Mạng thông tin di động CDMA và chuỗi PN offset

NGUYỄN VĂN CHIẾN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -[[ \\   NGUYỄN VĂN CHIẾN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ĐIỆN TỬ VIÊN THÔNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA VÀ CHUỖI PN OFFSET LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỆN TỬ VIÊN THÔNG KHOÁ 2009-2011 Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -[[ \\   Họ tên tác giả luận văn NGUYỄN VĂN CHIẾN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA VÀ CHUỖI PN OFFSET CHUYÊN NGHÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ XUÂN THỤ Luận văn thạc sỹ khoa học MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CDMA 1.1 Tổng quan 1.1.1 Cấu trúc chung hệ thống thông tin di động 1.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động tế bào 12 1.1.2.1 Thế hệ thứ 12 1.1.2.2 Thế hệ thứ hai 12 1.1.2.3 Thế hệ thứ ba 13 1.1.3 Các phương pháp đa truy nhập 14 1.1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 15 1.1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA-Time division Multiple Access)… 16 1.1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access)… 17 1.2 Thủ tục phát/thu tín hiệu 18 1.3 Các đặc tính CDMA 18 1.3.1 Tính đa dạng phân tập 18 1.3.2 Điều khiển công suất 20 1.3.3 Dung lượng hệ thống 21 1.3.3.1 Hiệu ứng tải 22 1.3.3.2 Hiệu ứng sector hóa 24 1.3.3.3 Hiệu ứng hệ số tích cực thoại 26 1.3.4 Bộ mã, giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi 26 1.3.5 Bảo mật gọi 27 1.3.6 Chuyển giao (Handoff) hệ thống CDMA 27 1.3.6.1 Chuyển giao mềm 28 1.3.6.2 Chuyển giao mềm 29 1.3.6.3 Chuyển giao cứng 29 Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học 1.3.7 Tách tín hiệu thoại 29 1.3.8 Tái sử dụng tần số vùng phủ sóng 29 1.3.9 Giá trị Eb/N0 thấp (hay C/I) chống lỗi 30 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG CÔNG NGHỆ CDMA 31 2.1 Mở đầu 31 2.2 Các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp 33 2.2.1 2.2.1.1 Máy phát DSSS-BPSK 33 2.2.1.2 Máy thu DSSS – BPSK 35 2.2.2 2.3 Hệ thống DSSS-BPSK 33 Hệ thống DSSS-QPSK 38 Các hệ thống trải phổ nhảy tần 43 2.3.1 Giới thiệu hệ thống trải phổ nhảy tần 43 2.3.1.1 Máy phát FHSS 43 2.3.1.2 Máy thu FHSS 45 2.3.2 Nhảy tần nhanh với điều chế M- FSK 47 2.3.3 Tốc độ nhảy tần cho hệ thống nhảy tần nhanh 48 2.3.4 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm 49 2.4 Các hệ thống trải phổ nhảy thời gian 50 2.4.1 Khái niệm hệ thống trải phổ nhảy thời gian 50 2.4.2 Nguyên lý hệ thống trải phổ nhảy thời gian 50 2.5 Hệ thống dịch lai- Nhảy tần chuỗi trực tiếp 52 2.6 So sánh hệ thống trải phổ 54 CHƯƠNG 3: CÁC MÃ TRẢI PHỔ GIẢ NGẪU NHIÊN (PN) 56 3.1 Mở đầu 56 3.2 Nhiệm vụ chuỗi giả ngẫu nhiên 57 3.3 Cơ sở toán học chuỗi giả ngẫu nhiên (PN) 57 3.3.1 