Giải pháp kết hợp cdmaofdm ho hệ thống thông tin di động

Nguyễn tiền phơng giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : kỹ thuật điện tử Kỹ thuật điện tử GIảI PHáP KếT HợP CDMA/OFDM CHO Hệ THốNG thông tin di động Nguyễn tiền phơng 2006 - 2008 Hµ Néi 2008 Hµ Néi 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205001751000000 giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luËn văn thạc sĩ khoa học GIảI PHáP KếT HợP CDMA/OFDM CHO Hệ THốNG thông tin di động ngành : kỹ thuật điện tử mà số:23.04.3898 Nguyễn tiền phơng Ngời hớng dẫn khoa học : TS đào ngọc chiến Hà Nội 2008 ABSTRACT Communications is part of a basic human need The rapid increase in the number of wireless mobile terminal subscribers, which currently highlights the importance of wireless communications in this new millennium The user’s demands: multimedia service, data transmission rate, bandwidth, change rapidly Therefore, wireless technologies need to adapt to this change Today’s Wireless mobile communication technologies such as: DS-CDMA systems offer several advantages in cellular environments including easy frequency planning, high immunity against interference if a high processing gain is used, and flexible data rate adaptation Beside that, OFDM system also has several advantages include: High spectral efficiency due to nearly rectangular frequency spectrum for high numbers of sub-carriers, Simple digital realization by using the FFT operation, Low complex receivers due to the avoidance of ISI and ICI with a sufficiently long guard interval Flexible spectrum adaptation can be realized, e.g., notch filtering The advantages of OFDM modulation on one hand and the flexibility offered by the CDMA technique on the other hand have motivated many researchers to investigate the combination of both techniques, known as Multi-Carrier CDMA It allows one to benefit from several advantages of both OFDM modulation and CDMA technique by offering, for instance, high flexibility, high spectral efficiency, simple and robust detection techniques and narrow band interference rejection capability MC CDMA are today considered potential candidates to fulfill the requirements of next generation (4G) high-speed wireless multimedia communications systems, where spectral efficiency and flexibility will be considered the most important criteria for the choice of the air interface The aim of this thesis to combine the principle of a CDMA system with OFDM This thesis is organized as follows: In Chapter 1: This chapter describes the fundamentals of Radio-Communications Theory including a detailed description of the radio channel and its modeling In Chapter 2: This chapter describes the fundamentals of OFDM system including the basic principle of OFDM modulation, the model of OFDM system and the system analysis In Chapter 3: This chapter describes the fundamentals of MC-CDMA system including the basic principle of MC-CDMA technique, the model of MC-CDMA system and the system analysis In Chapter 4: This chapter describes the combination of CDMA and OFDM This combination allows one to perform an optimal detection, to use the available spectrum in an efficient way, to retain many advantages of a CDMA system, and to exploit frequency-diversity In addition, it allows simple cell-separation by using frequency hopping, and a simple hardware realization LỜI CAM ĐOAN Từ kiến thức ứng dụng thực tế, qua thời gian học giai đoạn đại học cao học trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đồng ý hướng dẫn TS Đào Ngọc Chiến, tơi tìm hiểu thêm sách báo, tạp trí tài liệu mạng, từ tập hợp thơng tin để hồn thành luận văn Tơi xin cam đoan nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu riêng tôi, không chép từ luận văn khác Do trình độ có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi có sai sót, mong thầy góp ý kiến Tơi xin cam đoan điều thật, sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2008 Học viên Nguyễn Tiền Phương MỞ ĐẦU Trong xã hội đại ngày nay, nhu cầu trao đổi thông tin nhu cầu thiết yếu Các hệ thống thông tin di động đời tạo cho người khả thông tin lúc, nơi Nhu cầu ngày lớn nên số lượng khách hàng sử dụng thông tin di động ngày tăng, mạng thơng tin di động mở rộng ngày nhanh Chính vậy, cần phải có biện pháp tăng dung lượng cho hệ thống thơng tin di động có Hệ thống CDMA đời chứng tỏ khả hỗ trợ nhiều user so với hệ thống trước Hơn nữa, so với hai phương pháp đa truy nhập truyền thống phân chia theo tần số FDMA phân chia theo thời gian TDMA phương pháp truy nhập phân chia theo mã CDMA có đặc điểm trội: chống nhiễu đa đường, có tính bảo mật cao, hỗ trợ truyền liệu với tốc độ khác nhau… Tuy nhiên, tương lai, nhu cầu dịch vụ số liệu ngày tăng, mạng thông tin di động không đáp ứng nhu cầu vừa vừa nói chuyện mà cịn phải cung cấp cho người sử dụng dịch vụ đa dạng khác truyền liệu, hình ảnh video… Chính vậy, vấn đề dung lượng tốc độ cần phải quan tâm Trong năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), kỹ thuật điều chế đa sóng mang, sử dụng rộng rãi ứng dụng vô tuyến hữu tuyến Ưu điểm OFDM khả truyền liệu tốc độ cao qua kênh truyền chọn lọc tần số, tiết kiệm băng thơng, hệ thống phức tạp việc điều chế giải điều chế đa song mang giải thuật IFFT FFT Để đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng, ý tưởng kỹ thuật MC-CDMA đời, dựa kết hợp CDMA OFDM MC-CDMA kế thừa tất ưu điểm CDMA OFDM: tốc độ truyền cao, 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 Chính vậy, MC-CDMA ứng cử viên sáng giá cho hệ thống thông tin di động tương lai Do vậy, định chọn luận văn thạc sĩ khoa học với đề tài: “Giải pháp kết hợp CDMA/OFDM cho hệ thống thông tin di động” hướng dẫn TS Đào Ngọc Chiến Luận văn sâu nghiên cứu, mô giải pháp cải thiện hiệu suất hệ thống thông tin di động dựa công nghệ CDMA kết hợp OFDM (MC-CDMA) Luận văn gồm chương: Chương I: Lý thuyết kênh vô tuyến Chương II: Điều chế phân chia theo tần số trực giao (OFDM) Chương III: Hệ thống đa truy nhập kênh truyền đa song mang phân chia theo mã (MC–CDMA: Multi Carrier Code Division Multiplexing Access) Chương IV: Hệ thống cải thiện hiệu suất cho thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA /OFDM Bên cạnh đó, luận văn đưa chương trình mơ để đánh giá khả cải thiện hiệu suất sử dụng công nghệ MC-CDMA Qua đây, xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện Đào tạo Sau đại học, Khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dìu dắt, bảo tơi năm vừa qua Đặc biệt, xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Đào Ngọc Chiến, người tận tình hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn thạc sĩ Nhân dịp này, xin cảm ơn đến bạn lớp cao học điện tử khóa 2006-2008 giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn! DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ACF AWGN Autocorrelation Function Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Tranceiver Station Conventional Detection Code Division Multiple Access Channel Impulse Response Channel State Indentify Digital Audio Broadcasting Direct Current Device Direct Sequence Direct Sequence Spread Spectrum Digital Video Broadcasting Federal Communications Commission, USA Frequency Domain Forward Error Correction Finite Element Method Fast Fourier Transform Finite Impulse Response Global Positioning System Inter-Channel Interference Intermediate Frequency Inverse Fast Fourier Transform Hàm tự tương quan Tạp âm Gaussian trắng cộng BER BPSK BTS CD CDMA 10 11 12 13 14 CIR CSI DAB DC DEV DS DSSS 27 IS Interference Suppression Khử nhiễu ế 28 29 30 31 32 33 Inter-Symbol Interference Low Noise Amplifier Local Oscilator Line Of Sight Medium Access Control Multi Carrier Nhiễu xuyên ký tự Khuếch đại tạp âm thấp Bộ tạo dao động nội Tầm nhìn thẳng Điều khiển truy nhập đường truyền Đa sóng mang 15 DVB 16 FCC 17 18 19 20 21 22 23 24 25 FD FEC FEM FFT FIR GPS ICI IF IFFT ISI LNA LO LOS MAC MC Tỉ lệ lỗi bít Khóa dịch pha nhị phân Trạm thu phát gốc Tách song thong thường Đa truy nhập phân chia theo mã Đáp ứng xung kênh truyền Nhận dạng trạng thái kênh Truyền số quảng bá Dòng chiều Thiết bị Chuỗi trực tiếp Trải phổ chuỗi trực tiếp Truyền hình số quảng bá Ủy ban truyền thông liên bang Mỹ Miền tần số Sửa lỗi hướng Phương pháp phần tử hữu hạn Biến đổi Fourier nhanh Đáp ứng xung hữu hạn Hệ thống định vị toàn cầu Nhiễu xuyên kênh Tần số trung gian Biến đổi Fourier nhanh ngược 34 MCCDMA 35 MLD 36 MLSE 37 38 39 40 MRC MSE MUD NBI 41 OCDM 42 OFDM 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 OOK PAM PDF PG PHY PN PPM PSD PSM QAM 53 QoS 54 QPSK 55 56 57 58 59 RF RMS RX SNR SS 61 SV 62 TD 63 TDMA 64 65 66 67 TH UWB WH WLAN Multi Carrier Code Division Multiple Access Maximum Likelihood Detection Maximum Likehood Sequence Estimation Maximum Ratio Combining Mean-Square-Error Multi User Detection Narrow Bandwith Interference Orthogonal Code Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiplexing On Off Keying Pulse Amlitude Modulation Power Density Function Processing Gain Physical layer Pseudo-random Noise Pulse Position Modulation Power Spectrum Density Pulse Shape Modulation Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Radio Frequency Root Mean Square Receiver Signal - Noise Ratio Spread Spectrum Đa truy nhập kênh truyền đa sóng mang phân chia theo mã Tách sóng tối ưu Saleh-Valenzuela Channel Model Time Domain Time Division Multiple Access Time-Hopping UltraWide Bandwith Walsh-Hadamard Wireless Lan Area Networks Mơ hình kênh Saleh-Valenzuela Ước lượng chuỗi giống Kết hợp tỉ số tối đa Tỉ số lỗi trung bình bình phương Tách sóng đa người dung Nhiễu băng hẹp Ghép kênh phân chia theo mã trực giao Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Khóa đóng mở Điều chế biên độ xung Hàm mật độ công suất Độ lợi xử lý Lớp vật lý Tạp âm giả ngẫu nhiên Điều chế vị trí xung Mật độ phổ công suất Điều chế dạng xung Điều chế biên độ cầu phương Chất lượng dịch vụ Khóa dịch pha cầu phương Tần số vô tuyến Thiết bị thu Tỉ số tín hiệu tạp âm Trải phổ Miền thời gian Dđa truy nhập phân chia theo thời gian Nhảy thời gian Băng thông siêu rộng Mã trực giao WH Mạng cục không dây 68 WPAN 69 WSSUS Wireless Personal Area Networks Wide Sense Stationary Uncorrelation System Mạng cá nhân không dây Hệ thống phi tương quan dừng theo nghĩa rộng