Trang 4 ii TÓM TẮT LUẬN VĂNKênh truyền đa đường biến đổi theo thời gian gây nên nhiễu liên kênh trong hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao làm giảm đi hiệu suất của hệ thốn
TỔNG QUAN KỸ THUẬT OFDM VÀ HỆ THỐNG LTE …… -R 2 1.1 Tổng quan kỹ thuật OFDM
Ưu, nhược điểm của hệ thống OFDM
Hệ thống OFDM có khả năng loại bỏ hoàn toàn hiện tượng nhiễu phân tập đa đường (ISI) khi độ dài chuỗi bảo vệ lớn hơn thời gian trễ truyền dẫn tối đa của kênh.
Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các chức năng điều chế và giải điều chế làm giảm chức năng phức tạp của OFDM
Đáp ứng được thiết kế hệ thống băng rộng (hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao)
Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản
Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng Điều này gây ra méo phi tuyến ở các bộ khuếch đại công suất phía phát và thu
Sử dụng chuỗi bảo vệ làm giảm đi một phần hiệu suất đường truyền do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích
Hệ thống OFDM rất nhạy cảm với hiệu ứng Doppler, cũng như sự dịch tần và dịch thời gian do sai số đồng bộ, do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mạng phụ.
Phương pháp điều chế đơn sóng mang và đa sóng mang
1.1.2.1 Phương pháp điều ch ế đơn sóng mang
Trong phương pháp này, tín hiệu được truyền qua toàn bộ băng tần B, với tần số lấy mẫu tương ứng với độ rộng băng tần Mỗi mẫu tín hiệu sẽ có độ dài nhất định.
Ký hiệu T SC đại diện cho độ dài của một mẫu tín hiệu, được đo bằng giây (s), trong khi B biểu thị bề rộng băng tần của hệ thống, có đơn vị là hertz (Hz).
Phương pháp điều chế đơn sóng mang có những nhược điểm sau:
Nhiễu liên tín hiệu ISI do hiệu ứng phân tập đa đường có ảnh hưởng lớn đến tín hiệu thu Để khắc phục hiện tượng này, bộ cân bằng kênh ở phía thu thường được thiết kế, nhưng độ phức tạp của bộ cân bằng sẽ tăng theo tốc độ dòng dữ liệu.
Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh theo tần số là rất lớn đối với hệ thống Do băng thông rộng kênh phụ thuộc vào tần số
1.1.2.2 Phương pháp điều ch ế đa sóng mang
Phương pháp điều chế đa sóng mang là kỹ thuật phân chia toàn bộ băng tần của hệ thống thành nhiều băng con, mỗi băng con sử dụng các sóng mang phụ khác nhau.
Hình 1 1 Sơ đồ cấu trúc và đặc tính quang phổ của hệ thống truyền dẫn đa sóng mang [2]
Phương pháp điều chế đa sóng, hay còn gọi là phân chia kênh theo tần số (FDM), là kỹ thuật trong đó phổ tín hiệu của hệ thống được chia thành nhiều kênh tần số riêng biệt.
N c L kênh song song Vì vậy độ dài của mẫu tín hiệu trong điều chế đơn sóng mang [1]:
Tỷ số tương đối giữa trễ truyền dẫn và độ dài mẫu tín hiệu trong điều chế đa sóng mang giảm đi N c lần, dẫn đến việc ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu do trễ truyền dẫn gây ra cũng giảm, từ đó làm giảm tác động của phân tập đa đường.
Điều chế đa sóng mang có một số ưu điểm cơ bản so với các phương pháp điều chế đơn sóng mang, bao gồm khả năng tăng cường hiệu suất truyền tải dữ liệu, cải thiện chất lượng tín hiệu và giảm thiểu hiện tượng nhiễu.
Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI (Inter-ký tự Interference) giảm
Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh vào tần số giảm do kênh được chia làm nhiều kênh phụ
Từ hai ưu điểm trên dẫn đến độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu cho hệ thống cũng giảm
Tuy nhiên phương pháp này còn một số nhược điểm cơ bản sau:
Hệ thống nhạy cảm với hiệu ứng phụ thuộc thời gian của kênh, được gọi là tính chọn lọc theo thời gian, xảy ra khi độ dài của mẫu tín hiệu tăng lên.
Dẫn đến sự biến đổi về thời gian của kênh vô tuyến có thể xảy ra trong một mẫu tín hiệu
Phương pháp truyền dẫn đa sóng mang đã giải quyết các vấn đề của hệ thống truyền tin đơn sóng mang, đặc biệt là hiện tượng fading lựa chọn tần số trong băng rộng Tuy nhiên, thiết kế hệ thống trở nên phức tạp do việc sử dụng nhiều bộ mã/giải điều chế và yêu cầu bộ lọc chất lượng cao, đặc biệt khi số lượng sóng mang con gia tăng Do đó, cần phát triển một hệ thống truyền tin mới để khắc phục và kế thừa các ưu, nhược điểm của truyền tin đa sóng mang.
Nguyên lý kỹ thuật OFDM
Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia nhỏ luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn, mỗi luồng được phát trên một sóng mang con khác
Khoảng cách giữa 2 sóng mang con liên tiếp là 1 s f B
, trong đó T s là độ dài của một sóng mang con, N là số sóng mang con và B là độ rộng băng thông của hệ thống
Xét tín hiệu phức e j 2 f k t N k 0 1 biểu diễn tín hiệu trên sóng mang thứ k sym f k
0 t t sym Điều kiện để 2 sóng mang thứ k và i trực giao tuân theo điều kiện sau:
1 sym sym t t sym sym k i sym sym k i
Tín hiệu được lấy mẫu rời rạc với khoảng thời gian t nT s nT sym /N ,
0,1,2, , 1 n N , do đó phương trình (1.3) viết lại như sau:
1 s s sym sym sym sym sym sym sym k i T k i
Tính tr c giao ự ở trên là điều kiện cơ bản để ệ ố h th ng OFDM không b ị ảnh hưởng bởi nhi u liên kênh (ICI) ễ
1.1.3.2 Điều ch và giế ải điều ch ếtrong kỹthuật OFDM
B tín hiệu OFDM mã hóa dòng bit thành ký tự dựa trên các phương pháp điều chế PSK và QAM Mỗi ký tự được truyền tải trên sóng mang con riêng biệt Giả sử x[k] là ký tự OFDM tại sóng mang con thứ k với k = 0, 1, 2, , ∞.
Do thời gian để truyền hết ký tự là s
NT , dẫn đến độ dài của một OFDM thứ lth tại sóng mang con thứ kthđược định nghĩa:
Sau đó tín hiệu tại băng cơ sở và băng cao tần được biểu diễn dưới dạng miền thời gian liên tục như sau:
Tín hiệu liên tục baseband trong phương trình (1.6) có thể được chuyển đổi thành tín hiệu rời rạc theo thời gian thông qua quá trình lấy mẫu tại t = lT_sym + nT_s, trong đó T_s = T_sym / N và f_k = kT/sym.
Tiếp theo ta xét tín hiệu baseband OFDM nhận được:
với lT sym t lT sym nT s , tín hiệu truyền đi l
X k có thể khôi phục lại nhờ tính trực giao giữa các sóng mang con được nhắc đến trong phần trước, có thể biểu diễn dưới dạng như sau:
[i] 1 k sym i sym k sym sym i k sym j kf t lT l l sym
Trong phương trình được đề cập, chưa tính đến ảnh hưởng của nhiễu và kênh truyền Giả sử rằng giá trị của \( y(t_l) \) tại thời gian \( t_l = T_{sym} + nT_s \) được ký hiệu là \( \{ y[n] \}_{n=0}^{N-1} \) Do đó, phương trình (1.9) có thể được biểu diễn lại như sau:
Hình 1.2 trình bày bộ điều chế và giải điều chế OFDM, trong đó tín hiệu ở miền tần số X k được điều chế tương ứng với sóng mang có tần số f k = k T/sym, với N = 6 Hình 1.3 giới thiệu sơ đồ hệ thống OFDM hoàn chỉnh.
Hình 1 2 Sơ đồ bộ điều chế và giải điều chế OFDM [2]
Hình 1 3 Sơ đồ của hệ thống OFDM hoàn chỉnh [2]
Xét tín hiệu OFDM thứ lth ,
sym sym s lT t lT nT Kênh truyền có đáp ứng xung h t l ( ), tín hiệu nhận được có dạng:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) l l l l l l l y t x t h t z t h x t dt z t , sym sym s lT t lT nT
Với z t l ( ) là nhiễu trắng (AWGN), lấy mẫu với tần số nT s nT sym / N tín hiệu được chuyển sang miền rời rạc:
Trong đó: x n l x nT y n l ( s ), l y nT h n l ( s ), l h nT l s và z n l z nT l ( s ).
Hình 1 4 Ảnh hưởng của ISI đối với tín hiệu OFDM khi không có chuỗi bảo vệ [2]
Tín hiệu OFDM của ký tự đầu tiên chồng lấn lên tín hiệu của ký tự thứ hai, dẫn đến hiện tượng nhiễu ISI Điều này cho thấy sự trực giao giữa các sóng mang con đã bị phá vỡ Vì vậy, cần áp dụng biện pháp thích hợp để khắc phục tình trạng này.
Tổng quan hệ thống LTE-R
LTE (Long Term Evolution) là công nghệ di động thế hệ thứ 4, hay còn gọi là 4G Quá trình phát triển thông tin di động đã trải qua nhiều cột mốc quan trọng, bắt đầu từ năm 1946 khi mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại St Louis, Missouri, Mỹ Thuật ngữ "thông tin di động" xuất hiện vào những năm 70, khi các vùng phủ sóng được kết hợp lại với nhau.
LTE, được NTT DoCoMo của Nhật Bản đề xuất lần đầu vào năm 2004, đã chính thức bắt đầu nghiên cứu vào năm 2005 và hoàn thiện vào tháng 12 năm 2008 Dịch vụ LTE đầu tiên được khai trương bởi TeliaSonera tại Oslo và Stockholm vào ngày 14 tháng 12 năm 2009 Công nghệ LTE đã được áp dụng rộng rãi tại các quốc gia phát triển như Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc Hiện nay, các nhà mạng tại Việt Nam cũng đã triển khai công nghệ LTE để đáp ứng nhu cầu sử dụng mạng tốc độ cao LTE nổi bật với các đặc tính kỹ thuật tiên tiến.
Hỗ trợ băng thông linh hoạt 1,5 MHz đến 20 MHz.
Tốc độ tải xuống đỉnh đạt 300 Mbit/s, tốc độ tải lên đỉnh đạt 75 Mbit/s.
Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 -15 km/h Vẫn hoạt động tốt với tốc độ 15 - 120 km/h
Băng tần sử dụng: LTE có thể triển khai ở nhiều băng tần khác nhau như ở tần số 700 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, 2300 MHz …
Ngoài làm tăng tốc độ số liệu thực LTE còn làm giảm trễ gói
Giao diện không gian được cải thiện giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu LTE được xác định trên mạng truy cập vô tuyến mới hoàn toàn, sử dụng công nghệ OFDM cho đường truyền xuống và SC FDMA cho đường truyền lên.
Việc sử dụng kỹ thuật điều chế bậc cao 64 QAM trong OFDM đã nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần Kết hợp với mã hóa turbo, mã hóa xoắn và các kỹ thuật vô tuyến bổ sung như MIMO, thông lượng trung bình đã tăng lên 5 lần so với HSPA.
Môi trường toàn IP đánh dấu sự chuyển mình của LTE sang mạng lõi hoàn toàn IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản Đây là bước chuyển đổi quan trọng của 3GPP từ hệ thống mạng lõi hiện tại, kết hợp giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, sang một mạng lõi đồng nhất.
1.2.2 Giới thiệu công nghệ LTE-R
Truyền thông không dây trong môi trường di động cao đã trở thành tâm điểm chú ý trong những năm gần đây, nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống đường sắt tốc độ cao (HSRs) và các hệ thống bay tầm thấp (LAFO) Truyền thông di động cao đã trở thành một phần thiết yếu của công nghệ 5G, với khả năng cung cấp dịch vụ băng thông rộng cho một lượng lớn người dùng, đạt tốc độ lên tới 500 Km/h Hệ thống HSRs đang khai thác tốc độ truyền dữ liệu cao để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.
Tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống LTE R đạt 150 Mbps trở lên, với khả năng cao hơn nhiều đối với các hệ thống LAFO, nơi tốc độ tương đối giữa máy phát và máy thu có thể lên đến 1000 Km/h hoặc hơn Công nghệ này tương thích tốt với hạ tầng mạng hiện có, đảm bảo độ tin cậy cao và hoạt động ổn định ngay cả khi tàu di chuyển nhanh Ngoài ra, LTE R cần phải truyền tải hiệu quả một lượng dữ liệu lớn để phục vụ cho các dịch vụ đa dạng trong hệ thống HSRs, đồng thời đáp ứng các yêu cầu đặc thù như cảnh báo tai nạn và phản ứng nhanh với sự cố Các dịch vụ trong hệ thống HSRs được phân chia thành hai nhóm chính.
Core services encompass essential offerings such as emergency alert services, operational voice services, and operational data services, all of which are vital for the effective management and operation of vessels.
Các dịch vụ gia tăng bao gồm những dịch vụ cá nhân hóa dành cho hành khách, như truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ hỗ trợ công việc nhóm, nhằm nâng cao trải nghiệm của hành khách.
(business process support services) như cuộc gọi thoại hay gửi tin nhắn theo nhóm để bàn bạc công việc từ xa
Hầu hết các hệ thống truyền thông không dây hiện nay được thiết kế cho người dùng có tính di động thấp hoặc trung bình, trong khi tính di động cao lại hạn chế đáng kể diện tích vùng phủ sóng và tốc độ truyền Hệ thống thông tin di động cao phổ biến nhất là hệ thống truyền thông di động cho đường sắt (GSM R), hỗ trợ tốc độ dữ liệu tối đa dưới 200 Kbps, với dịch vụ dữ liệu băng hẹp chủ yếu được sử dụng cho việc điều khiển hoạt động của tàu Các công nghệ hiện tại chủ yếu được phát triển nhằm phục vụ người sử dụng.
Các thiết bị di động có tốc độ vừa và nhỏ không thể hoạt động hiệu quả trong các kịch bản di động cao với tốc độ lên đến 500 Km/h hoặc hơn Sự chuyển động nhanh của các thiết bị đầu cuối không dây sẽ gây ra sự suy giảm nghiêm trọng về hiệu năng hệ thống, thậm chí làm cho hệ thống không hoạt động Vì vậy, việc phát triển lý thuyết và công nghệ mới, được thiết kế đặc biệt cho môi trường di động cao, là cần thiết để đối phó với những thách thức và cơ hội từ truyền thông di động cao.
1.2.2.2 Thách th c v ứ ề ước lượng kênh truy n và nhi u ICI trong h ề ễ ệthống HSRs a, Ước lượng kênh truyền
Trong hệ thống thông tin không dây, việc ước tính, theo dõi và dự đoán chính xác các hệ số fading theo thời gian là rất quan trọng do biến thiên fading nhanh Ước lượng kênh truyền không phải là nhiệm vụ dễ dàng và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất hệ thống là đáng kể Lỗi ước lượng kênh truyền thường xảy ra và có thể làm giảm hiệu suất của toàn bộ hệ thống Giả định về thông tin trạng thái kênh lý tưởng (CSI) đã trở nên không còn phù hợp với các hệ thống thông tin không dây tốc độ cao Do đó, thiết kế của máy thu phát cần phải xem xét các thuộc tính của lỗi ước lượng kênh để cải thiện hiệu suất.
Việc thiết kế hệ thống mới cần xem xét sai số trong ước lượng kênh truyền và đảm bảo tính ứng dụng thực tế Tốc độ tàu sắt thay đổi theo thời gian, dẫn đến sự biến thiên của các hệ số kênh truyền trên từng sóng mang con Do đó, việc ước lượng chính xác giá trị kênh truyền trong từng ký tự OFDM đòi hỏi khối lượng tính toán lớn Tính ngẫu nhiên và sự biến đổi nhanh chóng theo thời gian tạo ra thách thức trong việc xây dựng và tính toán chính xác các tham số của kênh truyền trong hệ thống HSRs, đặc biệt là nhiễu ICI.
Nhiễu ICI trong hệ thống OFDM thông tin không dây là do 2 yếu tố:
Lệch đồng bộ giữa Ocillator giữa bên phát và bên thu (Carrier Frequency
Hiện tượng dịch tần Doppler do sự di chuyển tương đối giữa máy phát và máy thu
Các hệ thống OFDM truyền thống được thiết kế chủ yếu cho các kênh có fading chọn lọc tần số bán tĩnh, nhưng hiện tượng dịch tần (Doppler Shift) và sự không ổn định của Oscillator ở cả hai bên phát và thu gây ra mất đồng bộ tần số và hiện tượng CFO, dẫn đến nhiễu ICI CFO thay đổi theo thời gian, làm cho việc theo dõi và hạn chế trở nên khó khăn Trong khi hệ thống OFDM thông thường chỉ chịu ảnh hưởng của fading chọn lọc tần số với giá trị kênh truyền không đổi trong một ký tự OFDM, hệ thống HSRs lại bị ảnh hưởng bởi fading theo thời gian, khiến giá trị kênh truyền biến đổi ngay trong một ký tự OFDM Điều này gây khó khăn cho việc ước lượng các tham số kênh truyền, và phương pháp ước lượng kênh tối ưu cho hệ thống HSRs sẽ được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo.
Kỹ thuật OFDM đã được giới thiệu với những ưu điểm và hạn chế rõ ràng Với tốc độ truyền dẫn vượt trội, OFDM đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều chuẩn truyền dẫn trong lĩnh vực thông tin di động và không dây Công nghệ LTE R trong tương lai dự kiến sẽ áp dụng kỹ thuật này để thực hiện đa truy nhập Tuy nhiên, để triển khai hiệu quả, cần phát triển các phương pháp đặc biệt nhằm khắc phục những thách thức hiện tại của GSM-R.
KÊNH FADING NHANH THỜI GIAN TRONG HỆ THỐNG LTE-R
Cơ sở lý thuyết kênh vô tuyến
Kiểu fading của tín hiệu trong kênh truyền vô tuyến phụ thuộc vào mối quan hệ giữa các thông số của tín hiệu như băng thông B_s và thời gian một ký tự T_s, cùng với các thông số của kênh như độ phân tán độ trễ rms σ_τ và độ phân tán Doppler B_c.
2.1.1.1 Fading gây ra bởi trải tr cễ ủa kênh đa đường
Fading phẳng (flat fading) là hiện tượng xảy ra khi băng thông của tín hiệu truyền nhỏ hơn nhiều so với bề rộng tần số ổn định của kênh Điều này dẫn đến thời gian của ký tự lớn hơn so với độ trễ rms của kênh.
Trong trường hợp này, kênh vô tuyến có độ lợi hằng số và pha biến đổi tuyến tính trên toàn băng thông Để kênh có fading phẳng, cần đảm bảo một số điều kiện cụ thể.
