luuviethung.hung
New Member
Download miễn phí Ước lượng kênh truyền trong hệ thống ofdm
Kỹ thuật OFDM là một hướng nghiên cứu mới trong thông tin di động. Tại Việt Nam, tuy đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này, nhưng ở nước ta vẫn chưa có nhiều điều kiện để có thể kiểm nghiệm và ứng dụng các kết quả nghiên cứu đó vào thực tế nhiều.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp bậc Đại học, khi kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa có, cho nên đồ án của em chỉ mang tính chất tìm hiểu tổng quan, chứ chưa đi sâu vào nghiên cứu hết tất cả các phương pháp ước lượng kênh truyền (Đồ án chọn nghiên cứu hai phương pháp đơn giản nhất, đó là LS và MMSE).
Hình 2.12 Đặc tính kênh truyền
Hình 2.13 Tín hiệu OFDM phát và thu.
Hình 2.14 Tín hiệu OFDM phát và thu trong miền tần số
Hình 2.15 Tín hiệu QAM phát và thu
Hình 2.16 Tín hiệu QAM phát và thu trong miền tần số
Kết quả tính BER khi truyền dữ liệu bằng kỹ thuật OFDM và QAM
Hien thi ket qua
OFDM: BER=0 %
va so bit loi la =0
QAM: BER=25.9 %
va so bit loi la =7
Nhận xét :
Qua kết quả mô phỏng, ta nhận thấy rõ ưu điểm nổi trội của kỹ thuật OFDM so với kỹ thuật QAM đơn sóng mang. Với cùng một chất lượng kênh truyền như nhau thì OFDM cho tỷ lệ BER thấp hơn nhiều so với QAM. Cụ thể, trong kết quả hiển thị trên, tỷ lệ BER = 0 tương ứng với OFDM và tỷ lệ BER = 25.9% tương ứng với QAM.
2.13 Kết luận chương
Trong chương này đã trình bày những vấn đề cơ bản của một hệ thống OFDM : mô hình hệ thống, chức năng từng khối, các bước thiết lập thông số, một số kết quả mô phỏng hệ thống OFDM bên phát và bên thu. Nhìn một cách khái quát, hệ thống OFDM mang trong nó rất nhiều ưu điểm, hứa hẹn sẽ là một giải pháp kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông tốc độ cao trong tương lai. Trong chương tiếp theo, sẽ trình bày về một trong những vấn đề quan trong nhất trong hệ thống đó là ước lượng kênh truyền.
CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT VỀ KÊNH TRUYỀN
3.1 Giới thiệu chương
Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong kênh truyền vô tuyến, khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường, đáp ứng xung của kênh không phụ thuộc thời gian và kênh phụ thuộc thời gian, các mô hình kênh cơ bản, quan hệ giữa tín hiệu phát, tín hiệu thu và mô hình kênh, kênh truyền dẫn trong môi trường nhiễu trắng và một số kết quả mô phỏng. Ngoài ra vấn đề về dung lượng kênh vô tuyến cũng được đề cập đến.
3.2 Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM
Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máy phát và máy thu. Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu như : nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN-Additive White Gaussian Noise), Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading nhiều tia…Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài (external noise) và nhiễu giao thoa là rất lớn. Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường (multipath environment) và chịu ảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số. Với đặc tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băng thông gốc thành rất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phục được ảnh hưởng của Fading lựa chon tần số, các kênh con có thể được coi là các kênh Fading không lựa chọn tần số. Với việc sử dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của Fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang.
3.3 Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường
Hình 3.1: Minh họa phân tập đa đường
Tín hiệu từ anten phát được truyền đến máy thu thông qua nhiều hướng phản xạ khác nhau. Tín hiệu ở máy thu là tổng của tín hiệu nhận được từ các tuyến truyền dẫn khác nhau đó. Mỗi tuyến truyền dẫn như vậy sẽ có tần số khác nhau. Ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng tín hiệu thu được ở mỗi tấn số khác nhau là khác nhau cho dù ở máy phát phát đi hai tín hiệu cùng biên độ. Hiện tượng này chính là hiện tượng fading ở miền tần số. Kênh truyền phân tập đa đường gây nên hiệu ứng fading ở miền tần số gọi là kênh phụ thuộc tần số (frequency selective channel). Thực chất của hiện tượng phụ thuộc tần số là hàm truyền đạt của kênh phụ thuộc vào giá trị tần số của tín hiệu phát .
3.4 Đáp ứng xung của kênh phụ thuộc thời gian (time_invariant channel impulse)
3.4.1 Khái niệm về kênh không phụ thuộc thời gian:
Kênh không phụ thuộc thời gian là kênh truyền dẫn trong trường hợp không có sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. Đối với kênh này, cả đáp ứng xung và hàm truyền đạt của nó đều không phụ thuộc thời gian.
3.4.2 Khái niệm về đáp ứng xung của kênh (channel impulse response)
Đáp ứng xung của kênh là một dãy xung thu được ở máy thu khi máy phát phát đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac (Dirac impulse).
*Định nghĩa của xung Dirac:
Xung được định nghĩa là xung Dirac nếu nó thỏa mãn hai điều kiện sau:
(2.1)
Và (2.2)
Với định nghĩa của xung Dirac, đáp ứng xung của kênh không phụ thuộc thời gian về mặt toán học được biểu diễn như sau:
(2.3)
Trong đó:
+k chỉ số của tuyến truyền dẫn
+h đáp ứng xung của kênh
+ biến trễ truyền dẫn
+ trễ truyền dẫn tương ứng với tuyến k
+ hệ số suy hao
+Np số tuyến truyền dẫn.
3.5 Hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc thời gian (time-invariant channel transfer function)
Hàm truyền đạt của kênh là
(2.4)
Dựa vào hàm truyền đạt của kênh ta có thể nhận biết được ở miền tần số nào tín hiệu bị suy hao tương ứng với độ fading lớn (deep fading), hay ở miền tần số nào tín hiệu ít bị suy hao. Thực chất hầu hết các hệ thống truyền dẫn băng rộng trong môi trường truyền dẫn phân tập đa đường đều có fading ở miền tần số. Độ phụ thuộc vào tần số phụ thuộc vào trễ truyền dẫn của kênh và bề rộng băng tần tín hiệu.
3.6 Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh (coherence bandwidth of the channel)
Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh được định nghĩa như sau:
(2.5)
Ở phương trình trên là bề rộng độ ổn định tần số của kênh còn là trễ truyền dẫn hiệu dụng của kênh. Tùy thuộc vào bề rộng băng tần của hệ thống so với bề rộng độ ổn định tần số của kênh mà kênh được định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số hay không.
Nếu bề rộng độ ổn định tần số của kênh lớn hơn nhiều so với bề rộng băng tần của hệ thống:
>> B (2.6)
thì kênh được định nghĩa là không phụ thuộc vào tần số (non-frequency selective channel). Trong trường hợp ngược lại:
<< B (2.7)
thì kênh được định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số (frequancy selective channel)
3.7 Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. 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. Bản chất của hiện tượng này là phổ của tần số bị xê dịch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler. Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống. Đặc biệt trong OFDM vấn đề đồng bộ đóng vai trò khá quan trọng. Hiệu ứng Doppler còn gây ra sự phụ thuộc thời gian của kênh vô tuyến (time-variant channel) sẽ được giới thiệu ở mục sau.
Giả thiết góc tới của tuyến k so với hướng chuyển động của máy thu là , khi đó tần số Doppler tương ứng của tuyến này là :
(2.8)
Trong đó:
+: tần số sóng mang của hệ thống.
+v : vận tốc chuyển động tương đối của máy thu so với máy phát.
+c : vận tốc ánh sáng
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Kỹ thuật OFDM là một hướng nghiên cứu mới trong thông tin di động. Tại Việt Nam, tuy đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này, nhưng ở nước ta vẫn chưa có nhiều điều kiện để có thể kiểm nghiệm và ứng dụng các kết quả nghiên cứu đó vào thực tế nhiều.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp bậc Đại học, khi kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa có, cho nên đồ án của em chỉ mang tính chất tìm hiểu tổng quan, chứ chưa đi sâu vào nghiên cứu hết tất cả các phương pháp ước lượng kênh truyền (Đồ án chọn nghiên cứu hai phương pháp đơn giản nhất, đó là LS và MMSE).
Hình 2.12 Đặc tính kênh truyền
Hình 2.13 Tín hiệu OFDM phát và thu.
Hình 2.14 Tín hiệu OFDM phát và thu trong miền tần số
Hình 2.15 Tín hiệu QAM phát và thu
Hình 2.16 Tín hiệu QAM phát và thu trong miền tần số
Kết quả tính BER khi truyền dữ liệu bằng kỹ thuật OFDM và QAM
Hien thi ket qua
OFDM: BER=0 %
va so bit loi la =0
QAM: BER=25.9 %
va so bit loi la =7
Nhận xét :
Qua kết quả mô phỏng, ta nhận thấy rõ ưu điểm nổi trội của kỹ thuật OFDM so với kỹ thuật QAM đơn sóng mang. Với cùng một chất lượng kênh truyền như nhau thì OFDM cho tỷ lệ BER thấp hơn nhiều so với QAM. Cụ thể, trong kết quả hiển thị trên, tỷ lệ BER = 0 tương ứng với OFDM và tỷ lệ BER = 25.9% tương ứng với QAM.
2.13 Kết luận chương
Trong chương này đã trình bày những vấn đề cơ bản của một hệ thống OFDM : mô hình hệ thống, chức năng từng khối, các bước thiết lập thông số, một số kết quả mô phỏng hệ thống OFDM bên phát và bên thu. Nhìn một cách khái quát, hệ thống OFDM mang trong nó rất nhiều ưu điểm, hứa hẹn sẽ là một giải pháp kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông tốc độ cao trong tương lai. Trong chương tiếp theo, sẽ trình bày về một trong những vấn đề quan trong nhất trong hệ thống đó là ước lượng kênh truyền.
CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT VỀ KÊNH TRUYỀN
3.1 Giới thiệu chương
Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong kênh truyền vô tuyến, khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường, đáp ứng xung của kênh không phụ thuộc thời gian và kênh phụ thuộc thời gian, các mô hình kênh cơ bản, quan hệ giữa tín hiệu phát, tín hiệu thu và mô hình kênh, kênh truyền dẫn trong môi trường nhiễu trắng và một số kết quả mô phỏng. Ngoài ra vấn đề về dung lượng kênh vô tuyến cũng được đề cập đến.
3.2 Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM
Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máy phát và máy thu. Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu như : nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN-Additive White Gaussian Noise), Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading nhiều tia…Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài (external noise) và nhiễu giao thoa là rất lớn. Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường (multipath environment) và chịu ảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số. Với đặc tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băng thông gốc thành rất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phục được ảnh hưởng của Fading lựa chon tần số, các kênh con có thể được coi là các kênh Fading không lựa chọn tần số. Với việc sử dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của Fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang.
3.3 Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường
Hình 3.1: Minh họa phân tập đa đường
Tín hiệu từ anten phát được truyền đến máy thu thông qua nhiều hướng phản xạ khác nhau. Tín hiệu ở máy thu là tổng của tín hiệu nhận được từ các tuyến truyền dẫn khác nhau đó. Mỗi tuyến truyền dẫn như vậy sẽ có tần số khác nhau. Ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng tín hiệu thu được ở mỗi tấn số khác nhau là khác nhau cho dù ở máy phát phát đi hai tín hiệu cùng biên độ. Hiện tượng này chính là hiện tượng fading ở miền tần số. Kênh truyền phân tập đa đường gây nên hiệu ứng fading ở miền tần số gọi là kênh phụ thuộc tần số (frequency selective channel). Thực chất của hiện tượng phụ thuộc tần số là hàm truyền đạt của kênh phụ thuộc vào giá trị tần số của tín hiệu phát .
3.4 Đáp ứng xung của kênh phụ thuộc thời gian (time_invariant channel impulse)
3.4.1 Khái niệm về kênh không phụ thuộc thời gian:
Kênh không phụ thuộc thời gian là kênh truyền dẫn trong trường hợp không có sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. Đối với kênh này, cả đáp ứng xung và hàm truyền đạt của nó đều không phụ thuộc thời gian.
3.4.2 Khái niệm về đáp ứng xung của kênh (channel impulse response)
Đáp ứng xung của kênh là một dãy xung thu được ở máy thu khi máy phát phát đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac (Dirac impulse).
*Định nghĩa của xung Dirac:
Xung được định nghĩa là xung Dirac nếu nó thỏa mãn hai điều kiện sau:
(2.1)
Và (2.2)
Với định nghĩa của xung Dirac, đáp ứng xung của kênh không phụ thuộc thời gian về mặt toán học được biểu diễn như sau:
(2.3)
Trong đó:
+k chỉ số của tuyến truyền dẫn
+h đáp ứng xung của kênh
+ biến trễ truyền dẫn
+ trễ truyền dẫn tương ứng với tuyến k
+ hệ số suy hao
+Np số tuyến truyền dẫn.
3.5 Hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc thời gian (time-invariant channel transfer function)
Hàm truyền đạt của kênh là
(2.4)
Dựa vào hàm truyền đạt của kênh ta có thể nhận biết được ở miền tần số nào tín hiệu bị suy hao tương ứng với độ fading lớn (deep fading), hay ở miền tần số nào tín hiệu ít bị suy hao. Thực chất hầu hết các hệ thống truyền dẫn băng rộng trong môi trường truyền dẫn phân tập đa đường đều có fading ở miền tần số. Độ phụ thuộc vào tần số phụ thuộc vào trễ truyền dẫn của kênh và bề rộng băng tần tín hiệu.
3.6 Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh (coherence bandwidth of the channel)
Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh được định nghĩa như sau:
(2.5)
Ở phương trình trên là bề rộng độ ổn định tần số của kênh còn là trễ truyền dẫn hiệu dụng của kênh. Tùy thuộc vào bề rộng băng tần của hệ thống so với bề rộng độ ổn định tần số của kênh mà kênh được định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số hay không.
Nếu bề rộng độ ổn định tần số của kênh lớn hơn nhiều so với bề rộng băng tần của hệ thống:
>> B (2.6)
thì kênh được định nghĩa là không phụ thuộc vào tần số (non-frequency selective channel). Trong trường hợp ngược lại:
<< B (2.7)
thì kênh được định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số (frequancy selective channel)
3.7 Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. 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. Bản chất của hiện tượng này là phổ của tần số bị xê dịch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler. Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống. Đặc biệt trong OFDM vấn đề đồng bộ đóng vai trò khá quan trọng. Hiệu ứng Doppler còn gây ra sự phụ thuộc thời gian của kênh vô tuyến (time-variant channel) sẽ được giới thiệu ở mục sau.
Giả thiết góc tới của tuyến k so với hướng chuyển động của máy thu là , khi đó tần số Doppler tương ứng của tuyến này là :
(2.8)
Trong đó:
+: tần số sóng mang của hệ thống.
+v : vận tốc chuyển động tương đối của máy thu so với máy phát.
+c : vận tốc ánh sáng
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links