Cỏc thụng số trong miền tần số .... Mối quan hệ giữa cỏc thụng số trong mi n th i gian và ề ờ miền tần số .... Giải phỏp nõng cao hiệu quả ử ụ s d ng phổ tần của hệ thống truyền dẫn OFDM
ĐOàn Thế Bình 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 nghiên cứu Đề XUấT MÔ HìNH TRảI PHổ §A SãNG MANG - §A TRUY NHËP (SS - MC - MA) CHO Hệ ThốNG VÔ TUYếN BĂNG thông RộNG ĐOàN THế BìNH 2006 - 2008 Hà Nội 2008 Hà Néi 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205006481000000 giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu Đề XUấT MÔ HìNH TRảI PHổ ĐA SãNG MANG - §A TRUY NHËP (SS - MC - MA) CHO Hệ ThốNG VÔ TUYếN BĂNG thông RộNG ngành : Kỹ THUậT ĐIệN Tử mà số:23.04.3898 ĐOàN THế BìNH Ngời hớng dẫn khoa học : TS ĐàO NGọC CHIếN Hµ Néi 2008 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian năm, tơi hồn thành khóa học cao học trung tâm Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trung tâm 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 luận văn thạc sĩ Nhân dịp này, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, bạn lớp cao học điện tử nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng Học viên Đồn Thế Bình năm 2008 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Chương LÝ THUYẾT VỀ KÊNH VÔ TUYẾN Khái niệm kênh fading Đặc trưng kênh Fading 1.1.1 Hệ thống ngẫu nhiên phụ thuộc thời gian 1.1.1.1 Khái niệm đáp ứng xung kênh truyền 1.1.1.2 Mơ hình q trình dừng theo nghĩa rộng tán xạ không tương quan (WSSUS) 1.1.2 Kênh AWGN 1.1.3 Truyền dẫn đa đường 1.1.4 Trải phổ Doppler phụ thuộc thời gian 1.1.5 Sự phụ thuộc tần số phụ thuộc thời gian kênh 16 1.1.6 Kênh phụ thuộc thời gian phụ thuộc tần số 18 1.1.7 Nhiễu xuyên “ký hiệu” (ISI) nhiễu xuyên kênh (ICI) 20 Chương ĐIỀU CHẾ PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM 22 2.1 Khái niệm truyền dẫn đa sóng mang 22 2.2 Truyền dẫn đa sóng mang OFFDM 23 2.2.1 Tính trực giao OFDM 23 2.2.2 Mơ hình hệ thống truyền dẫn OFDM 25 2.2.2.1 Mơ tả tốn học hệ thống truyền dẫn OFDM 25 2.2.2.2 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM 27 2.3 Thông số đặc trưng dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM 32 2.3.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM 32 2.3.1.1 Các thông số miền thời gian 33 2.3.1.2 Các thông số miền tần số 34 2.3.1.3 Mối quan hệ thông số miền thời gian miền tần số 34 2.3.2 Dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM 35 2.4 Ảnh hưởng kênh fading lên chất lượng hệ thống truyền dẫn OFDM, giải pháp khắc phục 36 2.4.1 Nhiễu ISI 36 2.4.1.1 Nguyên nhân hậu 37 2.4.1.2 Giải pháp khắc phục 37 2.4.1.3 Tính hữu hiệu khoảng thời gian bảo vệ 38 2.4.2 Nhiễu ICI 39 2.4.2.1 Nguyên nhân hậu 39 2.4.2.2 Giải pháp khắc phục 40 2.4.3 Cải thiện chất lượng hệ thống truyền dẫn sở kết hợp mã hóa Gray 41 2.4.4 Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng phổ tần hệ thống truyền dẫn OFDM 44 2.4.4.1 Phương pháp dùng lọc thông dải 44 