HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN (Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa) Lưu hành nội HÀ NỘI - 2006 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Biên soạn : TS NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Các công nghệ đa truy nhập tảng hệ thống thơng tin đa truy nhập vơ tuyến nói chung thơng tin di động nói riêng Các cơng nghệ cho phép hệ thống đa truy nhập vô tuyến phân bổ tài nguyên vô tuyến cách hiệu suất cho người sử dụng Tuỳ thuộc vào việc sử dụng tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho người sử dụng mà công nghệ phân chia thành: đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mà (CDMA) đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) Các hệ thống thông tin di động sử dụng kết hợp bốn công nghệ đa truy nhập để phân bổ hiệu tài nguyên cho người sử dụng Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã với nhiều ưu việt so với công nghệ khác nên ngày trở thành công nghệ đa truy nhập Cơng nghệ đa truy nhập CDMA xây dựng sở kỹ thuật trải phổ Kỹ thuật trải phổ nghiên cứu áp dụng quân từ năm 1930, nhiên gần kỹ thuật nghiên cứu áp dụng thành công hệ thống tin vô tuyến tổ ong Các phần tử hệ thống trải phổ chuỗi giả ngẫu nhiên Có thể coi Sol Golomb người dành nhiều nghiên cứu toán học cho vấn đề cơng trình ơng vào năm 1950 Ý niệm đa truy nhập trải phổ phân chia theo mã (SSCDMA: Spread Spectrum Code Division Multiple Access) R.Price P.E.Green trình bầy báo năm 1958 Vào đầu năm 1970 nhiều báo hệ thống thơng tin CDMA đạt dung lượng cao hệ thống thông tin đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division Multiple Access).Các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp xây dựng vào năm 1950 Thí dụ hệ thống là: ARC-50 Magnavox hệ thống thông tin vô tuyến vệ tinh OM-55, USC-28 Trong báo (năm 1966) tác giả J.W.Schwartz, W.J.M.Aein J Kaiser người so sánh kỹ thuật đa truy nhập FDMA, TDMA CDMA Các thí dụ khác hệ thống quân sử dụng công nghệ CDMA vệ tinh thông tin chiến thuật TATS hệ thống định vị toàn cầu GPS Ở Mỹ vấn đề cạn kiệt dung lượng thông tin di động nẩy sinh từ năm 1980 Tình trạng tạo hội cho nhà nghiên cứu Mỹ tìm phương án thơng tin di động số mớí Để tìm kiếm hệ thống thống tin di động số người ta nghiên cứu công nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã sở trải phổ (CDMA) Được thành lập vào năm 1985, Qualcom, sau gọi "Thông tin Qualcom" (Qualcom Communications) phát triển công nghệ CDMA cho thông tin di động nhận nhiều phát minh lĩnh vực Lúc đầu cơng nghệ đón nhận cách dè dặt quan niệm truyền thống vô tuyến thọai địi hỏi kênh vơ tuyến riêng Đến công nghệ trở thành công nghệ thống trị Bắc Mỹ tảng thông tin di động hệ ba Qualcom đưa phiên CDMA gọi IS-95A Hiện phiên IS-2000 W-CDMA đưa cho hệ thống thông tin di động thứ Trong lĩnh vực thông tin di động vệ tinh ngày nhiều hệ thống tiếp nhận sử dụng công nghệ CDMA Các thí dụ điển hình việc sử dụng công nghệ cho thông tin vệ tinh là: Hệ thống thông tin di động vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO: Low Earth Orbit) Loral/Qualcom Global i Lời nói đầu Star sử dụng 48 vệ tinh, Hệ thống thông tin di động vệ tinh quỹ đạo trung bình (MEO: Medium Earth Orbit) TRW sử dụng 12 vệ tinh Một hạn chế hệ thống CDMA hiệu chúng phụ thuộc vào nhiễu người sử dụng tần số, MUI (Multi user Interference) Đây lý dẫn đến giảm dung lượng địi hỏi phải điều khiển cơng suất nhanh Các máy thu liên kết đa người sử dụng (MUD: Multi User Detector) cho phép hệ thống CDMA dần khắc phục nhược điểm cho phép CDMA tỏ rõ ưu điểm vượt trội Gần số cơng nghệ đa truy nhập như: đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) CDMA đa sóng mang (MC CDMA: Multicarrier CDMA) trở thành đề tài nghiên cứu nhiều trường đại học phịng thí nghiệm giới Đây phương pháp đa truy nhập đầy triển vọng Điều chế OFDM sở để xây dựng OFDMA công nhận tiêu chuẩn cho WLAN 802.11 HIPERLAN Trong tương lai hai công nghệ đa truy nhập tìm ứng dụng hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến băng rộng đa phương tiện di động hệ sau Tài liệu bao gồm giảng môn học "Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến" biên soạn theo chương trình đại học cơng nghệ viễn thơng Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Mục đích tài liệu cung cấp cho sinh viên kiến thức phương pháp đa truy nhập vơ tuyến lý thuyết trải phổ để tiếp cận công nghệ thông tin vô tuyến di động phát triển nhanh Tài liệu xây dựng sở sinh viên học mơn: Anten truyền sóng, Truyền dẫn vô tuuến số Tài liệu sở để sinh viên học môn học: Thông tin di động, Thông tin vệ tinh Hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến khác WLAN Do hạn chế thời lượng nên tài liệu bao gồm phần liên quan đến kiến thức sở lý thuyết trải phổ đa truy nhập Tuy nhiên học kỹ tài liệu sinh viên hồn chỉnh thêm kiến thức cuả mơn học cách đọc tài liệu tham khảo dẫn cuối tài liệu Tài liệu chia làm sáu chương Được kết cấu hợp lý để sinh viên tự học Mỗi chương có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi vài tập Cuối tài liệu đáp án cho tập Người biên soạn: TS Nguyễn Phạm Anh Dũng ii Chương Tổng quan phương pháp đa truy nhập vô tuyến CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾNVÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Các chủ đề trình bầy chương • • • • • Tổng quan FDMA Tổng quan TDMA Tổng quan CDMA Tổng quan SDMA So sánh dung lượng hệ thống FDMA, TDMA CDMA 1.1.2 Hướng dẫn • Học kỹ tư liệu trình bầy chương • Tham khảo thêm [2] • Trả lời câu hỏi tập cuối chương 1.1.3 Mục đích chương • Hiểu tổng quan phương pháp đa truy nhập • Hiẻu cách so sánh dung lượng hệ thống đa truy nhập khác 1.2 MỞ ĐẦU Các phương thức đa truy nhập vô tuyến sử dụng rộng rãi mạng thông tin di động Trong chương ta xét tổng quan phương pháp đa truy nhập sử dụng thơng tin vơ tuyến Ngồi ta xét kỹ thuật trải phổ kỹ thuật sở cho hệ thống thông tin di động CDMA Mơ hình hệ thống đa truy nhập cho hình 1.1 Chương Tổng quan phương pháp đa truy nhập vơ tuyến Hình 1.1 Các hệ thống đa truy nhập: a) đầu cuối mặt đất phát đáp, b) trạm di động trạm gốc Thông thường hệ thống thơng tin đa truy nhập vơ tuyến có nhiều trạm đầu cuối số trạm có nhiệm vụ kết nối trạm đầu cuối với mạng chuyển tiếp tín hiệu từ trạm đầu cuối đến trạm khác Các trạm đầu cuối hệ thống thống tin di động mặt đất máy di động trạm đầu cuối hệ thống thông tin vệ tinh trạm thông tin vệ tinh mặt đất Các trạm kết nối trạm đầu cuối với mạng chuyển tiếp tín hiệu từ trạm đầu cuối đến trạm khác trạm gốc thông tin di động mặt đất phát đáp vệ tinh hệ thống thông tin vệ tinh Do vai trị trạm gốc thơng tin di động mặt đất phát đáp vệ tinh máy di động trạm mặt đất giống hệ thống đa truy nhập vô tuyến nên phần ta xét chúng đổi lẫn cho Trong hệ thống thông tin đa truy nhập vơ tuyến có hai đường truyền: đường từ trạm đầu cuối đến trạm gốc trạm phát đáp, đường theo chiều ngược lại Theo quy ước chung đường thứ đường lên đường thứ hai gọi đường xuống Các phương pháp đa truy nhập chia thành bốn loại chính: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA: Frequency Division Multiple Access) Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division Multiple Access) Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA: Code Division Multiple Access) Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA: Space Division Access) Các phương pháp đa truy nhập nói kết hợp với để tạo thành phương pháp đa truy nhập Các phương pháp đa truy nhập xây dựng sở phân chia tài nguyên vô tuyến cho nguồn sử dụng (các kênh truyền dẫn) khác Chương Tổng quan phương pháp đa truy nhập vô tuyến Nguyên lý ba phương pháp đa truy nhập cho hình 1.2 Mỗi kênh người sử dụng vô tuyến hệ thống vô tuyến tổ ong mặt đất hay tram đầu cuối hệ thống thông tin vệ tinh đa trạm sử dụng sóng mang có phổ nằm băng tần kênh vào thời điểm hoạt động kênh Tài ngun dành cho kênh trình bầy dạng hình chữ nhật mặt phẳng thời gian tần số Hình chữ nhật thể độ rộng kênh thời gian hoạt động (hình 1.2) Khi khơng có quy định trước sóng mang đồng thời chiếm hình chữ nhật gây nhiễu cho Để tránh can nhiễu máy thu trạm gốc (hay pháy thu cuả trạm phát đáp vệ tinh) máy thu trạm đầu cuối phải có khả phân biệt sóng mang thu Để đạt phân biệt tài nguyên phải phân chia: Như hàm số vị trí lượng sóng mang vùng tần số Nếu phổ sóng mang chiếm băng tần khác nhau, máy thu phân biệt sóng mang cách lọc Đây nguyên lý đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA: Frequency Division Multiple Access, hình 1.2a) Như hàm vị trí thời gian lượng sóng mang Máy thu thu sóng mang tần số theo thời gian phân tách chúng cách mở cổng theo thời gian chí sóng mang chiếm băng tần số Đây nguyên lý đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division Multiple Access; hình 1.2b) Như hàm phụ thuộc mã lượng sóng mang Máy thu thu đồng thời sóng mang tần số phân tách chúng cách giải mã sóng mang theo mã mà chúng phát Do kênh hay nguồn phát có mã riêng nên máy thu phân biệt sóng mang chí tất sóng mang đồng thời chiếm tần số Mã phân biệt kênh hay nguồn phát thường thực mã giả tạp âm (PN: Pseudo Noise Code) Phương pháp gọi đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA: Code Division Multiple Access; hình 1.2c) Việc sử dụng mã dẫn đến mở rộng đáng kể phổ tần sóng mang so với phổ mà có điều chế thơng tin hữu ích Đây lý mà CDMA gọi đa truy nhập trải phổ (SSMA: Spread Spectrum Multiple Access) Như hàm phụ thuộc vào khơng gian lương sóng mang Năng lương sóng mang kênh hay nguồn phát khác phân bổ hợp lý khơng gian để chúng khơng gây nhiễu cho Vì kênh hay nguồn phát sử dụng không gian quy định trước nên máy thu thu sóng mang nguồn phát cần thu chí tất sóng mang khác đồng thời phát phát băng tần Phương pháp gọi phương pháp đa truy nhập theo khơng gian (SDMA: Space Division Multiple Access) Có nhiều biện pháp để thực SDMA như: Chương Tổng quan phương pháp đa truy nhập vô tuyến Tần số Trạm gốc N f t f FDMA t B f N 2 t a) N FDMA Tần số Trạm gốc f Thời gian t f TDMA t B f N b) t N N Mã f TDMA Trạm gốc Thời gian Mã CDMA t Mã Tần số f 2 N c) t N N CDMA Thời gian Hình 1.2 Nguyên lý đa truy nhập: a) Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA); b) Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA); c) Đa truy nhập phân cha theo mã (CDMA) Sử dụng lặp tần số cho nguồn phát khoảng cách đủ lớn không gian để chúng không gây nhiễu cho Phương pháp thường gọi phương pháp tái sử dụng tần số khoảng cách cần thiết để nguồn phát tần số không gây nhiễu cho gọi khoảng cách tái sử dụng tần số Cần lưu ý thuật ngữ tái sử dụng tần số sử dụng cho trường hợp hai nguồn phát hay hai kênh truyền dẫn sử dụng chung tần số phát hai phân cực khác Chương Tổng quan phương pháp đa truy nhập vô tuyến Sử dụng anten thông minh (Smart Anten) Các anten cho phép tập trung lượng sóng mang nguồn phát vào hướng có lợi cho máy thu chủ định tránh gây nhiễu cho máy thu khác Các phương pháp đa truy nhập nói kết hợp với Hình 1.3 cho thấy cách kết hợp ba phương pháp đa truy nhập Kỹ thuật sở FDMA Phân chia theo tần số/mã (FD/CDMA) Phân chia theo tần số/thờì gian/mã (FD/TD/CDMA) Phân chia theo tần số/thời gian (FD/TDMA) TDMA Chu kỳ khung Tần số Mặt phẳng chiếm kênh thời giantần số B (băng thông hệ thống) Thời gian Phân chia theo thời gian/mã (TD/CDMA) CDMA Hình 1.3 Kết hợp ba dạng đa truy nhập sở thành dạng đa truy nhập lai ghép 1.3 ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ, FDMA 1.3.1 Nguyên lý FDMA Trong phương pháp đa truy nhập độ rộng băng tần cấp phát cho hệ thống B Mhz chia thành n băng tần con, băng tần ấn định cho kênh riêng có độ rộng băng tần B/n MHz (hình 1.4) Trong dạng đa truy nhập máy vô tuyến đầu cuối phát liên tục số sóng mang đồng thời tần số khác Cần đảm bảo khoảng bảo vệ kênh bị sóng mang chiếm để phịng ngừa khơng hoàn thiện lọc dao động Máy thu đường xuống dường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp Như FDMA phương thức đa truy nhập mà kênh cấp phát tần số cố định Để đảm bảo FDMA tốt tần số phải phân chia quy hoạch thống toàn giới Chương Tổng quan phương pháp đa truy nhập vơ tuyến Hình 1.4 FDMA nhiễu giao thoa kênh lân cận Để đảm bảo thông tin song công tín hiệu phát thu máy thuê bao phải phát hai tần số khác hay tần số khoảng thời gian phát thu khác Phương pháp thứ gọi ghép song công theo tần số (FDMA/FDD, FDD: Frequency Division Duplex) phương pháp thứ hai gọi ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD, TDD: Time Division Duplex) Phương pháp thứ mơ tả hình 1.5 Trong phương pháp băng tần dành cho hệ thống chia thành hai nửa: nửa thấp (Lower Half Band) nửa cao (Upper Half Band) Trong nửa băng tần người ta bố trí tần số cho kênh (xem hình 1.5a) Trong hình 1.5a cặp tần số nửa băng thấp nửa băng cao có số gọi cặp tần số thu phát hay song công, tần số sử dụng cho máy phát tần số sử dụng cho máy thu kênh, khoảng cách hai tần số gọi khoảng cách thu phát hay song công Khoảng cách gần hai tần số nửa băng gọi khoảng cách hai kênh lân cận (Δx), khoảng cách phải chọn đủ lớn để tỷ số tín hiệu tạp âm cho trước (SNR: Signal to Noise Ratio) hai kênh cạnh gây nhiễu cho Như kênh bao gồm cặp tần số: tần số băng tần thấp tần số băng tần cao để đảm bảo thu phát song công Thông thường đường phát từ trạm gốc (hay phát đáp) xuống trạm đầu cuối (thu trạm đầu cuối) gọi đường xuống, đường phát từ trạm đầu cuối đến trạm gốc (hay trạm phát đáp) gọi đường lên Khoảng cách hai tần số đường xuống đường lên ∆Y thấy hình vẽ Trong thơng tin di dộng tần số đường xuống cao tần số đường lên để suy hao đường lên thấp đường xuống công suất phát từ máy cầm tay khơng thể lớn Trong thơng tin vệ tinh tuỳ thuộc vào hệ thống, tần số đường xuống thấp cao tần số đường lên, chẳng hạn hệ thống sử dụng trạm thông tin vệ tinh mặt đất lớn người ta thường sử đụng tần số đường lên cao đường xuống, ngược lại hệ thống thông tin vệ tinh (như di động chẳng hạn) trạm mặt đất nhỏ nên tần số đường lên sử dụng thấp tần số đường xuống HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CHƯƠNG Bài P=0,02×1000+3+0,5+0,5= 24W: (d) Bài Tổng tích theo cặp hai chuỗi phải băng không: (a) (c) Bài K max = M () C I 12, 5.10 / 25 500 = = = 61 : (b) 8,16 2 10 Bài K max = M () = C I 12, 5.10 /(100 : 4) 500 = = 194 : (c) 2, 58 10 CHƯƠNG Bài Ta viết lại hàm tương quan sau: ⎧ ⎪1 − τ ; τ ≤ R x (τ) = + 3Λ(τ) ; Λ (τ) = ⎨ nÕu kh¸c ⎪0 ⎪ ⎩ Cơng suất trung bình Rx(0)=2+3=5W: (c) Bài Biến đổi Fourier cho tín hiệu x(t) ta được: Φx(f)= 2δ(f)+3Sinc2f Thành phần thứ biểu thị công suất chiều Vậy công suất chiều 2W: (a) Bài Hàm tam giác Λ1000(f-106) có giá trị f=106Hz khơng f≤0,999MHz f≥1,001MHz Vì cơng suất lần diện tích nửa tam giác từ 1MHz đến 1,001MHz P=2×1000.10-4/2=0,1W: (a) Bài 136 ( Rc(τ) = + N ) Λ T (τ) − c N ⎧ τ ⎪1 − , ≤ τ ≤ T ⎪ c ⎪ T Λ Tc = ⎨ c ⎪ ⎪0 ⎪ , nÕu kh¸c ⎪ ⎩ ( Rc(0,7ms)= = + 15 )(1− 0,75×10 −3 ×1000) − 15 ( = 0, 25 + 15 )− 15 = 0, : (c) Bài k/j Cj cj' -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 Rcc'(k) 3/7 -1/7 3/7 -1/7 -1/7 -5/7 3/7 Trả lời : (a) Bài R ccʹ (1, 5Tc ) = 7Tc = 7Tc Tc ∫ ∑c p i i=0 Tc ∫ c(t)c ʹ(t + 1, 5T )dt c Tc (t − iTc )∑ c ʹ j pTc (t + 1, 5Tc − iTc )dt j=0 Nhưng: ⎧1, iTc < t < (i + 0, 5)Tc j = i + ⎪ ⎪ pTc (t − iTc )pTc (t + 1, 5Tc − iTc ) = ⎪1,(i + 1)Tc < t < (i + 1)Tc j = i + ⎨ ⎪ ⎪0, víi mäi t j ≠ i + 1hay i + ⎪ ⎩ Vì (i +1)Tc ⎡ (i+0 ,5)Tc ⎤ ⎢ R ccʹ (τ) = c i c ʹi+1 dt + ∫ ∑ c i c ʹi+2 dt ⎥⎥ ∑ ⎢ 7Tc ⎢ ∫ i=0 ⎥⎦ (i +0 ,5)Tc i=0 ⎣ iTc = ⎡ 0, 5Tc {(−1×−1) + (−1×−1) + (−1×1) + (1×−1) + (1×1) + (−1×1) + (1×−1)} 7Tc ⎣ =1 0, 5Tc {(−1×−1) + (−1×1) + (−1×−1) + (1×1) + (1×1) + (−1×−1) + (1×−1)}⎤⎦ /7 Trả lời: (a) 137 Bài E[(k+x(t))(k+x(t+τ)]= k2+E[x(t)x(t+τ)]=k2+Rx(τ): (c) Bài Cơng suất trung bình tín hiệu x(t) đựơc xác định sau: P=Rc(τ=0)=aΛt1(τ)=a= (+1)2 Pr(x(1)=+1)+(0)2Pr(x(t)=0)+(-1)2Pr(x(t)=-1)=1/3+1/3=2/3 Trả lời: (b) Bài E[(k+x(t)cos(2πfct+θ))(k+x(t+τ)cos(2πfct+θ+2πfcτ)]=k2+E[x(t)cos(2πfct+θ) x(t+τ)cos(2πfct+θ+2πfcτ)=k2+E[x(t)x(t+τ)]E[cos(2πfct+θ)cos(2πfct+θ+2πfcτ)] =k2+0,5Rx(τ)cos(2πfcτ) Trả lời: (d) CHƯƠNG Bài Gp= 10lg(106/1200)=29,2dB: (a) Bài B= Rc=1/Tc= N/Tb=NRb =2047×10.103Hz=20,47MHz: (d) Bài Rb= Rc/Gp=107/103= 104 bps=10kbps: (c) Bài 2E b zi = Tb Tb ∫ c(t)c(t −τ)dt = 2E b ΛTc (τ) Tb τ=0,5Tc ΛTc(0,5Tc)=0,5 Vậy= z i = 2E b : (b) Tb Bài Rb=64kbps; Rc=40Mcps Vậy Gp=Rc/Rb=40.106/(64.103)=625: (d) Bài Trả lời: (c) Bài Theo phương trình (3.21) ta có: 138 s(t) = s1 (t) + s (t) Eb = Tb = [−d(t)c1 (t) sin(2πfc t + θ) + d(t)c (t) cos(2πfc t + θ)] Eb Tb [−X (t) sin(2πfc t + θ) + X (t) cos(2πfc t + θ)] Do c1(t) c2(t) có độ dài chip nên: Φ x1 (f) = Φx1 (f) = Tc Sinc (fTc ) Từ gi trình vi ba số ta có Eb Φs (f) = 2Φs1 (f) = [Φ x1 ((f − fc )Tc +Φx1 ((f + fc )Tc ] Tb E T = b c ⎡⎣Sinc ((f − fc )Tc + Sinc ((f + fc )Tc ⎤⎦ Tb Trả lời: (d) Bài Từ phương trình (3.22) ta γ=7π/4: (d) Bài Thành phần tần thấp (3.24) thứ trường hợp nhận từ tích sau: 2E br Tb d(t-τ)sin(2πfct+θ') sin(2πfct+θ")→ 2E br Tb d(t-τ)cos(θ'-θ") Vì tín hiều u(t) giảm Trả lời: (b) Bài 10 SNR0= 2E br = 2.10 = 200 : (c) N0 Bài 11 SNR = E br 2Pr = N0 / + PTc / N0 R b + Pj / G p j E br Pr Pr = ⇒ N0 R b = = (1/ 100)w=0,01w N0 N0 R b (E br / N0 ) SNR = 2Pr = = 57,14 N R b + Pj / G p 0,01 + 50 / 2000 Trả lời: (b) Bài 12 139 SNR = 2E br N + Pj / B j = 2Pr 2Pr = N R b + PR b / R c N0 R b + Pj / G p j Trả lời: (d) Bài 13 Từ phương trình (3.42 ta có Để thành phần gây nhiễu không thằng: , s = ± E br1 cos(θʹ)R c (τ ʹ) không ta cần đảm bảo: τ'=15m/c= 15m/(3.108m/s)≥Tc=1/Rc Vậy tốc độ chip cực tiểu bằng: Rcmin= (3.108m/s)/15m= 20Mcps: (d) Bài 14 (xem 13) Trả lời: (b) Bài 15 E br1 E br1 E br1 E br1 = = = , Pr1Tb No N0 + (D11/ D12)Pr1 / R c N + Tc N0 + 4E br1 / G p Tb Ebr1=!00N0 Vậy: E br1 E br1 E = = br1 , No N0 + 0, 4N0 1, 4N0 Trả lời: (a) CHƯƠNG Bài Z số ngẫu nhiên ⎡ 2Tb ⎤ 2Tb ⎢ n(t)c(t) sin(2πf t + θ)dt ⎥ = E(n(t))c(t) sin(2πf t + θ)dt = E ⎢∫ c c ⎥ ∫ ⎢⎣ ⎥⎦ Trả lời: (a) Bài 140 ⎡ 2Tb 2Tb ⎤ E ⎢⎢ ∫ ∫ n(t)n(s)c(t)c(s) sin(2πfc t + θ) sin(2πfc s + θ)dtds⎥⎥ ⎢⎣ 0 ⎥⎦ 2Tb 2Tb =∫ ∫ (N / 2).δ(t − s)c(t)c(s) sin(2πfc t + θ) sin(2πfc s + θ)dtds 2Tb N0 / ∫ c(t)2 sin (2πfc t + θ)dt = N Tb / Trả lời: (a) Bài Không tồn quan hệ tuyến tính Pb, K, N, SNR Trả lời: (e) Bài Số người sử dụng cell tính theo cơng thức : K max = + K max = + G pλ (E br / N )υ(1 + β) ʹ (1, 25.10 10 /9, 6).0, 0,6 0, 6.(1 + 0, 5) η 2, = 80, Vậy số người sư dụng đoạn ô Kmax/3=26,4 Trả lời: (b) Bài Do hệ thống trải phổ DS/SS – BPSK nên ta có xác suất lỗi bit hệ thống xác định sau: Hệ thống DS/SS-BPSK có xác xuất lỗi : K max = + G pλ (E br / N )υ(1 + β) ʹ K max ⇒G= G= Rc 9, η Eb (1 + β)υ Nʹ0 40.4,8.(1 + 0,6).0, = = 192 (lần) λ 0,8.1 ⇒ R c = 9, 6.G = 9, 6.192 ≈ 1, 8(Mcps) : (c) Bài ⎛ 2E ⎞ 2E b b ⎟ ⎟ Pe = Q ⎜ ⎜ ⎜ N ⎟ ; x = N = 2.4,8 = ; ⎟ ⎜ ⎝ 0 ⎠ Pe = e−9 / /(2, 5× 3) = 1, 5.10−3 : (b) 141 CHƯƠNG Bài 15 3.108 λ = c / fc = = 0,162m 1850.10 f = fc + fd = 1850.10 + 80.10 = 1850,000137MHz 3600× 0,162 Trả lời: (c) Bài 16 f=fc-fd= 1850.106-137.10-6= 1849,999863MHz: (c) Bài 17 (d) Bài 18 Δτ=100:64=1,5625μs: (c) Bài 19 τ= (1)(5) + (0,1)(1) + (0,1(2) + (0,001)(0) = 4, 38μs : (c) [0,01+0,1+0,1+1] Bài 20 (1)(5)2 + (0,1)(1)2 + (0,1)(2)2 + (0,01)(0) τ = = 21,07 μs : (d) 1, 21 Bài 21 στ = 21,07 − (4, 38)2 = 1, 37μs : (c) Bài 22 Bc ≈ 1 = = 146kHz : (b) 5σς 5(1, 37μs) CHƯƠNG Bài 10 Chuyển bảng lý lịch trễ công suất vào số lần τ (ns) 110 190 410 a2 0,107 0,012 0,0052 142 τ= 1(0) + 0,107(110) + 0,012(190) + 0,0052(410) + 0,107 + 0,012 + 0,0052 = 11,77 + 2, 28 + 2,132 =14,4ns: (b) 1,1242 Bài 11 τ2 = = 1(0)2 + 0,107(110)2 + 0,012(190)2 + 0,0052(410)2 + 0,107 + 0,012 + 0,0052 1294,7 + 433, + 874,12 = 2314,55ns2: (c) 1,1242 Bài 12 στ = τ − τ = 2314, 55 − 207, 36 = 46ns : (d) Bài 13 Tính băng thơng sóng mang cực tiểu: 1/(50στ)=109/(50×46)=434,78 kHz: (c) Bài 14 10.106/(434,78.103)=23 (c) Bài TGD=4×200ns=800ns: (c) Bài Tính thời gian ký hiệu OFDM: Ts=5×TGD= 5×800ns=4μs: (c) Bài 17 Tính tốc độ ký hiệu OFDM: Rs=1/Ts=106/4=250ksps: (b) Bài 18 Tính thời gian hiệu dụng ký hiệu: TFFT= Ts-TGD=3,2μs: (b) Bài 19 Tính độ băng thơng con: Δf=1/TFFT= 106/3,2= 312,5 kHz: (b) Bài 20 Tính số bit thơng tin ký hiệu: 24Mbps × 4μs=96: (c) Bài 21 Tính số bit thơng tin sóng mang con: 4/2=2: (b) Bài 22 96/2+4=52: (c) Bài 23 143 Tính tổng băng thơng sử dụng: 52×312,5KHz=16,25MHz: (b) Bài 24 Tính khoảng băng bảo vệ: 20Mhz-16,25Mhz=3,75MHz: (b) Bài 25 Tốc độ truyền tin là: 48×6×3/4×250.103=54Mbps: (c) 144 THUẬT NGỮ AWGN BER BPSK CDMA DPS FFT FSR ICI IFFT ISI LOS MA OFDM PDF PDP QAM QPSK QoS RDS rms SE SINR SNR Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi Binary Phase Shift Keying Modulation Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã Delay Power Spectrum Phổ công suất trễ Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FFT time to Symbol period Ratio in an Tỷ số thời gian FFT chu kỳ OFDM symbol ký hiệu OFDM Inter Carrier Interference Nhiễu sóng mang Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh đảo Inter Symbol Interference Nhiễu ký hiệu Line of Sight Đường truyền thẳng Multiple Access Đa truy nhập Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số trực Multiplexing giao Probability Density Function Hàm mật độ xác suất Power Delay Profile Lý lịch trễ công suất Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên cầu phương Quadrature Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha cầu phương Modulation Quality of Service Chất lượng dịch vụ Root mean square Delay Spread Trải trễ trung bình quân phương Root mean square Trung bình quân phương Spectrum Efficiency Hiệu suất phổ tần Signal to Interference plus Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu cộng tạp âm Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiêu tạp âm 144 KÝ HIỆU B BC B fd C ES ƒc K M N L NB N0 P Pe Pr PFR PT r(t) Rb rc Rtb RS SE Tb TC TFFT TGD T Twin στ ∆f Băng thông tổng Băng thông quán Độ rộng băng tần số liệu hay thông tin Trải Doppler Dung lượng Năng lượng ký hiệu thu Tần số trung tâm Thừa số K kênh Rice Mức điều chế Số sóng mang hệ thống OFDM Số tia đa đường Số băng hệ thống OFDM Mật độ phổ công suất AWGN (W/Hz) Cơng suất Xác suất lỗi Cơng suất thu Δf×RDS Cơng suất phát Công suất thu miền thời gian Tốc độ bit Tỷ lệ mã Tốc độ bit tổng hệ thống Tốc độ ký hiệu Hiệu suất phổ Thời gian bit Thời gian quán Thời gian truyền dẫn hiệu dụng ký hiệu OFDM, thời gian FFT Khỏang bảo vệ ký hiệu OFDM Chu kỳ ký hiệu Thời gian cửa sổ ký hiệu OFDM Trải trễ trung bình qn phương Băng thơng sóng mang hệ thống OFDM 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ ứng dụng, Giáo trình, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện, 2000 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vơ tuyến, Giáo trình, Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 2004 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Cơ sở truyền dẫn vi ba số, Giáo trình, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện, 2001 146 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 1.1 Giới thiệu chung 1.2.Mở đầu 1.3 Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA 1.4 Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA 1.5 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 1.6 Đa truy nhập phân chia theo không gian, SDMA 1.7.So sánh dung lượng hệ thống FDMA, TDMA, CDMA 1.8 Tổng kết 1.9 Câu hỏi tập 1 13 25 27 28 29 CHƯƠNG TẠO MÃ TRẢI PHỔ 30 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Các chuỗi PN 2.3 Tự tương quan tương quan chéo 2.4 Một số thuộc tính quan trọng chuỗi m 2.5 Mã Gold 2.6 Các mã trực giao 2.7 Áp dụng mã hệ thống CDMA 2.8 Tổng kết 2.9 Câu hỏi tập 30 30 33 34 37 37 38 39 39 CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP 41 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Mã giả tạp âm sử dụng DSSS 3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK 3.4 Các hệ thống DSSS-QPSK 3.5 Hiệu hệ thống DSSS 3.6 Tổng kết 3.7 Câu hỏi tập 41 41 43 50 54 59 59 CHƯƠNG MƠ HÌNH KÊNH ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ VÀ HIỆU NĂNG CỦA NÓ 62 4.1 Giới thiệu chung 4.2 Mơ hình kênh đa truy nhập phân chia theo mã, DSCDMA 4.3 Xác suất lỗi bit 4.4 CDMA với phương pháp điều chế khác 4.5 Tổng kết 4.6 Câu hỏi tập 62 62 72 76 80 80 iii CHƯƠNG ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG MÔI TRƯỜNG PHA ĐINH DI ĐỘNG VÀ PHÂN TẬP 82 5.1 Giới thiệu chung 5.2 Mở đầu 5.3 Miền không gian 5.4 Miền tần số 5.5 Miền thời gian 5.6 Quan hệ thông số miền khác 5.7 Các lọai phađinh phạm vi hẹp 5.8 Các phân bố Rayleigh Rice 5.9 Các mơ hình kênh miền thời gian tần số 5.10 Các dạng phân tập 5.11 Máy thu RAKE 5.12 MIMO phân tập 5.13 Tổng kết 5.14 Câu hỏi tập 82 82 84 85 86 88 89 90 91 97 98 101 106 108 CHƯƠNG ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO VÀ CDMA ĐA SÓNG MANG 110 6.1 Giới thiệu chung 6.2 Mở đầu 6.3 Nguyên lý OFDM 6.4 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM 6.5 Các tín hiệu hệ thống OFDM 6.6 Nhiễu ký hiệu (ISI) sóng mang (ICI) 6.7 Dung lượng hệ thống OFDM 6.8 Ảnh hưởng thông số định dung lượng lên QoS hệ thống OFDM 6.9 Hệ thống OFDMA nhảy tần 6.10 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA 6.11 Tổng kết 6.12 Câu hỏi tập 110 110 112 114 119 121 123 125 128 132 133 134 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI 136 THUẬT NGỮ VÀ KÝ HIỆU 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 iv LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Mã số: 411TPĐ460 Chịu trách nhiệm thảo TRUNG TÂM ÐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG (Tài liệu ban hành theo Quyết định số: 817/QĐ-TTĐT1 ngày 25/10/2006 Giám đốc Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông) ...HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Biên soạn : TS NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Các cơng nghệ đa truy nhập tảng hệ thống thông. .. thống thông tin đa truy nhập vô tuyến băng rộng đa phương tiện di động hệ sau Tài liệu bao gồm giảng môn học "Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến" biên soạn theo chương trình đại học cơng nghệ. .. học cơng nghệ viễn thơng Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Mục đích tài liệu cung cấp cho sinh viên kiến thức phương pháp đa truy nhập vô tuyến lý thuyết trải phổ để tiếp cận cơng nghệ thơng tin