Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập dùng phương pháp LS DR multitarget

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ XUÂN KỲ CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET Chuyên Ngành : Kỹ Thuật Vô Tuyến Điện Tử Mã Số Ngành : 2.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày…… tháng …… năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Ngày, tháng, năm sinh Chuyên ngành :Lê Xuân Kỳ Phái : Nam :16-12-1972 Nơi sinh : Quảng Ngãi :Kỹ Thuật Vô Tuyến Điện Tử MSHV : 01404333 I - TÊN ĐỀ TÀI: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : III- NGÀY GIAO NHIỆM V:15/01/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM V: 30/06/2006 V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VŨ ĐÌNH THÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) Nội dung đề cương LV thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày …… tháng …… năm 2006 TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Vũ Đình Thành, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em vượt qua khó khăn gặp phải trình thực Luận văn tốt nghiệp Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể q Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy cô môn Điện tử viễn thông , thầy cô khoa Điện- Điện tử, người truyền dạy cho em kiến thức quý báu suốt thời gian vừa qua Xin cảm ơn gia đình, bạn bè quan tâm giúp đỡ Tp.Hồ Chí Minh, ngày 30…tháng 06…năm 2006 Học viên thực LÊ XUÂN KỲ -1Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET TÓM TẮT Nhu cầu dịch vụ thông tin di động ngày tăng nguồn tài nguyên tần số vô tuyến có hạn, điều đòi hỏi cần phải có kỹ thuật nhằm cải thiện hiệu sử dụng phổ tần số vô tuyến Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) giải pháp mang lại nhiều hiệu thực tế cho việc nâng cao hiệu suất phổ tần số Khi kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã sử dụng mảng anten thích nghi (Adaptive Antenna Array) tách sóng đa truy cập (MUD : Multi-User Detector) cần thiết để loại bỏ giảm thiểu thành phần nhiễu đa truy cập (MAI) Với việc sử dụng mảng anten thích nghi hệ thống CDMA, thành phần nhiễu đồng kênh từ thuê bao khác cell từ thuê bao cell lân cận giảm mà dung lượng hệ thống nâng lên Trong hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp (DS-CDMA), mảng anten thích nghi tách sóng đa truy cập sử dụng, việc tận dụng tách biệt chuỗi trải phổ tương ứng cho thuê bao làm tăng hiệu mảng anten thích nghi tách sóng đa truy cập Luận văn tìm hiểu đánh giá hiệu giải thuật thích nghi khác hệ thống DS-CDMA Luận văn đưa hai giải thuật mù thích nghi LSDRMTA (Least Squared Despread-Respread Multitarget Array) LSDRMTCMA (Least Squared Despread-Respread Multitarget Constant Modulus Array) Hơn luận văn đưa tách sóng đa truy cập tách sóng giải tương quan (DD: Decorrelator Detector), tách sóng sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE Detector), triệt nhiễu nối tiếp (SIC) triệt nhiễu song song (PIC) Sự khác giải thuật thích nghi cổ điển với hai giải thuật thích nghi đưa luận văn là: Các giải thuật cổ điển không tận dụng đặc tính tách biệt chuỗi trải phổ tương ứng cho thuê bao chiếm giữ kênh tần số khe thời gian sử dụng hệ thống DS-CDMA, trái ngược lại hai giải thuật LSDRMTA LSDRMTCMA tận dụng đặc tính để cập nhật véc tơ trọng số mảng anten thích nghi Mục tiêu luận văn trình bày khác hai giải thuật với giải thuật cổ điển cho kênh thông tin AWGN ổn định (Additive White Gauss noise) môi trường thông tin di động đa truy cập phân chia theo mã thông qua GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ -2Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET việc mô máy tính ngôn ngữ MATLAB Các vấn đề xem xét bao gồm: • Phân tích mô hình yếu tố mảng (Beampatterns): cụ thể mô độ lợi mảng anten theo độ lớn góc đến Gain-DOA • Tỉ số tín hiệu nhiễu (SINR) • Tỉ lệ lỗi bit (BER) • Độ hội tụ trọng số Kết mô cho thấy hai giải thuật thực tốt kênh AWGN môi trường đa đường Hai giải thuật có độ phức tạp thấp có tốc độ hội tụ nhanh so với giải thuật khác Hơn luận văn xây dựng chương trình mô cho tách sóng đa truy cập cho vấn đề tỉ lệ lỗi bit (BER) Kết mô tách sóng cho thấy triệt nhiễu song song (PIC) hiệu việc triệt nhiễu đa truy cập (MAI) so với tách sóng lại trình bày luận văn Bộ triệt nhiễu song song PIC có độ phức tạp thấp so với tách sóng giải tương quan DD tách sóng sai số bình phương trung bình tối tiểu MMSE, triệt nhiễu song song nhanh so với triệt nhiễu nối tiếp SIC GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ -3Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET ABSTRACT The increasing demand for mobile communication services without a corresponding increase in RF spectrum allocation motivates the need for new techniques to improve spectrum utilization The code division multiple access (CDMA) is the approach that shows real effect for increasing spectrum efficiency When the CDMA technique is used, adaptive antenna array and multi user detection (MUD) are needed to reject or reduce the multiple access interference (MAI) affecting each active user By using the adaptive antenna array in a CDMA system, the amount of co-channel interference from users within the same cell as well as neighboring cells can be reduced, so that the system capacity can be increased In DS-CDMA, when the adaptive antenna array and multi-user detection are used, the taking full advantage of separation of each user from PN sequence will increase the performance of the adaptive antenna array and MUD This thesis investigated the performance of different adaptive array algorithms in DS-CDMA system In this research, two blind adaptive algorithms are proposed: LSDRMTA (Least Squared Despread-Respread Multitarget Array) and LSDRMTCMA (Least Squared Despread-Respread Multitarget Constant Modulus Array) In addition, the thesis suggests multiuser detectors, such as decorrelator detector (DD), MMSE detector, Successive Interference Cancellator (SIC) and Parallel Interference Cancellator (PIC) The crucial difference between two suggested algorithms and conventional adaptive algorithms is that conventional algorithms not utilize knowledge of the spreading sequences used in DS-CDMA, which separate users occupying the same frequency and time channels, converslly, this knowledge is exploited by LSDRMTA and LSDRMTCMA to update the weight vector of adaptive antenna array The objective of this thesis is to develop a comparison between two suggested algorithms and conventional ones for a stationary, additive white Gauss noise (AWGN) channel in a CDMA mobile environment using MATLABTM computer simulation for the following metrics: • • • • Analyzing Array Factor Patterns (Beampatterns) Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio (SINR) Bit Error Rate (BER) Convergence Degree of Weight (CDW) GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ -4Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET It is shown from the simulation results that two novel algorithms can outperform the other algorithms in AWGN channel and multipath environment They also have less complexity and can converge faster than the others Moreover, multi-user detectors are simulated for bit error rate (BER) It is shown that the PIC is more simple than optimum and linear detector (DD and MMSE detector) in implementation It is much faster than SIC and has better performance than linear detectors GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ -5Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET MỤC LỤC TÓM TẮT -1 ABSTRACT MUÏC LUÏC -5 DANH SAÙCH HÌNH VẼ -9 CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT -12 Chương GIỚI THIỆU TỔNG QUAN - 14 1.1 Giới thiệu -14 1.2 Hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp (DS-CDMA: Direct Sequence CDMA) 15 1.2.1 Các đặc tính hệ thống DS-CDMA -17 1.2.2 Mô hình hóa hệ thoáng DS-CDMA -17 1.2.3 Các phương pháp để triệt thành phần nhiễu đa truy cập MAI: 20 1.3 Mục đích đề tài -21 Chương TOÅNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA THEO MÃ – CDMA 24 2.1 Giới thiệu chung -24 2.1.1 Lịch sử đời hệ thống thông tin di động 24 2.1.2 Lịch sử phát triển công nghệ CDMA 26 2.2 Các kỹ thuật đa truy cập -27 2.2.1 Đa truy cập phân kênh theo tần số-FDMA -28 2.2.2 Đa truy cập phân kênh theo thời gian-TDMA 29 2.2.3 Đa truy cập phân kênh theo mã-CDMA 31 2.2.4 Ña truy cập phân kênh theo không gian-SDMA -31 2.3 Các đặc tính CDMA -32 2.3.1 Tính đa dạng phân tập 32 2.3.2 Đặc tính tái sử dụng tần số chung 32 2.3.3 Điều khiển công suất -33 2.3.4 Chuyển vùng mềm 34 2.3.5 Coâng suất phát thấp -35 GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ -6Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET 2.3.6 Dung lượng mềm 35 2.3.7 Bảo mật gọi 37 2.3.8 Giá trị EB / NO thấp bảo vệ lỗi -37 2.3.9 Tách tín hiệu thoại 37 2.4 Các loại fading nhiễu ảnh hưởng đến hệ thống CDMA 38 2.4.1 Fading -38 2.4.2 Vaán đề gần- xa 38 2.4.3 Hiện tượng đa đường -38 2.4.4 Nhiễu Gaussian trắng -39 2.4.5 Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference) -42 Chương KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG CDMA - 44 3.1 Khái niệm 44 3.1.1 Đặc điểm hệ thống thông tin trải phổ -44 3.1.2 Ứng dụng nguyên lý trải phổ kỹ thuật đa truy cập 44 3.2 Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PRBS 45 3.2.1 Các loại chuỗi PRBS -46 3.2.2 Caùc đặc điểm chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên -51 3.2.3 Hệ số trải phổ ( Spreading Factor) -52 3.3 Phân loại hệ thống trải phổ -53 3.3.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp (DS-SS) -53 3.3.2 Heä thống trải phổ nhảy tần 56 3.3.3 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian -57 3.4 Mô hình kênh thông tin DS-CDMA đồng -58 3.4.1 Biểu diễn toán học 58 3.4.2 Các tính chất nhiễu đa truy cập (MAI) -60 3.4.3 Các phương pháp để triệt thành phần nhiễu đa truy cập MAI -61 Chương MẢNG ANTEN THÍCH NGHI 62 4.1 Khái niệm 62 4.2 Mảng chiều đồng dạng (ULA) 64 4.3 Beamforming lọc không gian 68 4.4 Maûng thích nghi (Adaptive Array) -69 GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ -7Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET Chương CÁC GIẢI THUẬT SỬ DỤNG CHO MẢNG ANTEN THOÂNG MINH 72 5.1 Giới thiệu -72 5.2 Các giải thuật thích nghi không mù 72 5.2.1 Phương pháp Wiener 73 5.2.2 Phương pháp Steepest-Descent -75 5.2.3 Giải thuật SMI (Sample Matrix Inversion) 76 5.2.4 Giaûi thuaät LMS (Least Mean Squares Algorithm) 78 5.2.5 Giaûi thuaät RLS (Recursive Least Squares Algorithm) -81 5.3 Các giải thuật thích nghi mù 83 5.3.1 Giaûi thuật trị tuyệt đối không đổi (CMA) -83 5.4 Các giải thuật sử dụng phương pháp Despread-Respread 87 5.4.1 Giải thuật LSDRMTA -87 5.4.2 Giải thuật LSDRMTCMA -91 Chương CÁC BỘ TÁCH SÓNG ĐA TRUY CAÄP (MUD) - 95 6.1 Giới thiệu -95 6.2 Mô hình kênh thông tin DS-CDMA đồng boä -95 6.3 Bộ tách sóng đa user tuyến tính (Linear Multiuser Detector) -96 6.3.1 Bộ tách sóng giải tương quan (Decorrelator Detector) : 96 6.3.2 Bộ tách sóng sai số bình phương trung bình tối thiểu (MMSE ) -98 6.4 Các tách sóng đa user sử dụng phương pháp tr 99 6.4.1 Bộ triệt nhiễu nối tiếp (SIC) -100 6.4.2 Bộ triệt nhiễu song song (PIC) 100 Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 103 7.1 Giới thiệu -103 7.2 Giao diện chương trình mô phoûng 103 7.3 Kết mô giải thuật cho mảng anten thích nghi 106 7.3.1 Mô giải thuật LSDRMTCMA 106 7.3.2 Mô giải thuật LSDRMTA -110 7.3.3 Mô BER cho hai giải thuật LSDRMTA LSDRMTCMA 111 7.4 Kết mô tách sóng đa truy caäp (MUD) 112 7.5 Tổng kết hướng phát triển đề tài -115 GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 105 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET Box) để người sử dụng chọn lựa giải thuật mô phỏng.Giao diện gồm có ba nút lệnh RUN,CLOSE RESET Hình 7.2: Giao diện chương trình mô DOA Khi người sử dụng nhấp chuột vào nút lệnh VẼ BER chương trình chính, cửa sổ chương trình mô BER tách sóng xuất (Hình 7.3) Trong giao diện chương trình mô BER có hộp văn bảng để người sử dụng nhập vào thông số chương trình mô BER như: Số thuê bao, số bit mô phỏng, số tầng triệt nhiễu song song (PIC) Giao diện có hộp danh GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 106 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET sách chọn lựa để người sử dụng chọn lựa mã trải phổ, chọn lựa tách sóng để mô Hình 7.3: Giao diện chương trình mô BER Trong giao diện có nút lệnh RUN, CLOSE, RESET Enlarge-Graph 7.3 Kết mô giải thuật cho mảng anten thích nghi 7.3.1 Mô giải thuật LSDRMTCMA GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 107 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET Hình 7.4: Biểu diễn Gain-DOA Beamformer cho trường hợp user sử dụng giải thuật LS-DRMTCMA Hình 7.4 kết mô cho giải thuật LSDRMTCMA trường hợp số thuê bao , số phần tử mảng anten 10, góc đến (DOA) thuê bao thứ -300 , thuê bao kế có góc đến chênh lệch 250 Mảng anten mô loại mảng chiều đồng dạng (ULA: Uniform Linear Array), λ phần tử mảng bố trí với khoảng cách d = Kết mô biểu diển AF (dB) Beamformer theo độ lớn góc đến DOA Hình 7.5 kết mô giải thuật LSDRMTCMA trường hợp số thuê bao 8, số phần tử mảng anten 10, góc đến thuê bao thứ âm 300, thuê bao có góc đến chênh lệch 250 Mảng anten sử dụng mảng chiều đồng dạng (ULA), phần tử mảng bố trí λ với khoảng cách hai phần tử kề d = Hệ số β giải thuật GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 108 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET chọn lựa β = 0,5 Đường vẽ màu đen biểu diễn tương ứng cho thuê bao thứ với độ lớn góc tới tương ứng -300 Hình 7.5: Biểu diễn Gain-DOA Beamformer cho trường hợp user sử dụng giải thuật LS-DRMTCMA Hình 7.6 kết mô cho giải thuật LSDRMTCMA cho trường hợp số thuê bao 4, số phần tử mảng anten 8, độ lớn góc đến thuê bao thứ trừ 450, thuê bao kề có góc đến chênh lệch 250, mảng anten sử dụng λ ULA có phần tử bố trí cách khoảng d = Kết mô thuê bao biểu diễn trục vẽ khác GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 109 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET Hình 7.6: Biểu diễn Gain-DOA Beamformer user Hình 7.7: Biểu diễn Gain-DOA Beamformer user Hình 7.7 kết mô giải thuật LSDRMTCMA cho trường hợp user, GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 110 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET số phần tử mảng 10, độ lớn góc đến thuê bao thứ -300 , thuê bao kề có góc đến chênh lệch 250, mảng anten sử dụng ULA có λ phần tử bố trí cách khoảng d = Kết mô thuê bao biểu diễn trục vẽ khác 7.3.2 Mô giải thuật LSDRMTA Hình 7.8: Biểu diễn Gain-DOA Beamformer cho trường hợp user giải thuật LS-DRMTA Hình 7.8 biểu diễn