Đồ Án Giải pháp phân tập Không gian-Thời gian trong WCDMA

Tên đề tài tốt nghiệp:
“Giải pháp phân tập Không gian-Thời gian trong WCDMA“
Tôi xin cam đoan đồ án này không giống hoàn toàn với đồ án hoặc công trình đã có trước đó

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Thời đại vô tuyến đã bắt đầu từ cách đây hơn 100 năm với sự phát minh ra máy điện báo radio của Gudlielmo Marconi và công nghệ không dây hiện nay đang được thiết lập với sự phát triển nhanh chóng đã đưa chúng ta vào một thế kỷ mới và một kỷ nguyên mới. Sự tiến bộ nhanh chóng trong kỹ thuật vô tuyến đang tạo ra nhiều dịch vụ mới và cải tiến với giá cả thấp hơn, dẫn đến sự gia tăng trong việc sử dụng khoảng không gian thời gian và số lượng các thuê bao. Các xu hướng này đang tiếp tục tăng trong những năm tới.

Mục tiêu của hệ thống thông tin thế hệ mới là cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thông tin cho mọi người vào mọi lúc, mọi nơi. Các dịch vụ được cung cấp cho thuê bao điện thoại di động thế hệ mới như truyền dữ liệu tốc độ cao, video và multimeadia cũng như dịch vụ thoại. Công nghệ thoả mãn được những yêu cầu này và làm cho các dịch vụ đó được sử dụng rộng rãi được gọi là hệ thống di động thế hệ thứ 3 (3G). Hệ thống thế hệ thứ 3 đáp ứng đáng kể phần thiếu hụt các tiêu chuẩn thế hệ 2 hiện có, cả về loại hình ứng dụng và dung lượng. Hệ thống di động số hiện tại được thiết kế tối ưu cho thông tin thoại, trong khi đó hệ thống 3G chú trọng đến khả năng truyền thông đa phương tiện. Hệ thống 3G điển hình hiện nay là cdma2000 và WCDMA. WCDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo mã băng rộng.

Trong hệ thống WCDMA, hệ số tái sử dụng tần số là 1, nên khi số thuê bao tăng lên đồng nghĩa với nhiễu giao thoa đồng kênh tăng lên làm ảnh hưởng đến dung lượng của hệ thống. Vì thế trong mạng WCDMA phải có nhiều kỹ thuật xử lý tín hiệu nhằm làm giảm ảnh hưởng của nhiễu. Các kỹ thuật đó gọi là kỹ thuật phân tập tín hiệu. Trong đồ án này sẽ tìm hiểu về kỹ thuật phân tập Không gian - Thời gian trong hệ thống mạng WCDMA với mục đích phân tập làm giảm ảnh hưởng của nhiễu giao thoa và nhiễu fading lên tín hiệu thông qua việc làm tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở đầu ra của mảng anten dãy bằng cách điều khiển hướng búp sóng của anten dãy về hướng đến của tín hiệu thu và hướng Null về hướng đến của tín hiệu nhiễu giao thoa

Nội dung đồ án gồm 5 chương :
- Chương 1:Trình bày ưu nhược điểm của hệ thống WCDMA và hướng giải quyết cho những nhược điểm.
- Chương 2:Trình bày khái niệm phân tập không gian - thời gian. Phân tập anten bằng bộ thu Beamformer-Rake.

- Chương 3: Trình bày các kỹ thuật xử lý phân tập không gian bằng bộ thu Beamformer. Các kỹ thuật xử lý bao gồm MSNR, MSINR và MMSE.
- Chương 4 : Trình bày các thuật toán tính toán cho từng kỹ thuật Beamformer.
- Chương 5: Chương trình mô phỏng thực hiện bằng ngôn ngữ Matlap gồm các phần sau:
P Mô phỏng các giải pháp điều khiển búp sóng anten dãy.
P Mô phỏng giản đồ BER của hệ thống trải phổ có sử dụng kỹ thuật Beamforming.
P Mô phỏng chất lượng các bộ tổ hợp (SC, EGC, MRC) trong bộ thu Rake (phân tập thời gian). Đánh giá bằng đồ thị BER.
P Mô phỏng hệ thống WCDMA có sử dụng kỹ thuật phân tập Không gian - Thời gian.










MỤC LỤC

Chương 1: Tổng Quan Hệ Thống W-CDMA 1
Giới thiệu chung 1

1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 1
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 2
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 3
1.4. Lộ trình phát triển hệ thống di động thế hệ 2 (GSM) lên (WCDMA) 3
1.5. Tổng quan mạng WCDMA . 4
1.5.1. Các thông số chính của mạng WCDMA 6
1.5.2. Những đặc điểm then chốt của mạng WCDMA . 7
1.5.3. Ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống WCDMA . 7
1.5.4. Tính đa dạng phân tập trong hệ thống WCDMA . 8
Kết luận chương 10
Chương 2: Khái Niệm Phân Tập Không Gian-Thời Gian . 11
2.1 Giới thiệu . 11
2.2 Anten Mảng . 11
2.2.1 Mảng Anten dãy 12
2.3 Kỹ thuật Beamformer 14
2.3.1 Ví dụ đơn giản của bộ Beamformer trong mảng ULA . 15
2.4 Nguyên tắc lấy mẫu trong xử lý không gian . 17
2.5 Lợi ích của phân tập không gian 18
2.6 Phân tập thời gian- Bộ thu Rake trong CDMA . 18
2.6.1 Các kỹ thuật tổ hợp tín hiệu 19
2.6.1.1 Bộ tổ hợp chọn lọc (SC) 19
2.6.1.2 Bộ tổ hợp tỉ số tối đa (MRC) 20
2.6.1.3 Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC) 20
2.7 Bộ thu Beamformer_Rake . 20
Kết luận chương 21
Chương 3: Các Kỹ Thuật Beamforming . 22
3.1 Giới Thiệu 22
3.2 MSNR Beamforming 22
3.2.1 Kỹ Thuật MSNR 22
3.2.2 Phương Thức cải tiến SE cho Beamforming 24
3.2.3 Pha Tín Hiệu Trong Eigen-Beamforming 25
3.3. Kỹ thuật MSINR Beamforming . 26
3.3.1 Cực đại tỷ số tín hiệu trên nhiễu(SINR) 27
3.3.2 Xác định giá trị cực đại của tỷ số tín hiệu trên nhiễu (MSINR) 28
3.4 Kỹ thuật MMSE Beamforming . 29
3.5 So sánh 2 kỹ thuật MSINR và MMSE trong trường hợp đơn giản . 30
Kết luận chương 32
Chương 4: CÁC THUẬT TOÁN BEAMFORMING . 33
4.1 Đơn vị đánh giá độ phức tạp tính toán 33
4.2 Thuật toán tính toán trong kỹ thuật MSNR 33
4.2.1 Phương pháp Power 34
4.2.2 Phương pháp bội số nhân Lagrange 35
4.2.3 Phương pháp liên hợp Gradient 38
4.2.4 Đánh giá chung các phương pháp . 43
4.2.5 Mô hình bộ thu MSNR Beamformer-Rake trong WCDMA 43
4.3 Giải pháp tính toán cho kỹ thuật MSINR . 44
4.3.1 Giới thiệu 44
4.3.2 MSINR trong hệ thống WCDMA 44
4.3.2.1 Giải pháp lọc số tiếp cận (CFA) 44
4.3.2.2 Giải pháp cải tiến CFA (M-CFA) . 45
4.3.2.3 Giải pháp mã hoa cổng (CGA) . 46
4.3.3 Các giải thuật tính toán bài toán GE . 47
4.3.3.1 Phương pháp power . 48
4.3.3.2 Phương pháp hệ số nhân Largrange 48
4.3.3.3 Phương pháp đảo ma trận (AMI) . 50
4.4 Giải pháp tính toán cho kỹ thuật MMSE 54
4.4.1 Giới thiệu 54
4.4.2 Tiêu chí kỹ thuật của phương pháp MMSE . 54
4.4.2.1 Phương pháp tính trực tiếp ma trận đảo (DMI) . 55
4.4.2.2 Phương pháp tính từng bước . 56
4.4.2.3 Phương pháp LMS 57
4.4.3 Mô hình bộ thu MMSE Beamformer-Rake . 57
Kết luận chương 58
Chương 5 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG
5.1 Giới thiệu chương mô phỏng 59
5.2 Các lưu đồ thuật toán . 60
5.3 Kết quả mô phỏng 64
Kết luận chương 76
Kết luận và hướng phát triển đề tài 77