Nghiên cứu công nghệ MCCDMA

Trong tương lai, nhu cầu về các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng, mạng thông tin di động không chỉ đáp ứng nhu cầu vừa đi vừa nói chuyện mà còn phải cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ đa dạng khác như truyền dữ liệu, hình ảnh và video. Chính vì vậy, vấn đề dung lượng và tốc độ cần phải được quan tâm. Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng vô tuyến cũng như hữu tuyến. Ưu điểm của OFDM là khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh truyền chọn lọc tần số, tiết kiệm băng thông, hệ thống ít phức tạp do việc điều chế và giải điều chế đa sóng mang bằng giải thuật IFFT và FFT. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, ý tưởng về kỹ thuật MCCDMA đã ra đời, dựa trên sự kết hợp của CDMA và OFDM. MCCDMA kế thừa tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM: tốc độ truyền cao, tính bền vững với fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm độ phức tạp của hệ thống. Chính vì vậy, MCCDMA là một ứng cử viên sáng giá cho hệ thống thông tin di động trong tương lai.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG - ISO 9001:2008 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Người hướng dẫn : KS Nguyễn Thị Hương Sinh viên : Nguyễn Thành Hưng HẢI PHÕNG – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG - NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MC-CDMA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Người hướng dẫn : KS Nguyễn Thị Hương Sinh viên : Nguyễn Thành Hưng HẢI PHÕNG – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Thành Hưng Mã SV: 1351030002 Lớp : ĐT 1301 Ngành: Điện tử viễn thông Tên đề tài : Nghiên cứu công nghệ MC-CDMA NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Địa điểm thực tập tốt nghiệp …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên: Nguyễn Thị Hương Học hàm, học vị: Kỹ sư Cơ quan công tác: Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn: Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày…….tháng…….năm 2013 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày…….tháng…….năm 2013 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2013 Hiệu trưởng GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: Đánh giá chất lượng khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…): Cho điểm cán hướng dẫn (ghi số chữ): Hải Phòng, ngày……tháng……năm 2013 Cán hướng dẫn PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán phản biện (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày……tháng……năm 2013 Người chấm phản biện MỤC LỤC Chương 1: Công nghệ CDMA 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Tổng quan CDMA 1.3 Mã trải phổ 1.3.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN 1.3.2.Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard 1.4 Kỹ thuật trải phổ 1.4.1 Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DS/SS) 1.4.2 Trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping Spread Spectrum) 11 1.4.3 Trải phổ nhảy thời gian (Time Hopped Spread Spectrum) 15 1.5 Chuyển giao 15 1.5.1 Mục đích chuyển giao 16 1.5.2 Các loại chuyển giao 17 1.5.2.1 Chuyển giao mềm mềm 17 1.5.2.2 Chuyển giao cứng 18 1.6 Điều khiển công suất CDMA 18 1.6.1 Điều khiển cơng suất vịng hở (OLPC) 19 1.6.2 Điều khiển cơng suất vịng kín (CLPC) 20 1.7 Kết luận chương 21 Chương 2: Kỹ thuật OFDM 23 2.1 Giới thiệu chương 23 2.2 Hệ thống OFDM 23 2.2.1 Sơ đồ khối 23 2.3 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM 28 2.3.1 Mã hóa sửa sai trước FEC 28 2.3.2 Phân tán kí tự 28 2.3.3 Sắp xếp 28 2.3.4 Sử dụng IFFT/FFT OFDM 29 2.3.4.1 Phép biến đổi 30 2.3.4.2 Ứng dụng FFT/IFFT OFDM 31 2.4 Các vấn đề kỹ thuật OFDM 32 2.4.1 Ước lượng tham số kênh 33 2.4.2 Đồng OFDM 34 2.4.2.1 Đồng ký tự 34 2.4.2.2 Đồng tần số sóng mang 35 2.4.2.3 Đồng tần số lấy mẫu 36 2.5 Đặc tính kênh truyền kỹ thuật OFDM 36 2.5.1 Sự suy hao 36 2.5.2 Tạp âm trắng Gaussian 36 2.5.3 Fading Rayleigh 37 2.5.4 Fading lựa chọn tần số 38 2.5.5 Trải trễ 38 2.5.6 Dịch Doppler 38 2.6 Đặc điểm ứng dụng kỹ thuật OFDM 39 2.6.1 Ưu điểm kỹ thuật OFDM 39 2.6.2 Nhược điểm kỹ thuật OFDM 39 2.6.3 Ứng dụng kỹ thuật OFDM 40 2.7 Kết luận chương 40 Chương 3: Hệ thống MC-CDMA 41 3.1 Giới thiệu chương 41 3.2 Hệ thống MC-CDM 41 3.2.1 Khái niệm MC-CDMA 41 3.2.2 Sơ đồ khối 41 3.3 Máy phát 42 3.3.1 Quá trình tạo tín hiệu MC-CDMA theo thứ tự sau 42 3.4 Máy thu 44 3.5 Kênh truyền 45 3.6 Các kỹ thuật dị tín hiệu ( Detection algorithm) 47 3.6.1 Phương pháp kết hợp khơi phục tính trực giao ORC 48 3.6.2 Phương pháp kết hợp khơi phục tính trực giao ORC đỉnh (TORC) 48 3.6.3 Phương pháp kết hợp độ lợi (EGC) 49 3.6.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC) 49 3.6.5 Phương pháp kết hợp sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE) 50 3.7 Nhiễu MAI nhiễu ICI 50 3.7.1 Nhiễu MAI 51 3.7.2 Nhiễu ICI 51 3.8 Các phương pháp triệt nhiễu 51 3.8.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC) 51 3.8.2 Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC) 53 3.9 Vấn đề dịch tần số sóng mang hệ thống MC-CDMA 53 3.10 Giới hạn BER hệ thống MC-CDMA 58 3.10.1 Phân loại 59 3.11 Ưu điểm kỷ thuật MC-CDMA 61 3.12 Nhược điểm hệ thống MC-CDMA 62 3.13 Kết luận chương 62 KẾT LUẬN 63 3.6.5 Phương pháp kết hợp sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE) Điều kiện MMSE cho sai số ký tự liệu dự đoán phải trực giao với thành phần băng gốc sóng mang phụ thu được, nghĩa là: E (a k ' a k ' ) y(m' ) * , m‟ = 0, 1, ,KMC-1 Trong E[.] toán tử kỳ vọng a k ' = (3.19) K MC G k ' (m) y(m) ước lượng m ak Nghiệm phương trình (3.19) Gk‟(m) xác định bởi: K k' m k '* m h km Gk‟(m) = d h / 2 n (3.20) k Trong n N0 / phương sai nhiễu Gauss Đối với giá trị h km nhỏ, độ lợi Gk(m) nhỏ để tránh khuếch đại lớn lượng nhiễu kèm với sóng mang phụ có biên độ nhỏ Khi h km lớn độ lợi tỷ lệ với nghịch đảo đường bao sóng mang phụ h k*m/ h km để khơi phục tính trực giao người dùng