NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VỀ ĐA TRUY NHẬP ĐA SÓNG MANG MC-MA_2

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 1 of 95.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

DƢƠNG THỌ MINH

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP
KỸ THUẬT VỀ ĐA TRUY NHẬP ĐA SÓNG MANG
MC-MA

LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

HẢI PHÒNG-2016
i

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 2 of 95.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ này là của riêng tôi . Các lý thuyết cũng
nhƣ mô phỏng trong luận văn là độc nhất và chƣa từng đƣợc sử dụng cho bất cứ
một luận văn nào khác .
Tôi xin cam đoan rằng luận văn đã ghi rõ nguồn gốc của tất cả các trích dẫn.
.
Hải Phòng, ngày 1 tháng 9 năm 2016

Học viên : Dƣơng Thọ Minh

ii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 3 of 95.

LỜI CÁM ƠN
Trƣớc hết tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy giáo cô giáo cao học
ngành Kỹ thuật điện tử và đặc biệt là sự chỉ bảo và hƣớng dẫn nhiệt tình của thầy
giáo PGS.TS.Lê Quốc Vƣợng, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hƣớng
dẫn em trong suốt quá trình làm luận ăn cao học , cùng với sự giúp đỡ tích cực của
các anh chị cùng khóa để hoàn thành luận văn này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận
văn tốt nghiệp cao học .

iii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 4 of 95.

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN .......................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ............................................................... vi

DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ ix
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chƣơng I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG .................................................................... 2
1.1. Kỹ thuật đa truy nhập ......................................................................................... 2
1.1.1.Các kỹ thuật đa truy nhập................................................................................. 2
1.1.2. Trải phổ ........................................................................................................... 5
1.2. Kỹ thuật đa sóng mang ..................................................................................... 13
1.2.1. OFDM ........................................................................................................... 13
1.2.2 Ƣu và nhƣợc điểm của OFDM ....................................................................... 18
CHƢƠNG II: MC-FDMA và MF-TDMA .............................................................. 19
2.1. Ghép kênh và đa truy nhập ............................................................................... 19
2.2. MC-FDMA ....................................................................................................... 21
2.2.1. OFDMA......................................................................................................... 21
2.2.2. SS-MA-MC ................................................................................................... 26
2.2.3. FDMA đan xen . ............................................................................................ 30
2.3. MC_TDMA ...................................................................................................... 32
CHƢƠNG III: MC-CDMA ..................................................................................... 35
3.1. Cấu trúc tín hiệu ............................................................................................... 35
3.2. Kỹ thuật trải ...................................................................................................... 37
3.2.1. Mã trải phổ .................................................................................................... 37
3.2.2. Tỷ số công suất đỉnh trung bình PAPR ......................................................... 40
3.2.3. Trải phổ một chiều và hai chiều . .................................................................. 41
3.3. Kỹ thuật tách sóng dữ liệu ............................................................................... 44
iv

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 5 of 95.

3.3.1. Tách sóng đơn thuê bao................................................................................. 45
3.3.2. Tách sóng đa thuê bao ................................................................................... 48
3.4. Tiền cân bằng ................................................................................................... 53
3.4.1. Downlink ....................................................................................................... 55
3.4.2. Uplink ............................................................................................................ 56
3.5. Phối hợp cân bằng . .......................................................................................... 56
3.6. Phân tích hiệu suất............................................................................................ 59
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 61

v

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 6 of 95.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

DS-SS

Giải thích
Frequency Division Multiplexed Access
Direct Sequence Code Division Multiplexed
Access
Direct Sequence - Spread Spectrum

EGC

Equal Gain Combining

FDMA

Frequency Division Multiplexed Access

FH-SS

Frequecy Hopping - Spread Spectrum

ICI

Interchannel interference

IFDMA

Interleaved Frequency-Division Multiple Access

ISI

Intersymbol interference

MC-CDMA

Multi carriter - Code Division Multiplexed Access

MC-TDMA

Multi carriter - Time Division Multiplexed Access

MLSE

MMSE

Maximum likelihood sequence estimation
Maximum Likelihood Symbol-by-Symbol
Estimation
Minimum mean-square error

MRC

Maximum Ratio Combining

OFDM

Orthogonal frequency-division multiplexing

PAPR

Peak-to-average power ratio

SS-MC-MA

Spread Spectrum-Multi code-Multi Access

TDMA

Time Division Multiplexed Access

TH-SS

Time Hopping - Spread Spectrum

ZF

Zero Force

CDMA
DS-CDMA

MLSSE

vi

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 7 of 95.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng

Trang

3.1

PAPR với các mã trải phổ khác nhau

41

3.2

Hệ số G của một số kỹ thuật tiền cân bằng

56

3.3

Thông số hệ thống MC-CDMA

59

vii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 8 of 95.

