Đồ án điều khiển công suất trong hệ thống MC CDMA

LỜI CAM ĐOAN
Đồ án này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu các
nguồn tài liệu là sách báo chuyên ngành và thông tin trên mạng mà theo em là hoàn
toàn tin cậy. Nội dung của đồ án được em tổng hợp lại từ các tài liệu tham khảo
(cuối đồ án), không sao chép toàn bộ các đồ án và các công trình nghiên cứu của
các tác giả khác. Em xin chịu trách nhiệm về nội dung trong đồ án của mình.

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2008
Người thực hiện

Nguyễn Văn Xô


MỤC LỤC
Chương 1 CÔNG NGHỆ CDMA
1.1 Giới thiệu.............................................................................................................1
1.2 Tổng quan về CDMA.........................................................................................1
1.3 Mã trải phổ..........................................................................................................2
1.3.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN.........................................................................3
1.3.2 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard..........................................................4
1.4. Các kiểu trải phổ cơ bản...................................................................................4
1.5. Chuyển giao........................................................................................................5
1.5.1. Mục đích của chuyển giao............................................................................5
1.5.2 Các loại chuyển giao.....................................................................................5
1.5.2.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn.................................................................6
1.5.2.2 Chuyển giao cứng:.....................................................................................7
1.6. Điều khiển công suất trong CDMA................................................................7
1.6.1. Điều khiển công suất vòng hở (OLPC).......................................................8
1.6.2. Điều khiển công suất vòng kín (CLPC)......................................................9
1.7. Kết luận chương………………………………………………………………10

Chương 2 KỸ THUẬT OFDM
2.1 Giới thiệu chương.............................................................................................11
2.2 Hệ thống OFDM...............................................................................................11
2.2.1 Sơ đồ khối....................................................................................................11
2.3 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM........................................................................12
2.3.1 Mã hóa sửa sai trước FEC...........................................................................12
2.3.2 Phân tán kí tự...............................................................................................13
2.3.3 Sắp xếp........................................................................................................13
2.3.4 Sử dụng IFFT/FFT trong OFDM....................................................................13
2.3.4.1 Phép biến đổi…………………………………………………………14
2.3.4.2 Ứng dụng FFT/IFFT trong OFDM…………………………………..14
2.4 Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM…………………………………………….16
2.4.1 Ước lượng tham số kênh.............................................................................17
2.4.2 Đồng bộ trong OFDM..................................................................................17
2.4.2.1 Đồng bộ ký tự…………………………………………………………18
2.4.2.2 Đồng bộ tần số sóng mang…………………………………………...18
2.4.2.3 Đồng bộ tần số lấy mẫu………………………………………………..19


2.5 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM................................................19
2.5.1 Sự suy hao...................................................................................................19
2.5.2 Tạp âm trắng Gaussian................................................................................20
2.5.3 Fading Rayleigh..........................................................................................20
2.5.4 Fading lựa chọn tần số................................................................................21
2.5.5 Trải trễ.........................................................................................................21
2.5.6 Dịch Doppler...............................................................................................22
2.6 Đặc điểm và ứng dụng của kỹ thuật OFDM..................................................22
2.6.1 Ưu điểm.......................................................................................................22
2.6.2 Nhược điểm.................................................................................................23
2.6.3 Ứng dụng.....................................................................................................23

2.7 Kết luận chương………………………………………………………………23

Chương 3 HỆ THỐNG MC-CDMA
3.1 Giới thiệu chương..............................................................................................24
3.2 Hệ thống MC-CDMA........................................................................................24
3.2.1 Khái niệm MC-CDMA..............................................................................24
3.2.2 Sơ đồ khối....................................................................................................24
3.3 Máy phát………………………………………………………………………25
3.3.1.Quá trình tạo ra tín hiệu MC-CDMA theo thứ tự sau................................25
3.4. Máy thu MC-CDMA.......................................................................................26
3.5. Kênh truyền......................................................................................................28
3.6. Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm)..........................................30
3.6.1 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC:................................30
3.6.2 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC đỉnh (TORC).........30
3.6.3 Phương pháp kết hợp độ lợi bằng nhau (EGC)..........................................31
3.6.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC)................................................31
3.6.5 Phương pháp kết hợp sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE)...31
3.7. Các phương pháp triệt nhiễu.........................................................................32
3.7.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC).......................................................32
3.7.2 Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC)...................................................33
3.8. Vấn đề dịch của tần số sóng mang trong hệ thống MC-CDMA.................34
3.9. Giới hạn BER của hệ thống MC-CDMA......................................................37
3.9.1 Phân loại......................................................................................................38
3.10 Ưu điểm của công nghệ MC-CDMA:...........................................................41
3.11 Nhược điểm.....................................................................................................41
3.12. Kết luận chương.............................................................................................41


Chương 4 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG
MC-CDMA

4.1 Giới thiệu chương.............................................................................................42
4.2 Mục đích của điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA …………….42
4.3 Điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA.......................................43
4.4 Hồi tiếp dương trong điều khiển công suất đường lên.................................47
4.5 Cơ chế điều khiển công suất trong các hệ thống MC-CDMA.....................48
4.6 Các phương pháp điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA.........51
4.6.1 Điều khiển công suất fixed-step và multi-level……………………………51
4.6.2 Điều khiển công suất dự đoán……………………………………………..52
4.6.3 Dự đoán công suất thu được kế tiếp……………………………………….52
4.6.4 Quyết định lệnh điều khiển công suất cho đường lên……………………..56
4.7 Hệ thống MC-CDMA với băng chọn lọc thích nghi....................................57
4.7.1 Truyền dữ liệu trên băng chọn lọc thích nghi….………………………….57
4.7.2 Phương pháp xác định hệ số chọn lọc băng tần…………..……………….59
4.7.2.1 Hệ số chọn lọc băng tần tối ưu……………..…………………………59
4.7.2.2 Phân tích BER trong hệ thống 1/N……..……………………………..61
4.8 Kết luận chương……………………………………………………………….62

Chương 5 KẾT QỦA TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG
5.1 Giới thiệu chương.............................................................................................63
5.2 Các thông số mô phỏng....................................................................................64
5.3 Mô phỏng...........................................................................................................64
5.3.1 Mô phỏng phương pháp điều khiển công suất fixed step……..………….64
5.3.2 Mô phỏng phương pháp điều khiển công suất đa mức (multilevel)……...65
5.3.3 Mô phỏng phương pháp điều khiển công suất dự đoán trước (predictive).67
5.4 So sánh ba phương pháp dựa vào công suất phát , SNR , BER..................69
5.5 Mô phỏng hệ thống MC-CDMA lựa chọn băng tần thích nghi (1/N )........71
5.6 Kết luận chương................................................................................................72

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC



CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN
A/D

Analog/Digital
Chuyển đổi tương tự-số

ADSL

Asymmetrical Digital Subcriber Line
Đường thuê bao số không đối xứng

AWGN

Additive White Gaussian Noise
Nhiễu Gauss trắng cộng

BER

Bit Error Rate
Tỷ lệ bit lỗi

BPSK

Bit Phase Shift Key
Khóa dịch pha nhị phân

BS

Base Station
Trạm gốc

CDMA

Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã

CP

Cycle Prefix
Tiền tố lặp

D/A

Digital/Analog
Chuyển đổi số- tương tự

DAB

Digital Audio Broadcasting
Hệ thống phát âm thanh số

DFT

Discrete Fourier Transform
Phép biến đổi Fourier rời rạc

DS-CDMA Direct Sequence-Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp
DS-SS

Direct Sequence Spread Spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp

DVB-T

Digital Video Broading -Terrestrial
Hệ thống phát hình số quảng bá

EGC

Equal Gain Combining
Phương pháp kết hợp độ lợi bằng nhau

FDMA

Frequency Division Multiple Access


Đa truy nhập phân chia theo tần số
FEC

Forward Error Coding
Mã hóa sửa sai trước

FDM

Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số

FFT

Fast Fourier Transform
Thuật toán biến đổi Fourier nhanh

FH

Frequency Hopping
Nhảy tần

ICI

InterCarrier Interference
Nhiễu xuyên kênh

IDFT

Inverse Discrete Fourier Transform
Phép biến đổi Fourier rời rạc ngược

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform
FFT ngược

ISI

InterSymbol Interference
Nhiễu xuyên ký tự

LAN

Local Access Network
Mạng truy nhập nội bộ

MAI

Multiple Access Interference
Nhiễu đa truy cập

MC-CDMA MultiCarrier Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã điều chế đa sóng mang
MC-DS-CDMA MultiCarrier-DS-CDMA
DS-CDMA đa sóng mang
MRC

Maximal Ratio Combining
Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại

MS

Mobile Station
Trạm di động

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

ORC

Orthogonality Restoring Combining


Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao
PAPR

Peak to Average Power Ratio
Tỉ số công suất tương đối cực đại

PIC

Parallel Interference Cancellation
Phương pháp triệt nhiễu song song

PN

Pseudo noise
Chuỗi giả ngẫu nhiên

PRBS

Pseudo Random Binary Sequence
Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên

QAM

Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế cầu phương

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying
Khoá dịch pha cầu phương

RF

Radio Frequency
Tần số vô tuyến (Tần số sóng mang)

SIC

Successive Interference Cancellation
Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp

SNR

Signal Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

S/P

Serial/Parallel
Chuyển đổi nối tiếp-song song

SUD

Single User Detector
Bộ tách sóng đơn thuê bao

TDMA

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

TH

Time Hopping
Nhảy thời gian

TORC

Threshold Orthogonality Restore Combining
Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao cải tiến

4G

The four Generation
Thế hệ thứ 4


LỜI GIỚI THIỆU
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là kỹ thuật điều chế đa
sóng mang được sử dụng trong các ứng dụng vô tuyến lẫn hữu tuyến. OFDM đã
được chọn làm chuẩn cho hệ thống phát âm thanh số (DAB), hệ thống phát hình ảnh
số (DVB) và mạng LAN không dây. Ưu điểm của OFDM là khả năng truyền dữ
liệu tốc độ cao qua kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số và sử dụng băng

thông hiệu quả. Ngoài ra, quá trình điều chế và giải điều chế đa sóng mang có thể
thực hiện dễ dàng nhờ phép biến đổi nhanh Fourier thuận và nghịch.
Thông tin vô tuyến phải chia Sẻ cùng một kênh truyền. Do đó, kỹ thuât đa
truy cập đóng vai trò quan trọng trong việc giảm can nhiễu giữa các user. So với các
kỹ thuật đa truy cập khác như đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA và đa
truy cập phân chia theo tần số (FDMA) thì kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã
CDMA có nhiều ưu điểm hơn. CDMA có khả năng chống lại hiện tượng đa đường
và can nhiễu.
Việc kết hợp giữa OFDM và CDMA tạo ra một hệ thống mới là MC-CDMA.
Hệ thống này thừa kế các ưu điểm của cả OFDM và CDMA. Hệ thống đa truy nhập
MC-CDMA sẽ là một giải pháp tối ưu cho thông tin di động, có tính khả thi và hiệu
quả cao khi nó được áp dụng vào thực tế. Đặc biệt trong việc truyền dữ liệu tốc độ
cao, làm tăng hiệu quả của việc sử dụng băng thông. Các hệ thống MC-CDMA là
các hệ thống dựa trên nền CDMA thì tất cả các trạm di động chia sẻ băng tần số như
nhau trong một cell, sơ đồ điều khiển công suất cần chống lại hiệu ứng gần-xa và
fading để cải thiện dung lượng hệ thống mà vẫn duy trì được QoS đáng tin cậy.
Công suất phát đi khác nhau được ấn định đến mỗi sóng mang tùy thuộc vào SNR
nhận được, và lệnh điều khiển công suất được xác định theo sơ đồ điều khiển công
suất bước cố định hoặc đa mức. Tuy nhiên, để chống lại fading tác động độc lập đối
với mỗi sóng mang phụ một cách hiệu quả, thì lệnh điều khiển công suất bằng sơ đồ
điều khiển công suất dự đoán trước thực hiện tốt hơn. Đồng thời ứng dụng phương
pháp điều chế thích nghi vào trong hệ thống MC-CDMA tức là chỉ truyền dữ liệu
trên những băng tần số được chọn lựa từ toàn bộ các băng tần phụ, mô hình này sẽ
cải thiện dung lượng hệ thống MC-CDMA, và đạt được BER tốt hơn nếu so với hệ


thống MC-CDMA dùng toàn bộ băng thông, cùng lượng công suất phát và lượng dữ
liệu.
Nội dung đề tài tốt nghiệp “ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ
THỐNG MC-CDMA” bao gồm 5 chương:

Chương 1: CÔNG NGHỆ CDMA.
Chương 2: KỸ THUẬT OFDM.
Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA.
Chương 4: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MCCDMA.
Chương 5: KÊT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG.
Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do thời gian
thực hiện đề tài là ít và một số hạn chế trong việc tìm hiểu tài liệu liên quan nên
chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của quý
Thầy Cô và bạn bè.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy giáo Nguyễn Duy Nhật Viễn đã hướng
dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Điện Tử-Viễn Thông
trường Đại học Bách Khoa đã truyền thụ kiến thức trong suốt thời gian học tập ở
trường.
Đà Nẵng, tháng 06 năm 2008
Người thực hiện
Nguyễn Văn Xô