Xem mẫu

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng đang phát triển mạnh mẽ. Trong
số đó các hệ thống thông tin di động tiên tiến 3G WCDMA hay 4G LTE là
những ví dụ điển hình.
Các hệ thống này vừa phải đáp ứng dung lƣợng cao (số lƣợng ngƣời
dùng lớn) vừa phải có chất lƣợng tốt (đa dịch vụ, QoS cao). Đáp ứng đƣợc
đồng thời các yêu cầu này là nhờ các tiến bộ mạnh mẽ của các kỹ thuật xử
lý tín hiệu.
Vì các lí do nêu trên việc nghiên cứu nâng cao chất lƣợng xử lý tín
hiệu trong các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng là cấp thiết.
2. Đối tượng phạm vi nghiên cứu
Các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng; Các phƣơng pháp tách tín hiệu đa
ngƣời dùng; Mã sửa sai trong thông tin di động đa ngƣời dùng 3G và 4G.
3. Nội dung, phương pháp nghiên cứu, kết cấu luận án
Nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu các kỹ thuật chống nhiễu; Mã sửa sai BICM-ID (BitInterleaved Coded Modulation-Iterative Decoding); Các phƣơng pháp tách
tín hiệu đa ngƣời dùng.
Xây dựng mô hình kết hợp kỹ thuật tách tín hiệu đa ngƣời dùng MUD
MMSE (khử nhiễu có độ phức tạp thấp) với sơ đồ BICM-ID (hoạt động tốt
trên kênh AWGN và pha-đinh) và điều chế bậc cao (thƣờng là 16-QAM)
trong hệ thống di động đa ngƣời dùng 3G trở lên để nâng cao chất lƣợng
xử lý tín hiệu.
Nghiên cứu đề xuất kỹ thuật kết hợp tạo dạng biểu đồ chòm sao tín hiệu
16-QAM với hệ thống BICM-ID. Tuy nhiên, do sử dụng điều chế bậc cao
nên hệ thống phải trả giá về khả năng chống nhiễu và tạp âm. Để khắc phục
điều này ta có thể kết hợp điều chế bậc cao với mã kênh và sử dụng tính chất
bảo vệ lỗi không đều (UEP: Unequal Error Protection) của 16-QAM.
Phương pháp nghiên cứu: Dựa trên phân tích giải tích, xây dựng mô
hình mô phỏng hệ thống và tiến hành mô phỏng trên MATLAB để khảo sát
và khẳng định kết quả nghiên cứu.

2
Kết cấu luận án được chia thành 3 chương:
Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về thông tin đa ngƣời dùng, Các
phƣơng pháp đa truy nhập; Nguyên nhân và biện pháp khắc phục nhiễu
MAI và MI; Tổng quan về các phƣơng pháp MUD; Vai trò của mã hóa
trong thông tin di động.
Chƣơng 2: Xây dựng mô hình MUD dựa trên MMSE và BICM–ID
với điều chế 16-QAM.
Chƣơng 3: Hệ thống BICM-ID dùng 16-QAM tái sử dụng một phần
các điểm tín hiệu và khảo sát tính chất UEP trong hệ thống 4G LTE.
4. Ý nghĩa thực tiễn
Các đề xuất cải tiến phƣơng pháp tách tín hiệu trong luận án cho phép
nâng cao chất lƣợng của hệ thống thông tin di động đa ngƣời dùng.
Chương 1
THÔNG TIN ĐA NGƢỜI DÙNG
1.1 Tổng quan về hệ thống đa người dùng
Hệ thống thông tin đa ngƣời dùng hay còn gọi là hệ thống đa truy
nhập. Có ba phƣơng pháp đa truy nhập hệ thống là: Đa truy nhập phân chia
theo tần số (FDMA); Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA; Đa
truy nhập phân chia theo mã (CDMA).
1.2 Nhiễu đa truy nhập (MAI) và nhiễu đa đường (MI)
Có hai nguồn nhiễu chủ yếu trong hệ thống CDMA: nhiễu đa truy
nhập MAI (Multiple Acess Interference) và nhiễu đa đƣờng MI (MultiPath
Interference). MAI gây bởi các hàm tƣơng quan chéo CCF (Cross
Correlation Function) không hoàn hảo của các mã CDMA, còn nhiễu MI
là do hiệu quả kết hợp giữa các hàm tƣơng quan chéo CCF và Hàm tự
tƣơng quan ACF (Auto Correlation Function) lệch pha của các mã trải phổ
đƣợc dùng bởi hệ thống trong kênh đa đƣờng. Ngoài MAI và MI, hiệu ứng
gần xa cũng ảnh hƣởng tới dung lƣợng (số ngƣời dùng trong hệ thống) và
chất lƣợng của hệ thống. Hiệu ứng gần-xa xảy ra khi một máy di động ở
gần trạm gốc có công suất phát quá lớn có thể ngăn chặn các máy di động
ở xa hoặc có thể toàn bộ lƣu lƣợng của tế bào.

3
1.3 Các kỹ thuật để chống lại nhiễu
Có một số kỹ thuật để chống lại nhiễu nhƣ: Điều khiển công suất
chống lại hiệu ứng gần-xa; Tách tín hiệu đa ngƣời dùng để chống lại nhiễu
MAI; Máy thu RAKE để khắc phục MI; Các kĩ thuật tạo búp để chống lại
nhiễu đồng kênh; Tách tín hiệu CDMA có sự trợ giúp của pilot; Mã sửa sai
kênh truyền. Luận án nghiên cứu sâu về mã sửa sai chống nhiễu kênh
truyền và tách tín hiệu đa ngƣời dùng.
1.4 Tách tín hiệu đa người dùng (MUD)
1.4.1 Mô hình hệ thống
Tín hiệu thu trên đƣờng lên có thể đƣợc biểu diễn bởi:
(1.1)
Giả thiết các xung symbol là vuông, dạng tƣơng quan của mạch lọc
phối hợp đơn giản là tích phân của tín hiệu thu đƣợc nhân với mã trải phổ
quan tâm ak(t) và sóng mang đồng bộ pha cos(ct ) trong khoảng thời gian
symbol Tb.
(1.3)
Ta có thể biểu diễn tập đầu ra của mạch lọc phối hợp ở dạng véctơ
nhƣ sau:
(1.4)
Trong đó y  [ y1 , y2 , , yK ]T và R là ma trận K  K biểu diễn sự tƣơng
quan giữa các dạng sóng trải phổ trong khoảng bít đầu tiên. Do đó, nếu j,k
là các phần tử của R thì:
(1.5)
A là ma trận đƣờng chéo với véc-tơ [A1, A2,…, AK]T dọc theo đƣờng
chéo; Ak  Pk / 2, , b = [b1, b2,.., bK] là các bít dữ liệu từ từng tín hiệu trong
K tín hiệu và n  [n1, n2 , , nK ]T là véctơ các mẫu tạp âm Gao-xơ, với trung
bình bằng 0 và ma trận hiệp phƣơng sai ∑n=2R,
tạp âm sau khi giải trải phổ.

 2  N0 / 4Tb

là công suất

4
Khi đó các quyết định các bít tín hiệu đƣợc thực hiện nhƣ sau:
(1.6)
trong đó hàm sgn(x) đƣợc áp dụng theo từng phần tử:
(1.7)
1.4.2 Thu đa người dùng tối ưu
(1.18)
Thu đa ngƣời dùng dựa trên dãy hợp lý cực đại có độ tăng ích cao
nhƣng độ phức tạp tăng theo hàm mũ của ngƣời sử dụng nên giải pháp cận
tối ƣu đƣợc quan tâm.
1.4.3 Thu đa người dùng cận tối ưu tuyến tính
Bộ tách tín hiệu tuyến tính là thiết bị đƣa ra các quyết định dựa trên
biến đổi tuyến tính của véc tơ đầu ra bộ lọc phối hợp y:
(1.19)
Trong đó T là toán tử tuyến tính trên y và sgn(x) đƣợc xác định trong
phƣơng trình (1.7).

Hình 1.5 Sơ đồ khối của cấu trúc máy thu cận tối ưu
tuyến tính tổng quát

5
1.5 Mã sửa sai và ứng dụng trong thông tin di động
Mã sửa sai chống nhiễu kênh truyền thƣờng dùng là mã khối và mã
xoắn. Trong đó, mã khối thƣờng dùng là mã Hamming, mã RS, mã BCH,
mã Cyclic… Mã xoắn còn gọi là mã chập, áp dụng cho giải mã mềm rất
hiệu quả. Để tăng hiệu quả sử dụng băng thông ngƣời ta dùng bộ điều chế
nhiều mức với chòm tín hiệu M-PSK hay M-QAM. Mã lƣới TCM ánh xạ
các bít đƣợc mã hoá vào tập tín hiệu không nhị phân nhƣ ASK, PSK,
QAM... Hệ thống TCM đạt hiệu quả cao trên kênh AWGN nhƣng hiệu quả
thấp trên kênh pha-đinh.
Mã BICM-ID: Nhờ điều chế mã hóa có hoán vị bít BICM (Bit
Interleaved Coded Modulation) hệ thống hiệu quả tốt trên kênh pha-đinh. Và
nhờ có giải mã lặp (ID) hệ thống BICM-ID còn tốt cả trên kênh Gao-xơ.
1.6 Kết luận chương
Trƣớc tiên, chƣơng này trình bày tổng quan về nhiễu đa ngƣời dùng
và nhiễu đa đƣờng trong hệ thống thông tin di động. Nội dung tiếp theo
của chƣơng là các giải pháp chính để khắc phục các loại nhiễu này, trong
đó tập trung vào giải pháp tách tín hiệu đa ngƣời dùng (MUD). Có thể thấy
rằng tách tín hiệu đa ngƣời dùng tối ƣu bảo đảm cải thiện chất lƣợng đáng
kể song có độ phức tạp tăng hàm mũ theo số tín hiệu đƣợc tách. Do đó, các
giải pháp cận tối ƣu bao gồm kĩ thuật tuyến tính và phi tuyến đƣợc quan
tâm nghiên cứu.
Phần cuối của chƣơng trình bày tổng quan về vai trò của mã kênh và
các loại mã phổ biến hiện nay trong thông tin di động số. Các kiến thức
trình bày ở chƣơng này là cơ sở cho các nghiên cứu trong các chƣơng tiếp
theo của luận án.

nguon tai.lieu . vn