tìm hiểu và mô phỏng các phương pháp tách sóng trong mc – cdma

 GIỚI THIỆU Đồ án tốt nghiệp Trang 2  Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm sinh viên thực hiện đã trải qua không ít khó khăn, nhưng nhờ sự giúp đỡ tận tình của cô Dương Thị Cẩm Tú, cùng với thầy cô và các bạn trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, nhóm sinh viên thực hiện đã hoàn thành đề tài này. Nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:  ThS. Dương Thị Cẩm Túđã hết lòng hướng dẫn nhóm trong thời gian thực hiện đề tài  Quý thầy cô trong bộ môn Điện Tử - Viễn Thông đã truyền đạt cho nhóm những kiến thức chuyên ngành quý giá.  Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn luôn bên cạnh ủng hộ, động viên cả về vật chất lẫn tinh thần giúp nhóm thực hiện có được điều kiện tốt nhất để hoàn thành được đồ án này.  Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình thực hiện. Trong quá trình hoàn thành bài báo cáo, nhóm thực hiện sẽ không tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong được sự góp ý của quý thấy cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011 Nhóm sinh viên thực hiện Phùng Thị Thanh Thủy Huỳnh Thị Phương Yến Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến Đồ án tốt nghiệp Trang 3   Họ và tên sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Công Nghệ ………………. Tên đề tài: 1) Cơ sở ban đầu: 2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 3) Các bản vẽ: 4) Giáo viên hướng dẫn: 5) Ngày giao nhiệm vụ: 6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:  !"#$ Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng năm 20… Chủ nhiệm bộ môn Đồ án tốt nghiệp Trang 4  Tp. Hồ Chí Minh, tháng năm Giáo viên hướng dẫn  %&  Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến Đồ án tốt nghiệp Trang 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng năm Giáo viên phản biện LỜI CÁM ƠN LỜI CÁM ƠN '()*(+,- Công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ. Trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện tại. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự (1G), các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông ti di động trên toàn cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khả năng vượt Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến Đồ án tốt nghiệp Trang 6 quá nhu cầu thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Và chuẩn tương lai của các thiết bị không dây là hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G), cho phép truyền tải dữ liệu tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng, từ ứng dụng cho phép tải và truyền hình ảnh động chất lượng cao đến ứng dụng trên các dịch vụ cao cấp: video trực tiếp trên mạng, hội nghị truyền hình…. ./0123)+456( Hiện nay, Kỹ thuật MC – CDMA là một kỹ thuật rất mới đang được nghiên cứu mạnh mẽ trên toàn thế giới với khả năng truyền tốc độ cao, tính bền vững với fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm độ phức tạp của hệ thống do thừa hưởng tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM. MC-CDMA là một cho hệ thống thông tin di động trong tương lai. Chính