Hệ thống lai ghép CDMA đa sóng mang-đa mã Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử

TR

I H C QU C GIA HÀ N I

NG

I H C CÔNG NGH

HOÀNG V N TU N

H TH NG LAI GHÉP CDMA
A SÓNG MANG- A MÃ
Ngành: Công ngh i n T - Vi n thông
Chuyên ngành: K thu t i n t
Mã s : 60.52.70

LU N V N TH C S

NG

IH

NG D N KHOA H C: PGS.TS NGUY N VI T KệNH

Hà n i 2008


M cl c
Danh m c ký hi u và ch vi t t t

3

Danh m c hình v và b ng

6

L i nói đ u

8

Ph n I: Gi i thi u các H th ng CDMA lai ghép

11

1.1 K thu t tr i ph CDMA

11

1.2 H th ng CDMA đa sóng mang

13

1.2.1 Mô t h th ng truy n d n a sóng mang

13

1.2.2 Mô hình h th ng lai ghép CDMA đa sóng mang

17

1.2.3

u nh

c đi m c a h th ng MC CDMA

22

1.2.3.a u đi m c a MC CDMA

22

1.2.3.b Nh

23

c đi m c a MC CDMA

1.3 H th ng CDMA đa mư

24

1.3.1 Gi i thi u t ng quan

24

1.3.2 Các lo i mã s d ng trong h th ng CDMA

24

1.3.2.a Mã Walsh

24

1.3.2.b Mã Gold và Kasami

25

1.3.3 Mô hình h th ng CDMA đa mã
Ph n II: H th ng lai ghép CDMA đa sóng mang đa mã

27
30

2.1 Mô hình h th ng MTC-MC CDMA

30

2.2 Phân tích h th ng MTC-MC CDMA

33


2.3 Hi u n ng c a h th ng MTC-MC CDMA

38

2.4 S thích nghi t c đ c a h th ng MTC-MC CDMA trên kênh
fading đa đ

ng

42

2.4.1 Mô hình kênh fading đa đ
2.4.1.a Kênh fading đa đ
2.4.1.b a đ

ng

42

ng đi n hình

ng do tán x và đa đ

2.4.1.c Mô hình hóa kênh fading đa đ

42

ng r i r c

47

ng

47

2.4.2 S thích nghi t c đ

52

2.4.3 Mô ph ng

55

K t lu n

62

Tài li u tham kh o

63

Ph l c: Mư ngu n m t vài ch ng trình mô ph ng (Matlab)

65

Danh m c các ký hi u và ch

vi t t t


3G

Third Generation

Thông tin di đ ng th h 3

4G

Fouth Generation

Thông tin di đ ng th h 4

AWGN

Additive White Gaussian Noise

T p âm Gauss tr ng c ng tính

BCK

Biothogonal Code Keying

Khóa mư l

BER

Bit Erorr Rate

T l l i bit

BS

Base Station

Tr m g c

CDM

Code Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo mã

CDMA

Code Division Multiple Access

a truy nh p phân chia theo mư

Cdma2000

Code Division Multiple Access
2000 (American 3G Standard)

a truy nh p phân chia theo mư
theo chu n 3G c a M

CP

Cyclic Prefix

Ti n t vòng

DFT

Discrete Fourier Transform

Bi n đ i Fourier r i r c

DS

Direct Sequence

Chu i tr c ti p

DS-CDMA

Direct Sequence CDMA

CDMA chu i tr c ti p

EGC

Equal Gain Combining

T h p đ l i cân b ng

FDM

Frequency Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia t n s

FDMA

Frequency Division Multiple Access

FFT

Fast Fourier Transform

Bi n đ i Fourier nhanh

FH

Frequency Hopping

Nh y t n

IC

Interference Cancellation

Tri t nhi u

ICI

Inter-Carrier Interference

Nhi u xuyên sóng mang

IDFT

Inverse Discrete Fourier Trasform

Bi n đ i ng

c Fourier r i r c

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

Bi n đ i ng

c Fourier nhanh

IID

Independent Identically Distributed

Phân b đ c l p đ ng nh t

IS-95

Interim Standard-95

Chu n t m th i n m 95 c a
CDMA

ISI

Inter-Symbol Interference

Nhi u xuyên ký hi u

LTV

Linear Time - Varying

Tuy n tính thay đ i theo th i gian

LTI

Linear Time - Invariant

Tuy n tính b t bi n theo th i gian

MAI

Multiple Access Interference

Nhi u đa truy nh p

ng tr c giao

a truy nh p phân chia t n s


MBCK

Multi-Code Biorthogonal Keying

Khóa mư l

MC-CDMA

Multicarrier CDMA

CDMA đa sóng mang

MC-DS-CDMA

Multicarrier-DS-CDMA

DS-CDMA đa sóng mang

MCM

Multi-Carrier Modulation

i u ch đa sóng mang

MC-SS

Multi-Carrier Spread Spectrum

Tr i ph đa sóng mang

MF

Matched Filter

B l c hòa h p

M-FSK

M-ary Frequency Shift Keying

Khóa d ch t n M-m c

MIMO

Multiple Input and Multiple Output

Thi t b nhi u đ u vào – ra

ML

Maximum Likelihood

Lu t h p lý c c đ i

MLSE

Maximum Likelihood Sequence
Estimation

MLSSE

Maximum Likelihood Symbol-bySymbol Estimation

c l ng t ng ký hi u g n
gi ng nh t

MMSE

Minimum Mean Square Error

L i bình ph
ti u

MRC

Maximum Ratio Combining

K th pt s c cđ i

MS

Mobile Station

Tr m di đ ng

MTC CDMA

Multi-code CDMA

CDMA đa mư

MTC-MC CDMA

Multi-code Multicarrier CDMA

CDMA đa sóng mang a mư

MUI

Multiple User Interference

Nhi u đa ng

Multicarrier-Code Division
Multicarrier-CDMA Multiplexing

cl

ng tr c giao đa mư

ng chu i g n gi ng nh t

ng trung bình c c

i dùng

a truy nh p phân chia theo mư
đa sóng mang

OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo t n s
tr c giao

ORC

Orthogonal Restoring Combing

K t h p khôi ph c tr c giao

P/S

Parallel-to-Serial

Song song sang n i ti p

PG

Processing Gain

PIC

Parallel Interference Cancellation

Tri t nhi u song song

PN

Pseudo Noise

Chu i gi ng u nhiên

QPSK

Quaternary Phase Shift Keying

Khóa d ch pha c u ph

S/P

Serial-to-Parallel

N i ti p sang song song

l i x lý

ng


SINR

Signal to Interference Noise Ratio

T s công su t trung bình c a tín
hi u trên t p âm c ng can nhi u

SNR

Signal-to-Noise (power) Ratio

T s (công su t) tín hi u trên t p
âm

Danh m c hình v và b ng
Hình 1.1 Nguyên lý tr i ph theo DS-CDMA

11

Hình 1.2 a) Máy phát; b) Ph công su t phát; c) Máy thu RAKE

13


Hình 1.3 H th ng truy n d n đa sóng mang áp d ng OFDM

15

Hình 1.4 Mô hình h th ng MC CDMA

18

Hình 1.5 Nguyên lý tr i ph c a h th ng MC CDMA

18

Hình 1.6 S đ kh i h th ng Multicarrier-CDMA

20

Hình 1.7 S đ kh i h th ng MC CDMA v i N ≠ PG

21

Hình 1.8 B t o chu i Gold

26

Hình 1.9 S đ h th ng Multi-Code CDMA tr c giao thông th ng
Hình 2.1 S đ c u trúc Máy phát (a) và máy thu (b) c a h h ng TCMC CDMA
Hình 2.2. K t qu mô ph ng c a BER theo SNR c a h MC-CDMA,
MTC CDMA, và MTC-MC CDMA v i M thay đ i. T t c h th ng
này chi m t ng b ng t n nh nhau
Hình 2.3. So sánh gi a phân tích lý thuy t v i k t qu mô ph ng
(L=16) c a BER theo SNR, trong tr ng h p kênh sóng mang con đ c
l p v i nhau.
Hình 2.4:
th BER theo s ng i s d ng trong h th ng MCCDMA và h th ng MTC-MC CDMA
Hình 2.5: SINR thu đ c Theo SNR v i K, M thay đ i. Có th th y
r ng giá tr M không đ i v i SINR phía thu
Hinh 2.6 Minh h a kênh fading đa đ ng
Hình 2.7 Minh h a đáp ng xung kim c a kênh và biên d ng tr đa
đ ng
Hình 2.8
l i kênh fading Rayleigh

27

Hình 2.9 Biên d ng tr công su t c a mô hình 4 tia trong thành ph

52

Hình 2.10 S đi u ki n t c đ thích nghi trên kênh fading đa đ ng
Hình 2.11
th BER theo SNR c a h th ng MTC CDMA s d ng
mư Walsh, Gold, và Kasami trên kênh AWGN. (S ng i dùng= 10
và 16)
Hình 2.12

th BER theo S ng i s d ng trong h th ng MTC
CDMA s d ng mư Walsh, Gold, và Kasami trên kênh AWGN.
(SNR=10dB, M=16)
Hình 2.13
th BER theo SNR trong h th ng MTC CDMA s d ng
mư Walsh, Gold, và Kasami trên kênh fading đa đ ng (s ng i
dùng=10 và 16)
Hình 2.14
th BER theo s ng i dùng trong h th ng MTC CDMA
trên kênh AWGN (SNR=10dB) và kênh fading (SNR=40dB), (M=16)

55

31
38

39
40
41
43
46
51

57

57

58
59

Hình 2.15
th BER theo s ng i dùng trong h th ng MTC CDMA
v i có và không có thích nghi t c đ trên kênh fading đa đ ng. (SNR
= 40dB, M=16 cho MTC CDMA không thích nghi t c đ )
Hình 2.16
th BER theo SNR cho MTC CDMA, MTC-MC CDMA
không có thích nghi t c đ , và MTC-MC CDMA có thích nghi t c đ
trên kênh fading đa đ ng. (s ng i s d ng =10, sóng mang con=16
cho MTC-MC, M=16 cho MTC CDMA và MTC-MC CDMA không
thích nghi t c đ )
Hình 2.17 Giá tr trung bình M theo s ng i dùng trong h th ng
MTC-MC CDMA có thích nghi t c đ trên kênh fading đa đ ng.
(SNR=40dB)
B ng 1.1 Các giá tr đ u ra si4 dùng ma tr n Hadamard 4×4

59

60

61
29

B ng 2.1 Biên d ng tr công su t c a d ng t bào đô th và đô th x u
v i 6-tia

51

B ng 2.2 Các thông s mô ph ng

56

L i nói đ u
H th ng không dây t

ng lai nh m ng t bào th h th 4 (4G) đòi

h i cung c p m t cách linh ho t cho các thuê bao v i các d ch v đa d ng
nh tho i, d li u, nh và truy n hình. B i vì các d ch v này có t c đ d
li u khác nhau r t nhi u, h th ng th h t

ng lai s ph i thích nghi v i

tính đa d ng r t l n c a t c đ d li u. a truy c p phân chia mư (CDMA)
đư đ

c ch ng minh r t thành công cho h th ng tho i t bào l n, nh ng

có m t vài thái đ hoài nghi v vi c li u CDMA s thích h p t t v i truy n
khác tho i.

i u này đư thúc đ y nghiên c u h th ng CDMA đa mư cho

phép t c đ d li u thay đ i b ng cách phân ph i đa mư, và do đó thay đ i
dung l

ng ng

i s d ng khác nhau. Trong lúc đó CDMA đa sóng mang

(MC-CDMA) đư n i lên nh là nh là s thay th m nh m CDMA chu i
tr c ti p (DS-CDMA) truy n th ng trong thông tin vô tuy n di đ ng, và
cho th y hi u qu t t h n CDMA đ n sóng mang trên kênh fading đa
đ

ng. Trong bài lu n v n này nêu ra và phân tích k thu t đi u ch , đa


truy c p m i và s k t h p gi a h th ng CDMA đa sóng mang v i h
th ng đa mư đ t n d ng các l i th t t nh t c a m i h th ng tr

c đó.

So v i k thu t truy n đa t c trên h th ng CDMA đ n sóng mang
trong kênh AWGN đư đ

c đ c p tr

c đó, thì k thu t đa mư m i làm

cân đ i gi a s thuê bao có th v i t c đ d li u m i thuê bao, nói cách
khác s ng

i s d ng đ ng th i t c đ cao trong h th ng CDMA đa mư

s ít h n s ng

i s d ng t c đ d li u b ng nhau trong h th ng CDMA

truy n th ng tr

c đây. Thay đ i s đ đa mư, s giúp thay đ i t c đ d

li u b ng cách thay đ i t p h p chu i mư đ
dùng. Ng

c ch đ nh cho m i ng

i

i dùng truy n d li u c a mình b ng cách ch n m t chu i t t

h p mư c a h đ truy n trên cùng kênh. Nh v y, hi u n ng h CDMA đa
mư ch còn coi nh trong kênh AWGN.

n nay đư có hai lo i nghiên c u

truy n d n đa t c đ d a trên đa sóng mang–tr i ph chu i tr c ti p (MCDS CDMA).
Th nh t nghiên c u truy n đa t c cho h th ng CDMA chu i tr c
ti p đa sóng mang d a trên nguyên lý c b n g m truy c p đa mư và th
hai truy c p mư h s tr i bi n đ i. Trong CDMA đa mư, dòng d li u c a
ng

i s d ng t c đ M ban đ u đ

c ghép kênh vào M dòng liên ti p

khác nhau v i m t t c đ d li u c b n, và m i dòng liên t c này coi nh
m t ng

i s d ng riêng bi t. Sau khi m i dòng liên ti p M đ

thành P dòng nh song song thì đ

c bi n đ i

c tr i ph b i mư tr i ph gi ng nhau

cùng m t h s tr i ph . H th ng CDMA chu i tr c ti p đa sóng mang
này có M l n nhi u/ng
đ

c coi nh m t ng

i s d ng, b i m i dòng trong M dòng d li u
i dùng đ c l p. Do đó, h th ng này ch u nhi u

nhi u h n khi t ng t c đ d li u, v i s ng

i dùng c đ nh. Trong h

th ng CDMA đa sóng mang đa t c, các sóng mang con đ

c phân chia vào

M nhóm theo t c đ d li u yêu c u. Do đó, khi s sóng mang con là c
đ nh, h s tr i trong mi n t n s c a d li u b gi m khi t ng t c đ d
li u. H th ng CDMA đa mư đ t v n đ tr i r ng can nhi u b ng h đa mư

b i ch s d ng m t chu i mư đ thay cho vi c tr i t ng dòng trong M
dòng d li u đ

c ghép kênh, làm cho nhi u không t ng tuy n tính v i t c

đ d li u. Dù th nào thì h th ng CDMA đa mư c ng không th đ t đ

c

đ l i phân t p t n s c a đi u ch đa sóng mang.
H th ng CDMA đa sóng mang đa mư (MTC-MC CDMA ) là s k t
h p hoàn h o hai h th ng CDMA đa sóng mang và h th ng CDMA đa
mư, nó có đ

c u đi m c a c hai h th ng nh : (i) t c đ d li u thay

đ i mà không m r ng nhi u và (ii) kh n ng ch ng kênh fading đa đ

ng.

H n n a, h th ng này có c h s tr i mi n t n s và tr i mi n th i gian
đ t n d ng hài hòa c phân t p và trung bình hóa can nhi u c a các đ c
tính c a h th ng đi u ch đa sóng mang và CDMA.
Hi u n ng c a h th ng MTC-MC CDMA đ

c suy ra theo bi u th c

gi i tích và c i ti n h th ng t h th ng MC-CDMA, c ng thông qua
nh ng phân tích và đ

c mô ph ng trên kênh fading ch n l c t n s . N i

dung c a nh ng ph n ti p theo c a lu n v n g m:
Ph n I : Gi i thi u v các h th ng CDMA lai ghép
Ph nII : H th ng lai ghép CDMA đa sóng mang đa mư


Ph n I. Gi i thi u các h th ng CDMA lai ghép
1.1 K thu t tr i ph CDMA [9] [10]
K thu t tr i ph CDMA, v lý thuy t b t ngu n t nh ng ý t
c a C.Shannow, J.Pierce. K thu t này đư đ
th II v i m c đích b o đ m ch t l

ng

c s d ng t th chi n l n

ng các cu c thông tin và không b

phát hi n. Các nhà nghiên c u trong l nh v c quân s ti p t c phát tri n k
thu t này nh m t ng c

ng kh n ng ch ng nhi u c a tín hi u, còn các nhà

thi t k v tinh s d ng k thu t tr i ph đ ng n s quá t i c a các b phát
đáp analog. K thu t tr i ph có nguyên lý th c ch t r t đ n gi n: tín hi u
tr

ch tđ

đó đ

c đi u ch , mư hóa sao cho g n gi ng nh tín hi u nhi u, sau

c truy n đi và đ

c khôi ph c l i t i máy thu đ u cu i. Vi c bi n

đ i (mư hóa) tín hi u nh m b o v tín hi u khi nó đ
ti n truy n d n. Vì v y, ch t l

c truy n trên ph

ng c a tín hi u sau khi đ

ng

c khôi ph c

ph thu c vào k thu t đi u ch và mư hóa.
M c đích c a vi c đi u ch và mư hóa tín hi u là bi n đ i tín hi u
thành nhi u. Càng gi ng nhi u bao nhiêu, càng khó thâm nh p b y nhiêu
do nhi u là hoàn toàn ng u nhiên. H n n a, tín hi u càng đ

c tr i kh p


ph t n bao nhiêu thì càng đ
ph c a tín hi u không đ

c b o v b y nhiêu, ngay c khi m t ph n

c khôi ph c, tín hi u v n không b m t.

Hình 1.1 Nguyên lý tr i ph theo DS-CDMA
Hi n nay, ng
Ph

i ta s d ng hai ph

ng pháp chính đ mư hóa tín hi u:

ng pháp nh y t n FH (Frequence Hopping) và ph

ti p DS (Direct Sequence). Ph
th ng CDMA đ

ng pháp dưy tr c

ng pháp tr i ph tr c ti p DS-SS trong h

c s d ng khi c n t c đ truy n cao. Ph

ng pháp này

tr n mư c a tín hi u g c v i mư gi ng u nhiên c a tín hi u tr i ph có t c
đ r t cao. Tín hi u thu đ

c có ch a tín hi u g c song hoàn toàn b che

m đi b i tín hi u mư gi ng u nhiên này.

ng th i, tín hi u mư có m c

đ tr i ph cao h n (do t n s t l ngh ch v i th i gian) nên tín hi u thu
đ

c là tín hi u tr i ph c a tín hi u g c. Các bít mư c a tín hi u mư tr i

ph (đ

c g i là chip) sinh ra b i m t máy phát tín hi u gi ng u nhiên v i

t c đ cao, nh bi u di n trong hình 1.1. Tín hi u t ng h p nh n đ

c

máy thu, quá trình gi i tr i ph (nén ph ), t c là tr n nó v i tín hi u mư
đ ng b v i tín hi u mư tr i ph g c t i máy phát s khôi ph c l i tín hi u
ban đ u.

ph

ng pháp này, n u máy thu không bi t đ

phát thì không th khôi ph c đ
t t c các tín hi u có th đ

c mư c a máy

c tín hi u g c ban đ u. i u đó cho phép
c truy n đ ng th i t i t t c các máy thu.

Trong h th ng DS-CDMA, nhi u ng

i s d ng cùng dùng chung m t

b ng t n và phát tín hi u c a h đ ng th i. Máy thu s d ng tín hi u mư
gi ng u nhiên chính xác đ l y ra tín hi u mong mu n c a mình b ng


cách nén ph . Các tín hi u khác xu t hi n

d ng nhi u ph r ng công su t

th p t a t p âm. Tín hi u tr i ph ph n ng t t đ i v i kênh fading đa
đ

ng. Trong kênh đa đ

ng, tín hi u g c b ph n x b i nh ng ch

ng i v t nh các công trình, đ i núi. Do đó, máy thu nh n đ

ng

c nhi u b n

sao c a tín hi u g c v i các đ tr khác nhau. N u m c đ tr c a các b n
sao l n h n m t chip, thì máy thu có th phân tách chúng b ng máy thu

RAKE. Hình 1.2 ch ra s đ DS-CDMA (g m máy phát, ph và máy thu
RAKE).

Hình 1.2 a) Máy phát; b) Ph công su t phát; c) Máy thu RAKE
T các u đi m v dung l

ng, tính đ n gi n trong quy ho ch t n s ,

chuy n giao m m, ch ng nhi u, ch ng phá ho i, b o m t … công ngh


CDMA b ng r ng là k thu t đa truy c p vô tuy n đ
trong thông tin di đ ng th h 3 và t

c đ ngh s d ng

ng lai v i đ lo i hình d ch v .

1.2 H th ng CDMA đa sóng mang [1] [5] [10]
1.2.1 Mô t h th ng truy n d n đa sóng mang (MCM)
Trong nh ng n m g n đây, thông tin vô tuy n d a trên k thu t đi u
ch đa sóng mang MCM đ
thu t này đư đ

c quan tâm nghiên c u r ng rưi. Gi i pháp k

c đ xu t trong thông tin t c đ cao t nh ng n m 50, h

th ng đ u tiên s

d ng đi u ch đa sóng mang MCM (Mutli-Carrier

Modulation) là h th ng vô tuy n KINEPLEX và KATHRYN s d ng
trong quân đ i, v i 20 sóng mang con, m i sóng mang truy n d li u
150bit/s. Sau này v i s phát tri n c a công ngh x lý tín hi u s , vi c x
lý tín hi u trên các sóng mang tr c giao đ

c thi t l p hi u qu b i bi n

đ i Fourrier r i r c DFT và k thu t ghép kênh phân chia t n s tr c giao
OFDM càng đ
OFDM là tr

c quan tâm nhi u h n trong thông tin vô tuy n. K thu t
ng h p riêng c a đi u ch đa sóng mang. Th m chí trong

m t s tài li u, ng

i ta còn g i chung là k thu t đi u ch đa sóng mang

trong thông tin t c đ cao b i vì dòng d li u phát đ
sóng mang t c đ th p h n. i u đáng nói

c truy n qua các

đây là OFDM đ

c nhìn theo

c k thu t đi u ch và k thu t ghép kênh. Nói tóm l i, nguyên t c c a

OFDM c ng nh k thu t đi u ch đa sóng mang là s d ng tách các kênh
thông tin b ng r ng thành các kênh thông tin b ng h p và th c hi n truy n
song song thông tin trên nhi u sóng mang t
này. M t trong nh ng lý do OFDM đ

ng ng các kênh b ng h p

c quan tâm nhi u là OFDM r t

hi u qu đ i v i fading ch n l c t n s và nhi u b ng h p.
th ng , fading ho c nhi u nh h

ng r t m nh đ n ch t l

i v ih

ng h th ng,

nh ng đ i v i h th ng đa sóng mang ch có m t ph n nh sóng mang b
nh h

ng do đó ch t l

ng c a toàn b h th ng không b nh h

ng n u

chúng ta s d ng các gi i thu t tách tín hi u trên mi n t n s . H n n a, vì

t c đ d li u trên m i sóng mang con trong truy n d n OFDM nh h n
nhi u so v i t c đ d li u ban đ u nên nh h

ng c a đ tr i tr hay hi u

ng xuyên ký hi u ISI gi m, các b cân b ng trên mi n t n s tr nên đ n
gi n d n đ n c u trúc máy thu không ph c t p và kh n ng thích nghi linh
đ ng v i các lo i hình d ch v khác nhau khi s d ng x lý tín hi u s .
M t đi u quan tr ng trong vi c truy n d n đa sóng mang d a theo
OFDM trong kênh vô tuy n di d ng đó là kênh di đ ng có th xem nh là
không thay đ i theo th i gian trong m t ký hi u OFDM và fading trên m i
sóng mang là fading ph ng. Do v y th i kho ng ký hi u OFDM ph i nh
h n th i gian k t h p c a kênh (t) c và kho ng cách gi a các sóng mang
ph i nh h n b ng thông k t h p c a kênh Bc . H th ng truy n d n đa
sóng mang s áp d ng k thu t OFDM bi u di n trên hình 1.3

1

,

Nc

Hình 1.3 H th ng truy n d n đa sóng mang áp d ng OFDM
H th ng thông tín v i đi u ch đa sóng mang truy n các ký hi u Sl
trên Nc sóng mang, l = 0, 1,…,Nc-1, v i Sl là các tín hi u đ u vào có
kho ng th i gian là Td . Sau khi bi n đ i n i ti p sang song song kho ng
th i gian c a ký hi u OFDM là


Ts = NcTd

(1.1)

V i vi c s d ng d ng xung vuông, s tr c giao gi a các tín hi u trên
các sóng mang đ t đ

c b ng cách ch n kho ng cách gi a các sóng mang

b ng ngh ch đ o c a th i kho ng ký hi u trên sóng mang Ts là

f s 

1
Ts

(1.2)

Khi đó, ký hi u ngu n đ u vào Sl , l = 0, 1,…,Nc-1 đ

c đi u ch trên

Nc sóng mang có th xem nh là m t ký hi u OFDM và đ

ng bao ph c

c a nó là:

1
x(t ) 
Nc

Nc 1

S e
l 0

j 2fl t

l

fl là t n s c a các sóng mang con.
thi t l p bi n đ i ng
ng

0  t  Ts

,

óng vai trò chính trong OFDM là

c r i r c Fourier IDFT hay hi u qu h n là bi n đ i

c nhanh Fourier IFFT. Các m u đ

OFDM có th thu đ

1
x 
Nc

ng bao ph c x(t) c a ký hi u

c sau khi bi n đ i IFFT c a m u tín hi u l i ra là

N c 1

S e
l 0

(1.3)

j 2l / N c

l

,  0, 1,..., Nc  1

(1.4)

Khi s sóng mang con t ng, kho ng th i gian c a ký hi u OFDM T s
tr lên r t l n so v i th i kho ng đáp ng xung  max c a kênh và khi đó có
th gi m đ

c ISI. Tuy nhiên, đ hoàn toàn tránh đ

c ISI và duy trì s

tr c giao gi a các tín hi u trên các sóng mang, t c là tránh đ
kho ng b o v v i th i kho ng Tg   max ph i đ

c c ICI thì

c chèn vào gi a các ký

hi u OFDM c nh nhau. Kho ng b o v là kho ng m r ng có tính chu k ,
nó còn đ

c g i là ti n t vòng CP (Cyclic Prefix) là sao chép trong mi n

th i gian m t ph n cu i c a m i ký hi u OFDM. B ng cách đ t ti n t l p
này tr

c m i ký hi u OFDM, nh h

ng c a ISI và ICI đ

Lúc đó th i kho ng c a ký hi u OFDM là

c kh c ph c.


Ts'  Tg  Ts

(1.5)

dài r i r c c a kho ng b o v ph i th a mưn đi u ki n

 N 
Lg   max c 
 Ts 

(1.6)

Do đó chu i ký hi u OFDM sau khi chèn kho ng b o v là

1
x 
N
'

Nc 1

S e
l 0

j 2l / Nc

l

Sau khi truy n qua kênh đa đ

,    Lg ,..., Nc  1

(1.7)

ng, tín hi u thu y(t) là nhân ch p c a x(t)

v i đáp ng xung c a kênh h( , t ) và c ng thêm t p âm, t c là


y(t ) 

 x(t   )h( , t )d  n(t )

(1.8)



T i đ u thu, tín hi u thu qua b chuy n đ i t

ng t sang s thì tín hi u

đ u ra yv ( v = - Lg ,…,Nc-1), là tín hi u thu đ

c y(t) sau khi l y m u v i

t c đ 1/Td . Vì nhi u xuyên ký hi u ISI ch xu t hi n trong ph n m u đ u
Lg c a chu i tín hi u thu. Nh ng m u Lg này đ

c lo i b tr

c khi gi i

đi u ch đa sóng mang. Ph n còn l i không b nhi u xuyên ký hi u ISI
v=0, 1,…Nc-1 c a yv đ

c gi i đi u ch đa sóng mang thông qua bi n đ i

FFT. Chu i tín hi u Rl , l = 0, 1,…,Nc-1 sau khi lo i b kho ng b o v và
gi i đi u ch OFDM g m Nc ký hi u ph c

1
Rl 
Nc

Nc 1

y e


0

j 2l / Nc

, l  0,..., Nc  1

(1.9)

Vì nhi u xuyên sóng mang ICI có th tránh nh ti n t vòng CP nên các
kênh con đ

c xem nh là phân cách v i nhau. H n n a, v i gi thi t

fading trên m i kênh con là ph ng và nhi u xuyên ký hi u ISI đ
b , do đó tín hi u thu trên mi n t n s có th bi u di n

Rl  H l Sl  nl v i l  0,1,..., Nc  1

(1.10)

c lo i


1.2.2 Mô hình h th ng lai ghép CDMA đa sóng mang
V i s phát tri n c a thông tin vô tuy n nói chung và thông tin di
d ng nói riêng theo h

ng nâng cao t c đ đ h tr m t s d ch v c p

cao nh Multimedia, truy n hình, truy n d li u …di đ ng, vi c k t h p
k thu t MCM v i k thu t CDMA nh m t n d ng u đi m c a c hai k
thu t này là m t gi i pháp đ y h a h n, h th ng CDMA đa sóng mang
(MC CDMA–Multicarrier CDMA). CDMA đa sóng mang này đ

c gi i

thi u l n đ u tiên vào n m 1993 và ngay l p t c tr thành m t trong nh ng
v n đ mang tính th i s nh t v thông tin di đ ng cho đ n nay. Hình 1.4
là mô hình h th ng tr i ph CDMA đa sóng mang, k t h p gi a CDMA
và OFDM.

Hình 1.4 Mô hình h th ng MC CDMA

Hình 1.5 Nguyên lý tr i ph c a h th ng MC CDMA


Nh đư bi t, h th ng tr i ph CDMA đa sóng mang là s k t h p c a
CDMA v i MCM nên nó đư phát huy các u đi m c a k thu t tr i ph
c ng nh k thu t MCM. T nguyên lý tr i ph c a h th ng MC CDMA
hình 1.5, ta th y L chíp c a dưy tr i ph đ

sóng mang nhánh. N u s l

c s d ng song song trên các

ng sóng mang nhánh Nc b ng đ dài c a dưy

tr i ph , thì b ng thông t ng c ng c a Multicarrier-CDMA b ng v i b ng
thông c a DS-CDMA khi mà th c hi n tr i ph trên m t sóng mang nh
bình th
đ

ng. M i ký hi u d li u đ

c sao thành L b n, sau đó m i b n

c nhân v i m t chip c a dưy tr i ph tr

trên Nc sóng mang nhánh. Nh

c khi đ

c đi u ch đ truy n

v y, th i kho ng m i chíp trong

Multicarrier-CDMA s l n h n Nc l n so v i th i kho ng chip s d ng
trong h th ng DS-CDMA t

ng đ

ng. So sánh v i s đ bi u di n DS-

CDMA trên hình 1.1, có th th y Multicarrier-CDMA đ t đ
đ ng trên mi n t n s cao h n.

c đ linh

ây là c s quan tr ng trong vi c xây

d ng m t h th ng ph c v nhi u lo i hình d ch v v i t c đ thông tin
khác nhau.
S

đ

nguyên lý c a máy phát, máy thu và ph

Multicarrier-CDMA đ

c minh h a trên hình 1.6.

c ng su t c a

đây, d li u đ

truy n song song trên Nc sóng mang nhánh. Vi c tr i ph
Multicarrier-CDMA đ
l

c

tín hi u

c th c hi n trên mi n t n s . Trên hình 1.6, s

ng sóng mang nhánh Nc đ

c l a ch n đúng b ng đ l i x lý PG c a

h th ng tr i ph . Kho ng cách gi a hai sóng mang nhánh liên ti p là:

f multica rrier 

F
Ts

(1.11)

v i Ts là th i kho ng ký hi u d li u và F là h s tách bi t t n s có giá tr
nguyên d

ng.

ti t ki m b ng thông, ng

i ta th

ng ch n F=1. Khi

đó, tín hi u Multicarrier-CDMA là tín hi u OFDM. Do đó, có th s d ng

bi n đ i Fourier nhanh FFT đ đi u ch tín hi u m t cách đ n gi n và hi u
qu .


Hình 1.6 S đ kh i h th ng Multicarrier-CDMA
Tuy nhiên, Nc không nh t thi t ph i b ng PG. Vi c l a ch n Nc ch
c n b o đ m b n sao cho các kênh nhánh không ch n l c t n s . Khi đó, có
th đi u ch tín hi u Multicarrier-CDMA b ng cách bi n đ i n i ti p sang
song song S/P d li u tr

c khi tr i ph tín hi u trên mi n t n s nh trên

hình 1.7.

Tài li u tham kh o


Ti ng Anh:
1. Cao, Y.W., Ko, C.C., Tjhung, T.T., “A New Multi-code/Multi-carrier
DS-CDMA System”, IEEE Global Telecommunications Conference,
2001. GLOBECOM '01. Volume:1, pp. 543 -546
2. Fu, P.W., Chen, K.C., “Multi-Rate MC DS-CDMA with Multi User
Detections for Wireless Multimedia Communications”,

IEEE

Vehicular Technology Conference, 2002. IEEE 55th, Volume 3, pp.
1536-1540
3. I, C.L., Gitlin, R.D., “Multi-Code CDMA Wireless Personal Communications Networks”, Proceedings of IEEE International Conference on
Communications, ’95, Seattle, 1995, pp. 1060-1064

4. Smith, J. I., “A Computer Generated Multipath Fading Simulation for
Mobile Radio,” IEEE Tr. on Vehicular Technology, Vol. VT-24, No.3,
pp. 39-40, Aug. 1975.
5. N. Yee, J-P. Linnartz and G. Fettweis, “Multi-Carrier CDMA in Indoor
Wireless Radio Networks,” Proc. of IEEE PIMRC'93, pp.109-113,
Yokohama, Japan, Sept. 1993.
6. Taeyoon Kim, Jeffrey G. Andrews, and Theodore S. Rappaport, “Multicode

Multicarrier

CDMA:

Performance

Analysis”,

Wireless

Networking and Communication Group, The Department of Electrical
and Computer Engineering, The University of Texas at Austin , TX
78712
7. Jaeweon. Kim, S. Srinivasan, M. Yalamanchi, “ Rate Adaptive MultiCode Multi-carrier CDMA System in Multipath Fading Channel ”,
EE381K-11, Wireless Communications, Term Project Report for Spring
2003.


8. P.W.Fu and K.C.Chen, “Multi-rate multi-carrier CDMA with multiuser
detection for wireless multimedia communication”, Wireless Communication and Networking Conference, vol. 1, pp. 385-390, March 2003.
Ti ng Vi t:
9. TS.Nguy n Ph m Anh D ng, “ Lý thuy t tr i ph và đa truy nh p vô

tuy n”, Nhà xu t b n B u i n, 2004
10. Nguy n V n

c, “Lý thuy t và các ng d ng c a k thu t OFDM”,

Nhà xu t b n Khoa h c K thu t, 2006.
11. TS.Nguy n Ph m Anh D ng, “Thông tin di đ ng th h 3” – t p 1, Nhà
xu t b n B u đi n, 2001


Ph l c: Mã ngu n m t vài ch

ng trình

ch y mô ph ng (Matlab)
 MTC CDMA simulator in Multipath fading channel (mtcdma.m)
function F = mtcdma(code,K,M,SNR,iteration)
% Multi-code CDMA Simulator in Multipath fading channel Ver. 2.0 by CDMA team
%
% Description : Simulator for Multi-cdoe CDMA Systems
% (Using Multipath Rayleigh Fading channel
% with "Typical macrocellular urban 6-ray power delay profiles"
% from "Principles of MOBILE COMMUNICATION" by Gordon L. Stuber)
%
% ***USAGE :
% mtcdma(code,K,M,SNR,iteration),(e.g. mtcdma(1,5,8,10,10000))
% X=mtcdma(code,K,M,SNR,iteration) returns a vector which is [Bit error rate,Symbol
error rate].
%
% Parameter

% code : 1 = Walsh, 2 = Gold, 3 = Kasami, 4 = M-sequence
% K : No of Users
% M : No of sequence which we use in the G(n) sequence set = M-ary
% SNR : SNR (dB)
% iteration : iteration number = symbol number
%
% Using m-files : bit_gen.m, m_seq_gen.m, gold.m, kasami.m,
% BasicSeqK.m,BasicSeq.m, Gaussian.m,
% "NEED CDMA Communication Toolbox"
% FYI #1 : "00000" all zero bit is mapped to 1st symbol. That means if the
% binary value of information bits is n, then the symbol is (n+1)th
% sequence.
% FYI #2 : In every vector [1,.....,N], 1 is the first bit and N is the
% last bit in time domain and frequency domain
% Generate sequence set G_set, G(user,time)
G_set=[];
switch code
case {1}
G_set = hadamard(256); % Length of G = 256
case {2}
G_set_temp = gold(1);
% Length of G = 255, NOT 256
G_set = [G_set_temp ones(length(G_set_temp(:,1)),1)]; % Add "1" for the last
bit(256th) to the code whose length is 255
case {3}
G_set_temp = kasami(1);
% Length of G = 255, NOT 256
G_set = [G_set_temp ones(length(G_set_temp(:,1)),1)]; % Add "1" for the last
bit(256th) to the code whose length is 255
case {4}

p = [1 0 0 1 0 1 0 1 1]; %(1)
G_one = m_seq_gen(g,1);


for I=1:255
G_set_temp(I,:) = circshift(G_one,[0,I-1]);
end
G_set(I,:) = [G_set_temp(I,:) 1]; % Add "1" for the last bit(256th) to the code
whose length is 255
end
% Generate user specific sequence U, U(user,time)
p2 = [1 1 0 0 0 1 1 0 1]; %(2)
g2 = m_seq_gen(p2,1);
for I=1:K
U_temp(I,:) = circshift(g2,[0,I-1]);
U(I,:) = [U_temp(I,:) 1];
end
E_stot = zeros(1,K);
E_btot = 0;
fd = 50;
fs = 1.228*10^2;
for i=1:4*K
fad(i,:) = ray2(fd,fs,iteration/40,1);
fad(i,:)= fad(i,:) / mean(fad(i,:));
end
Resid = zeros(K,5);
fad_a = [0.8070 0.095 0.061 0.037];
%fad_tau = [0 1.6 2.4 4.8];
% N_leng : Length of the sequence G(n) ---> We fixed this length = 255 or 256
N_leng = 256;

Z = zeros(K,N_leng);
for itr = 1:iteration
%*********************************** iteration =
symbol number **********************************
% Generate the Tx bits & Make M-ary Symbol
No_bit=log2(M);
% Calculation the sigma for AWGN
EbNo_temp = SNR/10.;
N_temp = (N_leng)/(10^EbNo_temp); %%%%%%%%% for the same Es/No
sigma = sqrt(N_temp/2);
%dec=zeros(1,No_bit);
symbol = bit_gen(1,No_bit,K);
% symbol(1,time,user)
symbol_temp = zeros(No_bit,K);
symbol_temp(:,:) = symbol(1,:,:);
symbol_index = bi2de(sign(symbol_temp+1)')+1;
G = G_set(symbol_index,:);
% Transmitter
% Spread in Frequency domain, X:Spreaded Signal in Freq domain,
X = G.*U;
% Fading channel, output-->SF()
if itr == iteration
fad_ind = floor(itr/40);
else


fad_ind = floor(itr/40) + 1;
end
Gain(:,1) = fad(:,fad_ind); %Gain(User*4,1), that means Gain(1:4,:) is for user 1 and
Gain(5:8,:) is for user 2 ....

SF = zeros(K,N_leng);
i=1:K;
SF(:,:) = X(i,:).*repmat(Gain(4*(i-1)+1,1),1,N_leng).*fad_a(1)+[Z(:,1:2)
X(i,1:N_leng-2)].*repmat(Gain(4*(i-1)+2,1),1,N_leng).*fad_a(2)+[Z(:,1:3)
X(i,1:N_leng-3)].*repmat(Gain(4*(i-1)+3,1),1,N_leng).*fad_a(3)+[Z(:,1:5)
X(i,1:N_leng-5)].*repmat(Gain(4*(i-1)+4,1),1,N_leng).*fad_a(4);
SF(:,:) = SF(:,:) + [Resid(i,4:5) Z(:,1:N_leng-2)].*fad_a(2).*repmat(Gain(4*(i1)+2,1),1,N_leng)+[Resid(i,3:5) Z(:,1:N_leng-3)].*fad_a(3).*repmat(Gain(4*(i1)+3,1),1,N_leng)+[Resid(i,:) Z(:,1:N_leng-5)].*fad_a(4).*repmat(Gain(4*(i1)+4,1),1,N_leng);
Resid(:,:) = X(:,(N_leng-4):N_leng);
SF_SUM = sum(SF,1);
% AWGN, R(chip index)
R = SF_SUM + sigma*randn(1,N_leng);
% Receiver, R_desp(K,)
R_desp = repmat(R,K,1).*U;
% Detection using Matched filter for G(n), out_mat(user,output value of matched
filter for
% each G(n) sequence)
out_mat = R_desp*G_set';
% Decode : each index = user No. , each elements = Decimal value of maximum
output sequence of
% matched value
[maximum,Decode] = max((out_mat(:,1:M))');
result = Decode - symbol_index';
% Calculate the symbol error
E_symbol = sign(abs(result));
E_stot = E_stot + E_symbol;
% Calculate the bit error
Decode_t = (Decode - 1)';
E_bit_temp = sign(de2bi(Decode_t,No_bit)-0.5) - symbol_temp';
E_bit = sign(abs(E_bit_temp));
E_btot = E_btot + sum(sum(E_bit,1),2);

end
E_avg = sum(E_stot,2);
SER = E_avg/K/iteration;
BER = E_btot/K/iteration/No_bit;
F = [BER, SER];

MTC-MC CDMA simulator in Multipath fading channel (mccdma.m)
function F=mccdma(code,K,M,Sub,SNR,iteration)
% Multi-code Multi-Carrier CDMA Simulator in Multipath fading channel
%
% Description
% Parameter