Nghiên cứu hệ thống thu phát trải phổ trong CDMA

LI CM N Sau nm hc ti trng, c s tn tỡnh dy d ca cỏc thy cụ Em ó hon thnh ỏn tt nghip vi ti Nghiờn cu h thng thu phỏt tri ph CDMA Em xin gi li cỏm n n Ban lónh o nh trng, quý thy cụ b mụn Cụng Ngh iờn T ó truyn t nhng kin thc quý bỏu lm c s cho em hon thnh ỏn tt nghip Em c bit cỏm n thy PHM QUC THNH v cụ giỏo Th.s ON TH THANH THO l ngi trc tip hng dn em thc hin ti ny Em cng xin c cỏm n sõu sc n gia ỡnh v bn bố ó to cho em nhng iu kin thun li nht sut quỏ trỡnh hc v thc hin ti SVTH: Ngụ ỡnh Long LI CAM OAN hon thnh ỏn tt nghip ỳng thi gian quy nh v ỏp ng c yờu cu ra, em ó c gng tỡm hiu, hc hi, tớch ly kin thc ó hc Em cú tham kho mt s ti liu ó nờu phn Ti liu tham kho nhng khụng chộp ni dung t bt k ỏn no khỏc Em xin cam oan ỏn l cụng trỡnh nghiờn cu ca cỏ nhõn nghiờn cu, xõy dng di s hng dn ca thy giỏo Phm Quc Thnh Ni dung lý thuyt ỏn cú s tham kho v s dng ca mt s ti liu, thụng tin c ng ti trờn cỏc tỏc phm, v cỏc trang web theo danh mc ti liu ca ỏn Em xin cam oan nhng li khai trờn l ỳng, mi thụng tin sai lch em xin hon ton chu trỏch nhim trc Hi ng Thỏi Nguyờn, Thỏng nm 2012 SVTH Ngụ ỡnh Long MC LC BNG VIT TT LI NểI U CHNG 1: TNG QUAN CDMA TRONG THễNG TIN DI NG 1.1 Nhng c thự ca thụng tin di ng 1.2 L trỡnh phỏt trin t h thng thụng tin di ng th h th nht sang th h th ba 1.3 Cỏc phng phỏp a truy nhp thụng tin di ng 1.3.1 a truy nhp phõn chia theo tn s FDMA 1.3.2 a truy nhp phõn chia theo thi gian TDMA 10 1.3.3 a truy nhp phõn chia theo mó CDMA 13 1.4 Th tc phỏt v thu tớn hiu 16 1.5 Cỏc c tớnh ca k thut CDMA 16 1.5.1 Tớnh a dng ca phõn 16 1.5.2 iu khin cụng sut CDMA 17 1.5.3 Cụng sut phỏt thp 19 1.5.4 B gii mó thoi v tc s liu bin i 20 1.5.5 Bo mt cuc gi 20 1.5.6 Chuyn vựng mm ca mỏy di ng 20 1.5.7 Dung lng 21 1.5.8 Tỏch tớn hiu thoi 21 1.5.9 Tỏi s dng tn s 22 1.5.10 Giỏ tr Eb/N0 thp v chng li 22 Chng 2: K THUT TRI PH TRONG H THNG CDMA 23 2.1 Gii thiu k thut tri ph 23 2.1.1 Gii thiu v k thut tri ph 23 2.1.2 Tớnh cht v nguyờn lớ ca k thut tri ph 24 2.1.3 u im v ng dng ca k thut tri ph 26 2.2 K thut tri ph trc tip 27 2.2.1 Gii thiu k thut tri trc tip (DS) 27 2.2.2 K thut tri ph chui trc tip (DS/SS) 33 2.2.3 K thut tri ph nhy tn (FH - CDMA) 45 2.2.4 K thut tri ph nhy thi gian TH/SS 50 2.2.5 So sỏnh cỏc h thng SS 51 2.2.6 H thng lai (Hybrid) 52 Chng 3: M TRI PH NGU NHIấN PN 58 3.1 Tng quan v mó tri ph 58 3.1.1 Mụ hỡnh phỏt chui nh phõn ngu nhiờn: 59 3.2 Cỏc loi mó tri ph PN 61 3.2.1 Dóy m 61 3.2.2 Cỏc chui Gold 63 3.2.3 Chui Walsh 65 3.3 Cỏc phng phỏp iu ch v gii iu ch CDMA 65 3.3.1 Phng phỏp iu ch v gii iu ch khúa dch tn s FSK 65 KT LUN V HNG PHT TRIN 72 AMPS BTS BSS BSC BS BCH GSM BNG VIT TT Advanced Mobile Phone System Base Transceiver Station Base Station Subsystem Base Station Controller Base Station Broadcast Control Channel Global System for Mobile communications H thng in thoi tiờn tin Trm thu phỏt gc Phõn h trm gc B iu khin trm gc Trm gc Kờnh iu khin H thng truyn thụng di ng ton cu GPRS General Packet Radio Services Dch v gúi vụ tuyn tng hp MS CDMA Mobile Station Code Division Multiplexing Access Frequency Division Multiplexing Access Time division multiple access Federal Communications Commission Frequency Modulation Trm di ng H thng a truy nhp theo mó a truy nhp theo tn s FDMA TDMA FCC FM RF DSSS FHSS THSS BPF PN BPSK QPSK MSC HLR NMT CN UE UTRAN Radio Frequency Direct Sequence Spread Spectrum Frequence Hopping Spread Spectrum Time Hopping