ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MC-CDMA TRÊN
KÊNH TRUYỀN ĐA ĐƯỜNG

Chuyên ngành: Viễn thông và Mạng

Hồ Chí Minh - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Trang 1


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MC-CDMA TRÊN KÊNH
TRUYỀN ĐA ĐƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
CHUYÊN NGÀNH: VIỄN THÔNG VÀ MẠNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA LUẬN
Th.S Đặng Lê Khoa

Trang 2

Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Hồ Chí Minh - 2012
LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Đặng Lê Khoa, người đã trực tiếp
định hướng, hỗ trợ tài liệu và hướng dẫn em nghiên cứu đề tài này, giúp em mở rộng
tầm hiểu biết về một lĩnh vực đang phát triễn mạnh và hữu ích trong cuộc sống này.
Em xin chân thành cảm ơn tới toàn thể các thầy cô, cán bộ trong khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ
Chí Minh đã tận tình hướng dẫn và giảng dạy em trong suốt thời gian học ở trường,
giúp em nâng cao kiến thức và kinh nghiệm sống.
Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã giúp
đỡ, động viên em hoàn thành tốt luận văn này. Trong quá trình hoàn thành bài báo cáo,
sẽ không tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong được sự góp ý của quý thấy cô
và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 7 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Trang 3


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BPSK


Binary Phase Shift Keying

CDMA

Code Division Multiple Access

D-AMPS

Digital American Mobile Phone System

DS-SS

Direct Sequence-Spread Spectrum

DVB-T

Digital Video Broadcasting Terrestial

FDMA

Frequency Division Multiple Access

FFT

Fast Fourier Transform

FH-SS

Frequency Hopping-Spread Spectrum


Trang 4


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

GSM

Global System for Mobile Communications

ICI

Inter Carrier Interference

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineering

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

ISI

Inter Symbol Interference

IS-95

Interim Standard-95

MAI


Multiple Access Interference

MC-CDMA

Multi Carrier Code Division Multiple Access

MC-DS-CDMA

MultiCarrier Direct Sequence CDMA

MIMO

Multi Input Multi Output

MT-CDMA

Multi Tone CDMA

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PDC

Personal Digital Cellular

PN

Pseudo-Noise


QAM

Quadture Amplitude Modulation

QPSK

Quadture Phase Shift Keying

SSCDMA

Spread Spectrum Code Division multiple Access

TDMA

Time Division Multiple Access

TH-SS

Time Hopping Spread Spectrum

UMTS

Universal Mobile Telecommunication System

WCDMA

Wideband CDMA

Trang 5



Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang 6


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ
cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử
dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển
qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ.

Trang 7


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện tại. Các hệ thống thông
tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi. Phát triển từ
hệ thống thông tin di động tương tự (1G), các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2
(2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp.
Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với
hơn 70% thị phần thông ti di động trên toàn cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các

dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá nhu cầu thông tin thoại. Hệ
thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu các dịch vụ số
liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn
tin đa phương tiện (MMS)…Và chuẩn tương lai của các thiết bị không dây là hệ thống
thông tin di động thế hệ 4 (4G), cho phép truyền tải dữ liệu tốc độ tối đa trong điều
kiện lý tưởng, từ ứng dụng cho phép tải và truyền hình ảnh động chất lượng cao đến
ứng dụng trên các dịch vụ cao cấp: video trực tiếp trên mạng, hội nghị truyền hình….
I.

Lý do chọn đề tài

Hiện nay, Kỹ thuật MC – CDMA là một kỹ thuật rất mới đang được nghiên cứu
mạnh mẽ trên toàn thế giới với khả năng truyền tốc độ cao, tính bền vững với fading
chọn lọc tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm độ phức tạp
của hệ thống do thừa hưởng tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM. MC-CDMA
là một cho hệ thống thông tin di động trong tương lai. Chính vì vậy, việc tìm hiểu và
thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường là cần thiết và có ý nghĩa thực
tế.
Xuất phát từ những suy nghĩ trên, em đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế hệ
thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường”
II.

Mục tiêu của đề tài

Trang 8


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Trong đồ án này đề cập một cách tổng quan về kỹ thuật CDMA, OFDM và kết

hợp hai kỹ thuật CDMA với OFDM thành kỹ thuật mới gọi là MC-CDMA và nêu lên
được những ưu điểm, khuyết điểm của kỹ thuật MC-CDMA. Từ những ưu điểm của
MC-CDMA đem lại khắc phục những khuyết điểm của công nghệ CDMA và kỹ thuật
OFDM. Trình bày và phân tích hệ thống mô phỏng MC-CDMA trên kênh truyền đa
đường.
III.

Đối tượng cần tìm hiểu

Lý thuyết về kỹ thuật đa truy cập, CDMA, OFDM, MC–CDMA, kênh truyền,
các loại nhiễu. Chương trình mô phỏng MATLAB.
IV.

Giới hạn đề tài

Về lý thuyết: Tìm hiểu một cách khái quát về kênh truyền và nhiễu, các kỹ thuật
đa truy cập, công nghệ CDMA, OFDM và hệ thống thông tin di động MC-CDMA
(4G). Chưa tìm hiểu sâu về các phương pháp tách sóng.
Về mô phỏng: Nội dung mô phỏng bao gồm: Hệ thống OFDM và MC-CDMA
trên kênh truyền Rayleigh Multipath. Hệ thống cũng chưa được giả lập bằng phần cứng
để kiểm tra tính khả thi của nó.

Trang 9


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1 trình bày sơ lược về sự phát triển của các hệ thống thông tin di động, kỹ
thuật đa truy cập và xu hướng phát triển của nó cùng với kỹ thuật điều chế đa song mang

kết hợp với kỹ thuật trải phổ.
1.1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG TẾ BÀO
Mobile Equipment)

1.2.

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Trang 10


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Hình 1.2 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động
Bảng 1.1. Tóm lược các thế hệ trong thông tin di động
Đặc điểm

1G

•

Phương thức truy nhập: FDMA

•

Dịch vụ đơn thuần là thoại

•

Chất lượng thấp


•

Bảo mật kém

Một số hệ thống điển hình
• NMT: Nordic Mobile Telephone sử
dụng băng tần 450 MHz. Triển khai
tại các nước Bắc Âu vào năm 1981
(Scandinavia).
• AMPS: Advanced Mobile Phone
System triển khai tại Bắc Mỹ vào
năm 1978 tại băng tần 800 MHz.
• TACS: Total Access
Communication System triển khai
tại Anh vào năm 1985.

Trang 11


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

•

Phương thức truy nhập:
TDMA, CDMA băng hẹp
(NarrowBand)
Chuyển mạch: chuyển mạch
kênh (Circuit Switching).


2G

•

Hệ thống di động số tế bào:
Dung lượng tăng
Chất lượng thoại tốt hơn
Hỗ trợ các dịch vụ số liệu
(data)

•

Các dịch vụ số liệu cải tiến :
Tốc độ bit data cao hơn.
Hỗ trợ kết nối Internet.

2.5 G

•

Phương thức chuyển mạch:
Chuyển mạch gói – Packet
Switching

Trang 12

• GSM: (Global System for Mobile
Phone) - TDMA. Triển khai tại
Châu Âu.
• IS-95 (CDMA one) - CDMA. Triển

khai tại Mỹ và Hàn Quốc.
• PDC (Personal Digital Cellular) –
TDMA, Triển khai tại
Nhật Bản.
• D-AMPS (IS-136 - Digital
Advanced Mobile Phone System)–
TDMA. Triển khai tại Mỹ.

• GPRS - General Packet Radio
Services: Nâng cấp từ mạng GSM
nhằm hỗ trợ
chuyển mạch gói (172 kbps).
• EDGE - Enhance Data rate for GSM
Evolution.
• Hỗ trợ tốc độ bit cao hơn GPRS trên
nền GSM (384 kbps).


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

•

Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói
tốc độ cao:
Di chuyển trên các phương tiện
(Vehicles):144 kbps - Macro
Cell.
Đi bộ di chuyển chậm
(Pedestrians): 384 kbps – Micro


3G

• Hai hướng tiêu chuẩn cho mạng 3G:
• W-CDMA: UTMS: Phát triển từ hệ
thống GSM, GPRS
• CDMA 2000 1xEVDO: Phát triển từ
hệ thống CDMA IS-95

Cell
Văn phòng ( Indoor, stationary
users) 2 Mbps - Pico cell.
• Dịch vụ đa phương tiện, kết nối
qua Internet, ví dụ như: Video
Streaming, video conference, web
browsing, email,
navigational maps.

4G

•

Phương thức điều chế: OFDM,
MC-CDMA

•

Hiện nay đang xây dựng chuẩn.

•


Cải tiến về dịch vụ dữ liệu: Tốc
độ bit: 20 – 100 Mb/s

• Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP +
mạng truy nhập di động
(3G) và truy nhập vô tuyến Wimax
& Wi-Fi.

Những yêu cầu về tốc độ và độ di động đối với các hệ thống thông tin di động
trong hiện tại và tương lai được phác họa ở Hình 1.3.

Trang 13


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Hình 1.3 Yêu cầu về tốc độ và độ di động đối với các hệ thống thông tin di động
Mục tiêu chính của các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ kế tiếp (4G) không chỉ là
sự giới thiệu của các kỹ thuật mới để có thể đáp ứng được các dịch vụ với những đòi hỏi
tốc độ ngày càng cao mà chúng còn là sự kết hợp với các kỹ thuật đang tồn tại. Vì vậy
việc lựa chọn một giao diện vô tuyến (air-interface) cho các hệ thống thông tin vô tuyến
trong tương lai là rất quan trọng. Một giao diện vô tuyến mới phải đáp ứng được những
yêu cầu tối thiểu sau:
− Kiến trúc chung, cho phép kết hợp với các kỹ thuật đang tồn tại.
− Hiệu suất phổ tần cao, cung cấp tốc độ cao hơn trong một phổ tần nhất định.
− Độ linh động cao, thiết kế cho nhiều cấu hình cell khác nhau vì vậy đạt được độ
bao phủ tốt hơn.
− Độ thích nghi cao, hỗ trợ nhiều chuẩn và các kỹ thuật khác.
− Giá thành thấp, nhanh chóng giới thiệu ra thị trường.
− Khả năng mở rộng trong tương lai, nền tảng cho sự phát triển của các kỹ thuật mới.

1.3. CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY CẬP

Trang 14


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Các công nghệ truy cập là nền tảng của các hệ thống thông tin đa truy cập vô tuyến
nói chung và thông tin di động nói riêng. Các công nghệ này cho phép các hệ thống đa
truy cập vô tuyến phân bổ tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả cho người sử dụng. Tùy
thuộc vào việc sử dụng tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho các người sử dụng mà các
công nghệ này được phân chia thành ba loại sau: đa truy cập phân chia theo tần số
(FDMA), đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy cập phân chia theo mã
(CDMA).
1.3.1.

Kỹ thuật FDMA (Frequency Devision Multiple Access)

Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số ra đời đầu tiên. Với kỹ thuật này mỗi
user được cấp một kênh (hay một khoảng tần số) riêng. Như vậy trong FDMA, toàn bộ
băng tần được chia thành những khoảng tần số khác nhau và những khoảng tần số này
được ấn định cho từng user (xem hình 1.4). Không user nào được chia sẻ kênh của mình
cho user khác ngay khi nó không được sử dụng.Chính vì vậy mà việc sử dụng tần số bị
giới hạn và kém hiệu quả.

Hình 1.4 Kỹ thuật đa truy cập FDMA

Ưu điểm:
− Băng thông cho mỗi kênh là khá hẹp nên hạn chế được fading chọn lọc tần số.
Trang 15



Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

− Các tính toán cho hệ thống sử dụng FDMA khá đơn giản.
− Việc đồng bộ tương đối đơn giản.
Khuyết điểm:
− Mỗi user chỉ được cấp một khoảng tần số nhất định nên tốc độ bit tối đa trên một
kênh là cố định và do đó hệ thống FDMA không thích hợp với truyền dẫn tốc độ
cao.
− Cần phải có khoảng bảo vệ để giảm thiểu nhiễu xuyên kênh và để có thể sử dụng
bộ lọc lọc lấy những tần số mong muốn.
− Cần bộ lọc băng hẹp tốt.
1.3.2.

Kỹ thuật TDMA (Time Devision Multiple Access)

Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian ra đời sau kỹ thuật đa truy cập phân
chia theo tần số với hiệu quả sử dụng kênh truyền cao hơn. Với TDM, mỗi user có thể sử
dụng toàn bộ băng tần trong một khoảng nhất định . Vì vậy, các user khác nhau có thể
truyền và nhận tin tức từng người một trên cùng một khoảng băng tần nhưng tại những
thời điểm khác nhau (xem hình 1.5).

Hình 1.5 Kỹ thuật đa truy cập TDMA
Ưu điểm:
− Không cần khoảng băng tần bảo vệ nên tiết kiệm được băng tần.
Trang 16


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường


− Thích hợp với truyền dẫn số do có thể linh động tốc độ bit cho các kênh.
Khuyết điểm:
− Cần phải có sự đồng bộ thời gian một cách chính xác để có thể ghép kênh và tách
kênh ở máy phát và máy thu.
− Bị ảnh hưởng của nhiễu đa đường.
1.3.3.

Kỹ thuật CDMA (Code Devision Multiple Access)

Mỗi user có một chuỗi mã riêng biệt để trải phổ thông tin và các user khác nhau
được phân biệt với nhau bởi chuỗi mã đó (xem hình 1.6). Vì vậy, các user khác nhau có
thể sử dụng chung một khoảng băng tần trong cùng một khoảng thời gian mà không gây
ảnh hưởng đến các user khác.

Hình 1.6 Kỹ thuật đa truy cập CDMA
Ưu điểm:
− Sử dụng hiệu quả băng tần.
− Có tính bảo mật cao do người ngoài khó xác định được quy luật của chuỗi mã sử
dụng. Điều này làm việc khôi phục thông tin ban đầu trở nên rất khó khăn.
Khuyết điểm:
− Bị ảnh hưởng của nhiễu gần xa, do đó cần phải áp dụng kỹ thuật điều khiển công
suất một cách chính xác.
Trang 17


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

− Cần phải có sự đồng bộ mã trải phổ một cách chính xác để thu đúng tín hiệu.
1.4. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG THỨC ĐA TRUY CẬP

Đặc điểm chung của các công nghệ không dây thế hệ tiếp theo là sẽ tích hợp các
dịch vụ đa phương tiện như thoại, audio, video, hình ảnh và dữ liệu. Điều này có nghĩa
rằng các thiết bị đầu cuối không dây trong tương lai qua việc đảm bảo dữ liệu tốc độ cao
sẽ có khả năng kết nối với các mạng khác với mục đích hỗ trợ các dịch vụ khác nhau:
chuyển mạch lưu lượng, gói dữ liệu IP và các dịch vụ luồng băng rộng như video.
Số lượng các thuê bao đầu cuối di động không dây hiện nay đã lên đến hàng tỷ,
điều này ảnh hưởng rất lớn đến lĩnh vực truyền thông không dây trong thế kỷ mới. Cuộc
cách mạng thông tin đang diễn ra trên phạm vi toàn thế giới, đặc biệt là ở châu Âu. Sự
đáp ứng của công nghệ không dây đối với nhu cầu thay đổi nhanh chóng của người sử
dụng đóng vai trò chủ đạo trong cuộc cách mạng này.Bởi vậy, các hệ thống truy nhập
không dây trên toàn thế giới đã, đang và sẽ tiếp tục được đặc trưng bởi sự đa dạng của các
tiêu chuẩn và các hệ thống. Sự đa dạng của các hệ thống truyền thông không dây thể hiện
ở số lượng các hệ thống truyền thông di động như GSM, IS-95, D-AMPS, UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System) hay CDMA2000 và còn có các mạng
không dây như WLAN (Wireless Local Area Network) như HIPERLAN/2, IEEE
802.11a/b và Bluetooth, các hệ thống DAB (Digital Audio Broadcasting) và DVB (Digital
Video Broadcasting).
Những xu hướng này đã được tiến hành nhanh chóng vào những năm 1990 với sự
thay thế mạng di động tương tự thế hệ thứ nhất bởi các hệ thống thế hệ hai (2G) thịnh
hành hơn như GSM (Global System for Mobile Communications), PDC (Personal Digital
Cellular), IS-95 (Interim Standard-95). Sự thay thế này đã mở cánh cửa bước vào một giai
đoạn của các mạng di động được số hoá hoàn toàn.Cuộc cách mạng này vẫn tiếp diễn cho
đến ngày nay với sự ra đời của các mạng di động thế hệ ba (3G) như UMTS, IMT-2000
Trang 18


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

và CDMA2000. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu trên thế giới cũng đang tập trung vào
nghiên cứu để triển khai mạng thế hệ thứ tư (4G) với nhiều thách thức về công nghệ.

Công nghệ được nghiên cứu trong mạng 4G chủ yếu là các kỹ thuật đa sóng mang
OFDM-MIMO và MC-CDMA là các ứng viên sáng giá.
1.5. TỔNG QUAN VIỆC KẾT HỢP KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VỚI ĐIỀU CHẾ ĐA
SÓNG MANG
Bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ và ứng dụng mới, thành công của 4G sẽ phụ
thuộc nhiều vào sự lựa chọn các khái niệm và sự đổi mới công nghệ trong kiến trúc, phân
phối phổ, sử dụng và khai thác phổ. Vì vậy các kỹ thuật đa truy nhập mới rất cần thiết để
cung cấp tốc độ dữ liệu cao với sự phân phối dải tần linh hoạt.Kỹ thuật trải phổ có thể cho
phép thoả mãn một phần các yêu cầu đã nêu trên. Theo những nghiên cứu gần đây,
phương thức đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp DS-CDMA (Direct
Sequence Code Division Multiplexing Access) dựa vào việc trải phổ dòng dữ liệu bằng
cách sử dụng một mã trải phổ được ấn định cho mỗi người sử dụng trong miền thời
gian.Khả năng giảm thiểu nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Access Interference) dựa
vào tính tương quan chéo của mã trải phổ. Trong trường hợp truyền đa đường của viễn
thông di động, khả năng phân biệt một tín hiệu thành phần từ nhiều thành phần khác trong
tín hiệu thu tổng hợp được cung cấp bởi tính tự tương quan của mã trải phổ. Máy thu
RAKE có chứa nhiều bộ tương quan, mỗi bộ tương quan được nối với một dường dẫn có
khả năng phân giảỉ khác nhau. Vì vậy hoạt động của hệ thống DS-CDMA sẽ phụ thuộc
nhiều vào số lượng người sử dụng thực tế, đặc trưng của kênh và số lượng các nhánh
được dùng trong máy thu RAKE. Cũng vì lý do này mà dung lượng của hệ thống sẽ bị
hạn chế do nhiễu nội (self-interference) và MAI mà nguyên nhân là sự chưa hoàn chỉnh
của tính tự tương quan cũng như tính tương quan chéo của mã trải phổ. Điều này gây ra
khó khăn cho hệ thống DS-CDMA trong việc sử dụng đầy đủ năng lượng tín hiệu thu bị
phân tán trong miền thời gian.
Trang 19


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang (multi-carrier) gần đây được quan tâm rộng rãi,

đặc biệt là các ứng dụng phát thanh có tốc độ dữ liệu cao.Lịch sử của kỹ thuật truyền dẫn
đa sóng mang trực giao đã bắt đầu từ cuối những năm 1960, khi một nhà khoa học
R.W.Chang công bố nghiên cứu về sự tổng hợp các tín hiệu bị giới hạn về băng tần đối
với truyền dẫn đa kênh. Ông đã giới thiệu nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật truyền dẫn dữ
liệu đồng thời qua kênh có băng tần giới hạn không có nhiễu giữa các kênh con, có nghĩa
là không có nhiễu liên kênh ICI (Inter-Channel Interference) và không có nhiễu giữa các
ký hiệu được truyền liên tục, có nghĩa là không có nhiễu liên ký hiệu ISI (Inter-Symbol
Interference) trong miền thời gian. Tuy nhiên đóng góp chủ yếu trong nghiên cứu về
truyền dẫn đa sóng mang đã được đưa ra vào năm 1971 bởi hai nhà khoa học Weistein và
Ebert. Họ đã sử dụng biến đổi Fourier để xử lý băng gốc (base-band). Để chống lại ICI và
ISI họ đã giới thiệu một lý thuyết nổi tiếng là chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ (Guard
Time) giữa các ký hiệu OFDM được truyền.
Lợi ích chủ yếu của truyền dẫn đa sóng mang là ít bị ảnh hưởng đối với kênh
truyền chọn lọc tần số và đặc biệt, nó làm giảm sự phức tạp trong xử lý tín hiệu thông qua
bộ cân bằng trong miền tần số.
Nguyên tắc cơ bản của điều chế đa sóng mang dựa vào việc truyền dẫn của dữ liệu
qua việc phân chia các dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu nhỏ hơn có tốc độ
thấp gọi là luồng con (sub-stream). Các luồng con này được điều biến vào các sóng mang
con khác nhau. Bằng cách sử dụng số lượng lớn các sóng mang con, tính miễn nhiễm
(immunity) cao đối với sự các kênh truyền đa đường vì thời gian tồn tại của ký hiệu trên
mỗi luồng con sẽ lớn hơn nhiều so với thời gian trễ truyền dẫn của kênh. Do đó ảnh
hưởng của ISI sẽ được giảm thiểu.
Ngày nay sự phát triển của kỹ thuật số đã cho phép thực hiện biến đổi DFT đối với
một số lượng lớn các sóng mang con (lên đến vài ngàn sóng mang con). Với khả năng

Trang 20


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường


này, OFDM đã có một vai trò quan trọng hơn trong kỹ thuật truyền dẫn số. Sự đột phá của
OFDM được đánh dấu ở những năm 1990 khi nó là kỹ thuật điều chế được lựa chọn cho
ADSL ở Mỹ và chuẩn DAB ở châu Âu. Nó cũng tiếp tục là sự lựa chọn của chuẩn DVBT của châu Âu vào năm 1995 và sau đó là cho mạng WLAN như HIPERLAN/2 và IEEE
802.11a.
Tiện ích của kỹ thuật điều chế đa sóng mang một mặt được đem đến bởi kỹ thuật
trải phổ, mặt khác nó được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu để kết hợp cả hai kỹ
thuật gọi là kỹ thuật trải phổ đa sóng mang MC-SS ( Multi-Carrier Spread Spectrum). Sự
kết hợp này đã được công bố một cách độc lập vào năm 1993 bởi nhiều tác giả khác nhau
và họ đã giới thiệu một phương thức đa truy nhập mới gọi là MC-CDMA (Multi-Carrier
CDMA) và MC-DS-CDMA. Sự kết hợp này tận dụng những tiện ích của phương pháp
điều chế đa sóng mang và các hệ thống trải phổ như tính mềm dẻo cao, công suất phổ cao,
kỹ thuật tách sóng tiên tiến và khả năng loại bỏ nhiễu băng hẹp [13]
Ngày nay, lĩnh vực truyền thông trải phổ đa sóng mang được quan tâm một cách
rộng rãi và trở thành chủ đề nghiên cứu quan trọng trong thông tin vô tuyến di động. So
sánh MC-CDMA và MC-DS-CDMA với DS-CDMA cho ta thấy rõ ràng tính ưu việt hơn
của kỹ thuật trải phổ đa sóng mang. Thêm vào đó, những lĩnh vực ứng dụng mới đã được
giới thiệu như hệ thống di động tổ ong tốc độ cao thuộc thế hệ mạng 4G, truy nhập không
dây cố định tốc độ cao FWA (Fixed Wireless Access) đã và đang được nghiên cứu rất phổ
biến đã minh chứng cho tiềm năng của kỹ thuật trải phổ đa sóng mang

Trang 21


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ
THUYẾT
Chương hai này chúng ta sẽ tìm hiểu CDMA trước với nhưng nội dung như sau:
lịch sử ra đời và phát triển của kỹ thuật CDMA, kỹ thuật trải phổ,mã trải phổ và cuối cùng
là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA.

2.1. LÝ THUYẾT CDMA (CODE DEVISION MULTIPLE ACCESS)
Mỗi user sẽ được gán cho một mã xác định thuộc tập mã trực giao do đó các user
có thể sử dụng chung khoảng băng tần trong cùng một thời gian. Do CDMA dựa trên
nguyên lý trải phổ, do đó ở mỗi trạm phát sẽ sử dụng một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên
tác động vào tín hiệu tin tức. Khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều trạm phát khác
nhau, nó sẽ lấy tín hiệu mong muốn bằng cách giải mã tín hiệu bằng chuỗi mã riêng của
chính tín hiệu đó.

Trang 22


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Hình 2.1

Quá trình trải – nén phổ trong CDMA

Trong hình 2.1, máy thu mong muốn nhận được tín hiệu tin tức từ user A nên đã sử
dụng chuỗi mã dành riêng cho A để giải mã. Khi đó, các tín hiệu nhận được từ các users
không mong muốn (B, C) trở thành nhiễu đối với tín hiệu từ A (do tính tương quan chéo
thấp), và do đó, ta có thể thu được tín hiệu từ A một cách dễ dàng.
2.1.1.
2.1.2.1.

Kỹ thuật trải phổ
Mục đích của trải phổ

Kỹ thuật này làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các máy thu
không chủ định (không mong muốn) và làm cho các máy thu này khó khăn trong việc
tách và thu được bản tin. Để biến đổi thông tin cần truyền thành tính hiệu gần giống như

tạp âm, ta sử dụng chuỗi ngẫu niên PN để trải phổ tín hiệu. Tuy nhiên, máy thu chủ định
phải biết chuỗi PN này để có thể tạo ra bản sao của chuỗi PN này một cách chính xác,
Trang 23


Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

đồng bộ với chuỗi PN ở máy phát và thu được thông tin cần thiết. Vì vậy, ta cần sử dụng
mã giả ngẫu nhiên. Mã này phải được thiết kế để có độ rộng băng tần lớn hơn hiều so với
độ rộng băng tần của thông tin. Thông tin được mã hóa sao cho tín hiệu sau khi mã hóa có
độ rộng phổ gần bằng với độ rộng phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên. Quá trình này được
gọi là quá trình trải phổ. Ở máy thu thực hiện quá trình nén phổ tín hiệu thu để trả lại độ
rộng phổ bằng độ rộng phổ ban đầu của bản tin.
Một hệ thống được gọi là trải phổ phải thỏa hai điều kiện sau:
 Băng thông tín hiệu đã trải phổ lớn hơn rất nhiều so với băng thông tín hiệu thông tin.
 Mã dùng để trải phổ đọc lập với tín hiệu thông tin.
Hình vẽ 2.2 minh họa một hệ thống thông tin trải phổ, trong đó i(t) là tín hiệu tin
tức có tốc độ dữ liệu là Ri và băng thông Bi , c(t) là chuỗi trải phổ có tốc độ ký hiệu là
Rc , còn gọi là tốc độ chip. Tỷ số băng thông BS của tín hiệu trải phổ so với băng thông

tin tức Bi được định nghĩa là độ lợi xử lý:

B
GS = S
Bi

Trang 24

(2.1)



Thiết kế hệ thống MC-CDMA trên kênh truyền đa đường

Hình 2.2
2.1.2.2.

Hệ thống thông tin trải phổ

Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ

Khả năng đa truy cập: nếu các người dùng phát tín hiệu trải phổ tại cùng một thời
điểm, máy thu có khả năng phân biệt giữa các người dùng, do đó các mã trải phổ có các
tương quan chéo thấp. Vì vậy, băng thông của tín hiệu công suất của người dùng mong
muốn sẽ lớn hơn công suất gây ra bởi nhiễu và các tín hiệu trải phổ khác (nghĩa là lúc này
tín hiệu của những người dùng khác vẫn là những tín hiệu trải phổ trên băng thông rộng).
Bảo vệ chống nhiễu đa đường: trong kênh truyền vô tuyến không chỉ có một
đường truyền giữa máy thu và máy phát. Vì tín hiệu bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ nên tín
hiệu thu được tại đầu thu bao gồm các tín hiệu trên các đường khác nhau. Tín hiệu trên
các đường khác nhau đều là bản sao của cùng một tín hiệu nhưng khác biên độ, pha, độ
trễ và góc tới. Khi cộng tất cả các tín hiệu này lại sẽ tạo nên những tần số mới và cũng
làm mất đi một số tần số mong muốn. Trong miền thời gian điều này làm phân tán tín
hiệu. Điều chế trải phổ chống lại nhiễu đa đường, việc giải trải phổ sẽ coi phiên bản của
trễ là tín hiệu nhiễu và giữ lại một phần nhỏ của tín hiệu này trong băng thông tín hiệu
mong muốn, tuy nhiên nó phụ thuộc nhiều vào phương pháp điều chế được sử dụng.
Bảo mật: vì tín hiệu trải phổ sử dụng toàn băng thông tại mọi thời điểm nên nó có
công suất rất thấp trên một đơn vị băng thông, và việc khôi chỉ được thực hiện khi biết
được mã trải phổ. Điều này gây khó khăn cho việc phát hiện tín hiệu đã trải phổ tức là
tính bảo mật rất cao.
Khử nhiễu băng hẹp: tách sóng đồng bộ tại máy thu liên quan tới việc nhân tín
hiệu nhận được với chuỗi mã được tạo ra bên trong máy thu. Tuy nhiên như chúng ta thấy


Trang 25