Hình 5.8 Giới thiệu chương trình mô phỏng
Phần 1: Khảo sát búp sóng anten dãy
- Phần ỔMô hình anten dãyỖ:Chọn kiểu 1D hoặc 2D ựể xem mô hình anten dãy 1D&2D.
- Phần ỔAnten dãy 1-DỖ : Thực hiện vẽ ựồ thị bức xạ của anten dãy 1-D theo khoảng cách d giữa các anten và góc ựến θ của tắn hiệu, với vector trọng lượng của mảng có các trọng số là bằng nhau. Nhấn run chạy ta ựược ựồ thị sau:
Hình 5.10 đồ thị bức xạ của anten với d & θ khác nhau.
- Phần ỔAnten dãy 2-DỖ: Thực hiện vẽ ựồ thị beam 3-D của anten dãy 2-D. Nhấn ỔRunỖ ta ựược kết quả sau:
Hình 5.12 đồ thị beam dạng dB của anten dãy 2-D
-Phần Ộ GIẢI PHÁP đIỀU KHIỂN BEAM ANTEN DÃYỢ:
Thực hiện vẽ beam theo góc ựến tắn hiệu và nhiễu giao thoa bằng các kỹ thuật ựiều khiển beam khác nhau là Null-Sterring, MSINR và MMSE. Kết quả chạy như sau:
Hình 5.14 đồ thị beam dạng búp sóng
Hình (5.13 & 5.14 ) đồ thị bức xạ của anten dãy 6 phần tử ( dạng gain và dạng búp) ựược ựiều khiển bởi phương pháp Null-Sterring khi tắn hiệu ựến ở góc 30 ựộ, 5 tắn hiệu nhiễu giao thoa ựến với góc 15,45,60,90,120 ựộ. Ta thấy búp anten có hướng về góc 30 ựộ song vẫn chưa cực ựại tại góc ựó. Sau ựây sẽ là kết quả ựiều khiển của phương pháp MSINR . Ta có thể nhận thấy hướng búp anten cực ựại tại góc ựến 30 ựộ của tắn hiệu (hình 5.15&5.16).
Hình 5.16 đồ thị dạng búp sóng ựược ựiều khiển bởi kỹ thuật MSINR
Từ hình (5.13, 5.14, 5.15, 5.16) ta nhận thấy phương pháp MSINR hướng beam tới góc tắn hiệu tốt hơn phương pháp Null-Sterring. Tương tự các hình tiếp là ựồ thị beam ựược ựiều khiển bởi phương pháp MMSE, hướng búp cũng cực ựại tại góc ựến 30 ựộ.
Hình 5.18 đồ thị bức xạ dạng búp ựược ựiều khiển bởi kỹ thuật MMSE
Hình 5.17 & 5.18 đồ thị beam của anten ựược ựiều khiển bởi phương pháp MMSE. Ta nhận thấy búp sóng của anten cũng hướng cực ựại tại góc 30 ựộ (góc ựến của tắn hiệu)
Phần 2:
Hình 5.20 Khảo sát SINR ựầu ra theo SNR&INR ựầu vào.
Nhận xét : Hình 5.20 cho thấy SINR ựầu ra của bộ thu có sử dụng phân tập lớn hơn SINR ựầu vào, tức là kỹ thuật phân tập ựã làm tăng tỷ số SINR ựầu ra so với SINR ựầu vào.
Hình 5.21Giản ựồ Ber hệ thống trải phổ (phân tập và không phân tập)
Nhận xét : Chất lượng ber của hệ thống có sử dụng kỹ thuật phân tập tăng lên ựáng kể như ta thấy trên hình 5.21. đường ber màu xanh là ựường ber của hệ thống trải phổ không dùng phân tâp, 2 ựường ber màu ựỏ và màu xanh lá cây là hệ thống có sử dụng phân tập.
Hình 5.23 đồ thị SER của bộ tổ hợp SC theo số anten và SNR
Nhận xét: Chất lượng SER của bộ tổ hợp SC tăng lên khi số anten tăng lên.
5.25 đồ thị SER của bộ tổ hợp EGC theo số anten và SNR
Nhận xét: Chất lượng SER của bộ tổ hợp SC tăng lên khi số anten tăng lên.
Hình 5.26 So sánh 3 bộ tổ hợp
Phần 4: Chất lượng kênh truyền WCDMA có sử dụng kỹ thuật phân tập
Hình 5.27 Giao diện chắnh phần 4
Phần ỘDữ liệu vàoỢ: Tuỳ chọn: Dữ liệu vào (nhị phân) ựược nhập bằng tay. Ngẫu nhiên: Dữ liệu ựược chọn ngẫu nhiên theo số bit ựầu vào.
Phần ỘMã hoáỢ: Chọn kiểu mã hoá TCM hoặc mã cuộn. ỔChuổi phátỖ: Phát tắn hiệu sau khi ựược mã hoá.
Phần ỘTrải phổỢ: Trải phổ tắn hiệu theo hệ số trải 32 hoặc 256, mã trải ựược chon ngẫu nhiên.
Phần Ộđiều chếỢ: điều chế tắn hiệu theo 2 kiểu BPSK và QPSK.
Hình 5.28 Demo mã hoá TCM
Hình 5.29 Xem các giản ựồ Ber theo lý thuyết
Kết luận chương:
Chương này ựã thực hiện mô phỏng khá ựầy ựủ các kỹ thuật phân tập, từ ựó ta có cái nhìn tổng quan về kỹ thuật phân tập Không gian -Thời gian, cụ thể là ở phần 1 ựã cho ta thấy ựược nguyên lý hoạt ựộng của các kỹ thuật phân tập, ở phần 2 cho ta thấy ựược khả năng làm tăng chất lượng ber của hệ thống có sử dụng phân tập bởi bộ thu Beamformer, còn ở phần 3 cho ta thấy ựược lợi ắch của các bộ tổ hợp trong bộ thu Rake. Như vậy, ta có thể kết luận: Nếu hệ thống WCDMA sử dụng giải pháp phân tập này sẽ cải thiện chất lượng ber của hệ thống rất nhiều, từ ựó nâng cao ựược dung lượng của hệ thống.
CAÙC Tỷử VIEÁT TAÉT
AOA Angle of Arrival Góc ựến tắn hiệu
AWGN Additive White Gaussian Noise Cộng nhiễu trắng
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bắt
BPSK Binary Phase Shift Keying điều chế pha PSK 2 mức CDMA Code Division Multiplex Access đa truy cập phân chia theo mã
CG Coding Gain Mã hoá cổng
dB Decibel
DMI Diercted Matric Invesion Ma trận ựảo trực tiếp DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh ựiều khiển vật lý DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh ựiều khiển dữ liệu
EGC Equal Gain Combine Tổ hợp cùng ựộ lợi
ISI Inter Symbol Interfere Nhiễu xuyên ký tự
GE Generalized Eigenvalue Nhóm các giá trị riêng
ML Maximum Likelihood Cực ựại tối ưu
MLSE Maximum Likelihood Sequence
Estimation
đánh giá chuổi cực ựại tối ưu MMSE Minimum Mean Square Error Tối thiểu bình phương sai lệnh
MRC Maximum Ratio Combine Bộ tổ hợp tỷ số tối ựa
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
điều chế tần số trực giao PAM Pulse Amplitude Modulation điều chế biên ựộ xung
PSK Phase Shift Keying điều chế pha
QAM Quadrature Amplitude Modulation điều chế QAM QPSK Quadrature Phase Shift Keying điều chế
RF Radio Frequence Sóng radio
SC Selected Combine Bộ tổ hợp chọn lọc
SE Simple Eigen Giá trị riêng ựơn giản
SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi ký tự
SINR Signal to Interference plus-Noise Ratio Tỷ số tắn hiệu/ nhiễu giao thoa và nhiễu nhiệt
SISO Single Input Single Output Vào ựơn ra ựơn
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tắn hiệu trên nhiễu
TCM Trellis Code Modulation Mã hoá lưới TCM
TDMA Time Division Multiple Access đa truy cập phân chia theo thời gian
WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây
WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access
đa truy cập phân chia theo mã băng rộng
MỤC LỤC
Chương 1: Tổng Quan Hệ Thống W-CDMA ... 1
Gi i thi u chung 1 1.1. Hệ thống thông tin di ựộng thế hệ 1 ... 1
1.2. Hệ thống thông tin di ựộng thế hệ 2 ... 2
1.3. Hệ thống thông tin di ựộng thế hệ 3 ... 3
1.4. Lộ trình phát triển hệ thống di ựộng thế hệ 2 (GSM) lên (WCDMA) ... 3
1.5. Tổng quan mạng WCDMA... 4
1.5.1. Các thông số chắnh của mạng WCDMA ... 6
1.5.2. Những ựặc ựiểm then chốt của mạng WCDMA ... 7
1.5.3. Ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống WCDMA ... 7
1.5.4. Tắnh ựa dạng phân tập trong hệ thống WCDMA ... 8
Kết luận chương ... 10
Chương 2: Khái Niệm Phân Tập Không Gian-Thời Gian... 11
2.1 Giới thiệu ... 11
2.2 Anten Mảng... 11
2.2.1 Mảng Anten dãy ... 12
2.3 Kỹ thuật Beamformer ... 14
2.3.1 Vắ dụ ựơn giản của bộ Beamformer trong mảng ULA... 15
2.4 Nguyên tắc lấy mẫu trong xử lý không gian... 17
2.5 Lợi ắch của phân tập không gian ... 18
2.6 Phân tập thời gian- Bộ thu Rake trong CDMA... 18
2.6.1 Các kỹ thuật tổ hợp tắn hiệu ... 19 2.6.1.1 Bộ tổ hợp chọn lọc (SC)... 19 2.6.1.2 Bộ tổ hợp tỉ số tối ựa (MRC)... 20 2.6.1.3 Bộ tổ hợp cùng ựộ lợi (EGC) ... 20 2.7 Bộ thu Beamformer_Rake ... 20 Kết luận chương ... 21
Chương 3: Các Kỹ Thuật Beamforming ... 22
3.1 Giới Thiệu ... 22
3.2 MSNR Beamforming... 22
3.2.1 Kỹ Thuật MSNR... 22
3.2.2 Phương Thức cải tiến SE cho Beamforming ... 24
3.2.3 Pha Tắn Hiệu Trong Eigen-Beamforming ... 25
3.3. Kỹ thuật MSINR Beamforming ... 26
3.3.1 Cực ựại tỷ số tắn hiệu trên nhiễu(SINR) ... 27
3.3.2 Xác ựịnh giá trị cực ựại của tỷ số tắn hiệu trên nhiễu (MSINR) ... 28
3.4 Kỹ thuật MMSE Beamforming ... 29
3.5 So sánh 2 kỹ thuật MSINR và MMSE trong trường hợp ựơn giản... 30
Kết luận chương ... 32
Chương 4: CÁC THUẬT TOÁN BEAMFORMING ... 33
4.2.1 Phương pháp Power... 34
4.2.2 Phương pháp bội số nhân Lagrange ... 35
4.2.3 Phương pháp liên hợp Gradient... 38
4.2.4 đánh giá chung các phương pháp ... 43
4.2.5 Mô hình bộ thu MSNR Beamformer-Rake trong WCDMA ... 43
4.3 Giải pháp tắnh toán cho kỹ thuật MSINR ... 44
4.3.1 Giới thiệu... 44
4.3.2 MSINR trong hệ thống WCDMA ... 44
4.3.2.1 Giải pháp lọc số tiếp cận (CFA) ... 44
4.3.2.2 Giải pháp cải tiến CFA (M-CFA)... 45
4.3.2.3 Giải pháp mã hoa cổng (CGA)... 46
4.3.3 Các giải thuật tắnh toán bài toán GE... 47
4.3.3.1 Phương pháp power ... 48
4.3.3.2 Phương pháp hệ số nhân Largrange ... 48
4.3.3.3 Phương pháp ựảo ma trận (AMI) ... 50
4.4 Giải pháp tắnh toán cho kỹ thuật MMSE ... 54
4.4.1 Giới thiệu... 54
4.4.2 Tiêu chắ kỹ thuật của phương pháp MMSE ... 54
4.4.2.1 Phương pháp tắnh trực tiếp ma trận ựảo (DMI)... 55
4.4.2.2 Phương pháp tắnh từng bước ... 56
4.4.2.3 Phương pháp LMS... 57
4.4.3 Mô hình bộ thu MMSE Beamformer-Rake ... 57
Kết luận chương ... 58
Chương 5 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 5.1 Giới thiệu chương mô phỏng ... 59
5.2 Các lưu ựồ thuật toán ... 60
5.3 Kết quả mô phỏng ... 64