Spread Spectrum Band Pass Filter Pseudo-Noise Binary Phase Shift Keying Quadature Phase Shift Keying Mobile Service Switching Center Home Location Register Nordic Mobile Telephone System Core Network User Equipment UMTS Terestrial Radio Access Network a truy nhp theo thi gian U ban thụng tin liờn bang Phng phỏp iu ch theo tn s Tn s vụ tuyn Tri ph chui trc tip Tri ph nhy tn Tri ph dch thi gian B lc thụng gii Chui gi õm iu ch pha nh phõn iu ch pha trc giao Trung tõm chuyn mch cỏc nghip v di ng B ghi nh v thng trỳ H thng TD phng Bc Mng lừi Thit b ca ngi s dng Mng truy cp LI NểI U Trong nhng nm va qua, nhu cu trao i thụng tin ngy mt cao nú khụng ch nm gii hn ca mt quc gia, m l trờn phm vi th gii S phỏt trin rt nhanh ca cụng ngh in t, tin hc, cụng ngh vin thụng cung cp ngy cng nhiu cỏc loi hỡnh dch v mi a dng, an ton, cht lng cao ỏp ng ngy cng tt cỏc yờu cu ca khỏch hng Hin nay, mng thụng tin di ng Vit Nam ang s dng cụng ngh GSM l ch yu Tuy nhiờn, tng lai mng thụng tin di ng ny s khụng ỏp ng c cỏc nhu cu v thụng tin di ng Bi vỡ, nhu cu thụng tin di ng khụng ch l thoi m cũn l truyn d liu, hỡnh nh, õm vi tc cao, cỏc yờu cu v cht lng, bo mt cng c t iu ny ó thỳc y cỏc nh cung cp dch v thụng tin di ng phi tỡm kim mt phng thc thụng tin mi V cụng ngh CDMA ó tr thnh mc tiờu hng ti ca lnh vc thụng tin di ng trờn ton th gii Xut phỏt t yờu cu cn thit phi cú mt h thng thụng tin di ng tin dng, ỏp ng nhiu nhu cu khỏc ca ngi s dng, c bit l kh nng kt ni vi cỏc dch v mng internet, bo mt thụng tin cho ngi s dng.v.v Vi mong mun c tỡm hiu v nghiờn cu mt cỏch tng quỏt v h thng thụng tin di ng CDMA ny v s giỳp nhit tỡnh ca thy Phm Quc Thnh, nờn thi gian va qua em ó tỡm hiu v ti Nghiờn cu h thng thu phỏt tri ph CDMA Bi bỏo cỏo gm chng: Chng 1: Tng quan CDMA thụng tin di ng Chng 2: K thut tri ph h thng CDMA Chng 3: Mó tri ph ngu nhiờn PN Do kin thc v thi gian nghiờn cu cú hn nờn ti ca em cũn nhiu thiu sút, em mong cỏc thy cụ thụng cm Em xin chõn thnh cm n! Thỏi Nguyờn, Thỏng 06 nm 2012 SVTH: Ngụ ỡnh Long CHNG TNG QUAN CDMA TRONG THễNG TIN DI NG 1.1 Nhng c thự ca thụng tin di ng Núi n thụng tin di ng l núi n vic liờn lc thụng qua súng in t (vỡ nh vy mi va liờn lc va di chuyn c, v cho ti ngy loi ngi cha phỏt hin mụi tng thụng tin c bit no khỏc u vit hn súng in t) Mi mt cuc liờn lc gia hai ngi cn mt ng truyn c lp (gi l kờnh truyn vụ tuyn), mi kờnh gi s ch cú di thụng 3KHz (tc l 3.103Hz ng vi di thụng ting núi, trờn thc t phi cn nhiu hn th na) thỡ di tn s vụ tuyn t - 3GHz (3.109) ch cho phộp truyn 3.109 - 3.103 = 106 tc l mt triu cuc liờn lc mt lỳc Vy thỡ lm th no hng trc triu ngi cú th cựng s dng mỏy di ng cựng mt lỳc y l cha k di tn s vụ tuyn cũn phi dnh cho rt nhiu cụng vic khỏc (Nh quc phũng, hng khụng, nghiờn cu khoa hc ), di tn s dnh cho thụng tin di ng ch l phn nh Gii phỏp nht gii quyt nhiu ngi dựng c lp trờn mt di tn s vụ tuyn hn ch l s dng li tn s hai cuc liờn lc phi xa v khong cỏch vt lý súng truyn n nh hn súng truyn ca hai ngi cuc, khụng gõy nhiu cho Do vy mt a bn cú dch v thụng tin di ng phi c chia thnh cỏc phn nh, gi l t bo, hai cuc liờn lc hai t bo dự xa cú th s dng cựng mt di tn s súng in t thụng qua vic qun lý ca mt trm trung tõm t bo V lý thuyt, nu kớch c ca t bo l rt nh, cụng sut thu phỏt liờn lc c khng ch ú ( khụng lm phin n t bo khỏc) thỡ cú th phc v c vụ s cuc gi di ng cựng mt lỳc m ch cn mt di tn súng vụ tuyn hn ch Phng phỏp ny gi l phng phỏp s dng li tn s iu ny kộo theo mt lot h qu tt yu khỏc