Nghiên cứu phương pháp bắt đồng bộ mã cho tín hiệu MC - CDMA

- LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 1 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 LỜI NểI ĐẦU Bắt đồng bộ tớn hiệu trải phổ là một vấn đề lớn trong việc thiết kế hệ thống thụng tin trải phổ.
- Ở phương phỏp tớch cực (nối tiếp hoặc song song), tớn hiệu nhận được được nhõn với bản sao mó giả ngẫu nhiờn đồng nhất với bờn phỏt tại tại bộ thu.
- Ở phương phỏp thụ động, người ta sử dụng một bộ lọc phự hợp với tớn hiệu trải phổ.
- Bộ lọc phự hợp này chờ (thụ động) cho đến khi tớn hiệu trải phổ nhận được chứa một pha mó xỏc định từ trước.
- Trong khuụn khổ của luận văn này, em xin phộp giới thiệu những vấn đề cơ bản của hệ thống MC – CDMA và cỏc phương phỏp bắt đồng bộ mó PN cho tớn hiệu của hệ thống này.
- Hệ thống thụng tin trải phổ.
- Cấu trỳc tớn hiệu MC - CDMA.
- Kỹ thuật tỏch tớn hiệu.
- Phổ của tớn hiệu trước và sau khi trải phổ.
- Dạng súng của tớn hiệu trước trải phổ và sau trải phổ.
- Phổ của tớn hiệu FH - SS.
- 16Hỡnh 1.9 Sơ đồ khối tạo và khối thu tớn hiệu FH - SS.
- Truyền tớn hiệu theo kỹ thuật trải phổ theo thời gian.
- Sơ đồ khối tạo và khối thu tớn hiệu TH - SS.
- Tạo ra tớn hiệu MC - CDMA.
- Thời gian đồng bộ là thời gian cần thiết để tiến hành đồng bộ mó giả ngẫu nhiờn được tạo tại bộ thu với tớn hiệu trải phổ nhận được.
- Bắt đồng bộ tớn hiệu trải phổ là một vấn đề lớn trong việc thiết kế hệ thống thụng tin trải phổ.
- Bộ lọc này cú đỏp ứng xung là phiờn bản trễ, đảo ngược thời gian của tớn hiệu trải phổ.
- Trong khuụn khổ luận văn, tỏc giả xin giới thiệu phương phỏp bắt đồng bộ tớn hiệu MC – CDMA sử dụng kỹ thuật lọc phự hợp.
- Trạm cơ sở nhận được 10 tớn hiệu cú phổ chồng lờn nhau và trong cựng một khoảng thời gian.
- Trạm cơ sở RF nhận được r(t), tớn hiệu RF được định nghĩa bằng cụng thức sau.
- fb (1.3) Tổng cụng suất nhiễu được định nghĩa: PJ = (k-1)PS (1.4) LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 11 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Xỏc xuất lỗi Pe gõy ra bởi “nhiễu tự thõn” (self-interference) của U cụng suất đồng thời bằng nhau của tớn hiệu nhận được.
- Hệ thống thụng tin trải phổ 1.1.2.1.
- Tuy nhiờn, ở cỏc hệ thống thụng tin trải phổ, độ rộng băng tần của tớn hiệu được mở rộng, thụng thường hàng trăm trước khi phỏt.
- Tỷ số băng thụng Bs của tớn hiệu trải phổ so với băng thụng tin tức Bi được định nghĩa là độ lợi xử lý: iSSBBG = (1.6) Hỡnh 1.4.
- Băng thụng tớn hiệu đó trải phổ lớn hơn rất nhiều so với băng thụng tớn hiệu thụng tin.
- Mó dựng để trải phổ độc lập với tớn hiệu thụng tin.
- Đú là do mỗi user đó LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 13 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 được cấp một mó trải phổ riờng biệt, khi mỏy thu nhận được tớn hiệu từ nhiều user, nú tiến hành giải mó và tỏch ra tớn hiệu mong muốn.
- Tớnh bảo mật thụng tin cao Mật độ phổ cụng suất của tớn hiệu trải phổ rất thấp, gần như mức nhiễu nền.
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ cú thể trỏnh được nhiễu đa đường khi tớn hiệu trải phổ sử dụng tốt tớnh chất tự tương quan của nú.
- Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế DS - SS Hệ thống DS/SS đạt được trải phổ bằng cỏch nhõn tớn hiệu nguồn với tớn hiệu giả ngẫu nhiờn.
- Ở hệ thống DS/SS nhiều người sử dụng cựng chung một băng tần và phỏt tớn hiệu của họ đồng thời.
- Mỏy thu sử dụng tớn hiệu giả ngẫu nhiờn chớnh xỏc để lấy đi tớn hiệu mong muốn bằng cỏch trải phổ.
- Ở mỏy thu, tớn hiệu thu được nhõn với chuỗi trải phổ lần nữa để tạo lại tớn hiệu tin tức.
- Tớn hiệu cần truyền đi là d(t), cú dạng NRZ với d(t.
- Tớn hiệu đó trải phổ Tớn hiệu chưa trải phổ PowerFrequencyfC fS-fS- fC LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 16 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010.
- Dạng súng của tớn hiệu trước trải phổ và sau trải phổ b.
- Phổ của tớn hiệu FH - SS Kỹ thuật FH – SS phỏt triển dựa trờn điều chế BFSK.
- Thật vậy, ứng với một tần số súng mang, dải tần số của tớn hiệu BFSK là B, vậy với tớn hiệu FH – SS dựng L (L = 2N-1, với N là chiều LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 17 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 dài chuỗi mó) trạng thỏi nhảy tần, phổ tần của tớn hiệu FH – SS sẽ trải rộng đến BFH = B x L như hỡnh 1.7.
- Truyền tớn hiệu theo kỹ thuật trải phổ theo thời gian Trộn, biến đổi tần Tổng hợp tần sốBộ tạo mó PN cr(t) dr(t)Mỏy thuĐồng bộ Giải điều chế dữTrộn, biến đổi d(t) Bộ tạo mó PN c(t) Tổng hợp tần sốMỏy phỏt Điều chế băng gốc frameslotFrequency Time LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 18 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Nhảy thời gian tương tự như điều chế xung.
- Sơ đồ khối tạo và khối thu tớn hiệu TH - SS d.
- Chuỗi tớn hiệu nhị phõn giả ngẫu nhiờn: Hỡnh 1.12.
- Một tớn hiệu thu được được giải trải phổ dựng một mó trải phổ khỏc thỡ sẽ buụng giải trải phổ thành cụng.
- Xỏc suất lỗi bit của một tớn hiệu DS/SS-BIT/SK ở kờnh tạp õm Gausơ trắng cộng là: )2(0SNRQPb = (1.12) Với dtetQxt π Đầu ra mó Gold LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 25 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Trong đú SNR0 là tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm được xỏc định như sau: 00202/NENTASNRb== (1.13) Trong đú TEAb2= Eb là năng lượng bit, T là độ rộng bit, N0 là mật độ phổ cụng suất tạp õm Gausơ trắng cộng.
- tftctAbtscπ=Bộ điều chế BPSK Súng mang t)fcos(2cπA Tớn hiệu DS/SS-BPSK b(t) c(t) b(t)c(t)(a).
- Trỡnh bày lý thuyết về hệ thống MC - CDMA, trong đú nờu rừ cấu trỳc tớn hiệu MC - CDMA.
- LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 27 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ Lí THUYẾT Hệ thống dựa vào nguyờn tắc kết hợp CDMA và ghộp kờnh tớn hiệu phõn chia theo tần số trực giao (OFDM), gọi là hệ thống CDMA đa súng mang (MC-CDMA) được đề xuất đó gõy nờn sự chỳ ý lớn vỡ cú thể thu phỏt dễ dàng tớn hiệu nhờ sử dụng thuật toỏn biến đổi Fourier nhanh mà khụng làm tăng đỏng kể mức độ phức tạp của cỏc thiết bị đầu cuối.
