Ước lượng mù offset tần số sóng mang trong hệ thống ofdm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC HIỀN ƢỚC LƢỢNG MÙ OFFSET TẦN SỐ SÓNG MANG TRONG HỆ THỐNG OFDM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC HIỀN ƢỚC LƢỢNG MÙ OFFSET TẦN SỐ SÓNG MANG TRONG HỆ THỐNG OFDM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC HIỀN ƢỚC LƢỢNG MÙ OFFSET TẦN SỐ SÓNG MANG TRONG HỆ THỐNG OFDM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Ngọc Hiền Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 03/4/1989 Nơi sinh: Bình Dƣơng Quê quán: Hà Nội Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Phòng Hành chính, Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một - Số 6, đƣờng Trần Văn Ơn, phƣờng Phú Hòa, Tp Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dƣơng Điện thoại nhà riêng: (0650) 3827391 E-mail: hiennn@tdmu.edu,vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: tháng 9/2007 đến 6/ 2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp HCM Ngành học: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Đồ án tốt nghiệp: “Ứng dụng công nghệ GPS định vị đối tƣợng” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Tháng 02/2012 Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Trƣơng Ngọc Sơn III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác 07/2012 đến Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một Công việc đảm nhiệm Chuyên viên Phòng Hành LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên ghi rõ họ tên) CẢM TẠ Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý thầy cô Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt Thầy, Cô thuộc khoa Điện – Điện tử phận Sau Đại học Các thầy cô tận tình giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức vô quý báu nhƣ hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học cao học Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Phạm Hồng Liên, trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ, hỗ trợ tài liệu định hƣớng nghiên cứu giúp hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè, ngƣời thân, đồng nghiệp trực tiếp hay gián tiếp giúp đỡ, chia sẻ, động viên nhiều để hoàn thành khóa học luận văn Tôi xin gửi đến gia đình, Quý thầy cô, bạn bè, ngƣời thân lời kính chúc sức khỏe, hạnh phúc thành công TÓM TẮT Kỹ thuật điều chế ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều hệ thống truyền dẫn không dây ƣu điểm bật hiệu sử dụng phổ cao, tiết kiệm băng thông, khả chống lại fading chọn lọc theo tần số Tuy nhiên, vấn đề kỹ thuật đặc tính nhạy cảm với độ lệch tần số sóng mang (CFO) Sự xuất CFO sóng mang phía thu làm tính trực giao sóng mang dẫn đến tƣợng nhiễu liên sóng mang Để giảm thiểu tối đa ảnh hƣởng CFO hệ thống OFDM, ngƣời ta sử dụng nhiều phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO khác Các phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO đƣợc phân thành loại: ƣớc lƣợng mù, ƣớc lƣợng bán mù ƣớc lƣợng rõ Ƣớc lƣợng bán mù phƣơng pháp kết hợp ƣớc lƣợng rõ ƣớc lƣợng mù Phƣơng pháp ƣớc lƣợng rõ đòi hỏi phát phải truyền định kỳ tín hiệu biết sẵn đến thu (hay gọi chuỗi huấn luyện), phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù ngƣợc lại không yêu cầu chuỗi huấn luyện xác định Luận văn tập trung tìm hiểu phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào không gian mới, cách khai thác nullspace ma trận giảm bậc Các kết mô thu đƣợc từ phƣơng pháp cho thấy khả ƣớc lƣợng CFO tốt phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù khác (ƣớc lƣợng mù dựa vào CP dựa vào tiêu chuẩn “Diagonality”), môi trƣờng có nhiễu ABSTRACT OFDM is now being widely used in many wireless transmission system due to the outstanding advantages of high spectral efficiency, bandwidth savings, resistant to fading frequency selectivity However, the basics of this technique is characteristic sensitivity to the carrier frequency offset (CFO) The presence of CFO in subcarrier at the receiver will destroy orthogonal between subcarriers leads to inter - carrier interference To minimize the influence of the CFO in OFDM systems, many various CFO estimation methods have been used in the past These methods can be generally divided into: blind estimation, semi – blind estimation and data-aided (or trainning sequence) Semi – blind method is combined blind estimation with trainning sequence Data-aided method required transmitter must transmit knowledge singnals to receiver periodical, while blind method is used not trainning sequence This thesis focuses to search about blind CFO estimation method based on new subspace, by solving the nullspace of the rank-reduced matrix places Simulation results show that the used method perform better than the other blind CFO estimations (blind CFO estimation based on CP and blind CFO estimation based on Diagonality criterion), including the environment has noise MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC LỜI CAM ĐOAN CẢM TẠ TÓM TẮT ABSTRACT MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC BẢNG Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nƣớc công bố .1 1.2 Mục đích nghiên cứu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài .3 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Kế hoạch thực Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung .5 2.2 Cơ OFDM .6 2.2.1 Sự phát triển OFDM .6 2.2.2 Nguyên lý OFDM 2.2.3 Sơ đồ khối hệ thống OFDM .10 2.2.3.1 Ánh xạ điều chế 12 2.2.3.2 Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song 15 2.2.3.3 Chuyển đổi miền tần số sang miền thời gian .16 2.2.3.4 Chèn khoảng bảo vệ 17 2.2.3.5 Điều chế RF .18 2.2.3.6 Máy thu OFDM 19 2.3 Ƣu điểm – nhƣợc điểm hệ thống OFDM 22 2.3.1 Ƣu điểm hệ thống OFDM 22 2.3.2 Nhƣợc điểm hệ thống OFDM 23 2.4 Offset tần số sóng mang (CFO) hệ thống OFDM 23 2.4.1 Độ lệch tần số 23 2.4.2 Nguyên nhân gây CFO 23 2.4.3 Ảnh hƣởng CFO 27 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ƢỚC LƢỢNG CFO 31 3.1 Phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO sử dụng thuật toán dựa vào chuỗi huấn luyện 31 3.2 Phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO mù 33 3.2.1 Ƣớc lƣợng CFO mù dựa vào tiêu chuẩn “diagonality” 33 3.2.2 Ƣớc lƣợng CFO mù dựa vào tiền tố vòng CP (cyclic prefix) 33 3.3 Phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO bán mù 34 3.3.1 Ƣớc lƣợng CFO bán mù dựa vào tiền mã hóa 34 Tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO mù, số lƣợng lớn khối đƣợc yêu cầu để đạt chất lƣợng MSE tốt Vì vậy, điều gây sai số SNR = 15dB trở lên 34 3.3.2 Ƣớc lƣợng CFO bán mù dựa vào pilot .35 Chƣơng THUẬT TOÁN ƢỚC LƢỢNG MÙ CFO DỰA VÀO KHÔNG GIAN CON MỚI TRONG HỆ THỐNG OFDM 36 4.1 Mô hình hệ thống 36 4.2 Thuật toán ƣớc lƣợng CFO .37 4.3 Tóm tắt thuật toán ƣớc lƣợng CFO .42 Chƣơng KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .44 5.1 Sai số bình phƣơng trung bình (MSE) 44 5.2 Kết mô 44 5.2.1 Kết mô MSE ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian 44 5.2.2 So sánh phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO thực với phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù khác 51 Chƣơng KẾT LUẬN 54 6.1 Kết đạt đƣợc .54 6.2 Hạn chế đề tài 55 6.3 Hƣớng phát triển đề tài 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC A .59 PHỤ LỤC B .61 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit-Error Rate CFO Carrier Frequency Offset CP Cyclic Prefix DFT Dscrete Fourier Transform FDM Frequency Division Mutiplexing FFT Fast Fourier Transform ICI Inter-Carrier Interference IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IFFT Inverse Fast Fourier Transform ISI Inter-Symbol Interference LOS Light-of-Sight LS Least Square MC Multicarrier Communication ML Maximum Likelihood M-PSK M-Phase Shift Keying MSE Mean Square Error OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing P/S Parallel to Serial PAPR Peark-to-Average Power Ratio QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quaternary Phase-shift Keying S/P Serial to Parallel SNR Signal-Noise Ratio DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) Hình 2.2: Phổ s ng mang hệ thống OFDM Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống OFDM với kênh truyền AWGN .11 Hình 2.4: Bộ điều chế giải điều chế .12 Hình 2.5: Quan hệ tốc độ ký tự tốc độ bit phụ thuộc vào số bit 12 ký tự 12 Hình 2.6: Chòm 4-PSK 16-PSK 13 Hình 2.7: Chòm QAM 16 64 14 Hình 2.8: Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song ngƣợc lại .15 Hình 2.9: Bộ IFFT FFT 16 Hình 2.10: Chèn khoảng dự trữ vào ký hiệu OFDM 17 Hình 2.11: Mô tả ứng dụng chuỗi bảo vệ chống nhiễu ISI .18 Hình 2.12: Mô hình đơn giản hệ thống truyền thông OFDM 20 Hình 2.13: Biểu diễn thời gian – tần số ký hiệu khung OFDM 21 Hình 2.14: Sơ đồ khối tạo dao động tần số cao 25 Hình 2.15: Đáp ứng thông thấp tƣơng đƣơng cộng hƣởng 26 Hình 2.16: Mật độ phổ công suất nhiễu pha 27 Hình 2.17: Ảnh hƣởng CFO hệ thống OFDM làm tính trực giao sóng mang 27 Hình 2.18: Mô hình độ dịch tần 28 Hình 3.1: Chuỗi huấn luyện ký tự OFDM .32 Hình 5.1: Mô chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian với ; Q=2 J thay đổi 45 Hình 5.2: Mô chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian với ; Q=9 J thay đổi 46 Hình 5.3: Mô chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian với lần lƣợt cặp J, Q thay đổi 47 Hình 5.4: Mô chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian với ; Q=2 J thay đổi 48 Hình 5.5: Mô chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian với ; Q=9 J thay đổi 49 Hình 5.6: Mô chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian với lần lƣợt cặp J, Q thay đổi 50 Hình 5.7: So sánh MSE phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào không gian với hai phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào CP dựa vào tiêu chuẩn “Diagonality”, với tín hiệu điều chế QPSK 51 Hình 5.8: So sánh MSE phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào không gian với hai phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào CP dựa vào tiêu chuẩn “Diagonality”, với tín hiệu điều chế 16-QAM .52 Hình 5.9: So sánh MSE phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào không gian với hai phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào CP dựa vào tiêu chuẩn “Diagonality”, với tín hiệu điều chế 64-QAM .53 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Ảnh hƣởng CFO lên tín hiệu thu đƣợc 28 Bảng 5.1: Các thông số dùng mô 44 Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nƣớc công bố Trong năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng đƣợc nghiên cứu mở rộng phạm vị ứng dụng Với ƣu điểm nhƣ hiệu suất sử dụng phổ cao, tiết kiệm băng thông, khả chống lại fading chọn dọc theo tần số nhƣ nhiễu băng hẹp… OFDM đƣợc ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin vô tuyến hệ mới, đặc biệt hệ thống thông tin di động 4G Tuy nhiên, bên cạnh ƣu điểm hệ thống OFDM, n chịu ảnh hƣởng hai hạn chế đ là: Tỷ số công suất đỉnh trung bình (PAPR: Peark-toAverage Power Ratio) lớn độ nhạy cao với độ lệch tần số sóng mang (CFO: Carrier Frequency Offset) Sự xuất CFO sóng mang phía thu làm tính trực giao sóng mang dẫn đến tƣợng nhiễu liên sóng mang (ICI: Inter Carrier Interference), từ đ làm tăng tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) Độ lệch tần số tạo hiệu ứng Doppler tƣơng quan theo dịch chuyển máy phát máy thu, hay khác biệt tần số dao động nội máy phát máy thu Đã c nhiều công trình nghiên cứu khác ƣớc lƣợng CFO nhằm khắc phục ảnh hƣởng hệ thống OFDM Hiện nay, ƣớc lƣợng CFO chia thành ba loại: ƣớc lƣợng rõ (dựa vào chuỗi liệu thêm vào hay gọi chuỗi huấn luyện), ƣớc lƣợng bán mù ƣớc lƣợng mù (không sử dụng thêm liệu bổ sung) Trong ƣớc lƣợng rõ, CFO đƣợc ƣớc lƣợng phổ biến việc truyền định kỳ ký tự pilot Tuy nhiên, ký tự pilot thêm vào làm tốn băng thông sử dụng, đặc biệt trƣờng hợp truyền liên tục Ƣớc lƣợng bán mù kỹ thuật lai kỹ thuật ƣớc lƣợng mù kỹ thuật ƣớc lƣợng rõ, bƣớc cải thiện hiệu băng thông so với phƣơng pháp truyền định kỳ ký tự pilot, nhƣng thƣờng phụ thuộc vào nhiều giả định khác nhƣ cần có ký tự pilot riêng, hai khối liệu OFDM liên tiếp giống nhau, vài cấu trúc đặc biệt ký tự OFDM Gần đây, phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO ngày đƣợc quan tâm khai thác mạnh mẽ, với dung lƣợng băng thông đƣợc bảo toàn mà không sử dụng thêm liệu bổ sung Có nhiều phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO đƣợc khai thác tài liệu khác nhƣ: dựa vào tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix) [1], lấy cực tiểu công suất phần tử đƣờng chéo ma trận hiệp phƣơng sai tín hiệu miền tần số [2], sử dụng thuật toán MUSIC-like CFO dựa tồn sóng mang rỗng tiền tố vòng dài đƣợc áp dụng miền thời gian miền tần số [3], dựa vào thống kê bậc hai [4]… Trong số phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù khác nhau, phƣơng pháp dựa vào không gian [5-6] đƣợc xem bật mà gần đƣợc chứng minh đem lại hiệu ƣớc lƣợng tốt mà không làm tiêu tốn băng thông sử dụng Những phƣơng pháp đƣợc chứng minh mô hình tín hiệu bậc giảm gây s ng mang không điều chế hay sóng mang ảo VC (Virtual Carriers) cạnh khối OFDM, nhằm mục đích giảm thiểu giao thoa gây hệ thống OFDM liền kề Đối với nghiên cứu thực nƣớc trƣớc đây, chủ yếu tập trung vào ƣớc lƣợng CFO phƣơng pháp bán mù dựa vào pilot, dựa vào phƣơng pháp ML (Maximum Likelihood) ([22], [23]) phƣơng pháp ƣớc lƣợng rõ dựa vào chuỗi huấn luyện đƣợc truyền định kỳ máy phát; chƣa sâu khai thác nhiều phƣơng ƣớc lƣợng mù CFO Đa số nghiên cứu ƣớc lƣợng mù đƣợc khai thác ứng dụng cho việc ƣớc lƣợng kênh truyền, nhƣ luận văn [23], tác giả nghiên cứu phƣơng pháp ƣớc lƣợng kênh truyền mù dựa vào thống kê bậc hai… Từ nhìn tổng quan kết nghiên cứu ƣớc lƣợng CFO nêu trên, ngƣời nghiên cứu chọn đề tài: “Ước lượng mù Offset tần số sóng mang hệ thống OFDM” để thực nhằm khai thác hiệu ƣớc lƣợng mà phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù mang lại Khác với nghiên cứu nƣớc thực hiện, luận văn tập trung nghiên cứu phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO, dựa vào ba báo IEEE ([5],[6],[13]), đặc biệt báo [6], ngƣời nghiên cứu chọn giải pháp đƣợc phát triển báo dùng để ƣớc lƣợng CFO, đ thuật toán mù dựa vào không gian mới, cách khai thác nullspace ma trận giảm bậc [6] Chất lƣợng ƣớc lƣợng CFO đƣợc đánh giá thông qua sai số trung bình bình phƣơng MSE cho kết ƣớc lƣợng tốt 1.2 Mục đích nghiên cứu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu: Chọn đề tài: “Ƣớc lƣợng mù offset tần số s ng mang hệ thống OFDM”, ngƣời nghiên cứu tìm hiểu ƣớc lƣợng mù offset tần số s ng mang hay gọi độ lệch tần số s ng mang (CFO) dựa vào phƣơng pháp không gian mới, cách khai thác nullspace ma trận giảm bậc [6], qua đ chứng minh phƣơng pháp đem lại hiệu ƣớc lƣợng CFO tốt phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO mù dựa vào tiền tố vòng CP dựa vào tiêu chuẩn “Diagonality”, kể môi trƣờng c nhiễu Tiến hành mô chất lƣợng ƣớc lƣợng CFO dựa vào phƣơng pháp không gian sử dụng kiểu điều chế tín hiệu khác (QPSK, 16-QAM 64-QAM); đồng thời mô so sánh đánh giá chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO so với phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào tiền tố vòng CP dựa vào tiêu chuẩn “Diagonality” - Đối tƣợng nghiên cứu: Giải thuật ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào phƣơng pháp không gian thông qua việc khai thác nullspace ma trận giảm bậc 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài - Tìm hiểu khái quát phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO - Nghiên cứu phƣơng pháp, giải thuật ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào không gian thông qua việc khai thác nullspace ma trận giảm bậc - Cách thức thực mô chất lƣợng ƣớc lƣợng mù CFO dựa phần mềm Matlab 2013a - Giới hạn đề tài: Chỉ thực so sánh phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO sử dụng luận văn với phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù khác, chƣa so sánh với phƣơng pháp ƣớc lƣợng rõ ƣớc lƣợng bán mù 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu - Dựa sở liệu trực tuyến IEEE (hiệp hội kỹ sƣ điện tử Mỹ), tác giả sƣu tập báo khoa học để nghiên cứu, sử dụng giải thuật ƣớc lƣợng mù CFO đƣợc phát triển nhà nghiên cứu, giáo sƣ Đại học, Viện nghiên cứu giới - Sử dụng phần mềm Matlab để mô chất lƣợng ƣớc lƣợng CFO phƣơng pháp trình bày thông qua biểu diễn sai số bình phƣơng trung bình MSE (Mean square Error) - Công cụ Matlab cho phép hiển thị kết mang tính trực quan kiểm nghiệm phân tích lý thuyết Phần mềm Matlab đƣợc sử dụng đề tài có phiên 2013a 1.5 Kế hoạch thực - Tháng 2, 3/2015: Nghiên cứu sâu giải thuật ƣớc lƣợng mù CFO dựa vào không gian mới, bƣớc đầu xây dựng lƣu đồ giải thuật tiến hành mô chất lƣợng ƣớc lƣợng CFO với số J, Q khác - Tháng 4, 5/2015: Tiến hành thực mô hiệu ƣớc lƣợng phƣơng pháp sử dụng với kiểu điều chế QPSK so sánh với phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù khác Từ đ đƣa nhận xét, đánh giá - Tháng 6,7/2015: Tiến hành thực mô hiệu ƣớc lƣợng phƣơng pháp sử dụng với kiểu điều chế 16-QAM 64-QAM so sánh với phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù khác Từ đ đƣa nhận xét, đánh giá Bắt đầu viết báo cáo luận văn - Tháng 8/2015: Chỉnh sửa, kiểm tra lại luận văn trƣớc hoàn tất để nộp Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung Năm 1966, Chang đƣa mô hình OFDM đạt đƣợc sáng chế năm 1970 OFDM kĩ thuật truyền tải thông tin song song sử dụng số lƣợng lớn s ng mang đƣợc điều chế Những sóng mang chia phần băng thông hữu dụng vừa đủ tách biệt miền tần số cho chúng trực giao với Năm 1971, Weinstein Ebert đề xuất hệ thống OFDM [7] sử dụng biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform-DFT) để tạo sóng mang trực giao thay cho việc sử dụng máy tạo sóng sin Bằng cách sử dụng khối biến đổi DFT ngƣợc (Inverse Discrete Fourier Transform-IDFT) chuyển đổi số-tƣơng tự, họ giảm đƣợc đáng kể độ phức tạp hệ thống Trong mô hình đƣợc đƣa ra, tín hiệu băng gốc đƣợc điều chế biến đổi IDFT máy phát đƣợc giải điều chế biến đổi DFT máy thu.Với mô hình này, tất sóng mang chồng lấp lên miền tần số biến đổi DFT đảm bảo chúng trực giao với Khoảng bảo vệ (Cyclic Prefix-CP) cho hệ thống OFDM đƣợc đƣa lần Peled Ruiz vào năm 1980 [8] Khoảng bảo vệ đƣợc thêm vào để tránh chồng chập ký tự OFDM liên tiếp truyền tín hiệu để đảm bảo tính trực giao sóng mang con.Sử dụng khoảng bảo vệ đánh đổi phần lƣợng hữu ích truyền tải nhiên phƣơng pháp giúp giảm bớt ảnh hƣởng tƣợng nhiễu xuyên kí tự (Inter Symbol Interference-ISI).Vì khoảng bảo vệ đƣợc chuẩn IEEE đề xuất thực Năm 1980, Hirosaki đƣa thuật toán cân để triệt tiêu ảnh hƣởng nhiễu ISI nhiễu xuyên sóng mang (Inter Carrier Interference-ICI) [9] tạo méo dạng kênh truyền, sai số đồng hay sai số pha tín hiệu Đồng thời, Hirosaki sử dụng điều chế QAM, tín hiệu pilot mã hóa vào hệ thống OFDM tốc độ cao Năm 1985, Cimini đƣa phƣơng thức pilot để giảm ảnh hƣởng nhiễu đa dƣờng [10] Những năm 1990, hệ thống OFDM đƣợc khai thác sử dụng cho việc thông tin tốc độ cao.Trong chuẩn IEEE 802.1, tần số sóng mang cao lên đến 2.4 GHz hay GHz Những nghiên cứu gần hƣớng đến sử dụng hệ thống OFDM hoạt động tần số cao gấp nhiều lần.Ví dụ, chuẩn IEEE 802.16 đƣa tần số hoạt động từ 10 GHz đến 60 GHz Tuy nhiên, khuyết điểm hệ thống OFDM nhạy cảm với sai lệch tần số, nguyên nhân tạo nhiễu ICI làm giảm chất lƣợng hệ thống OFDM Nhiều tác giả đề xuất phƣơng thức khác để ƣớc lƣợng độ sai lệch tần số nhằm khắc phục ảnh hƣởng hệ thống OFDM Đây mục tiêu luận văn, nghiên cứu phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO mà kết mô thể đƣợc hiệu ƣớc lƣợng cao 2.2 Cơ OFDM 2.2.1 Sự phát triển OFDM Sự phát triển OFDM chia làm giai đoạn gồm phân tập theo tần số (Frequency Division Multiplexing-FDM), truyền thông đa s ng mang (Multicarrier Communication-MC) OFDM - Phân tập theo tần số FDM FDM đƣợc sử dụng từ lâu để mang nhiều tín hiệu đƣờng điện thoại FDM sử dụng ý tƣởng lấy kênh có tần số khác để mang thông tin ngƣời dùng (user) khác Mỗi kênh đƣợc xác định thông qua tần số truyền trung tâm Để chắn tín hiệu kênh không chồng lên kênh kế cận, khoảng nghỉ hay khoảng bảo vệ đƣợc xen kênh khác - Truyền thông đa sóng mang MC S K L 0 [...]... các phƣơng ƣớc lƣợng mù CFO Đa số các nghiên cứu về ƣớc lƣợng mù đƣợc khai thác ứng dụng cho việc ƣớc lƣợng kênh truyền, nhƣ trong luận văn [23], tác giả nghiên cứu phƣơng pháp ƣớc lƣợng kênh truyền mù dựa vào thống kê bậc hai… Từ cái nhìn tổng quan về các kết quả nghiên cứu về ƣớc lƣợng CFO nêu trên, ngƣời nghiên cứu chọn đề tài: Ước lượng mù Offset tần số sóng mang trong hệ thống OFDM để thực hiện... lƣợng ƣớc lƣợng CFO đƣợc đánh giá thông qua sai số trung bình bình phƣơng MSE và cho kết quả ƣớc lƣợng tốt 1.2 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu: Chọn đề tài: “Ƣớc lƣợng mù offset tần số s ng mang trong hệ thống OFDM , ngƣời nghiên cứu tìm hiểu ƣớc lƣợng mù offset tần số s ng mang hay còn gọi là độ lệch tần số s ng mang (CFO) dựa vào phƣơng pháp không gian con... việc thông tin tốc độ cao .Trong chuẩn IEEE 802.1, tần số sóng mang có thể rất cao lên đến 2.4 GHz hay 5 GHz Những nghiên cứu gần đây hƣớng đến sử dụng hệ thống OFDM hoạt động ở các tần số cao hơn gấp nhiều lần.Ví dụ, chuẩn IEEE 802.16 đƣa ra tần số hoạt động từ 10 GHz đến 60 GHz Tuy nhiên, một trong những khuyết điểm của hệ thống OFDM là nó rất nhạy cảm với sai lệch về tần số, nguyên nhân tạo ra nhiễu... là hệ thống thông tin di động 4G Tuy nhiên, bên cạnh những ƣu điểm của hệ thống OFDM, n cũng chịu ảnh hƣởng của hai hạn chế đ là: Tỷ số công suất đỉnh trung bình (PAPR: Peark-toAverage Power Ratio) lớn và độ nhạy cao với độ lệch tần số sóng mang (CFO: Carrier Frequency Offset) Sự xuất hiện của CFO tại các sóng mang phía thu làm mất tính trực giao giữa các sóng mang con dẫn đến hiện tƣợng nhiễu liên sóng. .. giảm chất lƣợng hệ thống OFDM Nhiều tác giả đã đề xuất các phƣơng thức khác nhau để ƣớc lƣợng độ sai lệch về tần số này nhằm khắc phục ảnh hƣởng của nó trong hệ thống OFDM Đây cũng chính là mục tiêu của luận văn, nghiên cứu một phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù CFO mà các kết quả mô phỏng thể hiện đƣợc hiệu quả ƣớc lƣợng cao 2.2 Cơ bản về OFDM 2.2.1 Sự phát triển của OFDM Sự phát triển của OFDM có thể chia... của những phần tử ngoài đƣờng chéo của ma trận hiệp phƣơng sai của tín hiệu trong miền tần số [2], sử dụng thuật toán MUSIC-like CFO dựa trên sự tồn tại của sóng mang con rỗng hoặc một tiền tố vòng dài hơn đƣợc áp dụng trong miền thời gian hoặc miền tần số [3], dựa vào thống kê bậc hai [4]… Trong số các phƣơng pháp ƣớc lƣợng mù khác nhau, phƣơng pháp dựa vào không gian con [5-6] đƣợc xem là nổi bật... mô hình này, tất cả sóng mang con sẽ chồng lấp lên nhau trong miền tần số trong khi biến đổi DFT sẽ đảm bảo chúng vẫn trực giao với nhau Khoảng bảo vệ (Cyclic Prefix-CP) cho hệ thống OFDM đƣợc đƣa ra lần đầu tiên bởi Peled và Ruiz vào năm 1980 [8] Khoảng bảo vệ đƣợc thêm vào để tránh sự chồng chập của 2 ký tự OFDM liên tiếp khi truyền tín hiệu để đảm bảo tính trực giao của các sóng mang con.Sử dụng khoảng... gồm phân tập theo tần số (Frequency Division Multiplexing-FDM), truyền thông đa s ng mang (Multicarrier Communication-MC) và OFDM - Phân tập theo tần số FDM FDM đƣợc sử dụng từ rất lâu để mang nhiều hơn một tín hiệu trên đƣờng điện thoại FDM sử dụng ý tƣởng lấy các kênh có tần số khác nhau để mang thông tin của những ngƣời dùng (user) khác nhau Mỗi kênh đƣợc xác định thông qua tần số truyền trung tâm... bố Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng đƣợc nghiên cứu và mở rộng phạm vị ứng dụng Với những ƣu điểm nhƣ hiệu suất sử dụng phổ cao, tiết kiệm băng thông, khả năng chống lại fading chọn dọc theo tần số cũng nhƣ nhiễu băng hẹp… OFDM đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ. .. chung Năm 1966, Chang đƣa ra mô hình OFDM cơ bản và đạt đƣợc bằng sáng chế năm 1970 OFDM là kĩ thuật truyền tải thông tin song song sử dụng một số lƣợng lớn s ng mang con đƣợc điều chế Những sóng mang con này chia nhau phần băng thông hữu dụng và vừa đủ tách biệt trên miền tần số sao cho chúng vẫn còn trực giao với nhau Năm 1971, Weinstein và Ebert đề xuất ra hệ thống OFDM [7] sử dụng biến đổi Fourier