Tính hiệu năng của hệ thống thông tin di động 4G

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  NGUYỄN VĨNH HƢNG TÍNH HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ NGUYỄN VĨNH HƢNG TÍNH HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 4G Ngành: Cơng nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ THƠNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Ngô Hồng Sơn Hà Nội - 2014 LỜI CAM ĐOAN Những kết nghiên cứu trình bày luận văn hồn tồn trung thực, tơi, khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Nếu sai, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Vĩnh Hƣng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii MỞ ĐẦU Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG 4G 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ (1G) 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ (2G) 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ (3G) 1.4 Hệ thống thông tin di động hệ (4G) 1.4.1 Quá trình phát triển 4G .7 1.4.2 Sự khác 3G 4G 11 Chƣơng 2: HIỆU NĂNG CỦA HỆ THÔNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN 13 2.1 Mơ hình kênh nhiễu Gauss .13 2.2 Mơ hình kênh Fading: .14 2.2.1 Các đặc trưng thống kê: 15 2.2.2 Mơ hình kênh vô tuyến di động .16 2.3 Hiệu truyền tín hiệu số kênh AWGN: 17 2.4 Xác suất lỗi kênh fading phẳng: 18 2.5 Xác suất gián đoạn hệ thống 20 2.6 Điều chế M-ASK: .21 2.6.1Hiệu hệ thống M-ASK truyền kênh AWGN 21 2.6.2 Hiệu hệ thống M-ASK truyền kênh fading 22 2.7 Hiệu hệ thống điều chế M-QAM .23 2.7.1 Hiệu hệ thống M-QAM truyền kênh AWGN 23 2.7.2 Hiệu hệ thống M-QAM truyền kênh fading Rayleigh: 24 2.7.3 Xác suất gián đoạn hệ thống: 25 2.8 Hiệu hệ thống M-PSK .26 2.8.2 Hiệu hệ thống M-PSK truyền qua kênh fading Rayleigh .27 2.8.3 Xác suất gián đoạn hệ thống M-PSK .28 Chƣơng 3: HIỆU NĂNG CỦA HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 30 3.1 Mơ hình hệ thống MIMO 30 3.2 Hiệu hệ thống phân tập không gian đầu thu 32 3.3 Hiệu hệ thống phân tập không gian đầu phát 35 3.3.1 Trường hợp máy phát biết thông tin trạng thái kênh 35 3.3.2 Trường hợp máy phát thông tin kênh 35 3.4 Hiệu hệ thống MIMO 37 3.5 Mơ hình hệ thống OFDM 38 3.6 Hiệu hệ thống OFDM 43 3.7 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM: 46 3.8 Hiệu hệ thống MIMO-OFDM 46 Chƣơng 4: MƠ PHỎNG VÀ TÍNH HIỆU NĂNG MẠNG 4G 54 4.1 Xây dựng tính tỉ lệ lỗi bit mơ hình OFDM 54 4.2 Xây dựng tính hiệu LTE .56 Tỷ số lỗi bit BER: 58 Tỷ số tín hiệu nhiễu SNR: .58 Quan hệ BER với SNR: 58 Xác suất lỗi .58 4.3 Kết mô quan hệ BER SNR 58 Đối với trường hợp SC-FDMA điều chế thích nghi với BER = 1e-3 59 4.4 Kết mô xác suất lỗi hệ thống OFDMA SC-FDMA điều chế thích nghi 59 Trường hợp SC-FDMA Pe=1e-0.5 kết biểu thị bảng 4.5 .60 4.5 Kết mô tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PAPR OFDMA FC-FDMA điều chế thích nghi 61 4.4 Xây dựng tính tỉ lệ lỗi bit với mơ hình kênh MIMO-OFDM 65 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .68 