Nâng cao hiệu suất hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ ofdm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NÂNG CAO HIỆU SUẤT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ OFDM/CDMA Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG THỊ THẢO Niên khóa: 2007 - 2012 Lớp 48K ĐTVT Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Mạnh Toàn NGHỆ AN, 01-2012 NGHỆ AN, 01-2012 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU 10 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 11 Chương KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA 14 THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO - OFDM 14 1.1 Giới thiệu 14 1.2 Nguyên lý OFDM 14 1.2.1 Sự trực giao OFDM 15 1.2.2 Thu phát tín hiệu OFDM 18 1.3 Các vấn đề kỹ thuật OFDM 20 1.3.1 Ước lượng tham số kênh 21 1.3.2 Đồng OFDM 22 1.3.3 Giảm PARP (Peak to Average Power Ratio) 24 1.4 Kỹ thuật điều chế OFDM 24 1.4.1 Điều chế BPSK 25 1.4.2 Điều chế QPSK 26 1.4.3 Điều chế QAM 29 1.4.4 Mã Gray 30 1.5 Dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM 31 1.5.1 Dung lượng kênh theo Shannon 31 1.5.2 Dung lượng kênh cho hệ thống OFDM 32 1.6 Các đặc tính OFDM 32 1.6.1 Ưu điểm 32 1.6.2 Nhược điểm 33 1.7 Các đặc tính kênh truyền vơ tuyến 33 1.7.1 Đặc tính kênh truyền vơ tuyến hệ thống OFDM 33 1.7.2 Khoảng bảo vệ 36 1.7.3 Giới hạn băng thông OFDM 36 Chương KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP KÊNH TRUYỀN ĐA SÓNG MANG PHÂN CHIA THEO MÃ (MC - CDMA) 41 2.1 Giới thiệu chương 41 2.2 Giới thiệu kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã 41 2.2.1 Kỹ thuật trải phổ 41 2.2.2 Các mã trải phổ 47 2.2.3 Nguyên lý kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 51 2.2.4 Máy thu phân tập đa đường RAKE 51 2.3 Giới thiệu kỹ thuật đa truy nhập kênh truyền đa sóng mang phân chia theo mã (MC – CDMA) 57 2.3.1 Nguyên lý chung kỹ thuật MC – CDMA 57 2.3.2 Hệ thống MC – CDMA 58 2.3.3 Kênh truyền 63 2.3.4 Nhiễu MAI nhiễu ICI 65 2.3.5 Các kỹ thuật dị tìm liệu 66 2.3.5.1 Kỹ thuật dị tìm đơn user 66 2.3.5.2 Kỹ thuật dị tìm đa user (MUD) 68 2.3.6 Ưu nhược điểm hệ thống thông tin di động dùng kỹ thuật MC – CDMA 72 Chương HỆ THỐNG CẢI THIỆN HIỆU SUẤT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ OFDM/CDMA 74 3.1 Giới thiệu chương 74 3.2 Cấu trúc truyền cho đường downlink sử dụng công nghệ CDMA/OFDM 74 3.3 Hiệu hoạt động thu kênh fading Rayleigh 77 3.4 So sánh chất lượng hệ thống OFDM với hệ thống MC – CDMA 77 3.5 Kết mô 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 LỜI NĨI ĐẦU Thơng tin liên lạc nhu cầu tối thiểu quan trọng xã hội Xã hội phát triển, nhu cầu thông tin liên lạc ngày tăng cách thức lẫn chất lượng Thông tin di động phương thức liên lạc phát triển cao người phát minh, nghiên cứu phát triển từ sớm Bắt đầu từ hệ thống thông tin di động hệ đời vào năm 1946, đến thông tin di động ứng dụng rộng rãi không ngừng phát triển cách mạnh mẽ Trong kỷ 21, giới chứng kiến bùng nổ thơng tin vơ tuyến thơng tin di động đóng vai trị quan trọng Với nhu cầu thơng tin ngày lớn, số lượng khách hàng sử dụng thông tin di động ngày tăng, mạng thông tin di động mở rộng ngày nhanh.Vì vậy, tăng dung lượng cho hệ thống thơng tin di động vấn đề cần thiết Xuất phát từ thực tế em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp “Nâng cao hiệu suất hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ OFDM/CDMA” Cấu trúc đồ án gồm chương: Chương 1: Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Chương 2: Kỹ thuật đa truy nhập kênh truyền đa sóng mang phân chia theo mã MC – CDMA Chương 3: Hệ thống cải thiện hiệu suất cho thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA/OFDM Để hoàn thành đồ án này, trước hết em xin chân thành cảm ơn ThS Phạm Mạnh Toàn trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ em suốt trình làm đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an giáo khoa bạn bè tạo điều kiện học tập, giúp đỡ em suốt thời gian qua Trong trình làm đề tài, em cố gắng nhiều song kiến thức cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận phê bình ý kiến đóng góp thầy cơ, bạn bè Nghệ An, ngày …tháng …năm2011 Sinh viên thực Trương Thị Thảo Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) đời chứng tỏ khả hỗ trợ nhiều user so với hệ thống trước với đặc điểm trội: chống nhiễu đa đường, có tính bảo mật cao, hỗ trợ truyền liệu với tốc độ khác nhau… Đồng thời kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) sử dụng rộng rãi ứng dụng vô tuyến hữu tuyến với ưu điểm: truyền liệu tốc độ cao qua kênh truyền chọn lọc tần số, tiết kiệm băng thơng, hệ thống phức tạp Nâng cao hiệu suất hệ thống thông tin di động vấn đề quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày tăng số lượng lẫn chất lượng dịch vụ đặc biệt dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện khách hàng Vì ý tưởng kỹ thuật đa truy nhập kênh truyền đa sóng mang phân chia theo mã MC-CDMA (Multi Carrier-CDMA) đời, dựa kết hợp CDMA OFDM MC-CDMA kế thừa tất ưu điểm CDMA OFDM Chính vậy, MC-CDMA ứng cử viên sáng giá cho hệ thống thông tin di động tương lai Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ trình truyền tin 14 Hình 1.2 Cấu trúc miền thời gian tín hiệu OFDM 15 Hình 1.3 Phổ tín hiệu OFDM có sóng mang 16 Hình 1.4 Sơ đồ khối thu phát OFDM 17 Hình 1.5 Biểu đồ khơng gian tín hiệu BPSK 25 Hình 1.6 Biểu đồ tín hiệu QPSK 27 Hình 1.7 Chùm tín hiệu M – QAM .28 Hình 1.8 Giản đồ IQ 16 – PSK dùng mã Gray 29 Hình 1.9 Các tín hiệu đa đường .33 Hình 1.10 Đáp ứng tần số tín hiệu OFDM khơng qua lọc .36 Hình 1.11 Đáp ứng tần số tín hiệu OFDM sử dụng lọc FIR với chiều dài cửa sổ 36 Hình 1.12 Cấu trúc symbol sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng .39 Hình 2.1 Sơ đồ khối điều chế khối giải điều chế DS – SS 42 Hình 2.2 Phổ tín hiệu trước sau trải phổ .43 Hình 2.3 Phổ tín hiệu FH – SS .44 Hình 2.4 Sơ đồ khối tạo thu tín hiệu FH – SS 45 Hình 2.5 Sơ đồ khối tạo thu tín hiệu TH – SS 46 Hình 2.6 Mạch ghi dịch để tạo chuỗi PN .47 Hình 2.7 Quá trình trải phổ nén phổ kỹ thuật CDMA .50 Hình 2.8 Truyền sóng đa đường lý lịch trễ cơng suất .51 Hình 2.9 Máy thu phân tập đa đường RAKE .52 Hình 2.10 Mơ hình hệ thống DS – SS gồm k người sử dụng 53 Hình 2.11 Sự kết hợp OFDM CMDA .56 Hình 2.12 Sơ đồ khối máy phát MC – CDMA 57 Hình 2.13 Sơ đồ khối máy thu MC – CDMA .58 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 2.14 Sơ đồ khối hệ thống MC – CMDA .58 Hình 2.15 Sơ đồ máy phát hệ thống MC – CDMA 59 Hình 2.16 Sơ đồ máy thu hệ thống MC – CDMA 61 Hình 2.17 Ảnh hưởng kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số lên băng tần hẹp 62 Hình 2.18 Bộ phát MC – CDMA đơn user 65 Hình 2.19 Sơ đồ triệt nhiễu song song nhiều tầng 70 Hình 3.1 Cấu trúc truyền sóng dựa cơng nghệ OFDM/CDMA 74 Hình 3.2 Đồ thị so sánh hai hệ thống OFDM MC – CDMA 77 Hình 3.3 Giao diện mô hệ thống Hình 3.4 Hiệu suất hệ thống MC – CDMA tuyến xuống với loại kỹ thuật phát đơn user Hình 3.5 Hiệu suất hệ thống MC – CDMA tuyến xuống dựa loại kỹ thuật phát đa user Hình 3.6 Hiệu suất hệ thống MC – CDMA tuyến xuống sử dụng kỹ thuật PIC Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các dạng điều chế OFDM .24 Bảng 1.2 Quan hệ cặp bit điều chế tọa độ điểm tín hiệu điều chế QPSK tín hiệu khơng gian .27 Bảng 1.3 Bảng mã Gray 30 Bảng 3.1 Các thông số mô hệ thống MC – CDMA cho hình 3.4 .78 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 10 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật Nghĩa Tiếng Anh ngữ Nghĩa Tiếng Việt Addictive White Gausse Noise Nhiễu trắng cộng Asymmetric Digital Subscriber Đường dây thuê bao số bất đối Line xứng ADC Analog Digital Convert Bộ chuyển đổi tương tự - số BER Bit error Rate Tỷ lệ lỗi bit CDMA Code Division Multiple Access CD Conventional Detection Tách sóng thơng thường CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp CSI channel state information Thông tin trạng thái kênh DAC Digital Analog Convert Bộ chuyển đổi số - tương tự DFT Discrete Fourier Tranforn Biến đổi Fourier rời rạc Direct Sequence Spread Trải phổ cách phân tán Spectrum phổ trực tiếp EGC Equal Gain Combining Kết hợp độ lợi FFT Fast Fourier Tranforn Biến đổi Fourier nhanh Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access tần số AWGN ADSL DS-SS FDMA Đa truy nhập phân chia theo mã Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 11 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an FHSS HDSL Frequency Hopping Spread Trải phổ phương pháp Spectrum nhảy tần số High-bit-rate Digital Subscriber Đường dây thuê bao số tốc độ Line cao IFFT Inverce Fast Fourier Tranforn Biến đổi nhanh Fourier ngược ISI Inter-symbol Interference Nhiễu xuyên kí tự IFFT Inverce Fast Fourier Tranforn Biến đổi nhanh Fourier ngược IDFT Inverce Discrete Fourier Tranforn Biến đổi Fourier rời rạc ngược ICI Inter Carrier Interference Nhiễu xuyên sóng mang LFSR Linear Feedback Shift Register Mạch hồi tiếp tuyến tính MC - Multicarrier - Code Division Đa truy nhập kênh truyền đa CDMA Multiple Access sóng mang phân chia theo mã MAI Multi Access Interference Nhiễu đa truy nhập MMSE Mininum Mean Square Error MAC Multiply And Accumulate MLD OFDM Maximum – Likelihood Detection Sai số trung bình bình phương tối thiểu Thuật tốn nhân tích lũy Tách sóng tối ưu Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo mã Multiplexing trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio PSAM pilot signal assisted Modulation Cơng suất đỉnh cơng suất trung bình Điều chế tín hiệu dẫn đường Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 12 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an PN Pseudo – random Noise Chuỗi mã giả ngẫu nhiên RF Radio Frequency Tần số vô tuyến S/P Serial/ Parallel Nối tiếp/ song song SS Spread Spectrum Trải phổ SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm THSS Time Hopping Spread Spectrum TDMA Time Division Multiple Access TFFT Time Fast Fourier Tranforn QoS Quality of Service VCO Voltage Controlled Oscillator Trải phổ phương pháp nhảy thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Thời gian biến đổi Fourier nhanh Chất lượng dịch vụ Bộ dao động điều khiển điện áp Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 13 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Chương KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO - OFDM 1.1 Giới thiệu Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing) kỹ thuật truyền thơng tin đa sóng mang xuất từ năm 1960 Kỹ thuật cho phép truyền tốc độ cao (hàng Mbps) đôi cáp đồng thông thường Kỹ thuật OFDM lần giới thiệu báo R.W.Chang năm 1966 vấn đề tổng hợp tín hiệu có dải tần hạn chế thực truyền tín hiệu qua nhiều kênh [1] Mặc dù đề cập đến từ lâu gần đây, kỹ thuật OFDM quan tâm nhờ có tiến vượt bậc lĩnh vực xử lý tín hiệu vi điện tử OFDM kỹ thuật ứng dụng rộng rãi ứng dụng vô tuyến hữu tuyến, hệ thống thông tin tốc độ cao Ngày nay, kỹ thuật OFDM ứng dụng hệ thống truyền dẫn băng rộng ADSL/HDSL/VDSL, hệ thống phát số DAB truyền hình số mặt đất DVB – T mạng Lan không dây… OFDM ứng cử viên sáng giá cho hệ thống thông tin di động 4G 1.2 Nguyên lý OFDM Trong OFDM chuỗi liệu đầu vào nối tiếp có tốc độ cao (R) chia thành N chuỗi song song (từ chuỗi liệu đến chuỗi liệu N) có tốc độ thấp (R/N) N chuỗi điều chế N sóng mang phụ trực giao, sau sóng mang cộng với phát lên kênh truyền đồng thời, mơ tả hình 1.1 Ở phía q trình thu tin ngược lại Bản chất trực giao sóng mang phụ OFDM cho phép phổ chuỗi sau điều chế chồng lấn lên mà đảm bảo việc tách riêng biệt thành phần phía thu Nhờ mà hiệu sử dụng băng tần tăng Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 14 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an đáng kể tránh nhiễu sóng mang lân cận ICI (Inter-carrier Interference) Mặt khác, chuỗi liệu nối tiếp tốc độ cao chia thành chuỗi có tốc độ thấp nên tốc độ ký hiệu chuỗi nhỏ nhiều so với tốc độ chuỗi ban đầu, ảnh hưởng nhiễu liên ký tự ISI, hiệu ứng trễ trải giảm bớt Nhờ giảm độ phức tạp cân phía thu Dữ liệu N Dữ liệu tổng Σ Chèn chuỗi bảo vệ Tốc độ R Dữ liệu Bộ điều chế Dữ liệu Bộ phận chuyển đổi nối tiếp/song song Dữ liệu Tin Tốc độ R/N Hình 1.1 Sơ đồ trình phát tin 1.2.1 Sự trực giao OFDM Các tín hiệu trực giao với chúng độc lập với Tính trực giao tính chất cho phép nhiều tín hiệu thơng tin truyền thu tốt kênh truyền chung khơng có xun nhiễu tín hiệu Trong OFDM truyền nhiều sóng mang chồng lấn với tín hiệu khơi phục mà khơng có xun nhiễu sóng mang kế cận sóng mang có tính trực giao a Trực giao miền thời gian OFDM đạt trực giao cách điều chế tín hiệu vào tập sóng mang trực giao Tần số gốc sóng mang số nguyên lần nghịch đảo thời gian tồn symbol Như vậy, thời gian tồn Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 15 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an symbol, sóng mang có số nguyên lần chu kỳ khác Như sóng mang có tần số khác nhau, phổ chúng chồng lấn lên chúng không gây nhiễu cho Hình 1.2 mơ tả cấu trúc tín hiệu OFDM với sóng mang thành phần (1a) (2a) (3a) (4a) (5a) 20 (1b) 10 -1 20 (2b) 10 -1 20 (3b) 10 -1 20 (4b) 10 -1 20 (5b) 10 -2 10 15 20 25 30 10 12 14 16 Hình 1.2 Cấu trúc miền thời gian tín hiệu OFDM (1a), (2a), (3a), (4a) mơ tả miền thời gian sóng mang đơn tần với số chu kỳ tương ứng 1,2,3,4 (1b), (2b), (3b), (4b) mô tả biến đổi FFT hình a tương ứng (5a), (5b) mơ tả tổng sóng mang thành phần Một tập tín hiệu trực giao đơi hai tín hiệu tập thỏa mãn điều kiện: Ts  s (t )s i * t K (t )dt   0 i j i# j (1.1) Với * ký hiệu liên hợp phức, Ts chu kỳ ký hiệu Nếu sóng mang có dạng hình sin biểu thức tốn học có dạng: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 16 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an k  sin(2 t ) f k (t )   Ts  0  t  Ts t  (0, Ts ) với k = 0,…, N-1 (1.2) b Trực giao miền tần số Trong miền tần số sóng mang có dạng sinc (sin cardinal), hay sin(x)/x Dạng sinc có búp búp phụ có giá trị giảm dần phía tần số trung tâm sóng mang Mỗi sóng mang có giá trị đỉnh tần số trung tâm sau khoảng tần số khoảng cách tần số sóng mang (f = 1/Ts) Hình 1.3 mơ tả phổ tín hiệu OFDM TX Power Frequency (carrier spacing) (a) TX Power Frequency (carrier spacing) (b) Hình 1.3 Phổ tín hiệu OFDM có sóng mang Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 17 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Trong đó, (a) phổ sóng mang điểm lấy mẫu máy thu, (b) đáp ứng tổng cộng sóng mang Tính trực giao thể đỉnh sóng mang nhóm sóng mang khác 1.2.2 Thu phát tín hiệu OFDM a Sơ đồ khối thu phát tín hiệu OFDM Theo sơ đồ hình 1.4 ta có nguyên lý làm việc hệ thống OFDM sau: Máy Phát Chuyển đổi nối tiếp thành song song Điều chế sóng mang IFFT Chèn khoảng bảo vệ Điều chế sóng mang cao tần khuyếch đại công suất Chèn từ đồng khung Dữ liệu nối tiếp Sửa lỗi tần số L0 Máy Thu Dữ liệu nối tiếp Chuyển đổi song song thành nối tiếp Giải điều chế sóng mang Loại bỏ khoảng bảo vệ FFT Đồng định thời Khuyếch đại công suất giải điều chế sóng mang cao tần Tách khung Hình 1.4 Sơ đồ khối thu phát OFDM Tại máy phát: Chuỗi liệu nối tiếp tốc độ cao chia thành nhiều chuỗi liệu tốc độ thấp nhờ chuyển đổi S/P Sau chuỗi liệu song song điều chế vào sóng mang đưa thực phép biến đổi fourier để tạo trực giao sóng mang Sau tạo Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 18 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an trực giao sóng mang, sóng mang đưa vào biến đổi IFFT Khối tính tốn mẫu thời gian tương ứng với kênh nhánh miền tần số Sau đó, khoảng bảo vệ chèn vào để giảm xuyên nhiễu ký tự ISI truyền kênh vô tuyến di động đa đường Cuối lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục chuyển đổi lên tần số cao để truyền kênh Trong q trình truyền, kênh có nguồn nhiễu gây ảnh hưởng nhiễu Gausian trắng cộng AWGN Tại máy thu: Tín hiệu OFDM thu từ anten chuyển xuống tần số thấp tín hiệu rời rạc đạt lọc thu Khoảng bảo vệ chuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số phép biến đổi FFT Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế sử dụng, dịch chuyển biên độ pha sóng mang nhánh cân bằng cân kênh (Channel Equalization) Các ký tự hỗn hợp thu xếp ngược trở lại giải mã Cuối cùng, ta nhận chuỗi liệu nối tiếp ban đầu b Sử dụng FFT/IFFT OFDM OFDM kỹ thuật điều chế đa sóng mang, liệu truyền song song nhờ vơ số sóng mang phụ mang bit thông tin Bằng cách ta tận dụng băng thơng tín hiệu, chống lại nhiễu ký tự,… Tuy nhiên, điều bất lợi số sóng mang cần có máy phát sóng sin, điều chế giải điều chế riêng nó, điều khơng thể chấp nhận số sóng mang phụ lớn việc thi công hệ thống Nhằm giải vấn đề này, thuật tốn IDFT/DFT có vai trị giống hàng loạt điều chế giải điều chế Giả sử tín hiệu x(n) có chiều dài N (n = 0,1,2,…, N-1) Công thức phép biến đổi DFT là: N 1 X ( k )   x ( n)e j 2kn N , k=0, 1, …, N-1 (1.3) n 0 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 19 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Công thức phép biến đổi IDFT là: x ( n)  N N 1  X ( k )e j 2kn N , k=0, 1, …, N-1 (1.4) k 0 Chuyển đổi Fourier nhanh (FFT) thuật toán giúp cho việc tính tốn DFT nhanh gọn Từ cơng thức (1.3), (1.4) ta thấy thời gian tính DFT bao gồm: + Thời gian phép nhân phức + Thời gian thực phép cộng phức + Thời gian đọc hệ số e j 2 N + Thời gian truyền số liệu Trong chủ yếu thời gian thực phép nhân phức Vì vậy, muốn giảm thời gian tính tốn DFT người ta tập trung chủ yếu vào việc giảm thời gian thực phép nhân phức Mà thời gian thực phép nhân phức tỉ lệ với số phép nhân Do để giảm thời gian tính DFT người ta phải giảm số lượng phép tính nhanh cách sử dụng thuật tốn FFT Để tính trực tiếp cần N2 phép nhân Khi tính FFT số phép nhân cịn N 2N log N Vì tốc độ tính FFT nhanh tính trực tiếp log N Ngồi FFT cịn có ưu điểm giúp tiết kiệm nhớ cách tính chỗ 1.3 Các vấn đề kỹ thuật OFDM OFDM giải pháp kỹ thuật thích hợp cho truyền dẫn vơ tuyến tốc độ cao Tuy nhiên, để đem áp dụng vào hệ thống, có ba vấn đề cần phải giải thực hệ thống sử dụng OFDM: + Ước lượng tham số kênh + Đồng sóng mang + Giảm tỷ số cơng suất tương đối cực đại PARP (Peak to Average Power Ratio) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 20 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Ước lượng tham số kênh liên quan trực tiếp đến tiêu chất lượng hệ thống OFDM dùng phương pháp giải điều chế liên kết, đồng sóng mang giảm tỷ số công suất tương đối cực đại PARP liên quan đến việc xử lý nhược điểm OFDM Ngoài ra, để nâng cao tiêu chất lượng hệ thống, người ta sử dụng mã hóa tín hiệu OFDM 1.3.1 Ước lượng tham số kênh Ước lượng tham số kênh (Channel estimation) hệ thống OFDM xác định hàm truyền đạt kênh thời gian để thực giải điều chế bên thu bên phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (Coherent modulation) Để ước lượng kênh, phương pháp phổ biến dùng tín hiệu dẫn đường (PSAM-pilot signal assisted Modulation) Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng tín hiệu bên thu biết trước pha biên độ Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu với tín hiệu pilot nguyên thủy cho biết ảnh hưởng kênh truyền dẫn đến tín hiệu phát Ước lượng kênh phân tích miền thời gian miền tần số Trong miền thời gian đáp ứng xung h(n) kênh ước lượng Trong miền tần số đáp ứng tần số H(k) kênh ước lượng Khi sử dụng PSAM có hai vấn đề quan tâm: + Lựa chọn tín hiệu Pilot: Phải đảm bảo yêu cầu chống nhiễu, hạn chế tổn hao lượng băng thông sử dụng tín hiệu Với hệ thống OFDM, việc lựa chọn tín hiệu pilot thực giản đồ thời gian – tần số, kỹ thuật OFDM cho khả lựa chọn cao so với hệ thống đơn sóng mang Việc lựa chọn tín hiệu pilot ảnh hưởng lớn đến tiêu hệ thống + Thiết kế ước lượng kênh: Phải đảm bảo độ phức tạp thiết bị đảm bảo độ xác yêu cầu Yêu cầu tốc độ thông tin cao (tức thời gian xử lý giảm) tiêu hệ thống hai yêu cầu ngược Vì vậy, thiết kế cần phải dung hòa hai yêu cầu Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 21 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 1.3.2 Đồng OFDM Đồng vấn đề quan tâm kỹ thuật OFDM có ý nghĩa định đến khả cải thiện nhược điểm OFDM Chẳng hạn, không đảm bảo đồng tần số sóng mang dẫn đến nguy tính trực giao sóng mang nhánh, khiến hệ thống OFDM ưu điểm đặc trưng nhờ trực giao Trong hệ thống OFDM, người ta xét đến ba loại đồng khác đồng ký tự (Symbol synchronization), đồng tần số sóng mang (Carrier frequency synchronization) đồng tần số lấy mẫu (Sampling frequency synchronization) a Đồng ký tự Đồng ký tự nhằm xác định xác thời điểm bắt đầu ký tự OFDM Hiện nay, với kỹ thuật sử dụng tiền tố lặp (CP) đồng ký tự thực cách dễ dàng Hai yếu tố cần ý thực đồng ký tự lỗi thời gian (Timing error) nhiễu pha sóng mang (Carrier phase noise) + Lỗi thời gian: Lỗi thời gian gây sai lệch thời điểm bắt đầu ký tự OFDM Nếu lỗi thời gian đủ nhỏ cho đáp ứng xung kênh nằm chiều dài khoảng tiền tố lặp (CP) hệ thống đảm bảo trực giao sóng mang Trong trường hợp thời gian trễ ký tự xem độ dịch pha kênh truyền độ dịch pha xác định nhờ kỹ thuật ước lượng kênh Trong trường hợp ngược lại, chiều dài CP nhỏ lỗi thời gian, đồng thời gian dựa vào tín hiệu Pilot đồng thời gian dựa vào tiền tố lặp Phương pháp đồng thời gian dựa vào tín hiệu pilot áp dụng cho hệ thống OFDM mà tín hiệu truyền kỹ thuật điều tần Trong phương pháp này, bên phát mã hóa số tín hiệu biết trước thơng tin pha biên độ sóng mang phụ Phương pháp sau điều chỉnh để sử dụng cho hệ thống OFDM mà tín hiệu truyền Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 22 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an truyền theo kỹ thuật điều biên Thuật toán đồng thời gian sử dụng tín hiệu pilot gồm bước: nhận biết công suất (Power detection), đồng thô (Coarse synchronization) đồng tinh (Fine synchronization) + Nhiễu pha sóng mang: Nhiễu pha sóng mang tượng khơng ổn định pha sóng mang không ổn định tạo dao động bên phát bên thu b Đồng tần số sóng mang Trong đồng tần số sóng mang, hai vấn đề quan tâm đến lỗi tần số (frequency error) thực ước lượng tần số + Lỗi tần số: Lỗi tần số tạo khác biệt tần số hai tạo dao động bên phát bên thu, độ dịch tần Doppler, nhiễu pha xuất kênh truyền khơng tuyến tính Hai ảnh hưởng lỗi tần số gây suy giảm biên độ tín hiệu thu (vì tín hiệu khơng lấy mẫu đỉnh sóng mang hình sin) tạo nhiễu xun kênh ICI (vì sóng mang bị tính trực giao) + Ước lượng tần số: Tương tự kỹ thuật đồng ký tự, để thực đồng tần số, sử dụng tín hiệu pilot sử dụng tiền tố lặp Trong kỹ thuật sử dụng tín hiệu pilot, số sóng mang sử dụng để truyền tín hiệu pilot (thường chuỗi giả nhiễu) Sử dụng ký tự biết trước pha biên độ giúp ta ước lượng độ quay pha lỗi tần số gây Để tăng độ xác cho ước lượng, người ta sử dụng thêm vịng khố pha (Phase Lock Loop – PPL) c Đồng tần số lấy mẫu Tại bên thu, tín hiệu liên tục theo thời gian thu lấy mẫu theo đồng hồ bên thu, xuất bất đồng đồng hồ bên phát bên thu Người ta đưa hai phương pháp để khắc phục bất đồng Phương pháp thứ sử dụng dao động điều khiển điện áp (Voltage Controlled Oscillator – VCO) Phương pháp thứ hai gọi lấy mẫu không đồng Trong phương pháp này, tần số lấy mẫu Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 23 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an giữ nguyên tín hiệu xử lý số sau lấy mẫu để đảm bảo đồng 1.3.3 Giảm PARP (Peak to Average Power Ratio) Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình hạn chế tín hiệu OFDM Khi tỷ số cao, việc sử dụng khuếch đại công suất không đạt hiệu suất cao phải dành dự trữ cơng suất để tránh nhiễu phi tuyến Như vậy, giảm PARP yêu cầu quan trọng hệ thống sử dụng OFDM PARP ký tự OFDM tỷ số giá trị lớn bình phương mẫu đơn lẻ miền thời gian với giá trị trung bình bình phương mẫu này: max X m PARP = m  ,1, ,N 1 m (1.5) X PARP biểu diễn dải biên độ mẫu tạo bên máy phát tín hiệu OFDM Nói cách khác, PARP biểu diễn khoảng cách đến gốc ký tự khơng gian tín hiệu Đối với hệ thống điều chế pha M mức (M-PSK), ký tự khơng gian tín hiệu khác pha độ lớn nên PARP = Với hệ thống dùng 16QAM, PARP = 1.8 Có hai phương pháp giảm PARP chính: + Đưa thêm số thơng tin hỗ trợ (data, mã) vào ký tự OFDM + Sử dụng xử lý khơng gian tín hiệu (QAM, DPSK) cho tín hiệu miền thời gian sau IDFT có PARP thấp 1.4 Kỹ thuật điều chế OFDM Trong hệ thống OFDM, tín hiệu đầu vào dạng bit nhị phân Do đó, điều chế OFDM q trình điều chế số lựa chọn yêu cầu hiệu suất sử dụng băng thông kênh Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 24 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Dạng điều chế qui định số bit ngõ vào M số phức dn = an + bn ngõ Các ký tự an, bn chọn {±1, ±3} cho 16 QAM {±1} cho QPSK Bảng 1.1 Các dạng điều chế OFDM M Dạng điều chế an, bn BPSK ±1 QPSK ±1 16 16 – QAM ±1, ±3 64 64 – QAM ±1, ±3, ±5, ±±7 Mơ hình điều chế sử dụng tùy vào việc dung hòa yêu cầu tốc độ truyền dẫn chất lượng truyền dẫn 1.4.1 Điều chế BPSK Trong hệ thống điều chế BPSK, cặp tín hiệu s1(t) s2(t) sử dụng để biểu diễn ký hiệu số hai “0” “1” [2] Si(t) = Eb cos[2f c t   (t )   Tb  (t )  (i  1) ; ≤ t ≤ Tb; i = 1, Hay: S1 t   Eb cos2f c t    Tb S (t )  Eb Eb cos2f c t        S1 (t )   cos2f c    Tb Tb (1.6) (1.7) Trong đó, Tb: Độ rộng tăng bit Eb: Năng lượng bit  (t): Góc pha, thay đổi theo tín hiệu điều chế  : Góc pha ban đầu có giá tri khơng đổi từ đến  khơng ảnh hưởng đến q trình phân tích nên đặt i = 1: tương ứng với symbol Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 25 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an i = 2: tương ứng với symbol Mỗi cặp sóng mang hình sin đối pha 180 gọi tín hiệu đối cực Nếu chọn hàm lượng sở là: cos(2f c t ) ; 0≤ t ≤ Tb Tb (t )  Khi đó: S1 (t )  Eb (t ) S (t )   Eb (t )  Eb S1 (1.8) Eb F S2 Hình 1.5 Biểu đồ khơng gian tín hiệu BPSK Ta biểu diễn BPSK khơng gian tín hiệu chiều (N=1) với hai điểm tin (M=2): S1  E b , S   Eb hình 1.5 Khi tín hiệu điều chế BPSK truyền qua kênh chịu tác động nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN), xác suất lỗi bit giải điều chế xác định theo cơng thức sau: Pe  Q Trong đó, Eb N0 (1.9) Eb: Năng lượng bit N0: Mật độ nhiễu trắng cộng 1.4.2 Điều chế QPSK Đây phương pháp thông dụng truyền dẫn Công thức sóng mang điều chế PSK mức sau: [2] Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 26 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an  2E  S i (t )   T cos(2t   (t )   )   0t T T t 0 (1.10) Với  pha ban đầu ta cho  (t )  (2i  1)  (1.11) Trong đó, i = 1, 2, 3, tương ứng ký tự phát “00”, “01”, “11”, “10” T = 2.Tb (Tb: Thời gian bit, T: thời gian ký tự) E: Năng lượng tín hiệu phát triển ký tự Khai triển S(t) ta được:  2E  2E    cos 2.i  1  cos2f c   sin2i  1 sin(2f c t ) (0  t  T ) (1.12) S i (t )   T 4 T  T t 0   Chọn hàm lượng trực chuẩn sau: 1 (t )    (t )  sin(2f c t ) T sin(2f c t ) T 0≤t≤T (1.13a) 0≤ t ≤ T (1.13b) Khi đó,     S i (t )  1 (t ) E sin 2i  1   2 (t ) E cos 2i  1  4 4   (1.14) Vậy, bốn tin ứng với vector xác định sau:      E sin 2i  1    S i1     Si        E cos 2i  1    S i      ( i  1, 2, 3, 4) (1.15) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 27 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Bảng 1.2 Quan hệ cặp bit điều chế tọa độ điểm tín hiệu điều chế QPSK tín hiệu khơng gian Tọa độ điểm tin Cặp bit Pha tín Điểm tín hiệu vào hiệu QPSK Si 1 00  S1 E 01 3 S2 E 11 5 S3 - E 10 7 S4 - E 2 E - E - E E Quan hệ cặp bit điều chế tọa độ điểm tín hiệu điều chế QPSK tín hiệu khơng gian cho bảng 1.2 Xem bảng ta thấy, mức “1” thay đổi vào  E , cịn mức logic “0” biến đổi vào E Vì lúc phát symbol nên luồng vào phải phân thành hai tương ứng biến đổi mức nhân với hàm trực giao tương ứng Hình 1.6 Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 28 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Ta thấy tín hiệu PSK mức đặc trưng vector tín hiệu hai chiều bốn tin hình 1.6 1.4.3 Điều chế QAM Hình 1.7 Chùm tín hiệu M – QAM Trong hệ thống PSK, thành phần đồng pha vuông pha kết hợp với tạo thành tín hiệu đường bao không đổi Tuy nhiên, loại bỏ loại thành phần đồng pha vuông pha độc lập với ta sơ đồ điều gọi điều biên cầu phương điều chế biên độ sóng mang QAM (điều chế biên độ gốc) Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế biên độ lẫn pha Điều chế QAM có ưu điểm tăng dung lượng truyền dẫn số Dạng số tổng quát điều chế QAM, 14 mức (m-QAM) xác định sau: S1 (t )  E0 E0 cos(2f c t )  bi sin(2f c t ); (0 ≤ t ≤ T) T T (1.16) Trong đó, E0 : Năng lượng tín hiệu có biên độ thấp , bi : Cặp số nguyên độc lập tùy chọn theo vị trí tin Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 29 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tín hiệu sóng mang bao gồm hai thành phần vng góc điều chế tập hợp tin tín hiệu rời rạc Vì có tên “ điều chế tín hiệu vng góc” Có thể phân tích Si(t) thành cặp hàm sở: 1 (t )   bi sin(2f c t ) T 0≤t≤T sin(2f c t ) T  (t )  0≤t≤T (1.17) 1.4.4 Mã Gray Giản đồ IQ (Inphase Quadarature) cho sơ đồ điều chế vector truyền cho tất liên hợp từ liệu Mỗi liên hợp từ liệu phải phân phối vector IQ Mã Gray phương pháp cho phân phối này, cho điểm cạnh vòm khác bit đơn Mã giúp giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit tồn giảm hội nhiều lỗi bit xảy từ lỗi symbol đơn 0,1,1,0 Imaginary 0,1,1,1 0,0,1,0 0,1,0,1 0,0,1,1 0,1,0,0 0,0,0,1 1,1,0,0 0,0,0,0 Real 1,0,0,0 1,1,0,1 1,1,1,1 1,0,0,1 1,1,1,0 1,0,1,0 1,0,1,1 Hình 1.8 Giản đồ IQ 16-PSK dùng mã Gray Mỗi vị trí IQ liên tiếp thay đổi bit đơn Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 30 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Mã Gray sử dụng cho tất sơ đồ điều chế PSK (QPSK, 8-PSK, PSK, 16PSK) QAM (16-QAM, 64QAM, 256QAM…) Bảng 1.3 Bảng mã Gray Decimal Gray Coding Decimal Gray coding 0,0,0,0 1,1,0,0 0,0,0,1 1,1,0,1 0,0,1,1 10 1,1,1,1 0,0,1,0 11 1,1,1,0 0,1,1,0 12 1,0,1,0 0,1,1,1 13 1,0,1,1 0,1,0,1 14 1,0,0,1 0,1,0,0 15 1,0,0,0 1.5 Dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM Một mục tiêu điều chế thích ứng cải thiện dung lượng Vì mục ta vào nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến dung lượng hệ thống đưa công thức để xác định chúng 1.5.1 Dung lượng kênh theo Shannon Dung lượng kênh phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu tạp âm (SNR) độ rộng băng thơng tín hiệu xác định công thức sau: C  B log (1  SNR) [bps] (1.18) Trong C dung lượng kênh cịn B băng thơng Điều chế thích ứng sử dụng để thay đổi thơng số điều chế thích ứng theo trạng thái kênh để đạt dung lượng kênh tốt thời điểm xét mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn Vì cần biết cách tính tốn dung lượng kênh theo thông số điều chế phù hợp với tình trạng kênh thời điểm xét Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 31 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 1.5.2 Dung lượng kênh cho hệ thống OFDM Ta thấy rõ mức điều chế tỷ lệ mã ảnh hưởng đến dung lượng truyền dẫn Trong hệ thống OFDM, truyền dẫn song song thời gian mở rộng định kỳ nên có nhiều thông số định dung lượng Xét cho trường hợp đơn giản với giả thiết cấu hình sóng mang giống nhau, nghĩa tất sóng mang có chung cấu hình (điều chế, mã hóa, băng thơng, cơng suất…) Lúc tốc độ bit tổng hệ thống OFDM bằng: (số bit/sóng mang con/ký hiệu) x số sóng mang Rtb = [bps] (1.19) Thời gian ký hiệu Nếu gọi Rc tỷ lệ mã, M mức điều chế, Nsub số sóng mang con, Tsym thời gian ký hiệu, B độ rộng băng tần tín hiệu thơng tin hay số liệu, TFFT thời gian FFT, khoảng cách sóng mang ∆f = 1/TFFT FSR tỷ số thời gian FFT thời gian ký hiệu OFDM , tốc độ bit tổng xác định sau: Rtb  ( Rc log (M )) N sub / Tsym  ( Rc log (M ))(B / f ) / Tsym  ( Rc log (M )) B(TFFT / Tsym )  ( Rc log (M )) B.FSR (1.20) Từ công thức (1.20) cho thấy, sóng mang hay nhóm sóng mang con, bốn thơng số định tốc độ bit tỷ lệ mã, mức điều chế, độ rộng băng FSR Trong hệ thống OFDM ta thay đổi thơng số để đạt tốc độ bit tốt đảm bảo QoS cho hoàn cảnh cụ thể kênh thời điểm xét 1.6 Các đặc tính OFDM 1.6.1 Ưu điểm Làm giảm can nhiễu kí tự ISI xuyên nhiễu sóng mang ICI nhờ kỹ thuật giảm tốc độ tín hiệu S/P, chèn bit bảo vệ, sóng mang phụ trực giao Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 32 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an OFDM tăng hiệu suất sử dụng cách cho phép chồng lấp sóng mang Các hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hệ thống sóng mang đơn nhờ việc chia kênh thông tin thành nhiều kênh fading phằng băng hẹp OFDM bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu so với hệ thống đơn sóng mang Sử dụng thuật tốn FFT IFFT làm cho điều chế tín hiệu đơn giản, hiệu ADC, DAC đơn giản OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung nhiễu xuyên kết hợp 1.6.2 Nhược điểm OFDM dễ bị ảnh hưởng dịch tần pha so với hệ thống đơn sóng mang Vấn đề đồng tần số hệ thống OFDM phức tạp hệ thống đơn sóng mang Tần số sóng mang gây nhiễu cho sóng mang trực giao gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động giải điều chế cách trầm trọng Vì vậy, đồng tần số nhiệm vụ quan trọng thu OFDM Hệ thống OFDM tạo tín hiệu nhiều sóng mang, dải động tín hiệu lớn nên công suất tương đối cực đại PARP lớn, hạn chế hoạt động khuếch đại công suất 1.7 Các đặc tính kênh truyền vơ tuyến 1.7.1 Đặc tính kênh truyền vô tuyến hệ thống OFDM a Sự suy giảm tín hiệu Sự suy giảm tín hiệu suy hao mức cơng suất tín hiệu truyền từ điểm đến điểm khác Điều đường truyền dài, chướng ngại vật hiệu ứng đa đường Để giải vấn đề này, phía phát thường đưa lên cao nhằm giảm tối thiểu số lượng vật cản tối thiểu Các vùng tạo bóng thường rộng, tốc độ thay đổi cơng suất tín hiệu chậm Vì thế, cịn gọi fading chậm Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 33 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an b Fading lựa chọn tần số Trong truyền dẫn vô tuyến, đáp ứng phổ khơng phẳng có sóng mang phản xạ đến đầu vào máy thu Sự phản xạ dẫn đến tín hiệu đa đường cơng suất tín hiệu tương tự tín hiệu trực tiếp gây suy giảm cơng suất tín hiệu thu nhiễu Tồn tín hiệu bị đường truyền băng hẹp khơng có đáp ứng tần số xảy kênh truyền c Rayleigh fading Trong đường truyền vơ tuyến, tín hiệu RF từ máy phát bị phản xạ từ vật cản đồi, nhà cửa, xe cộ…sinh nhiều đường tín hiệu đến máy thu (hiệu ứng đa đường) dẫn đến lệch pha tín hiệu đến máy thu làm cho biên độ tín hiệu thu bị suy giảm Trong mơi trường đa đường, tín hiệu thu suy giảm theo khoảng cách thay đổi pha thành phần đa đường (thay đổi pha thành phần tín hiệu đến máy thu vào thời điểm khác đến trễ lan truyền Trễ lan truyền gây xoay pha tín hiệu) Hình 1.9 Các tín hiệu đa đường Fading Rayleigh gây giao thoa (tăng giảm) kết hợp sóng thu Khi thu di chuyển không gian, pha thành phần đa đường khác thay đổi gây giao thoa thay đổi, từ dẫn đến suy hao cơng suất tín hiệu thu Phân bố Rayleigh thường Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 34 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an sử dụng để mô tả trạng thái thay đổi theo thời gian công suất tín hiệu nhận d Tạp âm trắng Gaussian Tạp âm trắng Gaussian có mật độ phổ cơng suất đồng băng thông tuân theo phân bố Gaussian Theo phương thức tác động nhiễu Gaussian nhiễu cộng Nhiễu nhiệt sinh chuyển động nhiệt hạt mang điện gây loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn Đặc biệt, hệ thống OFDM, số sóng mang phụ lớn hầu hết thành phần nhiễu khác coi nhiễu Gaussian trắng cộng tác động kênh xét kênh riêng lẻ đặc điểm loại nhiễu thỏa mãn điều kiện nhiễu Gaussian trắng cộng e Trải trễ Tín hiệu vơ tuyến thu từ máy phát bao gồm tín hiệu trực tiếp tín hiệu phản xạ từ vật cản tòa nhà, đồi núi…Tín hiệu phản xạ đến máy thu chậm so với tín hiệu trực tiếp chiều dài truyền lớn Trải trễ thời gian trễ tín hiệu thẳng tín hiệu phản xạ cuối đến đầu vào máy thu Trong thông tin vô tuyến, trải trễ gây nên nhiễu xuyên ký tự ISI, điều tín hiệu sau trải trễ chồng lấn đến ký tự lân cận Nhiễu xuyên ký tự tăng tốc độ tín hiệu tăng Điểm bắt đầu hiệu ứng tăng đáng kể trải trễ lớn khoảng 50% chu kỳ bit Trong kỹ thuật OFDM, tốc độ tín hiệu giảm sau qua S/P làm cho chu kỳ tín hiệu tăng Từ làm giảm nhiễu ISI trải trễ f Dịch Doppler Khi phát thu chuyển động tương tần số tín hiệu phía thu khơng giống phía phát Nghĩa chúng di chuyển chiều tần số nhận lớn tần số tín hiệu phát, ngược lại chúng di Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 35 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an chuyển xa tần số tín hiệu thu giảm xuống Hiệu ứng gọi hiệu ứng Doppler 1.7.2 Khoảng bảo vệ Thành phần ISI việc truyền tín hiệu OFDM bị sai điều kiện q trình xử lý tín hiệu, máy thu không thu nhận thông tin symbol truyền Điều có nghĩa máy thu cần khoảng thời gian có độ dài xác định thời gian symbol có ích để xác định symbol OFDM Khoảng thời gian gọi Orthogonality Interval OFDM kỹ thuật có khả giải cách hiệu vấn đề trải trễ đa đường (Multpath delay speard) Bằng cách chia luồng liệu thành N luồng song song điều chế sóng mang phụ, chu kỳ symbol tăng lên N lần, làm giảm tỷ lệ trải trễ đa đường với chu kỳ symbol xuống N lần Tuy nhiên, để loại bỏ ISI cách gần triệt để, khoảng thời gian bảo vệ chèn thêm vào trước symbol Dải bảo vệ symbol phần symbol đó, phần đầu phần cuối hai phần symbol Chèn thêm khoảng bảo vệ làm thời gian truyền symbol tăng lên, làm tăng khả chịu ISI Mặt khác, sóng mang mang phần tin tức symbol, dùng phần symbol làm dải bảo vệ tạo cho việc truyền dẫn liên tục, khơng có ngắt qng symbol Dải bảo vệ cho phép giảm lỗi xê dịch thời gian máy thu 1.7.3 Giới hạn băng thơng OFDM Tín hiệu OFDM miền thời gian tập hợp nhóm sóng mang dạng sin điều chế Mỗi sóng mang đặt cửa sổ thời gian hình chữ nhật Cửa sổ đặt giới hạn cho OFDM symbol định đáp ứng tần số tín hiệu OFDM tạo Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 36 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an a Lọc băng thông Lọc băng thơng sử dụng tín hiệu biến đổi từ miền tần số thành dạng sóng tương tự ngược lại để ngăn ngừa chồng phổ Trong OFDM, lọc băng thông để loại bỏ hiệu số búp sóng OFDM Giá trị loại bỏ búp sóng phụ vào dạng lọc sử dụng Hình 1.10 Đáp ứng tần số tín hiệu OFDM khơng qua lọc Các lọc số cho độ xác, độ dốc đặc tuyến lọc tính thích nghi cao lọc tương tự Do đó, hệ thống OFDM sử dụng lọc số hiệu việc hạn chế dãy tín hiệu Hình 1.11 Đáp ứng tần số tín hiệu OFDM sử dụng lọc FIR với chiều dài cửa sổ Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 37 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 1.10 biểu diễn đáp tuyến tần số OFDM không lọc Hình 1.11 biểu diễn tín hiệu OFDM lọc băng thơng Ở tín hiệu lọc đáp tuyến xung hữu hạn FIR dùng phương pháp cửa sổ để tổng hợp Trong thực tế lọc lọc bỏ hồn tồn búp sóng phụ, tính tốn lọc phức tạp, thực đắt làm giảm tỷ số tín hiệu nhiễu hiệu dụng SNR hệ thống Việc lọc tín hiệu cắt bỏ phần đáng kể lượng sóng mang phía ngồi, làm méo dạng sóng mang gây can nhiễu sóng mang ICI Bộ lọc có dạng dốc đứng cho phép tách biệt khối OFDM để đặt chúng gần miền tần số cải thiện hiệu phổ, nhiên làm giảm tỷ số SNR hiệu dụng b Độ phức tạp tính lọc băng thơng FIR Việc dùng lọc băng thơng số phương pháp hiệu để loại bỏ búp sóng bên tín hiệu OFDM tạo Để thực lọc băng thông FIR số tạp cần thiết tương ứng với:  W t IFFT Ft  Ntaps = ceil     (1.17) Trong đó, Ntaps: Số tạp lọc Wt: Độ rộng độ hàm cửa sổ dùng để tạo lọc FIR IFFT: Kích thước FFT sử dụng để tạo tín hiệu Ft: Độ rộng độ lọc chuẩn hóa cho khoảng cách tải phụ Ceil: Phép làm trịn phía lớn Ví dụ để tạo tín hiệu cần lọc với lọc 24 tap Điều tính từ đặc điểm kỹ thuật tín hiệu Tín hiệu tạo dùng kích thước IFFT 64, IFFT = 64 Hàm cửa sổ Kaiser với độ rộng độ sử dụng, Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 38 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an dẫn đến suy giảm dải chắn (stop band) 89dB Cơng suất búp sóng bên tín hiệu OFDM khơng lọc -20dB sau lọc -109dB Độ rộng độ hàm cửa sổ sử dụng 3.0 nên số tap cần thiết là: 3.0  64  Ntaps = ceil    24   (1.18) Mỗi tap lọc FIR u cầu hai thuật tốn nhân tích lũy MAC (Multiply And Accumulate) kết mẫu phức Và tần số lấy mẫu 20 MHz số phép tính là: 20 x 106 x 24 x = 960 triệu MAC Trong ứng dụng mà số tap cần thiết lọc lớn (>100), việc thực lọc FIR nhờ dùng FFT hiệu c Ảnh hưởng lọc băng thông tới tiêu kỹ thuật OFDM Trong thời gian symbol có dạng hình chữ nhật, tương ứng với suy giảm dạng sin miền tần số Nếu dùng lọc băng thơng đến tín hiệu OFDM tín hiệu có dạng hình chữ nhật miền tần số, làm cho dạng sóng miền thời gian có suy giảm dạng sinc symbol Điều cho ISI làm giảm tiêu kỹ thuật Có thể loại bỏ ISI việc lọc gây cách dùng khoảng bảo vệ có độ dài, việc chọn offset thời gian để đồng khoảng bảo vệ Do đó, hầu hết lượng ISI bị loại bỏ d Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng Một phương pháp đơn giản để loại bỏ búp sóng phụ đặt dải bảo vệ cho tín hiệu OFDM, giảm biên độ symbol dần trước chuyển sang symbol khác Điều tạo chuyển đổi mềm dẻo symbol, giảm lượng búp sóng phụ Hình 1.12 biểu diễn cấu trúc OFDM symbol chèn dải bảo vệ dạng cos nâng Dải bảo vệ cos nâng symbol chồng lên mà gây lượng ISI không đáng kể, máy thu không nhận biết Ưu điểm Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 39 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an việc chồng phổ cho phép tăng gấp đôi chiều dài dải bảo vệ mà không làm tăng thêm yêu cầu dải thông cho symbol Hình 1.12 Cấu trúc symbol sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 40 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Chương KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP KÊNH TRUYỀN ĐA SÓNG MANG PHÂN CHIA THEO MÃ (MC - CDMA) 2.1 Giới thiệu chương Trong hệ thống thông tin vô tuyến nào, dải băng tần cho phép sử dụng ln bị giới hạn Vì vậy, việc chia sẻ kênh truyền để nhiều người sử dụng đồng thời nhu cầu cấp thiết Các kỹ thuật đa truy nhập đời từ Kỹ thuật FDMA đời sau đến kỹ thuật TDMA ngày nay, kỹ thuật CDMA đời, dựa nguyên lý trải phổ sử dụng rộng rãi cho thông tin vô tuyến toàn giới CDMA chứng tỏ khả vượt trội so với kỹ thuật analog digital khác Vì thế, chương giới thiệu nguyên lý CDMA, ba kỹ thuật trải phổ CDMA, máy thu phân tập đa đường Rake số đặc điểm kỹ thuật đa truy nhập kênh truyền đa sóng mang phân chia theo mã MC-CDMA như: nguyên lý hoạt động, máy phát máy thu, ưu nhược điểm hệ thống thông tin di động dùng kỹ thuật MC – CDMA 2.2 Giới thiệu kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã 2.2.1 Kỹ thuật trải phổ Kỹ thuật trải phổ đời từ nhu cầu bảo mật thơng tin qn Mục đích kỹ thuật trải phổ làm cho tín hiệu phát giống tạp âm máy thu không mong muốn, làm cho máy thu khó khăn việc tách lấy tin Để biến đổi tin thành tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng mã ngẫu nhiên để mã hóa tin Tuy nhiên, máy thu chủ định phải biết mã để tạo mã cách xác, đồng với mã phát lấy tin Vì vậy, ta phải sử dụng mã “giả” ngẫu nhiên Mã phải thiết kế để có độ rộng băng tần lớn nhiều so với độ rộng băng tần tin Bản tin mã hóa cho tín hiệu sau mã hóa có độ rộng phổ gần độ rộng phổ tín hiệu giả ngẫu nhiên Q trình gọi “quá trình trải phổ” Ở máy thu thực Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 41 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an trình nén phổ tín hiệu thu để trả lại độ rộng phổ độ rộng phổ ban đầu tin Một hệ thống thông tin xem trải phổ thỏa điều kiện: băng thơng tín hiệu trải phổ lớn nhiều so với băng thơng tín hiệu thơng tin mã dùng để trải phổ độc lập với tín hiệu thơng tin Kỹ thuật trải phổ có số ưu điểm: + Khả đa truy nhập: Cho phép nhiều user hoạt động dải tần, khoảng thời gian mà máy thu tách riêng tín hiệu cần thu Đó user cấp mã trải phổ riêng biệt, máy thu nhận tín hiệu từ nhiều user, tiến hành giải mã tách tín hiệu mong muốn + Tính bảo mật thông tin cao: Mật độ phổ công suất tín hiệu trải phổ thấp, gần mức nhiễu Do đó, máy thu khơng mong muốn khó phát tồn tin tức truyền nhiễu Chỉ máy thu biết xác quy luật chuỗi giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng thu nhận tin tức + Bảo vệ chống nhiễu đa đường: Nhiễu đa đường kết phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ… tín hiệu kênh truyền vơ tuyến Các tín hiệu truyền theo đường khác tín hiệu phát bị suy hao biên độ bị trễ so với tín hiệu truyền thẳng Vì vậy, tín hiệu thu máy thu bị sai lệch khơng giống tín hiệu phát Sử dụng kỹ thuật trải phổ tránh nhiễu đa đường tín hiệu trải phổ sử dụng tốt tính chất tự tương quan Các kỹ thuật trải phổ bao gồm ba phương pháp sau: + Kỹ thuật trải phổ cách phân tán phổ trực tiếp (DS-SS): Thực trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao nhiều so với tốc độ bit + Kỹ thuật trải phổ phương pháp nhảy tần số (FHSS): Hệ thống FHSS thực trải phổ cách nhảy tần số mang tập tần số Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 42 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên Tần số khoảng thời gian chip Tc cố định khơng đổi Tốc độ nhảy tần thực nhanh chậm, hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực tốc độ cao tốc độ bit tin, hệ thống nhảy tần thấp ngược lại + Kỹ thuật trải phổ phương pháp nhảy thời gian (THSS): Thực trải phổ cách nén khối bit số liệu phát ngắt quảng hay nhiều khe thời gian Mẫu nhảy tần thời gian xác định khe thời gian sử dụng để truyền dẫn khung a Kỹ thuật trải phổ cách phân tán phổ trực tiếp (DS-SS) Nguyên lý bản: Máy phát d(t) Bộ tạo mã PN c(t) Máy thu Bộ điều chế băng rộng Bộ giải điều chế liệu Bộ tạo sóng mang Bộ tạo sóng mang dr(t) Bộ tạo mã PN cr(t) Hình 2.1: Sơ đồ khối điều chế khối giải điều chế DS – SS Tín hiệu cần truyền biểu diễn dạng lưỡng cực, sau nhân trực tiếp với chuỗi mã giả ngẫu nhiên Ở máy thu, tín hiệu thu nhân với chuỗi trải phổ lần để tạo lại tín hiệu tin tức Tín hiệu cần truyền d(t), có dạng NRZ với d(t) =  1, tốc độ bit fb Thực nhân d(t) với chuỗi giả ngẫu nhiên c(t) có tốc độ bit f c với fc >>fb Như vậy:  c(t ), d (t )  1  c(t ), d (t )  1 d(t).c(t) =  (2.1) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 43 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Vì tốc độ bit fc chuỗi giả ngẫu nhiên lớn nhiều so với tốc độ bit fb chuỗi tín hiệu truyền đi, nên tín hiệu d(t) bị chia nhỏ với tần số cao Tần số gọi tốc độ chip Sau đó, chuỗi tích số d(t).c(t) điều chế BPSK QPSK Giả sử ta dùng điều chế BPSK, tín hiệu sau điều chế có biểu thức: VDS-SS(t) = 2PS d (t ).c(t ).cos w0t (2.2) Trong đó, PS: cơng suất phát [W] w0: tần số sóng mang [rad/s] Nếu so sánh (2.2) với biểu thức BPSK: VBPSK(t) = 2PS d (t ).cos w0t (2.3) Ta nhận thấy: Với công suất phát PS, chuỗi số d(t).c(t) có tốc độ chip fc chiếm dải phổ tần rộng nhiều so với tín hiệu VBPSK có tốc độ bit fb, vậy, mật độ phổ cơng suất tín hiệu trải phổ VDS-SS thấp nhiều so với mật độ phổ cơng suất tín hiệu khơng trải phổ V BPSK Nếu fc đủ lớn, mật độ thấp xen lẫn với mức nhiễu nên khiến cho máy thu thơng thường khó khăn việc tách lấy tín hiệu tin tức Tại máy thu, tín hiệu VDS-SS nhân với tín hiệu giả ngẫu nhiên cr(t) tái tạo máy thu, giải điều chế BPSK để thu lại tín hiệu tin tức ban đầu Hình 2.2 Phổ tín hiệu trước sau trải phổ Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 44 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Ưu điểm: + Có khả thực đa truy cập mà không cần đồng máy phát + Việc tạo tín hiệu mã hóa tương đối đơn giản cần sử dụng nhân + Việc tổng hợp tần số đơn giản cần tạo sóng mang Khuyết điểm: + Cặp máy phát - máy thu phải đồng chip Để thu đúng, sai số đồng phải nhỏ khoảng Tchip + Các máy phát gần máy thu gây nhiễu làm sai lệch tín hiệu từ máy phát xa (hiệu ứng gần - xa) b Kỹ thuật trải phổ phương pháp nhảy tần số (FH – SS) Kỹ thuật FH – SS phát triển dựa điều chế BFSK Trong đó, tần số sóng mang thay đổi liên tục theo quy luật giả ngẫu nhiên (dựa chuỗi mã ngẫu nhiên sử dụng), nhờ mà phổ tín hiệu FH – SS trải rộng trục tần số Máy phát Máy thu d(t) Điều chế băng gốc Trộn, biến đổi tần lên Bộ tạo mã PN c(t) Tổng hợp tần số Trộn, biến đổi tần xuống Tổng hợp tần số Giải điều dr(t) chế liệu Đồng Bộ tạo mã PN cr(t) Hình 2.3 Sơ đồ khối tạo khối thu tín hiệu FH – SS Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 45 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Ứng với tần số sóng mang, dải tần số tín hiệu BFSK B, với tín hiệu FH – SS dùng L (L = N-1, với N chiều dài chuỗi mã) trạng thái nhảy tần, phổ tần tín hiệu FH – SS trải rộng đến B FH = B x L hình 2.4 Tín hiệu FH – SS tạo mạch tổng hợp tần số điều khiển N+1 bit, bao gồm N bits từ mã giả ngẫu nhiên bit số d(t) tín hiệu thơng tin cần truyền Hình 2.4 Phổ tín hiệu FH - SS Ưu điểm: + Dễ đồng trải phổ chuỗi trực tiếp hệ thống trải phổ nhảy tần số chấp nhận sai số đồng khoảng thời gian TH>>Tchip hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp + Xác suất nhiều user truyền tần số thời điểm nhỏ tránh hiệu ứng gần – xa user gần trạm gốc xa trạm gốc phát tần số khác + Hệ thống trải phổ nhảy tần sử dụng băng thơng rộng nên khả triệt nhiễu băng hẹp tốt hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Nhược điểm: + Cần tạo tổng hợp tần số phức tạp + Sự thay đổi đột ngột tần số tín hiệu nhảy tần dẫn đến việc tăng băng tần sử dụng c Kỹ thuật trải phổ phương pháp nhảy thời gian (TH – SS) Trục thời gian chia thành khung (frame) Mỗi khung lại chia thành k khe thời gian (slot) Trong khung, tùy theo mã user Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 46 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an mà sử dụng k khe thời gian khung Tín hiệu truyền khe có tốc độ gấp k lần so với tín hiệu truyền tồn khung tần số cần thiết để truyền tăng gấp k lần Máy phát Máy thu Buffer Buffer Bộ điều chế liệu d(t) slow in Bộ giải điều chế liệu fast in fast out dr(t ) slow out Bộ tạo mã PN c(t) Bộ tạo sóng mang Bộ tạo sóng mang Bộ tạo mã PN cr(t) Hình 2.5 Sơ đồ khối tạo khối thu tín hiệu TH – SS Ưu điểm: + Dễ thực so với kỹ thuật FH – SS không cần tạo tổng hợp tần số phức tạp + Hiệu sử dụng băng tần cao nhiều so với việc sử dụng kỹ thuật TDM + Tránh hiệu ứng gần – xa thời gian mà user truyền độc lập, user gần trạm gốc không gây ảnh hưởng đến user xa Khuyết điểm: + Trải phổ nhảy thời gian hình thức nén tín hiệu miền thời gian Chính vậy, độ rộng bit giảm, tốc độ bit tăng địi hỏi kênh truyền phải truyền tín hiệu tốc độ cao + Cần thực đồng tốt máy phát máy thu 2.2.2 Các mã trải phổ Mã dùng để trải phổ chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên Tín hiệu ngẫu nhiên tín hiệu mà ta khơng thể dự đốn trước thay đổi theo thời gian để biểu diễn tín hiệu người ta dựa vào lý thuyết xác suất thống Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 47 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an kê Với tín hiệu giả ngẫu nhiên khơng hồn tồn ngẫu nhiên Có nghĩa, với th bao khơng ngẫu nhiên, tín hiệu dự đốn trước phía phát phía thu với th bao khác ngẫu nhiên Nó hồn tồn độc lập với tín hiệu, khơng phải tín hiệu có tính chất thống kê tín hiệu nhiễu trắng Các mã trải phổ mã giả tạp âm PN mã tạo từ hàm trực giao a Chuỗi giả ngẫu nhiên PN (Pseudo – random Noise) Các tín hiệu trải phổ băng rộng tựa tạp âm tạo cách sử dụng chuỗi mã giả tạp âm (PN) hay giả ngẫu nhiên Loại quan trọng chuỗi ngẫu nhiên chuỗi ghi dịch số hai độ dài cực đại hay chuỗi m Các chuỗi số hai m tạo cách sử dụng ghi có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR: Linear Feedback Shift Register) mạch cổng loại trừ (XOR) Một chuỗi ghi hồi tiếp dịch tuyến xác định đa thức tạo mã tuyến tính g(x) bậc m>0 [6]: g(x) = gmxm + gm-1xm-1 + … + g1x +g0 (2.4) Đối với chuỗi số hai (có giá trị {0, 1}), g i hay gm = g0 = Đặt g(x) = ta hồi quy sau [6]: = g1x + g2x2 + …+ gm-2xm-2 + gm-1xm-1 +xm (2.5) Vì -1 = 1(mod 2) Với “xk” thể đơn vị trễ, phương trình hồi quy xác định kết nối hồi tiếp mạch ghi dịch số hai hình 2.6 Lưu ý cổng loại trừ (XOR) thực phép cộng mod2 g1 g2 g3 gm-1 Ci X0 Cm-i Si(1) X1 Si(2) X2 Si(3) X3 Xm-1 Si(m) Xm 0→ +1 1→ - Đến điều chế Hình 2.6 Mạch ghi dịch để tạo chuỗi PN Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 48 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Nếu gi = khóa tương ứng mạch đóng, ngược lại gi ≠ 1, khóa hở Để thực điều chế BPSK tiếp theo, đầu mạch ghi dịch phải biến đổi vào vào -1 Thanh ghi dịch mạch số hai trạng thái hữu hạn có m phần tử nhớ Vì số trạng thái khác cực đại 2m – chu kỳ cực đại chuỗi c = (c0, c1, c2, …) Xét hình vẽ 2.6, giả sử s i(j) biểu thị giá trị phần tử nhớ j ghi dịch xung đồng hồ i Trạng thái ghi xung đồng hồ i vectơ độ dài hữu hạn s i = {si(1), si(2), …, si(m)} Đầu xung đồng hồ i ci-m = si(m) Thay ci vào biểu thức (2.5) ta điều kiện hồi quy chuỗi ra: ci = g1ci-1 + g2ci-2 + … + gm-1ci-m+1 + ci-m (mod 2) (2.6) b Chuỗi Gold Các chuỗi PN có thuộc tính trực giao tốt chuỗi m gọi chuỗi Gold Tập n chuỗi Gold rút từ cặp chuỗi m ưa chuộng có độ dài N = 2m-1 cách cộng modul -2 chuỗi m thứ với phiên dịch vòng chuỗi m thứ hai Kết hợp với hai chuỗi m ta họ N+2 mã Gold Các mã Gild có hàm tương quan chéo ba trị {-1, -t(m), t(m)-2} hàm tương quan bốn trị {2m-1, -1, t(m), -t(m)} : t(m) = 2(m+1)/2 + 1; với m lẻ (2.7) 2(m+2)/2 + 1; với m chẵn Lưu ý: Khi tính tốn giá trị tương quan trước hết phải chuyển đổi giá trị vào +1 -1 Tập hợp chuỗi Gold bao gồm cặp chuỗi – m ưa chuộng x y tổng mod x với dịch vòng y Chẳng hạn tập hợp chuỗi Gold là: SGold = {x, y, x  y, x  T-1y, x  T-2y, …, x  T-(N-1)y} (2.8) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 49 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Trong T-1y = {y1, y2, y3,…, yN-1, y0} dịch vòng trái y Đại lượng tương quan cực đại cho hai chuỗi Gold tập số t(m) Tỷ số t(m)/N ≈ –m/2 tiến tới theo hàm mũ m tiến tới vô hạn Điều cho thấy chuỗi Gold dài thực chuỗi trải phổ tốt hệ thống đa truy nhập c Chuỗi Hadamarh Walsh Các hàm trực giao sử dụng để cải thiện hiệu suất băng tần hệ thống SS Trong hệ thống thông tin di động CDMA người sử dụng phần tử tập hàm trực giao để trải phổ Khi đó, hiệu suất sử dụng băng tần hệ thống lớn so với trải phổ mã tạo ghi dịch Hàm Walsh chuỗi Hadmard tạo nên tập hàm trực giao sử dụng cho CDMA Ở CDMA hàm Walsh sử dụng theo hai cách: mã trải phổ để tạo ký hiệu trực giao Các hàm Walsh tạo ma trận vuông đặc biệt gọi ma trận Hadamard Các ma trận chưa hàng tồn số “0” hàng cịn lại có số “1” số “0” Hàm Walsh cấu trúc cho độ dài khối N = 2j j số nguyên dương Các tổ hợp mã hàng ma trận hàm trực giao xác định theo ma trận Hadamard sau: 0 0 H1 = 0, H2 = 0 , H4 = 1 0 1 , H2N = HN HN HN HN 1 Trong đó: N = 2j, j số nguyên dương H N đảo số hai HN d Chuỗi Golay bù Các bù Golay trực giao nhận cách hồi quy sau đây: C N / CN =  C N / C N /2  m  ,  N = , m ≥ 1, C1 =  C N /2  (2.9) Trong ma trận bù C N nhận đảo ma trận CN gốc Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 50 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 2.2.3 Nguyên lý kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Trong hệ thống CDMA, user gán cho chuỗi mã dùng để mã hóa tín hiệu mang thơng tin, tất user sử dụng chung khoảng băng tần khoảng thời gian Do CDMA dựa nguyên lý trải phổ, trạm phát sử dụng chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên tác động vào tín hiệu tin tức Khi máy thu nhận tín hiệu từ nhiều trạm phát khác nhau, lấy tín hiệu mong muốn cách giải mã tín hiệu chuỗi mã riêng tín hiệu (hình 2.7) Hình 2.7 Quá trình trải phổ nén phổ kỹ thuật CDMA Ta có kết tính tự tương quan tương quan chéo chuỗi mã trải phổ Trong hình 2.7, máy thu mong muốn nhận tín hiệu tin tức từ người dùng A nên sử dụng chuỗi mã dành riêng cho A để giải mã Khi đó, tín hiệu nhận từ người dùng không mong muốn (B, C) trở thành nhiễu tín hiệu từ A (do tính tương quan chéo thấp), từ ta thu tín hiệu từ A cách dễ dàng 2.2.4 Máy thu phân tập đa đường RAKE Fading đa đường kênh vô tuyến dẫn đến tán thời chọn lọc tần số làm hỏng tín hiệu thu Để đánh giá tượng tán thời đường truyền vô Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 51 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an tuyến, người ta phát xung hẹp (xung kim) đo đáp ứng xung phía thu Đáp ứng tranh thể phụ thuộc công suất đường truyền khác đến máy thu vào thời gian trễ đường truyền Đáp ứng gọi lý lịch trễ cơng suất [7] Hình 2.8 Truyền sóng đa đường lý lịch trễ cơng suất Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên phát CDMA có thuộc tính phiên dịch thời phía thu khơng tương quan Như vậy, tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu theo nhiều đường khác (thời gian trễ khác nhau) phân giải vào tín hiệu fading khác cách lấy tương quan tín hiệu thu chứa nhiều phiên dịch thời chuỗi giả ngẫu nhiên Máy thu sử dụng nguyên lý gọi máy thu phân tập đa đường hay máy thu RAKE Nguyên lý hoạt động máy thu RAKE Tín hiệu tin tức sau trải phổ điều chế truyền qua kênh truyền vơ tuyến đa đường Sau đó, tín hiệu đa đường giải điều chế thu máy thu RAKE Trên hình 2.9, khối Multipath Channel với trễ suy hao mô tả vật cản trở kênh truyền vơ tuyến Do đó, tín hiệu đến máy thu RAKE tín hiệu đến từ nhiều đường khác nhau, tín hiệu tin tức Một máy thu RAKE lý tưởng có nhánh (finger) cho thành phần tín hiệu đa đường Tuy nhiên, thực tế, máy thu RAKE Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 52 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an thu số thành phần đa đường đến máy thu Mỗi thành phần lấy tương quan với mã trải, đồng thời gian trễ, nhân với trọng số tương ứng kết hợp lại Bằng cách tính tốn trọng số cách hợp lý, máy thu RAKE khắc phục tốt hiệu ứng đa đường Multipath channel  modulator Code generator τ1 a1 τ2 a2 τ3 a3 c(t-τ1) RAKE receiver  a ’1 Σ c(t-τ2) demodulator  a’2 Σ c(t-τ3)  a’3 Hình 2.9 Máy thu phân tập đa đường RAKE 2.2.5 Giới thiệu hệ thống DS – CDMA (Direct Spread – Code Division Multiple Access) Hệ thống DS – CDMA dựa kỹ thuật trải phổ cách phân tán phổ trực tiếp lý thuyết kỹ thuật CDMA Mơ hình đơn giản hệ thống trải phổ gồm K người sử dụng chung băng tần với tần số sóng mang fc điều chế BPSK cho hình 2.10 Mơ hình xét hình 2.10 gồm K máy phát thu ký hiệu Txk Rxk tương ứng với k = 1,2,…K Vì cấu trúc chúng giống nên ta vẽ chi tiết cho khối (Tx1 Rx1), khối lại vẽ dạng hộp đen với thông số riêng cho khác khối như: b k(t) thể chuỗi bít phát, ck(t) thể mã trải phổ bˆk (t ) thể chuỗi bit thu Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 53 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tín hiệu đầu vào máy phát k luồng thông tin người sử dụng bˆk (t ) có tốc độ bít Rb=1/Tb Đây tín hiệu số hai ngẫu nhiên đơn cực với hai mức giá trị {0,1} đồng xác suất biểu diễn sau: bk (t )   b P i   i Tb (t  iTb ) (2.10) P(t) hàm xung vng đơn vị xác định sau: PTb(t)= ≤ t ≤ Tb khác (2.11) bi = {0,1} với xuất đồng xác suất Sau chuyển đổi mức ta luồng bít ngẫu nhiên lưỡng cực d(t) với hai mức {+1,-1} đồng xác suất biểu diễn sau:  d k (t )   d P (t  iT ) i Tb b (2.12) i   Trong đó, di = {+1,-1} với xuất +1 -1 đồng xác suất Hình 2.10 Mơ hình đơn giản hệ thống DSSS gồm K người sử dụng chung băng tần với sóng mang fc điều chế BPSK Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 54 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Sau luồng bít lưỡng cực đưa lên trải phổ cách nhân với mã trải phổ gọi mã giả tạp âm với tốc độ gọi tốc độ chíp R c = 1/Tc Các mã có chu kỳ Tb thông thường Tb = NTc với N lớn Tb Tb  k = j k ≠ j c k (t )c j (t )dt  (2.13) Để máy thu phân biệt mã trải phổ, mã phải mã trực giao chu kỳ Tb thoả mãn điều kiện 2.13 tích hai mã trực giao tích mã trực giao tập mã trực giao tích hai mã khác nhau: k = j ci(t) k ≠ j ck(t).cj(t) = (2.14) Mã trải phổ chuỗi chíp nhận giá trị {+1,-1} gần đồng xác suất N lớn biểu diễn sau:  c k (t )   c P (t  iT ) i Tc c (2.15) i   Trong đó, ci = {+1,-1}: chuỗi xung nhận hai giá trị +1 -1 xung gọi chíp Tc : độ rộng chíp Pc(t): hàm xung vuông xác định sau: PTc(t)= ≤ t ≤ Tc khác (2.16) Sau trải phổ tín hiệu số có tốc độ chíp Rc đưa lên điều chế BPSK cách nhân với sóng mang: Eb cos(2f c t) để tín hiệu phát Tb khơng gian sau: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 55 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Eb d k (t )ck (t )cos(2f c t) Tb s(t )  ≤ t ≤ Tb (2.17) Trong đó, Eb lượng bít, Tb độ rộng bít fc tần số sóng mang Bây xét trình xảy máy thu Để đơn giản ta giả sử máy thu đồng sóng mang mã trải phổ với máy phát, nghĩa tần số, pha sóng mang mã trải phổ máy thu giống máy phát Ngoài bỏ qua tạp âm nhiệt đường truyền xét nhiễu K-1 người sử dụng hệ thống, giả sử công suất tín hiệu thu máy thu k K người sử dụng để đơn giản ta bỏ qua trễ truyền sóng, tín hiệu thu sau: K r (t )   J 1 Ebr d j (t )c j (t )cos(2f c t) Tb (2.18) Trong đó, Ebr = Eb/Lp lượng bit thu, Lp suy hao đường truyền Tín hiệu thu đưa lên phần đầu trình giải điều chế để nhân với cos(2f c t) , sau đưa lên giải trải phổ kết cho ta: Tb Ebr  u (t )  Tb    K  K d j (t )c j (t )c k (t )  j 1 j 1  d j (t )c j (t )ck (t )cos(4fct)    (2.19) Sau tích phân thành phần thứ hai (2.18) thành phần cao tần bị loại bỏ, ta được: Tb  v(t )  u (t )dt  Ebr Tb Tb  d (t) c (t)c (t)dt K j j 1 j k (2.20) Lưu ý đến tính trực giao mã trải phổ theo (2.13) dj = {+1,-1} ta kết tích phân (2.20) sau: v(t )  d k (t ) Ebr   Ebr (2.21) Mạch định cho mức V(t) dương V(t) âm Kết ta chuỗi bít thu bˆk (t ) ước tính chuỗi phát Trường hợp lý tưởng ta chuỗi chuỗi bít phát bk(t) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 56 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 2.3 Giới thiệu kỹ thuật đa truy nhập kênh truyền đa sóng mang phân chia theo mã (MC – CDMA) MC – CDMA hệ thống đa truy nhập dựa việc kết hợp CDMA OFDM Khác với CDMA trải phổ miền thời gian MC – CDMA trải phổ miền tần số Công nghệ sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM để phát tín hiệu tập sóng mang phụ trực giao Hình 2.11 Sự kết hợp OFDM CDMA Năm 1993, ý tưởng kết hợp kỹ thuật CDMA OFDM dẫn đến việc đời ba mơ hình đa truy cập : Multicarrier MC – CDMA, Multicarrier DS – CDMA Multitone MT – CDMA gọi chung thuật ngữ Multicarrier CDMA (MC – CDMA) Do kế thừa tất ưu điểm CDMA OFDM nên mơ hình có khả truyền tốc độ cao, có tính bền vững với fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thơng hiệu quả, có tính bảo mật cao giảm độ phức tạp hệ thống 2.3.1 Nguyên lý chung kỹ thuật MC – CDMA Tín hiệu MC – CDMA tạo cách ghép nối tiếp hai hệ thống DS – CDMA OFDM hình 2.12 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 57 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Mỗi user cung cấp cho chuỗi xác định thuộc tập mã trực giao (DS – CDMA), sau liệu tất user phát song song tập sóng mang phụ trực giao (OFDM) • • • + s d (K-1) Spreader c(K-1) • • • OFDM S0 Spreader c(0) Serial – to – parallel d(0) x SL-1 Hình 2.12 Sơ đồ khối máy phát MC – CDMA RL-1 Parallel - to -serial conveerter y Inverse OFDM R0  r Single - user or multi - user detector d (k)  d Hình 2.13 Sơ đồ khối máy thu MC – CDMA ứng với user k Ở máy thu (hình 2.13), tín hiệu thu nhân với sóng mang phụ trực giao, giải điều chế số kết hợp thành luồng liệu nối tiếp Tại đây, để thu liệu user thứ k, ta nén phổ luồng liệu nối tiếp vừa thu chuỗi mã trải user k 2.3.2 Hệ thống MC – CDMA Theo sơ đồ 2.14, luồng liệu vào có tốc độ cao chia thành P luồng liệu thành phần có tốc độ thấp Mỗi luồng liệu thành phần trải phổ với chuỗi mã ngẫu nhiên PN Tín hiệu sau trải phổ điều chế với hệ thống đa sóng mang OFDM Sau đó, tín hiệu đưa vào chuyển đổi P/S Bộ chuyển đổi P/S tổng hợp P luồng liệu thành luồng liệu Tại đây, khoảng dự phịng chèn Tín hiệu Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 58 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an sau chèn phát lên kênh truyền Tín hiệu qua kênh truyền chịu tác động nhiễu Ở máy thu, thu tín hiệu từ kênh truyền thực ngược lại với trình phát cuối ta thu tín hiệu ban đầu Dữ liệu vào Chuyển đổi S/P Trải phổ IDFT OFDM Chuyển đổi P/S Chèn khoảng dự phòng AWGN Dữ liệu Chuyển đổi P/S Giải trải phổ DFT OFDM Chuyển đổi S/P Kênh truyền Khử khoảng dự phịng Hình 2.14 Sơ đồ khối hệ thống MC – CDMA a Máy phát Máy phát MC – CDMA trải tín hiệu băng gốc miền tần số mã trải cho trước Ngoài ra, phần ký tự tương ứng với chip mã trải điều chế sóng mang phụ khác Đối với truyền đa sóng mang, cần đạt fađing khơng chọn lọc tần số sóng mang Vì thế, tốc độ tín hiệu gốc đủ cao để trở thành đối tượng fađing chọn lọc tần số tín hiệu cần chuyển từ nối tiếp sang song song trước trải phổ miền tần số Sơ đồ máy phát MC – CDMA cho người dùng thứ k vẽ hình 2.15 Q trình tạo tín hiệu MC – CDMA theo thứ tự sau: - Chuỗi liệu ngõ vào có tốc độ bit 1/Ts, điều chế BPSK tạo ký tự phức ak - Luồng thông tin chuyển thành P chuỗi liệu song song (ak,0(i), ak,1(i), …, ak, P-1(i)), i ký hiệu cho chuỗi ký tự thứ I - Mỗi ngõ biến đổi nối tiếp/song song nhân với mã trải phổ người dùng thứ k (dk(0), dk(1), …dk(KMC-1)) có chiều dài KMC (cho Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 59 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an số sóng mang phụ) để tạo tất N=P.KMC (tương ứng với tổng số sóng mang phụ) ký tự Ví dụ xét nhánh song song thứ 0, ký tự là: Si,k = ak,0(i).dk(k) với k = 0,1,…,KMC-1 Hình 2.15 Sơ đồ máy phát hệ thống MC – CDMA - Do tương quan ký tự nhánh hệ thống MC – CDMA hệ thống OFDM nên việc điều chế sóng đa mang băng tần gốc thực phép biến đổi nghịch Fourier rời rạc (IDFT) Sau đó, tín hiệu từ P nhánh tổng hợp lại với - Khoảng dự phòng  (quard interval) chèn vào dạng tiền tố vòng (CP) ký tự để tránh ISI fading đa đường cuối tín hiệu phát kênh truyền sau đổi tần lên RF Tín hiệu phát băng gốc dạng phức sau: k S MC   p 1 K MC 1   a i   p 0 m 0 k p (i)d k (m) p s (t  iTs' )e j 2 ( pm p ) f T’s = PTs Δf’ = T  ' S ' ( t iTs') (2.22) (2.23) (2.24) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 60 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Trong đó, dk(0), dk(1), …dk(KMC-1) mã trải phổ với chiều dài KMC T’s khoảng ký hiệu sóng mang phụ f ' khoảng cách tần số nhỏ hai sóng mang phụ Β hệ số mở băng thơng kết hợp với chèn khoảng dự phịng (0 ≤ β ≤ 1) Β = Δ/P (2.25) Ps(t) dạng xung vuông định nghĩa: Δ ≤ t ≤ T’s - Δ Ps(t) = t khác (2.26) Băng thơng tín hiệu phát tính sau: BMC = (P.KMC – 1)/(T’s – Δ) + 2/T’s (2.27) ≈ KMC / Ts / (1- Δ/P) = (1 + β)KMC/Ts b Máy thu Bộ thu OFDM thêm vào công việc kết hợp để tách liệu phát người sử dụng mong muốn Giả sử hệ thống MC – CDMA có K người dùng truy cập, tín hiệu băng gốc nhận có dạng: K  rMC(t) =  S k 1  K MC (t   )  h k ( ; t )d  n(t )  p 1 K MC 1 K rMC(t) =    Z i   p 0 m0 k 1 k m, p ak , p (i)d mk ps (t  iTs' )e j 2 ( pm p ) f ' ( t iTS' )  n(t ) (2.28) Trong đó, z mk , p (t ) : đường bao phức thu sóng mang phụ thứ (mP+p) người sử dụng thứ k hk(t,τ): đáp ứng xung kênh truyền ứng với người dùng thứ k có dạng: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 61 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an N 1 hk(t,τ) =  a (t, ) exp 2f  (t )   (t, ))    (t ) i 0 i c i i i (2.29) Với, t τ thời gian độ trễ, ai(t) δi(t) tương ứng biên độ thực biên độ trễ thành phần đa đường thứ i thời điểm t, pha biểu diễn độ lệch pha lan truyền không gian tự thành phần đa đường thứ i cộng với độ dịch pha bắt gặp đường truyền n(t): AWGN có giá trị trung bình mật độ phổ cơng suất hai phía N0/2 Bộ thu MC – CDMA yêu cầu việc tách sóng thực đồng để thao tác giải trải phổ thành cơng Hình 2.16 Máy thu MC – CDMA Hình 2.16 biểu diễn thu MC – CDMA cho người sử dụng thứ k Q trình tách sóng máy thu theo thứ tự sau: - Sau đổi tần xuống thử khoảng dự phịng, sóng mang phụ thứ m (m=0, 1, …, KMC-1) tương ứng với liệu thu ak,p(i) tách đồng với DFT (hoặc FFT), ta thu giá trị nhánh yp(m) - Tiếp theo nhân yp(m) với độ lợi Gk,(m) để kết hợp lượng tín hiệu rời rạc miền tần số, biến định tổng thành phần băng gốc có trọng số: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 62 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an k DMC (t  iT )  Dk (t  iTS )  ' K 1 y(m) = Z k 0 k m K MC 1 G k' m 0 (2.30) (m) y(m) (iTs ) k d km  nm (iTs ) (2.31) Trong đó, y(m): thành phần dải tín hiệu nhận sau chuyển đổi xuống nm(iTs): nhiễu Gauss phức sóng mang phụ thứ i thời điểm t = iTs 2.3.3 Kênh truyền Kênh truyền fading Rayleigh chọn tần số biến đổi chậm kênh truyền điển hình hệ thống MC – CDMA băng rộng Kênh truyền hệ thống có băng thơng rộng chia thành N kênh băng hẹp mà kênh chịu tác động fading phẳng (fading khơng có tính chọn lọc tần số), nghĩa có hệ số độ lợi kênh phụ (hình 2.17) Vì kênh truyền phụ có độ lợi khác nên xét đến kênh truyền hệ thống kênh truyền có tính chọn lọc tần số Băng hẹp Thứ i Kênh truyền f f1 f2 f3 f f4 f1 f2 f3 f4 Băng thông tổng hệ thống Hình 2.17 Ảnh hưởng kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số lên băng tần hẹp Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 63 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Điều kiện để tính chọn lọc tần số kênh truyền thể tồn băng thơng tín hiệu phát khơng thể sóng mang phụ là: f  Bc  BW (2.32) Trong đó, Bc : băng thơng liên kết kênh truyền f : tốc độ ký hiệu liệu phát BW : băng thông tổng hệ thống Băng thông kết hợp Bc đơn vị thống kê đo dải tần số mà khoảng tần số kênh truyền coi “phẳng” (kênh truyền cho qua thành phần phổ có độ lợi xấp xỉ có fading tuyến tính) Nói cách khác, băng thơng liên kết dải tần số mà khả tương quan biên độ hai thành phần tần số lớn Hai tín hiệu sin có khoảng phân chia tần số lớn Bc bị kênh truyền gây ảnh hưởng khác Nếu hàm tương quan tần số lớn 0,9 ta có : Bc  50S  (2.33) Nếu hàm tương quan tần số lớn 0,5 ta có: Bc  5S  (2.34) Nếu kênh truyền có băng thơng liên kết thỏa điều kiện (2.30) kênh truyền có đáp ứng xung cho (2.27) xem tập hợp nhiều kênh truyền phụ băng hẹp Mỗi kênh truyền phụ có đáp ứng xung dạng sau: hi=  i e j i (2.35) Trong đó,  i i biên độ pha kênh truyền fading kênh truyền phụ thứ i hay sóng mang thứ i i biến ngẫu nhiên có phân bố đoạn [0,  ] Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 64 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Các hệ số fading  i có phân bố Rayleigh tương quan (không độc lập thống kê) thay đổi qua ký hiệu liệu phát Đối với hệ thống MC – CDMA, điều kiện (2.32) để sóng mang phụ trải qua fading phẳng ln thỏa tốc độ bit cao, nghĩa f lớn, chuỗi bit vào chuyển thành P nhánh song song Khi đó, tốc độ bit nhánh giảm P lần Vì vậy, đáp ứng xung kênh truyền phụ tương ứng với sóng mang phụ có dạng phương trình (2.35) Hệ số tương quan fading sóng mang phụ thứ i thứ j cho bởi: i, j  1  (f i  f j ) / B c   (2.36) 2.3.4 Nhiễu MAI nhiễu ICI Công nghệ MC – CDMA kết hợp công nghệ CDMA OFDM nên tồn khuyết điểm hai công nghệ trên: yêu cầu chặt chẽ tính trực giao mã tính trực giao sóng mang phụ Trong thực tế, khơng có trực giao hồn tồn Vì thế, hệ thống MC – CDMA chịu ảnh hưởng loại nhiễu chính: đa truy nhập MAI nhiễu xuyên kênh ICI a Nhiễu MAI Là loại nhiễu đa truy nhập tín hiệu thuê bao khác tham gia hoạt động hệ thống tác động lên tín hiệu thuê bao xét Nhiễu sinh thực tương quan chéo mã trải phổ xét mã khác giá trị khơng triệt tiêu Có hai phương pháp giảm nhiễu MAI: + Trải phổ mã trực giao có tương quan chéo Để đạt hiệu mã trực giao cần phải có đồng tín hiệu thuê bao Điều dễ dàng đạt MC-CDMA đường xuống Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 65 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an + Dùng triệt nhiễu MAI Các triệt nhiễu hiệu cho đường lên Việc áp dụng cho đường xuống khó khăn thuê bao biết mã tích cực mà sử dụng b Nhiễu ICI Là loại nhiễu hệ thống MC-CDMA Khi sóng mang phụ khơng hồn tồn trực giao thành phần tín hiệu kênh gây nhiễu lên thành phần tín hiệu kênh khác hay xuất nhiễu ICI Hiện tượng Doppler tác động đến tính trực giao sóng mang phụ ngun nhân gây nhiễu ICI Vì thế, nhiễu ICI giảm vấn đề đồng tần số bảo đảm 2.3.5 Các kỹ thuật dị tìm liệu Dữ liệu người dùng khôi phục nhờ số phương pháp kết hợp nhằm tận dụng mơ hình phân tập tần số Mục tiêu phương pháp dị tìm lựa chọn trọng số Gk’(m) cho nhiễu Gauss nhiễu MAI tối thiểu hóa Các kỹ thuật dị tìm chia thành dị tìm đơn user (SUD) dị tìm đa user (MUD) 2.3.5.1 Kỹ thuật dị tìm đơn user Ngun lý kỹ thuật để khơi phục tín hiệu user cần quan tâm mà không gây nhiễu đa truy nhập Một thu với SUD user thứ k đươc minh hoạ theo hình vẽ: r Equalizer G u Despreader ck(*) k v(k) d Quantizer Hình 2.18 Bộ phát MC – CDMA đơn user Sau thực q trình biến đổi ngược OFDM, tín hiệu thu đưa qua cân thích nghi cân méo dạng pha biên độ kênh truyền vô tuyến gây Chuỗi thu ngõ cân có dạng: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 66 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an u = G r = (U0, U1,…, UL-1)T (2.37) Ma trận G ma trận đường chéo kích thước L x L: Trong đó, L hệ số phức cân áp dụng cho sóng mang phụ user tương ứng Các giá trị phức đầu cân trải phổ cách lấy tương quan với giá trị phức liên hợp mã trải phổ tương ứng ck(*) Sau giải trải phổ tín hiệu định mềm v(k): v(k) = c(k)* uT (2.38) Giá trị định cuối tín hiệu liệu phát cho biểu thức:  (k) d (k ) = Q{v } (2.39) Trong Q{.} q trình lượng tử hố theo tín hiệu liệu chọn Các phương pháp kỹ thuật phát đơn user bao gồm: Kết hợp tỷ số cực đại (Maximum Ratio Combining – MRC), Kết hợp độ lợi cân (Equal Gain Combining – EGC); Cưỡng Zero (Zero Forcing – ZF), Cân sai số bình phương trung bình cực tiểu (Minium Mean Square Error – MMSE) a Kết hợp tỷ số cực đại Các trọng số cân MRC ứng với kênh phụ liên hợp phức hệ số tương ứng ma trận đặc trưng kênh truyền: Gl,l = H*l,l (2.40) Nhược điểm phát MRC hệ thống MC – CDMA tuyến xuống phá hủy tính trực giao mã trải phổ, làm tăng nhiễu đa truy nhập (MAI) Ở tuyến lên MRC kỹ thuật phát đơn user thích Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 67 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an hợp mã trải phổ khơng chồng theo kiểu trực giao máy thu cực đại hóa tỷ số SNI (Signal to Interference) tối ưu b Kết hợp độ lợi cân Bộ phát EGC bù lại xoay pha kênh truyền gây Đây kỹ thuật phát đơn user đơn giản cần thông tin pha kênh truyền, nhiên kỹ thuật không cố gắng loại bỏ nhiễu hay xuyên nhiễu đa truy nhập c Cưỡng Zero ZF sử dụng nghịch đảo đặc tính kênh truyền loại bỏ xuyên nhiễu đa truy nhập cách khơi phục tính trực giao liệu trải phổ tuyến xuống, hệ số cân chọn theo biểu thức (2.41) Gl , l  H l*,l H l ,l (2.41) Nhược điểm ZF với Hl,l có biên độ nhỏ cân làm tăng thêm nhiễu 2.3.5.2 Kỹ thuật dị tìm đa user (MUD) Thực tế, máy thu BS biết tất mã người sử dụng cell mà BS phục vụ, người ta sử dụng thông tin tất người sử dụng cell khơi phục tín hiệu Kỹ thuật gọi Multi – User Detection (MUD) Về bản, là: tín hiệu người sử dụng đồng thời khôi phục lúc thực tương hỗ lẫn (jointly) Các kỹ thuật MUD gồm có: + Máy thu tối ưu (optimum receiver maximum - likehood MUD) + Máy thu tuyến tính (linear receiver) gần tối ưu (sub-optimum) + Máy thu dựa khử nhiễu (interference cancellation receiver) Trong loại có hai loại nhỏ: Khử nhiễu song song (PIC - Parallel Interference Cancellation) khử nhiễu (SIC - Successive Interference Cancellation) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 68 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an a Máy thu MUD Tối Ưu (Optimum Multi-User Detector Maximum – Likelihood MUD (ML-MUD)) Thay phát tín hiệu người sử dụng cách riêng rẽ máy thu CDMA thông thường ML-MUD lúc khơi phục tín hiệu tất người sử dụng cell Có hai loại máy MLMUD:  Máy Thu ML-MUD Chỉ dựa bit symbol (Maximum Likelihood Symbol by Symbol Estimation-MLSSE): Máy thu khơi phục tín hiệu theo bit/symbol Khi nhận tín hiệu, tìm kiếm tập hợp tín hiệu phát tím kiếm chuỗi bit/symbol (mỗi bit/symbol ứng với tín hiệu phát người sử dụng) có xác suất thành cơng cao Do đó, loại máy thu đảm bảo xác suất bit/symbol lỗi nhỏ Chính lý gọi Máy Thu MUD Tối Ưu  Máy Thu ML-MUD dựa chuỗi bit chuỗi symbol (Maximum Likelihood Sequence Estimation-MLSE): Máy thu khôi phục tín hiệu theo chỗi bit/symbol Máy thu phải đợi cho chuỗi tín hiệu nhận trước hoạt động MUD tiến hành Khi nhận chuỗi tín hiệu, tìm kiếm tập hợp tín hiệu phát tìm kiếm chuỗi bit/symbol có xác suất thành cơng cao Điểm khác máy thu MLSSE MLSE máy thu MLSSE dựa bit/symbol máy thu MLSE dựa dãy (chuỗi) bit symbol Như vậy, máy thu MLSSE khôi phục véc-tơ tín hiệu thành phần véc-tơ tín hiệu người sử dụng Máy thu MLSE khơi phục lúc ma trận tín hiệu cột chuỗi tín hiệu gửi từ người sử dụng b Máy thu MUD Tuyến Tính  Máy thu MUD giải tương quan (Decorrelating MUD Receiver) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 69 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an  Máy thu MUD Dựa Trên Bộ Lọc MMSE (Minimum Mean Square Error Filter) c Máy thu dựa khử nhiễu (interference cancellation receiver) Để cải thiện thêm độ hiệu máy thu, kỹ thuật tách sóng đa người dùng sử dụng Có phương pháp triệt nhiễu bao gồm: Khử nhiễu song song (PIC – Parallel Interference Cancellation) khử nhiễu nối tiếp (SIC – Successive Interference Cancellation) + Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC) Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp SIC thực sau: Giải điều chế cho người dùng, tái tạo lại phần nhiễu đa truy cập người dùng loại trừ khỏi dạng sóng thu Sau dạng sóng triệt bớt nhiễu dùng tách sóng cho người dùng Lặp lại trình xử lý tách sóng cho tất người dùng Nếu định sai (có nghĩa tách sóng cho người dùng khơng xác) tăng gấp đơi phần nhiễu đa truy cập người dùng tách sóng cho người dùng kế tiếp.Vì thứ tự giải điều chế có ảnh hưởng đến hiệu suất phương pháp triệt nhiễu nối tiếp Thông thường, việc giải điều chế xếp theo thứ tự giảm dần công suất thu theo bước sau: Tính độ tin cậy (dùng EGC MMSE) cho tất người dùng cịn lại Chọn người dùng có độ tin cậy cao trừ khỏi thành phần tín hiệu người dùng mong muốn Lặp lại bước chọn người dùng mong muốn Ra định cuối cho người dùng mong muốn Khi thực thực tế triệt nhiễu nối tiếp ta quan tâm đến đặc điểm sau: Độ phức tạp bit tuyến tính theo số lượng người dùng Các người dùng yếu người dùng quan tâm bỏ Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 70 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Yêu cầu phải biết đến biên độ thu Bất kỳ sai sót việc ước lượng biên độ thu chuyển đổi trực tiếp thành nhiễu cho định Bộ triệt nhiễu nối tiếp khơng u cầu phép tính số học tương quan chéo ngồi tích chúng với biên độ thu Thời gian trễ giải điều chế triệt nhiễu nối tiếp tăng tuyến tính theo số lượng người dùng Một khuyết điểm triệt nhiễu nối tiếp hiệu suất không đối xứng: người dùng có cơng suất giải điều chế với độ tin cậy khác + Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC) Ngược với triệt nhiễu nối tiếp giải điều chế cho người dùng, sử dụng định thử nghiệm thử nghiệm từ tầng trước (các ngõ tách sóng bất kỳ) để ước lượng loại trừ tất nhiễu MAI cho người dùng Quá trình xử lý lặp lại nhiều lần tạo nên triệt nhiễu song song nhiều tầng, với hi vọng tăng độ tin cậy định thử nghiệm ước lượng nhiễu đa truy cập Tầng 1: Bộ tách sóng Tầng 2: Bộ triệt nhiễu song song thứ Tầng m-1: Bộ triệt nhiễu song song thứ m-1 Hình 2.19 Sơ đồ triệt nhiễu song song nhiều tầng Đối với hệ thống MC – CDMA, độ hiệu giải thuật dựa triệt nhiễu song song phụ thuộc mạnh vào chất lượng việc ước lượng MAI với can nhiễu đa truy cập khôi phục từ hệ số kênh truyền ước lượng liệu cho người dùng Vì vậy, hiệu tầng có quan hệ gần gũi với độ hiệu máy thu triệt nhiễu song song Do vậy, tín hiệu Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 71 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an triệt nhiễu MAI chủ yếu tầng thứ này, số phương pháp dị tín hiệu người dùng áp dụng tầng Phương pháp triệt can nhiễu song song giả sử máy thu biết tất mã trải phổ người dùng, trạng thái kênh truyền sóng mang phụ người dùng biết xác số người dùng hệ thống Tuy nhiên việc lựa chọn chúng giống làm giảm độ phức tạp máy thu Bởi độ hiệu triệt nhiễu song song phụ thuộc vào độ hiệu tầng khởi đầu máy thu nên việc nghiên cứu ảnh hưởng tầng thứ thực cần thiết 2.3.6 Ưu nhược điểm hệ thống thông tin di động dùng kỹ thuật MC – CDMA a Ưu điểm MC – CDMA thừa hưởng tất ưu điểm CDMA OFDM + Do sóng mang phụ chịu ảnh hưởng fading phẳng nên hệ thống bền vững với fading chọn lọc tần số giảm độ phức tạp cân máy thu + Do chu kỳ ký hiệu dài nên hệ thống chống nhiễu liên ký hiệu ISI việc giả đồng trở nên dễ dàng + Tính bảo mật cao + Hiệu việc sử dụng băng tần + Sự phức tạp máy thu máy phát giảm đáng kể nhờ sử dụng thuật toán FFT IFFT b Nhược điểm + Rất nhạy với offset tần số Offset tần số xảy hiệu ứng Doppler hay sai lệch việc tạo dao động cho sóng mang máy phát máy thu Nó làm cho sóng mang tính trực giao nhiễu liên sóng mang ICI (Inter Carrier Interference) nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Access Interference) xuất hiện, ảnh hưởng nghiêm trọn đến chất lượng kênh truyền Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 72 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an + Nhạy với nhiễu pha + Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình lớn (PARP) nên dẫn đến làm giảm hiệu suất khuếch đại công suất Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 73 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Chương HỆ THỐNG CẢI THIỆN HIỆU SUẤT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ OFDM/CDMA 3.1 Giới thiệu chương Chương giới thiệu hệ thống thông tin di động sử dụng cơng nghệ CDMA/OFDM áp dụng cho cấu trúc truyền tín hiệu đường xuống (downlink) hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA với việc tận dụng ưu điểm kết hợp công nghệ CDMA OFDM 3.2 Cấu trúc truyền cho đường downlink sử dụng công nghệ CDMA/OFDM Cấu trúc truyền cho đường downlink hệ thống thơng tin di động trình bày hình 3.1 Đầu phát bao gồm: trải phổ, điều chế điều chế OFDM Multiplexer Đầu thu gồm có giải điều chế OFDM demultiplexer, ước lượng kênh estimator, giải điều chế demodulator, giải trải phổ despreader Thơng tin user mã hóa cách riêng biệt điều chế trực tiếp qua chuỗi trải phổ chiều dài Ns, cách sử dụng định dạng tín hiệu BPSK Các dãy trải phổ trực giao việc sử dụng mã Walsh-Hadamard (WH) Đặt bi  [-1, +1] bit mang thông tin user thứ i, Vi từ mã trải phổ chiều dài N dùng cho thuê bao thứ i Tín hiệu sau điều chế cho K user hoạt động trước điều chế OFDM thực sau: K  U   biVi  u , u1 , , u N s 1  (3.1) i 1 Trong đó: U vector Ns thành phần Giả sử đặt N tổng số sóng mang con, xét cách mapping thành phần vector U trải phổ để thiết lập tần số sau: Cách thứ nhất: L khối trải phổ có chiều dài Ns = Ns1, hỗ trợ tối đa Ns1 user, chuyển đổi nối tiếp/song song sau L.Ns1 = N chips ánh xạ vào N tần số (hình 3.1 a) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 74 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Spreader WalshHadarnard Chiều dài Ns Modulator And Other User Serial/ Parallet L Blocks Frequency Interleaving OFDM N-Points Pilot Symbols a) Ví dụ cấu trúc truyền sóng Channel Channel Estimation De-Spreader (Detection) DeModulator Parallet/ Serial L Blocks Spreader WalshHadarnard Chiều dài Ns Modulator And Other User Serial/ Parallet L Blocks o o o o o o o o o Spreader WalshHadarnard Chiều dài Ns Modulator And Other User Serial/ Parallet L Blocks Frequency DeInterleaving Freque ncy Interlea ving b) Ví dụ cấu trúc truyền sóng OFDM Inverse OFDM N-Points Pilot Symbols Channel Channel Estimation De-Spreader (Detection) DeModulator Parallet/ Serial L Blocks o o o o o o o o o De-Spreader (Detection) DeModulator Parallet/ Serial L Blocks Freque ncy DeInterlea ving OFDM Inverse Hình 3.1 Cấu trúc truyền sóng dựa cơng nghệ OFDM/CDMA Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 75 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Cách thứ hai: sử dụng m mã WH có chiều dài Ns = Ns1/m song song, đầu vào hỗ trợ tối đa Ns1/m user, sau trải phổ tiếp tục chuyển đổi nối tiếp/song song ánh xạ vào N tần số Cách thứ hai mã WH ngắn cho phép sử dụng thu tín hiệu tối ưu với độ phức tạp hợp lý Trong mô tả cấu trúc hệ thống OFDM, xét trường hợp thứ nhất: Ns = Ns1 Sau đó, tín hiệu OFDM viết sau: L 1 N s 1 X (t )    u il exp( j 2f lN s i t ) t  [0,T] với T=Ts+δ với flNs+i = f0 + i 0 i 0 lN s  i Ts (3.2) Trong u il thành phần thứ i khối trải phổ thứ 1, δ khoảng thời gian bảo vệ f0 tần số sóng mang nhỏ Dựa giả định δ lớn đáp ứng xung kênh kênh biến đổi chậm so với khoảng thời gian truyền tín hiệu, tín hiệu thu viết sau: L 1 N s 1 y(t) =   H il uil exp( j 2f lN i t ) (3.3) s l 0 i 0 Trong H il   il e j đáp ứng kênh truyền tần số flNs+ i Các tín l i hiệu điều chế mẫu tương ứng tốc độ 1/ts thể sau: L 1 N s 1 y(ntS) = (1) n   H il uil exp( j 2 l 0 i 0 n(lN S  i) ) N (3.4) Ta nhận thấy [Hiluil] biến đổi Fourier rời rạc (DFT) [ y(nt S ) (1) n ] Trong thực tế DFT thực biến đổi N Fourier nhanh (FFT) Các tín hiệu OFDM hình thành biến đổi FFT ngược Các kỹ thuật OFDM với thời gian bảo vệ giải vấn đề fading lựa chọn tần số kênh truyền (khơng có ISI), khơng khử triệt để tượng fading Biên độ  il sóng mang bị ảnh hưởng luật Rayleigh/Rician Vì vậy, phía thu cần sử dụng ước lượng kênh thích hợp với thuật tốn tách sóng mã hóa kênh Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 76 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Trong thực tế cho  il cho tần số khác có tương quan, việc sử dụng ghép xen (interleaver) giải ghép xen (de – interleaver) có lợi 3.3 Hiệu hoạt động thu kênh fading Rayleigh Trong phần phân tích hiệu hoạt động thu tối ưu cho K user (dung lượng tối đa) kênh fading Rayleigh Trường hợp user trường hợp đặc biệt trường hợp K user Để có kênh fading Rayleigh , xác định mức ràng buộc cao cho tỷ lệ bit lỗi (BER) Đối với trường hợp kênh fading Rayleigh, BER ràng buộc bởi: BER   U  A(U ,W ) P(U ) P(W / U ) (3.5) W C Trong A(U,W) số bit lỗi xảy chuỗi U truyền chuỗi W ≠ U chọn giải mã decoder, P(U) xác suất tiên nghiệm U truyền, G tất chuỗi liệu truyền, P(W/U) xác suất lỗi điều kiện Xác suất kiện lỗi (W/U) tính bởi: _    Eb d 2j (U , W)  PW/U    1   4N S N  j 0    1 Ns 1 (3.6) _ Trong E b lượng bit trung bình dj2(U, W) =|uj - wj |2 có 2Ns chuỗi, P(U) = 1/2Ns Vì BER tính: BER  Ns1  U _    Eb d 2j (U , W)  A ( U , W )      4N S N W C j 0     1 Ns 1 (3.7) Có thể thấy SNR lớn hiệu mã hóa đạt phương pháp thu tín hiệu CD trở nên cao Ns lớn, mặt khác phức tạp tăng nhanh: nên chọn Ns