Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng kênh truyền và tách dữ liệu trong hệ thống OFDM với tiền tố vòng ngắn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ HOÀNG NGUYÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN VÀ TÁCH DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG OFDM VỚI TIỀN TỐ VÒNG NGẮN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.02.03 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN LÊ HÙNG Phản biện 1: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật điện tử Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 06 năm 2015 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Với phát triển mạnh mẽ công nghệ truyền thông vô tuyến nhu cầu sử dụng tài nguyên vô tuyến ngày cao tài nguyên phổ tần hạn chế Để đáp ứng nhu cầu này, kỹ thuật OFDM với nhiều ưu điểm vượt trội sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực thông tin vô tuyến WiFi, WiMax, LTE/LTEAdvanced…Trong kỹ thuật OFDM, chiều dài tiền tố vòng (CP) phải lớn trải trễ cực đại kênh truyền nhằm loại bỏ nhiễu liên ký tự (ISI) đảm bảo yêu cầu tính trực giao sóng mang phụ Với việc sử dụng thêm tiền tố vòng làm tiêu tốn dung lượng đường truyền, đặc biệt phạm vi truyền dẫn xa chiều dài tiền tố vòng đáng kể Ví dụ WiFi, WiMax [9] LTE/LTE Advanced [7] chiều dài tiền tố vòng mở rộng chiếm khoảng 25% thời gian khung liệu hữu ích Nếu hệ thống OFDM cung cấp hiệu suất đầy đủ cách sử dụng tiền tố vòng ngắn cho phép tiết kiệm đáng kể băng thơng sử dụng Ngồi ra, với độ trễ kênh truyền lớn chiều dài tiền tố vòng cho phép mở rộng vùng phủ sóng Tuy nhiên chiều dài tiền tố vòng ngắn dẫn đến nhiễu liên ký tự nhiễu liên sóng mang, điều trở nên nghiêm trọng chiều dài tiền tố vòng nhỏ đáng kể so với trải trễ kênh truyền Sự diện nhiễu làm trình ước lượng kênh truyền thêm phức tạp, bỏ qua nhiễu dẫn đến lỗi ước lượng kênh lớn ảnh hưởng đến q trình khơi phục liệu Hiện phần lớn nghiên cứu hệ thống OFDM sử dụng tiền tố vòng lớn trải trễ cực đại kênh truyền Đã có số giải pháp đề xuất để giảm độ dài tiền tố vòng, sử dụng lọc miền thời gian sử dụng đầu thu để rút ngắn tác động đáp ứng kênh [19] Giải pháp khác sử dụng phương pháp triệt nhiễu [4], [5], [6], [10] Các phương pháp làm giảm bớt cách có hiệu nhiễu tác động đến số trải trễ kênh, cách dựa vào trình xử lý lặp lại bên giải điều chế giải điều chế giải mã kiểm soát lỗi Kết lan truyền lỗi xảy tính tốn trở nên phức tạp, hội tụ không đạt sau vài lần lặp lại Một nghiên cứu gần đề xuất thiết kế thu hệ thống SIMO-OFDM với tiền tố vòng ngắn [18], giả sử đáp ứng kênh truyền lý tưởng với mơ hình kênh đường nên không phù hợp với thực tế Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với tiền tố vòng ngắn thực tổng quát hóa với mơ hình kênh L đường Từ vấn đề nêu với việc nhận thấy hướng nghiên cứu mới, tác giả định chọn đề tài “NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN VÀ TÁCH DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG OFDM VỚI TIỀN TỐ VÒNG NGẮN” Mục tiêu nghiên cứu - Luận văn thực với mục đích nghiên cứu hệ thống OFDM hoạt động với chiều dài tiền tố vòng ngắn kỹ thuật ước lượng kênh truyền, tách liệu cho hệ thống OFDM với chiều dài tiền tố vòng ngắn - Thực mô đánh giá kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu cho hệ thống OFDM với chiều dài tiền