3.1.3.1 Bộ thu Rake
Bộ thu Rake được sử dụng để cho phép mỗi anten thu một tín hiệu và bù cho hiện tượng fading. Khi một tín hiệu dải rộng được thu qua một kênh đa đường, tại bộ thu sẽ xuất hiện nhiều độ trễ khác nhau. Chức năng của bộ thu Rake là lấy mẫu, tính tốn, khơi
phục và tăng cường. Bộ thu Rake phân tích và kết hợp các tín hiệu mong muốn cho một người dùng. Bộ thu Rake trong phần mô phỏng này bao gồm bốn nhánh, mỗi nhánh có thể coi là một bộ thu riêng biệt. Mỗi bộ thu này sẽ thu một tín hiệu mong muốn và sau đó sẽ chỉnh sửa thời gian liên quan bằng các mạch trễ. Kết quả cuối cùng, tất cả các tín hiệu từ mỗi bộ thu sẽ được kết hợp lại với nhau, do đó sẽ khơi phục và tăng cường tín hiệu mong muốn. Tín hiệu sau khi thu được ở bộ thu RAKE sẽ được đưa đến bộ giải ánh xạ IQ.
3.2 Kết quả mơ phỏng
3.2.2 Dạng tín hiệu trong miền tần số
Tín hiệu trải phổ gồm hai thành phần I và Q được thể hiện trên hình: - Dạng phổ cơng suất của tín hiệu trước khi trải phổ
- Dạng phổ cơng suất của tín hiệu trước khi định dạng xung
3.2.3 Khi kênh truyền thay đổi
3.2.3.1 Thiết lập các thông số của kênh truyền và khối thu đƣợc sử dụng
Các thông số Kênh đa đường trường hợp 1
Kênh đa đường trường hợp 2
Kênh đa đường trường hợp 5
Kênh đa đường trường hợp 6
SNR (dB) -3 -3 -3 -3
Số lượng nhánh 2 3 2 4
Độ trễ tương đối của tín hiệu
nhận (s)
[0 976e-9] [0 976e-9 20000e-9]
[0 796e-9] [0 260e-9 521e- 9 781e-9]
Công suất trung bình của tín hiệu nhận (dB) [0 -10] [0 0 0] [0 -10] [0 -3 -6 -9] Tốc độ đầu cuối (Km/h) 3 3 50 250 Tỉ số lỗi bit (BER) xảy ra (bit) 951 12 1112 105
3.2.3.2 Kết quả mô phỏng khi kênh truyền thay đổi *) Kênh đa đƣờng trƣờng hợp 1 *) Kênh đa đƣờng trƣờng hợp 1
Trong phần này tôi chỉ trình bày kết quả mơ phỏng các kênh đa đường trường hợp1, còn kết quả mơ phỏng của các kênh đa đường cịn lại tơi trình bày trong phần phụ lục.
- Kết quả về tỉ lệ lỗi bít
- Dạng phổ cơng suất của tín hiệu thu được
3.2.3.3 Nhận xét
Kênh truyền vô tuyến ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng truyền dẫn và dung lượng. Trong đó đa đường và dịch tần Doppler (do máy thu chuyển động), và công suất trung bình của tín hiệu nhận là các yếu tố điển hình. Các yếu tố này dẫn đến thay đổi nhanh cường độ tín hiệu và gây nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu và làm cho xác suất lỗi lớn.
Trong trường hợp kênh đa đường trường hợp 1 và kênh đa đường trường hợp 6 là hai mơ hình kênh đa đường và dịch tần Doppler. Kênh đa đường trường hợp 1 là kênh đa đường và máy thu chuyển động với tốc độ thấp (3km/h) nhưng tại bộ thu lại sử dụng máy thu RAKE chỉ có hai nhánh (finger) nên chất lượng tín hiệu kém và xảy ra nhiều lỗi hơn.
b/ Tỉ lệ lỗi bít (BER) của kênh đa đường trường hợp 6
Hình 3.6 Tỉ lệ lỗi bít (BER) của kênh đa đường trường hợp 1, và 6
Trong khi đó trường hợp kênh đa đường trường hợp 6 là kênh đa đường và máy thu chuyển động với tốc độ cao (250Km/h) nhưng tại bộ thu lại sử dụng máy thu RAKE có tới 4 nhánh (finger) nên chất lượng thu tốt hơn, và xảy ra ít lỗi hơn. Như vậy cho thấy kênh truyền vô tuyến chịu ảnh hưởng rất nhiều của đa đường.
Trong trường hợp kênh đa đường trường hợp 1 và kênh đa đường trường hợp 5 là hai mơ hình kênh đa đường và dịch tần Doppler. Cả hai kênh này có cùng tỉ số SNR, sử dụng máy thu RAKE giống nhau (hai nhánh thu), có cùng độ trễ tương đối của tín hiệu nhận, và cơng suất trung bình của tín hiệu nhân nhưng trường hợp kênh đa đường trường hợp 1 có tốc độ chuyển động của máy thu thấp hơn (3 Km/h, trong khi của kênh đa đường trường hợp 5 là 50 Km/h) nên chất lượng thu tốt hơn và xảy ra ít lỗi hơn. Như vậy, chất lượng truyền tin phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của máy thu, hay chính là phụ thuộc vào dịch tần Doppler.
a/ Tỉ lệ lỗi bít (BER) của kênh đa đường trường hợp 1
Hình 3.7 Tỉ lệ lỗi bít (BER) của kênh đa đường trường hợp 1 và 5
Trường hợp kênh đa đường trường hợp 1 và kênh đa đường trường hợp 4. Hai kênh này có cùng tỉ số SNR, sử dụng máy thu giống nhau (2 nhánh thu), có cùng độ trễ tương đối của tín hiệu nhận, có cùng tốc độ đầu cuối (3 Km/h) nhưng có cơng suất trung bình của tín hiệu nhận khác nhau. Với kênh đa đường trường hợp 1 có cơng suất trung bình của tín hiệu nhận cao hơn, nên chất lượng thu kém hơn và bị lỗi nhiều hơn. Như vậy chất lượng truyền tin phụ thuộc vào cả cơng suất của tín hiệu nhận.
a/ Tỉ lệ lỗi bít (BER) của kênh đa đường trường hợp 1
b/ Tỉ lệ lỗi bít (BER) của kênh đa đường trường hợp4
3.2.4 Chƣơng trình mơ phỏng Monte-Carlo để ƣớc lƣợng BER của hệ thống kênh truyền dẫn BPSK, QPSK qua kênh AWGN
Dùng mô phỏng Monte –Carlo để ước lượng BER của hệ thống kênh truyền dẫn khi sử dụng điều chế BPSK và QPSK qua kênh AWGN. Từ đây ta so sánh được khi sử dụng hai loại điều chế này thì BER thay đổi như thế nào? Và từ đó giải thích được tại sao đường xuống của hệ thống W-CDMA sử dụng điều chế QPSK.
Với EbNo ban đầu khởi tạo bằng 0. Và số bít tạo ra là 5*105 bit
3.2.4.1 Chƣơng trình mơ phỏng Monte –Carlo để ƣớc lƣợng BER của hệ thống kênh truyền dẫn BPSK qua kênh AWGN
Hình 3.8: Ước lượng BER của hệ thống kênh truyền dẫn sử dụng điều chế BPSK qua kênh AWGN
3.2.4.2 Chƣơng trình mơ phỏng Monte-Carlo để ƣớc lƣợng BER của hệ thống kênh truyền dẫn sử dụng điều chế QPSK qua kênh AWGN
Hình 3.9: Ước lượng BER của hệ thống kênh truyền dẫn sử dụng điều chế QPSK qua kênh AWGN
3.2.4.3 Nhận xét
Hình 3.8 đưa ra ước lượng BER khi sử dụng điều chế BPSK. Khi sử dụng phương pháp điều chế này thì cho phép cải thiện được BER trong một kênh ồn. Song khi sử dụng phương pháp điều chế này thì tốc độ truyền chậm nên địi hỏi cơng suất phát phải cao nên giá thành để truyền dữ liệu là lớn, và thời gian điều chế thì nhiều hơn so với QPSK.
Hình 3.9 đưa ra ước lượng BER khi sử dụng điều chế QPSK. Khi sử dụng phương pháp điều chế này thì tỉ lệ lỗi bít nhiều hơn, song thời gian điều chế ít hơn, và tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn nên giá thành để truyền dữ liệu rẻ hơn so với dùng phương pháp điều chế BPSK.
3.3 Kết luận chƣơng
Chương này đã đạt được các kết quả sau:
- Trình bày được các sơ đồ của khối thu, khối môi trường và khối phát. Đồng thời cũng đã phân tích được chức năng của từng khối trong quá trình truyền tin.
- Kết quả mô phỏng hệ thống thơng tin trải phổ trong W-CDMA: kết quả tín hiệu trải phổ trong miền thời gian, kết quả tín hiệu trong miền tần số.
- Kết quả mô phỏng hệ thống thông tin trải phổ trong W-CDMA khi thay đổi các thông số kênh truyền.
- Dùng mô phỏng Mote-Carlo để ước lượng BER cho hệ thống kênh truyền sử dụng điều chế BPSK, QPSK qua kênh AWGN.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS- TS. Nguyễn Viết Kính, cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, luận văn đã hoàn thành đúng thời gian quy định và đạt được mục tiêu nghiên cứu đã đề ra với những nội dung sau:
Luận văn đã trình bày được những vấn đề cơ bản về công nghệ W-CDMA, các mã trải phổ sử dụng trong mạng W-CDMA và mô phỏng việc sử dụng mã trải phổ trong W- CDMA, Dùng mô phỏng Mote-Carlo để ước lượng BER cho hệ thống kênh truyền sử dụng điều chế BPSK, QPSK qua kênh AWGN. Với mục đích xây dựng một cách nhìn tổng thể, sâu sắc cho bài toán sử dụng kỹ thuật trải phổ để bảo vệ thông tin truyền đi, tôi đã cố gắng tập hợp những kiến thức có được từ sự hướng dẫn của giáo viên, từ các nguồn tài liệu được cung cấp một cách ngắn gọn đầy đủ nhất. Nhưng do hạn chế về thời gian và khả năng của bản thân, chắc chắn luận văn không tránh khỏi những sai sót tơi xin trân trọng tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy giáo cùng các bạn quan tâm đến vấn đề này để luận văn thêm hoàn thiện hơn.
Trong thời gian tới, nếu có điều kiện, đề tài có thể phát triển thêm như: Nghiên cứu về sự thay đổi của hàm lỗi BER trong W-CDMA trong các trường hợp:
- So sánh sự thay đổi của hàm lỗi BER khi dùng bộ thu RAKE, và khi không sử dụng bộ thu RAKE tại thiết bị người dùng W-CDMA.
- So sánh sự thay đổi của hàm lỗi BER khi thay đổi các nhánh thu, và thay đổi các hệ số trải phổ.
Một lần nữa tôi xin trân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS. Nguyễn Viết Kính và các thầy cơ trong Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2001), Giáo trình Thơng tin di động, Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng, NXB Bưu điện.
[2] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2006), Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến, Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng.
[3] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (1999), Lý thuyết trải phổ và ứng dụng, Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thông, NXB Bưu điện, 1999.
[4] KS Nguyễn Văn Thuận, Bài giảng hệ thống thông tin di động W-CDMA, Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng
[5] PGS – TS Trịnh Anh Vũ (2006), Giáo trình Thơng tin di động, Trường Đại
học Công nghệ - ĐHQGHN, NXB Đại học Quốc gia Hà nội, 2006
Tiếng Anh
[6] A. J. Veterbi Addison Wesley (1995), Principles of spread spectrum communications
[7] Davinder S Saini and Sunil V Bhooshan (2005), Assignment and Reassignment
Schemes for OVSF Codesin WCDMA, (173215), pp. 497-501.
[8] Keiji Tachikawa, W-CDMA Mobile Communications System, Japan.
[9] John Wiley and Sons Ltd (Sep 2004), WCDMA for UMTS Radio Access for Third Generation Mobile Communications.
[10] John Wiley and Sons (2005), Ltd – Theory and Applications of OFDM and CDMA.
[11] John G. Proakis Masoud Salehi (2002), Contemporary Communication Systems Using Matlab.
PHỤ LỤC
1. Chƣơng trình mơ phỏng việc sử dụng mã Gold để trải phổ và giải trải phổ tín hiệu
% Chuong trinh matlab mo phong viec su dung chuoi Gold trong qua trinh % trai pho va giai trai pho tin hieu
% Chuong trinh duoc thuc hien boi:
%%%%%%%%%%%%%%%%% Phi Thi Nhuong nhuongptn@gmail.com %%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%% Lop K15D2 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; % ----------- TRANSMITTER ------------------
% generating the bit pattern with each bit 6 samples long
b=round(rand(1,20)); pattern=[]; for k=1:20 if b(1,k)==0 sig=zeros(1,6); else sig=ones(1,6); end pattern=[pattern sig]; end b1=b; message=b1 message1=pattern; subplot(3,2,1); plot(pattern); axis([-1 120 -0.5 1.5]);
ylabel('\bf Original Bit Sequence'); title('\bf\it transmitted message');
% Generation of Gold code
G = 20; K =1;
% -------Generation of first PN sequence ---------
lsr1 = randsrc(1,20,[0 1]); PN1=[]; for j=1:G PN1=[PN1 lsr1(1)]; temp1=xor(lsr1(4),lsr1(1)); temp2=xor(lsr1(6),temp1); temp3=xor(lsr1(7),temp2); temp4=xor(lsr1(13),temp3); temp5=xor(lsr1(19),temp4); for i=1:G-1 lsr1(i)=lsr1(i+1); end lsr1(20)=temp5;
end
%Genneration of Second PN sequence
lsr2=randsrc(1,20,[0 1]); PN2=[]; for j=1:G PN2=[PN2 lsr2(1)]; temp1=xor(lsr2(2),lsr1(1)); temp2=xor(lsr2(3),temp1); temp3=xor(lsr2(5),temp2); temp4=xor(lsr2(7),temp3); temp5=xor(lsr2(9),temp4); temp6=xor(lsr2(10),temp5); temp7=xor(lsr2(13),temp6); temp8=xor(lsr2(14),temp7); temp9=xor(lsr2(16),temp8); temp10=xor(lsr2(17),temp9); temp11=xor(lsr2(19),temp10); for i=1:G-1 lsr2(i)=lsr2(i+1); end lsr2(20)=temp11; end
% generation of Gold Codes code_matrix=[];
for codes=1:K code=[]; for j=1:G
code = [code xor(PN1(j),PN2(j))]; end code_matrix=[code_matrix code]; end gold_1= code_matrix; gold_code = gold_1 pattern=[]; for k=1:20 if gold_1(1,k)==0 sig=zeros(1,6); else sig=ones(1,6); end pattern=[pattern sig]; end gold=pattern; subplot(3,2,3); plot(gold) axis([-1 120 -0.5 1.5]); ylabel('\bf Gold code');
for i=1:20 for j=1:20 spread(1,k)=xor(b1(1,i),gold_1(1,j)); k=k+1; end spread end %spread; subplot(3,2,5); plot(spread) axis([-1 400 -0.5 1.5]);
ylabel('\bf Spreaded Squence');
% receiver
subplot(3,2,2); plot(spread)
axis([-1 400 -0.5 1.5]);
ylabel('\bf Receive Sequence'); title('bf\it received message');
% gold code used
gold_2=gold_1; pattern=[]; for k=1:20 if gold_2(1,k)==0 sig=zeros(1,6); else sig=ones(1,6); end pattern=[pattern sig]; end gold=pattern; subplot(3,2,4); plot(gold) axis([-1 120 -0.5 1.5]); ylabel('\bf Gold code');
% Demodulation to get original signal
gold_2inv=xor(1,gold_2); i=1; k=1; while k<400 s=0; for j=1:20 temp(1,j)=xor(spread(1,k),gold_2(1,j)); k=k+1; s=s+temp(1,j); end if(s==0) b2(1,i)=0; else b2(1,i)=1;
end i=i+1;
end
despreaded_signal=b2
% plotting Despread signal
pattern=[]; for k=1:20 if b2(1,k)==0 sig=zeros(1,6); else sig=ones(1,6); end pattern=[pattern sig]; end subplot(3,2,6); plot(pattern) axis([-1 120 -0.5 1.5]);
ylabel('\bf Despreaded Sequence');
2. Chƣơng trình mơ phỏng việc tạo mã OVFS
% Demodulation to get original signal %CODE below will yield OVSF code %with index start from {1,1} until {Nmax,SFmax}, just to make it simple in %result preview
clear;
Nmax=4; %SF maximum is 2^(Nmax-1) FirstCode=1;
a{1,1}=FirstCode; if(Nmax>1)
for N=1:Nmax SF=2^N;
prevSF=N; %Get previous SF for M = 1:1:SF
if mod(M,2)%row matrix is odd
preva=a{ceil(M/2),prevSF}; %Get previous code presnta=horzcat(preva,preva); %Present Code
a{M,N+1}=presnta; %Store present code to the matix code else %row matrix is even
preva=a{ceil(M/2),prevSF}; %Get previous code presnta=horzcat(preva,-preva);%Present Code
a{M,N+1}=presnta;%Store present code to the matix code end
end end
%Present the result code
disp(' ');disp(' ');disp('Below are the OVSF code result');disp(' '); for N=1:Nmax+1
disp(sprintf('a(%i,%i)= ',SF,M));% SF,M-1 disp(a{M,N}); end end else disp('a 1,1 = '); disp(a{1,2}); end
3. Chƣơng trình mơ phỏng moter-Carlo để ƣớc lƣợng BER cho hệ thống kênh truyền dẫn sử dụng điều chế BPSK qua kênh AWGN
%Mo phong truyen dan BPSK qua kenh AWGN
EbNodB=0:10;
EbNo=10.^(EbNodB./10); N=5*10^5; % So bit tao ra
%Tao tin hieu
s=1-2*(rand(1,N)>=0.5);
%Tinh nang luong bit tin hieu
Eb=norm(s)^2/N;
%Tinh mat do pho AWGN
No=Eb./EbNo;
%Tinh BER
for k=1:length(EbNo)
% Tao AWGN
n=sqrt(No(k)./2).*(randn(1,N)+j*randn(1,N)); % Tin hieu thu
y=s+n;
% Tach tin hieu shat=sign(real(y)); error=s-shat;
noError=length(find(error~=0)); BER(k)=noError/N;
end
% BER ly thuyet cua truyen dan BPSK qua kenh AWGN
BERthry=1/2*erfc(sqrt(EbNo));
%Ve do thi
semilogy(EbNodB,BER,'bo', EbNodB, BERthry,'r'); hold on;
semilogy(EbNodB(10),BER(10),'g*'); xlabel('Eb/No(dB)');
ylabel('BER'); legend('BER');
title('Mo phong BPSK qua AWGN') grid;
4. Chƣơng trình mơ phỏng Monte-Carlo để ƣớc lƣợng BER cho hệ thống kênh truyền sử dụng điều chế QPSK qua kênh AWGN
% ctr mp xdinh BER cua hth sdung dche 4PSK qua kenh pha-dinh Rayleigh va AWGN theo Eb/No(dB).
EbNodB=0:1:10;
EbNo=10.^(EbNodB./10); M=4;
N=5*10^5;
%Tao tin hieu vao
bk=randint(1,N,[0 M-1]);
Tta=2*pi*bk/M;%pha ban dau bang 0 sk=exp(j*Tta);
%Tao ra kenh pha dinh Rayleigh
g=(randn(1,N)+j*rand(1,N))/sqrt(2);
%Tao cong suat tin hieu
Eb=1/log2(M);
%Mat do pho AWGN
No=Eb./EbNo;
%Tao vong lap
for k=1:length(EbNodB)
%Tao ra tap am AWGN
n=sqrt(No(k)./2).*(randn(1,N)+j*randn(1,N)); %Tin hieu thu
yk=sk.*g+n; %Tach tin hieu ymuk=conj(g).*yk; fimuk=angle(ymuk);
fimuk=mod(fimuk+2*pi,2*pi);
bmuk=mod(round(M*fimuk/(2*pi)),4);%Ham lam tron ve so nguyen gan nhat error=bmuk-bk;
noError=length(find(error)~=0); SER(k)=noError/N;
[noSYM(k),BER(k)]=biterr(bk,bmuk,log2(M));
End
%Ve do thi BER va SER qua pha dinh Rayleigh va AWGN
semilogy(EbNodB,BER,'r*'); xlabel('EbNo(dB)');
ylabel('BER');
legend('BER','BERthry','SER');
title('Mp BER, SER cua hth sdung dche 4PSK theo Eb/No voi pha ban dau la 0'); grid;
5. Kết quả mô phỏng khi kênh truyền thay đổi a. Trƣờng hợp 1: Kênh đa đƣờng trƣờng hợp 2
- Tỉ lệ lỗi bít:
- Dạng phổ cơng suất của tín hiệu tại nơi thu
2.Trƣờng hợp 2: Kênh đa đƣờng trƣờng hợp 4
- Dạng phổ cơng suất của tín hiệu sau khi trải phổ
3. Trƣờng hợp 3: Kênh đa đƣờng trƣờng hợp 5
- Tỉ lệ lỗi bít
- Dạng phổ cơng suất của tín hiệu tại nơi thu
4.Trƣờng hợp 4: Kênh đa đƣờng trƣờng hợp 6