LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu mã trải phổ ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)” công trình nghiên cứu riêng Các kết quả, số liệu nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Tác giả luận văn KS Đặng Quyết Tiến i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập làm luận văn tốt nghiệp nhận đƣợc nhiều quan tâm, ý kiến đóng góp quý báu, giúp đỡ thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn đồ án PGS TS Lê Quốc Vƣợng thầy cô khoa ĐiệnĐiện tử, Viện Đào tạo sau Đại học - Trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam Vì thời gian có hạn kiến thức hạn chế, nên luận văn em không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc góp ý chân thành thầy cô bạn bè Em xin chân thành cảm ơn ! Ngày 10 tháng năm 2015 Học viên KS Đặng Quyết Tiến ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Các hệ thống thong tin trải phổ 1.3 Hàm tự tƣơng quan mật độ phổ công suất 1.3.1 Hàm tự tƣơng quan mật phổ công suất (PSD) CHƢƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 16 2.1 Các hệ thống trải phổ dãy trực tiếp DS/SS 16 2.1.1 Tín hiệu giả tạp 16 1.2 Các hệ thống DS/SS-BPSK 19 2.1.3 Các hệ thống DS/SS-QPSK 25 2.1.4 Hiệu suất hệ thống DS/SS 30 2.1.5 Các hệ thống nhảy tần FH/SS 30 2.1.6 Các hệ thống trải phổ nhảy thời gian hệ thống lai ghép 30 CHƢƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 31 Mô tƣơng quan loại mã trải rộng 32 3.2 Mô hệ thống MC MC CDMA 35 3.2.1 Mô hệ thống MC CDMA 35 3.2.2 Mô hệ thống MTC MC CDMA 39 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Tạp âm Gao xơ trắng cộng tính Điều chế số dịch pha nhị phân Ða truy nhập phân chia theo mã AWGN Additive White Gaussian Noise BPSK Binary Phase Shift Keying CDMA Code Division Multiple Access CNR Carrier to Noise Ratio Tỉ số sóng mang tap âm DS Direct Sequence Dãy trực tiếp FFH Frequency Division Multiple Access Fast Frequency Hopping Ða truy nhập phân chia theo tần số Nhảy tần nhanh FH Frequency Hopping Nhảy tần FSK Frequency Shift Keying Điều chế số dịch tần GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu PG Processing Gain Ðộ tăng ích xử lý PN Pseudo-Noise Giả tạp âm PSD Power Spectral Density Mật phổ công suất QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế số dịch pha cầu phƣơng SFH Slow Frequency Hopping Nhảy tần chậm SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu tạp âm SS Spread Spectrum Trải phổ SSMA Spread Spectrum Multiple Access Ða truy nhập trải phổ TDMA Time Division Multiple Access TH Time Hopping FDMA iv Ða truy nhập phân chia theo thời gian Nhảy thời gian DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 3.1 Các thông số mô 35 3.2 Các thông số mô 39 v DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ khối chức hệ thống thông tin trải phổ điển hình 1.2 Một thể nhị phân ngẫu nhiên 12 1.3 Hàm tự tƣơng quan PSD tín hiệu nhị phân ngẫu nhiên 15 X(t) 1.4 Hàm tự tƣơng quan PSD tín hiệu nhị phân điều chế 15 Y(t) 2.1 Một ví dụ tín hiệu PN c(t), tạo nên từ dãy PN có chi kỳ 17 N=15 2.2 Hàm tự tƣơng quan dãy PN nhận đƣợc từ dãy m 19 2.3 Sơ đồ khối máy phát DS/SS-BPSK 21 2.4 Sơ đồ khối máy thu DS/SS – BPSK 21 2.5 PSD tin tức, tín hiệu PN tín hiệu DS/SS-BPSK 24 2.6 Dạng sóng hệ thống DS/SS-QPSK 27 2.7 Sơ đồ khối máy thu hệ thống DS/SS-QPSK 27 2.8 Các ví dụ c1 (t), c2 (t) nhận đƣợc từ c(t) 29 3.1 Giao diện mô hệ thống MC CDMA 31 Giao diện mô hệ thống MTC MC CDMA 31 3.3 Đặc tính tƣơng quan chuỗi Mseq L 27 127 32 3.4 Đặc tính tƣơng quan chuỗi Gold L 27 127 32 3.5 Đặc tính tƣơng quan chuỗi Kasami L 28 33 3.6 Đặc tính tƣơng quan chuỗi Hadamard L=128 34 3.7 BER hệ thống MC CDMA, mã WH: tách sóng đơn USER 36 (MRC), 32 sóng mang 3.8 BER hệ thống MC CDMA với MRC, EGC, MMSEC; 64 37 sóng mang phụ; 32 user; WH code 3.9 Mô BER theo USER; SNR=10dB; 64 sóng mang; WH 38 code vi 3.10 Mô BER; WH code, tách sóng đa user; PINV; 32 sóng 39 mang 3.11 MC CDMA môi trƣờng AWGN 40 3.12 MC CDMA môi trƣờng fading Rayleigh 41 3.13 MC CDMA môi trƣờng fading Rayleigh với kích thƣớc 42 tập mã multi-code khác 3.14 Hệ thống MC–MC-CDMA; So sánh BER theo số user; có 43 điều khiển tốc độ thích nghi 3.15 MTC-MC-CDMA môi trƣờng AWGN 44 3.16 MTC-MC-CDMA môi trƣờng fading Rayleigh 45 3.17 MTC-MC-CDMA môi trƣờng fading Rayleigh với kích 46 thƣớc tập mã multi-code khác 3.18 MTC-MC-CDMA điều khiển tốc độ thích nghi 3.19 So sánh BER theo số user ; có điều khiển tốc độ 48 47 thích 3.20 MTC-MC-CDMA điều khiển tốc độ thích nghi môi 48 trƣờng fading rayleigh với kích thƣớc tập mã multi-code khác vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong kỷ 21, thông tin liên lạc đóng vai trò quan trọng lĩnh vực đời sống xã hội từ kinh tế, trị, quân sự, văn hóa, giáo dục Thông tin liên kết ngành, nƣớc giới, nông thôn thành thị, đất liền với biên giới hải đảo với miền tổ quốc Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật giới, công nghệ viễn thông nói chung ngành thông tin vô tuyến nƣớc ta nói riêng có bƣớc phát triển vƣợt bậc Công nghệ thay đổi, sách báo công khai qua trang mạng Internet trải phổ phong phú, ứng dụng trải phổ đƣợc mở rộng từ lĩnh vực quân sang lĩnh vực thƣơng mại Ví dụ nhƣ hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng đa truy nhập trải phổ (CDMA) ngày phổ biến giới, hệ thống di động hệ (3G) cao trọn trải phổ làm phƣơng pháp đa truy nhập Đƣợc hƣớng dẫn dạy nhiệt tình thầy giáo PGS Lê Quốc Vƣợng thầy giáo Bộ môn Kỹ thuật điện tử- Khoa Điện tử Viễn thông Tôi chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu mã trải phổ ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)” Với mục đích nhằm vận dụng kiến thức học xây dựng mô hình tổng quan ứng dụng kỹ thuật công nghệ CDMA Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Đƣa giải pháp kỹ thuật mô hình mạng trải phổ đa truy nhập phân chia theo mã công nghệ CDMA Đồng thời đƣa cở sở lý thuyết tảng chuẩn viễn thông giới Trong nội dung luận văn tốt nghiệp“Nghiên cứu mã trải phổ ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)” em xin giới thiệu tổng quát công nghệ CDMA ứng dụng hệ thống thông tin trải phổ Luận văn gồm nội dung sau: * Chƣơng 1: Tổng Quan * Chƣơng 2: Các hệ thống thông tin trải phổ * Chƣơng 3: Một số kết mô Mục đích luận văn nêu đƣợc nguyên lý chung, cấu trúc ƣu nhƣợc điểm công nghệ CDMA Đồng thời nêu ứng dụng thông tin vô tuyến hƣớng phát triển tƣơng lai Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tƣợng nghiên cứu Các hệ thống thông tin trải phổ Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết hệ thống thông tin trải phổ, mô hình toán học cho hệ thống Nghiên cứu lý thuyết hệ thống thông tin trải phổ kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã, xây dựng mô hình toán học Xây dựng số kết mô hệ thống Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Nghiên cứu sở lý thuyết, kết hợp với kết mô phần mềm Matlab để kiểm chứng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài thực thành công hoàn thiện thêm kiến thức hệ thống công nghệ đa truy nhâp CDMA Nghiên cứu mô hình toán học toàn hệ thống đa truy nhập CDMA, cung cấp sở để nghiên cứu mã trải phổ thực tế Xây dựng thành công mô hình mô cho toàn hệ thống góp phần kiểm nghiệm lại cần thiết tính ƣu việt mã cho công nghệ CDMA, tạo sở để nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Với phổ tần vô tuyến từ lâu đƣợc coi tài nguyên công cộng quý báu quốc gia tự nhiên Việc bảo vệ tăng cƣờng tài nguyên hạn chế trở thành hoạt động quan trọng phổ tần vô tuyến tài nguyên hữu hạn, song dùng lại đƣợc Nó dùng lại đƣợc theo nghĩa ngƣời ngừng dùng tần số ngƣời khác bắt đầu dùng tần số Phổ tần hữu hạn chỗ dải tần số định dùng đƣợc cho thông tin trình độ công nghệ cho trƣớc Mặc dù tiến độ công nghệ tiếp tục mở rộng dải tần dùng đƣợc, tính chất sóng vô tuyến làm cho số tần số hay đƣợc dùng hơn, quý giá tần số khác Theo nghĩa này, tính chất truyền dẫn sóng vô tuyến dải tần 0,5-3GHz đặc biệt quý giá nhiều dịch vụ cố định di động Vấn đề ngày nhiều công nghệ dịch vụ tranh dành đoạn phổ tần quý giá đó, nhât nhu cầu trải phổ tần vô tuyến tăng nhanh dịch vụ mới, nhƣ dịch vụ thông tin cá nhân (Peronal Communication ServicePCS) điện thoại tế bào Quản lý việc sử dụng phổ tần nhiệm vụ phức tạp có nhiều loại dịch vụ công nghệ Trƣớc việc thực đƣợc thực cách cấp băng blocks phổ cho dịch vụ khác nhƣ quảng bá, di động, nghiệp dƣ, vệ tinh, điểm điểm cố định thông tin hàng không Gần có cách tiếp cận khác để giải vấn đề Nó dự khả số phƣơng pháp điều chế chia sẻ băng tần mà không gây nên nhiễu đáng kể Đó phƣơng pháp điều chế trải phổ, dùng dùng kết hợp với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Từ mà có tên goi kỹ thuật đa truy nhập trải phổ (Spread Spectrum Multiple Access - SSMA) SS/CDMA qua quãng đƣờng phát triển dài Nó có từ thời trƣớc chiến tranh giới II, đồng thời Mỹ Đức Vào thời gian hoạt động tối mật Những cải tiến sau đó, đặc biệt lĩnh vực CDMA, xảy Thế chiến II ... cứu mã trải phổ ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Với mục đích nhằm vận dụng kiến thức học xây dựng mô hình tổng quan ứng dụng kỹ thuật công nghệ CDMA Mục đích nhiệm vụ nghiên. .. luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu mã trải phổ ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) em xin giới thiệu tổng quát công nghệ CDMA ứng dụng hệ thống thông tin trải phổ Luận văn gồm nội... nhiễu đáng kể Đó phƣơng pháp điều chế trải phổ, dùng dùng kết hợp với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Từ mà có tên goi kỹ thuật đa truy nhập trải phổ (Spread Spectrum Multiple Access