2.4.4.2 Phương pháp dùng khoảng bảo vệ cos nâng 47 2.5 Ưu điểm nhược điểm của kỹ thuật OFDM 49 Chương ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO Mà VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 51 3.1 Kỹ thuật trải phổ 51 3.1.1 Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) 53 3.1.1.1 Sơ đồ khối phía phát DS-CDMA 56 3.1.1.2 Sơ đồ khối phía thu DS-CDMA 56 3.1.2 Ưu điểm nhược điểm DS-CDMA 57 3.2 Trải phổ đa sóng mang 58 3.2.1 Nguyên lý trải phổ đa sóng mang 58 3.2.2 Ưu điểm nhược điểm trải phổ đa sóng mang 59 3.3 CDMA đa sóng mang 60 3.3.1 MC-CDMA 60 3.3.1.1 Cấu trúc tín hiệu 60 3.3.1.2 Tín hiệu đường xuống 61 3.3.1.3 Tín hiệu đường lên 63 3.3.1.4 Mã trải 63 3.3.1.5 Tỷ số cơng suất đỉnh trung bình (PAPR) 66 3.3.1.6 Các kỹ thuật tách sóng 68 3.3.2 MC-DS-CDMA 77 3.3.2.1 Cấu trúc tín hiệu 77 3.3.2.2 Tín hiệu đường xuống 79 3.3.2.3 Tín hiệu đường lên 79 3.3.2.4 Mã trải 80 3.3.2.5 Các kỹ thuật tách sóng 80 Chương MƠ HÌNH TRẢI PHỔ - ĐA SĨNG MANG - ĐA TRUY NHẬP (SS - MC - MA) CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN BĂNG THÔNG RỘNG 82 4.1 Tổng quan kênh vô tuyến băng siêu rộng 82 4.1.1 Khái niệm UWB 82 4.1.2 Những ưu điểm UWB 84 4.1.3 Những thách thức UWB 86 4.1.4 Ứng dụng 87 4.2 Điều chế tách sóng tín hiệu UWB 88 4.2.1 Điều chế tín hiệu UWB dựa đơn sóng mang 89 4.2.1.1 PPM nhảy thời gian (TH - PPM) 89 4.2.1.2 Một số loại điều chế khác 91 4.2.1.3 Ước lượng kênh 93 4.2.1.4 Tách sóng tín hiệu 97 4.2.2 Điều chế tín hiệu dựa OFDM 98 4.2.2.1 OFDM cho UWB 99 4.2.2.2 Ước lượng kênh 100 4.2.2.3 Khử nhiễu 101 4.3 Mơ hình kênh UWB 102 4.4 Hệ thống MB - OFDM theo chuẩn MBOA 107 4.4.1 Cấu trúc phần phát MBOA 109 4.4.1.1 Bộ trộn liệu 109 4.4.1.2 Bộ mã hóa xoắn 110 4.4.1.3 Bộ ghép xen 112 4.4.1.4 Ánh xạ chòm sóng mang (QPSK) 115 4.4.1.5 Điều chế OFDM 116 4.4.1.6 Trải miền thời gian 120 4.4.2 Mô hệ thống MB - OFDM theo chuẩn MBOA 120 4.4.2.1 Các tham số mô tả hệ thống 120 4.4.2.2 Kết thực Nhận xét đánh giá 122 4.5 Nghiên cứu đề xuất mơ hình trải phổ - đa sóng mang - đa truy nhập (SS - MC - MA) cho hệ thống vô tuyến băng thông rộng 123 4.5.1 Nguyên lý SS - SC - MA 124 4.5.2 Ưu điểm SS – MC - MA 125 4.5.3 Cấu trúc SS - SC - MA 126 KẾT LUẬN 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tần số Doppler ứng với tốc độ khác Bảng 2.1: Mối quan hệ tham số OFDM 35 Bảng 2.2: Mã hóa Gray bit nhị phân 42 Bảng 2.3: Tham số khoảng bảo vệ RC theo IEEE 802.11a 48 Bảng 3.1: Ưu điểm nhược điểm MC-CDMA MC-DS-CDMA 60 Bảng 3.2: Giới hạn PAPR tín hiệu đường lên MC-CDMA với Nc = L 67 Bảng 4.1: Các tham số kênh mơ hình kênh IEEE 802.15.3a 106 Bảng 4.2: Các đặc tính MBOA 108 Bảng 4.3: Các mã tần số thời gian 109 Bảng 4.4: Điều chế - Hệ số chuẩn hóa KMOD 116 Bảng 4.5: Bảng mã hóa QPSK 116 Bảng 4.6: Các tham số mô hệ thống MB-OFDM theo chuẩn MBOA 121 Bảng 4.7: Các tham số hệ thống SS-MC-MA 128 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ACF AWGN BER