR ) Q( 2SNR ) − SNR e Q(a SNR , b SNR ) B99% 16Rb 8Rb 1,2Rb 16Rb 8Rb BNyquist Rb 0,5 Rb 0,52 Rb Rb 0,5 Rb SNR cho 6,7 dB 6,7 dB 6,7 dB 8dB 9dB Pb = 0,001 31 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.5 CDMA với điều chế khác • Hiệu với hệ thống CDMA • Cần đưa thêm ảnh hưởng MUI tính tốn SNR SNR E br N0 E br I0 N0 2(K 1 1)Pr Tc / E br / N (K 1) (4.54) Gp • Số người sử dụng cực đại hệ thống K max Gp 1 ' E br / N (4.55) E br / N 32 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4.6 Câu hỏi tập Giả thiết Ebr/N0 = 15dB, K/Gp=0,1 Gp lớn, tìm BER CDMA BPSK sử dụng cơng thức (4.8) công thức gần sau: Q(x) exp(-x / 2) /( x) Tính dung lượng hệ thống CDMA theo số người sử dụng /đoạn ô với liệu sau: Eb N0 dB , nhiễu từ ô lân cận 60%, thừa số tích cực tiếng 50%, Thừa số điều khiển cơng suất xác 0,8; Độ lợi phân đoạn : 2,5, Độ rộng băng tần vô tuyến : 1,25 Mhz, Tốc độ bit thông tin : 9,6 kbps (a) 10; (b) 26; (c) 40 Tìm tốc độ chip cần thiết chuỗi PN cho hệ thống DSCDMA sử dụng chế BPSK cho 41 người sử dụng với thông số sau:Eb/N0= 6,8dB, tốc độ bit kênh 9,6 kbps; nhiễu từ ô khác 60%; thừa số tích cực tiếng 50%; độ xác điều khiển cơng suất 0,8; không sử dụng phân đoạn ô (a) 100kcps; (b) 1Mcps; (c) 1,8Mcps (tiếp) Xác suất lỗi bit trường hợp bẳng bao nhiêu? Sử dụng công thức gần sau Q(x) exp(-x / 2) /( x) (a) 1,5.10-2; (b) 1,5.10-3; (c) 1,5.10-4 33 ...www.ptit.edu.vn CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH KÊNH DS-CDMA VÀ HIỆU NĂNG www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 4. 1 Giới thiệu • 4. 2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4. 3 Máy thu phối hợp • 4. 4 Xác xuất lỗi bít • 4. 5... thiệu • 4. 2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4. 3 Máy thu phối hợp • 4. 4 Xác xuất lỗi bít • 4. 5 CDMA với phương pháp điều chế khác • 4. 6 Câu hỏi tập ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4. 2 Mơ hình kênh DS-CDMA... 4. 1 Giới thiệu • 4. 2 Mơ hình kênh DS-CDMA • 4. 3 Máy thu phối hợp • 4. 4 Xác xuất lỗi bít • 4. 5 CDMA với phương pháp điều chế khác • 4. 6 Câu hỏi tập 23 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 4. 4