Kỹ thuật MIMO wavelet OFDM trong truyền thông không dây tt

SsdsdsdAa ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG LÊ KHOA KỸ THUẬT MIMO-WAVELET OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY Chuyên ngành: Vật lý Vô tuyến Điện tử Mã số chuyên ngành: 62 44 03 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH VẬT LÝ Tp Hồ Chí Minh – Năm 2017 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG TP HCM Người hướng dẫn khoa học: HDC: PGS TS Nguyễn Hữu Phương HDP: GS TS Hiroshi Ochi Phản biện 1: PGS.TS Phạm Hồng Liên Phản biện 2: TS Hà Hoàng Kha Phản biện 3: TS Hồ Văn Cừu Phản biện độc lập 1: TS Hà Hoàng Kha Phản biện độc lập 2: TS Phạm Ngọc Sơn Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tổng hợp Quốc gia Tp.HCM Thư viện trường Đại học Khoa học Tự Nhiên-HCM MỞ ĐẦU Ngày nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) ứng dụng rộng rãi ứng viên cho hệ thống truyền thông số tương lai Kỹ thuật OFDM kết hợp với MIMO xem cơng nghệ truyền thông không dây hệ thứ tư xem xét truyền thông không dây hệ thứ năm Luận án nghiên cứu ảnh hưởng số thuật toán giảm PAPR cho hệ thống OFDM truyền thông không dây không dây quang Trong đó, ảnh hưởng thuật tốn xén tín hiệu phân tích chi tiết cho hệ thống OFDM, MIMO-OFDM, MIMO-wavelet OFDM Luận án có sáu đóng góp Thứ nhất, luận án xây dựng phương trình xác định xác tỉ lệ lỗi bit phương pháp số hệ thống OFDM sử dụng phương pháp xén để giảm PAPR qua kênh truyền khơng dây có phân bố Rayleigh Rician Thứ hai, luận án đề xuất kỹ thuật tự đồng cho tín hiệu M-PAM đơn cực hệ thống OFDM Thứ ba, luận án xây dựng phương trình xác định tỉ lệ lỗi bit phương pháp số cho hai hệ thống ACO-OFDM, DCO-OFDM qua kênh truyền phản xạ khuếch tán Đóng góp thứ tư luận án xây dựng công thức tường minh xác định tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM bị xén sử dụng phương pháp cân ép không (ZF) sai số bình phương trung bình cực tiểu (MMSE) Đóng góp thứ năm nghiên cứu kỹ thuật MIMO-wavelet OFDM cho truyền thông không dây quang Cuối cùng, luận án đề xuất thuật toán giảm độ phức tạp thiết kế hệ thống wavelet OFDM sử dụng hàm Haar Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN KỸ THUẬT MIMO-OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG THẾ HỆ MỚI 1.1.1 Các ứng dụng phổ biến kỹ thuật MIMO-OFDM 1.1 Năm 2002, Li cộng đề xuất mơ hình kết hợp MIMO OFDM để cải thiện chất lượng hệ thống [4] Ngày nay, kỹ thuật OFDM kết hợp với MIMO ứng dụng rộng rãi hệ thống truyền thông số gồm truyền liệu quảng bá, mạng diện rộng không dây (WMAN), mạng cục không dây (WLAN), mạng cá nhân không dây (WPAN) 1.1.2 Tiềm ứng dụng kỹ thuật MIMO-OFDM truyền thông hệ Nhiều kỹ thuật khác đề xuất cho mạng 5G, OFDM xem ứng viên tiềm [10-12] tương thích với cơng nghệ 5G massive MIMO [13] Bên cạnh truyền dẫn khơng dây sóng điện từ, truyền thông ánh sáng khả biến xem xét, chủ yếu sử dụng LED phát để thay anten phát thơng thường Có nhiều cấu trúc tạo tín hiệu OFDM cho truyền thơng khơng dây quang cộng với điện DC vào tín hiệu OFDM (DCO-OFDM), xén đối xứng tín hiệu OFDM (ACO-OFDM), Flip-OFDM, Unipolar-OFDM [24-26] Trong đó, hai kỹ thuật phổ biến DCO-OFDM thực đơn giản kỹ thuật sử dụng hiệu công suất ACO-OFDM [27, 28] Kỹ thuật MIMO-OFDM truyền thông không dây quang kết hợp loại đầu thu khác nghiên cứu [29] Kỹ thuật MIMO-OFDM cho truyền thông không dây để đạt đến tốc độ Gbps khoảng cách truyền m sử dụng cấu trúc MIMO 4x4 [30] Trang 1.2 MỘT SỐ THỬ THÁCH SỬ DỤNG KỸ THUẬT MIMO-OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG THẾ HỆ MỚI Cho dù sử dụng riêng lẻ kỹ thuật OFDM hay kết hợp với kỹ thuật khác tín hiệu ngõ có khuyết điểm quan trọng tỉ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình (PAPR) lớn [31] Một phương pháp đơn giản có tính thương mại cao để giảm PAPR xén tín hiệu Tuy vậy, việc xén tín hiệu tạo nhiễu méo dạng làm giảm chất lượng hệ thống Ảnh hưởng nhiễu nghiên cứu kênh truyền AWGN [24, 32] chưa có nghiên cứu xác định xác ảnh hưởng cho kênh truyền không dây, truyền thông không dây quang qua kênh truyền phản xạ khuếch tán, đặc biệt hệ thống MIMO-OFDM Hiện nay, số nghiên cứu đề xuất sử dụng biến đổi wavelet thay cho biến đổi Fourier truyền thống hệ thống OFDM gọi wavelet OFDM Hệ thống kết hợp với MIMO tạo thành hệ thống MIMO-wavelet OFDM 1.3 NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN Thứ nhất, luận án đề xuất phương trình xác định xác tỉ lệ lỗi bit phương pháp số hệ thống OFDM bị xén qua kênh truyền không dây Do bị ảnh hưởng PAPR, tín hiệu OFDM bị xén để đảm bảo vùng hoạt động tuyến tính biến đổi số sang tương tự (DAC), khuếch đại công suất Các đỉnh bị xén mơ nhiễu tác động đến hệ thống Việc xác định ảnh hưởng xén kênh truyền AWGN trình bày nghiên cứu trước [32] Đối với kênh truyền không dây, tác giả thường giả định công suất nhiễu xén nhỏ nhiều so với nhiễu khác sử dụng hàm mật độ xác suất kênh truyền thơng thường [40-42] Trong đó, ảnh hưởng xén đầu phát nên hàm mật độ xác suất kênh truyền cần điều chỉnh Hai mơ hình kênh truyền khơng dây phổ biến xem xét gồm Rayleigh Rician Trang Để xây dựng biểu thức, luận án ứng dụng bổ đề đề xuất vào năm 2014 mở rộng vào năm 2015 phân tích tỉ lệ lỗi tín hiệu OFDM bị méo dạng khuếch đại [43, 44] Các công thức đề xuất chưa phải dạng tường minh sử dụng để đánh giá xác tỉ lệ lỗi bit hỗ trợ phần mềm Thứ hai, luận án đề xuất thuật tốn đồng tín hiệu cho hệ thống OFDM sử dụng tín hiệu M-PAM đơn cực Kỹ thuật cho phép đầu thu lấy mẫu sớm số lượng mẫu định khôi phục hồn tồn thơng tin mà khơng làm giảm chất lượng hệ thống Thứ ba, luận án xây dựng công thức để xác định tỉ lệ lỗi bit hệ thống không dây quang sử dụng kỹ thuật OFDM qua kênh truyền phản xạ khuếch tán Trong hệ thống không dây quang, việc giới hạn công suất phát LED phát phân tích tương tự tín hiệu OFDM bị xén Nhiều vấn đề liên quan đến sử dụng kỹ thuật OFDM truyền thông không dây quang nghiên cứu [24, 45-47] Tuy nhiên, nghiên cứu ảnh hưởng tín hiệu OFDM bị xén tập trung vào kênh truyền có đường truyền thẳng [48] Đây việc mở rộng đóng góp thứ cho hệ thống không dây quang qua kênh truyền phản xạ khuếch tán Sự phân bố tín hiệu hai hệ thống DCO-OFDM ACO-OFDM có khác biệt so với tín hiệu OFDM thơng thường nên phương trình cần có thay đổi cho phù hợp Thứ tư, luận án xây dựng công thức xác định tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM bị xén Chất lượng hệ thống MIMO với hai kỹ thuật cân phổ biến ép khơng (ZF) sai số bình phương trung bình cực tiểu (MMSE) phân tích [49] Bằng việc mở rộng phân tích ảnh hưởng xén tín hiệu kết hợp nghiên cứu trước chất lượng hệ thống MIMO [49], tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM sử dụng ZF MMSE Trang xác định công thức công thức tường minh Kênh truyền không dây quang giả định có đường truyền thẳng (LOS) Đóng góp thứ năm nghiên cứu kỹ thuật MIMO-wavelet OFDM cho truyền thông không dây quang với đường truyền LOS Đặc thù số hàm wavelet khơng có tính thống kê nên hàm wavelet cho tỉ lệ lỗi bit khác xây dựng công thức đánh giá xác chất lượng hệ thống Bằng phương pháp mô Monte Carlo, kỹ thuật MIMO-wavelet OFDM cho chất lượng tốt hệ thống MIMO-OFDM chọn họ hàm tối ưu Cuối cùng, luận án đề xuất thuật toán giảm độ phức tạp tính tốn biến đổi wavelet thuận ngược cho hệ thống wavelet OFDM sử dụng hàm Haar Ý tưởng giảm độ phức tạp xếp tính tốn đa tầng việc biến đổi IDWT DWT Cấu trúc thiết kế phần mềm lẫn phần cứng, ứng dụng cho môi trường truyền khác Trang CHƯƠNG KỸ THUẬT OFDM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA XÉN TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN KHƠNG KHƠNG DÂY 2.1 GIỚI THIỆU Kỹ thuật OFDM trường hợp đặc biệt FDM chia luồng liệu có tốc độ cao thành nhiều luồng song song có tốc độ thấp phát luồng sóng mang khác Các sóng mang trực giao với nên cho phép chúng chồng lấn lên phổ tần Băng thơng sóng mang nhỏ nên xem kênh truyền phẳng Trong trường hợp sóng mang đồng pha với nhau, đỉnh tín hiệu tổng đỉnh sóng mang Điều gây phi tuyến truyền tín hiệu qua chuyển đổi DAC, mạch khuếch đại Một số thuật toán giảm PAPR đề xuất xén tín hiệu, chuỗi truyền phần (PTS), chọn ánh xạ chòm (SLM) [50] [51] [52] Trong đó, phương pháp xén dễ thực với độ phức tạp thấp mang tính thương mại cao [32] Chương xây dựng phương trình xác định xác tỉ lệ lỗi bit phương pháp số cho tín hiệu OFDM bị xén qua kênh truyền khơng dây có phân bố Rayliegh Rician 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT OFDM Kỹ thuật OFDM chia luồng liệu trước phát thành N luồng song song có tốc độ thấp phát luồng sóng mang trực giao khác Máy thu OFDM xem gồm nhiều giải điều biến Mỗi thực chuyển tín hiệu sóng mang xuống băng gốc tích phân chu kỳ tín hiệu để khơi phục lại liệu ban đầu Tương tự phía phát, việc giải điều biến tín hiệu OFDM thay phép biến đổi FFT 2.3 KỸ THUẬT TỰ ĐỒNG BỘ MỚI TRONG HỆ THỐNG OFDM Do nguyên lý tiền tố vòng lấy phần liệu cuối đưa lên đầu, nên việc lấy mẫu sớm khung OFDM xem dịch vòng tín Trang hiệu Nguyên lý giải điều biến M-PAM đơn cực dựa vào biên độ tín hiệu nên việc dịch vòng khơng ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống 2.4 MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẢM PAPR TRONG HỆ THỐNG OFDM Do tín hiệu OFDM bị ảnh hưởng PAPR, đỉnh tín hiệu bị xén thuộc tính biến đổi DAC, khuếch đại bị xén trước đưa vào mạch Phương pháp xén thực cách thiết lập giới hạn cao cho tín hiệu Khi tín hiệu có biên độ cao giá trị này, bị xén với giá trị giới hạn 2.5 TỈ LỆ LỖI BIT CỦA TÍN HIỆU OFDM BỊ XÉN TRONG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 2.5.1 Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM bị xén qua kênh truyền Rayleigh Để xác định xác BER hệ thống OFDM bị xén qua kênh truyền Rayleigh, hàm mật độ xác suất kênh truyền cần điều chỉnh Phương pháp xây dựng hàm mật độ xác suất dựa vào bổ đề công bố gần xây dựng hàm mật độ xác suất méo dạng khuếch đại tín hiệu OFDM qua kênh truyền Rayleigh [44] Tỉ lệ lỗi bit hệ thống qua kênh truyền Rayleigh bị xén xác định bởi: 2 BERRayleigh  G  BER AWGN  2   r  Eb   G N0  e r    G  d (2.1) với r cơng suất trung bình kênh truyền,  hệ số tương quan chuẩn hóa tín hiệu trước sau xén , G quan hệ cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu xén 2.5.2 Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM bị xén qua kênh truyền Rician Hàm mật độ xác suất công suất kênh truyền Rician trình bày [57] Bằng cách hàm hàm mật độ xác suất công suất kênh truyền Rician bị xén kết hợp với hàm Bessel cải tiến [59], phương trình xác định tỉ lệ lỗi bit phương pháp số phụ thuộc vào tỉ số đường LOS với Trang đường NLOS K , hàm Bessel bậc loại phương trình trên: 2 BERRician  G      BERAWGN       2  e r r ,  G tương tự  ( K  1) r  Eb   G N0  K  K 1 I0 , Eb (  G ) N0  e         K    G    K 1 r Eb N0   cos u   (2.2)    dud   2.6 KẾT QUẢ 2.6.1 Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM bị xén truyền thông không dây Hình 2.1 trình bày kết mơ truyền tín hiệu OFDM bị xén qua kênh truyền Rayleigh Hình 2.1 BER hệ thống OFDM bị xén qua kênh truyền Rayleigh Trang 3.3 KỸ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY QUANG QUA KÊNH TRUYỀN PHẢN XẠ KHUẾCH TÁN 3.3.1 Hệ thống DCO-OFDM qua kênh truyền phản xạ khuếch tán Do giới hạn công suất LED phát để bảo vệ mắt, tín hiệu DCO-OFDM hệ thống không dây quang bị xén Tỉ lệ lỗi bit hệ thống DCO-OFDM xác định:    BERAWGN     2 BERDCO  G  e        ( K  1) r  GDC Es  DCO  G DCO GB N   K  GDC Es  DCO  DCO G  r  GB N   K 1    2  e   K  K 1 cos u  GDC Es DCO  (   G  ) r DCO  GB N  dud ,    với  DCO hệ số tương quan chuẩn hóa hệ thống DCO-OFDM, G DCO quan hệ cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu DCOOFDM, GB độ lợi băng thông, ký hiệu lại định nghĩa 3.3.2 Hệ thống ACO-OFDM qua kênh truyền phản xạ khuếch tán Tương tự hệ thống DCO-OFDM, tín hiệu ACO-OFDM hoạt động vùng giới hạn tuyến tính LED Tỉ lệ lỗi bit xác định bởi: 2 BERACO  G  e    BERAWGN            2ACO ( K  1) r  GDC Es  ACO  G ACO N0   K  GDC Es  ACO  ACO G  r  N0   K 1    2  e  Trang 11   K  K 1 cos u  GDC Es  (  ACO G ACO ) r  N0  dud ,   với G  ACO ACO hệ số tương quan chuẩn hóa hệ thống ACO-OFDM, quan hệ cơng suất tín hiệu công suất nhiễu ACO- OFDM 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.4.1 Tỉ lệ lỗi bit hệ thống DCO-OFDM Hình 3.1 trình bày kết mơ hệ thống DCO-OFDM qua kênh truyền phản xạ sử dụng thuật tốn dò tia sáng Hình 3.2 trình bày kết mô hệ thống ACO-OFDM qua kênh truyền phản xạ sử dụng thuật tốn dò tia sáng Kết mơ phù hợp hoàn toàn với hệ số xén khác Hình 3.1 BER hệ thống DCO-OFDM qua kênh truyền phản xạ Trang 12 Hình 3.2 BER hệ thống ACO-OFDM qua kênh truyền phản xạ 3.5 KẾT LUẬN Chương áp dụng chương hai để phân tích cho hệ thống quang khơng dây việc xây dựng công thức xác định tỉ lệ lỗi bit hệ thống ACO-OFDM DCO-OFDM qua kênh phản xạ khuếch tán Kết mơ phù hợp hồn tồn với công thức hệ số xén hệ số K Các công thức giúp xác định xác chất lượng hệ thống DCOOFDM ACO-OFDM Tỉ lệ lỗi bit tăng đáng kể chọn hệ số xén khơng xác di chuyển đầu thu xa đầu phát Phương trình xác định BER xây dựng dựa hàm mật độ công suất tín hiệu bị xén qua kênh truyền khơng dây Công thức xác định tỉ lệ lỗi bit cần tính tích phân lớp điều thực dễ dàng với dự hỗ trợ phần mềm Trang 13 CHƯƠNG 4.1 KỸ THUẬT MIMO-OFDM TRONG THÔNG KHÔNG DÂY QUANG GIỚI THIỆU TRUYỀN Kỹ thuật MIMO ứng dụng phổ biến mạng cục không dây, mạng không dây hệ thứ 4, hướng đến ứng dụng cho mạng hệ [1, 77] Các kỹ thuật tách sóng cho chất lượng khác hệ thống MIMO Hai kỹ thuật tách sóng sử dụng phổ biến hệ thống MIMO thuật tốn ép khơng (ZF) sai số bình phương trung bình cực tiểu (MMSE) phân tích [49] Giống truyền thơng khơng dây, kỹ thuật MIMO kết hợp với OFDM cho truyền thông không dây quang Kỹ thuật MIMO cho hệ thống truyền thông không dây quang với cấu trúc truyền khác mã lập, ghép kênh không gian điều biến không gian nghiên cứu [29] Kỹ thuật MIMO kết hợp với DCO-OFDM ACO-OFDM tạo thành hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM Chất lượng hệ thống MIMO-ACO OFDM trình bày [28] chưa xem xét đến giới hạn phát LED Tương tự hệ thống DCO-OFDM ACOOFDM, tín hiệu MIMO-OFDM thực tế chịu ảnh hưởng xén tín hiệu vùng hoạt động LED bị giới hạn Khi đó, chất lượng hệ thống suy giảm Chương mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng xén chương trước cho hệ thống MIMO-OFDM Điểm đóng góp xây dựng phương trình tường minh xác định tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM ảnh hưởng xén sử dụng ZF MMSE Trang 14 KỸ THUẬT MIMO-OFDM TRONG TRUYỀN THƠNG KHƠNG DÂY QUANG 4.3 PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM KHÔNG DÂY QUANG 4.3.1 Hệ thống MIMO-OFDM khơng dây quang sử dụng thuật tốn ZF 4.2 Khi thay vào hệ thống MIMO-OFDM, tỉ số tín hiệu nhiễu méo dạng tương ứng luồng thu thứ n j DCO-OFDM ACO-OFDM là: MIMO  DCO ZF SNDR =  DCO SNRDCO 1 GB  H H H    n G DCO SNRDCO  GDC  ACO SNRACO  1  H H H    n GcACO SNRACO  GDC (4.1) i MIMO  ACO SNDRZF , (4.2) i với H ma trận kênh truyền MIMO không dây quang 4.3.2 Hệ thống MIMO-OFDM sử dụng thuật toán MMSE Khi thay vào hệ thống MIMO-OFDM, tỉ số tín hiệu nhiễu méo dạng tương ứng luồng thu thứ n j DCO-OFDM ACO-OFDM là: MIMO  DCO SNDRMMSE    DCO SNRDCO I NTx   ACO H  Gc SNRDCO I NTx  H H   MIMO  ACO SNDRMMSE   1   I NTx    1     nj   ACO SNRACO I NTx   ACO H  Gc SNRACO I NTx  H H   với I ma trận đơn vị Trang 15  1  I NTx     1     nj  (4.3)  1, (4.4) 4.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.4.1 Chất lượng hệ thống MIMO-OFDM khơng dây quang sử dụng thuật tốn ZF Tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM sử dụng thuật toán cân ZF kết hợp với QPSK Hình 4.1 Kết mơ cho thấy tỉ lệ lỗi bit mơ tương thích tốt với phương trình xác định BER vị trí thu khác Hình 4.1 Tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM sử dụng QPSK cân ZF 4.4.2 Chất lượng hệ thống MIMO-OFDM sử dụng thuật toán MMSE Tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-ACO OFDM sử dụng thuật toán cân MMSE kết hợp với QPSK Hình 4.2 Kết mơ tương thích tốt với phương trình xác định BER cho hệ thống MIMOACO-OFDM sử dụng thuật tốn MMSE Trang 16 Hình 4.2 Tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM sử dụng QPSK với cân ZF MMSE 4.5 KẾT LUẬN Chương trình bày kỹ thuật MIMO kết hợp với DCO-OFDM, ACO-OFDM Mơ hình kênh truyền cho hệ thống MIMO xem xét sử dụng phương pháp tính tốn nhanh Bằng cách sử dụng kết tính tốn ảnh hưởng xén tín hiệu chương trước, chương xác định công thức xác định tỉ lệ lỗi bit dạng tường minh hai hệ thống chịu ảnh hưởng xén tín hiệu Kết mơ phù hợp hồn tồn với cơng thức cho hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM với thuật toán cân ZF MMSE Trang 17 CHƯƠNG 5.1 KỸ THUẬT MIMO WAVELET OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY GIỚI THIỆU Hiện nay, số nghiên cứu đề xuất sử dụng biến đổi wavelet thay cho biến đổi Fourier truyền thống hệ thống OFDM Biến đổi wavelet truyền luồng liệu song song sóng mang trực giao Hệ thống wavelet OFDM cải thiện tỉ số PAPR hạn chế sử dụng tiền tố vòng (CP) [82] Khác với biến đổi Fourier sử dụng hàm e mũ để khai triển, biến đổi wavelet có nhiều họ hàm khác Mỗi họ hàm biến đổi wavelet cho tính chất khác Mỗi hàm wavelet cho chất lượng khác Khi chọn họ hàm thích hợp, kỹ thuật wavelet OFDM cho chất lượng tốt kỹ thuật OFDM thơng thường [83] Kỹ thuật phối hợp với MIMO để tạo nên hệ thống MIMO-wavelet OFDM [84] Việc tính tốn biến đổi wavelet rời rạc (DWT) biến đổi wavelet rời rạc đảo (IDWT) yêu cầu nhiều cộng nhân Vì vậy, cấu trúc hiệu việc tạo phát tín hiệu trực giao hệ thống wavelet OFDM cần xem xét Một số thuật toán đề nghị kỹ thuật lifting [85] tối ưu việc thiết kế lọc [86] Hệ thống wavelet OFDM sử dụng hàm Haar đề xuất để cải thiện tỉ lệ lỗi bit hệ thống truyền thơng có tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) thấp [87] [88] Trước hết, chương khảo sát mô hình đánh giá hệ thống wavelet OFDM MIMO-wavelet OFDM sử dụng số họ wavelet khác Sau đó, chương đề xuất thuật tốn giảm độ phức tạp tính tốn biến đổi wavelet thuận ngược cho hệ thống wavelet OFDM sử dụng hàm Haar Ý tưởng giảm độ phức tạp xếp tính tốn đa tầng việc biến đổi IDWT DWT Trang 18 KỸ THUẬT MIMO-WAVELET OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY QUANG 5.2.1 Kỹ thuật wavelet OFDM 5.2.2 Kỹ thuật MIMO-wavelet OFDM cho truyền thông không dây quang 5.2 Dữ liệu truyền mã hóa thành NT khung liệu thực ánh xạ chòm Nếu sử dụng BPSK, liệu sau ánh xạ chòm thực nên sau biến đổi Wavelet ngược (IDWT) tín hiệu thực phát trực tiếp LED sau thêm điện DC Còn trường hợp sử dụng phép ánh xạ chòm phức tạp (M-PSK, M-QAM), sau biến đổi Wavelet ngược (IDWT), tín hiệu dạng phức nên phần đồng pha (I) phần vuông pha (Q) phải truyền riêng biệt LED khe thời gian khác Một phương pháp khác sử dụng RGBLED để truyền đồng thời hai luồng đồng pha vuông pha [83] 5.3 GIẢM ĐỘ PHỨC TẠP CHO HỆ THỐNG WAVELET OFDM SỬ DỤNG HÀM HAAR Trường hợp tổng quát, hệ thống có N sóng mang, mẫu cần N / phép nhân ( N /  1) phép cộng Tổng cộng hệ thống cần N / phép nhân ( N /  N ) phép cộng Để giảm độ phức tạp, hệ thống thực gồm bốn bước để tận dụng kết tính tốn trước cho phép tính sau 5.4 KẾT QUẢ 5.4.1 Hệ thống MIMO-wavelet OFDM cho truyền thơng khơng dây quang Hình 5.1 tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-wavelet OFDM Daubechies thuật toán ZF Chất lượng hệ thống MIMO-wavelet OFDM Daubechies tốt hệ thống MIMO-OFDM truyền thống Trang 19 Hình 5.1 Chất lượng hệ thống MIMO-wavelet OFDM sử dụng hàm Daubechies thuật toán ZF 5.4.2 Độ phức tạp IFFT/FFT IDWT/DWT Độ phức tạp IFFT /FFT IDWT/DWT cho đầu phát đầu thu hệ thống OFDM có N sóng mang sử dụng hàm Haar trình bày Bảng 5.1 Kết cho thấy thuật toán đề xuất giảm từ N / xuống N phép nhân Bảng 5.1 Độ phức tạp IDWT/DWT FFT/IFFT số IDWT/DWT trực tiếp N2 / N ( N / 1) Phép nhân ( N / 2)log ( N ) Phép cộng N log ( N ) Phép trừ 5.5 KẾT LUẬN IDWT/DWT đề xuất N 2log2 ( N /2) 2log2 ( N /2) 1 1 Chất lượng hệ thống MIMO-wavelet OFDM sử dụng hàm Daubechies cho chất lượng tốt MIMO-OFDM Cuối cùng, chương đề xuất cấu trúc tính IDWT DWT sử dụng hàm Haar với độ phức tạp thấp sử dụng N sóng mang Trang 20 CHƯƠNG KẾT LUẬN Thứ nhất, luận án xây dựng phương trình xác định tỉ lệ lỗi bit tín hiệu OFDM bị xén qua kênh truyền khơng dây có phân bố Rayleigh Rician Phương trình BER xây dựng dựa phân tích hàm mật độ phổ xác suất kênh truyền bị ảnh hưởng xén Các phương trình xác định BER phù hợp hồn tồn với mơ phương pháp Monte Carlo hệ số xén khác Kết cho thấy việc xén tín hiệu với hệ số xén nhỏ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hệ thống Khi hệ số xén 1, chất lượng hệ thống bị suy giảm khoảng dB Phương trình tính BER kênh truyền Rayleigh cần tính tích phân hai lớp phương trình tính BER cho kênh truyền Rician cần tính tích phân lớp Tuy nhiên, việc tính tốn dễ dàng thực phần mềm Thứ ba, luận án đề xuất kỹ thuật tự đồng tín hiệu M-PAM đơn cực hệ thống quang vô tuyến sử dụng OFDM Kết phân tích cho thấy hệ thống hoàn toàn đồng đầu thu lấy mẫu sớm Hệ thống sử dụng kỹ thuật cân để khắc phục tượng xoay pha xác định khơng xác khoảng tiền tố vòng Tuy vậy, thuật tốn ước lượng kênh có sai số đáp ứng kênh ước lượng đáp ứng thực tế nên chất lượng hệ thống so với hệ thống tự đồng Thứ ba, luận án xây dựng phương trình xác định tỉ lệ lỗi bit hệ thống DCO-OFDM ACO-OFDM phương pháp số qua kênh truyền phản xạ khuếch tán Các phương trình BER xây dựng dựa phương pháp phân tích hàm mật xác suất ảnh hưởng xén để đảm bảo vùng tuyến tính LED Các phương trình xác định BER phù hợp hồn tồn với mơ hệ thống phương pháp Monte Carlo hệ số xén khác với số K khác Khi chọn giá trị xén tối ưu, việc xén tín hiệu khơng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng hệ thống Trong đó, đầu thu di chuyển xa đầu phát, hệ số K giảm nhanh chóng Lúc chất lượng hệ thống giảm rõ rệt So sánh chất Trang 21 lượng hệ thống DCO-OFDM ACO-OFDM hệ thống ACO-OFDM sử dụng hiệu cơng suất Thứ tư, luận án xây dựng công thức xác định tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM sử dụng kỹ thuật cân ép khơng (ZF) sai số bình phương trung bình cực tiểu (MMSE) Các cơng thức có xem xét đến giới hạn LED phát Tỉ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-DCO OFDM MIMO-ACO OFDM sử dụng ZF MMSE xác định công thức công thức tường minh Kết mô hồn tồn phù hợp với cơng thức Thứ năm, luận án nghiên cứu kỹ thuật MIMO-wavelet OFDM cho truyền thông không dây quang với đường truyền LOS Bằng phương pháp mô Monte Carlo, kỹ thuật MIMO-wavelet OFDM sử dụng hàm Daubechies cho chất lượng tốt hệ thống MIMO-OFDM Cuối cùng, luận án khảo sát kỹ thuật wavelet OFDM, quan tâm đến ảnh hưởng méo dạng xén Bằng phương pháp mô Monte Carlo, chất lượng hệ thống wavelet OFDM sử dụng hàm Daubechies bị ảnh hưởng méo dạng xén so với tín hiệu OFDM sử dụng Fourier Trong phần này, luận án đề xuất cấu trúc tính IDWT DWT sử dụng hàm Haar với độ phức tạp thấp cho trường hợp tổng quát N sóng mang Trong hệ thống sử dụng IDWT/DWT điểm, cấu trúc yêu cầu 16 phép nhân, 14 phép công 14 phép trừ Trang 22 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Tác giả có 13 cơng trình liên quan trực tiếp đến luận án: Sách chuyên khảo (1 chương): [1] Dang Le Khoa, Huynh Quoc Anh, Nguyen Huu Phuong, and Hiroshi Ochi, "Bit Error Rate Performance of Clipped OFDM Signals Over Fading Channel," in AETA 2015: Recent Advances in Electrical Engineering and Related Sciences, Lecture Notes in Electrical Engineering 371, Springer International Publishing, 2016, pp 111-119 (scopus) Bài báo quốc tế (1 bài): [1] Dang Le Khoa, Nguyen Thi Hong Thu, Nguyen Thanh Tu, Nguyen Huu Phuong, and Hiroshi Ochi, "A Low Complexity Wavelet OFDM Based on FPGA for Optical Communication Systems," Journal of Network and Innovative Computing, vol 2, pp 251-258, 2014 Bài báo nước (5 bài): [1] Đặng Lê Khoa, Nguyễn Trường An, Bùi Hữu Phú, Nguyễn Hữu Phương , “Thực hệ thống OFDM phần cứng”, Tạp chí Phát triển khoa học & cơng nghệ ĐHQG TPHCM, vol 12, pp 7385, 2009 [2] Đặng Lê Khoa, Vũ Thanh Tùng, Nguyễn Thanh Tú, Nguyễn Hữu Phương, "Hệ thống MIMO-OFDM quang vơ tuyến nhà," Tạp chí Phát triển khoa học & công nghệ ĐHQG TPHCM, tập 17, tr 5-16, 2014 [3] Đặng Lê Khoa, Nguyễn Hữu Phương, Hiroshi Ochi, "Kỹ thuật tự đồng tín hiệu MPAM đơn cực OFDM ứng dụng cho hệ thống quang vơ tuyến," Tạp chí Phát triển khoa học & công nghệ ĐHQG TPHCM, tập 18, tr 218-224, 2015 Trang 23 [4] Phan Cẩm Thảo, Đặng Lê Khoa, Nguyễn Minh Trí, Nguyễn Thanh Tú, Lê Hữu Phúc, Nguyễn Hữu Phương, “Mô kênh truyền cho truyền thông MIMO quang khơng dây”, Tạp chí Khoa học - Đại học Cần Thơ, tập 49A, tr 47-55, 2017 [5] Đặng Lê Khoa, Vũ Thanh Tùng, Nguyễn Thanh Tú, and Nguyễn Hữu Phương, "Hệ thống MIMO-OFDM quang vơ tuyến nhà," Tạp chí Phát triển khoa học & công nghệ ĐHQG TPHCM, tập 20, số T4-2017, tr 163-171, 2017 Bài báo kỷ yếu hội nghị quốc tế (5 bài): [1] Dang Le Khoa, Nguyen Thi Hong Thu, Nguyen Huu Phuong, and Hiroshi Ochi, "Implementing a Low Complexity Wavelet OFDM Based on FPGA for Optical Communication Systems," in The 2013 International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification (ICDV 2013), 2013, pp 253-258 [2] Dang Le Khoa, nguyen Thi Hong Thu, Nguyen Huu Phuong, and Hiroshi Ochi, "A low complexity Wavelet OFDM system on FPGA," in 2013 Third World Congress on Information and Communication Technologies (WICT), 2013, pp 240-244 [3] Thu Nguyen, Phu Hoang, Quyet Ngo, Khoa Dang, Phuong Nguyen Huu, “Wavelet packet transform in MIMO-OFDM systems” in 2013 Third World Congress on Information and Communication Technologies (WICT), 2013, pp 98-101 [4] Dang Le Khoa, Nguyen Huu Phuong, and Hiroshi Ochi, "A new auto synchronization technique of unipolar MPAM signals for OFDM-based optical wireless communication systems," in 2015 2nd National Foundation for Science and Technology Development Conference on Information and Computer Science (NICS), 2015, pp 158-162 Trang 24 [5] Phan Cam Thao, Dang Le Khoa, Nguyen Thanh Tu, Le Huu Phuc, and Nguyen Huu Phuong, "Optical MIMO DCO-OFDM Wireless Communication Systems using STBC in Diffuse Fading Channels," in 3nd National Foundation for Science and Technology Development Conference on Information and Computer Science (NICS), 2016, pp 141-146 Bài báo kỷ yếu hội nghị nước (1 bài): [1] Đặng Lê Khoa, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Thanh Tú, Nguyễn Hữu Phương, "Phân tích SINR BER cho hệ thống MIMO đa sóng mang quang khơng dây nhà " Hội thảo tồn quốc Điện tử - Truyền thơng - An tồn thông tin, REV2012, 2012, tr 185-190 Trang 25 ... DWT Trang 18 KỸ THUẬT MIMO- WAVELET OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY QUANG 5.2.1 Kỹ thuật wavelet OFDM 5.2.2 Kỹ thuật MIMO- wavelet OFDM cho truyền thông không dây quang 5.2 Dữ liệu truyền mã hóa... Trang CHƯƠNG KỸ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY QUANG 3.1 GIỚI THIỆU Truyền thông không dây quang ứng viên tiềm cho mạng truyền thông không dây hệ thứ (5G) [21] Đường truyền không dây quang... giản kỹ thuật sử dụng hiệu công suất ACO -OFDM [27, 28] Kỹ thuật MIMO- OFDM truyền thông không dây quang kết hợp loại đầu thu khác nghiên cứu [29] Kỹ thuật MIMO- OFDM cho truyền thông không dây để