hệ thống multicode multicarrier cdma
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH : Điện Tử Viễn Thông Đề tài HỆ THỐNG MULTICODE MULTICARRIER CDMA TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2010 GVHD : Ths. DƯƠNG THỊ CẨM TÚ SVTH : HUỲNH HỮU THỂ - 06117073 CHẾ VĂN QUÍ - 06117058 PHẦN A GIỚI THIỆU Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp nhóm sinh viên thực hiện phải trải qua không ít khó khăn, nhưng nhờ sự giúp đỡ tận tình của Ths.Dương Thị Cẩm Tú, quý thầy cô và các bạn sinh viên trong khoa Điện – Điện Tử trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, nhóm sinh viên tực hiện đã vượt được những khó khăn để hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất. Nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: ThS. Dương Thị Cẩm Tú người đã hết lòng hướng dẫn và ủng hộ tinh thần cho chúng em trong thời gian thực hiện đề tài. Quý thầy cô khoa Điện – Điện tử những người đã truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu của chuyên ngành. Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn luôn bên cạnh ủng hộ, động viên cả về vật chất lẫn tinh thần giúp tôi có được điều kiện tốt nhất để hoàn thành được luận văn này. Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Trong quá trình thực hiện đồ án này dĩ nhiên sai sót là vấn đề không thể tránh khỏi, rất mong được sự góp ý của mọi người để những đồ án sau này ngày càng hoàn thiện hơn. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện HUỲNH HỮU THỂ CHẾ VĂN QUÍ Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang iii Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang iii QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Họ và tên sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Công Nghệ ………………. Tên đề tài: 1) Cơ sở ban đầu: 2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 3) Các bản vẽ: 4) Giáo viên hướng dẫn: 5) Ngày giao nhiệm vụ: 6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Quyết Định Giao Đề Tài BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng năm 20… Chủ nhiệm bộ môn Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang v LỜI MỞ ĐẦU I. Lời nói đầu “Học phải đi đôi với hành”- đó là một chân lý mà tất cả chúng ta đều biết. Chỉ có thực hành mới giúp chúng ta hiểu sâu hơn, nắm vững hơn về lý thuyết. Thực hành giúp chúng ta kiểm nghiệm lại lý thuyết. Đồng thời, trong khi thực hành sẽ có những vấn đề nảy sinh mà khi học lý thuyết không thể biết được. Nghiên cứu và Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang vi giải quyết được những vấn đề đó sẽ đưa chúng ta đến một tầm hiểu biết mới, lĩnh hội được kiến thức mới và tích luỹ được những kinh nghiệm mới cho bản thân. Trong quá trình học tập người thực hiện đã tích lũy được những kiến thức lý thuyết bổ ích. Nhưng chỉ lý thuyết thôi là chưa đủ, chưa đạt mục đích đào tạo mà còn phải trang bị thêm những kỹ năng, kỹ xảo có được tay nghề vững vàng làm hành trang vững chắc giúp người thực hiện tự tin bước vào cuộc sống. Đồ án tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên tự trao dồi lý thuyết, rèn luyện tay nghề, tích lũy được những kinh nghiệm cần thiết. Đề tài được nguyên cứu trong thời gian ngắn với kiến thức còn hạn chế, do đó trong qua trình thực hiện còn nhiều thiếu sót. Sinh viên thực hiện đề tài rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên trong trường để đề tài được hoàn chỉnh hơn II. Lý do chọn đề tài Trong những hệ thống thông tin di động tương lai, việc truyền một dữ liệu tốc độ cao dưới môi trường có fading chọn lọc tần số được yêu cầu khắc khe, đặc biệt là đường lên (down link). Gần đây, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (OFDM) hứa hẹn sẽ là kỹ thuật chính trong việc thực hiện yêu cầu về truyền dữ liệu dung lượng tốc độ cao và cho hiệu quả về phổ trong hệ thống thông tin không dây (wireless). Sự kết hợp giữa kỹ thuật đa sóng mang (multicarrier-MC) và hệ thống đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) được gọi là MC-CDMA. Kỹ thuật MC-CDMA có thể truyền trong kênh Rayleigh fading và AWGN. Trong MC-CDMA, nguồn dữ liệu tốc độ cao được chuyển thành luồng dữ liệu tốc đô thấp với phổ rộng hơn bằng cách sử dụng bằng cách dùng chuỗi trực giao Hadamard – Walsh và mã ngẫu nhiên Một hệ thống mới đa truy cập phân chia theo mã, đa mã, đa sóng mang (MC- MC-CDMA) được đề xuất và phân tích trong một kênh fading lựa chọn tấn số. Bằng cách cho phép mỗi người sử dụng truyền một chuỗi mã theo mảng, hệ thống MC-MC CDMA được đề xuất để có thể hỗ trợ những tốc độ dữ liệu khác nhau, theo yêu cầu của những chuẩn thế hệ kế tiếp, và đạt được độ lợi trải phổ trong cả miền thời gian và miền tần số, tốc độ lỗi bit (BER) của hệ thống được phân tích trong kênh fading chọn lọc tần số, với nhiễu Gauss và can nhiễu đa truy cập. Để đánh giá Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang vii hiệu quả của hệ thống MC-MC-CDMA có tốt hơn hệ thống đơn mã đa sóng mang (MC-CDMA) và đơn sóng mang đa mã (CDMA) trong một băng thông cố định thì cần phải tìm hiểu. Vì vậy, nhóm sinh viên tiến hành nghiên cứu đề tài “HỆ THỐNG MULTICODE MULTICARRIER CDMA” III. Mục tiêu của đề tài Đồ án này trình bày về công nghệ CDMA, kỹ thuật OFDM và cách ứng dụng kỹ thuật OFDM vào trong CDMA, việc kết hợp OFDM (đa sóng mang MC)+ CDMA tạo thành MC-CDMA giúp đáp ứng được các dịch vụ về video, data, image… giúp làm tăng hiệu để tăng tốc độ , đáp ứng nhiều loại dịch vụ và đáp ứng yêu cầu của nhiều người dùng. Ngoài ra còn ứng dụng multi code vào hệ thống MC-CDMA nhằm tăng thêm dung lượng của người dùng để truyền trong các kênh fading đa đường được hiệu quả hơn. IV. Đối tượng cần tìm hiểu - Lý thuyết về kỹ thuật CDMA, OFDM, MC – CDMA, Multicode MC- CDMA, kênh truyền, các loại nhiễu, các phương pháp tách sóng. - Chương trình mô phỏng MATLAB. V. Giới hạn đề tài - Việc tìm hiểu hệ thống MC-CDMA cũng chỉ dừng lại ở lý thuyết, không có số liệu thực tế và hệ thống thông tin di động trong nước cũng chỉ mới bắt đầu triển khai hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) nên việc nghiên cứu giữa lý thuyết và thực tiễn còn một khoảng cách khá xa. - Mô phỏng hệ thống MC-CDMA, MC-MC-CDMA, nhận xét và đánh giá hệ thống thông qua các đường đồ thị BER. Mô phỏng hệ thống Multicode multicarier CDMA. VI. Bố cục đồ án Chương 1: Trình bày sơ lược về sự phát triển của các hệ thống thông tin di động, bên cạnh đó chương này cũng cung cấp các kiến thức cơ bản về kênh truyền vô tuyến. Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang viii Chương 2: Trình bày về hệ thống CDMA cũng như một số giải pháp hạn chế sự tác động của nhiễu đa truy cập thông qua kỹ thuật dò tìm đa user trong hệ thống DS-CDMA Chương 3: Trình bày đặc điểm của hệ thống OFDM, qua đó cho thấy OFDM có khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh truyền fading, có tính chọn lọc tần số và sử dụng băng thông hiệu quả. Chương 4: Tìm hiểu hệ thống MC-CDMA, trong chương này sẽ lý giải vì sao các hệ thống đa sóng mang có thể hạn chế sự tác động của fading đa đường. Đối với các hệ thống có nhiều người dùng thì nhiễu đa truy nhập là không thể tránh khỏi vì vậy bên cạnh các kỹ thuật dò tìm đơn user thì các kỹ thuật dò tìm đa user cho các hệ thống đa sóng mang cũng được đề cập trong chương này. Chương 5: Tìm hiểu về hệ thỗng Multicode MC-CDMA, trình bày về các hệ thống Multicode, hai kỹ thuật Multicode được vận dụng vào DSCDMA cũng được vận dụng vào MC-CDMA tạo cho các hệ thống này khả năng cung cấp nhiều tốc độ khác nhau. Bên cạnh đó để nâng cao chất lượng cho các hệ thống này ngoài các kỹ thuật dò tìm đơn user thì các kỹ thuật dò tìm đa user cũng được xem xét. Chương 6: Là sự mô phỏng, nhận xét và đánh giá các hệ thống thông qua các đường đồ thị BER. Chương trình mô phỏng được thực hiện bằng ngôn ngữ MATLAB 7.2 (R2006a). Chương 7: Kết luận và hướng phát triển của đề tài. MỤC LỤC Trang PHẦN A ii GIỚI THIỆU ii LỜI CẢM ƠN ii PHẦN B 1 Quyết Định Giao Đề Tài [...]... giữa CDMA và OFDM .46 Hình 4.2 Sơ đồ bộ phát hệ thống MC -CDMA 47 Hình 4.3 Sơ đồ bộ thu hệ thống MC -CDMA .48 Hình 4.4 Tín hiệu MC -CDMA cho một user 48 Hình 4.6 Sơ đồ bộ phát MC-DS -CDMA 50 Hình 4.7 Sơ đồ bộ thu MC-DS -CDMA 50 Hình 4.8 Tín hiệu MC –DS CDMA cho một user 51 Hình 4.9 Sơ đồ bộ phát hệ thống MT CDMA 52 Hình 4.10 Sơ đồ bộ thu hệ thống MT CDMA. .. ISI Inter-Symbol Interference IFFT Inverse Fast Fourier Transform MAI Multiple Access Interference MC -CDMA Multicarrier CDMA Quyết Định Giao Đề Tài Trang xiv Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA MC- MC CDMA Multi Code Multicarrier CDMA MT -CDMA Multitone CDMA MC-DS -CDMA Multicarrier Direct Squence CDMA MLSE Maximum Likelihood Sequence Estimation MLD Maximum Likelihood Detection MMSE Minimum Mean Square... –giai đoạn PIC 63 Hình 5.1 Sơ đồ khối máy phát và máy thu hệ thống Multicode CDMA 69 Hình 5.2 Sơ đồ hệ thống MC -CDMA 70 Hình 5.4 Sơ đồ khối máy thu Multi-code MC -CDMA 73 Hình 6.1 Giao diện chính của chương trình 75 Hình 6.2 Giao diện mô phỏng hệ thống MC CDMA 75 Hình 6.3 Giao diện mô phỏng hệ thống MTC MC CDMA .76 Hình 6.4 Đặc tính tương quan của chuỗi Mseq .. .Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang ix NỘI DUNG 1 CHƯƠNG 4 46 MULTICARRIER CDMA 46 4.5.2 Nhược điểm 64 PHẦN C xcii PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO xcii Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang x DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Cơ bản... Chương 1: Giới thiệu chung Hệ Thống Multicode Multicarier CDMA Hình 1.1 Cơ bản về hệ thống thông tin di động 1.2 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động Hình 1.2 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động Chương 1: Giới thiệu chung Trang 3 Hệ Thống Multicode Multicarier CDMA Trang 4 Bảng 1.1 Tóm lược các thế hệ trong thông tin di động Đặc điểm Một số hệ thống điển hình • • • • Phương... Hỗ trợ tốc độ bit cao hơn GPRS trên nền GSM (384 kbps) Hai hướng tiêu chuẩn cho mạng 3G: • W -CDMA: UTMS: Phát triển từ hệ thống GSM, GPRS • CDMA 2000 1xEVDO: Phát triển từ hệ thống CDMA IS-95 Hệ Thống Multicode Multicarier CDMA 4G Trang 5 • Phương thức điều chế: OFDM, • Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + MC -CDMA mạng truy nhập di động (3G) và truy nhập vô tuyến Wimax • Hiện nay đang xây dựng chuẩn &... trải phổ trong CDMA .27 Bảng 3.1 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 38 Bảng 3.2 : Mã Gray .42 Bảng 4.1 Một số cặp chuỗi M ưa chuộng 56 Bảng 4.2 Những thuận lợi và hạn chế của MC CDMA và MC–DS CDMA 66 Bảng 4.3 Những đặc trưng chính của MC -CDMA và MC-DS -CDMA 66 Bảng 6.2 Các thông số mô phỏng 83 Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA DANH MỤC CÁC... 4.10 Sơ đồ bộ thu hệ thống MT CDMA 52 Hình 4.11 Sơ đồ tổng quát hệ thống MC CDMA và MC–DS CDMA .53 Hình 4.12 Mạch thanh ghi dịch cơ số hai 54 Hình 4.13 Đặt tính tự tương quan của chuỗi 1 + x2 + x5 có chiều dài 124 55 Hình 4.14 Mô hình tạo chuỗi Kasami có n = 6 57 Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang xii Hình 4.15 Sơ đồ kỹ thuật dò tìm dữ liệu đa user ... 6.13 MC CDMA trong môi trường fading Rayleigh 84 Hình 6.14 MC CDMA trong môi trường fading Rayleigh với kích thước tập mã multi-code khác nhau 85 Hình 6.15 Hệ thống MC–MC -CDMA; So sánh BER theo số user; có và không có điều khiển tốc độ thích nghi 85 Hình 6.16 MTC-MC -CDMA trong môi trường AWGN 86 Hình 6.17 MTC-MC -CDMA trong môi trường fading Rayleigh 87 Hình 6.18 MTC-MC -CDMA. .. MTC-MC -CDMA điều khiển tốc độ thích nghi .88 Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang xiii Hình 6.20 So sánh BER theo số user; có và không có điều khiển tốc độ thích nghi 88 Hình 6.21 MTC-MC -CDMA điều khiển tốc độ thích nghi trong môi trường fading rayleigh với kích thước tập mã multi-code khác nhau 89 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Tóm lược các thế hệ trong . Interference MC -CDMA Multicarrier CDMA Quyết Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang xv MC- MC CDMA Multi Code Multicarrier CDMA MT -CDMA Multitone CDMA MC-DS -CDMA Multicarrier. Định Giao Đề Tài Hệ Thống Multicode Multicarrier CDMA Trang vii hiệu quả của hệ thống MC-MC -CDMA có tốt hơn hệ thống đơn mã đa sóng mang (MC -CDMA) và đơn sóng mang đa mã (CDMA) trong một băng. MC-DS -CDMA 50 Hình 4.8 Tín hiệu MC –DS CDMA cho một user 51 Hình 4.9 Sơ đồ bộ phát hệ thống MT CDMA 52 Hình 4.10 Sơ đồ bộ thu hệ thống MT CDMA 52 Hình 4.11 Sơ đồ tổng quát hệ thống MC CDMA và