ĐỀ TÀI Tìm hiểu các phương pháp điều khiển công
suất MC-CDMA
: bước cố định, đa mức Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Bích Hạnh
Sinh viên thực hiện : Trần Công Khánh ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 1

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 4
Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỂN 5
PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5
BẢNG TỪ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC HÌNH 9
LỜI MỞ ĐẦU 11
CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA VÀ KỸ THUẬT OFDM 12

3.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG
MC-CDMA 37
3.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA 38
3.4 HỒI TIẾP DƢƠNG TRONG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐƢỜNG LÊN
42
3.5 CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA
43
3.5.1 Điều khiển công suất dựa vào ngƣời sử dụng: 43
3.5.2 Điều khiển công suất dựa vào băng tần: 44
3.6 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ
THỐNG MC-CDMA 46
3.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 47
CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG 48
4.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 48
4.2 CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 48
4.3 MÔ PHỎNG 49
4.3.1 Mô phỏng phƣơng pháp điều khiển công suất fixed step 49
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 3

4.3.2 Mô phỏng phƣơng pháp điều khiển công suất đa mức (multilevel)
50
4.4 SO SÁNH HAI PHƢƠNG PHÁP DỰA VÀO CÔNG SUẤT PHÁT,
SNR, BER 52
4.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 54
PHỤ LỤC 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 65
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 66

số FDMA và phân chia theo thời gian TDMA thì phương pháp truy nhập phân
chia theo mã CDMA có những đặc điểm nổi trội: chống nhiễu đa đường, có tính
bảo mật cao, hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ khác nhau…Và trong tương lai,
nhu cầu về các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng, mạng thông tin di động không
chỉ đáp ứng nhu cầu vừa đi vừa nói chuyện mà còn phải cung cấp cho người sử
dụng các dịch vụ đa dạng khác như truyền dữ liệu, hình ảnh và video… Chính vì
vậy, vấn đề dung lượng và tốc độ cần phải được quan tâm đồng thời.
Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM,
một kỹ thuật điều chế đa sóng mang, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng vô
tuyến cũng như hữu tuyến. Ưu điểm của OFDM là khả năng truyền dữ liệu tốc độ
cao qua kênh truyền chọn lọc tần số, tiết kiệm băng thông, hệ thống ít phức tạp
hơn.
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 5

Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỂN
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, ý tưởng về kỹ thuật
MC-CDMA đã ra đời, dựa trên sự kết hợp của CDMA và OFDM. MC-CDMA kế
thừa tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM: tốc độ truyền 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. Chính vì vậy MC-CDMA là một ứng cử viên sáng giá
cho hệ thống thông tin di động trong tương lai.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU

BER
Bit Error Ratio
BPSK
Binary Phase Shift Keying
BS
Base Station
CCI
Co-Channel Interference
CDF
Cumulative Distribution Function
CDMA
Code Division Multiple Access
DAC
Digital to Analog Converter
DFT
Discrete Fourier Transform
FDM
Frequency Division Multiplexing
FDMA
Frequency Division Multiple Access
FEC
Forward Error Correction
FFT
Fast Fourier Transform
ICI
Inter-Channel Interference
ICI
Inter Carrier Interface
IMT-2000
International Mobile Telecommunication 2000

PLL
Phase Lock Loop
PRBS
Pseudo Random Binary Sequence
PSTN
Public Switched Telephone Network
P/S
Parallel to Serial
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
QoS
Quality of Service
QPSK
Quadrature Binary Phase Shift Keying
SNR
Signal-to-Noise Ratio
S/P
Serial to Parallel
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 8

TDMA
Time Division Multiple Access
VDSL
Very high bit rate Digital Subscriber Line
VCO
Voltage-Controlled Oscillator
Hình 1.8 :Hiệu ứng gần - xa
Hình 1.9 :Sơ đồ khối hệ thống OFDM
Hình 1.10 :Đáp ứng tần số của kênh truyền đa đường
Hình 1.11 :Các tín hiệu đa đường
Hình 1.12 :So sánh việc sử dụng băng tần của FDM và OFDM
Hình 2.1 :Sơ đồ khối của hệ thống MC-CDMA
Hình 2.2 :Sơ đồ máy phát MC – CDMA ứng với user thứ k
Hình 2.3 :Phổ công suất của tín hiệu MC-CDMA
Hình 2.4 :Sơ đồ máy phát MC – CDMA sửa đổi ứng với user thứ k
Hình 2.5 :Sơ đồ máy thu MC – CDMA cho user thứ k
Hình 2.6 :Sơ đồ triệt nhiễu song song nhiều tầng
Hình 3.1 :Mô hình hệ thống với các users tích cực
Hình 3.2 :Điều khiển công suất dựa vào người sử dụng
Hình 3.3 :Điều khiển công suất dựa vào băng tần
Hình 4.1 :Giao diện mô phỏng chương trình
Hình 4.2 :Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước cố định(fixed-step)
Hình 4.3 :Chương trình mô phỏng điều khiển công suất theo bước cố định
Hình 4.4 :Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất đa mức (multi-level)
Hình 4.5 :Chương trình điều khiển công suất đa mức ( Multilevel)
Hình 4.6 : So sánh mức công suất phát của cả 2 phương pháp
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 10

Hình 4.7 : So sánh SNR thu được của 2 phương pháp
Hình 4.8 : Giá trị BER thu được ở 2 phương pháp


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 12

CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA VÀ KỸ THUẬT OFDM
1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG
Trong bất kỳ hệ thống thông tin vô tuyến nào, dải băng tần được cho
phép sử dụng là luôn bị giới hạn. Vì vậy, việc chia sẻ kênh truyền để nhiều
người có thể sử dụng đồng thời là một nhu cầu cấp thiết. Các kỹ thuật đa
truy nhập ra đời từ đó. Kỹ thuật FDMA ra đời đầu tiên sau đó đến kỹ thuật
TDMA và ngày nay, kỹ thuật CDMA đã ra đời, dựa trên nguyên lý trải phổ
và được sử dụng rộng rãi cho thông tin vô tuyến trên toàn thế giới. CDMA
đã chứng tỏ được khả năng vượt trội so với các kỹ thuật analog hoặc digital
khác. Vì thế, trong chương này sẽ giới thiệu về nguyên lý CDMA, ba kỹ
thuật trải phổ trong CDMA, chuỗi mã trải phổ PN và chuỗi mã trải phổ
Walsh-Hardamard. Chúng được sử dụng phổ biến trong hệ thống DS-
CDMA và hệ thống MC-CDMA. Chương này đề tài cũng nguyên cứu các
vấn đề liên quan tới hệ thống DS-CDMA.

Có sáu chuỗi trải phổ cơ bản sau: Chuỗi giả ngẫu nhiên PN (Pseudo-
random Noise), chuỗi Gold, chuỗi Gold trực giao (Orthogonal Gold), chuỗi
Kasami, chuỗi Hadamarh Walsh và chuỗi GOLAY bù.
Do trong phạm vi đề tài này chỉ nghiên cứu chuỗi giả ngẫu nhiên PN
và chuỗi Hadamarh Walsh.
1.2.1.1 Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên: Hình 1.1 Sơ đồ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên
Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên là chuỗi tín hiệu nhị phân tuần
hoàn nhưng có chu kỳ lặp lại rất lớn, do đó nếu không được biết trước quy
luật của nó, người quan sát khó nhận biết được quy luật. Ta gọi đó là chuỗi
giả ngẫu nhiên (PRBS: Pseudo Random Binary Sequence)[1],[2]. Chuỗi
PRBS được tạo ra từ mạch chuỗi gồm ND-FlipFlop ghép liên tiếp nhau như
hình 1.1
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 14 Hình 1.2 Đồ thị hàm tự tương quan của chuỗi PRBS
Tùy theo vị trí đóng mở của các khoá mà ta có các tín hiệu hồi tiếp về
khác nhau. Có tối đa 2N – 1 trạng thái của ND-FF, loại bỏ trạng thái 00…0
vì nếu xuất hiện trạng thái này thì tín hiệu hồi tiếp về sẽ bằng không và các
trạng thái sau đó đều bằng không. Vì vậy, chiều dài cực đại của chuỗi là L =
2N – 1.
Tính chất của chuỗi PRBS
+ Số bit 0 và số bit 1 trong một chu kỳ chuỗi gần bằng nhau.
+ Tương quan chéo giữa mã PRBS và phiên bản bị dịch theo thời gian
của nó rất nhỏ.

1100
1010
0000
4
H
NN
NN
N
HH
HH
H
2
(1.1)
Trong đó
N
H
là đảo cơ số hai của H
N
Trong thông tin di động CDMA, mỗi thuê bao sử dụng một phần tử
trong tập các hàm trực giao để trải phổ. Khi đó, hiệu suất sử dụng băng tần
trong hệ thống sẽ lớn hơn so với khi trải phổ bằng các mã được tạo ra bởi
các thanh ghi dịch.
1.2.2 Các kỹ thuật trải phổ cơ bản
- Trải phổ dãy trực tiếp (DS/SS)
Quá trình đạt được bằng cách nhân nguồn tín hiệu vào với tín hiệu
mã giả ngẫu nhiên một cách trực tiếp tín hiệu trải phổ đưa ra có độ rộng phổ
xấp xỉ tốc độ của mã giả ngẫu nhiên
- Trải phổ nhảy tần
Quá trính trải phổ đạt được bằng cách nhảy tần số sóng mang trên
một tập lớn các tần số.Sự nhảy tần của tần số sóng mang được quyết định

r
(t)
d
r
(t)
Máy thu
Hình 1.3: Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DS – SS

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 16

Tín hiệu truyền đi được biểu diễn dưới dạng lưỡng cực, sau đó nhân
trực tiếp với chuỗi giả ngẫu nhiên. Ở máy thu, tín hiệu thu được nhân với
chuỗi trải phổ lần nữa để tạo lại tín hiệu tin tức.
Tín hiệu cần truyền đi là d(t), có dạng NRZ với d(t) = ±1, tốc độ bit f
b
.
Thực hiện nhân d(t) với chuỗi giả ngẫu nhiên c(t) có tốc độ bit f
c
với f
c
>>
f
b
. Như vậy:

d(t).c(t) = (1.2)

Vì tốc độ bit f

– c(t) , d(t) = –1

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 17

Ta nhận thấy: Với cùng công suất phát P
S
, chuỗi số d(t).c(t) có tốc độ
chip f
c
chiếm dải phổ tần rộng hơn rất nhiều so với tín hiệu V
BPSK
có tốc độ
bit f
b
, vì vậy, mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ trải phổ V
DS-SS
thấp
hơn nhiều so với mật độ phổ công suất của tín hiệu không trải phổ V
BPSK
.
Nếu f
c
đủ lớn, mật độ phổ này sẽ rất thấp và xen lẫn với mức nhiễu nền
khiến cho các máy thu thông thường rất khó khăn trong việc tách và lấy ra
tín hiệu tin tức.
Tại máy thu, tín hiệu V
DS-SS
được nhân với tín hiệu giả ngẫu nhiên c
Tín hiệu FH – SS được tạo bởi mạch tổng hợp tần số điều khiển bởi
N+1 bit, trong đó bao gồm N bits của từ mã giả ngẫu nhiên và 1 bit số d(t)
của tín hiệu thông tin cần truyền.
1.2.3 Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA
Trong thiết kế hệ thống CDMA người ta mong muốn tăng lên tột độ số
lượng các khách hàng gọi cùng lúc trong giải thông nhất định. Khi công suất
phát của mỗi máy di động được điều khiển bằng cách nó có thể tiếp nhận
trạm gốc với tỷ lệ tín hiệu/nhiễu nhỏ nhất, dung lượng hệ thống được tăng
lên rất cao. Nếu công suất máy phát di động được nhận ở trạm gốc thấp quá
thì không thể hi vọng chất lượng thoại tốt vì tỷ lệ lỗi bít quá cao. Và nếu
công suất nhận được ở trạm gốc cao thì có thể thu được chất lượng thoại cao
hơn ở máy di động. Tuy nhiên kết quả của sự tăng nhiểu trên các máy di
Hình 1.7: Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FH – SS

Trộn,
biến đổi
tần lên
d(t)
Bộ tạo mã
PN c(t)
Tổng
hợp tần

động sử dụng các kênh chung dẫn đến chất lượng thoại bị giảm xuống trong
khi toàn bộ các thuê bao không bị giảm xuống.
1.2.4 Hiệu ứng gần xa Hình 1.8 Hiệu ứng gần - xa
Khi user B ở xa trạm gốc hơn so với user A, công suất từ B đến trạm
gốc sẽ bị suy hao nhiều hơn và do đó, công suất của tín hiệu mong muốn là
B sẽ nhỏ hơn công suất nhiễu (công suất của A). Mức công suất mà trạm
gốc nhận được từ mỗi user phụ thuộc vào khoảng cách từ user đó đến
trạm gốc.
Do mỗi user là một nguồn gây nhiễu cho các users khác và khi công
suất của một user càng lớn, nó càng gây nhiễu cho các users khác. Vì vậy,
cần phải có một phương pháp để đảm bảo cho tất cả các users đều gửi cùng
một mức công suất đến máy thu sao cho không có quan hệ bất lợi, không
công bằng nào giữa các users. Kỹ thuật điều khiển công suất được áp dụng
cho các hệ thống CDMA để giải quyết vấn đề này.
1.2.5 Điều khiển công suất
Hiệu ứng Gần – Xa như đề cập ở trên khiến ta phải sử dụng kỹ thuật điều
khiển công suất đối với đường lên.
Còn đối với đường xuống, tình huống lại hoàn toàn khác. Các tín hiệu
được truyền từ một trạm gốc là trực giao. Do đó, về mặt lý thuyết, các tín hiệu
trực giao này sẽ không gây nhiễu cho nhau. Tuy nhiên điều này là không thể
xảy ra do ảnh hưởng của môi trường, các tín hiệu bị phản xạ, nhiễu xạ … làm
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 20

cho các tín hiệu được truyền từ trạm gốc không còn là trực giao và chúng
gây nhiễu cho nhau. Vì vậy, điều khiển công suất cũng cần được áp dụng ở

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 21
Nhiễu trắng
(AWGN) Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống OFDM
1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động
Nguồn tín hiệu là một luồng bit được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua
các phương pháp điều chế như QPSK, Mary-QAM. Tín hiệu dẫ đường (pilot
symbols) được chèn vào nguồn tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu
OFDM thông qua bộ biến đổi IFFT và chèn chuổi bảo vệ. Luồng tín hiệu số
được chuyển thành luồng tín hiệu tương tự qua bộ chuyển đổi số/tương tự
trước khi truyền trên kênh vô tuyến trên anten phát. Tín hiệu truyền qua kênh
vô tuyến bị ảnh hưởng bởi nhiễu fading và nhiễu trắng (additive white
Gaussian noise - AWGN).
Tín hiệu dẫn đường là mẫu tín hiệu được biết trước ở cả hai phía phát
và phía thu, và được phát cùng với nguồn tín hiệu có ích với nhiều mục đích
khác nhau như việc khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống.

tin dẫn
đường
FF
T
Giải điều chế
ở băng tần cơ
sở
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 22

vô tuyến được thực hiện thông qua mẫu tin dẫn đường nhận được ở phía thu.
Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia làm hai luồng tín
hiệu. Luồng tín hiệu thứ nhất là tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng
kênh. Luồng tín hiệu thứ hai là mẫu tin dẫn đường được đưa vào bộ khôi
phục kênh truyền. kênh truyền sau khi được khôi phục cũng sẻ được đưa
vào bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu
1.3.2 Kỹ thuật xữ lý tín hiệu OFDM
1.3.2.1 Mã hóa sửa sai trước FEC
Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hóa sửa sai trước FEC
(Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin,
cụ thể là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép mà không phải nâng cao
giá trị của tỷ số
0
/ NE
b
(hoặc SNR), điều này càng thể hiện rõ ở kênh truyền
bị tác động của AWGN. Mã hóa FEC được chia thành 2 loại mã chính:
+ Mã khối (Block coding).
+ Mã chập (Convolutional coding).

khoảng cách ngắn (tại các nửa bước sóng) từ 10-30dB.
Trong môi trường đa đường tín hiệu thu được suy giảm theo khoảng
cách do sụ thay đổi pha của các thành phần đa đường (thay đổi pha là do các
thành phần tín hiệu đến máy thu vào các thời điểm khác nhau đến trễ lan
truyền. Trễ lan truyền sẽ gây ra sự xoay pha của tín hiệu).

Hình 1.11 Các tín hiệu đa đường
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

SVTH: TRẦN CÔNG KHÁNH TRANG 24

Fading Rayleigh gây ra do sự giao thoa (tăng hoặc giảm) bởi sự kết
hợp của các sóng thu được. Khi bộ thu di chuyển trong không gian pha giữa
các thành phần đa đường khác nhau thay đổi gây ra giao thoa cũng thay đổi,
từ đó dẫn đến sự suy hao công suất tín hiệu thu được. Phân bố Rayleigh
thường được sử dụng để mô tả trạng thái thay đổi theo thời gian của công
suất tín hiệu nhận được.
1.3.3.3 Fading lựa chọn tần số
Trong truyền dẫn vô tuyến đáp ứng phổ của kênh là không bằng phẳng,
nó bị dốc và suy giảm do phản xạ dẫn đến tình trạng có một vài tần số bị
triệt tiêu tại đầu thu. Phản xạ từ các vật gần như mặt đất, công trình xây
dựng, cây cối có thể dẫn đến các tín hiệu đa đường có công suất tương tự
như tín hiệu nhìn thẳng. Điều này sẽ tạo ra các điểm “0”(nulls) trong công
suất tín hiệu nhận được do giao thoa.
1.3.3.4 Dịch Doppler
Khi bộ phát và bộ thu chuyển động tương đối với nhau thì tần số của
tín hiệu tại bộ thu không giống với tần số tín hiệu tại bộ phát. Cụ thể là : khi
nguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thì tần số thu được
sẽ lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động ra xa
nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng