Chương 1: Trình bày tổng quan về kênh vô tuyến di động, bao gồm truyền dẫn đa đƣờng và phân tích chi tiết đặc tính của kênh pha đinh đa đƣờng. Chương 2: Trình bày các khái niệm về hệ thống OFDM, truyền dẫn đa sóng mang, xem xét và đánh giá các thông số cơ bản của hệ thống OFDM: Khoảng bảo vệ, sự đồng bộ và các kỹ thuật ƣớc lƣợng kênh. 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương 3: Trình bày các chuỗi trải phổ cơ bản, xem xét và đánh giá các đặc tính của chuỗi MLSR, các mã ngẫu nhiên: mã Waslh, mã Gold. Nguyên lý chung về MC-CDMA, phân tích các thành phần OFDM và CDMA, lợi ích của sự kết hợp OFDM và CDMA.
Chương 4: Trình bày phân bố bít thích nghi trong hệ MC-CDMA và phân bố bít thích nghi cho hệ thống OFDM đa ngƣời dùng. Trình bày các thuật toán về phân bố bít thích nghi cho một ngƣời dùng và đa ngƣời dùng, cho hệ thống MC-CDMA và OFDM. Kết luận: Tóm tắt kết quả đạt đƣợc của luận văn. Phụ lục: Giới thiệu chƣơng trình nguồn mô phỏng phân bố bit thích nghi cho kênh chiều lên hệ thống OFDM/CDMA đa ngƣời dùng (thuật toán ABLA-OFDM ).
Trong thời gian thực hiện luận văn này, tôi đã đƣợc sự hỗ trợ, khuyến khích và động viên của rất nhiều ngƣời, đó là gia đình tôi, các thầy cô, bạn học và đồng nghiệp. Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS. Nguyễn Viết Kính, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Thầy cũng là ngƣời có nhiều ý kiến chân thành và quý báu trong quá trình tiếp cận và giải quyết vấn đề.
Gia đình, bố mẹ và các anh chị, đã luôn khuyến khích, động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt khóa học và luận văn này. Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô tại Khoa Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội, những ngƣời đã trang bị cho tôi kiến thức trong suốt bốn năm học Đại học và những năm học Cao học. Và tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn học và đồng nghiệp, đã khuyến khích, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành tốt công việc. 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1: KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG 1.1 Truyền dẫn đa đƣờng [2] Quá trình thu sóng di động bị tác động bởi hiện tƣợng đa đƣờng; sóng điện từ trƣờng bị phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ và tới anten thu qua nhiều đƣờng khác nhau, tín hiệu thu đƣợc tổng hợp từ nhiều tín hiệu với những thời gian trễ khác nhau gây ra bởi các chiều dài đƣờng truyền khác nhau của những tín hiệu này.
Điều này dẫn đến một dạng nhiễu phụ thuộc vào tần số và vị trí của thiết bị di động theo thời gian. Dạng nhiễu này có thể thay đổi trong vài mili giây và thay đổi theo băng thông truyền. Do đó có thể nói kênh vô tuyến di động có đặc tính biến đổi theo thời gian và chọn lọc theo tần số. Biến đổi theo thời gian đƣợc quyết định bởi tốc độ tƣơng quan giữa thiết bị thu và phát và vào bƣớc sóng λ = c/f0, trong đó là f0 tần số truyền và c là tốc độ ánh sáng.
Độ dịch tần số Doppler cực đại cho bởi: v 1 f0 v max f0 Hz c 1080 MHz km / h Nếu hƣớng di chuyển lệch hƣớng thu một góc α thì độ lệch tần số Doppler ν đƣợc cho bởi: v max cos Xem xét một sóng mang truyền với tần số f0. Tín hiệu thu là chồng chất của nhiều tín hiệu tán xạ và phản xạ từ các hƣớng khác nhau dẫn đến dạng nhiễu về không gian. Khi một chiếc xe di chuyển qua dạng nhiễu không gian này, biên độ tín hiệu thu sẽ biến đổi theo thời gian, hiện tƣợng này đƣợc gọi là pha đinh. Trong miền tần số, chúng ta sẽ thấy chồng chất của nhiều độ dịch tần Doppler đáp ứng từ nhiều hƣớng khác nhau sẽ dẫn tới một phổ tần Doppler thay cho một vạch phổ tại tần số f0.
11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Sự chồng chất của các sóng mang có dịch tần Doppler dẫn đến sự thay đổi biên độ và pha của sóng mang. Điều này có nghĩa là tín hiệu thu đƣợc điều chế biên độ và pha bởi kênh truyền. Đối với điều chế pha tín hiệu số, pha thay đổi nhanh, bất thƣờng sẽ gây một số vấn đề, nếu pha của sóng mang thay đổi quá nhanh trong suốt thời gian Ts là khoảng thời gian cần để truyền một ký hiệu điều chế số. Biên độ và pha thăng giáng ngẫu nhiên.
Thực tế tần số của sự biến thiên tỷ lệ với νmax tƣơng ứng với khoảng thời gian biến thiên mà ta gọi là thời gian tƣơng quan: 1 tcorr vmax Truyền dẫn số với chu kỳ của ký hiệu Ts chỉ có thể thực hiện nếu kênh gần nhƣ không đổi trong chu kỳ đó, do đó yêu cầu điều kiện: Ts tcorr. Độ chọn lọc tần số của kênh đƣợc quyết định bởi các thời gian trễ khác nhau của tín hiệu. Thời gian trễ bằng tỷ số giữa quãng đƣờng truyền với tốc độ ánh sáng. Nếu trễ khác nhau 1s tƣơng ứng với 300m chênh lệch giữa các đƣờng truyền.
Đối với hệ thống quảng bá cho một khu vực rộng, trễ có thể đến 100s đối với vùng cao hoặc đồi núi. Trong miền thời gian, nhiễu xuyên ký hiệu sẽ làm xáo trộn (gây nhiễu) hàm truyền nếu chênh lệch thời gian trễ không nhỏ hơn nhiều lần so với độ dài ký hiệu Ts.2 Các đặc tính của kênh pha đinh 1.1 Hiện tƣợng Doppler và biến đổi theo thời gian Xem xét một sóng mang đƣợc điều chế có dạng s(t ) 2{s(t )e j 2 f0t } (1.1) tại tần số f0 nó đƣợc điều chế bởi tín hiệu băng gốc phức s(t). Đối với bộ thu di chuyển vận tốc v và một sóng đến với góc tới so với phƣơng chuyển động, tần số sóng mang sẽ bị dịch với tần số Doppler đƣợc cho bởi: 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com v max cos (1.2) Tƣơng tự, sẽ có dịch tần Doppler nhƣ vậy xảy ra khi máy thu cố định và máy phát di chuyển vận tốc v. Do dịch tần Doppler là bằng nhau đối với góc cũng nhƣ góc -.
Do đó ta cho góc trong khoảng [0,]. Ta có tín hiệu thu bị dịch tần Doppler : r(t ) 2{ae j e j 2 vt s(t )e j 2 f0t } (1.3) Trong đó a là hệ số suy hao và là pha của sóng mang tại bộ thu. Ở đây, để đơn giản ta đƣa một số giả định: - Góc là hằng số trong thời gian xem xét. Điều này đúng khi khoảng cách giữa phát và thu là đủ lớn và ta giả sử có nhiều bit đƣợc truyền trong khoảng thay đổi góc rất nhỏ.
- Tín hiệu có băng thông đủ nhỏ sao cho có thể cho rằng dịch Doppler là giống nhau đối với mọi thành phần phổ. Hơn nữa chúng ta chỉ xem xét trễ của tín hiệu cao tần dẫn đến trễ pha, bỏ qua trễ nhóm của tín hiệu gốc phức s(t). Ở đây ta giả sử rằng những trễ này là rất nhỏ có thể bỏ qua. Đặc trƣng của tín hiệu thu là sự chồng chất của một số tín hiệu, do phân tán từ các vật cản khác nhau, với các hệ số suy hao ak, và pha sóng mang và dịch Doppler k= max cos k , dẫn đến: r(t ) 2{ak e jk e j 2 vk t s(t )e j 2 f0t } (1.4) Tín hiệu phát và tín hiệu thu ở dạng tín hiệu gốc phức có quan hệ với nhau theo: r(t)=c(t)s(t) (1.5) trong đó: N c(t ) ak e jk e j 2 vk t (1.6) k 1 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com là biên độ pha đinh của kênh dạng phức và biến thiên theo thời gian.
Trong trƣờng hợp đặc biệt có hai kênh (N=2), công suất tăng ích của kênh có thể đƣợc tính nhƣ sau: c(t ) a12 a22 2a1a2 cos(2 (v1 v2 )t 1 2 ) 2 Hình 1.1 biểu thị c t cho trƣờng hợp a1=0. Công suất 2 trung bình đƣợc chuẩn hóa bằng 1, công suất cực đại là (a1+a2)2 1.99, công suất cực tiểu là (a1-a2)2 0.008, dẫn đến mức dao động khoảng 24dB.1 Kênh biến đổi theo thời gian. Biên độ pha đinh phức nói chung c(t) cho bởi phƣơng trình (1.6) thƣờng đƣợc coi nhƣ là một tín hiệu ngẫu nhiên dừng. Do đó ta cần thêm vào những chú ý sau: Một tín hiệu vật lý thực tế c(t) là tất định bởi vì các giá trị a k ,k,k là tất định.
Nhƣng ít nhất pha k có thể là hoàn toàn chƣa biết. Điều này là hợp lý và thực tế nói chung trong kỹ thuật thông tin khi lập mô hình cho các pha chƣa biết bằng các biến ngẫu nhiên. 14 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thực tế, quá trình dừng không thể hoàn toàn đúng bởi vì môi trƣờng thay đổi. Sự thay đổi chậm của kênh đƣợc gọi là pha đinh dài , ngƣợc với pha đinh ngắn đƣợc xem xét ở đây.
Pha đinh dài là mối quan tâm chính đối với thiết kế mạng, nhƣng đối với phân tích các hệ thống thông tin mà chúng ta tập trung ở đây là pha đinh ngắn, tức là môi trƣờng không thay đổi trong một chu kỳ đối với các đại lƣợng cần đo, nhƣ tỷ lệ lỗi bit BER. Ví dụ một mô hình đơn giản có phân bố công suất góc đẳng hƣớng: Sgoc(α)=π-1. Trong trƣờng hợp này, ta thu đƣợc mật độ phổ công suất: 1 S c (v ) (1.7) v2 vmax 1 2 vmax với -υmax <υ<υmax và bằng 0 với các υ khác. Dạng phổ này đƣợc gọi là phổ Doppler đẳng hƣớng hay phổ Doppler Jake.2 biễu diễn phổ Doppler υmaxSc(υ).
MËt ®é phæ c«ng suÊt TÇn sè Doppler chuÈn hãa v/vmax Hình 1.2 Phổ Doppler Jake tƣơng ứng với phân bố công suất đẳng hƣớng. 15 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ta giả sử rằng c(t) là tín hiệu gốc phức tƣơng ứng với một quá trình ngẫu nhiên dừng, điều này là do ảnh hƣởng của trải Doppler. Hàm tự tƣơng quan (ACF) của quá trình này là: c (t ) E{c(t1 t )c *(t1 )} Phổ công suất là biến đổi Fourie của ACF, ta có: Sc (v) e j 2 vt c (t )dt Đối với phổ Jake, hàm ACF có dạng: c (t ) J 0 (2 vmax t ) (1.8) Trong đó J(x) là hàm Bessel loại 1 bậc 0 .