Luận Văn Tìm hiểu phương pháp tách sóng và triệt nhiễu trong hệ thống thông tin di động CDMA

LỜI MỞ ĐẦU



Công nghệ viễn thông đang trên đà phát triển theo sự đòi hỏi của con người, cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ khác như điện tử, tin học, quang học.

Công nghệ viễn thông đã và đang mang lại cho con người những ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực:kinh tế, giáo dục, văn hoá, y học, thông tin quảng bá.Các quốc gia đề xem ngành viễn thông-tin học là một trong những ngành mũi nhọn, cùng với sự đầu tư hàng đầu nhằm đem lại những thành tựu, những vị trí xứng đáng trong nghiên cứu và trong ứng dụng, làm đòn bẩy để kích thích các ngành kinh tế quốc dân khác phát triển.

Việt Nam cũng không nằm ngoài quỹ đạo phát triển đó, đặc biệt là trong đầu tư các hệ thống thông tin di động nhằm mục đích “Liên kết mọi người” có nghĩa là ta có thể liên lạc với bất kỳ ai, ở bất kỳ nơi đâu và ở bất cứ lúc nào.

Hiện tại Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông tin di động GSM(Global System of Mobile Communication) dựa trên công nghệ TDMA. Tuy nhiên vừa qua công ty cổ phần bưu chính viễn thông Sài Gòn (Sài Gòn Postel) ký hợp đồng với tập đoàn viễn thông SLD Telecom (Hàn Quốc) xây dựng mạng điện thoại di động ứng dụng công nghệ CDMA. Điều này mở ra một hướng mới cho sự phát triển ngành viễn thông ở nước ta.

Luận văn này chỉ là sự thuật lại quá trình tham khảo các tài liệu liên quan. Luận văn được chia làm 5 chương:

Chương I :Tìm hiểu hệ thống thông tin di động.
Chương II : Tìm hiểu kỹ thuật CDMA.
Chương III : Tìm hiểu các phương pháp tách sóng.
Chương IV : Tìm hiểu phương pháp triệt nhiễu bằng Wavelets.
Chương V : Kết quả mô phỏng các phương pháp tách sóng bằng Matlab.
Việc tìm hiểu về những vấn đề nói trên không thể kết thúc trong cuốn luận văn này, mà nó còn đang phát triển rất nhiều trong hệ thống thông tin di động thế hệ tương lai.


KẾT LUẬN

So với mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động có ưu điểm nổi bật là việc các thuê bao có thể liên lạc với nhau một cách linh động, không bị ràng buộc bởi các thiết bị bên ngoài. Tuy nhiên,do sử dụng đường truyền vô tuyến nên không thể tránh khỏi sự xâm nhập của các loại nhiễu vào kênh truyền gây ra việc mất mát thông tin cho người sử dụng. Vì vậy, để nâng cao chất lượng của hệ thống và bảo mật dữ liệu phải luôn được đặt ra.để thực hiện được vấn đề này, ta có thể dùng nhiều kỹ thuật, trong cuốn luận văn này sẽ trình bày việc dùng các bộ tách sóng đa truy cập và dùng Wavelets để xử lý tín hiệu.

Các bộ tách sóng đa truy cập đã được giới thiệu và phân tích trong đề tài cho thấy được nhiều ưu điểm mang lại như triệt nhiễu đa truy cập, cải thiện dung lượng và nâng cao hiệu suất của hệ thống. Nhưng việc triển khai những bộ tách sóng này vào thực tế trong thương mại vẫn gặp nhiều khó khăn.

Với việc phát triển không ngừng của công nghệ bán dẫn, những chip tích hợp tách sóng đa truy cập nà hy vọng sẽ đưa vào ứng dụng trong thực tế, khi các công trình nghiên cứu, các hội thảo khoa học và các chương trình giảng dạy của nhiều quốc gia trên thế giới hiện nay đều đang tập trung vào các vấn đề này thì việc triển khai các bộ tách sóng đa truy cập vào thực tế hy vọng sẽ thành công trong thời gian sớm nhất.

Cũng như biến đổi Fourier, Wavelets là một công cụ thuần tuý toán học, nó cung cấp các phương pháp xử lý tín hiệu trong miền thời gian. So với biến đổi Fourier truyền thống, biến đổi Wavelets có nhiều ưu điểm hơn nhiều. Hiện nay việc ứng dụng Wavelets vào trong các lĩnh vực kỹ thuật và nhất là trong ngành viễn thông là rất cần thiết. Để minh hoạ cho vấn đề này, trong luận văn đã đề cập việc dùng Wavelets để triệt nhiễu chi tín hiệu.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

I. LỊCH SỬ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1
II. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.2
III.KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.3
1. Nguyên lý cellular3
2. Các kỹ thuật đa truy cập. 7
2.1 Đa truy cập phân chia theo tần số ( FDMA). 7
2.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) 8
2.3 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)9
3. Mô tả môi trường truyền sóng thông tin di động.10
4. Fading . 11

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CDMA

A. LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ CDMA
I. MỞ ĐẦU . 14
II. NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT MẠNG CELLULAR CDMA 15
III. CẤU HÌNH HỆ THỐNG CDMA 19
1. Máy thuê bao di động MS .19
2. Trạm gốc BS .19
3. Tổng đài di động MX 22
4. Bộ ghi định vị thường trú HLR .23
IV. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN VÀ TRUYỀN DẪN 23
1. Các kênh vật lý .23
2. Các kênh logic 24
V. CHUYỂN GIAO Ở CDMA . 27
1. Chuyển giao mềm và mềm hơn28
2. Chuyển giao cứng .28
VI. GIÁ TRỊ Eb/No (HAY C/I).29
VII. ƯU ĐIỂM CỦA CDMA30
1. Chất lượng cao 30
2. Dung lượng lớn 31
3. Vùng phủ sóng rộng.32
4. Chuyển giao mềm .32
5. Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống 32
6. Tăng cường bảo mật33
7. Tiết kiệm năng lượng 33

B. CÁC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 34
II. MỘT SỐ CHUỖI TRẢI PHỔ38
1. Mã trải phổ PN38
2. Chuỗi m.38
3. Chuỗi Gold41
III. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP (DS)41
1. Đặc tính của tín hiệu DS 41
2. Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS – BPSK43
3. Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS – QPSK 48
IV. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ DỊCH TẦN (FH) 49
1. Đặc tính của tín hiệu dịch tần 50
2. Tốc độ dịch tần .50
3. Hệ thống trải phổ dịch tần nhanh 51
V. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ DỊCH THỜI GIAN (TH/SS).54
VI. HỆ THỐNG LAI (HYBRID).55
1. FH/DS.55
2. TH/FH.56
3. TH/DS.56
VII. SO SÁNH CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 57

C. NHIỄU TRONG HỆ THỐNG

I. NHỮNG TỔN HAO TRONG KHÍ QUYỂN58
II. NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA MƯA 58
III. NHỮNG TỔN HAO VỀ SỰ LỆCH ĐỒNG CHỈNH ANTEN58
IV. NHIỄU NHIỆT .59
V. NHIỄU HỆ THỐNG .60
VI. TỈ SỐ SÓNG MANG TRÊN NHIỄU C/N.60
VII. NHIỄU XUYÊN KÝ TỰ .61
VIII.NHIỄU ĐỒNG KÊNH .62
IX. NHIỄU ĐA TRUY CẬP (MAI).64



CHƯƠNG 3 : TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG

I. BỘ TÁCH SÓNG KINH ĐIỂN 66
1. Phân tích mô hình bộ thu 66
2. Hiệu suất tách sóng .68
2.1 xác suất lỗi đối với kênh đồng bộ 68
2.2 xác suất lỗi đối với kênh bất đồng bộ.72
II. BỘ TÁCH SÓNG ĐA USER TUYẾN TÍNH 73
1. Tách sóng giải tương quan .73
1.1 Kênh CDMA đồng bộ 73
1.2 Kênh CDMA bất đồng bộ 79
2. Bộ tách sóng phương sai tối thiểu MMSE.80
2.1 Kênh CDMA đồng bộ MMSE 82
2.2 Kênh CDMA bất đồng bộ MMSE85

CHƯƠNG 4 : TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP TRIỆT NHIỄU BẰNG WAVELETS

I. CƠ SỞ TOÁN HỌC CHO VIỆC PHÂN TÍCH TÍN HIỆU .86
1. Thế nào là phân tích Fourier.86
2. Biến đổi Fourier87
3. Hàm Dirac và tổng Poisson88
4. Quá trình lấy mẫu .88
II. GIỚI THIỆU VỀ WAVELETS89
1. Thế nào là phân tích Wavelets.89
2. Sự phát triển của Wavelets90
3. Giới thiệu về Wavelets và hệ thống khai triển Wavelets91
3.1 Biến đổi và khai triển Wavelets91
3.2 Hệ số Wavelets là gì .91
3.3 Các đặc tính bổ xung của hệ thống Wavelets91
4. Các công cụ của hệ thống Wavelets.92
4.1 Không gian tín hiệu 92
4.2 Hàm tỉ lệ 93
4.3 Hàm Wavelets94
5. Biến đổi Wavelets rời rạc 95
6. Dãi lọc95
6.1 Quá trình lọc và lấy mẫu giảm95
6.2 Quá trình lọc và lấy mẫu tăng.97

III. KHAI TRIỂN CHUỖI DÙNG WAVELETS.98
1. Định nghĩa98
1.1 Khai triển chuỗi của tín hiệu rời rạc.98
1.2 Khai triển Haar99
2. Khái niệm và phân tích đa phân giải 100
3. Chuỗi Wavelets và các tính chất của nó .102
IV. CÁC ỨNG DỤNG CỦA WAVELETS.105
1. Ứng dụng Wavelets cho sử lý tín hiệu .105
2. Sử dụng Wavelets cho triệt nhiễu106

CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

I. GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH108
II. GIAO DIỆN MÔ PHỎNG.109
1. So sánh độ lợi khi sử dụng các bộ tách sóng trong kênh đồng bộ115
2. So sánh độ lợi khi sử dụng các bộ tách sóng trong kênh bất đồng bộ.117