thông tin trải phổ cdma và ứng dụng trong mạng 4g đi sâu vào phương pháp điều khiển công suất

Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệGSM với hơn 70% thị phần thông ti di động trên toàn cầu .Hệ thống thông tin diđộng thế hệ 3 3G ra đời nhằm đáp ứng

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT CDMA 5

1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 5

1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5

1.3 KĨ THUẬT TRẢI PHỔ CDMA TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 6

1.3.1 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) 7

1.3.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH-CDMA) 12

1.3.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian (TH-CDMA) 15

1.3.4 Hệ thống lai (Hybrid) 16

1.3.5 Mã trải phổ 17

1.4 TÌM HIỂU MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA 20

1.4.1 Cấu trúc mạng CDMA 20

1.4.2 Các đặc tính của mạng CDMA 23

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 27

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MC-CDMA 28

2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 28

2.2 HỆ THỐNG OFDM 28

2.2.1 Sơ đồ khối 28

2.2.2 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM 29

2.2.3 Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM 30

2.2.4 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM 31

2.2.5 Đặc điểm và ứng dụng của kỹ thuật OFDM 33

2.3 HỆ THỐNG MC-CDMA 34

2.3.1 Khái niệm MC-CDMA 34

2.3.3 Máy phát 35

2.3.4 Máy thu MC-CDMA 37

2.3.5 Kênh truyền 38

2.3.6 Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm) 39

2.3.7 Các phương pháp triệt nhiễu 41

2.3.8 Vấn đề dịch của tần số sóng mang trong hệ thống MC-CDMA 43

2.3.9 Giới hạn BER của hệ thống MC-CDMA 46

2.3.10 Ưu điểm của kỷ thuật MC-CDMA 49

2.3.11 Nhược điểm của hệ thống MC-CDMA 50

2.4 Kết luận chương 50

CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MC-CDMA 51

3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 51

3.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MC-CDMA 51

3.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 52

3.4 HỒI TIẾP DƯƠNG TRONG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐƯỜNG LÊN 56

3.5 CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MC-CDMA 57

3.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 59

3.6.1 Điều khiển công suất fixed-step và multi-level 59

3.6.2 Điều khiển công suất dự đoán 60

3.6.3 Dự đoán công suất thu được kế tiếp 61

3.6.4 Phân tích BER 64

3.7 HỆ THỐNG MC-CDMA VỚI BĂNG CHỌN LỌC THÍCH NGHI 65

3.7.1 Truyền dữ liệu trên băng chọn lọc thích nghi 65

3.7.2 Phương pháp xác định hệ số chọn lọc băng tần 67

3.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70

Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 71

4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 71

4.2 CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 71

4.3 MÔ PHỎNG 72

4.4 SO SÁNH 3 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO CÔNG SUẤT, SNR , BER 77

4.5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MC-CDMA LỰA CHỌN BĂNG TẦN THÍCH NGHI (1/N) 79

4.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 80

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, côngnghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấpcác loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng

Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển quanhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ

Trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện tại Các hệ thốngthông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi Pháttriển từ hệ thống thông tin di động tương tự, các hệ thống thông tin di động số thế

hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độthấp Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệGSM với hơn 70% thị phần thông ti di động trên toàn cầu Hệ thống thông tin diđộng thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ caonhư: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đaphương tiện (MMS)…Hiện nay mạng thông tin di động 3G đang phát triển mạnh

mẽ trên thế giới cũng như tại Việt Nam

Khi các nhu cầu của người sử dụng ngày cầng gia tăng dịch vụ đòi hỏi chấtlượng tốt hơn, tốc độ cao hơn và khả năng cung cấp dịch vụ nhiều hơn thì cá hệthống thông tin nói trên sẽ không đáp ứng hết được các nhu cầu đó, đòi hỏi hệ thốngthông tin di động phải có một bước tiến mới mẻ hơn để bắt kipj với nhu cầu củangười sử dụng

Do đó thế hệ di động thứ 4 đã ra đời và bắt đầu được áp dụng trên thế giớiMC-CDMA là một giải pháp.MC-CDMA kế thừa tất cả những ưu điểm của CDMA

và OFDM: tốc độ truyền cao, tính bền vững với fading chọn lọc tần số, sử dụngbăng thông hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm độ phức tạp của hệ thống.Có rấtnhiều các vấn đề đặt ra cho một hệ thống thông tin để đạt hiệu quả cao và ổn địnhtrong đó điều khiển công suất phát cũng là một vấn đề rất quan trong trong hệ thốngMC-CDMA do vậy em đã chon đồ án:

Thông tin trải phổ CDMA và ứng dụng trong mạng 4G, đi sâu vào phương pháp điều khiển công suất phát.

Nội dung đồ án gồm 3 chương chính:

Chương 1: Tổng quan về mạng thông tin di động sử dụng kĩ thuật CDMA Chương 2:Hệ thống MC-CDMA

Chương 3: Điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của các Thầy cô

trong khoa Điện tử-Viễn thông đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy TS.Phạm Văn

Phước cùng toàn thể gia đình và bạn bè để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.Do

điều kiện thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án khó tránh khỏi nhữngthiều xót kính mong các thầy cô cùng tất cả các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của eđược hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT CDMA

1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Tiền đề của 4G chính là CDMA:

Công nghệ CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ tín hiệu để phát dữ liệu cùng một phổtần Tất cả công suất của tín hiệu trong đường truyền CDMA được đồng thời trêncùng một băng tần rộng, phát trên cùng một tần số và tín hiệu nguyên thuỷ sẽ đượckhôi phục tại đầu thu Đồng thời tín hiệu trải phổ xuất hiện trải rộng đều trên toàn

bộ băng tần với công suất phát thấp, do đó loại bỏ được nhiễu, giao thoa Trongchương này chúng ta sẽ đi vào nghiên cứu khả năng đa truy nhập, phân tích ưunhược điểm và điều khiển công xuất của quá trình thu phát tín hiệu trong hệ thốngCDMA

1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng

kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phươngpháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụngphương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầungày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên

mà nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ 2 ưa điểm hơn thế hệ 1 về cả dunglượng và các dịch vụ được cung cấp

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trunggian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiềutần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệhai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụngnhư: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di

động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở

tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s

Hệ thống di động 3G đang được triển khai rộng rãi nhưng vẫn chưa thoả mãn được

các nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng Các dịch vụ di động 4G được chào

đón bởi khả năng cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc

độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các

trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số Các mạng 4G cũng có đặc

trưng liên hệ IP cho truy nhập Internet di động không ngắt quãng và tốc độ bit có

thể đạt 100 Mbps hay cao hơn

Những các nghiên cứu về hệ thống 4G, mà công nghệ chủ yếu là các kỹ thuật đa

sóng mang, đã được tiến hành và MC-CDMA là một ứng cử viên sáng giá Vì vậy,

việc tìm hiểu về hệ thống thông tin di động dùng kỹ thuật MC-CDMA là cần thiết

và mang ý nghĩa thực tế

1.3 KĨ THUẬT TRẢI PHỔ CDMA TRONG THÔNG TIN DI

ĐỘNG

Kĩ thuật trải phổ cung cấp tất cả các tiềm năng tần số và thời gian đồng thời cho

mọi thuê bao, khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao đủ để duy trì một tỷ

số tín hiệu/tạp âm theo mức chất lượng yêu cầu Mỗi thuê bao sử dụng một tín

hiệu băng rộng như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố Theo cách đó mỗi thuê

bao tham gia vào tạp âm nền tác động tới tất cả các thuê bao khác, nhưng ở phạm

vi ít nhất có thể bằng cách khống chế công suất phát

Bộ mã hóa

kênh

Bộ tạo mã giả ngẫu nhiên

Bộ giải mã kênh

Bộ giải điều chế Kênh

Bộ điều chế

Bộ tạo mã giả ngẫu nhiên

Dữ liệu

Hình 1.1 Mô hình một hệ thống thông tin số trải phổ

Một hệ thống được định nghĩa là hệ thống thông tin trải phổ nếu thoả mãn các yêu

cầu sau:

Bộ điều chế BPSK b(t) xung dữ liệu

p(t) Tín hiệu PN

Sóng mang

A Cos (2 fct + )

S(t) = Ab(t).p(t).Cos(2 fct + ) b(t).p(t)

- Tín hiệu trải phổ chiếm một độ rộng băng truyền dẫn lớn gấp nhiều lần độrộng băng tối thiểu cần thiết đề truyền thông tin

- Sự trải phổ được thực hiện bởi mã trải phổ độc lập với tín hiệu số liệu

- Tại máy thu, việc hoàn phổ (nhằm khôi phục băng dữ liệu ban đầu) đượcthực hiện bởi sự tương quan giữa tín hiệu thu được với bản sao được đồng bộcủa mã trải phổ đã sử dụng ở phía phát

Có 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản:

 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum)

 Trải phổ nhảy tần ( FH/SS – Frequence Hoppingúpread Spectrum )

 Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum )

1.3.1 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)

Hệ thống DS/SS được trải phổ bằng cách cộng module 2 dữ liệu gốc với mã giảngẫu nhiên Tín hiệu sau khi trộn sẽ điều chế một sóng mang theo BPSK, QPSK…Máy thu dùng mã giả ngẫu nhiên được tạo ra giống như bên phát cộng module 2với tín hiệu thu được, thực hiện giải trải phổ để lấy tín hiệu mong muốn Đây là hệthống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ Là hệ thốngtương đối đơn giản vì nó không yêu cầu tốc độ tổng hợp tần số cao

a.Kỹ thuật DS/SS – BPSK

Đây là hình thức đơn giản và hay dùng của kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp Quá trình

điều chế trải phổ DS – BPSK là quá trình dùng dãy mã trải phổ P(t) là dãy xung

NRZ chỉ nhận các giá trị  1 trực tiếp điều chế dữ liệu vào theo kiểu dịch pha nhịphân BPSK Tín hiệu b(t).P(t) nhận được sau đó sẽ điều chế cho sóng mang sửdụng BPSK, cho ta tín hiệu DS/SS - BPSK

] Hình 1.2 Sơ đồ khối DS/BPSK (máy phát)

Bản tin nhị phân cần phát có tốc độ bit Rb = 1/Tb được mã hoá theo NRZ sao cho b(t)= ±1 Ta có thể biểu diễn b(t) như sau:

s(t) = Ab(t)p(t) cos(2πfct + θ(t))fct + θ(t)) (1.2)

Trong đó: A là biên độ sóng mang

fc là tần số sóng mang

θ(t) là pha của sóng mang được điều chế

Tín hiệu b(t)p(t) có tốc độ bằng tốc độ chip, nghĩa là T = NTc Dạng sóng của các tín hiệu khi N = 7 như sau

Hình 1.3 Dạng sóng tín hiệu DS – BPSK

Sơ đồ khối quá trình giải trải phổ như sau:

Hình 1.4 Quá trình giải trải phổ DS/SS – BPSK

Tại máy thu, tín hiệu thu được m(t) bao gồm tín hiệu phát bị trễ một khoảng thờigian τ là s(t- τ) và tạp âm trên đường truyền n(t) Do đó tín hiệu thu được là:

m(t) = s(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + n(t) = Ab(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) cos{2πfct + θ(t))fc(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + θ(t))} + n(t) (1.3)

Để đơn giản quá trình giải trải phổ ta bỏ qua tạp âm Tín hiệu r(t) tại đầu vào bộ lọcthông dải (BPF) là:

r(t) = Ab(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) cos{2πfct + θ(t))fc(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + θ(t))} 2cos{2πfct + θ(t))fc(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + θ(t))}

= Ab(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + Ab(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) cos{2πfct + θ(t))fc(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + θ(t))} (1.4)

Bộ lọc thông dải của bộ tách sóng loại bỏ các thành phần tần số cao và chỉ giữ lạithành phần tần số thấp u(t) = b(t)p(t) Sau đó, thành phần này được nhân với mã nộitại p(t- τ) được tạo ra ở máy thu đã được đồng bộ Do p(t- τ) = ±1 nên p2(t- τ)

=1.Tại đầu ra của bộ nhân sẽ có:

x(t) = b(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) = b(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p2(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) = b(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) (1.5)

Sau đó, tín hiệu này được tích hợp trên một chu kỳ bit để lọc tạp âm Bản tin phátđược khôi phục tại đầu ra bộ tích hợp, giống như tín hiệu băng gốc nhưng trễ vềmặt thời gian là τ

Thực tế quá trình nén phổ, bên thu sẽ nhận đồng thời tín hiệu s(t) xếp chồng cùngvới các tín hiệu sóng mang si(t) (i=1,2 N-1) không mong muốn của (N-1) ngườidùng khác ở cùng một tần số Do đó tín hiệu thu được sẽ là:

Như vậy, ứng với mỗi một kênh sẽ có một mã trải phổ tương ứng Tại máy thu,phổ của sóng mang thông tin hữu ích sẽ co hẹp lại còn phổ của các sóng mangkhông mong muốn bị trải ra sẽ hạn chế công suất can nhiễu Sử dụng các mã trảiphổ này như khóa để thực hiện đa truy nhập CDMA, chống nhiễu và bảo mật cuộcgọi cao

b.Kỹ thuật DS/SS – QPSK

Kỹ thuật này cho phép giới hạn băng tần cao khi tốc độ mã cho trước QPSK làphương pháp điều chế tổ hợp hai bit dữ liệu thành một ký hiệu điều chế Do vậy màphương pháp này làm tăng tốc độ truyền dữ liệu lên hai lần với băng cao tần RF chotrước (hay làm giảm băng RF yêu cầu tới một nửa khi tốc độ mã cho trước) Nhưng

độ lợi xử lý giảm đi nhiều tương ứng với tỉ lệ lỗi bit cao hơn

Bộ tạo mã

PN 1

Bộ điều chế (BPSK)

Bộ tạo mã

PN 2

Bộ điều chế (BPSK)

Dịch Π/2

×

×

+Acos(2πft+θ(t))f t +θ(t))c

I b(t)p (t)

Hình 1.5 Sơ đồ trải phổ DS/SS – QPSK

Tín hiệu DS/SS – QPSK có dạng:

s(t) = sI(t) + sQ(t) (1.9) sI(t) = Ab(t)pI(t) cos[2πfct + θ(t))fct + θ(t)] (110) sQ(t) = Ab(t)pQ(t) sin[2πfct + θ(t))fct + θ(t)] (1.11)

Như vậy, tín hiệu s(t) có thể nhận 4 trạng thái pha khác nhau là: πft+θ(t))/4, 3πft+θ(t))/4, 5πft+θ(t))/4, 7πft+θ(t))/

4 Nó được tổ hợp từ hai thành phần sóng mang lệch pha nhau πft+θ(t))/2 Do đó, nó được trải phổ bằng hai mã giả ngẫu nhiên khác nhau là pI(t) và pQ(t) Tương ứng là hai quá trình trải phổ độc lập với nhau

Hình 1.6 Sơ đồ khối giải trải phổ DS/SS – QPSK

uQ(t) = Ab(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) sin2[2πfct + θ(t))fc ( t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + θ(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))] + Ab(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))p1 (t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) p2(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))cos[2πfct + θ(t))fc (t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) +

θ (t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))]sin[2πfct + θ(t))fc (t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t)) + θ(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))]

Tín hiệu tại đầu vào bộ lọc thông dải (BPF) bỏ qua tập âm:

u(t) = Ab τ) + n(t) = Ab τ)p τ) cos{2πfc τ) + θ(t))} + n(t)) + 2Ab τ) + n(t) = Ab τ)p τ) cos{2πfc τ) + θ(t))} + n(t))p1 τ) + n(t) = Ab τ)p τ) cos{2πfc τ) + θ(t))} + n(t)) p2 τ) + n(t) = Ab τ)p τ) cos{2πfc τ) + θ(t))} + n(t))cos[2πfct + θ(t))fc ( t- τ) + n(t) = Ab τ)p τ) cos{2πfc τ) + θ(t))} + n(t)) + θ τ) + n(t) = Ab τ)p τ) cos{2πfc τ) + θ(t))} + n(t))]sin[2πfct + θ(t))fc τ) + n(t) = Ab τ)p τ) cos{2πfc τ) + θ(t))} + n(t))+ θ τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))]

(t-Tín hiệu tại đầu ra bộ lọc thông dải:

x(t) = Ab(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t))

Tín hiệu x(t) được cho qua bộ tích phân lấy trong một chu kỳ bit của dữ liệu gốcđược tín hiệu thu mong muốn

1.3.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH-CDMA)

a.Nguyên lý chung

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần số được

chọn theo mã trong một tập hợp các tần số Độ rộng toàn bộ băng tần được chianhỏ thành các khe tần số không lấn lên nhau Chuỗi mã PN sẽ xác định khe tần sốnào được dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định.

Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực tiếpđiều chế tín hiệu mà được dùng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra các tần sốkhác nhau

Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu Tương ứng có haitrường hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm

Sơ đồ khối của máy thu và máy phát của hệ thống nhảy tần như sau:

Hình 1.7 Sơ đồ khối của hệ thống trải phổ FH

Bản tin nhị phân b(t) cần phát có tốc độ Rb= 1/Tb , được mã hoá NRZ Sau đó đượcđiều chế một sóng mang mà tần số của nó fc(t) được điều khiển bởi một bộ tạo mã

Bộ tổng hợp tần số sẽ tạo ra các chip có tốc độ bit Rc Do đó, tần số sóng mangđược xác định theo một tập hợp của log2N chip (N là số lượng các tần số sóngmang có thể có) Mỗi lần nó thay đổi là mã đã tạo ra log2N chip liên tiếp Như vậy,tần số sóng thay đổi theo các bước Bước của tần số là RH=Rc/log2N

Tại máy thu, sóng mang được nhân với một sóng mang chưa điều chế được tạo ragiống hệt bên phát Sóng mang này được tạo ra nhờ bộ tạo mã PN giống như bên

phát điều khiển bộ tổ hợp tần số để tạo ra tần một tần số thích hợp Như vậy, Sựchuyển dịch tần số giả ngẫu nhiên ở bên phát sẽ được loại bỏ tại nơi thu.

b.Hệ thống FH/SS nhanh

Ở hệ thống FH/SS nhanh có ít nhất một lần nhảy với một bít số liệu Với T là chu

kỳ của tín hiệu, Th là thời gian của một đoạn nhảy tần thì T/Th ≥ 1 Trong khoảngthời gian Th giây của mỗi lần nhảy tần, một trong số j tần số {f0, f0+∆f, f0+2∆f ,…+(j-1)∆f } được phát Trong đó ∆f là khoảng cách giữa các tần số lân cận, thườngđược chọn bằng 1/Th Biểu đồ tần số cho hệ thống FH với tốc độ nhảy tần bằng 3lần tốc độ số liệu như sau:

Hình 1.8 Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T=3Th

c.Hệ thống FH/SS chậm

Khi tốc độ nhảy tần số của sóng mang trải phổ nhỏ hơn tốc độ dữ liệu ta có hệthống trải phổ nhảy tần chậm (T/TH < 1) Về cơ bản thì hai hệ thống trải phổ nhảytần chậm và nhảy tần nhanh tương tự nhau Dưới đây là biểu đồ tần số của hệthống trải phổ nhảy tần chậm với T/TH= 1/2:

Hình 1.9 Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T/TH= ½

1.3.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian (TH-CDMA)

Nhảy thời gian tương tự như điều chế xung Nghĩa là, dãy mã đóng/mở bộ phát,thời gian đóng/mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiêntheo mã và đạt được 50 % yếu tố tác động truyền dẫn trung bình Sự khác nhaunhỏ so với hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theomỗi thời gian chip mã trong hệ thống FH/SS thì sự nhảy tần số chỉ xảy ra trongtrạng thái dịch chuyển dãy mã trong hệ thống TH/ SS

TH/SS có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theothời gian Vì mục đích này mà sự chính xác thời gian được yêu cầu trong hệ thốngnhằm tối thiểu hóa độ dư giữa các máy phát Do hệ thống TH/SS có thể bị ảnhhưởng dễ dàng bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống nàyvới hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối vớitần số đơn.

Ưu điểm của hệ thống trải phổ nhảy thời gian là dễ thực hiện hơn so với kỹ thuật

FH – SS Hiệu quả sử dụng băng tần cao hơn nhiều so với việc sử dụng kỹ thuậtTDM Tránh được hiệu ứng gần – xa và thời gian mà mỗi user truyền là độc lập,user ở gần trạm gốc không gây ảnh hưởng đến các user ở xa

1.3.4 Hệ thống lai (Hybrid)

Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid của hệ thống DS và FHđược sử dụng để cung cấp thêm các ưu điểm cho đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống.Thông thường đa số các trường hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm : FH/DS,TH/ FH, TH/ DS Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cungcấp các đặc tính mà một hệ thống cơ bản đã nói đến ở trên không thể nào có được

a.Hệ thống FH/ DS

Hệ thống FH/ DS sử dụng tín hiệu điều chế DS với tần số trung tâm được chuyểnnhảy một cách định kỳ Một tín hiệu DS xuất hiện một cách tức thời với độ rộngbăng là một phần trong độ rộng băng của rất nhiều các tín hiệu trải phổ chồng lấn

và tín hiệu toàn bộ xuất hiện như là sự chuyển động của tín hiệu DS tới độ rộngbăng khác nhờ các mẫu tín hiệu FH

Hình 1.11 Phổ tần của hệ thống tổng hợp FH/DS

Hệ thống tổng hợp FH/ DS được sử dụng vì các lý do sau đây:

 Dung lượng trải phổ

 Đa truy nhập và thiết lập địa chỉ phân tán

 Ghép kênh.

Hệ thống điều chế tổng hợp các ý nghĩa đặc biệt khi tốc độ nhịp của bộ tạo mã DSđạt tới giá trị cực đại và giá trị giới hạn của kênh FH Ví dụ, trong trường hợp độrộng băng RF yêu cầu là 1Ghz thì hệ thống DS yêu cầu một bộ tạo mã tức thời cótốc độ nhịp là 1136Mchip/s và khi sử dụng hệ thống FH thì yêu cầu một bộ trộntần để tạo ra tần số có khoảng cách 5 KHz Tuy nhiên, khi sử dụng hệ thống tổnghợp thì yêu cầu một bộ tạo mã tức thời 114Mchip/s và một bộ trộn tần để tạo ra 20tần số

Hơn nữa, thiết bị điều khiển đóng/mở chuyển mạch được yêu cầu để thêm TH-TDMvào hệ thống DS Trong trường hợp này thì kết cuối đóng/mở chuyển mạch có thểđược trích ra một cách dễ dàng từ bộ tạo mã sử dụng để tạo ra các mã trải phổ vàhơn nữa thiết bị điều khiển đóng/mở được sử dụng để tách các trạng thái ghi dịchcấu thành bộ tạo mã và dựa trên các kết quả, số lượng n cổng được sử dụng để kíchhoạt bộ phát có thể được thiết lập một cách đơn giản

1.3.5 Mã trải phổ

Mã dùng để trải phổ là một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên Tín hiệu ngẫu nhiên là tínhiệu mà ta không thể dự đoán trước sự thay đổi của nó theo thời gian và để biểudiễn tín hiệu người ta dựa vào lý thuyết xác suất thống kê Với tín hiệu giả ngẫunhiên thì không hoàn toàn ngẫu nhiên Có nghĩa, với thuê bao này nó không ngẫunhiên, là tín hiệu có thể dự đoán trước cả phía phát và phía thu nhưng với các thuêbao khác thì nó là ngẫu nhiên Nó hoàn toàn độc lập với tín hiệu, không phải là tínhiệu và có tính chất thống kê của một tín hiệu nhiễu trắng Các mã trải phổ có thể làcác mã giả tạp âm PN hoặc các mã được tạo ra từ các hàm trực giao

Một chuỗi nhị phân được gọi là có tính ngẫu nhiên nếu thoả mãn 3 tiêu chuẩn sau:

Trong số các bước chạy của một chu kỳ nếu có: 1/2 số bước chạy mỗi loại có độ dài

1 bit, 1/4 số bước chạy mỗi loại có độ dài 2 bit, 1/8 số bước chạy mỗi loại có độ dài

3 bit, 1/16 số bước chạy mỗi loại có độ dài 4 bít, tổng quát là số bước chạy n bằng1/2n tổng số bước chạy

 Tính tương quan:

Nếu so sánh từng bít của một chu kỳ của dãy với dịch vòng của nó, tương quan tốtnhất nếu số bit giống nhau và số bit khác nhau chỉ khác nhau không quá một bit.Nếu vi phạm quá 1 chỉ số đếm (bit) là dãy có tính tương quan kém, không đạt tiêuchuẩn ngẫu nhiên

a.Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN

Chuỗi PN là một chuỗi nhị phân có hàm tương quan giống như hàm tương quan củamột chuỗi nhị phân ngẫu nhiên qua một chu kỳ Mặc dù quy luật biến đổi của cácchuỗi này là hoàn toàn xác định nhưng chuỗi PN có nhiều đặc tính giống với chuỗinhị phân ngẫu nhiên, chẳng hạn: số bit 0 và bit 1 gần bằng nhau, tương quan chéogiữa mã PN và phiên bản bị dịch theo theo thời gian của nó là rất nhỏ Chuỗi PNđược tạo ra bằng cách sử dụng các mạch logic tuần tự Quan trọng nhất trong số cácchuỗi PN là chuỗi thanh ghi dịch cơ số 2 có chiều dài cực đại hay còn gọi là chuỗi

m Một chuỗi m trong một chu kỳ là -1/N đối với tương quan chéo và 1 đối với tựtương quan

b.Tạo mã PN bằng dãy Gold

Trong môi trường đa truy nhập CDMA để tránh can nhiễu đa truy nhập người tathường sử dụng những dãy mã ngẫu nhiên có tính tương quan chéo tốt do đó dãyGold thường được sử dụng trong CDMA vì hàm tương quan chéo giữa 2 dãy Goldkhá nhỏ

Trong đó: T-1 y =  y1, y2, y3, , x  YN-1, y0 là dịch vòng trái của y.

Đại lượng tương quan cực đại cho hai chuỗi gold bất kỳ trong cùng một tập bằnghằng số (m)

TE2

TE2 DV

TE1

TE2 R

Um

Trạm gốc

BTS Abis BSC MS

TA F

Rm TE2

MT 2

TE2

Sm TE1

MT 0

PSPDN Rx

DCE

ISDN

sTA PSTN w

ngoài VLR

HLR

Quản lý di động

AUC EIR

D

H MSC

PI

AI

MI DI

G

F MSC

DMH

E

I I

A

O X L

MT 1

Rm

Các VLR khác

b.Trạm thu phát gốc BTS

Một BTS (Base Transceiver Station) bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lýtín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các Mô-dem vô tuyến

phức tạp có thêm một số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS làTRAU (Transcoder/Adapter Rate Unit- Khối chuyển đổi mã và tốc độ) TRAU làthiết bị mà ở đó qúa trình mã hoá và giải mã thoại đặc thù riêng cho hệ thống diđộng được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền

số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS vàthậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC

c.Bộ điều khiển trạm gốc BSC

BSC (Base Station Controller) có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thôngqua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấnđịnh, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover) Một phía BSCđược nối với BTS còn phía kia nối với MSC Trong thực tế BSC là một tổng đàinhỏ có khả năng tính toán Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện

vô tuyến và chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụthuộc vào lưu lượng của các BTS này BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vàomột trạm gốc

d.Trung tâm chuyển mạch và các dịch vụ di động MSC

Ở hệ thống thông tin di động chức năng chuyển mạch chính được thực hiện bởiMSC (Mobile Switching Center) nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiếtlập các cuộc gọi đến các người sử dụng mạng thông tin di động Một mặt MSC giaodiện với BSC, mặt khác nó giao diện với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao diệnvới mạng ngoài là MSC cổng (GMSC) Để kết nối MSC với một số mạng khác cầnphải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng thông tin di động với các mạngnày Các thích ứng này gọi là các chức năng tương tác (IWF: InterworkingFunction) IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn Nó chophép kết nối các mạng PSPDN (Packet Switched Public Data Network- Mạng sốliệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Ciruit Switched Public DataNetwork- Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh) nó cũng tồn tại khi các mạngkhác chỉ đơn thuần là PSTN (Public Switched Telephone Network-Mạng điện thoạichuyển mạch công cộng) hay ISDN (Integrated Services Digital Network-Mạng sốliên kết đa dịch vụ) IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay cóthể ở thiết bị riêng

e.Bộ đăng kí vị trí thường trú HLR

Ngoài MSC mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liêụ Các thông tinliên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR (HomeLocation Register) HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời thuêbao Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và

có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLR là nhậndạng trung tâm nhận thực AUC, nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số liệucủa các thuê bao được phép

f.Bộ đăng kí vị trí tạm trú VLR

VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng thông tin diđộng Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệuthuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng

và đồng thời lưu giữ số liệu vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơnHLR Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

g.MSC cổng GMSC

Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập một cuộcgọi đến người sử dụng thông tin di động, trước hết cuộc gọi phải được quyết địnhtuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thờithuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuêbao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiệnthời Trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số điện thoại danh bạ của thuê bao

để tìm đúng HLR cần biết và hỏi HLR này, tổng đài cổng có một giao tiếp với cácmạng bên ngoài, thông qua giao tiếp này nó có nhiệm vụ cổng để kết nối các mạngbên ngoài với mạng thông tin di động Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báohiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của mạng thông tin di động Vềphương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà nóthường được kết hợp với MSC

h.Quản lý thuê bao và Trung tâm nhận thực AUC

Quản lý thuê bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên

là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng Đăng kí thuê bao cũng có thể rất phức tạp, baogồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác phải có thể truy nhập

được tất cả các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác làtính cước cuộc gọi Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao

ở mạng thông tin di động chỉ liên quan HLR và một số thiết bị OS riêng chẳng hạnmạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch vớithuê bao Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua một khoá nhận dạng dạng

bí mật duy nhất cho từng thuê bao AUC (Authentication Center) quản lý các thôngtin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mậtmày AUC có thể được đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với tất cả hai Khoánày cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS Ở GMS bộ nhớ này

có dạng SIM_CARD có thể rút ra và cắm lại được

i.Quản lý thiết bị di động EIR

Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng kí nhận dạng thiết bị EIR(Equiment Identity Register) EIR lưu trữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm diđộng MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phépcủa thiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

1.4.2 Các đặc tính của mạng CDMA

a.Phân tập trong CDMA

Trong CDMA có thể sử dụng 3 phương pháp phân tập để giảm phading là:

 Phân tập theo thời gian: Đạt được nhờ sử dụng chèn và mã sửa sai

 Phân tập theo tần số: Nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong băng tầnrộng và fading liên hợp với đoạn tần số thường gây ảnh hưởng đến băng tầnbáo hiệu (200 - 300) KHz để làm giảm ảnh hưởng của đoạn tần số này

 Phân tập theo khoảng cách (hay theo đường truyền) theo ba phương phápsau:

- Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồngthời với 2 hoặc nhiều BS

- Đặt nhiều anten tại trạm gốc BS

- Phân tập đa đường: sử dụng môi trường đa đường qua ứng dụng chức năng trảiphổ để thu nhận tín hiệu đi thẳng và tín hiệu đến trễ khác nhau nhưng đều mang sốliệu giống nhau sau đó tổ hợp chúng lại

b.Chuyển giao

Chuyển giao là thủ tục cần thiết đảm bảo thông tin được liên tục trong thời gian kếtnối Khi thuê bao chuyển động từ một cell này sang một cell khác thì kết nối vớicell mới phải được thiết lập và kết nối với cell cũ phải được hủy bỏ

Tùy theo hình thức sử dụng trong các cơ chế chuyển giao, có thể phân chia chuyểngiao thành các nhóm như: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giaomềm hơn Chuyển giao đảm bảo thông tin được duy trì liên tục khi các MS di động

từ cell này sang cell khác hay giữa các dải quạt trong cùng một cell Chuyển giaophải đúng và nhanh để thông tin không bị ngắt quãng, không bị mất tín hiệu khiđang di chuyển

Cell A Cell B

Hình 1.14 Chuyển giao mềm trong hệ thống CDMA

Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa nguyên tắc kết nối “nối trước khi cắt“ Chuyểngiao mềm là chuyển giao được thực hiện giữa các cell khác nhau, trong đó trạm diđộng bắt đầu thông tin với một trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạmgốc cũ Chuyển giao mềm chỉ có thể được thực hiện khi cả trạm gốc cũ lẫn trạmgốc mới đều làm việc ở cùng một tần số MS thông tin với 2 sector của 2 cell khácnhau (chuyển giao 2 đường) hoặc với 3 sector của 3 cell khác nhau (chuyển giao 3đường)

Chuyển giao mềm hơn: cũng xảy ra tương tự nhưng là trong 1 ô Khi máy di động

di chuyển từ sector (dẻ quạt) sang sector khác Khi này trạm gốc BS sẽ phát tín hiệucho máy di động MS từ hai dẻ quạt gần nhất

Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, BTS phát trong một sector nhưng thu từ

nhiều sector khác nhau Khi cả chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn đượcthực hiện đồng thời, trường hợp này gọi là chuyển giao mềm-mềm hơn.

Chuyển giao cứng được thực hiện khi cần chuyển kênh lưu lượng sang một kênhtần số mới Các hệ thống thông tin di động tổ ong FDMA và TDMA đều chỉ sửdụng phương thức chuyển giao này

Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối” (Break Before Make) cóthể được chia thành: chuyển giao cứng cùng tần số và chuyển giao cứng khác tần

số Trong quá trình chuyển giao cứng, kết nối cũ được giải phóng trước khi thựchiện kết nối mới Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian chuyển giao Tuynhiên, thuê bao không có khả năng nhận biết được khoảng ngừng đó Trong trườnghợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang của kênh truy cập vô tuyếnmới khác so với tần số sóng mang hiện tại

Nhược điểm của chuyển giao cứng là có thể xảy ra rớt cuộc gọi do chất lượng củakênh mới chuyển đến trở nên quá xấu trong khi kênh cũ đã bị cắt

c.Điều khiển công suất trong CDMA

Trong CDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên lẫn đườngxuống Về cơ bản, điều khiển công suất đường xuống có mục đích nhằm tối thiểunhiễu đến các cell khác và bù nhiễu do các cell khác gây ra cũng như nhằm đạtđược mức SNR yêu cầu Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đường xuống khôngthực sự cần thiết như điều khiển công suất cho đường lên Hệ thống CDMA sửdụng công suất đường xuống nhằm cải thiện tính năng hệ thống bằng cách kiểmsoát nhiễu từ các cell khác

Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng Nóđược sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên cácthăng giáng tổn hao đường truyền lớn Mục đích chính của điều khiển công suấtđường lên nhằm khắc phục hiệu ứng xa-gần bằng cách duy trì mức công suất truyềndẫn của các máy di động trong cell như nhau tại máy thu trạm gốc Do vậy việcđiều khiển công suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền dẫn củamáy di động

Hệ thống CDMA sử dụng hai phương pháp điều khiển công suất khác nhau:

- Điều khiển công suất vòng hở (OLPC).

- Điều khiển công suất vòng kín (CLPC)

Một phương pháp điều khiển công suất là đo sự điều khuếch (AGC- AutomaticGain Control) ở máy thu di động Trước khi phát, trạm di động giám sát tổng côngsuất thu được từ trạm gốc Công suất đo được cho thấy tổn hao đường truyền đốivới từng người sử dụng Trạm di động điều chỉnh công suất phát của mình tỷ lệnghịch với tổng công suất mà nó thu được Có thể phải điều chỉnh công suất ở mộtdải động lên tới 80 dB Phương pháp này được gọi là điều chỉnh công suất vòng hở,

ở phương pháp này trạm gốc không tham gia vào các thủ tục điều khiển công suất.OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đường lên Trong quá trìnhđiều khiển công suất, MS xác định cường độ tín hiệu truyền dẫn bằng cách đo đạcmức công suất thu của tín hiệu hoa tiêu từ BTS ở đường xuống Sau đó, MS điềuchỉnh mức công suất truyền dẫn theo hướng tỷ lệ nghịch với mức công suất tín hiệuhoa tiêu thu được Do vậy, nếu mức công suất tín hiệu hoa tiêu càng lớn thì mứccông suất phát của MS càng nhỏ.Việc điều khiển công suất vòng hở là cần thiết đểxác định mức công suất phát ban đầu (khi khởi tạo kết nối)

CLPC được sử dụng để điều khiển công suất khi kết nối đã được thiết lập Mụcđích chính là để bù những ảnh hưởng của sự biến đổi nhanh của mức tín hiệu vôtuyến Do đó, chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại sự thay đổi nhanhcủa mức tín hiệu vô tuyến

Trong CLPC, BTS điều khiển MS tăng hoặc giảm công suất phát Quyết định tănghoặc giảm công suất phụ thuộc vào mức tín hiệu thu SNR tại BTS Khi BTS thu tínhiệu từ MS, nó so sánh mức tín hiệu thu với một mức ngưỡng cho trước Nếu mứctín hiệu thu được vượt quá mức ngưỡng cho phép, BTS sẽ gửi lệnh điều khiển côngsuất phát (TPC) tới UE để giảm mức công suất phát của MS Nếu mức tín hiệu thuđược nhỏ hơn mức ngưỡng, BTS sẻ gửi lệnh điều khiển đến MS để tăng mức côngsuất phát

Các tham số được sử dụng để đánh giá chất lượng công suất thu nhằm thực hiệnquyết định điều khiển công suất như: SIR, tỷ lệ lỗi khung-FER, tỷ lệ lỗi bit BER

Cơ chế CLPC nói trên là cơ chế điều khiển công suất vòng trong và đó cơ chế điều

khiển công suất nhanh nhất trong hệ thống CDMA.

CHƯƠNG 2:HỆ THỐNG MC-CDMA

2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Những nghiên cứu gần đây cho thấy việc kết hợp nguyên lí CDMA và OFDM chophép chúng ta sử dụng băng thông rất hiệu quả và vẫn đạt được những ưu điểm của

hệ thống CDMA Việc kết hợp OFDM-CDMA là kỹ thuật rất hữu ích cho hệ thống4G, hệ thống cung cấp tốc độ dữ liệu cao và đáng tin cậy Một trong những hệ thốngnày là MC-CDMA Trong chương này chúng ta sẽ đi vào phân tích những đặc điểm

cơ bản của hệ thống OFDM và đa truy nhập MC-CDMA

2.2 HỆ THỐNG OFDM

2.2.1 Sơ đồ khối

Chèn pilot

Mã hóa

&

sắp sếp

Chèn dải

Kênh truyền

A/D

IFFT

S/P

Sắp sếp lai

&

mã hóa

Loại bỏ bảo vệ

FFT

S/P

Ước lượng kênh

khối IFFT Khối này sẽ tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các kênh nhánhtrong miền tần số

 Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI do truyềntrên các kênh vô tuyến di động đa đường Cuối cùng bộ lọc phía phát định dạng tínhiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh

 Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng nhưnhiễu Gausian trắng cộng AWGN

 Ở phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạtđược tại bộ lọc thu Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển đổi từ miềnthời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT Sau đó, tùyvào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của sóng mangnhánh sẽ được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh(Channel Equalization) Các ký tự hỗnhợp thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã Cuối cùng, chúng ta nhậnđược dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu

2.2.2 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM

a Mã hóa sửa sai trước FEC

Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hóa sửa sai trước FEC (Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin, cụ thể là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép mà không phải nâng cao giá trị của tỷ số Eb/No (hoặc SNR), điều này càng thể hiện

rõ ở kênh truyền bị tác động của AWGN Mã hóa FEC được chia thành 2 loại mã chính:

 Mã khối (Block coding)

 Mã chập (Convolutional coding).

Ngoài ra, người ta còn dùng mã hóa Trellis: là một dạng của mã chập nhưng có thêm phần

mã hóa Bên thu có thể sử dụng thuật toán Viterbi.

b Phân tán kí tự

Do fading lựa chọn tần số của các kênh vô tuyến điển hình làm cho những nhóm sóng mang phụ ít tin cậy hơn những sóng mang khác Vì vậy tạo ra các chùm lỗi bit lớn hơn được phân tán một cách ngẫu nhiên Hầu hết các mã sửa lỗi không được thiết kế để sửa lỗi chùm Do đó, bộ phân tán kí tự được tạo ra nhằm ngẫu nhiên hoá sự xuất hiện của những bit lỗi trước khi giải mã Tại bộ phát, bằng cách nào đó người ta hoán vị những bit đã mã hoá sao cho những bit kề nhau bị cách nhau nhiều bit Tại bộ thu, việc hoán vị ngược lại được thực hiện trước khi giải mã.

c Sắp xếp

Về nguyên tắc, có thể áp dụng bất kỳ phương pháp điều chế nào cho mỗi sóng mang Dạng điều chế được quy định bởi số bit ở ngõ vào và cặp giá trị (I, Q) ở ngõ ra Tức là dòng bit trên mỗi nhánh được sắp xếp thành các nhóm có N bs (1, 2, 4, 8) bit khác nhau tương ứng với các phương

d Sử dụng IFFT/FFT trong OFDM

OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ rất

nhiều sóng mang phụ Để làm được điều này, cứ mỗi kênh phụ, ta cần một máy phát sóng sin, một

bộ điều chế và một bộ giải điều chế Trong trường hợp số kênh phụ là khá lớn thì cách làm trên không hiệu quả, nhiều khi là không thể thực hiện được Nhằm giải quyết vấn đề này, khối thực hiện chức năng biến đổi DFT/IDFT được dùng để thay thế toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin, bộ điều chế, giải điều chế dùng trong mỗi kênh phụ

FFT/IFFT được xem là một thuật toán giúp cho việc thực hiện phép biến đổi DFT/IDFT nhanh và gọn hơn

2.2.3 Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM

OFDM là giải pháp kỹ thuật rất thích hợp cho truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao Tuy nhiên, để

có thể đem áp dụng vào các hệ thống, có ba vấn đề cần phải giải quyết khi thực hiện hệ thống sử dụng OFDM:

 Ước lượng tham số kênh.

 Đồng bộ sóng mang

Vấn đề thứ nhất liên quan trực tiếp đến chỉ tiêu chất lượng hệ thống OFDM nếu dùng phương pháp giải điều chế liên kết, còn hai vấn đề sau liên quan đến việc xử lý các nhược điểm của OFDM Ngoài ra, để nâng cao chỉ tiêu chất lượng hệ thống, người ta sử dụng mã hóa tín hiệu OFDM.

a Ước lượng tham số kênh

Ước lượng kênh (Channel estimation) trong hệ thống OFDM là xác định hàm

truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khi bên phát

sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherent modulation) Để ước lượng kênh, phương

Hình 2.2 Bảng các giá trị a n , b n theo dạng điều chế

pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫn đường (PSAM-Pilot signal assistedModulation) Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tín hiệu đãđược bên thu biết trước về pha và biên độ Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu được với tínhiệu pilot nguyên thủy sẽ cho biết ảnh hưởng của các kênh truyền dẫn đến tín hiệuphát Ước lượng kênh có thể được phân tích trong miền thời gian và trong miền tần số.Trong miền thời gian thì các đáp ứng xung h(n) của các kênh con được ước lượng.Trong miền tần số thì các đáp ứng tần số H(k) của các kênh con được ước lượng

b Đồng bộ trong OFDM

Đồng bộ là một trong những vấn đề đang rất được quan tâm trong kỹ thuậtOFDM bởi nó có ý nghĩa quyết định đến khả năng cải thiện các nhược điểm củaOFDM Chẳng hạn, nếu không đảm bảo sự đồng bộ về tần số sóng mang thì sẽ dẫn đếnnguy cơ mất tính trực giao giữa các sóng mang nhánh, khiến hệ thống OFDM mất đicác ưu điểm đặc trưng nhờ sự trực giao này Trong hệ thống OFDM, người ta xét đến

ba loại đồng bộ khác nhau là : đồng bộ ký tự (symbol synchronization), đồng bộ tần sốsóng mang (carrier frequency synchronization), và đồng bộ tần số lấy mẫu (samplingfrequency synchronization)

2.2.4 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM

a Sự suy hao

Suy hao là sự suy giảm công suất tín hiệu khi truyền từ điểm này đến điểm khác Nó là kết quả của chiều dài đường truyền, chướng ngại vật và hiệu ứng đa đường Để giải quyết vấn đề này, phía phát thường được đưa lên càng cao càng tốt để tối thiểu số lượng vật cản Các vùng tạo bóng

thường rất rộng, tốc độ thay đổi công suất tín hiệu chậm Vì thế, nó còn được gọi là fading chậm

Hình 2.3 Đáp ứng tần số của kênh truyền đa đường

b Tạp âm trắng Gaussian

Tạp âm trắng Gaussian có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng thông và tuân

theo phân bố Gaussian Theo phương thức tác động thì nhiễu Gaussian là nhiễu cộng Nhiễu sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các hạt mang điện gây ra-là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn Đặc biệt, trong hệ thống OFDM, khi số sóng

nhiệt-mang phụ là rất lớn thì hầu hết các thành phần nhiễu khác cũng có thể được coi là nhiễu Gaussian trắng cộng tác động trên từng kênh con vì xét trên từng kênh con riêng lẻ thì đặc điểm của các loại nhiễu này thỏa mãn các điều kiện của nhiễu Gaussian trắng cộng

c.Fading Rayleigh

Fading Rayleigh là loại Fading (Fading phẳng) sinh ra do hiện tượng đa đường (Multipath Signal) và xác suất mức tín hiệu thu được suy giảm so với mức tín hiệu phát đi tuân theo phân bố

Rayleigh Loại fading này còn được gọi là fading nhanh vì sự suy giảm công suất tín hiệu rõ rệt

trên khoảng cách ngắn (tại các nửa bước sóng) từ 10-30dB.

