Phương pháp tách sóng multiuser trong hệ thống multirate CDMA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA # " TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG ĐA USER MỚI TRONG CÁC HỆ THỐNG MULTICODE – CDMA CBHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN HVTH: ĐẶNG NGỌC MINH ĐỨC Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Khóa : 2005 Mã số ngành : 605270 TP.Hồ Chí Minh, tháng - 2007 TĨM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, thông tin liên lạc phát triển nhanh chóng mạnh mẽ, đặc biệt thơng tin di động Các hệ thống thơng tin băng hẹp có khả kháng nhiễu giao thoa liên ký tự ISI khoảng ký hiệu rộng khoảng trải trễ kênh truyền Tuy nhiên, chất lượng tín hiệu băng hẹp lại bị suy giảm mạnh fading phẳng không mong muốn Để chống lại fading phẳng này, hệ thống đa truy cập phân chia theo mã sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp DS-CDMA đời nhằm làm cho băng thơng tín hiệu rộng nhiều băng thông liên kết kênh truyền Các hệ thống CDMA dần chứng tỏ khả vượt trội dung lượng chất lượng với nhiều dịch vụ đa phương tiện khác Hệ thống CDMA có nhiều ưu điểm bật như: dung lượng mềm lớn nhiều so với phương pháp FDMA TDMA, chống nhiễu đa đường, có tính bảo mật cao, hỗ trợ truyền liệu với tốc độ khác nhau… Tuy nhiên, kỹ thuật có khuynh hướng bị nhiễu liên chip ICI (inter-chip) Trong năm gần đây, kỹ thuật điều chế đa sóng mang, thường gọi OFDM, sử dụng rộng rãi ứng dụng vô tuyến hữu tuyến nhằm khắc phục hạn chế việc truyền tín hiệu băng hẹp băng rộng Nhóm ký hiệu hệ thống OFDM phát song song sóng mang phụ khác chịu ảnh hưởng fading phẳng Bên cạnh đó, sóng mang phụ có búp phụ chồng lấp lên làm tăng hiệu sử dụng băng thông Ưu điểm hệ thống tính bền vững fading đa đường, khả triệt nhiễu băng hẹp, hệ thống phức tạp điều chế đa sóng mang thực dễ dàng nhờ giải thuật IFFT việc cân kênh truyền thực miền tần số Xuất phát từ nhu cầu khác tốc độ chất lượng dịch vụ, hệ thống MTC-CDMA đời nhằm đáp ứng nhu cầu tốc độ khác Hệ thống MTC-CDMA sử dụng tập mã mà kích thước tập mã thay đổi tùy theo tốc độ yêu cầu Để cải thiện chất lượng hệ thống MC-CDMA hệ thống MTCCDMA kênh truyền fading, ta có kết hợp hệ thống tạo thành hệ thống MTC-MC-CDMA Hệ thống MTC-MC-CDMA kết hợp ưu điểm hệ thống MC-CDMA MTC-CDMA, đồng thời khắc phục nhược điểm hệ thống Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề sau: hệ thống MTCCDMA MTC-MC-CDMA tốc độ thích nghi, mã CI thích nghi, số phương pháp tách sóng đa user cho hệ thống MTC-CDMA MTC-MC-CDMA dùng mô để đánh giá so sánh Hệ thống MTC-MC-CDMA đề cử đầy triển vọng cho hệ thống thông tin di động tương lai Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm phần chính: Phần giới thiệu lý thuyết tổng quan hệ thống thông tin di động Phần trình bày số phương pháp cải thiện tiêu chất lượng hệ thống MTC-CDMA Và phần cuối kết mô hướng phát triển đề tài MỤC LỤC Mục lục Kỹ thuật đa sóng mang hệ thống MC-CDMA 1.1 Kỹ thuật đa sóng mang OFDM 1.2 Hệ thống MC-CDMA 1.3 Mã trải phổ CI (Carrier Interferometry) Các hệ thống MTC-CDMA 2.1 Hệ thống MTC-CDMA kiểu song song 2.2 Hệ thống MTC-CDMA kiểu M-ary 2.3 Cải thiện mã CI giải thuật thích nghi 2.4 Hệ thống Rate Adaptive MTC-CDMA Các phương pháp tách sóng hệ thống MTC-CDMA 10 3.1 Các phương pháp tách sóng đơn user 11 3.2 Các phương pháp tách sóng đa user 12 3.3 Các phương pháp tách sóng đa user 13 3.4 Ước lượng kênh truyền mờ 15 Mô 4.1 So sánh mã hệ thống MTC-CDMA 17 4.2 So sánh phương pháp tách sóng: 24 4.3 Hệ thống Rate-Adaptive MTC-CDMA MTC-MC-CDMA 32 Kết luận hướng phát triển đề tài 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 38 Kỹ thuật đa sóng mang hệ thống MC-CDMA 1.1 Kỹ thuật đa sóng mang OFDM Trong OFDM, luồng liệu đầu vào có tốc độ cao Luồng qua biến đổi nối tiếp sang song song, xếp luồng liệu tốc độ cao thành N luồng có tốc độ thấp Mỗi luồng lại đưa lên sóng mang, khoảng cách sóng mang chọn cho chúng trực giao nhằm đảm bảo sóng mang tách riêng phía thu Kế đến sóng mang cộng lại, điều chế lên tần số phát phát lên kênh truyền Lợi ích OFDM thấy rõ xem xét việc truyền qua kênh truyền Các luồng liệu tốc độ thấp nên có băng thơng hẹp Khi chúng truyền qua kênh truyền, chúng chịu fadding phẳng, độ lợi cho tất tần số tạo nên luồng liệu tốc độ thấp Vì khơng cần cân đầu thu Lợi điểm thứ OFDM tiết kiệm 50% băng thông so với FDM thông thường Tuy nhiên, cần giảm nhiễu xuyên kênh sóng mang phụ nghĩa cần có trực giao tốt sóng mang phụ khác Vì vậy, OFDM có hiệu việc sử dụng phổ tần số cho sẵn Tại máy thu, luồng liệu trước tiên đưa băng gốc nhờ trộn Luồng liệu chia thành N luồng tốc độ thấp cách tách luồng liệu thấp thứ ith, nhân với tần số sóng mang thứ ith theo sau lọc thông thấp Khi luồng liệu tốc độ thấp tách riêng, định đơn giản dùng 1.2 Hệ thống MC-CDMA MC-CDMA kết hợp OFDM CDMA MC-CDMA tận dụng ưu điểm OFDM CDMA Nó có tính bền vững với nhiễu chọn lọc tần số sử dụng băng thông hiệu quả, chống lại trễ trải khoảng symbol tăng, tận dụng mơ hình phân tập tần số giảm độ phức tạp cân đường truyền sóng mang phụ bị ảnh hưởng fading phẳng độc lập Ngoài ra, việc kết hợp OFDM với CDMA có ưu điểm làm giảm tốc độ symbol sóng mang phụ để khoảng symbol dài dễ thực giả đồng e j π Δ ft β1k Re{ } e k e j π ( N −1) Δ ft βN j 2π fct Hình 1.1: Máy phát MC-CDMA Dung lượng hệ thống MC-CDMA bị giới hạn nhiễu từ user khác tất user cell chia sẻ băng tần Hiệu ứng gần-xa fading làm cho công suất thu trạm gốc mạng thông tin di động khác khác làm giảm dung lượng hệ thống Để tăng dung lượng hệ thống, vấn đề hiệu ứng gần-xa fading cần phải xử lý cho cơng suất tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc Để chống lại hiệu ứng gần-xa fading cách hiệu quả, điều khiển công suất đường lên chặt chẽ xác nghĩa cơng suất từ máy di động giữ mức nhỏ mà giữ chất lượng dịch vụ (QoS: Quality of Service) cần thiết hệ thống CDMA e β1k j π Δ ft r(t) β Nk e j π ( N −1) Δ ft e Combiner ∫ ∫ j 2π fct Bộ định Bit thơng tin Hình 1.2: Máy thu MC-CDMA 1.3 Mã trải phổ CI (Carrier Interferometry) Mã trải phổ CI loại mã phức trực giao Nó ứng dụng hệ thống MC-CDMA cách thay mã trải phổ thông thường (mã Gold, mã WalshHadamard chuỗi {+1,-1}) mã trải CI cho user thứ k tập {e jθ , e jθ , , e jθ } = {e j0 , e j2πk / N , e j2.2πk / N , , e j(N−1)2πk / N } Với cách chọn vậy, N user (k=1,1,…,N) đảm bảo trực giao Dựa vào tính chất giả trực giao sóng CI, hệ thống MC-CDMA sử dụng mã CI cịn hỗ trợ thêm N users (user N+1, ,1N N user hỗ trợ) cách gán cho user N+k mã trải: N {e jθ1 } , e jθ , , e jθ N = {e j (0+Δθ ) , e j (2π k / N +Δθ ) , e j (2.2π k / N +Δθ ) , , e j (( N −1).2π k / N +Δθ ) } với Δθ = π / N Theo cách này, N user giả trực giao thêm vào hổ trợ cách gán cho user mã tương ứng tín hiệu CI giả trực giao với tín hiệu CI N user gốc Như vậy, hệ thống sử dụng mã CI thể tính linh động cao đồng thời nâng cao dung lượng hệ thống Các hệ thống MTC-CDMA Có loại hệ thống MTC-CDMA: Hệ thống MTC-CDMA theo kiểu song song MTC-CDMA theo kiểu M-ary (Mơ hình hệ thống theo Schotten) 2.1 Hệ thống MTC-CDMA kiểu song song Trong máy phát hệ thống MTC-CDMA kiểu song song, dịng liệu đầu vào có tốc độ Tb cao gấp M lần tốc độ đưa qua chuyển đổi nối tiếp song song để chuyển thành M luồng liệu song song có tốc độ thấp Tss=M*Tb Chính điều làm tăng chu kỳ ký hiệu làm cho hệ thống nhạy với tượng đa đường thông tin di động M luồng liệu xem M người dùng độc lập, tất luồng trải phổ tập mã trực giao có chiều dài M, nhằm đảm bảo băng thơng giống liệu đầu vào Do yêu cầu tính trực giao tập mã nên mã WH dùng thông qua phép biến đổi Fast Walsh – Hadamard Transform Sau đó, luồng liệu mã hóa cộng lại, trải phổ chuỗi trải phổ đặc trưng cho user trước điều chế phát cao tần Hình 2.1 mơ tả hệ thống MTC-CDMA kiểu song song C1 Serial to Parallel d k (t ) U k (n ) C2 cos(ωc t ) s (t ) # CM Hình 2.1: Máy phát MTC-CDMA kiểu song song C1 U k (n ) C2 r (t ) Tc dt ∫ Tc dt # CM ∫ Tc Parallel to Serial cos(ωc t ) ∫  d k (t ) dt Hình 2.2: Máy thu MTC-CDMA kiểu song song Tại máy thu, tín hiệu thu giải điều chế cao tần, giải trải phổ qua tích phân để đưa biến định, sau qua chuyển đổi song song sang nối tiếp để khôi phục lại liệu 2.2 Hệ thống MTC-CDMA kiểu M-ary Tại máy phát (hình 2.3), số M chuỗi mã thông tin Vm(n) chọn tùy thuộc vào ký tự liệu M-ary Sau chuỗi mã nhân với chuỗi mã đặc trưng cho người dùng, điều chế cao tần phát kênh truyền Tín hiệu thu máy thu (hình 2.4) sau đưa xuống tín hiệu băng gốc nhân với chuỗi mã đặc trưng user, sau kết thu được tính tương quan so với chuỗi tập M chuỗi mã Chuỗi cho kết tương quan lớn chọn ánh xạ ngược lại thành ký tự M-ary E k U k (n ) V1 (n) :1 -1 1 V2 ( n) :1 -1 cos(ωc t ) # Vm ( n) :1 1 -1 # VM (n) : -1 1  Length = N Hình 2.3: Máy phát MTC-CDMA kiểu M-ary Matched Filter cos(ωc t ) V1 (−n) V2 (−n) U k (n ) r (t ) # Vm (−n) m  Bộ b k ,i định # VM (−n) Hình 2.4: Máy thu MTC-CDMA kiểu M-ary Để cải thiện chất lượng hệ thống MC-CDMA (Multicarier-CDMA) hệ thống MTC-CDMA (Multicode-CDMA) kênh truyền fading, ta kết hợp hai hệ thống thành hệ thống MTC-MC-CDMA (Multicode-Multicarier-CDMA) Vì ta có hệ thống MTC-CDMA theo kiểu song song kiểu M-ary ta có hệ thống MTC-MC-CDMA kiểu song song kiểu M-ary Đối với hệ thống MTC-MC-CDMA kiểu song song, dòng liệu vào qua biến đổi nối tiếp song song có P ngõ song song Symbol ngõ copy thành F nhánh (F số trải phổ Multicarrier-CDMA) Symbol nhánh nhân với mã trải phổ tương ứng Tín hiệu song song tất user cộng lại điều chế PF sóng mang trực giao Đối với hệ thống MTC-MC-CDMA kiểu M-ary ký tự liệu M-ary xác định chuỗi mã tập mã VM(n) để truyền Sau đó, copy thành F nhánh, nhánh trải phổ điều chế lên sóng mang trực giao Sự khác hệ thống MTC-MC-CDMA kiểu song song kiểu M-ary khối biến đổi nối tiếp sang song song, tập mã VM(n), sau khối copier, điều chế đa sóng mang Với khác thế, từ phần trở tập trung phân tích cho hệ thống MTC-MC-CDMA kiểu M-ary đại điện cho hệ thống MTCMC-CDMA Ký tự liệu M-ary bk,i Khối chọn lọc m Ck ,1 cos(ω1t + θ1 ) (1 ≤ m ≤ M) V1 (n) :1 -1 1 V2 ( n) :1 -1 Ck ,2 cos(ω2t + θ ) # Vm ( n) :1 1 -1 Copier Ck , L cos(ωL t + θ L ) m # VM (n) : -1 1  ∑ s(t ) M Length = N Tập chuỗi mã Hình 2.5: Sơ đồ khối máy phát MTC-MC-CDMA Matched Filter cos(ω1t + θ1 ) Ck ,1 cos(ω2t + θ ) Ck ,2 r (t ) ∫ Tc ∫ Tc ∫ Tc 0 V1 (−n) V2 (− n) dt dt ∑ λk ,n cos(ωL t + θ L ) Ck , L dt Tạo lại chuỗi x (t ) # k m mã Vm (− n) chiều # dài N VM (−n)  Bộ bk ,i định Hình 2.6: Sơ đồ khối máy thu MTC-MC-CDMA 2.3 Cải thiện mã CI giải thuật thích nghi Có hai dạng tín hiệu CI thích nghi, gọi thích nghi địa phương thích nghi tồn cục Trong thích nghi địa phương, user riêng biệt điều chỉnh biên độ tín hiệu CI mà khơng cần quan tâm tới user lại Tức user cần quan tâm đến tình trạng thời user mà thơi Ngược lại thích nghi tồn cục, user khơng phải điều chỉnh biên độ tín hiệu trải phổ CI cách đồng thời mà phải quan tâm đến tình trạng tồn hệ thống Trong hai trường hợp, ta giả sử biết đặc tính kênh truyền thu Điểm khác biệt thích nghi địa phương ta cần biết thông tin kênh truyền user xét Trong thích nghi tồn cục ta phải biết khơng đặc tính kênh truyền user cịn lại mà cịn phải biết đặc tính lọc máy thu Ở đây, ta sử dụng phương pháp tách sóng đa user Xét thu MMSE với vector trọng số là: wk = R −1 H k Pk ck (2.1) Với R ma trận tương quan thu, Pk ma trận đường chéo NxN với phần tử đường chéo thứ m e jmΔθ k T , ck = ⎡⎣ck(0) , , ck( m ) , , ck( N −1) ⎤⎦ vector biên độ sóng mang cho user thứ k, Hk ma trận đường chéo NxN với (m) phần tử đường chéo thứ m hk - Thích nghi địa phương Mục tiêu ta phải giải phương trình tối ưu sau: MSE j = E {|| b j (n) − w Hj r ||2 } cj (2.2 ) với || c j ||2 ≤ κ j + Phương pháp forward-backward Vector biên độ sóng mang: c j = ν H Hj PjH w j ν= Với: κj w Hj H Hj H j w j (2.3) (2.4) + Phương pháp nối max cj SINR j = c Hj PjH H Hj R −j H j Pj c j (2.5) với || c j ||2 ≤ κ j Sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange, nghiệm phương trình tối ưu phía phải thỏa điều kiện sau: {P H j H Hj R −j 1H j Pj } c j = μ j c j (2.6) Khi μ j nhân tử Lagrange, ta chứng minh cj eigenvector ma trận ⎡⎣c Hj PjH H Hj R −j H j Pj c j ⎤⎦ giá trị SINRj đạt cực đại Lưu ý rằng, khơng có tượng đa đường Hj=I cj chọn cách đơn giản eigenvector tương ứng với giá trị eigenvalue lớn ma trận R −j - Thích nghi tồn cục Phương trình tối ưu cho cơng thức: K TMSE = ∑ MSE j = E {|| b(n) − W H r ||2 } cj j =1 với || c j ||2 ≤ κ j , j=1,2, ,K (2.7) + Phương pháp forward-backward Vector biên độ sóng mang cập nhật: c j = ( PjH H Hj WW H H j Pj + μ j I ) H Hj PjH w j −1 (2.8) + Phương pháp nối Công thức tối ưu cho sau: max cj K TSINR j = ∑ SINR j j =1 K = ∑ c Hj PjH H Hj R −j 1H j Pj c j (2.9) k =1 2.4 Hệ thống Rate Adaptive MTC-CDMA Các hệ thống CDMA điều khiển công suất phát theo frame để khắc phục hiệu ứng gần xa Ở đây, ta giả sử tất user phát tín hiệu với cơng suất, nhằm mục đích đơn giản hóa việc khảo sát Ta khơng tiến hành điều khiển cơng suất mà thay vào thực điều khiển tốc độ liệu phát để cải thiện hiệu suất phổ dung lượng hệ thống Giả sử máy thu ước lượng kênh truyền cách hồn hảo, hồi tiếp thơng tin phía máy phát mà khơng bị lỗi Sau nhận thông tin kênh truyền, máy phát tính lại tốc độ truyền liệu M frame kế dựa vào giá trị tỷ số SINR (Signal-to-interference and noise ratio) tức thời, yêu cầu tỷ lệ lỗi bit tốc độ liệu tối đa cho phép hệ thống Ta giả sử hệ thống truyền có đồng bộ, nghĩa user phát liệu họ thời điểm Tín hiệu thu user thứ i tổng tín hiệu mong muốn, tín hiệu giao thoa từ user khác tín hiệu nhiễu nhiệt, phương trình: ri (t ) = K ∑ rij (t ) + n(t ), i = 1, 2, , K j =1 = K ∑ gij I + n(t ) (2.10) j =1 Trong đó: - K tổng số user - rij (t ) tín hiệu thu thứ i xuất phát từ tín hiệu phát user thứ j - gij độ lợi kênh truyền tương ứng Do tính trực giao chuỗi mã, tỷ số SINR tính theo phương trình 2.11: 4.2 So sánh phương pháp tách sóng: Trong phần này, xem xét ảnh hưởng của phương pháp tách sóng lên chất lượng hệ thống MTC-CDMA MTC-MC-CDMA BER theo SNR cua he thong MTC-CDMA(FADING) theo SUD 10 EGC MMSE MRC ZF-ORC -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 10 15 SNR(dB) Hình 4.8: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-CDMA (FADING) với phương pháp tách sóng đơn user khác Thơng số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng SUD Giá trị MTC-CDMA FADING Walsh-Hadamard 10 16 EGC MMSE MRC ORC(ZF) Bảng 4.8: Thơng số mơ hình 4.8 Kết mô BER hệ thống MTC-CDMA theo phương pháp tách sóng đơn user cho hình 4.8 Phương pháp tách sóng đơn user EGC cho kết BER xấu làm tăng nhiễu MAI 24 BER theo SNR cua MTC-CDMA(FADING) theo MUD 10 Semi-MMSE Space-Frequency MMSE ZF Semi-Decorr -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 10 15 SNR(dB) Hình 4.9: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-CDMA (FADING) với phương pháp tách sóng đa user khác Thơng số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng MUD Giá trị MTC-CDMA FADING Walsh-Hadamard 10 16 MMSE ORC(ZF) Semi-MMSE Semi-Decorr Space-Frequency Bảng 4.9: Thơng số mơ hình 4.9 Hình 4.9 cho kết mơ BER hệ thống MTC-CDMA theo phương pháp tách sóng đa user khác Ba phương pháp tách sóng đa user khảo sát Kết mô cho thấy, phương pháp tách sóng đa truyền thống phương pháp MMSE cho BER tốt so với phương pháp tách sóng giải tương quan Ba phương pháp tách sóng cho BER cải thiện đáng kể so với phương pháp cũ Ba phương pháp sử dụng phân tập không gian – tần số nên tận dụng ưu điểm phân tập Tuy nhiên phương pháp Semiblind sử dụng phương pháp khai triển khơng gian con, nên tiền đề cho phương pháp tách sóng mờ sau 25 10 BER theo SNR cua MTC-CDMA(FADING) -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 BER 10 EGC-SUD MMSE-MUD Semi-MMSE-MUD Semi-Decorr-MUD 10 15 SNR(dB) Hình 4.10: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC- CDMA (FADING) với phương pháp tách sóng khác Thông số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng Giá trị MTC-CDMA FADING Walsh-Hadamard 10 16 EGC-SUD MMSE-MUD Semi-MMSE-MUD Semi-Decorr-MUD Bảng 4.10: Thơng số mơ hình 4.10 Hình 4.10 kết mơ so sánh phương pháp tách sóng đơn/đa user cho hệ thống MTC-CDMA Phương pháp tách sóng đa user cho BER tốt so với phương pháp tách sóng đơn user Phương pháp Semiblind-MMSE cho kết BER tốt 26 BER theo SNR cua he thong MTC-MC-CDMA(FADING) theo SUD ma WH 10 EGC MMSE MRC ZF-ORC -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 10 15 SNR(dB) Hình 4.11: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-MC-CDMA (FADING) với phương pháp tách sóng đơn user khác sử dụng mã WH Thơng số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng SUD Giá trị MTC-MC-CDMA FADING Walsh-Hadamard 10 32 16 EGC MMSE MRC ORC(ZF) Bảng 4.11: Thơng số mơ hình 4.11 Phương pháp tách sóng EGC cho BER hệ thống lớn, phương pháp ORC, MRC cho BER gần giống phương pháp tách sóng MMSE cho BER tốt tỉ số tín hiệu nhiễu cao 27 10 10 BER 10 10 10 10 10 BER theo SNR cua MTC-MC-CDMA theo MUD ma WH ZF MMSE Semi-MMSE Space-Frequency Semi-Decorr -1 -2 -3 -4 -5 -6 10 15 SNR(dB) Hình 4.12: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-MC-CDMA (FADING) với phương pháp tách sóng đa user khác mã WH Thông số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng MUD Giá trị MTC-MC-CDMA FADING Walsh-Hadamard 10 32 16 MMSE ORC(ZF) Semi-MMSE Semi-Decorr Space-Frequency Bảng 4.12: Thông số mô hình 4.12 Các phương pháp tách sóng thể khác biệt rõ hệ thống MTC-MCCDMA Phương pháp Semilind sử dụng không gian cho BER tốt hẳn Trong đó, MMSE có ưu phương pháp tách sóng đơn user 28 10 10 EGC MMSE MRC ZF-ORC -1 -2 BER 10 BER theo SNR cua he thong MTC-MC-CDMA(FADING) theo SUD ma CI 10 10 10 -3 -4 -5 10 15 SNR(dB) Hình 4.13: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-MC-CDMA (FADING) với phương pháp tách sóng đơn user khác mã CI Thông số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng Giá trị MTC-MC-CDMA FADING CI 10 32 16 EGC MMSE MRC ORC(ZF) Bảng 4.13: Thơng số mơ hình 4.13 Hình 4.13 kết mơ phương pháp tách sóng đơn user hệ thống MTC-MC-CDMA sử dụng mã CI Kết so sánh hệ thống MTC-MC-CDMA dùng mã Hadamard 29 10 10 BER 10 10 10 10 10 BER theo SNR cua he thong MTC-MC-CDMA theo MUD ma CI ZF MMSE Semi-MMSE Space-Frequency Semi-Decorr -1 -2 -3 -4 -5 -6 10 15 SNR(dB) Hình 4.14: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-MC-CDMA (FADING) với phương pháp tách sóng đa user khác mã CI Thơng số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng Giá trị MTC-MC-CDMA FADING CI 10 32 16 MMSE ORC(ZF) Semi-MMSE Semi-Decorr Space-Frequency Bảng 4.14: Thơng số mơ hình 4.14 Hình 4.14 kết mơ phương pháp tách sóng đa user hệ thống MTC-MC-CDMA sử dụng mã CI Các phương pháp sử dụng phân tập không gian cho BER tốt 30 10 10 BER 10 10 10 10 10 BER theo SNR cua he thong MTC-MC-CDMA(FADING) EGC-SUD MMSE-MUD Semi-MMSE-MUD Semi-Decorr-MUD -1 -2 -3 -4 -5 -6 10 15 SNR(dB) Hình 4.15 : Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-MC-CDMA (FADING)với phương pháp tách sóng khác Thơng số Hệ thống Kênh truyền Loại mã sử dụng Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Phương pháp tách sóng Giá trị MTC-MC-CDMA FADING CI 10 32 16 EGC-SUD MMSE-MUD Semi-MMSE-MUD Semi-Decorr-MUD Bảng 4.15: Thơng số mơ hình 4.15 Trong phương pháp tách sóng mơ phần này, phương pháp tách sóng sử dụng phân tập khơng gian tần số có ưu điểm cải thiện BER hệ thống Nhưng phải sử dụng nhiều antennas thu, điều có nghĩa phần cứng phức tạp tốn Do đó, tùy vào yêu cầu BER hệ thống mà sử dụng phương pháp tách sóng phù hợp 31 4.3 Hệ thống Rate-Adaptive MTC-CDMA MTC-MC-CDMA: 10 BER theo SNR cua cac he thong MTC-CDMA MTC-CDMA(AWGN) MTC-CDMA(FADING) MTC-CDMA(RATE-ADAPT) -1 BER 10 10 10 -2 -3 10 15 SNR(dB) Hình 4.16: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-CDMA theo môi trường truyền khác Thông số Hệ thống Kênh truyền Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Loại mã sử dụng Giá trị MTC-CDMA AWGN FADING 10 32 16 Walsh-Hadamard Bảng 4.16: Thơng số mơ hình 4.16 Trên hình 4.16, ta thấy kết mô hệ thống MTC-CDMA môi trường truyền nhiễu Gauss fading BER hệ thống môi trường fading xấu đặc tính kênh tuyền fading Nhưng chất lượng BER hệ thống môi trường fading cải thiện đáng kể sử dụng giải thuật tốc độ thích nghi 32 BER theo SNR cua cac he thong MTC-MC-CDMA 10 -1 10 -2 10 -3 BER 10 -4 10 -5 10 -6 10 MTC-MC-CDMA(AWGN) MTC-MC-CDMA(FADING) MTC-MC-CDMA(RATE-ADAPT) -7 10 10 15 SNR(dB) Hình 4.17: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-MC-CDMA Thông số Hệ thống Kênh truyền Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Loại mã sử dụng Giá trị MTC-MC-CDMA AWGN FADING 10 32 16 Walsh-Hadamard Bảng 4.17: Thơng số mơ hình 4.17 Cũng tương tự hệ thống MTC-CDMA, BER hệ thống MTC-MC-CDMA mơi trường fading sử dụng giải thuật tốc độ thích nghi cho BER gần giống với BER môi trường nhiễu Gauss 33 10 -1 10 -2 10 -3 BER 10 10 10 10 10 BER theo SNR cua cac he thong MTC-CDMA -4 -5 MTC-CDMA(FADING) MTC-CDMA(RATE-ADAPT) MTC-MC-CDMA(FADING) MTC-MC-CDMA(RATE-ADAPT) -6 -7 10 15 SNR(dB) Hình 4.18: Khảo sát BER theo SNR hệ thống MTC-CDMA MTC-MC-CDMA Thông số Hệ thống Kênh truyền Số user Số sóng mang phụ Kích thước tập chuỗi mã Multicode(M) Loại mã sử dụng Giá trị MTC-CDMA MTC-MC-CDMA AWGN FADING 10 32 16 Walsh-Hadamard Bảng 4.18: Thơng số mơ hình 4.18 Đây kết so sánh hệ thống MTC-CDMA, MTC-MC-CDMA môi trường fading Hệ thống MTC-MC-CDMA cho kết BER tốt hệ thống MTC-CDMA sử dụng nhiều sóng mang phụ, chịu ảnh hưởng fading phẳng sóng mang phụ Giải thuật tốc độ thích nghi làm cải thiện BER hệ thống cách đáng kể 34 Kết luận hướng phát triển đề tài: Nhằm cung cấp dịch vụ có tốc độ khác hệ thống Multicode ứng cử viên Để cải thiện chất lượng hệ thống MTC-CDMA, cần kết hợp với hệ thống Multicarrier-CDMA tạo thành hệ thống Multicode-Mulicarrier-CDMA Trong hệ thống MTC-MC-CDMA này, phương pháp tách sóng sử dụng phân tập khơng gian – tần số cải thiện BER hệ thống cách đáng kể Bên cạnh đó, phương pháp tách sóng đa user sử dụng phương pháp phân tích khơng gian nên tiền đề cho phương pháp tách sóng mờ sau Việc ứng dụng mã CI vào hệ thống MTC-MC-CDMA làm tăng dung lượng hệ thống Ngoài ra, giải thuật CI thích nghi hệ thống đa sóng mang giải thuật tốc độ thích nghi, giúp hệ thống thích nghi với điều kiện kênh truyền fading tốt Tuy nhiên, kết đạt luận văn cịn nhiều hạn chế, cần phải có nghiên cứu bổ sung để phát triển hệ thống Trong điều kiện bị giới hạn thời gian, thiết bị nên luận văn chưa sâu vào phân tích kỹ tính tốn BER phương pháp tách sóng đa user hệ thống công thức lý thuyết Hệ thống cần giả lập kit FPGA để mô hệ thống với thời gian thực Bên cạnh cần nghiên cứu thêm phương pháp ước lượng kênh truyền mờ để nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động môi trường fading đa đường 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Anders Host-Madsen, “Group-Blind Multiuser Detectors for CDMA: Synchronous Systems”, TRLabs and the University of Calgary, Alberta, Canada, T2L 1K7 [2] Zexian Li, Matti Latva-aho, “Nonblind and Semiblind Space – Frequency Multiuser Detection for Multirate MC – CDMA Systems”, IEEE, 1006 [3] Ming Chen, Yueheng Li, “Multiuser Detection in Multirate DS/CDMA Communications”, Southeast University, P.R.China [4] Taeyoon Kim, Jaeweon Kim, Jeffrey G Andrews, and Theodore S Rappaport, "Multi-code Multicarrier CDMA: Performance Analysis", Wireless Networking and Communications Group, The University of Texas at Austin [5] Po-wei Fu, Kwang-Cheng Chen, “Multi-rate MC-CDMA with Multiuser Detection for wireless multimedia Communications”, Graduate Institute of Communication Engineering, College of EECS, 1003 [6] Po-wei Fu, Kwang-Cheng Chen,“Multiuser Detection for Multirate-CDMA in multipath fading channels”, Graduate Institute of Communication Engineering, College of EECS [7] K.Fazel, S.Kaiser, “Multicarrier and Spread Spectrum Systems”, ISBN 0-47084899-5, John Wiley & Sons, 1003 [8] S.Hara and R.Prasad, ”Overview of Multicarrier Communications Magazine, December 1997 CDMA”, IEEE [9] Jaeweon Kim, Taeyoon Kim, Srivatsan Srinivasan, Madhulika Yalamanchi, “Rate Adaptive Multi-Code Multi-Carrier CDMA Systems in Multipath Fading Channel”, University of Texas at Austin, 1003 [10] Jeffrey G.Andrews and Teresa H.Y.Meng, “Performance of Multicarrier CDMA with Successive Interference Cancellation in a Multipath Fading Channel” [11] Volker.Kuhn, Ronald Bohnke, Dr.I.Karl-Dirk Kammeyer, “Multi-User Detection in Multicarrier-CDMA Systems”, University Bremen, Germany [12] Zihua Guo, Khaled Ben Letaief, “Performance of Multiuser Detection in Multirate DS-CDMA Systems”, 1003 [13] Lei Huang,Fu-Chun Zheng, “Blind channel estimation in multi-rate MC – DS -CDMA systems ”, Victoria University of Technology, Australia [14] Shinsuke Hara, Ramjee Prasad, “Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications” ”, Artech House, 1003 36 [15] Lei Huang, “Blind channel estimation and Multiuser detection for multi-rate CDMA communications” [16] K.Fazel, S.Kaiser, “Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems”, John Wiley & Sons, ISBN 0-470-84899-5, 1003 [17] Urbashi Mitra, “Comparison of Maximum-Likelihood-Based Detection for Two Multirate Access Schemes for CDMA Signals”, IEEE, 1999 [18] Hans Dieter Schotten, Harald Elders – Bol, Axel Busboom, “Multicode – CDMA with Variable Sequence – Set”, Institue of Communications Engineering, Aachen University of Technology, Germany [19] A Nafkha, C Roland, E Boutillon , “A Near-Optimal Multiuser Detector for MC-CDMA Systems using Geometrical Approach”, UBS University, France [20] S.Chatterjee, W.A.C.Fernando, “Adaptive modulation based MC-CDMA system for 4G wireless Consumer applications”, IEEE Communications Magazine IEEE, Vol.49, No 4, November 1003 [21] Bin Hu, Lie-Liang Yang, Lajos HanzoSchool of ECS, “Subspace-Based Blind and Group-Blind Space-Time Multiuser Detection for the Generalized Multicarrier DS-CDMA Uplink ”, University of Southampton, UK [22] Đặng Ngọc Minh Đức, Nguyễn Xuân Lâm, “Phương pháp tách sóng điều khiển cơng suất hệ thống MC-CDMA”, LVTN ĐH, 1005 37 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG SƠ LƯỢC CÁ NHÂN Họ tên: ĐẶNG NGỌC MINH ĐỨC Ngày tháng năm sinh: 18 tháng năm 1982 Nơi sinh: Thành phố Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 130 Lê Tuấn Mậu, phường 13, quận 6, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ năm 1000 đến năm 1005: học Đại học trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, ngành Điện tử – Viễn thơng Tốt nghiệp loại Giỏi (điểm trung bình: 8.35/10, Huy chương vàng khoa Điện – Điện tử K.1000) - Từ năm 1005 đến nay: học Cao học trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, chun ngành Kỹ thuật Điện tử Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ 3/1005 đến 5/1005: công tác Công ty Renesas - Từ 5/1005 đến 11/1005: công tác Trường Đại học Quốc tế - Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh - Từ 11/1005 đến nay: cơng tác Công ty TMA Solutions 38 ... cho kết mơ BER hệ thống MTC -CDMA theo phương pháp tách sóng đa user khác Ba phương pháp tách sóng đa user khảo sát Kết mơ cho thấy, phương pháp tách sóng đa truyền thống phương pháp MMSE cho BER... Hình 4.10 kết mơ so sánh phương pháp tách sóng đơn/đa user cho hệ thống MTC -CDMA Phương pháp tách sóng đa user cho BER tốt so với phương pháp tách sóng đơn user Phương pháp Semiblind-MMSE cho... thành hệ thống MTC-MC -CDMA Hệ thống MTC-MC -CDMA kết hợp ưu điểm hệ thống MC -CDMA MTC -CDMA, đồng thời khắc phục nhược điểm hệ thống Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề sau: hệ thống MTCCDMA MTC-MC-CDMA