Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA.1 Thế nào là trải phổ. Ở các hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu đƣợc mở rộng hằng trăm lần trƣớc khi phát bằng việc nhân luồng tín hiệu với một mã trải phổ có tốc độ cao hơn rất nhiều lần so với tốc độ của luồng tín hiệu đó. Trải phổ không mang lại hiệu quả về mặt sử dụng băng thông đối với hệ thống đơn ngƣời dùng. Tuy nhiên nó có ƣu điểm trong môi trƣờng đa ngƣời dùng vì các ngƣời dùng này có thể dùng chung một băng tần trải phổ với can nhiễu lẫn nhau không đáng kể.
Một kỹ thuật điều chế trải phổ phải thoã mãn 2 tiêu chuẩn: Băng thông của tín hiệu truyền phải lớn hơn băng thông của tín hiệu mang thông tin. Trải phổ đƣợc thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu. Tỉ số băng thông truyền trên băng thông của tín hiệu thông tin đƣợc gọi là độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ: Bt Gp = Bi ( 1.20) Với Bt : băng thông truyền; Bi : băng thông của tín hiệu mang thông tin Tín hiệu trải phổ cho băng thông rộng nên có những ƣu điểm khác so với tín hiệu băng hẹp. Khả năng đa truy cập: nếu các ngƣời dùng phát tín hiệu trải phổ tại cùng một thời điểm, máy thu có khả năng phân biệt giữa các ngƣời dùng, do các mã trải phổ có các tƣơng quan chéo thấp.
Vì vậy, trên cùng băng thông công suất tín hiệu của ngƣời dùng mong muốn sẽ lớn hơn công suất gây ra bởi nhiễu và các tín hiệu trải phổ khác (nghĩa là lúc này tín hiệu của những ngƣời dùng khác vẫn là những tín hiệu trải phổ trên băng thông rộng).2 Lợi ích của việc trải phổ. Chống nhiễu đa đường: trong kênh truyền vô tuyến không chỉ có một đƣờng truyền giữa máy thu và máy phát. Vì tín hiệu bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ nên tín hiệu thu đƣợc tại đầu thu bao gồm các tín hiệu trên các đƣờng khác nhau. Tín hiệu trên các đƣờng khác nhau đều là bản sao của cùng một tín hiệu nhƣng khác 11 Công nghệ CDMA.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA. biên độ, pha, độ trễ và góc tới. Khi cộng tất cả các tín hiệu này lại sẽ tạo nên những tín hiệu mới và cũng làm mất đi một số tín hiệu mong muốn. Trong miền thời gian điều này làm phân tán tín hiệu.
Điều chế trải phổ chống lại nhiễu đa đƣờng, việc giải trải phổ sẽ coi phiên bản trễ là nhiễu và giữ lại một phần nhỏ của tín hiệu này trong băng thông tín hiệu mong muốn, tuy nhiên nó phụ thuộc nhiều vào phƣơng pháp điều chế đƣợc sử dụng. Khử nhiễu băng hẹp: tách sóng đồng bộ tại máy thu liên quan tới việc nhân tín hiệu nhận đƣợc với chuỗi mã đƣợc tạo ra bên trong máy thu. Tuy nhiên nhƣ chúng ta thấy ở máy phát, nhiễu băng hẹp sẽ bị trải phổ sau khi nhân nó với mã trãi phổ. Do đó, công suất của nhiễu này trong băng thông tín hiệu mong muốn giảm đi một lƣợng bằng độ lợi xử lý.
Bảo mật: vì tín hiệu trải phổ sử dụng toàn băng thông tại mọi thời điểm nên nó có công suất rất thấp trên một đơn vị băng thông, và việc khôi phục chỉ đƣợc thực hiện khi biết đƣợc mã trải phổ. Điều này gây khó khăn cho việc phát hiện tín hiệu đã trải phổ tức là tính bảo mật rất cao chống thu trộm thông tin.[4 ][6 ] Mã dùng để trải phổ là một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên. Tín hiệu ngẫu nhiên là tín hiệu mà ta không thể dự đoán trƣớc sự thay đổi của nó theo thời gian và để biểu diễn tín hiệu ngƣời ta dựa vào lý thuyết xác suất thống kê. Với tín hiệu giả ngẫu nhiên thì không hoàn toàn ngẫu nhiên.
Có nghĩa, với thuê bao này nó không ngẫu nhiên, là tín hiệu biết trƣớc cả phía phát và phía thu nhƣng với các thuê bao khác thì nó là ngẫu nhiên. Nó hoàn toàn độc lập với tín hiệu, không phải là tín hiệu và có tính chất thống kê của một tín hiệu nhiễu trắng. Các mã trải phổ có thể là các mã giả tạp âm PN hoặc các mã đƣợc tạo ra từ các hàm trực giao.1 Chuỗi giả ngẫu nhiên PN. Chuỗi PN là một chuỗi nhị phân có hàm tƣơng quan giống nhƣ hàm tƣơng quan của một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên qua một chu kỳ.
Mặc dù quy luật biến đổi của các chuỗi này là hoàn toàn xác định nhƣng chuỗi PN có nhiều đặc tính giống với chuỗi nhị phân ngẫu nhiên, chẳng hạn: số bit 0 và bit 1 gần bằng nhau, tƣơng 12 Công nghệ CDMA. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA. quan chéo giữa mã PN và phiên bản bị dịch theo theo thời gian của nó là rất nhỏ. Chuỗi PN đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng các mạch logic tuần tự.
Loại quan trọng nhất trong số các chuỗi PN là chuỗi thanh ghi dịch cơ số 2 có chiều dài cực đại hay còn gọi là chuỗi m. Một chuỗi m trong một chu kỳ có tƣơng quan chéo là “1/N” và tự tƣơng quan “1”. Hàm tự tƣơng quan đƣợc định nghĩa nhƣ sau : 1 N R() pn(k)pn(k ) N k 1 ( 1.21) Với pn(k) là chuỗi m và pn(k-) là phiên bản trễ theo thời gian của mã pn(k) một khoảng . Các chuỗi PN có các thuộc tính trực giao tốt hơn chuỗi m đƣợc gọi là các chuỗi Gold.
Tập n chuỗi Gold đƣợc rút ra từ một cặp các chuỗi m đƣợc ƣa chuộng có độ dài N=2m – 1 bằng cách cộng modul-2 chuỗi m thứ nhất với các phiên bản dịch vòng của chuỗi m thứ hai. Kết hợp với hai chuỗi m ta đƣợc một tập họ N + 2 mã Gold. Các mã Gold có hàm tƣơng quan chéo ba giá trị {-1, -t(m), t(m)-2} và hàm tự tƣơng quan bốn giá trị {2m-1, -1, -t(m)} trong đó: 2( m1)/2 1 với m lẻ t (m) ( m2)/2 ( 1.3 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hadamard. Các hàm Walsh đƣợc tạo ra từ các ma trận vuông đặc biệt N×N gọi là các ma trận Hadamard.
Các ma trận này chứa một hàng toàn số 0 và các hàng còn lại có số số 1 và số số 0 bằng nhau. Hàm Walsh đƣợc cấu trúc cho độ dài khối N=2j trong đó j là một số nguyên dƣơng. Các tổ hợp mã ở các hàng của ma trận là các hàm trực giao đƣợc xác định theo ma trận Hadamard nhƣ sau: 13 Công nghệ CDMA. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA.23) 0 1 1 0 Trong đó H N là đảo cơ số hai của H.
Trong thông tin di động CDMA, mỗi thuê bao sử dụng một phần tử trong tập các hàm trực giao để trải phổ. Khi đó, hiệu suất sử dụng băng tần trong hệ thống sẽ lớn hơn so với khi trải phổ bằng các mã đƣợc tạo ra bởi các thanh ghi dịch.3 CÁC KIỂU TRẢI PHỔ CƠ BẢN. Có 3 kiểu hệ thống trải phổ cơ bản: Trải phổ dãy trực tiếp DSSS: tạo tín hiệu băng rộng bằng cách điều chế dữ liệu đã đƣợc điều chế bởi sóng mang bằng tín hiệu băng rộng hoặc mã trải phổ. Tức là hệ thống DS_SS đạt đƣợc trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên.
Trải phổ nhảy tần FHSS: là sử dụng chuỗi mã để điều khiển tần số sóng mang của tín hiệu phát. Trong trƣờng hợp này tín hiệu phát là tín hiệu đã đƣợc điều chế những sóng mang nhảy tần từ tần số này sang tần số khác trên một tập (lớn) các tần số; mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên. Trải phổ nhảy thời gian THSS: một khối các bit số liệu đƣợc nén và đƣợc phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lƣợng lớn các khe thời gian. Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào đƣợc sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung.4 ƢU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CDMA.
Ưu điểm: Sử dụng hiệu quả băng tần. Về mặt lý thuyết, hệ thống sử dụng CDMA không giới hạn số lƣợng ngƣời dùng sử dụng. Giảm đƣợc ảnh hƣởng của nhiễu đa đƣờng. 14 Công nghệ CDMA.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA. Tính bảo mật cao do ngƣời ngoài rất khó xác định đƣợc quy luật của chuỗi m sử dụng, do đó khó khôi phục đƣợc tín hiệu thu đƣợc. Khuyết điểm: Chất lƣợng thông tin giảm khi số ngƣời dùng tăng. Bị ảnh hƣởng của hiện tƣợng gần – xa, do đó cần phải áp dụng kỹ thuật điều khiển công suất một cách chính xác.
Cần phải có sự đồng bộ mã trải phổ chính xác để thu đúng tín hiệu. 15 Công nghệ CDMA. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA. Ở phần trƣớc của chƣơng, chúng ta đã tìm hiểu những nội dung cơ bản của hai công nghệ OFDM và CDMA.
Việc kết hợp hai công nghệ OFDM và CDMA mang lại những lợi ích gì, việc kết hợp đó có những thuận lợi và khó khăn nào ? Vì vậy phần tiếp theo chúng ta sẽ phân tích hệ thống OFDM-CDMA.3 HỆ THỐNG OFDM-CDMA.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG OFDM-CDMA. Những nghiên cứu gần đây cho thấy việc kết hợp nguyên lý CDMA và OFDM cho phép chúng ta sử dụng băng thông rất hiệu quả và vẫn đạt đƣợc những ƣu điểm của hệ thống CDMA. Việc kết hợp OFDM-CDMA là kỹ thuật rất hữu ích cho hệ thống 4G, hệ thống cung cấp tốc độ dữ liệu cao và đáng tin cậy. Do kế thừa tất cả những ƣu điểm của CDMA và OFDM nên mô hình này có khả năng truyền tốc độ cao, có tính bền vững với pha-đing chọn lọc tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, có tính bảo mật cao và giảm độ phức tạp của hệ thống.
Việc kết hợp OFDM và CDMA có ba hƣớng chính : Hình 1.5: Các mô hình kết hợp OFDM-CDMA. OFDM-CDMA : MultiCarrier CDMA – CDMA đa sóng mang. OFDM-DS-CDMA: MultiCarrier Direct Squence CDMA – CDMA trải phổ trực tiếp. MT-CDMA : MultiTone – CDMA.
16 Hệ thống OFDM- CDMA. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA. Sự phân biệt này thể hiện ở chỗ thông tin ngƣời dùng sẽ đƣợc trải phổ trong miền thời gian hay tần số. Trong khuôn khổ luận văn tác giả chỉ xem xét đánh giá hệ thống OFDM-CDMA.
Sau đây chúng ta đi vào tìm hiểu sơ đồ khối của ba hệ thống này để thấy rõ những ƣu nhƣợc điểm của chúng.1 Hệ thống OFDM-CDMA.