DSpace at VNU: Tìm hiểu hiệu năng của các phương pháp tách sóng trong hệ MC - CDMA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ngơ Thị Thanh Hải TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁCH SÓNG TRONG HỆ MC-CDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Ngơ Thị Thanh Hải TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁCH SĨNG TRONG HỆ MC-CDMA Ngành: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS-TS Nguyễn Viết Kính Hà Nội - 2007 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan : Đề tài khơng trùng lặp với khóa trước khơng chép luận văn Nếu sai, xin hồn tồn chịu trách nhiệm Học viên Ngơ Thị Thanh hải Mục lục Trang Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined Chƣơng – KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM Error! Bookmark not defined 1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 1.2 Cơ sở thực mơ hình điều chế OFDM Error! Bookmark not defined 1.3 Mơ hình điều chế giải điều chế OFDM sử dụng biến đổi IFFT/FFT ………………………………………………………………………….Err or! Bookmark not defined 1.4 Ưu nhược điểm hệ thống OFDM Error! Bookmark not defined Chƣơng – CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA Error! Bookmark not defined 2.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 2.2 Phân loại hệ thống CDMA Error! Bookmark not defined 2.2.1 Chuỗi trực tiếp – DS Error! Bookmark not defined 2.2.2 Hệ thống nhảy tần – FH Error! Bookmark not defined 2.2.3 Hệ thống nhảy thời gian – TH Error! Bookmark not defined 2.2.4 Trải phổ lệch tần - Chirp SS Error! Bookmark not defined 2.2.5 Hệ thống ghép – Hybrid Error! Bookmark not defined 2.2.5.1 Hệ thống FH/DS Error! Bookmark not defined 2.2.5.2 Hệ thống TH/FH Error! Bookmark not defined 2.2.5.3 Hệ thống TH/DS Error! Bookmark not defined Chƣơng – CÁC MƠ HÌNH TRẢI PHỔ ĐA SĨNG MANG MC-SS Error! Bookmark not defined 3.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 3.2 Các mô hình trải phổ đa sóng mang Error! Bookmark not defined 3.2.1 Nhóm I (Multicarrier CDMA) Error! Bookmark not defined 3.2.2 Nhóm II (MC-DS-CDMA MT-CDMA) Error! Bookmark not defined 3.2.2.1 MC-DS-CDMA Error! Bookmark not defined 3.2.2.2 MT-CDMA Error! Bookmark not defined 3.3 Ưu điểm hạn chế trải phổ đa sóng mang Error! Bookmark not defined Chƣơng – BÀI TỐN TÁCH TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG MCCDMA Error! Bookmark not defined 4.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 4.2 Các kỹ thuật tách tín hiệu hệ thống MC-CDMA kênh đường xuống Error! Bookmark not defined 4.2.1 Mơ hình hệ thống MC-CDMA môi trường đơn tế bào Error! Bookmark not defined 4.2.2 Kỹ thuật tách tín hiệu nhờ cân hệ MC-CDMA Error! Bookmark not defined 4.2.2.1 Tách tín hiệu đơn người dùng SUDError! Bookmark not defined 4.2.2.2 Tách tín hiệu đa người dùng MUD.Error! Bookmark not defined 4.3 Một số kết mô Error! Bookmark not defined 4.3.1 Chuỗi trải phổ Error! Bookmark not defined 4.3.2 MAI - nhiễu đa truy nhập Error! Bookmark not defined 4.3.3 So sánh hệ thống MC-CDMA, FDMA FDMA tối ưu (Optimal FDMA) Error! Bookmark not defined 4.3.4 Đánh giá hiệu giải pháp tách tín hiệuError! Bookmark not defined 4.3.5 So sánh hiệu giải pháp đa người dùng đơn người dùng cách khác Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt A/D AWGN BER BS CDMA Chirp SS CP D/A DFT DS DS/FH DS/TH DS/FH/TH DS-SS DS-CDMA EGC FFT FDM FDMA FH F-FH FSK Analog/Digital Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Base Station Code Division Multiple Access Chirp Spread Spectrum Cyclic Prefix Digital/Analog Discrete Fourier Transform Direct Sequence Direct Sequence/Frequency Hoping Direct Sequence/Time Hoping Direct Sequence/Frequency Hoping/Time Hoping Direct Sequence - Spread Spectrum Direct Sequence-CDMA Equal Gain Combining Fast Fourier Transform Frequency-Division Multiplex Frequency Division Multiple Access Frequency Hoping Fast- Frequency Hoping Frequency Shift Keying Bộ biến đổi tương tự sang số Nhiễu Gauss trăng cộng tính Tỉ lệ lỗi bit Trạm sở Đa truy nhập phân chia theo mã Trải phổ lệch tần Tiền tố vòng Bộ biến đổi số sang tương tự Biến đổi Fourrier rời rạc Chuỗi trực tiếp Hệ thống chuỗi trực tiếp lệch tần Hệ thống chuỗi trực tiếp lệch thời gian Hệ thống chuỗi trực tiếp lệch tần lệch thời gian Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp CDMA Tổ hợp độ lợi cân Biến đổi Fourier nhanh Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Hệ thống nhảy tần Hệ thống FH nhanh Khóa dịch tần HPA IC ICI High Power Amplifier Interferance Cancellation Inter-Carrier Interference IFFT Inverse Fast Fourier Transform Inter-Symbol Interference Joint Dectection Least Mean Square ISI JD LMS LPI MAI MIMO MC-SS MCM MC-DSCDMA MC-CDMA MF ML MMSE Low Prabability of Interception Multiple Access Interference Multi-In Multi-Out Multi-carrier Spread Spectrum Multi-Carrier Modulation Multi-Carrier Direct Sequence CDMA Multi-Carrier – CDMA MMSE MUD Matched Filter Maximum Likehood Minimum Mean Squared Error Minimum Mean Squared Error – MultiUser Detection MRC MS MT-CDMA Maximum Ratio Combining Mobile Station Multi-Tone CDMA Bộ khuếch đại công suất lớn Triệt nhiễu Nhiễu xuyên âm sóng mang Biến đổi ngược FFT Nhiễu xuyên ký hiệu Tách tín hiệu kết hợp Bình phương trung bình tối thiểu Xác suất thu trộm thấp Nhiễu đa người dùng Đa lối vào đa lối Hệ thống trải phổ đa sóng mang Điều chế đa sóng mang Đa truy nhập phân chia theo mã dãy trực tiếp đa sóng mang Đa truy nhập phân chia theo mã đa sóng mang Bộ lọc hòa hợp Luật hợp lý cực đại Lỗi bình phương trung bình cực tiểu Tách sóng đa người dùng theo phương pháp lỗi bình phương trung bình cực tiểu Tổ hợp tỷ số cực đại Trạm di động Đa truy nhập phân chia theo mã đa âm MUI MUD M-QAM OFDM ORC RF PAR PG PIC PN QPSK RLS S/P SIC SISO SNR SUD TDMA TH TDM ZF Multiple User Interference MultiUser Detection M-Quadrature Amplitude Modulation Nhiễu đa người dùng Tách tín hiệu đa người dùng Bộ điều chế biên độ vuông góc M mức Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Restoring Combining Radio Frequency Peak to Average Ratio Kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao Tổ hợp khôi phục trực giao Processing Gain Parallel Interference Cancellation Quaternary Phase-Shift Keying Recursive Least Square Serial to Parallel Successive Interference Cancellation Single Input Single Output Signal Noise Ratio SingleUser Detection Time Division Multiple Access Time Hoping Time-Division Multiplex Zeros Forcing Dao động cao tần Tỉ số công suất cực đại công suất trung bình Độ lợi xử lý Triệt nhiễu song song Tín hiệu hoa tiêu Khóa dịch pha 900 Bình phương tối thiểu đệ quy Biến đổi nối tiếp sang song song Triệt nhiễu liên tiếp Hệ thống anten phát anten thu Tỷ số tín hiệu nhiễu Tách đơn người dùng Đa truy nhập phân chia theo thời gian Hệ thống nhảy thời gian Ghép kênh phân chia theo thời gian Cưỡng ép không Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Hình 1.2: Hình 1.3: Trang Mơ hình điều chế OFDM tương tự…………………………… 13 Mơ hình điều chế OFDM dùng IFFT/FFT…………………… 16 Kỹ thuật chèn tiền tố vòng CP……………………………… 18 20 Hình 2.2: Hình 2.3: Hình 2.4: Hình 2.5: Hình 2.6: So sánh sử dụng băng tần hệ thống FDM OFDM Nguyên lý kỹ thuật đa truy nhập theo trải phổ: a) Trải phổ; b) Giải trải phổ….……………………………… Loại trừ nhiễu hệ SSMA ……………………………… Sơ đồ khối máy phát DS-CDMA………………………… Bộ phát tín hiệu SS dùng điều chế BPSK…………………… Sơ đồ khối máy thu tín DS-SS…………………………… Sơ đồ khối máy phát DS-SS sử dụng điều chế BPSK… Hình 2.7: Hình 2.8: Hình 2.9: Hình 2.10: PSD tin, tín hiệu PN tín hiệu DS/SS-BPSK……… Sự chiếm giữ thời gian/tần số tín hiệu DS FH…… Sơ đồ khối máy thu, phát hệ thống FH-SS……………… Sơ đồ khối máy phát hệ thống Fast FH/SS……………… 31 34 35 36 Hình 2.11: Hình 2.12: Hình 2.13: Hình 2.14: Hình 2.15: Hình 2.16: Hình 2.17: Hình 2.18: Hình 3.1: Hình 3.2: Hình 3.3: Hình 3.4: Hình 3.5: Hình 3.6: Hình 3.7: Sơ đồ khối máy thu hệ thống Fast FH-SS………………… Sơ đồ khối máy phát, thu hệ thống TH-CDMA………… Đồ thị tần số/thời gian hệ thống TH-CDMA…………… Điều chế trải phổ lệch tần…………………………………… Phổ tần số hệ thống tổ hợp FH/DS……………………… Bộ điều chế tổ hợp FH/DS…………………………………… Bộ thu tổng hợp FH/DS……………………………………… Sơ đồ khối hệ thống TH/DS……………………………… Mơ hình hệ thống trải phổ đa sóng mang MC-SS…………… Nguyên lý trải phổ theo MC-CDMA DS-CDMA………… Sơ đồ hệ thống MC-CDMA………………………………… Sơ đồ hệ thống MC-CDMA với N≠PG ……………………… Nguyên lý điều chế MC-SS nhóm II………………………… Sơ đồ hệ thống MC-CDMA………………………………… Sơ đồ hệ thống MC-CDMA………………………………… 38 40 41 44 45 45 46 48 49 50 51 52 53 55 57 Hình 1.4: Hình 2.1: 24 25 27 27 28 29 Hình 4.1: Hình 4.2: Hình 4.3: Hình 4.4: Hình 4.5: Hình 4.6: Hình 4.7: Hình 4.8: Máy phát máy thu MC-CDMA cho kênh đường xuống… 63 So sánh BER thu hệ thống MC-CDMA dùng mã Gold Walsh, chiều dài mã Gold 63, chiều dài mã Walsh 64………………………………………………………… 74 Ảnh hưởng MAI hệ thống MC-CDMA…………… 75 So sánh BER hệ thống MC-CDMA, FDMA, optimal FDMA với K=64, L=64……………………………………………… 76 So sánh BER hệ thống MC-CDMA theo phương pháp tổ hợp khác nhau: EGC, MRC, MMSEC: K=32, N=8, L=64… 77 So sánh BER hệ thống MC-CDMA sử dụng phương pháp tách sóng MMSEC với số kênh khác nhau…………………… 78 Tính BER theo phương pháp Monte-Carlo với K=L=NC=64… 79 Tính BER theo phương pháp Monte-Carlo với K=32,L=NC=64 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Phạm Anh Dũng (9/2004), “Giáo trình lý thuyết trải phổ đa truy cập vô tuyến”, NXB Bưu điện Nguyễn Ngọc Tiến (2007), “Các kỹ thuật tách tín hiệu hệ thống thông tin Multicarrier-CDMA kênh đường xuống”, tr.1-16, Chuyên đề Tiến sĩ cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Học viện cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Hà Nội Tiếng Anh Tom Bruns, “Performance comparison of multiuser OFDM Techniques”, Stanford University Nevio Benvenuto, “Algorithms for Communications systems and their application” GS Huỳnh Hữu Tuệ (2006), "Công Nghệ CDMA ứng dụng mạng điện thoại di động", pp 32-40, 62-69, 85-90 Hiroshi Harada, Ramjec Prasad (2002), “Simulation and software radio for mobile communication”, Code Division Multiple Access (CDMA) Transmission Technology, Artech Horse, pp 227-242 Shiro Kondo and L.B Milstein (Feb 1996), “Performance of Multicarrier DS CDMA system”, IEEE Transactions On Communications, vol 44, NO.2 S Hara, R Prasad (1997), “Overview of Multicarrier CDMA”, IEEE Communications Magazine, pp 126-133 R.L Gouable., and M.Helard (3/2003), “Performance of MC-CDMA systems in multipath indoor enviroments comparison with COFDM-TDMA system”, 3G Mobile Communication Technologies, first International Conference on, pp.8185 10.A.Chouly, A Brajal, S Jourdan (Nov 1993), “Orthogonal multicarrier techniques applied to direct sequence spread spectrum CDMA systems”, pp 468-472 11.D.N kalofonos, M Stojanovic and J.G Proakis (1998), “On the performance of adaptive MMSE detector for a MC-CDMA system in fast fading Rayleigh channels”, pp 1039-1313 12.H.Wang, Z Li, J Lilleberg (March 2004), “Equalized parallel interference cancellation for MC-CDMA multicode downlink transmission”, Wireless Communication and networking Conference 2004 WCNC’04, vol.3 13.Nguyen Ngoc Tien, Nguyen Viet Kinh (2006), “Performance evaluation MCCDMA system over frequency selective Rayleigh Fading channel using Matlab”  ... đồ khối hệ thống TH/DS……………………………… Mơ hình hệ thống trải phổ đa sóng mang MC- SS…………… Nguyên lý trải phổ theo MC- CDMA DS -CDMA ……… Sơ đồ hệ thống MC- CDMA ……………………………… Sơ đồ hệ thống MC- CDMA với... HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ngơ Thị Thanh Hải TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁCH SĨNG TRONG HỆ MC- CDMA Ngành: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện... BER hệ thống MC- CDMA sử dụng phương pháp tách sóng MMSEC với số kênh khác nhau…………………… 78 Tính BER theo phương pháp Monte-Carlo với K=L=NC=64… 79 Tính BER theo phương pháp Monte-Carlo với K=32,L=NC=64