Đồ Án Điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA

LỜI GIỚI THIỆU​
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là kỹ thuật điều chế đa sóng mang được sử dụng trong các ứng dụng vô tuyến lẫn hữu tuyến. OFDM đã được chọn làm chuẩn cho hệ thống phát âm thanh số (DAB), hệ thống phát hình ảnh số (DVB) và mạng LAN không dây. Ưu điểm của OFDM là khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh truyền fading có tính chọn lọc tần số và sử dụng băng thông hiệu quả. Ngoài ra, quá trình điều chế và giải điều chế đa sóng mang có thể thực hiện dễ dàng nhờ phép biến đổi nhanh Fourier thuận và nghịch.
Thông tin vô tuyến phải chia Sẻ cùng một kênh truyền. Do đó, kỹ thuât đa truy cập đóng vai trò quan trọng trong việc giảm can nhiễu giữa các user. So với các kỹ thuật đa truy cập khác như đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA và đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) thì kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA có nhiều ưu điểm hơn. CDMA có khả năng chống lại hiện tượng đa đường và can nhiễu.
Việc kết hợp giữa OFDM và CDMA tạo ra một hệ thống mới là MC-CDMA. Hệ thống này thừa kế các ưu điểm của cả OFDM và CDMA. Hệ thống đa truy nhập MC-CDMA sẽ là một giải pháp tối ưu cho thông tin di động, có tính khả thi và hiệu quả cao khi nó được áp dụng vào thực tế. Đặc biệt trong việc truyền dữ liệu tốc độ cao, làm tăng hiệu quả của việc sử dụng băng thông. Các hệ thống MC-CDMA là các hệ thống dựa trên nền CDMA thì tất cả các trạm di động chia sẻ băng tần số như nhau trong một cell, sơ đồ điều khiển công suất cần chống lại hiệu ứng gần-xa và fading để cải thiện dung lượng hệ thống mà vẫn duy trì được QoS đáng tin cậy. Công suất phát đi khác nhau được ấn định đến mỗi sóng mang tùy thuộc vào SNR nhận được, và lệnh điều khiển công suất được xác định theo sơ đồ điều khiển công suất bước cố định hoặc đa mức. Tuy nhiên, để chống lại fading tác động độc lập đối với mỗi sóng mang phụ một cách hiệu quả, thì lệnh điều khiển công suất bằng sơ đồ điều khiển công suất dự đoán trước thực hiện tốt hơn. Đồng thời ứng dụng phương pháp điều chế thích nghi vào trong hệ thống MC-CDMA tức là chỉ truyền dữ liệu trên những băng tần số được chọn lựa từ toàn bộ các băng tần phụ, mô hình này sẽ cải thiện dung lượng hệ thống MC-CDMA, và đạt được BER tốt hơn nếu so với hệ thống MC-CDMA dùng toàn bộ băng thông, cùng lượng công suất phát và lượng dữ liệu.
Nội dung đề tài tốt nghiệp “ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA” bao gồm 5 chương:
Chương 1: CÔNG NGHỆ CDMA.
Chương 2: KỸ THUẬT OFDM.
Chương 3: HỆ THỐNG MC-CDMA.
Chương 4: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA.
Chương 5: KÊT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG.
Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do thời gian thực hiện đề tài là ít và một số hạn chế trong việc tìm hiểu tài liệu liên quan nên chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và bạn bè.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy giáo Nguyễn Duy Nhật Viễn đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Điện Tử-Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa đã truyền thụ kiến thức trong suốt thời gian học tập ở trường.





MỤC LỤC

Chương 1 CÔNG NGHỆ CDMA

1.1 Giới thiệu. 1​ 1.2 Tổng quan về CDMA 1​ 1.3 Mã trải phổ. 2​ 1.3.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN 3
1.3.2 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard 4
1.4. Các kiểu trải phổ cơ bản. 4​ 1.5. Chuyển giao. 5​ 1.5.1. Mục đích của chuyển giao. 5
1.5.2 Các loại chuyển giao. 5
1.5.2.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn. 6
1.5.2.2 Chuyển giao cứng: 7
1.6. Điều khiển công suất trong CDMA 7​ 1.6.1. Điều khiển công suất vòng hở (OLPC). 8
1.6.2. Điều khiển công suất vòng kín (CLPC). 9
1.7. Kết luận chương 10

Chương 2 KỸ THUẬT OFDM

2.1 Giới thiệu chương. 11​ 2.2 Hệ thống OFDM . 11​ 2.2.1 Sơ đồ khối 11
2.3 Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM . 12​ 2.3.1 Mã hóa sửa sai trước FEC 12
2.3.2 Phân tán kí tự. 13
2.3.3 Sắp xếp. 13
2.3.4 Sử dụng IFFT/FFT trong OFDM . 13
2.3.4.1 Phép biến đổi 14
2.3.4.2 Ứng dụng FFT/IFFT trong OFDM 14
2.4 Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM .16
2.4.1 Ước lượng tham số kênh. 17
2.4.2 Đồng bộ trong OFDM . 17
2.4.2.1 Đồng bộ ký tự 18
2.4.2.2 Đồng bộ tần số sóng mang .18
2.4.2.3 Đồng bộ tần số lấy mẫu 19
2.5 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM . 19​ 2.5.1 Sự suy hao. 19
2.5.2 Tạp âm trắng Gaussian. 20
2.5.3 Fading Rayleigh. 20
2.5.4 Fading lựa chọn tần số. 21
2.5.5 Trải trễ. 21
2.5.6 Dịch Doppler. 22
2.6 Đặc điểm và ứng dụng của kỹ thuật OFDM . 22​ 2.6.1 Ưu điểm 22
2.6.2 Nhược điểm 23
2.6.3 Ứng dụng. 23
2.7 Kết luận chương 23​

Chương 3 HỆ THỐNG MC-CDMA

3.1 Giới thiệu chương. 24
3.2 Hệ thống MC-CDMA 24
3.2.1 Khái niệm MC-CDMA 24
3.2.2 Sơ đồ khối 24
3.3 Máy phát 25​ 3.3.1.Quá trình tạo ra tín hiệu MC-CDMA theo thứ tự sau. 25
3.4. Máy thu MC-CDMA 26​ 3.5. Kênh truyền. 28​ 3.6. Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm). 30​ 3.6.1 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC: 30
3.6.2 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC đỉnh (TORC). 30
3.6.3 Phương pháp kết hợp độ lợi bằng nhau (EGC). 31
3.6.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC). 31
3.6.5 Phương pháp kết hợp sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE). 31
3.7. Các phương pháp triệt nhiễu. 32​ 3.7.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC). 32
3.7.2 Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC). 33
3.8. Vấn đề dịch của tần số sóng mang trong hệ thống MC-CDMA 34​ 3.9. Giới hạn BER của hệ thống MC-CDMA 37​ 3.9.1 Phân loại 38
3.10 Ưu điểm của công nghệ MC-CDMA: 41​ 3.11 Nhược điểm 41​ 3.12. Kết luận chương. 41​
​ Chương 4 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG​ MC-CDMA​ 4.1 Giới thiệu chương. 42​ 4.2 Mục đích của điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA .42
4.3 Điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA 43​ 4.4 Hồi tiếp dương trong điều khiển công suất đường lên. 47​ 4.5 Cơ chế điều khiển công suất trong các hệ thống MC-CDMA 48​ 4.6 Các phương pháp điều khiển công suất trong hệ thống MC-CDMA 51​ 4.6.1 Điều khiển công suất fixed-step và multi-level 51
4.6.2 Điều khiển công suất dự đoán 52
4.6.3 Dự đoán công suất thu được kế tiếp .52
4.6.4 Quyết định lệnh điều khiển công suất cho đường lên 56
4.7 Hệ thống MC-CDMA với băng chọn lọc thích nghi 57​ 4.7.1 Truyền dữ liệu trên băng chọn lọc thích nghi . .57
4.7.2 Phương pháp xác định hệ số chọn lọc băng tần .59
4.7.2.1 Hệ số chọn lọc băng tần tối ưu 59
4.7.2.2 Phân tích BER trong hệ thống 1/N 61
4.8 Kết luận chương .62

Chương 5 KẾT QỦA TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG​
5.1 Giới thiệu chương. 63​ 5.2 Các thông số mô phỏng. 64​ 5.3 Mô phỏng. 64​ 5.3.1 Mô phỏng phương pháp điều khiển công suất fixed step .64
5.3.2 Mô phỏng phương pháp điều khiển công suất đa mức (multilevel) .65
5.3.3 Mô phỏng phương pháp điều khiển công suất dự đoán trước (predictive).67
5.4 So sánh ba phương pháp dựa vào công suất phát , SNR , BER 69​ 5.5 Mô phỏng hệ thống MC-CDMA lựa chọn băng tần thích nghi (1/N ). 71​ 5.6 Kết luận chương. 72​ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC