Tách mù tín hiệu CDMA bất đồng bộ đa tốc độ trong kênh đa đường (blind detection of multirate asynchronous cdma signals in multipath channels)

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DDD 000 EEE LÊ MINH THÀNH TÁCH MÙ TÍN HIỆU CDMA BẤT ĐỒNG BỘ ĐA TỐC ĐỘ TRONG KÊNH ĐA ĐƯỜNG BLIND DETECTION OF MULTIRATE ASYNCHRONOUS CDMA SIGNALS IN MULTIPATH CHANNELS Chuyên ngành : KT Vô tuyến điện tử Mã số ngành : 2.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁNG 10 / 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Lê Tiến Thường ……………………………………… Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Đức Thành ……………………………………… Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Thị Phương Hà ……………………………… THẠC SĨ Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 10 năm 2003 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Lê Minh Thành Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 20 / 01 / 1977 Nơi sinh : Bình Dương Chuyên ngành : KT Vô tuyến điện tử Mã số : 2.07.01 I- TÊN ĐỀ TÀI : TÁCH MÙ TÍN HIỆU CDMA BẤT ĐỒNG BỘ TRONG CÁC KÊNH ĐA ĐƯỜNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Nghiên cứu phương pháp tách mù tín hiệu CDMA kênh đa đường - Mô việc tách tín hiệu CDMA kênh đa đường dùng Matlab III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20 / 04 / 2003 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : /10 / 2003 V- HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỜNG DẪN : TS Lê Tiến Thường CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS LÊ TIẾN THƯỜNG Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường LỜI CẢM ƠN Trước hết xin chân thành cảm ơn TS Lê Tiến Thường, người tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu cho suốt trình thực đề tài Tôi xin cảm ơn đến Qúy Thầy Cô Khoa Điện – Điện tử, Bộ môn Viễn thông thuộc Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học cao học Tôi xin cảm ơn đến Gia Đình tất bạn bè động viên giúp đỡ để hoàn thành luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2003 Lê Minh Thành Luận văn tốt nghiệp cao học Trang i Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường ABSTRACT In digital wireless communications, signal processing in a receiver is very important, especially in Direct Sequence Spread Spectrum (DS – SS) technology The goals are small terminal side, low power and low complexity The algrorithm performing in digital domain is easy and friendly In this thesis work, “Blind detection of multirate asynchronous CDMA signals in multipath channels” is presented Contents of this thesis may be in viewed in five chapters: (i) General analysis features of CDMA system, (ii) Introduction to code tracking loops, (iii) Initial synchronization of receiver spreading code, (iv) Blind detection of multirate asynchronous CDMA signals in multipath channels and (iv) Simulated programs have been written in Matlab The first chapter of the thesis analyzes features and the mathematical models of baseband DS – SS systems The second chapter introduces to code tracking loops for spread spectrum systems The goal of the analysis to follow is to develop models of the various code tracking loops which are identical to the conventional PLL ( Phase Locked Loop) model The third chapter is about the initial synchronization of spreading waveforms which is a significant problem in spread spectrum design The fourth chapter is a major chapter in this thesis Blind detection of desired user’s signal in multirate DS – CDMA system is considered A code – comstrained inverse filter criterion (IFC) and a penalty function may be used to detect a given high – rate signal in VSL (Variable Sequence Length) system and MC (Multicode) system To this, the high – rate user signal is divided many basic – rate virtual signals A code – comstrained inverse filter criterion (IFC) may be used to detect a given basic – rate virtual signal Then, the problem of combining the detected virtual basic – rate signals to yield the original high – rate signal The final chapter of the thesis has been invested the performance of the DS – SS systems with blind detection The simulated program have been written in Matlab 5.0 Some performance of receiver have been simulated: BER ( Bit Error Rate) versus SNR (Signal to Noise Ratio), BER versus NF (Near – Far Ratio),… KEYWORDS Blind detection, blind estimation, DS – CDMA, ISI channel, multiaccess communication, multiuser detection, multiuser interference MUI, spread spectrum communication Luaän văn tốt nghiệp cao học Trang i Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường TÓM TẮT Trong thông tin vô tuyến đại, đặc biệt kỹ thuật trải phổ, công việc xử lý số tín hiệu thu vô quan trọng Chúng cho phép thiết kế thiết bị đầu cuối có kích thước nhỏ, công suất tiêu thụ thấp, giảm độ phức tạp, giải thuật thực xử lý số dễ dàng Luận văn tốt nghiệp “Tách mù tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ kênh đa đường” Nội dung luận văn chia thành năm chương: (i) Phân tích tổng quan đặc điểm hệ thống CDMA, (ii) Giới thiệu vòng bám mã, (iii) Đồng sơ khởi cho mã trải thu, (iv) Tách mù tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ kênh đa đường (iv) Chương trình mô viết Matlab Chương thứ luận văn trình bày tổng quan hệ thống CDMA đưa mô hình toán cho hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Chương thứ hai trình bày vòng bám mã xây dựng sở vòng khoá pha truyền thống Chương thứ ba đưa phương pháp đồng sơ khởi dạng sóng trải thu Đây vấn đề quan trong hệ thống trải phổ Chương bốn chương luận văn Việc tách mù tín hiệu user mong muốn giới thiệu chương Tiệu chuẩn lọc ngược hàm phạt giới thiệu để tách tín hiệu user tốc độ cao Để thực điều này, tín hiệu user tốc độ cao chia thành nhiều user ảo có tốc độ Để tái tạo lại tín hiệu có tốc độ cao ban đầu cần kết nối user tốc độ sở lại theo thời gian trể xác định từ thuậ tón Chương cuối luận văn mô đặc tính hệ thống DS – SS Mô dùng phần mềm Matlab 5.0 Các đặc tính mô BER theo SNR, BER theo NF,… TỪ KHOÁ Tách mù, ước lượng mù, đa truy cập phân chia mã chuỗi trực tiếp, kênh truyền can nhiễu ký tự, thông tin đa truy cập, tách đa người sử dụng, can nhiễu đa người sử dụng, thông tin trả phổ Luận văn tốt nghiệp cao học Trang i Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường MỤC LỤC Lời cảm ơn i Astract - ii Toùm taét iii Muïc luïc - iv Chương 1: Tổng quan hệ thống trải phổ 1.1 Giới thiệu -1 1.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp - 1.2.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp dùng BPSK - 1.2.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp duøng QPSK 1.2.3 Trải phổ chuỗi trực tiếp dùng MSK - 1.3 Trải phổ nhảy tần 1.3.1 Đặc tính tín hiệu dịch tần 1.3.2 Tốc độ dịch tần 1.3.3 Trải phổ nhảy tần chậm - 1.3.4 Trải phổ nhảy tần nhanh 1.4 Trải phổ nhảy thời gian - 1.5 Hệ thống Hybrid 1.5.1 FH/DS 10 1.5.2 TH/FH 11 1.5.3 TH/DS 11 1.6 Các đặc điểm hệ thống trải phổ 11 1.6.1 So sánh DS – SS FH – SS - 11 1.6.2 Khả chống can nhiễu băng hẹp - 12 1.6.3 DS – SS đa truy cập theo mã - 12 1.6.4 Chuỗi giả ngẫu nhiện hệ thống DS – SS 13 1.7 Đặc điểm kênh vô tuyến 14 1.7.1 Các kiểu kênh truyền khaùc 14 1.7.2 Phân bố Rayleigh 15 1.7.3 Phân bố Rician 16 1.7.4 Kênh fading chọn thời gian - 16 1.7.5 Kênh fading chọn taàn 17 1.7.6 Suy hao đường truyền vô tuyến 17 1.7.7 Hiện tượng Doppler 18 1.7.8 Mô hình kênh nhiều đường - 19 Chương 2: Các vòng lặp bám mã 21 2.1 Giới thiệu 21 2.2 Tracking tối ưu tín hiệu băng rộng -21 Luận văn tốt nghiệp cao học Trang i Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường 2.3 Vòng tracking khóa – trễ dải neàn - 24 2.4 Vòng tracking khóa – trễ không kết hợp - 26 2.5 Vòng tracking không kết hợp Tau – Dither - 28 2.6 Vòng tracking mã cho hệ thống nhảy tần - 30 Chương 3: Sự đồng ban đầu mã trải phổ boä thu 35 3.1 Giới thiệu - 35 3.2 Định nghóa vấn đề đồng tối ưu - 36 3.3 Các kỹ thuật đồng nối tiếp - 37 3.3.1 Các chế quét bổ sung 37 3.3.2 Cơ chế quét tuyến tính liên tục vùng ngờ 38 3.3.3 Tách tín hiệu môi trừơng có nhiễu AWGN 39 3.4 Đồng dùng lọc Match -42 Chương 4: Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ kênh đa đường - 46 4.1 Giới thiệu - 46 4.2 Mô hình hệ thống 46 4.2.1 Mô hình hệ thống MIMO - 46 4.2.2 Mô hình hệ thống VSL 47 4.2.3 Mô hình hệ thống MC - 49 4.2.4 Mô hình hợp 49 4.3 Tiêu chuẩn lọc ngược ràng buộc mã 50 4.3.1 Tiêu chuẩn lọc ngược 50 4.3.2 Tieâu chuẩn lọc ngược ràng buộc mã 50 4.3.3 Tối ưu ràng buộc mã 51 4.4 Tiêu chuẩn lọc ngược ràng buộc mã đa tốc độ 53 4.4.1 Hệ thống MC - 55 4.4.2 Hệ thống VSL 55 4.5 Tóm tắt thuật toaùn - 56 Chương 5: Mô kết luận - 57 5.1 Lưu đồ giải thuật - 57 5.2 Kết mô - 58 5.2.1 Xét ảnh hưởng chiều dài ký hiệu - 58 5.2.2 Xét ảnh hưởng cuûa BER theo SNR 61 5.2.3 Xét ảnh hưởng BER theo số user tích cực -64 5.2.4 Xét ảnh hưởng nhiễu Near – Far - 65 5.2.5 Xét ảnh hưởng vận tốc user - 69 5.3 Kết luận - 70 5.4 Hướng phát triển đề tài - 71 Tài liệu tham khảo 72 Luận văn tốt nghiệp cao học Trang i Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường GIỚI THIỆU A Giới thiệu chung Công nghệ thông tin trải phổ sử dụng quân đội từ kỷ qua, chủ yếu hai mục đích: chống lại tác động gây nhiễu mạnh bảo mật Hệ thống thông tin trải phổ hệ thống sử dụng băng thông truyền lớn nhiều lần so với băng thông tối thiểu để truyền tin có ưu điểm vượt trội so với phương pháp khác lónh vực thông tin vô tuyến Vấn đề xử lý tín hiệu kỹ thuật số thu trải phổ phần quan trọng, định chất lượng hệ thống mà cón làm giảm độ phức tạp dễ dàng thực đánh giá kết qủa Trong hệ thống thông tin trải phổ, vấn đền đồng chuỗi trải phổ thu quan trọng Điều cho phép nén phổ thu tạo tín hiệu đủ lớn trước giải điều chế liệu Phần thiết kế thu với đồng mã trải phổ cho tín hiệu rời rạc dựa nguyên lý vòng sớm trễ nghiên cứu chi tiết phần sau Do mục đích đa truy cập cho mạng vô tuyến hệ kế tiếp, hệ thống đa truy cập phân chia mã chuỗi trực tiếp DS – CDMA trở thành mục tiêu nghiên cứu mạnh mẽ năm gần Trong hệ thống CDMA, tín hiệu nhiều người sử dụng phát kênh truyền cách đồng thời Điều dẫn đến làm xuất can nhiễu đa người sử dụng MUI ( multiuser interference) Thêm vào đó, việc truyền sóng đa đường làm xuất can nhiễu ký tự ISI ( intersymbol interference) gây méo dạng chuỗi mã trải phổ Ngoài ra, đường xuống ( inverse links) có thời gian trể đường truyền không xác định bất đồng users góp phần làm suy giảm đặc tính hệ thống Trong tương lai, hệ thống CDMA tốc độ cao có độ lợi xử lý thấp so với hệ thống ứng dụng tốc độ thấp Như vậy, can nhiễu ISI cần phải xét nhiều hệ thống CDMA tốc độ cao Luận văn nghiên cứu phương pháp tách mù cho tín hiệu CDMA tốc độ cao bất đồng kênh đa đường Việc tách mù hiểu ta biết chuỗi trải kênh user tồn môi trường đầy can nhiễu: ISI, MUI, … Ở thời gian trễ đường truyền không xác định kể với user mong muốn Ban đầu dựa phương pháp lý thuyết dùng tiêu chuẩn lọc ngược có mã ràng buộc để tách tín hiệu có tốc độ thấp không đổi ( hay gọi user ảo) trích từ việc phân chia kênh user tốc độ cao Sau đó, phương pháp kết hợp với hàm phạt để kết nối ngõ lọc theo thời gian trễ phán đoán từ thuật toán Và tạo thành kênh user có tốc độ cao ban đầu B Các phần thực luận văn Luận văn trình bày theo chương Trong đó, bốn chương lý thuyết sâu vào việc đồng nơi thu chương phần mô Đây công việc phải làm số kết đạt Có thể chia luận văn thành chương sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin trải phổ đặc điểm Chương 2: Nghiên cứu vấn đề bám mã trải phổ nơi thu Chương 3: Nghiên cứu vấn đề đồng sơ khợi cho dạng mã trải phổ nơi thu Chương 4: Trình bày phương pháp tách mù cho tín hiệu CDMA đơn tốc độ đa tốc Chương 5: Thực mô số kết quả, kết luận hướng phát triển luận văn Luận văn tốt nghiệp cao học Trang i ABSTRACT In digital wireless communications, signal processing in a receiver is very important, especially in Direct Sequence Spread Spectrum (DS – SS) technology The goals are small terminal side, low power and low complexity The algrorithms performing in digital domain is easy and friendly In this thesis work, “Blind detection of multirate asynchronous CDMA signals in multipath channels” is presented Contents of this thesis may be in viewed in five chapters: (i) General analysis features of CDMA system, (ii) Introduction to code tracking loops, (iii) Initial synchronization of receiver spreading code, (iv) Blind detection of multirate asynchronous CDMA signals in multipath channels and (iv) Simulated programs have been written in Matlab The first chapter of the thesis analyzes features and the mathematical models of baseband DS – SS systems The second chapter introduces to code tracking loops for spread spectrum systems The goal of the analysis to follow is to develop models of the various code tracking loops which are identical to the conventional PLL ( Phase Locked Loop) model The third chapter is about the initial synchronization of spreading waveforms which is a significant problem in spread spectrum design The fourth chapter is a major chapter in this thesis Blind detection of desired user’s signal in multirate DS – CDMA system is considered A code – comstrained inverse filter criterion (IFC) and a penalty function may be used to detect a given high – rate signal in VSL (Variable Sequence Length) system and MC (Multicode) system To this, the high – rate user signal is divided many basic – rate virtual signals A code – comstrained inverse filter criterion (IFC) may be used to detect a given basic – rate virtual signal Then, the problem of combining the detected virtual basic – rate signals to yield the original high – rate signal The final chapter of the thesis has been invested the performance of the DS – SS systems with blind detection The simulated program have been written in Matlab 5.0 Some performance of receiver have been simulated: BER ( Bit Error Rate) versus SNR (Signal to Noise Ratio), BER versus NF (Near – Far Ratio),… KEYWORDS Blind detection, blind estimation, DS – CDMA, ISI channel, multiaccess communication, multiuser detection, multiuser interference MUI, spread spectrum communication Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ T ( d0 ) R yy f ( m) THD: TS.Lê Tiến Thường ( m , n0 ) = α *T ( d0 ) h ij = α *Cij( m,d0 ) g 'i0 j0 (4.53) ⎡0 ⎤ Với g 'ij = ⎢ [ N ( d − n0 ) ]x1 ⎥ g ⎣ ⎦ Chúng ta thiết kế cân user ảo f (m) để trích tất user ảo tương ứng với user (id, jd) với thời gian trễ thực tế n0 giống thời gian trễ theo tiêu d0 Vì vậy, với số m ∈ [0, …, pi] phải có: αg i d [ ] # = C i(dmj d, d ) T ( d ) R yy f ( m ) 4 42 4 43 jd (4.54) = :D m # Ở đây, ⎡⎣Ci(dmjd,d0 ) ⎤⎦ ma trận giả nghịch đảo Moore – Penrose: [C ] = [C ( m,d ) # id jd ( m,d ) H id j d Ci(dmjd,d ) ] −1 Ci(dmjd,d ) H (4.55) Tương tự, ta đặt U ( id jd md ,d0 ) sở trực chuẩn cho thành phần bù trực giao Ci(dmjd,d0 ) phải thỏa mãn: (4.56) U ( i0 j0 m ,d ) H T ( d ) R yy f ( m ) = 1444 424444 =: Am Phương trình (4.54) (4.56) hai tập hợp ràng buộc mà cân tốc độ sở cho tất user ảo (id, jd, m) rút từ user tốc độ cao (id, jd) phải thỏa mãn Ta định nghóa: f H [ := f (0) H e ( m ) (n) := (1) H f ∑[f L f Le −1 ( m) (i ) ] H ] ( pi d −1) H H (4.57) (4.58) y (n − i) i =0 Và hai hàm phạt ( penalty function): PD ( f ) := PA ( f ) := pi d −1 ∑ D0 f ( 0) − Dm f ( m ) ∑ Am f ( m ) m =1 pi d −1 m =0 2 (4.59) (4.60) Chúng ta giả sữ chọn hàm f để cực tiểu giá trị tổng hợp sau: J ( f ) := pi d −1 ∑ J ( f )+ μ m =0 (m) 42 (m) Với: ( (m) J 42 f (m) ) := ( D PD ( f ) + μ A PA ( f ) ) cum e (m ) (n ) { } ⎡ E e (m ) (n ) ⎤ ⎢⎣ ⎥⎦ (4.61) (4.62) Ở μD, μA hai trọng số dương Ngõ cân user tốc độ cao (id, jd) có cách ghép xen ngõ cân tối ưu sau: Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 53 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ K, e(0) (n), e(1) (n), K, e ( pid −1) THD: TS.Lê Tiến Thường (n), e(0) (n + 1), e(1) (n + 1), K, e ( pid −1) (n + 1), K (4.63) 4.4.1 Hệ thống MC Với hệ thống MC, giả sử bắt đầu với user aûo m = 0, cho haøm f (m=0) , (m) tính cực tiểu cho hàm J 42 ( f (0) ) kết hợp với (4.54) tính cho user tương ứng với m lại theo công thức sau: )) )) # # f (m ) := T (d ) R yy C i(dmjd,d ) Ci(d0j,dd ) T (d ) R yy f (0 ) [ ] [ ] (4.64) 4.4.2 Hệ thống VSL Với hệ thống VSL, ta giả sử rằng: T (d ) R yy f = α ∗T (d0 ) hid(mjd,n0 ) (4.65) Như vậy, ta có: T ( d ) ( m , n0 ) hid jd ⎡ [N (d − n0 )]x1 ⎤ = ⎢ C i(dmjd,n0 ) g id jd ⎥ ⎢ ⎥ ⎣⎢0 [ N ( Le − d −1)]x1 ⎦⎥ (4.66) Đặt: Ni ×Ni ⎤ ⎡ N × ( NL g − N i ) X g := ⎢ I [NLg − N i ]× N i ⎥ ⎣ NL g − N i ⎦ (4.67) Sau đó, thực hiện: X c Ci(dmjd,d ) = Ci(dmjd+1,d ) for m = 0,1, , pid − (4.68) Kết hợp (4.53) (4.68), ta có: X cT (d ) Ryy f (m ) = α ∗ X cCi(dmj,dd ) g 'ij = α ∗Ci(dmj+d 1, d ) g 'ij = T (d ) Ryy f (m +1) for m = 0,1, , pid − (4.69) Từ công thức (4.69), ta tính: T (d ) R yy f (0 ) = X cm T (d ) R yy f (0 ) for m = 0,1, , pid − 14243 1442443 =:B0 (4.70) =:B0 Hàm phạt cho hệ thống VSL: PB ( f ) := pi d −1 ∑ m =1 B f ( m ) − B0 f ( ) (4.71) Và ta giả sữ chọn hàm f để cực tiểu giá trị tổng hợp: J V ( f ) := pi d −1 ∑ m =0 ⎛ ⎜ ⎞ ⎟ ⎝m⎠ ( f (m ) ) + μ B PB ( f ) + μ A PA ( f ) J 42 (4.72) Chúng ta giả sử bắt đầu với user ảo m = 0, cho hàm f (m=0) , tính cực tiểu cho (m) hàm J 42 ( f (0) ) tính cho user tương ứng với m lại theo công thức sau: Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 54 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc ñoä )) f (m ) := T (d ) R yy [ THD: TS.Lê Tiến Thường )) ≠ X c T (d ) R yy f (m −1) ] (4.73) 4.5 Tóm tắt thuật toán Với liệu cho trước y(n), n ∈ [0, T] ta chọn chiều dài Le ban đầu thời gian trễ cân tương ứng Tính cân f (0) để trích cho user ảo (id , jd ,0) Với hệ thống MC ta sử dụng công thức (4.64), cực tiểu hàm (4.61) tương ứng với (n) hàm f rõ công thức (4.57) Với cân f vòng lặp thứ n, ta tìm cho cân ứng với vòng lặp thứ (n +1) công thức: " f = f (n) − ρ∇ * J ( f f (n) ), f ( n +1) " = f / f " (4.74) ρ giá trị thích hợp Còn hệ thống VSL, việc cực tiểu thực theo công thức (4.72) (4.73) Ngõ cân user có tốc độ cao (id , jd ) kết hợp đầu cân tối ưu theo công thức (4.63) Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 55 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường CHƯƠNG V MÔ MỎNG VÀ KẾT LUẬN 5.1 LƯU ĐỒ GIẢ THUẬT CHÍNH START NHẬP THÔNG SỐ TẠO MÃ TRẢI PHỔ TẠO DỮ LIỆU VÀ MÃ HÓA TRẢI PHỔ TÍN HIỆU CHO CÁC USER KÊNH TRUYỀN CÓ NHIỄU AGWN, ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN, MA TRẬN KÊNH TRUYỀN LẤY MẪU DỮ LIỆU, TÍNH MA TRẬN TƯƠNG QUAN LỖI ƯỚC TÍNH BAN ĐẦU TẠO BỘ TÁCH MÙ CHO USER THỨ K KHÔI PHỤC DỮ LIỆU VÀ XUẤT KẾT QUẢ END Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 55 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường 5.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.2.1 Xét ảnh hưởng chiều dài ký tự Chiều dài chuỗi ký tự định nghóa số symbol mà đệm thu sử dụng để tìm ma trận tương quan ma trận liệu chuyển đổi Trong mô này, mô ảnh hưởng tốc độ lỗi bit BER theo chiều dài chuỗi ký tự vận tốc user Ở chọn vận tốc km/h, 50 km/h, 100 km/h Các thông số NF ( Near – Far), SNR xem cố định xem xét ảnh hưởng naøy BER versus Detection Window 10 v=4 km/h -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 500 1000 1500 2000 Detection Window (bits) 2500 3000 Hình 5.1: nh hưởng window size đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v= km/h Luaän văn tốt nghiệp cao học Trang 56 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường BER versus Detection Window 10 v=50 km/h -1 BER 10 -2 10 -3 10 500 1000 1500 2000 Detection Window (bits) 2500 3000 Hình 5.2: nh hưởng window size đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v= 50 km/h BER versus Detection Window 10 v=100 km/h -1 BER 10 -2 10 -3 10 500 1000 1500 2000 Detection Window (bits) 2500 3000 Hình 5.3: nh hưởng window size đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v= 100 km/h Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 57 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường BER versus Detection Window 10 v=50 km/h v=100 km/h v=4 km/h -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 500 1000 1500 2000 Detection Window (bits) 2500 3000 Hình 5.4: nh hưởng window size đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v= [4 50 100] km/h Từ kết mô ta thấy BER suy giảm chiếu dài chuỗi ký tự tăng Tại điểm mô thống kê trung bình sau 1000 lần chạy Hơn nữa, vận tốc user tăng chất lượng hệ thống giảm Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 58 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường 5.2.2 Xét ảnh hưởng BER theo SNR BER versus SNR -1 10 v=4 km/h -2 BER 10 -3 10 -4 10 10 12 SNR(dB) 14 16 18 20 Hình 5.5: nh hưởng SNR đến đặc tính BER với SNR = [0 10 20] dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v= km/h, window size = 1000 bits BER versus SNR -1 10 v=50 km/h -2 BER 10 -3 10 -4 10 10 12 SNR(dB) 14 16 18 20 Hình 5.6: nh hưởng SNR đến đặc tính BER với SNR = [0 10 20] dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v= 50 km/h, window size = 1000 bits Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 59 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường BER versus SNR -1 10 BER v=100 km/h -2 10 -3 10 10 12 SNR(dB) 14 16 18 20 Hình 5.7: nh hưởng SNR đến đặc tính BER với SNR = [0 10 20] dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v= 100 km/h, window size = 1000 bits BER versus SNR -1 10 v=100 km/h v=50 km/h v=4 km/h -2 BER 10 -3 10 -4 10 10 12 SNR(dB) 14 16 18 20 Hình 5.8: nh hưởng SNR đến đặc tính BER với SNR = [0 10 20] dB, NF = 0dB, J = 10, LC =31, v=[4 50 100] km/h, window size = 1000 bits Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 60 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường 5.2.3 Xét ảnh hưởng BER theo số user tích cực Can nhiễu đa truy cập vấn đề hệ thống CDMA Do users phát tần số, nên tín hiệu user can nhiễu cho user khác Trong mô phỏng, ta xét user tích cực từ đến 10 cho ba vận tốc khác user BER versus Number of active users -2 10 BER v=4 km/h v=50 km/h v=100 km/h -3 10 -4 10 Number of active users 10 Hình 5.9: nh hưởng users tích cực đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, NF = 0dB, LC =31, v=[4 50 100] km/h, window size = 1000 bits 5.2.4 Xét ảnh hưởng Near – Far Do user phân bố ngẫu nhiên hệ thống, user có khoảng cách khác với trạm gốc Tỷ số Near – Far (NF) tỷ số công suất user can nhiễu cho công suất user mong muốn Trong mô này, ta xét ảnh hưởng NF đến đặc tính BER hệ thống tầm NF từ o dB đến 20 dB ứng với vận tốc khác user Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 61 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường BER versus Near-Far Ratio 10 v=30 km/h -1 BER 10 -2 10 -3 10 -4 10 10 NF(dB) 12 14 16 18 20 Hình 5.10: nh hưởng NF đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, J = 10, LC =31, v= 30 km/h, window size = 1000 bits BER versus Near-Far Ratio 10 v=50 km/h -1 BER 10 -2 10 -3 10 10 NF(dB) 12 14 16 18 20 Hình 5.11: nh hưởng NF đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, J = 10, LC =31, v= 50 km/h, window size = 1000 bits Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 62 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường BER versus Near-Far Ratio 10 v=100 km/h -1 BER 10 -2 10 -3 10 10 NF(dB) 12 14 16 18 20 Hình 5.12: nh hưởng NF đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, J = 10, LC =31, v= 100 km/h, window size = 1000 bits BER versus Near-Far Ratio 10 v=30 km/h v=50 km/h v=100 km/h v=20 km/h v=4 km/h -1 BER 10 -2 10 -3 10 -4 10 10 NF(dB) 12 14 16 18 20 Hình 5.13: nh hưởng NF đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, J = 10, LC =31, v= [4 20 30 50 100] km/h, window size = 1000 bits Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 63 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường 5.2.5 Xét ảnh hưởng vận tốc user Mô ảnh hưởng đặc tính BER theo vận tốc user từ 0.5 km/h đến 150 km/h Số user tích cực 10, độ lợi xử lý 31 BER versus Velocity -2 BER 10 -3 10 -4 10 50 100 150 Velocity(km/h) Hình 5.13: nh hưởng vận tốc user đến đặc tính BER với SNR = 10 dB, J = 10, LC =31, window size = 1000 bits Từ kết mô ta thấy vận tốc tăng BER tăng vận tốc user tỷ ệ nghịch với thời gian kết hợp 5.3 KẾT LUẬN Luận văn trình bày gồm bốn chương lý thuyết nghiên cứu hệ thống trải phổ, chủ yếu vào vấn đề đồng thu chương mô phỏng: • Chương 1: Trình bày tổng quan hệ thống CDMA • Chương 2: Trình bày đến kỹ thuật bám đồng bên thu • Chương 3: Trình bày kỹ thuật bắt mã Thực ra, chương chương hai trình đòi hỏi bên thu phải thực • Chương 4: Trình bày vấn đề tách mù tín hiệu DS – CDMA Hướng tách mù cho tín hiệu dựa tiêu chuẩn lọc ngược ràng buộc mã kết hợp với hàm phạt (penalty function) sử dụng cho việc tách mù tín hiệu DS – CDMA đa tốc độ bất đồng mã ngắn Với thông tin biết trước mã trải phổ thời gian trễ đường truyền user Mô hình hệ thống tương đương đơn tốc độ với user ảo dùng để đưa phương pháp lý thuyết tách mù cho users có tốc độ cao • Chương trình mô chương cuối đãø mô ảnh hưởng vận tốc user, tỹ số SNR, nhiễu gần – xa NF, chiều dài chuỗi ký hiệu…Trong chương Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 64 Tách tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ THD: TS.Lê Tiến Thường trình bày kết mô qua thống kê, tức cho vòng lặp chạy nhiều lần từ lấy kết trung bình để xác Do thời gian có hạn, nên luận văn tránh khỏi sai sót Rất mong đóng góp Quý Thầy Cô bạn 5.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đề tài tách mù tín hiệu CDMA bất đồng đa tốc độ kênh đa đường đưa hướng lý thuyết theo hàm hình phạt tiêu chuẩn lọc ngược để xây dựng cho phương pháp tách tín hiệu user tốc độ cao kênh đa đường Trong luận văn này, kết mô sử dụng Matlab Kênh truyền trình mô giả lập ngẫu nhiên theo mô hình Gaussian Trong thực tế, phần xử lý tín hiệu thiết bị đầu cuối hệ thống thông tin vô tuyến thường sử dụng chip chuyên dụng để tăng tốc độ xử lý, độ tin cậy giảm kích thước Phần thiết kế phần cứng cho hệ thống hướng phát triển cho đề tài luận văn Để xây dựng phần cứng, cần phải thực đánh giá mô hình thật kỹ trước đưa vào thiết kế mạch Luận văn tốt nghiệp cao học Trang 65 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Lê Minh Thành Ngày, tháng, năm sinh : 20 / 01 / 1977 Nơi sinh : Bình Dương Địa liên lạc : 19/19 KP Bình Đường 1, xã An Bình, huyện Dó An, tỉnh Bình Dương QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 1995 đến năm 2000 : SV Bộ môn Viễn Thông, Khoa Điện – Điện Tử, Trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Từ năm 2001 đến năm 2003 : HV cao học khoá 12, Ngành KT Vô tuyến điện tử, Trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNG CÔNG TÁC Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh ... dụng tốc độ thấp Như vậy, can nhiễu ISI cần phải xét nhiều hệ thống CDMA tốc độ cao Luận văn nghiên cứu phương pháp tách mù cho tín hiệu CDMA tốc độ cao bất đồng kênh đa đường Việc tách mù hiểu... CDMA BẤT ĐỒNG BỘ TRONG CÁC KÊNH ĐA ĐƯỜNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Nghiên cứu phương pháp tách mù tín hiệu CDMA kênh đa đường - Mô việc tách tín hiệu CDMA kênh đa đường dùng Matlab III- NGÀY... thiệu để tách tín hiệu user tốc độ cao Để thực điều này, tín hiệu user tốc độ cao chia thành nhiều user ảo có tốc độ Để tái tạo lại tín hiệu có tốc độ cao ban đầu cần kết nối user tốc độ sở lại