- Sự phõn tỏch tớn hiệu người sử dụng được thực hiện ở khối mó.
- Sự sắp xếp cỏc chip ở miền tần số cho phộp dũ tỡm tớn hiệu dễ dàng.
- Ứng dụng Đồng bộ kờnh đường lờn và đường xuống Bất đồng bộ kờnh đường lờn và đường xuống - Hệ thống MC-CDMA: Chuỗi tớn hiệu ban đầu được trải phổ bằng mó trải phổ, sau đú mỗi chip của cựng một kớ tự sẽ được điều chế trờn mỗi súng mang khỏc nhau.
- Hệ thống MC-DS-CDMA : Chuỗi tớn hiệu ban đầu sau khi được chuyển từ nối tiếp sang song song được trải phổ bằng mó trải phổ.
- Hệ thống MC-DS-CDMA trải phổ trong miền thời gian.
- Tớn hiệu sau khi trải phổ được điều chế với hệ thống đa súng mang OFDM.
- Sau đú tớn hiệu này được đưa vào bộ chuyển đổi P/S.
- Tớn hiệu sau khi chốn được phỏt lờn trờn kờnh truyền.
- Tớn hiệu qua kờnh truyền chịu tỏc động của nhiễu.
- Mỏy phỏt MC - CDMA Mỏy phỏt MC-CDMA trải tớn hiệu băng gốc trong miền tần số băng một mó trải cho truớc.
- 0 nếu t khỏc ps(t)= ∆'f∆1≤≤β LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 32 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Băng thụng của tớn hiệu phỏt được tớnh như sau: BMC = (P.KMC-1)/(T’s.
- Giả sử hệ thống MC-CDMA cú K người dựng đang truy cập, tớn hiệu băng gốc nhận được cú dạng tndthtStrKkkKMCMC+⊗−=∑∫=+∞∞−τττ S,10101,StneTitpdiaztrTitfppmjskmpkiPpKmKkkpmMCMC π (2.7) Trong đú.
- Tạo ra tớn hiệu MC - CDMA và lớn hơn L lần tốc độ dữ liệu 1/Td.
- )−==kkk kk kTLsdc SS S (2.15) Tớn hiệu trải phổ đa súng mang nhận được sau khi điều chế cỏc thành phần Sl(k), l = 0,...,L-1, song song trờn L súng mang phụ.
- )−=KCcc c (2.20) Tớn hiệu MC-CDMA nhận được sau khi xử lý chuỗi s trong khối OFDM.
- Cuối cựng, cỏc điểm tớn hiệu của tớn hiệu phỏt đi cú thể được cải thiện bằng cỏch thay đổi pha của cỏc ký hiệu phõn biệt bằng mó trải phổ.
- Bờn cạnh đú, sự lựa chọn cỏc mó trải phổ cũng ảnh hưởng đến tỉ số PAPR của tớn hiệu phỏt đi.
- Nếu: []=LLLCAB (7.20) LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 41 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Và AL và BL là cỏc ma trận L x L/2, thỡ: []_=LLLCAB (7.21) Mó Zadoff-Chu: Mó Zadoff-Chu cú cỏc tớnh chất tương quan tối ưu và là trường hợp đặc biệt của cỏc chuỗi giống tớn hiệu chirp tổng quỏt.
- Tỷ số cụng suất đỉnh trờn cụng suất trung bỡnh PAPR Sự thay đổi đường bao của tớn hiệu đa súng mang được xỏc định bằng tỉ số PAPR: 2120max1−==∑cvNvvcxPARPxN (2.32) LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 42 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Cỏc giỏ trị xv, v = 0,...,Nc – 1 là cỏc mẫu theo thời gian của ký hiệu OFDM.
- PAPR đường xuống: Cỏc mẫu theo thời gian của ký hiệu đa súng mang của đường lờn với giả thiết là truyền dẫn đồng bộ là: LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 43 Lớp: 10B CH ĐTVT Kkvvkxx (2.36) Cỏc giới hạn PAPR của cỏc tớn hiệu MC-CDMA đường lờn.
- PAPR của tớn hiệu MC-CDMA đường lờn với K người dựng và Nc = L cú thể được giới hạn bằng max sKLkjltTlklcePAPRLπ .
- Kỹ thuật tỏch tớn hiệu Kỹ thuật tỏch tớn hiệu bao gồm tỏch một người sử dụng (Single-User SD) hoặc đa người sử dụng (MD).
- Kỹ thuật SD tỏch tớn hiệu quan tõm bằng cỏch loại trừ giao thoa đa truy nhập.
- Nếu ta biết cấu trỳc của mó trải phổ của tớn hiệu giao thoa thỡ giao thoa đa truy nhập khụng thể xột trước như nhiễu, hệ quả, SD là cận tối ưu (suboptimal).
- Tớnh cận tối ưu của SD cú thể vượt qua MD nếu thụng tin ưu tiờn về cỏc mó trải phổ của tớn hiệu giao thoa được tận dụng trong quỏ trỡnh tỏch tớn hiệu.
- LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 49 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Cõn bằng sai lệch trung bỡnh bỡnh phương tối thiểu (minimum Mean Square Error MMSE): Cõn bằng tương ứng với tiờu chớ MMSE tối thiểu húa giỏ trị trung bỡnh bỡnh phương của sai lệch ,=−lllllSGRε (2.47) Giữa tớn hiệu phỏt và đầu ra của bộ cõn bằng.
- Loại trừ giao thoa cú thể sử dụng cỏc tớn hiệu để tỏi tạo giao thoa nhận được tại đầu ra bộ tỏch hoặc đầu ra bộ giải mó.
- PIC thớch hợp cho cỏc hệ thống trong đú cỏc tớn hiệu giao thoa cú cựng cụng suất.
- Giao thoa nhận được được trừ, tức là được loại bỏ từ tớn hiệu nhận được, và tỏch dữ liệu được thực hiện lại với giao thoa đa truy nhập giảm.
- K – 1, với g khỏc k được tỏch với kỹ thuật đơn người dựng và trừ đi từ tớn hiệu nhận được.
- LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 55 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Ở phần sau, ta sẽ tập trung vào phõn bố cỏc tớn hiệu giao thoa g với g khỏc k.
- Tớn hiệu nhận được r được trừ đi giao thoa đa truy nhập tổng cộng được xõy dựng lại.
- Để đạt được hiệu quả của cỏc bộ mó trực giao này cần phải cú sự đồng bộ giữa cỏc tớn hiệu của cỏc thuờ bao.
- Hệ thống MC-CDMA đa súng mang sử dụng cỏc tớn hiệu CDMA băng hẹp mà cú thể định vị mềm dẻo trờn trục tần số.
- Điều này thực hiện được bằng cỏch tạo ra một bản sao mó PN tại bộ thu, sau đú đồng bộ hoỏ mó PN với tớn hiệu thu được.
- Việc nhõn hoặc điều chế lại tớn hiệu nhận được với bản sao mó PN nội bộ đó được đồng bộ sẽ tạo ra quỏ trỡnh giải trải phổ yờu cầu.
- Đồng bộ khởi đầu tớn hiệu trải phổ là một vấn đề lớn trong cỏc hệ thống trải phổ.
- Trong nhiều trường hợp phải tiến hành bắt đồng bộ với tỉ số tớn hiệu trờn nhiễu thấp hoặc dưới tỏc động của nhiễu phỏ.
- Với việc đồng bộ mó thỡ vấn đề đặt ra là phải đồng bộ pha mó của tớn hiệu nhận được với pha mó của bộ tạo mó nội tại bộ thu (đó biết và cú thể điều khiển được).
- Để xỏc định pha và tần số chuẩn của bộ thu ta thử giải trải tớn hiệu nhận được sử dụng pha và tần số đú.
- Bộ tỏch sẽ tỏch tớn hiệu nhận được cộng nhiễu trong băng hẹp ở tần số đó biết.
- Nếu pha và tần số của bản sao mó PN tại bộ thu và tớn hiệu PN nhận được là đồng bộ thỡ bộ tỏch sẽ tỏch được tớn hiệu.
- Dải giỏ trị này được tớnh dựa vào hàm tự tương quan tớn hiệu trải phổ và băng tần của bộ lọc IF.
- Tớn hiệu nhận được BPF $TD$ωD$θC Bộ tỏch Logic quyết định Logic điều khiển Tạo PNc(t) LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 61 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 Ta cú thể biểu diễn vựng bất định pha và tần số là một ma trận ∆T.∆Ω cỏc ụ ∆t.∆ω là dải cỏc giỏ trị xung quanh giỏ trị đỳng mà hệ thống sẽ tiến hành cỏc phộp thử qua từng ụ nhỏ để xỏc định được pha và tần số nhận được.
- HƯỚNG TIẾP CẬN THEO THAM SỐ QUY NẠP CỰC ĐẠI Xột tớn hiệu nhận được r(t.
- Cực đại của p(r/θˆ) xỏc định dễ dàng hơn: $θ=Arg(max(p(r/~θ)) (3.4) p(r/~θ) cú thể xỏc định bằng mối tương quan giữa tớn hiệu nhận được r(t) và tớn hiệu tạo ra nội bộ với giỏ trị thử ~θ.
- Khi tớn hiệu đầu ra bộ tớch phõn cao hơn giỏ trị mức Cú Khụng Zi x(t) 1ττdttdtd(.)−∫So sỏnh ngưỡng BPF H(s) BỘ TẠO MÃ PN NỘI Tỏch đường bao Lấy mẫu tại t = iτd Tớn hiệu nhận được cộng nhiễu CẬP NHẬT PHA MÃ y(t)Zi Cú KhụngSO SÁNH NGƯỠNGBộ tạo mó PN nội Lấy mẫu tại t = iτd Cập nhật pha mó 1ττdttdtd()−∫TÁCH ĐƯỜNG BAO TÁCH ĐƯỜNG BAO Tớn hiệu nhận được cộng nhiễu LPFQ(t) LPFI(t) LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 65 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 ngưỡng thỡ hệ thống sẽ đưa ra một tỏc động.
- Để LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 66 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 đạt được đũi hỏi này, thỡ thời gian trễ cho tớn hiệu giả ngẫu nhiờn nội cần được sớm hoặc muộn pha (giữa cỏc bước nhảy) một khoảng thời gian là một nửa chu kỳ chip mó và cú một bước kiểm tra sau mỗi bước nhảy này.
- Toàn bộ mạch hoạt động đồng bộ với nhau nhờ khối tạo tớn hiệu nhịp CLOCK.
- Khi nhận được tớn hiệu khởi động (reset), CPU khởi tạo cỏc giỏ trị ban đầu cho hệ thống và thực hiện vũng lặp dũ tỡm đồng bộ.
- Kết quả mụ phỏng: LUẬN VĂN CAO HỌC Học viờn thực hiện: Hoàng Minh Khang 98 Lớp: 10B CH ĐTVT1 - 2010 KẾT LUẬN Bắt đồng bộ tớn hiệu trải phổ là một vấn đề lớn trong việc thiết kế hệ thống thụng tin trải phổ.
- Trong khuụn khổ của luận văn này, tỏc giả đó thực hiện được những mục tiờu sau: (1) Nghiờn cứu về hệ thống MC – CDMA và cỏc phương phỏp bắt đồng bộ mó PN cho tớn hiệu của hệ thống này.
- mụ phỏng thuật toỏn bắt đồng bộ và bỏm đồng bộ mó giả ngẫu nhiờn cho tớn hiệu MC – CDMA

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt