Nghiên cứu triệt tần số doppler và khử nhiễu ICI trong hệ thống vô tuyến đường sắt tốc độ cao tóm tắt LATS trịnh thị hương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRỊNH THỊ HƢƠNG NGHIÊN CỨU TRIỆT TẦN SỐ DOPPLER VÀ KHỬ NHIỄU ICI TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN ĐƢỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO Ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 9520208 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THƠNG HÀ NỘI - 2018 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VŨ VĂN YÊM PGS.TS NGUYỄN DUY VIỆT Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trƣờng họp Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thƣ viện: Thƣ viện Tạ Quang Bửu - Trƣờng ĐHBK Hà Nội Thƣ viện Quốc gia Việt Nam GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Đƣờng sắt tốc độ cao thông tin vô tuyến cho đƣờng sắt tốc độ cao Tàu tốc độ cao phát triển nhanh toàn giới đặc biệt số nƣớc châu Âu nhƣ Pháp, Đức, Ý; châu Á nhƣ Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc Đài Loan [1]…tại nƣớc này, họ phát triển đƣờng sắt cao tốc Quốc gia Ngay Trung Quốc tính đến tháng 12 năm 2016 có khoảng 22.000 km đƣờng sắt cao tốc dự kiến đến năm 2020 tăng thêm 10.000km[2,3] Trong nƣớc ta, dự án đƣờng sắt tốc độ cao Hà Nội - TP Hồ Chí Minh đƣợc Chính phủ đạo nghiên cứu xây dựng Ngày nay, việc xây dựng thành phố thông minh, phƣơng tiện giao thông thông minh cần đƣợc kết nối tới mạng truyền thông tin để truyền tải thơng tin thời gian thực nhƣ tín hiệu điều khiển quản lý tự động phƣơng tiện giao thông nhằm giảm ùn tắc giao thông, phát vụ tai nạn tránh va chạm [4,5,6] Trong đó, phát triển nhanh chóng ứng dụng Internet vạn vật IoT (Internet of Things) mang tới yêu cầu cho thành phố với mong muốn kết nối Internet nơi, lúc Trong hệ thống đƣờng sắt tốc độ cao HSR (High Speed Rail), kết hợp trí tuệ nhân tạo AI (Artificial Intelligence) vào hệ thống điều khiển quản lý tàu cao tốc dẫn tới yêu cầu quản lý từ xa tự động thời gian thực công nghệ giám sát phát triển Trong hệ thống đƣờng sắt đại này, sử dụng công nghệ điều khiển tàu tiên tiến nhƣ điều khiển tàu tự động ATC (Automatic Train Control), điều khiển tàu dựa thông tin CBTC (Communication Based Train Control) u cầu cơng nghệ truyền thơng vơ tuyến địi hỏi kỹ thuật cao hơn, khắt khe hơn, nhƣ băng thông, hiệu suất băng thơng, chất lƣợng, tốc độ…Trong hệ thống thông tin vô tuyến đa phƣơng thức ngày đáp ứng phần tạm thời nhu cầu thông tin băng rộng điều khiển tàu hành khách tàu phần lớn tuyến đƣờng sắt tốc độ cao sử dụng hệ thống thơng tin di động tồn cầu dành riêng cho đƣờng sắt GSM-R (Global System for Mobile Communications-Railway) hay TETRA (Terrestrial Trunked Radio) Tuy nhiên, hầu hết hệ thống thông tin vô tuyến, thông tin di động nhƣ 3G, WiFi, WiMax kể hệ thống thông tin di động thứ (4G) phù hợp với mơi trƣờng có tốc độ di chuyển không cao thiết bị đầu cuối ngƣời dùng Đối với ngƣời sử dụng di chuyển với tốc độ cao nhƣ hành khách HSR hệ thống thông tin di động chƣa thể cung cấp dịch vụ liệu tốc độ cao, chất lƣợng tốt nhƣ với ngƣời dùng di chuyển tốc độ thấp LTE (Long Term Evolution) đƣợc UIC liên minh đƣờng sắt quốc tế (International Union of Railways) lựa chọn hệ để cung cấp thông tin vô tuyến cho HSR trở thành LTE-R (Long Term Evolution- Railway)[26] Có thể thấy thơng tin đồn tàu mặt đất nút thắt thông tin vô tuyến HSR Các công nghệ tiên tiến đƣợc nghiên cứu, phát triển để cung cấp đƣờng truyền vô tuyến băng rộng tin cậy ổn định tàu trạm thu phát vô tuyến mặt đất BS (Base Station) Để đạt đƣợc điều có nhiều vấn đề cần đƣợc giải tàu chạy với tốc độ cao hiệu ứng Doppler sinh dịch tần Doppler lớn, điều chế đa sóng mang trực giao OFDM kỹ thuật điều chế then chốt LTE mà kỹ thuật lại nhạy cảm với dịch tần Doppler, gây nhiễu ICI (Inter Carrier Interferrence) hệ thống, chuyển giao xảy thƣờng xuyên, Fading nhanh hệ thống thơng tin Có nhiều nghiên cứu giới để giải vấn đề xảy tàu chạy với tốc cao, nghiên cứu thuộc phạm vi luận án tập trung nghiên cứu dịch tần Doppler hiệu ứng Doppler đƣờng sắt tốc độ cao, sau đề xuất mơ hình triệt, bù CFO đề xuất thuật tốn ƣớc lƣợng dịch tần Doppler để tối thiểu nhiễu liên sóng mang ICI hệ thống thơng tin vơ tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Xu hƣớng phát triển đƣờng sắt tốc độ cao rõ ràng thể qua số lƣợng đƣờng sắt tốc độ cao đƣợc xây dựng nhiều nƣớc giới, Việt Nam ta Chính phủ đồng ý chủ trƣơng xây dựng tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Hà Nội – Hồ Chí Minh Trong chƣa có hệ thống thơng tin vô tuyến băng rộng dành riêng cho điều khiển tàu nhƣ hành khách tàu Do vậy, nhiệm vụ Luận án nghiên cứu hệ thống thông tin vô tuyến tuyến đƣờng sắt tốc độ cao tại, xu hƣớng phát triển hệ thống thông tin vô tuyến tƣơng lai, dựa vào nghiên cứu đề xuất phƣơng án, thuật tốn giải vấn đề hiệu ứng Doppler môi trƣờng di chuyển tốc độ cao đƣờng sắt Đây vấn đề then chốt ứng dụng hệ thống thông tin băng rộng nhƣ LTE vào đƣờng sắt tốc độ cao Những vấn đề cịn tồn hệ thống vơ tuyến cho đƣờng sắt tốc độ cao Hệ thống thông tin vô tuyến tuyến đƣờng sắt tốc độ cao hệ thống đa phức hợp khác tuyến khác [18-22] Trong hệ thống thơng tin vơ tuyến đồn tàu sử dụng cơng nghệ nhƣ GSM-R, TETRA hệ thống thông tin di động băng hẹp, cịn hệ thống thơng tin băng rộng phục vụ hành khách tàu sử dụng công nghệ vệ tinh, wifi công nghệ cung cấp đƣờng truyền tốc độ khoảng từ đến Mb/s tùy thuộc vào tuyến Trong nhu cầu thơng tin băng rộng cho điều khiển tàu hành khách 0,5 đến Gbit/s [25] Vì cần có hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng để cung cấp dịch vụ phục vụ nhu cầu phát triển tất yếu đƣờng sắt tốc độ cao Các nhà nghiên cứu tập trung nghiên cứu ứng dụng LTE cho đƣờng sắt tốc độ cao Hệ thống thông tin đƣợc ứng dụng rộng rãi toàn giới cho đầu cuối di chuyển tốc độ thấp Tuy nhiên ứng dụng vào môi trƣờng tốc độ cao HSR cần phải giải vấn đề phát sinh nhƣ chuyển giao xảy thƣờng xuyên, ƣớc lƣợng kênh môi trƣờng đặc biệt HSR, hiệu ứng Doppler sinh đầu cuối di chuyển với tốc độ nhanh Hiện nay, vấn đề dịch tần Doppler HSR thu hút nhiều nhà nghiên cứu nhƣ [57-60], cơng trình có đóng góp riêng nhƣợc điểm riêng Vì nghiên cứu nghiên cứu sinh có kế thừa ƣu điểm phƣơng pháp trƣớc nghiên cứu đề xuất mơ hình, thuật tốn triệt bù dịch tần Doppler đƣợc thể chƣơng chƣơng 3 Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi phƣơng pháp nghiên cứu luận án Mục tiêu: - Nghiên cứu đề xuất giải pháp triệt dịch tần Doppler hệ thống vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao - Nghiên cứu thuật tốn khử nhiễu liên sóng mang ICI dịch tần Doppler gây hệ thống thông tin vô tuyến cho đƣờng sắt tốc độ cao Đối tƣợng nghiên cứu - Hệ thống đƣờng sắt tốc độ cao - Hệ thống điều khiển thông tin dùng công nghệ vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Phạm vi nghiên cứu - Đƣờng sắt tốc độ cao với tốc độ di chuyển lên tới 550 Km/h - Hệ thống thông tin, điều khiển tàu dùng công nghệ vô tuyến điều chế đa sóng mang trực giao OFDM - Dải tần UHF (Ultra High Frequency) cho thông tin điều khiển tàu Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu từ lý thuyết, giải tích đến mô - Lý thuyết: Nghiên cứu hiệu ứng Doppler phân tích hiệu ứng Doppler mơi trƣờng đƣờng sắt tốc độ cao từ đề xuất giải pháp, mơ hình triệt Doppler - Mơ phỏng: Sử dụng phần mềm mơ Matlab để kiểm chứng mơ hình, thuật tốn triệt ICI đề xuất Ý nghĩa khoa học thƣc tiễn đề tài Đề tài nghiên cứu vấn đề dịch tần Doppler thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao nhiễu ICI hiệu ứng Doppler gây đƣờng sắt tốc độ cao Trong tập trung đề xuất giải pháp nhằm triệt, bù dịch tần Doppler sử dụng hệ thống anten định hƣớng bố trí phù hợp vị trí khác tàu đặc biệt đề xuất thuật toán triệt can nhiễu ICI hệ thống thông tin vô tuyến cho đƣờng sắt tốc độ cao Chính phủ Việt Nam đạo nghiên cứu xây dựng tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Hà Nội- Thành phố Hồ Chí Minh nên hƣớng nghiên cứu có tính thiết thực cần thiết Do đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Bố cục luận án Nội dung luận án đƣợc tổ chức thành chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1.Tổng quan thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Trong chƣơng trình bày tổng quan đƣờng sắt tốc độ cao nhằm cung cấp thơng tin tình hình phát triển đƣờng sắt tốc độ cao tồn giới nhƣ Việt Nam Đồng thời trình bày hệ thống thông tin vô tuyến số tuyến đƣờng sắt tốc độ cao tiêu biểu giới Sau đề cập đến xu hƣớng phát triển hệ thống thông tin vô tuyến cho đƣờng sắt tốc độ cao tƣơng lai Cuối trình bày ảnh hƣởng môi trƣờng tốc độ cao lên hệ thống thông tin vô tuyến Chƣơng Các giải pháp triệt dịch tần Doppler hệ thống vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Trong chƣơng nghiên cứu ảnh hƣởng hiệu ứng Doppler tác động lên OFDM môi trƣờng đƣờng sắt tốc độ cao Sử dụng phần mềm mô Matlab để mô đƣờng cong Doppler với thay đổi vận tốc tàu Dựa vào đề xuất mơ hình triệt mơ hình bù dịch tần Doppler ngữ cảnh cụ thể đƣờng sắt tốc độ cao Chƣơng Thuật tốn triệt nhiễu liên sóng mang hệ thống thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Trong chƣơng tập trung nghiên cứu, đề xuất thuật toán triệt ICI đƣờng sắt tốc độ cao sử dụng công nghệ OFDM Dựa việc tìm hiểu cơng trình nghiên cứu liên quan tìm thuật toán phù hợp với đƣờng sắt cao tốc, đề xuất mơ hình, phân tích lý thuyết cuối mô kết nghiên cứu Phần cuối luận án tóm tắt kết nghiên cứu đƣợc trình làm nghiên cứu sinh trình bày hƣớng phát triển luận án tƣơng lai Các đóng góp luận án Những kết đóng góp luận án nhƣ sau: Xây dựng, phân tích đƣờng cong Doppler môi trƣờng đƣờng sắt tốc độ cao trƣờng hợp thay đổi vận tốc điển hình đƣờng sắt Dựa đƣờng cong Doppler trƣờng hợp thay đổi vận tốc điển hình đƣờng sắt, luận án xây dựng, mô phỏng, đánh giá hiệu hệ thống thông qua tỷ số lỗi bit BER trƣớc sau bù dịch tần Doppler Đề xuất giải pháp triệt dịch tần Doppler hệ thống vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao dựa việc sử dụng anten định hƣớng đặt vị trí đầu tàu, cuối tàu kết hợp với việc thay đổi kiến trúc thiết bị thu đặt tàu Đề xuất thuật tốn triệt nhiễu liên sóng mang ICI hệ thống thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao với công nghệ OFDM việc ƣớc lƣợng kép CFO sau bù trƣớc CFO CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN TRONG ĐƢỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 1.1 Hệ thống thông tin vô tuyến số tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Ngày đƣờng sắt tốc độ cao HSR phát triển tồn giới với việc ứng dụng công nghệ điều khiển tàu tiên tiến để đảm bảo tàu chạy nhanh nhƣng an toàn hiệu nhƣ điều khiển từ xa không ngƣời lái, hệ thống thơng tin vơ tuyến đóng vai trị quan trọng nhƣ dây thần kinh Các cơng nghệ điều khiển đại nhƣ công nghệ điều khiển tự động ATC, công nghệ điều khiển tàu dựa thông tin CBTC với chức nhƣ giám sát đƣờng ray giám sát video tàu (onboard video surveillance and track monitoring) cần có hệ thống thơng tin vô tuyến băng rộng thời gian thực liên tục hai chiều Bên cạnh đó, hệ thống thơng tin ngồi phục vụ điều khiển chạy tàu cịn phần để quản lý giao thông nhƣ hệ thống CCTV (Closed Circuit Television) hay tổng thể hệ thống giao thông thông minh ITS (Intelligent Transport System) Hơn nhu cầu dịch vụ thông tin băng rộng hành khách ngày nhƣ truy nhâp internet, video call, online TV tất yếu yếu tố cạnh tranh loại hình giao thơng Điều đƣợc thể qua nghiên cứu năm 2004 Anh, nghiên cứu cho thấy 72% khách hàng lựa chọn di chuyển tàu cao tốc truy cập đƣợc Internet 78% số hành khách sử dụng dịch vụ di chuyển[11] Thơng tin vơ tuyến đồn tàu mặt đất phổ biến Ở châu Âu sử dụng hệ thống truyền thơng vơ tuyến băng rộng tồn cầu đa phƣơng thức (MOWGLY), sử dụng GSM-R để cung cấp thông tin vô tuyến điều khiển hoạt động chạy tàu sử dụng WiFi cho hành khách tàu công nghệ vệ tinh cho thơng tin đồn tàu mặt đất Hệ thống đa phƣơng thức đƣợc sử dụng tàu cao tốc nhƣ Thalys TGV Pháp để cung cấp thông tin điều khiển tàu ETCS-2 thông qua hệ thống GSM-R cung cấp thông tin Internet băng rộng cho hành khách Khi đoàn tàu di chuyển với tốc độ 300km/giờ, tốc độ liệu tối đa 4Mbps tuyến xuống 2Mbps tuyến lên [19] Tại Nhật Bản, hệ thống vô tuyến dựa cáp đồng trục xẻ rãnh LCX (Leaky Caxial Cable) đƣợc triển khai tàu tốc độ cao N700 để truyền thông tin băng thông rộng tàu mặt đất, WiFi đƣợc lựa chọn cho truyền thơng tin đồn tàu Từ năm 2009, N700 cung cấp dịch vụ liệu khơng dây 2Mbps cho hành khách tuyến xuống tuyến lên [20] Hơn nữa, WiMAX đƣợc thử nghiệm Đài Loan cho băng thông rộng đƣợc truyền đoàn tàu tốc độ cao Hiện nay, đạt đƣợc tốc độ liệu 3Mbps 2Mbps tuyến xuống tuyến lên tƣơng ứng [23] Mặc dù cơng nghệ phần tạm thời đáp ứng nhu cầu thông tin vơ tuyến cho HSR, nhiên cịn nhiều vấn đề nhƣ thời gian trễ dài, chi phí cao, tốc độ liệu tƣơng đối thấp (2-4Mbps) chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu tốc độ di chuyển ngày cao, tốc độ liệu cao, thời gian thực tin cậy Trƣớc yêu cầu thông tin băng rộng cho điều khiển giám sát, cho kinh doanh vận tải nhƣ nhu cầu hành khách dịch vụ thơng tin di động băng rộng hệ thống GSM - R trở nên khơng cịn phù hợp Hơn nhà sản xuất GSM-R cho biết hạn sử dụng hệ thống GSM- R năm 2025 Kỹ thuật ứng dụng thông tin vô tuyến tốc độ cao Theo nghiên cứu gần đây, tốc độ liệu cần thiết tàu tốc độ cao khoảng 37.5Mbps tƣơng lai xa số dự kiến 0.5-5Gbps [25] Do đó, hệ thống thông tin vô tuyến cần đƣợc nghiên cứu phát triển phù hợp với đƣờng sắt tốc độ cao Ngày LTE đƣợc triển khai rộng rãi giới cho đầu cuối di chuyển tốc độ thấp, cung cấp tốc độ liệu lên đến 300Mbps với băng thông 20MHz Hơn nữa, hệ thống thông tin di động thứ đƣợc chuẩn hóa, nhƣ IMTAdvanced đạt đƣợc tốc độ liệu lên đến 1Gbps sử dụng băng thông 100MHz Với phát triển LTE IMT-A (International Mobile Telecommunications Advanced), ngƣời đƣợc cung cấp dịch vụ băng thông rộng khác đa phƣơng tiện Và đƣợc UIC lựa chọn nhƣ hệ cho thông tin đƣờng sắt [24] bỏ qua hệ thông tin di động thứ LTE ngồi khả cung cấp dịch vụ băng rộng cịn có khả đáp ứng yêu cầu riêng ngành đƣờng sắt nhƣ:Truyền thông tin hệ thống điều khiển, giám sát thời gian thực, khống chế đa phƣơng tiện tàu, thông tin khẩn cấp đƣờng sắt, kết nối vạn vật IoT 1.2 Ảnh hƣởng di chuyển tốc độ cao đến chất lƣợng tín hiệu vơ tuyến Chuyển giao mơi trƣờng tốc độ cao Trong hệ thống LTE hỗ trợ chế chuyển giao cứng HHO (Hard Handover) để giảm phức tạp kiến trúc mạng, nhiên HHO không đảm bảo việc khơng có gói tin bị q trình chuyển giao Vì phải có chế hỗ trợ chuyển giao cho LTE ứng dụng môi trƣờng đƣờng sắt tốc độ cao để đáp ứng yêu cầu dịch vụ QoS (Quality of service) RAMS (Reliability Availability Maintainability Safety) Cơ chế chuyển giao LTE môi trƣờng đặc biệt phải liên tục, nhanh tối thiểu việc gói tin Mơ hình kênh Trong tiêu chuẩn LTE [35], mơ hình kênh cho HSR đƣợc trình bày bao gồm hai kịch không gian tự đƣờng hầm nên mơ hình kênh khơng fading đƣợc sử dụng hai kịch Tuy nhiên, nhƣ đƣợc [36], yêu cầu nghiêm ngặt (vận tốc cao đƣờng ray trải dài…) HSR dẫn đến nhiều môi trƣờng đặc thù khác nhau, chẳng hạn nhƣ cầu cạn, cầu cắt ngang, đƣờng hầm Do việc nghiên cứu loạt mơ hình kênh cho HSR đƣợc nghiên cứu Tính di động cao Tàu cao tốc thƣờng chạy tốc độ 350 km/h LTE-R đƣợc thiết kế để hỗ trợ 500 km/h Tốc độ cao dẫn đến kênh không tĩnh, đặc tính khơng tĩnh có tầm quan trọng đặc biệt ảnh hƣởng đến BER hệ thống đơn sóng mang đa sóng Hơn nữa, vận tốc cao gây dịch tần Doppler Trong hệ thống LTE sử dụng kỹ thuật điều chế trực giao đa sóng mang OFDM điều chế tín hiệu Mà OFDM lại nhạy cảm với dịch tần Doppler, làm tính trực giao sóng mang gây ICI làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng hệ thống.Nên việc nghiêu cứu ƣớc lƣợng bù tần số Doppler chủ đề đƣợc nhà nghiên cứu giới quan tâm Luận án nghiên cứu sinh tập trung vào nghiên cứu vấn đề Doppler 1.3 Các nghiên cứu CFO/ICI thơng tin vơ tuyến HSR Đối với tín hiệu miền thời gian , - CFO gây độ dịch pha , tỷ lệ thuận với số thời gian n Lƣu ý tƣơng đƣơng với thay đổi tần số - tín hiệu tần số miền , - Đối với tín hiệu truyền , - hiệu tín hiệu thu đƣợc , - đƣợc tóm tắt bảng 1.4 Bảng 1.1.Ảnh hưởng CFO tín hiệu nhận được[39] Tín hiệu máy thu Tín hiệu miền thời gian , - Tín hiệu miền tần số , - Ảnh hƣởng CFO tín hiệu máy thu , , - Mối liên quan CFO SNR Theo [40] dịch tần Doppler gây ảnh hƣởng tới SNR thể biểu thức sau: E 10 D freq  ( fT)2 b 3ln10 N0 (1.5) Trong Dfreq (Hz), T(s), Eb N lần lƣợt Dịch tần Doppler, chu kỳ symbol tín hiệu OFDM, lƣợng bit mật độ phổ công suất nhiễu Ảnh hƣởng dịch tần Doppler tƣơng tự nhƣ ảnh hƣởng nhiễu gây suy giảm tỷ số tín hiệu nhiễu Các nghiên cứu CFO/ICI Có nhiều nghiên cứu CFO trƣớc nghiên cứu đƣợc phân thành hai nhánh chính: nhánh phƣơng pháp ƣớc lƣợng bù CFO miền thời gian hay gọi ƣớc lƣợng bù trƣớc FFT nhánh thứ hai phƣơng pháp tiếp cận miền tần số hay gọi sau FFT Phƣơng pháp trƣớc FFT yêu cầu tính tốn khơng cần xử lý FFT nên việc ƣớc lƣợng bù CFO nhanh Cả hai nhánh phù hợp với đầu cuối di chuyển tốc độ thấp tàu di chuyển tốc độ nhanh với yêu cầu khắt khe thời gian chất lƣợng phƣơng pháp khơng cịn phù hợp Phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO OFDM với kênh thời gian thay đổi nhanh Phƣơng pháp tỉ lệ vƣợt mức cải tiến LCR (level crossing rate), ƣớc lƣợng CFO miền tần số [13] nên khối lƣợng tính tốn nhiều phức tạp.Phƣơng pháp khả tối đa ML [14]: Cũng thực miền tần số nên khó ứng dụng vào thực tế Phƣơng pháp hàm tƣơng quan: ƣớc lƣợng dựa vào CP, không cần thêm pilot hay symbol qua kênh Rayleigh[15] Tuy nhiên với SNR thấp độ xác khơng cao Phƣơng pháp ƣớc lƣợng dựa việc ƣớc lƣợng kênh [16], đề xuất hiệu với tần số Doppler thấp Các nghiên cứu công bố CFO LTE-R năm gần Gần có cơng trình nghiên cứu tiêu biểu giới đề xuất việc xử lý ICI đƣờng sắt tốc độ cao nhƣ (1) Ƣớc lƣợng bù tần số Doppler LTE-R [57]: phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO tín hiệu nhận đƣợc sau truyền giá trị CFO cho EnodeB, EnodeB lấy giá trị CFO vừa nhận đƣợc bù trƣớc cho tín hiệu truyền Tuy nhiên phƣơng pháp chƣa khẳng định độ xác (2).Ƣớc lƣợng tần số Doppler HSR sử dụng anten tuyến tính phạm vi lớn Trong đề xuất mơ hình kênh lý thuyết đƣợc xây dựng với hệ số kênh, hƣớng sóng đến (DOA) thay đổi Doppler hệ thống thông tin vô tuyến HSR với ăng-ten thu tuyến tính lớn Uớc lƣợng tần số Doppler dựa DFT để tái tạo lại tín hiệu nhận đƣợc Một thuật toán xoay pha đƣợc đề xuất cải thiện độ xác việc ƣớc lƣợng Phƣơng pháp độ xác cao nhƣng phải sử dụng nhiều anten nên giá thành cao Ngoài việc xử lý tín hiệu băng tần sở nên độ phức tạp tính tốn cịn lớn [58] (3).Tối thiểu hóa tần số Doppler HSR sử dụng anten định hƣớng [59] Phƣơng pháp đề xuất việc triệt dịch tần Doppler tín hiệu tới máy thu đặt tàu cách trang bị anten định hƣớng đầu tàu tàu nhƣ hình 1-12 trang bị anten định hƣớng nhƣ hình 1-13 Các ENode B đặt dọc đƣờng ray đƣợc trang bị anten hai hƣớng nhƣ hình 1-14 Phƣơng án đề xuất triệt đƣợc phần lớn dịch tần Doppler nhiên hai anten chuyển giao tần số Dopper không đƣợc xử lý (4).Khử ICI dựa san kênh thích nghi cho kênh biến đổi nhanh LTE-R [60] Bài báo đề xuất phƣơng pháp san kênh thích nghi nhằm triệt nhiễu liên kênh ICI hệ thống LTE-R sử dụng công nghệ OFDM Trong tác giả sử dụng tạo kênh biến thiên nhanh theo thời gian theo kịch bản, mơ hình WINNER II [57] Trong phƣơng pháp chuỗi huấn luyện tối ƣu đƣợc sử dụng phƣơng pháp san kênh thích nghi đề xuất bên thu Phƣơng pháp xử lý tín hiệu băng gốc bên thu địi hỏi tốc độ xử lý nhanh để thích nghi với điều kiện kênh truyền hệ thống LTE-R Tuy nhiên phƣơng pháp có độ phức tạp tính tốn cao chƣa triển khai phần cứng để kiểm nghiệm tính khả thi đề xuất Phƣơng pháp không bù dịch tần Doppler hệ thống LTE-R xảy dịch tần Doppler bên thu làm cho chất lƣợng hệ thống bị suy giảm Đƣờng truyền thông tin vơ tuyến đồn tầu mặt đất nút thắt hệ thống thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Vì để ứng dụng đƣợc LTE HSR việc nghiên cứu dịch tần Doppler công việc thiết yếu Trong luận án nghiên cứu ảnh hƣởng dịch tần Dopler HSR sau đề xuất mơ hình, thuật tốn để triệt, bù dịch tần Doppler HSR Các nội dung đƣợc trình bày cụ thể chƣơng chƣơng CHƢƠNG ẢNH HƢỞNG CỦA HIỆU ỨNG DOPPLER VÀ MƠ HÌNH TRIỆT, BÙ CFO TRONG THƠNG TIN VÔ TUYẾN HSR 2.1 Khái quát chung Việc nghiên cứu đặc tính dịch tần Doppler đƣờng sắt tốc độ cao công việc quan trọng hệ thống tin vơ tuyến khơng ngun nhân gây trực giao sóng mang gây ICI ảnh hƣởng đến chất lƣợng hệ thống mà cịn ảnh hƣởng đến xác tin cậy việc mơ hình hóa kênh thơng tin vơ tuyến HSR nhƣ ảnh hƣởng đến điều khiển tàu 2.2 Dịch tần Doppler thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao Phân tích dịch tần Doppler HSR Phần phân tích đặc tính dịch tần Doppler theo ngữ cảnh thực tế đƣờng sắt nhƣ : Tàu di chuyển đƣờng ray cố định hƣớng di chuyển tàu biết trƣớc.Tốc độ tàu thay đổi không số nhƣ giả thiết nhà nghiên cứu trƣớc Trong phần nghiên cứu nghiên cứu trƣờng hợp điển hình thay đổi vận tốc thực tế đƣờng sắt Trƣờng hợp tàu tăng tốc rời ga với gia tốc a = 0,5m/s2 đạt vận tốc 100m/s Trƣờng hợp tàu chạy với vận tốc không đổi 100m/s Trƣờng hợp tàu chạy với vận tốc 100m/s giảm tốc độ với gia tốc a= -0,6m/s2 tới ga Trƣờng hợp tàu chạy với vận tốc 100m/s giảm tốc đột ngột với gia tốc a= -0,9m/s2 tàu gặp cố Trong trƣờng hợp, tàu di chuyển hiệu ứng Doppler sinh dịch tần Doppler giá trị dịch tần thay đổi theo thời gian đƣợc thể biểu thức (2.1) Trong biểu thức tần số Doppler (Hz), tần số sóng mang (Hz), vận tốc chạy tàu (km/h), (m/s), c vận tốc ( ) góc hợp hƣớng di chuyển tàu đƣờng nối từ tàu tới BS ánh sáng ( 3.10 m/s), () ( ) () (2.1) Mô kết Sử dụng phần mềm mô Matlab với kênh mô kênh Rician thông số thực tế đƣờng sắt cao tốc nhƣ bảng 2.1 Bảng 2.1.Các thông số mô dịch tần Doppler Thông số Giá trị Bán kính cell 1000 m Chiều cao anten tàu 3.5m Chiều cao anten Ru 6m Khoảng cách Ru đƣờng ray 5m Vận tốc cao tàu v=100 m/s = 360 km/h Số sóng mang N=2048 Phƣơng thức điều chế QPSK Khoảng cách sóng mang =7.5 kHz Tần số lấy mẫu 15.36 MHz Tần số sóng mang 2.6 GHz Khoảng bảo vệ ¼ chu kỳ Sybol Tần số Doppler lớn 866 Hz Kênh truyền Rician với K=8 Kết mô cho trƣờng hợp điển hình thay đổi vận tốc nhƣ sau Trƣờng hợp tàu tăng tốc với gia tốc tăng a =0,5m/s2 Hình 2-2.Dịch tần Dopper với a =0,5m/s2 Hình 2-3 BER với a =0,5m/s2 Trƣờng hợp 2: Tàu chạy với vận tốc khơng đổi Hình 2-4 Dịch tần Doppler với v khơng đổi Hình 2-11.Mơ hình hệ thống sử dụng anten định hướng tàu Ở đây, anten định hƣớng đƣợc sử dụng cho E-NodeB (hay RU) tàu Các ENoedB trang bị anten định hƣớng đối diện nhau, anten hƣớng phía đƣờng ray Trên tàu đƣợc thiết kế sử dụng anten định hƣớng, anten đầu tàu anten đầu tàu đặt đầu tàu lần lƣợt sử dụng cho đƣờng truyền phía trƣớc phía sau, anten tàu anten đuôi tàu đƣợc đặt đuôi tàu để sử dụng cho đƣờng truyền phía trƣớc phía sau Hai cặp anten đầu tàu đuôi tàu kết nối với trạm E-NodeB thông qua đƣờng truyền khác việc sử dụng cặp anten định hƣớng cần thiết để tránh nhiễu liên đƣờng (cross link interference) Với phƣơng án bố trí anten tàu triệt đƣợc tần số Doppler nhƣ thể phần kết dƣới cịn đảm bảo đƣợc việc không kết nối E-NodeB thiết bị truy nhập tàu xảy chuyển giao Vì anten đầu tàu lần lƣợt chuyển giao tới E-NodeB anten cuối tàu vùng phủ sóng E-NodeB Các anten đặt tàu nên chúng có vận tốc với vận tốc tàu di chuyển Vì thế, thành phần ảnh hƣởng đến độ dịch tần Doppler giá trị Vậy thêm vào thiết bị chuyển mạch để lựa chọn anten làm việc dựa vào vị trí tàu cho anten đầu tàu i anten tàu j có Thiết bị chuyển mạch lựa chọn anten làm việc theo thời điểm định tùy vào vị trí tàu Khi tàu vào vùng không gian mà anten xảy q trình chuyển giao, khối chuyển mạch hoạt động để lựa chọn cho đầu đƣa vào giải điều chế tín hiệu đƣợc bù dịch tần Doppler Lƣu đồ thuật tốn Bƣớc 1: Vị trí tàu ln đƣợc xác định nhờ thiết bị xác định vị trí đoàn tàu đƣợc trang bị tuyến đƣờng nhƣ phát đáp (transponder), cờ (tags), balise đặt đƣờng ray Bƣớc 2: Thuật toán lựa chọn xử lý tín hiệu: If then Input=head1 + head2; Else if then Input = tail1+tail2; Else Input= head1+ tail2 Bƣớc 3: Tín hiệu output đƣợc triệt tiêu dịch tần Doppler đƣa vào giải điều chế tần số 2fc Mô kết Trong mơ hình đề xuất sử dụng tham số mô nhƣ bảng 2.2 dƣới Bảng 2.2.Thơng số mơ mơ hình anten Thông số Tần số Chiều cao anten RU Chiều cao Anten AP tàu Giá trị 2.6 GHz 6.5 m 3m 11 Loại Anten Anten định hƣớng Chiều dài tàu 200 m Khoảng cách hai RU 1000 m Tốc độ tàu 150 m/s Kết mô phần mềm Matlab đƣờng cong Doppler anten đặt tàu đƣờng cong Doppler lại sau sử dụng phƣơng pháp triệt đề xuất đƣợc thể Hình 2-16, Hình 2-18 Hình 2-16.Tần số Doppler hai anten đầu tàu Đƣờng cong tần số Dopple anten đầu tàu 1(Head 1Ant) anten đầu tàu (Head 2Ant) đƣợc thể Hình 2-16 Qua hình thấy giá trị tần số Doppler tín hiệu Anten đầu tàu Anten đầu tàu ngƣợc dấu hai Anten chuyển giao Đƣờng cong Doppler tín hiệu Anten đuôi tàu 1(Tail Ant) Anten đuôi tàu (Tail Ant) giống với hai đƣờng cong Doppler hai Anten đầu tàu khác điểm khơng chuyển giao Hình 2-18 Độ dịch tần Doppler tín hiệu mơ hình đề xuất Hình 2-18 thể giá trị tần số Doppler đầu chuyển mạch, tần số ảnh hƣởng lên tín hiệu truyền tới đầu cuối thiết bị sử dụng Qua ta thấy tần số Doppler lại lớn 0.3978 Hz chiểm 5%, lại giá trị tần số Doppler hầu hết trình tàu di chuyển Với mơ hình tín hiệu thu đƣợc sau thiết bị chuyển mạch có độ dịch tần Doppler nhỏ (gần nhƣ 0) toàn quãng đƣờng di chuyển tàu Điều làm cho luồng liệu giải điều chế đƣợc mà khơng tính trực giao tín hiệu OFDM nhƣ khơng gây ICI hệ thống Tuy nhiên phƣơng pháp cần sử dụng anten định hƣớng tàu cao tốc, để giảm anten tàu phần dƣới đề xuất phƣơng án sử dụng anten cho kết tƣơng tự nhƣ việc sử dụng anten 2.4.Triệt dịch tần Doppler sử dụng anten định hƣớng Mơ hình hệ thống Để giảm bớt số Anten tàu phần đề xuất mơ hình sử dụng anten tàu với mơ hình hệ thống đƣợc thể Hình 2- 19 mơ hình kênh tƣơng tự nhƣ đề xuất sử dụng anten định hƣớng trình bày mục 2.3.2 phía 12 Hình 2-19 Mơ hình hệ thống đề xuất Hình 2-19 mơ tả mơ hình đề xuất với anten định hƣớng đƣợc đặt RU hƣớng hai phía đối diện để bao phủ dọc đƣờng tàu anten định hƣớng đƣợc trang bị tàu, anten đầu tàu (Head) đƣợc đặt phía trƣớc tàu nhằm kết nối với RU phía trƣớc, anten tàu(Middle) đƣợc đặt tàu, anten đuôi tàu (Tail) đƣợc thiết lập đuôi tàu nhằm kết nối với RU phía sau Bằng việc xếp anten nhƣ trên, tàu chạy từ trái qua phải đƣờng tàu, anten đƣợc kết nối với RU khác để tránh can nhiễu chéo Khi tàu chạy qua RU, trình chuyển giao khơng xảy cách đồng thời Mô kết Để kiểm chứng tác dụng mơ hình đề xuất nghiên cứu sinh sử dụng phần mềm Matlab với thông số mô nhƣ bảng 2.2 mơ hình sử dụng anten định hƣớng kết đƣợc thể nhƣ Hình 2-22 Hình 2-24 Hình 2-22 Dịch tần Doppler anten đầu tàu tàu Hình 2-22 thể đƣờng cong Doppler Anten đầu tàu đuôi tàu, giá trị hai đƣờng gần nhƣ khác điểm Anten lần lƣợt chuyển giao Hình 2-24.Dịch tần Doppler đầu chuyển mạch 13 Trong Hình 2-24, dịch tần Doppler tác động lên tồn sóng mang hệ thống Tỉ lệ phần trăm giá trị Doppler thu đƣợc từ 0.25 đến 0.3978 Hz 5% Dịch tần Doppler đạt xác xuất khoảng 95% Nhƣ đề xuất đạt hiệu triệt tần số Doppler tƣơng tự với phƣơng án sử dụng anten trình bày phía 2.5 Bù dịch tần Doppler thiết bị chuyển tiếp tàu Mơ hình hệ thống bù Doppler Mơ hình chúng tơi đề xuất Hình 2-26 bù đƣợc dịch tần Doppler Hình 2-26.Mơ hình hệ thống thực tế Mơ hình hệ thống Hình 2-26 cho thấy có thêm vào khối AP bù dịch tần Doppler Ở bên phát, liệu từ E-Node-B đƣợc chia thành dòng bit, điều chế băng sở đƣa qua khối nối tiếp song song Tín hiệu từ khối IFFT đƣợc chèn thêm CP qua DAC để tạo tín hiệu OFDM Bởi khoảng cách E-Node-B AP ngắn, tàu ln chạy vùng ngoại nên tín hiệu truyền ln tồn thành phần LoS Vì vậy, kênh Rician đƣợc áp dụng theo nhƣ kịch D2A WINNER II Dịch tần Doppler đƣợc xác định bù thiết bị AP hay thiết bị chuyển tiếp tàu Q trình đƣợc mơ tả nhƣ sau: Đầu tiên, tín hiệu nhận đƣợc AP qua lọc thông dải (BPF1) khuếch đại tạp âm thấp (LNA), sau đƣợc phân làm nhánh: Nhánh 1: tín hiệu thu đƣợc có tần số vào cổng vào khối trộn tần Mixer Bộ tạo dao động nội sinh tần số sóng mang , đƣợc vào khối Mixer Với trộn lý tƣởng, tần số đầu trộn Sau tín hiệu đầu qua lọc thơng thấp (LPF), có đƣợc tín hiệu có tần số Nhánh 2: Tín hiệu với tần số vào trộn Mixer Tại khối này, tín hiệu đƣợc trộn với tín hiệu có tần số nhánh Vì vậy, tín hiệu đầu thu đƣợc qua Mixer , Sau sử dụng lọc thông dải (BPF2), tín hiệu có tần số đƣợc truyền qua, tín hiệu bị loại bỏ Kết mơ Bảng 2.3.Tham số mơ cho mơ hình bù Thơng số Bán kính cell Tốc độ tàu Tổng số kênh Phƣơng pháp điều chế Độ rộng kênh Tần số lấy mẫu Tần số sóng mang Khoảng bảo vệ Tần số Doppler Kênh truyền Giá trị 1000 m v=150 mps = 540 kph N=1024 BPSK =15 kHz 15.36 MHz 2.6 GHz ¼ chu kỳ Symbol 1300 Hz AWGN, Rician (K=2, K=8) 14 Khi tốc độ tàu đạt giá trị cực đại v, dịch tần Doppler Vì mơ hình mô băng gốc với khoảng cách sóng mang =15 kHz, CFO đƣợc tính tốn theo biểu thức: (2.58) Hình 2-28.Tỉ lệ lỗi bit(BER) hệ thống qua kênh Rician với K=2 Kết mô BER qua kênh Rician với K=2 ta thấy rằng, sau có bù Doppler chất lƣợng hệ thống đƣợc cải thiện rõ rệt chƣa trùng với đƣờng cong lý thuyết môi trƣờng truyền đa đƣờng Hình 2-29.Tỉ lệ lỗi bit(BER) hệ thống qua kênh Rician với K=8 Từ kết mô ta thấy với kênh truyền Rician, K tăng đƣờng cong BER sau bù Doppler gần với đƣờng cong BER lý thuyết hiệu hệ thống đƣợc cải thiện rõ rệt Trong mơ hình đề xuất việc bù dịch tần Doppler cách thêm tần số sóng mang fc AP khơng cần sử dụng Pilot khung liệu So sánh với tín hiệu khơng Doppler, BER tín hiệu mơ đƣợc cải thiện Nhƣ phƣơng pháp đề xuất bù đƣợc dịch tần Doppler anten thu bên ngồi tàu cho chất lƣợng tín hiệu tốt đáng kể Ở chƣơng đề xuất mơ hình triệt, bù Doppler thay đổi phần cứng nhƣ bố trí anten định hƣớng tàu cịn sang chƣơng nghiên cứu sinh đề xuất thuật toán ƣớc lƣợng bù CFO xử lý tín hiệu để triệt nhiễu ICI thông tin vô tuyến HSR 15 CHƢƠNG THUẬT TỐN TRIỆT NHIỄU ICI TRONG THƠNG TIN VÔ TUYẾN ĐƢỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 3.1 Khái quát chung Chƣơng đề xuất mơ hình triệt Doppler HSR cách bố trí anten hợp lý thêm vào khối lựa lựa chọn anten làm việc theo vị trí chạy tàu Chƣơng đề xuất mơ hình bù dịch tần Doppler việc thay đổi cấu trúc thiết bị chuyển tiếp đặt tàu thêm vào khối AP Trong chƣơng đề xuất phƣơng pháp ƣớc lƣợng bù CFO sử dụng CP (Cyclic- Prefix) phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO kép nhằm giảm ICI việc sử dụng thuật toán ƣớc lƣợng bù dịch tần Doppler cho hệ thống HSR Phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO kép dựa vào phần mào đầu khung liệu thông tin EnodeB ngƣời sử dụng Kết mô hiệu suất hệ thống đƣợc cải thiện việc sử dụng mơ hình đề xuất 3.2.Uớc lƣợng bù CFO sử dụng CP HSR Mơ hình đề xuất CFO tìm đƣợc từ góc pha: ̅ * , - , -+ với n -1,-2,…- (3.4 ) Để giảm tác động CFO, thực trung bình cộng mẫu khoảng độ dài CP nhƣ sau: , - , -} ̂ {∑ (3.5) Phạm vi ƣớc lƣợng CFO biểu thức (3.5) là:[ , )/2 = [-0.5, 0.5] | 16dB, thuật toán cho thấy vƣợt trội Hình 3-20 BER có CFO, khơng bù CFO bù CFO Hình 3-20 BER hệ thống với trƣờng hợp CFO, có CFO bù CFO Khi lớn, kết thuật toán gần với giá trị thực tế CFO Do đó, hiệu suất gần với trƣờng hợp lý tƣởng Sự ảnh hƣởng ICI nghiêm trọng trƣờng hợp chu kỳ symbol tăng Đặc biệt với hệ thống tàu tốc độ cao, tốc độ tàu lên đến 570 km/h lớn Doppler gây CFO, làm giảm hiệu suất hệ thống truyền Trong chƣơng đề xuất hai giải pháp ƣớc lƣợng bù CFO Giải pháp ƣớc lƣợng bù CFO dựa ngữ cảnh thay đổi vận tốc điển hình đƣờng sắt cao tốc thuật toán ƣớc lƣợng bù CP Kết mô cho thấy giải pháp đạt đƣợc yêu cầu thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao độ xác thời gian, nhƣng tồn nhƣợc điểm không ƣớc lƣợng bù CFO thời điểm ngẫu nhiên vận tốc Giải pháp thứ hai nghiên cứu phƣơng án giảm ICI phƣơng pháp ƣớc lƣợng CFO kép cho hệ thống HSR Phƣơng án đề xuất dựa phần mào đầu khung liệu tín hiệu thu đƣợc không sử dụng nhiều anten MS ƣớc lƣợng tần số Doppler dựa tín hiệu nhận đƣợc gửi lại giá trị cho E-Node-B Khi liệu đƣợc gửi, CFO đƣợc đƣa vào liệu Hệ thống đƣợc mơ dựa thuật tốn ƣớc lƣợng CFO đề xuất Sai số bình phƣơng trung bình việc ƣớc lƣợng đƣợc so sánh với giải pháp thông thƣờng thông qua hiệu suất Nhƣ thể kết mô phỏng, phƣơng án tốt tăng BER hệ thống sử dụng phƣơng pháp bù đề xuất đƣợc nêu CFO đƣợc loại cách hiệu lớn Hiệu suất hệ thống gần với trƣờng hợp lý tƣởng CFO sử dụng thuật tốn Với giải pháp hiệu này, dịch vụ liệu tốc độ lớn đƣợc cung cấp với độ tin cậy cao Đây đƣợc xem xét nhƣ giải pháp đầy hứa hẹn cho vấn đề sở hạ tầng giao thông đƣờng sắt cao tốc 23 KẾT LUẬN Trong luận án nghiên cứu giải pháp triệt tần số Doppler khử nhiểu ICI thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao, nghiên cứu sinh trình bày tổng quan đƣờng sắt tốc độ cao, xu hƣớng phát triển đƣờng sắt tốc độ cao, hệ thống thông tin vô tuyến số đƣờng sắt tốc độ cao, tình trạng nghiên cứu LTE HSR để trở thành LTE-R Nghiên cứu sinh nghiên cứu vấn đề, thách thức gặp phải hệ thống vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao, tồn mà nghiên cứu trƣớc chƣa giải đƣợc giải chƣa triệt để để từ nghiên cứu sinh đề xuất giải pháp bù, triệt tần số Doppler thông tin vô tuyến HSR Các kết quả, đóng góp luận án nhƣ sau: A Một số kết đạt đƣợc luận án Xây dựng đƣợc đƣờng cong Doppler môi trƣờng đƣờng sắt tốc độ cao trƣờng hợp thay đổi vận tốc điển hình đƣờng sắt Dựa đƣờng cong Doppler trƣờng hợp thay đổi vận tốc điển hình đƣờng sắt, luận án xây dựng, mô phỏng, đánh giá hiệu hệ thống thông qua tỷ số lỗi bit BER trƣớc sau bù dịch tần Doppler Kết cơng bố cơng trình số [5] danh mục cơng trình cơng bố luận án Đề xuất số giải pháp triệt dịch tần Doppler hệ thống vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao dựa việc sử dụng anten định hƣớng đặt vị trí đầu tàu, tàu, tàu với việc thay đổi kiến trúc trạm thu phát chuyển tiếp đặt tàu Cụ thể: - Đề xuất hai mơ hình triệt dịch tần Doppler việc sử dụng anten định hƣớng đặt đầu tàu, đuôi tàu, tàu lựa chọn anten làm việc tùy theo vị trí thực tế chạy tàu Kết mơ cho thấy với đề xuất dịch tần Doppler đƣợc triệt 95% tồn q trình chạy tàu, lại 5% dịch tần Doppler xấp xỉ 0.4 Hz Hai đề xuất lần lƣợt đƣợc công bố báo số [1] số [3] - Đề xuất mơ hình bù CFO việc thay đổi cấu trúc phần cứng thiết bị chuyển tiếp tàu Với đề xuất nghiên cứu sinh mô hệ thống sử dụng phần mềm Matlab với kênh Rician cho trƣờng hợp K=2 K=8 Kết cho thấy đƣờng cong BER sau bù đƣờng cong lý thuyết gần trùng Đề xuất đƣợc công bố báo số [4] Đề xuất thuật toán ƣớc lƣợng bù CFO kép để triệt ICI thông tin vô tuyến HSR Kết mô cho thấy Eb/N0 lớn đƣờng cong BER sau bù trùng khít với đƣờng BER khơng có CFO Mơ hình, kết đề xuất đƣợc cơng bố báo số [2] danh mục cơng trình cơng bố luận án B Hƣớng phát triển Mơ hình hóa, mơ phỏng, thực nghiệm hệ thống sử dụng mã hóa nguồn, mã hóa kênh định dạng búp sóng cho đề xuất chƣơng 2 Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống giải pháp để định hƣớng ứng dụng với mơ hình kênh cụ thể cho HSR Việt Nam 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN BÀI BÁO KHOA HỌC Thi Huong, Trinh & Duy Viet, Nguyen & Van Yem, Vu 2017 „‟Eliminating Doppler shift in high speed rail communications” Far East Journal of Electronics and Communications 17 701-707 10.17654/ EC017030701 Vu, Yem & Thi Huong, Trinh 2018 „‟ICI Mitigation by Estimation of Double Carrier Frequency Offsets in High-Speed-Railway Communication Systems for Smart Cities” Mobile Networks and Applications 1-9 10.1007/s11036-017-0990-y Vu Van Yem, Trinh Thi Huong, and Nguyen Duy Viet, 2018 „’Doppler Frequency Shift Eliminating Using Directional Antennas for High - Speed Rail Communications‟‟, Journal of Communications, ISSN: 1796-2021 (Online); 2374-4367 (Print) Trinh Thi Huong, Nguyen Manh Dat, To Thi Thao, Nguyen Duy Viet, and Vu Van Yem, (2018) “Compensating Doppler Frequency Shift of High Speed Rail Communications,“ International journal of Applied Engineering Research, Volume 13, Number 16, pp 12987-12990 (Scopus) Trinh Thi Huong, Nguyen Ngoc Huy, Pham Duy Phong, Nguyen Duy Viet and Vu Van Yem, (2018) “Novel Method Using CP for Estimation and Compensation of CFO in HSR Communications,” Accepted to European Journal of Electrical and Computer Engineering ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Nghiên cứu thuật tốn xử lý tín hiệu hệ thống thông tin vô tuyến cho đường sắt tốc độ cao Mã số T2017-ĐĐT51 Chủ nhiệm đề tài 25 ... vấn đề dịch tần Doppler thông tin vô tuyến đƣờng sắt tốc độ cao nhiễu ICI hiệu ứng Doppler gây đƣờng sắt tốc độ cao Trong tập trung đề xuất giải pháp nhằm triệt, bù dịch tần Doppler sử dụng hệ... Với bốn đồ thị BER trƣờng hợp thay đổi vận tốc tàu dẫn đến dịch tần Doppler thay đổi, dịch tần Doppler lớn BER cao BER lớn ứng với trƣờng hợp giá trị tần số Doppler cao tàu chạy tốc độ cao nhất,... tốc độ cao - Nghiên cứu thuật tốn khử nhiễu liên sóng mang ICI dịch tần Doppler gây hệ thống thông tin vô tuyến cho đƣờng sắt tốc độ cao Đối tƣợng nghiên cứu - Hệ thống đƣờng sắt tốc độ cao -