tố vòng ngắn Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu kênh truyền vô tuyến - Nghiên cứu kỹ thuật OFDM tiền tố vòng OFDM - Phân tích nhiễu liên ký tự, nhiễu liên sóng mang tiền tố vòng ngắn gây - Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu cho hệ thống OFDM với tiền tố vòng ngắn - Thực mơ đánh giá kết ngôn ngữ Matlab Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan đến đề tài - Nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu cho hệ thống OFDM với tiền tố vòng ngắn - Xây dựng thuật tốn, chương trình mơ cho vấn đề liên quan, phân tích đánh giá kết Bố cục đề tài Luận văn bao gồm phần sau đây: Mở đầu Chương 1: Tổng quan kênh truyền vô tuyến Chương 2: Kỹ thuật OFDM Chương 3: Ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với tiền tố vòng ngắn Chương 4: Mơ đánh giá kết Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu tham khảo báo, sách, luận văn thạc sĩ từ trường đại học quốc gia khác giới tìm hiểu trang web có nội dung liên quan đến đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Trong chương tác giả trình bày tổng quan đặc tính chung kênh truyền vơ tuyến, tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền, dạng kênh truyền mơ hình kênh thơng tin vô tuyến kênh AWGN, kênh fading Rayleigh, kênh Ricean… 1.2 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA KÊNH TRUYỀN VƠ TUYẾN 1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KÊNH TRUYỀN 1.3.1 Hiện tượng đa đường 1.3.2 Suy hao tín hiệu đường truyền 1.3.3 Hiệu ứng Doppler 1.3.4 Hiệu ứng bóng râm 1.3.5 Sự trải trễ 1.4 CÁC DẠNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 1.4.1 Kênh truyền fading chọn lọc tần số kênh truyền fading phẳng Hình 1.6 Kênh truyền chọn lọc tần số (f0 W) 1.4.2 Kênh truyền chọn lọc thời gian kênh truyền không chọn lọc thời gian Khái niệm kênh truyền chọn lọc thời gian hay không chọn lọc thời gian mang tính tương đối, kênh truyền khơng thay đổi khoảng thời gian truyền ký tự , kênh truyền gọi kênh truyền khơng chọn lọc thời gian hay kênh truyền biến đổi chậm Ngược lại kênh truyền biến đổi khoảng thời gian kênh truyền gọi kênh truyền chọn lọc thời gian, kênh truyền biến đổi nhanh 1.5 CÁC MƠ HÌNH KÊNH TRUYỀN 1.5.1 Kênh AWGN Trong kênh AWGN, nhiễu Gaussian trắng có mật độ xác suất tần số, tức có mật độ phổ công suất đồng băng thông biên độ tuân theo phân bố Gaussian Theo phương thức tác động nhiễu Gaussian trắng thêm vào tín hiệu đầu vào nên nhiễu cộng 1.5.2 Kênh truyền theo phân bố Rayleigh Trong kênh vô tuyến di động, phân bố Rayleigh thường dùng để mô tả chất thay đổi theo thời gian đường bao tín hiệu fading phẳng thu đường bao thành phần đa đường riêng lẻ Khi môi trường truyền có nhiều thành phần tán xạ ta dùng mơ hình Rayleigh Biên độ hàm truyền đạt kênh tần số định tuân theo phân bố Rayleigh điều kiện môi trường truyền thỏa mãn: - Môi trường truyền dẫn khơng có tuyến tầm nhìn thẳng, có nghĩa khơng có tuyến có cơng suất tín hiệu vượt trội - Tín hiệu máy thu nhận từ vô số hướng phản xạ nhiễu xạ khác Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh [14]: r p(r ) exp r2 2 ,r ,r (1.6) 1.5.3 Kênh truyền theo phân bố Ricean Đối với trường hợp fading Rayleigh, có thành phần tín hiệu đến trực tiếp máy thu (thành phần LOS) mà không bị phản xạ hay tán xạ với cơng suất vượt trội phân bố Ricean 