vì vậy, việc tìm hiểu về các phương pháp tách sóng trong hệ thống MC – CDMAlà cần thiết và có ý nghĩa thực tế. Xuất phát từ những suy nghĩ trên, nhóm thực hiện đã quyết định chọn đề tài: “Tìm hiểu và mô phỏng các phương pháp tách sóng trong MC – CDMA” 715(8-19:+456( Trong đồ án này đề cập một cách tổng quan về kỹ thuật CDMA, OFDM và kết hợp hai kỹ thuật CDMA với OFDM thành kỹ thuật mới gọi là MC-CDMA và nêu lên được những ưu điểm, khuyết điểm của kỹ thuật MC-CDMA. Từ những ưu điểm của MC-CDMA đem lại khắc phục những khuyết điểm của công nghệ CDMA và kỹ thuật OFDM. Trình bày và phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp tách sóng. Sau cùng đưa ra phương pháp tối ưu nhất. ;(5<=)>1,)5?@2(A- - Lý thuyết về kỹ thuật CDMA, OFDM, MC – CDMA, kênh truyền , các loại nhiễu, các phương pháp tách sóng trong MC – CDMA. - Chương trình mô phỏng MATLAB (B(2C)+456( Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến Đồ án tốt nghiệp Trang 7 Về lý thuyết: - Tìm hiểu một cách khái quát về kênh truyền và nhiễu, công nghệ CDMA, OFDM và hệ thống thông tin di động MC-CDMA (4G).\ - Trình bày và phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp tách sóng và so sách chúng nhằm tìm kiếm phương pháp tách sóng tối ưu nhất cho hệ thống MC – CDMA. Về mô phỏng: Nội dung mô phỏng nhóm thực hiện bao gồm: 1. D12E*)>+F)G6+:-EHIJ 1.1 Tách sóng đơn user trong MC-CDMA. Phần này mô phỏng các phương pháp: SUD-MRC, SUD – EGC, SUD – ZF, SUD – MMSE, SUP-MRC, SUP – EGC, SUP – ZF, SUP – MMSE 1.2 Tách sóng đa user trong MC-CDMA. Phần này mô phỏng các phương pháp:MUP – ZF, MUP – MMSE, MUD – ZF, MUD – MMSE. Phương pháp tách sóng đơn user và đa user đều mô phỏng đặc tính BER theo số user và E b /N o trong tuyến xuống và tuyến lên trong mô hình kênh truyền Jakes, Xiao. 2. K52;)>L#J/C)>E*)>19:@DM52-G6@DMN2D5 Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 01 năm 2010 Sinh viên thực hiện Phùng Thị Thanh Thủy Huỳnh Thị Phương yến Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến Đồ án tốt nghiệp Trang 8 OO Trang Phần A Lời Cảm ơn ii Quyết định giao đề tài iii Nhận xét của giáo viên hướng dẫn iv Nhận xét của giáo viên phản biện v Lời mở đầu vi I. Lời nói đầu vi II. Lý do chọn đề tài vi III. Mục tiêu vii IV. Đối tượng tìm hiểu vii V. Giới hạn đề tài vii Mục lục ix Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến Đồ án tốt nghiệp Trang 9 Danh mục hình vẽ xv Danh mục bảng biểu xix Danh mục các từ viết tắt xx Phần B Chương 1: Kênh truyền vô tuyến 1.1Giới thiệu 3 1.2 Đặc điểm kênh truyền vô tuyến 3 1.2.1 Các kiểu kênh truyền 3 1.2.2 Truyền dẫn trong không gian tự do 5 1.3 Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền 6 1.3.1 Hiện tượng đa đường 6 1.3.2 Hiện tượng Doppler 7 1.3.3 Hiện tượng vật che chắn 7 1.3.4 Suy hao trên đường truyền 7 1.4 Ảnh hưởng của kênh truyền đối với tín hiệu 7 1.4.1 Phản xạ phản chiếu 8 1.4.2 Phản xạ lan truyền 8 1.4.3 Nhiễu xạ 8 1.4.4 Ảnh hưởng của che bóng 9 1.4.5 Trải trễ 9 1.4.5.1 Định nghĩa 9 1.4.5.2 Các tham số tán xạ thời gian 9 1.4.6 Băng thông lien kết 10 1.4.6.1 Định nghĩa 10 1.4.6.2 Công thức xấp xỉ băng thông lien kết 10 1.4.7 Thời gian liên kết 11 1.4.7.1 Định nghĩa 11 1.4.7.2 Công thức tính thời gian liên kết 11 1.5 Các loại phân bố kênh truyền 11 1.5.1 Phân bố Rayleigh 12 1.5.2 Phân bố fading Ricean 14 1.5.3 Fading logarit chuẩn 15 1.6 Mô hình Jakes và Xiao 17 1.7 Kết luận chương 18 Chương 2: Công nghệ CDMA 2.1 Giới thiệu 19 Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến Đồ án tốt nghiệp Trang 10 2.2 Tổng quan về CDMA 19 2.3 Mã trải phổ 21 2.3.