KỸ THUẬT TRẢI PHÔ đa SÓNG MANG MC CDMA

TRUỒNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ẤN TÓT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:.....................................số hiệu sinh viên:..........

2. Nhận xét của cản hộ phản hiện:

ĐỒ ÁN

TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đe tài:

KỸ THUẬT TRẢI PHÔ ĐA SÓNG
MANG
MC-CDMA

SVTH:

NGUYỄN SỲ HÀO

LỚP:

49KĐTVT

NGHỆ AN, 01 -2013
11


MỤC L ỤC

LỜI GIỚI THIỆU.......................................................................... V
TÓM TẮT ĐỒ ÁN......................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIÊU...........................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ...............................................................viii
DAH MỤC CHỪ CÁI VIẾT TẮT................................................. xi
CHƯƠNG I. KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN.................................1
1.1. Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền...............................1
1.2......................................................................................................................... C
ác dạng kênh truyền..............................................................................................2
1.2.1. Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số.....2
1.2.2. Kênh truyền chọn lọc thời gian và kênh truyền không chọn lọc
thời gian.............................................................................................................3
1.3. Nhiễu xuyên ký tự ISI và nhiễu đồng kênh ICI............................................3
1.3.1. Nhiễu xuyên ký tự 1S1...........................................................................3
1.3.2. Nhiễu đồng kênh ICI..............................................................................3
CHƯƠNG II. KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHĨA THEO
MẢ................................................................................................ 5
2.1. Kỹ thuật trải phô...........................................................................................5
2.1.1. Trải phổ chuỗi trực tiếp DS/SS-BPSK...................................................6
2.1.2. Chuồi mã giả ngẫu nhiên PN...............................................................9
2.2. Công nghệ CDMA......................................................................................10
2.2.1. Nguyên lý hoạt động của CDMA.........................................................10
2.2.2. Vấn đề nhiễu gần xa trong hệ thống DS-CDMA..................................11
CHƯƠNG III. GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRựC
GIAO............................................................................................. 12
3.1. Giới thiệu.................................................................................................... 12
3.2. Tính trực giao.............................................................................................. 12
3.2.1. Định nghĩa...........................................................................................12
3.2.2. Nguyên lý............................................................................................13

3.3. Mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM..........................................................14
3.3.1. Mô tả toán học tín hiệu OFDM............................................................14
3.3.2. So đồ hệ thống truyền dẫn OFDM.......................................................16

iii


CHƯƠNG IV. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ ĐA SÓNG MANG (MCCDMA)........................................................................................ 22
4.1. Nguyên lý chung của MC-CDMA...............................................................22
4.2. MC-CDMA.................................................................................................23
4.2.1. Cấu trúc tín hiệu..................................................................................23
4.2.2. Tín hiệu hướng xuống..........................................................................24
4.2.3. Tín hiệu hướng lên...............................................................................25
4.2.4. Các kỹ thuật điều chế trải phổ trong MC-CDMA................................26
4.2.5 Kỹ thuật tách tín hiệu............................................................................32
4.2.6 Tiền cân bằng.......................................................................................38
4.2.7 Phân tích tính năng...............................................................................43
4.3 MC-DS-CDMA............................................................................................54
4.3.1 Cấu trúc tín hiệu....................................................................................54
4.3.2 Tín hiệu đường xuống...........................................................................56
4.3.3 Tín hiệu đường lên................................................................................57
4.3.4 Trải phổ................................................................................................57
4.3.5 Các kỹ thuật tách..................................................................................58
4.3.6 Phân tích đặc tính.................................................................................58
4.4 So sánh MC-CDMA và MC-DS-CDMA......................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................. 63
KÉT LUẬN...................................................................................64

IV

Cụm từ trải phô đa truy nhập MC-CDMA ngày càng được biết tới nhiều hơn
hiện nay. Được ra mắt từ những năm 1993 với ý tưởng kết hợp CDMA và OFDM
đế tạo ra một kỹ thuật mới với nhiều khả năng vượt trội hơn so với nhiều kỹ thuật
khác trên thế giới. Hiện nay do số lượng thiết bị số phát triển một cách nhanh chóng,
đòi hỏi phải có một kỹ thuật mới thay thế các kỹ thuật cũ không còn đáp ứng được
nhu cầu, MC-CDMA đã được biết tới nhiều hơn. Là một kỳ sư Điện tử viễn thông,
xuất phát từ vấn đề trên em đã quyết định lựa chọn đề tài “Kỳ thuật trải phố đa sóng
mang MC-CDMA” đế nắm bắt và hiếu rõ hơn những tính năng ưu việt của MCCDMA. Nhằm tạo cho mọi người một định hướng tốt hơn và có thế ứng dụng và
thực tiễn. Nội dung đồ án bao gồm 4 chương: Chương 1 Giới thiệu sơ qua về mô
hình kênh vô tuyến, chương 2 Đánh giá công nghệ CDMA, chương 3 Nêu rõ các
đặc diêm của OFDM, chương 4 Phân tích rõ các đặc tính của MC-CDMA, phân
loại, so sánh các loại MC-CDMA và MC-CDMA với các kỹ thuật khác.

Do tầm hiếu biết còn hạn chế cũng như thời gian nghiên cứu còn nhiều hạn
chế, đề tài sẽ không tránh khỏi nhưng sai sót. Em rất mong nhận được sự góp ý từ
quý thầy cô và bạn bè về nội dung đề tài này.

Em xin cám ơn cô giáo Nguyễn Thị Quỳnh Hoa người đã trực tiếp hướng dẫn
tận tình, giúp em thực hiện và hoàn thành cuốn đồ án này một cách suôn sẻ nhất!
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông trường
V


TÓM TẮT ĐÓ ẨN

Đồ án này trình bày về kỳ thuật trải phô đa sóng mang (MC-CDMA) đây là
một kỹ thuật kết hợp được các ưu điếm của hai kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực
giao OFDM và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Kỳ thuật MC-CDMA có
khả năng truyền dữ liệu tốc độ 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.Những vấn đề được trình bày trong đồ án bao gồm kênh truyền vô tuyến,
OFDM và CDMA để làm tiền để phân tích, so sánh và đánh giá ưu nhược điểm so

ABSTRACT

This project presents a spread spectrum technique multi-carrier (MC-CDMA)
is a technique combining the advantages of the two techniques by multiplexing
orthogonal frequency division multiple access OFDM and CDMA code. MCCDMA technique capable of high-speed data transmission, sustainability with
írequency selective fading, efficient bandwidth utilization, high security and reduce
the complexity of the System thong.Nhung matters set shown in the scheme include
radio channels, OFDM and CDMA to make money for the analysis, comparison and
evaluation of the technical advantages and disadvantages compared with MC-

VI


DANH MỤC BẢNG BIÊU
Bảng 4.1 Các giới hạn PAPR của các tín hiệu MC-CDMA đường
lên................................................................................................29
Bảng 4.2 Các thông số hệ thống MC-CDMA...............................44
Bảng 4.3 Các thông số của hệ thống MC-CDMA TDD đường lên
với tiền
cân bằng.......................................................................................52
Bảng 4.4 So sánh những đặc trưng chính của MC-CDMA và MCDS-CDMA...................................................................................62


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hiệu ứng đa đường...........................................................3
Hình 1.2 Kênh truyền chọn lọc tần số.............................................2

Hình 1.3 Kênh truyền không chọn lọc tần số..................................2
Hình 2.1 Trải phổ DS/SS - BPSK...................................................6
Hình 2.2 Dạng sóng tín hiệu DS/SS................................................7
Hình 2.3 Quá trình giải trải phổ DS/SS - BPSK..............................7
Hình 2.4 Phổ của sóng mang khi điều chế trải phổ và không trải phố
trong hệ........................................................................................10
Hình 2.5 Hàm tương quan của chuồi PN......................................12
Hình 2.6 Hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã với 10 thuê bao
di động..........................................................................................11
Hình 3.1 Hình dạn phố của tín hiệu OFDM băng tần cơ sở năm
sóng mang,
hiệu quả phổ tần của OFDM so với FDM....................................14
Hình 3.2 Phố tống họp của tín hiệu OFDM trong băng tần cơ sở với
năm sóng
mang con......................................................................................14
Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn OFDM.........................16
Hình 3.4 Tín hiệu phát 16-QAM sử dụng mã hóa Gray, và tín hiệu
16-ỌAM
truyền qua kênh vô tuyến, SNR=18dB.........................................18
Hình 3.5 Tầng IFFT tạo tín hiệu OFDM......................................18
Hình 3.6 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở sử dụng
kỳ thuật
tương tự........................................................................................19
Hình 3.7 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở sử dụng
kỳ thuật số....................................................................................19
Hình 3.8 Dạng sóng tín hiệu OFDM trong miền thời gian............20
Hình 3.9 Tín hiệu OFDM dịch DC...............................................21
Hình 4.1: Sơ đồ khối mô hình hệ thống MC-CDMA...................22
Hình 4.2 Tạo ra tín hiệu MC-CDMA............................................24
Hình 4.3 Bộ phát MC-CDMA hướng xuống.................................25

Hình 4.4 Trải phố một chiều và hai chiều.....................................31
Hình 4.5 Biểu đồ quay pha của dãy trải phổ Hadamard................32
Hình 4.6 Bộ thu MC-CDMA ở thuê bao.......................................33

viii


Hình 4.7 Tách đơn người dùng ở MC-CDMA.............................34
Hình 4.8 Bộ phát OFDM hoặc MC-CDMA có tiền cân bằng......38
Hình 4.9 Mã hóa và giải mã kênh trong các hệ thống MC-CDMA
.....................................................................................................42
Hình 4.10 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với
cáckỹ thuật
tách đa người dùng khác nhau; không mã hóa FEC, QPSK, fading
Rayleigh.......................................................................................45
Hình 4.11 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với
các kỳ thuật
tách đơn người dùng khác nhau; không mã hóa FEC, QPSK, fading
Rayleigh.......................................................................................46
Hình 4.12 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với
các kỳ thuật
tách đơn người dùng khác nhau; mã hóa kênh R= #, QPSK, fading
Rayleigh.......................................................................................47
Hình 4.13 Quan hệ BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với các
kỹ
thuật
tách
đa
người dùng khác nhau; hệ thống đủ tải, mã hóa kênh tốc độ R= 1/2,
QPSK, fading

Rayleigh.......................................................................................48
Hình 4.14 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với
các
kỹ
thuật
ánh xạ khác nhau; hệ thống đủ tải, mã hóa kênh tốc độ R= 2/3,
fading
Rayleigh
...49
Hình 4.15 Quan hệ giữa hiệu quả sử dụng phố của MC-CDMA
OFDM; hệ thống đủ
tải, fading Rayleigh, BER = 10"4..................................................50
Hình 4.16 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA
trong đường lên;
MRC, không mã hóa FEC, QPSK, L=8, fading Rayleigh.............51
Hình 4.17 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA với
các kỳ thuật
tiền cân bằng khác nhau trong đường lên; đủ tải, không mã FEC 52
Hình 4.18 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA với
các
kỳ
thuật
tiền cân bằng có điều khiển và độ dài khung khác nhau trong đường
lên; đủ tải,
không mã FEC..............................................................................53
Hình 4.19 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA với
các
kỹ
thuật
tiền cân bằng có điều khiển và tải hệ thống khác nhau trong đường

lên; độ dài
khung bằng 200 ký hiệu OFDM, không mã FEC.........................54
Hình 4.20 Bộ phát MC-DS-CDMA..............................................55
Hình 4.21 Bộ tách tương quan MC-DS-CDMA...........................59
Hình 4.22 Quan hệ BER với SNR của hệ thống MC-DS-CDMA với
các
mã
trải
phổ
khác nhau và các kỹ thuật tách khác nhau; đường lên đồng bộ, K= 8
IX


Hình 4.23 Quan hệ BER với SNR cho hệ thống MC-DS-CDMA với các tải khác
nhau; đường lên đồng bộ, mã Walsh-Hadamard, MRC, ỌPSK, íading COST 207

XI
X


xii


CHƯƠNG I KÊNH TRUYỀN VÓ TUYÊN

1.1 Các

hiện

tượng

ảnh

hưởng

đến

chất

lượng

kênh

truyền

Trong thông tin di động, việc truyền dẫn tín hiệu gặp nhiều hiệu ứng nhiễu
khác nhau.

Hiệu ứng doppler là 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 the là :
khi nguồn phát và nguồn thu chuyên động hướng vào nhau thì tần số thu được sẽ
lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyến động ra xa nhau thì tần
số thu được sẽ giảm đi.

Hiệu ứng bóng râm (Shadowing) do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường
truyền, ví dụ như các toà nhà cao tầng, các ngọn núi, đồi,... làm cho biên độ tín
1


1.2 Các dạng kênh truyền

1.2.1 Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số

Mỗi kênh truyền đều tồn tại một khoảng tần số mà trong khoảng đó, đáp ứng
tín hiệu

đáp ứng tần
số của kênh
truyền

Hình 1.2 Kênh truyền chọn lọc tần số

Trên hình 1.1 ta nhận thấy kênh truyền có fo nhỏ hon nhiều so với băng thông
của tín hiệu phát. Do đó, tại một tần số trên băng tần, kênh truyền không cho tín
hiệu đi qua, và những thành phần tần số khác nhau của tín hiệu được truyền đi chịu
sự suy giảm và dịch pha khác nhau. Dạng kênh truyền như vậy được gọi là kênh

2


1.2.2 Kênh truyền chọn lọc thòi gian và kênh truyền không chọn lọc thòi
gian

Kênh truyền vô tuyến luôn thay đôi liên tục theo thời gian, vì các vật chất
trênđường truyền luôn thay đôi về ví trí, vận tốc..., luôn luôn có những vật thế mới
xuấthiện và những vật thế cũ mất đi... Sóng điện từ lan truyền trên đuờng truyền
phảnxạ, tán xạ ... qua những vật thê này nên huớng, góc pha, biên độ cũng luôn
thay đổitheo thời gian.

Tính chất này của kênh truyền được mô tả bằng một tham số, gọi là coherent
time. Đó là khoảng thời gian mà trong đó, đáp ứng thời gian của kênh truyền thay

đổi rất ít (có thể xem là phẳng về thời gian).

Khi ta truyền tín hiệu với chu kỳ ký hiệu (Symbol duration) rất lớn so với
coherent time thì kênh truyền đó được gọi là kênh truyền chọn lọc thời gian. Ngược
lại, khi ta truyền tín hiệu với chu kỳ ký hiệu (symbol duration) rất nhỏ so với
coherent time thì kênh truyền đó là được gọi là kênh truyền không chọn lọc thời
gian hay phang về thời gian.
1.3 Nhiêu xuyên kỷ tự ISI và nhiêu đồng kênh ICI
1.3.1 Nhiễu xuyên kỷ tự ISI

Trong môi trường truyền dẫn vô tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ĨSĨ) gây bởi tín
hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu là
điều không thế tránh khỏi. Ánh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu
khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu.
3


4


CHƯƠNG II KỸ THUẬT ĐA TR UY NHẬP PHÀN CHIA THEO
MẪ
2.1 Kỹ thuật trải phô

Kỹ thuật trải phổ là một kỹ thuật truyền dẫn trong đó một mã giả nhiễu ngẫu
nhiên (Pseudo-Noise) được điều chế (spreading) thành một dạng sóng có mức năng
lượng trải ra trên băng thông lớn hơn nhiều so với băng thông của thông tin. Thông
thường, độ rộng dãi tần là vài MHz cho tín hiệu thoại vài Khz. Tại bộ thu, tín hiệu
sẽ được giải điều chế (despreading) bằng khả năng sử dụng một mẫu đồng bộ của
mã giả tạp âm (PN).

Kỹ thuật CDMA là một kỹ thuật mang rất nhiều ưu điểm:khả năng đa truy
nhập, cho phép nhiều người dùng cùng hoạt động trên cùng một dải tần, trong cùng
một khoảng thời gian mà máy thu vẫn tách được tín hiệu cần thu. Đó là do mỗi
người dùng đã được cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu nhận được tín hiệu
tù’ nhiều người dùng, nó tiến hành giải mã và tách tín hiệu mong muốn, tính bảo mật
thông tin cao, mật độ phố công suất của tín hiệu trải phố rất thấp. Do đó, các máy
thu không mong muốn khó phát hiện được sự tồn tại của tin tức đang được truyền đi
trên nền nhiễu. Chỉ máy thu biết được chính xác quy luật của chuỗi giả ngẫu nhiên
mà máy phát sử dụng mới có thế thu nhận được tin tức, bảo vệ chống nhiễu đa
đường, nhiễu đa đường gây ra sai lệch, không giống tín hiệu phát đi. Sử dụng kỹ
thuật trải phổ có thể tránh được nhiễu đa đường khi tín hiệu trải phổ sử dụng tốt tính
chất của nó.

5


các hệ thống thông tin trải phổ. Là hệ thống tương đối đơn giản vì nó không yêu cầu
Tín hiệu DS/SS - BPSK
tốc độ tổng họp tần số cao.
s(t) = Ab(t) p(t) cos(2;r fct + 9{ t))

Bản tin nhị phân cần phát có tốc độ bit Rb = 1/T b được mã hoá theo NZR sao
cho
b(t)=
±1.
Ta
có
thể
biểu

diễn
b(t)
như
sau:
b(t) = JVknT(t-kT)
“=»
(2.1)

Trong đó, b,. = ±1 là bit số liệu thứ k và T là độ rộng xung của một bit số liệu.
Tín hiệu b(t) được trải phố bằng cách nhân với tín hiệu p(t), p(t) = ±1 là tín hiệu giả
ngẫu nhiên có tốc độ Rt = 1/T C lớn hơn nhiều lần so với Rt,. Phần tử nhị phân của
chuỗi p(t) được gọi là một chip để phân biệt nó với phần tử nhị phân (bit) của bản
tin. Tín hiệu b(t)p(t) nhận được sẽ được điều chế một sóng mang theo phương pháp
điều chế BPSK. Tín hiệu phát DS/SS - BPSK là:

6


Hình

2.3

Quá

trình

giải

trải

phổ

DS/SS

-

BPSK

Tại máy thu, tín hiệu thu được m(t) bao gồm tín hiệu phát bị trễ một khoảng
thời gian T là s(t- x) và tạp âm trên đường truyền n(t). Do đó tín hiệu thu được là:
7


r(t) = Ab(t-r)p(t-r)cos{2;r fc(t-r) + ớ(t))}2cos{2;x fc(t-r) + ớ(t))}

= Ab(t-r)p(t-r) + Ab(t - r) p(t - r) cos{2;rfc(t-r) +ớ(t))}

(2.4)

Bộ lọc thông dải của bộ tách sóng loại bỏ các thành phần tần số cao và chỉ giữ
lại thành phần tần số thấp u(t) = b(t)p(t). Sau đó, thành phần này được nhân với mã
nội tại p(t- x) được tạo ra ở máy thu đã được đồng bộ.

Do p(t- x) = ±1 nên p2(t- x) =1 .Tại đầu ra của bộ nhân sẽ có:

x(t) = b(t-r)p(t-r)p(t-r) = b(t-r)p2(t-r) = b(t-r)

(2.5)

Sau đó, tín hiệu này được tích hợp trên một chu kỷ bit đê lọc tạp âm. Bản tin

phát được khôi phục tại đầu ra bộ tích hợp, giống như tín hiệu băng gốc nhưng trễ
về mặt thời gian là X.

gọi cao.


R r =

( ) ^z pn(k)pn(k-r)

Hình 2.4 Phô của sóng mang khi điều chế trải phô và không trải phố trong hệ
2.1.2 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN

Mã dùng đế trải phố là một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên. Tín hiệu ngẫu nhiên
là tín hiệu mà ta không thê dự đoán trước sự thay đôi của nó theo thời gian và đê
biếu diễn tín hiệu người ta dựa vào lý thuyết xác suất thống kê. Với tín hiệu giả
ngẫu nhiên thì không hoàn toàn ngẫu nhiên. Có nghĩa, với thuê bao này nó không
ngẫu nhiên, là tín hiệu có thế dự đoán trước cả phía phát và phía thu nhưng với các
thuê bao khác thì nó là ngẫu nhiên. Nó hoàn toàn độc lập với tín hiệu, không phải là
tín hiệu và có tính chất thống kê của một tín hiệu nhiễu trắng. Các mã trải phố có
thể là các mã giả tạp âm PN hoặc các mã được tạo ra từ các hàm trực giao.

Chuỗi PN là một chuồi nhị phân có hàm tương quan giống như hàm tương
quan của một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên qua một chu kỳ. Mặc dù quy luật biến đối
(2.8)

9


♦ Rơ)

Hình

2.5

Hàm

tương

quan

của

chuồi

PN

(Trong đó pn(k) là chuỗi m và pn(k- x) là phiên bản trễ theo thời gian của mã
pn(k) một khoảng I)
2.2 Công nghệ CDMA
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của CDMA

Các hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã CDMA được mở rộng từ các hệ
thống DS-SS cho phép thực hiện thông tin đa truy nhập. Trong hệ thống CDMA
mỗi người dùng sử dụng được cung cấp một mã người dùng là dãy giả ngẫu nhiên
riêng biệt. Neu những mã này không tương quan với nhau, thì trong mỗi cell có u
người sử dụng độc lập có thế truyền tin trong cùng một khoảng thời gian và trên
cùng một băng tần vô tuyến. Bộ thu giải tương quan tin tức và tái tạo lại chỉ duy
nhất với dãy mã dữ liệu mong muốn dj(t), i=l,2,3,..,u. Hình 2.6 minh họa hệ thống
CDMAvới u=10.

Giả thuyết rằng u=10 là số dọn vị thuê bao có trong cell được truyền đi trong
cùng một khoảng thời gian. Neu năng lượng của tất cả các tín hiệu nhận được là
bằng nhau và cùng bằng ps, một trong các tín hiệu mong muốn sẽ bị chín tín hiệu
còn lại tác động trong hệ thống CDMA.
10


hoặc tin tức khác nhau, có nghĩa là dj(t) khác nhaucho tất cả các thue bao di động
r(t) = X Si (t)d! (t) cos(co0t + 6,)

(2.9)

Hình 2.6 Hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã với 10 thuê bao di động
2.2.2 Vấn đề nhiễu gần xa trong hệ thống DS-CDMA

Trong hệ thống DS-CDMA, lưu lượng kênh trong một cell được chia sẻ đồng
thời cho tất cả băng tần RF, gọi là kênh vô tuyến. Những cell lân cận có thế được
coi như cùng tần số hay là những kênh lân cận. Một vài thuê bao di động được coi
là gần đối với trạm cơ sở, số còn lại là xa so với trạm cơ sở. Một tín hiệu khỏe nhận
được từ đơn vị thuê bao di động gần che tín hiệu yếu đến đơn vị thuê bao di động
xa. Ví dụ cả 10 thuê bao di động minh họa trên hình 2.6 truyền tin trên cùng một
kênh RF với cùng công suất là ps= +30dBm và sự mất mát lan truyền tù’ đơn vị thuê
bao xa (thuê bao 10) là 95dBm, trong khi đó sự mất mát lan truyền từ đơn vị thuê
11

CDMA [4].


CHƯƠNG III GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO

TẨN SÔ TRỰC GIAO

3. ì Giới thiệu

Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) là một phương pháp điều chế cho phép giảm thiếu méo phi tuyến do
tính phân tán của kênh truyền vô tuyến gây ra. Nguyên lý của OFDM là phân chia
theo toàn bộ băng thông cần truyền vào nhiều sóng mang con và truyền đồng thời
trên các sóng mang này. Theo đó, luồng số tốc độ cao được chia thành nhiều luồng
tốc độ thấp hơn. Vì thế có thế giảm ảnh hưởng của trễ đa đường và chuyến đối kênh
íading chọn lọc thành kênh fading phăng. Việc chia tông băng thông thành nhiêu
băng con với các sóng mang con dẫn đến giảm độ rộng băng con trong miền tần sổ
đồng nghĩa với tăng độ dài ký hiệu, số sóng mang con càng lớn thì độ dài ký hiệu
càng lớn. Điều đó có nghĩa là độ dài ký hiệu lớn hơn so với thời gian trải rộng trễ
của kênh fading phân tán theo thời gian, hay độ rộng băng tần tín hiệu nhỏ hơn độ
rộng băng tần nhất quán của kênh.

Một số ưu điểm của kỳ thuật OFDM đó là khả năng sử dụng băng tần hiệu
quả, hệ thống OFDM có thế loại bỏ hoàn toàn nhiễu xuyên ký tự nếu độ dài khoảng
bảo vệ lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh, phù hợp với các hệ thống truyền
dẫn băng rộng, do ảnh hưởng của phân tập về tần số đối với chất lượng hệ thống
được giảm nhiều, hệ thống có cấu trúc thu đơn giản. Bên cạnh đó kỹ thuật vẫn tồn
tại những nhược điểm như là đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng
phắng. Điều này gây ra méo phi tuyến ở các bộ khuếch đại công suất phía phát và

12


Neu ký hiệu của sóng mang con được dùng trong hệ thống OFDM là Sj(t) và
Sj(t). Đe đảm bảo trục giao cho OFDM, các hàm sin của sóng mang con phải thỏa

mãn điều kiện sau:

2 { Si(t)Sj(t)dt
*í

Sk(t) =

r

M=j

|o,i * j

e'J2'“lt),k = l,2,...,N
0,^

(3.1)

Trong đó
(3.2)
Af = — là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang con, T là thời gian, N là số

các sóng mang con và N. Af là băng thông truyền dẫn và ts là dịch thời gian.
3.2.2. Nguyên lý

OFDM đạt tính trực giao trong miền tần số bằng cách phân phối mỗi tín hiệu
thông tin riêng biệt vào các sóng mang con khác nhau. Các tín hiệu OFDM được tạo
ra từ tống của các hàm sin tương ứng với mỗi sóng mang. Tần số băng tần cơ sở của
mỗi sóng mang con được chọn là một số nguyên lần của tốc độ ký hiệu, kết quả là
toàn bộ các sóng mang con sẽ có tần số là số nguyên lần của tốc độ ký hiệu. Do đó

các sóng mang con là trục giao với nhau.

13


Phổ ỉín hiệu FDM

Đii
n
độ
phổ
Bii
nđộ
phổ

con
3.3.
3.3.1.

Mô hình hệ thong truyền dan OFDM
Mô tả toán học tín hiệu OFDM

14


S

k=-oo

RF

(t)

được Trong
tạo ra đó
bằng
đối Fourier ngược nhanh (IFFT). Chùm số liệu Xj ;k là đầu vào
SRF biến
k(t-kT) là tín hiệu OFDM vô tuyến thứ k được biểu diễn như
RF\k(t kT) — <
+ TFFT + Twin
IFFT và ký hiệu OFDM miền thời gian là đầu ra.
s

sk (t - kT) = ị kT - Twin - TG < t < kT + TFFT + Twm

sau:
Trong đó:

Af = —— là phân cách tần số giữa hai sóng mang.

TFFT

N

là

độ

dài

FFT,

số

điểm

FFT.

bl - cos ỉĩịt + Tc )/Twln ],-T„m -TG < t < -Tc

w(t)

1 -T < t < T
2[l

cos

^0- ^FFT )/Twill ỊTFFT < t < TFFT + Twir
(3.5)

Phân tích 3.4 ta thấy biếu thức này giống như biếu thức của dãy Fourier sau:

15

= S

RF,k(t
(3.7)

—

kT)

kT T„in Tc < t < kT