ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

HOÀNG VĂN TUẤN

HỆ THỐNG LAI GHÉP CDMA

ĐA SÓNG MANG-ĐA MÃ

Ngành: Công nghệ Điện Tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60.52.70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VIẾT KÍNH

Hà nội 2008

Mục lục

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt 3

Danh mục hình vẽ và bảng 6

Lời nói đầu 8

Phần I: Giới thiệu các Hệ thống CDMA lai ghép 11

1.1 Kỹ thuật trải phổ CDMA 11

1.2 Hệ thống CDMA đa sóng mang 13

1.2.1 Mô tả hệ thống truyền dẫn Đa sóng mang 13

1.2.2 Mô hình hệ thống lai ghép CDMA đa sóng mang 17

1.2.3 Ưu nhược điểm của hệ thống MC CDMA 22

1.2.3.a Ưu điểm của MC CDMA 22

1.2.3.b Nhược điểm của MC CDMA 23

1.3 Hệ thống CDMA đa mã 24

1.3.1 Giới thiệu tổng quan 24

1.3.2 Các loại mã sử dụng trong hệ thống CDMA 24

1.3.2.a Mã Walsh 24

1.3.2.b Mã Gold và Kasami 25

1.3.3 Mô hình hệ thống CDMA đa mã 27

Phần II: Hệ thống lai ghép CDMA đa sóng mang đa mã 30

2.1 Mô hình hệ thống MTC-MC CDMA 30

2.2 Phân tích hệ thống MTC-MC CDMA 33

2.3 Hiệu năng của hệ thống MTC-MC CDMA 38

2.4 Sự thích nghi tốc độ của hệ thống MTC-MC CDMA trên kênh

fading đa đường 42

2.4.1 Mô hình kênh fading đa đường 42

2.4.1.a Kênh fading đa đường điển hình 42

2.4.1.b Đa đường do tán xạ và đa đường rời rạc 47

2.4.1.c Mô hình hóa kênh fading đa đường 47

2.4.2 Sự thích nghi tốc độ 52

2.4.3 Mô phỏng 55

Kết luận 62

Tài liệu tham khảo 63

Phụ lục: Mã nguồn một vài chương trình mô phỏng (Matlab) 65

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

3G Third Generation Thông tin di động thế hệ 3

4G Fouth Generation Thông tin di động thế hệ 4

AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng tính

BCK Biothogonal Code Keying Khóa mã lưỡng trực giao

BER Bit Erorr Rate Tỷ lệ lỗi bit

BS Base Station Trạm gốc

CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

Cdma2000 Code Division Multiple Access

2000 (American 3G Standard)

Đa truy nhập phân chia theo mã

theo chuẩn 3G của Mỹ

CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp

DS-CDMA Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp

EGC Equal Gain Combining Tổ hợp độ lợi cân bằng

FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FH Frequency Hopping Nhảy tần

IC Interference Cancellation Triệt nhiễu

ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu xuyên sóng mang

IDFT Inverse Discrete Fourier Trasform Biến đổi ngược Fourier rời rạc

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier nhanh

IID Independent Identically Distributed Phân bố độc lập đồng nhất

IS-95 Interim Standard-95 Chuẩn tạm thời năm 95 của

CDMA

ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu xuyên ký hiệu

LTV Linear Time - Varying Tuyến tính thay đổi theo thời gian

LTI Linear Time - Invariant Tuyến tính bất biến theo thời gian

MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập

MBCK Multi-Code Biorthogonal Keying Khóa mã lưỡng trực giao đa mã

MC-CDMA Multicarrier CDMA CDMA đa sóng mang

MC-DS-CDMA Multicarrier-DS-CDMA DS-CDMA đa sóng mang

MCM Multi-Carrier Modulation Điều chế đa sóng mang

MC-SS Multi-Carrier Spread Spectrum Trải phổ đa sóng mang

MF Matched Filter Bộ lọc hòa hợp

M-FSK M-ary Frequency Shift Keying Khóa dịch tần M-mức

MIMO Multiple Input and Multiple Output Thiết bị nhiều đầu vào – ra

ML Maximum Likelihood Luật hợp lý cực đại

MLSE Maximum Likelihood Sequence

Estimation

Ước lượng chuỗi gần giống nhất

MLSSE Maximum Likelihood Symbol-by-

Symbol Estimation

Ước lượng từng ký hiệu gần

giống nhất

MMSE Minimum Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình cực

tiểu

MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ số cực đại

MS Mobile Station Trạm di động

MTC CDMA Multi-code CDMA CDMA đa mã

MTC-MC CDMA Multi-code Multicarrier CDMA CDMA đa sóng mang Đa mã

MUI Multiple User Interference Nhiễu đa người dùng

Multicarrier-CDMA Multicarrier-Code Division

Multiplexing

Đa truy nhập phân chia theo mã

đa sóng mang

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

trực giao

ORC Orthogonal Restoring Combing Kết hợp khôi phục trực giao

P/S Parallel-to-Serial Song song sang nối tiếp

PG Processing Gain Độ lợi xử lý

PIC Parallel Interference Cancellation Triệt nhiễu song song

PN Pseudo Noise Chuỗi giả ngẫu nhiên

QPSK Quaternary Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương

S/P Serial-to-Parallel Nối tiếp sang song song

SINR Signal to Interference Noise Ratio Tỷ số công suất trung bình của tín

hiệu trên tạp âm cộng can nhiễu

SNR Signal-to-Noise (power) Ratio Tỷ số (công suất) tín hiệu trên tạp

âm

Danh mục hình vẽ và bảng

Hình 1.1 Nguyên lý trải phổ theo DS-CDMA 11

Hình 1.2 a) Máy phát; b) Phổ công suất phát; c) Máy thu RAKE 13

Hình 1.3 Hệ thống truyền dẫn đa sóng mang áp dụng OFDM 15

Hình 1.4 Mô hình hệ thống MC CDMA 18

Hình 1.5 Nguyên lý trải phổ của hệ thống MC CDMA 18

Hình 1.6 Sơ đồ khối hệ thống Multicarrier-CDMA 20

Hình 1.7 Sơ đồ khối hệ thống MC CDMA với N ≠ PG 21

Hình 1.8 Bộ tạo chuỗi Gold 26

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống Multi-Code CDMA trực giao thông thường 27

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc Máy phát (a) và máy thu (b) của hệ hống TC-

MC CDMA 31

Hình 2.2. Kết quả mô phỏng của BER theo SNR của hệ MC-CDMA,

MTC CDMA, và MTC-MC CDMA với M thay đổi. Tất cả hệ thống

này chiếm tổng băng tần như nhau 38

Hình 2.3. So sánh giữa phân tích lý thuyết với kết quả mô phỏng

(L=16) của BER theo SNR, trong trường hợp kênh sóng mang con độc

lập với nhau. 39

Hình 2.4: Đồ thị BER theo số người sử dụng trong hệ thống MC-

CDMA và hệ thống MTC-MC CDMA 40

Hình 2.5: SINR thu được Theo SNR với K, M thay đổi. Có thể thấy

rằng giá trị M không đổi với SINR phía thu 41

Hinh 2.6 Minh họa kênh fading đa đường 43

Hình 2.7 Minh họa đáp ứng xung kim của kênh và biên dạng trễ đa

đường 46

Hình 2.8 Độ lợi kênh fading Rayleigh 51

Hình 2.9 Biên dạng trễ công suất của mô hình 4 tia trong thành phố 52

Hình 2.10 Sự điều kiển tốc độ thích nghi trên kênh fading đa đường 55

Hình 2.11 Đồ thị BER theo SNR của hệ thống MTC CDMA sử dụng

mã Walsh, Gold, và Kasami trên kênh AWGN. (Số người dùng= 10

và 16) 57

Hình 2.12 Đồ thị BER theo Số người sử dụng trong hệ thống MTC

CDMA sử dụng mã Walsh, Gold, và Kasami trên kênh AWGN.

(SNR=10dB, M=16) 57

Hình 2.13 Đồ thị BER theo SNR trong hệ thống MTC CDMA sử dụng

mã Walsh, Gold, và Kasami trên kênh fading đa đường (số người

dùng=10 và 16) 58

Hình 2.14 Đồ thị BER theo số người dùng trong hệ thống MTC CDMA

trên kênh AWGN (SNR=10dB) và kênh fading (SNR=40dB), (M=16) 59

Hình 2.15 Đồ thị BER theo số người dùng trong hệ thống MTC CDMA

với có và không có thích nghi tốc độ trên kênh fading đa đường. (SNR

= 40dB, M=16 cho MTC CDMA không thích nghi tốc độ)

59

Hình 2.16 Đồ thị BER theo SNR cho MTC CDMA, MTC-MC CDMA

không có thích nghi tốc độ, và MTC-MC CDMA có thích nghi tốc độ

trên kênh fading đa đường. (số người sử dụng =10, sóng mang con=16

cho MTC-MC, M=16 cho MTC CDMA và MTC-MC CDMA không

thích nghi tốc độ)

60

Hình 2.17 Giá trị trung bình M theo số người dùng trong hệ thống

MTC-MC CDMA có thích nghi tốc độ trên kênh fading đa đường.

(SNR=40dB) 61

Bảng 1.1 Các giá trị đầu ra si4 dùng ma trận Hadamard 4×4 29

Bảng 2.1 Biên dạng trễ công suất của dạng tế bào đô thị và đô thị xấu

với 6-tia 51

Bảng 2.2 Các thông số mô phỏng 56

Lời nói đầu

Hệ thống không dây tương lai như mạng tế bào thế hệ thứ 4 (4G) đòi

hỏi cung cấp một cách linh hoạt cho các thuê bao với các dịch vụ đa dạng

như thoại, dữ liệu, ảnh và truyền hình. Bởi vì các dịch vụ này có tốc độ dữ

liệu khác nhau rất nhiều, hệ thống thế hệ tương lai sẽ phải thích nghi với

tính đa dạng rất lớn của tốc độ dữ liệu. Đa truy cập phân chia mã (CDMA)

đã được chứng minh rất thành công cho hệ thống thoại tế bào lớn, nhưng

có một vài thái độ hoài nghi về việc liệu CDMA sẽ thích hợp tốt với truyền

khác thoại. Điều này đã thúc đẩy nghiên cứu hệ thống CDMA đa mã cho

phép tốc độ dữ liệu thay đổi bằng cách phân phối đa mã, và do đó thay đổi

dung lượng người sử dụng khác nhau. Trong lúc đó CDMA đa sóng mang

(MC-CDMA) đã nổi lên như là như là sự thay thế mạnh mẽ CDMA chuỗi

trực tiếp (DS-CDMA) truyền thống trong thông tin vô tuyến di động, và

cho thấy hiệu quả tốt hơn CDMA đơn sóng mang trên kênh fading đa

đường. Trong bài luận văn này nêu ra và phân tích kỹ thuật điều chế, đa

truy cập mới và sự kết hợp giữa hệ thống CDMA đa sóng mang với hệ

thống đa mã để tận dụng các lợi thế tốt nhất của mỗi hệ thống trước đó.

So với kỹ thuật truyền đa tốc trên hệ thống CDMA đơn sóng mang

trong kênh AWGN đã được đề cập trước đó, thì kỹ thuật đa mã mới làm

cân đối giữa số thuê bao có thể với tốc độ dữ liệu mỗi thuê bao, nói cách

khác số người sử dụng đồng thời tốc độ cao trong hệ thống CDMA đa mã

sẽ ít hơn số người sử dụng tốc độ dữ liệu bằng nhau trong hệ thống CDMA

truyền thống trước đây. Thay đổi sơ đồ đa mã, sẽ giúp thay đổi tốc độ dữ

liệu bằng cách thay đổi tập hợp chuỗi mã được chỉ định cho mỗi người

dùng. Người dùng truyền dữ liệu của mình bằng cách chọn một chuỗi từ tổ

hợp mã của họ để truyền trên cùng kênh. Như vậy, hiệu năng hệ CDMA đa

mã chỉ còn coi như trong kênh AWGN. Đến nay đã có hai loại nghiên cứu

truyền dẫn đa tốc độ dựa trên đa sóng mang–trải phổ chuỗi trực tiếp (MC-

DS CDMA).

Thứ nhất nghiên cứu truyền đa tốc cho hệ thống CDMA chuỗi trực

tiếp đa sóng mang dựa trên nguyên lý cơ bản gồm truy cập đa mã và thứ

hai truy cập mã hệ số trải biến đổi. Trong CDMA đa mã, dòng dữ liệu của

người sử dụng tốc độ M ban đầu được ghép kênh vào M dòng liên tiếp

khác nhau với một tốc độ dữ liệu cơ bản, và mỗi dòng liên tục này coi như

một người sử dụng riêng biệt. Sau khi mỗi dòng liên tiếp M được biến đổi

thành P dòng nhỏ song song thì được trải phổ bởi mã trải phổ giống nhau

cùng một hệ số trải phổ. Hệ thống CDMA chuỗi trực tiếp đa sóng mang

này có M lần nhiễu/người sử dụng, bởi mỗi dòng trong M dòng dữ liệu

được coi như một người dùng độc lập. Do đó, hệ thống này chịu nhiều

nhiễu hơn khi tăng tốc độ dữ liệu, với số người dùng cố định. Trong hệ

thống CDMA đa sóng mang đa tốc, các sóng mang con được phân chia vào

M nhóm theo tốc độ dữ liệu yêu cầu. Do đó, khi số sóng mang con là cố

định, hệ số trải trong miền tần số của dữ liệu bị giảm khi tăng tốc độ dữ

liệu. Hệ thống CDMA đa mã đặt vấn đề trải rộng can nhiễu bằng hệ đa mã

bởi chỉ sử dụng một chuỗi mã để thay cho việc trải từng dòng trong M

dòng dữ liệu được ghép kênh, làm cho nhiễu không tăng tuyến tính với tốc

độ dữ liệu. Dù thế nào thì hệ thống CDMA đa mã cũng không thể đạt được

độ lợi phân tập tần số của điều chế đa sóng mang.

Hệ thống CDMA đa sóng mang đa mã (MTC-MC CDMA ) là sự kết

hợp hoàn hảo hai hệ thống CDMA đa sóng mang và hệ thống CDMA đa

mã, nó có được ưu điểm của cả hai hệ thống như: (i) tốc độ dữ liệu thay

đổi mà không mở rộng nhiễu và (ii) khả năng chống kênh fading đa đường.

Hơn nữa, hệ thống này có cả hệ số trải miền tần số và trải miền thời gian

để tận dụng hài hòa cả phân tập và trung bình hóa can nhiễu của các đặc

tính của hệ thống điều chế đa sóng mang và CDMA.

Hiệu năng của hệ thống MTC-MC CDMA được suy ra theo biểu thức

giải tích và cải tiến hệ thống từ hệ thống MC-CDMA, cũng thông qua

những phân tích và được mô phỏng trên kênh fading chọn lọc tần số. Nội

dung của những phần tiếp theo của luận văn gồm:

Phần I : Giới thiệu về các hệ thống CDMA lai ghép

PhầnII : Hệ thống lai ghép CDMA đa sóng mang đa mã

Phần I. Giới thiệu các hệ thống CDMA lai ghép

1.1 Kỹ thuật trải phổ CDMA [9] [10]

Kỹ thuật trải phổ CDMA, về lý thuyết bắt nguồn từ những ý tưởng

của C.Shannow, J.Pierce. Kỹ thuật này đã được sử dụng từ thế chiến lần

thứ II với mục đích bảo đảm chất lượng các cuộc thông tin và không bị

phát hiện. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực quân sự tiếp tục phát triển kỹ

thuật này nhằm tăng cường khả năng chống nhiễu của tín hiệu, còn các nhà

thiết kế vệ tinh sử dụng kỹ thuật trải phổ để ngăn sự quá tải của các bộ phát

đáp analog. Kỹ thuật trải phổ có nguyên lý thực chất rất đơn giản: tín hiệu

trước hết được điều chế, mã hóa sao cho gần giống như tín hiệu nhiễu, sau

đó được truyền đi và được khôi phục lại tại máy thu đầu cuối. Việc biến

đổi (mã hóa) tín hiệu nhằm bảo vệ tín hiệu khi nó được truyền trên phương

tiện truyền dẫn. Vì vậy, chất lượng của tín hiệu sau khi được khôi phục

phụ thuộc vào kỹ thuật điều chế và mã hóa.

Mục đích của việc điều chế và mã hóa tín hiệu là biến đổi tín hiệu

thành nhiễu. Càng giống nhiễu bao nhiêu, càng khó thâm nhập bấy nhiêu

do nhiễu là hoàn toàn ngẫu nhiên. Hơn nữa, tín hiệu càng được trải khắp

phổ tần bao nhiêu thì càng được bảo vệ bấy nhiêu, ngay cả khi một phần

phổ của tín hiệu không được khôi phục, tín hiệu vẫn không bị mất.

Hình 1.1 Nguyên lý trải phổ theo DS-CDMA

Hiện nay, người ta sử dụng hai phương pháp chính để mã hóa tín hiệu:

Phương pháp nhảy tần FH (Frequence Hopping) và phương pháp dãy trực

tiếp DS (Direct Sequence). Phương pháp trải phổ trực tiếp DS-SS trong hệ

thống CDMA được sử dụng khi cần tốc độ truyền cao. Phương pháp này

trộn mã của tín hiệu gốc với mã giả ngẫu nhiên của tín hiệu trải phổ có tốc

độ rất cao. Tín hiệu thu được có chứa tín hiệu gốc song hoàn toàn bị che

mờ đi bởi tín hiệu mã giả ngẫu nhiên này. Đồng thời, tín hiệu mã có mức

độ trải phổ cao hơn (do tần số tỷ lệ nghịch với thời gian) nên tín hiệu thu

được là tín hiệu trải phổ của tín hiệu gốc. Các bít mã của tín hiệu mã trải

phổ (được gọi là chip) sinh ra bởi một máy phát tín hiệu giả ngẫu nhiên với

tốc độ cao, như biều diễn trong hình 1.1. Tín hiệu tổng hợp nhận được ở

máy thu, quá trình giải trải phổ (nén phổ), tức là trộn nó với tín hiệu mã

đồng bộ với tín hiệu mã trải phổ gốc tại máy phát sẽ khôi phục lại tín hiệu

ban đầu. Ở phương pháp này, nếu máy thu không biết được mã của máy

phát thì không thể khôi phục được tín hiệu gốc ban đầu. Điều đó cho phép

tất cả các tín hiệu có thể được truyền đồng thời tới tất cả các máy thu.

Trong hệ thống DS-CDMA, nhiều người sử dụng cùng dùng chung một

băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu mã

giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn của mình bằng

cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng nhiễu phổ rộng công suất

thấp tựa tạp âm. Tín hiệu trải phổ phản ứng tốt đối với kênh fading đa

đường. Trong kênh đa đường, tín hiệu gốc bị phản xạ bởi những chướng

ngại vật như các công trình, đồi núi. Do đó, máy thu nhận được nhiều bản

sao của tín hiệu gốc với các độ trễ khác nhau. Nếu mức độ trễ của các bản

sao lớn hơn một chip, thì máy thu có thể phân tách chúng bằng máy thu

RAKE. Hình 1.2 chỉ ra sơ đồ DS-CDMA (gồm máy phát, phổ và máy thu

RAKE).

Hình 1.2 a) Máy phát; b) Phổ công suất phát; c) Máy thu RAKE

Từ các ưu điểm về dung lượng, tính đơn giản trong quy hoạch tần số,

chuyển giao mềm, chống nhiễu, chống phá hoại, bảo mật … công nghệ

CDMA băng rộng là kỹ thuật đa truy cập vô tuyến được đề nghị sử dụng

trong thông tin di động thế hệ 3 và tương lai với đủ loại hình dịch vụ.

1.2 Hệ thống CDMA đa sóng mang [1] [5] [10]

1.2.1 Mô tả hệ thống truyền dẫn đa sóng mang (MCM)

Trong những năm gần đây, thông tin vô tuyến dựa trên kỹ thuật điều

chế đa sóng mang MCM được quan tâm nghiên cứu rộng rãi. Giải pháp kỹ

thuật này đã được đề xuất trong thông tin tốc độ cao từ những năm 50, hệ

thống đầu tiên sử dụng điều chế đa sóng mang MCM (Mutli-Carrier

Modulation) là hệ thống vô tuyến KINEPLEX và KATHRYN sử dụng

trong quân đội, với 20 sóng mang con, mỗi sóng mang truyền dữ liệu

150bit/s. Sau này với sự phát triển của công nghệ xử lý tín hiệu số, việc xử

lý tín hiệu trên các sóng mang trực giao được thiết lập hiệu quả bởi biến

đổi Fourrier rời rạc DFT và kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao

OFDM càng được quan tâm nhiều hơn trong thông tin vô tuyến. Kỹ thuật

OFDM là trường hợp riêng của điều chế đa sóng mang. Thậm chí trong

một số tài liệu, người ta còn gọi chung là kỹ thuật điều chế đa sóng mang

trong thông tin tốc độ cao bởi vì dòng dữ liệu phát được truyền qua các

sóng mang tốc độ thấp hơn. Điều đáng nói ở đây là OFDM được nhìn theo

cả kỹ thuật điều chế và kỹ thuật ghép kênh. Nói tóm lại, nguyên tắc của

OFDM cũng như kỹ thuật điều chế đa sóng mang là sử dụng tách các kênh

thông tin băng rộng thành các kênh thông tin băng hẹp và thực hiện truyền

song song thông tin trên nhiều sóng mang tương ứng các kênh băng hẹp

này. Một trong những lý do OFDM được quan tâm nhiều là OFDM rất

hiệu quả đối với fading chọn lọc tần số và nhiễu băng hẹp. Đối với hệ

thống , fading hoặc nhiễu ảnh hưởng rất mạnh đến chất lượng hệ thống,

nhưng đối với hệ thống đa sóng mang chỉ có một phần nhỏ sóng mang bị

ảnh hưởng do đó chất lượng của toàn bộ hệ thống không bị ảnh hưởng nếu

chúng ta sử dụng các giải thuật tách tín hiệu trên miền tần số. Hơn nữa, vì

tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang con trong truyền dẫn OFDM nhỏ hơn

nhiều so với tốc độ dữ liệu ban đầu nên ảnh hưởng của độ trải trễ hay hiệu

ứng xuyên ký hiệu ISI giảm, các bộ cân bằng trên miền tần số trở nên đơn

giản dẫn đến cấu trúc máy thu không phức tạp và khả năng thích nghi linh

động với các loại hình dịch vụ khác nhau khi sử dụng xử lý tín hiệu số.

Một điều quan trọng trong việc truyền dẫn đa sóng mang dựa theo

OFDM trong kênh vô tuyến di dộng đó là kênh di động có thể xem như là

không thay đổi theo thời gian trong một ký hiệu OFDM và fading trên mỗi

sóng mang là fading phẳng. Do vậy thời khoảng ký hiệu OFDM phải nhỏ

hơn thời gian kết hợp của kênh ct)( và khoảng cách giữa các sóng mang

phải nhỏ hơn băng thông kết hợp của kênh Bc . Hệ thống truyền dẫn đa

sóng mang số áp dụng kỹ thuật OFDM biểu diễn trên hình 1.3

Hình 1.3 Hệ thống truyền dẫn đa sóng mang áp dụng OFDM

Hệ thống thông tín với điều chế đa sóng mang truyền các ký hiệu Sl

trên Nc sóng mang, l = 0, 1,…,Nc-1, với Sl là các tín hiệu đầu vào có

khoảng thời gian là Td . Sau khi biến đổi nối tiếp sang song song khoảng

thời gian của ký hiệu OFDM là

1

Nc

,

Ts = NcTd (1.1)

Với việc sử dụng dạng xung vuông, sự trực giao giữa các tín hiệu trên

các sóng mang đạt được bằng cách chọn khoảng cách giữa các sóng mang

bằng nghịch đảo của thời khoảng ký hiệu trên sóng mang Ts là

s

sT

f1

(1.2)

Khi đó, ký hiệu nguồn đầu vào Sl , l = 0, 1,…,Nc-1 được điều chế trên

Nc sóng mang có thể xem như là một ký hiệu OFDM và đường bao phức

của nó là:

1

0

21)(

c

l

N

l

tfj

l

c

eSN

tx

sTt 0 , (1.3)

fl là tần số của các sóng mang con. Đóng vai trò chính trong OFDM là

thiết lập biến đổi ngược rời rạc Fourier IDFT hay hiệu quả hơn là biến đổi

ngược nhanh Fourier IFFT. Các mẫu đường bao phức x(t) của ký hiệu

OFDM có thể thu được sau khi biến đổi IFFT của mẫu tín hiệu lối ra là

1

0

/21 c

c

N

l

Nlj

l

c

eSN

x

1,...,1 ,0 , cN (1.4)

Khi số sóng mang con tăng, khoảng thời gian của ký hiệu OFDM Ts

trở lên rất lớn so với thời khoảng đáp ứng xung max của kênh và khi đó có

thể giảm được ISI. Tuy nhiên, để hoàn toàn tránh được ISI và duy trì sự

trực giao giữa các tín hiệu trên các sóng mang, tức là tránh được cả ICI thì

khoảng bảo vệ với thời khoảng maxgT phải được chèn vào giữa các ký

hiệu OFDM cạnh nhau. Khoảng bảo vệ là khoảng mở rộng có tính chu kỳ,

nó còn được gọi là tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix) là sao chép trong miền

thời gian một phần cuối của mỗi ký hiệu OFDM. Bằng cách đặt tiền tố lặp

này trước mỗi ký hiệu OFDM, ảnh hưởng của ISI và ICI được khắc phục.

Lúc đó thời khoảng của ký hiệu OFDM là

sgs TTT ' (1.5)

Độ dài rời rạc của khoảng bảo vệ phải thỏa mãn điều kiện

s

cg

T

NL max

(1.6)

Do đó chuỗi ký hiệu OFDM sau khi chèn khoảng bảo vệ là

1

0

/2' 1 c

c

N

l

Nlj

leSN

x

1,..., , cg NL (1.7)

Sau khi truyền qua kênh đa đường, tín hiệu thu y(t) là nhân chập của x(t)

với đáp ứng xung của kênh ),( th và cộng thêm tạp âm, tức là

)(),()()( tndthtxty

(1.8)

Tại đầu thu, tín hiệu thu qua bộ chuyển đổi tương tự sang số thì tín hiệu

đầu ra yv ( v = - Lg ,…,Nc-1), là tín hiệu thu được y(t) sau khi lấy mẫu với

tốc độ 1/Td . Vì nhiễu xuyên ký hiệu ISI chỉ xuất hiện trong phần mẫu đầu

Lg của chuỗi tín hiệu thu. Những mẫu Lg này được loại bỏ trước khi giải

điều chế đa sóng mang. Phần còn lại không bị nhiễu xuyên ký hiệu ISI

v=0, 1,…Nc-1 của yv được giải điều chế đa sóng mang thông qua biến đổi

FFT. Chuỗi tín hiệu Rl , l = 0, 1,…,Nc-1 sau khi loại bỏ khoảng bảo vệ và

giải điều chế OFDM gồm Nc ký hiệu phức

1

0

/21 c

c

NNlj

c

l eyN

R

, 1,...,0 cNl (1.9)

Vì nhiễu xuyên sóng mang ICI có thể tránh nhờ tiền tố vòng CP nên các

kênh con được xem như là phân cách với nhau. Hơn nữa, với giả thiết

fading trên mỗi kênh con là phẳng và nhiễu xuyên ký hiệu ISI được loại

bỏ, do đó tín hiệu thu trên miền tần số có thể biểu diễn

llll nSHR với 1,...,1,0 cNl (1.10)

1.2.2 Mô hình hệ thống lai ghép CDMA đa sóng mang

Với sự phát triển của thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di

dộng nói riêng theo hướng nâng cao tốc độ để hỗ trợ một số dịch vụ cấp

cao như Multimedia, truyền hình, truyền dữ liệu …di động, việc kết hợp

kỹ thuật MCM với kỹ thuật CDMA nhằm tận dụng ưu điểm của cả hai kỹ

thuật này là một giải pháp đầy hứa hẹn, hệ thống CDMA đa sóng mang

(MC CDMA–Multicarrier CDMA). CDMA đa sóng mang này được giới

thiệu lần đầu tiên vào năm 1993 và ngay lập tức trở thành một trong những

vấn đề mang tính thời sự nhất về thông tin di động cho đến nay. Hình 1.4

là mô hình hệ thống trải phổ CDMA đa sóng mang, kết hợp giữa CDMA

và OFDM.

Hình 1.4 Mô hình hệ thống MC CDMA

Hình 1.5 Nguyên lý trải phổ của hệ thống MC CDMA

Như đã biết, hệ thống trải phổ CDMA đa sóng mang là sự kết hợp của

CDMA với MCM nên nó đã phát huy các ưu điểm của kỹ thuật trải phổ

cũng như kỹ thuật MCM. Từ nguyên lý trải phổ của hệ thống MC CDMA

ở hình 1.5, ta thấy L chíp của dãy trải phổ được sử dụng song song trên các

sóng mang nhánh. Nếu số lượng sóng mang nhánh Nc bằng độ dài của dãy.

Tài liệu tham khảo

Tiếng Anh:

1. Cao, Y.W., Ko, C.C., Tjhung, T.T., “A New Multi-code/Multi-carrier

DS-CDMA System”, IEEE Global Telecommunications Conference,

2001. GLOBECOM '01. Volume:1, pp. 543 -546

2. Fu, P.W., Chen, K.C., “Multi-Rate MC DS-CDMA with Multi User

Detections for Wireless Multimedia Communications”, IEEE

Vehicular Technology Conference, 2002. IEEE 55th

, Volume 3, pp.

1536-1540

3. I, C.L., Gitlin, R.D., “Multi-Code CDMA Wireless Personal Communi-

cations Networks”, Proceedings of IEEE International Conference on

Communications, ’95, Seattle, 1995, pp. 1060-1064

4. Smith, J. I., “A Computer Generated Multipath Fading Simulation for

Mobile Radio,” IEEE Tr. on Vehicular Technology, Vol. VT-24, No.3,

pp. 39-40, Aug. 1975.

5. N. Yee, J-P. Linnartz and G. Fettweis, “Multi-Carrier CDMA in Indoor

Wireless Radio Networks,” Proc. of IEEE PIMRC'93, pp.109-113,

Yokohama, Japan, Sept. 1993.

6. Taeyoon Kim, Jeffrey G. Andrews, and Theodore S. Rappaport, “Multi-

code Multicarrier CDMA: Performance Analysis”, Wireless

Networking and Communication Group, The Department of Electrical

and Computer Engineering, The University of Texas at Austin , TX

78712

7. Jaeweon. Kim, S. Srinivasan, M. Yalamanchi, “ Rate Adaptive Multi-

Code Multi-carrier CDMA System in Multipath Fading Channel ”,

EE381K-11, Wireless Communications, Term Project Report for Spring

2003.

8. P.W.Fu and K.C.Chen, “Multi-rate multi-carrier CDMA with multiuser

detection for wireless multimedia communication”, Wireless Communi-

cation and Networking Conference, vol. 1, pp. 385-390, March 2003.

Tiếng Việt:

9. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “ Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô

tuyến”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2004

10. Nguyễn Văn Đức, “Lý thuyết và các ứng dụng của kỹ thuật OFDM”,

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2006.

11. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3” – tập 1, Nhà

xuất bản Bưu điện, 2001