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG KỸ THUẬT OFDM 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Trong chương này, tác giả nghiên cứu kỹ thuật OFDM như: nguyên lý bản, tính chất trực giao OFDM cấu trúc hệ thống OFDM Phân tích ISI ICI hệ thống OFDM sử dụng tiền tố vòng để loại bỏ ảnh hưởng ISI, ICI 2.2 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM 2.3 TÍNH TRỰC GIAO 2.4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG OFDM Hình 2.3 Sơ đồ khối trình phát – thu hệ thống OFDM [13] 2.4.1 Mã hóa kênh 2.4.2 Khối xen rẽ Interleaver 2.4.3 Bộ Mapper Demapper 2.4.4.Bộ chuyển đổi song song - nối tiếp nối tiếp - song song 2.4.5 Bộ IFFT/FFT 2.4.6 Tiền tố vòng 2.4.7 Biến đổi cao tần RF 2.5 CẤU TRÚC KHUNG DỮ LIỆU TRONG OFDM Hình 2.10 Cấu trúc khung liệu OFDM Hình 2.12 Tín hiệu băng sở khung liệu OFDM 2.6 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ TRONG OFDM 2.7 NHIỄU TRONG HỆ THỐNG OFDM 2.7.1 Nhiễu liên ký tự Trong môi trường đa đường, ký tự phát đến đầu vào máy thu với khoảng thời gian khác thơng qua nhiều đường khác Do có nhiều phiên tín hiệu đầu vào, gây chồng lấn ký tự thời với ký tự trước nên tạo nhiễu liên ký tự 2.7.2 Nhiễu liên sóng mang Nhiễu liên sóng mang xảy do: - Ảnh hưởng độ lêch tần số sóng mang gây ICI - ICI xảy kênh đa đường khác thời gian ký tự OFDM Dịch Doppler thành phần đa đường gây bù tần số sóng mang con, kết tính trực giao chúng Ngoài ra, ICI xảy ký tự OFDM trải qua ISI - Sự truyền dẫn tín hiệu qua kênh biến đổi theo thời gian làm phá hủy tính trực giao sóng mang phụ gây ICI 2.8 KHOẢNG BẢO VỆ VÀ TIỀN TỐ VÒNG 2.8.1 Khoảng bảo vệ Khoảng bảo vệ thêm vào ký tự OFDM để loại bỏ ISI ICI Hình 2.16 Khoảng bảo vệ Điều kiện định để đảm bảo hệ thống OFDM không bị ảnh hưởng ISI là: TG ≥ τmax Do khoảng bảo vệ lớn trải trễ cực đại kênh truyền nên loại bỏ ISI nhiên chèn khoảng trắng nên tín hiệu phát bị gián đoạn khoảng bảo vệ, ICI 2.8.2 Tiền tố vòng Một cách khác để chèn khoảng bảo vệ OFDM sử dụng tiền tố vòng (CP) CP mở rộng ký tự OFDM cách copy mẫu sau ký tự OFDM vào phía trước Do đó, tín hiệu liên tục nên phổ tín hiệu khơng gây nhiễu với sóng mang khác ICI loại bỏ 10 mẫu thứ miền thời gian sau gỡ khối OFDM thứ bỏ CP biểu diễn sau: L ri , k hm, k xi ,k nk m , k N (3.6) m Nguyên nhân gây ISI ICI từ đường nằm ngồi CP (các đường có độ trải trễ lớn CP) biểu diễn hình 3.3 Hình 3.3 Truyền dẫn OFDM với kênh truyền L đường trường hợp CP ngắn Nếu m > G, mẫu thu miền thời gian theo công thức (3.6) bao gồm hai thành phần sau: ri ,k ri|i 1, k ri|i ,k (3.7) nk Áp dụng biến đổi FFT vào (3.7), mẫu nhận miền tần số sóng mang thứ khối OFDM thứ = Ở đây, ICI + là: + thành phần tín hiệu mong muốn, (3.17) ISI, là nhiễu Gaussian biểu diễn sau: Rid,a G hm,i X i,ae m j ma N L hm,i m G N m G X i ,ae N j ma N (3.18) 11 Riisi ,a L hm,i i 1, z z N m G Riici ,a N 1X L N j2 m z N e N z 0, z a (3.19) k X i, z hm,i m G j (m G) z m G j ( z a)k N e N e N e j ( z a)k N (3.20) k m G Sự biểu diễn ISI ICI thu gọn sau: L Riisi ,a N 1X i 1, z m G z N L N X i, z hm,i Riici ,a hm,i m G e j (m G) z N e j2 m z N N z 0, z a m G (3.21) (3.22) m G thu gọn cho phép giảm đáng kể u với cầu tính tốn gần nhiễu 3.4 PHÂN TÍCH NHIỄU Từ (3.21) (3.22), thấy ICI ISI tổng N khoảng nhỏ độc lập biến phân bố đồng rút từ chòm hữu hạn Theo định lý giới hạn trung tâm, N đủ lớn nhiễu xấp xỉ phân bố Gaussian Phương sai phân bố ICI là: ICI L E hm,i z 0, z a m G L X N2 m G đó, X N N m z 0, z a m G X i, z N e j2 m z N m G 2 phương sai ký tự sóng mang phụ, sai đáp ứng kênh phân bố ISI là: (3.24) m phương Tương tự, ta tính phương sai 12 L X N2 m G ISI m N m G (3.25) z 3.5 XỬ LÝ TRIỆT NHIỄU 3.5.1 Triệt nhiễu liên ký tự Dựa vào giá trị ước lượng đáp ứng kênh trước ̂ ký tự OFDM tách trước ̂ để ước lượng ISI Thành phần ISI ước lượng xác định sau: Rˆiisi ,a L hˆm,i N 1X ˆ i 1, z z N m G j (m G) z m G j ( z a)k N N e e (3.28) k Để thực triệt ISI, lấy tín hiệu thu trừ cho ISI ước lượng Tín hiệu thu sau thực triệt ISI sau: - ̂ = = + (3.29) 3.5.2 Triệt nhiễu liên sóng mang Xử lý triệt ICI sóng mang thứ thứ gây sóng mang thực theo bước ký tự OFDM thứ sau: - Tính tốn ước lượng đáp ứng kênh ̂ - Ước lượng ICI dựa vào giá trị ước lượng đáp ứng kênh ̂ ký tự OFDM thứ sóng mang thứ ước lượng ̂ Thành phần ICI ước lượng xác định sau: Rˆiici ,a L m G N hˆm,i z 0, z a Xˆ i , z N e j2 m z N N e j ( z a)k N (3.31) k m G - Triệt ICI sóng mang thứ ký tự OFDM thứ Tín hiệu thu là: ̇ = - ̂ = (3.32) 13 3.6 KẾT HỢP ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN VÀ TÁCH DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG OFDM VỚI TIỀN TỐ VỊNG NGẮN 3.6.1 Mơ hình thiết kế đề xuất Mơ hình thiết kế kết hợp kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu cho hệ thống OFDM với CP ngắn biểu diễn hình 3.6 Trong giai đoạn thu sử dụng thông tin cung cấp từ ký tự OFDM tách trước để ước lượng ISI Sau sử dụng để triệt nhiễu ISI với giả sử thông tin trạng thái kênh trước ước lượng biết Việc ước lượng kênh ban đầu cho kênh thực sử dụng tín hiệu đầu triệt nhiễu ISI Các giá trị kênh thô sử dụng tách liệu để cung cấp xấp xỉ ban đầu sóng mang phụ truyền Các thông tin ước lượng kênh sóng mang phụ phản hồi trở lại triệt nhiễu ICI để giảm ICI Kênh truyền ước lượng lại từ đầu triệt nhiễu ICI sau sử dụng cho vòng thứ tách liệu Hai bước cuối lặp lại nhiều lần Delay Initial Chan Est Input Signal CP Removal ISI Canceller ICI Canceller Channel Estimator Data Detector Estimated Data Initial Chan Est Delay Hình 3.6 Sơ đồ khối kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu 14 3.6.2 Ước lượng kênh truyền sử dụng kỹ thuật MMSE Chúng ta định nghĩa vectơ tập số sóng mang phụ dành cho pilot nhóm OFDM Luận văn thực với điều kiện kênh truyền giả định bất biến nhóm OFDM, toàn tập hợp vectơ pilot P dành riêng để ước lượng kênh khoảng thời gian Từ (3.18) (3.33) mẫu thu tương ứng với mẫu pilot viết sau (loại bỏ số i cho đơn giản) L Rp g me j pm N Xp (3.35) zp m Với việc định nghĩa sau: Vectơ mẫu thu tương ứng với mẫu pilot: ̇ ̇ ̇ ̇ (3.36) Vectơ đáp ứng kênh truyền miền thời gian: (3.37) Ma trận đường chéo cấp P tín hiệu mẫu pilot phía phát: ([ ]) (3.38) Vectơ nhiễu: (3.39) Ma trận DFT tương ứng với tập hợp tín hiệu pilot: (3.40) [ ] Do đó, mẫu thu tương ứng với tập hợp tín hiệu pilot biểu diễn vectơ sau: ̇ (3.41) 15 đó, ma trận tín hiệu pilot phía phát Từ (3.41) xây dựng ước lượng kênh dựa vào MMSE [11] Đặt W ma trận trọng số, mục tiêu cần tìm ma trận trọng số W bình phương trung bình lỗi vectơ đáp ứng kênh vectơ đáp ứng kênh ước lượng tối thiểu, tức là: ̇ (3.42) {‖ ‖ } {‖ ‖ } Sau thực khai triển lấy đạo hàm, ta có ma trận trọng số xác định sau: (3.51) đó, ma trận đơn vị phương sai nhiễu ma trận hiệp phương sai kênh truyền hệ số kênh khơng tương quan với nhau, có: | | | | { } [ ] | (3.47) | Vectơ đáp ứng kênh ước lượng MMSE xác định: ̇ ̂ (3.52) 3.6.3 Ước lượng kênh truyền ban đầu Mặc dù tín hiệu bị nhiễu ICI Bằng cách xem ICI cộng thêm vào nhiễu Gaussian, việc tính tốn ma trận sau: (3.53) Ở đây, phương sai nhiễu Gaussian Do ICI khơng tương quan với nhiễu nên biểu diễn 3.6.4 Tách liệu sử dụng kỹ thuật MLSE Ước lượng chuỗi X theo kỹ thuật MLSE xác định: ̇| ̂ 16 đó, ̇ ̇ ̇ ̇ vectơ tín hiệu thu bao gồm thành phần tín hiệu mong muốn nhiễu Với , ký tự phát xảy ra, phát có, M số giá trị có tập vectơ số vectơ K số tầng ghi dịch Nếu nhiễu AWGN cơng thức tương đương với việc tìm kiếm vectơ để tối thiểu hóa bình phương khoảng cách Euclide vectơ thu với tất ( ̇ vectơ phát có thể: ) ‖ ̇ ‖ (3.55) Chuỗi phát có khả cao là: ̂ ( ̇ ) 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Nội dung chương bao gồm xây dựng mơ hình mơ phỏng, lưu đồ thuật toán, xây dựng kịch mô thực mô Matlab Từ kết mô tác giả nhận xét đánh giá hiệu kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với CP ngắn 4.2 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 4.2.1 Các tiêu chí đánh giá hệ thống 4.2.2 Mơ hình mơ 17 Hình 4.1 Mơ hình mơ ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với CP ngắn Trong luận văn này, tác giả thực mô hệ thống SISOOFDM với thông số thiết lập ban đầu sau: nFFT = 64, chiều dài CP G = 0, số sóng mang nDSC = 54 sử dụng điều chế 4-QAM sóng mang Số bit phát ngẫu nhiên để thực mô 124800 bit Hệ thống mô tương ứng với khoảng thời gian ký tự OFDM 3.2 µs (chuẩn WiFi 802.11a) Trong mơ hình mơ giả sử kênh truyền với L = đường có cơng suất trung bình tương ứng đường [0, -1, -9] dB, độ trễ theo mẫu tương ứng đường [0, 6, 14] Các kết mô thực với thiết lập ban đầu với EstIteNum = lần lặp lại ước lượng kênh tách liệu 4.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 4.3.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình 4.3.2 Lưu đồ thuật toán ước lượng kênh truyền tách liệu 4.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 4.4.1 Đánh giá hiệu suất BER kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu không sử dụng CP 18 Hình 4.4 Mơ BER theo SNR kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu không sử dụng CP Nhận xét: Dựa vào đồ thị mơ thấy giá trị từ SNR mức trung bình đến SNR cao (khoảng từ 10 – 25dB), tỷ lệ lỗi bit BER kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu đề xuất với CP = tốt cân one-tap với CP = thông tin trạng thái kênh hồn hảo khơng bị ảnh hưởng nhiễu (Error Floor) mức SNR cao Tuy nhiên, thấy xấp xỉ khoảng dB đường cong BER kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu đề xuất với đường cong BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hồn hảo đường cong BER độc lập tính theo lý thuyết Nguyên nhân kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu thực với lần lặp lại ước lượng kênh tách liệu nên ISI, ICI dư thừa sót lại gây không sử dụng CP 19 chưa triệt nhiễu hết Chính ISI ICI sót lại làm cho ước lượng đáp ứng kênh truyền khơng xác nên khơng triệt hết nhiễu 4.4.2 Đánh giá hiệu suất BER kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu không sử dụng CP theo số lần lặp khác Hình 4.5 Mơ BER theo SNR kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu không sử dụng CP theo số lần lặp khác Nhận xét: Từ hình 4.5 thấy với giá trị EstIteNum = thực với lần ước lượng kênh ban đầu, triệt ISI tách liệu thô mà không thực lần lặp lại ước lượng lại kênh truyền tách liệu Do ISI sót lại lớn nên giá trị ước lượng kênh truyền không xác hiệu suất BER 20 thấp so với thực 2,3,4 lần lặp lại Theo hình 4.5 thấy giá trị SNR thấp từ đến 15 dB đường cong BER tương ứng với lần lặp lại ước lượng kênh truyền tách liệu EstIteNum = 2,3,4,6 gần giống ln có khoảng cách gần so với đường cong BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hồn hảo Ngun nhân mức SNR thấp cho dù thực với nhiều lần lặp lại EstIteNum = 2,3,4,6 ISI, ICI triệt hết nhiễu nhiệt tồn đáng kể nên giá trị ước lượng kênh truyền không ước lượng xác Do đó, đường cong BER không gần sát với đường cong BER lý tưởng Tuy nhiên, mức SNR = 22 dB (hoặc giả sử mức SNR lớn) khơng có nhiễu nhiệt đồng thời với việc thực nhiều lần lặp lại ISI, ICI bị triệt tiêu hồn tồn Khi đó, mức SNR = 22 dB khơng có nhiễu nhiệt khơng có ISI, ICI điều có nghĩa khơng có nhiễu tác động nên giá trị ước lượng kênh truyền gần xác tuyệt đối Do đó, đường cong BER kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu gần sát với đường cong BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hồn hảo Dựa vào đồ thị mơ thấy với số lần lặp EstIteNum = 3,4,6 cho đường cong BER gần giống toàn vùng SNR hội tụ đường cong BER tương ứng với lần lặp EstIteNum = Khi nhiễu ISI, ICI gây CP ngắn triệt đến mức tốt Do thực tế khơng cần thực thêm nhiều lần lặp thuật tốn dừng lại với việc thực lần lặp ước lượng kênh tách liệu Khi hiệu suất BER hệ thống đạt đến mức tốt có thể, hội tụ đến BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hồn hảo 21 vùng SNR cao chất lượng hệ thống không cải thiện 4.4.3 Đánh giá hiệu suất BER kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu với chiều dài CP khác Hình 4.6 Mơ BER theo SNR kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu với chiều dài CP khác Nhận xét: Dựa vào đồ thị mô thấy chiều dài CP ảnh hưởng đến hiệu suất BER hệ thống Chiều dài CP lớn loại bỏ ảnh hưởng ISI, ICI nên giá trị ước lượng kênh truyền xác hiệu suất BER tốt Từ hình 4.6, đạt BER SNR 13 dB có đầy đủ CP (G = 16) với thơng tin trạng thái kênh hồn hảo Khi chiều dài CP giảm xuống CP = để đạt mức 22 BER cần SNR = 16 dB Với chiều dài CP = cần SNR = 17 dB để đạt BER Do đó, chiều dài tiền tố vòng ngắn phải tăng SNR nên làm tiêu tốn nhiều lượng hệ thống Đối với hệ thống WiFi theo chuẩn IEEE 802.11a, tổng thời gian ký tự OFDM T TS TG = µs (tương ứng 80 mẫu) thời gian tiền tố vòng TG = 0.8 µs (tương ứng 16 mẫu) CP gây lãng phí 20% băng thơng Như vậy, kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu với việc khơng sử dụng CP băng thơng tăng thêm 20% BER so với BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hoàn hảo Tuy nhiên, sử dụng chiều dài CP = (tương ứng TG = 0.4 µs) hiệu sử dụng băng thông = 88.9%, tương ứng tăng thêm 8.9% băng thơng lãng phí gây tiền tố vòng cho hiệu suất BER tốt 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Hiện kỹ thuật OFDM sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực thông tin vô tuyến WiFi, WiMax, LTE/LTEAdvanced…Trong kỹ thuật OFDM, chiều dài tiền tố vòng (CP) phải lớn trải trễ cực đại kênh truyền nhằm loại bỏ nhiễu liên ký tự (ISI) đảm bảo yêu cầu tính trực giao sóng mang phụ Với việc sử dụng thêm CP làm tiêu tốn dung lượng đường truyền, đặc biệt phạm vi truyền dẫn xa chiều dài CP đáng kể Ví dụ, WiFi, WiMax [9] LTE/LTE-Advanced [7] chiều dài CP chiếm đến 25% thời gian ký tự có ích 23 Trong luận văn này, tác giả trình bày tổng quan lý thuyết kênh truyền vô tuyến kỹ thuật OFDM Từ tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với CP ngắn Sử dụng CP ngắn gây ISI ICI, làm cho trình ước lượng kênh truyền thêm phức tạp Qua phân tích nhiễu, nhận thấy ISI ICI phân bố Gaussian Điều cho phép thực ước lượng kênh truyền dựa MMSE miền thời gian để đạt ước lượng kênh ban đầu Sau thực triệt nhiễu ISI, ICI tách liệu sử dụng kỹ thuật MLSE Các giá trị kênh ước lượng sau ước lượng lại từ tín hiệu triệt nhiễu trước thực tách liệu cuối Các bước thực ước lượng kênh truyền, triệt nhiễu tách liệu thực lặp lại nhiều lần Luận văn thực mô kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với CP ngắn, cụ thể chiều dài CP = Từ kết mô phỏng, thấy hiệu suất BER kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu tốt đáng kể so với cân one-tap với thông tin trạng thái kênh lý tưởng chưa đạt gần sát so với hiệu suất BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hồn hảo Tuy nhiên, với việc thực lần lặp lại ước lượng kênh, triệt nhiễu tách liệu hiệu suất BER hệ thống cải thiện đến mức tốt hội tụ đến BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hoàn hảo vùng SNR cao điều kiện khơng sử dụng tiền tố vòng Luận văn đề xuất kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với chiều dài CP = 0, tức loại bỏ CP ký tự OFDM Với độ trễ kênh truyền lớn chiều dài CP cho 24 trước cho phép mở rộng vùng phủ sóng Ngồi ra, với hệ thống OFDM khơng sử dụng CP cho phép tiết kiệm băng thơng đáng kể, hệ thống WiFi theo chuẩn IEEE 802.11a tiết kiệm 20% băng thơng Đặc biệt tình hình tài ngun phổ tần mạng vơ tuyến cạn kiệt với mức băng thông tiết kiệm đáng kể Theo kết mô phỏng, hiệu suất BER kỹ thuật kết hợp ước lượng kênh truyền tách liệu chưa đạt gần sát với BER có đầy đủ CP với thơng tin trạng thái kênh hoàn hảo Tuy nhiên, luận văn hướng nghiên cứu mẽ đồng thời khởi đầu để phát triển nghiên cứu hệ thống MIMO-OFDM với CP ngắn, chí loại bỏ CP OFDM Hướng phát triển đề tài - Luận văn thực nghiên cứu với hệ thống SISO-OFDM cần phát triển nghiên cứu hệ thống MIMO-OFDM với tiền tố vòng ngắn - Luận văn thực nghiên cứu ước lượng kênh truyền với kênh fading biến đổi chậm Do cần tiếp tục nghiên cứu với kênh truyền fading biến đổi nhanh ... tiền tố vòng ngắn kỹ thuật ước lượng kênh truyền, tách liệu cho hệ thống OFDM với chiều dài tiền tố vòng ngắn - Thực mô đánh giá kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu cho hệ thống OFDM với. .. CỨU KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN VÀ TÁCH DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG OFDM VỚI TIỀN TỐ VÒNG NGẮN” Mục tiêu nghiên cứu - Luận văn thực với mục đích nghiên cứu hệ thống OFDM hoạt động với chiều dài tiền. .. thuyết kênh truyền vô tuyến kỹ thuật OFDM Từ tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật ước lượng kênh truyền tách liệu hệ thống OFDM với CP ngắn Sử dụng CP ngắn gây ISI ICI, làm cho trình ước lượng kênh truyền