DSpace at VNU: Phân bố bít thích nghi cho hệ đa người dùng OFDM - CDMA, OFDM – TDMA

DSpace at VNU: Phân bố bít thích nghi cho hệ đa người dùng OFDM - CDMA, OFDM – TDMA tài liệu, giáo án, bài giảng , luận...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƢƠNG MINH TUẤN PHÂN BỐ BÍT THÍCH NGHI CHO HỆ OFDM CDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Trƣơng Minh Tuấn PHÂN BỐ BÍT THÍCH NGHI CHO HỆ OFDM CDMA Ngành : Kỹ thuật điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số : LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VIẾT KÍNH Hà Nội – 2007 MỞ ĐẦU Nhu cầu truyền dẫn vô tuyến băng thông rộng cho truyền thông đa phương tiện ngày cao, đặc biệt hệ thống thông tin di động yêu cầu chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền liệu cao, băng thông rộng Nhằm đáp ứng yêu cầu đó, cơng nghệ truyền dẫn CDMA OFDM với ưu điểm cung cấp tốc độ liệu cao, đáp ứng tốt với môi trường vô tuyến di động cho đa người dùng lựa chọn cho công nghệ tương lai Công nghệ CDMA với ứng dụng thu RAKE đáp ứng tốt với kênh vô tuyến pha đinh, ứng dụng hệ thông tin di động : mạng WLAN chuẩn IEEE 802.11b, WCDMA, CDMA2000, IMT 2000, HSPA, HSPA+ Công nghệ OFDM sử dụng rộng rãi cho ứng dụng vơ tuyến truyền hình, xDSL, mạng WLAN với chuẩn IEEE 802.11a,g (Wifi), đặc biệt cho ứng dụng thông tin di động 3GPP UMTS (chiều xuống LTE ) WiMAX (chuẩn IEEE 802.16a,e ) Để tăng dung cho hệ thống OFDM, người ta áp dụng phương pháp điều chế thích nghi, phân bố bít thích nghi, MIMO LuËn văn đề cập tới vấn đề phân bố bít thích nghi cho hệ thống OFDM/TDMA OFDM/CDMA đa ng-ời dùng biết đặc tr-ng kênh, phân bố số kênh cho ng-ời dùng, sau phân bố bit cho kênh cho tối -u với điều kiện ràng buộc công suất phát Ni dung trỡnh bày luận văn sau:  Chương 1: Trình bày tổng quan kênh vô tuyến di động, bao gồm truyền dẫn đa đường phân tích chi tiết đặc tính kênh pha đinh đa đường  Chương 2: Trình bày khái niệm hệ thống OFDM, truyền dẫn đa sóng mang, xem xét đánh giá thông số hệ thống OFDM: Khoảng bảo vệ, đồng kỹ thuật ước lượng kênh  Chương 3: Trình bày chuỗi trải phổ bản, xem xét đánh giá đặc tính chuỗi MLSR, mã ngẫu nhiên: mã Waslh, mã Gold Nguyên lý chung MCCDMA, phân tích thành phần OFDM CDMA, lợi ích kết hợp OFDM CDMA  Chương 4: Trình bày phân bố bít thích nghi hệ MC-CDMA phân bố bít thích nghi cho hệ thống OFDM đa người dùng Trình bày thuật tốn phân bố bít thích nghi cho người dùng đa người dùng, cho hệ thống MC-CDMA OFDM  Kết luận: Tóm tắt kết đạt luận văn  Phụ lục: Giới thiệu chương trình nguồn mơ phân bố bit thích nghi cho kênh chiều lên hệ thống OFDM/CDMA đa người dùng (thuật toán ABLA-OFDM ) Trong thời gian thực luận văn này, hỗ trợ, khuyến khích động viên nhiều người, gia đình tơi, thầy cơ, bạn học đồng nghiệp Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy PGS TS Nguyễn Viết Kính, người tận tình hướng dẫn tơi hoàn thành luận văn Thầy người có nhiều ý kiến chân thành quý báu trình tiếp cận giải vấn đề Gia đình, bố mẹ anh chị, ln khuyến khích, động viên tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành tốt khóa học luận văn Nhân đây, xin gửi lời cảm ơn thầy cô Khoa Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội, người trang bị cho kiến thức suốt bốn năm học Đại học năm học Cao học Và xin gửi lời cảm ơn tới bạn học đồng nghiệp, khuyến khích, động viên giúp đỡ nhiều để cú th hon thnh tt cụng vic Ch-ơng 1: Kênh vô tuyến di động 1.1 Truyền dẫn đa đ-ờng [2] Quá trình thu sóng di động bị tác động t-ợng đa đ-ờng; sóng điện từ tr-ờng bị phản xạ, nhiễu xạ tán xạ tới anten thu qua nhiều đ-ờng khác nhau, tín hiệu thu đ-ợc tổng hợp từ nhiều tín hiệu với thời gian trễ khác gây chiều dài đ-ờng truyền khác tín hiệu Điều dẫn đến dạng nhiễu phụ thuộc vào tần số vị trí thiết bị di động theo thời gian Dạng nhiễu thay đổi vài mili giây thay đổi theo băng thông truyền Do nói kênh vô tuyến di động có đặc tính biến đổi theo thời gian chọn lọc theo tần số Biến đổi theo thời gian đ-ợc định tốc độ t-ơng quan thiết bị thu phát vào b-ớc sóng = c/f0, f0 tần số truyền c tốc độ ánh sáng Độ dịch tần số Doppler cực đại cho bëi:  max  f0 v v f0  Hz c 1080 MHz km / h NÕu h-íng di chuyển lệch h-ớng thu góc độ lệch tần số Doppler đ-ợc cho bởi: v max cos  Xem xÐt mét sãng mang trun víi tần số f0 Tín hiệu thu chồng chất nhiều tín hiệu tán xạ phản xạ từ h-ớng khác dẫn đến dạng nhiễu không gian Khi xe di chuyển qua dạng nhiễu không gian này, biên độ tín hiệu thu biến đổi theo thời gian, t-ợng đ-ợc gọi pha ®inh Trong miỊn tÇn sè, chóng ta sÏ thÊy chång chất nhiều độ dịch tần Doppler đáp ứng từ nhiều h-ớng khác dẫn tới phổ tần Doppler thay cho vạch phổ tần số f0 Sự chồng chất sóng mang có dịch tần Doppler dẫn đến thay đổi biên độ pha sóng mang Điều có nghĩa tín hiệu thu đ-ợc điều chế biên độ pha kênh truyền Đối với điều chế pha tín hiệu số, pha thay đổi nhanh, bất th-ờng gây số vấn ®Ị, nÕu pha cđa sãng mang thay ®ỉi qu¸ nhanh suốt thời gian Ts khoảng thời gian cần ®Ĩ trun mét ký hiƯu ®iỊu chÕ sè Biªn ®é pha thăng giáng ngẫu nhiên Thực tế tần số biến thiên tỷ lệ với max t-ơng ứng với khoảng thời gian biến thiên mà ta gọi thêi gian t-¬ng quan: 1 tcorr  vmax Trun dÉn sè víi chu kú cđa ký hiƯu Ts chØ cã thể thực kênh gần nh- không đổi chu kỳ đó, yêu cầu điều kiện: Ts tcorr Độ chọn lọc tần số kênh đ-ợc định thời gian trễ khác cđa tÝn hiƯu Thêi gian trƠ b»ng tû sè gi÷a quãng đ-ờng truyền với tốc độ ánh sáng Nếu trễ khác 1s t-ơng ứng với 300m chênh lệch đ-ờng truyền Đối với hệ thống quảng bá cho mét khu vùc réng, trƠ cã thĨ ®Õn 100s ®èi với vùng cao đồi núi Trong miền thời gian, nhiễu xuyên ký hiệu làm xáo trộn (gây nhiễu) hàm truyền chênh lệch thời gian trễ không nhỏ nhiều lần so với độ dài ký hiệu Ts 1.2 Các đặc tính kênh pha đinh 1.2.1 Hiện t-ợng Doppler biến đổi theo thời gian Xem xét sóng mang đ-ợc điều chế có dạng s (t )  2{s(t )e j 2 f0t } (1.1) t¹i tần số f0 đ-ợc điều chế tín hiệu băng gốc phức s(t) Đối với thu di chuyển vận tốc v sóng đến với góc tới so với ph-ơng chuyển động, tần số sóng mang bị dịch với tần số Doppler đ-ợc cho bởi: v   max cos  (1.2) T-¬ng tù, sÏ có dịch tần Doppler nh- xảy máy thu cố định máy phát di chuyển vận tốc v Do dịch tần Doppler gãc  còng nh- gãc - Do ®ã ta cho gãc  kho¶ng [0,] Ta cã tÝn hiƯu thu bị dịch tần Doppler : r (t ) 2{ae j e j 2 vt s(t )e j 2 f0t } (1.3) Trong a hệ số suy hao pha sóng mang thu đây, để đơn giản ta đ-a số giả định: - Góc số thời gian xem xét Điều khoảng cách phát thu đủ lớn ta giả sử có nhiều bit đ-ợc truyền khoảng thay đổi góc nhỏ - Tín hiệu có băng thông đủ nhỏ cho cho dịch Doppler giống thành phần phổ Hơn chØ xem xÐt trƠ cđa tÝn hiƯu cao tÇn dÉn ®Õn trƠ pha, bá qua trƠ nhãm cđa tÝn hiƯu gốc phức s(t) ta giả sử trễ nhỏ bỏ qua Đặc tr-ng cđa tÝn hiƯu thu lµ sù chång chÊt cđa số tín hiệu, phân tán từ vật cản khác nhau, với hệ số suy hao ak, pha sóng mang dịch Doppler k= max cos k , dÉn ®Õn: r (t )  2{ak e jk e j 2 vk t s(t )e j 2 f0t } (1.4) Tín hiệu phát tín hiệu thu ë d¹ng tÝn hiƯu gèc phøc cã quan hƯ víi theo: r(t)=c(t)s(t) (1.5) ®ã: N c(t )   ak e jk e j 2 vk t k (1.6) biên độ pha đinh kênh dạng phức biến thiên theo thời gian Trong tr-ờng hợp đặc biệt có hai kênh (N=2), công suất tăng ích kênh đ-ợc tính nh- sau: c(t )  a12  a22  2a1a2 cos(2 (v1  v2 )t  1  2 ) H×nh 1.1 biĨu thị c t cho tr-ờng hợp a1=0.75 a2= / Công suất trung bình đ-ợc chuẩn hóa 1, công suất cực đại (a1+a2)2 1.99, công suất cực tiểu (a1-a2)2 0.008, dẫn đến mức dao động khoảng 24dB Hình 1.1 Kênh biến đổi theo thời gian Biên độ pha đinh phức nói chung c(t) cho ph-ơng trình (1.6) th-ờng đ-ợc coi nh- tín hiệu ngẫu nhiên dừng Do ta cần thêm vào ý sau: Mét tÝn hiƯu vËt lý thùc tÕ c(t) lµ tÊt định giá trị a k ,k,k tất định Nh-ng pha k hoàn toàn ch-a biết Điều hợp lý thùc tÕ nãi chung kü thuËt th«ng tin lập mô hình cho pha ch-a biết biến ngẫu nhiên Thực tế, trình dừng hoàn toàn môi tr-ờng thay đổi Sự thay đổi chậm kênh đ-ợc gọi pha đinh dài , ng-ợc với pha đinh ngắn đ-ợc xem xét Pha đinh dài mối quan tâm thiết kế mạng, nh-ng phân tích hệ thống thông tin mà tập trung pha đinh ngắn, tức môi tr-ờng không thay đổi chu kỳ đại l-ợng cần đo, nh- tỷ lệ lỗi bit BER Ví dụ mô hình đơn giản có phân bố công suất góc đẳng h-ớng: Sgoc()=-1 Trong tr-ờng hợp này, ta thu đ-ợc mật độ phổ công suất: S c (v )   vmax v2 1 vmax (1.7) với -max