Hình 4.5 Ảnh hưởng của số người dùng
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của số người dùng đến xác suất lỗi bít được trình bày như trên hình 4.5. Tiến hành mô phỏng hệ thống có số người dùng từ 1 đến 9 với tỉ số tín (năng lượng chíp) trên tạp là 10 dB sử dụng bộ sửa sóng phản hồi quyết định cấp độ chíp mới tại đầu thu với số lần lặp là 10. Ta biết rằng xác suất lỗi bít cỡ 10-2
là có thể chấp nhận được đối với hệ thống truyền tiếng nói. Và như thế, hệ với các thông số mô phỏng như trên có khoảng 7 người dùng là hệ đáp ứng được yêu cầu về xác suất lỗi bít.
KẾT LUẬN
Trong hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA ở thế hệ thứ ba, việc nghiên cứu đề tìm ra một giải pháp tối ưu cho bộ thu nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống trong đường truyền hướng xuống (từ trạm cơ sở đến thuê bao di động) đã và vẫn đang được tiếp tục. Do tính chất fading chọn lọc tần số của kênh truyền, tính trực giao của các chuỗi mã bị phá huỷ dẫn đến hiện tượng nhiễu đa người dùng trong tín hiệu CDMA. Bên cạnh đó, tính chất tán sắc của kênh truyền còn làm xuất hiện ISI trong tín hiệu thu được. Việc sử dụng bộ sửa sóng thích nghi cho bộ thu vừa khắc phục được những vấn đề gây ra bởi kênh truyền nhằm đảm bảo chất lượng cho hệ thống đồng thời đáp ứng được yêu cầu tiêu thụ ít công suất của thiết bị di động.
Luận văn này nghiên cứu một số cấu trúc sửa sóng thích nghi sử dụng cho bộ thu trong đường truyền hướng xuống của hệ thống CDMA. Luận văn đã đã đề cập và giải quyết các vấn đề sau:
Tìm hiểu khái quát về CDMA
- Nguyên lý trải phổ dãy trực tiếp - Đa truy nhập phân chia theo mã
Tìm hiểu về bộ thu CDMA
- Bộ tách sóng đa người dùng - Bộ tách sóng một người dùng - Bộ thu sử dụng bộ sửa sóng thích
Tìm hiểu về ISI và lý thuyết về sửa sóng
Tìm hiểu về bộ thu sử dụng bộ sửa sóng tuyến tính cấp độ chíp sử dụng trong hệ thống CDMA
Tổng kết một số nghiên cứu liên quan đến bộ thu sử dụng bộ sửa sóng thích nghi của một số tác giả khác.
Tìm hiểu về bộ sửa sóng phản hồi quyết định cho tín hiệu không trải phổ
Tìm hiểu về bộ sửa sóng phản hồi quyết định cấp độ chíp cho tín hiệu CDMA
Đề xuất bộ sửa sóng phản hồi quyết định cấp độ chíp mới
Xây dựng chương trình mô phỏng
- Bộ sửa sóng tuyến tính cấp độ chíp sử dụng trong hệ thống CDMA - Bộ sửa sóng phản hồi quyết định cấp độ chíp sử dụng trong hệ thống
CDMA
- Bộ sửa sóng phản hồi quyết định cấp độ chíp mới
Từ kết quả mô phỏng, luận văn thu được những kết quả chính sau:
- Thứ nhất, khẳng định ưu điểm của bộ sửa sóng phản hồi quyết định so với bộ sửa sóng tuyến tính.
- Thứ hai, đề xuất được bộ sửa sóng phản hồi quyết định cấp độ chíp mới dựa trên bộ FS-DFE cấp độ chíp. Với cấu trúc của bộ sửa sóng mới này, những hạn chế do phải lấy nhiều mẫu hơn của bộ FS-DFE được khắc phục mà vẫn đảm bảo yêu cầu về chất lượng của hệ thống.
- Thứ ba, số lần lặp lại trong cấu trúc phản hồi của bộ sửa sóng phản hồi quyết định càng nhiều thì chất lượng hệ thống càng tăng.
Hướng nghiên cứu của đề tài này vẫn còn là một hướng mở. Trong thời gian tới có thể thực hiện các nghiên cứu sau:
Nghiên cứu định lượng cấu trúc của bộ sửa sóng phản hồi quyết định mới để tìm hiểu ưu điểm của phương pháp so với mô hình đa kênh và đa pha mà một số tác giả đã đề xuất [44,45] nhằm giải quyết các vấn đề còn tồn tại của bộ FS DFE.
Nghiên cứu bộ sửa sóng thích nghi áp dụng cho mô hình hệ thống CDMA tổng quát. Cụ thể là đối với mọi loại đường truyền (hướng lên và hướng xuống), tín hiệu CDMA sử dụng mã trộn (mã dài) không đồng bộ.
Ngoài ra, có thể nghiên sử dụng các thuật toán thích nghi khác cho các bộ sửa sóng chẳng hạn như thuật toán tối thiểu trung bình lỗi đệ quy (RLS) để cập nhật tốt hơn các hệ số của bộ sửa sóng với mục tiêu ngày một cải thiện hơn chất lượng của tín hiệu thu trong đường truyền xuống của hệ thống CDMA.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh
1. Majeed Abdulrahman, Asrar U.H.Sheikh, David D.Falconer (1994),
“Decision Feedback Equalizer for CDMA in Indoor Wireless
Communication”, IEEE, Vol 12, pp 698-706
2. Gregory E.Bottomley (1993), “Optimizing the rake receiver for the CDMA
downlink”, Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, pp.742-745
3. Gregory E.Bottomley, Tony Ottosson, Yi-Pin Eric Wang (2000), “A
generalized RAKE receiver for interference suppression”, IEEE Journal on
Selected Areas In Communications, Vol.18, pp.2333-2339
4. Jinho Choi, Seong Rag Kim, Cheng-Chew Lim (2004), “Receiver with
chip-level Decision Feedback Equalizer for CDMA downlink channels”,
IEEE, Vol 3, pp. 300-313
5. Li Mei Chen, Bor Sen Chen (2001), “A robust adaptive DFE receiver for
DS-CDMA system under multipath fading channels”, IEEE Transaction on
Signal Processing, Vol.49, pp.1523-1532
6. Samina Chowdhurry, M.D.Zoltowski, J.Scott Goldstein (2000), “Reduced- rank adaptive MMSE equalization for high-speed CDMA forward link with
sparse multipath channels”, Proc. Asilomar Conf on Signals, System and
Computers, Vol 2, pp.965-969.
7. Samina Chowdhurry, M.D.Zoltowski (2001), “Structured MMSE
equalization for synchronous CDMA with sparse multipath channels”,
Proc.IEEE Internat.Conf.on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol 4, pp.2113-2116.
8. Samina Chowdhurry, M.D.Zoltowski (2002), “Adaptive MMSE equalization for wideband CDMA forward link with tim-varying frequency
selective channels”, Proc.IEEE Internat.Conf.on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol 3, pp.2605-2608.
9. C.D.Frank, E.Visotsky, U.Madhow (2002), “Adaptive interference suppression for the downlink of a direct sequence CDMA system with long spreading sequences”, special issue on Signal Processing for Wireless Communications: Algorithms, Performance, and Architecture, Journal of VLSI Signal Processing, Vol.30, pp. 273-291
10. I.Ghauri, D.T.M.Slock (1998), “Linear receivers for the DS-CDMA
downlink exploiting orthogonality of spreading sequences”, Proc.
Asilomar Conf on Signals, System and Computers, pp. 650-654
11. Monish Ghosh (2001), “Adaptive chip-equalizers for synchronous DS-
CDMA systems with pilot sequences”, Proc.IEEE Global
Telecommunications Conf., Vol.6, pp.3385-3389.
12. L.Hanzo, C.H.Wong, M.S.Yee (2002), “Adaptive Wireless
Transceiver”, IEEE Press, John Wiley&Sons, pp.29-38.
13. M.J.Heikkila, P.Komulainen, J.Lilleberg (1999), “Interference
suppression in CDMA downlink through adaptive channel equalization”,
Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, Vol 2, pp. 978-982
14. M.J.Heikkila (2001), “A novel blind adaptive algorithm for channel
equalization in WCDMA downlink”, Proc.IEEE Internat, Symposium on
Personal, Indoor and Mobile Radio Communication, vol.1, pp.A-41-A-45. 15. A.Klein (1997), “Data detection algorithms specially designed for the
downlink of CDMA system with long spreading codes”, IEEE Vehicular
Technology Conference, 2nd edition, pp. 203-207
16. P.Komulainen, M.J.Heikkila (1999), “Adaptive channel equalization
based on chip separation for CDMA downlink”, Proc.IEEE Internat,
17. P.Komulainen, M.J.Heikkila, J.Lilleberg (2000), “Adaptive channel
equalization and interference suppression for CDMA downlink”, IEEE 6th
Int.Symp.on Spread-Spectrum Tech. and Appl., Vol.2, pp. 363-367
18. Thomas P.Krauss, M.D.Zoltowski, G.Leus (2000), “Simple MMSE equalizers for CDMA downlink to restore chip sequence: Comparison to
zero-forcing and rake”, Proc.IEEE Internat.Conf.on Acoustics, Speech,
and Signal Processing, pp.2865-2868.
19. Thomas P.Krauss, M.D.Zoltowski (2000), “Oversampling diversity versus dual antenna diversity for chip-level equalization on CDMA
downlink”, Proc.IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing
Workshop, pp.47-51
20. Thomas P.Krauss, M.D.Zoltowski (2000), “Chip level MMSE equalization at the edge of the cell”, Proc.IEEE Wireless Communication and Networking Conf., Vol.1, pp.386-392.
21. Thomas P.Krauss, M.D.Zoltowski (2000), “MMSE equalization under
conditions of soft hand-off”, IEEE Internat, Symposium on Spread
Spectrum Techniques and Applications, Vol.2, pp.540-543 .
22. Thomas P.Krauss, William J.Hillery, M.D.Zoltowski (2000), “MMSE equalization for the forward link in 3G CDMA: Symbol-level versus chip level”, Proc.IEEE Workshop on Statistical Signal and Array Processing, pp.18-22.
23. M.Lenardi, D.T.M.Slock (2000), “A RAKE receiver with intracell interference cancellation for a DS-CDMA synchronous downlink with
orthogonal codes”, Proc IEEE Vehicular Technology Conference, Vol 1,
24. M.Lenardi, A.Medles, D.T.M. Slock (2001), “Intercell interference cancellation at a WCDMA mobile terminal by exploiting excess codes”, Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, Vol 3, pp. 1568-1572
25. M.Lenardi, A.Medles, D.T.M. Slock (2001), “Comparison of downlink
transmit diversity schemes for RAKE and SINR maximizing receivers”,
Proc.IEEE Intern.Conf.on Communicaion, Vol 6, pp.1679-1683
26. M.Lenardi, D.T.M. Slock (2001), “A RAKE structure SINR
maximizing mobile receiver for the WCDMA downlink”, Proc. Asilomar
Conf on Signals, System and Computers, Vol 1, pp.410-414
27. Kemin Li, Hui Liu (1999), “A new blind receiver for downlink DS-
CDMA communications”, IEEE Communications Letters, Vol.3, pp.193-
195.
28. Hui Liu (2000), “Signal Processing Applications in CDMA
Communications”, Artech House Boston, pp.1-18.
29. Laurence Mailaender (2001), “CDMA downlink equalization with
imperfect channel estimation”, Proc. IEEE Vehicular Technology
Conference, Vol 3, pp. 1593-1597.
30. Adam R.Margetts (2002), “Adaptive Chip-Rate Equalization of
Downlink Multirate Wideband CDMA”, Master thesis, Ohio State
University, pp.
31. Frederik Petre, Marc Moonen, Marc Engels, Bert Gyselinckx, Hugo De Man (2000), “Pilot-aided adaptive chip equalizer receiver for interference
suppression in DS-CDMA forward link”, Proc. IEEE Vehicular
Technology Conference, Vol 1, pp. 303-308.
32. Frederik Petre, Geert Leus, Marc Moonen, Marc Engels, Hugo De Man (2001), “Semi-blind space-time chip equalizer receivers for WCDMA
forward link with code-multiplexed pilot”, Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, Vol 4, pp. 2245-2248.
33. Frederik Petre, Geert Leus, Luc Deneire, Marc Moonen, Marc Engels, Hugo De Man (2001), “Space-time chip equalizer receivers for WCDMA
forward link with time-multiplexed pilot”, Proc. IEEE Vehicular
Technology Conference, Vol 2, pp. 1058-1062.
34. Juergen F.Roessler, Wolfgang H.Gerstacker Lutz H.J.Lampe, Johannes B. Huber (2002), “Decision-feedback equalization for CDMA downlink”, Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, Vol 2, pp.816-820.
35. Agus Santoso (2003), “Chip Level Decision Feedback Equalizer for
CDMA Downlink Channel ”, Master thesis, The University of Adelaide
Australia, pp.
36. D.T.M.Slock, I.Ghauri (2000), “Blind maximum SINR receiver for the
DS-CDMA downlink”, Proc.IEEE Internat.Conf.on Acoustics, Speech, and
Signal Processing, Vol 5, pp.2485-2488
37. H.Trigui, C.Fischer, D.T.M.Slock (2001), “Semi-blind downlink inter-
cell interference cancellation for FDD DS-CDMA systems”, Proc.
Asilomar Conf on Signals, System and Computers, Vol 2, pp.1431-1435 38. Yi-Pin Eric Wang, Gregory E.Bottomley (2000), “Generalized RAKE
reception for cancelling interference from multiple base stations”, Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, pp. 2333-2339.
39. S.Werner and J.Lilleberg (1999), “Downlink channel decorrelation in
CDMA systems with long codes”, Proc. IEEE Vehicular Technology
Conference, pp. 1614-1617
40. Jingnong Yang, Ye (Geoffrey) Li (2002), “A decision-feedback equalizer with tentative chip feedback for the downlink of wideband CDMA”, Proc.IEEE Intern.Conf.on Communication, Vol.1, pp.119-123
41. M.D.Zoltowski, Thomas P.Krauss (1999), “Two-channel zero forcing equalization on CDMA forward link: Trade-offs between multi-user access
interference and diversity gains”, Proc. Asilomar Conf on Signals, System
and Computers, Vol 2, pp.1541-1545
42. M.D.Zoltowski, William J.Hillery, Thomas P.Krauss (2000),
“Comparative performance of three MMSE equalizers for the CDMA
forward link with sparse multipath channels”, Proc. Asilomar Conf on Signals, System and Computers, Vol 1, pp.781-785.
43. Guozhu Long, Fuyun Ling, John G. Proakis (1988), “Application of Fractionally-Spaced Decision Feedback Equalizers to HF Fading
Channels”, IEEE, pp.103-106.
44. Raul.A.Casas, Fernando Lopez de Victoria, Inbar Fijalkow, Philip Schniter, Thomas J.Endres, C.Richard Johnson.Jr (1977), “On MMSE
fractionally-spaced equalizer design”, IEEE, pp.395-398.
45. Hafizal Mohamad, Stephan Weiss, Markis Rupp, Lajos Hanzo, “A fast
Phụ lục
1. Các thuật toán thích nghi
Nghiệm tối ưu cho các hệ số của bộ sửa sóng ở phương trình (3.15) và
(3.16) có thể được thực hiện bằng cách giải các ma trận nghịch đảo. Nghiệm
của bài toán này cũng có thể được giải bằng cách sử dụng thuật toán tính biến thiên (gradient) trung bình bình phương lỗi. Mặc dù cả hai phương pháp đều có thể suy ra trực tiếp nhưng chúng yêu cầu phải biết trước các đặc tính của kênh. Thêm vào đó các lời giải tối ưu này chỉ có thể tìm được khi kênh là bất biến theo thời gian. Trong hầu hết các hệ thống viễn thông có sử dụng bộ sửa sóng, chúng ta không thể đoán được chính xác kênh vì các đặc tính của kênh là không biết trước và trong nhiều trường hợp, đáp ứng kênh là thay đổi theo thời gian. Do đó, việc ước tính kênh là rất khó chẳng hạn như trường hợp kênh fading biến đổi nhanh. Thuật toán thích nghi được sử dụng để giải quyết những khó khăn này. Bộ sửa sóng thường xuyên cập nhật và bổ sung các hệ số của nó bằng sử dụng các thuật toán thích nghi nhằm bù lại (compensate) cho sự thay đổi theo thời gian của đáp ứng kênh. Việc lựa chọn thuật toán thích nghi có thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hệ thống. Sự có sẵn của tín hiệu pilot trong hệ thống không dây thế hệ thứ ba cho phép cập nhật liên tục các hệ số của bộ sửa sóng để có thể theo kịp sự thay đổi của kênh fading biến đổi nhanh. Mặt khác vì bộ sửa sóng được thực hiện tại thiết bị di động nên các thuật toán thích nghi được sử dụng yêu cầu phải có độ phức tạp tính toán thấp và tốc độ hội tụ nhanh. Thuật toán trung bình bình phương tối thiểu (LMS), thuật toán trung bình bình phương tối thiểu chuẩn hoá (NLMS), và thuật toán bình phương tối thiểu đệ quy (RLS) là các thuật toán phù hợp cho ứng dụng này.
1.a) Thuật toán thích nghi trung bình bình phương tối thiểu
Bộ lọc thích nghi trung bình bình phương tối thiểu hay thuật toán gradient ngẫu nhiên có thể theo kịp sự thay đổi của kênh và có thể sửa đổi bổ sung các hệ số của bộ sửa sóng. Việc truyền tín hiệu hoa tiêu là cần thiết để điều chỉnh các hệ số của bộ sửa sóng.
Thuật toán gradient ngẫu nhiên có dạng :
m w w u em m w m w 2 2 ˆ 1 ˆ (1)
với là bước nhảy hoặc độ lợi thích nghi, u là đạo hàm theo biến w, e[m] là tín hiệu ước lượng lỗi posteriori, wˆ m là vectơ các hệ số của bộ sửa sóng, và
1
ˆ m
w là vectơ cập nhật của wˆ m . Nếu 2
m
e được khai triển và lấy đạo hàm theo các hệ số của bộ sửa sóng ta có thể thu được kết quả sau :
m w md m bˆ ˆH (2) m b m bm e ˆ (3) m wm e md m wˆ 1 ˆ * (4)
với bˆ m là tín hiệu đầu ra của bộ sửa sóng, d[m] là vectơ tín hiệu vào của bộ
sửa sóng, và b m là tín hiệu mong muốn (tín hiệu hoa tiêu).
Thuật toán thích nghi LMS đơn giản và dễ thực hiện. Thuật toán này yêu cầu về độ phức tạp của tính toán thấp và nó được sử dụng như là cơ sở cho một số thuật toán khác. Từ (2)-(4) có thể thấy rằng thuật toán LMS chỉ yêu cầu 2, với là số các trọng số sử dụng trong bộ lọc thích nghi, phép nhân phức và 2+1 phép cộng phức trên một khoảng tính. Nói cách khác độ phức tạp tính toán của thuật toán LMS chỉ là O(). Tuy nhiên, thuật toán LMS có tốc độ hội tụ khá chậm.
2.2.2 Thuật toán thích nghi trung bình bình phương tối thiểu chuẩn hóa
Từ công thức thuật toán LMS tiêu chuẩn trong phương trình (4) ta thấy rằng thừa số sửa đổi của mỗi khoảng tính tỉ lệ thuận với số tap của vectơ tín hiệu vào d[m]. Do đó, khi d[m] lớn, thuật toán LMS gặp phải vấn đề khuếch đại nhiễu gradient. Để giải quyết vấn đề này, thuật toán trung bình bình phương tối thiểu chuẩn hoá được sử dụng để bổ sung cho thuật toán LMS. Thêm vào đó, thuật toán NLMS có tốc độ hội tụ nhanh hơn so với thuật toán LMS mà không làm tăng đáng kể độ phức tạp của thuật toán. Thuật ngữ “chuẩn hoá” dùng trong thuật toán NLMS cho biết thừa số sửa đổi trong mỗi khoảng tính được chuẩn hoá theo bình phương khoảng cách Euclide của vectơ tín hiệu đầu vào d[m].
e md m m d a m w m wˆ 1 ˆ 2 * (5)
với a là một hằng số không âm và là hằng số thích nghi. Chú ý rằng hằng số thích nghi dùng trong thuật toán NLMS là vô hướng. Hằng số này phải thoả mãn 0 2 để hội tụ về trung bình bình phương lỗi .
2.2.3 Thuật toán thích nghi trung bình tối thiểu đệ quy
Khi yêu cầu cần có tốc độ hội tụ nhanh hơn có thể sử dụng các thuật