Như vậy, phương pháp MMSE kết hợp giá trị y(m) nhánh theo cách tối thiểu nhiễu đa truy cập nhiễu Gauss Nhược điểm phương pháp phải biết xác số người dùng truy cập hệ thống công suất nhiễu 3.7 Nhiễu MAI nhiễu ICI Công nghệ MC - CDMA kết hợp công nghệ CDMA OFDM nên cịn tồn khuyết điểm hai cơng nghệ trên: Yêu cầu chặt chẽ tính trực giao mã tính trực giao sóng mang phụ Trong thực tế, khơng có trực giao hồn tồn mà có “cận trực giao” Vì thế, hệ thống MC-CDMA chịu ảnh hưởng loại nhiễu chính: Đa truy nhập MAI, nhiễu xuyên kênh ICI 50 3.7.1 Nhiễu MAI Là loại nhiễu đa truy nhập tín hiệu thuê bao khác tham gia hoạt động hệ thống tác động lên tín hiệu thuê bao xét Nhiễu sinh thực tương quan chéo mã trải phổ xét mã khác giá trị khơng triệt tiêu Có hai phương pháp giảm nhiễu MAI:  Trải phổ mã trực giao có tương quan chéo Để đạt hiệu mã trực giao cần phải có đồng tín hiệu thuê bao Điều dễ dàng đạt MC-CDMA đường xuống  Dùng triệt nhiễu MAI Các triệt nhiễu hiệu cho đường lên Việc áp dụng cho đường xuống khó khăn thuê bao biết mã tích cực mà sử dụng 3.7.2 Nhiễu ICI Là loại nhiễu hệ thống MC-CDMA Khi sóng mang phụ khơng hồn tồn trực giao thành phần tín hiệu kênh gây nhiễu lên thành phần tín hiệu kênh khác hay xuất nhiễu ICI Hiện tượng Doppler tác động đến tính trực giao sóng mang phụ nguyên nhân gây nhiễu ICI Vì thế, nhiễu ICI giảm vấn đề đồng tần số bảo đảm 3.8 Các phương pháp triệt nhiễu Để cải thiện thêm độ hiệu máy thu, kỹ thuật tách sóng đa người dùng sử dụng Có phương pháp triệt nhiễu sau: 3.8.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC) Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp SIC thực sau: Giải điều chế cho người dùng, tái tạo lại phần nhiễu đa truy cập người dùng loại trừ khỏi dạng sóng thu Sau dạng sóng triệt bớt 51 nhiễu dùng tách sóng cho người dùng Lặp lại trình xử lý tách sóng cho tất người dùng Nếu định sai (có nghĩa tách sóng cho người dùng khơng xác) tăng gấp đôi phần nhiễu đa truy cập người dùng tách sóng cho người dùng kế tiếp.Vì thứ tự giải điều chế có ảnh hưởng đến hiệu suất phương pháp triệt nhiễu nối tiếp Thông thường, việc giải điều chế xếp theo thứ tự giảm dần công suất thu theo bước sau: - Tính độ tin cậy (dùng EGC MMSE) cho tất người dung lại - Chọn người dùng có độ tin cậy cao trừ khỏi thành phần tín hiệu người dùng mong muốn - Lặp lại bước chọn người dùng mong muốn Ra định cuối cho người dùng mong muốn Khi thưc thực tế triệt nhiễu nối tiếp ta quan tâm đến đặc điểm sau: - Yêu cầu phải biết đến biên độ thu Bất kỳ sai sót việc ước lượng biên độ thu chuyển đổi trực tiếp thành nhiễu cho định - Các người dùng yếu người dùng quan tâm bỏ - Bộ triệt nhiễu nối tiếp khơng u cầu phép tính số học tương quan chéo ngồi tích chúng với biên độ thu - Độ phức tạp bit tuyến tính theo số lượng người dùng - Thời gian trễ giải điều chế triệt nhiễu nối tiếp tăng tuyến tính theo số lượng người dùng - Một khuyết điểm triệt nhiễu nối tiếp hiệu suất khơng đối xứng: người dùng có công suất giải điều chế với độ tin cậy khác 52 3.8.2 Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC) Ngược với triệt nhiễu nối tiếp giải điều chế cho người dùng, sử dụng định thử nghiệm thử nghiệm từ tầng trước (các ngõ tách sóng bất kỳ) để ước lượng loại trừ tất nhiễu MAI cho người dùng Q trình xử lý lặp lại nhiều lần tạo nên triệt nhiễu song song nhiều tầng, với hi vọng tăng độ tin cậy định thử nghiệm ước lượng nhiễu đa truy cập Tầng 1: tách sóng Tầng 2: triệt nhiễu song song thứ Tầng 2: triệt nhiễu song song thứ m-1 Hình 3.5 Sơ đồ triệt nhiễu song song nhiều tầng Đối với hệ thống MC-CDMA, độ hiệu giải thuật dựa PIC phụ thuộc mạnh vào chất lượng việc ước lượng MAI với can nhiễu đa truy cập khôi phục từ hệ số kênh truyền ước lượng liệu cho người dùng Vì hiệu tầng (nhờ mà việc ước lượng liệu đạt được) có quan hệ gần gũi với độ hiệu máy thu PIC Do vậy, tín hiệu triệt nhiễu MAI chủ yếu tầng thứ này, số phương pháp dị tín hiệu người dùng áp dụng tầng Phương pháp triệt can nhiễu song song giả sử máy thu biết tất mã trải phổ người dùng, trạng thái kênh truyền sóng mang phụ người dùng biết xác số người dùng hệ thống Tuy nhiên, việc lựa chọn chúng giống làm giảm độ phức tạp máy thu Bởi độ hiệu PIC phụ thuộc vào độ hiệu tầng khởi đầu máy thu nên việc nghiên cứu ảnh hưởng tầng thứ thật cần thiết 3.9 Vấn đề dịch tần số sóng mang hệ thống MC-CDMA Hiệu hệ thống MC-CDMA bị suy giảm nghiêm trọng theo dịch tần số Có hai nguyên nhân gây dịch tần số: 53 - Trải Doppler thiết bị di động tốc độ cao - Sai lệch tạo dao động cho sóng mang phía máy phát phía máy thu Các dịch tần số đồng khơng xác tạo dao động phía máy phát máy thu tất sóng mang phụ Trái lại, dịch tần số hiệu ứng Doppler lại khác song mang phụ hàm theo số Tuy nhiên, hệ thống thông tin di động hoạt động tần số sóng mang điển hình Ghz chiếm băng thơng 1Mhz sai lệch tần số tối đa sóng mang phụ hiệu ứng Doppler khoảng 0-5 Mhz Vì sai lệch nhỏ (có thể bỏ qua) so với khoảng cách sóng mang phụ khoảng 30 Khz nên xem xét dịch tần số trải Doppler tượng có đặc tính giống tất sóng mang phụ Dịch tần số hệ thống MC-CDMA gây ảnh hưởng nghiêm trọng: - Thứ nhất, làm suy giảm biên độ tín hiệu mong muốn - Thứ hai, làm tính trực giao sóng mang phụ Điều dẫn đến nhiễu liên sóng mang ICI Để đơn giản cho việc ký hiệu, phần chứng minh sau tập trung vào P ký tự mà người dùng phát cách cho P=1 Khi đó, N=KMC T‟s=Tb (tốc độ bit liệu) Xét tuyến xuống hệ thống thông in di động MC-CDMA có K người dùng hoạt động Đặc điểm kênh truyền hướng xuống tất người dùng trải qua đặc tính kênh truyền (kênh truyền fading Rayleigh phẳng, nghĩa kênh truyền có tính chọn lọc tần số tồn băng thơng tín hiệu phát khơng có tính chọn lọc sóng mang phụ) người dùng đồng với Tín hiệu cao tần s(t) cho ký tự thứ i phát từ trạm gốc tổng K tín hiệu băng gốc người dùng (tín hiệu người dùng có dạng phương trình (3.1)) đổi tần lên Dạng phức tín hiệu s(t) là: 54 K 1N a k (i)d k (m)p( t )e j2 s(t) = t 'm t (3.21) k 0m đó: fm=fc+m/Tb p(t)= ps(t) cho cơng thức (3.5); fc: sóng mang cao tần Khi hệ thống thoả điều kiện (3.11), sóng mang phụ tất người dùng trải qua kênh truyền có đáp ứng xung dạng (3.14) Tín hiệu nhận thuê bao di động r(t) ký tự thứ i có dạng: K 1N r(t) = m e j m a k (i)d k (m)p( t )e j2 fmt (3.22) n(t) k 0m Phương trình (3.22) thực chất phương trình (3.7) viết lại cho ký tự thứ i cách thay P=1 h km m ej m Sau giải điều chế (cho sóng mang sóng mang phụ) ta kết hợp tín hiệu nhánh tương ứng với sóng mang phụ, ta có biến định cho bit liệu thứ i người dùng thứ 0: Tb D(i) = Tb N e Tb j( tf m t n) (3.23) G (n )r ( t )dt n Trong đó: n , fn ước lượng pha tần số sóng mang phụ thứ n; f n=f‟n=n/Tb với f‟n ước lượng tần số sóng mang Thế (3.22) vào (3.23), ta có: Tb D(i ) Tb N K 1N e j (2 f n t n) G0 (n) Tb n m j( m G0 ( n) ak (i ) d k ( m)e n) m n 0k 0m N 1K 1N m G0 (n)ak (i )d k (m)e j ( m n) n 0k 0m Xét biểu thức: (fn-fm)Tb= Gọi f mt n(t ) dt k 0n N 1K 1N = e j m ak (i )d k (m) p (t )e j Tb Tb e j2 ( fm fn )t 55 AWGN (3.24) Tb sin ( f n f m )Tb ( f n f m )Tb [(f‟c+n/Tb) -(fc+m/Tb)]Tb dịch tần số chuẩn hố: dt AWGN (3.25) f fc offset tần số sóng mang thực = c Tb khoảng cách hai sóng mang liên tiếp ' (3.26) Thì (3.25) viết lại sau: (fn-fm)Tb= ( +n-m) (3.27) Sử dụng (3.27), ta viết lại biểu thức: e j( m Trong n) ' sin (f n n (n n e j( f m )Tb m n) (3.28) sin (3.29) m) Thế (3.27) (3.28) vào (3.24) ta có thu được: D(i) = N 1K N m G (n )a k (i)d k (m)e j( m n) n 0k 0m sin n m +AWGN = S + MAI + ICI1 + ICI2 + AWGN (3.30) Trong đó: S tín hiệu mong muốn MAI nhiễu đa truy cập ICI1 nhiễu liên sóng mang chip mã trải phổ người dùng thứ ICI2 nhiễu liên sóng mang chip mã trải phổ người dùng thứ K-1 người dùng khác AWGN nhiễu Gauss trắng cộng Các số hạng biểu thức (3.30) xác định sau: Các tín hiệu mong muốn S: Từ (3.30) cho k=0 n=m, ta có: S= sin N a (i) m G ( n )d ( m) (3.31) m Nhiễu đa truy cập MAI: Với k n=m, biểu thức (3.30) rút gọn thành: MAI = sin m G (m)a k (i)d k (m) 56 (3.32) Nhiễu liên sóng mang chip mã trải phổ người dùng thứ ICI1 tìm cách thay k=0 m n vào (3.29): ICI1 = sin N 1N a (i) m G ( n )d ( m) m 0k 1 e j( n m m n) (3.33) Nhiễu liên sóng mang chip mã trải phổ người dùng thứ K-1 người dùng khác Nhiễu rút từ (3.30) với k m n: ICI2 = sin N 1K 1N m n m G (n )a k (i)d (m) n m 0m n (3.34) AWGN N AWGN = (3.35) G ( m) n m m Dựa phương trình từ phương trình (3.31) đến (3.35), ta rút nhận xét sau: - Tín hiệu mong muốn bị suy hao hệ số hàm theo - Nhiễu đa truy cập bị giảm theo - ICI1 ICI2 không xuất =0 Các nhiễu xem nhiễu cộng thêm vào nhiễu đa truy cập Từ phương trình (3.32) cho thấy nhiễu đa truy cập trung bình sóng mang phụ phụ thuộc vào tỷ số K/N Do đó, hai hệ thống có tỷ số K/N , nhiễu MAI trung bình chúng sóng mang Tuy nhiên, không giống nhiễu MAI, nhiễu ICI lại hàm theo số sóng mang phụ số người dùng K Vì vậy, tổng số sóng mang phụ hai hệ thống khác ICI hệ thống khác tỷ số K/N giống Tóm lại, hệ thống MC-CDMA có nhiều