Luận văn tìm hiểu hiệu năng của các phương pháp tách sóng trong hệ mc cdma

đã trở thành một kỹ thuật quan trọng được nghiên cứu vả triển khai trên nhiều hệ thống với các chỉ tiêu kỹ thuật cao, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cáo của xã hội về loại hình truyền

Ngô Thị Thanh THải

TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

TÁCH SÓNG TRONG HE MC-CDMA

LUẬN VĂN THAC SĨ

TIả Nội — 2007

"

DẠI HỌC QUỐC GIÁ HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Ngô Thị Thanh Hải

TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

NGƯỜI HƯỚNG DÃX KHOA HOC

PGS-TS Nguyễn Viết Kinh

Ha NGi - 2007

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các c chữ: viết tắt

1.2 Cơ sở thực hiện mô hình diều ché OFDM -

1.3 Mê hình điều chế và giải điều chế OEDM s dung biến đỗi IFFT/FFT

1.4 Ưu nhược điểm của hệ théng OFDM

Chương 2 - CÔNG NGIIỆ ĐA TRUY NHẬP

CUIA THEO MA CDMA

21 Giới thiệu

2.2.2 Héthéng nhay tin FH

2⁄23 liệthống nhảy thờigian TII

2.2.4 _ Trai phé léch tin - Chirp SS

4.2.2.1 Tách tín hiệu đơn người dùng SUD

4.2.2.2 Tách tín hiệu đa người đùng MÙD

4.3 Miệt số kết quả mô phông

43.1 Chuỗi trải phố

43.2 MAI- nhiễu đa truy nhập

43.3 5o sánh giữa các hệ thống MC-CDMA, FDMA và FDMA tối ưu

TAI LIEU THAM KHẢO

AMD

AWGN

BIR

BS CDMA

Chirp 88

cP

iA DFT

Ds DSI

Hoping

Direct 8equcnce/Time

Hoping Direct Sequence/Frequency

Hoping/‘lime Hoping Direct Sequence - Spread

Spectrum Direct Sequence-CDMA

Equal Gain Combining

Fast Fourier ‘Transform

Frequency-Division

Multiplex Frequency Division Multiple Access

Frequency [oping Tai

Frequency Shift Keying

Frequency Toping High Power Amplifier

Bộ biển đổi tương tự sang số

Nhiễu Gauss trăng cộng tính

Độ biến đổi số sang tương tự

Biển đổi Fourrier rời rạc

Biển đỗi Fourier nhanh

Kỹ thuật ghép kênh phân

Ic Icl KFT

181

JD LMS

MMSE

MUD

MRC

MS MT-CDMA

Inverse Fast Fourier

Minimum Mean Squared

Enor

Minimum Mean Squared

Enror — MulliUser Detection

Maximum Ratio Combining

Mobile Statton Multi-Tone COMA

Mulliple User Interference MultiUser Detection

M-Quadrature Amplitude

Tridt nhicu Nhiễu xuyên âm giữa các sóng, mang,

Biến đổi ngược FFT

Nhiễu xuyên kỷ hiệu

Tach tín hiệu kết hợp

Tình phương trung bình tôi

thiểu

Xác suất thu trộm thấp

Nhiễu đa người dùng,

Da lỗi vào đa lỗi ra

Hệ thông trải phổ đa sóng

mang

Điều chế đa sóng mang

Đa truy nhập phân chia theo

mã dãy trực Liếp đa sáng

thco phương pháp lỗi bình

phương trung bình cực tiểu

Tach tin hiệu đa người dùng

Độ điều chế biên độ vuông

Peak to Average Ratio

Processing Gain Parallel Interference Cancellation

Single Input Single Output

Signal Noise Ratio SingleUser Detection Time Division Multiple

Access Time Hoping

Dao động cao tan

Tỉ số công suất cực đại trên

công suất trung bình

Độ lợi xử lý Triệt nhiễu song song,

"Tín hiệu hoa tiêu

khóa dịch pha ao"

Binh phương tối thiểu đệ quy tiễn đổi nối tiếp sang song

song

"Triệt nhiễu liên tiếp

Hệ thông một anten phát một

anten thu

Ty sé tin hiéu trén nhiéu

Tach đơn người dùng

Da truy nhập phân chia theo

thời gian

Hệ thống nháy thời gian

Ghép kênh phân cha theo thời gian

Cưỡng ép không

g

Danh mục các hình vẽ

Trang

Hình 1.2: Mô hình điều chế OFDM đùng ITT/FFT Tổ

Hình 22: Loại trừ nhiễu trong hệ SSMA 25

Hình 23: Sơ đồ khối của máy phát D8-CDMA - 27

Tinh 24: Bộ phát tín hiệu S8 dùng điều ché BPSK - 27

Hinh 2.5: Sơ đồ khối máy thu tin hiện IDS-8S 28 Hinh 2.6 Sơ dồ khối của máy phát D8-§S sử dụng bộ diều chế BPSK 29 đình 2.7 PSD của bản tin, tín hiệu PN và tín hiệu DS/SS-BPSK 31

Hình 28: Sự chiểm giữ thời gian/tần số của các tín hiệu D8 và PH 34

linh 2.9: Sơ đề khối máy thu phát của hệ thống FH-88 35

Tình 2.10: Sơ đồ khối máy phát của hệ thông Fast FH/SS 36 Hình 2.11: Sơ dồ khối máy thu của hệ thống Fast FH-88 38 Hình 2.12: Sơ dồ khối máy phát, thu của hệ thắng TH-CIXMA 40 Hình 2.13: Đề thị tần số/thời pian của hệ thẳng TH-CDMA 4)

linh 2.14: Diều chễ trải phố lệch tần 44 Hinh 2.15; Phỗ tần sô của hệ thống tổ hợp FHIDS ¬ 45 Hình 2.16: Bộ điều chế tổ hợp FIƯDS 48 Hinh 2.17: Bộ thu tổng hợp FTIUDS " "¬ AE

Hình 2.18: Sơ đồ khối của hệ thông TIUDS - - 48 đình 3.1: Mô hình hệ thống trải phổ da sóng mang MC-S8 49

linh 3.3: Sơ đề hệ thống MC-CDMA tte SL

Tỉnh 3.5: Nguyén ly điều chế MC-SS nhẻm II 5B

Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống MC-CDMA SẼ

Hinh 4.1 Máy phát và may thu MC-CDMA cho kénh during xudng 63

Hinh 4.2: So sinh BER ciia bộ thu của hệ thống MC-CDMA dùng mã

Ảnh hướng của MAI trong hệ thống MƠ-CDMIA 75

So sánh BER của hệ théng MC-CDMA, FDMA, optimal FOMA

So sinh BER của hệ thống MC-CDMA theo 3 phương pháp

tổ hợp khác nhau: EGC, MRC, MMSEC: K=32, N=8, L=64 77

So sanh BER cia hé théng MC-CDMA sit dụng phương pháp

tách sóng MMSEC với số kênh khác nhau 78

Tinh BER theo phương phép Monte-Carlo vii K-L-Ne-64 79

Tinh BER theo phương phap Monte-Carlo wii K-32,L-Ne—64, 80

11

MO DAU

Thế kỹ 21 được xem như ký nguyên của thông tin kỹ thuật số với các dòng, bit dich chuyển toàn cầu, kết nỗi toàn thể giới Và con người dã phải thừa nhận

sự lệ thuộc của mình vào thể giới đa truyền théng k¥ thuat sé (Multimedia) ky

diệu nảy Truyền thông di động cũng không nằm ngoài vòng kết nối đó với hàng

loạt công nghệ tiên tiền tham gia phục vụ con người

Hiện có hơn 50 quốc gia trên thế giới triển khai ứng dụng công nghệ CDMA với trên 100 mạng Việt Nam đang sử đụng hệ thống thông tin đi động

loan cau GSM dua trên công nghệ TDMA Công nghệ này đôi hỏi vốn đầu tư ban

đầu íL tốn kém hơn CDMA Tuy nhiên, công nghệ CDMA cá tính bảo mật tín

higu cao hon TDMA, nhờ sử đụng tin hiệu trải phổ Các tín hiệu băng rộng khó

bị rò ra vỉ nó xuất hiện ở mức nhiễu, những người có ý định nghe trôm sẽ chỉ

nghe được những tín hiệu vê nghĩa Ngoài ra, với tốc độ truyền nhanh hơn các công nghệ hiện có, nhà cung cấp dịch vụ có thế triển khai nhiều tủy chọn dich va

như thoại, thoại và đữ liệu, fax, Iternet, Theo các chuyên gia CNTT Việt Nam, xét ở góc đệ bảo mật thông tín, CDA/A có tính nắng ưu việt hơn

Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông lin di đông, CDMA côn thích

hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất

lượng ngang bằng với hệ thống hữu Luyến, nhờ áp dựng kỹ thuật mã hóa mới Đặc biệt các hệ thống này có thể triển khai và mở rộng nhanh và chỉ phí thực

hiện thấp hơn hầu hết các mạng hữu tuyến khác, vì đòi hỏi ít trạm thu phát

“rong pham vi của Luận văn này, tác giả sẽ trình bảy về công nghệ

OFDM, công nghệ CDMA, các mô hinh trải phổ đa sóng mang MC-S5 va tim hiểu hiệu năng của các phương pháp tách tín hiệu trong hệ MC-CDMA Nội dung

chính gồm 4 chương được trình bảy như sau

-_ Chương 1: Kỹ thuật ghép kênh phân chia Lần số trực giao OFDM Tác giả

trình bảy về cơ số để thực hiện mã hinh hệ thống OFEDM, phân tích mô hình diều chế và giải điều chế hệ thống OEI3M sử dung bộ biển dỗi FET/IKET từ đó

đi sâu vào phân tích một số ưu điểm và han chế chính của hệ thông nảy

- Chương 2: Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mi CDMA ‘ac giá

trình bày nguyên lý chung của hệ thông CDMA, nêu lên một số đặc trưng chỉnh của hệ thống CDMIA Tìm hiểu về nguyên lý thu, phát, các đặc trưng, ưu nhược

điểm của một số giao thức CDMA như: hệ thống DS, hệ thẳng FIT, hé thong TIL

hệ thống lệch tần và một số hệ thống lai

tổng quan về nguyên lý, đặc điểm kỹ thuật của các giải pháp da sóng mang

MG-85 (MCG-CDMA, MG-DR-CTDMA và MT-CDMA) Từ đó dánh piá sơ hộ

ưu điểm, han chế của hệ thông nảy

-_ Chương 4: Bài toán tách tín hiệu trong hệ thông MC-CDMA Từ những khảo sắt tổng quan về nguyên lý và đặc điểm kỹ thuật của các giải pháp đa sóng mang, tác giả đi sâu vào tìm hiểu, tìm hiểu vấn dé nâng cao chất lượng của các nhương pháp tách tín hiệu trong hệ thống MC-CDMA trong mỗi

trường đơn tế bào và môi trường đa tế bào Chương này trình bảy các biểu thức giải tích và đánh giá hiệu năng của oác kỹ thuật Lách sóng đơn người đùng và thuật tách sóng da người ding của hệ thống MC-CTDMA Tìm hiểu mỗi quan hệ giữa các giải pháp tách tín hiệu tuyển tính MIMSEO và MMSH, MU) Phần cuối

chương, tác giả đưa ra một số kết quả mô phỏng

- Phu luc: gềm một số chương trình mô phông bằng phần mềm Matlab, kết quả đã đưa ra ở chương 4

Do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu tham khảo cũng như thời gian nghiền

ánh khỏi những thiểu sót và hạn chế RAL mong được sự gốp ý và chỉ bão tận tình của

chi: haint0383@yahoo.com

'Tác giả xin dược bảy tổ lòng biết ơn sâu sắc dén PGS.TS Nguyễn Viết

Kính, giáo viên hướng dẫn đề tài, đã tận tỉnh giúp đỡ định hướng đề tải, tải liệu

tham khảo cho em trong suốt quá trình hoàn thanh Luan văn

Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô khoa Diện tử - Viễn thông củng các Thầy Cô Phòng đào tạo Sau đại học trường Đại học Công nghệ - ĐIIQG IIà Nội

đã giúp đỡ, đào tạo trong suốt thời gian em học lập tại trường,

cửu gó hạn, nôn Luận văn không thị

c Thấy cô và bạn đọc Thư về địa

Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2007

Học viên thực hiện

Ngô Thị Thanh Hải

13

Chương 1 - KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHẦN CHIA THEO

TAN SO TRU'C GIAO OFDM

1.1 Giới thiệu [1,3,4]

"Trong những năm gan đây, thông tin vô tuyến đựa trên kỹ thuật điều chế

đa sóng mang (MCM) được quan tâm nghiền cứu rộng rãi Giải pháp kỹ thuật

này đã được để xuất trong thông tin téc độ cao từ những năm 50, hệ thống đầu

tiên sử dụng kỹ thuật MCM là hệ thống vô tuyến KINEPLEX vả KATIHYN

sử đụng trong quân đội, với 20 sóng mang con, mdi séng mang truyén dữ liệu

150 bits Sau này với sự phát triển của công nghệ xử lý tín hiệu số, việc xử lý

tín hiệu trên cáo sóng mang trực giao được thiết lập hiệu quả nhờ phép biến

déi Fourrier rời rạc (DET) và kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tan số trực

giao (OFDM) cang duoc quan (âm hơn trong thông tín vô tuyến Kỹ thuật

OEDM là trường hợp riêng của kỹ thuật diều chế da sóng mang Như vậy,

OEDMI được nhìn theo cả kỹ thuật điều chế và kỹ thuật ghép kênh

Kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực giao với những ưu điểm nỗi bật như khả năng đáp ứng truyền thông tốc độ cao, ồn định, khả năng chẳng nhiễu tốt đặc biệt là chống phading đa đường trên những môi trường khác

nhau: hữu tuyến cũng như võ luyến, hiệu quả sử dụng phổ tần sao, đã trở

thành một kỹ thuật quan trọng được nghiên cứu vả triển khai trên nhiều hệ thống với các chỉ tiêu kỹ thuật cao, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cáo của

xã hội về loại hình truyền tin da phương tiện trong thời gian hiện nay

Hệ thống OFDM hoạt động trên nguyên lý phần chia luồng dữ liệu

thành nhiều luỗng đữ liệu song song có tốc độ bít thấp hơn và sử dụng các luỗng con nảy để điều chế sóng mang con có tần số khác nhau Hệ OFDM

phân chia dải tần làm việc thảnh các băng tần con khác nhau để điều chế, đặc

biệt lần số trung Lâm của các sóng mang con nảy trực giao với nhau về mặt

toán học, cho phép phổ tần của các bằng con chồng lên nhau mả không gây nhiễu, điều này lâm Lắng hiệu quả sử dụng bằng tần

Mặc đủ công nghề nay đã được biết đến từ những năm 60 của thể kỹ

trước trong các hệ thống vô tuyến quân sự nhưng ít được quan tâm Chỉ khi các công nghệ xứ lý tín hiệu phát triên, đặc biệt với việc đê xuât sử dụng các thuật toán FEF1/IFEI cho điều chế và giải điều chế sóng mang, cách chẻn khoảng bảo vệ để tối thiểu hoá nhiễu giao thoa ISI va nhigu xuyén kénh ICI

mới giảnh được nhiễu sự quan lâm như ngày nay

Các sóng mang con trong hệ thống OFDM trực giao với nhau, nên ở

máy thu có thể tách chủng mả không bị nhiễu của các sóng mang khác, nhờ vậy sẽ hạn chế suy hao do kênh truyền đẫn vô tuyến trong đó suy hao quan trọng nhất là hiện tượng phading Nếu kỹ thuật OFIDM có nhiều tần số sóng mang con thì phading chỉ ảnh hưởng hữu hạn lên chúng Các sóng mang con băng hẹp nên thông tin được điều chế trong các sóng mang con này có thể

truyền qua kênh một cách tin cậy, cho chất lượng kết nối và truyền thông qua

các kênh vô tuyến cao hơn

Hệ thống OFDM cho phép triển khai một máy thu không cần bộ cần bằng hoặc sử dựng bộ cân bằng đơn giản mà vẫn đấm bảo tính trực giao của

các sóng mang con khi thu qua kênh chọn lọc tần số Mỗi sóng mang con thu

được bị suy hao khác nhau nhưng không bị phân tấn theo thời gian do đó

không yêu cầu bộ cân bằng trễ đường Dây chính là lý do khiến OEDM được

sử dụng trong các hệ thống quảng bá như DAD, DVB va ADSL cia ETSI cting

như để xuất cho các tiêu chuan WLAN nhu Hiper LAN 2, WLAN 802.11

1.2 Co'sé thwc hién mé hinh ditu ché OFDM

Hình 1: Mô hình điều chế OEDM tương tự

‘rong trường hợp tổng quát, tín hiệu sóng mang con trên những nhánh

thành phân trong sơ đô điêu chế tương tự được biểu diễn dưới dang sóng mang phức:

Trong đó 1,() và đŒ) là biên độ và pha của sóng mang con trên nhánh

n, @ =a@,+cAa 1A tin sé ca cdc séng mang con tại các nhánh khác nhau

(chúng trực g1ao với nhau),

So sảnh biểu thức (1.4) với phớp biển đổi ngược DFT cia N didm ri rac

S, fe?) & tai N dau ra cia ba TFET là

"Ea thấy giữa chúng có sự tương, » đường, do đó hoàn toàn có thể thực hiện

việc điều chế tín hiệu OEDMI bằng cách sử dụng bộ IFET thay cho việc phải sử

dụng các bô đao đông tần số cao mà vẫn đấm bảo được tật cả các điều kiên mà một hệ OFDM tương tự yêu cầu Trong đó điều kiện quan trọng nhất là tính trực giao giữa các sóng mang trên các nhánh con Điều này thoả mãn khi

khoảng cách lần số giữa sóng mang con là

Data phat, [Chuyén} —-*[Điễu chế Chuyến chen

| a6i P| “Iga [| MFP [| adi pes [| ce >

tryển

‘Data tha Capen | 8H aD] + 14 Ghuyén oat,

“ai J8 5|< Ìw-oAv l* chế s+! FFT |«-|ậ dải s/PI* a cP : + — AB ] A/D {+ k#

RFOSCT

Hinh 1.2: M6 hinh diéu ché OFDM ding INFT/FET

a.Hộ chuyển đỗi nối tiếp — song song

Tại nơi phát, luỗng dữ liệu phát nỗi tiếp với tốc độ bít cao sẽ được chuyển thành các nhánh dữ hiệu con truyền song song Tốc độ bịt phát đi trên

mỗi nhánh con nhỏ hơn nhiều so với tốc độ luéng đữ liệu ban đâu và phụ

thuộc vào số nhánh con được sử dụng

b, Hộ điều chế A4-QAAI (hoặc QPSK)

Các nhánh con tốc độ bịt thấp dược điều chế M-QAM (hoặc QPSK) Đây là hệ diễu chế thực hiện diều chế đơn sĩng mang khi đĩ các nhĩm ø bít

É

chế cả về pha và biên đơ của một sĩng mang dùng trên các nhánh Kết quả thu được lả các tíìi hiệu M-QAM (hoặc QPSK) Như vậy, mỗi ký hiệu M-QAME

(hoặc QPSK) sẽ mang trên nĩ ø bit dữ liệu ban đầu và cĩ thể được biểu diễn

À4J trên mỗi nhánh con sẽ được tổ hợp lại với nhau để thực hiển phép điều

bằng cáo vecLơ phức I-Q

0 BG bién déi IFFT

Các sĩng mang được điều chế trên các nhánh con sau đĩ được lấy mẫu

và đưa đến các đầu vào của bộ biến đổi IFET đầu vào Thơng thường số

sĩng mang con thực sự được sử dụng nhỏ hơn kích thước cửa bộ TFET vì trong

số Ä dầu vào của nỏ thi cá một số dầu vào (gọi là các dầu vào áo} được sử

17

dụng cho mục dích khác như: tạo khoảng lrống giữa các ký hiệu OEDM hoặc

chén tiền tế lắp,

Sau khi thực hiện biển đổi TEET ta thu dược các mẫu tín hiệu Ÿà7) Đĩ

là các mẫu tín hiệu trực giao ứng với các sĩng mang con trực giao cĩ tân số

AS kG

Các bộ biến đối IFFT/FFT đều dựa trên các thuật tốn biến đổi Fourier

nhanh, đo đĩ số lượng các phép nhân phức được giảm xuống nhiều (chỉ cịn N/2log:N phép nhần phức so với N phép nhần phức của bộ DFT thơng

thường) Chính điều này lam nâng cao tính đơn giản và hiệu quả của việc sử dụng các bộ TFET/FET Irong kỹ thuật didu ché OFDM

4 Bộ biển đổi song song - nổi tiếp

Trên N lỗi ra của các mẫu tín hiệu thu được sau khi thực hiện biến đổi TEET sẽ dược dưa qua bộ chuyển đổi song song - nối để truyền di trên

đường truyền Tin hiệu mà ta thu được sau bộ chuyển đổi nảy lá một chuỗi

pm nhiều ky hiệu OFDM nỗi tiếp nhau

Nếu chu kỷ lẫy mẫu của các tin hiệu ban đầu là 7 và là kích cỡ của bộ

biên đổi IFET/FFT thì sau bộ chuyến đối này ta thu được các ký hiệu OFDM

với khoảng thời gian kéo dải của mỗi ký hiệu là T=N.7¿

Mỗi ký hiệu trên tạo thành một tập gồm V mẫu tín hiệu S; thu được sau

biến đối IFET Các mẫu này sẽ quy định tính chất đặc trưng của mỗi ký hiệu OFDM Trong quá trình tru

phân biệt bằng phương pháp chèn CP hoặc chén các ký hiệu đặc biệt vào giữa

di, lập ký hiệu nảy thường dược danh dau dé

các ký hiệu OFDM Điều này nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải diễu

chế và đồng bộ ở nơi thu Chỉnh vì những đặc điểm này mà ký hiệu OFDM

được tạo bởi W mẫu trên cịn được gọi là các cửa số “trượt” OEDM

e Chen tiền tổ vịng ỚP

Những ảnh hưởng của ISI lên hệ théng OFDM cé thé duge cai thiên khi

ta thêm vào các khoảng bảo vệ trước mỗi kỷ hiệu OFDM Không bảo về được chọn sao cho nĩ cĩ khoảng thời gian kéo dài lớn hơn độ trễ trải cực đại gây ra bởi kênh truyền, đặc biệt là kênh phading da đường

Tuy nhiên, khi chèn khoảng trống, mặc dủ tránh được hiện tượng ISI

nhưng lại khơng thé tránh được nhiễu xuyên âm giữa các sĩng mang IƠI xảy

trống nay sẽ gãy ra hiện tượng mất tỉnh Luần hoàn trong một số sóng mang con

thành phần Vỉ vậy tính trực giao giữa các sóng mang con trong một ký hiểu

OEDMI không còn nữa, đó là nguyên nhân làm tăng nhiễu 151 sau khi ký hiệu được giải điên chế ở nơi thu

Như vậy để có khả năng triệt nhiễu ISI và khả năng chống lại nhiễu ICL

thì khoảng bảo vệ phải được chọn là một ký hiệu đặc biệt, vả kỹ thuật sử dung

ký hiệu đặc biệt nảy gọi là kỹ thuật chèn tiễn tâ lặp CP Ký hiệu đặc biệt đó chỉnh là nhiên bản sao chép của đoạn dữ hệu cuốt trong mỗi ký hiệu OFDM và

bản sao này sau đó được ghóp vào đầu mỗi ký hiệu OFDM

và do vậy có thể tránh dược hiện tượng IỚI ngay cả khi có sự chuyển dễi về

pha giữa các ký hiệu OFDM

Việc sử dụng khoảng bảo vệ với các tiễn tố lặp CP đặc biệt ngoài khả ning chéng ICI va ISI tốt còn có tác dựng lớn trong việc thực hiện đồng bộ tại nơi thu Tuy nhiên việc chèn thêm tiền tố lặp CP vào cuối ký hiệu OTDM

huật

sử dụng kỹ thuật này trở nên phổ biến má hệ

truyền đi có thể làm giảm hiệu suất Song với những lợi ích Lo lớn m:

này máng lại đã lim cho vid

thống OEDM nảo cũng phải sử dụng

' Bộ chuyến đỗi D/A, dao động cao tần RE, bộ khuyếch đại công suất HPA

Sau khi các kỷ hiệu OFDM dược chén khoảng bảo vệ, các kỷ hiệu này

phải qua bộ chuyển đổi I⁄A để thực hiện phép chuyển đổi từ số sang tương tự

và dược điều chế bởi một tín hiệu có tần số cao trong dái tần vô tuyến RE, sau

đó có thể đưa tín hiệu lên kênh truyền để tới máy thu.

19

Bộ khuyếch dai HPA có Lac dung khuyéch đại công suất tỉn hiệu trước

khi tin hiệu được phát đi HPA cần có những thuật toán làm giểm mức công

suất dỉnh trên công suất trung bình dẫn dén giam PAR

1.4 Ưu nhược điểm của hệ thing OFDM

- Bép img duoc nhu sầu truyền thing tée dé cao với khả năng kháng

nhiễu tốt trên kênh phading chọn lọc tần số

Một trở ngại lớn déi với hệ đơn sóng mang truyền thông tốc độ cao là van dé phading chọn lọc tần số vỉ trong trường hợp truyền tin tốc dộ cao thì

thời gian kéo dài của mỗi ký hiệu đơn sóng mang nhỏ (tức phổ tần số rộng) điều nay làm cho tín hiệu trên kênh rất nhạy với hiện tượng phading chọn lọc tần số Còn đối với hệ đa sóng mang, nhược điểm trên được khắc phục khá tốt bởi đặc điểm quan trọng nhất của hệ đa sóng mang là chia luồng dữ liệu tốc độ

cao ban đầu thành các luồng con song song có tốc độ nhỏ hơn ø lần so với tốc

đỗ luồng dữ liệu ban dầu Tín hiệu sau khi diều chế truyền trên kênh truyền là

các ký hiệu OFDM có khoảng thời gian kéo đài lớn, phổ hẹp Do vậy Lac đông

của kênh phađing lên tín hiệu OEI3M truyền di có thể dược coi là “phẳng” và

hiện tương 151 giâm đi rất nhiễu

- Tinh phin tập tần số cao, đề kháng nhiễu băng hep

Trong trường hợp một hệ đơn sóng mang truyền thông tin với tốc độ cao, và khoảng thời gian kéo dài của các ký hiệu (chu kỷ ký biệu) bị thu hep

lại thì băng tần của các tỉn hiệu sẽ mở rộng quanh một tân số sóng mang trung

tâm và lận trung một số lượng lớn thông tin trên một doạn đãi Lần Điều này sẽ thực sự nguy hiểm nếu như đãi lần này bị tác động của khc phad¡ng trong đáp img tin sé của kênh phading chon loc tin sé vi kết quả là tỷ lệ lỗi bịt BER

tăng cao Muỗn giảm được ảnh hưởng nảy, ta phải sử dụng phương pháp phân tập theo thời gian, theo không gian hoặc theo tân số

“Trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang, do sử dụng nhiều séng mang nên

tự bản thân kỹ thuật này đã tạo ra khả năng phân tập rất tốt theo tân số làm cho

OFDM có tính kháng nhiễu băng hẹp

- Hiệu suất sử dụng phổ cao

OEDM sử dụng nhiều sóng mang trực giao Nghĩa lả các sóng mang con

có một phần chẳng lên nhau trong miễn tần số mà vẫn dấm bảo được khả năng

cao

Nếu sử dụng N sóng mang con thì hệ thống chiểm dãi tần tổng cộng là

N+I

Khi NV lén thi BW,,,,=NAF Trong khi đãi thông để có thể truyền được trai

dữ liệu giống như vậy trong hé FOMA can 14 BW, 2 2N.AF

avavavaval:

Kỹ thuật điều chế đe sóng mang ghép kẽnh phân chia theo tân số thông thường

Kỹ thuật điểu chế đa sóng mang ghép kênh phân chữa theo tần số trực giao

iinh 1.3: So sánh sự sử dụng băng tần của hệ thông FHDM và OFDML

- ‘Tinh don giản, hiệu quả khi thực thi hệ thống

Sở dĩ do ta sử dụng bộ biến đổi IFFT/EFT trong điều chế và giải điều

chế OFDMI nên việc thực thi hệ thống OEDMI trở nên đơn giản và hiệu quả

hơn nhiễu so với trước đây Cùng với công nghệ vì mạch tích hợp, tốc độ xử lý cao đang có những bước phái triển lớn như hiện nay thì hệ thống OTDMI sẽ

hứa hẹn một khả năng đáp ứng với chất lượng tốt và én định trong lương lai

không xa

b Nhược diém

ông suất cực dại trên công suất trung bình (PAR) cao

Do tín hiệu OEDM là tổng của nhiễu thành phan tin hiéu nén bién dé của nó có đỉnh cao, dẫn đến tỉ số PAR cao PAR cao dẫn đến điểm làm việc

của bộ khuyếch đại công suất bị đấy lùi về vùng phi tuyến làm ảnh hưởng đến tỉn hiệu phát đi Chính vì vậy, trong thực tế luỗng kỷ hiệu OFDM phải được

làm giảm PAR trước khi đi qua bộ khuyếch đại công suất nhờ các thuật toán

lam gidm PAR

-_ Hệ Lhỗng rất nhạy với dé dich tin do vay đòi hỏi quá trình đẳng bộ rất

chặt chế

Vấn để đông bô là khâu rất quan trong không chỉ trong hệ điều chế đa sóng mang mà còn là khâu không thể thiêu được trong các hệ thống thông tin

21

số nói chung Song với đặc thủ của hệ OEDMI đã làm cho hệ thống nhạy cảm với nhiều yếu tố tác động như: nhiễu tạp âm, lỗ¡ định thời ký hiệu, lỗi địch tần

số sóng mang, lỗi định thời tần số lấy mẫu, Chỉnh vì vậy, việc thực hiện

đồng bô trong hệ OEFDM gặp nhiều khó khăn hơn so với các hệ thống thông thường

Tóm lại

Chương 1 đã trình bày về

-_ Cơ sở để thực hiện mô hỉnh hệ thắng OFIM

-_ Tìm hiểu, phân tích mô hình điều chế và giải điều chế OFDM sử dung

bộ biển đổi FFT/IFET

-_ Phân tích một số ưu điểm và nhược điểm chính của hệ thống OFDM.

Chương 2 ~ CÔNG NGIIỆ DA TRUY NHẬP

PHAN CHIA THEO MA CDMA

2.1 Giới thiệu [6]

Kỹ thuật trải phố CDMA, về lý thuyết bắt nguồn từ những ý tưởng của

Shannon và Pierce Kỹ thuật này đã được sử dụng từ thể chiến thứ hai với mục

đích đầm bảo chất lượng cho các cuộc thông tin mà không bị địch phát hiện Các

nhà nghiên cứu trong lĩnh vực quân sự tiếp tục phát triển kỹ thuật này nhằm tăng cường khả năng chắng nhiễu của tín hiệu, còn các nhà thiết kế vệ tỉnh sử đụng kỹ

thuật trải phố để ngăn căn sự quá Lãi của các bộ phát đáp analog Kỹ thuật trái phổ có nguyễn lý thực chất rất đơn giản: tín hiệu trước hết được diễu chế, mã hỏa

sao cho gần giống với tín hiệu nhiễu, sau đó được truyền đi và được khôi phục lại

tại máy thu đầu cuối Việc biến đổi (mã hóa) tín hiệu nhằm bảo vệ tín hiệu khi nó

được truyền đi trên đường truyện dẫn Vì vậy, chất lượng của tín hiệu sau khi

được khôi phục phụ thuộc vào kỹ thuật điều chế và mã hỏa

Mục đích của việc điều chế và mã hỏa lín hiệu là biến đổi tín hiệu thành

nhiễu Cảng giống nhiễu bao nhiễu càng khó thâm nhập bấy nhiều, vì nhiễu là hoàn toán ngẫu nhiên Hơn nữa, tỉn hiệu cảng được trải phổ tần bao nhiêu thì

cảng dược bảo vé bay nhiêu, ngay cả khi một phần phổ của tín hiệu không dược

khôi phục, tín hiệu vẫn không bị mắt

Giao thức CIDMA cấu thành nên một lớp các giao thức mà trong đó khả

năng đa truy cập đạt được sứ dụng phương pháp mã hóa Trong giao thức CILXMA

mỗi người dùng được cung cấp một chuỗi mã duy nhất để họ mã hóa các tín hiệu

thông tin của mình Ở nơi thu, đã biết các chuỗi mã của người đùng, sẽ giải mã

các tín hiệu iu được sau khi thu vả sẽ lay lại được đữ liệu gốc Đo đải thông của tin hiệu mã hóa được chọn lớn hơn nhiều so với đãi thông của tín hiệu thông tin, quá trình mã hỏa mở rông phổ của tín hiện và do đó phương pháp nảy cũng dược

gọi là phương pháp điều chế trải phổ (S8: Spread Spectrum) Tín hiệu đã mã hóa

cũng gọi là tín hiệu 88, và kỹ thuật CDMA cũng bao hàm nghĩa là giao thức da

truy nhập theo trải phố (SSMA)

'Việc xác định nguồn của hệ thống thông tin trải phố cũng khá khó khăn do

thông tín trải phố hiện nay là thành quả của nhiều thành tựu như: máy rada phân

giải cao, tìm đường, dẫn đường, tách sóng tương quan, máy lọc hòa hợp, chống

nhiễu phá, tránh tạo nhiễu, lý thuyết thông tăn,

23

Kỹ thuật diều chế trải phé cd ngudn géc ur yeu cdu su dung rada trong quần đội và trong sáo hệ thống liên lạc, bỡi vì kỹ thuật này chdng lại tín hiệu nhiễu phá và xác suất thu trộm tín hiệu thấp Chỉ vải năm gần dây, với sự phát

triển của tin tức, công nghệ mới rẻ, nhu cầu trong quân đội giấm nên các nhà sân

xuất và chế tao các thiết bị trải phd đã quan tâm hơn tới việc đưa các kỹ thuật của

họ vảo các ứng dụng dân sự

Kỹ thuất gọi là điều chế trải phổ, phải tuân theo hai tiêu chuẩn như sau

1 Dai thông của tín hiệu phát đi lớn hơn rất nhiều so với đải thông của đữ

liệu thông tin

2 Dấi thông của tần số vô tuyển thu được là một hàm khác so với dữ liệu

thông tin được phát đi

Điều chế trải phổ biển đổi một tín hiệu thông tin thành tín hiệu phát có dãi

thông lớn Sự biển đổi nay được thực hiện nhờ việc mã hóa các tín hiệu thông tin,

trong đó tín hiệu mã hóa độc lập với chuỗi dữ liệu, và tín hiệu mã hóa có đồ rộng

phd lớn hơn rất nhiều độ rong phé của tỉn hiệu ban đầu Việc mã hóa này sẽ trải

rộng công suất tín hiệu gốc trên vùng đải thông rộng hơn rất nhiều, kết quả cho

mật độ công suất thấp Tỷ số oủa dãi thông phát đi so với đãi thông của thông tin

được gọi là độ lợi xử lý @, của hệ thống trải phổ

Trong dé

B, - dãi thông phát ải

B, - dải thông của tín hiệu thông tin

BG thu sẽ tương quan tín hiệu thu được với một bản sao phát đồng bộ của

tín hiệu mã hóa được sử đụng tại nơi phát để thu lại tín hiệu thông tin ban đầu

Didu nay chỉ ra rằng, bộ thu phải biết tín hiệu mã hóa đã sử dụng trong việc điều

chế đỡ liệu

Vì thực hiện quá trình mã hóa và kết quả là mớ rộng dải thông, nên tín hiệu

trải phỗ cỏ một số đặc trưng khác với các đặc trưng của tín hiệu băng hẹp Điều

chúng ta quan tâm nhất đổi với các hệ thống thông tin sẽ được thảo luận trong phần sau Dé hiển rõ ràng hơn, mỗi đặc trưng sẽ được giải thích ngắn gọn có

minh họa như sau:

i Khả năng đa truy cập:

Nếu nhiều người dùng cùng truyền một tín hiệu trãi phổ lại cùng một thời

diễm, ở nơi thu vẫn có thể phần biết dược những người đùng nảy với nhau vì mỗi

người dùng được cấp một chuỗi mã duy nhất đủ để có thể tương quan chéo ở mức thấp với các người dùng khác Việc tương quan giữa tín hiệu thu được với tín hiệu mã hóa từ một người dùng quan tâm sẽ chỉ giải trải phổ (nén phổ) tín

hiệu của người dùng đó, trong khi các tín hiệu trải phố khác vẫn trải rộng trên

toàn đải thông rộng Do đó, trong khoảng băng thông của tín hiệu thông tin, công suất người dùng mong muốn sẽ lớn hơn nhiều so với công suất nhiễu được cung cấp khi không có quá nhiều can nhiễu, và ta sẽ tách ra được tín hiệu mong muốn Công suất đa truy nhâp được minh họa trên hình 2.1 Trong hình 2.1(a), hai

người dùng cùng phát đi một tín hiệu trải phổ từ các tín hiệu băng hẹp của họ Trong hình 2.1(b) cả hai người dùng này cùng truyền đi các tín hiệu trải phổ của

họ tại cùng một thời điểm Tại nơi thu, chỉ có một tín hiệu của người dùng thứ

nhất được giải trải phổ và thu lại được tín hiệu đã phát

Công suất Công suất Công suất

Hình 2.1: Nguyên lý của kỹ thuật đa truy nhập theo trải phổ:

a) Trải phổ, b) Giải trai phd

2 Sự bảo vệ chồng lại nhiễu đa đường:

Trong một kênh vô tuyến, giữa nơi phát và nơi thu không chỉ có duy nhất một đường truyền Do vậy sẽ xảy ra hiên tượng phản xạ (và khúc xạ), một tín hiệu có thể thu được từ một số các đường truyền khác nhau Các tín hiệu tại các đường truyền khác nhau là những bản sao của tín hiệu đã phát đi nhưng sai khác

về biên độ vả pha Tổng của tất cả các tín hiệu ở nơi thu được có tính chất xây

dựng một vài tần số và phá hủy ở những tần số khác Vì vậy, ta sẽ thu được tín hiệu bị tán sắc trong miền thời gian Điều chế trải phổ có thể chống lại nhiễu đa

đường, tuy nhiên, việc loại bỏ nhiễu đa đường phụ thuộc rất nhiều vào việc ta sử

25

dụng loại điều chế nảo Trong phần 2.2, chúng ta sẽ nghiên cứu các giao thức

CDMA dua vào nguyên lý của các loại điều chế khác nhau, và xem xét các loại giao thức nảy loại bỏ nhiễu đa đường như thế nảo

3 Sự riêng tw (privacy):

Tín hiệu phát đi chỉ được giải trải phổ, và dữ liệu sẽ được khôi phục lại nếu

ở nơi thu biết được cách mã hóa

4 Sự loại bỏ nhiễu:

Tín hiệu mã hóa tương quan chẻo với một tín hiệu băng hẹp sẽ trải rộng

công suất của tín hiệu băng hẹp, do đó sẽ làm giảm công suất can nhiễu trong

pham vi băng thông của tin hiệu Điều này được minh họa trên hình 2.2 Tín hiệu

trải phố (s) thu được một nhiễu băng hẹp (1) Tại nơi thu, tín hiệu băng thông

được giải trải phổ trong khi tín hiệu nhiễu trải rông ra, làm nó giống tạp âm nền

so với tín hiệu giải trải phổ

>

Hình 2.2: Loại trừ nhiễu của hệ thông SSMA

5 Khả năng chồng nhiễu phá đặc biệt là nhiễu băng hẹp:

Điều này tương tự như đã nói ở trên, là việc loại bỏ nhiễu phá Đặc trưng

nay làm cho tín hiệu trải phổ được ứng dụng nhiều hơn trong quân sư

6 Xác suất thu trộm thấp hoặc phát hiện hoạt động khó:

Do mit độ công suất thấp nên tín hiệu trải phổ rất khó tách

Có nhiều công nghệ điều chế để phát tín hiệu trải phổ Chúng ta chỉ bàn

luận ngắn gọn về một số công nghệ quan trọng nhất

2.2 Phan loai hé thong CDMA [5,6]

Hệ thống CDMA có thể phân loại dựa theo hai cách khác nhau: dựa vào

khái niệm của các giao thức hoặc dựa vào nguyên lý loại điều chế được sử dụng

Cách phân loại thử nhất cho chúng ta hai nhóm giao thức có tên là các hệ thống lấy trung bình (averaging) và các hệ thống phòng tránh (avoidance) Hệ

thống lấy trung bình giảm nhiễu bằng cách lấy trung bình nhiễu trong một

long phan lớn thời gian

Thân loại các piao thức CDMA thco nguyễn lý điều chế cho ta 5 nhỏm

glao thức như sau:

1 Chuỗi trực tiếp (25-Direct Sequence) (hoặc chuỗi giả nhiễu)

Hệ thống nhảy tan sé (KH-Frequency Hoping)

IIệ thống nhảy thời gian (TI1-Time Iloping}

"Trải phế lệch tan (Chirp Spread Spectrum)

Hé thang lai (Hybrid)

"Trước tiên, chuỗi trực tiếp D8 là giao thức trải phố lấy trung bình, và các

giao thức lại cũng có thể là piao thức lấy trung binh nhưng phụ thuộc vào điều

hiệu trải phổ có tốc độ rãi cao Tín hiệu thu được cỏ chữa lin hiệu gốc song hoàn toàn bị che mờ bởi tin hiểu mã giả ngẫu nhiên này Đồng thời, tín hiệu mã có

máy phát thì không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu Điều đó cho

phép tất cả các lin hiệu có thể được truyền ding thời dé

cả các máy thu

“Trong hệ thông I28-CI2MA, nhiều người dùng cùng sử dụng chung một băng tần

vả phát tín hiệu của họ dồng thời Các tín hiệu khác xuất hiện ở đạng nhiễu phổ

rộng, công suất thấp tựa tạp âm 'Tïn hiệu trải phố phần ứng tốt v

đa đường Trong kênh đa đường, tín hiệu gốc bị phản xạ bởi các chướng ngại vật

như các công trình, nhà cửa, đôi núi, Do đó, máy thu nhận được nhiều bán sao

kênh phading

aT

của tín hiệu gốc với các độ trễ khác nhau Nếu mức độ trễ của các bản sao lớn hon mél chip, thi may thu ca thé phan Lach ching bing may thu RAKE

Trong hé théng DS-CDMA, tin higu thang tin dã diễu chế (các tín hiệu đữ

liệu) sẽ được điều chế trực tiếp từ tín hiệu mã hóa số Các tín hiệu dữ liêu có thé

là tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số Trong hấu hết các trường hợp, chúng là các

tỉn hiệu số, điều chế đữ liêu thường bị bỏ sót, tín hiệu dữ liệu này được nhân trực tiếp nhờ tín hiệu mã hóa và tín hiệu thu được sẽ điều chế sóng mang băng thông

Ilinh 2.3 biểu diễn sơ đề khối của một máy phát DS-CDMA

Hinh 2.3: So dd khối của máy phát DS-CDMA

tín hiệu dữ liệu nhị phân điều chẻ một sóng mang RF Sau đó sóng mang đã điều

chế này được điều chế nhờ tín hiệu mã hóa Tín hiệu mã hóa này bao gồm một số

mã bịt được gọi là “chip” 06 thể là +1 hoặc -1 Để thu được trải phổ tín hiệu

mong muốn thì tắc độ chịp của tín hiểu mã hóa phải cao hơn nhiễu so với tốc dỗ chip của tín hiểu thông tin Với trường hợp điều chế mã có thể dùng nhiều kĩ thuật điều chế khác nhau nhưng phải có dang PRK ví đụ như HPSK hoặc MSK-

được biểu diễn trong hình 2.4 Trong hình này, nơi phát truyền đi 10 mã chịp trên một tin hiệu thông tin (tốc dé chíp mã hóa gấp 10 lần tốc dộ chịp thông tin), do

đó độ lợi sử lí bằng 10 Trong thực tế, độ lợi xử lí sẽ lớn hơn rất nhiều

Sau khi tín hiệu được truyền đi, tại nơi thu (như trên hình 2.5) sẽ sử đụng giải điều chế kết hợp để giải trải phổ tín hiệu trải phổ bằng cách sử dụng một

chuỗi mã hóa được phát đi tại chỗ Để có thể thực hiện giải trải phố, nơi nhận

không những phải biết chuỗi mã hóa đã sử đựng, mả còn phải đồng bộ các mã

của tín hiệu thu được nảy với các mã đã truyền đi Sự đồng bộ này phải được

thực hiện tại thời điểm bắt đầu thu tín hiệu và duy trì cho đến khi thu được toàn

bộ tín hiệu Khối dồng bộ mã / bám sẽ thực hiện nhiệm vụ nảy Sau khi giải trãi

phế cho ta một tín hiệu dữ liệu đã điều chế sau quá trình giải điều chế sẽ thu lại

Hinh 2.5: Sơ đồ khỗi máy thu tín hiện D§S-S8

Về mặt định lượng, ta xét hệ thống I3S/S8§ sử dụng kỹ thuật diều chế BPSK:

như sau

Trong sơ đỗ khối may phát tín hiệu DS/S8, nếu ta bỏ qua bộ điều chế dữ

liêu và sử dụng bô điều chế BPRK cho trường hợp điểu chế mã, ta sẽ có sơ dé khối như trong hình 2.6

"Ta có thể biểu diễn các bản tin nhận các giá trị 1 như sau:

b(1)— Bap, (1-2) & } 22

‘Trong đó

b¿ - bít đữ liệu thứ &, b¿ — +]

7 - Độ rộng xung

29

Tin hiéu b(/) dược trải phố bằng tín hiệu PN eft) bằng cách nhân 2 tín hiệu

BPSK cho ta tin hiệu

nảy với nhau Tin hiệu nhận được ð/.c( sẽ được điều ở

Hink 2.6: So đồ khôi của máy phát 28-58 sử dụng bộ điều chế BPSK

"Tại nơi thu, mục dich 1a lay lai ban tin b(t) tir tín hiệu thu được (gồm cd tin

hiéu gốc va nhiễu) Do tên tại trễ truyện lan r nên tín hiệu thu được có dang:

sự r)i n()— 4b r}e[ r)sm[2mf( r)i Ø]' nữ) (A)

Trong đó, nữ là nhiễu kênh truyền va nhiễu dầu vào của máy thu Để mô

t lại quá trình khôi phục lại bản lín la giả thiết không có tạp âm Trước hết, Lin hiệu được giải trải phổ để dưa từ băng tần rông về băng tần hẹp, sau đó sẽ dược

giải điều chế để thu được tín hiệu băng gốc

Đổ giải trải phổ, tín hiệu thu được nhân với tín hiệu PN c(—z) được tạo

có độ rộng băng tần là 2⁄2 Để giải diều chế ta giả thiết máy thu đã biết pha Ø*

(và tần số 7) cũng như điểm khởi đầu của mỗi bịt Bộ giải diéu ché DS-BPSK gồm có: một bộ tương quan, sau đó là thiết bị đánh giá ngưỡng Dễ tách bít đữ

liệu thứ ï, bệ tương quan phải tính toán

trong thời gian một bit, thành phân tích phân thứ nhất sẽ cho ta 7hoặc 7 Thành

phần thử hai là thành phần nhân đôi tần số nên lấy tích phân sẽ bằng 0 Da đó,

kết quả thu được là 47⁄2 hoặc —47⁄2 Cho lín hiệu này qua bộ lọc ngưỡng la

được lỗi ra là các bit nhị phân 1 (mise logic 1) hoe -1 (nite logic 0) Hơn nữa, thánh phần tín hiệu lá +.4T'/2, lốt ra của bộ tích phân cũng có nhiễu, nên có thể

gây ra lỗi

Sau đây, ta xét mật độ phổ công suất PDS (Power Specical Density) của các tín hiệu ở các điểm khác nhau tại máy phát vả máy thu

Giả sử mô hình ban tin va tín hiệu PN là các tín hiệu nhị phân ngẫu nhiên

(mỗi bit hay chịp nhận các giá trị 1 hoặc -1 với xác suất như nhau) Bản tin (có

biên độ +1) có lắc độ bít là 7⁄7 bps, có độ rông bắng tần là 2⁄ Hz và có ham PSD la

"Tín hiệu PN (cỏ biên độ L1) tốc độ chip là /⁄7, chip/s và có hàm PSD 1a:

Ø(/)—,sine (#7) (2.8)

Có độ rộng băng tin la 1/7, Hz, piéng nhy độ rộng bằng tần của tín hiệu

eft) Do vay, phố tín hiệu trải phổ sẽ tăng lên 7⁄7, lần, như vậy, thông thường,

'Và có độ rộng băng tần là 2⁄7; I1z Ilinh sau biểu diễn hàm PSD của bản

lin, ca lin hiệu PN và của tín hiệu D3/85-BPSK.

©) P§D của tín hiện tưới

1Rình 2.7: PSD của bân tin, tín hiệu PN và tín hiệu DS/SS-BPSK

"Tại bộ thu, tín hiệu #7] có hàm PSD là:

Như hình 2.7c, ta thấy rằng, ø, (ƒ) có PI2§ băng hẹp, hình dạng của phổ

ng như phổ của tin hiệu b(#} dịch trái, dich phải ƒ Độ rộng băng tần của w(¿)

là 2⁄7, gấp hai lần b/ Điều này giống như de tinh vi w(t) pidng hét phiên bản

được điều ché cia b(t)

Ti PSD của các tín hiệu khác nhau, ta thay ring PSD cta b(t) duge trai

phế bởi eft) và sau đó được giải trải phố bằng e(/—z} ở máy thụ

Các đặc trưng của hệ thông trải phổ trực tấp

Phần Irước ta đã xót một số đặc trưng là ưu điểm của Lin higu wai phd MSL

trong những chức năng quan trọng nhất nhìn từ quan điểm của CDMA là khả

năng da truy cập, loại bỏ nhiễu da dường, loại bỏ nhiễu băng hẹp, vả xác suất thụ

trộm Sau dây, ta xét dến bốn chức nding nay trong bé thong DS-CDMA

© Đa tuy nhập: Nêu đồng thời nhiều người dùng củng sử dụng chung một kênh truyễn tại củng một thời điểm thì nhiễu tín hiệu D5 sẽ bị chồng lên nhau về thời gian và tần số Tại nơi thu, sẽ thực hiện giải điều chế kết hợp để rút ra mã điều chế Thao tác này tập trưng công suất trong băng thông thông tin của người

dùng mong muốn Nếu sự lương quan chéo giữa mã hóa tín hiệu người dùng

xong muốn và mã oủa người dùng gây can nhiễu nhỏ thì bộ tách sóng kết hợp số

chỉ lẫy một phần nhỗ công suất của tín hiệu nhiễu tronp băng thông thông tin

© Nhiễu đa đường: Nếu chuỗi mã có hàm tự tương quan lý tưởng thì hàm tự

tương quan này bằng 0 ngoài khoảng /-7,;: 7,7 (7; là khoảng thời gian kéo dai

một chip) Điều này có nghĩa là: nếu thu được tín hiệu mong muốn và tín hiệu

sao chép trễ nhau một khoảng thời gian lớn hơn 27, thì giải điều chế kết hợp sẽ coi tín hiệu trễ này như một tín hiệu gây nhiễu, vả lấy một phần nh công suất

của tín hiệu đó trong băng thông thông tim

©_ Nhiễu băng hẹp: Dộ tách sóng kết hợp tại nơi thu bao gồm việc nhân các

tin hiệu thu được bằng mội chuỗi mã được phát đi một cách cục bộ Tuy nhiên, như ta thấy ở nơi phát, việc nhân một tín hiệu băng hẹp với một chuỗi mã bing

rộng sẽ trải rộng phổ của Lin hiệu băng hẹp cho đến khi công suất của nó trong băng thông thông tin giảm xuống một thừa số bằng độ lợi xử lý

®LPI Do tín hiệu DS sử dụng toàn bê phố tín hiệu trong toàn đãi thời gian

nên sẽ có công suất phát trên Hz rất thấp Điều nảy pay nhiều khó khăn cho việc

mang) rất dơn piản

-_ Có thế giải điều chế kết hợp cho tín hiệu trải phố

-_ Không cần đồng bộ giữa các thuê bao

"Nhược điểm

-_ Rất khó tạo ra và duy trị sự dỗng bộ giữa các tín hiệu mã hỏa dược phát di

tại chỗ và tín hiệu thu được Sư đồng bô xảy ra trong các phần nhỏ chu kỷ chip

sóng mang nên bộ tổng hop Lin sé (bd phát sóng

33

-_ Để thu chính xác, chuỗi mã phát tại chỗ và chuỗi mã thư được phải dược

đồng hộ trong một phần chu kỳ chip Trên thực tể, cùng với viêo không dùng

dược các đãi tần số rộng kể nhau, dac tinh này giới hạn đãi thông cua trai phổ từ

10-20 MHz

- Céng suất thu được của những người đùng ở gần trạm cơ sở lớn hơn công suất thu được của những người dủng ở xa trạm cơ sở hơn [2o một người dùng liên tục gửi tỉa hiệu trên toàn bộ dải thông, nên một người dùng gần trạm cơ sở hơn sẽ liên tục gây ra một lượng nhiễu khá lớn cho những người dùng ổ xa trạm

cơ sở đó, lâm cho những người dùng này không thể thu được tín hiệu Có thể loại

hiệu ứng gần-xa nà: wz cach st dụng một thuật Loán điều khiển công suất sao

Nói chính xác thi điều chế FH là “su dich chuyển tần số của nhiều tân số

được chọn theo mã” Nó gan giống như điều chế FSK ngoải việc dai chon loc tan

số tăng lên FSK don gidn chi str dung 2 tần số và phát tín hiệu là ff khi có ký

hiệu và 9 khi không có ký hiệu Trong khi đó, hệ thống FI có thể sử dụng vải

nghìn tần số Trong các hệ thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong 2” tần

số được phân bỗ có thể được chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thông tín chuyển dịch tần số Trong diều chế FH, khoảng dịch giữa các tần số phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí đối với việp lắp dặt cho các mục đích đặc biệt

“Trong hệ thông FH-CDMA tân số sóng mang của tín hiệu théng tin được điều chế không liên tục mả biển đổi tuần hoàn Trong suốt khoảng thời gian 7,

Lần số sóng mang giữ nguyên như cũ nhưng sau mỗi khoảng thời gian sóng mang

lại nháy đến một tần số khác (hoặc cũng có thể là tần số cũ) Kiểu nháy do Lin

hiệu mã hóa quy định 'ập hợp các tần số có thể dùng được mà tần số sóng mang,

nay có thể đạt được, được gợi là một “tập hợp nhảy” (hop set) Tần số chiếm của

hệ thống FH-SS khác đáng kế so với tần số chiếm của hệ thông D5-S5 Hệ thông

DS chiém toàn hộ đãi tần số khi nó phát tín hiệu, trong khi đó hệ thống EH chỉ sử dựng một phần nhỏ đái thông khi nó phát tín hiệu, nhưng vị trí xác định của từng

phần dải thông nảy theo thời gian sẽ khác nhau

trên hình 2.8) Một hệ thẳng D§ truyền tin hiệu trang củng khoảng thởi gian thi công suất tín hiệu của nó trải rộng trên toàn bộ đãi tần số và kết quả là sông suất

phát ở đải tần số này thấp hơn nhiều công suất phát trong hệ thống TII Tuy

nhiên, hệ thống DS truyền tỉn hiệu trên đãi tần số trong tất cả các khoảng thời

gian, trong khi đó hệ thống FH chỉ sử dụng dải băng tần nảy trong một phần thời pian Irưng bình, cả hai hệ thống déu truyền tin hiệu với cùng công suất trong,

một dải tần số Sự khác biệt giữa hệ thống 1358-88 và FH-S§ được mình họa trên hình 2.8 Hình 2.9 là sơ đề khối của máy phát FII-SS va may thu FII-SS

Hình 2.8: Sự chiếm giữ thời gian/tần số của các tín biêu I2 và EH

Tin hiệu đữ liệu được điều chế băng gốc trong một sóng mang Có thể sử dụng nhiễu kỹ thuật điều chế trong quá trình điều chế Thông thường, tín hiệu

tương tự sử dụng kỹ thuật điều ché FM tn hiéu số sử đụng kỹ thuật điều chế

E8K Có thể sử dụng bộ tổng hợp tần số nhanh được diều khiển bởi tín hiệu mã

hóa, tần số sóng mang được chuyển đổi lên (convert up) thành tần số phát đi

Quá trình ngược lại xây ra ở nơi thu Với một chuỗi phát đi tại chỗ, tín hiệu

thu được sẽ chuyển đổi xuống (converL down) thành sóng mang điều chế băng,

gốc Và số thư được tín hiệu sau khi giải điều chế (băng gốc) Mạch đồng bộ

hỏa/bám bảo đảm bước nhảy của sóng mang được phát di tai chỗ sẽ được đồng,

bộ hóa với bước nhảy của sóng mang nhận được 6 noi thu, do vay tin higu sé

được giải trải phổ thích hợp

Với giao thức EH-CDMA, tạo ra một sự khác biệt, và sự khác biệt này phụ

thuộc vào tốc độ nhảy của sóng mang Nếu số bước nhảy nhiều hơn tốc độ ký

hiệu tức là đề cập đến giao thức Kast FH (F-FH) CDMA ‘Lrong truéng hợp này tân số sóng mang thay đổi một vài lần trong suốt quá trình truyền đi một ký hiệu,

35

đến khi ký hiệu này được truyền tại các lần số khác Nếu số hước nhảy ít hơn tốc

dộ ký hiệu, tức là dễ cập đến giao thức Slow FH (S-EH) CDMA Trong trường,

hợp này, các ký hiệu dẳng thời dược truyền di tại cùng một tần số

Hình 2.9: 8o đồ khối máy thụ, phát của hệ thông FII-SS

Dâi thông chiếm của một tín hiệu trong một bước nhảy tần số không chi

phụ thuộc vào dải thông của tin hiệu thông tin mà còn phụ thuôc vào dạng của tin hiệu nhây vả nhảy tại tần số nào Nếu tần số của bước nhảy nhỏ hơn rất nhiều so

với đãi thông của tín hiệu thông tin (đây là trường hợp 5-FID, thi dai thông của

tín hiệu thông tin là thừa số chỉnh để quyết định đãi thông chiếm Tuy nhiên, nếu

tần số của bước nhảy lớn hơn rất nhiều đải thông của tín hiệu thông tin thì dạng,

xung của tín hiệu nhảy sẽ quyết định dái thông chiếm tại tần số của bước nhây Nếu đạng xung thay đối đột ngột (do tần số thay đổi đột ngột), đãi tần số sẽ rất

tin sé thay dai tron tru bằng cách giám công suất phát trước khi thực hiện một bước nháy tần số và tầng công suất phát về như cũ khi tần số của hước nhây đã

thay đổi xong

Về mặt định lượng, ta xét một hệ thống Fast II1/55 sử dụng kỹ thuật điều

Hinh 2.10: So đề khối máy phát của hệ thống Trast II1/S%

Tai máy phát, tin hiệu ESK cơ số hai x(/J được tạo ra từ luồng dữ hiệu

'Irong khoảng thời gian mỗi bit x/#) có mat trong hai tin sé f° va (fi AF } tuong ứng với các bít dữ hiệu 0, 1

ˆ cos(2z(7'— A7)£) bit 1

Tin hiệu này được trộn với tin hiệu y) từ bộ tổng hợp tần số Cứ mỗi 7,

giây, tần số của v(?) lại thay đổi theo các giá trị của / bit nhận được từ hộ tạo

chuỗi PN Do có 2/ tổ hợp của / bắt nên ta có thể có tới 27 ti

bộ tổng hợp tần số Hộ trộn tạo ra tần số của tông và hiệu, một trong hai tân số nảy được lọc nhờ bộ lọc BPE Tin hiệu ra của bộ tổng hợp tần số trong đoạn nhâầy

37

Gia sit ring tn sé tang cộng tại dầu ra của bộ trộn được đưa qua bộ lọc

BDE Tin hiệu lỗi ra của bộ lọc BPE trong bước nháy thứ ¿ lá

s(0)=-Acos(2z(7 —IA/+bAf)t+@), UM, <t< (417, (2.12)

Với b,c{0.1} là giá trị của dữ liệu trong khoảng thời gian 7; <7<(J+1)ƒ7, và

dị =/ 1#

Tộ nhân tần với mục đích trải rộng thêm băng tần của hệ thông FII/SS

'Tại máy thu, tín hiệu thu được trước hết được lọc bằng bộ lọc BPF có đệ

rộng băng tần bằng độ rộng băng tần của tín hiệu Fast FTI/SS Ta không cần khôi

phục sóng mang vi ta sit dung bộ giải điều chế không kết hợp Sở dĩ ta không sử dụng bộ giải diều chế kết hợp vỉ với tốc độ nhảy tần cao, máy thu rất khỏ theo

dõi dược pha của sóng mang khi pha thay đổi ở mỗi doạn nhảy Đồ tạo mã tạo ra

một chuỗi PN ding bộ với chuấi thu Ở đoạn nhảy thứ ¿, lỗi ra của bộ tổng hợp

tân số có dang:

sứ) ca(2z(7, 112/218) Hy<t< 1179 (219

Không tính đến nhiễu, thì lỗi vào bộ lọc băng rộng BEF là:

a(t) s()—.4eos(2z (7, ti 8)}-eos(2z (7, LiA/ LhAƒ)t 9 )0.149

Bộ lọc băng hẹp BPF lọc bỏ thành phần tần số cao, chỉ giữ lại thành phần

tần số thấp Nếu ký hiệu /; - ƒ- I ƒ” thì lỗi vào của bô giải điều chế EEK là

Ta thấy rằng, lỗi ra của bộ thu chứa tần số f hoặc tần số ( PAP} He Vi

b, không dỗi trong thời gian một bít nên trong khoảng 7 gidy nay w/t) có tần số

không dai Nhu vi trong thời gian 7 giây, bộ giải điều ché FSK tách tần số và

tạo các mức logic "0", “1” Chúng ta cũng có thể tách tần số chứa trong, w(£) cho

từng bước nhảy để nhân được các giá trị 7: † các giá trị này, sử dụng nguyện

tắc đa số để quyết định bít đữ liệu là “0” hay

Sơ đồ khối của một máy thu Fast ITU/SS được trình bày trên hình 2.11

| BPF s(t) Lngt} BP bang hep [0 | Giai dién ché FSK|

top saa = a to,

Hình 2.11: Sơ dồ khối máy thụ của hệ thắng Fast FH-SS

Các đặc trưng của hệ thông FH-CDMA

Như với giao thie DS-CDMA, ta xét các đặc Lính của giao thức FH- CDMA 6 khia cạnh kha năng da truy nhập, loại bỏ nhiễu da dường, loại bỏ nhiễu

bang hep, và xác suất thu trộm

© Da truy nhap: Trong giao thức T-TT1, mỗi bit được truyền trong các dãi tần

số khác nhau Nếu người dùng La quan tâm là duy nhất, phát đi trên hầu hết các

dải tần thi công suất thu được của tin hiệu mang muốn sẽ lớn hơn rất nhiều

‘Trong giao thie S-FH,

các bịt đẳng thời được truyền đi tại một tần số Nếu xác suất của những người

dùng khác phát tín hiệu tại cùng đãi tân số này thấp hơn, thi người dùng ta quan tâm sẽ được ghỉ nhận chính xác trên hầu hết khoảng thời gian Nếu khoảng thời

gian này có nhiều do người dùng khác gây can nhiễu, hệ thông sẽ sử dụng các mã

sửa lỗi để thu lại tín hiệu dữ liệu đã truyền đi trong khoảng thời gian đó

công suât của nhiễu, và tín hiệu sẽ thu được chính xá

© Nhiễu đa đường: Trong giao thức F-KH CDMA, tần số sóng mang thay đổi một vải lần trong suốt quá trình truyền đi một ký hiệu Do đó, một tần số tỉn hiệu

cụ thể sẽ được điều chế và truyền đi trên một vai tan s6 sóng mang Hiệu ứng da

dường xảy ra khác nhau tại các tần số sóng mang khác nhau Kết quả lả, các tần

sổ tin hiệu được khuếch đại tại một tân số sóng mang và bị suy giảm lại một lần

sẽ lẫy trung bình e

ng mang khác và ngược lại Tại nơi thụ, đáp ứng Lại

tần số nhảy khác nhau, do đó sẽ giảm được nhiều đa đường Điều này không

có hiệu quả tốt như việc loại bỏ nhiễu đa dường trong hệ thống D8-CDMA

nhưng nó vẫn cải thiên chất lượng truyền tín hiệu.

39

© Nhiễu băng hẹp: Giả sử rằng một tín hiệu băng hẹp gây can nhiễu tại một trong các tấn số nhảy Nếu có G tin số nhay (voi G, 1a dé loi xir ly), thi ngwoi dùng mong muốn (trên trung bình) sử đụng tần số nhảy bậc tại nơi có nhiễu cục

bộ là 1G, phan trăm của toàn dải thời gian Do vậy, nhiễu này sẽ suy giảm theo

hệ số G„

© LPI: Kho khăn trong việc thu trôm một tín hiệu FH không ở chỗ công suất

phát thấp của tín hiệu này Trong khi phát, nó đùng công suất tính trên 1 Hz

giống như tín hiệu liên tục Tuy nhiên, tín hiệu được phát tại tần số không biết trước và thời gian phát tại một tần số cụ thế là khả nhỏ Do đó, mặc đủ tín hiệu

này thu trộm dễ hơn tín hiệu D§ thì nó vẫn là một nhiệm vụ thực hiện khá khó

khăn

Du nhược điểm của hệ thing FH-CDMA

p ở trên, giao thức EH-CDMA còn số

một số các đặc tỉnh riêng mà ta có thể chia ra thành các ưu, nhược diểm như sau:

Ngoài một số các đặc tính đã để

© Uudiém:

-_ Việc đồng bộ hóa với tín hiệu FIL-CDMA dé thue hién hơn nhiều so với

tín hiệu D§-CDMA Với hệ thẳng FH-CDMA, việc dồng bộ phải thực hiện trong

một phần của thời pian nhảy 17o thực hiện trái phổ không phải bằng cách dùng

một tần số nhây lớn, ma ding mét tap hop lớn các bước nhảy, nên thời gian thực

hiện bước nhảy sẽ lớn hơn rất nhiều so với chu ky chip eta hé thing DS-CDMA

Do đó, hệ thông FH-CDMA cho phép xây ra một lỗi đồng bộ lớn hon

-_ Tín hiệu FII có thể chiếm các dải tần số khác nhau không liền kề nhau, bởi vita od thé tan ra tần số tông hợp o6 thé bổ qua một vài phần nào đó oủa phổ, Cùng với việc đồng bộ hóa để đàng, điều này cho phép đải thông của hệ thống

rộng hơn rất nhiều dải thông hệ 58

- Da FH-CI3MA là hệ thống phỏng tránh, nên xác suất nhiều người dùng,

đồng thời truyền tín hiệu trong củng một dải tần số tại cùng một thời điểm là rất

thấp Trạm gốc vẫn có thể thu được tín hiệu của người dùng ở xa nó ngay cả khi

những người dùng gẫn trạm gốc đang phát tin hiệu, là ảo những người dùng này

có thể đang phát tin hiệu tại các tân số khác Do đó, hiệu ning gần-xa của hệ FII-

CDMA tốt hơn của hệ D5

- Béi vi cd thé str dung một hệ thống FII mà dải thông có thể rộng hơn, nên

có thể giãm nhiễu băng hợp nhiễu hơn so với hệ thống D8

-_ Cần có bộ tống hợp tần số phúc tạp

-_ Sự thay đổi đột ngột của tín hiệu khi các đải tần số thay đổi sẽ dẫn tới việc chiếm dải tần số tăng Để tránh hiện tượng đó tín hiệu phải đáng và mê khi tần số

thay đổi

~_ RÁI khó thực hiện giải điều chế kết hợp do việc duy trì mỗi quan hệ về pha

trong suốt thời pian thực hiện bước nhảy

2.2.3 Hệ thông nhảy thửi gian— TH

Hệ thông nhảy thời gian tương tự như điều chế xung Nghĩa là, dãy mã déng/mé bé phát, thời gian đóng/mở bộ phát dược chuyển dỗi thành dang tin

hiệu giả ngẫu nhiên theo mã và đạt được 50% hiệu suất truyền dẫn tỉnh trung

bình Sự khác nhau so với hệ thông FH-CDMIA là trong khi tần số truyền dẫn

biến đổi theo thời gian chip đối với hệ EH thì sự dịch chuyển tần số chỉ xảy ra

trong trạng thái địch chuyển dãy mã dối với hệ TII ITình 2.12 là sơ đỗ khối của

một hệ thống T185 Ta thấy rằng bộ điều chế rất đơn giản va bất kỳ một dạng

sóng cho phép điều chế xung theo mã đều có thể sử dụng bộ điều chế TH

41

Hệ thống 'TH có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theo thời gian và vì mục đích này, hệ thống yêu cầu thời gian chính xác nhằm tối thiểu hóa thời pian nghĩ giữa các máy phát

Do hệ thông 'FH dễ bị ảnh hưởng bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ thông, tổng hợp giữa các hệ thống này với hệ thống FH để loại trừ giao thoa có khả năng, gây nên suy giảm lớn đôi với tân số đơn

Trong giao thức TI-CDMA, tín hiệu đữ liệu được phát đi thành các cụm

bùng nỗ nhanh tại một vải khoảng thời gian xác định bởi mã gán cho mỗi người

dùng, mỗi cụm gồm & bit dữ liệu Trục thời gian được phân chia thành các khung

dài 7 giây, mỗi khung được chia thành J khe thời gian Trong suốt một khung,

người dùng có thể phát k bịt đỡ liệu trên 1 khe trong / khe thời gian Khe thời gian được dùng trong / khe thời gian để phát tín hiệu phụ thuộc vào tín hiệu mã

hóa phân chia cho từng người đủng Mỗi bit chỉ chiếm 7¿=7„⁄# giây trong suốt quá trình truyền Khoảng thời gian một bít là 7 ?; k7 Vỉ mỗi người dủng phát

đi tất cả đữ liệu của họ trong | khe thời gian thay cho việc phát tín hiệu trong 7 khe thời gian, nên tân số mỗi người dùng cần để phát tín hiệu sẽ tăng lên một hệ

ỗ J Hinh 2.13 biểu diễn đồ thị thời gian — tần số của hệ thống TH-CDMA 8o

sánh hình 2.13 và bình 2.8 ta thấy rằng giao thức TH-CDMA sử đụng toàn bộ

phổ băng rộng với các khoảng thời gian ngắn thay cho việc sử dụng các phần của