Slide Bài Giảng Đa Truy Nhập Vô Tuyến Chương 2 Tạo Mã Trải Phổ

PowerPoint Presentation ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giảng viên Lê Tùng Hoa Email hoalt@ptit edu vn Bộ môn Vô tuyến Khoa Viễn Thông 1 BÀI GIẢNG www ptit edu vn 2 TẠO MÃ TRẢI PHỔ CHƯƠNG 2 www ptit edu vn 3 ĐA[.]

BÀI GIẢNG ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giảng viên: Email: Bộ môn: Khoa: Lê Tùng Hoa hoalt@ptit.edu.vn Vô tuyến Viễn Thông www.ptit.edu.vn CHƯƠNG 2: TẠO MÃ TRẢI PHỔ www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 2.1 Giới thiệu • 2.2 Mã PN • 2.3 Mã Gold • 2.4 Các mã trực giao • 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 2.1 Giới thiệu • 2.2 Mã PN • 2.3 Mã Gold • 2.4 Các mã trực giao • 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 2.1 Giới thiệu • Mã giả ngẫu nhiên, PR (Pseudo Random), hay giả tạp âm, PN (Pseudo Noise), sử dụng để đặc tả bit thông tin hệ thống trải phổ • Mã trải phổ phải có tính trực giao cao, ngẫu nhiên (tựa tạp âm) mã phải gồm nhiều mã cho người sử dụng khác • Một số mã trải phổ • Mã PN • Mã Gold • Các mã trực giao www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 2.1 Giới thiệu • 2.2 Mã PN • 2.3 Mã Gold • 2.4 Các mã trực giao • 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 2.2 Mã PN • Khái niệm • Mã giả tạp âm sử dụng chuỗi ghi dịch số hai độ dài cực đại, (chuỗi m) • Chuỗi m tạo cách sử dụng ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính cổng logic loại trừ (XOR) • Mạch ghi dịch xây dựng từ đa thức tạo mã g ( x ) = g m x m + g m −1 x m −1 + + g1 x + g (2.1) g = g m = 1; gi = ( 0,1) (phép cộng cộng modul 2) ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 2.2 Mã PN • Mạch tạo chuỗi m g1 ci g2 Si(1) x0 Si(2) g3 g m-1 Si(3) x1 x2 Si(m) x3 x m-1 ci-m xm 1 Đến điều chế Hình 2.1 Mạch ghi dịch để tạo chuỗi PN • Đa thức tạo mã g ( x ) = gm x m + gm −1 x m −1 +  + g1 x + g0 g = 1: Khóa đóng; g = 0: Khóa ngắt Chu kỳ cực đại N = 2m - ci = g1 ci-1 + g2 ci-2 + + gm-1ci-m+1 + ci-m (mod 2) ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 2.2 Mã PN • Mạch tạo chuỗi m ci = ci-1 + ci-3 + ci-4 + ci-5 Xung đồng hồ n (c)n 0 1 “Mặt nạ”-AND (T-7c)n 10 11 12 13 14 15 Trạng thái Xung đồng hồ n 11111 01111 10111 01011 00101 00010 10001 01000 00100 10010 01001 10100 01010 10101 11010 01101 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Trạng thái 00110 00011 00001 10000 11000 11100 01110 00111 10011 11001 01100 10110 11011 11101 11110 11111 01111 Lặp lại Hình 2.2 Bộ tạo mã với đa thức g(x) = x5 + x4 + x3 + x +1 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 2.2 Mã PN • Mạch tạo chuỗi m g1 ci g2 Si(1) x0 Si(2) g3 g m-1 Si(3) x1 x2 Si(m) x3 x m-1 ci-m xm 1 Đến điều chế Hình 2.1 Mạch ghi dịch để tạo chuỗi PN • Đa thức tạo mã g ( x ) = gm x m + gm −1 x m −1 +  + g1 x + g0 g = 1: Khóa đóng; g = 0: Khóa ngắt Chu kỳ cực đại N = 2m - • Nhược điểm: Tốc độ hoạt động chậm thời gian trễ lớn đường hồi tiếp Trong hệ thống CDMA sử dụng mạch tạo mã PN tốc độ cao 10 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 2.1 Giới thiệu • 2.2 Mã PN • 2.3 Mã Gold • 2.4 Các mã trực giao • 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2.6 Câu hỏi tập 25 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 2.4 Các mã trực giao • Mã Walsh • Được tạo từ ma trận Hadarmard • Là ma trận vng N • Một hàng tồn số khơng • Các hàng khác có số số “1” số “0” H1 = , 0 H2 = , 0 H4 = 0 1 0 1 , HN/ HN = HN/ HN / ; HN / (1) • Các tổ hợp mã hàng ma trận hàm trực giao => Mã Walsh W iN (với i: - N) • Mã Walsh có độ dài khối: N = 2j (j : nguyên dương) 26 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 2.4 Các mã trực giao • Mã Golay • Xây dựng theo phương pháp hồi quy CN CN =  CN CN   − CN  N = 2m ; m  C1 = 27 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.4 Các mã trực giao • Các chuỗi Zadoff-Chu • Các chuỗi Zadoff-Chu (ZC) gọi GCL ( Generalized ChirpLike) Các chuỗi ZC chuỗi có biên độ nhị phân thỏa mãn thuộc tính CAZAC (Constant Amplitude Zero Autocorrelation: tự tương quan khơng biên độ khơng đổi) tín hiệu phức có dạng ejk Chuỗi ZC có độ dài NZC giá trị lẻ:  n(n + 1) / + n  a M (n) = exp  − j2 q  N ZC   (2.5) • Trong q [1,…., NZC-1] số chuỗi, n= 0,1…., NZC-1,  số nguyên LTE sử dụng =0 cho đơn giản 28 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.4 Các mã trực giao As the name implies, this is not a single number It is a sequence of special numbers Let's first think about how this sequence is generated Various kinds of number sequences are used in many different kind of technologies (e.g, Walsh code in CDMA, OVSF code in WCDMA) and usually these numbers are created by a special rules or formula Same to Zadoff-Chu sequence The basic form of Zadoff chu sequence can be created by the formula as shown in the following spreadsheet http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_Zadoff_Chu_Sequence.html 29 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.4 Các mã trực giao • Các chuỗi Zadoff-Chu • Nhận dạng LTE PSS: Primary Synchronization Signal : tín hiệu đồng sơ cấp By assigning orthogonal Zadoff–Chu sequences to each LTE eNodeB and multiplying their transmissions by their respective codes, the cross-correlation of simultaneous eNodeB transmissions is reduced, thus reducing inter-cell interference and uniquely identifying eNodeB transmissions ZCq(0) ZCq(29) ZCq(30) ZCq(32) ZCq(33) Không sử dụng -35 ZCq(62) Không sử dụng -32 -31 -2 -1 31 32 Điều chế OFDM Chèn CP 35 Tần số d.c b) Điều chế OFDM để ký hiệu PSS Năm giá trị 72 sóng mang Hình 3.11 Cấu trúc ký hiệu PSS từ chuỗi Zacoff-Chu dài 63: a) Sắp xếp chuỗi PSS cấu trúc từ chuỗi Zadoff-Chu dài 63 vào miền tần số, b) b) Điều chế OFDM (DFT) để ký hiệu OFDM cho PSS ZCq(0) Chuỗi ZadoffChu dài 63 ZCq(1) Ký hiệu PSS ZCq(62) Năm giá trị 30 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 2.1 Giới thiệu • 2.2 Mã PN • 2.3 Mã Gold • 2.4 Các mã trực giao • 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2.6 Câu hỏi tập 31 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • Hệ thống cdmaOne cdma2000 • Mã sử dụng để trải phổ, nhận dạng kênh, nhận dạng BTS, nhận dạng người sử dụng • Tốc độ chip: Rc = N x 1,2288 Mc/s N=1, 3, 6, 9, 12 Tc = 0,814/N às ã Mó Walsh ã ng dng • Mã trải phổ định kênh cho đường xuống • Tạo ký hiệu trực giao cho đường lên • Độ dài khối N = 64 (cdmaOne) • 64 hàng: Ứng với 64 hàm Walsh (W … W63), xác định 64 kênh tần số CDMA • Mỗi hàng có 64 phần tử gọi chip 32 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • Mã PN dài • Ứng dụng • Nhận dạng người sử dụng đường xuống • Nhận dạng người sử dụng, định kênh trải phổ cho đường lên • Chuỗi mã có chu kỳ lặp 242 – 1chip • Tạo từ đa thức tạo mã g(x) = x42 + x35 + x33 + x31 + x27 + x26 + x25 + x22 + x21 + x19 + x18 + x17 + x16 + x10 + x7 + x6 + x5 + x + x2 + x + • Trạng thái ban đầu tạo mã có chip “1”, sau 41 số “0” liên tiếp 33 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • Mã PN ngắn • Ứng dụng • Nhận dạng BTS đường xuống • Tăng cường trải phổ cho đường lên • Chuỗi mã có chu kỳ lặp 215 – 1chip • Tạo từ đa thức tạo mã cho kênh hoa tiêu I Q gI(x)= x15 + x13 + x9 +x8 + x7 + x5 + gQ(x)= x15 + x12 + x11 + x10 + x6 + x5 + x4 + x3 + • Trạng thái ban đầu tạo mã có chip “1”, sau 15 số “0” liên tiếp 34 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 2.1 Giới thiệu • 2.2 Mã PN • 2.3 Mã Gold • 2.4 Các mã trực giao • 2.5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2.6 Câu hỏi tập 35 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.6 Câu hỏi tập Một tín hiệu ngẫu nhiên x(t) có hàm tự tương quan Rx( ) , , 1 Cơng suất trung bình x(t) bao nhiêu? (a) 2W, (b) 3W, (c) 5W, (d) 7W Đối với tín hiệu x(t) trước, cơng suất thành phần chiều bao nhiêu? (a) 2W, (b) 3W, (c) 5W, (d) 7W Một tín hiệu có mật độ phổ cơng suất 10-4[1000(f-106)]+ 10-4[1000(f+106)]W/Hz Hãy tìm giá trị cơng suất trung bình băng tần giới hạn từ 1MHz đến 1,002MHz (a)0,1W; (b) 0,2W; (c) 0,W; (d) 1W 36 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 2.6 Câu hỏi tập Xét chuỗi m có độ dài 15 Nếu tín hiệu PN tạo từ chuỗi có tốc độ chip 1000 chip/s, tìm hàm tương quan Rc(t) t = 0,75 ms (a) 0,1; (b) 0,15; (c) 0,2; (d) 0,25 Có hai chuỗi m chu kỳ 7: {cj}={ ,-1,-1,-1,1,1,-1,1, } {cj '}={ ,-1,-1,-1,1,1,1,1, } Hãy tìm giá trị hàm tương quan chéo tuần hoàn chuẩn hoá định nghĩa biểu thức: R cc' (k) c jc' j k cho k=0,1,2,3,4,5,6 j (a) Rcc'(k)= 3/7,-1/7,3/7, -1/7, -1/7, -5/7, 3/7; (b) (b) Rcc'(k)= 3/7,-1/7,-5/7, -1/7, -1/7, 3/7,-1/7; (c) Rcc'(k)= 3/7,3/7,-1/7, -1/7, -1/7, 3/7, 3/7; (d) Rcc'(k)= 3/7,3/7,-5/7, -1/7, -1/7, 3/7, 3/7; (e) Rcc'(k)= 3/7,3/7,-1/7, -1/7, -1/7, -3/7,-1/7; 37 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.6 Câu hỏi tập Giả thiết c(t) c'(t) hai tín hiệu PN tạo từ {ci} {ci'} cho trước, hai có độ rộng chip Tc Định nghĩa hàm tương quan chéo tuần hồn chuẩn hố theo cơng thức , 1T R cc' (t)=  c(t )c' (t + t)dt T0 T=NTc N chu kỳ chuỗi {ci} {c'i} Hãy tìm Rcc' (t) cho t = 1,5 Tc (a) -1/7; (b)-2/7 (c) -3/7; (d) 1/7; (e)2/7; (f)3/7 Hàm tự tương quan k+x(t) hàm đây? k số x(t) tín hiệu ngẫu nhiên trung bình khơng có hàm tự tương quan Rx(t) (a) Rx(t); (b) k+ Rx(t); (c) k2+ Rx(t); (d) k2+2k+ Rx(t) 38 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2.6 Câu hỏi tập Cho tín hiệu ba mức x(t) Trong đoạn thời gian t1 giây, tín hiệu nhận ba giá trị:-1, 0, đồng xác suất Các giá trị khoảng thời gian t1 khác độc lập với điểm khởi đầu (pha) ngẫu nhiên với phân bố khoảng [0,t1] Hàm hàm tự tương quan tín hiệu này? (a) 0,5t1(t); (b) 2/3 t1(t); (c) 0,75t1(t); (d) t1(t) Hàm hàm tự tương quan k+x(t)cos(2fct+)? k số, x(t) tín hiệu ngẫu nhiên trung bình khơng có hàm tự tương quan Rx(t), PSD (f)  pha ngẫu nhiên phân bố khoảng [0,2] (a) k+Rx(t); (b) k+0,5 Rx(t)cos(2fct); (c) k2+Rx(t); (d) k2+0,5 Rx(t)cos(2fct); 39 ... www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 2. 1 Giới thiệu • 2. 2 Mã PN • 2. 3 Mã Gold • 2. 4 Các mã trực giao • 2. 5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2. 6 Câu hỏi tập 20 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 2. 3... www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 2. 1 Giới thiệu • 2. 2 Mã PN • 2. 3 Mã Gold • 2. 4 Các mã trực giao • 2. 5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2. 6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 2. 1...www.ptit.edu.vn CHƯƠNG 2: TẠO MÃ TRẢI PHỔ www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 2. 1 Giới thiệu • 2. 2 Mã PN • 2. 3 Mã Gold • 2. 4 Các mã trực giao • 2. 5 Ứng dụng mã hệ thống CDMA • 2. 6 Câu hỏi