TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐA TRUY NHẬP PHÙ HỢP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN DƯỚI NƯỚC Formatted: Font: Bold Formatted: Indent: First line: cm, Line spacing: single Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm Chủ nhiệm đề tài: PGS TS LÊ QUỐC VƯỢNG Formatted: Justified Hải Phòng, tháng năm 2016 Style Definition: TOC 1: Font: Bold, Centered, Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control, Tab stops: 15.5 cm, Right Formatted: Left, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: Font: Not Bold MỤC LỤC MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Contents 131 Chương I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNGChương I CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP541.1 KỸ THUẬT ĐA 1.2 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 1.3 KỸ THUẬT ĐA SÓNG MANG Chương II: MC-FDMA VÀ MC-TDMA 2.1 KỸ THUẬT ĐA SÓNG MANG - ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ (MC-FDMA) 2.2 KỸ THUẬT ĐA SÓNG MANG - ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN (MC-TDMA) Chương III: KỸ THUẬT ĐA SÓNG MANG - ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ (MC-CDMA) 3.1 CẤU TRÚC TÍN HIỆU 3.2 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG MC-CDMA 3.3 KỸ THUẬT TÁCH SÓNG DỮ LIỆU 3.4 TIỀN CÂN BẰNG 3.5 PHỐI HỢP CÂN BẰNG 3.6 GIẢI MÃ KÊNH MỀM 3.7 TÍNH LINH HOẠT TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.8 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT 3.9 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MC-CDMA THEO GIẢN ĐỒ THỜI GIAN THỰC TRUY 54 54 NHẬP 12 16 16 Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: Widow/Orphan control, Tab stops: Not at 15.5 cm Formatted: TOC 1, Justified, Widow/Orphan control, Tab stops: Not at 15.5 cm 25 28 28 30 36 44 46 48 52 56 62 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Formatted: Font: Not Bold Formatted: Widow/Orphan control, Tab stops: Not at 15.5 cm Formatted: TOC 1, Justified, Widow/Orphan control, Tab stops: Not at 15.5 cm 1.1.1.Các phương pháp đa truy nhập 1.1.2 Kỹ thuật trải phổ 1.2.PHƯƠNG PHÁP ĐA SÓNG MANG 1.2.1.Ghép kênh phân chia theo tầng số trực giao(OFDM) 1.2.2 Ưu điểm nhược điểm OFDM Chương II MC-FDMA MF-TDMA 2.1 Giới thiệu ghép kênh đa truy nhập 2.2.Multi-Carrier FDMA 2.2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) 2.2.2.OFDMA với ghép kênh theo mã : SS-MA-MC 2.2.3 Phân bố Fourier OFDM : FDMA đan xen 2.3.Multi-Carrier TDMA CHƯƠNG III MC-CDMA 3.1.Cấu trúc tín hiệu 3.2 Kỹ thuật trải 3.2.1 Mã trải phổ 3.2.2 Tỷ số công suất đỉnh trung bình PAPR 3.2.3.Trải phổ chiều hai chiều 3.2.4.Biểu đồ xoay 3.3 Kỹ thuật tách sóng liệu 3.3.1.Tách sóng đơn thuê bao 3.3.2.Tách sóng đa thuê bao 3.4.Tiền cân 3.4.1 Downlink 3.4.2.Downlink 3.5.Phối hợp cân 3.6 Giải mã kênh mềm 3.6.1.Tỉ số loga hệ thống OFDM 3.6.2.Tỉ số loga cho hệ thống MC-CDMA 3.7.Tính linh hoạt thiết kế hệ thống 3.7.1.Symbol liệu song song (M-modification) 3.7.2.Các nhóm thuê bao song song (Q-Modification) 3.7.3.M&Q Modification 3.8.Phân tích hiệu suất 3.8.1.Các thông số hệ thống 3.8.2.Đồng đường xuống downlink 3.8.3.Đồng đường lên uplink KẾT LUẬN 54 97 1715 116 520 721 721 721 923 923 1529 1832 2033 2437 2437 2437 2639 2639 2941 3043 3144 3245 3346 3648 4154 4254 4556 4557 4859 4961 5061 5263 5263 5364 5465 5667 5667 5768 6171 7475 Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm Formatted: TOC 1, Justified Formatted: TOC 1, Indent: First line: cm, Right: cm, Tab stops: Not at 19.84 cm KÝ HIỆU VIẾT TẮT TÀI LIỆU THAM KHẢO 7676 7777 Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Different first page header Formatted: Right: cm, No widow/orphan control LỜI MỞ ĐMỞ ĐẦUẦU Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control, Don't keep with next Formatted: Normal, Left Để tiếp tục vấn đề Hệ thống thông tin vô tuyến nước Đề tài thực thời gian qua, Đề tài “Nghiên cứu giải pháp đa truy nhập phù hợp Hệ thống thông tin vô tuyến nước” nhằm phát triển nghiên cứu sâu, cụ thể vào hướng nghiên cứu Tính cấp thiết Hệ thống thông tin vô tuyến nước có tầm quan trọng đặc biệt nhằm đáp Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space Before: pt, After: 0.25 line, Line spacing: Multiple 1.35 li, No widow/orphan control ứng cho hoạt động phức tạp, đa dạng mặt nước đồng thời phải thỏa mãn Formatted: Font: Bold, Italic yêu cầu hệ thống thông tin độ tin cậy, tính linh hoạt khả Formatted: Font: Not Italic, Pattern: Clear (White) bảo mật Mặt khác, phát triển Hệ thống thông tin vô tuyến nước gắn liền với gia tăng ngày lớn số lượng kênh thông tin, đồng thời với đòi hỏi ngày cao chất lượng loại hình dịch vụ thông tin Nói cách khác, tương tự Hệ thống thông tin vô tuyến mặt nước, yêu cầu Dung lượng kênh Tốc độ thông tin vấn đề cấp bách Hệ thống thông tin vô tuyến mặt nước Đối ngược lại, Thông tin vô tuyến nước dải tần số cho phép sử dụng hạn hẹp, tốc độ lan truyền sóng thủy âm thấp Như toán nâng cao dung lượng kênh tăng tốc độ thông tin thông qua giải pháp kỹ thuật Điều chế tín hiệu Đa truy nhập phức tạp Đặc biệt việc chia sẻ băng tần thành nhiều kênh thông tin để có nhiều người dùng đồng thời đóng vai trò quan trọng định hoạt động hiệu Hệ thống Vì việc nghiên cứu xác định giải pháp Đa truy nhập phù hợp với Hệ thống thông tin vô tuyến nước vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn nhiều chuyên gia nước quan tâm Tình hình nghiên cứu nước Đối với hệ thống thông tin mặt nước, việc nghiên cứu phát triển giải pháp kỹ thuật đa truy nhập đại gần gắn liền với phát triển vũ bão hệ thống thông tin di động Vì tài liệu nghiên cứu giải pháp đa truy nhập thường xuyên cập nhật công bố Ngược lại, hệ thống Formatted: Font: Bold, Italic thông tin mặt nước nhiều lý kỹ thuật, công nghệ lẫn tính kinh tế phát triển hạn chế, kéo theo công trình nghiên cứu thấy Ứng dụng của Hệ thống thông tin vô tuyến mặt nước không giới hạn mục đích quân mà nhiều mục đích dân khác Ở nước ngoài, hệ thống thông tin vô tuyến mặt nước nghiên cứu từ lâu, đưa vào chế tạo thành nhiều sản phẩm phong phú, đa dạng sử dụng nhiều lĩnh vực khác Về mặt lý thuyết, người muốn quan tâm nghiên cứu sâu vào thông tin vô tuyến nước thường ý tới báo, báo cáo chuyên gia hàng đầu lĩnh vực Bà Milica Stojanovic người gốc Balan làm việc Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Hoa Kỳ Ở Việt Nam, nghiên cứu nước chủ yếu sở Quân Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, Học viện Hải quân số cá nhân thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Trường đại học Thông tin liên lạc Nha Trang, có nghiên cứu sinh Mức độ nghiên cứu nước ta giai đoạn thử nghiệm, mô thật chưa có công trình đưa vào ứng dụng, sản xuất thương mại Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đề tài Formatted: Font: Bold, Italic Trên sở thực nghiên cứu phân tích, so sánh đánh giá phương pháp đa truy nhập mới, đại hệ thống thông tin vô tuyến mặt nước nhằm xác định giải pháp phù hợp cho thông tin vô tuyến nước Đối tượng quan tâm nghiên cứu đề tài phương thức đa truy nhập kết hợp điều chế đa sóng mang mà trọng tâm chủ yếu giải pháp cụ thể phương thức điều chế đa tần trực giao – đa truy nhập phân chia theo mã (MC-CDMA) Phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn việc sâu tìm hiểu, phân tích phương thức điều chế đa sóng mang – đa truy nhập phân chia theo tần số (MCFDMA), điều chế đa sóng mang – đa truy nhập phân chia theo thời gian (MC-TDMA) giaipr pháp cụ thể điều chế đa sóng mang – đa truy nhập phân chia theo Formatted: Font: Not Italic, Pattern: Clear (White) mã (MC-CDMA) Phương pháp nghiên cứu Formatted: Font: Bold, Pattern: Clear (White) Phương pháp nghiên cứu đề tài phân tích giải tích nhằm tìm mối quan hệ phụ thuộc thông số đánh giá chất lượng hệ thống thông tin Trong số trường hợp cụ thể, để thấy quan hệ cách rõ ràng, trực quan đề tài áp dụng phương pháp phân tích phổ, phân tích tín Formatted: Font: Bold, Italic Formatted: Font: Bold, Italic hiệu theo thời gian thực Để kiểm chứng minh họa hoạt động hệ thống, đề tài thực số mô máy tính Kết cấu tài liệu thuyết minh công trình nghiên cứu Formatted: Font: Bold, Italic Chương I – Trình bày khái niệm, vấn đề áp dụng kỹ thuật đa truy nhập Chương II – Đi sâu phân tích hệ thống thông tin sử dụng kết hợp kỹ thuật điều chế đa sóng mang với kỹ thuật đa truy phân chia theo tần số đa truy nhập phân chia theo thời gian Chương III – Đi sâu phân tích hệ thống thông tin dựa giải pháp cụ thể khác sử dụng kết hợp kỹ thuật điều chế đa sóng mang với kỹ thuật đa truy phân chia theo mã Thực so sánh đánh giá hệ thống để chọn lựa giải pháp đa truy nhập phù hợp cho hệ thống thông tin vô tuyến nước Kết đạt đề tài Formatted: Font: Bold, Italic - Tổng hợp lý thuyết nghiên cứu ký thuật đa truy nhập ứng dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến nước - Xây dựng sở lý luận sâu nghiên cứu kỹ thuật đa truy nhập ứng dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến nước phục vụ công tác giảng dạy, hướng dẫn luận văn thạc sỹ, đồ án tốt nghiệp sinh viên - Công bố dạng công trình nghiên cứu, báo cáo khoa học, báo Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space Before: pt, After: 0.25 line, Line spacing: Multiple 1.35 li, No widow/orphan control Formatted: Font: Not Italic, Pattern: Clear (White) Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Chương I CÁC KHÁI NIỆM CHUNG CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP 11.1.1 Khái niệm Các phương pháp đa truy nhập Như biết tài nguyên tần số dạng tài nguyên có hạn dần cạn kiệt mà số lượng người sử dụng tăng nhanh nhu cầu xã Formatted: Font: 14 pt, Font color: Auto Formatted: Font: 14 pt, Font color: Auto Formatted: No widow/orphan control, Don't keep with next, Don't keep lines together Formatted: Font: 14 pt hội Đây vấn đề nan giải nhà cung ứng dịch vụ việc thỏa mãn yêu cầu người sử dụng Để giải vấn đề , người ta nghĩ phương pháp làm cho người sử dụng chia sẻ tài nguyên tần số hay thời gian hay gọi đa truy nhập Từ chất người ta chia đa truy nhập làm ba dạng: + Đa truy nhập phân chia theo kênh tần số FDMA – Frequency Division Multiplexed Access; + Đa truy nhập phân chia theo khe thời gian TDMA – Time Division Multiplexed Access; + Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA – Code Division Multiplexed Access; 1.1.2 Như biết tài nguyên tần số dạng tài nguyên có hạn dần cạn kiệt mà số lượng người sử dụng tăng nhanh nhu cầu xã hội Đây vấn đề nan giải nhà cung ứng dịch vụ việc thỏa mãn yêu cầu người sử dụng Để giải vấn đề , người ta nghĩ phương pháp làm cho người sử dụng chia sẻ tài nguyên tần số hay thời gian hay gọi đa truy nhập Từ chất người ta chia đa truy nhập làm ba dạng: + Đa truy nhập phân chia theo kênh tần số FDMA – Frequency Division Multiplexed Access + Đa truy nhập phân chia theo khe thời gian TDMA – Time Division Multiplexed Access +Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA – Code Division Multiplexed Access Formatted: Font: Times New Roman, 14 pt, Not Italic, Font color: Auto, Pattern: Clear Formatted: Heading 3, Left, Indent: Left: cm, First line: cm, Line spacing: single, No widow/orphan control Formatted: Font: Bold Formatted Table Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Hình 3.17 : Tỉ số BER SNR MC-CDMA đồng uplink : (MRC, không mã FEC, QPSK, L=8, fading Rayleigh) Để tận dụng lợi MC-CDMA với việc phân tách user gần trực giao ăng ten thu, kỹ thuật tiền cân sử dụng Các thông số hệ thống MC-CDMA sử dụng tiền cân thể qua bảng sau : Thông số Giá trị/Thuộc tính Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Băng thông 20MHz Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Tần số sóng mang 5.2GHz Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Số lượng sóng mang phụ 256 Mã trải phổ Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Mã Walsh-Hadamard Độ dài mã trải phổ 16 Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Kỹ thuật điều chế QPSK Mã FEC None Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Kênh vô tuyến Kênh fadinh nội với Tg   max Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Tần số Doppler tối đa 26Hz Formatted: Indent: First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 64 Hình 3.18 : Tỉ số BER SNR MC-CDMA với dạng tiền cân khác (:hHệ thống tải tối đa , mã FEC) Trong hình 3.18 ta thấy với việc sử dụng tiền cân hệ thống MC-CDMA nạp tối đa đạt kết khả quan uplink Ngoài rat a thấy kỹ thuật tiền cân MMSE tiền cân có điều khiển với mức ngưỡng ath  0.175 cho chất lượng tốt , vượt hẳn so với kỹ thuật khác Formatted: Indent: Left: 2.98 cm, Right: 3.38 cm 3.9 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MC-CDMA THEO GIẢN ĐỒ THỜI GIAN THỰC Formatted: Font: Times New Roman, 14 pt, Font color: Auto Formatted: Heading 3, Left, Indent: Left: cm, Space Before: pt, After: pt, Line spacing: single, No widow/orphan control Formatted: Font: 14 pt, Bold, Font color: Auto Formatted: Heading 3, Left, Space After: pt, No widow/orphan control Formatted: Font: Times New Roman, 14 pt, Bold, Font color: Auto 3.9.1 Đặt vấn đề Kỹ thuật Đa sóng mang – Đa truy nhập phân chia theo mã MC-CDMA (MultiCarrier - Code Division Multiple Access) kết hợp kỹ thuật điều chế đa tần trực giao đa truy nhập phân chia theo mã nên có ưu điểm bật chung phương pháp [1, 4]: Dung lượng cao; Tiết kiệm băng thông; Khả chống nhiễu đa đường, nhiễu liên ký tự (ISI), nhiễu liên kênh (ICI); Tính bảo mật cao; Hỗ trợ truyền liệu tốc độ cao Do đó, hệ thống thông tin vô tuyến 65 Formatted: Font: 14 pt, Bold, Font color: Auto Formatted: Font: Times New Roman, 14 pt, Bold, Font color: Auto Formatted: Font color: Auto Formatted: Justified, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space After: 0.25 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm mặt nước, MC-CDMA ứng viên hỗ trợ truyền thông đa phương tiện giải pháp công nghệ then chốt hệ thống thông tin vô tuyến di động hệ Nhưng ứng dụng MC-CDMA cho thông tin vô tuyến nước không? Theo số tài liệu, điển hình [2, 3], định hướng phát triển tương lai Kỹ thuật thông tin vô tuyến nước, tác giả có Bà Milica Stojanovic – chuyên gia hàng đầu giới lĩnh vực này, nêu lên khả ứng dụng MC-CDMA cho Hệ thống thông tin vô tuyến nước Với lợi nêu phần trên, MC-CDMA đáp ứng tốt, phù hợp khắc phục vấn đề nan giải kênh thủy âm như: Băng thông hẹp; Tần số thấp; Tốc độ truyền lan chậm Nhưng thực tế, MC-CDMA bao gồm số phương thức xử lý tín hiệu khác việc phương thức sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến nước chưa rõ ràng Vì vậy, phần thực phân tích, đánh giá, so sánh hiệu phương thức xử lý tín hiệu MC-CDMA đề cập đến việc xác định giải pháp thích hợp MC-CDMA áp dụng Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto hệ thống thông tin vô tuyến nước Có nhiều cách tiến hành phân tích, đánh giá, so sánh hiệu phương thức xử lý tín hiệu mà phương pháp phân tích giải tích [4] Đây phương pháp phổ dụng có tính khoa học lại phức tạp Trong phần này, xuất phát từ khái niệm, nguyên lý bản, đề tài tiến hành theo phương pháp phân tích thông qua dạng thức tín hiệu biến thiên theo thời gian thực Phương Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto pháp phân tích hệ thống có số ưu điểm: - Đơn giản, mang tính trực quan; Dễ dàng thấy đặc điểm, ưu khuyết hệ thống hoạt động theo phương thức xử lý tín hiệu cụ thể - Các dạng thức tín hiệu biến thiên theo thời gian thực thường sở để xây dựng mô hình thực hay chương trình mô trình xử lý tín hiệu tương ứng Việc phân tích tín hiệu theo thời gian thực thể thông qua giản đồ thời gian dựa chương trình vẽ hình tính toán máy tính tương Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto ứng giải pháp 3.9.2 Các phương thức xử lý tín hiệu kỹ thuật MC-CDMA Formatted: Font: Times New Roman, 14 pt a DS-CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã-Dãy trực tiếp – DS-CDMA (DS-Direct Sequence) kỹ thuật xử lý tín hiệu tảng MC-CDMA, dãy liệu đầu vào trực tiếp trải phổ dãy mã C j  t   C1j C2j CGj  - dãy mã DS 66 Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm trải phổ người sử dụng thứ j (trong GDS độ lợi trải phổ) [1] Thực chất dãy mã trải phổ dãy giả ngẫu nhiên, mà phần tử C nj gọi chip Hình 3.19 mô tả dạng thức tín hiệu DS-CDMA cho dãy liệu d tùy chọn [1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1] phương thức điều chế Khóa dịch pha nhị phân – BPSK (Bipolar Phase Shift Keying) Dãy liệu d phương thức điều chế cao tần sử dụng cho tất phương thức xử lý tín hiệu phần sau để dễ so sánh thấy rõ khác biệt Tin hieu du lieu dau vao d(t) -1 12 16 12 16 12 16 12 12 20 t Tin hieu ma trai 24 28 32 36 40 28 32 36 40 28 32 36 40 28 32 36 40 28 32 36 40 c(t) -1 20 24 t Tin hieu du lieu da trai truc tiep dtp(t) -1 20 t Tin hieu song mang 24 sm(t) -1 16 20 24 t Tin hieu du lieu da trai truc tiep duoc dieu che dtp-dc(t) -1 16 20 24 t Hình 3.19 Các dạng thức tín hiệu DS-CDMA Từ giản đồ thời gian hình 3.19, gọi Ts thời gian kéo dài symbol, thời gian kéo dài sóng mang xác định quan hệ: TS GDS (3.80) Dựa sở DS-CDMA, phân phương thức xử lý tín hiệu MC-CDMA làm nhóm Nhóm thứ 1, thực phân tập dãy mã trải phổ thực điều chế đa tần trực giao cho chip (Theo cách này, phương thức xử lý Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic Formatted: Subscript Formatted: Justified Formatted: Lowered by 15 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt tín hiệu thực chất phân tập miền tần số) MC-sfd-CDMA (sfd – Spreading in Formatted: Justified, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space After: 0.25 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li Frequency Domain) Nhóm thứ 2, thực phân tập dãy liệu đầu vào thành Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt luồng, sau trải phổ luồng dãy mã lại điều chế đa tần trực giao luồng tần số khác (Thực chất DS-CDMA luồng liệu phân tập nên gọi phân tập miền thời gian) có phương thức MC-DS-CDMA MT-CDMA (MT – Multi-Tone) Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 67 Tin hieu du lieu da trai dtp(t) dtp-dc4(t) dtp-dc3(t) dtp-dc2(t) dtp-dc1(t) -1 12 16 20 24 t Tin hieu du lieu trai duoc Dieu che tren luong 28 32 36 40 12 16 20 24 t Tin hieu du lieu trai duoc Dieu che tren luong 28 32 36 40 12 16 20 24 t Tin hieu du lieu trai duoc Dieu che tren luong 28 32 36 40 12 16 20 24 t Tin hieu du lieu trai duoc Dieu che tren luong 28 32 36 40 12 16 20 24 t Tin hieu du lieu trai duoc Dieu che tong hop 28 32 36 40 12 28 32 36 40 -1 -1 -1 -1 dtp-dc(t) -1 16 20 24 t Hình 3.20 Quá trình điều chế MC-sfd-CDMA b Kết hợp phân tập miền tần số điều chế đa sóng mang MC-sfd-CDMA Trong phương thức xử lý tín hiệu MC-sfd-CDMA, dãy liệu đầu vào lặp thành GMC luồng (trong GMC độ lợi trải phổ phương thức Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic MC-sfd-CDMA) luồng trải phổ chip dãy mã Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic C j  t   C1j Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto C2j CGjMC  , sau điều chế sóng mang fCn (n =  NC) Như trường hợp số lượng sóng mang độ lợi trải phổ (NC = GMC) Hình 3.20 mô tả dạng thức tín hiệu trình điều chế sóng mang chip tín hiệu trải phổ (Tương ứng tín hiệu hình thứ từ Formatted: Font color: Auto Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto Formatted: No widow/orphan control xuống hình 3.19), thời gian kéo dài sóng mang tính bằng: NCTS GMC (3.81) Tồn phương thức trung gian phân tập miền tần số phân tập Formatted: No widow/orphan control miền thời gian, gọi phương thức MC-sfd-CDMA cải tiến Trong phương thức này, dãy liệu đầu vào phân tập thành P luồng liệu song song luồng liệu lại thực trải phổ điều chế theo nguyên lý MC-sfd-CDMA Trường hợp MC-sfd-CDMA cải tiến lấy ví dụ minh họa đơn giản cho P = 2, dạng thức tín hiệu xung trình phân tập trình bày hình 3.21a, b điều chế trình bày hình 3.22 Formatted: Justified, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space Before: pt, After: 0.25 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 68 Day du lieu dau vao phan tap dang xung luong 1: dpt1(n) dpt1(t) -1 12 16 20 24 28 t Day ma trai dang xung thu 32 36 40 12 16 20 24 28 32 36 t Day du lieu phan tap da trai dang xung luong 1: dpt-tp1(n) 40 40 cf1(t) dpt-tp1(t) -1 -1 12 16 20 t 24 28 32 36 Formatted: Font: Bold, Italic a) Day du lieu dau vao phan tap dang xung luong 2: dpt2(n) dpt2(t) -1 12 16 20 24 28 t Day ma trai dang xung thu 32 36 40 12 16 20 24 28 32 36 t Day du lieu phan tap da trai dang xung luong 2: dpt-tp2(n) 40 40 cf2(t) dpt-tp2(t) -1 -1 12 16 20 t 24 28 32 36 b) Hình 3.21 Dạng tín hiệu phân tập trải phổ thành luồng theo phương thức MC-sfd-CDMA cải tiến c Kết hợp phân tập miền thời gian điều chế đa sóng mang Trường hợp bao gồm phương thức MC-DS-CDMA MT-CDMA [1] Đối với phương thức, xét riêng biệt luồng với sóng mang fCn (n =  NC) trình xử lý tín hiệu hoàn toàn tương tự trình trải phổ dãy Formatted: Font: Bold, Italic Formatted: Font: Italic Formatted: Font: Bold, Italic Formatted: Font color: Auto Formatted: Font color: Auto Formatted: No widow/orphan control Formatted: Font color: Auto Formatted: Font color: Auto trực tiếp DS-CDMA, nghĩa là: - Đối với MC-DS-CDMA, ký hiệu GMD độ lợi trải phổ, C  t   C1j C2j CGjMD  dãy mã trải phổ tất luồng tất j Formatted: Font color: Auto Formatted: Font color: Auto tần số; Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 69 Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space Before: pt, After: 0.25 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li dpt-tp-MC2(t) dpt-tp-MC1(t) Day du lieu phan tap da trai DIEU CHE luong 1: dpt-tp1(n) -1 12 16 20 24 28 t Day du lieu phan tap da trai DIEU CHE luong 2: dpt-tp2(n) 12 16 12 16 32 36 40 28 32 36 40 28 32 36 40 -1 20 24 t Tin hieu dieu che tong hop sTH(t) -2 20 t 24 Hình 3.22 Quá trình điều chế MC-sfd-CDMA cải tiến - Đối với MT-CDMA, ký hiệu GMT độ lợi trải phổ, C j  t   C1j C2j CGjMT  dãy mã trải phổ tất luồng tất tần số Như vậy, lấy độ lợi trải phổ DS-CDMA GDS làm chuẩn để so sánh ta rút quan hệ: - Đối với MC-DS-CDMA: GMD  GDS (3.82) GMT  NC GDS (3.83) - Đối với MT-CDMA: Khi thời gian kéo dài sóng mang phương thức tính bằng: N C TS (3.84) Và thời gian kéo dài chip Tch phương thức xác định tương ứng: - Đối với MC-DS-CDMA: NCTS GMD (3.85) - Đối với MT-CDMA: NCTS GMT (3.86) Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 70 Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space Before: pt, After: 0.25 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li Day du lieu dau vao phan tap dang xung luong 1: dpt1(n) dpt1(t) -1 8 12 16 20 24 t Day ma trai dang xung 28 32 36 40 32 36 40 32 36 40 cf(t) dpt-tp1(t) -1 12 16 20 24 28 t Day du lieu phan tap da trai dang xung luong 1: dpt-tp1(n) -1 12 16 20 t 24 28 Formatted: Font: Bold, Italic a) Day du lieu dau vao phan tap dang xung luong 2: dpt2(n) dpt2(t) -1 8 12 16 20 24 t Day ma trai dang xung 28 32 36 40 32 36 40 32 36 40 cf(t) dpt-tp2(t) -1 12 16 20 24 28 t Day du lieu phan tap da trai dang xung luong 2: dpt-tp2(n) -1 12 16 20 t 24 28 b) Formatted: Font: Bold, Italic Hình 3.23 Dạng tín hiệu phân tập liệu trải phổ luồng Formatted: Font: Italic theo phương thức MC-DS-CDMA/MT-CDMA Formatted: Font: Italic Sự khác biệt nguyên lý phương thức MT-CDMA phân bố phổ theo sóng mang xếp thỏa mãn điều kiện trực giao tối Formatted: Font: Bold, Italic Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt thiểu [1, 4], trực giao đôi Điều thể miền tần số ta thực phân tích phổ tín hiệu Dạng thức tín hiệu theo thời gian phương thức trình bày chung hình 3.23 điều chế hình 3.24 3.9.3 Tổng hợp so sánh đặc trưng phương thức xử lý tín hiệu kỹ thuật MC-CDMA Với dãy liệu tùy chọn d giả thiết ví dụ minh họa đơn giản độ lợi trải phổ tất trường hợp 4, DS-CDMA (Hình 3.19) thời gian kéo dài chip Tch đơn vị (Hình thứ từ xuống – Hình 3.19), thời gian kéo dài bit liệu Tb đơn vị (Hình – Hình 3.19) Các giá trị Tch, Tb phương thức khác thấy hình vẽ tương ứng Với đồ thị dạng thức tín hiệu biến thiên theo thời gian thực hình vẽ, ta đến Bảng tổng hợp so sánh thông số thời gian đặc trưng 71 Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm phương thức xử lý tín hiệu MC-CDMA Bảng 3.5 Cũng Bảng 3.5, số liệu số lượng tần số sóng mang Nc thấy hình vẽ dạng thức Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic tín hiệu điều chế Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Italic dpt-tp-MC1(t) Day du lieu phan tap da trai DIEU CHE luong 1: dpt-tp1(n) Formatted: Font: Bold, Italic Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt -1 dpt-tp-MC2(t) 20 24 28 32 36 t Day du lieu phan tap da trai DIEU CHE luong 2: dpt-tp2(n) 12 16 40 Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Justified, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space After: 0.25 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted -2 Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted -1 12 16 20 24 28 t Tin hieu dieu che tong hop 32 36 40 sTH(t) Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space After: 0.25 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li 12 16 20 t 24 28 32 36 40 Hình 3.24 Điều chế MC-DS-CDMA MT-CDMA Bảng 3.5 Tổng hợp so sánh phương thức xử lý tín hiệu MC-CDMA Số lượng sóng mang Độ lợi trải phổ Thời gian DS- MC-sfd- MC-DS- CDMA CDMA CDMA 1 GDS kéo dài sóng TS NC NC GMC  GDS NCTS GMC GMD  GDS N C TS MT-CDMA NC GMT  NC GDS N C TS mang Thời gian kéo dài chip NCTS GMD TS GDS 72 NCTS GMT Formatted: Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control, Don't keep with next Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 73 KẾT LUẬN Một đặc điểm sóng thủy âm tần số thấp, chu kỳ lặp Formatted: Font color: Auto lớn thông số thời gian tín hiệu yêu cầu lớn tốt Theo Bảng 1, ta phân tích khả phương thức MC-CDMA đáp ứng tốt điều kiện thời gian sau: - Về Thời gian kéo dài sóng mang Gọi TS thời gian kéo dài symbol liệu giả thiết tất phương thức lấy Độ lợi trải phổ GDS DS-CDMA chuẩn rõ ràng thời gian kéo dài sóng mang MC-DS-CDMA MT-CDMA lớn có lợi Khi thời gian kéo dài sóng mang lớn cho phép tăng chu kỳ sóng mang lên hay tần số sóng mang hạ thấp thích hợp với sóng mang thủy âm - Về Thời gian kéo dài chip Tch Vì GMT   NCGDS   GMD   GDS  , nên thời gian kéo dài chip MC-DS-CDMA lớn MT-CDMA Thực chất thời gian kéo dài chip định độ rộng băng tần tín hiệu CDMA, Tch lớn có nghĩa băng tần tín hiệu CDMA co hẹp điều kiện cần thiết kênh thủy âm Như xét mặt thời gian, phương thức có lợi hệ thống thông tin vô tuyến nước MC-DS-CDMA Mặt khác, MC-DS-CDMA phương thức MC-CDMA cho phép phát triển thành giải pháp Đa sóng mang – Đa dãy mã – Đa truy nhập phân chia theo mã (MC-Multi Code-CDMA), viết tắt MC-MC-CDMA, theo nguyên lý [1]: Mỗi luồng liệu phân tập theo thời gian trải phổ dãy mã trải phổ khác (Có Độ lợi trải phổ) với sóng mang có tần số khác Giải pháp MC-MC-CDMA có tính bảo mật cao, đồng thời cho phép tăng số lượng người sử dụng lên gấp nhiều lần yếu tố quan trọng cần thiết hệ thống thông tin vô tuyến nước Tóm lại, xét nhiều phương diện, giải pháp MC-DS-CDMA thích hợp với hệ thống thông tin vô tuyến nước Chúng ta cần có quan tâm nghiên cứu sâu hơn, cụ thể tới giải pháp MC-DS-CDMA không lý thuyết mà mô phỏng, thử nghiệm Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, Space Before: 12 pt Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 74 Formatted: Right: cm, Space Before: 12 pt Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, Space Before: 12 pt Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 75 Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space Before: 12 pt, No widow/orphan control KÝ HIỆU VIẾT TẮT Formatted: Font: Times New Roman, Bold Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, Space Before: 12 pt Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 76 Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, Space Before: 12 pt Formatted: Font: Times New Roman, Bold TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K Fazel, S Kaiser, (2008), Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems – From OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX, A John Wiley and Sons, Ltd Publication, United Kingdom, Second Edition Formatted: Font: 13 pt Formatted: Bullets and Numbering [2] M.Chitre, S.Shahabodeen and M.Stojanovic, (2008), Underwater Acoustic Communications and Networking: Recent Advances and Future Challenges, Marine Technology Society Journal, vol.42, No.1 - Spring 2008, pp.103-116 [3] M.Stojanovic, L.Freitag, (2013), Recent Trends Communications, Marine Technology Society Journal in Underwater Acoustic [4] Prashant Kumar, Vinay Kumar Trivedi, Preetam Kumar, (2015), Recent Trends in Multi-Carrier Underwater Acoustic Communications, Conference Paper – February 2015, https://www researchgate.net/publication/277075914 [5] Prachi Tripathi, Manoj Kumar Shukla, (2014), Performance Evaluation of Diversity Techniques in IDMA Scheme for Next Generation (4G) in Underwater Wireless Comunication, Wireless Engineering and Technology Journal, No.5 – July 2014, pp.88-98 [6] Aasheesh Shukla, Dheeraj Purwar, Dileep Kumar, (2011), Multiple Access Scheme for Future (4G) Communication: A Comparison Survey, International Symposium on Devices MEMS, Intelligent System & Communication (ISDMISC) 2011, Proceeding Published by International Journal of Computer Applications, pp.201-204 Formatted: Font: Italic [7] Lê Quốc Vượng, (2016), Phân tích tín hiệu hệ thống thông tin sử dụng Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 77 kỹ thuật đa sóng mang – đa truy nhập phân chia theo mã, Tạp chí Khoa học – Công nghệ hàng hải, số 45 – 01/2016, trang 30-33 Formatted: Font: 13 pt Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm Formatted: Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm, No widow/orphan control Formatted: Right: cm, No widow/orphan control Formatted: No widow/orphan control, Adjust space between Latin and Asian text, Adjust space between Asian text and numbers Formatted: Indent: Left: cm, Right: cm, No widow/orphan control, Adjust space between Latin and Asian text, Adjust space between Asian text and numbers Formatted: Centered, Indent: Left: cm, First line: cm, Right: cm 78