V. Giới hạn đề tài
6.1. Giao diện mơ phỏng
Hình 6.1-Giao diện mơ phỏng
6.2.Nội dung mơ phỏng
Giao diện nội dung mơ phỏng được thiết kế như sau:
Hình 6.2- Giao diện nội dung mơ phỏng Nội dung mơ phỏng bao gồm:
- Đặc tính kênh truyền. - Offset tần số.
- Triệt nhiễu MAI
- Tách sĩng đơn user trong MC-CDMA. - Tách sĩng đa user trong MC-CDMA. - Hệ thống MC-CDMA.
6.3.Đặc tính các chuỗi mã
6.3.1 Đặc tính tương quan của các chuỗi mã.
Trong phần mơ phỏng này ta sẽ khảo sát tính tự tương quan của các chuỗi mã, tính trực giao và tính tương quan chéo của hai chuỗi mã xác định trong các cặp chuỗi mã khác nhau.
6.3.2 Chuỗi mã giả nhiễu
Hình 6.3- Đặc tính chuỗi mã giả nhiễu
Trên hình trên ta cĩ thể thấy chuỗi mã giả nhiễu cĩ đặc tính tự tương quan tốt tuy nhiên đặc tính tương quan chéo giữa hai chuỗi giả nhiễu trong tập cĩ giá trị lớn, đặc tính tương quan chéo khơng tốt.
6.3.3 Chuỗi mã Walsh-Hadamard
Hình 6.4 biểu diễn một chu kỳ của hàm tự tương quan cho một mã Walsh-Hadamard (mã cuối cùng trong tập mã) và biểu diễn một chu kỳ cho hàm tương quan chéo của 2 mã Walsh-Hadamard (hai mã cuối cùng trong tập mã), các
mã cĩ chiều dài là L=27=128.
Hình 6.4- Đặc tính chuỗi Walsh-Hadamard.
Nhận xét : Qua hình 6.4 ta cĩ thể thấy đặc tính tự tương quan và tự tương quan chéo thấp. Tuy nhiên chúng cĩ một đặc tính tốt là khi được đồng bộ (tương ứng với vị trí đầu tiên trong đồ thị hàm tương quan chéo) thì chúng trực giao với nhau. Hàm Walsh và ma trận Hadamard tạo nên một tập các hàm trực giao sữ dụng cho CDMA và được dùng theo hai cách: là mã trải phổ hoặc tạo ra các ký hiệu trực giao.
Hình 6.5 cho thấy đặc tính tụ tương quan và tương quan chéo của chuỗi
Gold trong trường hợp các chuỗi mã Gold cĩ chiều dài L=27-1.Với vị trí mã thứ 3
và 4 trong tập mã.
Hình 6.5 -Đặc tính của chuỗi Gold.
Nhận xét: Qua hình 6.5 cho thấy đặc tính tụ tương quan của chuỗi Gold khơng tốt nhưng đặc tính tương quan chéo lại tương đối tốt.
6.3.5 Chuỗi mã Kasami
Chuỗi Kasami cĩ đặc tính tự tương quan và đặc tự tính tương quan chéo
Hình 6.6 -Đặc tính chuỗi Kasami.
Nhận xét : Hình 6.6 cho thấy đặc tính tự tương quan và tương quan chéo của chuỗi mã Kasami tốt, nhưng số lượng mã trong tập mã kasami là rất ít.
6.4 Tách sĩng đơn user trong MC-CDMA
Trong giao diện mơ phỏng đã thể hiện rõ các thơng số được sử dụng như: kỹ thuật dị tìm, mơi trường nhiễu, mả trải phổ… Trong phần mơ phỏng này, nhĩm thực hiện đề tài sử dụng chung một mã trải phổ Walsh-Hadamard vì nĩ cĩ tính trực giao tốt nhất, các phương pháp tách sĩng được sử dụng là:
Bảng 6.1 Các phương pháp tách sĩng đơn user dùng trong mơ phỏng
SUP MRC EGC ZF MMSE SUD MRC EGC
ZF MMSE
6.4.1 Mơ phỏng BER trong MC-CDMA tuyến xuống theo Eb/N0
Trong tuyến xuống, dữ liệu của người dùng bị tác động như nhau bởi kênh truyền.Hơn nữa như đề cập trước đây sự tác động của kênh truyền trên từng sĩng mang trong hệ thống MC-CDMA là fading phẳng, ở đây để đơn giản, nhĩm thực hiện xét các phương pháp dị tìm đơn user cho từng sĩng mang.
Hình 6.7 –Đặc tính BER theo Eb/N0 trong tuyến xuống. Nhận xét:
− Tỉ lệ lỗi bit BER theo Eb/N0 cho các kỹ thuật dị tìm đơn user cân
bằng MRC, EGC, ZF, và MMSE trong hệ thống MC-CDMA được minh họa trên Hình 6.10. Các kết quả cho thấy với một hệ thống MC-CDMA, phương pháp MMSE cho kết quả tốt hơn các phương pháp tách sĩng đơn user khác.
− Phương pháp ZF lúc đầu cĩ BER cao hơn EGC, nhưng khi
Eb/N0[dB]= 10 thì BER của nĩ giảm dần và thấp hơn rất nhiều so
với EGC, tuy nhiên nĩ vẫn cao hơn rất nhiều so với phương pháp MMSE, nên nĩ khơng phải là phương pháp tối ưu nhất.
Hình 6.8 –Đặc tính BER theo usertrong tuyến xuống.
Nhận xét:
• Qua hình 6.8 ta cĩ thể nhận thấy trong trường hợp hệ thống MC-CDMA
tuyến xuống chỉ cĩ một người dùng tích cực thì phương pháp tách sĩng MRC cho kết quả tốt nhất, tuy nhiên chất lượng của hệ thống khi sử dụng bộ dị tìm này cũng nhanh chĩng suy giảm khi số người dùng tích cực tăng lên.
• Với phương pháp EGC, chất lượng của hệ thống cũng giảm nhanh khi số
người dùng tăng lên hay nĩi theo một cách ngược lại chất lượng của hệ thống tăng nhanh khi số người dùng tích cực giảm đi.
• Chất lượng của hệ thống thay đổi rất ít khi số người dùng tích cực thay đổi
trong hệ thống MC-CMA tuyến xuống sự dụng phương pháp ZF, tỷ số BER của nĩ luơn giữ ổn định ở mức cao.
• Đối với hệ thống cĩ nhiều người sử dụng ( số người dùng tích cực lớn hơn 2)
thì bộ dị tìm cĩ bộ cân bằng MMSE cho kết quả tốt nhất trong số bốn bộ dị tìm đơn user.
6.4.2 Đặc tính BER trong tuyến lên với các phương pháp dị tìm đơn user theo E0/N0
Đối với tuyến lên, sự tác động của kênh truyền lên tín hiệu của những người dùng khác nhau là khác nhau. Trong phần mơ phỏng này mỗi người dùng cĩ một kênh truyền Rayleigh khơng tương quan.
Hình 6.9 - Đặc tính BER theo Eb/N0 trong tuyến lên.
− Các kết quả cho thấy với sự cân bằng MMSE cho kết quả tốt hơn
các kỹ thuật dị tìm đơn user khác.
− EGC khơng làm tăng nhiễu nền nhưng khơng triệt tiêu nhiễu MAI
(do mang tính trực giao giữa các tín hiệu người dùng), cho kết quả tốt hơn MRC và ZF.
− Chất lượng của hệ thống thay đổi rất ít khi số người dùng tích cực
thay đổi trong hệ thống MC-CMA tuyến xuống sự dụng bộ dị tìm cĩ bộ cân bằng MRC.
− Sự cân bằng ZF cho kết quả xấu nhất trong bốn phương pháp, nĩ
Hình 6.10 - Đặc tính BER theo user trong tuyến lên
Nhận xét:
• Qua hình 6.10 ta cĩ thể nhận thấy trong trường hợp hệ thống MC-CDMA
tuyến lên với bộ cân bằng MMSE cho kết quả tốt hơn các kỹ thuật dị tìm đơn user khác, BER của nĩ luơn giữ ở mức thấp và tăng rất chậm so với các phương pháp MRC, EGC, ZF.
• Khi chỉ cĩ 1 user, phương pháp MRC,ZF,MMSE, cĩ tỷ số BER gần như
bắng nhau, và phương pháp EGC thể hiện là phương pháp kém nhất khi nĩ cĩ tỷ số BER cao hơn nhiều so với các phương pháp khác.
• Khi số user tăng lên, phương pháp MRC và ZF đã tăng tỷ số BER rất nhanh,
(gần bằng 10-1) cho thấy chất lượng hệ thống bị suy giảm rất nhiều khi dùng
2 phương pháp này. Cịn phương pháp EGC cũng tăng lên nhưng khi số user càng tăng (cụ thể là ở mức 5 user ) thì nĩ cĩ tỷ số BER thấp hơn nhiều so với 2 phương pháp trên.
6.5 Tách sĩng đa user trong MC-CDMA
Trong phần mơ phỏng này, nhĩm thực hiện đề tài sử dụng chung một mã trải phổ Walsh-Hadamard vì nĩ cĩ tính trực giao tốt nhất, các phương pháp tách sĩng được sử dụng là:
MUP ZF MMSE
MUD ZF
MMSE
Hình 6.11b- Đặc tính BER theo Eb/N0 trong tuyến lên Từ hai hình trên ta thấy:
− Tỉ lệ lỗi bit BER theo Eb/N0 cho các kỹ thuật dị tìm đa user ZF,
và MMSE trong hệ thống MC-CDMA được minh họa trên Hình 6.11a và 6.11b. Các kết quả cho thấy với một hệ thống đầy tải ở cả tuyến lên lẫn tuyến xuống thì sự cân bằng MMSE cho kết quả tốt hơn kỹ thuật dị tìm đa user ZF.
Hình 6.12b - Đặc tính BER theo users trong tuyến lên Từ hai hình trên ta thấy:
− Tỉ lệ lỗi BER theo thơng số user cho các kỹ thuật dị tìm đa user
ZF, và MMSE trong hệ thống MC-CDMA được minh họa trên Hình 6.12a và 6.12b. Các kết quả cho thấy với một hệ thống đầy tải sự cân bằng MMSE cho kết quả tốt hơn kỹ thuật dị tìm đa user ZF.
− Ở tuyến lên, Khi chỉ cĩ 1 user, tỷ lệ lỗi BER tương đương nhau là:
10-4, nhưng khi số user tăng dần thì phương pháp MUP-ZF cĩ tỷ
lệ lỗi BER tăng nhanh hơn, cụ thể là ở mức 8 users, BER của
MUP-ZF hơn 10-1 thì BER của MUP-MMSE chỉ hơn 10-2
− Ở tuyến xuống, BER của MUD-MMSE tăng chậm, cịn BER của
MUD-ZF gần như khơng thay đổi và giữ ở mức cao.
Nhận xét chung:
− Hệ thống MC-CDMA bằng việc sử dụng nhiều sĩng mang phụ đã làm “chậm” lại
tốc độ ký tự dữ liệu trên các sĩng mang phụ và nhờ vào các khoảng bảo vệ đã giúp loại bỏ ISI và ICI làm cho trên từng sĩng mang phụ chỉ cịn chịu sự tác động của fading phẳng, từ đĩ ta cĩ thể sử dụng nhiều kỹ thuật dị tìm đơn giản cho hệ thống này.
− Trong số các bộ dị tìm đơn user cho hệ thống MC-CDMA thì MRC cho kết quả tối
ưu trong tuyến lên. Đối với tuyến xuống, MRC chỉ cho kết quả tốt khi hệ thống chỉ cĩ một người dùng, MMSE luơn cho kết quả tốt nhất khi hệ thống cĩ nhiều người dùng và cũng là phương pháp tối ưu nhất, EGC là bộ dị tìm đơn giản nhất trong số bốn bộ dị tìm và là sự thay thế tốt cho MMSE trong mơi trường nhiễu nhiều, trong mơi trường ít nhiễu ZF là sự thay thế tuyệt vời cho MMSE.
− Các bộ dị tìm đơn user cĩ ưu điểm là sự đơn giản, một bộ dị tìm đơn user cho một
người dùng khơng cần biết thơng tin về các người dùng khác (như mã trải rộng, đặc tính kênh truyền của các người dùng khác …) tuy nhiên nĩ lại chịu sự tác động rất lớn của xuyên nhiễu MAI. Các bộ dị tìm đa user (MUD-MMSE, MUD-ZF, PIC, SIC …) tuy cĩ mức độ phức tạp cao hơn và địi hỏi nhiều thơng tin hơn các bộ dị
tìm đơn user nhưng chúng đã hạn chế được sự tác động của xuyên nhiễu MAI, chất lượng của hệ thống từ đĩ được nâng lên khi sử dụng các bộ dị tìm này.
6.6 Hệ thống MC-CDMA6.6.1 Máy phát 6.6.1 Máy phát
Hình 6.14 - Sơ đồ khối mơ phỏng máy phát
Trong đĩ:
• T/P user 1: trải phổ cho user 1
• T/P user 2: trải phổ cho user 2
Hình 6.15a – Dạng sĩng ngõ vào của user 1
Hình 6.16a – Dạng sĩng Mã hĩa TURBO cho user 1
Hình 6.17a – Dạng sĩng khi chuyển đổi S/P cho user 1
Hình 6.18a – Chuổi Walsh – Hadamard cho user 1
Hình 6.19a – Dạng sĩng sau khi trải phổ của user 1
Hình 6.20 Dạng sĩng sau khi ghép kênh
Hình 6.22 Tín hiệu sau khi qua IFFT
Hình 6.23b Pha và biên độ tín hiệu điều chế sau khi qua bộ lọc thơng thấp
Hình 6.24a Phổ của OFDM
Hình 6.24c Tín hiệu phát đi
6.6.2 Máy thu
Trong đĩ:
• G/QAM: Giải điều chế QAM
• G/GK: Giải ghép kênh
• GTP: Giải trải phổ
Hình 6.26a Phần thực và phần ảo của tín hiệu thu
Hình 6.27a Tín hiệu thu sau khi qua bộ lọc
Hình 6.28a Phần thực và phần ảo của tín hiệu thu sau khi lấy mẫu
Hình 6.29 Tín hiệu điều chế QAM 16
Hình 6.31 Giải ghép kênh
Hình 6.32b Chuyển đổi S/P cho user 2
Hình 6.33b Giải trải phổ user 2
Hình 6.34a Chuyển đổi P/S cho user 1
Hình 6.35b Dạng sĩng nhận được của user 2
CHƯƠNG 7
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
7.1 Kết luận
Kỹ thuật MC – CDMA là một kỹ thuật rất mới đang được nghiên cứu mạnh mẽ trên tồn thế giới với khả năng truyền tốc độ cao, tính bền vững với fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thơng hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm độ phức tạp của hệ thống do thừa hưởng tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM. MC-CDMA là một cho hệ thống thơng tin di động trong tương lai. Chính vì vậy, việc tìm hiểu
về các phương pháp tách sĩng trong hệ thống MC – CDMA là cần thiết và cĩ ý
nghĩa thực tế.
Trong đồ án này, nhĩm thực hiện đã đề cập một cách tổng quan về kỹ thuật CDMA, OFDM và kết hợp hai kỹ thuật CDMA với OFDM thành kỹ thuật mới gọi là MC-CDMA Và nêu lên được những ưu điểm, khuyết điểm của kỹ thuật MC- CDMA. Từ những ưu điểm của MC-CDMA đem lại khắc phục những khuyết điểm của cơng nghệ CDMA và kỹ thuật OFDM, trình bày và phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp tách sĩng trong phần lý thuyết cũng như trong phần mơ phỏng.
Tuy nhiên, trong quá trình tìm hiểu về phương pháp tách sĩng trong hệ thống MC-CDMA, nhĩm thực hiện chỉ mơ phỏng được 2 trong các phương pháp tách sĩng đa user là phương pháp ZF và phương pháp MMSE do cịn hạn chế về thời gian và kiến thức chuyên mơn, đồng thời nhĩm cũng khơng thể tránh được những
Bắt Đầu
Thiết lập Eb/No, số User, mã WH
Lựa chọn tuyến lên hay tuyến xuống
Lựa chọn các phương pháp tách sĩng
Tính BER Số bit lỗi i=0
i = i+1
i= length
BER = số bit lỗi/length Kết thúc
Đ S
thiếu sĩt nhất định. Nhĩm thực hiện sẽ cố gắng tím hiểu thêm và khắc phục những thiếu sĩt.
7.2 Hướng phát triển đề tài
+Tìm hiểu về ứng dụng kỹ thuật MC-CDMA trong việc cải thiện chất lượng đường truyền, sử dụng tín hiệu CI trong hệ thống MC-CDMA.
+ Xây dựng hệ thống thơng tin kết hợp giữa kỹ thuật MC-CDMA và anten thơngminh để cải thiện chất lương kênh truyền tốt hơn.
PHẦN C
Phụ lục
Phụ lục A LƯU ĐỒ CỦA CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG
1. Lưu đồ tính BER trong các phương pháp tách sĩng (đơn user và đa user)
Tài liệu tham khảo
Tiếng Anh:
[1]. L. Hanzo, M. Munster, B.J. Choi and T. Keller, OFDM and MC-CDMA
for Broadband Multi-User Communications, WLANs and Broadcasting, University of Southampton, UK.
[2]. Armad R.S. Bahai, Burton R. Saltzberg, Mustafa Ergen, Multi-carrier
Digital Communications - Theory and Applications Of OFDM, Second Edition.
[3]. Richard van Nee & Ramjee Prasad, OFDM for Wireless Multimedia
Communications, Artech House, Boston * London, 1999. Tiếng Việt:
[4]. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và đa truy cập vơ tuyến, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2006
[5]. Trần Thế Danh & Nguyễn Văn Hùng, Thơng tin vơ tuyến di động ứng dụng kỹ thuật MC-CDMA, Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học, Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, 2003.