Ảnh hưởng của số người dùng đến chất lượng của hệ thống

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

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 :

       

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

 





ˆ m

w là vectơ cập nhật của wˆ

 

 

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 :

 

   

     



  

   



với bˆ

 

sửa sóng, và b

 

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].

   

 

 

   

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