đồ án chuyên ngành '''' tìm hiểu các phương pháp điều khiển công suất mc-cdma bước cố định, đa mức ''''

ĐỀ TÀI


Tìm hiểu các phương pháp điều khiển công
suất MC-CDMA
: bước cố định, đa mức





Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Bích Hạnh
Sinh viên thực hiện : Trần Công Khánh


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 1

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 4
Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỂN 5
PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5
BẢNG TỪ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC HÌNH 9
LỜI MỞ ĐẦU 11
CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA VÀ KỸ THUẬT OFDM 12

1.2.2 Các kỹ thuật trải phổ cơ bản 15
1.2.4 Hiệu ứng gần xa 19
1.2.5 Điều khiển công suất 19
1.3 KỸ THUẬT OFDM 20
1.3.1 Hệ thống OFDM 20
1.3.2 Kỹ thuật xữ lý tín hiệu OFDM 22
1.3.3 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM 22
1.3.4 Đặc điểm của kỹ thuật OFDM 24
CHƢƠNG II: HỆ THỐNG MC-CDMA 26
2.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 26
2.2 HỆ THỐNG MC-CDMA 26
2.2.1 Khái niệm MC-CDMA 26
2.2.2 Sơ đồ khối 27
2.3 MÁY PHÁT MC-CDMA 27
2.5 KÊNH TRUYỀN 31
2.6 CÁC PHƢƠNG PHÁP TRIỆT NHIỄU 32
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 2

2.6.1 Phƣơng pháp triệt nhiễu nối tiếp 32
2.6.2 Phƣơng pháp triệt nhiễu song song 32
2.7 VẤN ĐỀ DỊCH CỦA TẦN SỐ SÓNG MANG TRONG HỆ THỐNG
MC-CDMA 32
2.8 ƢU ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT MC-CDMA 36
2.9 NHƢỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT MC-CDMA 36
2.10 KẾT LUẬN CHƢƠNG 36
CHƢƠNG III : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA
37
3.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 37

3.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG
MC-CDMA 37
3.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 38
3.4 HỒI TIẾP DƢƠNG TRONG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐƢỜNG LÊN
42
3.5 CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA
43
3.5.1 Điều khiển công suất dựa vào ngƣời sử dụng: 43
3.5.2 Điều khiển công suất dựa vào băng tần: 44
3.6 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ
THỐNG MC-CDMA 46
3.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 47
CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG 48
4.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 48
4.2 CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 48
4.3 MÔ PHỎNG 49
4.3.1 Mô phỏng phƣơng pháp điều khiển công suất fixed step 49
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 3

4.3.2 Mô phỏng phƣơng pháp điều khiển công suất đa mức (multilevel)
50
4.4 SO SÁNH HAI PHƢƠNG PHÁP DỰA VÀO CÔNG SUẤT PHÁT,
SNR, BER 52
4.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 54
PHỤ LỤC 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 65
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 66

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 4

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Trong xã hội hiện đại ngày nay, trao đổi thông tin trở thành một nhu cầu
thiết yếu. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông
tin mọi lúc, mọi nơi. Nhu cầu này ngày càng lớn nên số lượng khách hàng sử dụng
thông tin di động ngày càng tăng, các mạng thông tin di động vì thế được mở rộng
ngày càng nhanh. Chính vì vậy, cần phải có các biện pháp tăng dung lượng cho
các hệ thống thông tin di động hiện có. Hệ thống CDMA ra đời và đã chứng tỏ
được khả năng hỗ trợ được nhiều user hơn so với các hệ thống ra đời trước đó.
Hơn nữa, so với hai phương pháp đa truy nhập truyền thống là phân chia theo tần

số FDMA và phân chia theo thời gian TDMA thì phương pháp truy nhập phân
chia theo mã CDMA có những đặc điểm nổi trội: chống nhiễu đa đường, có tính
bảo mật cao, hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ khác nhau…Và trong tương lai,
nhu cầu về các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng, mạng thông tin di động không
chỉ đáp ứng nhu cầu vừa đi vừa nói chuyện mà còn phải cung cấp cho người sử
dụng các dịch vụ đa dạng khác như truyền dữ liệu, hình ảnh và video… Chính vì
vậy, vấn đề dung lượng và tốc độ cần phải được quan tâm đồng thời.
Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM,
một kỹ thuật điều chế đa sóng mang, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng vô
tuyến cũng như hữu tuyến. Ưu điểm của OFDM là khả năng truyền dữ liệu tốc độ
cao qua kênh truyền chọn lọc tần số, tiết kiệm băng thông, hệ thống ít phức tạp
hơn.






ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 5

Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỂN
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, ý tưởng về kỹ thuật
MC-CDMA đã ra đời, dựa trên sự kết hợp của CDMA và OFDM. MC-CDMA kế
thừa tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM: tốc độ truyền cao, tính bền vững
với Fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm
độ phức tạp của hệ thống. Chính vì vậy MC-CDMA là một ứng cử viên sáng giá
cho hệ thống thông tin di động trong tương lai.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Tìm hiểu các phương pháp điều khiển công suất: bước cố định, đa mức.
















ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 6

BẢNG TỪ VIẾT TẮT
4G
Fourth Generation
ABS
Adaptive Band Selection
ADC
Analog to Digital Converter
AWGN
Additive White Gaussian Noise

BER
Bit Error Ratio
BPSK
Binary Phase Shift Keying
BS
Base Station
CCI
Co-Channel Interference
CDF
Cumulative Distribution Function
CDMA
Code Division Multiple Access
DAC
Digital to Analog Converter
DFT
Discrete Fourier Transform
FDM
Frequency Division Multiplexing
FDMA
Frequency Division Multiple Access
FEC
Forward Error Correction
FFT
Fast Fourier Transform
ICI
Inter-Channel Interference
ICI
Inter Carrier Interface
IMT-2000
International Mobile Telecommunication 2000

IS-95
Interim Standard 1995
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 7

ISI
Inter Symbol Interference
IDFT
Inverse Discrete Fourier Transform
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
LAN
Local Area Network
MAI
Multi Access Interference
MC-CDMA
Multi-Carrier Code Division Multiple Access
MC DS-CDMA
Multi-Carrier Direct Spread CDMA
MT-CDMA
Multitone Code-Division Multiple-Access
MSC
Mobile Switching Center
MRC
Maximal Ratio Combining
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PAPR
Peak-to-Average Power Ratio

PLL
Phase Lock Loop
PRBS
Pseudo Random Binary Sequence
PSTN
Public Switched Telephone Network
P/S
Parallel to Serial
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
QoS
Quality of Service
QPSK
Quadrature Binary Phase Shift Keying
SNR
Signal-to-Noise Ratio
S/P
Serial to Parallel
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 8

TDMA
Time Division Multiple Access
VDSL
Very high bit rate Digital Subscriber Line
VCO
Voltage-Controlled Oscillator

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 9

DANH MỤC HÌNH
Bảng 4.1: Bảng thông số mô phỏng
Hình 1.1 :Sơ đồ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên
Hình 1.2 :Đồ thị hàm tự tương quan của chuỗi PRBS
Hình 1.3 :Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DS – SS
Hình 1.4: Phổ của tín hiệu trước và sau khi trải phổ
Hình 1.5: Dạng sóng của tín hiệu trước trải phổ và sau trải phổ
Hình 1.6: Phổ của tín hiệu FH – SS
Hình 1.7: Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FH – SS

Hình 1.8 :Hiệu ứng gần - xa
Hình 1.9 :Sơ đồ khối hệ thống OFDM
Hình 1.10 :Đáp ứng tần số của kênh truyền đa đường
Hình 1.11 :Các tín hiệu đa đường
Hình 1.12 :So sánh việc sử dụng băng tần của FDM và OFDM
Hình 2.1 :Sơ đồ khối của hệ thống MC-CDMA
Hình 2.2 :Sơ đồ máy phát MC – CDMA ứng với user thứ k
Hình 2.3 :Phổ công suất của tín hiệu MC-CDMA
Hình 2.4 :Sơ đồ máy phát MC – CDMA sửa đổi ứng với user thứ k
Hình 2.5 :Sơ đồ máy thu MC – CDMA cho user thứ k
Hình 2.6 :Sơ đồ triệt nhiễu song song nhiều tầng
Hình 3.1 :Mô hình hệ thống với các users tích cực
Hình 3.2 :Điều khiển công suất dựa vào người sử dụng
Hình 3.3 :Điều khiển công suất dựa vào băng tần
Hình 4.1 :Giao diện mô phỏng chương trình
Hình 4.2 :Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước cố định(fixed-step)
Hình 4.3 :Chương trình mô phỏng điều khiển công suất theo bước cố định
Hình 4.4 :Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất đa mức (multi-level)
Hình 4.5 :Chương trình điều khiển công suất đa mức ( Multilevel)
Hình 4.6 : So sánh mức công suất phát của cả 2 phương pháp
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 10

Hình 4.7 : So sánh SNR thu được của 2 phương pháp
Hình 4.8 : Giá trị BER thu được ở 2 phương pháp

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 11

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời gian làm đề tài này, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức còn hạn
chế, thời gian nghiên cứu đề tài có hạn và nguồn tài liệu chủ yếu là các bài báo tiếng
Anh trên mạng nên đồ án còn nhiều sai sót. Em rất mong nhận được sự phê bình,
các ý kiến đóng góp chân thành của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của cô NGUYỄN THỊ BÍCH
HẠNH cùng các thầy cô và bạn bè trong khoa để em hoàn thành đề tài này.
Đà Nẵng, Ngày 20 tháng 11 năm 2011
Sinh viên thực hiện

Trần Công Khánh

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 12

CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA VÀ KỸ THUẬT OFDM
1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG
Trong bất kỳ hệ thống thông tin vô tuyến nào, dải băng tần được cho
phép sử dụng là luôn bị giới hạn. Vì vậy, việc chia sẻ kênh truyền để nhiều
người có thể sử dụng đồng thời là một nhu cầu cấp thiết. Các kỹ thuật đa
truy nhập ra đời từ đó. Kỹ thuật FDMA ra đời đầu tiên sau đó đến kỹ thuật
TDMA và ngày nay, kỹ thuật CDMA đã ra đời, dựa trên nguyên lý trải phổ
và được sử dụng rộng rãi cho thông tin vô tuyến trên toàn thế giới. CDMA
đã chứng tỏ được khả năng vượt trội so với các kỹ thuật analog hoặc digital
khác. Vì thế, trong chương này sẽ giới thiệu về nguyên lý CDMA, ba kỹ
thuật trải phổ trong CDMA, chuỗi mã trải phổ PN và chuỗi mã trải phổ
Walsh-Hardamard. Chúng được sử dụng phổ biến trong hệ thống DS-
CDMA và hệ thống MC-CDMA. Chương này đề tài cũng nguyên cứu các
vấn đề liên quan tới hệ thống DS-CDMA.

1.2 TỔNG QUAN VỀ CDMA
Lý thuyết về công nghệ CDMA được xây dựng từ những năm 1950 và
được áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát
triển của công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980,
CDMA đã được thương mại hóa từ phương pháp thu GPS và Ommi-
TRACS, phương pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống thông tin di
động tổ ong của Qualcomm – Mỹ vào năm 1990.
CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể
chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi. Những người
sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không
trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toàn
mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả
ngẫu nhiên. Một kênh CDMA rộng 1.23 MHz với hai dải biên phòng vệ
0,27 MHz, tổng cộng 1,77 MHz. CDMA dùng mã trải phổ có tốc đọ cắt
(chip rate) 1,2288 MHz. Dòng dữ liệu gốc được mã hóa và điều chế ở tốc độ
cắt. Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra (mã trải phổ giả ngẫu nhiên, PN
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 13

Pseudonoise: giả tạp âm) của máy phát PN. Một cắt là phần dữ liệu mã hóa
qua cổng XOR.
Để nén phổ lại tín hiệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính
xác như khi tín hiệu được xử lý ở máy phát, Nếu mã PN ở máy thu khác
hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin tức không thể
thu nhận được.
Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lượng tín hiệu vào
một dải tần rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc. Ở phía thu, phổ của tín hiệu
lại được nén về lại phổ của tín hiệu gốc
1.2.1 Mã trải phổ

Có sáu chuỗi trải phổ cơ bản sau: Chuỗi giả ngẫu nhiên PN (Pseudo-
random Noise), chuỗi Gold, chuỗi Gold trực giao (Orthogonal Gold), chuỗi
Kasami, chuỗi Hadamarh Walsh và chuỗi GOLAY bù.
Do trong phạm vi đề tài này chỉ nghiên cứu chuỗi giả ngẫu nhiên PN
và chuỗi Hadamarh Walsh.
1.2.1.1 Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên:


Hình 1.1 Sơ đồ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên
Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên là chuỗi tín hiệu nhị phân tuần
hoàn nhưng có chu kỳ lặp lại rất lớn, do đó nếu không được biết trước quy
luật của nó, người quan sát khó nhận biết được quy luật. Ta gọi đó là chuỗi
giả ngẫu nhiên (PRBS: Pseudo Random Binary Sequence)[1],[2]. Chuỗi
PRBS được tạo ra từ mạch chuỗi gồm ND-FlipFlop ghép liên tiếp nhau như
hình 1.1
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 14


Hình 1.2 Đồ thị hàm tự tương quan của chuỗi PRBS
Tùy theo vị trí đóng mở của các khoá mà ta có các tín hiệu hồi tiếp về
khác nhau. Có tối đa 2N – 1 trạng thái của ND-FF, loại bỏ trạng thái 00…0
vì nếu xuất hiện trạng thái này thì tín hiệu hồi tiếp về sẽ bằng không và các
trạng thái sau đó đều bằng không. Vì vậy, chiều dài cực đại của chuỗi là L =
2N – 1.
Tính chất của chuỗi PRBS
+ Số bit 0 và số bit 1 trong một chu kỳ chuỗi gần bằng nhau.
+ Tương quan chéo giữa mã PRBS và phiên bản bị dịch theo thời gian
của nó rất nhỏ.

Trong một chu kỳ:
Giá trị tương quan chéo của chuỗi là “ –1/L”
Giá trị tự tương quan của chuỗi là “1”

1.2.1.2 Chuỗi Hadamarh Walsh
Các hàm Walsh được tạo ra từ các ma trận vuông đặc biệt N×N gọi là
các ma trận Hadamard. Các ma trận này chứa một hàng toàn số 0 và các
hàng còn lại có số số 1 và số số 0 bằng nhau. Hàm Walsh được cấu trúc cho
độ dài khối N=2
j
trong đó j là một số nguyên dương. Các tổ hợp mã ở các
hàng của ma trận là các hàm trực giao được xác định như theo ma trận
Hadamard như sau:
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 15


],0[
1
H

,
10
00
2
H

,
0110

1100
1010
0000
4
H
NN
NN
N
HH
HH
H
2
(1.1)
Trong đó
N
H
là đảo cơ số hai của H
N
Trong thông tin di động CDMA, mỗi thuê bao sử dụng một phần tử
trong tập các hàm trực giao để trải phổ. Khi đó, hiệu suất sử dụng băng tần
trong hệ thống sẽ lớn hơn so với khi trải phổ bằng các mã được tạo ra bởi
các thanh ghi dịch.
1.2.2 Các kỹ thuật trải phổ cơ bản
- Trải phổ dãy trực tiếp (DS/SS)
Quá trình đạt được bằng cách nhân nguồn tín hiệu vào với tín hiệu
mã giả ngẫu nhiên một cách trực tiếp tín hiệu trải phổ đưa ra có độ rộng phổ
xấp xỉ tốc độ của mã giả ngẫu nhiên
- Trải phổ nhảy tần
Quá trính trải phổ đạt được bằng cách nhảy tần số sóng mang trên
một tập lớn các tần số.Sự nhảy tần của tần số sóng mang được quyết định

của các mã nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên được điều khiển bởi các từ mã
trải phổ PN.
1.2.2.1 Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp
(DS – SS: Direct Sequence Spread Spectrum)










Bộ điều
chế băng
rộng
d(t)
Bộ tạo mã
PN c(t)
Bộ tạo
sóng mang
Máy phát
Bộ giải
điều chế dữ
liệu
Bộ tạo
sóng mang
Bộ tạo mã
PN c

r
(t)
d
r
(t)
Máy thu
Hình 1.3: Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DS – SS

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 16

Tín hiệu truyền đi được biểu diễn dưới dạng lưỡng cực, sau đó nhân
trực tiếp với chuỗi giả ngẫu nhiên. Ở máy thu, tín hiệu thu được nhân với
chuỗi trải phổ lần nữa để tạo lại tín hiệu tin tức.
Tín hiệu cần truyền đi là d(t), có dạng NRZ với d(t) = ±1, tốc độ bit f
b
.
Thực hiện nhân d(t) với chuỗi giả ngẫu nhiên c(t) có tốc độ bit f
c
với f
c
>>
f
b
. Như vậy:

d(t).c(t) = (1.2)

Vì tốc độ bit f

c
của chuỗi giả ngẫu nhiên lớn hơn nhiều so với tốc độ
bit f
b
của chuỗi tín hiệu truyền đi, nên tín hiệu d(t) sẽ bị chia nhỏ với tần số
rất cao. Tần số này được gọi là tốc độ chip. Sau đó, chuỗi tích số d(t).c(t)
được điều chế BPSK hoặc QPSK. Giả sử ta dùng điều chế BPSK, tín hiệu
sau điều chế có biểu thức[1][2]:

tcosw).().(2)(
0
tctdPtV
SSSDS
(1.3)
Trong đó: P
S
là công suất phát [W]
w
o
là tần số sóng mang [rad/s]
Nếu so sánh (2.3) với biểu thức của BPSK:

tcosw).(2)(
0
tdPtV
SBPSK
(1.4)

Hình 1.4: Phổ của tín hiệu trước và sau khi trải phổ
c(t) , d(t) = +1

– c(t) , d(t) = –1

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 17

Ta nhận thấy: Với cùng công suất phát P
S
, chuỗi số d(t).c(t) có tốc độ
chip f
c
chiếm dải phổ tần rộng hơn rất nhiều so với tín hiệu V
BPSK
có tốc độ
bit f
b
, vì vậy, mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ trải phổ V
DS-SS
thấp
hơn nhiều so với mật độ phổ công suất của tín hiệu không trải phổ V
BPSK
.
Nếu f
c
đủ lớn, mật độ phổ này sẽ rất thấp và xen lẫn với mức nhiễu nền
khiến cho các máy thu thông thường rất khó khăn trong việc tách và lấy ra
tín hiệu tin tức.
Tại máy thu, tín hiệu V
DS-SS
được nhân với tín hiệu giả ngẫu nhiên c

r
(t)
được tái
tạo ở máy thu, giải điều chế BPSK để thu lại tín hiệu tin tức ban đầu.

Hình 1.5: Dạng sóng của tín hiệu trước trải phổ và sau trải phổ

1.2.2.2 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số
(FH – SS: Frequency Hopping Spread Spectrum)

Hình 1.6: Phổ của tín hiệu FH – SS
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 18

Kỹ thuật FH – SS phát triển dựa trên điều chế BFSK. Trong đó, tần số
sóng mang được thay đổi liên tục theo một quy luật giả ngẫu nhiên (dựa trên
chuỗi mã ngẫu nhiên sử dụng), nhờ vậy mà phổ của tín hiệu FH – SS được
trải rộng trên trục tần số. Thật vậy, ứng với một tần số sóng mang, dải tần số
của tín hiệu BFSK là B, vậy với tín hiệu FH – SS dùng L (L = 2
N
-1, với N là
chiều dài chuỗi mã) trạng thái nhảy tần, phổ tần của tín hiệu FH – SS sẽ trải
rộng đến B
FH
= B x L như hình 1.6

Tín hiệu FH – SS được tạo bởi mạch tổng hợp tần số điều khiển bởi
N+1 bit, trong đó bao gồm N bits của từ mã giả ngẫu nhiên và 1 bit số d(t)
của tín hiệu thông tin cần truyền.
1.2.3 Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA
Trong thiết kế hệ thống CDMA người ta mong muốn tăng lên tột độ số
lượng các khách hàng gọi cùng lúc trong giải thông nhất định. Khi công suất
phát của mỗi máy di động được điều khiển bằng cách nó có thể tiếp nhận
trạm gốc với tỷ lệ tín hiệu/nhiễu nhỏ nhất, dung lượng hệ thống được tăng
lên rất cao. Nếu công suất máy phát di động được nhận ở trạm gốc thấp quá
thì không thể hi vọng chất lượng thoại tốt vì tỷ lệ lỗi bít quá cao. Và nếu
công suất nhận được ở trạm gốc cao thì có thể thu được chất lượng thoại cao
hơn ở máy di động. Tuy nhiên kết quả của sự tăng nhiểu trên các máy di
Hình 1.7: Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FH – SS

Trộn,
biến đổi
tần lên
d(t)
Bộ tạo mã
PN c(t)
Tổng
hợp tần

số
Máy phát
Điều
chế
băng
gốc
Trộn, biến
đổi tần
xuống
Tổng
hợp
tần số
Bộ tạo mã
PN c
r
(t)
d
r
(t
)
Máy thu
Đồng
bộ
Giải
điều chế
dữ liệu
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 19

động sử dụng các kênh chung dẫn đến chất lượng thoại bị giảm xuống trong
khi toàn bộ các thuê bao không bị giảm xuống.
1.2.4 Hiệu ứng gần xa


Hình 1.8 Hiệu ứng gần - xa
Khi user B ở xa trạm gốc hơn so với user A, công suất từ B đến trạm
gốc sẽ bị suy hao nhiều hơn và do đó, công suất của tín hiệu mong muốn là
B sẽ nhỏ hơn công suất nhiễu (công suất của A). Mức công suất mà trạm
gốc nhận được từ mỗi user phụ thuộc vào khoảng cách từ user đó đến
trạm gốc.
Do mỗi user là một nguồn gây nhiễu cho các users khác và khi công
suất của một user càng lớn, nó càng gây nhiễu cho các users khác. Vì vậy,
cần phải có một phương pháp để đảm bảo cho tất cả các users đều gửi cùng
một mức công suất đến máy thu sao cho không có quan hệ bất lợi, không
công bằng nào giữa các users. Kỹ thuật điều khiển công suất được áp dụng
cho các hệ thống CDMA để giải quyết vấn đề này.
1.2.5 Điều khiển công suất
Hiệu ứng Gần – Xa như đề cập ở trên khiến ta phải sử dụng kỹ thuật điều
khiển công suất đối với đường lên.
Còn đối với đường xuống, tình huống lại hoàn toàn khác. Các tín hiệu
được truyền từ một trạm gốc là trực giao. Do đó, về mặt lý thuyết, các tín hiệu
trực giao này sẽ không gây nhiễu cho nhau. Tuy nhiên điều này là không thể
xảy ra do ảnh hưởng của môi trường, các tín hiệu bị phản xạ, nhiễu xạ … làm
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 20

cho các tín hiệu được truyền từ trạm gốc không còn là trực giao và chúng
gây nhiễu cho nhau. Vì vậy, điều khiển công suất cũng cần được áp dụng ở

đường xuống. Các tín hiệu phải được truyền với công suất nhỏ nhất mà vẫn
đảm bảo được chất lượng của tín hiệu. Như vậy, điều khiển công suất chống
lại những thay đổi thất thường của nhiễu và làm giảm nhẹ sự ảnh hưởng của
hiệu ứng Gần – Xa.
Trong CDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên
lẫn đường xuống. Về cơ bản, điều khiển công suất đường xuống có mục
đích nhằm tối thiểu nhiễu đến các cell khác và bù nhiễu do các cell khác gây
ra cũng như nhằm đạt được mức SNR yêu cầu. Tuy nhiên, điều khiển công
suất cho đường xuống không thực sự cần thiết như điều khiển công suất cho
đường lên. Hệ thống CDMA sử dụng công suất đường xuống nhằm cải thiện
tính năng hệ thống bằng cách kiểm soát nhiễu từ các cell khác.
Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu
lượng. Nó được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và
phản ứng lên có sự thay đổi tổn hao đường truyền lớn. Mục đích chính của
điều khiển công suất đường lên nhằm khắc phục hiệu ứng Gần – Xa bằng
cách duy trì mức công suất truyền dẫn của các máy di động trong cell như
nhau tại máy thu trạm gốc với cùng một QoS. Do vậy việc điều khiển công
suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền dẫn của máy di
động.
1.3 KỸ THUẬT OFDM
OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.OFDM
phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp,mỗi kênh có một sóng
mang.Các sóng mang này trực giao với các sóng mang 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 sóng mang khác trong hệ
thống.Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ.
1.3.1 Hệ thống OFDM
1.3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống OFDM
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 21






Nhiễu trắng
(AWGN)








Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống OFDM
1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động
Nguồn tín hiệu là một luồng bit được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua
các phương pháp điều chế như QPSK, Mary-QAM. Tín hiệu dẫ đường (pilot
symbols) được chèn vào nguồn tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu
OFDM thông qua bộ biến đổi IFFT và chèn chuổi bảo vệ. Luồng tín hiệu số
được chuyển thành luồng tín hiệu tương tự qua bộ chuyển đổi số/tương tự
trước khi truyền trên kênh vô tuyến trên anten phát. Tín hiệu truyền qua kênh
vô tuyến bị ảnh hưởng bởi nhiễu fading và nhiễu trắng (additive white
Gaussian noise - AWGN).
Tín hiệu dẫn đường là mẫu tín hiệu được biết trước ở cả hai phía phát
và phía thu, và được phát cùng với nguồn tín hiệu có ích với nhiều mục đích
khác nhau như việc khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống.

Máy thu thực hiện các chức năng ngược lại như đã thực hiện ở máy
phát. Tuy nhiên để khôi phục được tín hiệu phát thì hàm truyền của kênh vô
tuyến cũng phải được khôi phục. Việc thực hiện khôi phục hàm truyền kênh
Điều chế ở
băng tần cơ
sở
Chèn mẫu
tin dẫn
đường
IFF
T
Chèn
chuổi bảo
vệ
Biến đổi
số/tương
tự
Kênh vô
tuyến
Biến đổi
tương
tự/số
Tách chuổi
bảo vệ
Cân
bằng
kênh
Khôi phục
kênh truyền
Tách mẫu

tin dẫn
đường
FF
T
Giải điều chế
ở băng tần cơ
sở
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 22

vô tuyến được thực hiện thông qua mẫu tin dẫn đường nhận được ở phía thu.
Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia làm hai luồng tín
hiệu. Luồng tín hiệu thứ nhất là tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng
kênh. Luồng tín hiệu thứ hai là mẫu tin dẫn đường được đưa vào bộ khôi
phục kênh truyền. kênh truyền sau khi được khôi phục cũng sẻ được đưa
vào bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu
1.3.2 Kỹ thuật xữ lý tín hiệu OFDM
1.3.2.1 Mã hóa sửa sai trước FEC
Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hóa sửa sai trước FEC
(Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin,
cụ thể là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép mà không phải nâng cao
giá trị của tỷ số
0
/ NE
b
(hoặc SNR), điều này càng thể hiện rõ ở kênh truyền
bị tác động của AWGN. Mã hóa FEC được chia thành 2 loại mã chính:
+ Mã khối (Block coding).
+ Mã chập (Convolutional coding).

1.3.2.2 Sử dụng IFFT/FFT trong OFDM
OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được
truyền song song nhờ rất nhiều sóng mang phụ. Để làm được điều này, cứ
mỗi kênh phụ, ta cần một máy phát sóng sin, một bộ điều chế và một bộ giải
điều chế. Trong trường hợp số kênh phụ là khá lớn thì cách làm trên không
hiệu quả, nhiều khi là không thể thực hiện được. Nhằm giải quyết vấn đề
này, khối thực hiện chức năng biến đổi DFT/IDFT được dùng để thay thế
toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin, bộ điều chế, giải điều chế dùng trong
mỗi kênh phụ.
FFT/IFFT được xem là một thuật toán giúp cho việc thực hiện phép
biến đổi DFT/IDFT nhanh và gọn hơn.
1.3.3 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM
1.3.3.1 Sự suy hao
Suy hao là sự suy giảm công suất tín hiệu khi truyền từ điểm này đến
điểm khác. Nó là kết quả của chiều dài đường truyền, chướng ngại vật và
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 23

hiệu ứng đa đường. Để giải quyết vấn đề này, phía phát thường được đưa
lên càng cao càng tốt để tối thiểu số lượng vật cản. Các vùng tạo bóng
thường rất rộng, tốc độ thay đổi công suất tín hiệu chậm. Vì thế, nó còn
được gọi là fading chậm.

Hình 1.10 Đáp ứng tần số của kênh truyền đa đường
1.3.3.2 Fading Rayleigh
Fading Rayleigh là loại Fading (Fading phẳng) sinh ra do hiện tượng
đa đường (Multipath Signal) và xác suất mức tín hiệu thu được suy giảm so
với mức 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 khoảng
cách do sụ thay đổi pha của các thành phần đa đường (thay đổi pha là do các
thành phần tín hiệu đến máy thu vào các thời điểm khác nhau đến trễ lan
truyền. Trễ lan truyền sẽ gây ra sự xoay pha của tín hiệu).

Hình 1.11 Các tín hiệu đa đường
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 24

Fading Rayleigh gây ra do sự giao thoa (tăng hoặc giảm) bởi sự kết
hợp của các sóng thu được. Khi bộ thu di chuyển trong không gian pha giữa
các thành phần đa đường khác nhau thay đổi gây ra giao thoa cũng thay đổi,
từ đó dẫn đến sự suy hao công suất tín hiệu thu được. Phân bố Rayleigh
thường được sử dụng để mô tả trạng thái thay đổi theo thời gian của công
suất tín hiệu nhận được.
1.3.3.3 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
triệt tiêu tại đầu thu. Phản xạ từ các vật gần như mặt đất, công trình xây
dựng, cây cối có thể dẫn đến các tín hiệu đa đường có công suất tương tự
như tín hiệu nhìn thẳng. Điều này sẽ tạo ra các điểm “0”(nulls) trong công
suất tín hiệu nhận được do giao thoa.
1.3.3.4 Dịch Doppler
Khi bộ phát và bộ thu chuyển động tương đối với nhau thì tần số của
tín hiệu tại bộ thu không giống với tần số tín hiệu tại bộ phát. Cụ thể là : khi
nguồn 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
nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng

Doppler.
1.3.4 Đặc điểm của kỹ thuật OFDM
1.3.4.1 Ưu điểm của kỹ thuật OFDM
+ Khả năng chống nhiễu ISI, ICI nhờ kỹ thuật giảm tốc độ tín hiệu
bằng bộ S/P, sử dụng tiền tố lặp, các sóng mang phụ trực giao với nhau.
+ Hiệu suất sử dụng phổ cao hơn so với FDM do phổ của các sóng
mang phụ có thể chồng phủ lên nhau mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu sau
khi tách sóng.