TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BÁO CÁO TIỂU LUẬN KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG Hà Nội, tháng 2/2012 Giảng viên hướng dẫn : PGS-TS NGUYỄN HỮU TRUNG Học viên cao học MSHV : : NGUYỄN HẢI CƯỜNG CB110816 Lớp : 11BKTTT1 Tách sóng đa truy nhập trong hệ thống CDMA Multiuser Detection for CDMA system Tóm tắt Bài này giới thiệu một phương pháp đa truy nhập sử dụng cho hệ thống CDMA. Cấu trúc của nó gồm một nhóm các bộ lọc thích hợp, mỗi bộ lọc ứng với một user. Kết quả mô phỏng biểu diễn BER của bộ tách sóng này. Abstract This paper introduces a multiuser methods for CDMA system. The structure of the receiver consists of a bank of matched filters. Computer simulation results are presented to show bit error rate of the conventional multiuser detector. I. GIỚI THIỆU Trong thời gian gần đây, hệ thống thông tin trải phổ (Spread Spectrum Communication System) đã được xem xét rộng rãi do quá trình thực hiện đã dễ dàng hơn. Hệ thống thông tin SS có khả năng chống fading đa đường và chống nhiễu cao. CDMA (Code Division Multiple Access) là một ứng dụng của hệ thống trải phổ. Hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nhằm thực hiện cho các hệ thống thông tin có khả năng chống phá sóng cao. Kỹ thuật trải phổ là ứng dụng trực tiếp của lý thuyết thông tin của Shannon, đã trở nên rất quan trọng trong các hệ thống thông tin do có nhiều tính năng ưu việt như giảm mật độ công suất, độ định vị cao, độ phân giải cao, . Trong hệ thống CDMA, nhiều user sử dụng chung miền thời gian và tần số, các mã giả ngẫu nhiên (PN - Pseudo Noise) với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi user. Tốc độ bit của chuỗi PN phải đủ lớn để trải phổ tín hiệu trên toàn băng thông. User truyền tín hiệu bằng cách trải phổ tín hiệu truyền sử dụng chuỗi PN đã được ấn định. Máy thu sẽ tạo lại một chuỗi giả ngẫu nhiên như ở máy phát và khôi phục lại tín hiệu nhờ việc dồn phổ các tín hiệu đồng bộ thu được. II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG Giả sử tín hiệu gốc của một user là: v(t) = Ad(t)cos ! t (1) thì tín hiệu trải phổ DS là: s(t) = g(t)v(t) = Ag(t)d(t)cos" # t (2) trong đó: - A: biên độ tín hiệu - d(t): chuỗi dữ liệu truyền đi - g(t): chuỗi giả ngẫu nhiên Để dồn phổ tín hiệu, phải nhân tín hiệu đã trải phổ với chuỗi giả ngẫu nhiên (lọc thích hợp – MF: matched filter): v'(t) = g(t)s(t) = g $ (t)v(t) = v(t) (3) Xét kênh truyền có K user với nhiễu cộng Gaussian thì tín hiệu trên kênh truyền: y(t) = % A & ' ()* d + s , (t) + -n(t), t . [0,T] (4) Trong đó: - T: chu kỳ symbol - s / (t): dạng sóng nhận dạng của cho user thứ k, chuẩn hoá với năng lượng đơn vị. ||s 0 || 1 = 2 s 3 ( t ) dt 4 5 = 1 (5) Giả sử tín hiệu nhận dạng bằng 0 ở ngoài khoảng [0,T] nên không tồn tại giao thoa liên ký tự (intersymbol interference). A 6 : biên độ thu được của user k. Giá trị A 7 8 là năng lượng của user k. 9 : . {-1,+1}: chuỗi bit truyền của user thứ k n(t): nhiễu Gaussian với mật độ phổ đơn vị. Nó thường dùng cho mô hình nhiễu nhiệt và nguồn nhiễu không liên quan đến quá trình truyền. Công suất nhiễu trên băng thông B là - ; B. Mô hình máy thu dùng bộ lọc thích hợp, còn gọi là máy thu RAKE cổ điển (Conventional RAKE detector) như sau: Ngõ ra bộ lọc thích hợp của user thứ k: y < = 2 y(t)s = ( t ) dt > ? = A @ d A + % A B d C D EFGHI + n(k) (6) Trong đó: n(k) = J 2 n(t)s K ( t ) dt L M (7) D ij = < s N , s O > = 2 s P ( t ) s Q (t)dt R S (8) |D ij | = | < s T , s U > | ≤ V | s W | X | Y s Z [ | = 1 (9) Ta có thể biểu diễn phương trình (6) ở dạng vector như sau: y = RAd + n (10) Trong đó: y = {y \ , … , y ] } ^ d = {d _ , … , d ` } a Trong trường hợp kênh truyền không trực giao thì sẽ tồn tại ảnh hưởng của các user còn lại (MAI – Multiple Access Interference). Theo [1], xác suất lỗi của hệ thống ứng với trường hợp 2 user và K user là: b c Q( d e fg h i) j ) + k l Q( m n op q r) s ) (11) t u vwx % … y z . { {|,} } % … ~ • . { !," } #$% % … & ' . { (),* } +( , - . + % / 0 1 2 3 4 56 ) 789 (12) III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Kết quả mô phỏng thực hiện trên ngôn ngữ MatLab ứng với chuỗi giả ngẫu nhiên có chiều dài cực đại. Chương trình mô phỏng thực hiện so sánh một số loại máy thu tiêu biểu ứng với chuỗi giả ngẫu nhiên là chuỗi nhị phân có chiều dài cực đại (Maximal Length Binary Sequence). Hình 3 – BER của máy thu lọc thích hợp ứng với số user K = 1 ÷ 60, chiều dài chuỗi giả ngẫu nhiên M = 1024 bit Hình 4 – BER của máy thu lọc thích hợp theo SNR, chiều dài chuỗi giả ngẫu nhiên M = 1024 bit Do chất lượng của hệ thống thông tin được đánh giá dựa cơ sở trên tỉ số lỗi bit (Bit Error Rate) nên quá trình mô phỏng sẽ thực hiện tính toán thông số này. Trong tất cả các hình vẽ, trục tung biểu thị BER theo dB và trục hoành biểu diễn giá trị tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR – Signalto-Noise Ratio) hay số user trong hệ thống. Đối với máy thu RAKE cổ điển, có thể tính BER theo công thức (12), nhưng công thức này khá phức tạp, đòi hỏi quá trình tính toán khá lớn nên tác giả đã giả lập một kênh truyền tồn tại nhiễu trắng Gaussian (AWGN – Addition White Gaussian Noise). IV. KẾT LUẬN Bài báo giới thiệu một phương pháp tách sóng đa truy nhập trong CDMA, máy thu cổ điển dùng phương pháp lọc thích hợp và mô phỏng ảnh hưởng của số lượng user cũng như SNR lên chất lượng hệ thống. Nhìn chung, phương pháp này chưa thật sự đạt được kết quả tốt để có thể sử dụng. Tác giả sẽ giới thiệu thêm một số phương pháp tách sóng khác cho kết quả tốt hơn trong bài báo sau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sergio Verdú, "Multiuser Detection", ISBN 0521593735, Cambridge University Press, 1998 [2] Matti Latva-aho, "Advanced Receivers for WCDMA system", ISBN 9514250397, University of Oulu, Oulu Finland, 1998 [3] Habib Fathallah, "Narrowband Interference Suppression in Spread Spectrum CDMA Communications via Blind Equalization", 1997