Luận văn thạc sĩ nhiễu Đa truy nhập trong hệ thống cdma và wcdma

Chương TT: Nhiễu đa truy nhập rong CDMA và WCDMA Trình bảy nguyên nhân, ảnh hưởng và các giải pháp kỹ thuật đang được áp dụng cũng như các phương pháp nưới dang được nghiên cứu dễ giểm

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

3 Mục địch nghiên cửu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cửu 14

1.1.3 Các kỹ thuật trải phổ cơ băn cọ ren nhan srreerrrrrrree 18

1.1.3.2 Kỹ thuật trái phổ nháy tần l1188, se 21

CHƯƠNG II: MÃ GIÁ NGẪU NHIỄN nh HH euteeeree 32

2.1.1 Các thuộc tỉnh của mã giả ngẫu nhiên - 32

2.1.2 Cheéim

2.1.4 Mã trực giao Walsh-IIardamard - 4

2.2 Áp dụng mã giã nhấu riiên trong hệ thống CDMA va WCDMA AS

2.2.1, Áp dụng mã giả ngâu nhiên trong CDMA esccssesccseseissessenesstieeee 45

49

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

3.2.1 Phương pháp tiếp cận nhiều MAI trong CDMA ccccs-ic cv 59

3.2.2.1, Đồng bộ chuổïPN .61

Các cơ chế tách tín hiệu người sử dụng _ 65

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam doan toàn bộ nội dung được dễ cập trong luận văn “Nhiều da truy nhập trang hệ thẳng CDMA và IFCDM.1” được viết dựa trên kết quả nghiên cứu theo

dỗ cương của cả nhân tôi dưới sự hướng dẫn của T8, Tê Chí Quỳnh

Mọi thông tim và số liệu tham khảo đều được trích dẫn day đủ ngudn và sử dựng dúng luật bản quyền quy dịnh

Tôi xm hoàn toàn chịu trách rhuiệm về nội dung luận van của mình

Hà Nội, ngày — tháng 03 năm 2012

Tiọc viên

Ngô Văn Thành

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

3G Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thể hệ

thứ bu

BPSK Binary Phase Shill Keying Khoa dich pha nia phan

BIS Base Tranceiver Station Trạm về tuyển thu phát gốc

CDMA Code Division Mulaple Access Da buy cap phan chia theo ma

CLY Central Limit Theorem Định lý giới hạn trung tâm

DS-CDMA Direct Sequence Code Division Da buy nhap phan chia theo mã

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum | Trải phá trực tiếp

ELS Equivalent Lincar Span Khoang tuyến tính tương dương

TDD Vequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo

tân số DMA, Lrequency Division Multiple Aceess | Da truy cập phân chia theo tắn số

FHSS Frequency Hopping Spread Trai phố nhảy tần

Spectrum

FPGA Ficld Programmable Gate Array Ming công lập trình được đang,

trưởng,

TGA Tpmproved Gaussian Approximation | Gan ding héa dau cải tiễn

Isl Inter Symbol Interference Nhiều xuyên ký tự

LCZ Low correlation zone “Ving tong quan chéo thấp

LESR Linear Feedback Shift Register Thanh ghi dịch hỗi tiếp tuyến tính

MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập

MLE Maximum-Likelihood Estimation | Ước lượng gân đúng tối da

MMSE 'Minimim Mean Square Error Phương sai tôi thiểu

PIC Parallel Interference Cancellation B6 trigt nhiéu song song

PSC [Pratary Scrambling Code đã trộn sơ cấp

OVSE Orthogonal Variable Spreading Mã trực giao cỏ hệ số trái phỏ

SGA Standard Gaussian Approximation | Gân đúng hỏa Gauss tiên chuân

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

SIC Successive Twierference Cancellation | Bộ triệt nhiều nội Hiếp,

SIGA Simplified bnproved Gaussian Gan ding hoa Gauss cai tién don

Approximation giản

SNR Signal Noise Ratio TY 86 tín hiệu trên nhiều

SSC Secondary Scrambling, Code Mã trộn thú cập

TDD ‘Time Division Duplex Ghép song công phân chúa theo

thời gian

TDMA |TimeDivsionMuliple Access Đa truy cập phân chia theo thời

gian THSS Time Hopping Spread Spectrum Trai phé nhay thoi gian

WCDMA | Wideband Code Division Multiple | Đa truy cập phân chia theo mã Access, băng rộng

DANH MUC CAC BANG

Bằng 3.1 Đa thức nguyền thủy với các bậc kháo nhau 42

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

DANH MỤC CÁC HINH VE

Hình 1.2 Sơ dỗ khỏi diều chế và khối giải diều chế I2888 .18 Tlinh 1.3 So dé wai phổ DSSS

Hinh 1.4 Qua trình giải trải phố và loc tin hiệu của người sử địng k từ k tín hiệu 20

Hình 1.8 Sơ dỗ khối tạo và khối thu tin hiGu TH §$ 23

Hình 1.10 Nguyên lý của đa truy nhập trải phỏ — _ Linh 1.11 Nguyên lý CDMAVITDD th 00m0 krrrreere 26