sóng mang phụ dịch số sóng mang phụ hệ thống có K/N 57 3.10 Giới hạn BER hệ thống MC-CDMA Giả sử bit phát người dùng thứ “-1” tỷ lệ lỗi BER xác suất mà D(i) lớn tương đương với xác suất mà -S nhỏ MAI+ICI1+ICI2+AWGN, nghĩa là: BER = p( -S< MAI+ICI1+ICI2+AWGN) (3.36) Nếu giả sử tất số hạng MAI, ICI1, ICI2, AWGN biểu thức (3.29) có phân bố xấp xỉ phân bố Gauss BER hệ thống sử dụng MRC là: BERMRC erfc N MRC M MRC (3.37) Trong đó: erfc(.) hàm sai số bổ phụ sin NMRC= 2K sin DMRC = N K N2 N N sin n i n i ,i n N0 Eb (3.38) Với Eb lượng bit tin định nghĩa sau: N Eb = i Với E ( m E( 2 m (3.39) ) Tb ) tốn tử kỳ vọng Ngồi định nghĩa Eb/N0, thông số khác thường gặp việc đánh giá chất lượng hệ thống tỷ số tín hiệu nhiễu SNR: SNR = Với 2 i N.E (3.40) công suất nhiễu biến ngẫu nhiên Gauss nhánh tách sóng Như biết, BER tối thiểu đạt với hệ thống đơn người dùng sử dụng phương pháp MRC Do đó, giới hạn BER hệ thống MCCDMA là: 58 BERLB = erfc 2 N (3.41) SNR Biểu thức (3.41) thực biểu thức (3.37) với số thay đổi nhỏ , K=1 3.10.1 Phân loại Công nghệ MC-CDMA chia thành nhóm:  Trải phổ miền thời gian MC-DS-CDMA MT-CDMA : Chuỗi tín hiệu ban đầu sau chuyển từ nối tiếp sang song song trải phổ mã trải phổ Sau chip kí tự điều chế sóng mang Để phân biệt MC-DS-CDMA MT-CDMA, người ta dựa vào khoảng cách sóng mang phụ Nếu kí hiệu chu kỳ bit liệu Tb chu kỳ chip Tc khoảng cách sóng mang phụ hệ thống MC-DS-CDMA 1/Tc hệ thống MTCDMA 1/Tb Khoảng cách sóng mang phụ Δf băng thơng hệ thống B tính theo cơng thức sau: N FT f B Nc f Ns N NP Rs F Nc NF Ns Rs Nc Nc N FT NP N s Rs NF NF Với N s Rs T Ns Rs ( N F Nc NP ) (3.42) Rs tốc độ tín hiệu ban đầu, Nc hệ số chuyển đổi S/P, Ns chiều dài mã trải phổ, NF chiều dài chuyển đổi IFFT, Np chiều dài CP  Trải phổ miền tần số MC-CDMA: Chuỗi tín hiệu ban đầu trải phổ mã trải phổ, sau chip kí tự điều chế sóng mang khác MC-CDMA trải phổ miền tần 59 số nên không bị giới hạn khoảng tần số yêu cầu trực giao Vì vậy, đường xuống, MC-CDMA thể ưu điểm MC-DS-CDMA Khoảng cách sóng mang phụ Δf băng thơng hệ thống B tính theo cơng thức sau: f B N FT Ns f Rs NF Ns N FT NP NF N s Rs Rs NF NP NF (3.43) N s Rs Nhận xét: So sánh Δf B hệ thống, ta nhận thấy:  B nhau, phụ thuộc vào chiều dài mã trải phổ tốc độ liệu ban đầu  Δf khác Đối với hệ thống MC-CDMA, Δf tốc độ liệu ban đầu Còn hệ thống MC-DS-CDMA khoảng cách Δf phụ thuộc vào tốc độ liệu ban đầu, hệ số S/P chiều dài mã trải phổ Các sơ đồ MC-CDMA : Multicarrier DS-CDMA: Hệ thống DS-CDMA đa sóng mang trải phổ luồng liệu chuyển đổi từ nối tiếp sang song song miền thời gian sử dụng mã trải phổ CDMA Kết liệu sóng mang trực giao với tách biệt nhỏ Hình 3.6 Bộ phát MC-DS-CDMA 60 Hình 3.7 Mã trải phổ MC-DS-CDMA Hình 3.8 Phổ cơng suất tín hiệu phát Hệ thống phát MC DS-CDMA cho user jth minh họa hình 3.6 Nc số sóng mang phụ hệ thống mã trải phổ cho user thứ j C j (t ) C1j C 2j CGj MD hình 3.7 Phổ cơng suất tín hiệu trải phổ minh họa hình 3.8 Multitone CDMA (MT-CDMA): Các luồng liệu chuyển đổi từ nối tiếp sang song song trải phổ chuỗi mã trải phổ CDMA miền thời gian để phổ sóng mang phụ trước trải phổ thỏa mãn điều kiện trực giao với tách biệt tần số nhỏ Do phổ sóng mang phụ khơng cịn thỏa mãn điều kiện trực giao Sơ đồ MT-CDMA sử dụng mã trải phổ dài tỷ lệ với số sóng mang phụ so với sơ đồ DS-CDMA (đơn sóng mang ) thơng thường, hệ thống đáp ứng nhiều người sử dụng sơ đồ DS-CDMA Mã trải phổ cho hệ thống MTCDMA minh họa hình 3.10 Hình 3.9 Mã trải phổ cho hệ thống MT-CDMA 3.11 Ưu điểm kỷ thuật MC-CDMA Các ưu điểm kỹ thuật MC-CDMA: 61  Hiệu sử dụng băng tần tốt  Phân tập tần số hiệu  Có khả chống lại ảnh hưởng fading lựa chọn tần số  Giải vấn đề nhiễu liên kí tự ISI gặp phải hệ thống có tốc độ liệu cao kênh đa đường cách chia băng thơng tín hiệu thành nhiều băng có tốc độ thấp trực giao  Tín hiệu truyền nhận cách dễ dàng cách sử dụng thiết bị chuyển đổi FFT mà không làm tăng độ phức tạp máy phát, máy thu  Bảo mật 3.12 Nhược điểm hệ thống MC-CDMA Tuy nhiên, MC-CDMA tồn nhược điểm CDMA OFDM:  Khi xét hệ thống MC-CDMA, loại nhiễu đáng quan tâm nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Access Interference)  Tỷ số đường bao cơng suất đỉnh cơng suất trung bình (PAPR) cao nên làm giảm hiệu khuếch đại công suất, dẫn đến hiệu suất không cao  Nhạy với dịch tần số sóng mang  Nhạy với nhiễu pha 3.13 Kết luận chương MC-CDMA hệ thống đa sóng mang sử dụng cơng nghệ đa truy nhập CDMA Nó mang theo ưu điểm khuyết điểm công nghệ truyền dẫn OFDM đa truy nhập CDMA Với ưu điểm trội ,MC-CDMA công nghệ đa truy nhập chủ yếu thông tin di động 4G 62 KẾT LUẬN Sau ba tháng nghiên cứu thực đề tài hướng dẫn tận tình Nguyễn Thị Hương với cố gắng nỗ lực thân, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo kế hoạch giao Trong đề tài em thực vấn đề sau: - Tìm hiểu cơng nghệ CDMA, ngun lý hoạt động, đặc điểm, ưu nhược điểm, ứng dụng thực tế - Kỹ thuật OFDM, nguyên lý hoạt động, trực giao sóng mang, hoạt động IFFT, FFT , ưu nhược điểm hệ thống - Công nghệ MC-CDMA, kết hợp CDMA OFDM tạo hệ thống với nhiều ưu điểm trội tảng để phát triển thông tin di động tương lai Đồ án tốt nghiệp thực nỗ lực thân bảo tận tình giáo viên hướng dẫn nhiên thiếu xót khiếm khuyết điều khơng thể tránh khỏi Em mong đóng góp ý kiến thầy cô giáo hội đồng toàn thể bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2013 Sinh viên Nguyễn Thành Hưng 63 64 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG - NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MC-CDMA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Người hướng... Nguyễn Thành Hưng Mã SV: 1351030002 Lớp : ĐT 1301 Ngành: Điện tử viễn thông Tên đề tài : Nghiên cứu công nghệ MC-CDMA NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận,... hệ thống thông tin di động tương lai Đồ án gồm chương :  Chương 1: Công nghệ CDMA  Chương 2: Kỹ thuật OFDM  Chương 3: Công nghệ MC-CDMA Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể Q thầy Trường