Nghiên cứu về mã trải phổ và ứng dụng của nó trong kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu về mã trải phổ và ứng dụng của nó trong kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA” là công trình nghiên cứu của riêng tôi.. DANH MỤC C

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu về mã trải phổ và ứng dụng của nó trong kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả, số liệu nêu trong luận văn là trung thực

và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

KS Đặng Quyết Tiến

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp tôi nhận được rất

nhiều sự quan tâm, ý kiến đóng góp quý báu, giúp đỡ của thầy cô giáo và bạn bè

cùng đồng nghiệp Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo

hướng dẫn đồ án PGS TS Lê Quốc Vượng cùng các thầy cô trong khoa

Điện-Điện tử, Viện Đào tạo sau Đại học - Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam Vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế, nên luận văn của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn !

Ngày 10 tháng 9 năm 2015

Học viên

KS Đặng Quyết Tiến

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu 3

1.2 Các hệ thống thong tin trải phổ 4

1.3 Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất 7

1.3.1 Hàm tự tương quan và mật phổ công suất (PSD) 7

CHƯƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 16

2.1 Các hệ thống trải phổ dãy trực tiếp DS/SS 16

2.1.1 Tín hiệu giả tạp 16

2 1.2 Các hệ thống DS/SS-BPSK 19

2.1.3 Các hệ thống DS/SS-QPSK 25

2.1.4 Hiệu suất của các hệ thống DS/SS 30

2.1.5 Các hệ thống nhảy tần FH/SS 30

2.1.6 Các hệ thống trải phổ nhảy thời gian và các hệ thống lai ghép 30

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 31

3 1 Mô phỏng sự tương quan giữa các loại mã trải rộng 32

3.2 Mô phỏng hệ thống MC MC CDMA 35

3.2.1 Mô phỏng hệ thống MC CDMA 35

3.2.2 Mô phỏng hệ thống MTC MC CDMA 39

KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gao xơ trắng cộng

tính BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế số dịch pha nhị

phân CDMA Code Division Multiple Access Ða truy nhập phân chia theo

mã CNR Carrier to Noise Ratio Tỉ số sóng mang trên tap âm

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Ða truy nhập phân chia theo tần số

FFH Fast Frequency Hopping Nhảy tần nhanh

FSK Frequency Shift Keying Điều chế số dịch tần

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

PSD Power Spectral Density Mật phổ công suất

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế số dịch pha cầu

phương SFH Slow Frequency Hopping Nhảy tần chậm

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu tạp âm

SSMA Spread Spectrum Multiple

TDMA Time Division Multiple Access Ða truy nhập phân chia theo

thời gian

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin trải phổ điển hình 5

1.3 Hàm tự tương quan và PSD của tín hiệu nhị phân ngẫu nhiên

X(t)

15

1.4 Hàm tự tương quan và PSD của tín hiệu nhị phân đã điều chế

Y(t)

15

2.1 Một ví dụ tín hiệu của PN c(t), tạo nên từ dãy PN có chi kỳ

N=15

17

2.2 Hàm tự tương quan của dãy PN nhận được từ dãy m 19

2.5 PSD của tin tức, tín hiệu PN và tín hiệu DS/SS-BPSK 24

2.8 Các ví dụ về c1 (t), c2 (t) nhận được từ cùng c(t) 29

3.3 Đặc tính tương quan của chuỗiMseq L 27  1  127 32 3.4 Đặc tính tương quan của chuỗi Gold L 27  1  127 32 3.5 Đặc tính tương quan của chuỗi Kasami L 28  1 33 3.6 Đặc tính tương quan của chuỗi Hadamard L=128 34 3.7 BER của hệ thống MC CDMA, mã WH: tách sóng đơn USER

(MRC), 32 sóng mang con

36

3.8 BER của hệ thống MC CDMA với MRC, EGC, MMSEC; 64

sóng mang phụ; 32 user; WH code

37

Mô phỏng BER theo USER; SNR=10dB; 64 sóng mang; WH

3.10 Mô phỏng BER; WH code, tách sóng đa user; PINV; 32 sóng

mang con

39

3.13 MC CDMA trong môi trường fading Rayleigh với kích thước

tập mã multi-code khác nhau

42

3.14 Hệ thống MC–MC-CDMA; So sánh BER theo số user; có và

không có điều khiển tốc độ thích nghi

43

3.16 MTC-MC-CDMA trong môi trường fading Rayleigh 45 3.17 MTC-MC-CDMA trong môi trường fading Rayleigh với kích

thước tập mã multi-code khác nhau

46

3.19 So sánh BER theo số user ; có và không có điều khiển tốc độ

thích

48

3.20 MTC-MC-CDMA điều khiển tốc độ thích nghi trong môi

trường fading rayleigh với kích thước tập mã multi-code khác

nhau

48

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong thế kỷ 21, thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quan trọng trên mọi lĩnh vực đời sống xã hội từ kinh tế, chính trị, quân sự, văn hóa, giáo dục Thông tin liên kết các ngành, các nước trên thế giới, giữa nông thôn và thành thị, giữa đất liền với biên giới hải đảo với mọi miền của tổ quốc Cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của khoa học kỹ thuật trên thế giới, công nghệ viễn thông nói chung và ngành thông tin vô tuyến của nước ta nói riêng đã có những bước phát triển vượt bậc Công nghệ đã thay đổi, sách báo công khai qua các trang mạng Internet về trải phổ khá phong phú, các ứng dụng của trải phổ đã được mở rộng từ lĩnh vực quân sự sang lĩnh vực thương mại Ví dụ như các hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng

đa truy nhập trải phổ (CDMA) ngày nay càng phổ biến trên thế giới, và ngay cả hệ thống di động thế hệ 3 (3G) và cao hơn cũng trọn trải phổ làm phương pháp đa truy nhập Được sự hướng dẫn và chỉ dạy nhiệt tình của thầy giáo PGS Lê Quốc Vượng và các thầy giáo trong Bộ môn Kỹ thuật điện tử- Khoa Điện tử Viễn thông

Tôi đã chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu về mã trải phổ và ứng dụng của nó trong kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)” Với mục đích nhằm

vận dụng các kiến thức đã học xây dựng mô hình tổng quan về ứng dụng trong kỹ thuật trong công nghệ CDMA

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu: Đưa ra giải pháp kỹ thuật trong mô hình mạng trải phổ

và đa truy nhập phân chia theo mã trong công nghệ CDMA Đồng thời đưa ra cở

sở lý thuyết nền tảng các chuẩn viễn thông trên thế giới

Trong nội dung luận văn tốt nghiệp“Nghiên cứu về mã trải phổ và ứng dụng trong kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)” em xin giới thiệu tổng quát về công nghệ CDMA và các ứng dụng trong hệ thống thông tin trải phổ Luận văn gồm các nội dung chính sau:

* Chương 1: Tổng Quan

* Chương 3: Một số kết quả mô phỏng

Mục đích của luận văn là nêu được nguyên lý chung, cấu trúc và các ưu nhược điểm của công nghệ CDMA Đồng thời nêu ra các ứng dụng trong thông tin vô tuyến và hướng phát triển trong tương lai

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu là Các hệ thống thông tin trải phổ

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết các hệ thống thông tin trải phổ, mô hình toán học cho các hệ thống

Nghiên cứu lý thuyết về các hệ thống thông tin trải phổ trong kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã, xây dựng mô hình toán học

Xây dựng một số kết quả mô phỏng hệ thống

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết, kết hợp với kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab để kiểm chứng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài thực hiện thành công sẽ hoàn thiện thêm các kiến thức về hệ thống trong công nghệ đa truy nhâp CDMA Nghiên cứu mô hình toán học của toàn hệ thống đa truy nhập CDMA, cung cấp cơ sở để nghiên cứu các mã trải phổ thực tế Xây dựng thành công mô hình mô phỏng cho toàn hệ thống góp phần kiểm nghiệm lại sự cần thiết và tính ưu việt của mã cho công nghệ CDMA, tạo cơ sở để nghiên

cứu và ứng dụng của nó trong kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu

Với phổ tần vô tuyến từ lâu đã được coi là tài nguyên công cộng quý báu của quốc gia và tự nhiên Việc bảo vệ và tăng cường tài nguyên hạn chế này đã trở thành hoạt động quan trọng vì phổ tần vô tuyến về cơ bản là tài nguyên hữu hạn, song dùng lại được Nó dùng lại được theo nghĩa là khi một người ngừng dùng tần

số nào đó thì người khác có thể bắt đầu dùng tần số này Phổ tần là hữu hạn ở chỗ chỉ một dải tần số nhất định là dùng được cho thông tin ở trình độ công nghệ bất kì cho trước Mặc dù những tiến độ công nghệ tiếp tục mở rộng dải tần dùng được, các tính chất cơ bản của sóng vô tuyến làm cho một số tần số hay được dùng hơn,

do đó quý giá hơn các tần số khác Theo nghĩa này, các tính chất truyền dẫn của sóng vô tuyến trong dải tần 0,5-3GHz là đặc biệt quý giá đối với nhiều dịch vụ cố

định và di động

Vấn đề là ngày càng nhiều công nghệ và dịch vụ tranh dành nhau đoạn phổ tần quý giá đó, nhât là vì nhu cầu về trải phổ tần vô tuyến tăng nhanh đối với các dịch vụ mới, như là dịch vụ thông tin cá nhân (Peronal Communication Service-PCS) và điện thoại tế bào Quản lý việc sử dụng phổ tần là nhiệm vụ cực kỳ phức tạp vì có nhiều loại dịch vụ và công nghệ Trước đây việc thực hiện này được thực hiện bằng cách cấp các băng hoặc các blocks phổ cho các dịch vụ khác nhau như là quảng bá, di động, nghiệp dư, vệ tinh, điểm điểm cố định và thông tin hàng không Gần đây có cách tiếp cận khác để giải quyết vấn đề này Nó dự trên khả năng của một số phương pháp điều chế chia sẻ cùng băng tần mà không gây nên nhiễu đáng

kể Đó là phương pháp điều chế trải phổ, nhất là khi dùng dùng kết hợp với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Từ đó mà còn có tên goi kỹ thuật

đa truy nhập trải phổ (Spread Spectrum Multiple Access - SSMA)

SS/CDMA đã đi qua quãng đường phát triển dài Nó có từ thời trước chiến