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation 3GPP 3rd Generation Partnership Project AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate CDMA Code Division Multiple Access DFT Discrete Fourier Transform FFT Fast Fourier Transform FDMA Frequency Division Multiple Access GSM Global System for Mobile Communication IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform ITU International Telecommunication Union ITU-R ITU Radiocommunication Sector ISI Inter Symbol Interference IMT-ADVANCED International Mobile TelecommunicationsAdvanced LTE Long Term Evolution MIMO Multiple-Input Multiple-Output OFDM Orthogonal Frequency Division Multiple OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access SDMA Space-Division Multiple Access SNR Signal to Noise Ratio TDMA Time Division Multiple Access UE User Equipment UMB Ultra Mobile Broadband UMTS Universal Mobile Telecommunication Systems WCDMA Wireless Code Division Multiple Access i DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1 Tham số mơ hình kênh MIMO 32 Bảng 4.1 Thông số mô OFDM 54 Bảng 4.2 Bảng mô LTE 57 Bảng 4.3 Quan hệ BER với SNR hệ thống OFDMA 58 Bảng 4.4 Quan hệ BER với SNR trường hợp SC-FDMA 59 Bảng 4.5 Kết Pe với OFDMA 60 Bảng 4.6 Kết Pe với hệ thống SC-FDMA 60 ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Quá trình phát triển mạng thông tin di động 3G-4G Hình 1.2 Các khả mạng sau 3G Hình 1.3 Các mạng tương lai Hình 1.4 Cấu trúc lớp mạng tương lai 10 Hình 2.1: Mơ hình kênh AWGN 13 Hình 2.2: Các tượng xảy q trình truyền sóng .14 Hình 2.3 Mơ hình kênh lựa chọn tần số 16 Hình 2.4 Xác suất lỗi hệ thống BPSK truyền qua kênh AWGN, Rayleigh Rice fading có hệ số Rice K khác 20 Hình 2.5 Xác suất gián đoạn hệ thống BPSK kênh fading Rayleigh .21 Hình 2.7 Xác suất lỗi hệ thống M-ASK kênh 22 AWGN fading Rayleigh 22 Hình 2.8 Xác suất lỗi kí hiệu hệ thống truyền tin M-QAM 24 Hình 2.9 Xác suất gián đoạn hệ thống M-QAM truyền kênh fading với ngưỡng Pt  103 25 Hình 2.10 Mặt phẳng kí hiệu điều chế M-PSK .26 Hình 2.11 Xác suất lỗi kí hiệu truyền M-PSK kênh AWGN kênh fading Rayleigh 28 Hình 2.12 Xác suất gián đoạn truyền M-PSK kênh fading Rayleigh với mục tiêu xác suất lỗi .29 Hình 3.1 Mơ hình MIMO 30 Hình 3.2 Dàn anten đầu thu 32 Hình 3.3 Xác suất gián đoạn hệ thống sử dụng phân tập không gian kênh fading Rayleigh 34 Hình 3.5 Sơ đồ khơng gian tín hiệu 8-PSK 41 Hình 3.6 Chùm tím hiệu 16 QAM (M=16) .43 Hình 4.1 Kết mơ OFDM 55 Hình 4.2 Mơ hình truyền dẫn OFDMA 56 Hình 4.3 Mơ hình truyền dẫn SC-FDMA 56 Hình 4.4 Quan hệ BER với SNR hệ thống OFDMA điều chế thích nghi 58 iii Hình 4.5 Quan hệ BER với SNR hệ thống SFDMA điều chế thích nghi 59 Hình 4.6 Xác suất lỗi hệ thống OFDMA 60 Hình 4.7 Xác suất lỗi hệ thống SC-FDMA 61 Hình 4.8 PAPR hệ thống OFDMA .61 Hình 4.9 PAPR hệ thống SC-FDMA 62 Hình 4.10 PAPR OFDMA SC-FDMA điều chế BPSK 63 Hình 4.11 PAPR OFDMA SC-FDMA điều chế QPSK .63 Hình 4.12 PAPR OFDMA SC-FDMA với điều chế 16 QAM 63 Hình 4.13 PAPR OFDMA SC-FDMA với điều chế 64 QAM 64 Hình 4.14 Mơ MIMO 2x2 đánh giá phân tập 65 Hình 4.15 MIMO-OFDM với điều chế BPSK 66 iv MỞ ĐẦU Ngày tính di động tính tiện dụng mà hệ thống truyền thông vô tuyến mang lại hiệu cao việc sử dụng, khai thác trao đổi thông tin cho người dùng Các hệ thống thơng tin tương lai địi hỏi phải có dung lượng cao hơn, tin cậy hơn, sử dụng băng thông hiệu hơn, khả kháng nhiễu tốt Hệ thống thông tin truyền thống phương thức ghép kênh cũ khơng cịn có khả đáp ứng yêu cầu hệ thống thông tin tương lai.Với xu hướng phát triển mạng viễn thông giới Việt Nam tương lai khơng xa xuất mạng 4G đầy đủ cơng nghệ OFDM Để đón đầu, tiến tới làm chủ công nghệ 4G vấn đề cần phải nghiên cứu hiệu hệ thống đặc trưng tỷ lệ lỗi bit BER học viên chọn cho đề tài “ Tính hiệu hệ thống thông tin di động 4G” A Ý nghĩa thực tiễn tính khoa học đề tài - Ý nghĩa khoa học: + Phân tích BER số giải pháp điều chế môi trường truyền sóng khác + Mơ kiểm chứng - Ý nghĩa thực tế + Phục vụ cho phân tích thiết kế hệ thống truyền tin 4G hệ thống hệ sau B Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu phân tích lý thuyết mơ kiểm chứng BER hệ thống 4G C Phương pháp nghiên cứu + Dùng tốn học để phân tích + Dùng mô kiểm chứng D Nội dung luận văn: Ngoài phần mở đầu kết luận, nội dung luận văn bao gồm: Chƣơng 1:Giới thiệu hệ thống thông tin di động trình phát triển lên mạng 4G Giới thiệu hệ thống thông tin di động hệ 1, 3, đồng thời sơ lượt q trình hệ thống thơng tin di động hệ Hai thông số quan trọng đặc trưng cho hệ thống thông tin di động số tốc độ bit thông tin người sử dụng tính di động, hệ thông số cải Nhận xét: trường hợp OFDMA có PAPR cao nằm khoản từ đến 9.7 dB Bộ điều chế BPSK có PAPR cao Đối với trường hợp SFDMA điều chế thích nghi Hình 4.9 PAPR hệ thống SC-FDMA Nhận xét: trường hợp SFDMA có PAPR giảm nằm khoản từ 6.8 đến 8.2 dB Bộ điều chế 64 QAM có PAPR cao Đối với trường hợp OFDMA điều chế thích nghi với hệ thống điều chế BPSK QPSK Hình 4.10, 4.11 biểu thị PAPR OFDMA điều chế: Hình 4.10 PAPR OFDMA SC-FDMA điều chế BPSK 62 Hình 4.11 PAPR OFDMA SC-FDMA điều chế QPSK Nhận xét: Từ Hình 4.10 4.11 ta nhận thấy rằng: Giá trị PAPR SC-FDMA giống 6.6 dB hai loại điều chế Giá trị PARP OFDMA điều chế QPSK giảm Đối với trường hợp OFDMA SC-FDMA điều chế 16-QAM 64-QAM Quan hệ P(PAPR>PAPRo) PAPR điều chế 16-QAM biểu thị hình 4.12 Hình 4.12 PAPR OFDMA SC-FDMA với điều chế 16 QAM 63 Quan hệ P(PAPR>PAPRo) PAPR điều chế 16-QAM biểu thị hình 4.12 Hình 4.13 PAPR OFDMA SC-FDMA với điều chế 64 QAM Nhận xét: Từ hình 4.12 4.13 ta nhận thấy rằng, tăng bậc điều chế PAPR SC-FDMA tăng từ dB lên 7,5 dB trường hợp 16 QAM - Trong trường hợp 64 QAM lên đến 8,8 dB - Với hệ thống SC-FDMA bậc điều chế tăng – PAPR tăng - Với hệ thống OFDMA bậc điều chế tăng- PAPR giảm 4.3 Xây dựng tính tỉ lệ lỗi bit với mơ hình kênh MIMO Thơng số mơ Giá trị Bộ điều chế BPSK Số lượng bit kí hiệu 10^6 nTx Số lương anten thu nRx Số lượng anten nhận Tỉ lệ nhiễu bit EbN0dB [0:25] 64 Hình 4.14 Mơ MIMO 2x2 đánh giá phân tập Từ kết mô ta thấy: - Với hệ thống SISO khơng có phân tập tác động méo kênh lỗi đầu máy thu cao - Trường hợp hệ thống 2x2 MIMO có sử dụng cân ML cho phép tăng dung lượng kênh hiệu gần xấp xỉ trường hợp hệ thống phân tập thu hai anten sử dụng thuật toán cho tổ hợp đầu anten MRC 4.4 Xây dựng tính tỉ lệ lỗi bit với mơ hình kênh MIMO-OFDM Thông số mô Giá trị Bộ điều chế BPSK Kính cỡ khối FFT Num_FFT 512 Số lượng sóng mang Num_subcarrier 512 Thời gian ký hiệu Td 16 Số lượng bit cho ký hiệu 512 OFDM Num_BitPerSym Số lượng ký hiệu Num_Sym 1000 Tỉ lệ nhiễu bit EbN0dB [0:40] 65 Kết mô phỏng: Hình 4.15 MIMO-OFDM với điều chế BPSK Từ kết mô ta nhận thấy: Trong hệ thống MIMO-OFDM với điều chế BPSK thì: Khi tỷ số Eb / N0 nhỏ 30 dB ta có BER hệ thống cao biến đổi ứng với trường hợp việc truyền tin hệ thống không chấp nhận Với tỷ số Eb / N0 lớn 30 dB, BER giảm nhanh đến giá trị BER  103 hệ thống truyền tin đảm bảo truyền tín hiệu BPSK KẾT LUẬN CHƢƠNG 4: BER tham số hiêu hệ thống truyền dẫn số liệu Kế tục kết phân tích lý thuyết hiệu hệ thống 4G chương 2, chương học viên tiến hành mô BER hệ thống 4G với mơ hình OFDM, LTE, MIMO MIMO-OFDM Cơng cụ thực mơ MATLAB Ngồi mơ BER chương tiến hành mô PAPR tỷ số quan trọng hệ thống thông tin di động 4G LTE(OFDMA, SCFDMA) Tham số liên quan đến méo phi tiến hệ thống ảnh hưởng đến hiệu hệ thống thông tin 66 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống thông tin di động 4G vượt xa hệ thống 3G nhờ tận dụng ưu điểm kĩ thuật sử lý tín hiệu OFDM truyền tốc độ liệu cao sử dụng băng thông hiệu quả, chống fading chọn lọc tần số, chống nhiễu ISI, kĩ thuật MIMO làm tăng dung hệ thống với việc phân tập mà không làm thay đổi công suất phát phía đầu phát , kĩ thuật MIMOOFDM kết hợp ưu điểm MIMO OFDM dùng hệ thống thông tin 4G kĩ thuật nhiều nhà nghiên cứu tìm hiểu đánh giá Các lý thuyết đưa để tính hiệu hệ thống 4G giải tích tương đối phức tạp để tính đánh giá thường đưa mức độ mơ có hỗ trợ phần mềm mơ MATLAB để tính tốn theo mục đích đặt Luân văn theo hướng mô đánh giá kĩ thuật mạng 4G nhằm đánh giá kiểm chứng lý thuyết tính hiệu Hướng phát triển đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống MIMO-OFDM Do hệ thống đa sóng mang, nên phải đối mặt với vấn đề quan trọng méo phi tuyến từ khuyếch đại cao tần Nguyên nhân vấn đề tỷ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình PARR lớn dẫn đến tầm động tín hiệu lớn hệ thống đa sóng mang sử dụng số sóng mang phụ lớn Vì vậy, hướng để tài nghiên cứu số kỹ thuật nhằm mục đích giảm thiểu PARR hệ thống MIMO-OFDM chúng chia thành hướng tiếp cận Trong hướng thứ nhất, ta chèn thêm thông tin dư thừa nhằm giảm biên độ đỉnh symbol phát từ giảm PARR hệ thống Hướng thứ hai cho tín hiệu qua sửa đổi nhằm loại bỏ đỉnh tín hiệu có biên độ lớn Đối với việc giảm BER cho hệ thống 4G định hướng nghiên cứu kĩ thuật sửa mã lỗi đường truyền nhằm đạt kết cao hiệu truyền tín hiệu 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng truyền dẫn vô tuyến số Trần Xuân Nam, Mô hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng Matlab TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ thứ 3” Nhà xuất bưu điện 2002 TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G” Nhà xuất Thông tin truyền thông Tiếng Anh Ramjee Prasad, Shinsuke Hara , Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications The Artech House Universal Personal Communications Series 2003 Andrea Goldsmith Stanford University, Wireless Communications Volker kuhn, Wireless Communications over MIMO channels Authors: Yu Zhang, Mimo-OFDM System in the Presence of Pase Noise and Doubly Selective Fading, IEEE Transactions on Vehicular Technology Vol 56, No.4 jully 2007 Helmut Bolcskei, Principles of MIMO-OFDM Wireless Systems 10 Authors: Gordon L.Stuber, John R.Barry, Steve W Mclaughlin, YE(Geoffrey) Li, Mary ann Ingram, Thomas G,Pratt, Broadband MIMOOFDM Wireless Communication, Processding of IEEE, Vol 92 No.2 February 2004 11 Authors: Anastasions Stamoulis, Suhas N Diggai, Naofal Al-Dhahir, Intercarrier interference in MIMO OFDM, IEEE Transactions on signal processing Vol 50 No.10 october 2002 12 Authors: Niharika Sethy, Subhakanta Swanin, Ber analysis of MIMOOFDM system in different fading channel, Volume 2,Issue 4, April 2013 13 Authors: K.Vidhya, K.R.Shankarkumar, Ber Performace of MIMOOFDM System using STTC, International Journal of Scientific and Research Publiccation, Volume 3, Issue 2, February 2013 14 Authors: P Sunil Kumar, Dr.M.G Sumithra, M Sarumathi, Performace Analysis of Rayleigh Fading channels in MIMO-OFDM Systems using BPSK an QPSK Modulation Schemes, CNCE Vol.1.No.1.March-April 2013 68 15 Authors: Dr Amandeep Sigh Sappal, Parneet Kaur, Ber performance of ofdm system with 16 QAM and varying length of guard interval, International Journal of Electronics and Electrical Engineering Volume Issue 3( March 2012) 16 Authors: Yuan-Pei Lin, See-May Phong, Ber Minized OFDM System With Channel Independent Precoders, IEEE Transactions on signal processing Vol 51 No.9 September 2013 17 Authors: Lavish Kansal, Ankush Kansal , Kulbir Singh, Ber analysis of MIMO-OFDM System Using OSTBC Code Structure for M-PSK under Different Fading Channels, International Journal of Scientific& Engineering Reaseach, Volume 2, Issue 11, November-2011 18 Authors: Shruti Trivedi Mohd Sarwar Raeen, Shalendra Singh pawar , Ber Analysis of MIMO-OFDM System using BPSK Modulation Scheme, International Journal of Advanced Computer Research, Volume 3, Issue 5, September- 2012 19 Authors: Md Mejbaul Haque, Mohammad Shafur Rahman and Ki-Doo Kim, Performance Analysis of MIMO-OFDM for 4G Wireless Systems under Rayleigh Fading Channel , International Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering Vol.8 No.1 January 2013 20 Authors: Abdul Samad Shaikh, Khatri Chandan Kumar, Performance Evaluation of LTE Physical Layer Using SC-FDMA & OFDMA, Blekinge Institute of Technology November 2010 Website 21 http://en.wikipedia.org/wiki/4G 22 http://www.thongtincongnghe.com/article/3121 23 http://www.3gpp.org/LTEg 24 www.Thongtincongnghe.com 25 www.Vntelecom.org 26 www.Tapchibcvt.gov.vn 69 PHỤ LỤC % Chương trình mơ OFDM điều chế 16 QAM % BER he thong OFDM su dung bo dieu che 16QAM clear all close all; clc; M = 16; % so luong cua gian chom QAM (4,16,64,256) nFFT = 64; % kich co fft nDSC = 52; % so luong song mang Td = 64; % thoi gian giua cac ky hieu Tcp = 16; % thoi gian giua cac cylic prefix (GI=1/4) nBitPerSym = 52; % so luong bit cho moi ky hieu OFDM (giong so luong cac song mang cho BPSK) nSym = 10^4; % so luong cac ky hieu k = log2(M); % bits cho moi ky hieu EbN0dB = [0:16]; % ti le nhieu bit EsN0dB = EbN0dB + 10*log10(nDSC/nFFT) + 10*log10(64/80)+ 10*log10(k); % chuyen doi toi EsNo (EsN0 = EbN0*(nDSC/nFFT)*(Td/(Td+Tcp)) % OFDM for ii = 1:length(EbN0dB) % BEN PHAT %Du lieu ipBit = randint(1,nBitPerSym*nSym,M); %Dieu che du lieu ipMod = (1/sqrt(10))*qammod(ipBit,M); %Bo dieu che 16QAM tx = ipMod; % S/P ipMod = reshape(ipMod,nBitPerSym,nSym).'; % chuyen doi tuan tu sang song song % gia thiet ky hieu dieu che cho cac song mang tu [-26 to -1, +1 to +26] (zeros padding) xF = [zeros(nSym,6) ipMod(:,[1:nBitPerSym/2]) zeros(nSym,1) ipMod(:,[nBitPerSym/2+1:nBitPerSym]) zeros(nSym,5)] ; % Cho khoi IFFT, cong thuc (nFFT/sqrt(nDSC)) dung cho truyen mot ky tu xt = (nFFT/sqrt(nDSC))*ifft(fftshift(xF.')).'; %Them CP tranh nhieu xt = [xt(:,[49:64]) xt]; % P/S xt = reshape(xt.',1,nSym*80); % Mo ta voi nhieu Gauss voi trung binh nt = 1/sqrt(2)*[randn(1,nSym*80) + j*randn(1,nSym*80)]; % Them nhieu, gia thiet sqrt(80/64) cyclic prefix yt = sqrt(80/64)*xt + 10^(-EsN0dB(ii)/20)*nt; yts = sqrt(80/64)*xt + 10^(-EsN0dB(ii)/20)*nt; % BEN THU % S/P yt = reshape(yt.',80,nSym).'; % Loai bo cyclic prefix yt = yt(:,[17:80]); % Thuc hien bien doi FFT (bien doi ve mien tan so) yF = (sqrt(nDSC)/nFFT)*fftshift(fft(yt.')).'; % loai bo zero yMod = yF(:,[6+[1:nBitPerSym/2] 7+[nBitPerSym/2+1:nBitPerSym] ]); 70 rx = reshape(yMod,1,520000); % Dieu che 16QAM ipBitHat = qamdemod(yMod*sqrt(10),M); % rxData =qamdemod(rxDataMod*sqrt(10),M); % P/S ipBitHat = reshape(ipBitHat.',nBitPerSym*nSym,1).'; % Dem loi nErr(ii) = size(find(ipBit - ipBitHat),2); end simBer = nErr/(nSym*nBitPerSym); theoryBer = (1/k)*3/2*erfc(sqrt(k*0.1*(10.^(EbN0dB/10)))); h= figure(1) set(h,'Name','Tinh BER cho bo dieu che 16QAM - OFDM' ); semilogy(EbN0dB,theoryBer,'ms-','LineWidth',2,'MarkerSize',5); hold on semilogy(EbN0dB,simBer,'bx-','LineWidth',2,'MarkerSize',5); axis([0 16 10^-5 1]); grid on legend('Ly thuyet', 'Mo phong'); xlabel('Eb/No, dB') ylabel('Bit Error Rate') title('BER cho bo dieu che 16QAM OFDM') hold off % BER wimax_OFDM para=128; % So luong kenh song song truyen toi tram phat fftlen=128; % Do dai FFT noc=128; % So luong song mang nd=100; % So luong cua ki tu OFDM ml=2; % Bo dieu che : QPSK sr=250000; % Toc tin hieu br=sr.*ml; % Toc bit cho moi song mang gilen=32; % Do dai cua khoang dam bao (points) ebn0=2:0.5:10; % Eb/N0 for iiii=1:length(ebn0); nloop=100; noe = 0; nod = 0; eop=0; nop=0; for iii=1:nloop %seldata=rand(1,para*ml*nd)>0.5; seldata=randint(1,para*ml*nd); %Serial to parallel conversion paradata=reshape(seldata,para,ml*nd); % Bo dieu che QPSK [ich,qch]=qpskmod(paradata,para,nd,ml); kmod=1/sqrt(2); %Bo dieu che QPSK ich1=ich.*kmod; qch1=qch.*kmod; %IFFT x=ich1+qch1.*i; 71 y=ifft(x); ich2=real(y); qch2=imag(y); %Gurad interval insertion ( Do dai khoang dam bao chen them) [ich3,qch3]= giins(ich2,qch2,fftlen,gilen,nd); %Chuyen tu song song sang tuan tu fftlen2=fftlen+gilen; %Tinh toan nhieu spow=sum(ich3.^2+qch3.^2)/nd./para; attn(iiii)=0.5*spow*sr/br*10.^(-ebn0(iiii)/10); attn(iiii)=sqrt(attn(iiii)); %Dau thu %Them AWGN ich4=ich3+attn(iiii)*randn(1,length(ich3)); qch4=qch3+attn(iiii)*randn(1,length(qch3)); % [ich4,qch4]=comb(ich3,qch3,attn(iiii)); %Guard interval removal(Loai bo khoang dam bao) [ich5,qch5]= girem(ich4,qch4,fftlen2,gilen,nd); %Chuyen tu tuan tu sang song song %FFT rx=ich5+qch5.*i; ry=fft(rx); ich6=real(ry); qch6=imag(ry); % demoduration ich7=ich6./kmod; qch7=qch6./kmod; [demodata]=qpskdemod(ich7,qch7,para,nd,ml); %Chuyen tu song song sang tuan tu demodata1=reshape(demodata,1,para*nd*ml); % Bit Error Rate (BER) % Tinh so luong loi bit noe2=sum(abs(demodata1-seldata)); nod2=length(seldata); % Tinh toan so luong loi cua tin hieu voi noe va nod noe=noe+noe2; nod=nod+nod2; end % Hien thi tinh toan loi bit ber(iiii)=noe/nod; fprintf('%f\t%e\t%e\t%d\t\n',ebn0(iiii),ber(iiii),nloop); end figure(1) set(figure(1),'Name','BER Wimax voi dieu che QPSK','NumberTitle','off') semilogy(ebn0,ber,'*-'); grid on 72 xlabel('ebn0');ylabel('BER'); legend('OFDM-Wimax'); % Mô tính cho phân tập MIMO % Tinh BER cho bo dieu che BPSK % Kenh Rayleigh fading voi phan tap Tx, 2Rx MIMO % Bo can bang ML clear N = 10^6; %So luong bit hoac ki hieu Eb_N0_dB = [0:25]; %Gia tri Eb/N0 nTx = 2; nRx = 2; for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % Tram phat ip = rand(1,N)>0.5; % du lieu truyen 0,1 s = 2*ip-1; % Dieu che BPSK -> -1; -> sMod = kron(s,ones(nRx,1)); % sMod = reshape(sMod,[nRx,nTx,N/nTx]); % Ma tran nhóm [nRx,nTx,N/NTx ] h = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,nTx,N/nTx) + j*randn(nRx,nTx,N/nTx)]; % Kenh Rayleigh n = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,N/nTx) + j*randn(nRx,N/nTx)]; % Nhieu gaussian , 0dB variance % Kenh va them nhieu y = squeeze(sum(h.*sMod,2)) + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/20)*n; % Bộ cân ML trạm thu % -% if [s1 s2 ] = [+1,+1 ] sHat1 = [1 1]; sHat1 = repmat(sHat1,[1 ,N/2]); sHat1Mod = kron(sHat1,ones(nRx,1)); sHat1Mod = reshape(sHat1Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); zHat1 = squeeze(sum(h.*sHat1Mod,2)) ; J11 = sum(abs(y - zHat1),1); % if [s1 s2 ] = [+1,-1 ] sHat2 = [1 -1]; sHat2 = repmat(sHat2,[1 ,N/2]); sHat2Mod = kron(sHat2,ones(nRx,1)); sHat2Mod = reshape(sHat2Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); zHat2 = squeeze(sum(h.