Luận văn thạc sĩ: Nâng cao hiệu năng tách sóng trong hệ MC-CDMA

Luận văn thạc sĩ phân tích hiệu năng các phương pháp tách sóng trong hệ MCCDMA, cung cấp cái nhìn sâu sắc về công nghệ viễn thông hiện đại.

• Tác giả: Ngô Thị Thanh Hải
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Viết Kính
• Trường học: Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
• Đề tài: Nâng cao hiệu năng tách sóng trong hệ MC-CDMA
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Cơ sở thực hiện mô hình điều chế OFDM
• 1.3. Mô hình điều chế và giải điều chế OFDM sử dụng biến đổi IFFT/FFT
• 1.4. Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM
• 2. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA
• 2.1. Phân loại hệ thống CDMA
• 2.2. Chuỗi trực tiếp – DS
• 2.3. Hệ thống nhảy tần – FH
• 2.4. Hệ thống nhảy thời gian – TH
• 2.5. Trải phổ lệch tần - Chirp SS
• 2.6. Hệ thống ghép – Hybrid
• 2.6.1. Hệ thống FH/DS
• 2.6.2. Hệ thống TH/FH
• 2.6.3. Hệ thống TH/DS
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC MÔ HÌNH TRẢI PHỔ ĐA SÓNG MANG MC-SS
• 3.1. Các mô hình trải phổ đa sóng mang
• 3.2. MC-DS-CDMA
• 3.3. Ưu điểm và hạn chế của trải phổ đa sóng mang
• 4. CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN TÁCH TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA
• 4.1. Các kỹ thuật tách tín hiệu của hệ thống MC-CDMA trong kênh đường xuống
• 4.1.1. Mô hình hệ thống MC-CDMA trong môi trường đơn tế bào
• 4.1.2. Kỹ thuật tách tín hiệu nhờ bộ cân bằng trong hệ MC-CDMA
• 4.1.2.1. Tách tín hiệu đơn người dùng SUD
• 4.1.2.2. Tách tín hiệu đa người dùng MUD
• 4.1.3. Một số kết quả mô phỏng
• 4.1.3.1. Chuỗi trải phổ
• 4.1.3.2. MAI - nhiễu đa truy nhập
• 4.1.3.3. So sánh giữa các hệ thống MC-CDMA, FDMA và FDMA tối ưu (Optimal FDMA)
• 4.1.3.4. Đánh giá hiệu năng của các giải pháp tách tín hiệu
• 4.1.3.5. So sánh hiệu năng của giải pháp đa người dùng và đơn người dùng các cách khác nhau
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hiệu năng tách sóng trong hệ MC CDMA

Hệ thống MC-CDMA (Multi-Carrier Code Division Multiple Access) đã trở thành một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực truyền thông không dây. Việc nâng cao hiệu năng tách sóng trong hệ thống này là một thách thức lớn, đặc biệt trong môi trường có nhiều nhiễu và can thiệp. MC-CDMA sử dụng nhiều sóng mang để truyền tải dữ liệu, giúp tăng cường khả năng chống nhiễu và cải thiện chất lượng tín hiệu. Tuy nhiên, việc tách sóng hiệu quả vẫn là một vấn đề cần được nghiên cứu và cải tiến liên tục.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống MC CDMA

Hệ thống MC-CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ để phân chia tín hiệu thành nhiều sóng mang con. Mỗi sóng mang con được điều chế độc lập, giúp tăng cường khả năng truyền tải dữ liệu. Đặc điểm này cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều người dùng và nhiễu. Việc áp dụng các kỹ thuật tách sóng tiên tiến là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

1.2. Lợi ích của việc nâng cao hiệu năng tách sóng

Nâng cao hiệu năng tách sóng trong hệ MC-CDMA không chỉ giúp cải thiện chất lượng tín hiệu mà còn tăng cường khả năng phục vụ nhiều người dùng cùng lúc. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng truyền thông di động hiện đại, nơi mà nhu cầu về băng thông và tốc độ truyền tải ngày càng cao.

II. Vấn đề và thách thức trong tách sóng MC CDMA

Mặc dù MC-CDMA mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc tách sóng. Một trong những vấn đề chính là nhiễu đa người dùng (MAI), có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống. Ngoài ra, sự phức tạp trong việc thiết kế bộ tách sóng cũng là một yếu tố cần xem xét. Các kỹ thuật tách sóng hiện tại cần được cải tiến để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của các ứng dụng truyền thông.

2.1. Nhiễu đa người dùng và ảnh hưởng của nó

Nhiễu đa người dùng (MAI) là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống MC-CDMA. Khi nhiều người dùng cùng truyền tải dữ liệu, tín hiệu của họ có thể gây nhiễu lẫn nhau, dẫn đến giảm chất lượng tín hiệu. Việc phát triển các kỹ thuật tách sóng hiệu quả là cần thiết để giảm thiểu ảnh hưởng của MAI.

2.2. Phức tạp trong thiết kế bộ tách sóng

Thiết kế bộ tách sóng cho hệ thống MC-CDMA đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về các yếu tố như độ chính xác, tốc độ xử lý và khả năng chống nhiễu. Sự phức tạp trong việc phát triển các thuật toán tách sóng có thể làm tăng chi phí và thời gian triển khai hệ thống.

III. Phương pháp tách sóng hiệu quả trong MC CDMA

Để nâng cao hiệu năng tách sóng trong hệ MC-CDMA, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và phát triển. Các kỹ thuật như tách sóng đơn người dùng (SUD) và tách sóng đa người dùng (MUD) đã cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng tín hiệu. Việc áp dụng các thuật toán tiên tiến như MMSE và SIC cũng đã được chứng minh là có thể nâng cao hiệu suất tách sóng.

3.1. Kỹ thuật tách sóng đơn người dùng SUD

Kỹ thuật tách sóng đơn người dùng (SUD) tập trung vào việc tách tín hiệu của một người dùng cụ thể trong môi trường có nhiều người dùng. Phương pháp này giúp cải thiện chất lượng tín hiệu cho từng người dùng, nhưng có thể không hiệu quả trong môi trường có nhiều nhiễu.

3.2. Kỹ thuật tách sóng đa người dùng MUD

Kỹ thuật tách sóng đa người dùng (MUD) cho phép tách tín hiệu của nhiều người dùng cùng lúc. Phương pháp này giúp tối ưu hóa băng thông và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Việc áp dụng các thuật toán như MMSE và SIC trong MUD đã cho thấy kết quả khả quan trong việc nâng cao hiệu năng tách sóng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp tách sóng hiệu quả trong hệ MC-CDMA có thể mang lại nhiều lợi ích trong thực tiễn. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng hiệu suất tách sóng có thể được cải thiện đáng kể, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ trong các ứng dụng truyền thông di động. Việc triển khai các kỹ thuật này trong thực tế sẽ giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

4.1. Kết quả mô phỏng và phân tích

Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các kỹ thuật tách sóng tiên tiến có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ lỗi bit (BER) trong hệ thống MC-CDMA. Sự cải thiện này không chỉ giúp nâng cao chất lượng tín hiệu mà còn tăng cường khả năng phục vụ nhiều người dùng cùng lúc.

4.2. Ứng dụng trong các hệ thống truyền thông hiện đại

Các phương pháp tách sóng hiệu quả trong hệ MC-CDMA có thể được áp dụng trong nhiều hệ thống truyền thông hiện đại, bao gồm mạng di động 4G và 5G. Việc cải thiện hiệu suất tách sóng sẽ giúp nâng cao trải nghiệm người dùng và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về băng thông và tốc độ truyền tải.

V. Kết luận và tương lai của tách sóng trong MC CDMA

Việc nâng cao hiệu năng tách sóng trong hệ MC-CDMA là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng và cần thiết. Các phương pháp tách sóng hiện tại đã cho thấy hiệu quả, nhưng vẫn cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ứng dụng truyền thông. Tương lai của tách sóng trong MC-CDMA hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới trong lĩnh vực truyền thông không dây.

5.1. Xu hướng nghiên cứu trong tương lai

Các xu hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các kỹ thuật tách sóng mới, cải thiện khả năng chống nhiễu và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy trong tách sóng cũng là một hướng đi tiềm năng.

5.2. Tầm quan trọng của tách sóng trong truyền thông không dây

Tách sóng hiệu quả là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trong các hệ thống truyền thông không dây. Việc nâng cao hiệu suất tách sóng sẽ giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền thông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh kỷ nguyên thông tin kỹ thuật số thế kỷ 21, truyền thông di động ngày càng trở nên quan trọng với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ đa phương tiện. Theo ước tính, hơn 50 quốc gia đã triển khai công nghệ CDMA với hơn 100 mạng hoạt động, trong khi Việt Nam hiện chủ yếu sử dụng hệ thống GSM dựa trên TDMA. Tuy nhiên, CDMA nổi bật với tính bảo mật cao hơn nhờ kỹ thuật trải phổ, khả năng truyền dữ liệu nhanh và hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn. Luận văn tập trung nghiên cứu hiệu năng của các phương pháp tách sóng trong hệ thống MC-CDMA, một công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã đa sóng mang, nhằm nâng cao chất lượng truyền thông trong môi trường vô tuyến.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích, đánh giá và so sánh hiệu năng của các kỹ thuật tách tín hiệu trong hệ MC-CDMA, đồng thời đề xuất các giải pháp tối ưu nhằm cải thiện hiệu suất hệ thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào môi trường đơn tế bào và đa tế bào, với các mô hình điều chế OFDM, CDMA và các mô hình trải phổ đa sóng mang MC-SS. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các hệ thống truyền thông di động thế hệ mới, đáp ứng nhu cầu truyền tải dữ liệu tốc độ cao, bảo mật và ổn định trong điều kiện kênh truyền phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM): Sử dụng biến đổi IFFT/FFT để điều chế và giải điều chế tín hiệu đa sóng mang, tận dụng tính trực giao giữa các sóng mang con nhằm tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thiểu nhiễu xuyên kênh (ICI) và nhiễu xuyên ký hiệu (ISI).

• Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA): Áp dụng kỹ thuật trải phổ với các giao thức như chuỗi trực tiếp (DS), nhảy tần số (FH), nhảy thời gian (TH) và các hệ thống lai (Hybrid) nhằm tăng khả năng đa truy nhập, chống nhiễu đa đường và bảo mật tín hiệu.

• Mô hình trải phổ đa sóng mang (MC-SS): Bao gồm các hệ thống MC-CDMA, MC-DS-CDMA và MT-CDMA, kết hợp ưu điểm của đa sóng mang và trải phổ để nâng cao hiệu năng truyền thông.

Các khái niệm chính bao gồm: tỷ lệ lỗi bit (BER), nhiễu đa người dùng (MAI), bộ cân bằng MMSE, kỹ thuật tách tín hiệu đơn người dùng (SUD) và đa người dùng (MUD), độ lợi xử lý (Processing Gain), và các thuật toán triệt nhiễu như PIC, SIC.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mô phỏng bằng phần mềm Matlab, kết hợp với các biểu thức giải tích và mô hình toán học của hệ thống MC-CDMA trong môi trường đơn tế bào và đa tế bào. Cỡ mẫu mô phỏng thường là 64 kênh (K=64), với các tham số như chiều dài mã Gold 63, mã Walsh 64, và số sóng mang con N=8.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• So sánh hiệu năng BER giữa các hệ thống MC-CDMA, FDMA và FDMA tối ưu.

• Đánh giá hiệu quả của các kỹ thuật tách tín hiệu như MMSEC, MMSE MUD, SUD thông qua các kết quả mô phỏng Monte-Carlo.

• Phân tích ảnh hưởng của nhiễu đa truy nhập (MAI) và các phương pháp tổ hợp tín hiệu (EGC, MRC, MMSEC).

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian thực hiện luận văn, tập trung vào việc xây dựng mô hình, thực hiện mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu năng của hệ thống MC-CDMA vượt trội so với FDMA và FDMA tối ưu: Mô phỏng cho thấy hệ MC-CDMA đạt tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp hơn đáng kể, đặc biệt khi số người dùng K=64 và số sóng mang con N=8. Ví dụ, tại cùng mức SNR, BER của MC-CDMA thấp hơn khoảng 20-30% so với FDMA.

2. Phương pháp tách tín hiệu đa người dùng (MUD) hiệu quả hơn tách đơn người dùng (SUD): Kỹ thuật MMSE MUD giảm đáng kể ảnh hưởng của nhiễu đa truy nhập (MAI), cải thiện BER khoảng 15-25% so với SUD trong các kịch bản mô phỏng.

3. Ảnh hưởng của kỹ thuật tổ hợp tín hiệu: So sánh các phương pháp tổ hợp EGC, MRC và MMSEC cho thấy MMSEC có hiệu năng tốt nhất, giảm BER khoảng 10-15% so với EGC và MRC trong điều kiện kênh phức tạp.

4. Tác động của số lượng kênh và chiều dài mã: Khi tăng số kênh hoặc chiều dài mã, hiệu năng hệ thống được cải thiện do tăng độ lợi xử lý, giảm thiểu nhiễu đa người dùng. Tuy nhiên, quá nhiều kênh cũng làm tăng độ phức tạp tính toán.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu năng vượt trội MC-CDMA là do sự kết hợp giữa kỹ thuật đa sóng mang và trải phổ, giúp phân tán tín hiệu trên nhiều sóng mang con trực giao, giảm thiểu ảnh hưởng của phading đa đường và MAI. Kỹ thuật tách tín hiệu đa người dùng tận dụng thông tin về mã của tất cả người dùng để triệt nhiễu hiệu quả hơn so với tách đơn người dùng.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với báo cáo của các chuyên gia CNTT về ưu điểm của CDMA trong bảo mật và hiệu suất truyền thông. Việc sử dụng các thuật toán MMSE và MMSEC giúp cân bằng giữa hiệu năng và độ phức tạp, phù hợp với các ứng dụng thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ BER theo SNR, so sánh giữa các phương pháp tách tín hiệu và các hệ thống truy nhập khác nhau, cũng như bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật và hiệu năng tương ứng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng kỹ thuật tách tín hiệu đa người dùng MMSE MUD: Động viên các nhà phát triển hệ thống MC-CDMA áp dụng phương pháp này để giảm thiểu nhiễu đa truy nhập, nâng cao chất lượng dịch vụ. Thời gian triển khai trong vòng 1-2 năm, chủ thể là các nhà cung cấp thiết bị viễn thông.

2. Tối ưu hóa số lượng sóng mang con và chiều dài mã: Đề xuất nghiên cứu thêm để xác định cấu hình tối ưu giữa hiệu năng và độ phức tạp, nhằm cân bằng chi phí và hiệu quả. Thời gian nghiên cứu 6-12 tháng, chủ thể là các viện nghiên cứu và phòng thí nghiệm.

3. Phát triển thuật toán giảm PAR trong hệ OFDM: Giảm tỷ số công suất cực đại trên công suất trung bình để nâng cao hiệu suất bộ khuếch đại công suất, giảm méo tín hiệu. Thời gian thực hiện 1 năm, chủ thể là các nhà sản xuất chip và thiết bị truyền thông.

4. Tăng cường đồng bộ hóa và xử lý nhiễu dịch tần: Đề xuất cải tiến kỹ thuật đồng bộ trong hệ OFDM và MC-CDMA để giảm nhạy cảm với lỗi dịch tần, nâng cao độ ổn định hệ thống. Thời gian triển khai 1-2 năm, chủ thể là các nhóm nghiên cứu và kỹ sư phát triển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Điện tử - Viễn thông: Nghiên cứu sâu về kỹ thuật điều chế đa sóng mang, đa truy nhập phân chia theo mã, và các thuật toán tách tín hiệu trong hệ thống MC-CDMA.

2. Kỹ sư phát triển hệ thống viễn thông: Áp dụng các giải pháp tách tín hiệu và tối ưu hóa hiệu năng trong thiết kế và triển khai mạng di động thế hệ mới.

3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý viễn thông: Hiểu rõ ưu nhược điểm của các công nghệ truyền thông để đưa ra quyết định đầu tư và phát triển hạ tầng phù hợp.

4. Các công ty sản xuất thiết bị viễn thông: Nghiên cứu và phát triển các sản phẩm hỗ trợ kỹ thuật OFDM, CDMA, MC-CDMA với hiệu suất cao và chi phí hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. MC-CDMA là gì và ưu điểm chính của nó?
   MC-CDMA là kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã đa sóng mang, kết hợp ưu điểm của OFDM và CDMA. Ưu điểm chính là khả năng chống nhiễu đa đường, tăng hiệu quả sử dụng phổ và cải thiện tỷ lệ lỗi bit (BER).

2. Tại sao cần kỹ thuật tách tín hiệu trong MC-CDMA?
   Do nhiều người dùng cùng truyền tín hiệu trên cùng kênh, gây ra nhiễu đa người dùng (MAI). Kỹ thuật tách tín hiệu giúp phân biệt và khôi phục chính xác tín hiệu từng người dùng, giảm lỗi truyền.

3. Phương pháp MMSE MUD có ưu điểm gì?
   MMSE MUD tối ưu hóa việc tách tín hiệu đa người dùng bằng cách giảm thiểu lỗi bình phương trung bình, giúp giảm đáng kể BER so với phương pháp tách đơn người dùng.

4. Làm thế nào để giảm tỷ số công suất cực đại trên công suất trung bình (PAR) trong OFDM?
   Có thể sử dụng các thuật toán giảm PAR như clipping, coding hoặc các kỹ thuật điều chế đặc biệt để giảm đỉnh công suất, giúp bộ khuếch đại hoạt động hiệu quả hơn.

5. MC-CDMA có thể ứng dụng trong những hệ thống nào?
   MC-CDMA phù hợp với các hệ thống truyền thông di động tốc độ cao, mạng không dây đa phương tiện, và các ứng dụng yêu cầu bảo mật cao như quân sự và viễn thông dân sự.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá hiệu năng của các phương pháp tách tín hiệu trong hệ MC-CDMA, chứng minh ưu thế vượt trội so với các hệ thống truy nhập khác.
• Kỹ thuật MMSE MUD và MMSEC được xác định là giải pháp hiệu quả trong việc giảm nhiễu đa người dùng và cải thiện BER.
• Nghiên cứu cũng làm rõ vai trò của OFDM trong việc tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm ảnh hưởng của phading đa đường.
• Các đề xuất về tối ưu hóa cấu hình hệ thống và cải tiến kỹ thuật đồng bộ, giảm PAR được đưa ra nhằm nâng cao hiệu suất thực tế.
• Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm thực tế và phát triển các thuật toán tối ưu để ứng dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông hiện đại.

Các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng các kết quả và giải pháp trong luận văn để phát triển các hệ thống truyền thông hiệu quả, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng trong lĩnh vực MC-CDMA và OFDM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 đã trình bày về: - Cơ sở để thực hiện mô hình hệ thống OFDM. - Tìm hiểu, phân tích mô hình điều chế và giải điều chế OFDM sử dụng bộ biến đổi FFT/IFFT. - Phân tích một số ưu điểm và nhược điểm chính của hệ thống OFDM. 23 Chương 2 – CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA 2.1 Giới thiệu [6] Kỹ thuật trải phổ CDMA, về lý thuyết bắt nguồn từ những ý tưởng của Shannon và Pierce.

Kỹ thuật này đã được sử dụng từ thế chiến thứ hai với mục đích đảm bảo chất lượng cho các cuộc thông tin mà không bị địch phát hiện. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực quân sự tiếp tục phát triển kỹ thuật này nhằm tăng cường khả năng chống nhiễu của tín hiệu, còn các nhà thiết kế vệ tinh sử dụng kỹ thuật trải phổ để ngăn cản sự quá tải của các bộ phát đáp analog. Kỹ thuật trải phổ có nguyên lý thực chất rất đơn giản: tín hiệu trước hết được điều chế, mã hóa sao cho gần giống với tín hiệu nhiễu, sau đó được truyền đi và được khôi phục lại tại máy thu đầu cuối. Việc biến đổi (mã hóa) tín hiệu nhằm bảo vệ tín hiệu khi nó được truyền đi trên đường truyền dẫn.

Vì vậy, chất lượng của tín hiệu sau khi được khôi phục phụ thuộc vào kỹ thuật điều chế và mã hóa. Mục đích của việc điều chế và mã hóa tín hiệu là biến đổi tín hiệu thành nhiễu. Càng giống nhiễu bao nhiêu càng khó thâm nhập bấy nhiêu, vì nhiễu là hoàn toàn ngẫu nhiên. Hơn nữa, tín hiệu càng được trải phổ tần bao nhiêu thì càng được bảo vệ bấy nhiêu, ngay cả khi một phần phổ của tín hiệu không được khôi phục, tín hiệu vẫn không bị mất.

Giao thức CDMA cấu thành nên một lớp các giao thức mà trong đó khả năng đa truy cập đạt được sử dụng phương pháp mã hóa. Trong giao thức CDMA mỗi người dùng được cung cấp một chuỗi mã duy nhất để họ mã hóa các tín hiệu thông tin của mình. Ở nơi thu, đã biết các chuỗi mã của người dùng, sẽ giải mã các tín hiệu thu được sau khi thu và sẽ lấy lại được dữ liệu gốc. Do dải thông của tín hiệu mã hóa được chọn lớn hơn nhiều so với dải thông của tín hiệu thông tin, quá trình mã hóa mở rộng phổ của tín hiệu và do đó phương pháp này cũng được gọi là phương pháp điều chế trải phổ (SS: Spread Spectrum).

Tín hiệu đã mã hóa cũng gọi là tín hiệu SS, và kỹ thuật CDMA cũng bao hàm nghĩa là giao thức đa truy nhập theo trải phổ (SSMA). Việc xác định nguồn của hệ thống thông tin trải phổ cũng khá khó khăn do thông tin trải phổ hiện nay là thành quả của nhiều thành tựu như: máy rada phân giải cao, tìm đường, dẫn đường, tách sóng tương quan, máy lọc hòa hợp, chống nhiễu phá, tránh tạo nhiễu, lý thuyết thông tin, … 24 Kỹ thuật điều chế trải phổ có nguồn gốc từ yêu cầu sử dụng rada trong quân đội và trong các hệ thống liên lạc, bởi vì kỹ thuật này chống lại tín hiệu nhiễu phá và xác suất thu trộm tín hiệu thấp. Chỉ vài năm gần đây, với sự phát triển của tin tức, công nghệ mới rẻ, nhu cầu trong quân đội giảm nên các nhà sản xuất và chế tạo các thiết bị trải phổ đã quan tâm hơn tới việc đưa các kỹ thuật của họ vào các ứng dụng dân sự. Kỹ thuật gọi là điều chế trải phổ, phải tuân theo hai tiêu chuẩn như sau: 1.

Dải thông của tín hiệu phát đi lớn hơn rất nhiều so với dải thông của dữ liệu thông tin. Dải thông của tần số vô tuyến thu được là một hàm khác so với dữ liệu thông tin được phát đi. Điều chế trải phổ biến đổi một tín hiệu thông tin thành tín hiệu phát có dải thông lớn. Sự biến đổi này được thực hiện nhờ việc mã hóa các tín hiệu thông tin, trong đó tín hiệu mã hóa độc lập với chuỗi dữ liệu, và tín hiệu mã hóa có độ rộng phổ lớn hơn rất nhiều độ rộng phổ của tín hiệu ban đầu.

Việc mã hóa này sẽ trải rộng công suất tín hiệu gốc trên vùng dải thông rộng hơn rất nhiều, kết quả cho mật độ công suất thấp. Tỷ số của dải thông phát đi so với dải thông của thông tin được gọi là độ lợi xử lý Gp của hệ thống trải phổ.1) p Bi Trong đó: Bt - dải thông phát đi Bi - dải thông của tín hiệu thông tin Bộ thu sẽ tương quan tín hiệu thu được với một bản sao phát đồng bộ của tín hiệu mã hóa được sử dụng tại nơi phát để thu lại tín hiệu thông tin ban đầu. Điều này chỉ ra rằng, bộ thu phải biết tín hiệu mã hóa đã sử dụng trong việc điều chế dữ liệu. Vì thực hiện quá trình mã hóa và kết quả là mở rộng dải thông, nên tín hiệu trải phổ có một số đặc trưng khác với các đặc trưng của tín hiệu băng hẹp.

Điều chúng ta quan tâm nhất đối với các hệ thống thông tin sẽ được thảo luận trong phần sau. Để hiểu rõ ràng hơn, mỗi đặc trưng sẽ được giải thích ngắn gọn có minh họa như sau: 1. Khả năng đa truy cập: Nếu nhiều người dùng cùng truyền một tín hiệu trải phổ tại cùng một thời điểm, ở nơi thu vẫn có thể phân biệt được những người dùng này với nhau vì mỗi 25 người dùng được cấp một chuỗi mã duy nhất đủ để có thể tương quan chéo ở mức thấp với các người dùng khác. Việc tương quan giữa tín hiệu thu được với tín hiệu mã hóa từ một người dùng quan tâm sẽ chỉ giải trải phổ (nén phổ) tín hiệu của người dùng đó, trong khi các tín hiệu trải phổ khác vẫn trải rộng trên toàn dải thông rộng.

Do đó, trong khoảng băng thông của tín hiệu thông tin, công suất người dùng mong muốn sẽ lớn hơn nhiều so với công suất nhiễu được cung cấp khi không có quá nhiều can nhiễu, và ta sẽ tách ra được tín hiệu mong muốn. Công suất đa truy nhập được minh họa trên hình 2.1(a), hai người dùng cùng phát đi một tín hiệu trải phổ từ các tín hiệu băng hẹp của họ.1(b), cả hai người dùng này cùng truyền đi các tín hiệu trải phổ của họ tại cùng một thời điểm. Tại nơi thu, chỉ có một tín hiệu của người dùng thứ nhất được giải trải phổ và thu lại được tín hiệu đã phát. Công Công suất suất Công suất 1 1 và 2 2 f f f Công suất Công suất 1 2 Công suất 1 2 f f b) a) f Hình 2.1: Nguyên lý của kỹ thuật đa truy nhập theo trải phổ: a) Trải phổ; b) Giải trải phổ 2.

Sự bảo vệ chống lại nhiễu đa đường: 26 Trong một kênh vô tuyến, giữa nơi phát và nơi thu không chỉ có duy nhất một đường truyền. Do vậy sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ (và khúc xạ), một tín hiệu có thể thu được từ một số các đường truyền khác nhau. Các tín hiệu tại các đường truyền khác nhau là những bản sao của tín hiệu đã phát đi nhưng sai khác về biên độ và pha. Tổng của tất cả các tín hiệu ở nơi thu được có tính chất xây dựng một vài tần số và phá hủy ở những tần số khác.

Vì vậy, ta sẽ thu được tín hiệu bị tán sắc trong miền thời gian. Điều chế trải phổ có thể chống lại nhiễu đa đường, tuy nhiên, việc loại bỏ nhiễu đa đường phụ thuộc rất nhiều vào việc ta sử 27 dụng loại điều chế nào.2, chúng ta sẽ nghiên cứu các giao thức CDMA dựa vào nguyên lý của các loại điều chế khác nhau, và xem xét các loại giao thức này loại bỏ nhiễu đa đường như thế nào. Sự riêng tư (privacy): Tín hiệu phát đi chỉ được giải trải phổ, và dữ liệu sẽ được khôi phục lại nếu ở nơi thu biết được cách mã hóa. Sự loại bỏ nhiễu: Tín hiệu mã hóa tương quan chéo với một tín hiệu băng hẹp sẽ trải rộng công suất của tín hiệu băng hẹp, do đó sẽ làm giảm công suất can nhiễu trong phạm vi băng thông của tín hiệu.

Điều này được minh họa trên hình 2. Tín hiệu trải phổ (s) thu được một nhiễu băng hẹp (i). Tại nơi thu, tín hiệu băng thông được giải trải phổ trong khi tín hiệu nhiễu trải rộng ra, làm nó giống tạp âm nền so với tín hiệu giải trải phổ. Công Công suất suất i f i f Hình 2.2: Loại trừ nhiễu của hệ thống SSMA.

Khả năng chống nhiễu phá đặc biệt là nhiễu băng hẹp: Điều này tương tự như đã nói ở trên, là việc loại bỏ nhiễu phá. Đặc trưng này làm cho tín hiệu trải phổ được ứng dụng nhiều hơn trong quân sự. Xác suất thu trộm thấp hoặc phát hiện hoạt động khó: Do mật độ công suất thấp nên tín hiệu trải phổ rất khó tách. Có nhiều công nghệ điều chế để phát tín hiệu trải phổ.

Chúng ta chỉ bàn luận ngắn gọn về một số công nghệ quan trọng nhất.2 Phân loại hệ thống CDMA [5,6] Hệ thống CDMA có thể phân loại dựa theo hai cách khác nhau: dựa vào khái niệm của các giao thức hoặc dựa vào nguyên lý loại điều chế được sử dụng. Cách phân loại thứ nhất cho chúng ta hai nhóm giao thức có tên là các hệ thống lấy trung bình (averaging) và các hệ thống phòng tránh (avoidance). Hệ thống lấy trung bình giảm nhiễu bằng cách lấy trung bình nhiễu trong một 28 khoảng thời gian dài. Hệ thống phòng tránh giảm nhiễu bằng cách tránh nhiễu trong phần lớn thời gian.

Phân loại các giao thức CDMA theo nguyên lý điều chế cho ta 5 nhóm giao thức như sau: 1. Chuỗi trực tiếp (DS-Direct Sequence) (hoặc chuỗi giả nhiễu) 2. Hệ thống nhảy tần số (FH-Frequency Hoping) 3. Hệ thống nhảy thời gian (TH-Time Hoping) 4.

Trải phổ lệch tần (Chirp Spread Spectrum) 5. Hệ thống lai (Hybrid) Trước tiên, chuỗi trực tiếp DS là giao thức trải phổ lấy trung bình, và các giao thức lai cũng có thể là giao thức lấy trung bình nhưng phụ thuộc vào điều kiện nếu chuỗi trực tiếp được sử dụng là một bộ phận của hệ thống lai. Tất cả các giao thức khác là giao thức phòng tránh.1 Chuỗi trực tiếp – DS Hiện nay, người ta sử dụng hai phương pháp chính để mã hóa tín hiệu, đó là: phương pháp nhảy tần FH và phương pháp dãy trực tiếp DS. Phương pháp trải phổ trực tiếp DS-SS trong hệ thống CDMA được sử dụng khi cần tốc độ truyền cao.

Phương pháp này trộn mã của tín hiệu gốc với mã giả ngẫu nhiên của tín hiệu trải phổ có tốc độ rất cao.