Trong fading phẳng, băng thông của kênh truyền lớn hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu, dẫn đến tất cả các thành phần tần số đều thăng giáng đồng đều Ngược lại, trong fading chọn lọc tần số, băng thông của tín hiệu lớn hơn băng thông kênh truyền, khiến các thành phần tần số trong băng tín hiệu có mức thăng giáng khác nhau, điều này có thể gây ra hiện tượng đứt liên lạc.
2.1.1.2 Fading gây ra bởi hiệu ứng Doppler
Fading nhanh là hiện tượng xảy ra khi kênh truyền biến đổi nhanh trong thời gian của một ký tự, dẫn đến việc tín hiệu bị méo do phân tán thời gian do hiệu ứng Doppler Hiện tượng này xuất hiện khi thời gian của ký tự lớn hơn đáng kể so với bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh, tương ứng với băng thông của tín hiệu nhỏ hơn bề rộng trải phổ Doppler.
Hệ thống truyền dữ liệu tốc độ thấp dễ bị ảnh hưởng bởi fading nhanh Trong khi đó, fading chậm xảy ra khi đáp ứng xung của kênh biến đổi rất chậm so với tốc độ truyền dữ liệu, dẫn đến việc đáp ứng của kênh gần như không thay đổi trong thời gian của một ký tự.
Trong liên lạc vô tuyến, sóng truyền từ bên phát đến bên thu, và trong quá trình này, chúng chịu ảnh hưởng chủ yếu từ ba hiện tượng: phản xạ, khúc xạ và tán xạ.
Hình 2 1 Mô hình hiện tượng đa đường
Phản xạ sóng là hiện tượng vật lý xảy ra khi sóng điện từ va chạm với bề mặt của một vật thể có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng.
Khúc xạ sóng là hiện tượng xảy ra khi sóng di chuyển giữa máy phát và máy thu bị cản trở bởi bề mặt không đồng nhất hoặc lỗ nhỏ.
Tán xạ là hiện tượng vật lý xảy ra khi sóng điện từ bị lệch hướng bởi các vật thể nhỏ hơn bước sóng Hình 2.1 minh họa các trường hợp truyền sóng trong môi trường liên quan đến hiện tượng này.
Do các tác động bên ngoài, sóng từ trạng thái một tia tại đầu phát đã bị phân tách thành nhiều tia khác nhau, di chuyển theo các đường khác nhau tới đầu thu Quá trình này dẫn đến việc cường độ tín hiệu giảm dần theo quãng đường đi, được gọi là truyền dẫn đa đường, một đặc trưng của truyền dẫn trên kênh vô tuyến Hiện tượng đa đường cũng gây ra hiện tượng trải trễ tín hiệu, trong đó sau thời điểm tia tới đầu tiên, còn có các tia khác đến đầu thu theo những đường khác nhau trong khoảng thời gian được gọi là thời gian trải trễ max Hình 2.2 minh họa đáp ứng xung của kênh truyền khi có hiện tượng trải trễ.
Hình 2 2 Hiện tượng trải trễ
Hiệu ứng Doppler xuất hiện khi có sự chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát Khi máy phát phát sóng với tần số không điều chế f c, sóng sẽ truyền đến máy thu theo nhiều tia khác nhau Cụ thể, ta có thể xem xét tia thứ i trong quá trình này.
Hình 2 3 Sự dịch chuyển tương đối của máy thu
Khi đó tín hiệu thu được theo tia sóng thứ i có tần số bị dịch đi một lượng dịch tần Doppler: max 1 cos
Khi góc αi bằng 0 hoặc 180 độ, lượng dịch tần Doppler đạt giá trị lớn nhất, tức là máy thu đang chuyển động dọc theo phương phát sóng Hiệu ứng Doppler làm cho sóng bị dịch chuyển, dẫn đến băng thông tín hiệu cũng bị dịch chuyển và gây ra hiện tượng thu sai Đặc biệt, các tín hiệu có băng thông hẹp sẽ nhạy cảm hơn với hiệu ứng Doppler.
2.1.4 Bề rộng ổn định của kênh
Bề rộng độ ổn định tần số của kênh được định nghĩa theo tác giả Proakis như sau: max
Với max là trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh, kênh có thể được định nghĩa là phụ thuộc tần số hay không tùy thuộc vào băng tần của hệ thống so với bề rộng độ ổn định tần số của kênh Cụ thể, nếu bề rộng độ ổn định tần số của kênh lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của hệ thống, kênh sẽ được xem là phụ thuộc tần số.
Thì kênh được định nghĩa là không phụ thuộc tần số (non frequency selective – channel) Trong trường hợp ngược lại:
Thì kênh được định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số (frequency selective channel).
Mô hình kênh trong hệ thống LTE-R
2.2.1 Kịch bản D2a mô hình kênh WINNER II
Mục tiêu của hệ thống WINNER II là phát triển một giải pháp truy cập vô tuyến linh hoạt, phục vụ cho cả truyền thông di động tầm ngắn và rộng Hệ thống này hỗ trợ nhiều môi trường vô tuyến, mang lại hiệu suất và chất lượng dịch vụ (QoS) vượt trội WINNER II đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục và khả năng chuyển vùng toàn cầu Với sự gia tăng tốc độ dữ liệu, băng thông và tính di động trong tương lai, việc cải thiện các mô hình và mô phỏng kênh vô tuyến trở nên cấp thiết để đáp ứng yêu cầu về hiệu năng và độ phức tạp cao hơn so với các hệ thống trước đây.
Kênh LTE R có đặc trưng phụ thuộc vào thời gian và chịu ảnh hưởng của hiện tượng Doppler, do đó mô hình đáp ứng của kênh truyền được mô tả bằng một hàm toán học cụ thể.
L : Tổng số đường của kênh
h l : Biên độ ban đầu của đường có chỉ số l
f Dl : Tần số Doppler của đường có chỉ số l tại thời điểm t
t : Góc pha ban đầu của đường có chỉ số l
l : Trễ lan truyền của đường có chỉ số l
Mô hình kênh thường được đặc trưng bởi các thông số quan trọng như công suất trễ (Power Delay Profile - PDP) Trong đánh giá hiệu suất hệ thống vô tuyến cho các phương tiện di chuyển với tốc độ cao, mô hình kênh WINNER II được lựa chọn làm mô hình tiêu biểu, giúp so sánh các thuật toán và công nghệ khác nhau Mô hình WINNER đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và phát triển các hệ thống truyền thông hiện đại.
Bất kỳ hệ thống thông tin không dây nào hoạt động trong dải tần số từ 2 đến 6 GHz đều có khả năng sử dụng băng thông RF lên tới 100 MHz, phù hợp với nhiều kịch bản kênh truyền khác nhau.
21 môi trường khác nhau như: trong nhà, hội trường, đô thị, khu vực ngoại ô, nông thôn…
Kịch bản kênh truyền WINNER II D2a (mạng di động nông thôn) đặc trưng cho kênh vô tuyến trong môi trường có tốc độ di chuyển cao của các Access Point (AP) và thiết bị người dùng (EU) Kịch bản này được mô tả chi tiết theo mô hình PDP như bảng dưới đây.
Bảng 2 1 Thông số kênh truyền của kịch bản WINNER II D2a
Biên độ chuẩn hóa Góc tới [o] Góc phát
Tần số Dopper tương ứng với các tần số sóng mang khác nhau 0.7 GHz, 1.8 GHz và 2.6 GHz được thể hiện dưới các bảng dưới đây:
Bảng 2 2 Tần số Doppler ứng với tần số sóng mang 0.7 GHz
Tốc độ tàu 300 km/h 500 km/h
Tần số sóng mang 700 MHz 700 MHz
Tần số Doppler 194 Hz 324 Hz
Bảng 2 3 Tần số Doppler ứng với tần số sóng mang 1.8 GHz
Tốc độ tàu 300 km/h 500 km/h
Tần số sóng mang 1.8 GHz 1.8 GHz
Tần số Doppler 500 Hz 833 Hz
Bảng 2 4 Tần số Doppler ứng với tần số sóng mang 2.6 GHz
Tốc độ tàu 300 km/h 500 km/h
Tần số sóng mang 2.6 GHz 2.6 GHz
Tần số Doppler 722 Hz 1204 Hz
2.2.2 Mô phỏng kênh biến thiên nhanh theo thời gian sử dụng phương pháp
Phương pháp mô phỏng Monte Carlo, một kỹ thuật dựa trên các biến ngẫu nhiên, được áp dụng trong mô phỏng kênh như một trường hợp đặc biệt của phương pháp Rice Trong đó, các tham số f k l và θ k l được xác định từ các biến ngẫu nhiên, cụ thể là thông qua một vectơ u l với M phần tử ngẫu nhiên nằm trong khoảng 0 < u k l < 1 Các tham số này sau đó được tạo ra dựa trên vectơ này.
Phương pháp đơn giản nhất này để tạo ra các tham số cho phương pháp Rice được gọi là phương pháp Monte Carlo
Hình 2 4 Ph p biến đổi biến ngẫu nhiên u k l , thành các tham số tần số f k l , phục vu ̣cho ph p mô phỏng kênh Monte Carlo [Paul99]
Giả sử băng thông của hệ thống LTE-R là 10 MHz thì thời gian lấy mẫu là
Chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp nội suy để xấp xỉ kênh WINNER II D2a, nhằm xác định độ lớn của đáp ứng xung tại các thời điểm lấy mẫu 0, 100, và 200 ns (Hình 2.5) Sau khi nội suy, kênh WINNER II D2a cho thấy độ trễ tương đối và công suất trung bình như đã trình bày.
Bảng 2 5 Thông số của kênh WINNER II D2a sau khi nội suy
Chỉ số đường Trễ tương đối
Mô phỏng kênh theo phương pháp Monte Carlo [8]:
Trong mô phỏng, tần số Doppler (𝑓) được xác định bởi công thức 𝑓 = 𝑓𝐷𝑚𝑎𝑥 sin(2𝜋𝑢𝑙𝑚), với 𝜃𝑙𝑚 = 2𝜋𝑢𝑙𝑚 Ở đây, 𝑀 tương ứng là tần số Doppler, pha Doppler và số hàm điều hòa được sử dụng trong mô phỏng Mỗi đường sẽ có một dãy số ngẫu nhiên 𝑢𝑙𝑚, bao gồm 𝑀 giá trị trong khoảng [0, 1] Kênh mô phỏng với 3 tuyến trễ được minh họa trong Hình 2.5.
Hình 2 5 Nội suy kênh WINNER II D2a
Chương này trình bày mô hình kênh vô tuyến trong hệ thống LTE-R, tập trung vào các đặc tính suy hao đa đường và biến thiên nhanh theo thời gian Bên cạnh đó, phương pháp phỏng tạo kênh vô tuyến cũng được mô tả chi tiết Kênh này sẽ được sử dụng trong chương 4 của luận văn để mô phỏng và đánh giá thuật toán.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH, CÂN BẰNG KÊNH VÀ LỌC NHIỄU
Phương pháp ước lượng kênh
3.1.1 Phương pháp ước lượng kênh dùng tín hiệu dẫn đường
Phương pháp này chèn tín hiệu dẫn đường vào mọi sóng mang nhánh của mỗi ký tự OFDM theo chu kỳ nhất định hoặc vào từng ký tự OFDM Tín hiệu dẫn đường bên phát sử dụng là tín hiệu bên thu đã biết Tại bên thu, việc so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu dẫn đường ban đầu cho phép xác định ảnh hưởng của các kênh truyền dẫn đến tín hiệu phát.
Kênh truyền OFDM bao gồm hai miền chính: miền thời gian và miền tần số Tín hiệu dẫn đường có thể được chèn vào cả hai miền này, theo cách liên tục hoặc rời rạc Trong miền tần số, tín hiệu dẫn đường có thể được chèn dưới dạng lược, dạng khối, hoặc kết hợp cả hai loại.
3.1.1.1 Ước lượng kênh d a trên s s p x p tín hi u dự ự ắ ế ệ ẫn đường theo d ng kh i ạ ố Kiểu sắp xếp theo dạng khối được mô tả trong Hình 3.1 Với kiểu này, tín hiệu dẫn đường được chèn trên tất cả các sóng mang con trong một ký tự OFDM Gọi S t là chu kỳ lặp lại tín hiệu dẫn đường trên miền thời gian Để đảm bảo khôi phục được kênh truyền ở phía thu thì S t phải thỏa mãn điều kiện [2]: max
Cách sắp xếp này là phương pháp hiệu quả để ước lượng kênh truyền fading chọn lọc tần số, nhờ vào việc tất cả các sóng mang đều chứa tín hiệu dẫn đường Tuy nhiên, với kênh fading nhanh, cấu trúc này trở nên kém hiệu quả do giá trị S t giảm, dẫn đến việc cần chèn quá nhiều tín hiệu dẫn đường.
Hình 3 1 Chèn mẫu tín hiệu dẫn đường dạng khối [2]
Tỉ số lấy mẫu ở miền thời gian được xác định bởi tần số Doppler f D max và thời gian của một kí tự OFDM T s, cùng với thời gian của khoảng bảo vệ T G Sự biến đổi của hàm truyền vô tuyến trên miền thời gian phụ thuộc vào tần số f D max, và tỉ số này có thể được biểu diễn theo công thức cụ thể.
Nếu khoảng cách giữa các chuỗi tín hiệu dẫn đường trong miền thời gian không đáp ứng được phương trình quy định, kênh truyền sẽ không thể phục hồi hoàn toàn thông tin dựa vào mẫu tin dẫn đường.
3.1.1.2 Ước lượng kênh d a trên s s p x p tín hi u dự ự ắ ế ệ ẫn đường theo dạng lược
Kiểu sắp xếp theo dạng lược được trình bày trong Hình 3.2 cho thấy tín hiệu dẫn đường được chèn tại các vị trí sóng mang con cách đều trong một ký tự OFDM Chu kỳ lặp lại của tín hiệu dẫn đường trên miền tần số được ký hiệu là S f Để đảm bảo khả năng khôi phục kênh truyền ở phía thu, S f cần phải thỏa mãn một số điều kiện nhất định.
Kiểu sắp xếp dạng lược thích hợp cho kênh fading nhanh, nhưng không phù hợp với kênh fading lựa chọn tần số.
Trong miền tần số, sự biến đổi của kênh vô tuyến phụ thuộc vào thời gian trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh (τ max) Tỉ số lấy mẫu ở miền tần số được ký hiệu là r f, trong khi khoảng cách liên tiếp giữa hai sóng mang phụ được ký hiệu là f s Để đảm bảo tính chính xác, khoảng cách giữa hai mẫu tin dẫn đường ở miền tần số (S f) cần phải thỏa mãn một điều kiện nhất định.
Tần số lấy mẫu tối thiểu ở miền tần số r f phải đạt giá trị 1 Nếu tỷ số này lớn hơn 1, số mẫu tin tín hiệu dẫn đường sẽ nhiều hơn cần thiết, dẫn đến việc kênh truyền bị lấy mẫu vượt mức Ngược lại, nếu khoảng cách giữa hai mẫu tin dẫn đường không đáp ứng điều kiện lấy mẫu, tức là r f < 1, kênh truyền sẽ không thể khôi phục hoàn toàn thông qua mẫu tin dẫn đường.
3.1.2 Các phương pháp ước lượng kênh dùng trong hệ thống OFDM
3.1.2.1 Giải thuật ước lượng kênh Least Square
Phương pháp ước lượng kênh truyền sử dụng chuỗi tín hiệu dẫn đường, đặc biệt là kỹ thuật Least Squares, là một trong những phương pháp phổ biến Bài viết này sẽ tập trung vào việc phân tích và ứng dụng kỹ thuật Least Squares trong ước lượng kênh truyền.
Giả sử tất cả sóng mang con đều trực giao, mẫu tín hiệu dẫn đường choNsóng mang con được biểu diễn dưới dạng ma trận đường chéo như sau [2]:
Tín hiệu dẫn đường tại sóng mang phụ thứ k, ký hiệu là X[k], có năng lượng E X {k} = 0 và phương sai Var{X[k]} = σ x² với k = 0, 1, , N - 1 Giả sử H[k] là đáp ứng kênh truyền tại sóng mang kth, tín hiệu nhận được Y[k] được biểu diễn theo công thức liên quan đến X[k] và H[k].
Trong đó H là vector kênh với H= H [0] H [1] H [N-1] và Z là vector nhiễu với Z = Z[0] Z[1] Z[N-1] với năng lượng E Z [k]0 và
Giá trị kênh truyền ước lượng H sẽ được tính theo công thức:
Khi ta tính vi phân Hvà tối thiểu hóa biểu thức ta có:
Chuyển vế phương trình (3.7) ta được X X H X Y H H ,dó đó giá trị ước lượng bằng phương pháp Least Square được tính bằng công thức:
Như vậy mẫu tín hiệu dẫn đường tại mỗi sóng mang con được tính như sau:
X k k 0,1, 2, , N 1 (3.9) Lỗi bình phương tối thiểu MSE của phương pháp Least Square được tính theo công thức dưới đây [2]:
Từ công thức (3.10) cho ta thấy tỷ lệ lỗi MSE càng cao khi tỷ lên SNR z 2 2 x
thấp, tuy nhiên do tính đơn giản và độ phức tạp thấp nên được sử dụng rộng rãi.
3.1.2.2 Các hàm nội suy kênh truyền trong mi n t n s ề ầ ố
Phương pháp nội suy là kỹ thuật tính toán giúp xác định các giá trị chưa biết dựa trên các giá trị đã biết có mối liên hệ gần gũi Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi không có dữ liệu chính xác để tính toán các giá trị cần tìm.
Giả sử ở mẫu OFDM i và trên sóng mang phụ n mẫu tin dẫn đường S i n , được phát đi:
Qua phép ước lượng Least Square ta có:
Từ đó ta ước lượng kênh truyền tại sóng mang không phải dẫn đường [1]:
Có nhiều phương pháp nội suy hiệu quả, nhưng do sự phức tạp trong tính toán của một số phương pháp và yêu cầu truyền dữ liệu tốc độ cao trong hệ thống OFDM, chỉ một số phương pháp như nội suy hàm tuyến tính, nội suy bậc hai và nội suy low-pass được xem xét.
Giả sử có N p phân bố đều và được biểu diễn như sau:
Với L là số sóng mang con, công thức được xác định là L = số sóng mang con / N X m p, trong đó p(l) là giá trị sóng mang con của tín hiệu dẫn đường thứ m Định nghĩa H(k, p) với k = 0, 1, , N p là đáp ứng tần số của kênh tại sóng mang con tín hiệu dẫn đường.
Phương pháp cân bằng kênh và lọc nhiễu
3.2.1 Phương pháp tự triệt tiêu nhiễu
Phương pháp này sử dụng một ánh xạ đặc biệt để triệt tiêu nhiễu ICI, gọi là AC (Adjacent Cancellation)
Bit Ánh xạ QAM Ánh xạ triệt tiêu nhiễu ICI Điều chế OFDM
Giải điều chế OFDM Ánh xạ ngược triệt tiêu nhiễu ICI Ánh xạ ngược QAM
Kênh suy hao đa đường Bit
Lệch tần số Nhiễu trắng
Hình 3 8 Sơ đồ hệ thống sử dụng phương pháp tự triệt tiêu nhiễu
Sơ đồ trên, dòng bit được đưa vào khối điều chế sử dụng chòm sao QAM
Tại đầu ra của khối Quadrature Amplitude Modulation (QAM), các ký tự được chuyển đến khối ánh xạ triệt tiêu nhiễu Inter-Carrier Interference (ICI), nơi áp dụng một thuật toán ánh xạ khác Nghiên cứu cho thấy chỉ có các sóng mang lân cận mới có tác động đáng kể đến nhau.
Zhao đã phát triển mô hình ánh xạ tín hiệu ở băng cơ sở, trong đó hai sóng mang liền kề mang cùng một ký tự nhưng có trọng số khác nhau Cụ thể, các cặp dữ liệu (a_i, a_{i-1}) được điều chế lên các sóng mang cạnh nhau với chỉ số lần lượt là 2^i và 2^{i+1}, với i thuộc tập {0, ,N-1} Hình 3.9 cung cấp một cái nhìn trực quan hơn về thuật toán này.
Hình 3 9 Mô tả trực quan ph p ánh xạ [12]
Cấu trúc của một ký tự OFDM được minh họa trong Hình 3.10, trong đó N đại diện cho số lượng sóng mang phụ, hay còn gọi là số điểm của bộ biến đổi Fourier.
Hình 3 10 Cấu trúc một ký tự OFDM
Cấu trúc ký tự OFDM hiện tại cho thấy rằng số sóng mang có ích trong một ký tự OFDM chỉ bằng một nửa so với trước đây, dẫn đến hiệu quả sử dụng phổ thấp Tuy nhiên, hệ số ICI tại máy thu lại thấp hơn so với hệ thống thông thường Phương pháp này có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Đơn giản, dễ thực hiện ở cả máy phát và máy thu
Có khả năng bù lệch tần số gây ra do vấn đề chênh lệnh tần các số bộ dao động nội
Quá đơn giản, không thể chống lại ảnh hưởng của kênh vô tuyến biến thiên nhanh
Hiệu quả sử dụng phổ bị giảm đi bằng một nửa so với hệ thống không sử dụng phương pháp tự triệt tiêu nhiêu
3.2.2 Phương pháp cân bằng kênh sử dụng ma trận kênh trong miền tần số
Trong quá trình ước lượng kênh truyền, máy thu nhận được đáp ứng xung của kênh thông qua các phiên bản trễ của tín hiệu dẫn đường Cấu trúc tín hiệu dẫn đường này được đánh giá là ưu việt, phù hợp với kênh có khoảng thời gian ổn định tương ứng với một độ dài ký tự OFDM, với t = B, trong đó B là băng thông của hệ thống Giả sử, trong khoảng thời gian của một độ dài ký tự OFDM, ma trận chưa đáp ứng xung của kênh truyền sẽ được xem xét.
Trong phương trình (3.31), h l n đại diện cho đáp ứng xung kênh truyền của tuyến truyền dẫn thứ l và sóng mang thứ n, với L là số tuyến truyền dẫn của kênh Ma trận kênh truyền được ước lượng trong miền thời gian, trong đó mỗi dòng tương ứng với đáp ứng xung của một tuyến truyền dẫn Từ ma trận h, có thể xác định ma trận kênh tương ứng trong miền tần số.
[14] được tính toán theo công thức (3.32):
Giả sử tín hiệu phát đi trong miền tần số được biểu diễn dưới dạng vector x Tín hiệu thu được trong miền tần số được mô tả bởi phương trình: w y = Hx + (3.34).
Trong quá trình khôi phục tín hiệu phát tại máy thu, cần phải nghịch đảo ma trận H, trong đó y và w lần lượt đại diện cho các vector của tín hiệu nhận được và nhiễu.
Trong công thức này, ảnh hưởng của vector nhiễu không được tính đến X là vector tín hiệu khôi phục tại máy thu Phương pháp này có một số ưu điểm đáng chú ý.
Cấu trúc máy thu đơn giản, dễ thiết kế
Hiệu năng tốt trong trường hợp ước lượng kênh truyền hiệu quả
Độ phức tạp tính toán cao do phép nghịch đảo ma trận
Không thể nghịch đảo ma trận kích cỡ lớn khi ước lượng kênh không tốt
3.2.3 Phương pháp cân bằng kênh sử dụng ma trận kênh con
Từ nhược điểm của phương pháp cân bằng kênh sử dụng ma trận kênh đầy đủ,
Joen và cộng sự đã phát minh ra một phương pháp khôi phục tín hiệu mới, sử dụng các ma trận con để giảm độ phức tạp so với phương pháp truyền thống, mặc dù điều này dẫn đến một số đánh đổi về hiệu năng Cụ thể, họ đã rút gọn ma trận kênh được trình bày trong công thức (3.31).
Với q là số hệ số ICI có giá trị vượt trội [14] Do phép nghịch đảo ma trận H có độ phức tạp lớn do N lớn, ma trậnH được tạo thành:
Với i1, ,N .Lại có thể biểu diễn quan hệ w y H x (3.39)
Do xH 1 y (3.40) Phép nghịch đảo ma trận H '' được thực hiện:
H (3.41) Để khôi phục được ký tự thứ n , phương trình sau được áp dụng:
Sau khi thực hiện phép nghịch đảo, ký tự thứ n trở thành phần tử đầu tiên của vector x n Với 0 ≤ q ≤ N - 1, các ký tự từ 0 đến N - 1 được khôi phục Để khôi phục đầy đủ N ký tự, ta cần thêm q ký tự cuối của vector y n Ưu điểm của phương pháp này là khả năng phục hồi chính xác và hiệu quả các ký tự cần thiết.
Thuật toán đơn giản dễ thực hiện
Tránh được lỗi ma trận không thể nghịch đảo
Hiệu năng thấp do phép xấp xỉ ma trận con
Trong chương này, chúng tôi trình bày một cấu trúc tín hiệu dẫn đường nhằm ước lượng đáp ứng xung của tất cả các tuyến truyền dẫn Sau khi xác định giá trị đáp ứng xung tại các vị trí trễ tương ứng, kỹ thuật nội suy được áp dụng để thu thập toàn bộ thông tin kênh truyền trong suốt thời gian truyền Chương cũng đề cập đến thuật toán cân bằng kênh mới được đề xuất, phát triển dựa trên phương pháp cũ, hứa hẹn mang lại hiệu năng tốt hơn với độ phức tạp thấp hơn.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Thông số mô phỏng
Thông số mô phỏng hệ thống được đưa ra trong Bảng 4.1:
Bảng 4 1 Thông số mô phỏng của hệ thống
Mô hình kênh Winner II D2a
Số mẫu khoảng bảo vệ 4
Số ký tự mô phỏng 100
Chòm sao điều chế QAM 16
Trong kịch bản LTE R, tàu có thể đạt tốc độ lên đến 500 km/h Hệ thống hoạt động ở các tần số 0.7, 0.8 và 2.6 GHz, cho phép đạt được tần số Doppler tối đa 1204 Hz, tương ứng với chỉ số trải trễ Doppler 0.12.
So sánh giá trị MSE giữa các phương pháp trên miền thời gian
Hình 4 1 So sánh tỷ lệ MSE giữa các phương pháp khác nhau trên miền thời gian
Giá trị MSE của hai phương pháp đề xuất trên miền thời gian cho thấy tỷ lệ lỗi thấp hơn đáng kể so với các phương pháp khác Nguyên nhân là do chương trình áp dụng cấu trúc chèn tín hiệu mới, giúp hạn chế sự biến thiên nhanh về mặt thời gian của kênh truyền Bên cạnh đó, việc sử dụng hàm nội suy bậc 3 cũng mang lại kết quả tốt hơn so với phương pháp nội suy tuyến tính.
So sánh giá trị SER giữa các phương pháp trên miền thời gian
Hình 4.2 trình bày kết quả mô phỏng của hệ thống với các phương pháp lọc nhiễu khác nhau:
Hình 4 2 So sánh giá trị lỗi ký tự SER giữa các phương pháp tại tần số Doppler max 1204 f D Hz
Kết quả cho thấy phương pháp Zhao01 có hiệu suất kém nhất, điều này do tính đơn giản và hiệu năng không ổn định với hệ thống có giá trị chênh lệch tần số khác nhau Phương pháp Linear mặc dù có hiệu năng tốt hơn nhưng vẫn thua kém so với hai phương pháp Cubic Hermite và Cubic Spline So sánh cho thấy giá trị lỗi SER của hai phương pháp đề xuất này thấp hơn đáng kể nhờ khả năng ước lượng kênh chính xác hơn Bên cạnh đó, việc sử dụng phương pháp cân bằng kênh trong hai phương pháp đề xuất giúp cải thiện chất lượng tín hiệu khôi phục so với các phương pháp không sử dụng bộ cân bằng kênh.
Phương pháp Cubic Spline cho thấy hiệu quả vượt trội với tỷ số lỗi ký tự tốt nhất, nhờ vào việc sử dụng toàn bộ thông tin từ kênh truyền để cân bằng kênh Kết quả rõ ràng khi tần số Doppler đạt 1204 Hz, cho thấy Cubic Spline là phương pháp hiệu quả nhất, tiếp theo là phương pháp Cubic Hermite.
Bảng 4 2 Bảng so sánh chạy chương trình của hai phương pháp đề xuất
Tên phương pháp Thời gian chạy
Nội suy Cubic Hermite miền thời gian
Nội suy Cubic Spline miền thời gian
18.397s Điểm chung của hai phương pháp Cubic Hermite và Cubic Spline:
Cả hai phương pháp nội suy đều áp dụng cấu trúc mẫu tín hiệu dẫn đường được chèn ở miền thời gian, giúp tỷ lệ mẫu tín hiệu dẫn đường trên tỷ lệ mẫu tín hiệu mang thông tin thấp, từ đó tăng tốc độ ước lượng.
Lý do thứ hai là do xây dựng phương trình bậc 3 nhưng chỉ cần tính đến đạo hàm bậc 1 nên thời gian tính toán được rút ngắn đáng kể.
Bảng 4.2 cho thấy thời gian chạy của cả hai phương pháp gần như tương đương Tuy nhiên, phương pháp Cubic Hermite có thời gian tính toán nhanh hơn so với Cubic Spline, cho thấy rằng độ phức tạp trong tính toán của phương pháp này được xử lý hiệu quả hơn.
Chương này trình bày kết quả mô phỏng đánh giá các phương pháp cân bằng kênh và lọc nhiễu, với sự so sánh giá trị MSE và SER trên miền thời gian tại tần số Doppler f D max = 1204 Hz Kết quả cho thấy hai phương pháp mới, Cubic Hermite và Cubic Spline, có tỷ lệ lỗi thấp hơn đáng kể so với phương pháp cũ, đồng thời thể hiện hiệu năng cao hơn và độ phức tạp thuật toán thấp Điều này phần nào chứng minh khả năng giải quyết bài toán truyền thông trên tàu tốc độ cao.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong luận văn, tôi đã chỉ ra rằng sự biến đổi nhanh chóng của kênh truyền theo thời gian là nguyên nhân chính gây khó khăn trong việc ước lượng kênh và lọc nhiễu ICI Để giải quyết vấn đề này, tôi tập trung vào các phương pháp ước lượng kênh và lọc nhiễu cho hệ thống LTE R, đặc biệt là đề xuất sử dụng phương pháp ước lượng kênh trên miền thời gian với hai kỹ thuật nội suy Cubic Hermite và Cubic Spline Hai phương pháp này áp dụng cấu trúc mẫu tín hiệu dẫn đường trên miền thời gian, mang lại kết quả nội suy kênh vượt trội so với các phương pháp nội suy hiện tại.
Hai phương pháp mà tôi đề xuất nhằm nâng cao giá trị ước lượng so với phương pháp nội suy tuyến tính Trong trường hợp kênh truyền biến đổi nhanh, giá trị đáp ứng xung trong một chu kỳ tín hiệu OFDM không còn tuyến tính, dẫn đến tỷ lệ lỗi bình phương tối thiểu cao khi sử dụng nội suy tuyến tính Một giải pháp đơn giản là sử dụng nhiều mẫu tín hiệu dẫn đường hơn, nhưng điều này làm giảm tốc độ truyền dữ liệu Do đó, hướng nghiên cứu tiếp theo của tôi là giảm độ phức tạp của bộ cân bằng kênh Đồng thời, hệ thống sử dụng nhiều ăng ten thu phát cũng sẽ được nghiên cứu để thử nghiệm thuật toán mới Một hướng nghiên cứu khác là nâng cao hiệu năng của khâu ước lượng kênh nhằm giảm độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và nâng cao chất lượng hệ thống.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Văn Đức và các bạn sinh viên trong Phòng nghiên cứu Thông tin di động, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp Mặc dù luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các thầy cô để cải thiện hơn nữa Tôi cũng hy vọng sẽ nhận được sự tư vấn quý báu từ các thầy cô trong hành trình nghiên cứu và ứng dụng công việc sau này.
Một lần nữa, em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô!