Slide 1 1Nguyễn Viết Đảm Đa truy nhập vô tuyến BÀI GIẢNG ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾNKHOA VIỄN THÔNG 1 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP Nguyễn Viết Đảm Khoa Viễn thông 1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄ[.]
Đa truy nhập vơ tuyến BÀI GIẢNG KHOA VIỄN THƠNG ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Chương CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP Nguyễn Viết Đảm Khoa Viễn thơng HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Địa chỉ: PTIT- Km10- Đường Nguyễn Trãi, Quận Hà đông, Thành phố Hà nội Điện thoại: 0912699394 Email: damnvptit@gmail.com HàNguyễn nội 01-2017 Viết Đảm Đa truy nhập vô tuyến GIỚI THIỆU MƠN HỌC – PHÂN BỔ CHƯƠNG TRÌNH Tên học phần: Đa truy nhập vô tuyến Tổng lượng kiến thức/Số tín chỉ: 45 tiết / 03 tín Phân bổ chương trình: Lý thuyết: 32 tiết Tiểu luận/Bài tập: 08 tiết Thực hành: 04 tiết Tự học: 01 tiết Đánh giá Chuyên cần: 10 % Thí nghiệm/Thực hành: 10 % Bài tập/Tiểu luận: 10 % Kiểm tra kỳ: 10 % Thi kết thúc (Thi tự luận): 60 % Nguyễn Viết Đảm Đa truy nhập vô tuyến NỘI DUNG HỌC PHẦN: Chương 1: Tổng quan đa truy nhập vô tuyến kỹ thuật trải phổ Chương 2: Các giao thức đa truy nhập Chương 3: Tạo mã Chương 4: Các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Chương 5: Mơ hình kênh đa CDMA hiệu Chương 6: Mơ hình đa truy nhập vô tuyến môi trường pha đinh di động phân tập Chương 7: Đa truy nhập OFDMA/SC-FDMA Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến 4G-LTE Chương 9: Định cỡ ô cho hệ thống thông tin di động Nguyễn Viết Đảm Đa truy nhập vô tuyến NỘI DUNG CHƯƠNG 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 4.2 Mà GIẢ TẠP ÂM SỬ DỤNG TRONG DSSS 4.3 CÁC HỆ THỐNG DSSS- BPSK 4.3.1 Máy phát DSSS- BPSK 4.3.2 Máy thu DSSS-BPSK 4.3.3 Mật độ phổ công suất, PSD 4.3.4 Độ lợi xử lý 4.4 CÁC HỆ THỐNG DSSS-QPSK 4.4.1 Điều chế DSSS-QPSK 4.4.2 Điều chế DSSS-QPSK/BPSK 4.5 ĐỒNG BỘ Mà 4.5.1 Bắt mã 4.5.2 Bám mã 4.6 HIỆU NĂNG CỦA CÁC HỆ THỐNG DSSS 4.6.1 Ảnh hưởng tạp âm trắng nhiễu gây nghẽn 4.6.2 Ảnh hưởng nhiễu giao thoa truyền đa đường 4.6.3 Tính chất khó thu trộm 4.7 TỔNG KẾT Nguyễn Viết Đảm 4.1 Giới thiệu Đa truy nhập vơ tuyến Mục đích Hiểu sở hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Hiểu nguyên lý làm việc máy phát máy thu DSSS-BPSK QPSK Hiểu hiệu hệ thống DSSS Nội dung Mã giả tạp âm sử dụng DSSS Hệ thống DSSS-BPSK Hệ thống DSSS-QPSK Đồng mã Ảnh hưởng tạp ân Gauss trắng cộng nhiễu phá Ảnh hưởng nhiễu giao thoa đa đường Nguyễn Viết Đảm 4.1 Giới thiệu Đa truy nhập vơ tuyến Tõ c¸c ngn kh¸c C¸c bit kênh Nguồn tin Lập khuôn Mà hoá nguồn Mật mà Mà hoá kênh Ghép kênh Điều chế Trải phổ Đa thâm nhập Đầu vào số Luồng bit Đồng K ê n h Dạng sóng số Đầu số Nhận tin Lập khuôn Giải mà nguồn Giải mật mà Giải mà kênh Gải ghép kênh Gải điều chế Giải trải phổ TX Đa thâm nhập RX Các bit kênh Đến nơi nhận khác Tuỳ chọn Bắt buộc Nguyn Viết Đảm truy nhập tuyến Mơ hình đơn Đa giản củavôhệ thống DS_SS Tx1 Rx1 b1(t), c1(t) Txk Chuyển đổi mức b1(t), c1(t) Rxk Trải phổ dk(t) bk(t) 0®+1 {0,1} 1®-1 {+1,-1} 1 Rb = Rb = Tb Tb ck(t) Bộ tạo {+1,-1} mã Rc = Tc TxK Giải điều chế Điều chế BPSK 2Eb cos(2pfct) Tb Giải trải phổ cos(2pfct) Tb u(t) Tb (.)dt Bộ lọc v(t) Rb = ck(t) Bộ tạo {+1,-1} mã Rc = Tc Mạch định Tb bk(t) {0,1} RxK bK(t), cK(t) bK(t), cK(t) Nguyễn Viết Đảm Đa truy nhập vô tuyến 4.2 Mã PN sử dụng DSSS Thuộc tính giả ngẫu nhiên Tính ngẫu nhiên (Randomness) Phân bố (Uniform distribution) + Thuộc tính cân (Balance property) + Thuộc tính chạy (Run property) Tính độc lập (Independence) Thuộc tính tương quan (Correlation property) Tính khơng dự đốn trước (Unpredictability) Nguyễn Viết Đảm Đa truy nhập vô tuyến 4.2 Mã PN sử dụng DSSS g ( x) g m x m g m 1 x m 1 g1 x g đặt g(x)=0; g m =g =1; -1=1mod (2) g1 x g x g m 1 x m g m 1 x m 1 x m x k : Thể đơn vị trƠ gi Khãa ®ãng Khãa më g1 ci x0 Si(1) g2 Si(2) x1 g3 g m-1 Si(3) Si(m) x2 x3 x m-1 ci-m xm 1 Đến điều chế Ci = g 1Ci-1 + g Ci-2 + + g m-1C i-m+1 + C i-m Mod2 , víi i >0 S i =si (1),si (2), ,si (m) ; đầu xung nhịp thứ i Ci -m = S i (m) Trạng thái ghi dịch xung nhịp i Si ( j ) l giá trị phần tử nhớ thứ j xung nhịp i có chu kỳ cực đại N = m -1 = số trạng thái khác cực đại Mch ghi dịch để tạo chuỗi PN Nguyễn Viết Đảm Si(1) Si(3) Si(2) Mặt nạ -AND Bé tạo mà có đa thức g ( x) x x x x Si(4) Si(5) Xung đồng i Trạng thái Đa truy nhập vô hồ tuyến (c)i =S i (5) 11111 T 7c i Ci = Ci-1 + Ci-3 + Ci-4 + Ci-5 Mod2 Mạch ghi dịch để tạo chuỗi PN m bit chuỗi = bit nạp vào ghi dịch S0 Với nạp ban đầu khác S0, chuỗi dịch phải (2m-1)- i chuỗi với S0 10 11 12 13 14 15 Xung đồng hồ i 01111 10111 01011 00101 00010 10001 01000 00100 10010 01001 10100 01010 10101 11010 01101 Với trạng thái khởi đầu S 0, 0, 0, 0, 0 , 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 Lp li trạng thái ghi dịch thay đổi theo điều kiện hồi quy xác định đa thức tạo mà g(x) Chuỗi đầu nhịp thứ i Ci-m =S i ( m ) có chu kỳ cực đại chuỗi N= 2m -1=25 131 1 1 1, đầu C1 = 1111101000100101011000011100110 S0 0 0 đầu C2 = 1000011100110111110100010010101 C2 dịch sang Nguyn phải (NVit -i =31-18=13) đơn vị chuỗi C1 m 10 a truy nhập vô tuyến 4.4 HỆ THỐNG DSSS-QPSK Er r(t ) T d1 (t )c1 (t )sin( 2pf c ( t ) 0 ) r(t Er d (t )c (t ) cos( 2pf c ( t ) 0 ) T w1 (t) ) c1 (t ) c (t ) Giả thiết đồng với khôi phục sóng mang mã hồn hảo, ký hiệu =0 -2pfc, : 2E r u1 (t) d1 (t )sin (2pf c t ) 2E r T 2E r T 2E r T 2E r u (t) T T 2E r 2E r T T w (t) Carrier recovery 1 cos(4pfc t 2) d1 (t )c1(t )c (t )sin(2pf c t )cos(2pf ct ) 1 cos( 4pfc t 2) z1 (t) + dˆ (t) ti MUX ti T (.)dt ) z (t) + ti ˆ d(t) dˆ (t) RLO ti Er = E/Lp lượng ký hiệu thu; Lp suy hao đường truyền; trễ đường truyền Lấy tích phân u1(t) u2(t) ký hiệu T, coi di(t-) khơng đổi thời gian lấy tích phân bỏ qua thành phần cao tần: z1 (t) d1 (t ) E r / d1 (t ) E br d1 (t )c1 (t )c (t ) sin(4pf c t 2) (.)dt Sau tích phân lấy mÉu: d (t )cos (4pf c t 2) d (t ) cos(2 fc t T ti T Giải điều chế DSSS-QPSK d (t )c (t )c (t ) sin( 4pf c t 2) 2E r + ) u2(t) d (t )c1(t )c (t )sin(2pf ct )cos(2pf ct ) d1 (t ) sin(2 fc t T Timing recovery T p/2 u1 (t) z (t) d (t ) E r / d (t ) E br Sau định cứng nhận được: d (t) lµ íc tÝnh cđa d (t) Nguyễn Viết Đảm dˆ2 (t) lµ íc tÝnh cđa d2 (t) 20 Đa truy nhập vô tuyến 4.4 HỆ THỐNG DSSS-QPSK d1(t)=d2(t)=d(t) T=Tb Nhánh Q d(t)c1 (t) Eb sin(2 fc t ) Tb p/2 c1 (t) d(t) Rb w1 (t) s1 (t) r(t ) c1 (t ) c (t ) u1 (t) sin(2 fc ((t Tb p/2 c (t) Eb cos(2 fc t ) Tb Nhánh I d(t)c (t) Carrier recovery ) co s(2 fc ((t Tb ) U(t) t Tb i (.)dt + ˆ d(t) ) RLO ti Timing recovery s2 (t) z(t) ti u2(t) w (t) R=Rb ) Sơ đồ khối máy phát/thu DSSS-QPSK/BPSK s(t) s1 (t) Eb Tb 2E b Tb s (t) (t) artang d(t)c (t) sin(2 fc t cos fc t t) ) Eb Tb d(t)c (t) cos(2 fc t c (t)d1 (t) c (t)d (t) ) / 4, nÕu c (t)d1 (t) 1, c (t)d (t) / 4, nÕu c (t)d1 (t) 1, c (t)d (t) / 4, nÕu c (t)d1 (t) 1, c (t)d (t) / 4, nÕu c (t)d1 (t) , c (t)d (t) 1 t i Tb z (u1 (t) u (t))dt d(t ) 2E br ti Nguyễn Viết Đảm 21 4.5 ĐỒNG BỘ Mà Đồng mã PN theo hai bước: Bắt mã thực đồng tín hệu PN thu tín hiệu PN nội giải (khoảng chip hay nhỏ hơn) Bám mã thực điều chỉnh hiệu số hai pha đến Đa truy nhập vô tuyến Giải trải phổ/ d(t) giải điều chế r(t)= s(t- )+n(t) cos 2p f c (t ) 0 Khơi phục sóng mang/bám cos 2p f c (t ) 0 c(t-1 ) Bám c(t 1 ) mã PN c(t 1 ), 1 Tc Bắt mã PN s(t ) 2Pr c(t )d(t ) cos(2p f c (t ) 0 ) Bắt mã PN: Tạo c(t-1); |1 - | Để pha 1 nằm giải (-Tc, +Tc) phân hệ bắt mã phải tìm kiếm tập pha chọn pha cho tương quan với tín hiệu PN thu cao Bám mã PN: Khi bắt pha mã PN, pha PN nội nằm giải Tc tín hiệu PN thu, mạch bám khởi hoạt cách sử dụng mạch hồi tiếp để đưa hiệu số pha tiến đến Khôi phục sóng mang: Tách lấy sóng mang cos(2pfct+) từ tín hiệu thu Lưu ý : Bám mã PN bám sóng mang q trình liên tục hoạt động mạch bắt dừng sau bắt pha PN Nguyễn Viết Đảm 22 Đa truy vô tuyến 4.6 HIỆU NĂNG CỦA CÁC HỆnhập THỐNG DSSS Hiệu hệ thống DS/SS-BPSK môi trường tạp âm Gauss trắng cộng AWGN nhiễu Ảnh hưởng tạp âm Gauss trắng cộng AWGN Ảnh hưởng nhiễu gây nghẽn Ảnh hưởng nhiễu giao thoa truyền đa đường Nhiễu giao thoa Truyền đa đường Vấn đề gần -xa Tính chất khó thu trộm Nguyễn Viết Đảm 23 Đa truy vô tuyến 4.6 HIỆU NĂNG CỦA CÁC HỆnhập THỐNG DSSS Ảnh hưởng tạp âm trắng nhiễu gây nghẽn Bộ điều chế (BPSK) ti T d(t) (.)dt d(t)c(t) c(t) s(t) c(t) 2E b d(t)c(t) cos(2 fc t); Tb r(t) Trường hợp khơng có nhiễu gây nghẽn j(t)=0; J0=0 so Ebr Ebr so2 Ebr N SNRo N / N 0 2E br / N ti cos(2 fc t) Tb 2E b cos(2 fc t) Tb Pb Q ˆ d(t) z s0 n0 j0 2E br d(t)c(t) cos(2 fc t) Tb j(t) Trường hợp có nhiễu gây nghẽn j(t)≠0; J0 ≠ SNR s 02 E(n 02 ) E br E j02 2E br N0 N0 / PT /2 j c 2E br Pj / B j Pb Q Nguyễn Viết Đảm n(t) N '0 2E br / N '0 24 Đa truy vô tuyến 4.6 HIỆU NĂNG CỦA CÁC HỆnhập THỐNG DSSS Nhận xét: Nhiễu gây nghẽn, ảnh hưởng giống tạp âm trắng có PSD hai biên PjTc/2 => kết hợp tạp âm trắng nhiễu gây nghẽn tương đương với ảnh hưởng tạp âm trắng có PSD hai biên No'/2 = (N0 +PjTc)/2 => Tc nhỏ Pj ảnh hưởng Khi Tc đủ nhỏ đến mức PjTc Vì chiều cao phổ tín hiệu DS thấp tạp âm, nghĩa tín hiệu DS bị che lấp tạp âm nên khó phát thu trộm Nguyễn Viết Đảm 31 Đa truy nhập vô tuyến Bài tập Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống DSSS-BPSK sở khơng gian tín hiệu Hãy 1.Vẽ sơ đồ hệ thống 2.Viết biểu thức tín hiệu miền thời gian điểm đặc trưng hệ thống 3.Viết biểu thức tín hiệu miền tần số (mật độ phổ công suất) điểm đặc trưng hệ thống 4.Viết chương trình mơ tả MabLab biểu diễn, khảo sát dạng sóng tín hiệu điểm đặc trưng hệ thống 5.Viết chương trình mô tả MabLab để khảo sát mật độ phổ cơng suất tín hiệu điểm đặc trưng hệ thống Nguyễn Viết Đảm 32 Đa truy nhập vơ tuyến Bài tập Trình bày ngun lý hoạt động hệ thống DSSS-QPSK sở không gian tín hiệu Hãy 1.Vẽ sơ đồ hệ thống 2.Viết biểu thức tín hiệu miền thời gian điểm đặc trưng hệ thống 3.Viết biểu thức tín hiệu miền tần số (mật độ phổ công suất) điểm đặc trưng hệ thống 4.Viết chương trình mơ tả MabLab biểu diễn, khảo sát dạng sóng tín hiệu điểm đặc trưng hệ thống 5.Viết chương trình mơ tả MabLab để khảo sát mật độ phổ cơng suất tín hiệu điểm đặc trưng hệ thống Nguyễn Viết Đảm 33 Đa truy nhập vô tuyến Bài tập Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống DSSSBPSK/QPSK sở khơng gian tín hiệu Hãy 1.Vẽ sơ đồ hệ thống 2.Viết biểu thức tín hiệu miền thời gian điểm đặc trưng hệ thống 3.Viết biểu thức tín hiệu miền tần số (mật độ phổ công suất) điểm đặc trưng hệ thống 4.Viết chương trình mơ tả MabLab biểu diễn, khảo sát dạng sóng tín hiệu điểm đặc trưng hệ thống 5.Viết chương trình mô tả MabLab để khảo sát mật độ phổ cơng suất tín hiệu điểm đặc trưng hệ thống Nguyễn Viết Đảm 34 ... Đảm Đa truy nhập vô tuyến NỘI DUNG HỌC PHẦN: Chương 1: Tổng quan đa truy nhập vô tuyến kỹ thuật trải phổ Chương 2: Các giao thức đa truy nhập Chương 3: Tạo mã Chương 4: Các hệ thống trải phổ chuỗi. .. vô tuyến 4G-LTE Chương 9: Định cỡ ô cho hệ thống thông tin di động Nguyễn Viết Đảm Đa truy nhập vô tuyến NỘI DUNG CHƯƠNG 4. 1 GIỚI THIỆU CHUNG 4. 2 Mà GIẢ TẠP ÂM SỬ DỤNG TRONG DSSS 4. 3 CÁC HỆ THỐNG... BPSK 4. 3.1 Máy phát DSSS- BPSK 4. 3.2 Máy thu DSSS-BPSK 4. 3.3 Mật độ phổ công suất, PSD 4. 3 .4 Độ lợi xử lý 4. 4 CÁC HỆ THỐNG DSSS-QPSK 4. 4.1 Điều chế DSSS-QPSK 4. 4.2 Điều chế DSSS-QPSK/BPSK 4. 5