Ước lượng kênh truyền hình docx

LỜI MỞ ĐẦU LUN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : Ước lượng kênh truyền hình MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Em xin chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện, cám ơn sự dạy bảo tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô khác trong trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Duy Nhật Viễn, người hướng dẫn của em và cô giáo Hoàng Lê Uyên Thục, đã tận tình chỉ bảo để cho em hoàn thành tốt đồ án này. Để có được kết quả như ngày hôm nay, em rất biết ơn gia đình đã động viên khích lệ, tạo mọi điều kiện nhất trong quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Mặc dù em đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô cùng các bạn. LỜI MỞ ĐẦU Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2008 Sinh viên Lê Thị Bảo Quyên CÁC TỪ VIẾT TẮT CÁC TỪ VIẾT TẮT A AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng B BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit. BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân. C C/I Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu. CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp. D (I)DFT (Inverse) Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc (ngược). DSP Digital Signal Processing Bộ xử lý tín hiệu số. E F FDD Frequency Division Duplexing Ghép kênh song công phân chia theo tần số. CÁC TỪ VIẾT TẮT FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số. FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn. . G GI Guard Interval Dải bảo vệ. . H I ICI Inter Channel Interference Nhiễu xuyên kênh. (I)FFT (Inverse) Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh thuận (đảo). ISI Intersymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự. L LS Least Square Bình phương nhỏ nhất. LMMSE Least Minimum Mean Squared Error Lỗi quân phương tối thiểu tuyến tính. LOS Line of Sight CÁC TỪ VIẾT TẮT Tuyến truyền dẫn thẳng. M MUX Multiplex Đa hợp MMSE Minimum Mean Squared_Error Lỗi quân phương tối thiểu. N NLOS Non Line Of Sight Không có tuyến truyền dẫn thẳng. O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao. P PAPR Peak_to_Average Power Ratio (PAR) Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình. PN Pseudo Noise Chuỗi giả ngẫu nhiên. PSK Phase Shift Keying Điều chế số dịch pha. Q CÁC TỪ VIẾT TẮT QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều biên cầu phương. QOS Quality of Service Chất lượng dịch vụ. (Q)PSK (Quadrature) Phase-Shift Keying Khóa dịch pha (vuông góc). R S SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi Symbol (kí hiệu) SNR Signal to Noise Rate Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. T TDD Time Division Duplexing Ghép song công phân chia thời gian. TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian U CÁC TỪ VIẾT TẮT UL Uplink Tuyến lên. UMTS Universal Mobile Telecommunnication System Hệ thống thông tin di động đa năng. V . W WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây nội bộ CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao là một kĩ thuật truyền mà trong đó tập hợp những sóng mang trực giao với nhau rồi truyền đồng thời. Ứng dụng kĩ thuật OFDM, ta có khả năng truyền thông tin tốc độ cao, sử dụng băng thông hiệu quả, chống được nhiễu liên kí tự ISI, nhiễu liên sóng mang ICI, chống được fading chọn lọc tần số. Kĩ thuật OFDM được biết đến cách đây khoảng 40 năm nhưng mà nó mới được ứng dụng rộng rãi những năm gần đây. Những sản phẩm ứng dụng kĩ thuật OFDM có thể kể đến WIMAX (Worlwide interoperationability for Microwaves Access), WLAN (Wireless Local Area Network) 802.11, x-DSL (x- Digital Subcriber Line) và DVT (Digital Video Broadcasting). OFDM là một ứng cử viên sáng giá cho các hệ thống thông tin tốc độ cao, do đó ngày càng có nhiều hệ thống thông tin ứng dụng kĩ thuật OFDM. Việc ước lượng kênh truyền đóng vai trò quan trọng trong các hệ thông thông tin nói chung và hệ thống OFDM nói riêng. Với niềm đam mê trong lĩnh vực DSP, cùng với ham muốn tìm hiểu kĩ thuật OFDM, em đã chọn đề tài nghiên cứu này cho đồ án tốt nghiệp của mình. 1.2 Mục đích của đồ án Đồ án tìm hiểu về kỹ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM. Trong đó, đồ án tập trung nghiên cứu hai loại ước lượng tương đối đơn giản là MMSE và LS, so sánh 2 phương pháp ước lượng kênh lỗi bình phương trung bình nhỏ nhất (MMSE) và bình phương ít nhất (LS) cũng như tác động của các loại nhiễu và các hiện tượng đa đường đến hệ thống thông tin. 1.3 Bố cục của đồ án Đồ án chia làm 5 chương : Chương 1 : Giới thiệu khái quát đồ án Chương 2 : Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong OFDM, sự khác nhau giữa OFDM và FDM, tính trực giao, cấu trúc OFDM, sơ đồ khối hệ thống OFDM, vấn đề đồng bộ trong OFDM, ưu nhược điểm của hệ thống CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU OFDM, kỹ thuật điều chế sử dụng trong OFDM. Phần còn lại của chương sẽ trình bày các bước thiết kế hệ thống OFDM và các kết quả mô phỏng Chương 3 : 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. Chương 4 : Trong chương này sẽ trình bày về kĩ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM , trong đó đi sâu vào hai phương pháp ước lượng kênh lỗi bình phương trung bình nhỏ nhất ( MMSE ) và bình phương ít nhất ( LS ). Chương 5 : Kết luận và hướng phát triển đề tài trong tương lai [...]... là ước lượng kênh truyền CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 3 3.1 KỸ THUẬT OFDM LÝ THUYẾT VỀ KÊNH TRUYỀN 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. .. lại Bởi vì mục đích của đồ án là ước lượng kênh truyền cho nên độ dịch tần số được xem như lý tưởng Trong trường hợp ước lượng kênh truyền, đầu tiên ta sẽ ước lượng trong miền tần số (sau khi giải mã tín hiệu OFDM) Cách thường hay sử dụng nhất để ước lượng kênh truyền và độ dịch tần số là dùng kí hiệu pilot Kí hiệu pilot là kí hiệu đã được bên thu và bên nhận biết trước Tương quan giữa fading kí hiệu... sau đó ghép kênh lại để tao nên sóng mang OFDM OFDM là trường hợp đặc biệt của FDM (Frequency Divison Multiplex) Ta có thề liên tưởng kênh truyền FDM giống như một dòng nước đang chảy, nước chảy thành một dòng lớn; kênh truyền OFDM giống như nước chảy ở vòi sen, chia ra thành từng dòng nước nhỏ Ta có thể dùng tay để chặn dòng nước từ vòi nước thông thường nhưng không thể làm tương tự với nước chảy ra... nhưng được trải trong những khoảng thời gian khác nhau Như đã nói ở phần đầu, một vài dạng của mã hóa kênh truyền thường được dùng để giảm BER(bit error rate) Không những thế, một hệ thống OFDM còn đòi hỏi thêm bộ ước lượng độ dịch tần số và ước lượng kênh truyền để đạt được chất lượng tối ưu Bộ ước lượng độ dịch tần số đòi hỏi phải đếm ảnh hưởng của sự chênh lệch tần số giữa bộ dao động nội ở vị trí... 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... Các tài nguyên này được tổ chức thành các kênh con (sub-channel) cấp phát cho người dùng CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT OFDM Hình 2.6: Cấu trúc kênh con OFDM Hình 2.7: Cấu trúc lát OFDM Cấu trúc kênh con OFDM được phát hoạ ở hình (2.6) Trong kí tự OFDM thứ 1 và thứ 3, những sóng mang con bên ngoài của mỗi lát đều là những sóng mang con dẫn đường và có thể ước lượng đáp ứng kênh tại những tần số này bằng việc so sánh... 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... gian cần thiết để truyền một ký hiệu (symbol duration) Tức là để truyền một ký hiệu chúng ta sẽ cần mốt số nguyên lần của chu kỳ Hình 2.4 là trường hợp của tín hiệu OFDM với 4 sóng mang phụ Hình 2.4: Cấu trúc của một tín hiệu OFDM CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT OFDM Các hình (1a), (2a), (3a), (4a) là miền thời gian của các sóng mang đơn tần với các chỉ số 1, 2, 3, 4 là số chu kỳ trên mỗi ký hiệu Các hình (1b), (2b),... đầu một ký tự OFDM Nếu lỗi thời gian đủ nhỏ sao cho đáp ứng xung của kênh vẫn còn nằm trong chiều dài khoảng tiền tố lặp (CP) thì hệ thống vẫn đảm bảo sự trực giao giữa các sóng mang Trong trường hợp này thì thời gian trễ của một ký tự được xem như là độ dịch pha của kênh truyền và độ dịch pha này được xác định nhờ kỹ thuật ước lượng kênh Trong trường hợp ngược lại, nếu chiều dài của CP nhỏ hơn lỗi thời... xác không cao (giá trị tại đỉnh tương quan có giá trị lớn nhất và đặt tại gốc tọa độ) Trong bước đồng bộ tinh, do đã qua quá trình đồng bộ thô nên giá trị của lỗi thời gian lúc này đã nhỏ hơn chiều dài CP Đồng bộ tinh sẽ thực hiện sự cân bằng giữa các kênh truyền phụ có mang thông tin pilot và giá trị ước lượng kênh Trong phương pháp đồng bộ thời gian sử dụng tiền tố lặp CP, người ta đi xét sự sai biệt . hiểu về kỹ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM. Trong đó, đồ án tập trung nghiên cứu hai loại ước lượng tương đối đơn giản là MMSE và LS, so sánh 2 phương pháp ước lượng kênh lỗi bình. dung lượng kênh vô tuyến cũng được đề cập đến. Chương 4 : Trong chương này sẽ trình bày về kĩ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM , trong đó đi sâu vào hai phương pháp ước lượng kênh. 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