- 11 2.3 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM Mã hóa sửa sai trước FEC. - 23 2.7 Kết luận chương Chương 3 HỆ THỐNG MC-CDMA 3.1 Giới thiệu chương. - 24 3.2 Hệ thống MC-CDMA. - 24 3.3 Máy phát Quá trình tạo ra tín hiệu MC-CDMA theo thứ tự sau. - Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC. - Vấn đề dịch của tần số sóng mang trong hệ thống MC-CDMA . - Giới hạn BER của hệ thống MC-CDMA Phân loại. - Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA. - Chương 4: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA. - CÔNG NGHỆ CDMA 1 http://www.ebook.edu.vn Chương 1 CÔNG NGHỆ CDMA 1.1 Giới thiệu chương Công nghệ CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ tín hiệu để phát dữ liệu cùng một phổ tần. - Tất cả công suất của tín hiệu trong đường truyền CDMA được đồng thời trên cùng một băng tần rộng, phát trên cùng một tần số và tín hiệu nguyên thuỷ sẽ được khôi phục tại đầu thu. - Đồng thời tín hiệu trải phổ xuất hiện trải rộng đều trên toàn bộ băng tần với công suất phát thấp, do đó loại bỏ được nhiễu, giao thoa. - Trong chương này chúng ta sẽ đi vào nghiên cứu khả năng đa truy nhập, phân tích ưu nhược điểm và điều khiển công xuất của quá trình thu phát tín hiệu trong hệ thống CDMA. - Trong hệ thống CDMA, mỗi người dùng được cấp phát một chuỗi mã (chuỗi trải phổ) dùng để mã hoá tín hiệu mang thông tin. - Kỹ thuật trải phổ tín hiệu giúp các người dùng không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng một lúc dùng chung dải tần số. - Băng thông của tín hiệu mã được chọn lớn hơn rất nhiều so với băng thông của tín hiệu mang thông tin. - do đó, quá trình mã hoá sẽ làm trải rộng phổ của tín hiệu, kết quả cho ta tín hiệu trải phổ. - Ở các hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng hằng trăm lần trước khi phát. - CÔNG NGHỆ CDMA 2 http://www.ebook.edu.vn • Băng thông của tín hiệu truyền phải lớn hơn băng thông của tín hiệu mang thông tin. - Tỉ số băng thông truyền trên băng thông của tín hiệu thông tin được gọi là độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ: Gp= itBB (1.1) Với Bt : băng thông truyền. - Bi : băng thông của tín hiệu mang thông tin • Tín hiệu trải phổ cho băng thông rộng nên có những ưu điểm khác so với tín hiệu băng hẹp. - Trong miền thời gian điều này làm phân tán tín hiệu. - Bảo mật: vì tín hiệu trải phổ sử dụng toàn băng thông tại mọi thời điểm nên nó có công suất rất thấp trên một đơn vị băng thông, và việc khôi chỉ được thực hiện khi biết được mã trải phổ. - Điều này gây khó khăn cho việc phát hiện tín hiệu đã trải phổ tức là tính bảo mật rất cao. - CÔNG NGHỆ CDMA 3 http://www.ebook.edu.vn Khử nhiễu băng hẹp: tách sóng đồng bộ tại máy thu liên quan tới việc nhân tín hiệu nhận được với chuỗi mã được tạo ra bên trong máy thu. - Do đó, công suất của nhiễu này trong băng thông tín hiệu mong muốn giảm đi một lượng bằng độ lợi xử lý. - 1.3 Mã trải phổ Mã dùng để trải phổ là một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên. - Với tín hiệu giả ngẫu nhiên thì không hoàn toàn ngẫu nhiên. - Trải phổ dãy trực tiếp DSSS: tạo tín hiệu băng rộng bằng cách điều chế dữ liệu đã được điều chế bởi sóng mang bằng tín hiệu băng rộng hoặc mã trải phổ. - Tức là hệ thống DS_SS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên. - CÔNG NGHỆ CDMA 5 http://www.ebook.edu.vn • Trải phổ nhảy tần FHSS: là sử dụng chuỗi mã để điều khiển tần số sóng mang của tín hiệu phát. - Trong trường hợp này tín hiệu phát là tín hiệu đã được điều chế những sóng mang nhảy tần từ tần số này sang tần số khác trên một tập (lớn) các tần số. - Chuyển giao phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của đường truyền dẫn vô tuyến. - Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian chuyển giao. - Trong quá trình điều khiển công suất, UE xác định cường độ tín hiệu truyền dẫn bằng cách đo đạc mức công suất thu của tín hiệu hoa tiêu từ BTS ở đường xuống. - Sau đó, UE điều chỉnh mức công suất truyền dẫn theo hướng tỷ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thu được. - Do vậy, nếu mức công suất tín hiệu hoa tiêu càng lớn thì mức công suất phát của UE (P_trx) càng nhỏ. - Quyết định tăng hoặc giảm công suất phụ thuộc vào mức tín hiệu thu SNR tại BTS. - Nếu mức tín hiệu thu được vượt quá mức ngưỡng cho phép, BTS sẻ gửi lệnh điều khiển công suất phát (TPC) tới UE để giảm mức công suất phát của UE. - Nếu mức tín hiệu thu được nhỏ hơn mức ngưỡng, BTS sẻ gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát. - Cuối cùng bộ lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh. - Ở phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được tại bộ lọc thu. - 2.3 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM 2.3.1 Mã hóa sửa sai trước FEC Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hóa sửa sai trước FEC (Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin, cụ thể là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép mà không phải nâng cao giá trị của tỷ số Eb/No (hoặc SNR), điều này càng thể hiện rõ ở kênh truyền bị tác động của AWGN. - Phép biển đổi IDFT là quá trình ngược lại, thực hiện chuyển đổi phổ tín hiệu X(k) thành tín hiệu x(n) trong miền thời gian. - Giả sử tín hiệu x(n) có chiều dài là N (n = 0,1, 2. - Số x xác định chòm sao tín hiệu của sóng mang tương ứng, như 16QAM hoặc 32QAM. - Ngoài ra, để nâng cao chỉ tiêu chất lượng hệ thống, người ta sử dụng mã hóa tín hiệu OFDM. - Để ước lượng kênh, phương pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫn đường (PSAM-Pilot signal assisted Modulation). - Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tín hiệu đã được bên thu biết trước về pha và biên độ. - Với hệ thống OFDM, việc lựa chọn tín hiệu pilot có thể được thực hiện trên giản đồ thời gian-tần số, vì vậy kỹ thuật OFDM cho khả năng lựa chọn cao hơn so với hệ thống đơn sóng mang. - Việc lựa chọn tín hiệu pilot ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu hệ thống. - Hai ảnh hưởng do lỗi tần số gây ra là : suy giảm biên độ Chương 2: KỸ THUẬT OFDM 19 http://www.ebook.edu.vn tín hiệu thu được (vì tín hiệu không được lấy mẫu tại đỉnh của mỗi sóng mang hình sin) và tạo ra nhiễu xuyên kênh ICI (vì các sóng mang bị mất tính trực giao. - Ước lượng tần số Tương tự như kỹ thuật đồng bộ ký tự, để thực hiện đồng bộ tần số, có thể sử dụng tín hiệu pilot hoặc sử dụng tiền tố lặp. - Trong kỹ thuật sử dụng tín hiệu pilot, một số sóng mang được sử dụng để truyền những tín hiệu pilot (thường là các chuỗi giả nhiễu). - trong phương pháp này, các tần số lấy mẫu vẫn được giữ nguyên nhưng tín hiệu được xử lý số sau khi lấy mẫu để đảm bảo sự đồng bộ. - 2.5 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM 2.5.1 Sự suy hao Suy hao là sự suy giảm công suất tín hiệu khi truyền từ điểm này đến điểm khác. - Các vùng tạo bóng thường rất rộng, tốc độ thay đổi công suất tín hiệu chậm. - Loại fading này còn được gọi là fading nhanh vì sự suy giảm công suất tín hiệu rõ rệt trên khoảng cách ngắn (tại các nửa bước sóng) từ 10-30dB. - Trễ lan truyền sẽ gây ra sự xoay pha của tín hiệu). - Chương 2: KỸ THUẬT OFDM 21 http://www.ebook.edu.vn Hình 2.5 Các tín hiệu đa đường Fading Rayleigh gây ra do sự giao thoa (tăng hoặc giảm) bởi sự kết hợp của các sóng thu được. - Phân bố Rayleigh thường được sử dụng để mô tả trạng thái thay đổi theo thời gian của công suất tín hiệu nhận được. - Điều này sẽ tạo ra các điểm “0”(nulls) trong công suất tín hiệu nhận được do giao thoa. - Điều này là do tín hiệu sau khi trải trễ có thể chồng lấn đến các kí tự lân cận. - Nhiễu xuyên kí tự sẽ tăng khi tốc độ tín hiệu tăng. - Trong kỹ thuật OFDM, tốc độ tín hiệu giảm sau khi qua bộ S/P làm cho chu kỳ tín hiệu tăng. - Chương 2: KỸ THUẬT OFDM 22 http://www.ebook.edu.vn Hình 2.6 Trải trễ đa đường 2.5.6 Dịch Doppler Khi bộ phát và bộ thu chuyển động tương đối với nhau thì tần số của tín hiệu tại bộ thu không giống với tần số tín hiệu tại bộ phát. - Khả năng chống nhiễu ISI, ICI nhờ kỹ thuật giảm tốc độ tín hiệu bằng bộ S/P, sử dụng tiền tố lặp CP, các sóng mang phụ trực giao với nhau. - Hiệu suất sử dụng phổ cao hơn so với FDM do phổ của các sóng mang phụ có thể chồng phủ lên nhau mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu sau khi tách sóng. - Điều chế tín hiệu đơn giản, hiệu quả nhờ sử dụng thuật toán FFT và các bộ ADC, DAC đơn giản. - Hệ thống OFDM tạo ra tín hiệu trên nhiều sóng mang, dải động của tín hiệu lớn nên công suất tương đối cực đại PAPR lớn, hạn chế hoạt động của bộ khuếch đại công suất. - Vì vậy phải thực hiện tốt đồng bộ tần số trong hệ thống. - Một trong những hệ thống này là MC-CDMA. - Công nghệ này sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM để phát tín hiệu trên tập sóng mang phụ trực giao. - 3.2.2 Sơ đồ khối spreaderSinalmapperIFFTGuardIntervalInsertionDigitaltoAnalogLPFDownconverterChannel Up converterGuardIntervalRemovalSerial toparallelconverterFFTDespreaderandcombiningSummationParalleltoconverterAnalogtoDigitalLPFSerialdataoutputSerialdatainputb bitb bitb bit b bit Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống MC-CDMA Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 25 http://www.ebook.edu.vn 3.3 Máy phát Máy phát MC-CDMA trải tín hiệu băng gốc trong miền tần số băng một mã trải cho truớc. - 3.3.1 Quá trình tạo ra tín hiệu MC-CDMA theo thứ tự sau Chuỗi dữ liệu ngõ vào có tốc độ bit là 1/Ts, được điều chế BPSK, tạo ra các ký tự phức ak. - Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 26 http://www.ebook.edu.vn Khoảng dự phòng Δ(quard interval) được chèn vào dưới dạng tiền tố vòng (CP) giữa các ký tự để tránh ISI do fading đa đường và cuối cùng tín hiệu được phát trên kênh truyền sau khi đổi tần lên RF. - Tín hiệu phát băng gốc dạng phức như sau: SkMC. - Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 27 http://www.ebook.edu.vn Giả sử hệ thống MC-CDMA có K người dùng đang truy cập, tín hiệu bưng gốc nhận được có dạng: MC''sK1kkMC MCk0K1P1 K1j2 (Pm p) f (t iT )kk'm,p k,p m s sip0m0k0r(t) s(t )hha(i)dp(tiT)e n(t. - Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 28 http://www.ebook.edu.vn Tiếp theo nhân yp(m) với độ lợi Gk(m) để kết hợp năng lượng tín hiệu rời rạc trong miền tần số, và biến quyết định là tổng của các thành phần băng gốc có trọng số: 10() ()()MCKks kmDtiT Gmym. - (3.10) Trong đó: y(m) là thành phần dải nền của tín hiệu nhận được sau khi đã chuyển đổi xuống. - Điều kiện để tính chọn lọc tần số của kênh truyền thể hiện trên toàn băng thông của tín hiệu phát và không thể hiện trên từng sóng mang phụ là: fΔ≤Bc≤ BW (3.11) Trong đó Bc là : băng thông liên kết của kênh truyền. - BW là băng thông tổng của hệ thống. - Hai tín hiệu sin có khoảng phân chia tần số lớn hơn Bc sẽ bị kênh truyền gây ảnh hưởng khác nhau. - Hệ số tương quan giữa fading của sóng mang phụ thứ i và thứ j được cho bởi: []2cjij,iB/)ff(11−+=ρ (3.15) Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 30 http://www.ebook.edu.vn 3.6 Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm) Dữ liệu của người dùng sẽ được khôi phục nhờ một số phương pháp kết hợp nhằm tận dụng mô hình phân tập tần số. - d''*'/kmkmkmhh (3.17) Khi tín hiệu được truyền trong kênh truyền nhiễu Gauss trắng cộng thì EGC là một phương pháp kết hợp tối ưu vì phương pháp này khôi phục tính trực giao giữa các người dùng. - Tuy nhiên, đối với kênh truyền fading phẳng qua từng sóng mang phụ, nghĩa là kênh truyền có tính chọn lọc tần số trên toàn băng thông tín hiệu thì EGC vẫn lấy giá trị trung bình của nhiễu nhưng can nhiễu đa truy cập lại khác 0. - 3.6.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC) MRC sẽ kết hợp đồng bộ các tín hiệu của các sóng mang phụ khác bằng cách lấy trung bình có trọng số các sóng mang phụ này. - Chọn một người dùng có độ tin cậy cao nhất và trừ khỏi thành phần tín hiệu của người dùng mong muốn. - Dịch tần số trong hệ thống MC-CDMA gây ra 2 ảnh hưởng nghiêm trọng: Thứ nhất, nó làm suy giảm biên độ của tín hiệu mong muốn. - Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 35 http://www.ebook.edu.vn . - Dạng phức của tín hiệu s(t) là: s(t. - Tín hiệu nhận được tại thuê bao di động r(t) của ký tự thứ i có dạng: r(t. - Sau khi giải điều chế (cho sóng mang và cả sóng mang phụ) ta kết hợp tín hiệu trên mỗi nhánh tương ứng với sóng mang phụ, ta có biến quyết định cho bit dữ liệu thứ i của người dùng thứ 0: D(i. - Trải phổ trong miền thời gian MC-DS-CDMA và MT-CDMA : Chuỗi tín hiệu ban đầu sau khi được chuyển từ nối tiếp sang song song được trải phổ bằng mã trải phổ. - Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 39 http://www.ebook.edu.vn Khoảng cách giữa các sóng mang phụ Δf và băng thông hệ thống B được tính theo công thức sau: ssFPFssFccscsFPFscsFRNNNNRNTNNfNBRNNNNNRNNTNf≅+==Δ=≅+==Δ1Với )(1PFscsNNRNNT+= (3.42) Rs là tốc độ tín hiệu ban đầu, Nc là hệ số của bộ chuyển đổi S/P, Ns là chiều dài của mã trải phổ, NF là chiều dài bộ chuyển đổi IFFT, Np là chiều dài của CP. - Trải phổ trong miền tần số MC-CDMA: Chuỗi tín hiệu ban đầu được trải phổ bằng mã trải phổ, sau đó mỗi chip của cùng một kí tự sẽ được điều chế trên mỗi sóng mang khác nhau. - Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA 40 http://www.ebook.edu.vn Hình 3.6 Bộ phát MC-DS-CDMA, Hình 3.7 Mã trải phổ trong MC-DS-CDMA Hình 3.8 Phổ công suất của tín hiệu phát Hệ thống phát MC DS-CDMA cho user jth minh họa trong hình 3.6 Nc là số sóng mang phụ trong hệ thống và mã trải phổ cho user thứ j là []jGjjjMDCCCtC ...)(21= trong hình 3.7. - Phổ công suất của tín hiệu trải phổ được minh họa trong hình 3.8 Multitone CDMA (MT-CDMA): Các luồng dữ liệu đã được chuyển đổi từ nối tiếp sang song song được trải phổ bằng chuỗi mã trải phổ CDMA trong miền thời gian để phổ của mỗi sóng mang phụ trước khi trải phổ có thể thỏa mãn điều kiện trực giao với sự tách biệt tần số nhỏ nhất. - Giải quyết vấn đề nhiễu liên kí tự ISI gặp phải ở hệ thống có tốc độ dữ liệu cao trên các kênh đa đường bằng cách chia băng thông tín hiệu thành nhiều băng con có tốc độ thấp trực giao nhau. - Để tăng dung lượng hệ thống, vấn đề hiệu ứng gần-xa và fading cần phải xử lý sao cho công suất tín hiệu từ các máy di động đến trạm gốc như nhau
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt