Đồ án Hệ thống thông tin di động ghép kênh theo mã

Bám theo nội dung đề tài tốt nghiệp : " Hệ thống thông tin di động ghép kênh theo mã " Báo cáo tốt nghiệp được trình bày gồm 3 chương : Chương I : Tổng quan về thông tin kỹ thuật trải phổ Chương II : Hệ thống thông tin di động tế bào CDMA Chương III : Thiết kế Chương I : Kỹ thuật trải phổ, thực chất của công nghệ CDMA. Các vấn đề sau sẽ được đề cập đến : - Các ưu điểm của kỹ thuật trải phổ : + Ưu điểm triệt nhiễu. + Ưu điểm giảm mật độ năng lượng phổ. + Khả năng phân giải cao theo thời gian. + Đa truy nhập CDMA nhờ KT trải phổ băng rộng. - Mô hình trải phổ triệt nhiễu : Ví dụ minh hoạ điều chế khoá dịch pha nhị phân BPSK. (Hình 1.1 và hình 1.2) - Phân loại KT trải phổ : + Trải phổ dãy trực tiếp. + Trải phổ nhảy tần. - Tín hiệu giả ngẫu nhiên PN : PN được dùng làm mã trải phổ. Các chỉ tiêu của dãy ngẫu nhiên nhị phân : + Tính cân đối. + Tính chạy. + Tính tương quan. Giới thiệu qua một số dãy PN thường dùng nhất : + Dãy có độ dài cực đại (dãy m). + Dãy Gold. + Dãy Walsh. Chương II : Hệ thống thông tin di động tế bào, tập trung vào giới thiệu các đặc tính ưu việt của hệ thống CDMA. Nội dung chính của chương này gồm : - Tiêu chuẩn IS - 95 : Thực chất là một hệ thống các giải pháp kỹ thuật nhằm thích ứng công nghệ CDMA vào hệ thống thông tin di động Cellular. Đó là các qui định về : + Kênh hướng đi (Forward Link). + Kênh hướng về (Reverse Channel). + Các kênh lôgic : Pilot, Sync, Paging, Access, Traffic. + Vấn đề chuyển tiếp cuộc gọi (Hand off). + Vấn đề điều khiển công suất (Power Control). - So sánh CDMA với các kỹ thuật đa truy nhập khác (TDMA, FDMA). - Cấu trúc kênh vô tuyến CDMA thông tin di động tế bào. (Hình 2.1 và hình 2.2) - Quá trình xử lý tín hiệu phát CDMA hướng đi. - Quá trình xử lý tín hiệu phát CDMA hướng về. - Một số kỹ thuật sử dụng trong quá trình xử lý tín hiệu phát CDMA : + Bộ mã hoá cuộn. + Lặp ký hiệu và chèn khối. + Điều chế trực giao hệ 64 - ary kênh hướng về. + Trải phổ dãy trực tiếp bằng mã dài. + Điều chế trải phổ QPSK. Chương I và chương II thực chất là giới thiệu những lý thuyết có liên quan, để từ đó đi vào phần quan trọng nhất của thiết kế tốt nghiệp này là chương III : Thiết kế Chương III : Thiết kế. Nội dung chủ yếu của chương này là tính toán sơ bộ và thiết kế một hệ thống CDMA đơn giản. Nó bao gồm các phần sau : - Các đặc điểm thiết kế mạng CDMA : đề cập đến tỷ số Eb/No, tỷ số C/N. Gợi ý một số mô hình để tính toán các tham số của mạng và suy hao đường truyền sóng. - Tính toán cho một hệ tối thiểu : Trong mục này sẽ tiến hành các bước chọn và tính toán sơ bộ của một hệ thống tối thiểu. + Chọn cấu hình mạng. (Hình 3.1) + Sơ đồ thu phát vô tuyến. (Hình 3.2) + Tính toán các tham số của mạng : tỷ số C/N, công suất phát cực đại, số thuê bao cực đại. - Thiết kế phần thu máy đầu cuối di động MS (trừ BF) : + Sơ đồ khối phát ở BTS . (Hình 3.3) + Sơ đồ khối thu ở MS. (Hình 3.4) - Phần cao tần : + Anten phát/thu. + Bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA và mạch lọc vào. + Bộ trộn tần số (MIXER). - Thiết kế phần nén phổ ở cao tần : Việc nén phổ đồng nghĩa với việc phải đồng bộ mã trải phổ ở phía thu. - Quá trình bắt đồng bộ. (Hình 3.5) - Quá trình bám đồng bộ. (Hình 3.6) - Sơ đồ đồng bộ hoàn chỉnh. (Hình 3.7) - Giải điều chế BPSK : Việc giải điều chế bằng sóng mang dao động nội đựoc thực hiện chính xác nhờ mạch vòng Costa làm việc theo nguyên lý vòng khoá pha PLL. (Hình 3.8) Thông tin s(t) có tốc độ Rs Mã trải phổ c(t) có tốc độ chíp Rc Mã trải phổ c(t) có tốc độ chíp Rc Thông tin được khôi phục Tín hiệu không mong muốn Tín hiệu trải phổ Wss » Wc Hình 1.1 - Mô hình trải phổ triệt nhiễu. Bộ lọc (Độ rộng băng Rs) Tb a. Dữ liệu d(t) c. Sd(t) = d(t).cosw0t d. ST(t) = Sd(t).c(t) Tc b. Mã trải phổ c(t) e. Mã trải phổ tại máy thu f. c(t).ST(t) = Sd(t) g. Phổ của tín hiệu trước khi trải phổ Sd(f) f f0 f0 h. Phổ của tín hiệu sau trải phổ lần 1 ST(f) và nhiễu J f f0 f0 Tín hiệu Nhiễu g. Phổ của tín hiệu sau trải phổ lần 2 và nhiễu (bị trải phổ) [ Sd(f) + J ] . c(t) f Tín hiệu Nhiễu f0 f0 g. Đặc tuyến của bộ lọc [H(f)]2 f f0 f0 1 g. Phổ của tín hiệu và nhiễu tại lối ra máy thu f f0 f0 Tín hiệu Nhiễu Hình 1.2 - Ví dụ minh hoạ cho tác dụng triệt nhiễu của hệ thống trải phổ. Kênh hướng đi (1,23 MHz phát từ trạm gốc) Kênh Pilot Kênh đồng bộ Kênh nhắn tin N01 Kênh nhắn tin N07 Kênh lưu lượng N01 Kênh lưu lượng N0N Kênh lưu lượng N055 ..... ..... ..... W0 W32 W1 W7 W8 W63 Dữ liệu Kênh phụ điều khiển công suất Wi : Mã Walsh với i = 0 ¸ 63 Hình 2.1 - Cấu trúc kênh CDMA hướng đi. Kênh hướng về 1,23 MHz (phát từ máy đầu cuối) Kênh truy nhập N01 Kênh truy nhập N0N Kênh lưu lượng N0N Kênh lưu lượng N0M ..... ..... 0 £ N £ 32 Hình 2.2 - Cấu trúc kênh CDMA hướng về. 1 £ M £ 64 BTS MS MCS PSTN R Hình 3.1 - Cấu hình mạng di động CDMA. Tin tức băng gốc BF Điều chế - trải phổ MIXER HPA FIĐƠ 9600 Kb/s 1,25 MHz fIF = 70 MHz fHF » 1GHz 1,25 MHz fo = fHF + fIF 1,25 MHz Anten phát Tin tức băng gốc BF Giải điều chế, trải phổ 9600 Kb/s fIF = 70 MHz fOS » 1GHz MIXER LNA FIĐƠ 1,25 MHz fo = fHF + fIF 1,25 MHz Anten thu Hình 3.2 - Sơ đồ thu phát vô tuyến. Tin tức BF PN 9600 bit/s 1,2288 Mc/s BPSK fIF = 70 MHz Mixer fHF = 850 MHz Lọc HPA 1,25 MHz 70 MHz 1,25 MHz 920 MHz Hình 3.3 - Sơ đồ khối phát ở BTS. Hình 3.4 - Sơ đồ khối thu tại MS. Tin tức BF PN có đồng bộ 9600 bit/s 1,2288 Mc/s Giải BPSK fIF = 70 MHz Mixer fOS » 850 MHz Lọc vào LNA 1,25 MHz 70 MHz 1,25 MHz 920 MHz PLL La Ca 2Lb 2Lb Cb/2 Cb/2 Uvào Ura Tần số giới hạn : Trong đó : Mạch lọc thông dải thụ động hình P dùng LC. Khối cung cấp nguồn FET FET FET RF vào RF ra Sơ đồ khối bộ KĐ LNA dùng 3 tầng FET. BPF BPF fOS AGC IF = 70MHz K Từ bộ giải điều chế IF out RF out 920MHz 850MHz Sơ đồ khối bộ đổi tần xuống (D/C). Tích phân trong thời gian nTc Bộ so sánh với ngưỡng Tín hiệu vào nén phổ 1,2288Mb/s Mức ngưỡng Tổ hợp điều khiển dò Tạo PN tại chỗ ĐK trễ hay không trễ thời gian Tc/2 1,2288Mc/s Hình 3.5 - Sơ đồ khối dò đồng bộ theo kiểu dò nối tiếp. BPF VCO BPF Tách sóng bình phương Tách sóng bình phương Lọc vòng Bộ tạo mã PN7 Bộ tương quan nén phổ Bộ tương quan sớm Bộ tương quan trễ c(t-Tc/2+t) Y(t) đến giải BPSK Tín hiệu vào - + Hình 3.6 - Vòng khoá trễ bám đồng bộ mã PN. c(t+Tc/2+t) Y1(t) Y2(t) Tạo Clock Chia công suất LPF VCO LPF 900 Lọc vòng d(t)cos(wIFt + qi) cos(wIFt + q0) sin(wIFt + q0) Y’1 = d(t).cos(qi - q0) Y’2 = d(t).sin(q0 - qi) Y1 Y2 Y d(t) Hình 3.8 - Giải điều chế BPSK bằng mạch vòng Costar. Điều khiển dò So sánh D C Q Tạo Clock và chia 2 VCO Tạo chuỗi PN Tách sóngbình phương Tách sóngbình phương BPF BPF Lọc vòng Trễ Tc/2 Sớm Tc/2 - + d(t).c(t+t).cos(wIFt + qi) Vào d(t). cos(wIFt + qi) Ra Hình 3.7 - Sơ đồ nén phổ có đồng bộ. 900 Chia công suất Tín hiệu vào cos(w0.t + q0) sin(w0.t + q0) d(t).cos(w0.t + qi) Y1(t) d(t).cos(w0.t + qi) Y’2(t) Y’1(t) Y UĐK d(t) Y2(t) UCC Hình 3.9 - Sơ đồ nguyên lý giải điều chế BPSK có PLL.