Điều khiển công suất trong hệ thống MC CDMA luận văn tốt nghiệp đại học

Có nhiều công nghệ thông tin di động thế hệ thứ tư đã được đềxuất, trong đó công nghệ MC - CDMA là sự kết hợp giữa nguyên lý CDMA và OFDMA cho phép ta sử dụng băng thông hiệu quả, tốc độ

Lời nói đầu

Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thếgiới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch

vụ và trong cuộc sống hàng ngày Các kỹ thuật không ngừng được hoànthiện để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Kể từ khi xuất hiện vào cuốinăm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển một cách mạnh mẽ

về mặt công nghệ

Trong thế kỷ 21, thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ của thông tin vôtuyến trong đó thông tin di động đóng vai trò rất quan trọng Để đáp ứng nhucầu ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng dịch vụ đặc biệt là dịch vụtruyền số liệu đa phương tiện công nghệ băng rộng đã ra đời Với khả năngtích hợp nhiều dịch vụ, công nghệ băng rộng đã dần chiếm lĩnh thị trườngviễn thông Có nhiều công nghệ thông tin di động thế hệ thứ tư đã được đềxuất, trong đó công nghệ MC - CDMA là sự kết hợp giữa nguyên lý CDMA

và OFDMA cho phép ta sử dụng băng thông hiệu quả, tốc độ truyền cao, tínhbền vững với fading chọn lọc tần số, tính bảo mật cao và giảm độ phức tạpcủa hệ thống

Điều khiển công suất trong hệ thống di động là một trong những khâuquan trọng của hệ thống, hạn chế được ảnh hưởng của hiệu ứng xa - gần đếnchất lượng dịch vụ thoại, dung lượng của hệ thống và khả năng chống lạifading vốn là đặc trưng của môi trường di động Đây là vấn đề rất quan trọngđối với hệ thống thông tin di động thế hệ mới Điều khiển công suất cho các

hệ thống vô tuyến tế bào đã được nghiên cứu tương đối chi tiết trong một sốcông trình Đối với các hệ thông băng hẹp, các sơ đồ điều khiển công suất đãgợi mở cho nhiều nghiên cứu tiếp theo cho hệ thống băng rộng

này thực hiện nghiên cứu, phân tích kỹ thuật điều khiển công suấthướng lên UL nhằm tối ưu hoá hoạt động của mạng đồng thời cải thiện chấtlượng của hệ thống.

Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thứchạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm Em rất mong nhậnđược sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của ThS Đặng Thái Sơn cùng các thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn thông để em

hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Nghệ An, ,ngày tháng năm 2011

Sinh viên thực hiện

Lê Cẩm Nhung

Tóm tắt đồ án

Hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã CDMA ra đời và đã chứng tỏđược khả năng hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn so với các hệ thống trước đóvới những đặc điểm nổi trội: chống nhiễu đa đường, có tính bảo mật cao, hỗtrợ truyền dữ liệu với tốc độ khác nhau Đồng thời kỹ thuật ghép kênh theotần số trực giao OFDM với ưu điểm truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh truyềnchọn lọc tần số, tiết kiệm băng thông, hệ thống ít Để đáp ứng nhu cầu ngàycàng cao của người sử dụng, ý tưởng về kỹ thuật đa truy nhập kênh truyền đasóng mang phân chia theo mã MC - CDMA đã ra đời, dựa trên sự kết hợp củaCDMA và OFDM MC - CDMA kế thừa tất cả những ưu điểm của CDMA vàOFDM Chính vì vậy, MC - CDMA là một ứng cử viên sáng giá cho hệ thốngthông tin di động 4G

Nội dung tìm hiểu trong đồ án này tìm hiểu trong 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ CDMA và OFDM

Trong chương này chúng ta sẽ phân tích nghiên cứu các lý thuyết cơ

sở để hình thành công nghệ CDMA, điều khiển công suất của quá trìnhphát tín hiệu trong hệ thống CDMA và các đặc điểm của công nghệOFDM như: nguyên lý hoạt động, sơ đồ hệ thống, tính trực giao, ảnhhưởng của kênh truyền và ưu khuyết điểm của hệ thống

Chương 2 Công Nghệ MC – CDMA

Phân tích những đặc điểm cơ bản của MC - CDMA: Nguyên lý, phânloại, mô hình hệ thống, kỹ thuật thu và phát tín hiệu MC - CDMA, sau đó đềcập đến kỹ thuật phát hiện và các yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng của hệthống Qua đó ta thấy được MC - CDMA là một trong những công nghệ đatruy nhập đưa ra một hệ thống sử dụng phổ tần một cách hiệu quả và đơn giảnhơn, hệ thống cung cấp tốc độ dữ liệu cao và đáng tin cậy

Chương 3 Điều khiển công suất trong hệ thống MC – CDMA

Tìm hiểu mục đích phải điều khiển công suất trong MC - CDMA Vàtìm hiểu 3 thuật toán điều khiển công suất cho hướng lên: Điều khiển côngsuất bước cố định, điều khiển công suất đa mức, điều khiển công suất với giảithuật dự đoán fading Bên cạnh đó, phương pháp điều chế thích nghi cũngđược đề xuất để cải thiện chất lượng BER trong hệ thống MC-CDMA,phương pháp này cũng được xem là một phương pháp điều khiển công suất

Mục lục

Lời nói đầu 3

Tóm tắt đồ án 5

Danh sách các hình vẽ 7

Danh sách bảng biểu 8

Từ viết tắt 9

Chương 1 Tổng quan về công nghệ CDMA và OFDM 11

1.1 Tổng quan về công nghệ CDMA

11 1.1.1 Kỹ thuật trải phổ

14 1.1.2 Chuyển giao

19 1.1.3 Điều khiển công suất trong CDMA

20 1.2 Tổng quan về công nghệ OFDM

23 1.2.1 Nguyên lý chung của OFDM

23 1.2.2 Hệ thống OFDM

24 1.2.3 Trực giao trong OFDM

25 1.2.4 Các vấn đề đồng bộ trong OFDM 29

1.2.5 Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR)

32

1.2.6 Ảnh hưởng của kênh truyền đến OFDM

33

1.2.7 Ưu khuyết điểm của OFDM

36

1.3 Kết luận

37

Chương 2 Công Nghệ MC – CDMA 38

2.1 Nguyên lý chung của kỹ thuật MC - CDMA

38

2.2 Phân loại

39

2.3 Hệ thống MC - CDMA

41

2.5 Các kỹ thuật phát hiện

47

2.5.1 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC

48

2.5.2 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC đỉnh(TORC)……… 48 2.5.3 Phương pháp kết hợp độ lợi bằng nhau (EGC)……… 49

2.5.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC)

49 2.5.5 Phương pháp kết hợp sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE) .50

2.6 Nhiễu MAI và nhiễu ICI

50 2.6.1 Nhiễu MAI

51 2.6.2 Nhiễu ICI

51 2.7 Các phương pháp triệt nhiễu……… 51

2.7.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp

51 2.7.2 Phương pháp triệt nhiễu song song ………53

2.8 Vấn đề dịch tần số sóng mang trong hệ thống MC - CDMA

54 2.9 Giới hạn BER của hệ thống MC-CDMA……… 58

2.10 Ưu nhược điểm của công nghệ MC-CDMA 59 2.10.1 Ưu điểm của công nghệ MC-CDMA……… 59

2.10.2 Nhược điểm của hệ thống MC- CDMA……….60

2.11 Kết luận………60

Chương 3 Điều khiển công suất trong hệ thống MC – CDMA 61

3.1 Mục đích của điều khiển công suất trong hệ thống MC - CDMA

61 3.2 Điều khiển công suất trong hệ thống MC - CDMA 62

3.3 Hồi tiếp dương trong điều khiển công suất đường lên

67

3.4 Cơ chế điều khiển công suất trong các hệ thống MC-CDMA

3.5.2 Điều khiển công suất dự đoán

72

3.5.3 Dự đoán công suất thu được kế tiếp

73

3.5.4 Phân tích BER

76

3.6 Hệ thống MC-CDMA với băng chọn lọc thích nghi

77

3.6.1 Truyền dữ liệu trên băng chọn lọc thích nghi

77

3.6.2 Phương pháp xác định hệ số chọn lọc băng tần

79

3.7 Kết luận

82

Kết luận và hướng phát triển đề tài 83 Tài liệu tham khảo 85

Danh sách các hình vẽ

Hình 1.1 Đa truy nhập phân chia theo mã 12

Hình 1.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS) 14

Hình 1.3 Trải phổ nhảy tần (FH/SS) 15

Hình 1.4 Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) 15

Hình 1.5 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN 17

Hình 1.6 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao 18

Hình 1.7 Điều khiển công suất vòng hướng lên 21

Hình 1.8 Điều khiển công suất vòng kín 22

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống OFDM 24

Hình 1.10 Kỹ thuật đa sóng mang 26

Hình 1.11 Cấu trúc trong miền thời gian một tín hiệu OFDM 27

Hình 1.12 Đáp ứng tần số của các sóng mang 28

Hình 1.13 Đáp ứng tần số của kênh truyền đa đường 33

Hình 1.14 Các tín hiệu đa đường 34

Hình 2.1 Nguyên tắc chung của kỹ thuật MC - CDMA 38

Hình 2.2 Sơ đồ khối mô hình hệ thống MC-CDMA 41

Hình 2.3 Sơ đồ máy phát của hệ thống MC - CDMA 42

Hình 2.4 Máy thu MC - CDMA 44

Hình 2.5 Ảnh hưởng của kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số lên từng băng tần hẹp 46

Hình 2.6 Sơ đồ triệt nhiễu song song nhiều tầng 53

Hình 3.1 Mô hình hệ thống với các users tích cực 63

Hình 3.3 Điều khiển công suất dựa vào người sử dụng 69

Hình 3.3 ĐKCS dựa vào băng tần trong các hệ thống MC-CDMA 70

Hình 3.4 Nhóm điều khiển công suất đường lên 73

Hình 3.5 Dự đoán công suất thu với D=6 74

Hình 3.6 Thuật toán dự đoán để điều khiển công suất 76

Hình 3.7 Sơ đồ khối truyền trên băng lọc thích nghi của hệ thống MC-CDMA 78

Danh sách bảng biểu

Bảng 1.1 So sánh giữa DS/SS, FH/SS và TH/SS 16Bảng 2.1 Những đặc tính chính của MC - CDMA và MC - DS - CDMA 40

Từ viết tắt

AWGN Addictive White Gausse Noise Nhiễu trắng cộng

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

DS/SS Direct Sequence Speading

Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

DFT Discrete Fourier Tranforn Biến đổi Fourier rời rạc

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FDM Frequency Division Multiplexer Ghép kênh phân chia theo tần số

FH/SS Frequency Hopping Speading

Biến đổi Fourier rời rạc ngược

LFSR Linear Feedback Shift Register Mạch hồi tiếp tuyến tính mã giả

MMSE Mininum Mean Square Error Sai số trung bình bình phương tối

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTH/ SS Time Hopping Speading

Spectrum

Trải phổ nhảy thởi gian

Chương 1 Tổng quan về công nghệ

CDMA và OFDM

Trong chương này chúng ta sẽ phân tích nghiên cứu các lý thuyết cơ sở

để hình thành công nghệ CDMA, điều khiển công suất của quá trình phát tínhiệu trong hệ thống CDMA và các đặc điểm của công nghệ OFDM như:nguyên lý hoạt động, sơ đồ hệ thống, tính trực giao, ảnh hưởng của kênhtruyền và ưu khuyết điểm của hệ thống

1.1 Tổng quan về công nghệ CDMA

Kỹ thuật truy nhập phân chia theo mã CDMA không phân chia nhỏ phổtần, cũng không chia thời gian thành các khe, mà tất cả những người sử dụngkhác nhau đều được phép sử dụng toàn bộ băng tần trong cùng một thời gian.Công nghệ CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ tín hiệu để phát dữ liệu cùng mộtphổ tần Tất cả công suất của tín hiệu trong đường truyền CDMA được đồngthời trên cùng một băng tần rộng, phát trên cùng một tần số và tín hiệunguyên thủy sẽ khôi phục tại đầu thu Đồng thời tín hiệu trải phổ xuất hiệntrải rộng đều trên toàn bộ băng tần với công suất phát thấp, do đó loại bỏ đượcnhiễu, giao thoa

Lý thuyết CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được ápdụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960 Cùng với sự phát triển củacông nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong nhưng năm 1980, CDMA đãđược thương mại hoá từ phương pháp thu GPS và Ommi - TRACS, phươngpháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹvào năm 1990

Trong hệ thống CDMA, mỗi người dùng được cấp phát một chuỗi mãtrải phổ giả ngẫu nhiên dùng để mã hóa tín hiệu mang thông tin Tại máy thu,tín hiệu thu sẽ được đồng bộ giải mã để khôi phục tín hiệu gốc và dĩ nhiên

máy thu phải biết được chuỗi mã để mã hóa tín hiệu Kỹ thuật trải phổ tínhiệu giúp những người sử dụng không gây nhiễu lên nhau trong điều kiện cóthể cùng một lúc dùng chung dải tần số Điều này dễ dàng thực hiện được vìtương quan chéo giữa mã của người dùng mong muốn và mã của các ngườikhác thấp Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lượng tín hiệuvào một dải tần rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc Ở phía thu, phổ của tín hiệulại được nén trở lại về phổ của tín hiệu gốc.

Hình 1.1 Đa truy nhập phân chia theo mã

Trong hệ thống thông tin trải phổ (SS) độ rộng băng tần của tín hiệuđược mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi phát đi Khi chỉ có mộtngười sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệuquả Tuy nhiên ở môi trường đa người sử dụng, những người sử dụng này cóthể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống sử dụng băng tần cóhiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Hệ thống thông tin số được coi là trải phổ SS phải thoả mãn 2 tiêuchuẩn [1]:

- Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tầntối thiểu cần thiết để phát thông tin

- Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Tỉ số băng thông truyền trên băng thông của tín hiệu thông tin được gọi

là độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ:

Bi: băng thông của tín hiệu mang thông tin

Tín hiệu trải phổ cho băng rộng nên có những ưu điểm khác so với tínhiệu băng hẹp:

- Khả năng đa truy nhập: nếu những người sử dụng phát tín hiệu trảiphổ cùng một thời điểm, máy thu có khả năng phân biệt giữa những người sửdụng, do đó các mã trải phổ có tương quan chéo thấp Vì vậy, băng thông củatín hiệu công suất của người sử dụng mong muốn sẽ lớn hơn công suất gây rabởi nhiễu và các tín hiệu trải phổ của những người dùng khác

- Bảo vệ chống nhiễu đa đường: trong kênh truyền vô tuyến không chỉ

có một đường truyền giữa máy thu và máy phát Vì tín hiệu bị phản xạ, khúc

xạ, nhiễu xạ nên tín hiệu thu được tại đầu thu bao gồm các tín hiệu trên cácđường khác nhau Các tín hiệu này khác nhau về biên độ, pha, góc tới và độtrễ Khi cộng các tín hiệu này lại với nhau sẽ được tấn số mới và cũng làmmất đi tần số mong muốn Trong miền thời gian điều này làm phân tán tínhiệu Quá trình trải phổ chống lại nhiễu đa đường, việc giải mã trải phổ sẽ coiphiên bản của trễ là tín hiệu nhiễu

- Bảo mật: vì tín hiệu trải phổ sử dụng toàn băng thông tại mọi thời điểmnên nó có công suất rất thấp trên một đơn vị băng thông Điều này làm cho việcphát hiện tín hiệu đã trải phổ rất khó, đây chính là tính bảo mật rất cao của tínhiệu trải phổ

- Khử nhiễu băng hẹp: tách sóng đồng bộ tại máy thu liên quan tới việcnhân tín hiệu nhận được với chuỗi mã được tạo ra bên trong máy thu Tuynhiên như chúng ta thấy ở máy phát, nhiễu băng hẹp sẽ bị trải phổ sau khi

nhân nó với mã trải phổ Do đó, công suất của nhiễu này trong băng thông tínhiệu mong muốn giảm đi một lượng bằng độ lợi xử lý.

1.1.1 Kỹ thuật trải phổ

a Các kiểu trải phổ cơ bản

Có ba kiểu hệ thống thông tin trải phổ cơ bản:

- Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS): việc trải phổ được thực hiện bằngcách nhân tín hiệu cần trải phổ với một tín hiệu mã có tốc độ bit (gọi là tốc độchip - để phân biệt với tốc độ bit của dữ liệu) cao hơn nhiều so với tốc độ bitcủa dữ liệu Tín hiệu mã này thường là một chuỗi giả tạp âm (PN) Chuỗi PN

là một chuỗi số tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định, tuy nhiên nó có các tínhchất của một tín hiệu ngẫu nhiên nên còn gọi là tín hiệu giả ngẫu nhiên

Tb = Thời gian một bit của luồng số cân phát

Tn = Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ

Tc = Thời gian một chip của mã trải phổ

Hình 1.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS)[1].

- Trải phổ nhảy tần: là kỹ thuật trải phổ dựa trên nguyên tắc tín hiệubăng gốc được điều chế bằng các sóng màng có tần số thay đổi Các sóngmang này do bộ tổng hợp tấn số tạo ra theo quy luật của tín hiệu mã giả ngẫunhiên PN Đầu ra của bộ tổng hợp tần số cho ra các tần số đã được định trướcdưới sự điều khiển của chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN Tốc độ nhảy tần có thểnhanh hay chậm hơn tốc độ dữ liệu Trong trường hợp thứ nhất gọi là nhảytần nhanh, trong trường hợp thứ hai gọi là nhảy tần chậm

Tb = Tn

t

Tb = Tn Tb

Hình 1.3 Trải phổ nhảy tần (FH/SS)[1].

- Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS): dữ liệu được truyền đi chia thànhnhiều cụm, mỗi cụm gồm k bit dữ liệu và thời gian cần thiết để truyền mỗicụm được xác định bởi chuỗi PN

T = Tf/ M , Với M số khe trong một khung thời gian

Hình 1.4 Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) [1]

So sánh giữa DS/SS, FH/SS, TH/SS:

- Các hệ thống DS/SS giảm nhiễu giao thoa bằng cách trải rộng nó ởmột phổ tần rộng Trong các hệ thống FH/SS ở mọi thời điểm cho trước,những người sử dụng phát các tần số khác nhau vì thế có thể tránh được nhiễugiao thoa Các hệ thống TH/SS tránh nhiễu giao thoa bằng cách tránh không

để nhiều hơn một người sử dụng phát trong cùng một thời điểm

- Với cùng tốc độ đồng hồ của bộ mã PN, FH/SS có thể nhảy trên băngtần rộng hơn nhiều độ rộng băng tần của DS/SS khi bộ tạo chuỗi của hai hệthống này cùng tốc độ đồng hồ FH/SS cũng loại trừ được các kênh tần số gâynhiễu giao thoa mạnh và thường xuyên DS/SS nhảy cảm nhất với hiện tượnggần xa Các hệ thống FH/SS dễ bị thu trộm hơn so với hệ thống DS/SS

- Thời gian bắt mã của hệ thống FH/SS ngắn nhất, tuy nhiên máy phát

và máy thu của hệ thống FH/SS đắt do sự phức tạp của bộ tổng hợp tần số

- Hệ thống FH/SS chịu được fading nhiều tia và các nhiễu Còn máythu DS/SS đòi hỏi mạch đặc biệt để loại bỏ chúng

Bảng 1.1 So sánh giữa DS/SS, FH/SS và TH/SS

Trải phổ chuổi trực tiếp Trải phổ nhảy tần Trải phổ nhảy thời gian

Khả năng chống nhiễu cao Khả năng chống nhiễu

kém

Khả năng chống nhiễu kém

Công suất phát thấp Công suất phát cao Công suất phát trung bìnhThời gian đồng bộ nhanh Thời gian đồng bộ chậm Thời gian đồng bộ nhanhTốc độ dữ liệu thấp Tốc độ dữ liệu cao Tốc độ dữ liệu trung bìnhKhoảng cách truyền gần Khoảng cách truyền xa Khoảng cách truyền gần

Bị ảnh hưởng hiện tượng

b Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN

Các tín hiệu trải phổ băng rộng được tạo ra bằng cách sử dụng cácchuỗi mã giả tạp âm PN Mã giả tập âm còn được gọi là mã giả ngẫu nhiên do

có các tính chất thống kê của tạp âm trắng AWGN và có biểu hiện ngẫunhiên, bất xác định Tuy nhiên máy thu cần biết mã này để tạo bản sao mộtcách chính xác và đồng bộ với mã được phát để giải mã bản tin Vì thế mã giảngẫu nhiên phải hoàn toàn xác định

Mã giả ngẫu nhiên được tạo ra bằng các bộ thanh ghi dịch có mạch hồitiếp tuyến tính (LFSR) và các cổng XOR

Hình 1.5 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN

Một chuỗi thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính được xác định bởi một đathức tạo mã tuyến tính bậc m (m > 0) :

1x g x g g

x g x

Si(m)

S i (j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i.

g i = 0 : khóa mở, g i = 1 : khóa đóng.

Cm-1 = S0(1)Tại xung đồng hồ thứ i (i > m-1) ta có trạng thái của thanh ghi dịch :

Si(m) = Si-1(m-1) = Si-2(m-2) = …= Si-m+1(1) (1.3)

=> Si(m) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (1.4)

Áp dụng công thức (4.12), ta có :

Si(m) = g1.Si-1(m) + g2.Si-2(m) + …+ Si-m(m) (1.5)Giá trị đầu ra tại xung thứ i chính là giá trị phần tử nhớ Si(m) của thanhghi dịch:

=> Ci = g1.Ci-1 + g2.Ci-2 + …+ Ci-m (1.6) Hay :

Tốc độ của mạch như trên bị hạn chế về tốc độ do tổng thời gian trễtrong các thanh ghi và các cổng loại trừ ở đường hồi tiếp Để hạn chế thờigian trễ, nâng cao tốc độ của mạch tạo mã ngẫu nhiên ta có thể sử dụng sơ đồmạch sau :

g2

Hình 1.6 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao

Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i.

Si(m)

1.1.2 Chuyển giao

Trong hệ thống thông tín di động tổ ong, chuyển giao xẩy ra khi trạm diđộng đang làm các thủ tục thâm nhập mạng hoặc đang có cuộc gọi Mục đíchcủa chuyển giao là để đảm bảo chất lượng đường truyền khi một trạm di độngrời xa trạm gốc đang phục vụ nó Khi đó nó phải chuyển lưu lượng sang mộttrạm gốc mới hay một kênh mới

CDMA có hai dạng chuyển giao: chuyển giao cứng và chuyển giaomềm

- Chuyển giao giữa các ô hay chuyển giao mềm

- Chuyển giao giữa các đoạn ô hay chuyển giao mềm hơn

- Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA này với hệ thống CDMAkhác

- Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA đến hệ thống tương tự

a Chuyển giao mềm và mềm hơn.

Chuyển giao mền và mền hơn dựa vào nguyên tắc kết nối “nối trước khingắt”

Chuyển giao mềm hay là chuyển giao giữa các ô là chuyển giao thựchiện giữa các ô khác nhau Trong đó máy di động (UE) thông tin với 2 sectorcủa 2 ô khác nhau hoặc với 3 sector với 3 ô khác nhau.Chuyển giao mềm hơn

là chuyển giao trong đó trạm di động chuyển giao giữa các đoạn ô của cùngmột ô Với máy di động thông tin với 2 sector của cùng một ô

Chuyển giao mềm chỉ được thực hiện khi trạm gốc mới và cũ cùng làmviệc ở cùng một tần số Chuyển giao mềm chỉ có thể thực hiện ở hệ thốngthông tin di động tổ ong CDMA vì ở đây sử dụng chung một kênh tần số nêntrạm di động không cần thiết thay đổi kênh tấn số khi nó di chuyển đến vùngphục vụ mới

b Chuyển giao cứng

Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối”, kết nối cũ

chuyển giao cuộc gọi, máy di động bị ngắt Tuy nhiên máy di động không cókhả năng nhận biết được khoảng ngừng này.

Chuyển giao cứng có hai loại: chuyển giao cứng cùng tần số và chuyểngiao cứng khác tần số Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tấn sốsóng mang của kênh truy cập vô tuyến mới khác với tần số sóng mang hiệntại

Nhược điểm của chuyển giao cứng là có thể rớt cuộc gọi do chất lượngcủa kênh mới kém trong khi đã cắt kết nỗi cũ

1.1.3 Điều khiển công suất trong CDMA

Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di độngđều phát chung ở cùng một tần số ở cùng một thời gian nên chúng gâynhiễu đồng kênh đối với nhau Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vôtuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường đa người sử dụng phụthuộc vào tỷ số Eb/N0, với Eb là năng lượng bit; N0 là mật độ tạp âm trắngGausse cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ máy phát của người

sử dụng khác Để đảm bảo tỷ số Eb/N0 không đổi và lớn hơn ngưỡng yêucầu thì cần điều khiển công suất của máy phát của người sử dụng theokhoảng cách của nó với trạm gốc

Đối với các hệ thống TDMA, FDMA việc điều khiển công suất làkhông bắt buộc thì trong hệ thống CDMA điều khiển công suât là bắt buộc vàđiều khiển công suất phải nhanh nếu không dung lượng hệ thống sẽ giảm.Dung lượng của hệ thống CDMA đạt giá trị cực đại nếu công suất phát củacác máy di động được điều khiển sao cho trạm gốc công suất thu là như nhauđối với tất cả những người sử dụng

Điều khiển công suất được sử dụng cho đường lên để tránh hiện tượnggần xa và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu lên dung lượng của hệ thống Đốivới đường xuống thì không cần thiết phải điều khiển công suất, vì theo về mặt

lý thuyết thì các tín hiệu được truyền từ một trạm gốc là tương quan nên sẽ

không gây nhiễu lên nhau Ngoài ra điều khiển công suất còn được sử dụng

để giảm hiện tượng che tối và duy trì công suất phát trên mỗi người sử dụng,cần thiết để đảm bảo tỷ lệ số lỗi bit ở mức cho trước ở mức tối thiểu Như vậyđiều khiển công suất còn giúp phần làm tăng tuổi thọ pin của máy cầm tay

Trong hệ thống CDMA sử dụng hai phương pháp điều khiển công suất khácnhau

- Điều khiển công suất vòng hở

- Điều khiển công suất vòng kín

a Điều khiển công suất vòng hở

Điều khiển công suất vòng hở là tự điều khiển (AGC – Automatic GainControl) ở máy thu di động (UE) Trước khi phát, trạm di động giám sát tổngcông suất thu được từ trạm gốc (BTS) Công suất đo được cho thấy tổn haođường truyền đối với từng người sử dụng Trạm di động điều chỉnh công suấtphát của mình tỷ lệ nghịch với tổng công suất mà nó thu được Có thể phảiđiều chỉnh công suất ở một dải rộng lên đến 80dB Phương pháp này trạm gốckhông tham gia vào các thủ tục điều khiển công suất

Việc điều khiển công suất vòng hở là cần thiết để xác định mức côngsuất phát ban đầu (khi khởi tạo kết nối)

Trở ngại khi dùng điều khiển công suất vòng hở là sự thay đổi rất lớntổn hao ở đường truyền lên và đường xuống Tần số trung tâm của các đường

BTS

UEƯớc tính cường độ hoa tiêu

P_trx = 1/cường độ hoa tiêu

lên và đường xuống thông thường nằm ở các băng tần khác nhau vì vậy tổnhao đương truyền sẽ khác nhau.

b Điều khiển công suất vòng kín

Phương pháp này đòi hỏi trạm gốc (BTS) phải thường xuyên liên hệvới trạm di động (UE) để có thể thay đổi công suất một cách thích ứng Trạmgốc đánh giá công suất tín hiệu của người sử dụng đường lên và so sánh vớicông suất ngưỡng danh định Trên cơ sở thu cao hay thấp hơn ngưỡng danhđịnh trạm gốc sẽ phát lệnh điều khiển công suất (TPC) đến trạm di động để hạthấp hay nâng cao công suất phát của trạm di động lên một mức cố định, được

đo bằng dB

Hình 1.8 Điều khiển công suất vòng kín Nhận xét:

Ta thấy CDMA sử dụng mã trải phổ có tốc độ lớn hơn rất nhiều lần tốc

độ tín hiệu cần truyền, với công suất phát thấp nó tránh được nhiễu, giao thoa.Đồng thời làm tăng khả năng sử dụng băng tần của hệ thống Mã PN đượcxây dựng trên nguyên lý chuỗi m Hàm tự tương quan của một chuỗi m códạng đầu đinh Nó nhận giá trị cực đại tại i = 0 và lặp lại giá trị này theo chu

kỳ N, tại các giá trị cách xa điểm này giá trị của nó rất nhỏ khi N lớn Khi N

Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC

Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC

Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC

tiến tới vô cùng các giá trị này bằng không Dựa trên tính chất này người talấy tương quan tín hiệu trải phổ để tách ra các tín hiệu mong muốn.

1.2 Tổng quan về công nghệ OFDM

OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Kỹ thuậtnày cho phép truyền tốc độ cao (hàng Mbps) trên đôi cáp đồng thông thường

Kỹ thuật OFDM đặc biệt thể hiện được nhiều nhất các ưu điểm của mìnhtrong các ứng dụng vô tuyến Đó là tính chống lại ảnh hưởng của nhiễu dophản xạ đa đường, chống lại fading chọn lọc tần số Đóng góp cơ bản vào sựphát triển của OFDM đó là ứng dụng biến đổi fourrie thuận và nghịch vàođiều chế và giải điều chế tín hiệu

1.2.1 Nguyên lý chung của OFDM

Khác với FDM, OFDM phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh bănghẹp, mỗi kênh có một sóng mang Các sóng mang này trực giao với các sóngmang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự Vì vậy,phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóngmang khác trong hệ thống Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mangphụ Những kênh con này trực giao với nhau và dễ dàng khôi phục lại ở đầuthu Chính điều quan trọng này làm giảm xuyên nhiễu giữa các symbol (ISI)

và làm hệ thống OFDM hoạt động tốt trong các kênh fading nhiều tia Do đó

hệ thống OFDM có thể đạt được tốc độ cao trong truy xuất vô tuyến với chiphí thấp và hiệu quả sử dụng phổ cao

1.2.2 Hệ thống OFDM

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống OFDM

Theo sơ đồ Hình 1.9 ta có nguyên lý làm việc của hệ thống OFDM như sau:

- Dòng dữ liệu vào tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu songsong tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi S/P Mỗi dòng dữ liệu song song sau

đó được điều chế với các sóng mang con trực giao Tiếp đó các sóng mangcon này được đưa vào bộ biến đổi IFFT Khối này sẽ tính toán các mẫu thờigian tương ứng với các kênh nhánh trong miền tần số Sau đó, khoảng bảo vệđược chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI do truyền trên các kênh vôtuyến di động đa đường, nhiễu xuyên kênh (ICI) do truyền trên các kênh vôtuyến di động đa đường và tiến hành chèn từ đồng bộ khung Cuối cùng bộlọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao

để truyền trên các kênh

- Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnhhưởng như nhiễu Gausian trắng cộng AWGN

Chuyển đổi song song thành nối tiếp

Giải điều chế sóng mang con

FFT

Loại bỏ khoảng bảo vệ

Khuyếch đại công suất và giải điều chế sóng mang cao tần

Tách khung

định thời

Máy Thu

L0 Sửa lỗi tần số

Chuyển đổi nối tiếp thành song song

Điều chế sóng mang con

Chèn khoảng bảo vệ IFFT

Điều chế sóng mang cao tần

và khuyếch đại công suất

Chèn từ đồng bộ khung

- Ở phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rờirạc đạt được tại bộ lọc thu Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu đượcchuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi FFT Sau

đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và phacủa sóng mang nhánh sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã Cuốicùng, chúng ta nhận được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu

1.2.3 Trực giao trong OFDM

Tín hiệu được xem là trực giao với nhau nếu chúng độc lập với nhau.Trực giao là một đặc tính cho phép nhiều tín hiệu mang tin được truyền đitrên kênh truyền mà không gây nhiễu cho nhau Việc mất tính trực giao giữacác sóng mang sẽ tạo ra sự chồng lặp giữa các tín hiệu mang tin và làm suygiảm chất lượng tín hiệu và làm cho đầu thu khó khôi phục lại được hoàn toànthông tin ban đầu

Trong OFDM, các sóng mang con được chồng lấp với nhau nhưng tín hiệuvẫn có thể được khôi phục mà không có xuyên nhiễu giữa các sóng mang kế cậnbởi vì giữa các sóng mang con có tính trực giao Xét một tập các sóng mang con:

Trong đó: K là hằng số không phụ thuộc t, n hoặc m Và trong OFDM,

tập các sóng mang con được truyền có thể được viết là:

f n(t)  exp(j2 f n t) (1.8)Trong đó : j  1 và f n f0 nf f0 n/T (1.9)

a Tính trực giao trong miền thời gian

Trong hệ thống FDM băng thông được chia thành N dải tần con sắpxếp liên tiếp nhau, mỗi dải tần con được đặt cách nhau một khoảng tần số

để ngăn can nhiễu giữa các tín hiệu trong dải tần kế cận Trong hệ thốngOFDM, dải thông của hệ thống có thể sử dụng một cách hiệu quả hơn nếuphổ của các dải tần con được ghép chồng lên nhau, bằng cách sử dụng cácsóng mang trực giao và phương pháp giải điều chế kết hợp, dữ liệu sẽ đượckhôi phục như ban đầu.

(a) Kỹ thuật đa sóng mang thông thường FDM (b) Kỹ thuật đa sóng mang trực giao OFDMTrong miền tần số, hầu hết các hệ thống FDM đều có tính trực giao vìmỗi tín hiệu được đặt cách nhau trên trục tần số để ngăn chặn xuyên kênh Kỹthuật OFDM được gọi là một dạng đặc biệt của kỹ thuật FDM Các sóngmang con trong một ký hiệu OFDM được đặt gần nhau mà vẫn giữ được tínhtrực giao giữa chúng OFDM đạt được tính trực giao trong miền tần số bằngcách chia các tín hiệu mang thông tin riêng biệt vào mỗi sóng mang thànhphần khác nhau Tín hiệu OFDM bao gồm các hàm sin cơ bản, mỗi hàmtương ứng với một sóng mang Tần số ở băng tần gốc của mỗi sóng mang

được chọn bằng số nguyên lần của giá trị nghịch đảo thời gian của một kýhiệu Do đó, tất cả các sóng mang đều có số nguyên lần chu kỳ trong mỗi kýhiệu Kết quả biểu diễn trong miền tần số là các sóng mang trực giao vớinhau

Hình 1.11 Cấu trúc trong miền thời gian một tín hiệu OFDM

(1a), (2a), (3a), (4a) mô tả miền thời gian của các sóng mang đơn tần với các chỉ số 1, 2, 3, 4 là số chu kỳ trên mỗi ký hiệu

(1b), (2b), (3b), (4b) mô tả biến đổi FFT của hình a tương ứng

(5a), (5b) mô tả tổng của 4 sóng mang thành phần

Hình 1.11 mô tả cấu trúc của một tín hiệu OFDM với 4 sóng mangthành phần Tập hợp các hàm sẽ trực giao với nhau nếu chúng thỏa điều kiệntrong phương trình (1.8) Nếu 2 hàm bất kỳ trong tập hợp các hàm trực giaokhi nhân với nhau và lấy tích phân trong khoảng thời gian một chu kỳ, kết quả

sẽ bằng không Khi xem xét bộ thu kết hợp tương ứng cho từng hàm trực giaotrong các hàm trực giao khi bộ thu thu được Kết quả các hàm trực giao trongtập hợp sau khi lấy tích phân đều bằng không và do đó không gây ảnh hưởng

20

(4b) 10 0

20

(3b) 10 0

20

(2b) 10 0

20

(1b) 10 0

5 10 15 20 25 30

0 2 4 6 8 10 12 14 16

b Tính trực giao trong miền tần số

Một cách khác để xét tính trực giao của tín hiệu OFDM đó là xem phổcủa nó Phổ của tín hiệu OFDM chính là xung hình chữ nhật bằng 1 trongkhoảng thời gian tín hiệu và bằng 0 tại vị trí khác Phổ biên độ của xung hìnhchữ nhật là hàm sinc(π fT) Hình dạng của hàm sinc có một búp chính hẹp vànhiều búp phụ có biên độ suy hao giảm dần so với các tần số cách xa trungtâm Mỗi sóng mang thành phần có một đỉnh biên độ cao nhất tại tần số trungtâm và bằng không tại tất cả các tần số là bội số của giá trị tần số (f=1/T).Hình 1.12 mô tả phổ của một tín hiệu OFDM

Tính trực giao là kết quả xác định biên độ đỉnh của mỗi sóng mangthành phần tương ứng và các giá trị 0 của tất cả các sóng mang thành phầnkhác.

1.2.4 Các vấn đề đồng bộ trong OFDM

Đồng bộ là một trong những vấn đề đang rất được quan tâm trong kỹthuật OFDM bởi nó có ý nghĩa quyết định đến khả năng cải thiện các nhượcđiểm của OFDM Chẳng hạn, nếu không đảm bảo sự đồng bộ về tần số sóngmang thì sẽ dẫn đến nguy cơ mất tính trực giao giữa các sóng mang nhánh,khiến hệ thống OFDM mất đi các ưu điểm đặc trưng nhờ sự trực giao này.Trong hệ thống OFDM, người ta xét đến ba loại đồng bộ khác nhau là: đồng

bộ tần số sóng mang, đồng bộ ký tự và đồng bộ tần số lấy mẫu

a Đồng bộ tấn số sóng mang

Trong đồng bộ tần số sóng mang, hai vấn đề chính được quan tâm đến

là : lỗi tần số (frequency error) và thực hiện ước lượng tần số

- Lỗi tần số

Lỗi tần số được tạo ra do sự khác biệt về tần số giữa hai bộ tao daođộng bên phát và bên thu, do độ dịch tần Doppler, hoặc do nhiễu pha xuấthiện khi kênh truyền không tuyến tính Hai ảnh hưởng do lỗi tần số gây ra là:suy giảm biên độ tín hiệu thu được (vì tín hiệu không được lấy mẫu tại đỉnhcủa mỗi sóng mang hình sin) và tạo ra nhiễu xuyên kênh ICI (vì các sóngmang bị mất tính trực giao)

- Ước lượng tần số

Tương tự như kỹ thuật đồng bộ ký tự, để thực hiện đồng bộ tần số, cóthể sử dụng tín hiệu pilot hoặc sử dụng tiền tố lặp Trong kỹ thuật sử dụng tínhiệu pilot, một số sóng mang được sử dụng để truyền những tín hiệu pilot(thường là các chuỗi giả nhiễu) Sử dụng những ký tự đã biết trước về pha vàbiên độ sẽ giúp ta ước lượng được độ quay pha do lỗi tần số gây ra Để tăng

độ chính xác cho bộ ước lượng, người ta sử dụng thêm các vòng khóa pha(Phase Lock Loop-PLL).

b Đồng bộ ký tự

Đồng bộ ký tự nhằm xác định chính xác thời điểm bắt đầu một ký tựOFDM Hiện nay, với kỹ thuật sử dụng tiền tố lặp (CP) thì đồng bộ ký tự đãđược thực hiện một cách dễ dàng hơn Hai yếu tố cần được chú ý khi thựchiện đồng bộ ký tự là lỗi thời gian (timing error) và nhiễu pha sóng mang(carrier phase noise)

- Lỗi thời gian

Lỗi thời gian gây ra sự sai lệch thời điểm bắt đầu một ký tự OFDM.Nếu lỗi thời gian đủ nhỏ sao cho đáp ứng xung của kênh vẫn còn nằm trongchiều dài khoảng tiền tố lặp (CP) thì hệ thống vẫn đảm bảo sự trực giao giữacác sóng mang Trong trường hợp này thì thời gian trễ của một ký tự đượcxem như là độ dịch pha của kênh truyền và độ dịch pha này được xác địnhnhờ kỹ thuật ước lượng kênh Trong trường hợp ngược lại, nếu chiều dài của

CP nhỏ hơn lỗi thời gian thì hệ thống sẽ xuất hiện lỗi ISI Có hai phương pháp

để thực hiện đồng bộ thời gian, đó là: đồng bộ thời gian dựa vào tín hiệu pilot

và đồng bộ thời gian dựa vào tiền tố lặp

- Nhiễu pha sóng mang

Nhiễu pha sóng mang là hiện tượng không ổn định về pha của các sóngmang do sự không ổn định của bộ tạo dao động bên phát và bên thu

Nhận xét: Một vấn đề cần được quan tâm đến là mối quan hệ giữa đồng

bộ ký tự và đồng bộ tần số sóng mang Để giảm ảnh hưởng của sự mất đồng

bộ tần số sóng mang thì có thể giảm số lượng sóng mang, tăng khoảng cáchgiữa hai sóng mang cạnh nhau Nhưng khi giảm số sóng mang thì phải giảmchu kỳ của mỗi ký tự trên mỗi sóng mang, dẫn đến việc đồng bộ ký tự rất khókhăn và phải chặt chẽ hơn Điều đó chứng tỏ hai vấn đề đồng bộ trên có quan

hệ chặt chẽ lẫn nhau, cần phải có sự dung hòa hợp lý để hệ thống đạt đượccác chỉ tiêu kỹ thuật đề ra

c Đồng bộ tần số lấy mẫu

Tại bên thu, tín hiệu liên tục theo thời gian thu được lấy mẫu theo đồng

hồ bên thu, vì vậy sẽ xuất hiện sự bất đồng bộ giữa đồng hồ bên phát và bênthu Người ta đưa ra hai phương pháp để khắc phục sự bất đồng bộ này.Phương pháp thứ nhất là sử dụng bộ dao động điều khiển bằng điện áp(Voltage Controlled Oscillator-VCO) Phương pháp thứ hai được gọi là: lấymẫu không đồng bộ; trong phương pháp này, các tần số lấy mẫu vẫn được giữnguyên nhưng tín hiệu được xử lý số sau khi lấy mẫu để đảm bảo sự đồng bộ

d Ảnh hưởng của mất đồng bộ ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống OFDM

Người ta thường đánh giá ảnh hưởng của mất đồng bộ dựa trên việc xácđịnh độ suy giảm của tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu SNR Ta có thể đưa ramột số nhận xét sau:

- Đồng bộ tần số sóng mang giữa máy phát và máy thu ảnh hưởng đếnchỉ tiêu chất lượng hệ thống nhiều nhất (kể cả kênh fading lẫn kênh AWGN).Suy hao SNR [dB] tỷ lệ thuận với bình phương độ sai lệch tần số sóng mang

- Độ lệch của nhiễu pha sóng mang tỷ lệ thuận với số lượng sóngmang Vì vậy, suy hao SNR [dB] theo nhiễu pha tăng lên khi tăng số lượngsóng mang

- Suy hao SNR [dB] theo lỗi đồng bộ tần số lấy mẫu phụ thuộc vàobình phương của chỉ số sóng mang và bình phương độ dịch tần số lấy mẫutương đối

- Ảnh hưởng của lỗi thời gian sẽ bị triệt tiêu nếu độ dịch thời gian

đủ nhỏ sao cho nó không làm đáp ứng xung của kênh vượt ra ngoàikhoảng của CP

1.2.5 Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR)

Tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình là một trong những hạnchế cơ bản của tín hiệu OFDM Khi tỉ số này cao, việc sử dụng bộ khuyếchđại công suất sẽ không đạt hiệu suất cao vì phải dành dự trữ công suất đểtránh nhiễu phi tuyến Như vậy, giảm PAPR là yêu cầu quan trọng của hệthống sử dụng OFDM

PAPR của một ký tự OFDM là tỉ số giữa giá trị lớn nhất của bìnhphương một mẫu đơn lẻ trên miền thời gian với giá trị trung bình bình phươngcủa mẫu này:

PAPR=

2

2 1 ,

1 , 0

max

m

m N m

) 1 0 ( 5 0

Thứ nhất là kĩ thuật làm méo tín hiệu Các kĩ thuật này giảm biên độđỉnh chỉ đơn giãn bằng cách làm méo tín hiệu OFDM tại xung quanh đỉnh củatín hiệu Các kĩ thuật này gồm có clipping, peak windowing và peakcancellation

Thứ hai là các kĩ thuật mã hoá (coding technique) sử dụng bộ mã hoásửa sai đặc biệt nhằm loại ra những symbol OFDM có PAPR cao

Thứ ba là những kĩ thuật dựa trên việc ngẫu nhiên hoá mỗi symbolOFDM với các chuỗi giả ngẫu nhiên khác nhau và lựa chọn các chuỗi có tỉ lệPAPR nhỏ nhất Thứ hai là các kĩ thuật mã hoá (coding technique) sử dụng bộ

mã hoá sửa sai đặc biệt nhằm loại ra những symbol OFDM có PAPR cao

Thứ ba là những kĩ thuật dựa trên việc ngẫu nhiên hoá mỗi symbolOFDM với các chuỗi giả ngẫu nhiên khác nhau và lựa chọn các chuỗi có tỉ lệPAPR nhỏ nhất

1.2.6 Ảnh hưởng của kênh truyền đến OFDM

được gọi là fading chậm

Hình 1.13 Đáp ứng tần số của kênh truyền đa đường

b Tạp âm trắng Gaussian

Tạp âm trắng Gaussian có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả

băng thông và tuân theo phân bố Gaussian Theo phương thức tác động thì

của các hạt mang điện gây ra là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắngcộng tác động đến kênh truyền dẫn Đặc biệt, trong hệ thống OFDM, khi sốsóng mang phụ là rất lớn thì hầu hết các thành phần nhiễu khác cũng có thểđược coi là nhiễu Gaussian trắng cộng tác động trên từng kênh con vì xét trêntừng kênh con riêng lẻ thì đặc điểm của các loại nhiễu này thỏa mãn các điềukiện của nhiễu Gaussian trắng cộng

c Fading Rayleigh

Fading Rayleigh là loại Fading (Fading phẳng) sinh ra do hiện tượng đađường (Multipath Signal) và xác suất mức tín hiệu thu được suy giảm so vớimức tín hiệu phát đi tuân theo phân bố Rayleigh Loại fading này còn được

gọi là fading nhanh vì sự suy giảm công suất tín hiệu rõ rệt trên khoảng cách

ngắn (tại các nửa bước sóng) từ 10-30dB

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

Hình 1.14 Các tín hiệu đa đường

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

d Fading lựa chọn tần số

Trong truyền dẫn vô tuyến đáp ứng phổ của kênh là không bằng phẳng,

nó bị dốc và suy giảm do phản xạ dẫn đến tình trạng có một vài tần số bị triệttiêu tại đầu thu Phản xạ từ các vật gần như mặt đất, công trình xây dựng, câycối có thể dẫn đến các tín hiệu đa đường có công suất tương tự như tín hiệunhìn thẳng Điều này sẽ tạo ra các điểm “0” (nulls) trong công suất tín hiệunhận được do giao thoa

e Trải trễ

Trải trễ là khoảng chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu trực tiếp và tínhiệu phản xạ thu được cuối cùng tại bộ thu do hiệu ứng đa đường Trongthông tin vô tuyến, trải trễ có thể gây nên nhiễu xuyên ký tự ISI Điều này là

do tín hiệu sau khi trải trễ có thể chồng lấn đến các kí tự lân cận Nhiễu xuyên

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

f Dịch Doppler

Khi bộ phát và bộ thu chuyển động tương đối với nhau thì tần số củatín hiệu tại bộ thu không giống với tần số tín hiệu tại bộ phát Cụ thể là: khinguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thì tần số thu được sẽ

lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động ra xa nhauthì tần số thu được sẽ giảm đi Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Doppler.

1.2.7 Ưu khuyết điểm của OFDM

a Ưu điểm của OFDM

Sau đây là nhưng ưu điểm của hệ thống:

- OFDM tăng hiệu hiệu suất sử dụng phổ bằng cách chồng lấp nhữngsóng mang con

- Sử dụng thuật toán FFT và IFFT làm cho điều chế tín hiệu đơn giản,hiệu quả và các bộ ADC, DAC đơn giản

- Làm giảm được can nhiễu kí tự ISI và xuyên nhiễu giữa các sóngmang ICI nhờ kỹ thuật giảm tốc độ tín hiệu bằng bộ S/P, chèn bít bảo vệ, cácsóng mang phụ trực giao nhau

- Các kênh con có thể coi là các kênh fading phẳng nên có thể dung các

bộ cân bằng đơn giản trong suốt quá trình nhận thông tin, giảm độ phức tạpcủa máy thu

- Chịu đựng tốt với nhiễu xung và nhiễu xuyên kênh kết hợp

b Nhược điểm của OFDM

- OFDM nhạy với tần số dịch tần hơn các hệ thống đơn sóng mang.Vấn đề đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM phức tạp hơn các hệ thống khác.Tần số dịch tần của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao vàgây nhiễu liền kênh làm giảm hoạt động của các bộ giải điều chế một cáchtrầm trọng Vì vậy đồng bộ tần số là một trong những nhiệm vụ quan trọngtrong bộ thu OFDM

- OFDM tạo tín hiệu trên nhiều sóng mang, dải động của tín hiệu lớnnên công suất tín tương đối cực đại PAPR lớn, hạn chế hoạt động của bộkhuếch đại công suất

Nhận xét:

OFDM là một công nghệ đa sóng mang trong đó luông tín hiệu có tốc

độ cao cần truyền được chia nhỏ và được truyền trên các sóng mang con trựcgiao với nhau Và so với hệ thông FDM, OFDM cho phép nén phổ xuống50% Hai thuật toán IFFT và FFT cho phép đơn giản hóa phần cứng trongmáy thu và máy phát Ngoài ra trong chương này ta còn trình bày các phần cơbản về máy phát và máy thu, các đặc tính của OFDM và ảnh hưởng củađường truyền đối với hệ thống OFDM Việc xét đến các ảnh hưởng của mấtđồng bộ đến chỉ tiêu chất lượng hệ thống OFDM sẽ giúp chúng ta nhận biếtvai trò của các loại đồng bộ và thực hiện đồng bộ có hiệu quả nhất Tỷ sốPAPR cao là một bất lợi lớn của hệ thống OFDM Việc giảm được tỷ sốPAPR trong hệ thống OFDM là một điều rất đáng quan tâm

1.3 Kết luận

Trong chương này chúng ta đã tìm hiểu tổng quan về nguyên lý hoạtđộng, cấu tạo, các đặc tính, các yếu tố ảnh hưởng đến CDMA và OFDM cùngvới ưu nhược điểm của chúng Chúng ta thấy, công nghệ CDMA là công nghệ

sử dụng mã trải phổ có tốc độ lớn hơn nhiều tốc độ tín hiệu, với công suấtphát thấp nó tránh được nhiễu, giao thoa, tính bảo mật cao Công nghệ OFDM

là một công nghệ đa sóng mang trong đó luông tín hiệu có tốc độ cao cầntruyền được chia nhỏ, được truyền trên các sóng mang con trực giao với nhau

và cho phép nén phổ xuồng 50% so với FDM Thông qua đó chúng ta xâydựng một công nghệ kết hợp những ưu điểm của hai công nghệ này, với tốc

độ truyền cao hơn, khả năng khắc phục fading chọn lọc tần tốt hơn, sử dụngbăng thông có hiệu quả hơn…

Chương 2 Công Nghệ MC – CDMA

Phổ tần vô tuyến là yếu tố quan trọng hàng đầu trong thông tin vô tuyếnnhưng nó lại là nguồn tài nguyên hữu hạn Đây chính là động lực thúc đẩyviệc nghiên cứu nhằm hướng đến việc xây dựng các hệ thống sử dụng phổ tầnmột cách hiệu quả hơn và cung cấp độ rộng băng tần lớn hơn Năm 1993, ýtưởng về sự kết giữa CDMA và OFDM dẫn đến việc ra đời của mô hình đatruy cập mới đó là công nghệ đa truy nhập MC - CDMA Nó là kỹ thuật đatruy nhập mới rất hữu ích cho hệ thống 4G, hệ thống cung cấp tốc độ dữ liệucao và đáng tin cậy Trong chương này chúng ta sẽ đi phân tích những đặcđiểm cơ bản của MC - CDMA: Nguyên lý, phân loại, mô hình hệ thống, kỹthuật thu và phát tín hiệu MC - CDMA, sau đó đề cập đến kỹ thuật phát hiện

và các yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống

2.1 Nguyên lý chung của kỹ thuật MC - CDMA

Hình 2.1 Nguyên tắc chung của kỹ thuật MC – CDMA [5]

MC - CDMA dựa vào sự kết hợp chặt chẽ giữa kỹ thuật trải phổ trựctiếp và kỹ thuật điều chế đa sóng mang Luồng dữ liệu trải phổ DS tốc độ cao