*sHat2Mod,2)) ; J10 = sum(abs(y - zHat2),1); % if [s1 s2 ] = [-1,+1 ] sHat3 = [-1 1]; sHat3 = repmat(sHat3,[1 ,N/2]); sHat3Mod = kron(sHat3,ones(nRx,1)); sHat3Mod = reshape(sHat3Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); zHat3 = squeeze(sum(h.*sHat3Mod,2)) ; J01 = sum(abs(y - zHat3),1); % if [s1 s2 ] = [-1,-1 ] sHat4 = [-1 -1]; sHat4 = repmat(sHat4,[1 ,N/2]); sHat4Mod = kron(sHat4,ones(nRx,1)); sHat4Mod = reshape(sHat4Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); zHat4 = squeeze(sum(h.*sHat4Mod,2)) ; 73 J00 = sum(abs(y - zHat4),1); % finding the minimum from the four alphabet combinations rVec = [J11;J10;J01;J00]; [jj dd] = min(rVec,[],1); % mapping toi cac bit bits ref = [1 1; 0; 1; 0 ]; ipHat = zeros(1,N); ipHat(1:2:end) = ref(dd,1); ipHat(2:2:end) = ref(dd,2); % Tinh toan loi nErr(ii) = size(find([ip- ipHat]),2); end simBer = nErr/N; % mo phong BER EbN0Lin = 10.^(Eb_N0_dB/10); theoryBer_nRx1 = 0.5.*(1-1*(1+1./EbN0Lin).^(-0.5)); p = 1/2 - 1/2*(1+1./EbN0Lin).^(-1/2); theoryBerMRC_nRx2 = p.^2.*(1+2*(1-p)); close all figure semilogy(Eb_N0_dB,theoryBer_nRx1,'bp-','LineWidth',2); hold on semilogy(Eb_N0_dB,theoryBerMRC_nRx2,'kd-','LineWidth',2); semilogy(Eb_N0_dB,simBer,'mo-','LineWidth',2); axis([0 25 10^-5 0.5]) grid on legend('SISO Khong phan tap (nTx=1,nRx=1)', 'Phan tap 1x2 (nTx=1,nRx=2, MRC)', 'Phan tap 2x2 MIMO(nTx=2, nRx=2, ML)'); xlabel('Average Eb/No,dB'); ylabel('Bit Error Rate'); title('BER cho dieu che BPSK phan tap 2x2 MIMO bo can bang ML(Rayleigh channel)'); % Xây dựng tính hiệu 4G LTE tầng vật lý Chuyen doi tuan tu sang song song function y = series2parallel(x,NS) L=length(x); q=floor(L/NS); newvec=zeros(NS,q); for i=1:q newvec(1:NS,i)=x((1+(i-1)*NS):i*NS); end y=newvec; Chuyen doi tu song song sang tuan tu xdash = reshape(z,1,NS) berr = ; for a = 1:1:NS; if (xdash(:,a) == x(:,a)) berr = 0; else berr = berr+1; end end 74 Them CP tranh can nhieu function y=cyclicpad(X,L) N=length(X(:,1)); N-L+1 Y=[X(N-L+1:N,:);X]; y=Y; Loai bo CP function y=decyclicpad(X,L) N=length(X(:,1)); Y=X(L+1:N,:); y=Y; Mapping: function [iout,qout]=crmapping(idata,qdata,fftlength,nd); iout=zeros(fftlength,nd); qout=zeros(fftlength,nd); iout(2:27,:)=idata(1:26,:); qout(2:27,:)=qdata(1:26,:); iout(39:64,:)=idata(27:52,:); qout(39:64,:)=qdata(27:52,:); Demapping: function [iout,qout]=crdemapping(idata,qdata,fftlength,nd); iout(1:26,:)=idata(2:27,:); qout(1:26,:)=qdata(2:27,:); iout(27:52,:)=idata(39:64,:); qout(27:52,:)=qdata(39:64,:); Bieu dien cac dieu che BPSK (tmp(:,1) + j*tmp(:,2))/sqrt(2) QPSK (tmp(:,1) + j*tmp(:,2))/sqrt(2) 16 QAM [-3+3i -1+3i 1+3i 3+3i -3+i -1+i 1+i 3+i -3-i -1-i 1-i 3-i -3-3i -1-3i 1-3i 3-3i 64 QAM [-5+5i -1+5i 1+5i 5+5i -5+i -1+i 1+i 5+i -5-i -1-i 1-i 5-i -5-5i -1-5i 1-5i 5-5i]; Tinh BER va xac suat loi voi OFDM tberr(count1,:) = berr; Eb_No = 0:1:NS-1; Eb_No = 0.4*Eb_No; if(M