Chương 1 CÔNG NGHỆ CDMA1.1 Giới thiệu chươngCông nghệ CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ tín hiệu để phát dữ liệu cùng một phổ tần. Tất cả công suất của tín hiệu trong đường truyền CDMA được đồng thời trên cùng một băng tần rộng, phát trên cùng một tần số và tín hiệu nguyên thuỷ sẽ được khôi phục tại đầu thu. Đồng thời tín hiệu trải phổ xuất hiện trải rộng đều trên toàn bộ băng tần với công suất phát thấp, do đó loại bỏ được nhiễu, giao thoa. Trong chương này chúng ta sẽ đi vào nghiên cứu khả năng đa truy nhập, phân tích ưu nhược điểm và điều khiển công xuất của quá trình thu phát tín hiệu trong hệ thống CDMA.1.2 Tổng quan về CDMACDMA được đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1995 với chuẩn IS95. Ở thế hệ di động thứ 3 sẽ sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) thay vì công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) theo chuẩn IMT2000.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 khôi phục tín hiệu gốc và dĩ nhiên máy thu phải biết được chuỗi mã đó để mã hoá tín hiệu. Kỹ thuật trải phổ tín hiệu giúp các người dùng không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng một lúc dùng chung dải tần số. Điều này dễ dàng thực hiện được vì tương quan chéo giữa mã của người dùng mong muốn và mã của các người dùng khác thấp. Băng thông của tín hiệu mã được chọn lớn hơn rất nhiều so với băng thông của tín hiệu mang thông tin; do đó, quá trình mã hoá sẽ làm trải rộng phổ của tín hiệu, kết quả cho ta tín hiệu trải phổ.Ở các hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng hằng trăm lần trước khi phát. Trải phổ không mang lại hiệu quả về mặt sử dụng băng thông đối với hệ thống đơn người dùng. Tuy nhiên nó có ưu điểm trong môi trường đa người dùng vì các người dùng này có thể dùng chung một băng tần trải phổ với can nhiễu lẫn nhau không đáng kể.Một kỹ thuật điều chế trải phổ phải thoã mãn 2 tiêu chuẩn:•Băng thông của tín hiệu truyền phải lớn hơn băng thông của tín hiệu mang thông tin.•Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.Tỉ số băng thông truyền trên băng thông của tín hiệu thông tin được gọi là độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ: Gp= (1.1)Với Bt : băng thông truyền; Bi : băng thông của tín hiệu mang thông tin•Tín hiệu trải phổ cho băng thông rộng nên có những ưu điểm khác so với tín hiệu băng hẹp.Khả năng đa truy cập: nếu các người dùng phát tín hiệu trải phổ tại cùng một thời điểm, máy thu có khả năng phân biệt giữa các người dùng, do đó các mã trải phổ có các tương quan chéo thấp. Vì vậy, băng thông của tín hiệu công suất của người dùng mong muốn sẽ lớn hơn công suất gây ra bởi nhiễu và các tín hiệu trải phổ khác (nghĩa là lúc này tín hiệu của những người dùng khác vẫn là những tín hiệu trải phổ trên băng thông rộng).Bảo vệ chống nhiễu đa đường: trong kênh truyền vô tuyến không chỉ có một đường truyền giữa máy thu và máy phát. Vì tín hiệu bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ nên tín hiệu thu được tại đầu thu bao gồm các tín hiệu trên các đường khác nhau. Tín hiệu trên các đường khác nhau đều là bản sao của cùng một tín hiệu nhưng khác biên độ, pha, độ trễ và góc tới. Khi cộng tất cả các tín hiệu này lại sẽ tạo nên những tần số mới và cũng làm mất đi một số tần số mong muốn. Trong miền thời gian điều này làm phân tán tín hiệu. Điều chế trải phổ chống lại nhiễu đa đường, việc giải trải phổ sẽ coi phiên bản của trễ là tín hiệu nhiễu và giữ lại một phần nhỏ của tín hiệu này trong băng thông tín hiệu mong muốn, tuy nhiên nó phụ thuộc nhiều vào phương pháp điều chế được sử dụng.Bảo mật: vì tín hiệu trải phổ sử dụng toàn băng thông tại mọi thời điểm nên nó có công suất rất thấp trên một đơn vị băng thông, và việc khôi chỉ được thực hiện khi biết được mã trải phổ. Điều này gây khó khăn cho việc phát hiện tín hiệu đã trải phổ tức là tính bảo mật rất cao.....
LỜI CAM ĐOAN Đồ án hoàn thành sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu nguồn tài liệu sách báo chuyên ngành thông tin mạng mà theo em hoàn toàn tin cậy Nội dung đồ án em tổng hợp lại từ tài liệu tham khảo (cuối đồ án), không chép toàn đồ án công trình nghiên cứu tác giả khác Em xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Đà Nẵng, tháng 06 năm 2008 Người thực Nguyễn Văn Xô MỤC LỤC Chương CÔNG NGHỆ CDMA 1.1 Giới thiệu 1.2 Tổng quan CDMA .1 1.3 Mã trải phổ 1.3.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN .3 1.3.2 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard 1.4 Các kiểu trải phổ 1.5 Chuyển giao 1.5.1 Mục đích chuyển giao 1.5.2 Các loại chuyển giao 1.5.2.1 Chuyển giao mềm mềm .6 1.5.2.2 Chuyển giao cứng: 1.6 Điều khiển công suất CDMA 1.6.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC) .8 1.6.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC) 1.7 Kết luận chương………………………………………………………………10 Chương KỸ THUẬT OFDM 2.1 Giới thiệu chương 11 2.2 Hệ thống OFDM .11 2.2.1 Sơ đồ khối 11 2.3 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM 12 2.3.1 Mã hóa sửa sai trước FEC 12 2.3.2 Phân tán kí tự .13 2.3.3 Sắp xếp 13 2.3.4 Sử dụng IFFT/FFT OFDM 13 2.3.4.1 Phép biến đổi…………………………………………………………14 2.3.4.2 Ứng dụng FFT/IFFT OFDM………………………………… 14 2.4 Các vấn đề kỹ thuật OFDM…………………………………………….16 2.4.1 Ước lượng tham số kênh 17 2.4.2 Đồng OFDM 17 2.4.2.1 Đồng ký tự…………………………………………………………18 2.4.2.2 Đồng tần số sóng mang………………………………………… 18 2.4.2.3 Đồng tần số lấy mẫu……………………………………………… 19 2.5 Đặc tính kênh truyền kỹ thuật OFDM 19 2.5.1 Sự suy hao 19 2.5.2 Tạp âm trắng Gaussian 20 2.5.3 Fading Rayleigh 20 2.5.4 Fading lựa chọn tần số 21 2.5.5 Trải trễ .21 2.5.6 Dịch Doppler .22 2.6 Đặc điểm ứng dụng kỹ thuật OFDM 22 2.6.1 Ưu điểm .22 2.6.2 Nhược điểm .23 2.6.3 Ứng dụng 23 2.7 Kết luận chương………………………………………………………………23 Chương HỆ THỐNG MC-CDMA 3.1 Giới thiệu chương 24 3.2 Hệ thống MC-CDMA 24 3.2.1 Khái niệm MC-CDMA 24 3.2.2 Sơ đồ khối 24 3.3 Máy phát………………………………………………………………………25 3.3.1.Quá trình tạo tín hiệu MC-CDMA theo thứ tự sau 25 3.4 Máy thu MC-CDMA .26 3.5 Kênh truyền 28 3.6 Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm) 30 3.6.1 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC: 30 3.6.2 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC đỉnh (TORC) .30 3.6.3 Phương pháp kết hợp độ lợi (EGC) 31 3.6.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC) 31 3.6.5 Phương pháp kết hợp sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE) 31 3.7 Các phương pháp triệt nhiễu .32 3.7.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC) .32 3.7.2 Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC) 33 3.8 Vấn đề dịch tần số sóng mang hệ thống MC-CDMA .34 3.9 Giới hạn BER hệ thống MC-CDMA 37 3.9.1 Phân loại 38 3.10 Ưu điểm công nghệ MC-CDMA: 41 3.11 Nhược điểm 41 3.12 Kết luận chương 41 Chương ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 4.1 Giới thiệu chương 42 4.2 Mục đích điều khiển công suất hệ thống MC-CDMA …………….42 4.3 Điều khiển công suất hệ thống MC-CDMA .43 4.4 Hồi tiếp dương điều khiển công suất đường lên .47 4.5 Cơ chế điều khiển công suất hệ thống MC-CDMA 48 4.6 Các phương pháp điều khiển công suất hệ thống MC-CDMA .51 4.6.1 Điều khiển công suất fixed-step multi-level……………………………51 4.6.2 Điều khiển công suất dự đoán…………………………………………… 52 4.6.3 Dự đoán công suất thu kế tiếp……………………………………….52 4.6.4 Quyết định lệnh điều khiển công suất cho đường lên…………………… 56 4.7 Hệ thống MC-CDMA với băng chọn lọc thích nghi 57 4.7.1 Truyền liệu băng chọn lọc thích nghi….………………………….57 4.7.2 Phương pháp xác định hệ số chọn lọc băng tần………… ……………….59 4.7.2.1 Hệ số chọn lọc băng tần tối ưu…………… …………………………59 4.7.2.2 Phân tích BER hệ thống 1/N…… …………………………… 61 4.8 Kết luận chương……………………………………………………………….62 Chương KẾT QỦA TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 5.1 Giới thiệu chương 63 5.2 Các thông số mô 64 5.3 Mô 64 5.3.1 Mô phương pháp điều khiển công suất fixed step…… ………….64 5.3.2 Mô phương pháp điều khiển công suất đa mức (multilevel)…… 65 5.3.3 Mô phương pháp điều khiển công suất dự đoán trước (predictive).67 5.4 So sánh ba phương pháp dựa vào công suất phát , SNR , BER 69 5.5 Mô hệ thống MC-CDMA lựa chọn băng tần thích nghi (1/N ) 71 5.6 Kết luận chương 72 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN A/D Analog/Digital Chuyển đổi tương tự-số ADSL Asymmetrical Digital Subcriber Line Đường thuê bao số không đối xứng AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi BPSK Bit Phase Shift Key Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CP Cycle Prefix Tiền tố lặp D/A Digital/Analog Chuyển đổi số- tương tự DAB Digital Audio Broadcasting Hệ thống phát âm số DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc DS-CDMA Direct Sequence-Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp DS-SS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DVB-T Digital Video Broading -Terrestrial Hệ thống phát hình số quảng bá EGC Equal Gain Combining Phương pháp kết hợp độ lợi FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Coding Mã hóa sửa sai trước FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transform Thuật toán biến đổi Fourier nhanh FH Frequency Hopping Nhảy tần ICI InterCarrier Interference Nhiễu xuyên kênh IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc ngược IFFT Inverse Fast Fourier Transform FFT ngược ISI InterSymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự LAN Local Access Network Mạng truy nhập nội MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy cập MC-CDMA MultiCarrier Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã điều chế đa sóng mang MC-DS-CDMA MultiCarrier-DS-CDMA DS-CDMA đa sóng mang MRC Maximal Ratio Combining Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại MS Mobile Station Trạm di động OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao ORC Orthogonality Restoring Combining Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio Tỉ số công suất tương đối cực đại PIC Parallel Interference Cancellation Phương pháp triệt nhiễu song song PN Pseudo noise Chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS Pseudo Random Binary Sequence Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế cầu phương QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương RF Radio Frequency Tần số vô tuyến (Tần số sóng mang) SIC Successive Interference Cancellation Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu S/P Serial/Parallel Chuyển đổi nối tiếp-song song SUD Single User Detector Bộ tách sóng đơn thuê bao TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TH Time Hopping Nhảy thời gian TORC Threshold Orthogonality Restore Combining Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao cải tiến 4G The four Generation Thế hệ thứ LỜI GIỚI THIỆU Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng ứng dụng vô tuyến lẫn hữu tuyến OFDM chọn làm chuẩn cho hệ thống phát âm số (DAB), hệ thống phát hình ảnh số (DVB) mạng LAN không dây Ưu điểm OFDM khả truyền liệu tốc độ cao qua kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số sử dụng băng thông hiệu Ngoài ra, trình điều chế giải điều chế đa sóng mang thực dễ dàng nhờ phép biến đổi nhanh Fourier thuận nghịch Thông tin vô tuyến phải chia Sẻ kênh truyền Do đó, kỹ thuât đa truy cập đóng vai trò quan trọng việc giảm can nhiễu user So với kỹ thuật đa truy cập khác đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA có nhiều ưu điểm CDMA có khả chống lại tượng đa đường can nhiễu Việc kết hợp OFDM CDMA tạo hệ thống MC-CDMA Hệ thống thừa kế ưu điểm OFDM CDMA Hệ thống đa truy nhập MC-CDMA giải pháp tối ưu cho thông tin di động, có tính khả thi hiệu cao áp dụng vào thực tế Đặc biệt việc truyền liệu tốc độ cao, làm tăng hiệu việc sử dụng băng thông Các hệ thống MC-CDMA hệ thống dựa CDMA tất trạm di động chia sẻ băng tần số cell, sơ đồ điều khiển công suất cần chống lại hiệu ứng gần-xa fading để cải thiện dung lượng hệ thống mà trì QoS đáng tin cậy Công suất phát khác ấn định đến sóng mang tùy thuộc vào SNR nhận được, lệnh điều khiển công suất xác định theo sơ đồ điều khiển công suất bước cố định đa mức Tuy nhiên, để chống lại fading tác động độc lập sóng mang phụ cách hiệu quả, lệnh điều khiển công suất sơ đồ điều khiển công suất dự đoán trước thực tốt Đồng thời ứng dụng phương pháp điều chế thích nghi vào hệ thống MC-CDMA tức truyền liệu băng tần số chọn lựa từ toàn băng tần phụ, mô hình cải thiện dung lượng hệ thống MC-CDMA, đạt BER tốt so với hệ thống MC-CDMA dùng toàn băng thông, lượng công suất phát lượng liệu Nội dung đề tài tốt nghiệp “ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA” bao gồm chương: Chương 1: CÔNG NGHỆ CDMA Chương 2: KỸ THUẬT OFDM Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA Chương 4: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MCCDMA Chương 5: KÊT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Trong trình thực đề tài, em cố gắng nhiều song thời gian thực đề tài số hạn chế việc tìm hiểu tài liệu liên quan nên chắn tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp ý kiến quý Thầy Cô bạn bè Em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy giáo Nguyễn Duy Nhật Viễn hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Điện Tử-Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa truyền thụ kiến thức suốt thời gian học tập trường Đà Nẵng, tháng 06 năm 2008 Người thực Nguyễn Văn Xô