kết mô giải thuật LSDRMTA tương ứng cho trường hợp số thuê bao tương ứng Kết mô giải thuật LSDRMTA hình 7.8 tương ứng cho trường hợp mảng thích nghi sử dụng loại mảng chiều đồng dạng (ULA), số phần tử mảng 8, phần tử mảng bố trí nhau, hai phần tử liên tiếp λ cách khoảng d = , đường màu đen hình vẽ biểu diễn tương ứng cho GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 111 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET thuê bao với độ lớn góc tới DOA -450, thuê bao có độ lớn góc tới chênh lệch góc 250 Hình 7.9: Biểu diễn Gain-DOA Beamformer cho trường hợp user sử dụng giải thuật LS-DRMTA Hình 7.9 kết mô cho giải thuật LSDRMTA trường hợp số thuê bao 8, mảng anten thích nghi loại mảng chiều đồng dạng (ULA: Uniform Linear Array), số phần tử mảng lúc 8, phần tử mảng bố λ trí với khoảng cách hai phần tử liên tiếp d = , hướng góc tới (DOA) thuê bao thứ -450, hai thuê bao liên tiếp có độ lớn góc tới chênh lệch 250 7.3.3 Mô BER cho hai giải thuật LSDRMTA LSDRMTCMA Hình 7.10 kết mô tỉ lệ lỗi bit (BER) hai giải thuật LSDRMTA LSDRMTCMA so sánh với giải thuật MT-LSCMA Kết mô cho thấy BER hai giải thuật tốt so với giải thuật mù CM GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 112 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET Kết mô hình vẽ 7.10 biểu diễn tỉ lệ lỗi bit theo số thuê bao (BER- Number Of User) trường hợp tỉ số Eb/N0 = dB, hệ số β = 0.5 Kết cho thấy đường BER giải thuật LSDRMTCMA tốt ba giải thuật mô Hình 7.11: Biểu diễn BER tách sóng MMSE Bộ tách sóng giải tương quan Hình 7.10: Biểu diễn BER theo số User (BERNumber Of User) 7.4 Kết mô tách sóng đa truy cập (MUD) Phần mô tách sóng đa truy cập Các tách sóng mô phần bao gồm : Bộ tách sóng tối ưu (Optimum Multiuser Detector), tách sóng giải tương quan (Decorrelator Detector ), tách sóng sai số bình phương trung bình tối thiểu (MMSE Detector), triệt nhiễu nối tiếp (SIC: Successive Interference Cancellation) triệt nhiễu song song (PIC: Parallel Interference Cancellation) Kết trình mô phần biểu diễn tốc độ lỗi bit GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 113 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET (BER) theo tỉ số Eb /N0 Các đường BER tách sóng biểu diễn đồ thị để dễ so sánh đưa nhận xét cho tách sóng Hình 7.11 biểu diễn BER tách sóng tuyến tính (MMSE DD: Decorrelator Detector), đường BER tách sóng tuyến tính so sánh với đường BER tách sóng kinh điển (Conventional Detector) so sánh với đường BER thuê bao đơn Đường BER mô trường hợp tương ứng với số thuê bao 10, chuỗi sử dụng để trải phổ tín hiệu chuỗi m, số bit mô trường hợp 100.000 bit GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 114 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET Hình 7.12 kết mô tách sóng trừ bao gồm triệt nhiễu nối tiếp (SIC) triệt nhiễu song song (PIC) Kết mô biểu diễn BER theo Hình 7.12: Biểu diễn BER tách sóng PIC, SIC Bộ tách sóng kinh điển Hình 7.13: Biểu diễn BER triệt nhiễu song song ba tầng PIC, tách sóng giải tương quan tách sóng kinh điển GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 115 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET tỉ số Eb/N0 hai triệt nhiễu nối tiếp song song, so sánh với biểu diễn BER tách sóng kinh điển (Conventional Detector) đồ thị Kết mô biểu diễn trường hợp số thuê bao 10, chuỗi sử dụng trải phổ chuỗi m, số tầng triệt nhiễu song song 3, số bit mô 100.000 bit Hình vẽ 7.13 kết mô để so sánh biểu diễn BER theo tỉ số Eb/N0 tách sóng tuyến tính (cụ thể tách sóng giải tương quan) với tách sóng sử dụng phương pháp trừ (cụ thể triệt nhiễu song song PIC) Số thuê bao mô 10, số bit mô 100.000 bit Qua đồ thị BER ta thấy triệt nhiễu song song sử dụng phương pháp giải trải phổ- trải phổ lại (Despread-Respread) có đường BER tốt tách sóng trình bày Đường BER triệt nhiễu song song ba tầng bám theo sát biểu diễn BER thuê bao đơn 7.5 Tổng kết hướng phát triển đề tài 7.5.1 Tổng kết Đề tài đưa hai giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nâng cao dung lượng hệ thống DS-CDMA thông qua việc sử dụng mảng anten thích nghi (Adaptive Antenna Array) tách sóng (MUD) để giảm thiểu loại bỏ thành phần nhiễu đa truy cập (MAI) Trong giải pháp sử dụng mảng anten thích nghi đề tài đưa hai giải thuật LSDRMTA (Least Squared Despread-Respread Multitarget Array) vaø LSDRMTCMA (Least Squared Despread-Respread Multitarget Constant Modulus) Điểm khác biệt hai giải thuật đưa đề tài việc sử dụng thông tin chuỗi trải phổ PN (Pseudo Random Noise Sequence) phương pháp giải trải phổ-trải phổ lại (Despread-Respread) để cập nhật véc tơ trọng số mảng anten, điều mà giải thuật không mù giải thuật mù trước chưa tận dụng, nhờ điểm mà hiệu hai giải thuật cao so với giải thuật khác RLS, LMS, CMA… Giải pháp thứ hai để triệt thành phần nhiễu đa truy cập đề tài đưa sử dụng tách sóng (MUD), tách sóng trình bày đề tài tách sóng giải tương quan (Decorrelator Detector), tách sóng MMSE, triệt nhiễu nối tiếp (SIC) triệt nhiễu song song (PIC) Trong tách sóng đưa GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 116 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET đề tài triệt nhiễu song song có hiệu việc loại bỏ thành phần nhiễu đa truy cập Đề tài xây dựng chương trình mô giải thuật sử dụng mảng anten thích nghi tách sóng đa truy cập ngôn ngữ Matlab Vấn đề mô giải thuật thích nghi độ lợi Beamformer theo độ lớn góc đến (AF-DOA: Array Factor-Direct Of Angle) tỉ lệ lỗi bit (BER) theo số thuê bao Vấn đề mô tách sóng xác suất bit lỗi-tỉ số tín hiệu nhiễu (BER-Eb/N0) Quá trình mô thực cho mô hình kênh thông tin DS-CDMA đồng Mô hình mảng anten thích nghi loại mảng chiều đồng dạng (ULA: Uniform Linear Array) 7.5.2 Hướng phát triển đề tài Do thời gian thực đề tài có hạn nên hạn chế đề tài này, thời gian tới có điều kiện tiếp tục tìm hiểu, có số vấn đề cần phải thực để đề tài hoàn thiện có ứng dụng thực tiễn, vấn đề cần phải thực là: • Hiện giải thuật sử dụng mảng anten thích nghi tách sóng mô máy tính cá nhân Matlab, thời gian mô lớn không phù hợp với yêu cầu thời gian thực Vì thời gian tới nên nghiên cứu thực thi giải thuật chip xử lý số tín hiệu (DSP: Digital Signal Processing) • Trong đề tài mảng đưa mảng chiều đồng dạng (ULA), tương lai thực giải thuật thích nghi đề tài cho mô hình mảng anten thích nghi khác mảng vòng (CA: Circular Array) mảng hai chiều (PA: Planar Array) • Mô hình tín hiệu mô đề tài kênh thông tin DS-CDMA đồng bộ, thời gian tới nên tìm hiểu giải thuật tách sóng trình bày đề tài cho kênh DS-CDMA bất đồng GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 117 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sergio Verdu, Multiuser Detection, Cambridge University, A.T.I Library,1998 [2] Mohammed S Elmusrati, Radio Resource Scheduling and Smart Antennas in Cellular CDMA Communication Systems, Helsinki University OF Technology, Espoo August 2004 [3] Hafeth Hourani, Adaptive Antenna Systems: Overview, Helsinki University OF Technology, Hafeth.hourani@nokia.com, 2004/2005 [4] Dr John McDonough, Least Mean Square Error Estimation, University Karlsruhe, December 9th, 2004 [5] Aiay Mahimkar, Blind Adaptive beamforming Algorithm Using Software Radio, Ajaymahimkar@hotmail.com [6] L.Hanzo,L-L.Yang,E-L.Kuan and K.Yen ,”Single and Multi-Carrier CDMA: Multi-User Detection, Space –Time Spreading , Synchronisation and Standards,“2005 [7] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến, Học viện công nghệ Bưu viễn thông, nhà xuất Bưu điện, Hà nội, tháng năm 2004 [8] Compton, R.T.Jr, “Adaptive Antennas-Concepts and performamce,” Prentice Hall Englewood Cliffs, New Jersey 1998 [9] A J Viterbi, ”CDMA Principles of Spread Spectrum Communication,” Addison-Wesley 1995 [10] L.C.Godara, “Application of antenna arrays to mobile communication, part I: Performance improvement, feasibility, and system considerations,” Proceedings of the IEEE, vol 85, pp 1031-1060, July 1997 [11] L.C.Godara, “Application of antenna arrays to mobile communication, part II: Beamforming and direction-of-arrival considerations, ” Proceedings of the IEEE, vol 85, pp 1195-1245, Aug.1997 GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ - 118 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS-DR MULTITARGET [12] R Lupas and S Verdu, “Linear Multiuser Detectors for Synchronous CodeDivision-Multiple-Access Channels, ” IEEE Trans Info Theory, vol 35, no.1, pp.123-136, Jan 1989 [13] A Duel-Hallen, “Decorellating Decision-Feedback Multiuser Detector for Synchrounous Code-Division Multiple-Access Channel, ” IEEE Transaction on Communications, Vol 41, no 2, pp 285-290, February 1993 [14] M Chryssomallis, “Smart antennas, ” IEEE Antennas and Propagation Magazine , Vol 42 pp 129 -136, June 2000 [15] S Verdu, “ Multiuser Detection, ” Cambridge University Press., 1998 [16] V R Swarts & L Oppermann, “CDMA Techniques for Third Generation Mobile Systems,” Kluwer Academic Publishers, 1999 [17] T S Rappaport, ”Wireless Communication Principle & Practice,” Prentice hall ,1998 [18] Seetha Manickam, “Adaptive Beamforming Algorithm for Antenna Systems in a CDMA mobile Communication Systems,” smanicka@mtu.edu, July 2003 [19] Aditya Dua, “Multiuser Detection in DS-CDMA Systems: A review,” dua@ee.iitb.ac.in , Feb 2005 [20] Weihua Zhuang, “RLS Algorithm with variable Forgetting Factor Decision Feedback Equanlizer over Time-Variant Fading chasnnel,” wzhuang@bbcr.uwaterloo.ca, Dec 1999 [21] Dr John McDonough, “Least Mean Square Error Estimation,”, University Karlsruhe, December 9, 2004 [22] Hafeth Hourani, “Adaptive Antenna Systems: Overview,”, Helsinki University OF Technology, Hafeth.hourani@nokia.com, 2004/2005 GVHD: PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH: Lê Xuân Kỳ TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Lê Xuân Kỳ Ngày, tháng, năm sinh : 16/12/1972 Địa liên lạc : 36/45/32/54/2 Đường Bùi Tư Toàn, Phường An Lạc, Nơi sinh: Quảng Ngãi Quận Bình tân, TP Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : Từ 09/1992 đến 07/1997: Học chuyên ngành Điện Tử Viễn Thông, thuộc Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TP.HCM QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: Từ 08/1997 đến 01/1999 làm việc công ty TNHH Xuân quang Từ 02/1999 đến nay: Giảng dạy Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Dân lập Công Nghệ Sài Gòn (S.T.U: Saigon Technology University) ... Xuân Kỳ - 21 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS- DR MULTITARGET ¾ Tách sóng đa truy cập MUD (Multiuser Detection): tách sóng xử lý từ ngỏ tách sóng kinh điển (Bộ... nhiễu đa truy cập (MAI) HVTH: Lê Xuân Kỳ - 20 Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS- DR MULTITARGET Vấn đề đưa để giảm đến mức tối đa thành phần nhiễu đa truy cập. .. Đề tài: CẢI THIỆN CHẤT LƯNG TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP DÙNG PHƯƠNG PHÁP LS- DR MULTITARGET Ngoài luận văn tìm hiểu so sánh tách sóng đa user (MUD) Các MUD trình bày luận văn bao gồm: Bộ tách sóng tối