Mô phỏng hệ thống và triệt nhiễu trong wcdma

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o LÊ DŨNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ TRIỆT NHIỄU TRONG WCDMA Chuyên ngành: Điện Tử - Viễn Thông Mã số ngành: LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2002 LỜI CẢM ƠN o0o Đề tài tơi xin kính tặng Cơ, TS Phạm Hồng Liên, người tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình thực Hướng dẫn, định hướng, cung cấp nhiều nguồn tài liệu động viên nhiều Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy cô Bộ môn Viễn Thông Trường ĐạI Học Bách Khoa TP.HCM Thầy cô khác Xin chân thành cám ơn Anh, Chị bạn đồng nghiệp đặc biệt hai em Nguyễn Tưởng Duy Trần Thanh Phương giúp đỡ tơi nhiều để hồn thành đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn bạn khóa trao đổi nhiều tài liệu, giúp nhiều ý kiến công việc Xin chân thành biết ơn người thân sát cánh, động viên tinh thần, giúp đỡ nhiều, nhiều suốt thời gian khóa học Thành phố Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2002 GIỚI THIỆU Với đòi hỏi ngày cao dịch vụ viễn thông tốc độ, số lượng thuê bao, vấn đề chất lượng tiện lợi số mạng thông tin không đáp ứng cách thỏa đáng, đặc biệt thông tin di động Trong bối cảnh vậy, hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) hình thành mang lại nhiều triển vọng việc đáp ứng yêu cầu Trong hệ thống 3G, WCDMA giao diện vô tuyến quan trọng Việc tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng hệ thống ngày quan tâm Mục đích đề tài xây dựng mơ hình cho hệ thống thơng qua mơ hình nghiên cứu số vấn đề liên quan sâu hơn, nhiễu giao thoa điển hình Với mục đích vừa nêu, đề tài bao gồm nội dung sau: Các vấn đề hệ thống thông tin di động cấu trúc hệ thống, kỹ thuật đa truy cập trình bày chương Ngồi ra, khái niệm mạng thơng tin tế bào số vấn đề liên quan xem xét chương Một kỹ thuật xử lý tín hiệu ứng dụng thơng tin di động tế bào trải phổ tín hiệu ( Spread Spectrum) Các cách thức trải phổ trải phổ nhảy thời gian (TH-SS), trải phổ nhảy tần số (FH-SS) đặc biệt trải phổ chuổi trực tiếp (DS-SS) tìm hiểu trình bày phần lớn nội dung chương Chương trình bày vấn đề sở hệ thống DS-CDMA mã giả nhiễu (PN code), mã trực giao (Orthogonal code), tín hiệu, kiểu thu đa người dùng cấu hình hệ thống mạng CDMA Phần cuối chương mô tả lớp vật lý WCDMA Chương nêu lên số vấn đề cộm hệ thống WCDMA Trong tiêu điểm nhiễu giao thoa Phần xây dựng thuật giải triệt nhiễu giao thoa liên tiếp cho thông tin hướng Downlink thông qua phép ước lượng mã trải phổ hiệu dụng (ESC) người dùng đồng thời Phép biến đổi Walsh nhanh (FWT) thay cho lấy tương quan truyền thống Cùng với số vấn đề khác xử lý tín hiệu kết hợp tỉ số cực đại (MRC) hay thuật tốn Gram-Schmidt trực giao hóa tập tín hiệu Giải thuật triệt nhiễu giao thoa liên tiếp thực chủ yếu cho trường hợp có đa dạng tốc độ liệu Tính chất va mơ tả tín hiệu đường Downlink xem xét cẩn thận Cuối phần thuật giải dùng cho hai mô hình máy thu khác nhau: có kết hợp tín hiệu nhiễu giao thoa mơ hình khơng kết hợp tín hiệu Nội dung chương phần mơ tả mơ hình mơ kênh vật lý DPCH hướng Downlink số kết mẫu Nêu lên ứng dụng thiếu sót, điều chưa làm đề tài phần cuối luận án Dù nổ lực nhiều đề tài nhiều hạn chế, người thực kính mong q thầy cho ý kiến quý báu giúp cho vấn đề giải thấu đáo rỏ ràng Ngoài ra, người thực mong nhận ý kiến đóng góp, phê bình, nhận xét người có quan tâm đến vấn đề nêu đề tài Trân trọng cảm ơn TÓM TẮT ĐỀ TÀI Với đòi hỏi ngày cao dịch vụ viễn thông tốc độ, số lượng thuê bao , vấn đề chất lượng tiện lợi số mạng thông tin không đáp ứng cách thỏa đáng Thế hệ thông tin di động hệ thứ (3G) xuất mang lại nhiều triển vọng cho vấn đề thông tin WCDMA loại giao diện dùng hệ thống thông tin hệ Việc tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng hệ thống ngày quan tâm Với mục đích xây dựng mô hình cho hệ thống qua nghiên cứu số vấn đề liên quan sâu , nhiễu giao thoa điển hình Ngoài phần lý thuyết thông tin di động trình bày hai chương đầu , đề tài tập trung vào hai vấn đề sau CƠ SỞ HỆ THỐNG DS-CDMA 1.1 Giới thiệu Hệ thống CDMA dựa kó thuật trải phổ tín hiệu Kỹ thuật cho phép chuyển đổi tín hiệu có băng thông hẹp sang tín hiệu cóbăng thông rông nhiều lần Hay biến đổi mật độ phổ tín hiệu từ chổ tập trung khoảng tần hẹp sang phân bố rộng khắp dải tần rộng 1.1.1 Các khái niệm FDMA hệ thống đa truy cập phân chia tần số Người sử dụng người sử dụng phân biệt khoảng tần mà họ sử dụng TDMA , hệ thống đa truy cập phân chia thời gian Người sử dụng phân biệt với người sử dụng thời điểm mà họ truy xuất hệ thống CDMA , hệ thống phân chia theo mã sử dụng gán mã Mã dùng để mã hoá tín hiệu mang tin Việc biết nội dung mã giúp cho việc lọc tách tín hiệu thực Điều quan trọng biết cách thức tạo tín hiệu trải phổ tính chất tín hiệu Cách thức phải thoả mãn hai điều kiện sau: ™ Thứ nhất: băng thông dùng để truyền tín hiệu trải phổ phải lớn nhiều so với tín hiệu tín hiệu tin tức ™ Thứ hai: băng thông tín hiệu trải phổ không phụ thuộc vào băng thông tín hiệu thông tin cần truyền Tỉ số băng thông dùng để truyền tín hiệu trải phổ băng thông tín hiệu thông tin, Gp Gp = BT/BI gọi độ lợi xử lý (processing gain ,) hệ thống trải phổ 1.1.2 Các ưu điểm hệ thống CDMA : Tín hiệu hệ thống trải phổ có nhiều tính chất khác với hệ thống TDMA hay FDMA Kỹ thuật CDMA chống tín hiệu gây nhiễu bảo mật Lợi ích thứ hai khả chống vấn đề fading nhiều đường hệ thống CDMA CDMA không đặt nặng việc hoạch định tần số Những đặc điểm bật hệ thống CDMA làm cho nhà cung cấp dịch vụ quan tâm thúc đẩy phát triển nhanh ™ Khả loại trừ can nhiễu băng hẹp? ™ Khả bảo mật: ™ Khả tồn tại: ™ Hệ thống CDMA đòi hỏi hoạch định tần số so với FDMA CDMA hoạt động mức S/I thấp.Thực tế ,tất cell hệ thống CDMA sử dụng sóng mang Chuyển giao mềm(soft handover) Vấn đề chuyển giao mạnh khác CDMA Trong hệ thống tương tự hệ thứ nhất, chuyển giao tác vụ nguy hiểm.Trong qúa trình chuyển giao , gọi có nhiều khả không trì bị ảnh hưởng fading.Trong ,trong hệ thống CDMA tín hiệu thuê bao di động nhận diện nhiều trạm gốc vận dụng điều để tạo chuyển giao mềm Tuy nhiên , điểm mạnh đáng kể vấn đề dung lượng (capacity).Đối với mạng tế bào kinh doanh số thuê bao mà mạng phục vụ quan trọng Càng nhiều thuê bao tốt.Đối với hệ thống CDMA ,nếu số người sử dụng (thuê bao) đồng thời tăng lên chất lượng giảm xuống theo(đương nhiên) lại không đặt nghiêm ngặt hệ thống FDMA hay TDMA.CDMA cung cấp giới hạn dung lượng mềm(soft capacity), thay cho giới hạn cứng FDMA hay TDMA.Điều chắn FDMA hay TDMA có tính chất quan trọng dung lượng thiết kế(về số băng tần số cấp phát đồng thời-FDMA,hay số khe thời gian-TDMA) Khi băng tần số hay khe thời gian bị sử dụng hết người dùng khác sử dụng mạng cục 1.1.3 Phân loại hệ thống CDMA : Một phân loại tổng quát hệ thống CDMA trình bày hình sau : -DS-CDMA : ( Direct Sequences –CDMA) : Tín hiệu thông tin nhận trực tiếp với chuỗi mã có tốc độ chip cao CDMA Hybrid CDMA pure CDMA DS wide band FH TH DS/FH DS/TH TDMA CDMA MA-CDMA MT-CDMA narrow band -FH-CDMA : ( Frequency hopping –CDMA) : Tín hiệu mang tin truyền với tần số sóng mang thay đổi nhanh phụ thuộc vào mã trải phổ -TH-CDMA :( Time hopping – CDMA ) : tín hiệu mang tin không truyền cách liên tục Thay vào đó, tín hiệu truyền theo khỏang ngắn đây, thời gian khoảng định mã trải phổ Ngòai ba hệ thống CDMA túy trên, có hệ thống CDMA kết hợp ví dụ DS/FH,DS-TH Sự kết hợp thực hịen CDMA TDMA, đa tần sóng mang (MC-) hay đa tần số ( MT-) MC-CDMA MT-CDMA dựa kỹ thuật ghép tần số trực giao OFDM 1.2 NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG DS-WCDMA: 1.2.1 Tín hiệu trải phổ cho người dùng đơn : Tín hiệu trải phổ tạo cách nhân chuỗi số liệu ( hay tín hiệu mang tin ) với chuỗi mã có tốc độ cao hiều lần so với tốc độ chuỗi số liệu s(t) b(t) PN cod +∞ b(t ) = ∑b p i = −∞ i T (t − iT ) bi ký hiệu biểu diễn bit thứ i, bi={1,-1} ⎧10 ≤ t ≤ T pT (t ) = ⎨ ⎩0, T : thời gian bit Dữ liệu trải phổ mã PN : C (t ) = ∞ ∑c J = −∞ j pTC (T − jTC ) Trong C : ký hiệu mã hay chip Tc