Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập trong mạng CDMA bằng khử nhiễu wavelet

TĨM TẮT Nhu cầu dịch vụ thơng tin khơng dây phát triển cách nhanh chóng Đáp ứng nhu cầu thách thức điều kiện giới hạn nguồn tài nguyên tần số vô tuyến Nó địi hỏi cần phải có kỹ thuật nhằm cải thiện hiệu sử dụng phổ tần số vô tuyến Hơn nữa, thông tin không dây đối mặt với nhiều vấn đề khó khăn nhiễu đa truy cập (MAI), kênh fading, giới hạn công suất kích thước thiết bị đầu cuối 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 Giải thuật CMA phương pháp hiệu để loại bỏ nhiễu MAI gần áp dụng cho hệ thống DS-CDMA với anten dãy cho thấy tiềm to lớn việc gia tăng dung lượng hệ thống Nhưng giải thuật CMA 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 Tiền giải trải phổ (pre-despread) phương pháp hữu hiệu để làm giảm vấn đề nhận sai tín hiệu làm mảng anten thích nghi CMA hữu hệ thống CDMA Sau giải trải phổ, tín hiệu nhận chứa đựng giao thoa (nhiễu) MAI từ user đồng kênh giao thoa nhiễu Nếu dùng giải thuật CMA để trích tín hiệu mong muốn tầng này, lực hệ thống không cải thiện nhiều giao thoa Ngược lại, tín hiệu sau tiền giải trải phổ xử lý lọc nhiễu wavelet (sóng con) để giảm nhiễu đặc tính tần số khác tín hiệu mong muốn nhiễu tín hiệu có tốc độ liệu cao Sau giải thuật CMA ép mảng ngõ tới hợp để trích tín hiệu mong muốn Với phương pháp giá trị dùng để tổng hợp tín hiệu có kết giao thoa thấp cải thiện lực hệ thống Dựa ý tưởng trên, đưa giải thuật lĩnh vực tách sóng đa truy cập Giải thuật gọi tiền giải trải phổ khử nhiễu wavelet (D-WD-CMA) Kết mô cho thấy giải thuật D-WD-CMA cải thiện chất lượng tách sóng hệ thống Thêm vào đó, tơi đưa cách chọn ngưỡng khử nhiễu áp dụng sơ đồ triệt nhiễu khác để nâng cao chất lượng tách sóng ABSTRACT The demands for wireless communication services are growing at a rapid rate Satisfying these demands is challenging since the limitation of the radio frequencies spectrum resource It requires new techniques to improve the using of the radio frequency spectrum effectively Code division multiple access (CDMA) technique is a solution brought the major benefit is increased capacity through more efficient use of frequency spectrum When the CDMA technique is used, adaptive antenna array and multi user detection (MUD) are needed to reject 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 The constant modulus algorithm is an effective blind approach to remove multiple access interference (MAI) and had recently been applied to direct-sequence code division multiple access (DS-CDMA) systems with array antennas, and shown to have tremendous potential for increasing cellular system capacity However, the CMA algorithm lacks signal-selectivity and may capture interference instead of the desired user Pre-despreading is an effective method to alleviate the capture problem and make the CMA adaptive array be available in CDMA systems After despreading, the signal obtained at the receiver still contains the interference caused by MAI from co-channel users and interference caused by the noise If we use CMA algorithm to extract the desired signal at this stage, the system performance is not improved much because of the interferences above In inverse, the signal after predespreading can be first processed by wavelet de-noising to reduce some noise according to the different frequency characteristics of the desired signal and noise, even if the signal has the relatively high data rate Then the CMA algorithm forces the array output to unity so as to extract the desired signal By this way, the values used for adaptive iteration will result in small interference, and improve system performance Based on the idea above, a new multitarget constant modulus array for multiuser detection in CDMA systems is presented in this thesis The proposed algorithm is called pre-despreading and wavelet denoising CMA algorithm (D-WDCMA) Simulation results showed that the D-WD-CMA algorithm can improve the system performance In addition, the thesis derives a method to select level of denoising and applies the interference cancellation techniques as parallel interference cancellation and serial interference cancellation for improving performance of mutiuser detection Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Mục lục Từ viết tắt Chương 1: CĂN BẢN CỦA MẢNG ANTEN THÍCH NGHI 1.1 Mảng chiều đồng dạng 1.2 Beamforming lọc không gian 13 1.3 Mảng thích nghi (Adaptive Array) 15 Chương 2: CÁC GIẢI THUẬT SỬ DỤNG CHO MẢNG ANTEN THÔNG MINH 17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Các giải thuật thích nghi khơng mù (Non-Blind Adaptive Algorithms) 17 2.2.1 Phương pháp Wiener 18 2.2.2 Phương pháp Steepest-Descent: 20 2.2.3 Giải thuật SMI (Sample Matrix Inversion) 21 2.2.4 Giải thuật LMS (Least Mean Squares Algorithm) 24 2.2.5 Giải thuật RLS (Recursive Least Squares Algorithm) 27 2.3 Các giải thuật thích nghi mù 28 2.3.1 Giải thuật trị tuyệt đối không đổi mù CMA 29 2.3.2 Các giải thuật sử dụng phương pháp Despread- Respread 34 2.3.3 Giải thuật LSDRMTA (Least Squared Despread-Respread Multitarget Array) 34 2.3.4 Giải thuật LSDRMTCMA (LSDR Multitarget CMA) 38 Các ưu điểm giải thuật LSDRMTCMA 42 Chương 3: CDMA VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG CDMA 43 3.1 Vài nét lịch sử phát triển công nghệ CDMA 43 3.1.1 Đa truy cập phân kênh theo mã - CDMA 44 3.1.2 Đa truy cập phân kênh theo không gian (SDMA) 45 3.2 Các đặc tính CDMA 46 3.2.1 Tính đa dạng phân tập 46 3.2.2 Đặc tính tái sử dụng tần số chung 46 3.2.3 Điều khiển công suất 47 3.2.4 Chuyển vùng mềm 48 3.2.5 Công suất phát thấp 49 3.2.6 Dung lượng mềm 50 3.2.7 Bảo mật gọi 51 3.2.8 Giá trị Eb / N0 thấp bảo vệ lỗi 51 3.2.9 Tách tín hiệu thoại 52 3.3 Các loại fading nhiễu ảnh hưởng đến hệ thống CDMA 52 3.3.1 Fading 52 3.3.2 Vấn đề gần- xa (Near-Far) 52 3.3.3 Hiện tượng đa đường (Multipath) 53 3.3.4 Nhiễu Gaussian trắng 54 3.3.5 Nhiễu đa truy cập MAI 57 3.4 Kỹ thuật trải phổ 60 3.4.1 Khái niệm 60 3.4.2 Đặc điểm hệ thống thông tin trải phổ 60 3.4.3 Ứng dụng nguyên lý trải phổ kỹ thuật đa truy cập 60 3.5 Phân loại hệ thống trải phổ 70 3.5.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp 70 GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet 3.5.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần 74 3.5.3 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian 75 Chương 4: CÁC BỘ TÁCH SÓNG ĐA TRUY CẬP 77 4.1 Giới thiệu 77 4.2 Mơ hình kênh thơng tin DS-CDMA đồng 77 4.3 Bộ tách sóng đa user tuyến tính (Linear Multiuser Detector) 80 4.3.1 Bộ tách sóng giải tương quan (Decorrelator Detector) 80 4.3.2 Bộ tách sóng sai số bình phương trung bình tối thiểu (MMSE Detector) 82 4.4 Các tách sóng đa user dùng phương pháp trừ (Subtractive Multiuser Detector) 83 4.4.1 Bộ triệt nhiễu nối tiếp (SIC: Successive Intereference Cancellation) 83 4.4.2 Bộ triệt nhiễu song song (PIC: Parallel Intereference Cancellation) 84 Chương 5: KHỬ NHIỄU DÙNG WAVELET 87 5.1 Khái quát wavelet: 87 5.1.1 Đặc tính tỷ lệ: 87 5.1.2 Đặc tính thời gian: 87 5.2 Phân tích wavelet 88 5.2.1 Thế phân tích wavelet 88 5.2.2 Biến đổi wavelet 92 5.3 Thiết lập biến đổi wavelet 93 5.4 Khử nhiễu dùng wavelet 95 5.4.1 Mơ hình chiều bản: 96 5.4.2 Nguyên tắc khử nhiễu: 96 5.4.3 Cách chọn ngưỡng: 97 5.4.4 Giải nhiễu không tỷ lệ không trắng: 100 5.3.5 Một thí dụ dùng DWT để khử nhiễu: 101 Chương 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 103 6.1 Giải thuật D-WD-CMA 104 6.1.1 Sơ đồ giải thuật: 104 6.1.2 Độ phức tạp giải thuật 106 6.2 Cải tiến giải thuật D-WD-CMA 106 6.3 Kết mô phỏng: 107 6.3.1 Đường BER theo SNR: 107 6.3.2 Đường BER theo NFR: 109 6.3.3 Đường BER theo số user: 112 6.4 Kết luận kiến nghị: 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 Lý lịch trích ngang: 117 GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Mục lục hình vẽ Hình 1.1: Mảng chiều đồng dạng Hình 1.2: Mảng vòng 12 Hình 1.3: Mảng hai chiều 13 Hình 1.4: Beamforming 14 Hình 1.5: Mảng anten thích nghi (Adaptive Antenna) 15 Hình 2.1: Mặt bậc hai cho tiêu chuẩn MSE 19 Hình 2.2: MSE phương pháp SMI động, kích thước khối K=10 23 Hình 2.3: “Beampattern” mảng chiều đồng dạng phần tử 23 Hình 2.4: Đường cong hội tụ giải thuật LMS 26 Hình 2.5: “Beampattern” giải thuật LMS 26 Hình 2.6: Đường cong hội tụ giải thuật RLS .28 Hình 2.7: “Beampattern” cho giải thuật RLS .28 Hình 2.8: Đường cong hội tụ giải thuật CM 33 Hình 2.9: “Beampattern” cho giải thuật CM 33 Hình 2.10: Mơ hình mảng thích nghi sử dụng giải thuật LSDRMTA 35 Hình 2.11: Sơ đồ khối giải thuật LSDRMTA 36 Hình 2.12: Sơ đồ khối giải thuật LSDRMTCMA .39 Hình 2.13: Mơ hình mảng thích nghi dùng giải thuật LSDRMTCMA 40 Hình 3.1: Đa truy cập phân kênh theo mã (CDMA) 45 Hình 3.2: Đường kết nối chuyển vùng mềm 48 Hình 3.3: Hiện tượng đa đường dẫn 53 Hình 3.4: Hàm mật độ xác suất chuẩn hoá Gaussian 55 Hình 3.5: (a) Mật độ cơng suất nhiễu trắng, (b) Hàm tự tương quan 56 Hình 3.6: Mật độ phổ cơng suất trước sau trải phổ cho user 57 Hình 3.7: Mạch ghi dịch 62 Hình 3.8: Bộ tạo chuỗi Gold cho cặp m 68 Hình 3.9: Phổ chuỗi PRBS 68 Hình 3.10: Hàm tự tương quan chuỗi PRBS 69 Hình 3.11: Dạng sóng tín hiệu PNw 71 Hình 3.12: Sơ đồ máy phát phương pháp điều chế PBSK 71 Hình 3.13: Dạng sóng thu từ hệ thống: 72 Hình 3.14: Sơ đồ máy thu hệ thống trải phổ trực tiếp 74 Hình 3.15: Dạng sóng tín hiệu hệ thống DS-SS 74 Hình 3.16: Trải phổ nhảy tần (FH - SS) 74 Hình 3.17: Minh hoạ trải phổ nhảy thời gian 75 Hình 4.1: Mơ hình kênh DS-CDMA 78 Hình 4.2: Mơ hình tách sóng kinh điển (Conventional Detector) 79 Hình 4.3: Bộ tách sóng giải tương quan (Decorrelator Detector) 80 Hình 4.4: Sơ đồ khối tách sóng MMSE 82 Hình 4.5: Sơ đồ khối triệt nhiễu nối tiếp (SIC) 83 Hình 4.6: Bộ triệt nhiễu song song tầng (PIC) 85 Hình 5.1: Sơ đồ lọc tầng 89 Hình 5.2: Sơ đồ giảm tần số lấy mẫu 90 Hình 5.3: Mô trường hợp giảm tần số lấy mẫu 91 Hình 5.4: Sơ đồ phân tích wavelet đa mức 91 GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Hình 5.5: Quá trình tăng mẫu 92 Hình 5.6: Ví dụ cách chọn ngưỡng 98 Hình 5.7: Ví dụ dùng DWT để khử nhiễu trắng 102 Hình 6.1: Sơ đồ khối giải thuật D-WD-CMA 105 Hình 6.2: So sánh đường BER D-WD-CMA với D-WD-CMA-2 107 Hình 6.3: So sánh đường BER LSCMA với D-WD-CMA-2 108 Hình 6.4: So sánh đường BER PIC với D-WD-CMA-2 109 Hình 6.5: So sánh đường BER LSCMA với D-WD-CMA-2 110 Hình 6.6: So sánh đường BER D-WD-CMA-2 với D-WD-CMA-SIC 111 Hình 6.7: So sánh đường BER theo số user, SNR = 112 Hình 6.8: So sánh đường BER theo số user, SNR = 113 GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Từ viết tắt AOA Angle-Of-Arrival AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BS Base Station CDMA Code Division Multiple Access CMA Constant Modulus Algorithm CWT Continous wavelet transform DOA Direction-Of-Arrival DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access DS-SS Direct - Sequence Spreading Spectrum D-WD-CMA Pre-despread and Wavalet Denoising CMA Algorithm DWT Discrete Wavelet Transform FDMA Frequency Division Multiple Access FH-SS Frequency - Hopping Spreading Spectrum IDWT Inverse Discrete Wavelet Transform LMS Least Mean Squares Algorithm LS Least-Squares LSDRMTA Least Squared Despread-Respread Multitarget Array LSDRMTCMA Least Squared Despread-Respread Multitarget CMA MAI Multiple Access Interference MMSE Minimum Mean Squared Error MSE Mean Squared Error NFR Near Far Ratio NRZ Non Return Zero PIC Parallel Interference Cancellation PN Pseudo Noise PRBS Pseudo Random Binary Sequence PSD Power Spectrum Density GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet RF Radio Frequency RLS Recursive Least Squares Algorithm SIC Successive Interference Cancellation SINR Maximum Signal-to-Interference-and-Noise Ratio SMI Sample Matrix Inversion TDMA Time Division Multiple Access TH-SS Time - Hopping Spreading Spectrum GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 103 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Chương 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Mục tiêu luận văn phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu cho phía thu để vượt qua vấn đề suy giảm tín hiệu nhiễu MAI hệ thống CDMA Các phương pháp cải thiện chất lượng tách sóng sử dụng dùng mảng anten thích nghi kỹ thuật tách sóng đa truy cập khác Trong mảng anten thích nghi tiêu chí đưa sử dụng giải thuật có tốc độ hội tụ cao, tối đa tỉ số tín hiệu nhiễu (SINR) Cịn tách sóng đa user tiêu chí đưa tốc độ lỗi bít (BER) thấp Trong chương trình bày giải thuật thích nghi sử dụng mảng anten thích nghi gồm: LMS, SMI, RLS, CMA LSDRMTA, LSDR MTCMA Chương trình bày khái niệm CDMA, đặc tính CDMA, loại nhiễu ảnh hưởng đến hệ thống, đặc biệt nhấn mạnh kỹ thuật trải phổ mạng CDMA gồm trải phổ trực tiếp, trải phổ nhảy tần, trải phổ nhảy thời gian Trong chương tách sóng trình bày là: Bộ tách sóng tối ưu (Optimum Multiuser detector), tách sóng tuyến tính (Linear Multiuser Detectors) tách sóng trừ (Subtractive Multiuser Detectors) Các tách sóng tuyến tính bao gồm tách sóng giải tương quan (Decorrelator Detector) tách sóng sai số bình phương trung bình tối thiểu (MMSE:Minimum Mean Squared Error Detector) Các tách sóng trừ bao gồm triệt nhiễu nối tiếp (SIC: Successive Interference Cancellation) triệt nhiễu song song (PIC: Parallel Interference Cancellation) Chương trình bày khái niệm wavalet, đặc tính wavelet, biến đổi wavelet rời rạc, phương pháp khử nhiễu dùng wavelet, cách chọn ngưỡng khử nhiễu Trong chương giới thiệu giải thuật D-WD-CMA để khử nhiễu MAI, sở phân tích, đánh giá nhiễu MAI, đưa phương pháp ước lượng GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 104 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet nhiễu, từ cải thiện chất lượng tín hiệu Để đánh giá hiệu giải thuật tơi viết chương trình mơ với tham số SNR, NFR, số lượng user thay đổi để so sánh đường BER giải thuật 6.1 Giải thuật D-WD-CMA 6.1.1 Sơ đồ giải thuật: Giải thuật LS CMA cực tiểu hàm chi phí [ ] H J ( wcma ) = E | wcma r | −1 (6.1) với wcma = [w1, w2, wM]T vectơ trọng số beamformer (búp sóng chính) Tại thời điểm k ngõ búp sóng y(k) = wcma(k)H r(k) (6.2) cập nhật vectơ số thời điểm k+1 y(k+1) = wcma(k) – Rrr-1(k)r(k)e(k) (6.3) với Rrr ma trận tự tương quan vectơ ngõ vào Rrr(k) = Rrr(k-1) + rkrkH (6.4) e(k) = y(k)/|y(k)| Giả sử user mong muốn p Trong giải thuật D-WD-CMA, tín hiệu nhận anten thứ m giải trải phổ thứ N −1 (m) ( m) rpre (kT + jTc )c jp − despeading ( k ) = ∑ r (6.5) j =0 Biểu thức (4.1) trở thành (1) ( 2) (M ) r (t ) = [rpre − despreading (t ), r pre − despreading (t ), , r pre − despreading (t ) ] (6.6) Sau khử nhiễu wavelet, biểu thức (6.6) thành ~ ~ (1) ~ ( 2) ~ (M ) r (t ) = [r pre− spreading (t ), r pre− spreading (t ), , r pre− spreading (t ) ] (6.7) Thế biểu thức (6.6) vào biểu thức (6.2)-(6.3), ta giải thuật D-WD-CMA GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 105 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet w1 Despread Despread Wavelet Denoising yp(i) w2 CM constraint M Despread wM Least-squares adaptive Hình 6.1: Sơ đồ khối giải thuật D-WD-CMA Giải thích giải thuật: Bước 1: Giải trải phổ tín hiệu vào phần tử mảng M anten Bước 2: - Biến đổi DWT tín hiệu trải phổ công thức f ( x) = ∞ ∑g k = −∞ k ( x), g k ( x) ∈ Wk - Thực khử nhiễu tín hiệu với hàm lọc T(w,λ), ngưỡng λ đánh giá q trình mơ - Biến đổi IDWT để trả lại tín hiệu cơng thức c k +1,n = ∞ ∑(p j = −∞ c n−2 j k , j + qn−2 j d k , j ) Bước 3: Bước giải thuật anten thích nghi: B3.1: Khởi tạo giá trị đầu cho véc tơ trọng số w1, w2 … wm có dạng sau: GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 106 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet wi = [1 … 0]TNx1 , i = 1, 2, … , m B3.2: Tính tốn giá trị ngõ mảng thích nghi sử dụng phương trình (6.2) B3.5: Cập nhật véc tơ trọng số cho thuê bao thứ i sử dụng phương trình (6.3) B3.6: Lặp lại từ B3.2 đến B3.5 giải thuật hội tụ 6.1.2 Độ phức tạp giải thuật Giải thuật D-WD-CMA gồm có bước: tiền giải trải phổ, khử nhiễu wavelet tích hợp thích nghi bình phương tối thiểu (least-square) dựa vào CMA Tiền giải trải phổ gồm M.N2 phép nhân M.(N-1) phép cộng Theo lý thuyết khử nhiễu wavelet, độ phức tạp phụ thuộc vào phân tách tái tạo lại lựa chọn mức ngưỡng ngưỡng hệ số chi tiết sử dụng phép tính Giải thuật phân tách D-WD-CMA cần 4(J+1)(M+LJ-2J+L) phép toán cho mức L tái hợp cần 4L(J+1)(2J+ max(r,s)+1) phép toán, với J chiều dài chuỗi {an}, {bn} tương ứng với kiểu wavelet, r s biểu thị chiều dài {pn}, {qn} Độ phức tạp CMA giảm bớt mức độ tích hợp dựa ký hiệu, khơng phải tín hiệu chip Nó cần M, M3 + M2, M2 phép nhân M-1, M2 M phép cộng Tóm lại, chi phí tính tốn cao giải thuật D-WD-CMA gia tăng độ phức tạp so với LS-CMA Khi áp dụng D-WD-CMA, lựa chọn vài wavelet yêu cầu phép tính hơn, giảm mức phân tách nhân tố mảng để giảm độ phức tạp dẫn đến khó khăn mặt số học 6.2 Cải tiến giải thuật D-WD-CMA Giải thuật D-WD-CMA khử nhiễu phần tín hiệu cách chọn mức biến đổi wavelet hệ số lọc Để tăng hiệu khử nhiễu, đòi hỏi nhiễu MAI phải ước lượng, đánh giá qua tầng lọc Về mặt đánh giá, ước lượng nhiễu, GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 107 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet tơi ước lượng nhiễu theo hàm tự tương quan chuỗi mã trải phổ Cụ thể, bước giải thuật D-WD-CMA, ngưỡng chọn dựa vào hàm tự tương quan chuỗi trải phổ Về lọc nhiễu sử dụng hai phương pháp lọc phổ biến lọc nhiễu nối tiếp lọc nhiễu song song 6.3 Kết mơ phỏng: Các chương trình mơ viết để so sánh đường BER tín hiệu theo tham số SNR, NFR, số user thay đổi 6.3.1 Đường BER theo SNR: 6.3.1.1 So sánh BER D-WD-CMA với D-WD-CMA-2 10 Single user bound D-W -CMA D-W -CMA-2 10 -2 BER 10 -1 10 10 -3 -4 Eb/No (dB) Hình 6.2: So sánh đường BER D-WD-CMA với D-WD-CMA-2 Hình 6.2 đường BER giải thuật D-WD-CMA giải thuật D-WDCMA-2 cải tiến việc khử nhiễu Nhìn vào hình ta thấy chất lượng tách sóng tăng, đường BER giảm so với giải D-WD-CMA túy Tham số mơ GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 108 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Số user : Số bit mơ 10000 * 1024: Tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR): : Đường chấm Δ Đường chấm o : 10.240.000 bit 1-9 dB D-W-CMA D-WD-CMA-2 6.3.1.2 So sánh BER LSCMA với D-WD-CMA-2 10 10 Single user bound LSCMA D-W -CMA-2 -1 -2 BER 10 10 10 -3 -4 Eb/No (dB) Hình 6.3: So sánh đường BER LSCMA với D-WD-CMA-2 Hình 6.3 đường BER giải thuật LSCMA giải thuật D-WD-CMA-2 cải tiến việc khử nhiễu Số user mô trường hợp 4, tham số khác: Số bit mô 1000 * 1024 : 1.024.000 bit Tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR) : 1-9 dB Đường chấm Δ : MMSE GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 109 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Đường chấm * : D-WD-CMA-2 6.3.1.3 So sánh BER PIC với D-WD-CMA-2 10 Single user bound PIC, m = D-W -CMA-2 10 -2 BER 10 -1 10 10 -3 -4 Eb/No (dB) Hình 6.4: So sánh đường BER PIC với D-WD-CMA-2 Hình 6.4 đường BER giải thuật PIC giải thuật D-WD-CMA-2 cải tiến việc khử nhiễu Số user mô trường hợp 4, tham số khác: Số bit mô 1000 * 1024: 1.024.000 bit Tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR): 1-9 dB Đường chấm Δ : PIC, tầng Đường chấm o : D-WD-CMA-2 6.3.2 Đường BER theo NFR: Đây kết khảo sát đường BER thay đổi tỷ số gần-xa (NFR) GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 110 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet NFR = 10 log10(P0/P) 6.3.2.1 So sánh đường BER LSCMA với D-WD-CMA-2 10 D-WD-CMA-2 Conventional LSCMA BER -1 10 -2 10 N/F (dB) 10 Hình 6.5: So sánh đường BER LSCMA với D-WD-CMA-2 Tham số mô phỏng: Số user : Số bit mô 100 * 512: 512.000 bit Tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR): dB Tỷ số NFR tối đa: 10 6.3.2.2 So sánh đường BER D-WD-CMA-2 với D-WD-CMA-SIC GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 111 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet 10 10 -1 -2 D-WD-CMA-2 BER D-WD-CMA-SIC Conventional LSCMA 10 10 -3 -4 10 N/F (dB) Hình 6.6: So sánh đường BER D-WD-CMA-2 với D-WD-CMA-SIC Hình 6.6 biểu diễn đường BER giải thuật D-WD-CMA-2, D-WD-CMASIC (giải thuật D-WD-CMA-2 áp dụng theo sơ đồ lọc nhiễu nối tiếp), Convention (tách sóng kinh điển), LSCMA Rõ ràng ta thấy đường BER giải thuật DWD-CMA-SIC áp dụng sơ đồ lọc nhiễu nối tiếp tốt giải thuật tách sóng thơng thường có khác biệt đáng kể biên độ tín hiệu Tham số mô phỏng: Số user : Số bit mơ 100 * 512: 512.000 bit Tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR): dB Tỷ số NFR tối đa: 10 GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 112 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet 6.3.3 Đường BER theo số user: 0.08 D-W D-CMA-2 D-W D-CMA-SIC Conventional LSCMA 0.07 BER 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 user Hình 6.7: So sánh đường BER theo số user, SNR = Tham số mô phỏng: Số user : 4-10 Số bit mô 100 * 256: 256.000 bit Tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR): dB GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 113 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet 0.05 D-W D-CMA-2 D-W D-CMA-SIC Conventional LSCMA 0.045 0.04 0.035 BER 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 user Hình 6.8: So sánh đường BER theo số user, SNR = Hình 6.8 biểu diễn đường BER số user thay đổi giải thuật DWD-CMA-2, D-WD-CMA-SIC, Conventional, LSCMA Khi gia tăng SNR, tỷ lệ lỗi gia tăng Mặc dù có thay đổi thơng số SNR giải thuật D-WD-CMASIC có đường BER tốt Tham số mô phỏng: Số user : 4-10 Số bit mô 100 * 256: 256.000 bit Tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR): dB 6.4 Kết luận kiến nghị: Đề tài giới thiệu giải thuật sử dụng mảng anten thích nghi để làm giảm bớt hay triệt tiêu thành phần nhiễu đa truy cập Bên cạnh đó, đề tài đưa phương pháp khử nhiễu dùng wavelet sử dụng thơng tin GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 114 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet chuỗi trải phổ để đánh giá vùng tập trung lượng tín hiệu, từ xác định mức ngưỡng để đạt mục tiêu khử nhiễu tối ưu Ngoài đề tài có vận dụng kết hợp mơ lọc nhiễu nối tiếp, lọc nhiễu song song để nâng cao chất lượng tách sóng Hướng phát triển đề tài: Do thời gian kiến thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, hạn chế đề tài Nếu có thời gian điều kiện để nghiên cứu sâu nhằm hoàn thiện đề tài ứng dụng vào thực tế, vấn đề cần nghiên cứu là: • Mơ hình hệ thống mô CDMA đồng chưa xét đến ảnh hưởng fading Tuy nhiên hệ thống CDMA thực tế, tín hiệu đến bất đồng có ảnh hưởng fading phía thu Thời gian tới nên tìm hiểu kênh CDMA bất đồng xét tín hiệu có ảnh hưởng fading • Nghiên cứu họ wavelet mới: Tơi sử dụng hàm wavelet sẵn có đế khử nhiễu tín hiệu Điều dẫn đến thời gian chạy chương trình lâu Nếu có thời gian nên nghiên cứu thêm họ wavelet để đạt mục tiêu khử nhiễu giảm thời gian chạy chương trình GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 115 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Zhang, 2004, A novel constant modulus array for multiuser detection [2] Agee, 1986, The least-squares CMA: A new technique for rapid correction of constant modulus signal, Proceedings of ICASSP, 11:953-956 [3] Cetin, K.K., Chen, G., Chui, C.K., 1994 Complexity analysis of wavelet signal decomposition and reconstruction IEEE Trans on Aerospace and Electronic Systems, 30(3):910-918 [4] Zorlu, Effect of Frequency-Time offsets on smart antenna algorithm for WCDMA, Saban University, 2003 [5] Proakis, Digital Communications, McGraw-Hill, third ed., 1995 [6] Sergio Verdu, Multiuser Detection, Cambridge University, A.T.I Library,1998 [7] Mohammed S Elmusrati, Radio Resource Scheduling and Smart Antennas in Cellular CDMA Communication Systems, Helsinki University OF Technology, Espoo August 2004 [8] Hafeth Hourani, Adaptive Antenna Systems: Overview, Helsinki University OF Technology, Hafeth.hourani@nokia.com, 2004/2005 [9] Dr John McDonough, Least Mean Square Error Estimation, University Karlsruhe, 2004 [10] 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 [11] Compton, R.T.Jr, “Adaptive Antennas-Concepts and performamce,” Prentice Hall Englewood Cliffs, New Jersey 1998 [12] A J Viterbi, “CDMA Principles of Spread Spectrum Communication”, Addison-Wesley 1995 GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 116 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet [13] 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 [14] 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 [15] 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 [16] 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 [17] M Chryssomallis, “Smart antennas, ” IEEE Antennas and Propagation Magazine , Vol 42 pp 129 -136, June 2000 [18] V R Swarts & L Oppermann, “CDMA Techniques for Third Generation Mobile Systems,” Kluwer Academic Publishers, 1999 [19] T S Rappaport, ”Wireless Communication Principle & Practice,” Prentice Hall ,1998 [20] Seetha Manickam, “Adaptive Beamforming Algorithm for Antenna Systems in a CDMA mobile Communication Systems,” smanicka@mtu.edu, July 2003 [21] Aditya Dua, “Multiuser Detection in DS-CDMA Systems: A review,” dua@ee.iitb.ac.in , Feb 2005 [22] Dr John McDonough, “Least Mean Square Error Estimation”, University Karlsruhe, December 9, 2004 GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 117 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Lý lịch trích ngang: Họ tên: Dương Minh Trí Ngày, tháng, năm sinh: 01-01-1978 Nơi sinh: Cần Thơ Địa liên lạc: 217 Cc An Hòa 2, đường Trần Trọng Cung, Q7 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC: Chế độ học: Chính quy Thời gian học: Từ 9/1995 đến 7/2000 Nơi học: Đại học Cần Thơ, Thành phố Cần Thơ Ngành học: Điện tử TRÊN ĐẠI HỌC: Cao học Từ 5/9/2004 đến : Trường Đại học Bách khoa Q TRÌNH CƠNG TÁC: - Từ tháng 10/2000 đến 04/2004: Kỹ sư nghiên cứu phát triển Công ty cổ phần viễn thông VTC - Từ tháng 05/2004 đến nay: Kỹ sư phần mềm TMA Solutions GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí ... số tín hiệu nhiễu (SNR) thấp GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 43 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet Chương 3: CDMA VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG CDMA 3.1 Vài... Trí 46 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu wavelet 3.2 Các đặc tính CDMA 3.2.1 Tính đa dạng phân tập Fading đa đường xảy hai hay nhiều đường tín hiệu kết hợp triệt tiêu lẫn Truy? ??n... ngõ tách sóng, dạng sóng tín hiệu truy? ??n phía phát khoảng thời gian ⎡⎣( k − 1) Tb , kTb ⎤⎦ có GVHD: PGS TS Vũ Đình Thành HVTH: Dương Minh Trí 35 Cải thiện chất lượng tách sóng đa truy cập khử nhiễu