Số học nhị phân trường 57 3.3.2 Tổ hợp tuyến tính 57 3.3.3 Các đa thức tối giản nhị phân 58 3.3.4 Các trường 58 3.3.5 Các trường hữu hạn 58 Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học 3.4 3.5 Nguyên tắc tạo dãy PN 59 3.4.1 Bộ tạo dãy Fibonacci(F) 59 3.4.2 Chuỗi lũy thừa đa thức đặc tính 61 3.4.3 Bộ tạo dãy Galois 62 Dãy độ dài cực đại (dãy m) 64 3.5.1 Các tính chất dãy m 70 3.5.2 Tính chất tương quan 71 3.6 Một số mã trải phổ đặc biệt khác 71 3.6.1 Chuỗi mã Gold 71 3.6.2 Chuỗi mã Walsh 73 3.6.3 Chuỗi mã Kasami 74 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 76 4.1 Mở đầu 76 4.2 Chương trình mô 76 4.3 Kết thực trình mô 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DSSS Direct Sequence Spread spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access FSK Phase Shift Keying Khóa dịch tần số IMT-2000 Internationnal Mobile Các tiêu chuẩn viễn thông di động Telecommunications toàn cầu 2000 Interim Standard-95 Chuẩn thông tin di động CDMA IS95CDMA ISDN Mỹ (Do Qualcom đề xuất) Intergrated Services Digital Mạng số đa dịch vụ Network MS Mobile Station Máy di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập PDSN Packet Data Switching Node Điểm chuyển mạch số liệu gói PN Pseudo Noise Giả ngẫu nhiên PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu tạp âm TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Bảng giá trị phép toán cộng nhân hai số nhi phân 57 Bảng 3.2 Bảng giá trị cho phép cộng 59 Bảng 3.3 Bảng mã đầu ghi dịch ứng với sơ đồ hình 3.6 68 Bảng 3.4 Bảng mã đầu ghi dịch ứng với sơ đồ hình 3.7 69 Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào 10 Hình 1.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số 15 Hình 1.3 Phổ tín hiệu FDMA 16 Hình 1.4 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian 16 Hình 1.5 Phổ tín hiệu TDMA 17 Hình 1.6 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã 17 Hình 1.7 Phổ tín hiệu CDMA 18 Hình 1.8 Sơ đồ thu phát tín hiệu CDMA 18 Hình 1.9 Tổng công suất hệ thống CDMA 22 Hình 1.11 Minh họa hệ số tải 24 Hình 1.12 Một Cell sector hóa 25 Hình 1.13 Chuyển giao mềm BS đường xuống đường lên 28 Hình 2.1 Thí dụ tín hiệu PN c(t) tạo từ chuỗi PN có chu kỳ 15 33 Hình 2.2 Sơ đồ khối máy phát DSSS-BPSK 34 Hình 2.3 Giản đồ máy phát DSSS-BPSK 35 Hình 2.4 Sơ đồ máy thu DSSS – BPSK 35 Hình 2.5 Giản đồ máy thu DSSS-BPSK … 36 Hình 2.6 Các dạng sóng hệ thống DSSS-QPSK cho điều chế đồng thời bít hai nhánh I Q 39 Hình 2.7 Sơ đồ khối máy thu DSSS-QPSK 40 Hình 2.8 Thí dụ c1(t) c2(t) nhận từ c(t) 42 Hình 2.9 Sơ đồ khối cho máy phát FHSS 44 Hình 2.10 Sơ đồ khối cho máy thu FHSS 46 Hình 2.11 Biểu đồ cho hệ thống nhảy tần nhanh với điều chế M-FSK với M=4 48 Hình 2.12 Biểu đồ tần số cho hệ thống nhảy tần chậm điều chế FSK 50 Hình 2.13 Biểu đồ thời