Cải thiện chất lượng hệ thống thông tin di động multicode multicarrier cdma bằng phép biến đổi wavelet packets

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRẦN CÔNG VINH

CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG MULTICODE-MULTICARRIER-CDMA
BẰNG PHÉP BIẾN ĐỔI WAVELET PACKETS
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2008


Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRẦN CÔNG VINH

CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG MULTICODE-MULTICARRIER-CDMA
BẰNG PHÉP BIẾN ĐỔI WAVELET PACKETS
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2008

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :PGS.TS Phạm Hồng Liên ..................................
...........................................................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ..................................................................................
...........................................................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ..................................................................................
...........................................................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 25 tháng 07 năm 2008.

ii


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRẦN CƠNG VINH

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh :01/01/1983

Nơi sinh : Quảng Ngãi

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006
1- TÊN ĐỀ TÀI: Cải thiện chất lượng hệ thống thông tin di động Multicode-Multicarrier-CDMA
bằng phép biến đổi Wavelet packets

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
− Tìm hiểu tổng quan về thơng tin di động, các hệ thống MTC-CDMA, MC-CDMA và
MC-MC-CDMA.
− Tìm hiểu về phép biến đổi Wavelet và Wavelet packets.
− Nghiên cứu giải pháp cải thiện chất lượng hệ thống MC-MC-CDMA bằng phép biến
đổi Wavelet packets.
− Viết chương trình mơ phỏng cho các hệ thống nêu trên, đánh giá kết quả và nêu hướng
phát triển của đề tài.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . .21/01/2008 . . . . . . . . . . . .
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . 30/06/2008 . . . . . . . . . . . .
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): . . . . . . . . . . . . . . . . .
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

iii


LỜI CẢM ƠN
Hơn sáu tháng qua nhờ sự tận tình hướng dẫn và giúp đỡ của
PGS.TS Phạm Hồng Liên mà tơi đã hồn thành một cách tốt đẹp
luận văn thạc sĩ của mình. Xin được phép gửi đến Cơ Phạm Hồng
Liên lòng biến ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Nhân đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong trường
Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy
cơ trong bộ mơn Viễn thông đã cung cấp cho tôi những kiến thức
rất bổ ích trong suốt hai năm học cao học. Nhờ những kiến thức
này mà tơi hồn thành tốt luận văn của mình.
Xin được gửi lời biết ơn chân thành nhất đến ba mẹ, người đã luôn
động viên, giúp đỡ con trong suốt những năm tháng học hành.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người ln
giúp đỡ tơi khi gặp khó khăn trong q trình học tập cũng như khi
thực hiện luận văn này.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2008
Trần Cơng Vinh

iv


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây, thơng tin di động phát triển vô cùng mạnh mẽ. Không
như những ngày đầu khi mới hình thành, thơng tin di động chủ yếu phục vụ dịch vụ
cơ bản nghe và nói. Ngày nay, thơng tin di động cịn đáp ứng nhiều dịch vụ khác
như truyền dữ liệu, video, hội nghị truyền hình, truy cập internet…. Để đáp ứng
được các dịch vụ với nhiều tốc độ khác nhau này, các hệ thống thông tin di động
cũng phải ngày càng được cải thiện về chất lượng và công nghệ. Hiện nay, các nhà
nghiên cứu đang tìm các giải pháp để đưa hệ thống thông tin di động lên thế hệ thứ
tư. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được triển khai ở nhiều nơi trên thế
giới dựa trên nền công nghệ cơ bản là CDMA. Với công nghệ này, khơng chỉ có
một hướng phát triển mà đi theo nhiều hướng khác nhau. Một trong những hướng
phát triển đó là kết hợp giữa công nghệ CDMA với kỹ thuật điều chế đa sóng mang
trực giao OFDM. Hệ thống cơ bản nhất trong sự kết hợp này là hệ thống
Multicarrier-CDMA (MC-CDMA). Tuy hệ thống này có nhiều ưu điểm hơn so với
các hệ thống trước đây nhưng còn hạn chế trong việc truyền các ứng dụng đa tốc độ
và chất lượng vẫn chưa làm hài lòng các nhà nghiên cứu. Nhiều biện pháp đã được
đưa ra để khắc phục các nhược điểm này. Để giải quyết vấn đề truyền đa tốc độ,
một số biện pháp đã được đưa ra, một trong số đó là sử dụng kỹ thuật đa mã hóa.
Kết hợp kỹ thuật này với hệ thống MC-CDMA người ta tạo ra hệ thống MulticodeMulticarrier-CDMA (MC-MC-CDMA). Hệ thống này đã khắc phục được nhược
điểm truyền đa tốc độ của hệ thống MC-CDMA và còn cải thiện đáng kể chất lượng
của hệ thống.
Tuy nhiên, trong hệ thống MC-MC-CDMA như trên, để thực hiện điều chế đa sóng
mang, người ta sử dụng phép biến đổi FFT là một dạng của phép biến đổi Fourier.
Phép biến đổi này có nhược điểm là dựa trên dạng sóng hình sin, với dạng sóng này,
phổ trong một sóng mang con có side-lobe tương đối lớn, từ đó sẽ gây nhiễu đến
các sóng mang con khác làm mất tính trực giao giữa các sóng mang, đó là lý do gây

