Slide Bài Giảng Đa Truy Nhập Vô Tuyến Chương 4 Mô Hình Kênh Ds-Cdma

BÀI GIẢNG

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN
Giảng viên:
Bộ mơn:
Khoa:

Lê Tùng Hoa
Vơ tuyến
Viễn Thông 1


www.ptit.edu.vn

CHƯƠNG 4:

MƠ HÌNH KÊNH DS-CDMA
VÀ HIỆU NĂNG

2


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 4.1 Giới thiệu
• 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• 4.3 Máy thu phối hợp

• 4.4 Xác xuất lỗi bít
• 4.5 CDMA với các phương pháp điều chế khác
• 4.6 Câu hỏi và bài tập

3


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 4.1 Giới thiệu
• 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• 4.3 Máy thu phối hợp

• 4.4 Xác xuất lỗi bít
• 4.5 CDMA với các phương pháp điều chế khác
• 4.6 Câu hỏi và bài tập

4


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

4.1 Giới thiệu
• Đặc điểm tín hiệu trải phổ
• Mật độ cơng suất thấp (W/Hz): Như tạp âm nền

• Các tín hiệu sử dụng cùng băng tần sẽ có một lượng nhiễu tương hỗ
• Các mã trải phổ trong tập mã có giá trị tương quan chéo thấp (gần như trực giao, R

i

 0) → Ảnh hưởng khơng đáng kể
• Khi tăng số người dùng, nhiễu tương hỗ làm giảm dung lượng hệ thống (MUI-MultiUser Interference)

• Ứng dụng của DSSS trong CDMA,

• Hệ thống khảo sát:
• Điều chế BPSK

• Dạng sóng tín hiệu số liệu và trải phổ đều là hình chữ nhật
• Kênh AWGN (Additive White Gaussian Noise): n(t)
• Trung bình “0”
• Thơng số PSD = No/2
• Tồn tại MUI

• Máy thu tương quan nhất quán
5


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 4.1 Giới thiệu
• 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA

• 4.3 Máy thu phối hợp

• 4.4 Xác xuất lỗi bít
• 4.5 CDMA với các phương pháp điều chế khác
• 4.6 Câu hỏi và bài tập

6


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• Hệ thống DS-CDMA
• K người sử dụng, mỗi người dùng có chỉ số k (k = 1,2,3,…,K)
• Số liệu: () d (t) : Biên độ +1, -1; độ rộng bit: T ; độ rộng băng tần B = 1/T
k

b

• Mã trải phổ: () c t) : Biên độ +1, -1; độ rộng chip: T ; chu kỳ NT
k(

• Hệ số trải phổ : SF = T /T = N
b

c

d

b

c

c

• Dạng sóng đầu ra máy phát

s k (t)

d k (t)c k (t) 2Pk cos(2 fc t

k

)

(4.1)

• Độ rộng băng tần truyền dẫn của s (t): B = 1/T = N/T
k
dc
c
b
• Phổ trải rộng N lần
• Mật độ phổ cơng suất giảm N lần
• Kênh truyền
• Kênh tuyến tính (kênh cộng): K tín hiệu phát và tạp âm cộng với nhau
• Tổn hao đường truyền Lpk; cơng suất thu trung bình Prk; trễ k

7


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• Hệ thống

DS-CDMA

a) Mơ hình CDMA với K máy phát
Lp1 ,  1

d1 (t)
c1 (t)

2P1 cos(2 fc t

1

)

å

Lp2 ,  2

d 2 (t)
c 2 (t)

2P2 cos(2 fc t

2

n(t)

)

Ký hiệu
Lpk ,k : suy hao và trễ
đường truyền k

LpK ,  K

dK (t)
c K (t)

2PK cos(2 fc t

r(t)

K

)

b) Máy thu k
Tb

k

r(t)

(.)dt
k

c k (t)

2 / Tb cos(2 fc t

rk

•0

“1”
“1”

dˆ k (t

k

)

)

Hình 4.1. Mơ hình hệ thống DS-CDMA: a) Sơ đồ khối, b) máy thu tương quan nhất quán
8


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• Hệ thống DS-CDMA
• Q trình thu
• Đồng bộ thời gian, đồng bộ mã, đồng bộ sóng mang
• Giải trải phổ với mã :

ck (t −  k )
• Giải điều chế với sóng mang

2
Tb

cos 2 fc t

rk

rk

'

k

2 fc

k

• Lọc (mạch tích phân): Khơi phục lại năng lượng tín hiệu số liệu

• Lấy mẫu T giây một lần
b

• Quyết định: Cho ra chuỗi cơ số hai


d( t −  k )
9


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• Hiệu năng hệ thống
Coi MUI là tạp âm Gauss trắng cộng: I0

• Mật độ cơng suất tạp âm tổng : N’

0

N

'
0

I0

N0

(1

)
B

K

P

N0

j rj

(4.3)

j 1
j k

Prk: Công suất thu người dùng k; Prj: Công suất thu người dùng j
: Hệ số nhiễu từ ô khác
j: Hệ số tích cực tiếng
N0: Mật độ phổ tạp âm
B: Băng thơng hệ thống

• SNR đầu vào máy thu k

S

N

in _ k

SNR in _ k

Prk
BN'0

Prk

(4.2)

K

P (1

j rj

)

BN0

j 1
j k

10


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• Hiệu năng hệ thống
• Tỉ số năng lượng bit trên mật độ công suất tạp âm tổng

E b _ rk
N'0
E b _ rk
N

'
0

Prk .Tb
N'0

Prk .Tb .B
B.N'0

G p .SNR in _ k

(4.5)

Prk

Gp .

K

(1

)

P

j rj

BN 0

(4.6)

j 1
j k

Eb_rk: Năng lượng bit trung bình người dùng k

11


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• Hiệu năng hệ thống
• Tỉ số năng lượng bit trên mật độ cơng suất tạp âm tổng
Điều khiển cơng suất hồn hảo: Prk = Prj = Pr
Hệ số tích cực tiếng: j = 1
Bỏ qua ảnh hưởng nhiễu từ các ô khác:  = 0

 K − 1 N0
Ebr
Ebr
Pr
=
G
=
G
=
+

p
p
'
N0
( K − 1) Pr + BN 0
( K − 1) Ebr + BTb N 0  G p Ebr





−1

(4.7)

• Xác suất lỗi bit hệ thống
1

Pb _ BPSK

Q

2E b _ rk
N

'
0

K 1
Q
2G p

1
2E br

2

(4.8)

N0
12


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA

• Hiệu năng hệ thống
• Số người sử dụng đồng thời được phép trong hệ thống
Biết : Eb/N’0 yêu cầu; Gp; Prj = Prk = Pr; j = k = 

E br
N

Gp .

G p .SNR in

'
0

1

K

1

1

Gp

E br
N

K max

Pr

K 1 Pr

'
0

BN 0

(4.9)

BN 0
(1

)

Pr

1

(4.10)

Gp
(4.11)

E br
N

'
0

1

13


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• Hiệu năng hệ thống
• Số người sử dụng cực đại trong một ơ
Nếu hệ số điều khiển cơng suất hồn hảo: 
Độ lợi ô phân đoạn: 

K max

1

Gp

E br

.

1
1

1

. . .

(4.12)

N'0

14


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 4.1 Giới thiệu
• 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• 4.3 Máy thu phối hợp

• 4.4 Xác xuất lỗi bít
• 4.5 CDMA với các phương pháp điều chế khác
• 4.6 Câu hỏi và bài tập

15


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.3 Máy thu phối hợp
• Xét đường lên hệ thống TTDĐ

• Hệ thống dị bộ: Các MS có chuẩn thời gian khác nhau (do trễ )
• Tốc độ số liệu các người dùng đều là R

b

• Bit thứ m trong số (2M + 1) bit của người sử dụng k

bk (m) = 0,1
dk (m) = 1 − 2bk (m)  dk (m) = 1, −1
dk T =

dk ( t ) =

d ( −M) ,....., d (0 ) ,....., d (M)
k

M

å

m =− M

k

dk (m) pT (t − mTb );
b

k

(4.15)

T: transposed matrix

 1
pT (t ) = 
b
 0

t  0, Tb 
t  0, Tb 

16


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.3 Máy thu phối hợp
• Xét đường lên hệ thống TTDĐ
• Mỗi máy phát được ấn định chuỗi PN trực giao c (t)
k

N

c k (t)

c k (i)pT (t
i 1

c

iTc );

pT (t)
c

1
0

t
t

0, Tc
0, Tc

(4.17)

ck(i): Chip trải phổ thứ i tại thời điểm iTc của máy phát k (= {+1,-1})

• Tín hiệu phát của người sử dụng k
M

2E bk

s k (t)
m

M

Tb

d k (t)c k (t) cos(2 fc t

M

Pk d k (t)C k (t); With : C k (t)

s k (t)
m

M

k

)

(4.19)

2 cos 2 fc t
0

k

c k (t)

t

0, Tb

t

0, Tb
17


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.3 Máy thu phối hợp
a)

d1(t)

Tx1
c1(t)

d2(t)

Hình 4.2. Sơ đồ
khối của máy
phát trong hệ
thống DS-CDMA
dị bộ .
(a) K mỏy phỏt,
(b) Mt mỏy phỏt
n.

Tx2

c2(t)

s(t)
Kê nh

dk(t)

r(t)

Txk
ck(t)

dK(t)

TxK
cK(t)

b)

Nguồn bit

bj(t)

Bộ sắp xếp
0
+1
1
-1

dj(t)

Bộ điều chế
và trải phổ

sj(t)

cj(t)

18


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.3 Máy thu phối hợp
• Tín hiệu thu sau kênh truyền dẫn
K

M

r(t)

Prj
j 1

d j (m)C j (t
m

mTb

j

)

(4.20)

n(t)

M

• Trường hợp đường xuống các tín hiệu phát đồng bộ nên coi  = 0
j

K

r(t)

M

Prj
j 1

d j (m)C j (t
m

mTb )

n(t)

(4.23)

M

• Xét tại bit: m = 0
K

r(t)

Prj d j (0)C j (t)

n(t)

(4.24)

k 1

19


ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.3 Máy thu phối hợp
iTc + 1 + mTb

 (.)dt

(i −1) Tc + 1 + mTb

2
cos( c t + 1 )
Tb
iT + 
c

r(t)

2 + mTb

 (.)dt

2
cos( c t +  2 )
Tb

K

iTc + mTb + 1

å (.)
i =1

y 2 (i)
iTc + mTb +  2
c 2 (i)

mTb

(.)dt
(i 1)T

N

Y1 (m)
(m + 1)Tb + 1



Mạ ch quyết
định

c1 (i)

(i −1) Tc +  2 + mTb

iTc

y1 (i)

c K
2
cos( c t +  K )
Tb

mTb

iTc + mTb +  K

y K (i)



N

å (.)
i =1

Y2 (m)
(m + 1)Tb +  2

M¹ ch quyết
định

b 2 ( m)



N

ồ (.)
i =1

c K (i)

b1 ( m )

YK (m) M¹ ch quyÕt b K (m)

(m + 1)Tb + K

định

Hỡnh 4.3. Mỏy thu b lc phi hợp thơng thường tách sóng đồng thời các tín hiệu
DS-CDMA dị bộ K người sử dụng
20


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.3 Máy thu phối hợp
• Máy thu gồm K bộ lọc. Bộ lọc k phối hợp với tín hiệu C (t)
k

• Cơng suất đầu vào máy thu k

K

r(t)
j 1

2E brj
Tb

d j (t

j

)c j (t

j

) cos(2 fc t

rj

)

n t

(4.34)

• Tín hiệu thu được giải điều chế, sau lọc được lấy mẫu ở cuối khoảng thời gian của

một chip.
• Kết quả mẫu của chip được giải trải phổ

y k (i)

1
Tb

iTc

k

mTb

r(t)C k (t
( i 1)Tc

k

mTb

k

)dt

(4.28)

mTb

21


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.3 Máy thu phối hợp
• Đầu ra bộ cộng là biểu diễn của ký hiệu m và được lấy mẫu ở cuối khoảng thời gian

của ký hiệu
N

iTc

1

Yk (m)

Tb

i 1

k

mTb

r(t)C k (t
( i 1)Tc

k

mTb

k

)dt

mTb

(4.29)

N

Yk (m)

y k (i)
i 1

• Thay giá trị r(t) vào ta được

Yk (m)
K

Pjr
j 1
j k

E brk d k (m)
M

1
Tb

N

(4.30)

n0
iTc

k

mTb

d j (n)c j (t
m

M i 1 ( i 1)T
c

k

nTb

j

)c k (t

mTb

E brk d k (m)

)dt

mTb

K

Yk (m)

k

E brj

d j (m

)R kj ( )

nk m

(4.32)

j 1
j k

22


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 4.1 Giới thiệu
• 4.2 Mơ hình kênh DS-CDMA
• 4.3 Máy thu phối hợp

• 4.4 Xác xuất lỗi bít
• 4.5 CDMA với các phương pháp điều chế khác
• 4.6 Câu hỏi và bài tập

23

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.4 Xác suất lỗi bit
• Tín hiệu vào bộ quyết định
Yk (t)

Tb
2 E br
Tb

k

) E br

nk

Ik

(4.36)

Tb

k

2

nk

Ik

d k (t

n(t) cos(2 fc t

rk

)dt

(4.37)

k

Tb

K

d j (u
0

kj

)c j (u

kj

)c k (u) cos(2 fc u

kj

) cos(2 fc u

k

) du (4.38)

j 1
j k

• Mạch quyết định khảo sát dấu của Y (m)
k

d k (m)

sign Yk (m)

1

nÕu Yk (m)

0

1

nÕu Yk (m)

0

(4.25)

24


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

4.4 Xác suất lỗi bit
• Xác suất lỗi hệ thống
P Yk

0 | Ik

x

P

nk

x
N0

E br

0

2

Q

x
N0

2E br
N0

(4.45)

2E br
.dx
N0

(4.46)

2

• Xác xuất lỗi bit trung bình
(lấy trung bình thành phần I)

Pb

EQ

x
N0

2E br
N0

2

f Ik x .Q

x
N0

2

fIk(x) : Hàm mật độ của MUI

25