gian cho hệ thống nhảy tàn thời gian THSS 51 Hình 2.14 Phổ tần hệ thống tổng hợp FH/SS 53 Hình 2.15 Bộ điều chế tổng hợp FH/SS 54 Hình 2.16 Bộ thu tổng hợp FH/SS 54 Hình 3.1 Thanh ghi dịch M tầng hồi tiếp tuyến tính dạng Fibonacci 61 Hình 3.2 LRSR nhớ tối thiểu cấu hình Galoa 64 Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 3.3 Mạch ghi dịch 64 Hình 3.4 Sơ đồ tạo chuỗi mã m với g(x)=x5+x4+x3+x+1 66 Hình 3.5 Mạch ghi dịch tốc độ cao 66 Hình 3.6 Mạch ghi dịch tốc độ cao cho g(x)=x5+x4+x3+x+1 67 Hình 3.7 Mạch ghi dịch cho đa thưc tạo mã g(x)= x4+x3+x2+x+1 69 Hình 3.8 Mạch ghi dịch cho đa thức tạo mã g(x)= x3+x2+1 70 Hình 3.9 Bộ tạo chuỗi mã Gold cho cặp ưa chuộng g1(x)=x3+x2+1 g2(x)=x3+x+1 73 Hình 4.1 Giao diện chương trình mô 76 Hình 4.2: Giá trị tương quan chuỗi PN Gold 77 Hình 4.3: Giá trị tương quan chéo chuỗi Gold chuỗi PN 78 Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghệ điện tử, tin học, công nghệ viễn thông năm qua phát triển mạnh mẽ cung cấp ngày nhiều loại hình dịch vụ đa dạng, an toàn chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày cao người dùng Thế kỷ 21 chứng kiến bùng nổ ngành thông tin vô tuyến thông tin di động đóng vai trò quan trọng Nhu cầu thông tin ngày cao người dùng thúc đẩy giới tìm phương thức thông tin Và công nghệ CDMA trở thành mục tiêu hướng tới ngành thông tin di động giới Trong công nghệ CDMA vấn đề quan trọng cốt lõi hệ thống mã trải phổ Trên sở đó, để tìm hiểu rõ cấu trúc, đặc tính mã trải phổ, em chọn đề tài “Mạng thông tin di động CDMA chuỗi PN offset” Nội dung luận văn gồm có phần sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ CDMA Chương 2: Kỹ thuật trải phổ công nghệ CDMA Chương 3: Các mã trải phổ giả ngẫu nhiên (PN) Chương 4: Kết mô Trong trình làm luận văn tốt nghiệp, em cố gắng nhiều tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận phê bình, hướng dẫn giúp đỡ thầy, cô, bạn bè Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Xuân Thụ tận tình bảo, hướng dẫn em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2011 Nguyễn Văn Chiến Nguyễn Văn Chiến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Tốc độ mạch hình 3.1 bị hạn chế tổng thời gian trễ 11111 17 01111 10010 18 11010 01001 19 01101 11001 20 11011 10001 21 10000 10101 22 00100 10111 23 00010 10110 24 00001 01011 25 11101 11000 26 10011 10 01100 27 10100 11 00110 28 01010 12 00011 29 00101 13 11100 30 11111 14 01110 31 10010 15 00111 32 Lặp lại 16 11110 Hình 3.4 Sơ đồ tạo chuỗi mã m với g(x)=x5+x4+x3+x+1 phần ghi dịch thời gian trễ tất cổng loại trừ đường hồi tiếp, rõ ràng tốc độ đồng hồ nhanh (τphantudich + τXOR∑ g )-1 Để thực tốc độ cao với tốc độ đồng hồ (τphantudich + τXOR)-1, người ta sử dụng sơ đồ tốc độ cao hình 3.5 Ta thấy rằng: si(m)=gm-1si-1(m) + si-1(m-1)=gm-1si-1(m)+ (gm-2si-2(m)+si-2(m-2))= =… = gm-1si-1(m) + gm-2si-2(m)+….+g1si-m+1(m) +si-m+1(1) (3.28) Vì si-m+1(1)=si-1(m) (xem hình 3.1) phương trình cho: ci= gm-1ci-1+ gm-2ci-2+…+ g1ci-m-1+ci-m (3.29) Vì hai cách thực tạo chuỗi đầu m bít trùng Nhưng trạng thái đầu chúng khác có chuỗi trạng thái khác Hình 3.5 thực chuỗi ghi dịch hình 3.2 với tốc độ cao Hình 3.5 Mạch ghi dịch tốc độ cao Nguyễn Văn Chiến 66 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Một chuỗi ghi dịch số tuyến tính, với chu kỳ n=2m-1 m số đơn vị nhớ mạch hay bậc đa thức tạo mã, gọi chuỗi số hai có độ dài cực đại hay số m Đa thức tạo mã, gọi chuỗi số hai có độ dài cực đại hay số m Đa thức tạo mã chuỗi m gọi đa thức nguyên thủy (Primittive Polynomial) Định nghĩa toán học đa thức này: g(x) đa thức nguyên thủy bậc m số nguyên nhỏ n, mà số này, xn-1 chia hết cho đa thức g(x), n=2m-1 Thí dụ g(x)=x5+x4+x3+x2+x+1 đa thức nguyên thủy bậc m=5, số nguyên n nhỏ mà xn-1 chia hết cho đa thức g(x) n=25-1=31 Trái lại g(x)= x4+x3+x2+x+1 đa thức nguyên thủy số nguyên n nhỏ mà xn-1 chia hết cho đa thức g(x) 24-1=15 Số đa thức nguyên thủy bậc m bằng: Trong hàm Euler xác định bởi: φ n φ n ∏ (3.30) Ở đay p/n ký hiệu tất ước số nguyên tố n C5 C4 C3 C2 C1 Hình 3.6 Mạch ghi dịch tốc độ cao cho g(x)=x5+x4+x3+x+1 Xung đồng Trạng thái hồ Nguyễn Văn Chiến Xung đồng Trạng thái hồ 11111 17 01111 10010 18 11010 01001 19 01101 11001 20 11011 10001 21 10000 10101 22 00100 10111 23 00010 67 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học 10110 24 00001 01011 25 11101 11000 26 10011 10 01100 27 10100 11 00110 28 01010 12 00011 29 00101 13 11100 30 11111 14 01110 31 10010 15 00111 32 Lặp lại 16 11110 33 Bảng 3.3 Bảng mã đầu ghi dịch ứng với sơ đồ hình 3.6 Ta tìm thấy đa thức nguyên thuỷ cách chọn thử Nhiều bảng đa thức nguyên thủy công bố nhiều tài liệu Ví dụ: đa thức nguyên thủy số có bâc m=3, với trình tự hệ số g(0), g(1),…,g(4) sau: m=3 1011 1+x2+x3 1101 1+x+x3 m=4 10011 1+x3+x4 11001 1+x+x4 Đa thức nguyên thuỷ tối giản nghĩa ta phân tích thành đa thức bậc thấp Nhưng ngược lại không Một đa thức không nguyên thuỷ cho chuỗi có chu kỳ nhỏ n=2m-1 Chẳng hạn đa thức g(x)=x5+x4+x3+x2+x+1 sử dụng hình 2.2 tạo chuỗi m có chu kỳ n=251=31 thấy Trái lại đa thứ tạo mã x4+x3+x2+x+1 đa thức nguyên thủy (mặc dù không chứa thừa số có bậc nhỏ đa thức tối giản, hay đa thức nguyên tố), tạo chuỗi có chu kỳ thay 24-1=15 (xem hình 3.6) Nguyễn Văn Chiến 68 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 3.7 Mạch ghi dịch cho đa thưc tạo mã g(x)= x4+x3+x2 +x+1 Xung đồng hồ Trạng thái 1111 0111 1011 1101 1110 1111 Lặp lại Bảng 3.4 Bảng mã đầu ghi dịch ứng với sơ đồ hình 3.7 Xét đa thức g(x)=x5+x4+1 đa thức chưa tối giản ta phân tích vào thừa số: (x3+x+1)(x2+x+1)=x5+x4+2x3+2x2+2x+1 2=0 (mod 2) Cả đa thức thành phần (x3+x+1) (x2+x+1) đa thức nguyên thủy tối giản Chuỗi ghi dịch tạo g(x)=x5+x4+1 có tính chất đặc biệt, chẳng hạn nạp ban đầu 11111, chuỗi đầu 1111100001000011001010… với chu kỳ 7.3=21 Giả sử c=c0c1c2 c2m-2 chuỗi m tạo đa thức nguyên thủy cố định: g(x)=xm+gm-1xm-1+gm-2xm-2+…+g1x+1 (3.31) Xét hình 3.1 ta sử dụng giá trị nạp ban đầu khác không, khác cho ghi dịch m phần tử nhận chuỗi m khác nhau, tất chúng dịch vòng so với Giả sử Sm biểu thị tập n=2m-1 chuỗi tạo g(x) chuỗi toàn độ dài n=2m-1 Tập Sm tạo nên không gian vector có 2m=n+1 chuỗi Ví dụ, xét g(x)=x3+x2+1, mạch ghi dịch mô tả hình 3.7 Sm cho bởi: Nguyễn Văn Chiến 69 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 3.8 Mạch ghi dịch cho đa thức tạo mã g(x)= x3+x2+1 Khoảng cách Hamming vector số vị trí mà chúng khác Đối với vector hang ta thấy khoảng cách Hamming giống (n+1)/2 Vì Sm coi tập đơn 3.5.1 Các tính chất dãy m Dãy độ dài cực đại có tính chất thích hợp với hệ thống trải phổ Ta khảo sát tính chất Tính chất 1: Dãy độ dài cực đại chứa nhiều Số số dãy Tính chất 2: Tổng modulo dãy m bất dịch pha dãy pha khác dãy m (tính dịch cộng) Tính chất 3: Nếu sổ chiều rộng r trượt dọc theo dãy N nhịp, từ khác không tạo cửa sổ xuất xác lần Tính chất 4: Hàm tự tương quan chu kỳ θb(k) có hai giá trị: Nguyễn Văn Chiến 70 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học (3.32) Với l nguyên N chu kỳ dãy Tính chất 5: Ta định nghĩa bước chạy dãy ký hiệu đồng dãy m Độ dài dãy độ dài bước chạy Với dãy m ta có: 1)1 bước chạy độ dài r 2)1 bước chạy độ dài r-1 3)1 bước chạy bước chạy độ dài r-2 4) bước chạy bước chạy độ dài r-3 5) bước chạy bước chạy độ dài r-4 6) bước chạy bước chạy độ dài r-5 ……… r) 2r-3 bước chạy 2r-3 bước chạy độ dài 3.5.2 Tính chất tương quan Tự tương quan phép đo giống mã dịch chu kỳ Bởi lý này, mã có đặc tính tự tương quan tốt thường sử dụng để loại bỏ không đồng hệ thống thông tin Tính tự tương quan thể sau [8] ∑ (3.33) Tương quan chéo phép đo giống hai chuỗi mã khác Theo cách khác tương quan chéo mô tả nhiễu giã chuỗi mã an chuỗi mã bn[8] ∑ (3.34) Ở an bn thành phân hai chuỗi mã khác có chu kỳ N 3.6 Một số mã trải phổ đặc biệt khác 3.6.1 Chuỗi mã Gold [10] Các chuỗi –m hàm tự tương quan dạng đầu đinh Chúng có thuộc tính tự tương quan tuần hoàn dạng đầu đinh tốt giảm tối đa tự tương quan lệch pha Vì chuỗi –m phù hợp cho hoạt động đồng mã Đố với thông Nguyễn Văn Chiến 71 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học tin dị nhiều người sử dụng cần có tập lớn chuỗi –m có giá trị tương quan chéo nhỏ Giả sử ta định nghĩa tương quan chéo tuần hoàn hai chuỗi (có thể phức) u=u0u1u2 uN-1 v=v0v1v2…vN-1 (Trong ui, vi có giá trị -1 chuỗi số hai) sau: ∑ , với n (3.35) Trong số n+i tính theo Mod n (Phép chia cho n lấy phần dư) Cần đảm bảo giá trị tương quan chéo lần dịch tương đối đủ nhỏ để nhiễu tương hỗ hai người sử dụng nhỏ Số chuỗi –m độ dài n=2m-1 Tuy nhiên số cặp chuỗi-m có tương quan chéo lớn chúng không phù hợp cho việc sử dụng tập chuỗi CDMA Một họ chuỗi tuần hoàn đảm bảo tập chuỗi có tương quan chéo tuần hoàn tốt chuỗi Gold Có thể xác định tập n+2 chuỗi Gold độ dài n=2m-1từ cặp chuỗi-m ưa chuộng (chẳng hạn x y) có hàm tương quan chéo ba trị [11]: , Trong t m 2 với n (3.36) , ký hiệu [c] cho phần nguyên số thực c Lưu ý tính toán giá trị tương quan, trước hết phải chuyển đổi giá trị thành +1 -1 Tập hợp chuỗi Gold bao gồm cặp chuỗi –m ưa chuộng x y, tổng modul-2 x với dịch vòng y Chẳng hạn tập hợp chuỗi Gold là: SGold={x, y, x y, x T-1y, x T-2y, … , x T-(N-1)y} (3.37) Trong T-1y = {y1, y2, y3, … , yN-1, y0} dịch vòng trái y Đại lượng tương quan cực đại cho chuỗi Gold tập hợp không đổi Biết cặp chuỗi-m ưu chuộng không tồn m=4, 6, 12, 16, … đoán lời giải cho tất m=0 Ví dụ: chuỗi Gold có m=3 Số chuỗi –m độ dài n=2m-1=7 Nguyễn Văn Chiến 72 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Như có chuỗi –m khác cách dịch vòng với độ dài Hai đa thức nguyên thủy bậc m=3 là: x3+x2+1 x3+x+1 tạo chuỗi –m: x=1001011 y=1001110 với số nạp ban đầu 001 Hàm tương quan chéo ba trị cặp chuỗi-m có giá trị -1, -5, Vậy x y cặp ưa chuộng chuỗi-m Ta có sơ đồ tạo chuỗi Gold m=3 sau: Hình 3.9 Bộ tạo chuỗi mã Gold cho cặp ưa chuộng g1(x)=x3+x2+1 g2(x)=x3+x+1 3.6.2 Chuỗi mã Walsh Mã Walsh sử dụng để phân biệt cho người dung khác sử dụng chung băng tần RF đường xuống Mã Walsh sử dụng IS 95 CDMA chuỗi mã trực giao 64 Chuỗi mã Walsh tạo ma trận Hadamard Dùng tính chất đệ quy để tạo ma trận Hadamard lớn từ ma trận Hadamard bé hơn: (3.38) Với ma trận nghịch đảo HN Ma trận sở là: 0 Nguyễn Văn Chiến 73 (3.39) Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Để tạo chuỗi mã Walsh trực giao w0, w1, w2, w3 cần tạo ma trận Hadamard bậc là: 0 0 1 0 1 1 (3.40) Bốn chuỗi mã trực giao mã Walsh lấy từ hàng ma trận H4 là: W0=[0 0 0] W1=[ 1] W2=[ 0 1] W3=[ 1 0] Các mã thỏa mã điều kiện cần thiết mã trải phổ nêu Bằng việc thay đổi thành -1 bốn chuỗi ta có: W0 = [-1 - -1 - 1] W1 = [-1 +1 -1 +1] W2 = [-1 - +1 +1] W3 = [-1 +1 +1 - 1] Biểu thức H2N sử dụng đệ quy để tạo ma trận Hadamard có bậc cao để tạo lớn chuỗi mã trực giao 3.6.3 Chuỗi mã Kasami [12] Giả sử m số nguyên chẵn x chuỗi-m có chu kì 2m-1 Các chuỗi Kasami thực cách lấy mẫu chuỗi-m x thực cộng module-2 chuỗi dịch vòng Chuỗi lấy mẫu x theo m ký hiệu x[n] Để xây dựng chuỗi Kasami, trước hết tìm chuỗi lấy mẫu y= x[S(m)], S(m)=2m/2+1 Chuỗi lấy mẫu y chuỗi-m tuần hoàn với chu kì bé / Tập nhỏ chuỗi Kasami xác định bởi: , Nguyễn Văn Chiến , , 74 ,…, (3.41) Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Tổng số chuỗi tập 2m/2 Hàm tương quan chéo hai chuỗi Kasami nhận giá trị tập: , (3.42) Ví dụ chuỗi Kasami có m=4: Đa thức nguyên thủy x4+x3+1 tạo chuỗi –m x=100010011010111 nhập giá trị ban đầu 0001 Giá trị số S(m)=5 Lấy mẫu x theo S(m) ta có y = x[5] = 101101101101101 bao gồm chuỗi –m, chuỗi (101) có chu kỳ 2m/2 -1=3.2m/2=4 chuỗi Kasami có độ dài 2m-1=15 sau: 100010011010111 001111110111010 111001000001100 010100101100001 Nguyễn Văn Chiến 75 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 Mở đầu Trong chương làm rõ tính chất chuỗi trải phổ đặc biệt tính tương quan chúng thông qua việc mô phần mềm Matlab Kết mô thể chi tiết phần 4.2 Chương trình mô Chương trình có chức tạo mã PN mã Gold thông qua ghi dịch Từ tính hàm tương quan chuỗi mã Hình 4.1 Giao diện chương trình mô Cách thực hiện: - Lựa chọn loại mã PN mã Gold khác thông qua việc nhập vào đa thức sinh khác - Tính toán vẽ hàm tự tương quan hai chuỗi mã Gold mã PN - Tính toán vẽ hàm tương quan chéo chuỗi mã PN chuỗi mã Gold 4.3 Kết thực trình mô Như kết thể hình 4.2, ta thấy tính tự tương quan chuỗi PN chuỗi Gold giống Những đặc trưng tương tự với đặc điểm Nguyễn Văn Chiến 76 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học chuỗi mã trực giao giá trị tương quan mã chu kỳ nhỏ chíp (giá trị 7.8x10-3) Hình 4.2: Giá trị tương quan chuỗi PN Gold Trong hình 4.3, ta thấy giá trị tương quan chéo chuỗi mã PN chuỗi mã Gold Nó thể cách rõ ràng giá trị tương quan nằm giới hạn cho phép, giá trị tương quan mã PN cao có nhiều giá trị Ở mã PN chọn từ tập hợp Trong hệ thống DS-CDMA, mã Gold ưu tiên sử dụng bởi đặc tính tương quan chéo tốt Đặc biệt trường hợp không đồng bộ, giá trị tương quan chéo chuỗi mã PN cao nhiễu đa truy nhập (Multiple access interference-MAI) Trong tiêu chuẩn IS-95, mã PN tạo có độ dài từ mã N=242-1, phần chuỗi mã sử dụng cho người dùng khác [7] Toán học chứng minh rằng, với L lớn m chẵn, giá trị tương quan chéo lớn hai cặp mã Gold √2 , với L lẻ 2√ Nguyễn Văn Chiến 77 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 4.3: Giá trị tương quan chéo chuỗi Gold chuỗi PN Với chuỗi N có chu kỳ L, giá trị giới hạn giá trị tương quan chéo là[8] (4.1) √ So sánh giá trị giới hạn Ở với L N đủ lớn giá trị xấp xỉ với giá trị lớn tương quan chéo hai chuỗi mã Gold bất kỳ, rõ ràng chuỗi mã Gold đồng thuận nhỏ Từ kết ta thấy mã trải phổ Gold phù hợp Nguyễn Văn Chiến 78 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Quá trình nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp tác giả thu số kết sau: Về lý thuyết: Luận văn đưa kiến thức chung hệ thống thông tin di động, hệ thống trải phổ Trong dành nhiều thời gian cho việc nghiên cứu loại mã trải phổ Đặc biệt sở lý thuyết, cấu trúc loại mã trải phổ (mã giả ngẫu nhiên) Để từ thấy việc thực sử dụng tốt loại mã trải phổ làm cho hệ thống thống sử dụng công nghệ CDMA hoạt động cách hoàn hảo đảm bảo yêu cầu người sử dụng Về thực nghiêm: Việc thực mô kết nghiên cứu phần mềm Matlab giúp hiểu rõ chất cách thức hoạt động loại mã trải phổ Một số kiến nghị: Mặc dù cố gắng để thực luận văn nhiên, luận văn chưa hết vấn đề mã trải phổ Trong thời gian nghiên cứu hy vọng thực vấn đề khác mã trải phổ nghiên cứu phương pháp thiết kế mã giả ngẫu nhiên áp dụng hệ thống CDMA hệ thống CDMA tựa đồng [5], hệ thống CDMA đa tải tin [6]… Nguyễn Văn Chiến 79 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Phạm Anh Dũng (2003), “CDMA one CDMA 2000”, NXB Bưu Điện, Hà Nội [2] Nguyễn Phạm Anh Dũng (2003), “Giáo trình thông tin di động”, NXB Bưu Điện, Hà Nội [3] Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), “Giáo trình thông tin di động hệ ba”, NXB Bưu, Hà Nội [4] Nguyễn Viết Kính (1999), “Thông tin không dây – Nguyên tắc thực hành”, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội [5] Đỗ Trung Tá, Nguyễn Minh Dân, Lê Minh Hiếu (2003), “Phương pháp thiết kế dãy giả nhiễu phi tuyến cho hệ thống CDMA tựa đồng theo kiểu lồng ghép”, Tạp chí bưu viễn thông, Hà Nội [6] Nguyễn Hữu Trung (2007), “Giáo trình Kỹ thuật trải phổ”, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [7] Vụ hợp tác quốc tế Tổng cục Bưu điện Viện khoa học kỹ thuật Bưu Điện (1996), “Công nghệ ATM CDMA”, NXB Thanh Niên, Hà Nội Tiếng Anh [8] E.H Dinan ve B Jabbari (1998), “Spreading codes for direct sequence CDMA and wideband CDMA Cellular networks”, IEEE communications Magazine, Vol.36, pp.48-54 [9] Man Young Rhee (1998), “CDMA Cellular Mobile Communication and Network Security”, Prentice Hall PTR [10] R.Gold (1968), “Maximal Recursive Sequences ưith 3-valued Recursive Cross Corelation Functions”, IEEE Trans Inform.Theory, vol IT-14, pp.154-156 [11] R.L.Peterson, R.L Ziemer, D.E Borth (1995), “Introduction to spread Spectrum Communications”, Upper Saddle River: NJ, Prentice Hall [12] T.Kasami (1966), “Weight Distribution Formula for Some Class of Cyclic Codes”, Tech Report No.R-285, Univ of Illinois Nguyễn Văn Chiến 80 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ... kiến bùng nổ ngành thông tin vô tuyến thông tin di động đóng vai trò quan trọng Nhu cầu thông tin ngày cao người dùng thúc đẩy giới tìm phương thức thông tin Và công nghệ CDMA trở thành mục tiêu... dù phát triển thông tin di động nhanh chóng trải qua ba hệ Thế hệ thứ hệ thông tin di động tương tự sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Thế hệ thứ hai hệ thông tin di động số có tốc...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -[[ \   Họ tên tác giả luận văn NGUYỄN VĂN CHIẾN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA VÀ CHUỖI PN OFFSET CHUYÊN