ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ngô Thị Thanh Hải TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG TRONG HỆ MC-CDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2007... ĐẠI HỌC QUỐC GI
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Ngô Thị Thanh Hải
TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÁCH SÓNG TRONG HỆ MC-CDMA
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội – 2007
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Ngô Thị Thanh Hải
TÌM HIỂU HIỆU NĂNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÁCH SÓNG TRONG HỆ MC-CDMA
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60 52 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS-TS Nguyễn Viết Kính
Hà Nội - 2007
Trang 3Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan :
Đề tài này không trùng lặp với khóa trước
và không sao chép của bất cứ luận văn nào Nếu sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
Học viên Ngô Thị Thanh hải
Trang 4Mục lục
Trang Lời cam đoan 3 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 6 Danh mục các hình vẽ 9
MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined Chương 1 – KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM Error! Bookmark not defined
1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined
1.2 Cơ sở thực hiện mô hình điều chế OFDM Error! Bookmark not
defined
1.3 Mô hình điều chế và giải điều chế OFDM sử dụng biến đổi IFFT/FFT
……….Err
or! Bookmark not defined
1.4 Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM Error! Bookmark not defined
Chương 2 – CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA Error! Bookmark not defined
2.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined
2.2 Phân loại hệ thống CDMA Error! Bookmark not defined
2.2.1 Chuỗi trực tiếp – DS Error! Bookmark not defined
2.2.2 Hệ thống nhảy tần – FH Error! Bookmark not defined
2.2.3 Hệ thống nhảy thời gian – TH Error! Bookmark not defined
2.2.4 Trải phổ lệch tần - Chirp SS Error! Bookmark not defined
2.2.5 Hệ thống ghép – Hybrid Error! Bookmark not defined 2.2.5.1 Hệ thống FH/DS Error! Bookmark not defined 2.2.5.2 Hệ thống TH/FH Error! Bookmark not defined 2.2.5.3 Hệ thống TH/DS Error! Bookmark not defined
Chương 3 – CÁC MÔ HÌNH TRẢI PHỔ ĐA SÓNG MANG MC-SS Error!
Bookmark not defined
3.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined
3.2 Các mô hình trải phổ đa sóng mang Error! Bookmark not defined
3.2.1 Nhóm I (Multicarrier CDMA) Error! Bookmark not defined
Trang 53.2.2 Nhóm II (MC-DS-CDMA và MT-CDMA) Error! Bookmark not
defined
3.2.2.1 MC-DS-CDMA Error! Bookmark not defined 3.2.2.2 MT-CDMA Error! Bookmark not defined
3.3 Ưu điểm và hạn chế của trải phổ đa sóng mang Error! Bookmark not
defined
Chương 4 – BÀI TOÁN TÁCH TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA Error! Bookmark not defined
4.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined
4.2 Các kỹ thuật tách tín hiệu của hệ thống MC-CDMA trong kênh đường
xuống Error! Bookmark not defined
4.2.1 Mô hình hệ thống MC-CDMA trong môi trường đơn tế bào Error!
Bookmark not defined
4.2.2 Kỹ thuật tách tín hiệu nhờ bộ cân bằng trong hệ MC-CDMA Error!
Bookmark not defined
4.2.2.1 Tách tín hiệu đơn người dùng SUDError! Bookmark not defined 4.2.2.2 Tách tín hiệu đa người dùng MUD.Error! Bookmark not defined
4.3 Một số kết quả mô phỏng Error! Bookmark not defined
4.3.1 Chuỗi trải phổ Error! Bookmark not defined
4.3.2 MAI - nhiễu đa truy nhập Error! Bookmark not defined
4.3.3 So sánh giữa các hệ thống MC-CDMA, FDMA và FDMA tối ưu
(Optimal FDMA) Error! Bookmark not defined
4.3.4 Đánh giá hiệu năng của các giải pháp tách tín hiệuError! Bookmark
not defined
4.3.5 So sánh hiệu năng của giải pháp đa người dùng và đơn người dùng
các cách khác nhau Error! Bookmark not defined
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined
Trang 6Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
A/D Analog/Digital Bộ biến đổi tương tự sang số AWGN Additive White Gaussian
Noise
Nhiễu Gauss trăng cộng tính
BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit
CDMA Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã Chirp SS Chirp Spread Spectrum Trải phổ lệch tần
D/A Digital/Analog Bộ biến đổi số sang tương tự DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourrier rời rạc
DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp
DS/FH Direct Sequence/Frequency
Hoping
Hệ thống chuỗi trực tiếp lệch tần
DS/TH Direct Sequence/Time
Hoping
Hệ thống chuỗi trực tiếp lệch thời gian
DS/FH/TH Direct Sequence/Frequency
Hoping/Time Hoping
Hệ thống chuỗi trực tiếp lệch tần lệch thời gian
DS-SS Direct Sequence - Spread
Spectrum
Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp
DS-CDMA Direct Sequence-CDMA Hệ thống trải phổ chuỗi trực
tiếp CDMA EGC Equal Gain Combining Tổ hợp độ lợi cân bằng
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh
FDM Frequency-Division
Multiplex
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
FH Frequency Hoping Hệ thống nhảy tần
F-FH Fast- Frequency Hoping Hệ thống FH nhanh
FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần
Trang 7HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất lớn
IC Interferance Cancellation Triệt nhiễu
ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu xuyên âm giữa các
sóng mang IFFT Inverse Fast Fourier
Transform
Biến đổi ngược FFT
ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu xuyên ký hiệu
JD Joint Dectection Tách tín hiệu kết hợp
LMS Least Mean Square Bình phương trung bình tối
thiểu LPI Low Prabability of
Interception
Xác suất thu trộm thấp
MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa người dùng
MIMO Multi-In Multi-Out Đa lối vào đa lối ra
MC-SS Multi-carrier Spread
Spectrum
Hệ thống trải phổ đa sóng mang
MCM Multi-Carrier Modulation Điều chế đa sóng mang
MC-DS-CDMA
Multi-Carrier Direct Sequence CDMA
Đa truy nhập phân chia theo
mã dãy trực tiếp đa sóng mang
MC-CDMA Multi-Carrier – CDMA Đa truy nhập phân chia theo
mã đa sóng mang
ML Maximum Likehood Luật hợp lý cực đại
MMSE Minimum Mean Squared
Error
Lỗi bình phương trung bình cực tiểu
MMSE
MUD
Minimum Mean Squared Error – MultiUser Detection
Tách sóng đa người dùng theo phương pháp lỗi bình phương trung bình cực tiểu MRC Maximum Ratio Combining Tổ hợp tỷ số cực đại
MT-CDMA Multi-Tone CDMA Đa truy nhập phân chia theo
mã đa âm
Trang 8MUI Multiple User Interference Nhiễu đa người dùng
MUD MultiUser Detection Tách tín hiệu đa người dùng M-QAM M-Quadrature Amplitude
Modulation
Bộ điều chế biên độ vuông góc M mức
OFDM Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Kỹ thuật ghép kênh phân
chia tần số trực giao
ORC Orthogonal Restoring
Combining
Tổ hợp khôi phục trực giao
RF Radio Frequency Dao động cao tần
PAR Peak to Average Ratio Tỉ số công suất cực đại trên
công suất trung bình
PG Processing Gain Độ lợi xử lý
PIC Parallel Interference
Cancellation
Triệt nhiễu song song
QPSK Quaternary Phase-Shift
Keying
Khóa dịch pha 900
RLS Recursive Least Square Bình phương tối thiểu đệ quy S/P Serial to Parallel Biến đổi nối tiếp sang song
song SIC Successive Interference
Cancellation
Triệt nhiễu liên tiếp
SISO Single Input Single Output Hệ thống một anten phát một
anten thu SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SUD SingleUser Detection Tách đơn người dùng
TDMA Time Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TH Time Hoping Hệ thống nhảy thời gian TDM Time-Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo
thời gian
Trang 9Danh mục các hình vẽ
Trang
Hình 1.1: Mô hình điều chế OFDM tương tự……… 13
Hình 1.2: Mô hình điều chế OFDM dùng IFFT/FFT……… 16
Hình 1.3: Kỹ thuật chèn tiền tố vòng CP……… 18
Hình 1.4: So sánh sự sử dụng băng tần của hệ thống FDM và OFDM 20
Hình 2.1: Nguyên lý của kỹ thuật đa truy nhập theo trải phổ: a) Trải phổ; b) Giải trải phổ….……… 24
Hình 2.2: Loại trừ nhiễu trong hệ SSMA ……… 25
Hình 2.3: Sơ đồ khối của máy phát DS-CDMA……… 27
Hình 2.4: Bộ phát tín hiệu SS dùng điều chế BPSK……… 27
Hình 2.5: Sơ đồ khối máy thu tín hiện DS-SS……… 28
Hình 2.6: Sơ đồ khối của máy phát DS-SS sử dụng bộ điều chế BPSK… 29 Hình 2.7: PSD của bản tin, tín hiệu PN và tín hiệu DS/SS-BPSK……… 31
Hình 2.8: Sự chiếm giữ thời gian/tần số của các tín hiệu DS và FH…… 34
Hình 2.9: Sơ đồ khối máy thu, phát của hệ thống FH-SS……… 35
Hình 2.10: Sơ đồ khối máy phát của hệ thống Fast FH/SS……… 36
Hình 2.11: Sơ đồ khối máy thu của hệ thống Fast FH-SS……… 38
Hình 2.12: Sơ đồ khối máy phát, thu của hệ thống TH-CDMA………… 40
Hình 2.13: Đồ thị tần số/thời gian của hệ thống TH-CDMA……… 41
Hình 2.14: Điều chế trải phổ lệch tần……… 44
Hình 2.15: Phổ tần số của hệ thống tổ hợp FH/DS……… 45
Hình 2.16: Bộ điều chế tổ hợp FH/DS……… 45
Hình 2.17: Bộ thu tổng hợp FH/DS……… 46
Hình 2.18: Sơ đồ khối của hệ thống TH/DS……… 48
Hình 3.1: Mô hình hệ thống trải phổ đa sóng mang MC-SS……… 49
Hình 3.2: Nguyên lý trải phổ theo MC-CDMA và DS-CDMA………… 50
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống MC-CDMA……… 51
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống MC-CDMA với N≠PG ……… 52
Hình 3.5: Nguyên lý điều chế MC-SS nhóm II……… 53
Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống MC-CDMA……… 55
Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống MC-CDMA……… 57
Trang 10Hình 4.1: Máy phát và máy thu MC-CDMA cho kênh đường xuống… 63 Hình 4.2: So sánh BER của bộ thu của hệ thống MC-CDMA dùng mã
Gold và Walsh, chiều dài mã Gold là 63, chiều dài mã Walsh
là 64……… 74
Hình 4.3: Ảnh hưởng của MAI trong hệ thống MC-CDMA……… 75 Hình 4.4: So sánh BER của hệ thống MC-CDMA, FDMA, optimal FDMA
với K=64, L=64……… 76
Hình 4.5: So sánh BER của hệ thống MC-CDMA theo 3 phương pháp
tổ hợp khác nhau: EGC, MRC, MMSEC: K=32, N=8, L=64… 77
Hình 4.6: So sánh BER của hệ thống MC-CDMA sử dụng phương pháp
tách sóng MMSEC với số kênh khác nhau……… 78
Hình 4.7: Tính BER theo phương pháp Monte-Carlo với K=L=NC=64… 79
Hình 4.8: Tính BER theo phương pháp Monte-Carlo với K=32,L=NC=64 80
Trang 11TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Nguyễn Phạm Anh Dũng (9/2004), “Giáo trình lý thuyết trải phổ và đa truy cập
vô tuyến”, NXB Bưu điện
2 Nguyễn Ngọc Tiến (2007), “Các kỹ thuật tách tín hiệu của hệ thống thông tin
Multicarrier-CDMA trong kênh đường xuống”, tr.1-16, Chuyên đề Tiến sĩ công
nghệ Bưu chính Viễn thông, Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông, Hà Nội
Tiếng Anh
3 Tom Bruns, “Performance comparison of multiuser OFDM Techniques”, Stanford University
4 Nevio Benvenuto, “Algorithms for Communications systems and their application”
5 GS Huỳnh Hữu Tuệ (2006), "Công Nghệ CDMA và ứng dụng trong mạng điện thoại di động", pp 32-40, 62-69, 85-90
6 Hiroshi Harada, Ramjec Prasad (2002), “Simulation and software radio for
mobile communication”, Code Division Multiple Access (CDMA) Transmission Technology, Artech Horse, pp 227-242
7 Shiro Kondo and L.B Milstein (Feb 1996), “Performance of Multicarrier DS CDMA system”, IEEE Transactions On Communications, vol 44, NO.2
8 S Hara, R Prasad (1997), “Overview of Multicarrier CDMA”, IEEE Communications Magazine, pp 126-133
9 R.L Gouable., and M.Helard (3/2003), “Performance of MC-CDMA systems in
multipath indoor enviroments comparison with COFDM-TDMA system”, 3G Mobile Communication Technologies, first International Conference on,
pp.81-85
10 A.Chouly, A Brajal, S Jourdan (Nov 1993), “Orthogonal multicarrier techniques applied to direct sequence spread spectrum CDMA systems”, pp 468-472
Trang 1211 D.N kalofonos, M Stojanovic and J.G Proakis (1998), “On the performance of adaptive MMSE detector for a MC-CDMA system in fast fading Rayleigh channels”, pp 1039-1313
12 H.Wang, Z Li, J Lilleberg (March 2004), “Equalized parallel interference
cancellation for MC-CDMA multicode downlink transmission”, Wireless Communication and networking Conference 2004 WCNC’04, vol.3
13 Nguyen Ngoc Tien, Nguyen Viet Kinh (2006), “Performance evaluation MC-CDMA system over frequency selective Rayleigh Fading channel using Matlab”