nh: Chng nhiu ng kờnh v nhiu kờnh lõn cn K thut chuyn giao Qun lý kờnh truyn (khi cú yờu cu s dng hoc gii phúng kờnh) ng ký v trớ (mi bit ngi liờn lc t bo no tỡm gi) Ngoi cỏc yờu cu khỏc ca ngi s dng nh kớch thc nh nh ca thit b cm tay ng thi li tit kim nng lng ( phc v cuc liờn lc c lõu) Nhng yờu cu ny luụn ũi hi rt cao v cụng ngh in t v cỏc k thut x lý tớn hiu m nhng tin b cỏch õy 20 nm khụng th ỏp ng ni Chớnh vỡ vy phi i n nhng tin b ca cụng ngh in t vo cui thp k 80 ca th k 20 thụng tin di ng mi thõm nhp vo i sng xó hi rng rói bng nhng sn phm thng mi hp dn Sau ú phỏt trin vi tc nhy vt thp k tip theo a nhiu dch v a nng vi cht lng dch v ngy cng cao Túm li, c thự c bn ca thụng tin di ng l mõu thun gia s lng ngi dựng ụng o v di tn hn ch, dn n vựng dch v c chia thnh cỏc t bo kốm theo tt c cỏc k thut h thng xõy dng h thng t bo ny iu ny lm cho h thng thụng tin di ng khỏc rt nhiu so vi h thụng tin c nh (hu tuyn hoc vụ tuyn) 1.2 L trỡnh phỏt trin t h thng thụng tin di ng th h th nht sang th h th ba Hỡnh 1.1: S phỏt trin ca h thng thụng tin di ng t th h n 1.3 Cỏc phng phỏp a truy nhp thụng tin di ng lm tng dung lng ca di vụ tuyn dựng h thng thụng tin di ng ngi ta s dng cỏc k thut ghộp kờnh Trong mi h thng ghộp kờnh u s dng khỏi nim a truy cp, iu ny cú ngha l cỏc kờnh vụ tuyn c nhiờự thuờ bao dựng chung ti nguyờn tn s hoc khe thi gian hoc c hai Cú ba hỡnh thc a truy nhp c bn l: - a truy nhp phõn chia theo tn s FDMA - a truy nhp phõn chia theo thi gian TDMA - a truy nhp phõn chia theo mó CDMA 1.3.1 a truy nhp phõn chia theo tn s FDMA Trong h thng thụng tin di ng s dng k thut FDMA ton b di thụng ca bng tn c chia thnh 2N di con, mi di gi l mt kờnh vụ tuyn Nh vy s cú N kờnh k tip dnh cho liờn lc hng lờn, sau mt di tn phõn cỏch l N kờnh k tip dnh cho liờn lc hng xung Mi thuờ bao s c cp phỏt mt cp kờnh sut quỏ trỡnh liờn lc Vi kiu truy nhp ny cỏc kờnh s phỏt i liờn tc ng thi mt s súng mang Do vy nht thit phi cung cp cỏc khong bo v gia mi di m mt súng mang chim, tớnh n s khụng hon ho ca cỏc b to dao ng v cỏc b lc K thut FDMA cú kh nng s dng c vi c h thng truyn dn s v truyn dn tng t K thut ny cú u im ni bt l n gin v khụng cn ng b gia bờn thu v bờn phỏt Tuy nhiờn, nú cú mt s nhc im: Thiu linh hot trng hp tỏi cu hỡnh, tn tht dung lng s cỏc truy nhp tng lờn phỏt sinh cỏc sn phm xuyờn iu ch gia cỏc súng mang, cn phi iu khin cụng sut phỏt ca cỏc trm H thng FDMA in hỡnh l AMPS, s dng iu ch FM cho truyn dn tng t power frequency Hỡnh 1.2: S FDMA Cụng sut ph: M= BWS BWS m BWMS K R K (n v: channel/Hz/cell) Vi: BWS: Bng thụng tng BWMS: Bng thụng ca thuờ bao di ng K: H s tỏi s dng tn s ca h thng R: Tc truyn thụng m: Hiu sut iu ch Dung lng ca h thng: Dung lng kờnh theo cụng thc Shannon: C0 = BW log P BW N BW: Bng thụng kờnh truyn P: Cụng sut phỏt ca kờnh N0: Mt nng lng nhiu trng Dung lng ca mt cell dn: C = N ì C0 = N BW N 1.3.2 a truy nhp phõn chia theo thi gian TDMA Trong h thng TDMA mi kờnh vụ tuyn c chia thnh cỏc khe thi gian Nng lng ca tớn hiu c hn ch mt cỏc khe thi gian Nhiu ca cỏc kờnh k c gii hn bi vic s dng khong thi gian gia cỏc 10 nh nhn hm tng quan hỡnh 3.18(c) biu th = c im ny giỳp cho mỏy thu thc hin ng b d dng vi mỏy phỏt, chun v thi gian Nu chui d(t) cú chu k lp li N chớp thỡ c gi l gi ngu nhiờn Mó tri ph khụng nhng tri ph m cũn l chỡa khoỏ MS chn tớn hiu trm gc phỏt cho nú mụi trng CDMA Mun vy mó tri ph ca MS khỏc cú tng quan chộo bng 0, hoc rt nh iu kin ny m bo nhiu ln tng quan chộo bng Tuy nhiờn nhiu h thng thc t cỏc b phỏt tng quan dóy PN mỏy phỏt v mỏy thu c dựng vi tng quan chộo nh Nhng mó gin ngu nhiờn PN gi vai trũ quan trng h thng tri ph Mó gi ngu nhiờn PN nú c to mt cỏch c lp nhiu v trớ (c mỏy phỏt ln mỏy thu) Mó tri ph khụng hon ton ngu nhiờn, nú cn phi xỏc nh c PN l tớn hiu chu k xỏc nh c xỏc nh mỏy phỏt v mỏy thu Nhng mt khỏc, mó PN cú tớnh thng kờ ca mt õm trng AWGN, nú cú th biu hin ngu nhiờn, bt xỏc nh vi bt c mỏy thu no ngoi phm vi cuc gi Mi quỏ trỡnh thu phỏt CDMA u c tri ph 3.1.1 Mụ hỡnh phỏt chui nh phõn ngu nhiờn: Ngun õm trng n(t) Vo d(t) FF Vin Thit b ngng ng h ng b fc Ly v giu ly mu Hỡnh 3.1 (a) 59 ỏp ng ca chui ngu nhiờn: d(t) Tc d(t) Hỡnh 3.1 (b) Hm t tng quan d(t): Hỡnh 3.1 (c) Hm t tng quan ca dóy PN7: Ra() -Tc -Tc -100ms + 100ms TL 700 Hỡnh 3.1 (d) 60 S bớt cựng A v s bớt khỏc D dóy PN7 dch mt bớt: 7bit 1 0 Shift { }Cựng: Shift A bớt shift { }A=3 D=4 A-D = Hỡnh 3.1(e) 3.2 Cỏc loi mó tri ph PN Mó tri ph PN cú rt nhiu loi nhng thng dựng nht l: Dóy di cc i dóy m, dóy Gold, dóy Walsh 3.2.1 Dóy m Chui m nh phõn c to t mch ghi dch nhiu Flip - Flop, v c hoi tip gm nhiu cng XOR v cỏc khúa g Mi chui ghi dch c nh rừ bi a thc phỏt g(x), m>0 S mch phỏt dóy m nh sau: g1 ci x g2 Si(2)ci-1 Si(1) x x g3 gm-1 Si(3) Si(m) x x m-1 ci-m m x +1 -1 n iu ch Hỡnh 3.2: S mch phỏt dóy m Trong s trờn, cú N flip flop D c mc thnh b ghi dch, mch hi tip gm cỏc cng XOR v cỏc khúa gi lm thay i chiu di v c tớnh ca dóy PN c to Trong s ú, dóy cú chiu di cc i l: L= 2N (L: s chip (ct)) Cỏc thuc tớnh ca chui m 61 Thuc tớnh 1_Thuc tớnh dch: Dch vũng (dch vũng trỏi hay dch vũng phi) ca mt chui m cng l mt chui m Núi cỏch khỏc nu chui khụng nm Sm thỡ dch vũng cng khụng nm Sm Thuc tớnh 2_Thuc tớnh hi quy: Mi chui m u tho tớnh hi quy Ci = g1ci-1 + g2ci-2 ++ gm-1ci-m+1 + ci-m Vi i = 0,1,2,(Ngc li mi li gii cho phng trỡnh trờn l chui Sm Lu ý rng cú m li gii c lp tuyn tớnh vi phng trỡnh hi quy trờn, ngha l m chui c lp tuyn tớnh Sm) Thuc tớnh 3_thuc tớnh ca s: Nu mt ca s rng m trt dc chui m Sm, mi dóy s 2m-1 dóy m bit khỏc khụng ny s c nhỡn thy ỳng ln Thuc tớnh 4_S s nhiu hn s s 0: Mi chui m Sm cha 2m-1 s s v 2m-1-1 s s Thuc tớnh 5_thuc tớnh cng: Tng hai chui m (cng mod theo tng thnh phn) l mt chui m khỏc Thuc tớnh 6_Thuc tớnh dch v cng: Tng ca mt chui m v dch vũng ca chớnh nú (cng mod theo tng thnh phn) l mt chui m khỏc Thuc tớnh 7_Hm t tng quan dng u inh: Hm t tng quan tun hon chun húa ca mt chui m c xỏc nh nh sau: R (i ) N N ( 1) ci ci j j0 R(i) =1 i vi I = (mod N) v R(i) = -1/N vi i (mod N) R(i) 1/N -N -3 -2 -1 -3 N-1 N Hỡnh 3.3: Hm t tng quan tun hon dng u inh 62 Thuc tớnh 8_Cỏc on chy(Runs): Mt on chy l mt xõu cỏc s liờn tip hay mt xõu cỏc s liờn tip Trong mi chui m, mt na s on ny cú chiu di 1, mt phn t cú chiu di 2, mt phn tỏm cú chiu di 3chng no cỏc phõn on cũn cho mt s nguyờn cỏc on chy Thuc tớnh 9_Pha c trng: Cú ỳng mt chui khụng nm Sm tho iu kin ci=c2i i vi tt c i Z Chui m ny c gi l chui khụng c trng hay pha c trng ca cỏc chui m Sm Thuc tớnh 10_Ly mu( Decimation): Ly mu t n>0 ca mt chui m C (ngha l ly mu C c n bit mó mt ln), c biu th bng N/gcd(N,n) nu khụng phi l chui ton khụng; a thc to mó g(x) ca nú cú gc l m n ca cỏc gc ca a thc to mó g(x) 3.2.2 Cỏc chui Gold Cỏc chui m l cỏc hm t tng quan dng u inh, cú th ch rng chỳng cú t tng quan tun hon dng u inh tt nht v mt gim ti a t tng quan lch pha Do ú cỏc chui m rt hon ho cho hot ng ng b mó i vi thụng tin i b nhiu ngi s dng cn cú mt ln cỏc chui SSMA hay CDMA cú cỏc giỏ tr tng quan chộo nh Mt h cỏc chui tun hon cú th m bo cỏc chui cú tng quan chộo tun hon tt l cỏc chui Gold Chui Gold l mó tri ph dựng cho CDMA, hm tng quan chộo gia hai dóy Gold bt k khỏ nh, hm tng quan ly giỏ tr sau: L r(N ) ( ) vi (n) L L [r ( N ) 2] N N , N leỷ , N chaỹn Mch to mó Gold cú s n gin v to c s lng ln dóy Gold cung cp cho cỏc MS mng CDMA 63 9 h(x) = x +x 4+ 1 h(x) = x + x + x + x + x +x + 511 chip Hỡnh 3.4: S to mó Gold Nh hỡnh trờn, chui Gold l kt qu cng module i vi dóy m c nh thi bng cựng tc chip fc Vic chn ỳng cp dóy m l iu rt quan trng vic thit k mch to dóy Gold cho CDMA l L l L l * r(N) L Hỡnh 3.5: Hm t tng quan ca dóy í ngha quan trng nht vic to chui Gold l: Chn ỳng mt cp c bit, chui m cú c tớnh tng quan Hai chui m cú cựng chiu di L, cựng tc chớp, s to chui Gold cú chiu di bng L Gi N l s tng chui mỏy phỏt chui m, lỳc ny chiu di chui Gold l L = 2N-1 Ta cú th thy rng vi mi bc dch gia hai chui m thỡ chui Gold s c to thnh Mi chui m cú chiu di L, cựng s bc dch gia hai chui m thỡ chp nhn c Do ú b phỏt chui Gold kt hp vi hai chui m khỏc s to chui Gold cng cú chiu di L khỏc Vi vic chn chui m tng quan thp tng ng chui Gold c to thnh, v hm tng quan gia hai chui Gold rt nh 64 3.2.3 Chui Walsh Mó hoỏ kờnh trc giao l: Hai chui bớt c gi l trc giao nu kt qu thu c sau XOR cú s lng bớt v l bng Trong h thng CDMA vic s dng cỏc chui tri ph trc giao nhm gim can nhiu gia nhiu ngi s dng Do ú cho phộp nhiu ngi cựng chia s mt tn s ging Trờn kờnh liờn kt hng xung mó Walsh dựng cỏch ly gia cỏc user iu ny cho phộp nhiu ngi s dng trờn cựng mt ph tn c cp phỏt mó Trờn kờnh lu lng hng xung, hm Walsh c trm gc a vo tri ph cho cỏc tớn hiu MS cú nhim v phỏt hin v nộn ph ỳng Bng mó chui gm 64 chui, mi chui di 64 chip ( mi chớp l mt s nh phõn hay 1) Cỏc mó Walsh trc giao vi Cỏc hm khụng phự hp vi mỏy c a vo kờnh lu lng hng xung to nờn cỏc tớn hiu m cỏc MS khụng nhn bit Trong quỏ trỡnh nộn ph ch cú kờnh phự hp uc th hin 3.3 Cỏc phng phỏp iu ch v gii iu ch CDMA 3.3.1 Phng phỏp iu ch v gii iu ch khúa dch tn s FSK i vi phng phỏp iu ch ny, ngi ta thay i tn s súng mang theo di tớn hiu s cn truyn i Khi truyn dn tớn hiu s nh phõn, tn s súng mang c thay i thnh f0 (tn s thp) v f1 (tn s cao) tng ng vi hai giỏ tr v ca lung s vo Trong FSK, biờn ca súng mang khụng thay i quỏ trỡnh iu ch nờn khụng gõy lóng phớ cụng sut v to kh nng loi tr i vi õm H thng FSK cú t l li ớt hn ASK v giỏ tr C/N nh.Tuy nhiờn h thng FSK khụng hiu qu bng h thng PSK v mt cụng sut v rng bng s dng S b iu ch FSK: B iu ch FSK thc cht l mt b dao ng iu khin bng in ỏp VCO (Voltage Control Oscillator) Lung tớn hiu s vo s c a qua b chuyn i cỏc mc logic thnh cỏc mc in ỏp 65 iu khin b VCO to súng mang thay i theo cỏc mc in ỏp u vo ca nú VCO Input Binary Output (FSK) Hỡnh 3.6: S ca b iu ch FSK Tớn hiu FSK cn to l tớn hiu súng mang u cú tn s thay i theo lung tớn hiu s vo Vi s trờn, dng tớn hiu u FSK nh sau: S(t)=Vc* Cos[( c / 2)t ] Vi: c : Tn s súng mang trung tõm / : di tn t l vi biờn v cc tớnh ca tớn hiu nh phõn ngừ vo Bit l +V, bit l -0V to nờn di tn tng ng l + / v- / S b gii iu ch FSK: - S ca b gii iu ch FSK nh sau: PD LPF AP Output Binary Input FSK VCO Hỡnh 3.7: S ca b gii iu ch FSK c im: Do h thng CDMA thc hin truyn qua mụi trng vụ tuyn, nờn vic s dng tn s phi bo m theo quy hoch Vỡ th, iu ch FSK ớt c dựng thụng tin vụ tuyn, nhng nú cú th kt hp vi iu ch mó to tớnh nng hu dng ca nú õy, thc hin truyn qua mụi trng vụ 66 tuyn nờn mi phng phỏp tỏch súng phi thc hin theo phng phỏp tỏch súng khụng liờn kt l nhiu hn tỏch súng liờn kt - Gii iu ch FSK liờn kt: i vi phng phỏp ny, ngi ta cn c vo tớn hiu thu c khụi phc súng mang (ng b súng mang) Loi tỏch súng ny ớt dựng thc t, khú khn vic liờn kt tn s Khong cỏch bit tn s ti thiu hay di tn nh ti nh cc tiu l: 2fd, trc giao (tng quan chộo bng 0) vi tỏch súng kt hp l: 2fd = rb/2 (vi rb l tc bit tiờu chun húa) v xỏc sut li Pe xỏc nh theo cụng thc sau: PeFSK = ẵ erfc[(1/2)* (W/rb)* (C/N)]1/2 FSK nu so sỏnh vi PSK v mt xỏc sut li thỡ ta thy rng xỏc sut li bng nu nh cụng sut súng mang ca FSK tng thờm 3dB FSK kt hp 99% rng bng tn yờu cu tuõn theo quy lut Carlson, tc l bng ln di tn nh n nh cng vi hai ln tn s iu ch cao nht nu tn s iu ch cao nht c tớnh t 0, cú th xem bng mt na rng bng trung tn W di tn nh ti nh chia ht cho tn s iu ch cao nht c nh ngha l ch s iu ch m v cú th xem l di tn nh ti nh chia ht cho rng bng W, v 99% rng bng tn truyn dn l 2(1+m)W i vi phng phỏp iu ch FSK kt hp thỡ cú di tn cng nh cng tt v xỏc sut li Pe cng l mt hm ca di tn Gim di tn, Pe s tng lờn Giỏ tr ti u ca di tn c xỏc nh xp x bng 0.7 - Gii iu ch FSK khụng liờn kt: Ph tn ca iu ch FSK di tn t nh ti nh l 2fd=krb (k l s nguyờn) cú cỏc tn s súng mang f0 - fd v f0 + fd.T ph tn ny, ta cú th d dng tỏch tớn hiu mang tin nh hai b lc bng thụng vi tn s trung tõm l f0 fd v f0 + fd Khi tn s súng mang v tc bit cú quan h n tr nh f0 =nrb, thỡ cú ngha l súng mang cú quan h vi tc bit ca tớn hiu mang tin Tỏch súng khụng liờn kt s l phng phỏp thớch hp nht vic truyn dn mụi trng vụ tuyn nh thụng tin di ng CDMA (phng phỏp thụng dng nht) 67 Xỏc sut li Pe c xỏc nh nh sau: Pe = ẵ exp[(1/2)* (W/rb)* (C/N)] Nú cú th cú giỏ tr sau ch b tỏch súng hỡnh bao, khong cỏch tn s 2fd phi cú giỏ tr ớt nht l 1/T (m1) Ta cú th dựng b tỏch súng tn s chuyn nhng bin thiờn tn s thnh nhng bin thiờn biờn cho tỏch súng hỡnh bao iu biờn cú th thc hin c S d ta dựng b tỏch súng tn s l trỏnh bng thụng ca hai b lc chng ln lờn Phng phỏp ny hn ch c nhng nhc im nh ó cp trờn vi ch s iu ch m1 Nguyờn lý: Ta thy rng, khụng cú tớn hiu vo thỡ in ỏp ngừ ca b khuch i Vout = Khi cú tớn hiu vo vi in ỏp Vin, tớn hiu ny s c a qua b tỏch súng pha PD (Phase Detector) so sỏnh pha v tn s ca tớn hiu vo vi pha v tn s ca tớn hiu b VCO to Lỳc ny in ỏp ngừ ca b PD s l in ỏp t l vi s sai bit gia hai tớn hiu (tc l s sai bit tn s tc thi gia chỳng) Gi s tớn hiu sai bit l Vd(t), tớn hiu ny s c a qua b lc thụng thp LPF lc ly thnh phn mt chiu bin i chm, õy chớnh l in ỏp cn tỏch súng FSK Tớn hiu b lc LPF cú biờn t l vi di tn ngừ vo b tỏch súng pha PD Sau ú tớn hiu ny c a ti b khuch i DC khuch i tớn hiu mt chiu DC cn thu lờn n mc cn thit ng thi mt phn ca tớn hiu ny cng c a v b VCO iu khin tn s ca tớn hiu bỏm theo tn s ca tớn hiu vo Dng súng ca tớn hiu FSK: Gi s ta xột lung tớn hiu nh phõn l: 1 1 0 Lỳc ú dng ca tớn hiu iu ch FSK l: Binary Input 1 1 0 Carrier FSK Hỡnh 3.8: Dng súng ca tớn hiu FSK 68 3.3.2 iu ch khúa dch pha hai trng thỏi (BPSK) i vi loi iu ch ny thỡ tớn hiu sau iu ch cú hai loi súng mang c biu th nh sau: S1(t) = A* Cos c t S0(t) = -A* Cos c t = - S1(t) = A* Cos( c t- ) Trong ú: S1(t): i din cho mc nh phõn S0(t): i din cho mc nh phõn Trong iu ch PSK hai trng thỏi (BPSK), biờn gi nguyờn quỏ trỡnh truyn dn, nhng cú s chuyn i gia hai trng thỏi +A v A, trng thỏi A cú th xem nh l thay i pha 1800 S b iu ch BPSK: BPF Input Binary Output (FSK) Sin c t Hỡnh 3.9: S iu ch BPSK - Nguyờn lý: Lung tớn hiu nh phõn vo c a qua b chuyn i mc chuyn thnh cỏc mc in ỏp +V v V, tớn hiu sau c chuyn i mc c a vo b iu ch cõn bng nhõn vi súng mang cao tn sin c t Tớn hiu sau nhõn c a qua b lc thụng bng BPF (Band Pass Filter) lc ly bng tn cn thit truyn i Sau b lc thụng bng s l tớn hiu iu ch BPSK, nú cú dng nh sau: S(t) = Ak(t)* Vsin[2 fct + (t)] Gi s thi im ban u (t) = thỡ ta c: S(t) = Ak(t)* Vsin(2 fct) 69 Vỡ lung bớt vo l lung bit nh phõn, nờn Ak(t) cú giỏ tr ng vi cỏc bit v l: Ak(t) = 1V, lỳc ú: S(t)= Vsin2 fct Ak(t) = -1V, luc ú: S(t)= Vsin(2 fct + ) T õy ta thy dng súng ca tớn hiu iu ch BPSK o pha 1800 mi lung bit vo cú s thay i t bit sang bit v ngc li - Dng súng ca tớn hiu BPSK: Gi s lung tớn hiu nh phõn vo l: 1 1 0 0, thỡ dng súng ca tớn hiu BPSK l: Binary Input 1 1 0 Carrier BPSK Output Hỡnh 3.10: Dng tớn hiu BPSK - Gin pha v ph tớn hiu BPSK: 900 Cos Logic -Sin c t t Logic 1800 00 +Sin t -900 - Cos t Hỡnh 3.11: Quan h v trớ pha BPSK 70 T f -3/T -2/T -1/T F0 1/T 2/T 3/T Hỡnh 3.12: Ph tớn hiu BPSK - S gii iu ch s BPSK: Input BPSK LPF BPF CR Output Binary Sin c t Hỡnh 3.13: S b gii iu ch BPSK Tớn hiu BPSK ngừ vo cú dng Sin ct c a qua b lc thụng bng BPF v tỏch thnh hai ng Mt ng c a n b khụi phc súng mang CR khụi phc li súng mang, sau ú súng mang ny c a ti b gii iu ch cõn bng phc v cho vic gii iu ch Mt ng c a ti b iu ch cõn bng nhõn vi tớn hiu súng mang ó c khụi phc Sin ct Gi s tớn hiu BPSK u vo l Sin ct (ng vi mc logic 1) thỡ lỳc ú tớn hiu ngừ ca b iu ch cõn bng s l: (Sin ct)*( Sin ct) = Sin2 ct = ẵ +1/2 * Cos2 ct Tớn hiu ny c a qua b lc thụng thp v thnh phn tn s cao c s b lc, u ca b loc thụng thp ch cũn thnh phn mt chiu ẵ VDC tng ng vi mc logic Tng t nu tớn hiu BPSK ngừ vo l - Sin ct (ng vi mc logic 0) thỡ tớn hiu ngừ b lc LPF s l: -1/2 V DC tng ng vi mc logic 71 KT LUN V HNG PHT TRIN Sau mt thi gian nghiờn cu v tỡm hiu vi s ch bo tn tỡnh ca thy hng dn, em ó hon thnh bỏo cỏo Nghiờn cu h thng thu phỏt tri ph CDMA Qua ú, em ó hiu v nm c cỏc c im ca h thng CDMA núi chung v k thut tri ph s dng mng di ng CDMA núi riờng Sau tỡm hiu cỏc k thut ny, em ó nhn u im vt tri ca cụng ngh CDMA Tuy i sau nhng nú hn hn cỏc cụng ngh khỏc v kh nng a truy nhp, cht lng v bo mt Cụng ngh CDMA ngy cng hon thin v a vo ng dng thc t Nhng vi khong thi gian cú hn v iu kin cha cho phộp, nờn cỏc em tỡm hiu c gii hn nh trờn Nhng ú l nhng kin thc nn tng giỳp em sau ny cú th t tỡm hiu thờm v mng thụng tin di ng núi chung v mng CDMA núi riờng 72 TI LIU THAM KHO [1] H THNG CDMA One v CDMA2000-1x, NH XUT BN BU IN [2] INTRODUCTION TO SPREAD SPECTRUM COMMUNICATIONS, Roger L Peterson RogerE Ziemer David E Borth [3] LP TRèNH MATLAB V NG DNG , Th.s NGUYN HONG HI Th.s NGUYN VIT ANH [4] H THNG VIN THễNG , V èNH THNH [5] LUN VN KHểA TRC [6] 73 [...]... trọng trong việc sử dụng rộng rãi kỹ thu t trải phổ là thiếu sự thoả thu n của quốc tế về phân bố sử dụng các dải tần số Để khắc phục những trở ngại đó phải nghiên cứu kĩ các tác động lẫn nhau giữa các hệ thống thu c các dãy tần khác nhau, cũng như giữa hệ thống trải phổ với hệ thống thường 2.1.2 Tính chất và nguyên lí của kỹ thu t trải phổ 2.1.2.1 Tính chất Gọi S(t) là tín hiệu phát, một hệ thống. .. kỹ thu t trải phổ Kỹ thu t trải phổ xuất hiện vào những năm 1950, nó ứng dụng trực tiếp lý thuyết thông tin của Shanon Do có nhiều ưu việt nên đã trở thành hết sức quan trọng trong hệ thống thông tin Có ba kỹ thu t trải phổ chính đó là: - Trải phổ chuỗi trực tiếp: Tạo tín hiệu băng rộng bằng cách điều chế dữ liệu đã được điều chế bởi sóng mang bằng tín hiệu băng rộng hoặc mã trải phổ Tức là hệ thống. .. độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số Hệ thống CDMA cung cấp hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao Mã sửa sai được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế hiệu suất cao Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/N0 22 CHƯƠNG 2 KỸ THU T TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA 2.1 Giới thiệu kỹ thu t trải phổ. .. máy phát thì tin tức không thể thu nhận được Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lượng tín hiệu vào 1 dải tần rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc Ở phía thu, phổ của tín hiệu lại được nén trở lại về phổ của tín hiệu gốc Trong hệ thống CDMA, mỗi người dùng được cấp phát một chuỗi mã (chuỗi trải phổ) dùng để mã hoá tín hiệu mang thông tin Tại máy thu, tín hiệu thu sẽ được đồng bộ giải mã để... khác mà nó mang lại Kết quả nghiên cứu kỹ thu t trải phổ được sử dụng trong hệ thống thông tin di động CDMA, mang lại một loạt ứng dụng khác như giảm mật độ 23 năng lượng, độ định vị cao Cùng với cuộc cách mạng khoa học kỹ thu t công nghệ trải phổ ngày càng phát triển, kích thước và công suất tiêu thụ của thiết bị được giảm đáng kể, tuy nhiên về giá thành của thiết bị trải phổ vẫn còn là vấn đề lớn Và... lợi xử lý Tạp âm có phổ rộng được giảm nhỏ do bộ lọc ở máy thu sau khi được nén phổ nhiều từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tượng tự như tạp âm Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ có băng tần trùng với băng tần của máy thu CDMA sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất nhiễu sẽ giảm xuống 15 Phổ của tín hiệu càng trải rộng ở máy phát, và tương ứng nén hẹp ở máy thu thì càng lợi về... máy phát, thì tin tức truyền đi không thể thu nhận và hiểu được ở máy thu Đối với kỹ thu t trải phổ việc tạo ra các chuỗi PN ở đầu phát và đầu thu đồng bộ với nhau là một vấn đề hết sức quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống trải phổ Việc cấy chuỗi giả ngẫu nhiên PN vào dòng dữ liệu được hiện chủ yếu bằng các bộ cộng module XOR Máy thu D Phát Dữ liệu F Hình 2.2: Phía thu Đối với kỹ thu t... 13 tuyến CDMA được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng Một kênh CDMA rộng 1.23Mhz với hai dãy phòng vệ 0.27Mhz CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt, tốc độ này cũng chính là tốc độ mã đầu ra của máy phát PN Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc, máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác, như khi tin tức được xử lý ở máy phát, nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin... gốc A C Phát chuỗi giả ngẫu nhiên PN B Bộ điều chế và máy phát Hình 2.1: Phía phát  Phía phát: Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ cắt Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra trải phổ (tốc độ của chuỗi giả ngẫu nhiên PN)  Ở phía thu: Ta thực hiện việc nén phổ trở lại dữ liệu gốc, thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác giống hệt như mã đã dùng ở phía phát Nếu mã PN ở máy thu khác... tổng P: Công suất mỗi thu bao 1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ năm 1950 và được áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960 Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hoá từ những phương pháp thu GPS và Ommi - TRACS Phương pháp này cũng được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm