TÓNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIÊU CHẾ OFDM

MỤC LỤC Mục lục hình ảnh iv Lời cám ơn ix Lời cảm đoan x Mở đầu xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Nguyên lý OFDM 1.3 Đa sóng mang (Multicarrier) 1.4 Sự trực giao (Orthogonal) 1.5 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 1.6 Cấu trúc OFDM 1.7 OFDMA .8 1.8 Ưu điểm khuyết điểm OFDM 1.8.1 Ưu điểm 1.8.2 Khuyết điểm 1.9 Kết luận chương CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ WIMAX 10 2.1 Giới thiệu chương 10 2.2 Khái niệm WiMax .10 2.3 Hoạt động hệ thống WiMax 12 2.4 Các đặc điểm WiMax 14 2.5 Các chuẩn WiMax .15 2.6 Các băng tần WiMax 16 2.7 Các ưu nhược điểm WiMax 18 2.8 Tình hình triển khai WiMax Việt Nam .19 2.9 Quá trình truy nhập mạng 20 i CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU TRONG WIMAX VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC .21 3.1 Giới thiệu chương 21 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vô tuyến 21 3.3 Ảnh hưởng nhiễu hệ thống vô tuyến .22 3.3.1 Suy hao (Pathloss) 22 3.3.2 Che chắn (Shadowing) 23 3.3.3 Nhiễu đồng kênh CCI 24 3.3.4 Hiện tượng đa đường (Multipath) 25 3.3.5 Hiện tượng Doppler 27 3.4.Các biện pháp nhằm giảm ảnh hưởng nhiễu sử dụng WiMax 28 3.4.1 Tái sử dụng tần số phân đoạn 28 3.4.2 Các biện pháp giảm pha đinh 30 3.4.2.1 Pha đinh băng hẹp (Pha đinh phẳng) 30 3.4.2.2 Pha-đinh băng rộng (Pha đinh lựa chọn tần số) 32 3.4.2 Bộ cân .32 3.4.2.4 Mã hóa điều chế thích nghi 33 3.4.2.5 Mã hóa kênh (Channel Coding) 36 3.5 Kết luận chương 37 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 38 4.1 Giới thiệu chương 38 4.2 Chương trình mơ ảnh hưởng tượng pha đinh 39 4.2.1 Chương trình mơ ảnh hưởng tượng Doppler 40 4.2.2 Chương trình mơ ảnh hưởng kênh Rayleigh đến biên độ tín hiệu thu 40 4.2.3 Chương trình mơ ảnh hưởng cơng suất truyền đến chất lượng hệ thống thông qua giá trị BER 42 ii 4.3 Chương trình mơ tính BER tốc độ liệu phương pháp điều chế số sử dụng hệ thống WiMax 46 4.3.1 Đồ thị chòm 48 4.3.2 Đồ thị tán xạ .49 4.3.3 Tính BER cho phương pháp 51 4.3.4 Tốc độ truyền liệu hệ thống WiMax .59 4.4 Kết luận hướng phát triển đề tài 60 4.4.1 Kết luận 60 4.4.2 Hướng phát triển đề tài 60 Tài liệu tham khảo 62 iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Sự trực giao sóng mang Hình Sự tạo tín hiệu OFDM .2 Hình FDM thơng thường OFDM Hình Tích hai vectơ trực giao Hình Tích phân hai sóng sin khác tần số .5 Hình Tích phân hai sóng sin tần số .5 Hình Sơ đồ khối trình phát thu OFDM Hình Cấu trúc OFDM miền tần số Hình Cấu trúc kênh OFDM Hình 10 Sự xếp theo hai chiều OFDMA Hình Sự hoạt động mạng WiMax 11 Hình 2 Truyền sóng trường hợp tầm nhìn thẳng LOS 13 Hình Truyền sóng theo LOS NLOS 14 Hình Các băng tần WiMax giới 18 Hình Hệ thống thông tin số vô tuyến 21 Hình Mơ hình truyền sóng khơng gian tự 23 Hình 3 Hiện tượng che chắn đường truyền tín hiệu 24 Hình Giao thoa xuyên kênh 25 Hình Hiện tượng multipath 26 Hình Hai tín hiệu multipath 27 Hình Hai tín hiệu multipath ngược pha 1800 27 Hình Hiện tượng Doppler 28 Hình Mơ hình tái sử dụng tần số phân đoạn 29 Hình 10 Phân tập lựa chọn hai nhánh đơn loại hầu hết suy giảm mạnh 31 Hình 11 Sơ đồ khối mơ hình kênh truyền 33 Hình 12 Kênh truyền cân 33 Hình 13 Mối quan hệ vùng phủ sóng phương pháp điều chế sử dụng 34 iv Hình 14 Thông lượng phương pháp điều chế tốc độ mã hóa khác .35 Hình 15 Vai trị mã hóa kênh việc giảm BER khắc phục lỗi gây cho tín hiệu truyền pha-đinh 36 Hình 16 Sơ đồ khối chức mã hóa kênh 37 Hình Giao diện chương trình 38 Hình Giao diện mơ ảnh hưởng pha ding 39 Hình Cường độ máy thu v thay đổi .40 Hình 4 Mơ hình kênh truyền Rayleigh 41 Hình Sự thay đổi biên độ đầu kênh multipath hai tia sau 10 lần đo có G1 (Fixed gain)=1 41 Hình Sự thay dổi biên độ đầu kênh multipath hai tia sau 10 lần đo có G1 (Fixed gain)=20 41 Hình Minh họa nhiễu đa đường tia 43 Hình Đồ thị BER kênh số 45 Hình Đồ thị BER kênh số 45 Hình 10 Đồ thị BER kênh số 45 Hình 11 Đồ thị BER kênh số 45 Hình 12 Đồ thị BER kênh số 45 Hình 13 Đồ thị BER kênh số 45 Hình 14 Giao diện chương trình hai 47 Hình 15 Chịm tín hiệu phương pháp điều chế BPSK 49 Hình 16 Chịm tín hiệu phương pháp điều chế QPSK 49 Hình 17 Chịm tín hiệu phương pháp điều chế 16-QAM 49 Hình 18 Chịm tín hiệu phương pháp điều chế 64-QAM 49 Hình 19 Sơ đồ tán xạ phương pháp BPSK .51 Hình 20 Sơ đồ tán xạ phương pháp QPSK .51 Hình 21 Sơ đồ tán xạ phương pháp 16-QAM 51 Hình 22 Sơ đồ tán xạ phương pháp 64-QAM 51 v Hình 23 Sơ đồ khối mơ tính BER 52 Hình 24 Sơ đồ xếp chịm phương pháp điều chế .55 Hình 25 Đồ thị BER phương pháp điều chế BPSK 57 Hình 26 Đồ thị BER phương pháp điều chế QPSK .57 Hình 27 Đồ thị BER phương pháp điều chế 16-QAM 57 Hình 28 Đồ thị BER phương pháp điều chế 64-QAM 57 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADC Analog to Digital Converter AMC Adaptive Modulation and Code ARQ Automatic Retransmission Request AWGN Additive White Gaussian Noise BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CCI Co-Channel Interference DAC Digital to Analog Converter DSL Digital Subscriber Line FDD Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transformation IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ISI Inter Symbol Interference LOS Line Of Sight MAC Media Access Control NLOS Non Line Of Sight OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio PDA Personal Digital Assitant PHY Physical Layer 16QAM 16-State Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying SINR Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio SS Subscriber Station TDD Time Division Duplexing vii WBA Wireless Broadband Access Wi-Fi Wireless Fidelity WiLANs Wireless Local Area Networks WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access viii LỜI CÁM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới Thầy Cô giáo Trường Đại học Tơn Đức Thắng nói chung Thầy Cơ giáo khoa ĐiệnĐiện tử, môn Điện Tử Viễn Thơng nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Nhật Tân, Thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với Thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập công tác sau Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô Nhà Trường ix CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học Thầy Nguyễn Nhật Tân Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, luận văn cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án tốt nghiệp Trường đại học Tơn Đức Thắng khơng liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2015 Tác giả x Đồ án tốt nghiệp Trang 48/62 4.3.1 Đồ thị chịm  Lưu đồ thuật tốn Bắt đầu Nhập:-Các mức điều chế -Số lượng tín hiệu Gọi chương trình anhxa.m Vẽ đồ thị chịm phương pháp điều chế Xuất hình Kết thúc Ảnh Hưởng Nhiễu Trong WiMax SVTH: VŨ MINH THÔNG Đồ án tốt nghiệp Trang 49/62 Kết chương trình: Hình 15 Chịm tín hiệu phương pháp điều chế BPSK Hình 16 Chịm tín hiệu phương pháp điều chế QPSK Hình 17 Chịm tín hiệu Hình 18 Chịm tín hiệu phương pháp điều chế 16-QAM phương pháp điều chế 64-QAM Nhận xét Điều chế nhiều mức (M lớn) khoảng cách Euclic cặp điểm ký hiệu khơng gian tín hiệu ngắn 4.3.2 Đồ thị tán xạ Đồ thị tán xạ dùng để đánh giá chồng lấn tín hiệu điều chế số bị ảnh hưởng nhiễu Trong mơi trường kênh AWGN, xác suất lỗi hàm đơn điệu khoảng cách Euclic cặp điểm khơng gian tín hiệu với xác suất lỗi tăng điểm khơng gian tín hiệu gần hơn, hay nói cách khác điểm tín hiệu xít gần xác suất lỗi tăng ngược lại Ảnh Hưởng Nhiễu Trong WiMax SVTH: VŨ MINH THÔNG Đồ án tốt nghiệp Trang 50/62  Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Nhập:-Các mức điều chế -Số lượng tín hiệu Gọi chương trình anhxa.m Đi qua kênh AWGN Vẽ đồ thị ánh xạ phương pháp điều chế Xuất hình Kết thúc Ảnh Hưởng Nhiễu Trong WiMax SVTH: VŨ MINH THÔNG Đồ án tốt nghiệp Trang 51/62  Kết chương trình Hình 19 Sơ đồ tán xạ Hình 20 Sơ đồ tán xạ phương pháp BPSK phương pháp QPSK Hình 21Sơ đồ tán xạ phương pháp 16-QAM Hình 22Sơ đồ tán xạ phương pháp 64-QAM Nhận xét Khi M lớn điểm chịm sát lại với Do đó, điểm đễ bị chồng lấn lên bị ảnh hưởng nhiễu dễ gây lỗi Điều chứng minh hồn tồn mơ 4.3.3 Tính BER cho phương pháp  Nguyên tắc mô Sử dụng phương pháp Monte Carlos để ước tính lỗi BER Dựa vào chịm tín hiệu phương pháp điều chế có M điểm khác nhau(M số mức điều chế), M điểm chia thành M vùng định Khi ta cho tín hiệu qua kênh AWGN so sánh với M điểm ban đầu, từ tính lỗi tính BER Ảnh Hưởng Nhiễu Trong WiMax SVTH: VŨ MINH THÔNG Đồ án tốt nghiệp Trang 52/62 Nguồn tạp âm Nguồn liệu d[n] MÁY PHÁT nd[n ] xd[n ] xd[n ] xq[n ] + yd[n ] MÁY THU + nq[n ] Nguồn tạp âm  d n  yq[n ] So sánh ký hiệu  Pe Hình 23 Sơ đồ khối mơ tính BER Sử dụng tạo số ngẫu nhiên để tạo số ngẫu nhiên phân bố khoảng (0,1), từ số ngẫu nhiên phân bố ánh xạ (sắp xếp) thành mức biên độ Am tương ứng với trục I-Q cho điều chế giải điều chế số nêu Bộ xếp (ánh xạ) thành mức biên độ Am, luồng liệu nhị phân trước hết chuyển nối tiếp thành song song, sau phân vào nhánh đồng pha (nhánh I) vuông pha (nhánh Q),các tổ hợp bit thành phần đồng pha vuông pha xếp thành mức biên độ Am tương ứng Bảng 5.2 Sắp xếp thành mức biên độ Am Thời gian Chế độ Quyết định mức Quyết định đầu tồn giá điều chế theo x Ký hiệu Tổ hợp trị Am (thời (đơn vị v) tin(v) bit gian tồn ký hiệu) TS là: BPSK Nếu 0