Hệ thống thu phát trong thông tin di động 3g và mô phỏng trên matlab

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CDMA 1.1 Sự phát triển công nghệ CDMA Thông tin di động Thơng tin di động ngày đóng góp vai trò quan trọng đời sống người Đến thông tin di động trải qua nhiều hệ Thế hệ thứ hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo hệ thứ hai hệ thứ ba hoạt động Các công nghệ đa truy nhập tảng hệ thống thông tin đa truy nhập vơ tuyến nói chung thơng tin di động nói chung Các cơng nghệ cho phép hệ thống đa truy nhập vô tuyến phân bổ tài nguyên vơ tuyến cách có hiệu suất cho người dùng Tùy thuộc vào việc sử dụng tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho người dùng mà công nghệ đa truy nhập phân chia thành: đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA), đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) Các hệ thống Thông tin di động sử dụng kết hợp bốn công nghệ đa truy nhập để phân bổ hiệu tài ngun cho người dùng Trong đó, cơng nghệ đa truy nhập theo mã có nhiều ưu điểm vượt trội trở thành cơng nghệ đa truy nhập Trong vịng chưa đầy mười năm, thuê bao di động tế bào lên tới số hàng trăm triệu khắp giới đặc biệt Bắc Mỹ 1.2 Các hệ thống CDMA 1.2.1 Các phần tử hệ thống CDMA - Bộ thu đa đường (Rake reciever) Tín hiệu phát bị phản xạ vật cản nhà cao tầng, núi đồi… từ tín hiệu phát ban đầu thu nhận số tín hiệu bị trễ khoảng thời gian khác Nếu tín hiệu có độ trễ cách khoảng thời gian lớn chip, thu loại bỏ tín hiệu trễ để thu tín hiệu cần thiết Nếu ta coi tín hiệu đa đường tín hiệu mang tin tín hiệu đa đường cịn lại coi thành phần nhiễu nén nhờ tăng ích xử lý Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 14 Tuy nhiên hệ thống CDMA tận dụng tín hiệu đa đường cách kết hợp chúng lại để cải thiện mức tín hiệu thu thơng qua thu đa đường Rake reciever Một thu đa đường bao gồm tương quan, tương quan nhận tín hiệu đa đường Sau nén phổ tương quan, tín hiệu kết hợp lại với theo nguyên tắc đa số Vì tín hiệu đa đường có mức độ fading độc lập nên kết hợp lại trật tự phân tập hiệu hệ thống tăng lên rõ rệt Binary data modulator τ a 11 τ a2 τ aa33 a(t-τ1) a1 a2 Demod a(t-τ2) a3 a(t-τ3) Code generator Hình 1.1: Mơ thu đa đường Hình vẽ mơ tả ngun tắc thu đa đường Sau trải phổ điều chế, tín hiệu phát truyền qua kênh đa đường Các kênh đặc trưng độ trễ τ độ suy hao a, thu đa đường hình thành từ nhiều đầu thu, đầu thu nhận tín hiệu đa đường Tại đầu thu, tín hiệu tương quan với mã trải phổ, mã đồng thời gian với độ trễ tín hiệu đa đường Sau né phổ tín hiệu đánh giá theo nguyên tắc tổng hợp đa số Do thiết bị đầu cuối (MS) di chuyển, môi trường xung quanh thay đổi, cần phải tính tốn liên tục tham số kênh đa đường Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 15 - Điều khiển công suất (Power control) Vấn đề điều khiển công suất cho đường lên hệ thống DS-CDMA vấn đề đáng quan tâm Vấn đề nảy sinh nhiễu đa truy cập Tất MS hệ thống DS-CDMA phát thông tin thời gian dải tần, tất yếu gây nhiễu cho Do chế truyền dẫn, mức tín hiệu nhận từ thuê bao gần trạm gốc lớn nhiều so với tín hiệu nhận từ MS khác gần vùng biên giới MS gần Hiện tượng gọi hiệu ứng gần xa Để đạt dung lượng tối đa hệ thống, tất tín hiệu phát từ MS phải trạm gốc thu với mức cơng suất trung bình Một giải pháp cho vấn đề thực điều khiển công suất MS tương ứng khoảng cách MS đến trạm gốc Đối với đường xuống, tất tín hiệu phát qua kênh nên MS nhận mức công suất thu Vì khơng cần thiết phải thực điều khiển công suất đường xuống giải vấn đề gần - xa Tuy nhiên, việc điều khiển công suất lại cần thiết để giảm mức nhiễu ô lân cận triệt nhiễu ô gây Trường hợp xấu xảy MS vài khoảng viên giới ô lân cận Có hai phương pháp điều khiển cơng suất: Điều khiển vịng mở vịng đóng Phương pháp điều khiển cơng suất vịng mở đo tín hiệu nhiễu kênh điều chỉnh công suất phát tương ứng Tuy nhiên, ảnh hưởng fading nhanh đường lên xuống khác nên phương pháp điều khiển công suất phát cách tương đối Do cần sử dụng phương pháp vịng đóng, phương pháp thực đo tỷ số tín hiệu nhiễu gửi lệnh điều khiển cơng suất đến phía phát bên để điều chỉnh mức phát - Chuyển giao mềm (soft handover) Trong trình chuyển giao mềm, MS nối với hai hay nhiều trạm gốc lúc Chuyển giao mềm sử dụng CDMA để giảm mức nhiễu tới ô khác tạo liên tục trình đàm thoại người sử dụng di chuyển từ ô sang ô khác, chuyển giao mềm (softer handover) việc Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 16 chuyển giao hai sector ô Trong hệ thống FDMA TDMA, ô lân cận sử dụng tần số tần số khác để tránh nhiễu đồng kênh, việc sử dụng lại tần số áp dụng ô không lân cận nhau, CDMA nhờ tác dụng tăng ích xử lý nên ô lân cận sử dụng chung dải tần số Tức CDMA có hệ số sử dụng lại tần số Thông thường MS di động thực việc chuyển giao cường độ tín hiệu lân cận lớn cường độ tín hiệu phục vụ mức ngưỡng Phương pháp gọi chuyển giao cứng (hard handover) Do ô lân cận CDMA sử dụng tần số nên thực cách chuyển giao gây mức nhiễu lớn cho ô lân cận giảm dung lượng hệ thống Để tránh tượng cần chuyển giao tín hiệu lân cận lớn tín hiệu phục vụ Tuy nhiên, giải pháp không khả thi thực tế Cơ chế chuyển giao phải cho phép MS nối với có cơng suất thụ MS lớn (tức với suy hao đường truyền nhỏ nhất) Trong trình chuyển giao mềm MS kết nối với hai nhiều trạm gốc, công suất phát MS điều khiển có cường độ tín hiệu lớn MS thực chuyển giao mềm cường độ tín hiệu lân cận vượt q mức ngưỡng thấp cường độ tín hiệu phục vụ Ở đường lên, tín hiệu MS thu nhiều trạm gốc hệ số sử dụng lại tần số Còn đường xuống MS kết hợp tín hiệu thu từ kết hợp tín hiệu đa đường Đây lợi điểm hệ thống CDMA gọi phân tập macro Kênh pilot đường xuống dùng để đo mức tín hiệu cho chuyển giao Tuy nhiên, đường xuống, chuyển giao mềm gây nhiễu cho hệ thống trạm gốc phải tăng tín hiệu phát tới MS MS khơng nhận tất lượng phát từ trạm gốc hạn chế số lượng đầu thu phân tập Vì tăng ích chuyển giao mềm đường xuống phụ thuộc tăng ích tăng tích phân tập macro suy giảm hiệu suất nhiễu tăng Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 17 Hình vẽ mơ tả ngun tắc chuyển giao mềm có tham gia hai trạm gốc Tín hiệu đường lên thu hai trạm gốc, sau giải điều chế tổng hợp lại điểm kết hợp tín hiệu (thơng thường BSC) Tín hiệu đường xuống phát hai trạm gốc MS thu tín hiệu tín hiệu đa đường thơng thường - Chuyển giao hai tần số (interfrequency handover) Các hệ thống CDMA hệ thứ có nhiều sóng mang ô ô cần dung lượng lớn có nhiều tần số mang khác Hơn nữa, cấu trúc ô phân câp microcell có tần số khác với macrocell bao phủ chúng Vi cần phải có phương pháp hiệu để chuyển giao ô MS cần phải đo tín hiệu chất lượng tần số sóng mang khác, trì liên lạc với tần số sóng mang Do trình CDMA liên tục nên khơng có khoảng thời gian trống để MS đo tín hiệu tần số khác Vì phải thực phương pháp nén xây dựng thu hai tần số để đo tín hiệu chuyển giao Trong phương pháp nén, khoảng thời gian đo tín hiệu chuyển giao tạo việc phát thông tin khung với tỷ lệ trải phổ thấp khoảng thời gian ngắn hơn, phần thời gian lại khung dừng để đo cường độ tín hiệu tần số khác Bộ thu hai tần số sử dụng để đo tần số khác mà không làm ảnh hưởng tới việc thu tín hiệu tần số thời - Xác định nhiều người sử dụng (Multuser deteciton) Các thu thệ thống CDMA dựa nguyên tắc thu phân tập, tín hiệu người sử dụng khác coi nhiễu Tuy nhiên thu tối ưu, tất tính hiệu xác định nhiễu từ tín hiệu khác khử lấy tín hiệu thu trừ tín hiệu Điều thực đặc tính tương quan tín hiệu biết trước (tức tín hiệu ngẫu nhiên mà xác định) Dung lượng hệ thống DS-CDMA sử dụng thu đa đường bị hạn chế mức độ nhiễu Trong thực tế, điều có nghĩa người sử dụng hay nói cách khác nguồn nhiễu tham gia vào hệ thống, chất lượng dịch Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 18 vụ người sử dụng khác giảm xuống Một hệ thống có khả chống nhiễu phục vụ nhiều người sử dụng Nhiễu đa truy cập ảnh hưởng đến trạm gốc MS tổng nhiễu bên (intra cell) hay bên ngồi (inter cell) gây Giải pháp MUD đưa nhằm giảm hiệu ứng nhiễu đa truy cập tăng dung lượng hệ thống Trong giai đoạn đầu, giải pháp áp dụng để tăng dung khử nhiễu sinh bên ơ, có nghĩa dung lượng thực tế hệ thống bị giới hạn hiệu thuật toán MUD nhiễu gây từ bên ngồi Bên cạnh việc cải thiện dung lượng MUD đồng thời làm giảm bớt hiệu ứng gần - xa hệ thống DS-CDMA Một MS gần trạm gốc ngăn chặn tồn lưu lượng cơng suất phát lớn Nhưng tín hiệu phát từ MS xác định trừ khỏi tín hiệu thu thid thơng tin với MS khác không bị nhiễu ảnh hưởng - Dung lượng hệ thống CDMA Giả sử thuê bao sử dụng sóng mang tạp âm Gauss băng rộng giả sử dạng sóng lưu trưc máy phát máy thu, điều chế vá giải điều chế phép tính nhân đơn giản băng gốc đồng vị trí Giả sử công suất phát thuê bao khống chế cho tất tín hiệu thu trạm gốc với mức công suất Nếu cơng suất tín hiệu thu thuê bao Ps (W) tạp âm bỏ qua cơng suất can nhiễu tổng cộng i có giải điều chế thuê bao là: I = (ku - 1) Ps (1.1) Trong đó: Ku tổng số thuê bao có mức lượng Bây giả sử giải điều chế số cho thuê bao hoạt động tạp âm Gauss, mức mật độ lượng bit/tạp âm: Eb/I0 tham số hệ số phẩm chất modem số, thường biến đổi phạm vi từ đến 9dB, tuỳ thuộc vào việc thực nó, sử dụng mã sửa sai, yếu tố làm giảm chất lượng kênh Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 19 phadinh tỷ lệ lỗi Mật độ tạp âm giải điều chế thuê bao nhận là: I = Io / W (1.2) W: toàn dải thông tạp âm băng rộng mà mật độ phổ giả định đồng tồn dải thơng Năng lượng bit thu là: Eb = Ps / R (1.3) Kết hợp công thức từ 1.1 đến 1.3 cho kết quả: ku − = W/ R = Ps Eb / I (1.4) Hệ thống CDMA thực tế đạt tăng tích Gv nhờ điều khiển động theo tích cực thoại tăng ích GA nhờ ding angten định hướng hình quạt Giả thiết búp sóng angten định hướng hình quạt có góc mở 120o, nhiễu cịn 1/3 so với angten vơ hướng, nhiên hình quạt anten có phần phủ nên nhiễu có lớn chút, GA = 2,4 ÷ 2,55 Thống kê cho thấy thoại tích cực 30% thời gian đàm thoại, tương ứng với Gv = 1/0,35 = 2,67 Thống kê cho biết can nhiễu tổng từ MS tất cell khác xấp xỉ 3/5 can nhiễu từ MS tất cell khác xấp xỉ 3/5 can nhiễu ku-1 MS cell xét f + = 1,6 với f tỷ số can nhiễu MS cell khác can nhiễu từ MS cell xét Vậy: W GAGV ku = R Eb 1+ F Io W R Eb Io (1.5) Giả thiết điều chế giải điều chế số làm việc hoàn hảo, an ten phân tập kép, dùng mã sửa sai Máy thu phân tập nhiều đường (máy thu Rake), với Eb/Io xấp xỉ 6dB, chất lượng liên lạc thoả mãn người dùng, ta có: Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 20 ku = W R (1.6) ku: Là số người sử dụng cell, tức dung lượng cell W: Bề rộng phổ tần số trải phổ R: Tốc độ liệu gốc 1.2.2 Các đặc tính hệ thống CDMA 1.2.2.1 Một số ưu điểm hệ thống CDMA - Dung lượng lớn: Có thể gấp 15 lần hệ thống tương tự điều kiện - Chất lượng cao: Chất lượng thoại cải thiện, giảm fading tượng nghẽn mạch, rớt gọi - Tính tương thích: Dễ dàng tương thích với hệ thống viễn thơng - Giá thành: Giảm đáng kể nhờ việc sử dụng cơng nghệ mạch tích hợp cỡ lớn VLSI 1.2.2.2 Tính đa dạng phân tập Trong hệ thống điều chế băng hẹp điều chế FM analog sử dụng hệ thống điện thoại tổ ong hệ tính đa đường tạo nhiều fading nghiêm trọng Tính nghiêm trọng fading đa đường giảm điều chế CDMA băng rộng tín hiệu qua đường khác thu nhận cách độc lập Nhưng tượng fading xảy liên tục hệ thống fading đa đường khơng thể loại trừ hồn tồn với tượng fading đa đường xảy liên tục giải điều chế khơng thể xử lý tín hiệu thu cách độc lập Hệ thống CDMA có tính đa dạng phân tập làm giảm hiệu ứng fading, có ba dạng phổ biến thời gian, khơng gian tần số - Kiểu thời gian, xen vào symbol, chống lỗi sửa sai - Kiểu tần số: Tín hiệu băng rộng 1,25MHz - Kiểu khơng gian: Điều chỉnh an ten thu trạm thu đa đường Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng tương quan song song Máy di động sử dụng tương quan, trạm gốc sử dụng tương quan Máy thu có tương quan song song gọi máy thu quét, xác định hiệu theo Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 21 đường tổ hợp, giải điều chế tất tín hiệu thu fading xuất tín hiệu thu khơng có liên quan đến đường thu Vì tổng tín hiệu thu có độ tin cậy cao khả có fading đồng thời tất tín hiệu thu thấp 1.2.2.3 Điều khiển công suất Trong thiết kế hệ thống CDMA người ta muốn tăng lên độ số lượng khách hàng gọi lúc dải thông định Khi công suất phát máy di động điều khiển cách tiếp cận trạm gốc với tỷ lệ tín hiệu/ nhiễu nhỏ nhất, dung lượng hệ thống tăng lên cao Nếu công suất phát máy di động nhận trạm gốc thấp q khơng thể hy vọng chất lượng thoại tốt tỷ lệ lỗi bit cáo Và công suất nhận trạm gốc cao thu chất lượng cao máy di động Tuy nhiên kết tăng nhiễu máy di động sử dụng kênh chung dẫn tới chất lượng thoại bị giảm xuống toàn thuê bao không bị giảm xuống Điều khiển công suất nhanh nghiêm ngặt nét quan trọng hệ thống thông tin CDMA, đường lên Thiếu điều khiển công suất máy phát công suất lớn chặn lại tồn Hình sau cho giải pháp điều khiển cơng suất vịng kín P1 Duy trì mức công suất P1 P2
PM Các kênh điều khiển công suất đến MS P2
PM Hình 1.2: Điều khiển cơng suất CDMA Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 22 Các MS1 MS2 làm việc tần số sử dụng mã trải phổ khác BS MS1 xa so với MS2 Vì suy hao đường truyền MS1 cao MS2 Nếu khơng có biện pháp điều khiển cơng suất để hai MS tạo mức thu BS MS2 gây nhiễu lớn cho MS1 chặn phận lớn ô dẫn xa CDMA làm giảm dung lượng hệ thống Như vậy, để đạt công suất cực đại cần điều khiển công suất tất MS ô cho mức công suất mà chúng tạo BS Trong hệ thống CDMA có phương pháp điều khiển cơng suất sau đây: - Điều khiển vịng hở - Điều khiển cơng suất nhanh vịng kín bao gồm điều khiển cơng suất vịng điều khiển cơng suất vịng ngồi Điều khiển cơng suất vịng hở thực đánh giá gần cơng suất đường xuống tín hiệu kênh dẫn đường dựa tổn hao truyền tín hiệu Nhược điểm phương pháp điều kiện truyền sóng đường xuống khác với đường lên fading nên đánh giá thiếu xác Phương pháp điều khiển cơng suất nhanh vịng kín sau: BS thường xuyên đánh giá tỷ số tín hiệu can nhiễu thu (SIR = Signal to Interference Radio) so sánh với tỷ số SIR đích điểm đạt Nếu SIR cao SIR đích điểm đặt BS lệnh cho MS hạ thấp cơng suất, trái lại lại lệnh cho MS tăng công suất Tốc độ cao thay đổi tổn hao đường truyền nhanh fading nhanh MS chuyển tốc độ thấp Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng kín gọi vòng sử dụng đường xuống khơng có hiệu ứng gần xa, tất tín hiệu đến MS ô BS Tuy nhiên lý điều khiển công suất sau Khi MS đến gần biên giới ơ, bắt đầu chịu ảnh hưởng ngày tăng nhiễu từ ô khác Điều khiển công suất đường xuống trường hợp để tạo lượng dự trữ cho MS trường hợp nói Ngồi ra, điều khiển công suất đường xuống cho phép bảo vệ tín hiệu yếu fading Releigh gây ra, mã sửa sai làm việc không hiệu Nhờ Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 23 Hình 5.6 Khối xáo trộn mã dài ghép bit điều khiển công suất Các symbol điều chế vào với tùng khung [768x1] ghép bit điều khiển cơng suất sau ánh xạ chúng vào khung tín hiệu điều chế Sự chuyển đổi tín hiệu lối thành khung có tốc độ [2x1] Trong khung bao gồm hai khối kênh kênh liệu trải phổ trực tiếp PN kênh điều khiển công suất trải phổ chuỗi PN Sau hai kênh ghép xen vào khung có tốc độ [2x1] Cũng chuyển đổi thành khung nhỏ khung lớn cách để chúng gối lên 5.3.2 Khối trải phổ Hồn thiện q trình trải phổ gốc, sử dụng số thực để đánh giá giống hàm gốc trải phổ cầu phương sử dụng giá trị phức để đánh giá chuỗi PN liên tiếp Hình 5.7 Sơ đồ khối trải phổ Trong demo liệu đưa vào với khung [2x1] tách thành hai khung có độ dài [1x1] sau lặp lại 64x , trải phổ trực giao với mã Walsh64 (được dùng cho 64 kênh khác nhau), khungduwx liệu [64x1], sau Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 120 trải phổ cầu phương với mã PN Sau ghép bit hoa tiêu lặp lại [64x1] trải phổ cầu phương với chuỗi PN Sau hai chuỗi trải phổ cầu phương tín hiệu tổng hợp lại Khung tín hiệu [64x1] Hình 5.8 Chịm tín hiệu I Q Dạng tín hiệu điểm giản đồ chịm Tín hiệu chuỗi I Q tổ hợp với 5.3.3 Khối lọc Bộ lọc nội suy, nâng mẫu tín hiệu vào hệ số giá trị nguyên Sau cho qua lọc FIR Bộ lọc thực sử dụng cấu trúc nội suy đa pha Bậc lọc tính hệ số nội suy Nhưng có thơng số giấu khối hoạt động đa tốc độ, đa nhiệm vụ Trong trường hợp điều kiện ban đầu rõ nhớ đệm Trong demo kích cỡ khung vào có giá trị [64x1] Sau qua lọc tín hiệu [256x1] Ở đây, tín hiệu dịng chèn tạo cách sử dụng khung có kích cỡ lớn Phép nội suy sử dụng hệ số L, kích cớ khung lớn L lần khung lối vào (M0=Mi*L).Nhưng tốc độ khung vào Hình 5.9 Khối lọc Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mơ Matlab 121 Hình 5.10 Tín hiệu sau lọc Hình 5.11 Tín hiệu trước lọc Ta thấy tín hiệu sau lọc bị trải rộng bị nhiễu tín hiệu qua lọc phát vào không gian, cịn tín hiệu trước qua lọc dạng tín hiệu điều chế QPSK 5.4 Khối kênh truyền 5.4.1 Khối đa đường pha đinh Hiện tượng đa đường dẫn Rayleigh tín hiệu truyền qua nhiều đường khác Tín hiêu vào giá trị vô hướng vector khung sở Nhưng tín hiệu phức tạp Mối quan hệ tín hiệu phát tín hiệu thu gay hiệu ứng dịch tần Doppler tần số tín hiệu Phổ tín hiệu Jakes PSD xác định phổ hiệu ứng Releigh Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 122 Hình 5.12 Khối fadinh đa đường Từ kênh đa đường phản xạ tín thiệu liên tiếp nhiều điểm, tín hiệu từ nơi phát đến nơi nhận theo đường khác nhau, có đội dài khác Kết chúng có thời gian trễ khác Fading xuất khhi tín hiệu qua nhiều đường truyền khác có nhiễu kênh khác Trong tham số block, vector trễ thời gian trễ cho môi trường khác Kết chạy demo có đầu vào khung sở [256x1], đầu vector khung sở [256x1] 5.4.2 Khối cộng tạp âm trắng Chức khối cộng nhiễu tạp âm trắng Gauss vào tín hiệu vào Tín hiệu vào tín hiệu số thực số phức Nếu tín hiệu vào thực khối cộng nhiễu Gausse thực tạo thành tín hiệu thực lối Hình 5.13 Khối tạp âm trắng cộng tính Gausse Nếu tín hiệu vào phức khối cộng nhiễu Gausse thực tạo thành tín hiệu phức lối Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 123 Hình 5.14 Dạng tín hiệu điểm nhiễu Trong demo, đầu vào tín hiệu khung sở [256x1], đầu tín hiệu khung sở có kích cỡ [256x1] Nhưng tín hiệu qua demo ta thấy hình mơ điểm nhiễu Trong 256 tốc độ trải phổ khung 5.5 Khối thu 5.5.1 Khối lọc Bộ lọc nội suy FIR: Lấy mẫu giá trị vào hệ số giá trị nguyên, sau cho qua lọc FIR Bộ lọc dụng cụ dùng cấu trúc nội suy đa pha Các bậc hệ số lọc cho hệ số nội suy Nhưng có thơng số giấu khối chạy, đa tốc độ chế độ đa nhiệm Trong trường hợp điều kiện ban đầu rõ nhớ đệm Khối lọc FIR nội suy lấy mẫu thời gian riêng biệt lối vào tốc độ nhanh tốc độ lấy mẫu vào L lần Trong L rõ tham số hệ số nội suy Quá trình bao gổm hai bước: - Khối nâng mẫu lối vào tới tốc độ cao cách chèn thêm L-1 bit mẫu - Khối lọc mẫu tín hiệu tăng lên cách trực tiếp – Dạng lọc FIR Trường hợp lối vào khung cở sở: Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mơ Matlab 124 Hình 5.15 Bộ lọc thu Đầu vào ma trận dạng khung sở có đầu vào MxN tạo N kênh độc lập Khối loại bỏ kênh thời hạn Tham số đóng khung xác định tốc độ hoạt động khối đầu để điều tiết mẫu cộng thêm Trong hình vẽ kích thước khối [256x1] hệ số nội suy kích thước khối [256x1] Hình 5.16 Tín hiệu trước sau lọc 5.5.2 Bộ thu RAKE Đây thu phân tập theo thời gian Bộ thu RAKE làm từ bốn đường dẫn khác nhau, đặt lệch thời gian trễ thích hợp Các mẫu xuống đường decorrelates bit hoa tiêu liệu sử dụng nối tiếp tương ứng Các bit hoa tiêu gửi tới kênh đánh giá đầu sau dùng để dừng tín hiệu liệu nhận Dữ liệu giải điều chế xử lý đường dẫn tương ứng cuối chúng tổng hợp lại Hình 5.17 Dữ liệu sau thu RAKE Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mơ Matlab 125 Trên hình vẽ tín hiệu từ lọc [256x1] sau qua thu RAKE Tín hiệu sau thu RAKE có dnajg hình vẽ gần giống với tín hiệu thu trải phổ cầu phương tín hiệu nhiễu so với dạng ban đầu Từ ta khơi phục lại tín hiêu cách dễ dàng 5.5.3 Khối ánh xạ tín hiệu Trong hai khối có hai khối con: Complex to Real Image: thành phần lối tín hiệu thực tín hiệu ảo tổng hợp tín hiệu lối vào Khối “Matrix concatenation” hồn thiện q trình ghép theo chiều ngang theo chiều thẳng đứng Vector tín hiệu vào coi vector cột Ví dụ có M hàng rào lối xếp thành ma trận cột [Mx1] Lối ln ma trận Hình 5.18 Khối ánh xạ tín hiệu Các tham số parameter: Số lối vào: xếp mắt xích: Chiều thẳng đứng 5.5.4 Khối giải xáo trộn tách bit điều khiển công suất Hồn thiện q trình giải xáo trộn tách bit điều khiển công suất khỏi kênh lượng Khối làm nhiệm vụ tách bit điều khiển công suất tách tín hiệu điều chế đưa sang khối giải điều chế Lối vào khung liệu khung đầu vào gồm 256 vecter thực ghép xen Lối vector gồm bit điều khiển công suất 768 bit/ khung liệu Từ khung ta đưa khung có định cứng thông tin liên lạc 5.6 Khối giải mã 5.6.1 Khối giải ghép xen Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 126 Chức khối xếp lại phần tử lối vào theo chiều ngược lại y(element) = u, chiều dài phần tử phải hợp với lối vào Trong demo ta thấy tín hiệu đưa từ khối giải xáo trộn sang có kích cỡ [768x1], say cho qua khối giải trải phổ tín hiệu [768x1], khối có tác dụng xếp lại cho thứ tự 5.6.2 Khối giải đục lỗ Chức khối phân phối phần tử lối vào thành vector lối Dãy nhị phân chèn vector Để xếp phần tử phần tử lối vào 5.6.3 Khối giải lặp Chức khối giải lặp hệ số nguyên Giá trị mẫu lối giá trị trung bình N liên tiếp mẫu lối vào Trong demo mẫu lối vào vào khung [768x1], sau qua khối Derepeat với hệ số chia khung lối có giá trị [768x1], giá trị N = 1, Các mẫu lối có giá trị lối vào 5.6.4 Khối giải mã Viterbi Sử dụng thuật toán Viterbi để giải mã liệu vào mã nhân chập Phương pháp đặc biệt phương pháp tính khả tối đa Dựa theo dãy nhận lối kênh Phương pháp dị tìm sơ đồ lưới đường có mã giống dãy nhận Trong sơ đò liên quan đến định cứng Thuật tốn tìm đường có khoảng cách Hamming nhỏ đến dãy nhận (Trường hợp kênh lý tưởng khoảng cách 0) Khung đầu vào có giá trị [768x1] đầu khung có giá trị [192x1] Hình 5.19 Khối giải mã Viterbi Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 127 5.6.5 Khối tách bit chèn đuôi Chức khối chèn thêm hay loại bỏ bit zero đưa vào lối vào theo chiều Sự loại bỏ xuất số hàng lối hay số cột lối nhỏ tương ứng so với chiều tín hiệu lối vào Trong demo tín hiệu đưa từ khối giải mã Viterbi sang [192x1] sau đưa qua Encoder tail bit thỉ loại bỏ bit zero chèn khung lối [184x1] Các tham sơ có parameter: Vị trí chèn tín hiệu: Cuối Xác định số hàng lối ra: 172+2 5.6.6 Khối tách bit mã CRC Nhận dạng lỗi khung liệu lối vào theo đa thức tạo Các đa thức tạo phải vector nhị phân đa thức theo thứ tự giảm dần, điểm kết nối Lối thứ khung liệu với bít CRC bi loại bỏ lối thứ hai có lỗi nhận khung liệu có lỗi Trong demo khung tín hiệu lối vào có giá trị [184x1] sau qua khối tách bit mã hóa lỗi vịng CRC đưa hai đường, đường thứ khung liệu có giá trị [172x1] đường thứ hai khung liệu có lỗi hay khơng việc xác định bit CRC 5.7 Các khối khác Tính tỷ lệ lỗi bit tỷ lệ lỗi ký hiệu liệu lối vào Khối so sánh liệu lối vào phát với liệu lối vào thu Nó tính tỷ lệ lối dạng số thay đổi liên tục, cách chia tổng số cặp liệu không cho tổng số liệu lối vào từ nguồn Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 128 Hình 5.20 Khối tính tỉ lệ lỗi Có thể sử dụng khối để tính tỷ lệ lỗi bit hay tỷ lệ lỗi ký hiệu, khơng tính độ lớn chênh lệch thành phần liệu vào Nếu lối vào dạng bit khối tính tỷ lệ lỗi bit Nếu lối vào cá ký hiệu tỉnh tỉ lệ lỗi ký hiệu 5.8 Kết mô kênh truyền Mô với khung liệu 172 bit Hình 5.21 Tín hiệu tạo khối tạo nguồn ngẫu nhiên Bernoulli Tín hiệu khối mã hóa cho hình với q trình chèn bít CRC, chèn bít mã xốn ghép xen ngẫu nhiên Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mơ Matlab 129 Hình 5.22 Tín hiệu kênh truyền Tín hiệu kênh truyền điểm giống nhiễu tạp âm trắng đường truyền Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 130 Hình 5.23 Tín hiệu khối thu RAKE Hình 5.24 Dữ liệu khối giải ghép xen chèn Zero Hình 5.25 Tỷ lệ lỗi BER Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 131 5.9 Kết luận chương Sau thời gian nghiên cứu hệ thống CDMA mô kênh đường xuống mơ hình lớp vật lý CDMA2000 thơng qua phần mềm matlab, với thông số tham khảo hệ thống thông tin di động thực sự, cho phép ta đánh giá thông số tốc độ lớp vật lý khả truyền tải đường truyền Do sơ đồ mô ứng với CDMA2000 1xRTT nên chưa có đánh giá hồn thiện hệ thống hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo kiến thức thực tế nên kết thu dừng lại góc độ lý thuyết chưa đầy đủ Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 132 KẾT LUẬN Công nghệ CDMA nghiên cứu mạnh mẽ tồn giới với tính bền vững với fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thơng hiệu quả, tính bảo mật cao giảm độ phức tạp hệ thống Đồng thời kết hợp với công nghệ khác OFDM, trải phổ chuỗi trực tiếp cho hệ thống thông tin di động mạnh mẽ khai thác hiệu nguồn tài ngun tần số ngày hạn hẹp Chính vậy, hệ thống CDMA góp phần hữu với hệ thống GSM tạo nên mạng viễn thông kết nối tồn cầu Vì nhiều lý khác nhau, Việt Nam công ty viễn thông không lựa chọn công nghệ CDMA làm tảng với ưu điểm khơng thể bỏ qua Việc nghiên cứu hệ thống thu phát CDMA giúp hiểu rõ hoạt động hệ thống ưu nhược điểm công nghệ CDMA giải pháp công nghệ giúp hệ thống CDMA khắc phục nhược điểm để đạt mục tiêu thương mại Cịn chương trình mơ thể ý đồ mơ phỏng, cách thức hoạt động hệ thống, kiểu tín hiệu liệu sử dụng hệ thống, mơ hình hoạt động hệ thống viễn thông Đề tài vấn đề cần thiết phát triển hệ thống thông tin di động CDMA Do khơng có điều kiện để tìm hiểu thực tế, số chỗ cịn hiểu chưa rõ nên khơng thể xác ý nghĩa nhiều chỗ thân chưa dám mạnh dạn thể Để đề tài hoàn thiện cần bổ sung số vấn đề nên mong giúp đỡ góp ý thầy bạn Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] I, C.L., Gitlin, R.D., “Multi-Code CDMA Wireless Personal Communi-cations Networks” [2] Fu, P.W., Chen, K.C., “Multi-Rate MC DS-CDMA with Multi User Detections for Wireless Multimedia Communications” [3] P.W.Fu and K.C.Chen, “Multi-rate multi-carrier CDMA with multiuser detection for wireless multimedia communication”, Wireless Communi- cation and Networking Conference, vol 1, pp 385-390, March 2003 [4] P.W.Fu and K.C.Chen, “Multi-rate multi-carrier CDMA with multiuser detection for wireless multimedia communication”, Wireless Communi- cation and Networking Conference, vol 1, pp 385-390, March 2003 [5] aeyoon Kim, Jeffrey G Andrews, and Theodore S Rappaport, “Multi-code Multicarrier CDMA: Performance Analysis”, Wireless Networking and Communication Group [6] “Cdma tutorial” Copyright 2002 Charan Langton [7] “Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems” 3GPP2 C.S0002 DVersion 1.0 Date: February 13, 20 [8] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “ Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến”, Nhà xuất Bưu Điện, 2004 [9] Nguyễn Văn Đức, “Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [10] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ 3” – tập 1, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, Nhà xuất Bưu điện, 2001 [11] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ 3” – tập 2, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện, 2001 [12] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, giáo trình “Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G” Nhà xuất thông tin truyền thông [13] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, giáo trình “Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vơ tuyến”, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện, 2004 [14]http://www.mediafire.com/view/s2p84by3fmn4xvu/BookCDMA%20reference%20blockset%20for%20use%20with%20simulink.PDF Nghiên cứu hệ thống thu phát thông tin di động 3G mô Matlab 134