Hình 2.1 Hăm tự lương quan cho chuối m (a) và chuối PN (1) 36 1Hỉnh 2.2 Mạch thanh ghi dịch đề tạo chuỗi PN

Tlinh 2.3 Bộ tạo mã với đa thức g(X) = Xố+x' + x2+x+ 1

TTình 2.4 Mạch thanh ghi tốc 46 cao g(x) = xố+ x' + x?+x+ 1

Llinh 2.7 Cay mã QVSI' được dùng, trong hệ thống co nhieerre a7

Hình 2.8 Cau tric cụm và nhóm mã trên đường xuống — 4Ð

Hình 2.9 Tín hiệu sau khi được mã định kênh và mã trộn se đĐ

Hinh 3.1 So dé khéi phát và thu trong, hệ thông trải phỏ s55 we BB

Tlinh 3.2 Mé6 hinh don gian cla mét

é théng DSSS gdm K ngudi str dung chung một ang tân với cùng một sóng mang ƒ, và điều chế BPSK cà sec 35 Liinh 3.3 Liãm tự tương quan của dãy PN see

Tlinh 3.6 BER cia may thu khử tương quan theo sé user - 69

Hình 3.8 BER của máy thu LMMSE theo 96 user, à à sec 71 Hình 3.9 Máy thu tách sông đa truy cập đùng mang neuron 73

Hình 3.13 Hàm tự tương quan của đấy phi tuyển ¬

Tlinh 4.1 Phổ của dãy PN tuyển Hinh với đa thúc sinh bậc 12 - §7 Hình 4.2 Phố của đây PN tuyến tỉnh với đa thức sinh bậc 15 - 88 Hình 4.3 Hàm tự tương quan của dãy PN tuyén tính da thức sinh bậc 12 wn BD Hinh 4.4 Tuong quan chéo ctta 2 day PN tuyén tinh da thite sinh bac 12 90 Hình 4.5 Phố của dãy PN lổng ghép phi tuyển với đa thức sinh có bậc 12 99 Hình 4.6 Ham tự tương quan của diy PN léng ghép phi tuyên với da thức sinh có bậc

12 - ~ ~ 100

Hình 4.7 Hàm tương quan chéo của 2 dây PN lỏng ghép phi tuyến với da thức sinh

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là TS-95A Hiện nay phiên bãn mới IS-

2000 và WCDMA đã dược dưa ra cho hệ thông thông tin di động thứ ba

Các hệ thống CDMA có rãi nhiều tà điểm nổi lrội đốc biệt là bảo mật thông in

nhưng cũng có những hạn chế nhất định Một trong các bạn chế chính hiện nay lá hiệu

năng của chúng phụ thuộc vào nhiễu của cáo người sử dụng cửng tin sé, được gọi là

nhiều da tray nhap (MAT - Multi Access Interference) Va hoat ding của hệ thống

CDMA sẽ phụ thuộc nhiều vào số lượng người sử dựng thực tế, dẫn đến dung lượng của hệ thẳng sẽ bị hạn chế Vì vậy em chọn đẻ tải: “Vhiễu đa tuy nhập trong hệ

thing CDMA va WCDMA”

Trong vấn để này, em đi sâu phân tích nguyên nhận, ảnh hưởng của nhiễu đa truy nhập lên chất lượng của hệ thông vả nghiên cửu các phương pháp nhằm giảm thiếu tôi đa các ảnh hưởng của nhiễu MAI đang được áp đụng Với cơ sở lý thuyết này, cui Huết kế và đánh giá dãy mã giả ngẫu nhiền bằng phương pháp lông ghép phí tuyến

sử dung công cụ Matlab

Trong quả trình thực hiện luận vẫn, em dã nhận được sự giúp dỡ tận tình của thấy cô, gia đỉnh và bạn hè Im xin chân thành cảm ơn sự giúp đố và day bao tận

tình của T5 T.ê Chỉ Quỳnh đã giáp em hoàn thành luận văn này Em cíng xin gỗi lời

T1

cắm ơn tới gia dinh và bạn bẻ dã động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện luận văn

‘Tuy đã cỏ nhiều cổ gắng nhưng luận văn cũng không thẻ tránh khỏi những thiếu sót, đo kiến thức và kinh nghiệm thực tế cũa em còn nhiều hạn ché Em rat mong nhan duce sự gop ý, chỉ bảo của các thấy cô giáo và tải cả các bạn để crn có thể hoàn thiện hon vén kiến thức của minh

Hà Nội, tháng Ø2 trẻ

Sinh viên

Ngô Văn Thành

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

PHAN MO DAU

DE TAL “Nhiéu da truy nh@p trong hé thong CDMA va WCDMA”

TAC GIA: Ngo Van Thanh

Va WCDMA la céng nghệ 3G hoạt động đựa trên CDMA đang là mục tiêu hưởng tới

của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thể giới

Công nghệ CDMA cho phép người các thuê bao phát và thủ đồng thời thông lin

trên cùng băng tả Mỗi thuê bao được gán một mã giả ngẫu nhiên PN trực giao với

nã PN của các thuê báo khác để loại bồ giao thoa đa tuy nhập Tuy nhiên, trong thục

tế các mã PN không hoàn toản trực giao với nhau nên tôn tại nhiều MAI,

Vi vậy, trong kỹ thuật COMA nói chung và 3Œ nói riêng, nhiều MAI là vẫn dé quan trọng được nghiên cứu nhằm đưa ra các biêu pháp kỹ thuật để nâng cao chất lượng tín hiệu và dung lượng hệ thống,

3 Lịch sử nghiên cứu

Thang 05/2011: Nghiên cứu tổng quan vẻ công nghệ CDMA và 3G WCDMA Tháng 7/2011: Nghiên cứu nguyên nhân và ảnh hưởng cúa nhiễu MAI lên hệ théng CDMA va WCDMA.

Tháng 10/2011: Nghién cửu các phương pháp giám ảnh hưởng của nhiều MAI lên hệ thông CDMA và WCDMA

Tháng 12/2011: Nghiễn cửu phương pháp thiết kế, đánh giá mã PK lồng ghép phi tuyén va viét code Matlab

Tháng 02/2012: Hoàn thiện nội đung luận văn và viết luận vấn

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Luan van nghién cứu về nhiễu đa truy nhập MAI trong hệ thang CDMA va WCDMA: báo gồm phân tích nguyên nhân, ảnh hưởng và các giải pháp kỹ thuật khắc phục nhiều MAL

4 Tóm tắt nội dưng luận văn

Chương T: Công nghệ CDMA và WCDMA

Irình bày về các phương pháp trái phố và công nghệ đa truy nhập theo mã CDMA, WCDMA

Chương IL Ma gid ngdu nhién

Giới thiệu các thuộc tinh quan trong của mã giả ngẫu nhiên; phương pháp thiết

kế và ứng dụng của mã giả ngẫu nhiên trong CDMA và WCDMA

Chương TT: Nhiễu đa truy nhập rong CDMA và WCDMA

Trình bảy nguyên nhân, ảnh hưởng và các giải pháp kỹ thuật đang được áp dụng cũng như các phương pháp nưới dang được nghiên cứu dễ giểm ảnh hưởng của nhiều

đa truy nhập lên chất lượng hệ thống sử dụng công nghệ CDMA và WCDMA

Chương IV: Mô phông

Thực hiện mô phỏng bằng phần mễm Matlab kf Guat để giảm nhiễu MAT: Tạo

mã trải phé PN phi tuyén bằng phương, pháp lỏng, ghép

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

Nghiên cứu thục nghiện: Các phương pháp giảm nhiễu MAI được sử dụng trong thực tế

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA và WCDMA

1.1 Kỹ thuật trải phổ

1.1.1 Giới thiệu

Ý tưởng ban đầu của kỹ thuật trải phổ là làm cho tin hiệu được phát giống như

tạp âm đổi với các máy thu không mong muôn Để biến đổi bản tin vào tín hiệu tựa tạp

âm, ta sử dụng một mã được coi là ngầu nhiên để mã hoả cho bản tin Tuy nhiên máy

thu chủ định phải biết được mã nay, vi no can tao ra ma nay một cách chính xác và

đồng bộ với mã được phát đề giải mã bản tin một cách chỉnh xác Vì thế mã giả định ngầu nhiên phải là xác định Mã giả ngầu nhiên phải được thiết kế để cỏ độ rộng bang

lớn hơn nhiều so với độ rộng băng cuả bản tín Bản tin trên được biển đổi bởi mã sao

cho tin hiệu nhận được có độ rồng pho gan bằng độ rông phô của tin hiệu gia ngau

Dai the trém

WV Can nhiễu, nhiên Quả trình nảy được gọi là quá trình trải phô

Chuỗi tra phd c(t) (Chui trai phd ¢(t)

tie dé chip Me tắc độ chịp Từ,

tăng thông T, băng thông 7,

Hình 1.1 Hệ thống thông tin trải phổ

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

Trên hình 1.1, i( là tín hiệu tìn tức có tốc dộ dữ liệu là H; và băng thông, Bị, c(t)

là chuỗi trải phổ có tốc độ ký hiệu là R,, còn gọi là tốc độ chịp Tý số băng thông I3, của tin hiệu trải phổ so với băng thông tin tức B, được định nghĩa là dộ lợi xử lý:

May thụ phải giải trải phổ của tín hiệu thụ được để trả lại độ rộng phố bằng độ rộng, phổ của bản tin Hiện nay phản lớn các quan tâm về các hệ thống trải phổ lả các ứng đụng đa truy nhập mà ở đó tửiều người sử dụng củng chỉa sẽ một độ rộng bing tân truyền dẫn

1.1.2 Đặc điểm của kỹ thuật trải phố

Ưu điểm của kỹ thuật trải phố

+ hũ năng đa iruy cập

Kỹ thuật trải phỏ cho phép nhiều người sử dụng cũng hoạt động trên một dai tân, trong cùng một khoảng thời gian mả máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu can thu

Đó là do mãi người sử dụng đá được cấp một mã trải phế riêng biệt, khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều người sử dụng, nó tiễn bảnh giải mã và tách ra tín hiệu mong, muén

+ Tink bao mit thing tin cao

Mật dộ phô công suất của tín hiệu trải phổ ở mức rát thấp, gản như mức nhiều

nên 12o đó, với các rnáy thu không mong muốn sẽ rắt khó phát hiện được sự tên tại của tin tire đang được truyền đi trên nên nhiều Chi may thu biết được chính xác quy luật của chuối giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng mới có thể thu nhận được tin tức

+ Bão vệ chỗng nhiêu đa đường

Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiêu xạ của tin hiệu trên kênh truyền vô tuyển Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều là

bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao vẻ biên độ và bị trễ so với tín hiệu

được truyền thăng Vì vậy tin hiệu thu được ở máy thu đã bị sai lệch, không giỏng tin hiệu phát đi Sử dụng kỹ th

trải phổ sử dụng tốt tính chất tự tương quan của nó

trải phố có thê tránh được nhiều đa đường khi tín hiệu

1.1.3 Các kỹ thuật trải phổ cơ bản

Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DSSS

Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tan sé FHSS

Kỹ thuật trải phỏ bằng phương pháp nhảy thời gian THSS

1 [ Bôtaom= |[ Bộ tạo sóng ' i Botaoséng|[ Botaoma | }

Hình 1.2 Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều ché DSSS

Ludn vin cao hoc DIVT 2010B

DSSS đạt được trải phô bằng cách nhân ludng so can truyén với một mã trải pho

có tốc độ chịp (R,=1/T., T,lã thời gian một chip) cao hơn nhiêu tốc độ bít (Ry=l/Tụ, Tụ

lã thời gian một bit) của luông số can phát Hình1.3 minh hoa quá trình trải phô trong

đó Ty=1ST, hay R,=15R,, Luong s6 can truyen x có tốc độ Rụ được nhân với một mã

trải phổ c tốc độ R„ đẻ được luông đầu ra y có tốc đô R„ lớn hơn nhiều so với tốc độ Rụ

Tại phía thu luông y được thực hiện giải trải phỏ đề khôi phục lại luỏng x bằng

cách nhan luéng nảy với mã trải phô c giồng như phía phát: x=yxe

3) $ơ đồ trải phô D§§S

b) Quả trình xớ tn hi a7 9) Qua tein ir tn ig

xứ!

xả) ®@—T———ờ,

—s

i T,= 15T, :

Trong céng nghé da truy nhap phan chia theo ma CDMA, mét tập mã trực giao

được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phỏ riêng Các mã trải phỏ

nảy phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:

1, Tích hai mã giỏng nhau bằng 1: c;xe/=1

2 Tích hai mã khác nhau sẽ là mốt mã mới trong tập mã: c;<

7

3 Co sé bit 1 bing sé bit -1 trong mét ma > woe =Ũ, trong đỏ N là số chịp

tal

va C, la gia ti chip k trong mét ma

Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở

CDMA, thi sau trải phô các người sử dụng nảy sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu

') Phổ của đâu vào mây thu k của li Phốtcba 0w NI xn hiệu giải trải phá

cẳCtín bệu trải phố được phat me tp tu bộ lọc Ben, fey”

“Tỷ số tín hiệu trên nhiều (SIR) bằng, X{f) (điện tích chứ nhật tô đậm trên

hình bị chìa cha MAI {điện tích chữ nhật trắng rên hịnh c)

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

trong miễn thời gian kết hợp với bộ lọc tân số trong miễn tắn sé

1.1.3.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy tin FUSS

linh 1.5 Phố của tín hiệu IIISS

Kỹ thuật FHSS phat trién dựa trên điều chế BESK Trong đó, tân số sóng mang được thay đối liên tục theo một quy luật giá ngẫu nhiên (dựa trên chuỗi mã ngấu nhiền

sử dụng), nhờ vậy mà phổ của tín hiệu TIISS được trải rộng trên trục tấn sổ Thật vậy,

‘aly Điều chế Trộn, biên Trộn, biên đối | Giải điên |[di(t) i

¡ |bănggốc| "| adi tn len tan xuống chế dữ liệu|_ ” ƒ

Hinh 1.6 Sơ đồ khối tạo và khối thu tin higu FHSS

Tin hiệu FHSS được tạo bởi mạch tông hợp tân số điều khiển bởi N+1 bit, trong

đỏ bao gồm N bits của từ mã giả ngẫu nhiên và 1 bịt số d(t) của tín hiệu thông tin cân

truyền

1.1.3.3 - Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian THSS

slot Frequency

Luận văn cao học ĐTUT 2010B

Trục thời gian được chia thành các khung, Mỗi khung lại được chia thành k khe

thời gian Trong một khung, tủy theo mã của từng user mả nó sẽ sử dụng một trong k

khe thời gian của khung Tín hiệu được truyền trong mỗi khe có tốc độ gấp k lần so với tín hiệu truyền trong toàn bộ khung nhưng tấn số cần thiết đề truyền tăng gap k lan

Hình 1.8 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu TH ~ SS

Trong hệ thông DSSS tắt cả các người sử dụng củng dùng chung một băng tan

và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tin hiệu gia ngau nhiên chính xác

để lẫy ra tín hiệu mong muôn bằng cách giải trải phổ Các tín hiệu khác xuất hiển ở

dạng các nhiễu phỏ rộng công suất thập tựa tạp âm Ở các hệ thong FHSS va THSS

mỗi người sử dụng được ân định một mã giả ngau nhiên sao cho không cỏ cặp máy:

phát nảo sử dụng củng tần số hay củng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh

được xung đột Nhu vay FH va TH là các kiêu hệ thông tránh xung đột, trong khi đỏ

DS la kiểu hệ thống lấy trung binh

23

1.2 Đa truy nhập theo mã CDMA

Đa truy nhập theo mã CDMA là phương thức đa truy nhập mà ở đỏ mỗi kênh được cung cấp một cặp tân sỏ và một mã duy nhất Đây là phương thức đa truy nhập

mới, phương thức này dựa trên nguyên lý trải phổ

Một mạng thông tín di động lả một hệ thông nhiêu người sử dụng, trong đỏ một

số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tải nguyên vật lý chung đề truyền vả nhận

thông tin Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tổ cơ bản của hệ thống Kỹ

thuật trải phố tín hiệu cản truyền đem lại khả năng thực hiện đa truy nhập cho các hệ

thong CDMA Ton tai các công nghệ đa truy nhâp khác nhau: TDMA, FDMA va CDMA

Sự khác nhau giữa chủng được chỉ ra trong hình 1,8:

Hình 1.9 Các công nghệ đa truy nhập

Trong hệ thông đa truy nhập theo tân số FDMA, các tín hiệu cho các người sử

dụng khác nhau được truyền trong các kênh khác nhau với các tân số điều chế khác nhau Trong hệ thông đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, các tín hiệu của

người sử dụng khác nhạu được truyền đi trong các khe thỏi gian khác nhau Với các

công nghệ khác nhau, số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ đồng thời các kênh vật

lý là hạn chế Tuy nhiên trong hệ thông CDMA, các tin hiệu cho người sử đụng khác

24

Ludn vin cao hoc DIVT 2010B

nhau được truyền đi trong cing mot bang tàn tại củng một thời điểm Mỗi tin hiệu người sử dụng đỏng vai trò như là nhiều đổi với tín hiệu của người sử dụng khác, do đỏ dung lượng của hệ thông CDMA gản như lả mức nhiều, và không có con số lớn nhất

có định, nên dung lượng của hệ thông CDMA được gọi là dung lượng mềm

Hình 1.10 chỉ ra một ví dụ làm thé nao 3 người sử dụng có thể truy nhập đồng

thời trong một hệ thông CDMA

Users transmit their output of user 2's

signals simultaneously

narrow-band spread spectrum

data signals signals

Hinh 1.10 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ

Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phỏ tin hiệu thông tin của nó trở lại tín

hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bắt cứ người nào khác Bởi vì dựa trên đặc

điểm của các mã giả ngầu nhiên là sư tương quan chẻo giữa mã của người sử dụng

mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất nhỏ : việc tách sóng kết hợp sẽ

chỉ cấp năng lương cho tin hiệu mong muốn và một phần nhỏ cho tin hiệu của người sử

dụng khác và băng tân thông ti

25

1.2.1 CDMA/FDD

Hệ thống CDMA/FDD làm việc ở hai băng tần với hai sóng mang: một cho đường lên và một cho đương xuống Trên mỗi cặp song mang này có thể đồng thời Mr

người sử dụng truy nhập vào mạng trên cơ sở được trải pho bằng M chuỗi trực giao

khác nhau Mỗi cặp sóng mang nảy được gọi lả một kênh CDMA Thi dụ về hệ thông CDMA với N kénh CDMA trong đỏ mỗi kênh cho phép M người sử dụng đồng thời truy nhập mạng được cho ở hình 1.10

dng mang 2[ tax) ©huêi Ï €huấi mat | maz ss S&S = ® Chu, mã M

-

°

AX : Do rong bang tin kenk CDM A

4 Y :Phan céch tan số sóng mang đường xuống về đường lên

Hình 1.11 Nguyên lý CDMA/EDD

28

Luận văn cao học ĐTUT 2010B

1.2.2 CDMA/TDD

Khác với FDD phải sử dụng cặp sỏng mang cho truyền dẫn song công, TDD chi

sử dụng một sóng mang cho truyền dẫn song công Sự khác nhau về phân bổ tân số ở

Hinh 1.12 Su khac nhau gita FDD va TDD

Để minh hoạ ta xét thí dụ về một hệ thông đa truy nhập CDMA/TDD trong đỏ

mỗi kênh CĐMA/TDD bao gồm cầu trúc khung chứa 15 khe thời gian như ở hình 1.12

aj CẤu hình chuyển mạch đa điễm (CẤn phát đường lên, ⁄ {

b) Cấu hình chuyển mạch đa diễm (cấp phát đường t

[TT Kaagssis ——Ỉ

'©) Cấu hình chuyến mạch đe điểm (cấp phát đường

uống dưỡng lên đối xứng)

EN

4) Cầu hình chuyển mạch đơn điển: [Cần phát

đường xuống/đường lên không đối xứng)

Hinh 1.13 TDD-CDMA

27

Ta thấy một kênh CDMA bao gồm một tân số và vả tảm mã trực giao, Mỗi kênh

do một mã trực giao tạo nên bao gâm mỗi khung TDMA có độ dai TF va duge chia thành 15 khe thời gian và việc kết hợp TDMA với CDMA cho phép cấp phát kênh thông minh Cáo kênh có thể được cắp phát đối xùng hoặc không đối xứng cho nhiều người sử đụng, hoặc đổi xứng hoặc không đổi xứng cho một người sử dụng Chẳng hạn

ở hình 1.12, trừ một khe đường xuống đành cho điều khiển nôn 14 khe còn lại được phân đều cho bẩy người sử dụng trong đỏ mỗi người có một khe đường xuống và một khe đường lên Ở hình 1.12b, trừ một khe đành cho người điêu khiến, ba người sử dụng, dược cấp phát ba khe đường xuống và một khe duỡng lên, một người sử dụng dược cấp phát hai khe đường xuống

CDMA có nhiều wu diém hun các phương pháp da fruy nhập FDMA và

TDMA như:

5 Cho đưng lượng cao hơn

+ Khả năng chống nhiều và pha dinh tốt hơn

* Báo mật thông lín tốt hơn

“ Dé dang áp dựng cho các hệ thông đài hỏi cung cấp linh hoạt đưng lượng kênh

cho từng người sử đụng Tuy nhiên CDMA không tránh khỏi các nhược điểm sau:

* Déng bé phite tap hon G đây ngoài đồng bộ định thời còn phải thực hiện cả đồng bộ mã

“ Cân nhiều mạch điện xử lý số hon

5 Mạng chỉ cho hiệu suất sử đụng cao khi nhiều người cùng sử dụng chung tan sé

28

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

1.3 Đa truy nhập theo mã hàng rộng WCTIMA

WCDMA dùng công nghệ DS-CDMA băng rộng để có tốc độ cao hơn vá hỗ trợ nhiều người dùng hơn mạng 2G WCDMA hỗ trợ cả hai chế độ song công là TDD vả

FDD, tuy nhiêu chỉ có WCDMA FDD được các hệ thống sử dụng rộng rãi Các hệ

thống WCDMA hiện nay sử dụng phổ tần 5 MI1z

thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang,

WCDMA cung cấp tác độ khả biển cho các tser rất cao, hiểu theo cách khác chính là dõi thông theo yêu cấu cũng được cung cấp Mỗi user được cung cấp một

29

khung giây có chu kỷ 10ms trong khi tốc độ dữ liêu vẫn giữ nguyễn không dỏi Tuy nhiên đung lượng dữ liệu có thẻ thay đối từ khumg này dén khung khác

WCDMA cung cấp hai chế dộ hoạt động cơ bản là FDD và TDD Trong FDD các khoáng tân số sóng mang SMI1z được sử dụng cho sóng mang hướng lên vả hưởng xuống riêng rẽ, trong khi đó TDD chỉ cá một khoảng SMHz được dùng cho cả hướng Tên và hướng xuống,

WCDMA cung cap hoạt động bất đồng bộ cho các trạm gốc và do đó không giống như hệ thống đồng bộ 18-95 CDMA, nó không cản thời gian chuẩn trên loàu câu GPS

WCDMA ding tach sang kết hợp cho hướng lên và hướng xuống nhờ các ký tiệu hoa tiêu hay kênh hoa tiêu chung, đẫn tới tăng dụng lượng và vũng phổ sông

Các thông số chính của hệ thông WCDMA

Phương thức đa truy xuất DS-CDMA

Da loc dé Hé 86 wai pho kha bien va da ma

‘Tach séng két hop nha st dung kénh

loa tiêu

30

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

14 KếLluận

Công nghệ CDMA và WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phể tín liệu dé phat dir liệu cùng một phổ tần Tắt cả công suất của tín hiệu trong đường truyền CDMA được đồng thời trên củng một băng tân rông, phát trên củng một tân số va tin hiệu nguyên thuỷ sẽ được khôi phục tại dẫn thú Đồng thời tín hiệu bãi phố xuất hiện tất rộng dễu

trên toàn bộ băng tân với công suất phát thấp, do đó loại bỏ được nhiễu, giao thoa

31

CHƯƠNG II: MA GIA NGAU NHIEN

2.1 Mã giả ngẫu nhiên

2.1.1 Các thuộc tính của mã giả ngẫu nhiên

Trong hệ thông CDMA, kỹ thuật trải phổ chuối trực tiếp D388 dược sử dụng

Mỗi một người sử dụng được cấp một mã đề phân biệt với người khác Mã này được

sử dụng thường 14 một chuỗi giả ngẫu nhiên PN, có tôc độ rất lớn hơn tốc đô symbol

dữ liệu, túc là phần tử của chuỗi có độ rộng thời gian rất nhỏ hơn độ rộng của syznbol (hay bit) dit ligu và được gọi là chip Ta mong muốn mã này càng ngẫu nhiên cảng tốt Tuy nhiên, máy thủ chủ định phải biết được đó là mã nào để tạo ra một mã y hél va đông bộ với mã phát đi để giải mã tin tức Do đó mã giả ngẫu nhiên phải là tắt định Tín hiệu giả ngẫu nhiên được đuêt kê để có đái thông rồng hơn nhiều đãi thông của tin tức Ti tức được biến đổi bởi mã sao cho tín hiệu nhận được có đải thông xắp xỉ dải thông của tin hiệu ngẫu nhiên

€, c chuối giã ngẫu nhiên nảy ta cản đặc tả các thuộc tính ngẫu nhiên quan trọng,

mà các chuỗi tất định phải đạt được:

œ Tính cân bằng: xác xuất của bí, “0”? và “†” lá như nhau

«Tĩnh chạy: một bước chạy là một đây các số “1” hay “0° liên tiếp Độ dải của bước chạy là sẽ bít trong bước chay Trong đó:

*“ 1⁄2 sề bước chạy có độ đài là I

v⁄_ 1⁄4 số bước chạy có độ dài là 2

v = số bước chạy có độ dải là n

một đấy với chính dãy ấy nhưng bi

«Tính tương quan: khi so sảnh số hạng của

dịch đi Dãy có tính trang quan tốt nên như số số hạng giêng nhau khác số sẻ

bạng khác nhan không quả một chỉ số đếm

32

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

Tương quan không chuẩn hóa gia bại chuối 1ú như sau:

P= Po A Trong dỏ

Øo là số bịt giống nhau

Ø; là số bít không giống nhau

Để lính tự lương quan la giữ chuỗi gốc cổ dịmh và địch chuỗi sơ sảnh từng bịt

một với i=0, +1, £2, ., trong đỏ L lả địch chuối so sảnh (TT tương ứng, với dịch phải, -

1 tương ứng với địch trái) vói chuối gốc

Hàm tương quan chéo

Hàm tương quan chéo giữa hai tin higu x(t) va y(t) kigu công suất dịnh ngĩa tương quan giữa hai tín hiệu khác nnhau và được xác định như sau:

1

R„,b) = him + [ x(9y(E+ siết

33

Tương quan chéo giữa hai chuối c1 và e2 khác nhau được xác định như đổi với

ham ti tuong quan

Có nhiều loại chuỗi giả ngẫu nhiên PN, được tạo ra từ các thanh ghi dịch có hỏi

tiếp Loại mã PN hay được sử đụng cỏ thẻ là chuối có độ đải cực đại hay còn gọi là m-

sequence (m-day hay chuôi m), mã Gold, mã Walsh-Hardamard

2.1.2 Chuỗi m

2.1.2.1 Đặc điểm của chuỗi m

Trong phân này ta sẽ xét một số thuộc tỉnh quan trọng của chuỗi m

Thuộc tính I - Thuộc tính cửa số: Nều một cửa số độ rộng m trượt dọc chuỗi m

trong tap Sm, méi dãy trong số 2”'— 1 dãy m bịt khác không nảy sẽ được nhìn thay đúng một lần (Chẳng hạn xét cửa số độ dài 4 cho chuỗi 000100110101111 Tưởng tượng rằng chuỗi này được viết thành vòng)

Thuộc tính II - Số số 1 nhiều hơn số số 0: Mỗi chuỗi m trong tập Sm có chửa

2m—1 số số | và 2~1— 1 số 0

Thuéc tinh III - Hàm tự tương quan dạng đầu định: khi so sánh số hạng của một

dãy với chính dãy ay nhung bi dich di Day có tính tương quan tốt nếu như số số hạng, giống nhau khác sỏ số hạng khác nhau không quá một chỉ số đêm

Trong thực tế các chuỗi m sử dụng cho các mã PN cỏ thẻ được thực hiện ở dạng,

cơ số hai lưỡng cực hoặc đơn cực đơn cực với hai mức lôgïc "0" và "1" độ rộng xung

Te cho mét chu ky N như sau:

c()=3 `e,pŒ—iT,)

34

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

Í 1, 04:<T,

rủ | nếu khác

Ce 1 Adi voi lưỡng cục và bằng 0/1 đối với dơn cực Quan hệ giữa các xung

lưỡng cực và đơn cực được xác định như sau:

thức đưới đây

» Nếu chuỗi m có dang đơn cực nhận hai giá trị O va 1: bang I đối với i=0 (mod ÁN) và -LN với 20 (mod N)

* Nếu chuỗi m sẻ đạng lường cực nhận hai giá trí I1 và -L: bằng L đổi với í=D

(nod N) va -1N véi i700 (nod ND

* Néuchudi m la chudi ma PN được biểu điển ở dạng xung có biên độ 1 và -1,

‘thi ham tuong quan dang tuần hoàn chủ kỳ NTe với chủ kỳ thứ nhất dược xác định như

sau:

Rea) = r~ a (t+ theltat = (1+ *)Ay (2) -4

1rong do N là chu ki ma va 7, 1a 46 réng, xung va Ay, 14 ham tam gide duge xac

đỉnh như sa

35

Hàm tự tương quan của dãy PN

Hình 2.15 Hàm tự tương quan cho chuỗi m (a) và chuỗi PN (b) Thuộc tính IV - Lay mau (Decimation): Lay mẫu 1 từ n>0 của một chuỗi m e (nghĩa là lẫy mẫu e cử n bít mã một lần), được biểu thị c[n], có chu ky bang N/gcd(N,n) nều không phải la chuối toản không; đa thức tạo mã g'(x) của nó cỏ gốc lả

mũ n của các gốc của đa thức tạo mã g(x) Giả sử n là một số nguyên dương và xét chuối y bằng cách lây ra cử n bit một bịt từ một chuỗi x, nghĩa là y¡ = xạ¡ đổi với tất

ca i € Z Chuỗi y được gọi là lẫy mẫu theo n từ x vả được kỷ hiệu lả x[n] Thuôc tính

36

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

lấy mẫu phát biểu rằng ta có thể tạo ra tắt cả các chuối m bậc m dich vòng khác nhau bang lẫy mẫu phủ hợp chỉ bằng một mạch Nhĩ vậy nếu cho trước một đa thức nguyên thuỷ bất kỳ bắc mụ, thỉ ta có thẻ xác dịnh tắt cả các da thức nguyên thuỷ bậc m khác

2.42.2 Tao chudim

Chuỗi m được tạo ra bằng một bộ ghi dịch hỏi tiếp có câu hinh Fibonacci hay Galois (hai cầu hinh nay về mặt toán học thí tương đương nhan), được hình thánh theo mét da thie sinh quy dịnh các đầu ra các khâu nhở của thanh ghú tham gia hay không, vào mạch hỏi tiếp Da thức sinh là một đa thức nguyên thủy, khi đó chuối chịp lỗi ra sẽ

là một chuỗi PN có chủ kỳ lặp lại lớn nhất, là M = 2" — 1, trong đỏ m là số khâu nhớ của thanh ghi

Các chuỗi cơ số hai m được tạo ra bằng cách sử dụng thanh ghỉ địch có mạch héi tiếp tuyển tính LESR (Lmear Feedback Shift Register) và các mạch cổng, hoc loại

trừ (XOR) Một chuối thanh ghi hỏi tiếp địch tuyên tính được xác định bởi một đa thức

tao ma tuyéu tink g(x) bac m0: glx) = gmX™+ gm ax™ t+ + gixiBp

Đôi với các chuối cơ số hai (có giá trì £O,1}), g¡ bằng Ö hay Ì và gu= gạ =1 Đặt

gx) = 0, ta được sự hỗi quy sau: 1= đX+ đaXÖ+ +jm_ ¡x1 + vm

vi-1 = 1 (mod 2) Voi "x** thé hién đơm vị trễ, phương trinh hồi quy trên xác định các kết nội hỏi tiếp Irong mạch thanh ghi địch cơ số hai của hình 2.2 Luu ¥ ring các cổng

hoặc loại trừ (XOR) thực hiện các phép cộng mod 2

Néu g; = 1 khoa tương ứng của mạch dóng, ngược lại nếu đ; ¿ 1, khoá này hở

Để thực hiện điều chế BPSK tiếp theo, đầu ra của mạch thanh ghỉ địch phải dược biến đổi vào 1 néu 14 0 va vao -1 nếu là 1 Thanh ghi địch là một mạch cơ số hai trạng thái hữu hạn có m phan tử nhớ Vì thể số trạng thai khác 0 cục đại là 27"-] va bằng chu kỷ cực đại của chuối ra e = (cọ, C¡, €¿, .) Xét hình vẽ 2.2, giả sử s; () biểu thi gid trị của phân tử nhớ j trong thanh ghi địch ở xưng đẳng hẻ ¡ Trạng thái của thanh ghi dich 6 xung déng bé ¡ là veetơ dộ dải hữu hạn s {5, (), s, (2), s; ứn)}, Đâu

ra ở xung dòng hỗ ¡ lả c¡ „— 5¿ (m) Thay 1 bang ¢; ta duoe diều kiện hồi quy của chuỗi ra:

tị đa €i TỪ 0a Gị s To Om CF mt CF mm (ened 2)

đối với ?>0 Thí dụ, xét đa thức tạo mã g(%) = xŠ+x2+ xŠ+x+ 1

Ta có d p41! Cig! tig! Cys (mod 2) và xây đựng thanh ghi dich hỏi tiếp

tuyển tính ở hình 2.3 Vì bậc cũa g(x) bằng ru 5, nên có 5 dơn vị nhớ (năm phẩn tử thanh ghi địch) trong mạch Đổi với mọi trạng thái khỡi đầu khác 0 (sạ £ {0, 0, 0, 0, 0}), trạng thái của thanh ghỉ dịch thay đổi theo điêu kiện hỏi quy được xác dịnh bởi đa thúc tạo mi g(x) Trong thí dụ này chuối ra tuần hoàn là cột cuối cùng ở hình 23: œ

11110100010010101100001 1100110 Chuối này có chu ký cực đại và bằng Ñ = 2"'— 1=31, Các da thức tạo mã khảe có thẻ tạo ra chủ kỳ ngắn hơn nhiều Lưu ý rằng,

ở câu hình mạch được xét này, m bịt đâu tiên của chuỗi ra bằng các bịt được nạp ban đãi

Ludn vin cao hoe DTVT 2010B

tử thanh ghi và các thời gian bễ trong tất cả các

thực hiện tốc độ cao, trong các hệ thông thông tin di dộng CDMA người ta sử dụng sơ

để tốc độ cao

Hình 2.18 Mạch thanh ghỉ tốc độ cao g(x) = x9) x44 x?) x4 1

39

Xung dòng hd i ‘Trang thai