Đang tải... (xem toàn văn)
Đồng bộ trong OFDM (SYNCHRONIZATION IN OFDM)
SEMINAR: ĐỒNG BỘ TRONG OFDM (SYNCHRONIZATION IN OFDM) NGƯỜI BÁO CÁO: VŨ HÙNG CƯỜNG PHỤ TRÁCH MÔN HỌC: PGS-TS NGUYỄN HỮU PHƯƠNG KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CAO HỌC KHÓA 22-2012 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, HƯỚNG ĐT-VT-MT TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TPHCM - TP.HCM-2013 - MỤC LỤC: I- Khái niệm Đồng Hệ thống OFDM II- Tổng quan Giải pháp thông thường để Đồng hóa OFDM III- Nghiên cứu Trường hợp: Đồng hóa tần số mù OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo I-Khái niệm Đồng Hệ thống OFDM 1.Vấn đề đồng (Synchronization): Đồng phần thiêt yếu máy thu OFDM Nếu đồng trình giải điều chế bị giảm cấp hiệu suất vận hành hệ thống do: - Sai hỏng Dao động (oscilator impairments); - Sai lệch đồng hồ (Clock differences); - Tạp nhiễu pha (phase noise) 1.Vấn đề đồng bộ: Máy thu cần phải đồng với biên ký hiệu (symbol) miền thời gian; đồng thời phải khóa với tần số sóng mang (subcarrier) 2 Độ lệch Định (Timing Offset): Không có can nhiễu liên sóng mang (ISI), tín hiệu thu là: (1) θ đường bao méo dạng trễ (delay distorsion), d độ lêch thời gian lấy mẫu (sampling time offset) Sau biến đổi Fourrier nhanh (FFT), ta có: (2) Độ lệch pha đưa vào tác dụng đến tất sóng mang cách tuyến tính Những xoay pha chỉnh sửa tầng ước lượng kênh 2 Độ lệch Tần số (Frequency Offset): OFDM nhạy với độ lệch tần số tạo can nhiễu liên sóng mang (ICI): sóng mang bị can nhiễu tất sóng mang khác Nếu yk tín hiệu thu độ lệch thời gian, δf độ lệch tần số, thì: (3) Sau FFT ta có: (4) Trong θ(δF) thành phần suy giảm (attenuation component) đồng thời thành phần can nhiễu (interference component) từ sóng mang khác 4 Tạp nhiễu Pha (Phase Noise): Tạp nhiễu pha sinh tầng trung gian trình giải điều chế, RF IF Tạp nhiễu pha trình ngẫu nhiên có trung bình zero đô lệch pha dao động phổ mật độ công suất (PSD) tạp nhiễu pha chuẩn hóa với công suất ngõ dao dộng sóng sin Tạp nhiễu pha tiêu biểu hình PSD lọc thông cao (high-pass) với Vòng khóa pha (PLL) dao động khóa cho điều chế trung gian (intermediate modulation) 4 Tạp nhiễu Pha (Phase Noise) (tt): Ngõ giải điều chế máy thu là: (5) Với ϕ (k) tạp nhiễu pha cho sóng mang thứ k, xấp xỉ 1+jφ(k), đó: (6) Tạp nhiễu Pha (Phase Noise) (tt): Thành phần thứ nhì phương trình nhiễu loạn pha ngẫu nhiên (random phase disturbance), xảy ký hiệu Thành phần gọi Sai lỗi pha chung CPE (Common Phase Error), sẵn sàng bị triệt tiêu cách đo độ lệch pha sóng mang dẫn dường (pilot subcarrier) , trừ độ xoay pha cho tất cà sóng mang Thành phần thứ phương trình can nhiễu liên sóng mang ICI, có tính kỳ dị (peculiar) Can nhiễu xử lý tạp nhiễu Gauss sóng mang độc lập vơi II-Tổng quan Giải pháp thông thường để Đồng hóa OFDM Những thuật toán đồng hóa OFDM chia thành loại sau: - Những phương pháp có liệu trợ giúp, gọi phương pháp DA (Data Aided), pp Đồng hóa Thời gian-Tần số với Trợ giúp Dẫn đường (Pilot-Assisted Time/Frequency Synchronization) - Những phương pháp liệu trợ giúp, gọi phương pháp NDA (Non-data Aided), Đồng hóa Thời gian-Tần số Mù (Blind Time-Frequency Synchronization) 1 Đồng hóa Thời gian-Tần số với Trợ giúp Dẫn đường (Pilot-Assisted Time/Frequency Synchronization): - Những phương pháp đặt sở tín hiệu dẫn đường (pilot) thích hợp với truyền thông tốc độ cao, đồng hóa phải thực với khả nhanh - Ban đầu đồng hóa frame thực để tách điểm bắt đầu frame kênh tiêu biểu đưa vào độ lệch tần số chưa biết độ trễ thời gian chưa biết Điều thực cách lấy tương quan (correlation) tín hiệu ngõ vào với preamble biết 1 Đồng hóa Thời gian-Tần số với Trợ giúp Dẫn đường(tt): Sửa sai tần số thực nhờ Bộ dao động điều khiển điện áp VCO đầu cuối tương tự Ngoài thực digital cách nhân tín hiệu thu với tín hiệu ước lượng phía trước FFT 2 Đồng hóa Thời gian-Tần số Mù (Blind TimeFrequency Synchronization): - Đồng bô hóa mù phép ước lượng dẫn đường đặt sở phương pháp ươc lượng khả lớn MLE (Maximum Likelihood Estimation) - Như biết, ký hiệu OFDM mở rộng tuần hoàn, lặp lại đuôi ký hiệu khoảng phòng vệ (guard interval) Đặc tính dừng tuần hoàn (cyclostationary) giúp cho việc lấy trung bình qua môt số lớn ký hiệu OFDM - Kết hệ thống ước lượng định ký hiệu to, độ lêch tần số fo, độ rộng ký hiệu T 2 Đồng hóa Thời gian-Tần số Mù (tt): Ước lượng tử tối ưu (Optimum estimator) tối đa hóa biểu thức sau để tìm kết quả: (7) Trong y tín hiệu thu được, TG độ dài khoảng phòng vệ (guard interval length) III- Nghiên cứu Trường hợp: Đồng hóa tần số mù OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo: Công trình “Đồng hóa Tần số Mù OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo” (Blind frequency synchronization in OFDM via diagonality criterion) Timo Roman, Samuli Visuri and Visa Koivunen Senior Member, IEEE, Phòng Thí nghiệm Xử lý Tín hiệu, Khoa Kỹ thuật Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Hensinki, Phần Lan Công trình tài trợ phần Viện Hàn lâm Phần Lan Trường Cao cấp GETA Có thể download tại: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.js p?punumber=78 hoặc: http://lib.tkk.fi/Diss/2006/isbn951228104X/arti Giới thiệu giải pháp: * Roman et al giải toán ước lượng Độ lệch tần số sóng mang (CFO) cho OFDM trường hợp kênh chọn lọc tần số CFO phá hủy tính trực giao sóng mang làm cho ma trận hiệp phương sai tín hiệu tính chéo (non-diagonal) miền tần số * Phương pháp đồng hóa mù đề xuất giúp tái tạo cấu trúc chéo cách làm cực tiểu thành phần công suất không đường chéo Như đặc tính trực giao OFDM với cyclic prefix phục hồi * Phương pháp gọi mù không cần kiến thức tiên nghiệm liệu phát hay kênh, không cần sóng mang ảo Giới thiệu giải pháp(tt): *Phương pháp dẫn xuất lời giải dạng kín, cho ước lượng CFO xác với hiệu tính toán môi trường fa-đing đa đường * Tính vững toán tử ước lượng chứng minh Tốc độ hội tụ thuật toán hàm số kích thước mẫu phân tích Để có suất vận hành với mẫu lớn, cận Cramer Rao CRB (Cramer Rao bound) dẫn xuất cho toán CFO mù CRB dẫn xuất giả thiết mô hình Gauss tổng quát cho tín hiệu OFDM, đươc áp dụng cho phương thức điều chế chu tuyến (circular) không chu tuyến (non-circular) * Cuối cùng, kết giả lập việc ước lượng CFO báo cáo dựa việc sử dụng mô hình kênh thực tế Kết đánh giá: Công thức dạng kín kết thuật toán: (8) CFO ước lượng cách chọn giá trị tương ứng với cực tiểu hàm chi phí: (9) Kết giả lập: [3] Estimated frequency offset and cost function over time (1 realization), ɛ = 0.43 and SNR=15dB Kết giả lập(tt): [3] Covariance matrix structure without (on the left) and with (on the right) frequency offset compensation for ɛ = 0.43, QPSK modulation and SNR=15 dB Dark colors correspond to high absolute values Estimation has been performed over 10000 blocks Total off-diagonal power gets reduced by 19.8 dB In successful CFO compensation, non-diagonal elements are zero and only the diagonal terms remain KẾT LUẬN: Đồng hóa OFDM ràng buộc kỹ thuật Thiếu đồng thời gian hay tần số làm cho suất vận hành hệ thống giảm sút Có nhiều phương pháp thuật toán Đồng hóa cho OFDM Những phương pháp DA cần phải có tín hiệu dẫn đường (pilot) Những phương pháp NDA không cần trợ giúp liệu tiên nghiệm, thuật toán cồng kềnh, đòi hỏi khả phần cứng Lý thuyết Xử lý tín hiệu số Các phương pháp thống kê kiến thức tiên cho việc nghiên cứu vấn đề này./- CÁM ƠN RẤT NHIỀU THANK YOU VERY MUCH CÁM ƠN RẤT NHIỀU THANK YOU VERY MUCH [...]... estimator) tối đa hóa biểu thức sau đây để tìm kết quả: (7) Trong đó y là tín hiệu thu được, TG là độ dài khoảng phòng vệ (guard interval length) III- Nghiên cứu Trường hợp: Đồng bộ hóa tần số mù trong OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo: Công trình Đồng bộ hóa Tần số Mù trong OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo” (Blind frequency synchronization in OFDM via diagonality criterion) của Timo Roman, Samuli Visuri... Total off-diagonal power gets reduced by 19.8 dB In successful CFO compensation, non-diagonal elements are zero and only the diagonal terms remain KẾT LUẬN: Đồng bộ hóa trong OFDM là một ràng buộc của kỹ thuật này Thiếu đồng bộ thời gian hay tần số sẽ làm cho năng suất vận hành của hệ thống giảm sút Có nhiều phương pháp và thuật toán Đồng bộ hóa cho OFDM Những phương pháp DA cần phải có tín hiệu dẫn... ngõ vào với một preamble đã biết 1 Đồng bộ hóa Thời gian-Tần số với Trợ giúp Dẫn đường(tt): Sửa sai tần số được thực hiện nhờ Bộ dao động điều khiển bằng điện áp VCO ở đầu cuối tương tự Ngoài ra còn có thể thực hiện digital bằng cách nhân tín hiệu thu với một tín hiệu ước lượng phía trước FFT 2 Đồng bộ hóa Thời gian-Tần số Mù (Blind TimeFrequency Synchronization): - Đồng bô hóa mù là phép ước lượng...1 Đồng bộ hóa Thời gian-Tần số với Trợ giúp Dẫn đường (Pilot-Assisted Time/Frequency Synchronization): - Những phương pháp đặt cơ sở trên tín hiệu dẫn đường (pilot) thích hợp hơn với truyền thông tốc độ cao, bởi vì sự đồng bộ hóa phải được thực hiện với khả năng nhanh nhất - Ban đầu sự đồng bộ hóa frame được thực hiện để tách điểm bắt đầu một frame... Likelihood Estimation) - Như đã biết, ký hiệu OFDM mở rộng tuần hoàn, là sự lặp lại cơ bản đuôi của ký hiệu trong khoảng phòng vệ (guard interval) Đặc tính dừng tuần hoàn (cyclostationary) này có thể giúp cho việc lấy trung bình qua môt số lớn ký hiệu OFDM - Kết quả là hệ thống ước lượng được định thì ký hiệu to, độ lêch tần số fo, và độ rộng ký hiệu T 2 Đồng bộ hóa Thời gian-Tần số Mù (tt): Ước lượng... với hiệu quả tính toán trong những môi trường fa-đing đa đường * Tính vững chắc của toán tử ước lượng được chứng minh Tốc độ hội tụ của thuật toán như là một hàm số của kích thước mẫu cũng được phân tích Để có được năng suất vận hành với mẫu lớn, cận Cramer Rao CRB (Cramer Rao bound) được dẫn xuất cho bài toán CFO mù CRB dẫn xuất giả thiết một mô hình Gauss tổng quát cho tín hiệu OFDM, có thể đươc áp... trực giao giữa các sóng mang làm cho những ma trận hiệp phương sai của tín hiệu mất tính chéo (non-diagonal) trong miền tần số * Phương pháp đồng bộ hóa mù được đề xuất giúp tái tạo cấu trúc chéo bằng cách làm cực tiểu những thành phần công suất không ở đường chéo Như vậy đặc tính trực giao của OFDM với cyclic prefix được phục hồi * Phương pháp được gọi là mù vì nó không cần kiến thức tiên nghiệm của... Trường Đại học Kỹ thuật Hensinki, Phần Lan Công trình này được tài trợ một phần bởi Viện Hàn lâm Phần Lan và Trường Cao cấp GETA Có thể download tại: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.js p?punumber=78 hoặc: http://lib.tkk.fi/Diss/2006/isbn951228104X/arti Giới thiệu giải pháp: * Roman et al giải quyết bài toán ước lượng Độ lệch tần số sóng mang (CFO) cho OFDM trong trường hợp các kênh ... Khái niệm Đồng Hệ thống OFDM II- Tổng quan Giải pháp thông thường để Đồng hóa OFDM III- Nghiên cứu Trường hợp: Đồng hóa tần số mù OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo I-Khái niệm Đồng Hệ thống OFDM 1.Vấn... Nghiên cứu Trường hợp: Đồng hóa tần số mù OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo: Công trình Đồng hóa Tần số Mù OFDM qua Tiêu chuẩn Đường Chéo” (Blind frequency synchronization in OFDM via diagonality... đề đồng (Synchronization) : Đồng phần thiêt yếu máy thu OFDM Nếu đồng trình giải điều chế bị giảm cấp hiệu suất vận hành hệ thống do: - Sai hỏng Dao động (oscilator impairments); - Sai lệch đồng