a. Ưu điểm
- Tương tự hệ thống đơn sóng mang DS-CDMA, hệ đa sóng mang rất hiệu quả với phading đa đường do hạn chế được ảnh hưởng của nó.
- Chống được ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp và nhiễu phá hoại (jamming), nhiễu tín hiệu viba băng hẹp… Để loại bỏ nhiễu băng hẹp ảnh hưởng tới tín hiệu CDMA thì khả năng triệt nhiễu của hệ thống đa sóng mang là rất hiệu quả. Với Nc sóng mang tải tin trải rộng trên băng tần có sẵn, nhiễu băng hẹp có thể tránh bằng cách không sử dụng sóng mang bị can nhiễu.
- Tốc độ chip thấp hơn yêu cầu. Vì trong hệ thống đa sóng mang có Nc
sóng mang tải tin nên toàn bộ băng tần của hệ thống chia thành Nc dải có độ rộng bằng nhau, như vậy mỗi sóng mang được điều chế bởi một chuỗi trải phổ với chu kỳ chip nhỏ hơn Nc lần so với hệ thống DS-CDMA đơn sóng mang. Nói cách khác, hệ MC-SS yêu cầu tốc độ thấp hơn, vì nó sử dụng ưu điểm của kỹ thuật MCM là truyền song song thông tin trên các sóng mang nhánh, kiểu xử lý tín hiệu này tương phản với tín hiệu tốc độ nhanh. Ngược lại, hệ thống
đơn sóng mang phải sử dụng các quá trình xử lý tín hiệu nối tiếp, tốc độ cao (trong các bộ thu RAKE) dẫn đến máy thu có độ phức tạp cao hơn.
- Hiệu suất sử dụng băng tần cao; hệ số sử dụng băng tần tăng gấp nhiều lần so với hệ thống DS-CDMA.
- Bộ cân bằng trên các sóng mang đơn giản, dễ thực hiện.
- Độ linh động cao do hệ thống được thực hiện trên cả miền thời gian và miền tần số. Ví dụ: có thể điều khiển thay đổi độ lợi xử lý từng sóng mang nhánh theo thời gian tùy theo yêu cầu của mạng.
- Máy thu di động đơn giản; sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu FFT làm cho máy di động trở nên đơn giản hơn so với máy di động của hệ thống DS- CDMA (máy thu RAKE).
- Tăng số người sử dụng trong hệ thống, trong phạm vi thiết kế ảnh hưởng ít đến chất lượng chung của cả hệ thống.
b. Hạn chế
- Công suất tương đối cực đại khá cao gây ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng của bộ khuếch đại công suất.
- Yêu cầu cao về đồng bộ cả về thời gian và tần số. - Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu pha.
- Hệ số tái sử dụng tần số kém hơn DS-CDMA.
- Ảnh hưởng của nhiễu đa người dùng MUI.
Tóm lại, hệ thống trải phổ đa sóng mang là một mô hình hệ thống băng rộng và nhờ vào các kỹ thuật tách tín hiệu trên miền tần số hoặc thời gian, hệ thống rất dễ dàng thích nghi với các môi trường khác nhau, chẳng hạn như môi trường đơn tế bào, đa tế bào, mạng topology, với các vùng phủ khác nhau.
Ngày nay, lĩnh vực thông tin trải phổ đa sóng mang được xem như một chủ đề độc lập và rất quan trọng. Các nghiên cứu sâu về hệ thống khắc phục các hạn chế của nó và so sánh hệ MC-CDMA và MC-CDMA-DS-CDMA với hệ DS-CDMA đã được thực hiện và cho thấy tính ưu việt của MC-SS. Hơn nữa, nhiều lĩnh vực ứng dụng như MIMO (sử dụng phân tập không gian) đã được kết hợp với trải phổ đa sóng mang cho thông tin di động tốc độ cao (4G). Mặt khác, các nghiên cứu ở mức độ cao hơn chủ yếu tập trung vào cải tiến nâng cao chất lượng cả phía phát và phía thu, các chiến lược tách tín hiệu, triệt nhiễu MAI, mã hóa, điều chế, đồng bộ và thiết kế hệ thống với giá thành thấp.
- Tổng quan nguyên lý, đặc điểm kỹ thuật của các giải pháp đa sóng mang MC-SS (MC-CDMA, MC-DS-CDMA và MT-CDMA)
- Đánh giá sơ bộ ưu điểm, hạn chế của hệ thống MC-SS
Từ những khảo sát tổng quan về nguyên lý và đặc điểm kỹ thuật của các giải pháp đa sóng mang, sau đây tác giả sẽ đề cập tới vấn đề nâng cao chất lượng tách tín hiệu trong hệ MC-CDMA trong môi trường đơn tế bào và môi trường đa tế bào.
Chương 4 – BÀI TOÁN TÁCH TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA
4.1 Giới thiệu
Một trong những vấn đề quan trọng liên quan đến việc thực hiện các hệ thống thông tin di động nói chung cũng như hệ thống MC-CDMA nói riêng là tách tín hiệu. Bài toán đặt ra cho chúng ta là: hệ thống làm sao có chất lượng tốt nhất, tức là tín hiệu thu trong hệ thống MC-CDMA phục hồi giống như tín hiệu phát trước đó, trên cơ sở công nghệ và giá thành chấp nhận được. Thiết kế các bộ tách tín hiệu đã và đang nhận được sự quan tâm rộng rãi. Mặc dù có rất nhiều công trình nghiên cứu tách tín hiệu cho hệ thống MC-CDMA, song việc nâng cao chất lượng của hệ thống vẫn còn là thách thức cho các nhà khoa học không chỉ hiện tại mà còn cả ở tương lai.
Tách tín hiệu trong hệ MC-CDMA có thể thực hiện theo hai hướng:
- Tách đơn người dùng SUD
- Tách đa người dùng MUD
Kỹ thuật SUD thực hiện nhận dạng tín hiệu của người dùng mong muốn khi có tín hiệu của người dùng không mong muốn, như tín hiệu đa truy nhập MAI. Trong khi đó, kỹ thuật MUD kết hợp nhận dạng tín hiệu của nhiều người dùng trong hệ thống.
Trong hệ thống MC-CDMA, kỹ thuật SUD được thể hiện bằng cách sử dụng nối tiếp các bộ cân bằng bậc nhất cho mỗi sóng mang để bù lại méo phading trên mỗi sóng mang, sau đó sử dụng mã trải phổ để giải điều chế tín hiệu thu. SUD là giải pháp tối ưu nếu hệ thống MC-CDMA sử dụng truyền dẫn đồng bộ với mã trải phổ trực giao Walsh-Hadamard. Tuy nhiên trong môi trường phading chọn lọc tần số, tính trực giao của mã trải phổ không còn nữa, gây ra các thành phần nhiễu đa truy nhập MAI. Do đó, tính tối ưu của kỹ thuật SUD không giữ được. Để khắc phục hạn chế trên, người ta sử dụng những giải pháp nhằm chống lại ảnh hưởng phading, qua đó hạn chế MAI. Một số giải pháp đưa ra là sử dụng tổ hợp độ lợi cân bằng EGC, cân bằng cưỡng ép không ZF, tổ hợp tỷ số cực đại MRC, cân bằng theo lỗi bình phương trung bình cực tiểu MMSE. Ta sẽ xét chi tiết các vấn đề này ở phần sau.
còn bị xem như tạp âm nữa. Hiệu năng của hệ thống MC-CDMA sử dụng tách đa người dùng MUD được nâng cao so với SUD, tuy nhiên cấu trúc bộ tách tín hiệu phức tạp hơn. Có thể thực hiện MUD theo hai cách:
- Sử dụng tách tín hiệu kết hợp JD - Sử dụng tách tín hiệu triệt nhiễu IC
Cấu trúc JD là cấu trúc tách tín hiệu tối ưu theo tiêu chuẩn hợp lý cực đại ML sử dụng ước lượng chuỗi gần giống nhất MLSE hoặc ước lượng từng ký tự gần giống nhất MLSSE. Với hệ thống thông tin một sóng mang, độ phức tạp của hệ thống tỷ lệ theo hàm mũ của số lượng người dùng đồng thời trong hệ thống nên giải pháp này chỉ có thể thực hiện hiệu quả khi số người dùng thấp. Tuy nhiên, trong hệ thống MC-CDMA, bằng việc sử dụng kết hợp với kỹ thuật FDMA, độ phức tạp của bộ tách tín hiệu giảm đến mức chấp nhận được.
Nguyên lý của triệt nhiễu IC là thực hiện tách tín hiệu thông tin người dùng gây nhiễu theo SUD, sắp xếp lại phân bố nhiễu trong tín hiệu thu được rồi thực hiện loại trừ nhiễu để thu được tín hiệu cần thiết. Khi phân bố nhiễu trong tín hiệu thu được là phân bố đều, giải pháp thích hợp là sử dụng kỹ thuật triệt nhiễu song song PIC, tức là xử lý theo IC thực hiện đồng thời. Khi phân bố nhiễu trong tín hiệu thu được không phải là phân bố đều, giải pháp thực hiện triệt nhiễu nối tiếp SIC lại thích hợp hơn, tức là tách thành phần nhiễu mạnh nhất, sau mỗi bước xử lý, sẽ được loại ra khỏi tín hiệu thu.
Qua phân tích sơ bộ, các giải pháp tách tín hiệu trong hệ thống MC- CDMA rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Vì vậy, trong Luận văn này chỉ hạn chế việc xét kỹ thuật tách tín hiệu MC-CDMA cho kênh đường xuống, trong môi trường đơn tế bào.