v

Lời nói đầu

ra nhiễu ICI (Inter-Channel Interference) trong hệ thống làm giảm chất lượng hệ
thống. Để khắc phục nhược điểm này, người ta đã đề nghị không sử dụng phép biến
đổi FFT vào phần điều chế đa sóng mang mà sử dụng phép biến đổi Wavelet
packets, đây là một dạng của phép biến đổi Wavelet. Với phép biến đổi Wavelet
packets, phổ trong một sóng mang con có side-lobe nhỏ hơn rất nhiều so với khi sử
dụng phép biến đổi FFT, điều này sẽ làm cho hệ thống chống lại khá tốt nhiễu ICI
nên cải thiện được chất lượng của hệ thống.
Chính vì những lý do trên mà tơi đã chọn đề tài “Cải thiện chất lượng hệ thống
thông tin di động Multicode-Multicarrier-CDMA bằng phép biến đổi Wavelet
packets” để thực hiện luận văn thạc sĩ của mình. Nội dung chính của luận văn bao
gồm các chương như sau:
Chương 1 giới thiệu chung về lịch sử phát triển, các kiến thức cơ bản về thông tin di
động tế bào, các kỹ thuật đa truy cập và các kênh truyền vô tuyến trong thông tin di
động.
Chương 2 nêu tổng quan một số hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ
CDMA, gồm những hệ thống sau: Multicode CDMA, Multicarrier CDMA và
Multicode-Multicarrier-CDMA.
Chương 3 trình bày những hạn chế của phép biến đổi Fourier, tổng quan về phép
biến đổi Wavelet và một số Wavelet cơ bản thường gặp, phân tích về phép biến đổi
Wavelet packets sử dụng trong các chương tiếp theo.
Chương 4 trình bày về hệ thống MC-MC-CDMA sử dụng phép biến đổi Wavelet
packets (WP-MC-MC-CDMA). Nội dung sẽ trình bày về mơ hình hệ thống và phân
tích đánh giá chất lượng của hệ thống thông qua một số thông số như SNIR, BER
và xác suất nghẽn mạng.
Chương 5 trình bày về hiệu suất phân tập trong hệ thống WP-MC-MC-CDMA. Một
số kỹ thuật phân tập tại máy thu được thực hiện để nâng cao chất lượng của hệ
thống. Các kỹ thuật được sử dụng là SD, EGC và MRC.

vi


Lời nói đầu

Chương 6 giới thiệu về chương trình mơ phỏng, trình bày kết quả mơ phỏng và nêu
lên một số nhận xét để đánh giá giữa sự phân tích lý thuyết và kết quả mô phỏng đạt
được.
Chương 7 là kết luận về những việc đã làm được trong luận văn và nêu lên hướng
phát triển tiếp theo của đề tài này.

vii


Abstract

ABSTRACT
In some nearly years, mobile communications develop very strong. Not the same
the first days when they were appeared, they only supply the base services such as
voice. Nowadays, mobile communications can supply some other services such as
transmitting data, video, conferential television, access internet…. To satisfy some
services with more other rates, mobile communications have to improve about
performance and technique. Today, researchers are researching solutions to take
mobile communications become fourth generation. Third generation mobile
communications were used in some where in the world base on CDMA technology.
With this technology, there are some ways to develop. One of them combines
between CDMA technology and OFDM technique. The base system in combine is
Multicarrier-CDMA (MC-CDMA). This system has more advantages than some
systems in the pass. However, this system has disadvantages in transmission of
various data rate applications, and researchers are not satisfied about performance

of this system. Many methods were proposed to overcome some these
disadvantages. To solve problem about transmission various data rate, some
methods were proposed, one of them uses multicode technique. Combine this
technique with MC-CDMA system to make up Multicode-Multicarrier-CDMA
(MC-MC-CDMA). This system can solve transmission various data rate, and the
performance of this system is better than MC-CDMA system.
However, in MC-MC-CDMA system, multicarrier modulation is made by FFT
transform which is one of some Fourier transform. The disadvantage of this
transform is base on sinusoidal waveform. In this waveform, spectrum in a
subcarrier has high sidelobes energy, it interfere with other subcarriers is the cause
not orthogonal between subcarriers bring to ICI (Inter-Channel Interference)
problem in the system and degrading the system performance. To solve this
problems, using Wavelet packets reply FFT transform in multicarrier modulation. In

viii


Abstract

Wavelet packets transform, spectrum in a subcarrier has much lower sidelobe
energy than FFT transform. This work will help system resists ICI interference very
well, so system performance is improved.
Because of these reasons, I choose subject “Improve the quality of MulticodeMulticarrier-CDMA Mobile Communication System with Wavelet packets
transform” to perform my master thesis. The main content of thesis includes some
chapters following:
Chapter 1 introduces about history, base knowledge, multiple access techniques,
and radio channels in mobile telecommunication.
Chapter 2 introduces general about some mobile telecommunication systems using
CDMA technology, including Multicode-CDMA system, Multicarrier-CDMA
system, and Multicode-Multicarrier-CDMA system.

Chapter 3 presents some disadvantages of Fourier transform, general about Wavelet
transform and some base Wavelets, and analyses Wavelet packets transform to use
in following chapters.
Chapter 4 presents about MC-MC-CDMA system using Wavelet packets transform
(WP-MC-MC-CDMA) including model system, and analyses performance of
system base on some parameters, such as SNIR, BER and outage probability.
Chapter 5 presents about diversity performance of WP-MC-MC-CDMA system.
Some diversity techniques in receiver system are used to improve performance of
system such as SD, EGC, and MRC.
Chapter 6 introduces about simulation program, presents result of simulation and
comments between theory analyses and result of simulation.
Chapter 7 concludes about some works realized in this thesis, and suggests some
future research.

ix


Mục lục

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iv
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................... v
ABSTRACT........................................................................................................... viii
MỤC LỤC ............................................................................................................. x
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................ xiv
DANH MỤC BẢNG BIỂU..................................................................................xviii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... xix
PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN........................................................................ 1
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................... 2
1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động ...................................................... 2

1.2 Tổng quan hệ thống thông tin di động tế bào .............................................. 3
1.3 Các kỹ thuật đa truy cập trong thông tin di động ........................................ 6
1.3.1 Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA ........................................... 6
1.3.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA ...................................... 7
1.3.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA ............................................... 7
1.4 Kênh truyền vô tuyến di động ..................................................................... 8
1.4.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến kênh truyền vô tuyến ........................... 8
1.4.2 Kênh truyền fading phẳng ................................................................... 10
1.4.3 Kênh truyền phân tán theo thời gian.................................................... 14
1.4.4 Giả định WSSUS ................................................................................. 17
1.4.5 Các mơ hình kênh truyền phân tán theo thời gian ............................... 19
1.5 Kết luận........................................................................................................ 23
Chương 2: TỔNG QUAN MỘT SỐ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
CDMA .................................................................................................................... 25
2.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 25
2.2 Hệ thống Multicode-CDMA........................................................................ 25
2.2.1 Hệ thống MTC-CDMA dạng song song.............................................. 25

x


Mục lục

2.2.2 Hệ thống MTC-CDMA dạng M-ary.................................................... 27
2.3 Hệ thống Multicarrier-CDMA..................................................................... 28
2.3.1 Hệ thống Multicarrier-CDMA............................................................. 28
2.3.2 Hệ thống MC-DS-CDMA ................................................................... 31
2.4 Hệ thống Multicode-Multicarrier-CDMA ................................................... 32
2.4.1 Hệ thống PMC-MC-CDMA ................................................................ 33
2.4.2 Hệ thống MMC-MC-CDMA............................................................... 34

2.5 Kết luận........................................................................................................ 36
Chương 3: TỔNG QUAN PHÉP BIẾN ĐỔI WAVELET................................ 37
3.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 37
3.2 Biến đổi Fourier và những hạn chế.............................................................. 37
3.2.1 Biến đổi Fourier kinh điển................................................................... 37
3.2.2 Biến đổi Fourier thời gian ngắn STFT ................................................ 38
3.3 Phép biến đổi Wavelet ................................................................................. 39
3.3.1 Tổng quan ............................................................................................ 39
3.3.2 Biến đổi Wavelet liên tục CWT .......................................................... 41
3.3.3 Biến đổi Wavelet rời rạc DWT............................................................ 44
3.3.4 Một số họ wavelet thường gặp ............................................................ 48
3.4 Phép biến đổi Wavelet packets .................................................................... 58
3.4.1 Biến đổi Wavelet packets .................................................................... 58
3.4.2 Điều chế wavelet packets .................................................................... 59
3.5 Kết luận................................................................................................... 60
PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
MC-MC-CDMA .................................................................................................... 62
Chương 4: HỆ THỐNG MULTICODE-MULTICARRIER-CDMA SỬ DỤNG
PHÉP BIẾN ĐỔI WAVELET PACKETS ........................................................ 63
4.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 63
4.2 Mơ hình hệ thống và kênh truyền:............................................................... 63
4.2.1 Mơ hình máy phát................................................................................ 63

xi


Mục lục

4.2.2 Mơ hình kênh truyền............................................................................ 66
4.2.3 Mơ hình máy thu.................................................................................. 67

4.3 Đánh giá tỉ số tín hiệu trên nhiễu cộng giao thoa SNIR .............................. 79
4.3.1 Giới thiệu ............................................................................................. 79
4.3.2 Variance của điều chế QPSK............................................................... 81
4.3.3 Variance của điều chế BPSK............................................................... 86
4.3.4 SNIR của điều chế QPSK và BPSK .................................................... 87
4.3.5 Nhận xét............................................................................................... 89
4.4 Đánh giá tỉ lệ bit lỗi BER ............................................................................ 91
4.4.1 Giới thiệu ............................................................................................. 91
4.4.2 Tỉ lệ bit lỗi BER................................................................................... 91
4.4.3 Nhận xét............................................................................................... 92
4.5 Đánh giá xác suất nghẽn mạng: ................................................................... 94
4.5.1 Giới thiệu ............................................................................................. 94
4.5.2 Xác suất nghẽn mạng........................................................................... 94
4.5.3 Nhận xét............................................................................................... 95
4.6 Kết luận................................................................................................... 96
Chương 5: HIỆU SUẤT PHÂN TẬP TRONG HỆ THỐNG WP-MC-MCCDMA .................................................................................................................... 97
5.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 97
5.2 Mơ hình hệ thống thu phân tập .................................................................... 97
5.3 Phương pháp lựa chọn phân tập SD ............................................................ 99
5.4 Phương pháp kết hợp độ lợi cân bằng EGC ................................................ 100
5.5 Phương pháp kết hợp tỉ số cực đại MRC..................................................... 101
5.6 Đánh giá tỉ lệ bit lỗi BER ............................................................................ 103
5.6.1 Hiệu suất BER của lựa chọn phân tập ................................................. 103
5.6.2 Hiệu suất BER của kết hợp độ lợi cân bằng ........................................ 103
5.6.3 Hiệu suất BER của kết hợp tỉ số cực đại ............................................. 103
5.7 Đánh giá xác suất nghẽn mạng .................................................................... 104

xii

Mục lục

5.7.1 Xác suất nghẽn mạng với kỹ thuật lựa chọn phân tập......................... 104
5.7.2 Xác suất nghẽn mạng với kỹ thuật kết hợp độ lợi cân bằng................ 105
5.7.3 Xác suất nghẽn mạng với kỹ thuật kết hợp tỉ số cực đại ..................... 105
5.8 Kết luận........................................................................................................ 106
PHẦN 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...... 107
Chương 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ................................................................... 108
6.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 108
6.2 Chương trình mơ phỏng............................................................................... 108
6.3 Kết quả mơ phỏng........................................................................................ 110
6.4 Kết luận........................................................................................................ 133
Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........................ 135
7.1 Kết luận........................................................................................................ 135
7.2 Hướng phát triển đề tài ................................................................................ 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 137
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 140
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.................................................................................. 150

xiii


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu trúc mạng trên nền lõi IP................................................................. 3
Hình 1.2: Mạng di động tế bào ............................................................................... 4
Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản thơng tin di động tế bào số ........................................... 5
Hình 1.4: Đa truy cập phân chia theo tần số........................................................... 7
Hình 1.5: Đa truy cập phân chia theo thời gian ...................................................... 7

Hình 1.6: Đa truy cập phân chia theo mã ............................................................... 8
Hình 1.7: Mơ hình truyền sóng đa đường............................................................... 9
Hình 1.8: Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh và Ricean ................................ 12
Hình1.9: Biên độ tín hiệu thu có Fading Rayleigh ................................................. 13
Hình 1.10: Elip tán xạ ............................................................................................. 15
Hình 1.11: Độ trải trễ trong các môi trường khác nhau theo COST 207 ............... 21
Hình 2.1: Sơ đồ máy phát hệ thống MTC-CDMA dạng song song ....................... 25
Hình 2.2: Sơ đồ máy thu hệ thống MTC-CDMA dạng song song ......................... 26
Hình 2.3 Sơ đồ máy phát hệ thống MTC-CDMA dạng M-ary .............................. 27
Hình 2.4 Sơ đồ máy thu hệ thống MTC-CDMA dạng M-ary ................................ 28
Hình 2.5: Sơ đồ máy phát hệ thống MC-CDMA.................................................... 28
Hình 2.6: Sự tạo tín hiệu MC-CDMA .................................................................... 30
Hình 2.7: Sơ đồ hệ máy thu hệ thống MC-CDMA................................................. 30
Hình 2.8: Sơ đồ máy phát hệ thống MC-DS-CDMA ............................................. 31
Hình 2.9: Sơ đồ tạo tín hiệu MC-DS-CDMA......................................................... 31
Hình 2.10: Sơ đồ máy thu hệ thống MC-DS-CDMA............................................. 32
Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống phát PMC-MC-CDMA................................................ 33
Hình 2.12: Sơ đồ máy thu hệ thống PMC-MC-CDMA.......................................... 34
Hình 2.13: Sơ đồ máy phát hệ thống MMC-MC-CDMA ...................................... 34
Hình 2.14: Sơ đồ máy thu hệ thống MMC-MC-CDMA ........................................ 35
Hình 3.1: Sơ đồ biến đổi Fourier ............................................................................ 38
Hình 3.2: Sơ đồ biến đổi STFT............................................................................... 39

xiv


Danh mục hình vẽ

Hình 3.3: Hàm cơ sở trong phép biến đổi Fourier và Wavelet............................... 40
Hình 3.4: Bộ lọc của wavelet................................................................................ 45

Hình 3.5: Giảm mẫu trong phân tích wavelet....................................................... 46
Hình 3.6: Sơ đồ phân tích wavelet rời rạc .............................................................. 47
Hình 3.7: Tái tạo tín hiệu....................................................................................... 47
Hình 3.8: Q trình tăng mẫu (upsampling).......................................................... 48
Hình 3.9: Phân tích và tái tạo tín hiệu ................................................................... 48
Hình 3.10: Hàm ψ(t) của biến đổi Wavelet Haar ................................................... 49
Hình 3.11: Biểu đồ một số hàm ψ(t) của dbN ........................................................ 50
Hình 3.12: Biểu đồ một số hàm ψ(t) của symN...................................................... 50
Hình 3.13: Biểu đồ một số hàm ψ(t) của coifN ...................................................... 51
Hình 3.14: Biểu đồ một số hàm ψ(t) của BiorNr.Nd.............................................. 51
Hình 3.15: Hàm tỉ lệ Meyer và hàm Wavelet Meyer ............................................. 52
Hình 3.16: Hình dạng hàm ψ(x) của hàm Mexican Hat Wavelet........................... 53
Hình 3.17: Hình dạng hàm ψ(x) của hàm Morlet Wavelet..................................... 53
Hình 3.18: Hình dạng hàm ψ và φ của hàm rbio2.2 .............................................. 54
Hình 3.19: Hình dạng hàm ψ của họ wavelet gauss ............................................... 54
Hình 3.20: Hình dạng hàm ψ và φ của hàm wavelet dmey ................................... 55
Hình 3.21: Hình dạng các hàm thành phần của cgau ............................................. 55
Hình 3.22: Hình dạng các hàm thành phần của cmor............................................. 56
Hình 3.23: Hình dạng các hàm thành phần fbsp..................................................... 57
Hình 3.24: Hình dạng các hàm thành phần shan .................................................... 58
Hình 3.25: Phân tích wavelet packets bởi 2 kênh của bộ lọc ................................. 59
Hình 4.1: Mơ hình máy phát hệ thống WP-MC-MC-CDMA ................................ 63
Hình 4.2: Mơ hình máy thu hệ thống WP-MC-MC-CDMA .................................. 68
Hình 4.3: SNIR của điều chế QPSK và BPSK ....................................................... 90
Hình 4.4: Tỉ lệ bit lỗi của điều chế QPSK và BPSK .............................................. 93
Hình 4.5: Pout theo γth của điều chế BPSK và QPSK.............................................. 95
Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống máy thu WP-MC-MC-CDMA phân tập........................ 98

xv

Danh mục hình vẽ

Hình 5.2: So sánh hiệu suất BER giữa các kỹ thuật phân tập ................................ 104
Hình 5.3: So sánh xác suất nghẽn mạng giữa các kỹ thuật phân tập...................... 106
Hình 6.1: Giao diện tạo chương trình mơ phỏng.................................................... 108
Hình 6.2: Giao diện chính chương trình mơ phỏng................................................ 109
Hình 6.3: Độ lợi kênh truyền fading Rayleigh ....................................................... 110
Hình 6.4: So sánh BER của các loại mã Multicode trong kênh truyền AWGN sử
dụng Wavelet packets Daubechies ......................................................................... 111
Hình 6.5: So sánh BER của các loại mã Multicode trong kênh truyền fading
Rayleigh sử dụng Wavelet packets Daubechies ..................................................... 112
Hình 6.6: So sánh BER sử dụng mã Multicode WH, Wavelet packets Daubechies
tương ứng giữa kênh truyền AWGN và kênh truyền fading Rayleigh................... 113
Hình 6.7: So sánh BER ứng với các số chuỗi mã Multicode WH được sử dụng trong
kênh truyền AWGN ứng với Wavelet packets Daubechies ................................... 114
Hình 6.8: So sánh BER ứng với các số chuỗi mã Multicode WH được sử dụng trong
kênh truyền fading Rayleigh ứng với Wavelet packets Daubechies ...................... 115
Hình 6.9: So sánh BER sử dụng mã Multicode WH, Wavelet packets Daubechies
ứng với số user truyền đồng thời khác nhau trong kênh truyền AWGN................ 116
Hình 6.10: So sánh BER sử dụng mã Multicode WH, Wavelet packets Daubechies
ứng với số user truyền đồng thời khác nhau trong kênh truyền fading Rayleigh .. 117
Hình 6.11: So sánh BER sử dụng chuỗi mã Multicode WH, Wavelet packets
Daubechies ứng với số sóng mang phụ khác nhau trong kênh truyền AWGN...... 118
Hình 6.12: So sánh BER sử dụng chuỗi mã Multicode WH, Wavelet packets
Daubechies ứng với số sóng mang phụ khác nhau trong kênh truyền fading
Rayleigh .................................................................................................................. 119
Hình 6.13: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Daubechies khác
nhau khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền AWGN................. 120
Hình 6.14: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Daubechies khác

nhau khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền fading Rayleigh ... 121

xvi


Danh mục hình vẽ

Hình 6.15: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Symlet khác nhau
khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền AWGN.......................... 122
Hình 6.16: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Symlet khác nhau
khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền fading Rayleigh ............ 123
Hình 6.17: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Coiflet khác nhau
khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền AWGN.......................... 124
Hình 6.18: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Coiflet khác nhau
khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền fading Rayleigh ............ 125
Hình 6.19: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Biorthogonal khác
nhau khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền AWGN................. 126
Hình 6.20: So sánh BER tương ứng với các bậc Wavelet packets Biorthogonal khác
nhau khi sử dụng chuỗi mã Multicode WH trong kênh truyền fading Rayleigh ... 127
Hình 6.21: So sánh BER giữa các Wavelet packets khác nhau trong kênh truyền
AWGN .................................................................................................................... 128
Hình 6.22: So sánh BER giữa các Wavelet packets khác nhau trong kênh truyền
fading Rayleigh....................................................................................................... 129
Hình 6.23: So sánh BER giữa các hệ thống CDMA trong kênh truyền AWGN ... 131
Hình 6.24: So sánh BER giữa các hệ thống CDMA trong kênh truyền Rayleigh . 131
Hình 6.25: So sánh BER giữa các kỹ thuật phân tập khác nhau trong kênh truyền
fading Rayleigh....................................................................................................... 133

xvii

Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: PDP đa đường cho các loại kênh truyền ................................................ 21
Bảng 6.1 Một số thông số mô phỏng chung ........................................................... 109
Bảng 6.2: Thông số mơ phỏng hình 6.4 trong kênh truyền AWGN ...................... 110
Bảng 6.3: Thơng số mơ phỏng hình 6.5 trong kênh truyền fading Rayleigh ......... 111
Bảng 6.4: Thông số mô phỏng hình 6.7 trong kênh truyền AWGN ...................... 113
Bảng 6.5: Thơng số mơ phỏng hình 6.8 trong kênh truyền fading Rayleigh ......... 114
Bảng 6.6: Thơng số mơ phỏng hình 6.9 trong kênh truyền AWGN ...................... 115
Bảng 6.7: Thông số mô phỏng hình 6.10 trong kênh truyền fading Rayleigh ....... 116
Bảng 6.8: Thơng số mơ phỏng hình 6.11 trong kênh truyền AWGN .................... 118
Bảng 6.9: Thơng số mơ phỏng hình 6.12 trong kênh truyền fading Rayleigh ....... 118
Bảng 6.10: Thông số mô phỏng hình 6.13 trong kênh truyền AWGN .................. 120
Bảng 6.11: Thơng số mơ phỏng hình 6.14 trong kênh truyền fading Rayleigh ..... 121
Bảng 6.12: Thơng số mơ phỏng hình 6.15 trong kênh truyền AWGN .................. 122
Bảng 6.13: Thông số mô phỏng hình 6.16 trong kênh truyền fading Rayleigh ..... 123
Bảng 6.14: Thơng số mơ phỏng hình 6.17 trong kênh truyền AWGN .................. 124
Bảng 6.15: Thơng số mơ phỏng hình 6.18 trong kênh truyền fading Rayleigh ..... 125
Bảng 6.16: Thông số mơ phỏng hình 6.19 trong kênh truyền AWGN .................. 126
Bảng 6.17: Thơng số mơ phỏng hình 6.20 trong kênh truyền fading Rayleigh ..... 127
Bảng 6.18: Thơng số mơ phỏng hình 6.21 trong kênh truyền AWGN .................. 128
Bảng 6.19: Thông số mơ phỏng hình 6.22 trong kênh truyền fading Rayleigh ..... 129
Bảng 6.20: Thơng số mơ phỏng hình 6.23 trong kênh truyền AWGN .................. 130
Bảng 6.21: Thơng số mơ phỏng hình 6.24 trong kênh truyền fading Rayleigh ..... 130
Bảng 6.22: Thông số mơ phỏng hình 6.25 trong kênh truyền fading Rayleigh ..... 132

xviii

Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ACF

Auto Correlation Function

AUC

Authentication Center

AWGN

Additive White Gaussian Noise

BER

Bit Error Rate

BIOR

Biorthogonal

BPSK

Binary Pulse Shift Keying

BSC

Base Station Controller

BSS

Base Station Subsystem

BTS

Base Transceiver Station

BU

Bad Urban

CDMA

Code Division Multiple Access

COIF

Coiflet

CWT

Continuous Wavelet Transform

DCS

Digital Cellular System

DECT

Digital Enhanced Cordless Telecommunications

DB

Daubechies

DS

Desired Signal

DWPT

Discrete Wavelet Packets Transform

DWT

Discrete Wavelet Transform

EGC

Equa Gain Combining

EIR

Equipment Identity Register

FDD

Frequency Division Duplex

FDM

Frequency Division Multiplexing

FDMA

Frequency Division Multiple Access

FFT

Fast Fourier Transform

GPRS

General Packet Radio Service

GSM

Global System for Mobile Communications

xix


Danh mục từ viết tắt

HIPERLAN

High Performance Local Area Network

HLR

Home Location Register

HT

Hilly Terrain

ICI

Inter-Channel Interference

IDWPT

Inverse Discrete Wavelet packets Transform

IMT-2000

International Mobile Telecommunication 2000

IFFT

Invert Fast Fourier Transform

ISDN

Integrated Service Digital Network

ISI

Intersymbol Interference

ISSI

Inter Subsystem Interference

IS-95

Interim Standard 1995

LAN

Local Area Network

LOS

Line of Sight

LTI

Linear Time Invariant

LTV

Linear Time-Variant

MAI

Multiple Access Interference

MC

Multicarrier

MC-CDMA

Multicarrier-CDMA

MCDI

Multicode Interference

MC-DS-CDMA

Multicarrier-Direct Sequence-CDMA

MC-MC-CDMA

Multicode-Multicarrier-CDMA

ME

Mobile Equipment

MI

Multiple Interference

MIMO

Multiple Input and Multiple Output

MIP

Multipath Intensity Profile

MMC-MC-CDMA

M-ary Multicode-Multicarrier-CDMA

MPI

Multipath Interference

MRC

Maximal Ratio Combining

MS

Mobile Station

xx


Danh mục từ viết tắt

MSC

Mobile Services Switching Center

MTC

Multicode

MTC-CDMA

Multicode-CDMA

MUI

Multiuser Interference

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PCS

Personal Communications System

PDC

Personal Digital Cellular

PDP

Power Delay Profile

PLMN

Public Land Mobile Network

PMC-MC-CDMA

Parallel Multicode-Multicarrier-CDMA

PN

Pseudo Noise

PR-QMF

Perfect Reconstruction-Quadrature Mirror Filter

PSTN

Public Switched Telephone Network

QMF

Quadraure Mirror Filter

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

RA

Rural Area

SD

Selection Diversity

SIM

Subscriber Identity Module

SNIR

Signal to Noise plus Interference Ratio

SS

Switching System

STFT

Short Time Fourier Transform

SYM

Symlet

TDD

Time Division Duplex

TDMA

Time Division Multiple Access

TU

Typical Urban

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System

US

Uncorrelated Scatter

UTRA

UMTS Terrestrial Radio Access

VLR

Visitor Location Register

xxi


Danh mục từ viết tắt

W-CDMA

Wideband- Code Division Multiple Access

WH

Walsh-Hadamard

WP

Wavelet Packets

WPI

Wavelet Packet Interference

WP-MC-MC-CDMA

Wavelet Packets-Multicode-Multicarrier-CDMA

WSS

Wide Sense Stationary.

WSSUS

Wide Sense Stationary Uncorrelated Scatter

1G

First Generation

2G

Second Generation

3G

Third Generation

4G

Fourth Generation

xxii


Phần 1

PHẦN 1

LÝ THUYẾT CƠ BẢN

1


Chương 1: Giới thiệu chung.

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động:
Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940 nhưng mãi đến những năm
1980 thơng tin di mới có những bước phát triển mạnh mẽ. Hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ nhất (1G) ra đời trong những năm đầu thập niên 1980. Thế hệ di
động này phát triển dựa trên kỹ thuật analog và áp dụng công nghệ đa truy cập phân
chia theo tần số FDMA. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) ra đời trong
những năm đầu thập niên 1990 và phát triển rất mạnh mẽ trong thời gian này. Thế
hệ di động này phát triển dựa trên nền kỹ thuật số và ứng dụng công nghệ đa truy
cập phân chia theo thời gian TDMA, một phần khác ứng dụng công nghệ đa truy
cập phân chia theo mã CDMA. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai phát triển
theo nhiều hướng khác nhau trên thế giới, như hệ thống GSM phát triển ở châu Âu,
PDC phát triển ở Nhật Bản hay IS-95 phát triển ở vùng Bắc Mỹ. Đây là các hệ
thống thông tin di động với tốc độ bit thông tin của người sử dụng đạt từ 8-13Kbps.
Trong thế hệ này, có một giai đoạn chuyển tiếp lên thế hệ thứ ba và thường được
gọi là thế hệ hai cộng (2.5G). Đối với hệ thống GSM là sự xuất hiện của mạng
GPRS, đối với hệ thống IS-95 là sự xuất hiện của hệ thống CDMA-2000 1X. Các
mạng này cung cấp thêm các dịch vụ mới về truyền dữ liệu hay tin nhắn đa phương
tiện…nhưng với tốc độ và chất lượng chưa cao lắm. Cùng với sự phát triển của hệ
thống mạng máy tính, đầu những năm 2000, hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ
ba (3G) đã ra đời. Hệ thống thông tin di động này vẫn dựa trên nền kỹ thuật số và
công nghệ CDMA là lựa chọn cho sự phát triển và theo nhiều hướng khác nhau.
Với thế hệ này, ngồi cung cấp các dịch vụ thơng thường của di động là nghe nói và
nhắn tin SMS, chúng còn cung cấp các dịch vụ mới về truyền dữ liệu, truy cập
internet… và các ứng dụng chủ yếu phát triển trên nền lõi IP như thể hiện trong
hình 1.1. Với thế hệ này, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 384 Kbps, nếu chỉ xét
trong tầm bao phủ của một tịa nhà thì tốc độc có thể đạt tối đa lên đến 2Mbps. Hai

2