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN 21 2.3.2 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard 22 2.4 Các kiểu trải phổ cơ bản 22 2.5 Chuyển giao 23 2.5.1 Mục đích của chuyển giao 23 2.5.2 Các loại chuyển giao 24 2.5.2.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn 24 2.5.2.2 Chuyển giao cứng 25 2.6 Điều khiển công suất trong CDMA 25 2.6.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC) 26 2.6.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC) 27 2.7 Kết luận chương 28 Chương 3: Tổng quan về hệ thống OFDM 3.1 Hệ thống OFDM 31 3.2. Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM 32 3.2.1 Mã hóa sửa sai trước FEC 32 3.2.2 Phân tán ký tự 33 3.2.3 Sắp xếp 33 3.2.4 Sử dụng IFFT/FFT trong OFDM 33 3.3. Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 36 3.3.1 Điều chế BPSK 36 3.3.2 Điều chế QPSK 38 3.3.3 Điều chế QAM 38 3.4. Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM 39 3.4.1 Ước lượng tham số kênh 40 3.4.2 Đồng bộ trong OFDM 41 3.4.2.1 Đồng bộ ký tự 41 3.4.2.2 Đồng bộ tần số sóng mang 42 3.4.2.3 Đồng bộ tần số lấy mẫu 43 3.5 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM 43 Chương 1: Kênh Truyền Vô Tuyến [...]... BER của hệ thống MC- CDMA 65 4.9 Phân loại MC- CDMA .66 4.10 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật MC- CDMA .69 4.10.1 Ưu điểm của kỹ thuật MC- CDMA 69 4.10.2 Nhược điểm của kỹ thuật MC- CDMA 69 4.11 Kết luận chương 69 Chương 5: Các phương pháp tách sóng trong MC - CDMA 5.1 Sơ lược kỹ thuật tách sóng trong hệ thống MC - CDMA 72 5.2 Các kỹ thuật tách sóng đơn user ... Dạng sóng nhận được của user 1 Hình 6.35b Dạng sóng nhận được của user 2 Chương 1: Kênh Truyền Vơ Tuyến Trang 18 Đồ án tốt nghiệp Trang 19 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng các giá trị an, bn theo dạng điều chế Bảng 3.2 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM Bảng 5.1 So sánh các phương pháp tách sóng đơn user Bảng 5.2 So các phương pháp tách sóng đa user Bảng 6.1 Các phương pháp tách sóng đơn user dùng trong. .. Chuỗi mã Kasami 94 6.4 Tách sóng đơn user trong MC - CDMA 95 6.4.1 Mơ phỏng BER trong MC- CDMA tuyến xuống theo Eb/N0 96 6.4.2 Mơ phỏng BER trong MC- CDMA tuyến lên theo Eb/N0 .98 6.5 Tách sóng đa user trong MC- CDMA .99 6.6 Hệ thống MC- CDMA .103 6.6.1 Máy phát 103 6.6.2 Máy thu 113 Chương 7: Kết luận và hướng phát triển đề tài 7.1 Kết luận ... thuật tách sóng đơn user 72 5.2.1 Trọng số Gk’(m) trong kỹ thuật tách sóng đơn user .73 5.2.2 Phương pháp MRC .76 5.2.3 Phương pháp EGC .77 5.2.4 Phương pháp cưỡng bức zero (ZF – Zero Forcing) 77 5.2.5 Phương pháp MMSEC 78 5.2.6 Phương pháp ORC .79 5.2.7 Phương pháp TORC .79 5.3 Các kỹ thuật tách sóng đa user 80 5.3.1 Phát hiện theo khả năng cao... 57 4.5.2 Phương pháp TORC .57 4.5.3 Phương pháp kết hợp độ lợi bằng nhau (EGC) 58 4.5.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC) 58 4.5.5 Phương pháp MMSE .59 4.6 Các phương pháp triệt nhiễu 59 4.6.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC) 59 4.6.2 Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC) 60 4.7 Vấn đề dịch của tần số sóng mang trong hệ thống MC- CDMA 61 Chương... 6.13 - Giao diện mơ phỏng Hình 6.14 - Sơ đồ khối mơ phỏng máy phát Hình 6.15a – Dạng sóng ngõ vào của user 1 Hình 6.15b – Dạng sóng ngõ vào của user 2 Hình 6.16a – Dạng sóng Mã hóa TURBOR cho user 1 Hình 6.16b – Dạng sóng Mã hóa TURBOR cho user 2 Hình 6.17a – Dạng sóng khi chuyển đổi S/P cho user 1 Chương 1: Kênh Truyền Vơ Tuyến Trang 16 Đồ án tốt nghiệp Trang 17 Hình 6.17b – Dạng sóng khi chuyển đổi... sánh việc sử dụng băng tần của FDM và OFDM Hình 4.1 Ngun tắc tạo tín hiệu MC- CDMA Hình 4.2 máy phát MC- CDMA tuyến xuống Hình 4.3 Máy phát MC CDMA Hình 4.4 Máy thu MC- CDMA Hình 4.5 Ảnh hưởng của kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số Chương 1: Kênh Truyền Vơ Tuyến Đồ án tốt nghiệp lên từng băng tần hẹp Hình 4.6a Bộ phát MC- DS -CDMA Hình 4.6b Mã trải phổ trong MC- DS -CDMA Hình 4.7 Phổ cơng suất của tín... cho user 2 Hình 6.18a – Chuổi Walsh – Hadamard cho user 1 Hình 6.18b – Chuổi Walsh – Hadamard cho user 2 Hình 6.19a – Dạng sóng sau khi trải phổ của user 1 Hình 6.19b – Dạng sóng sau khi trải phổ của user 2 Hình 2.20 – Dạng sóng sau khi ghép kênh Hình 6.21 QAM-16 Hình 6.22 Tín hiệu sau khi qua IFFT Hình 6.23a Phổ và mật độ cơng suất phổ tín hiệu sau khi qua bộ D/A Hình 6.23b Pha và biên độ tín hiệu điều... thống MT -CDMA Hình 5.1 Bộ phát hiện MC- CDMA đơn user Hình 5.2 Máy phát MC – CDMA Hình 5.3 Máy thu MC- CDMA Hình 5.4 Mơ hình triệt giao thoa cứng Hình 5.5 Mơ hình triệt giao thoa mềm Hình 6.1-Giao diện mơ phỏng Hình 6.2- Giao diện nội dung mơ phỏng Hình 6.3- Đặc tính chuỗi mã giả nhiễu Hình 6.4- Đặc tính chuỗi Walsh-Hadamard Hình 6.5 -Đặc tính của chuỗi Gold Hình 6.6 -Đặc tính chuỗi Kasami Hình 6.7 – ặc... 5.3.1.1 Ước lượng chuỗi khả năng cao nhất (MLSE) 80 5.3.1.2 Phương pháp MLSSE 81 5.3.2 Bộ cân bằng khối tuyến tính 81 5.3.2.1 Phương pháp ZF 81 5.3.2.2 Phương pháp MMSE 82 5.3.3 Triệt nhiễu giao thoa (IC – Interference Cancellation) .82 5.3.3.1 Phương pháp triệt nhiễu giao thoa song song (PIC) 83 5.3.3.2 Phương pháp triệt nhiễu giao thoa nối tiếp (SIC) 83 5.3.3.3 Triệt . – EGC, SUP – ZF, SUP – MMSE 1.2 Tách sóng đa user trong MC- CDMA. Phần này mô phỏng các phương pháp: MUP – ZF, MUP – MMSE, MUD – ZF, MUD – MMSE. Phương pháp tách sóng đơn user và đa user đều mô. 3.2 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM Bảng 5.1 So sánh các phương pháp tách sóng đơn user Bảng 5.2 So các phương pháp tách sóng đa user Bảng 6.1 Các phương pháp tách sóng đơn user dùng trong mô phỏng. 6.4 Tách sóng đơn user trong MC - CDMA 95 6.4.1 Mô phỏng BER trong MC- CDMA tuyến xuống theo E b /N 0 96 6.4.2 Mô phỏng BER trong MC- CDMA tuyến lên theo E b /N 0 98 6.5 Tách sóng đa user trong