BPSK BTS CDMA FFT FIR GI GPS ICI Hàm tự tương quan Tạp âm Gaussian trắng cộng Tỉ lệ lỗi bít Khóa dịch pha nhị phân Trạm thu phát gốc Đa truy nhập phân chia theo mã Channel Impulse Response Đáp ứng xung kênh truyền Channel State Indentify Nhận dạng trạng thái kênh Digital Audio Broadcasting Truyền số quảng bá Direct Current Dòng chiều Device Thiết bị Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc Direct Sequence Chuỗi trực tiếp Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá Federal Communications Ủy ban truyền thông liên Commission, USA bang Mỹ Frequency Domain Miền tần số Forward Error Correction Sửa lỗi hướng Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn Federal Communication Ủy ban truyền thông liên Commission bang Mỹ Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn Guard Index Chỉ số bảo vệ Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu Inter-Channel Interference Nhiễu xuyên kênh IDFT IF IFFT IR IS ISI LOS Inverse Discrete Fourier Transform Intermediate Frequency Inverse Fast Fourier Transform Impulse Radio Interference Suppression Inter-Symbol Interference Line Of Sight CIR CSI DAB DC DEV DFT DS DSSS DVB FCC FD FEC FEM FFC Autocorrelation Function Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Tranceiver Station Code Division Multiple Access Biến đổi Fourier ngược rời rạc Tần số trung gian Biến đổi Fourier nhanh ngược Xung vô tuyến Khử nhiễu Nhiễu xuyên ký tự Tầm nhìn thẳng MA MAC OOK PAM PAN PDF PG PHY PN PPM PSD PSM QAM QoS Đa truy nhập Điều khiển truy nhập đường truyền Multi Band OFDM Alliance Liên minh OFDM đa băng Multi Band OFDM OFDM đa đa băng Multiple Carrier Đa sóng mang Multi Carrier Modulation Điều chế đa sóng mang Maximum Likehood Sequence Ước lượng chuỗi giống Estimation Maximum Ratio Combining Kết hợp tỉ số tối đa Mean-Square-Error Tỉ số lỗi trung bình bình phương Narrow Bandwith Interference Nhiễu băng hẹp Non Line Of Sight Tầm nhìn khơng thẳng Orthogonal Code Division Ghép kênh phân chia theo mã Multiplexing trực giao Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần Multiplexing số trực giao On Off Keying Khóa đóng mở Pulse Amlitude Modulation Điều chế biên độ xung Personal Area Network Mạng riêng cá nhân Power Density Function Hàm mật độ công suất Processing Gain Độ lợi xử lý Physical layer Lớp vật lý Pseudo-random Noise Tạp âm giả ngẫu nhiên Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung Power Spectrum Density Mật độ phổ công suất Pulse Shape Modulation Điều chế dạng xung Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương Quality of Service Chất lượng dịch vụ RF Radio Frequency Tần số vô tuyến ầ RMS RX SNR SS SV Root Mean Square Receiver Signal - Noise Ratio Spread Spectrum Saleh-Valenzuela Channel Model Căn quân phương Thiết bị thu Tỉ số tín hiệu tạp âm Trải phổ Mơ hình kênh SalehValenzuela MBOA MB-OFDM MC MCM MLSE MRC MSE NBI NLOS OCDM OFDM Multiple Access Medium Access Control