Trong môi trường đa đường tín hiệu thu được suy giảm theo khoảng cách do sụ thay đổi pha của các thành phần đa đường (thay đổi pha là do các thành phần tín hiệu đến máy thu vào các thời điểm khác nhau đến trễ lan truyền Trễ lan truyền sẽ gây ra sự xoay pha của tín hiệu).

Hình 2.4 Các tín hiệu đa đường

Fading Rayleigh gây ra do sự giao thoa (tăng hoặc giảm) bởi sự kết hợp của các sóng thu được Khi bộ thu di chuyển trong không gian pha giữa các thành phần đa đường khác nhau thay đổi gây ra giao thoa cũng thay đổi, từ đó dẫn đến sự suy hao công suất tín hiệu thu được Phân bố Rayleigh thường được sử dụng để mô tả trạng thái thay đổi theo thời gian của công suất tín hiệu nhận được.

d Fading lựa chọn tần số

Trong truyền dẫn vô tuyến đáp ứng phổ của kênh là không bằng phẳng, nó bị dốc và suy giảm do phản xạ dẫn đến tình trạng có một vài tần số bị triệt tiêu tại đầu thu Phản xạ từ các vật gần như mặt đất, công trình xây dựng, cây cối có thể dẫn đến các tín hiệu đa đường có công suất tương

tự như tín hiệu nhìn thẳng Điều này sẽ tạo ra các điểm “0”(nulls) trong công suất tín hiệu nhận được do giao thoa.

e Trải trễ

Trải trễ (Delay spread) là khoảng chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng tại bộ thu do hiệu ứng đa đường Trong thông tin vô tuyến, trải trễ có

thể gây nên nhiễu xuyên ký tự ISI Điều này là do tín hiệu sau khi trải trễ có thể chồng lấn đến các

kí tự lân cận Nhiễu xuyên kí tự sẽ tăng khi tốc độ tín hiệu tăng Điểm bắt đầu của hiệu ứng tăng đáng kể khi trải trễ lớn hơn khoảng 50% chu kỳ bit Trong kỹ thuật OFDM, tốc độ tín hiệu giảm sau khi qua bộ S/P làm cho chu kỳ tín hiệu tăng Từ đó làm giảm nhiễu ISI do trải trễ.

Hình 2.5 Trải trễ đa đường

f Dịch Doppler

Khi bộ phát và bộ thu chuyển động tương đối với nhau thì tần số của tín hiệu tại bộ thu không giống với tần số tín hiệu tại bộ phát Cụ thể là : khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thì tần số thu được sẽ lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động ra xa nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Doppler

2.2.5 Đặc điểm và ứng dụng của kỹ thuật OFDM

a Ưu điểm của kỹ thuật OFDM

Dưới đây là các ưu điểm chính của kỹ thuật OFDM:

 Khả năng chống nhiễu ISI, ICI nhờ kỹ thuật giảm tốc độ tín hiệu bằng bộ S/P, sử dụng tiền

tố lặp CP, các sóng mang phụ trực giao với nhau.

 Hiệu suất sử dụng phổ cao hơn so với FDM do phổ của các sóng mang phụ có thể chồng phủ lên nhau mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu sau khi tách sóng.

Hình 2.6 So sánh việc sử dụng băng tần của FDM và OFDM

 Các kênh con có thể coi là các kênh fading phẳng nên có thể dùng các bộ cân bằng đơn giản trong suốt quá trình nhận thông tin, giảm độ phức tạp của máy thu.

 Điều chế tín hiệu đơn giản, hiệu quả nhờ sử dụng thuật toán FFT và các bộ ADC, DAC đơn giản.

b Nhược điểm của kỹ thuật OFDM

Bên cạnh những ưu điểm thì hệ thống OFDM còn tồn tại nhiều nhược điểm:

 Hệ thống OFDM tạo ra tín hiệu trên nhiều sóng mang, dải động của tín hiệu lớn nên công suất tương đối cực đại PAPR lớn, hạn chế hoạt động của bộ khuếch đại công suất.

 Dễ bị ảnh hưởng của dịch tần và pha hơn so với hệ thống một sóng mang Vì vậy phải thực hiện tốt đồng bộ tần số trong hệ thống.

Cùng với các nhược điểm trên, ít có nhu cầu OFDM trong thông tin cố định do các hệ thống hiện tại vẫn đang hoạt động tốt và hiệu quả, là nguyên nhân việc triển khai sản phẩm mới đạt mức khiêm tốn trong khi ưu điểm của hệ thống sử dụng kỹ thuật này rất rõ ràng.

c Ứng dụng của kỹ thuật OFDM

Hiện nay, OFDM đã được khuyến nghị sử dụng trong các hệ thống thông tin số tốc độ cao như phát thanh và truyền hình số và sẽ được ứng dụng trong hệ thống thông tin di động tương lai như hệ thống LAN vô tuyến, các công nghệ truyền dẫn số tốc độ cao: ADSL, VDSL… OFDM cũng là một giải pháp đầy hứa hẹn để thực hiện hệ thống thông tin di động đa phương tiện (G4).

2.3 HỆ THỐNG MC-CDMA

2.3.1 Khái niệm MC-CDMA

MC-CDMA (MultiCarrier CDMA) là một hệ thống đa truy nhập mới dựa trên việc kết hợp giữa CDMA và OFDM Khác với CDMA trải phổ trong miền thời gian thì MC-CDMA trải phổ trong miền tần số Công nghệ này sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM để phát tín hiệu trên tập sóng mang phụ trực giao.

2.3.2 Sơ đồ khối

spreader mapperSinal IFFT IntervalGuard

Insertion

Digital to Analog LPF

Down converter Channel

Up converter

Guard Interval Removal

Serial to parallel converter

FFT

Despreader and combining Summation

Parallel to converte r

Analog to Digital LPF

để trở thành đối tượng của fading chọn lọc tần số thì tín hiệu cần chuyển từ nối tiếp sang songsong trước khi được trải trong miền tần số

Chuỗi dữ liệu ngõ vào có tốc độ bit là 1/Ts, được điều chế BPSK, tạo ra các ký tựphức ak.

Luồng thông tin này ak được chuyển thành P chuỗi dữ liệu song song (ak,0(i),

ak,1(i), , ak,P-1(i)), trong đó I ký hiệu cho chuỗi ký tự thứ I (mỗi khối gồm P ký tự)

Mỗi ngõ ra của bộ biến đổi nối tiếp/song song được nhân với mã trải phổ của ngườidùng thứ k (dk(0), dk(1), dk(KMC-1))có chiều dài KMC để tạo ra tất cả N=P.KMC(tương ứng vớitổng số sóng mang phụ) ký tự mới Mỗi ký hiệu (ký tự) mới này có dạng tương tự như một ký

tự trong hệ thống OFDM Ví dụ xét nhánh song song thứ 0, mỗi ký tự OFDM bây giờ là

Si,k=ak,0(i).dk(k) với k=0,1, , KMC-1

Hình 2.8 Máy phát MC –CDMA

Do sự tương tự giữa các ký tự trên mỗi nhánh con của hệ thống MC-CDMA và hệthống OFDM nên việc điều chế sóng đa mang tại băng tần gốc có thể được thực hiện bằngphép biến đổi nghịch Fourier rời rạc (IDFT) Sau đó,tín hiệu OFDM từ P nhánh được tổnghợp với lại nhau

Khoảng dự phòng (quard interval) được chèn vào dưới dạng tiền tố vòng (CP) giữacác ký tự để tránh ISI do fading đa đường và cuối cùng tín hiệu được phát trên kênh truyền saukhi đổi tần lên RF

Tín hiệu phát băng gốc dạng phức như sau:

1 P 0 p

) iT t f ) p Pm ( 2 j ' s s

1 K 0 m

k p , k

' s ' MC

e)iTt(p)m(d)i(a

 là khoảng cách tần số nhỏ nhất giữa hai sóng mang phụ

 là hệ số mở băng thông kết hợp với chèn khoảng dự phòng (0 1):

=/PT s (2.4)

ps(t) là dạng xung vuông được định nghĩa:

s

(2.5) (P*K MC -1)/(T ’

Không có thao tác trải phổ trong miền thời gian (từ (2.1))

Công thức (2.2) cho thấy rằng khoảng ký tự tại mỗi mức sóng mang phụ gấp P lầnkhoảng ký tự gốc do việc chuyển đổi từ nối tiếp/song song

Mặc dù khoảng cách giữa các sóng mang phụ tối thiểu được cho bởi (2.3) nhưngkhoảng cách giữa các sóng mang phụ cho mỗi ak,p(i) lại là P/(T’

s- )

2.3.4 Máy thu MC-CDMA

Bộ thu là bộ OFDM thêm vào một công việc kết hợp để tách dữ liệu được phát đối vớimỗi người sử dụng mong muốn

Giả sử hệ thống MC-CDMA có K người dùng đang truy cập, tín hiệu bưng gốc nhậnđược có dạng:

n(t) là nhiễu Gauss có giá trị trung bình bằng 0 và mật độ phổ công suất hai phía N0/2

Bộ thu MC-CDMA yêu cầu việc tách sóng được thực hiện đồng bộ để thao tác giảitrải phổ (despreading) thành công

Hình 2.9 Máy thu MC-CDMA

Hình (2.9) biễu diễn bộ thu MC-CDMA cho người sử dụng thứ k Quá trình tách sóngtại máy thu theo thứ tự sau:

Sau khi đổi tần xuống và khử khoảng dự phòng, các sóng mang phụ thứ m(m=0,1, ,KMC-1) tương ứng với dữ liệu thu là ak,p(i), đầu tiên được tách đồng bộ với DFT, tathu được giá trị trên mỗi nhánh là yp(m)

Tiếp theo nhân yp(m) với độ lợi Gk(m) để kết hợp năng lượng tín hiệu rời rạc trongmiền tần số, và biến quyết định là tổng của các thành phần băng gốc có trọng số:

1 0

m s j m s k

Kênh truyền fading Rayleigh chọn tần số biến đổi chậm là kênh truyền điển hình trong

hệ thống MC-CDMA băng rộng Kênh truyền của hệ thống có băng thông rộng được chiathành N kênh băng hẹp mà mỗi kênh như vậy chỉ chịu tác động của fading phẳng (fadingkhông có tính chọn lọc tần số), nghĩa là chỉ có một hệ số độ lợi trên mỗi kênh phụ (hình 2.10)

Vì mỗi kênh truyền phụ có độ lợi khác nhau nên khi xét đến kênh truyền của hệ thống thì nó làkênh truyền có tính chọn lọc tần số

Điều kiện để tính chọn lọc tần số của kênh truyền thể hiện trên toàn băng thông của tínhiệu phát và không thể hiện trên từng sóng mang phụ là:

f B cBW (2.11)

Trong đó Bc là : băng thông liên kết của kênh truyền

f là tốc độ ký hiệu của dữ liệu phát.

BW là băng thông tổng của hệ thống.

Băng thông liên kết (kết hợp) Bc là một đơn vị thống kê đo các dải tần số mà trongkhoảng tần số này kênh truyền được coi là “phẳng” (kênh truyền cho qua các thành phần phổ

có độ lợi xấp xỉ bằng nhau và có fading tuyến tính) Nói một cách khác, băng thông liên kết dảitần số mà trong đó khả năng tương quan biên độ của hai thành phần tần số rất lớn Hai tín hiệusin có khoảng phân chia tần số lớn hơn Bc sẽ bị kênh truyền gây ảnh hưởng khác nhau

Hình 2.10 Ảnh hưởng của kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số

h i = ieji

 (2.14)

trong đó:  và i  lầ lượt là biên độ và pha của kênh truyền fading trên kênh truyềni

phụ thứ i hay sóng mang thứ I;  là biến ngẫu nhiên có phân bố đều trong đoạn [0,2  ]i

Các hệ số fading  có phân bố Rayleigh tương quan nhau (không độc lập thống kê)i

và thay đổi qua từng ký hiệu của dữ liệu phát

Đối với hệ thống MC-CDMA, điều kiện (2.11) để mỗi sóng mang phụ trải qua fadingphẳng luôn thoả vì tốc độ bit cao, nghĩa là f lớn, chuỗi bit vào sẽ được chuyển thành Pnhánh song song Khi đó, tốc độ bit trên mỗi nhánh sẽ giảm đi P lần Vì vậy, đáp ứng xung củamỗi kênh truyền phụ tương ứng với mỗi sóng mang phụ có dạng phương trình (2.14)

Hệ số tương quan giữa fading của sóng mang phụ thứ i và thứ j được cho bởi:

c j i j

B/)ff1

2.3.6 Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm)

Dữ liệu của người dùng sẽ được khôi phục nhờ một số phương pháp kết hợp nhằm tậndụng mô hình phân tập tần số Mục tiêu chính của các phương pháp kết hợp này (kỹ thuật dòtín hiệu) là lựa chọn các trọng số Gk’(m) sao cho nhiễu Gauss và nhiễu MAI được tối thiểuhoá Có 4 phương pháp kết hợp:

a Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC:

Phương pháp ORC khôi phục tính trực giao giữa các người dùng ngay cả khi cófading, nghĩa là cho phép các biến trên mỗi nhánh kết hợp với nhau theo cách loại bỏ nhiễu đatruy cập MAI Tuy nhiên, nhiễu trên các nhánh có biên độ sóng mang phụ chủ yếu có khuynhhướng được khuếch đại mạnh và các sóng mang phụ này được nhân với độ lợi lớn để biên độmới bằng 1 Ảnh hưởng của việc khuếch đại nhiễu này làm tăng BER của hệ thống

Chú ý rằng: ORC chỉ áp dụng cho tuyến xuống của hệ thống thông tin di động CDMA bởi vì đối với tuyến lên (MS đến BS), tín hiệu từ các người dùng đến trạm gốc với độtrễ khác nhau và đáp ứng kênh truyền của mỗi người dùng cũng khác nhau nên cho dù các mãtrải phổ có hoàn toàn trực giao thì phương pháp ORC cũng không đạt được mục tiêu như têngọi của nó

MC-b Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC đỉnh (TORC)

Phương pháp này sẽ loại bỏ ảnh hưởng của việc triệt nhiễu đi kèm với sóng mang phụ

có biên độ yếu trên mỗi nhánh được khuyết đại mạnh như trong phương pháp ORC Quyếtđịnh được tính trên tổng của các thành phần băng gốc của các sóng mang phụ có biên độ lớnhơn một ngưỡng tách sóng Trọng số Gk’(m) được chọn:

Trong đó u(.) là hàm bước đơn vị và là ngưỡng tách sóng

Rõ ràng, trong phương pháp ORC đỉnh này, chỉ các giá trị nhiễu lớn hơn một mứcngưỡng tối ưu để đạt được mức ngưỡng thì mới được khuếch đại Với tỷ số SRN cho trước,

sẽ tồn tại một giá trị ngưỡng tối ưu để đạt được giá trị BER nhỏ nhất

c Phương pháp kết hợp độ lợi bằng nhau (EGC)

Đối với EGC, trọng số Gk’(m) được dùng để sửa sự dịch pha gây ra bởi kênh truyền vàđược cho bởi: