Đồ Án Tìm hiểu và mô phỏng các phương pháp tách sóng trong MC – CDMA

LỜI CÁM ƠN
I.Lời nói đầu
Công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ.
Trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện tại. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự (1G), các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông ti di động trên toàn cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá nhu cầu thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS) Và chuẩn tương lai của các thiết bị không dây là hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G), cho phép truyền tải dữ liệu tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng, từ ứng dụng cho phép tải và truyền hình ảnh động chất lượng cao đến ứng dụng trên các dịch vụ cao cấp: video trực tiếp trên mạng, hội nghị truyền hình .
II. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, Kỹ thuật MC – CDMA là một kỹ thuật rất mới đang được nghiên cứu mạnh mẽ trên toàn thế giới với khả năng truyền tốc độ cao, tính bền vững với fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm độ phức tạp của hệ thống do thừa hưởng tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM. MC-CDMA là một cho hệ thống thông tin di động trong tương lai. Chính vì vậy, việc tìm hiểu về các phương pháp tách sóng trong hệ thống MC – CDMA là cần thiết và có ý nghĩa thực tế.
Xuất phát từ những suy nghĩ trên, nhóm thực hiện đã quyết định chọn đề tài: “Tìm hiểu và mô phỏng các phương pháp tách sóng trong MC – CDMA”
III. Mục tiêu của đề tài
Trong đồ án này đề cập một cách tổng quan về kỹ thuật CDMA, OFDM và kết hợp hai kỹ thuật CDMA với OFDM thành kỹ thuật mới gọi là MC-CDMA và nêu lên được những ưu điểm, khuyết điểm của kỹ thuật MC-CDMA. Từ những ưu điểm của MC-CDMA đem lại khắc phục những khuyết điểm của công nghệ CDMA và kỹ thuật OFDM.
Trình bày và phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp tách sóng. Sau cùng đưa ra phương pháp tối ưu nhất.
IV. Đối tượng cần tìm hiểu
- Lý thuyết về kỹ thuật CDMA, OFDM, MC – CDMA, kênh truyền , các loại nhiễu, các phương pháp tách sóng trong MC – CDMA.
- Chương trình mô phỏng MATLAB
V. Giới hạn đề tài
Về lý thuyết:
- Tìm hiểu một cách khái quát về kênh truyền và nhiễu, công nghệ CDMA, OFDM và hệ thống thông tin di động MC-CDMA (4G).\
- Trình bày và phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp tách sóng và so sách chúng nhằm tìm kiếm phương pháp tách sóng tối ưu nhất cho hệ thống MC – CDMA.
Về mô phỏng:
Nội dung mô phỏng nhóm thực hiện bao gồm:

1. Tách sóng đơn và đa user:
   1. Tách sóng đơn user trong MC-CDMA.

Phần này mô phỏng các phương pháp: SUD-MRC, SUD – EGC, SUD – ZF, SUD – MMSE, SUP-MRC, SUP – EGC, SUP – ZF, SUP – MMSE

1. Tách sóng đa user trong MC-CDMA.

Phần này mô phỏng các phương pháp:MUP – ZF, MUP – MMSE, MUD – ZF, MUD – MMSE.
Phương pháp tách sóng đơn user và đa user đều mô phỏng đặc tính BER theo số user và E[SUB]b[/SUB]/N[SUB]o [/SUB]trong tuyến xuống và tuyến lên trong mô hình kênh truyền Jakes, Xiao.

1. Hệ thống MC-CDMA: dạng sóng của máy thu và máy phát.

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 01 năm 2010 Sinh viên thực hiện
MỤC LỤC
Trang
Phần A
Lời Cảm ơn ii
Quyết định giao đề tài . iii
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn . iv
Nhận xét của giáo viên phản biện . v
Lời mở đầu . vi
I. Lời nói đầu . vi
II. Lý do chọn đề tài . vi
III. Mục tiêu . vii
IV. Đối tượng tìm hiểu vii
V. Giới hạn đề tài . vii
Mục lục ix
Danh mục hình vẽ xv
Danh mục bảng biểu . xix
Danh mục các từ viết tắt . xx
Phần B
Chương 1: Kênh truyền vô tuyến .

1. Giới thiệu . 3
2. Đặc điểm kênh truyền vô tuyến 3

1.2.1 Các kiểu kênh truyền 3
1.2.2 Truyền dẫn trong không gian tự do . 5

1. Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền . 6

1.3.1 Hiện tượng đa đường . 6
1.3.2 Hiện tượng Doppler 7
1.3.3 Hiện tượng vật che chắn . 7
1.3.4 Suy hao trên đường truyền . 7

1. Ảnh hưởng của kênh truyền đối với tín hiệu . 7

1.4.1 Phản xạ phản chiếu . 8
1.4.2 Phản xạ lan truyền 8
1.4.3 Nhiễu xạ 8
1.4.4 Ảnh hưởng của che bóng 9
1.4.5 Trải trễ . 9
1.4.5.1 Định nghĩa 9
1.4.5.2 Các tham số tán xạ thời gian 9
1.4.6 Băng thông lien kết 10
1.4.6.1 Định nghĩa . 10
1.4.6.2 Công thức xấp xỉ băng thông lien kết 10
1.4.7 Thời gian liên kết 11
1.4.7.1 Định nghĩa . 11
1.4.7.2 Công thức tính thời gian liên kết 11

1. Các loại phân bố kênh truyền 11

1.5.1 Phân bố Rayleigh 12
1.5.2 Phân bố fading Ricean 14
1.5.3 Fading logarit chuẩn . 15

1. Mô hình Jakes và Xiao 17

1.7 Kết luận chương 18
Chương 2: Công nghệ CDMA
2.1 Giới thiệu . 19
2.2 Tổng quan về CDMA . 19
2.3 Mã trải phổ 21
2.3.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN . 21
2.3.2 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard 22
2.4 Các kiểu trải phổ cơ bản 22
2.5 Chuyển giao . 23
2.5.1 Mục đích của chuyển giao . 23
2.5.2 Các loại chuyển giao 24
2.5.2.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn . 24
2.5.2.2 Chuyển giao cứng . 25
2.6 Điều khiển công suất trong CDMA 25
2.6.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC) 26
2.6.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC) . 27
2.7 Kết luận chương 28
Chương 3: Tổng quan về hệ thống OFDM .
3.1 Hệ thống OFDM . 31
3.2. Kỹ thuật xử lý tín hiệu OFDM . 32
3.2.1 Mã hóa sửa sai trước FEC 32
3.2.2 Phân tán ký tự 33
3.2.3 Sắp xếp . 33
3.2.4 Sử dụng IFFT/FFT trong OFDM 33
3.3. Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 36
3.3.1 Điều chế BPSK 36
3.3.2 Điều chế QPSK 38
3.3.3 Điều chế QAM . 38
3.4. Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM . 39
3.4.1 Ước lượng tham số kênh 40
3.4.2 Đồng bộ trong OFDM . 41
3.4.2.1 Đồng bộ ký tự . 41
3.4.2.2 Đồng bộ tần số sóng mang 42
3.4.2.3 Đồng bộ tần số lấy mẫu . 43
3.5 Đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM . 43
3.5.1 Sự suy hao 43
3.5.2 Nhiễu trắng Gaussian . 43
3.5.3 Nhiễu liên ký tự ISI 43
3.5.4 Nhiễu liên sóng mang ICI . 44
3.5.5 Nhiễu đa truy nhập MAI . 44
3.5.6 Fading Rayleigh . 45
3.5.7 Fading lựa chọn tần số 45
3.5.8 Trải trễ 46
3.5.9 Dịch Doppler 46
3.6 Đặc điểm và ứng dụng của kỹ thuật OFDM . 46
3.6.1 Ưu điểm của kỹ thuật OFDM 46
3.6.2 Nhược điểm của kỹ thuật OFDM 47
3.6.3 Ứng dụng 48
3.7 Kết luận chương 48
Chương 4:Hệ thống MC - CDMA .
4.1. Hệ thống MC-CDMA . 49
4.1.1 Cấu trúc tín hiệu 49
4.1.2 Tín hiệu tuyến xuống(downlink) 50
4.1.3 Tín hiệu tuyến lên ( uplink) . 51
4.2. Máy phát . 52
4.3 Máy thu MC-CDMA . 54
4.4 Kênh truyền 55
4.5 Các kỹ thuật dò tín hiệu ( Detection algorithm) . 57
4.5.1 Phương pháp kết hợp khôi phục tính trực giao ORC . 57
4.5.2 Phương pháp TORC 57
4.5.3 Phương pháp kết hợp độ lợi bằng nhau (EGC) . 58
4.5.4 Phương pháp kết hợp tỷ số cực đại (MRC) . 58
4.5.5 Phương pháp MMSE 59
4.6 Các phương pháp triệt nhiễu . 59
4.6.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp (SIC) 59
4.6.2 Phương pháp triệt nhiễu song song (PIC) 60
4.7. Vấn đề dịch của tần số sóng mang trong hệ thống MC-CDMA 61
4.8 Giới hạn BER của hệ thống MC-CDMA 65
4.9. Phân loại MC-CDMA 66
4.10 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật MC-CDMA . 69
4.10.1 Ưu điểm của kỹ thuật MC-CDMA 69
4.10.2 Nhược điểm của kỹ thuật MC-CDMA . 69
4.11 Kết luận chương 69
Chương 5: Các phương pháp tách sóng trong MC - CDMA
5.1. Sơ lược kỹ thuật tách sóng trong hệ thống MC - CDMA 72
5.2. Các kỹ thuật tách sóng đơn user 72
5.2.1 Trọng số G[SUB]k’[/SUB](m) trong kỹ thuật tách sóng đơn user . 73
5.2.2 Phương pháp MRC 76
5.2.3 Phương pháp EGC . 77
5.2.4 Phương pháp cưỡng bức zero (ZF – Zero Forcing) . 77
5.2.5 Phương pháp MMSEC 78
5.2.6 Phương pháp ORC . 79
5.2.7 Phương pháp TORC 79
5.3 Các kỹ thuật tách sóng đa user . 80
5.3.1 Phát hiện theo khả năng cao nhất 80
5.3.1.1 Ước lượng chuỗi khả năng cao nhất (MLSE) 80
5.3.1.2 Phương pháp MLSSE 81
5.3.2 Bộ cân bằng khối tuyến tính 81
5.3.2.1 Phương pháp ZF . 81
5.3.2.2 Phương pháp MMSE 82
5.3.3 Triệt nhiễu giao thoa (IC – Interference Cancellation) . 82
5.3.3.1 Phương pháp triệt nhiễu giao thoa song song (PIC) 83
5.3.3.2 Phương pháp triệt nhiễu giao thoa nối tiếp (SIC) 83
5.3.3.3 Triệt nhiễu giao thoa mềm 84
5.4 Kết luận chương 87
Chương 6: Mô phỏng
6.1. Giao diện mô phỏng 91
6.2. Nội dung mô phỏng 91
6.3. Đặc tính các chuỗi mã . 92
6.3.1 Đặc tính tương quan các chuỗi mã . 92
6.3.2 Chuỗi mã giả nhiễu . 92
6.3.3 Chuỗi mã Walsh - Hadamard 93
6.3.4 Chuỗi mã Gold . 94
6.3.5 Chuỗi mã Kasami 94
6.4 Tách sóng đơn user trong MC - CDMA . 95
6.4.1 Mô phỏng BER trong MC-CDMA tuyến xuống theo E[SUB]b[/SUB]/N[SUB]0[/SUB] 96
6.4.2 Mô phỏng BER trong MC-CDMA tuyến lên theo E[SUB]b[/SUB]/N[SUB]0[/SUB] 98
6.5 Tách sóng đa user trong MC-CDMA . 99
6.6 Hệ thống MC-CDMA . 103
6.6.1 Máy phát . 103
6.6.2 Máy thu 113
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển đề tài
7.1 Kết luận . 121
7.2 Hướng phát triền đề tài 121
Phần C 123
Phụ lục A 124
Tài liệu tham khảo 126