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDMA

3

1.2

Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian TDMA

4

1.3

Kỹ thuật ghép kênh theo mã CDMA

5

1.4

Mạch ghi dịch tạo mã giả ngẫu nhiên

7

1.5

Hàm tự tƣơng quan của chuỗi PN

8

1.6

Sơ đồ khối trải phổ trực tiếp DS-SS

9

1.7

Quá trinh trải phổ tín hiệu tin tức

10

1.8

Tín hiệu ban đầu và tín hiệu trải phổ

10

1.9

Sơ đồ khối trải phổ nhảy tần

11

1.10

Điều chế đa sóng mang với 4 kênh phụ

13

1.11

Phổ OFDM với Nc=16

15

1.12

Hệ thống thông tin số đa sóng mang sử dụng
OFDM

16

1.13

Một hệ thống đa sóng mang chuẩn hóa sử
dụng OFDM

17

2.1

Sơ đồ nguyên lý của OFDMA

23

2.2

Ví dụ về phổ OFDMA

25

2.3

Khối thu phát OFDMA

26

2.4

Máy phát SS-MC-MA

27

2.5

Một máy phát SS-MS-MA của thuê bao k

28

2.6

Cấu tạo của một máy thu SS-MC-MA

29

2.7

Thiết kế tín hiệu IFDMA với khoảng bảo vệ

30

2.8

Khối thu phát trong hệ thống MC-TDMA

33

viii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 9 of 95.

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

3.1

Bộ tạo tín hiệu trải phổ đa sóng mang

35

3.2

Bộ phát downlink của MC-CDMA

36

3.3

Trải phổ 1 chiều và 2 chiều

42

3.4

Biểu đồ sao

44

3.5

Máy thu MC-CDMA tại trạm đầu cuối

45

3.6

Tách sóng đơn thuê bao MC-CDMA

45

3.7

(a) Triệt nhiễu cứng . (b) Triệt nhiễu mềm

51

ix

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95.

MỞ ĐẦU
Ngày nay thì cùng với các bƣớc tiến lớn về công nghệ là sự phát triển không
ngừng của hệ thống các mạng viễn thông cũng nhƣ các hệ thống thông tin . Tuy
nhiên đi cùng với sự bùng nổ mạnh mẽ của các hệ thống thông tin đó là tình trạng
số lƣợng thuê bao gia tăng đột biến gây ảnh hƣởng tới chất lƣợng của hệ thống .
Để giải quyết vấn đề này , hiện nay các nhà khoa học đang tập trung vào kỹ thuật
MC-MA . Để hiểu rõ hơn về vấn đề này nên em đã chọn đề tài “Nghiên cứu đánh
giá các giải pháp kỹ thuật về đa truy nhập-đa sóng mang MC-MA”. Sau một
thời gian tìm hiểu và cùng với sự hƣớng dẫn của các thầy giáo trong ngành và thầy
giáo PGS.TS. Lê Quốc Vƣợng trực tiếp hƣớng dẫn, đến nay em đã hoàn thành luận
văn này với nội dung gồm ba chƣơng:
o Chƣơng I: Khái quát chung
o Chƣơng II: Phân tích kỹ thuật MC-FDMA và MC-TDMA
o Chƣơng III: Đi sâu kỹ thuật MC-CDMA và mô phỏng
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy giáo đã giúp đỡ để em có thể hoàn
thành luận văn tốt nghiệp này.
Hải Phòng, ngày 1 tháng 9 năm 2016
Học viên : Dƣơng Thọ Minh

1

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 11 of 95.

Chƣơng I
CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP
1.1.1. Các phƣơng pháp đa truy nhập
“Nhƣ chúng ta đã biết tài nguyên tần số là một dạng tài nguyên có hạn và nó
đang dần cạn kiệt khi mà số lƣợng thuê bao đang tăng nhanh do nhu cầu của xã
hội. Đây là một vấn đề nan giải đối với các nhà cung ứng dịch vụ trong việc thỏa
mãn các yêu cầu của thuê bao. Để giải quyết vấn đề này, ngƣời ta đã nghĩ ra một
phƣơng pháp đó là làm cho thuê bao chia sẻ các tài nguyên về tần số hay thời gian
hay còn gọi là đa truy nhập. Từ bản chất ngƣời ta chia đa truy nhập làm ba dạng”:
+ FDMA – Frequency Division Multiplexed Access
+ TDMA – Time Division Multiplexed Access
+ CDMA – Code Division Multiplexed Access
a.Đa truy nhập phân chia theo kênh tần số FDMA
“Trong đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, ngƣời ta phân chia dải
thông chính thành N dải con, mỗi dải con này đƣợc gọi là một kênh vô tuyến. Mỗi
một thuê bao (thuê bao) sẽ đƣợc phân cho một dải con này khi tham gia vào mạng
thông tin . Thuê bao không phải chia sẻ kênh thông tin của họ với những thuê bao
khác kể cả khi kênh thông tin đang ở trạng thái rỗi dẫn tới việc sử dụng tần số bị
giới hạn và kém hiệu quá. Tuy nhiên nó cũng có một lợi thế là thuê bao truyền và
nhận thông tin trên kênh riêng của họ do đó sẽ không gây nhiễu cho những thuê
bao khác.Vấn đề khác nảy sinh đó là nếu số lƣợng thuê bao nhiều thì thuê bao
cùng một kênh tần số thuộc hai tế bào khác nhau có thể gây nhiễu cho nhau nếu vị

trí của họ ở gần nhau” .

2

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 12 of 95.

Hình 1.1.Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDMA
- Phƣơng pháp này có ƣu điểm :
 Băng thông của một kênh tƣơng đối hẹp nên hạn chế đƣợc Fa đinh
 Hệ thống có cấu trúc đơn giản
 Đồng bộ đơn giản
Tuy nhiên nó cũng có khá nhiều khuyết điểm nhƣ tốc độ bit tối đa của một
kênh là cố định , yêu cầu phải có khoảng bảo vệ để giảm thiểu nhiễu xuyên kênh
hay sử dụng bộ lọc để lấy đƣợc khoảng tần số mong muốn cũng nhƣ phải có bộ lọc
băng hẹp tốt.
b.Đa truy nhập phân chia theo khe thời gian TDMA
Khác với hệ thống FDMA , thay vì phân chia khe tần , TDMA phân chia
thời gian sử dụng kênh truyền thành các khe thời gian khác nhau . Mỗi một thuê
bao sẽ đƣợc sử dụng kênh truyền theo khe thời gian tƣơng ứng mà họ đƣợc phân .
Hay nói cách khác thuê bao có thể sử dụng cả băng tần với các thời gian khác nhau
. Số lƣợng các khe thời gian trong một kênh vô tuyến có thể thay đổi tuỳ thuộc vào
cách thiết kế hệ thống. Dẫn tới việc TDMA có thể phục vụ số lƣợng thuê bao nhiều
hơn rất nhiều so với FDMA với cùng một kênh truyền dẫn .

3

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 13 of 95.

Hình 1.2.Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian TDMA
Trong hệ thống thông tin TDMA thì một sóng mang đƣợc sử dụng cho
nhiều ngƣời và trục thời gian đƣợc chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành
cho nhiều thuê bao do đó không có sự chồng chéo nhau. Thông tin sẽ đƣợc truyền
dẫn dƣới dạng cụm (burst) trong các khe thời gian.
Kỹ thuật TDMA đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của kỹ thuật
FDMA nhƣ:
 Không có các sản phẩm xuyên điều chế do tại một thời điểm chỉ khuyếch
đại một sóng mang duy nhất.
 Hiệu suất truyền cao dù số lƣợng truy nhập là rất lớn.
 Không cần phải khống chế công suất phát của các trạm.
 Đơn giản hoá việc điều hƣởng do phát và thu trên cùng một tần số.
 Việc xử lý tín hiệu số dẫn đến sự đơn giản hoá trong vận hành.
Tuy nhiên, TDMA cũng có những nhƣợc điểm nhất định:
 Cần phải đồng bộ hoá
 Bị ảnh hƣởng bởi nhiễu đa đƣờng.
 Giá thành đắt do trang thiết bị phức tạp.
c. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Đây là kỹ thuật vƣợt trội hơn hẳn so với FDMA và TDMA . Khi thuê bao
muốn sử dụng kênh truyền , ngƣời đó sẽ đƣợc đƣa cho một mã xác định để sử
dụng . Nói cách khác , CDMA cho phép thuê bao sử dụng toàn bộ băng tần cũng
4

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 14 of 95.

nhƣ thời gian .

Hình 1.3.Kỹ thuật ghép kênh theo mã CDMA
- CDMA có các ƣu điểm nhƣ :
 Sử dụng hiệu quả băng tần .
 Về mặt lý thuyết thì CDMA không giới hạn số lƣợng thuê bao hay thuê
bao
 Giảm đƣợc ảnh hƣởng của nhiễu đa đƣờng
 Tính bảo mật cao do ngƣời ngoài rất khó xác định quy luật của chuỗi mã.
-Nhƣng nó cũng có khá nhiều nhƣợc điểm nhƣ :
 Chất lƣợng thông tin giảm khi số thuê bao tăng .
 Bị ảnh hƣởng của hiện tƣợng gần-xa.
 Yêu cầu đồng bộ rất ngặt nghèo .
1.1.2. Kỹ thuật trải phổ
a.Quá trình trải phổ
-Trải phổ là quá trình biến đổi tín hiệu bản tin thành tín hiệu có dạng giống nhƣ
tạp âm đối với các máy thu không mong muốn , hay nói cách khác là gia tăng khó khăn
trong quá trình giải mã tín hiệu đối với các máy thu không mong muốn này. Trong trải
phổ để biến đổi tín hiệu tin tức thành can nhiễu ngƣời ta sử dụng một bộ mã ngẫu nhiêu
. Tuy nhiên ngƣời ta cũng phải đảm bảo rằng máy thu ở đầu thu có thể phát hiện cũng
nhƣ giải mã lại đƣợc tín hiệu về tin tức ban đầu .Để làm đƣợc điều này ngƣời ta sử
dụng mội loại mã gọi là “mã giả ngẫu nhiên”. Mã này đƣợc thiết kể để đảm bảo nó có
5

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 15 of 95.

độ rộng băng tần lớn hơn rất nhiều so với tín hiệu tin tức . Tín hiệu tin tức sau khi đƣợc
mã hóa sẽ có độ rộng băng tần gần bằng với mã giả ngẫu nhiên này . Ở máy thu thực
hiện quá trình nén phổ tín hiệu thu đƣợc để trả lại độ rộng phổ bằng độ rộng phổ ban
đầu của bản tin.
-Kỹ thuật trải phổ có khá nhiều ƣu điểm nhƣ :
 Khả năng đa truy nhập : Cho phép nhiều thuê bao cùng hoạt động trên một
dải tần, trong cùng một khoảng thời gian mà máy thu vẫn tách riêng đƣợc tín hiệu
cần thu. Đó là do mỗi thuê bao đã đƣợc cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu
nhận đƣợc tín hiệu từ nhiều thuê bao, nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong
muốn.
 Tính bảo mật cao :Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ rất thấp , gần
nhƣ mức nhiễu . Dẫn tới việc các máy thu không mong muốn gần nhƣ không thể
phát hiện đƣợc tín hiệu này. Chỉ có máy thu biết quy luật của chuỗi giả ngẫu nhiên
mới có thể thu đƣợc tín hiệu này .
 Bảo vệ chống đƣợc nhiễu đa đƣờng : Nhiễu đa đƣờng là kết quả của sự phản
xạ,tán xạ, nhiễu xạ … của tín hiệu trên kênh truyền vô tuyến. Các tín hiệu đƣợc
truyền theo các đƣờng khác nhau này đều là bản sao của tín hiệu phát đi nhƣng đã bị
suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu đƣợc truyền thẳng (Line of Sight). Vì vậy
tín hiệu thu đƣợc ở máy thu đã bị sai lệch, không giống tín hiệu phát đi. Sử dụng kỹ
thuật trải phổ có thể tránh đƣợc nhiễu đa đƣờng khi tín hiệu trải phổ sử dụng tốt tính
chất tự tƣơng quan của nó.
-Trong trải phổ chúng ta có ba hệ thống trải phổ cơ bản là :
 Trải phổ nhảy tần FH-SS :Sử dụng chuỗi mã giả ngẫu nhiên để điều khiển
tần số sóng mang .
 Trải phổ nhảy thời gian TH-SS :Một khối lƣợng bit đƣợc nén và phát ngắt
quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa nhiều khe thời gian
.
 Trải phổ trực tiếp DS-SS :Tạo tín hiệu băng rộng bằng cách nhân trực tiếp
tín hiệu tin tức với chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN . Đây cũng là hệ thống hay đƣợc

6

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 16 of 95.

sử dụng trong kỹ thuật đa truy nhập CDMA
*.Chuỗi mã giả ngẫu nhiên Pseudo-Noise (PN)
Chuỗi mã giả ngẫu nhiên là một chuỗi nhị phân tuần hoàn với chu
kỳ lặp lại cực kỳ lớn . Do đó nếu không biết đƣợc trƣớc chu kỳ lặp lại thì
rất khó có thể giải mã đƣợc một chuỗi mã giả ngẫu nhiên .
Độ rộng của một xung trong chuỗi PN đƣợc gọi là độ rộng chip Tc
. Tc nhỏ hơn rất nhiều so với độ rộng xung của tín hiệu tin tức . Hay nói
cách khác tốc độ của chuỗi PN hay tốc độ chip lớn hơn rất nhiều so với
tốc độ của tín hiệu tin tức .
Chuỗi PN đƣợc tạo ra bằng thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính và
các mạch hoặc loại trừ. Dãy ghi dịch hồi tiếp đƣợc xác định bởi đa thức
sinh tuyến tính g(x) bậc m>0 :
g ( x)  gm xm  gm1 x m1  ......  g1 x  g0

-Đối với các dãy nhị phân

gi

(1.1)

có giá trị là 0 hay 1 , còn

g m  g0  1

Đặt g ( x) =0 ta có đƣợc công thức :
xm  gm1 xm1  gm2 xm2  ......  g1 x  1 (mod 2)

(1.2)

Vì -1=1 mod 2 với x k thể hiện k đơn vị trễ .
Dƣới đây là sơ đồ thanh ghi dịch để tạo ra dãy mã giả ngẫu
nhiên PN:

Hình 1.4. Mạch ghi dịch tạo mã giả ngẫu nhiên
Tùy theo các trạng thái đóng mở của các chuyển mạch

gi

mà ta có

tín hiệu hồi tiếp về khác nhau . Do thanh ghi dịch có m đơn vị nhớ nên ta
có thể có tối đa 2m  1 trạng thái khác 0 , loại bỏ trạng thái 00…0 . Vì vậy
chu kỳ cực đại của một chuỗi PN là N= 2m  1 .
7

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 17 of 95.

-Chuỗi PN có một vài tính chất nhƣ sau :
 Trong 1 chu kỳ số bit 1 nhiều hơn số bit 0 1 đơn vị .
 Tƣơng quan chéo giữa tín hiệu PN và phiên bản bị dịch theo

thời gian của nó là rất nhỏ.
 Nếu trƣợt một cửa sổ có độ rộng m dọc theo dãy m trong Sm thì
ta thấy đúng 1 lần mỗi bộ m nhị phân khác trong 2m  1 bộ (với Sm là tập
các dãy m đƣợc tạo ra bởi đa thức sinh g ( x) ) .
 Tổng của 2 dãy m trong Sm (mod 2 từng số hạng) là một dãy m
khác trong Sm .
 Tổng của dãy m và dịch vòng của chính nó (mod 2 từng số
hạng) là một dãy m khác trong Sm .
 Hàm tự tƣơng quan của 1 dãy PN đƣợc xác định bằng công
thức :

1 N 1
c c
 (i)   (1) j ji
N j 0

(1.3)

Với N là chu kỳ của dãy PN.

Hình 1.5. Hàm tự tương quan của chuỗi PN
Trong kỹ thuật trải phổ ngƣời ta thƣờng sử dụng hai loại chuỗi trải
phổ là:
 Các chuỗi Gold: Giả sử x và y là hai dãy có hàm tƣơng quan chéo
3 trị là:
 x, y (n)  1; t (m); t (m)  2, n

(1.4)

8

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 18 of 95.

Thì ta có các dãy Gold bao gồm N  2 dãy với độ dài
N  2m  1 (với m là bậc của đa thức sinh tạo ra các dãy x và y) là :

SGold  x, y, x  y, x  T 1 y, x  T 2 y,...., x  T ( N 1) y (1.5)

Ở đây T 1 y  ( y1 , y2 , y3 , KK , yN 1, y0 ) là dịch vòng trái của dãy y .
Biên độ tƣơng quan cực đại đối với hay dãy m bất kỳ trong cùng
tập bằng hằng số t (m) .
 Các dãy Kasami : Giả sử m là số nguyên chẵn và x là một dãy
m có chu kỳ N  2m  1 .
Các dãy Kasami nhận đƣợc bằng cách chia dãy x và cộng mod 2
trên dãy dịch vòng. Tập nhỏ các dãy Kasami đƣợc cho bằng :
SKasami   x, x  y, x  T 1 y, x  T 2 y,...., x  T  (2

m/2

 2)

y (1.6)

Với y  x  s(m) , s(m)  2m/2  1 ; y cũng là một dãy m tuần hoàn
nhƣng có chu kỳ nhỏ hơn và bằng (2m 1) / s(m)  2m/2 1 [3].
*Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DS-SS
Về cơ bản thì nguyên lý của phƣơng pháp này là nhân trực tiếp tín hiệu tin

tức dƣới dạng nhị phân với chuỗi giả ngẫu nhiên PN nhằm mục đích trải rộng phổ
của tín hiệu tin tức do chuỗi PN có tốc độ lớn hơn nhiều so với tín hiệu tin tức . Ở
máy thu tín hiệu thu đƣợc sẽ đƣợc nhân lần nữa với chuỗi giả ngẫu nhiên PN đã
đƣợc đồng bộ để tái tạo lại tín hiệu tin tức .

Gi¶i ®iÒu chÕ

§iÒu chÕ b»ng
réng

Chuçi
PN

sãng
mang c(t)

sãng
mang c(t)

g(t)

Chuçi
PN
g(t)

Hình 1.6. Sơ đồ khối trải phổ trực tiếp DS-SS
9

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 19 of 95.

Tín hiệu cần truyền đi là tín hiệu d(t) với dạng NRZ với d(t)=1 hoặc -1 ,tốc
đô bit

fb

. Thực hiện nhân d(t) với chuỗi giả ngẫu nhiên g(t) có tốc độ

fc

với

f c >> f b

.
Do tốc độ bit của chuỗi PN lớn hơn rất nhiều so với tín hiệu tin tức nên tín
hiệu d(t) sẽ bị chia nhỏ với tốc độ rất cao . Tốc độ này đƣợc gọi là tốc độ chip- hay
tốc độ của dãy PN .

Hình 1.7. Quá trinh trải phổ tín hiệu tin tức
Sau đó chuỗi d(t).g(t) sẽ đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp BPSK hay QPSK
và phát đi .

Hình 1.8.Tín hiệu ban đầu và tín hiệu trải phổ
Từ hình 1.7 ta thấy phổ của tín hiệu sau trải phổ rất rộng, rộng hơn rất nhiều
so với tín hiệu tin tức ban đầu. Nó có dạng gần giống nhƣ phổ của các tín hiệu
nhiễu. Khi truyền đi tín hiệu trải phỗ sẽ lẫn vào các tín hiệu nhiễu trên đƣờng
truyền. Điều đó giúp cho tín hiệu trải phổ có khả năng chống nhiễu rất cao, đặc

biệt là với nhiễu tập trung.
10

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 20 of 95.

Ƣu điểm của kỹ thuật trải phổ trực tiếp:
 Việc tạo ra tin hiệu mã hóa tƣơng đối đơn giản do chỉ cần các bộ
nhân.
 Việc tổng hợp tần số đơn giản do chỉ sử dụng một sóng mang.
Khuyết điểm của kỹ thuật trải phổ trực tiếp:
 Máy phát và thu yêu cầu đồng bộ rất cao. Sai số phải nhỏ hơn
thời gian chip

Tc

 Các máy phát ở gần máy thu có thể gây nhiễu cho máy phát ở
xa (hiệu ứng gần xa) [3] .
*Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH-SS .
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần số đƣợc
chọn theo mã trong một tập hợp các tần số. Độ rộng toàn bộ băng tần đƣợc chia nhỏ
thành các khe tần số không lấn lên nhau. Chuỗi mã PN sẽ xác định khe tần số nào
đƣợc dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định.
Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực
tiếp điều chế tín hiệu mà đƣợc dùng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra các tần số
khác nhau.
Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu. Tƣơng
ứng có hai trƣờng hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm.

Hình 1.9.Sơ đồ khối trải phổ nhảy tần [1].
11

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 21 of 95.

Bản tin nhị phân b(t) cần phát có tốc độ Rb= 1/Tb , đƣợc mã hoá NZR. Sau
đó đƣợc điều chế một sóng mang mà tần số của nó fc(t) đƣợc điều khiển bởi một
bộ tạo mã. Bộ tổng hợp tần số sẽ tạo ra các chip có tốc độ bit Rc. Do đó, tần số
sóng mang đƣợc xác định theo một tập hợp của log2N chip ( N là số lƣợng các tần
số sóng mang có thể có). Mỗi lần nó thay đổi là mã đã tạo ra log2N chip liên tiếp.
Nhƣ vậy, tần số sóng thay đổi theo các bƣớc. Bƣớc của tần số là RH=Rc/log2N.
Tại máy thu, sóng mang đƣợc nhân với một sóng mang chƣa điều chế đƣợc
tạo ra giống hệt bên phát. Sóng mang này đƣợc tạo ra nhờ bộ tạo mã PN giống nhƣ
bên phát điều khiển bộ tổ hợp tần số để tạo ra tần một tần số thích hợp. Nhƣ vậy,
Sự chuyển dịch tần số giả ngẫu nhiên ở bên phát sẽ đƣợc loại bỏ tại nơi thu.
Điều chế FSK thƣờng sử dụng cho các hệ thống này. Giải điều chế là không
kết hợp do tần số sóng mang luôn thay đổi trong quá trình truyền tin.
Ƣu điểm của kỹ thuật trải phổ nhảy tần :
 Với cùng tốc độ đồng bộ PN , các bộ FH-SS có thể nhảy về
băng tần rộng hơn nhiều so với DS-SS .
 Có thể loại bỏ một số kênh gây nhiễu mạnh .
Khuyết điểm của kỹ thuật trải phổ nhảy tần :
 Khó duy trì đồng bộ pha do sự thay đổi nhanh của tần số phát .
 Dễ bị nghe trộm , đặc biệt là hệ thống trải phổ nhảy tần thấp
 Cấu tạo máy phát và máy thu phức tạp , đắt tiền [3].
*Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian TH-SS.

Nhảy thời gian tƣơng tự nhƣ điều chế xung. Nghĩa là, dãy mã đóng/mở bộ
phát, thời gian đóng/ mở bộ phát đƣợc chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu
nhiên theo mã và đạt đƣợc 50 % yếu tố tác động truyền dẫn trung bình. Sự khác
nhau nhỏ so với hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi
theo mỗi thời gian chip mã trong hệ thống FH/SS thì sự nhảy tần số chỉ xảy ra
trong trạng thái dịch chuyển dãy mã trong hệ thống TH/ SS. TH/SS có thể làm
giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theo thời gian. Vì mục
đích này mà sự chính xác thời gian đƣợc yêu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu hóa
12

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 22 of 95.

độ dƣ giữa các máy phát.
Ƣu điểm của kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian :
 Với cùng tốc độ đồng bộ PN , các bộ TH-SS có thể nhảy về băng tần rộng
hơn nhiều so với DS-SS .
Khuyết điểm của kỹ thuật trải phổ nhảy tần :
 Khó đồng bộ .
 Cấu tạo máy phát và máy thu phức tạp , đắt tiền .
1.2.PHƢƠNG PHÁP ĐA SÓNG MANG
Nguyên tắc cơ bản của truyền thông đa sóng mang là chuyển đổi một dòng
dữ liệu tốc độ cao nối tiếp thành các dòng dữ liệu song song với tốc độ thấp (gọi là
các sub-streams hay các dòng phụ) . Mỗi một dòng phụ sẽ đƣợc điều chế trên một
sóng mang phụ. Với việc tốc độ bit trên mỗi sóng mang phụ nhỏ hơn rất nhiều so
với tốc độ bit của chuỗi dữ liệu ban đầu , các hiệu ứng của trễ truyền, ví dụ nhƣ
ISI, sẽ bị suy giảm một cách đang kể cũng nhƣ giảm đi sự phức tạp của các bộ cân
bằng . OFDM là một kỹ thuật phức tạp đƣợc sử dụng trong điều chế đa sóng mang

và đem lại hiệu quả rõ rệt bằng cách sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số .

Hình 1.10 : Điều chế đa sóng mang với 4 kênh phụ [4].
Một ví dụ về điều chế đa sóng mang với bốn tiểu kênh Nc = 4 đƣợc mô tả
trong Hình 1.10. Lƣu ý rằng ba hệ trục thời gian / tần số / mật độ công suất đƣợc
sử dụng để minh họa cho nguyên tắc của trải phổ đa sóng mang . Một hình khối
mô tả 3 trục thời gian /tần số/mật độ công suất của tín hiệu , trong đó hầu hết năng
lƣợng của tín hiệu đƣợc tập trung ở đây .
1.2.1.Ghép kênh phân chia theo tầng số trực giao(OFDM)
Một hệ thống thông tin liên lạc điều chế đa sóng mang truyền đi Nc ký tự
13

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 23 of 95.

nguồn ký hiệu là Sn với n = 0, ..., Nc - 1, các bit này đƣợc truyền song song trên Nc
sóng mang phụ. Các ký tự nguồn có thể thu đƣợc sau các quá trình giải mã kênh và
giải mã nguồn , trộn các bit (interleaving) và ánh xạ ký tự .

Ts  NcTd

(1.8)

Công thức trên xác định độ dài của một symbol
nối tiếp-song song trong OFDM với

Ts sau quá trình chuyển đổi

Td là độ dài một ký tự nối tiếp.

Nguyên tắc cơ bản của OFDM là điều chế N c kênh sóng mang với khoảng
cách mỗi kênh là :
Fs 

1
Ts

(1.9)

Sao cho có thể đạt đƣợc tính trực giao giữa các tín hiệu trên các kênh sóng
mang này , giả sử tín hiệu có dạng xung vuông.
Lúc này các ký tự Sn với n = 0, ..., Nc – 1 đƣợc gọi là các ký tự OFDM .
Phƣơng trình biểu diễn đƣờng bao phức các ký tự này có dạng :

1
x(t ) 
Nc

Nc 1

S e
n 0

n

j 2 f n t

với 0  t  Ts

(1.10)

Các tần số sóng mang đƣợc xác định bằng :
fn 

n
, n  0,...., N c 1
Ts

(1.11)

Mật độ phổ công suất của một tín hiệu OFDM với 16 kênh sóng mang phụ
với tần số chuẩn hóa fTd đƣợc mô tả nhƣ hình :

spectrum of 1st
subchannel OFDM
spectrum

14

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 24 of 95.

Hình 1.11: Phổ OFDM với Nc=16
Trong đó mật độ phổ công suất đƣợc dịch về tần số trung tâm và các ký tự
Sn với n = 0, ..., Nc - 1, đƣợc truyền đi với cùng một mức công suất. Các đƣờng
chấm trong hình vẽ mô tả mật độ phổ công suất của sóng mang điều chế đầu tiên

cũng nhƣ cấu trúc mật độ phổ công suất tƣơng đƣơng cho các tần số khác. Với N c
lớn thì mật độ phổ công suất sẽ trở nên phẳng hơn trong đoạn tần số chuẩn hóa từ
0.5  fTd  0.5 .

Nhớ rằng chỉ các kênh phụ ở gần các mốc giới hạn băng thông là đóng góp
vào quá trình truyền công suất ngoài giải băng. Do đó khi mà N c có giá trị lớn thì
phổ mật độ công suất sẽ tiếp cận dạng của điều chế một sóng mang với hệ số lấy
mẫu Nyquist lý tƣởng.
Một lợi thế quan trọng của việc sử dụng OFDM là điều chế đa sóng mang có
thể đƣợc thực hiện trong miền rời rạc bằng cách sử dụng một bộ IDFT ( bộ biến
đổi từ miền tần số sang miền thời gian), hoặc nếu muốn đạt đƣợc hiệu quả tốt hơn
thì sử dụng bộ IFFT. Khi lấy mẫu thì đƣờng bao phức x(t ) của một symbol OFDM
với tốc độ lấy mẫu 1/ Td là:
x(t ) 

1
Nc

Nc 1

S e
n 0

n

j 2 nv / Nc

, v  0,...., N c  1

(1.12)

Sơ đồ khối của một bộ điều chế đa sóng mang OFDM sử dụng thuật toán
IDFT và giải điều chế đa sóng mang OFDM dựa trên IDFT đƣợc minh họa trong
hình sau :

15

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 25 of 95.

Hình 1.12: Hệ thống thông tin số đa sóng mang sử dụng OFDM [1].
Khi số lƣợng các sóng mang phụ tăng lên, độ dài một symbol Ts trong
OFDM trở nên lớn hơn rất nhiều so với độ dài của đáp ứng xung  max của kênh
truyền, cũng nhƣ lƣợng ISI giảm. Tuy nhiên, để hoàn toàn tránh đƣợc những ảnh
hƣởng của ISI cũng nhƣ duy trì tính trực giao giữa các tín hiệu trên các sóng mang
phụ chúng ta cần một khoảng bảo vệ chèn vào giữa các symbol OFDM liền kề:

 max  Tg

(1.13)

Hay nói cách khác độ dài của một symbol OFDM lúc này sẽ là :
Ts'  Tg  Ts

(1.14)

Để có thể ránh đƣợc ISI độ dài rời rạc của khoảng bảo vệ phải thỏa mãn:
 N 

Lg   max c 
 Ts 

(1.15)

Đầu ra của kênh, sau bộ chuyển đổi RF, y(t ) là tích chập của tín hiệu đầu
vào x(t ) cùng với đáp ứng xung của kênh h( , t ) và tín hiệu nhiễu n(t ) :


y (t ) 

 x(t   )h( , t )d  n(t )

(1.16)



Tín hiệu thu đƣợc y(t ) đƣợc đƣa qua một bộ chuyển đổi tƣơng tự- số có
chuối đầu ra yv là tín hiệu y(t ) đƣợc lấy mẫu với tốc độ 1/ Td . Với việc ISI chỉ hiện
diện trong các mẫu rời rạc Lg đầu tiên của chuối đầu ra , ngƣời ta có thể khử nó
16

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -