Nghiên cứu đánh giá các giải pháp kỹ thuật về đa truy nhập đa sóng mang MC MA

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM DƢƠNG THỌ MINH NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VỀ ĐA TRUY NHẬP ĐA SÓNG MANG MC-MA LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HẢI PHÒNG-2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ riêng Các lý thuyết nhƣ mô luận văn độc chƣa đƣợc sử dụng cho luận văn khác Tôi xin cam đoan luận văn ghi rõ nguồn gốc tất trích dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 Học viên : Dƣơng Thọ Minh ii LỜI CÁM ƠN Trƣớc hết xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy giáo cô giáo cao học ngành Kỹ thuật điện tử đặc biệt bảo hƣớng dẫn nhiệt tình thầy giáo PGS.TS.Lê Quốc Vƣợng, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hƣớng dẫn em suốt trình làm luận ăn cao học , với giúp đỡ tích cực anh chị khóa để hoàn thành luận văn Sau xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 Kỹ thuật đa truy nhập 1.1.1.Các kỹ thuật đa truy nhập 1.1.2 Trải phổ 1.2 Kỹ thuật đa sóng mang 13 1.2.1 OFDM 13 1.2.2 Ƣu nhƣợc điểm OFDM 18 CHƢƠNG II: MC-FDMA MF-TDMA 19 2.1 Ghép kênh đa truy nhập 19 2.2 MC-FDMA 21 2.2.1 OFDMA 21 2.2.2 SS-MA-MC 26 2.2.3 FDMA đan xen 30 2.3 MC_TDMA 32 CHƢƠNG III: MC-CDMA 35 3.1 Cấu trúc tín hiệu 35 3.2 Kỹ thuật trải 37 3.2.1 Mã trải phổ 37 3.2.2 Tỷ số công suất đỉnh trung bình PAPR 40 3.2.3 Trải phổ chiều hai chiều 41 3.3 Kỹ thuật tách sóng liệu 44 iv 3.3.1 Tách sóng đơn thuê bao 45 3.3.2 Tách sóng đa thuê bao 48 3.4 Tiền cân 53 3.4.1 Downlink 55 3.4.2 Uplink 56 3.5 Phối hợp cân 56 3.6 Phân tích hiệu suất 59 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt DS-SS Giải thích Frequency Division Multiplexed Access Direct Sequence Code Division Multiplexed Access Direct Sequence - Spread Spectrum EGC Equal Gain Combining FDMA Frequency Division Multiplexed Access FH-SS Frequecy Hopping - Spread Spectrum ICI Interchannel interference IFDMA Interleaved Frequency-Division Multiple Access ISI Intersymbol interference MC-CDMA Multi carriter - Code Division Multiplexed Access MC-TDMA Multi carriter - Time Division Multiplexed Access MLSE MMSE Maximum likelihood sequence estimation Maximum Likelihood Symbol-by-Symbol Estimation Minimum mean-square error MRC Maximum Ratio Combining OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing PAPR Peak-to-average power ratio SS-MC-MA Spread Spectrum-Multi code-Multi Access TDMA Time Division Multiplexed Access TH-SS Time Hopping - Spread Spectrum ZF Zero Force CDMA DS-CDMA MLSSE vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 3.1 PAPR với mã trải phổ khác 41 3.2 Hệ số G số kỹ thuật tiền cân 56 3.3 Thông số hệ thống MC-CDMA 59 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDMA 1.2 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian TDMA 1.3 Kỹ thuật ghép kênh theo mã CDMA 1.4 Mạch ghi dịch tạo mã giả ngẫu nhiên 1.5 Hàm tự tƣơng quan chuỗi PN 1.6 Sơ đồ khối trải phổ trực tiếp DS-SS 1.7 Quá trinh trải phổ tín hiệu tin tức 10 1.8 Tín hiệu ban đầu tín hiệu trải phổ 10 1.9 Sơ đồ khối trải phổ nhảy tần 11 1.10 Điều chế đa sóng mang với kênh phụ 13 1.11 Phổ OFDM với Nc=16 15 1.12 Hệ thống thông tin số đa sóng mang sử dụng OFDM 16 1.13 Một hệ thống đa sóng mang chuẩn hóa sử dụng OFDM 17 2.1 Sơ đồ nguyên lý OFDMA 23 2.2 Ví dụ phổ OFDMA 25 2.3 Khối thu phát OFDMA 26 2.4 Máy phát SS-MC-MA 27 2.5 Một máy phát SS-MS-MA thuê bao k 28 2.6 Cấu tạo máy thu SS-MC-MA 29 2.7 Thiết kế tín hiệu IFDMA với khoảng bảo vệ 30 2.8 Khối thu phát hệ thống MC-TDMA 33 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 3.1 Bộ tạo tín hiệu trải phổ đa sóng mang 35 3.2 Bộ phát downlink MC-CDMA 36 3.3 Trải phổ chiều chiều 42 3.4 Biểu đồ 44 3.5 Máy thu MC-CDMA trạm đầu cuối 45 3.6 Tách sóng đơn thuê bao MC-CDMA 45 3.7 (a) Triệt nhiễu cứng (b) Triệt nhiễu mềm 51 ix MỞ ĐẦU Ngày với bƣớc tiến lớn công nghệ phát triển không ngừng hệ thống mạng viễn thông nhƣ hệ thống thông tin Tuy nhiên với bùng nổ mạnh mẽ hệ thống thông tin tình trạng số lƣợng thuê bao gia tăng đột biến gây ảnh hƣởng tới chất lƣợng hệ thống Để giải vấn đề , nhà khoa học tập trung vào kỹ thuật MC-MA Để hiểu rõ vấn đề nên em chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá giải pháp kỹ thuật đa truy nhập-đa sóng mang MC-MA” Sau thời gian tìm hiểu với hƣớng dẫn thầy giáo ngành thầy giáo PGS.TS Lê Quốc Vƣợng trực tiếp hƣớng dẫn, đến em hoàn thành luận văn với nội dung gồm ba chƣơng: o Chƣơng I: Khái quát chung o Chƣơng II: Phân tích kỹ thuật MC-FDMA MC-TDMA o Chƣơng III: Đi sâu kỹ thuật MC-CDMA mô Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo giúp đỡ để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 Học viên : Dƣơng Thọ Minh Việc cân sử dụng tiêu chí kỹ thuật MMSE cho phép giảm giá trị bình phƣơng lỗi tín hiệu ruyền đầu cân tới mức nhỏ nhất:  l  Sl  Gl ,l Rl (3.28)   Jl  E l (3.29) Lỗi bình phƣơng đƣợc giảm thiểu cách áp dụng nguyên tắc trực giao, ta khẳng định việc lỗi bình phƣơng trung bình J l tối thiểu hệ số cân Gl ,l đƣợc chọn cho giá trị lỗi  l trực giao với tín hiệu thu đƣợc Rl* : E  l Rl*  (3.30) Các hệ số cân đƣợc xây dựng dựa tiêu chuẩn kỹ thuật MMSE cho hệ thống MC-CDMA , kết thu đƣợc : Gl ,l  H l*,l H l ,l   (3.31) Việc tính toán hệ số cân MMSE đòi hỏi kiến thức phƣơng sai thực tế tạp âm  Đối với SNR → ∞, cân MMSE giống nhƣ cân ZF Để khắc phục khó khăn việc dự đoán tạp âm  , ngƣời ta thiết kế chuẩn cân MMSE tối ƣu với độ phức tạp thấp Với chuẩn cân , hệ số cân đƣợc thiết kế cho chúng đạt tối ƣu trƣờng hợp quan trọng mà hệ thống phải đảm bảo việc truyền chắn thành công Phƣơng sai  đƣợc thiết lập với ngƣỡng λ mà việc cân MMSE tối ƣu đảm bảo đƣợc hệ số BER tối đa chấp nhận đƣợc Các hệ số cân đƣợc biểu thị công thức : Gl ,l  H l*,l H l ,l   47 (3.32) Từ công thức ta thấy yêu cầu thông tin hệ số H l ,l hệ số ngƣỡng  đƣợc xác định trình thiết kế hệ thống Ngoài cách khác sử dụng cân có kiểm soát máy thu, nhiên cách chất lƣợng hệ thống so với việc sử dụng chuẩn cân MMSE sub optimum Chuẩn cân có kiểm soát áp dụng kỹ thuật ép không ZF sóng mang phụ nơi mà biên độ hệ số kênh vƣợt qua vƣỡng xác định trƣớc ath Ngoài tất sóng mang phụ thƣờng áp dụng thêm kỹ thuật tăng ích để tránh việc làm tăng tạp âm 3.3.2.Tách sóng đa thuê bao a.Tách sóng hợp lý cực đại Kỹ thuật tách sóng đa thuê bao tối ƣu khai thác tối đa tiêu chuẩn quy nạp (posteriori) tiêu chí hợp lý cực đại tƣơng ứng Trong phần này, hai thuật toán tách sóng đa hợp lý cực đại tối ƣu đƣợc trình bày:  Ƣớc lƣợng chuỗi hợp lý cực đại (MLSE), với việc ƣớc lƣợng cách tối ƣu chuỗi liệu truyền d  (d (0) , d (1) , , d ( K 1) )T  Ƣớc lƣợng liên ký tự hợp lý tối đa (MLSSE), với việc ƣớc lƣợng tối ƣu symbol liệu truyền d ( k ) o Ƣớc đoán chuỗi hợp lý cực đại (MLSE) MLSE giúp giảm thiểu sác xuất lỗi xảy chuỗi, nói cách khác làm giảm vecto sác xuất lỗi symbol liệu, tƣơng đƣơng với tối đa hóa xác suất điều kiện P d  | r với d  đƣợc truyền cho vecto tín hiệu thu r Nhƣ ƣớc tính d sử dụng MLSE đƣợc biểu công thức: d  arg d max P d  | r ^ (3.33) với arg biểu thị đối số hàm Nếu tạp âm N1 nhiễu trắng cộng , phƣơng trình (2.43) tƣơng đƣơng với việc tìm đƣợc vecto symbol liệu d  mà với 48 ta giảm thiểu đƣợc bình phƣơng khoảng cách Euclide chuỗi liệu thu tất chuỗi liệu truyền đề cập tới :  (d  , r )  r  d  (3.34) Giả sử nhƣ vecto tín hiệu truyền có dạng : d  arg d  d  | r ^ (3.35) ^ Để ƣớc lƣợng đƣợc vecto symbol liệu d , MLSE đòi hỏi phải có thông tin đánh giá bình phƣơng khoảng cách Euclide M K o Ƣớc lƣợng liên ký tự hợp lý tối đa (MLSSE) MLSSE giảm thiểu xác suất lỗi symbol, tƣơng đƣơng với tối đa hóa xác suất điều kiện P d ( k ) | r với d ( k ) đƣợc truyền cho vecto tín hiệu thu r Nhƣ ƣớc tính d ( k ) sử dụng MLSSE đƣợc biểu công thức : d  arg d ( k ) max  d ( k ) | r ^  (3.36) Nếu tạp âm N1 nhiễu trắng cộng symbol liệu truyền đƣợc xác định : ^ d  arg d max  exp(  12  (d  , r )) (3.37) Từ hai phƣơng trình ta thấy MLSSE có độ phức tạp cao so với MLSE Tuy nhiên lợi MLSSE so với MLSE MLSSE tạo thông tin đáng tin cậy cho công việc tách symbol liệu thông tin đƣợc sử dụng cho trình giải mã kênh dịnh mềm b.Cân khối tuyến tính Các cân khối tuyến tính thực chất tách sóng đa thuê bao tiểu tối ƣu với độ phức tạp thấp yêu cầu phải nắm đƣợc thông tin ma trận hệ thống A máy thu Hai tiêu chí đƣợc áp dụng máy thu để hỗ trợ cho việc tách sóng tín hiệu o Cân khối tuyến tính ép không 49 Tách sóng kết nối sử dụng thu cân tuyến tính ép không đầu tách sóng nhằm định vecto liệu : v  ( AH A)1 AH r  (v(0) , v(1) , , v( K 1) )T (3.38) Với H chuyển vị Hermitian o Cân khối tuyến tính MMSE Tƣơng tự nhƣ cân khối tuyến tính sử dụng FZ , vecto liệu với MMSE có dạng : v  ( AH A   I )1 AH r  (v(0) , v(1) , , v( K 1) )T (3.39) c.Triệt nhiễu giao thoa Nguyên tác trình triệt nhiễu giao thoa phát loại bỏ tín hiệu nhiễu nằm bên tín hiệu nhận đƣợc trƣớc tiến hành tách lấy tín hiệu mà cần thu đƣợc hay tín hiệu từ thuê bao Nó đƣợc áp dụng để giảm thành phần nhiễu bên tế bào nhiễu liên tế bào lƣu ý hầu hết kỹ thuật tách sóng thƣờng tập trung vào nhiễu tế bào Các kỹ thuật triệt nhiễu giao thoa sử dụng tín hiệu thu đƣợc đầu tách sóng hay đầu giải mã cho trình tổ hợp lại cấu trúc nhiễu 50 Hình 3.7 : (a) Triệt nhiễu cứng (b) Triệt nhiễu mềm [4] o Triệt nhiễu song song Nguyên tắc triệt nhiễu song song phát loại bỏ tất thành phần tín hiệu nhiễu song song với tin hiệu tin tức trƣớc thực việc tách sóng để lấy tín hiệu tin tức mong muốn Kỹ thuật triệt nhiễu song song thích hợp cho hệ thống mà tín hiệu nhiễu có công suất Sau bƣớc , symbol liệu từ K thuê bao đƣợc tách sóng song song cách sử dụng tách sóng đơn thuê bao ^ ( k )[0] d  Q c( k ) * G ( k )[0]r T  , k  0, , K  (3.40) G ( k )[0] biểu thị hệ số cân đƣợc sử dụng giai đoạn Các bƣớc ngƣời ta thực lặp lặp lại việc sử dụng kết tìm đƣợc bƣớc trƣớc để tái cấu trúc lại ảnh hƣởng nhiễu tín hiệu thu đƣợc Sau tổ hợp đƣợc nhiễu , ngƣời ta thực việc loại bỏ khỏi tín hiệu thu đƣợc việc tách sóng liệu đƣợc thực lần điều kiện nhiễu đa truy nhập tín hiệu thu bị suy giảm Nhƣ bƣớc ngƣời ta sử dụng công thức : ^ ( k )[j] d T   K 1        Q c ( k ) * G ( k )[0] r   H ( g ) d ( g )[j 1]c ( g )   , k  1, , J it   g k    g 0    (3.41) Lƣu ý triệt nhiễu song song áp dụng kỹ thuật tách sóng khác bƣớc nó.Đầu tiên bắt đầu việc tách sóng việc kết hợp kỹ thuật EGC với MMSE Việc kết hợp cho các kết khả quan 51 hữu dụng cho bƣớc trình Từ bƣớc thứ hai trờ ngƣời ta lại sử dụng kỹ thuật MRC kỹ thuật tối ƣu việc xử lý trƣờng hợp nhiễu đa truy nhập tự đơn thuê bao Tuy nhiên , bƣớc xảy hai lỗi MRC tính ƣu việt o Triệt nhiễu nối tiếp Triệt nhiễu nối tiếp phát loại bỏ thành phần tín hiệu nhiễu dựa mức công suất tín hiệu chúng Đầu tiên tín hiệu nhiễu có mức công suất lớn bị loại bỏ , sau tới tín hiệu nhiễu thứ 2, thứ Ngƣời ta làm điều dựa theo thuật toán : ^ ( k )[j] d  Q c( k ) * G ( k )[0] (r  H ( g ) (d ( g )[j 1]c( g ) ))T  (3.42) trong g thành phần nhiễu mạnh phiên xét thứ j với j  1, , J it Quá trình đƣợc lặp lại liên tục chạm vào tiêu chuẩn ngƣỡng đƣợc xác định trƣớc Triệt nhiễu nói tiếp thích hợp cho hệ thống có sai khác lớn công suất thành phần nhiễu o Triệt nhiễu mềm Trong triệt nhiễu mềm ,các liệu mong muốn tới từ thuê bao k đƣợc phát băng việc triệt nhiễu với thông tin đáng tin cậy Trƣớc thực việc tách sóng liệu từ thuê bao k kỹ thuật tách sóng đơn thuê bao thích hợp, ngƣời ta thực việc phát trừ loại trừ ảnh hƣởng tín hiệu nhiễu tới từ K-1 thuê bao không mong muốn , ký hiệu thuê bao g với g  0, , K  với g  k Ngƣời ta sử dụng kỹ thuật triệt nhiễu song song hay nối tiếp hai kỹ thuật lúc thực việc triệt nhiễu mềm Sau đây, sau tập trung vào ảnh hƣởng nhiễu từ thuê bao g với g  k Các thông số định mềm w ( g )[j ] thu đƣợc sau trình : tách sóng đơn thuê bao, ánh xạ ngƣợc symbol liệu, giải ghép xen Tỷ số loga tƣơng ứng (LLRs) để giải mã kênh đƣợc đƣa I ( g )[j ] LLRs thông số định mềm tối ƣu khai thác đƣợc giải mã Viterbi Từ 52 giải mã kênh / mềm-ra mềm-in tiếp theo, bên cạnh đầu bit nguồn giải mã, ta thu đƣợc thông tin đáng tin cậy bit mã hóa dƣới dạng thông số LLRs LLRs đƣợc đƣa vector :  )[j ] I out  (0,gout , 1,( gout)[j ] , , (Lgb )[1,j ]out ( g )[j ]  T (3.43) Đối lập với thông số LLRs đầu vào giải mã kênh mềm , thông số LLRs đầu chúng có dạng :  ( g )[j ]  ,out  P bb  1| w ( g )[j ]   ,   0, , Lb   ln   P bb  1| w ( g )[j ]    (3.44) Đây ƣớc tính tất thông số định mềm khác chuỗi bit mã hóa Để tránh lỗi sử dụng giá trị LLRs, giá trị trung bình cảu bit mã hóa b( g ) đƣợc sử dụng , ta ký hiệu w (outg )[j ] , giá trị đƣợc xác định theo công thức : w (outg )[j ]  E b( g ) | w ( g )[j ] = (1) P b( g )  1| w ( g )[j ]  (1) P b( g )  1| w ( g )[j ] (3.45) Kết hợp hai phƣơng trình ta thu đƣợc kết : w ( g )[j ] out  (outg )[j ]       (3.46) Các bit mềm w ( g )[j ] nhận giá trị khoảng [-1, 1] Sau trình ghép xen, bit mềm đƣợc ánh xạ thành symbol liệu chúng đƣợc coi nhƣ thông tin tin cậy không bị trình truyền Các symbol đƣợc trải phổ vớ mã trải phổ đặc biệt tùy thuộc theo thuê bao cá chip đầu đƣợc làm méo với hệ số kênh gắn với sóng mang phụ trƣớc đƣợc truyền đi.Dựa vào thông tin này, tổng ảnh hƣởng tín hiệu nhiễu truy nhập đƣợc loại bỏ khỏi tín hiệu thu r sau tín hiệu mong muốn từ thuê bao k đƣợc tách sóng tách sóng đơn thuê bao 3.4.Tiền cân Giả dụ máy phát biết tất thông tin kênh truyền thực mà tin tức đƣợc phát tiền cân đƣợc áp dụng máy phát để đảm 53 bảo tín hiệu máy thu không bị méo hay biến dạng nhƣ máy thu không cẩn phải biết tới ƣớc lƣợng kênh truyền Thông tin tình trạng kênh truyền đƣợc hiển thị kỹ thuật TDD nhƣ khe thời gian TDD đủ ngắn cho khe thời gian uplink downlink tƣơng ứng đƣợc coi nhƣ không đổi (hằng số ) nhƣ thiết bị thu phát sử dụng đƣợc thông tin trạng thái kênh đƣợc thu từ liệu nhận đƣợc từ trƣớc Một ứng dụng tiền cân hệ thống vô tuyến di động TDD đƣợc kể đến trạm đầu cuối gửi symbol dẫn uplink tới trạm gốc để trạm gốc sử dụng chúng cho việc xác định ƣớc lƣợng kênh nhƣ tách sóng sumbol liệu Ngoài trạng thái ƣớc lƣợng kênh liệu downlink đƣợc sử dụng tiền cân băng đƣợc truyền tới cho trạm đầu cuối Vì nên việc ƣớc lƣợng kênh truyền không cần thiết trạm đầu cuối giúp giảm độ phức tạp thiết bị Chỉ có trạm gốc phải ƣớc lƣợng kênh, tức mức độ phức tạp thiết bị đƣợc chuyển qua cho trạm gốc Một thí dụ khác việc ứng dụng tiền cân hệ thống vô tuyến di động TDD trạm gốc gửi symbol dẫn downlink đến trạm đầu cuối để thực việc ƣớc lƣợng kênh Trong tuyến lên uplink , trạm đầu cuối áp dụng tiền cân nhằm mục đích thu đƣợc tín hiệu bán trực giao thuê bao ăng ten thu trạm gốc Hệ hiệu phổ cao uplink với việc tránh đƣợc ảnh hƣởng nhiễu đa truy nhập Ngoài tránh đƣợc việc phỉa sử dụng hệ thống ƣớc lƣợng kênh phức tạp Tiền cân đƣợc thực cách nhân sumbol liệu cảu kênh phụ với hệ số cân tƣơng ứng với kênh trƣớc phi phát Các tiêu chí lựa chọn hệ số cân phải đảm bảo cho bù đƣợc ảnh hƣởng fadinh kênh tốt có thể, nhƣ tín hiệu anten thu chịu ảnh hƣởng tới từ nhiễu trắng công Gaussian 54 3.4.1 Downlink Trong hệ thống đa sóng mang downlink (ví dụ SS-MC-MA) hoạt động tiền cân đƣợc mô ta vecto : s  Gs (3.47) Trong vecto symbol nguồn Sl trƣớc tiền cân đƣợc đại điện vecto s G đƣợc gọi mà ma trận tiền cân với kích cỡ L × L ma trận Trong trƣờng hợp trải phổ L tƣơng ứng với chiều dài mã trải phổ trƣờng hợp OFDM (OFDMA, MC- TDMA), L với số sóng mang phụ N c Chuỗi tiền cân s đƣợc thực biến đổi OFDM sau truyền S Tại máy thu, tín hiệu sau trình đảo OFDM đƣợc thể : r  Hs  n = r  HGs  n (3.48) Với H ma trận kênh với thành phần đƣờng chéo H l ,l n đại diện cho vector tạp âm Nó đƣợc thể công thức: Gl ,l  H l ,l (3.49) Bằng cách bù đắp đƣợc ảnh hƣởng fadinh kênh tín hiệu bị ảnh hƣởng bới nhiễu trắng cộng Gaussian Điều kiện cho tiền cân với hạn chế công suất : L 1 L 1  Gl ,l Sl  Sl l 0 (3.50) l 0 Với việc giả định tất biểu tƣợng Sl đƣợc truyền với công suất nhƣ , nhƣ điều kiện tiền cân trở thành : L 1 L 1  Gl ,l  Gl ,l C  L l 0 2 (3.51) l 0 nơi Gl ,l hệ số tiền cân không bị giới hạn công suất C yếu tố giữ cho công suất truyền ổn định ( số ) C đƣợc thể : C  H l*,l (3.52) L L 1 H n 0 n ,n 55 L Gl ,l  H l*,l MRT L 1 H n 0 Gl ,l  EGT Gl ,l  ZF H * l ,l H l ,l H l*,l L L 1 H H l ,l n 0 Gl ,l  MMSE n ,n H n ,n * l ,l H l ,l   L L 1  n 0 H n*,n H n ,n   Bảng 3.2: Hệ số G số kỹ thuật tiền cân Kỹ thuật đƣợc gọi tiền cân bán MMSE giá trị xấp xỉ Vấn đề kỹ thuật tối ƣu thƣờng yêu cầu độ phức tạp cao điều kiện giới hạn công suất 3.4.2.Uplink Trong kỹ thuật MC-CDMA, tiền cân đƣợc thực trạm đầu cuối thuê bao k theo công thức : s ( k )  G( k ) s( k ) (3.53) Các tín hiệu nhận đƣợc trạm gốc sau trình nghịch đảo OFDM đƣợc thể : K 1 r   H (k ) s (k )  n k 0 K 1 = H (k ) G(k ) s(k )  n (3.54) k 0 Các kỹ thuật tiền cân thể bới công thức đƣợc ứng dụng cho tuyến lên uplink riêng biệt trạm đầu cuối , ví dụ Gl(,kl ) H l(,kl ) đƣợc sử dụng thay cho Gl ,l H l ,l 3.5.Phối hợp cân Bằng việc phối hợp cân cho phép sở hữu thông tin trạng thái kênh máy phát máy thu Điều góp phần giúp ứng dụng 56 tiền cân máy phát nhƣ hậu cân máy thu Trong phần tiếp theo, xét tới kỹ thuật phối hợp cân khác Kỹ thuật đƣợc gọi “phối hợp cân MRT- MRC dựa kết hợp nguyên tắc MRT (truyền tỉ số tối đa) máy phát nguyên tắc MRC (kết hợp tỉ số tối đa) máy thu”[1] Kỹ thuật thứ hai đƣợc gọi phối hợp cân đa chọn lọc kỹ thuật tối ƣu việc phối hợp cân đơn thuê bao khía cạnh tối thiểu hóa BER Kỹ thuật thứ ba đƣợc thực việc phối hợp hai kỹ thuật trƣớc  Phối hợp cân MRT-MRC Về MRC máy thu MRT máy phát tối ƣu trƣờng hợp đơn thuê bao Các hệ số tiền cân cho MRT đƣợc đƣa phƣơng trình : Gl ,l  H l*,l L L 1 H n 0 (3.55) n ,n Để tối đa hóa tỉ số SNR máy thu, hệ số hậu cân phải đƣợc thích nghi với biến dạng gây bới tiền cân Các hệ số đƣợc thể : Gl ,l  H l ,l L L 1 H n 0 (3.56) n ,n  Phối hợp cân đa lựa chọn Kỹ thuật đƣợc phát triển dựa tiêu chuẩn đa lựa chon máy thu máy phát Chúng ta phải ghi nhớ việc đa lựa chon kỹ thuật tối ƣu việc tối đa hóa tỉ lệ SNR kỹ thuật phối hợp cân sử dụng MC-CDMA Kỹ thuật đa lựa chọn phân phối lại công suất truyền cho sóng mang đơn có đủ khả chứa đựng tín hiệu truyền dẫn hoàn chỉnh Các hệ số tiền cân đƣợc cho công thức :  L Gl ,l  0 với   l  arg n max H n,n , n  0,1, , L  : otherwise 57 (3.57) hệ số hậu cân đa lựa chọn đƣợc chọn theo công thức:  H l*,l l  arg n max H n,n , n  0,1, , L   Gl ,l   H l ,l với  otherwise  0   (3.58) Hàm arg max y ( x) trả giá trị x mà với giá trị hàm y ( x) đƣợc tối đa hóa Yếu tố L đƣợc lựa chọn để đảm bảo cho công suất truyền tín hiệu đƣợc giữ ổn định đề phòng trƣờng hợp tiền cân hệ thống  Phối hợp cân dựa tiền cân suy rộng Kể từ phối hợp cân đa lựa chọn tối ƣu đơn thuê bao, kỹ thuật tiền cân suy rộng đƣợc đề xuất nhƣ kỹ thuật phối hợp cân sử dụng cho đa thuê bao Các hệ số tiền cân suy rộng đƣợc cho công thức : L p Gl ,l  H l ,l H l*,l L 1 H n 0 p2 (3.59) n ,n Tiền cân suy rộng cách tiếp cận thống cho tiền cân bao gồm nhiều kỹ thuật tiền cân nhƣ : tiếng, MRT (p = 0), EGT (p = -1), tiền ân buộc không ZF (p = -2) điều chỉnh giá trị p> cho phép sử dụng nhiều công suất sóng mang phụ mạnh với sóng mang yếu so với kỹ thuật MRT Tham khỏa hệ số hậu cân : Gl ,l  H l ,l L p2 L 1 H n 0 p2 (3.60) n ,n Đối với p → ∞, lúc tiền cân suy rộng đƣợc coi tƣơng đƣơng với kỹ thuật phối hợp cân đa lựa chọn Trong trƣờng hợp đơn thuê bao, vấn đề giảm thiểu tối đa BER đƣợc coi tƣơng đƣơng với việc tối đa hóa tỉ số SNR vấn đề tồn suy giảm SNR gây fadinh kênh Ngƣợc lại với điều đó, trƣờng hợp đa thuê bao, tƣợng suy giảm SNR , vấn đề khác xảy nhiễu đa truy nhập Do đó, việc giảm thiểu BER trở nên phức tạp nhiều với việc phải 58 phụ thuộc vào SNR lẫn nhiễu đa truy nhập máy thu Trong giảm thiểu BER ,tiền cân đƣợc sử dụng để phân phối công suất phát cho hiệu Tiền cân suy rộng đƣợc áp dụng máy phát, p tham số thiết kế đƣợc lựa chọn để đảm bảo cân việc phân bố hiệu công suất phát với việc tối đa hóa SNR khả giảm nhiễu đa truy nhập 3.6.Phân tích hiệu suất Thông số Giá trị/Thuộc tính Mã trải phổ Mã Walsh-Hadamard Độ dài mã trải phổ L Chế độ tải hệ thống Full tải Ánh xạ tự mã symbol QPSK,8-PSK,16-QAM Mã sửa lỗi FEC Mã xoắn với ghi Giải mã FEC tốc độ mã 4/5,2/4,1/2,1/3 giải FEC R Viterbi mã Đồng ƣớc lƣợng kênh Hoàn hảo Kênh fading Rayleight không tƣơng quan Bảng 3.3: Thông số hệ thống MC-CDMA Kênh thông tin di động Hiệu suất hệ thống tham chiếu MC-CDMA đƣợc trình bày phần đƣợc áp dụng cho hệ thống MC-CDMA (với băng thông truyền dẫn B tùy ý, số lƣợng tiểu hệ thống Q tùy ý, kể số lƣợng symbol liệu M đƣợc truyền symbol OFDM ) Số lƣợng sóng mang phụ tiểu hệ thống đƣợc chọn 8, biên độ kênh fading phải tuân theo phân bố Rayleigh phải không tƣơng quan với sóng mang phụ tiểu hệ thống trình ghép xen tần số Sự suy hao SNR khoảng bảo vệ không đƣợc tính tán ta tính toán đƣợc suy hao tùy theo khoảng bảo vệ cụ thể Do đó, kết ứng dụng đƣợc với khoảng bảo vệ 59 KẾT LUẬN Sau sau tháng tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết mô MCCDMA giúp em có cách nhìn trực quan kỹ thuật MC-MA Có thể nói MC-CDMA phƣơng pháp đa truy nhập hiệu cho phép sử dụng tối đa lƣợng tài nguyên băng thông mà có Đặc biệt mà hầu hết hệ thống thông tin gặp vấn đề băng thông mà lƣợng user tăng Do giới hạn thời gian nhƣ kiến thức nhiều hạn chế nên luận văn em dừng mức độ nghiên cứu cách bản, khái quát hệ thống MC-CDMA Vì em mong thầy quan tâm đến đề tài đóng góp ý kiến để đề tài hoàn chỉnh Cũng nhƣ tạo nên tiền đề để em nghiên cứu sâu hệ thống thông tin , đặc biệt hệ thống thông tin dƣới nƣớc ngành hàng hải , việc ứng dụng MC-CDMA hệ thống thông tin dƣới nƣớc dựa ƣu điểm tích cực Em xin cám ơn ! Hải phòng, Ngày tháng năm 2016 Học viên Dƣơng Thọ Minh 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO GS Nguyễn Quốc Bình (HVKTQS).- “ Các hệ thống thông tin – Trình bày thông qua sử dụng MATLAB “ PGS-TS Lê Quốc Vƣợng Giáo trình Xử lý số tín hiệu Đỗ Quốc Trinh Vũ Thanh Hải Kỹ thuật trải phổ ứng dụng K.Fazel and S.Kaiser , Spread Spectrum Symtem from OFDM and MCCDMA to LTE and WiMAX –second edition Germany Học viện bƣu viễn thông Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến PGS-TS Lê Quốc Vƣợng -ThS Nguyễn Thanh Vân- KS Dƣơng Thọ Minh, Nghiên cứu giải pháp đa truy nhập cho thông tin nước , Nghiên cứu khoa học năm 2015 Đại học Hàng Hải Việt Nam 61 ... 18 CHNG II: MC- FDMA v MF-TDMA 19 2.1 Ghộp kờnh v a truy nhp 19 2.2 MC- FDMA 21 2.2.1 OFDMA 21 2.2.2 SS -MA -MC 26 2.2.3 FDMA an xen ... cho nhiu truy cp c gi l phõn chia khụng gian a truy cp (SDMA) 2.2.Multi-Carrier FDMA Vic s kt hp tri ph nhy tn s vi truyn dn a súng mang ó u cho rt nhiu gii phỏp truyn dn nh: OFDMA , OFDMA vi CDM... phỏt OFDMA 26 2.4 Mỏy phỏt SS -MC- MA 27 2.5 Mt mỏy phỏt SS-MS -MA ca thuờ bao k 28 2.6 Cu to ca mt mỏy thu SS -MC- MA 29 2.7 Thit k tớn hiu IFDMA vi khong bo v 30 2.8 Khi thu phỏt h thng MC- TDMA 33