Ứng dụng wavelet thay thế bộ IFFTFFT trong hệ thống OFDM STBC

Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYÊN KHANH Đề tài : ỨNG DỤNG WAVELET THAY THẾ BỘ IFFT/FFT TRONG HỆ THỐNG OFDM-STBC Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07-2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Phạm Hồng Liên (Ghi rõ họ tên, học hàm, hoc vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: …………………………………………… (Ghi rõ họ tên, học hàm, hoc vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : ……………………………………… (Ghi rõ họ tên, học hàm, hoc vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày tháng năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Ngày, tháng, năm sinh: Chuyên ngành: LÊ NGUYÊN KHANH 15/11/1982 Kỹ thuật điện tử Phái: Nam Nơi sinh: Khánh Hòa MSHV:01406314 I- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG WAVELET THAY THẾ BỘ IFFT/FFT TRONG HỆ THỐNG OFDM – STBC II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu cấu trúc hệ thống OFDM OFDM - STBC Thay IFFT/FFT cấu trúc OFDM truyền thống Wavelet Viết chương trình mơ đánh giá hệ thống III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực LV ghi Quyết định giao đề tài): ngày 02 tháng 02 năm 2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 03 tháng 07 năm 2009 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS Phạm Hồng Liên CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện – Điện tử, đặc biệt TS Phạm Hồng Liên truyền đạt kiến thức quí báu hướng dẫn tận tình suốt q trình hồn tất Luận văn Đồng thời, gửi lời cảm ơn bạn đồng khóa giúp đỡ tơi thời gian qua Kết học tập thời gian Cao học giành tặng cho bố mẹ người kỳ vọng vào tơi Mặc dù có nhiều cố gắng để hồn thành Luận văn, chắn khơng thể tránh sai sót, tơi mong tiếp tục nhận hướng dẫn bảo quý thầy cô Tp HCM , 07/2009 Lê Nguyên Khanh Tóm tắt : Một vấn đề thường gặp hệ thống thông tin di động ngày trải trễ nhiễu đa đường Đã có nhiều nghiên cứu vấn đề kênh truyền anten không thật đem lại hiệu Sự phát triển công nghệ Wimax, đặc biệt OFDM STBC mở hướng nghiên cứu vấn đề Phương pháp mã hóa STBC thật hiệu kênh truyền fading phẳng, lại khơng có hiệu kênh truyền chọn lọc tần số Phương pháp OFDM chuyển đổi luồng bit nối tiếp tốc độ cao thành nhiều chuỗi bit song song có tốc độ thấp Do đó, phương pháp OFDM coi có tác dụng biến đổi kênh truyền fading chọn lọc tần số thành nhiều kênh truyền fading phẳng Kết hợp OFDM STBC hiệu việc giải nhiễu đa đường mà cịn tận dụng tượng đa đường để nâng cao hiệu suất truyền Tuy nhiên, OFDM sử dụng biến đổi Fourier truyền thống lại có khuyết điểm sau : • Tỉ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình lớn lớn gây méo khuếch đại phía phát phía thu • Hiệu suất đường truyền giảm sử dụng chuỗi bảo vệ • Do u cầu điều kiện trực giao sóng mang phụ mà hệ thống OFDM nhạy với offset tần số, Doppler nhiễu pha Vì vậy, phải tìm cách cải tiến IFFT/FFT truyền thống để nâng cao chất lượng hệ thống OFDM Biến đổi Wavelet có điểm tương đồng ưu điểm so với phương pháp biến đổi Fourier truyền thống nên hứa hẹn triển vọng giải tốt vấn đề Phần luận văn vào tìm hiểu thay Wavelet cho biến đổi IFFT/FFT hệ thống OFDM Keywords : STBC, OFDM, Wavelet Phần luận văn gồm có phần : • Phần sở lý thuyết, trình bày lý thuyết liên quan đến đề tài, gồm chương : ¾ Chương 1: trình bày đặc trưng kênh truyền vơ tuyến, mơ hình kênh truyền vô tuyến Việc nghiên cứu chương giúp cho ta hiểu rõ chất truyền tín hiệu giúp ích ta việc mơ hệ thống sau ¾ Chương : trình bày phân tập, hệ thống MIMO mã STBC, ưu điểm khuyết điểm loại mã ¾ Chương : trình bày kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM Kỹ thuật thực chất mở rộng kỹ thuật MCM sóng mang phụ trực giao với Chính điều làm tăng hiệu sử dụng băng thông bền vững với fading chọn lọc tần số Trong chương ta nghiên cứu kỹ thuật điều chế giải điều chế OFDM Đặc biệt chương ta phải nắm nguyên tắc khôi phục kênh truyền cân kênh ¾ Chương : trình bày sở lý thuyết Wavelet, đặc điểm tương đồng, ưu biểu thức toán học cho phép thay IFFT/FFT thành IDWT/DWT tương ứng • Phần kết mơ đánh giá, gồm chương ¾ Chương : Mơ Giới thiệu chương trình mơ viết matlab Mô đánh giá dung lượng kênh truyền MIMO Mô phỏng, so sánh đánh giá phương pháp phân tập thu MRC mã STBC Giới thiệu hệ thống MIMO theo tiêu chuẩn DVB-T 2K Mô phỏng, đánh giá hệ thống OFDM WOFDM Mô phỏng, đánh gia hệ thống OFDM – STBC WOFDM – STBC ¾ Chương : Kết luận hướng mở rộng luận văn MỤC LỤC Phần Cơ sở lý thuyết Chương Kênh truyền vô tuyến ……………………………………………… 1.1 Kênh truyền vô tuyến ……………………………………………………… 1.1.1 Suy hao đường truyền ……………………………………………… …… 1.1.2 Hiện tượng multipath ……………………………………………… 1.1.3 Hiệu ứng Doppler ………………………………………………………… 1.1.4 Fading ……………………………………………………………….…… 1.2 Mơ hình kênh truyền vô tuyến ……………………………………………… Chương Hệ thống MIMO mã khối không gian – thời gian STBC …… 2.1 Sự phân tập ………………………………………………………………… 2.1.1 Kỹ thuật phân tập ………………………………………………………… 2.1.2 Hệ thống MIMO …………………………………………………….…… 2.1.3 So sánh phân tập anten phát anten thu ………………………….…… 15 2.1.4 Các phương pháp kết hợp phân tập anten thu …………………………… 15 2.2 Mã khối không gian – thời gian …………………………………………… 18 2.2.1 Giới thiệu ………………………………………………………………… 18 2.2.2 Một số tiêu chuẩn mã khối không gian – thời gian …………………… 19 2.2.3 Mã hóa …………………………………………………………………… 20 2.2.3.1 Mã hóa Alamouri ……………………………………………………… 20 2.2.3.2 Mã hóa Orthogonal STBC bậc cao …………………………………… 20 2.2.3.3 Mã Quasi – Orthogonal STBC ………………………………………… 21 2.2.4 Giải mã …………………………………………………………… …… 22 2.2.5 Kết luận ……………………………………………………………….… 22 2.2.6 Các hướng nghiên cứu ………………………………………… 23 Chương Kỹ thuật điều chế OFDM ……………………………………… 24 3.1 Giới thiệu OFDM ……………………………………………………… 24 3.1.1 Nguyên lý OFDM …………………………………………… 24 3.1.2 Các ưu nhược điểm OFDM ………………………………………… 25 3.2 Lý thuyết điều chế OFDM ………………………………………………… 25 3.2.1 Khái niệm trực giao tín hiệu ………………………………… 26 3.2.2 Bộ điều chế OFDM ……………………………………………………… 27 3.2.2.1 Chèn chuỗi bảo vệ hệ thống OFDM ……………………… …… 28 3.2.2.2 Phép nhân xung giới hạn băng thông ……………………… 30 3.2.2.3 Thực điều chế OFDM thuật toán IFFT …………… ….…… 31 3.2.3 Bộ giải điều chế OFDM ………………………………………………… 33 3.2.3.1 Tín hiệu giải điều chế …………………………………………… …… 33 3.2.3.2 Thực giải điều chế OFDM thuật tốn FFT ……………… 34 3.3 Khơi phục kênh truyền cân tín hiệu ……………………………… 35 3.3.1 Tín hiệu dẫn đường ……………………………………………………… 35 3.3.2 Nguyên tắc chèn mẫu tin dẫn đường miền tần số thời gian ………… 36 3.3.3 Khôi phục kênh truyền …………………………………………… …… 37 3.3.4 Cân kênh …………………………………………………………… 37 3.4 Kết luận hướng nghiên cứu OFDM ……………………….…… 37 3.5 Hệ thống OFDM – STBC ………………………………………………… 38 Chương Ứng dụng Wavelet thay IFFT/FFT hệ thống OFDM ………………………………………………………………………………… 40 4.1 Tổng quan Wavelet ………………………………………………… …… 40 4.1.1 Giới thiệu ………………………………………………………………… 40 4.1.2 Wavelet liên tục ………………………………………………………… 40 4.1.3 Năm bước để thực biến đổi Wavelet liên tục ……………………… 41 4.1.4 Biến đổi Wavelet rời rạc DWT……………………….………… ……… 42 4.1.4.1 Lọc tầng : Các xấp xỉ chi tiết ………………….…………… … 42 4.1.4.2 Phân tích đa mức ……………………………………………………… 43 4.1.5 Tái tạo Wavelet IDWT ……………………………….……………… … 43 4.1.6 Các lọc tái tạo ………………………………………………………… 44 4.1.7 Hàm tỷ lệ ………………………………………………………………… 44 4.1.8 Phân tích Wavelet gói …………………………………………………… 45 4.1.9 Giới thiệu số họ Wavelet …………………….……………… …… 45 4.1.10 Mối liên hệ phân tích Wavelet Fourier …………… ….……… 45 4.1.11 So sánh biến đổi Wavelet biến đổi Fourier ………………………… 46 4.1.12 Kết luận ……………………………………………………………….… 48 4.2 Hệ thống Wavelet OFDM ………………………………………………… 48 4.2.1 Ứng dụng Wavelet vào hệ thống OFDM ………………………………… 48 4.2.2 Hệ thống Wavelet OFDM ………………………………………… ….… 49 4.2.2.1 Hệ thống Wavelet OFDM cổ điển …………………………………… 49 4.2.2.2 Hệ thống Wavelet gói ………………………………………………… 51 A Phân tích đa phân giải ……………………………………………………… 51 B Cấu trúc Wavelet gói ………………………………………………………… 52 C Hẽ thống Wavelet Packet OFDM …………………………………………… 54 4.2.3 Ưu điểm hệ thống Wavelet OFDM so với Fourier OFDM ………… 55 4.3 Những vấn đề cần thảo luận hệ thống WOFDM 55 4.3.1 Phân tích PAPR điều chế đa sóng mang 56 4.3.2 Ảnh hưởng méo tín hiệu phi tuyến 58 4.3.3 Offset pha lấy mẫu 60 4.3.4 Giải thuật đồng On-the-fly 61 Phần Mô kết Chương Mô kết …………………………………………… 66 5.1 Giới thiệu ………………………………………………………….……… 66 5.2 Mơ hình kênh truyền ……………………………………………… ……… 67 5.3 Mô dung lượng hệ thống MIMO …………………………………… 68 5.4 Mô mã STBC …………………………………………………….… 72 5.5 Mô OFDM ………………………………………………………… 80 5.6 Mô OFDM – STBC ………………………………………………… 95 5.7 So sánh tỷ lệ PAPR 99 5.8 Mơ hình kênh truyền fading chọn lọc tần số 100 5.9 So sánh SER môi trường fading chọn lọc tần số 100 Chương Kết luận hướng phát triển ………………………… … 103 Tài liệu tham khảo DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12 Hình 4.13 Hình 4.14 Hình 4.15 Hình 4.16 Hình 4.17 Hàm mật độ xác suất phân bố Ricean Rayleigh Sự xen kênh Intervealing Sự phân tập anten Sơ đồ nguyên lý hệ thống MIMO Chuyển đổi kênh truyền MIMO thành kênh truyền song song 13 Mơ hình kênh truyền MIMO nT > nR 13 Mơ hình kênh truyền MIMO nT < nR 14 Phương pháp Selection Combining 16 Phương pháp Switching Combining 16 Phương pháp Maximum Ratio Combining 17 Phân loại kỹ thuật không gian – thời gian 18 Ma trận mã STBC 19 Phương pháp điều chế đa sóng mang 24 Cấu trúc OFDM 26 Sơ đồ khối điều chế OFDM 27 Phổ sóng mang hệ thống OFDM 28 Chèn khoảng dự trữ vào ký tự OFDM 29 Tác dung chống nhiễu ISI khoảng dự trữ 30 Phổ tín hiệu OFDM 1536 sóng mang phụ 31 Thực OFDM thuật toán IFFT 32 Sơ đồ khối giải điều chế OFDM 33 Sơ đồ khối giải điều chế OFDM sử dụng thuật toán FFT 35 Sơ đồ khối mô thực OFDM 36 Cấu trúc STBC – OFDM 39 Sơ đồ phép biến đổi DWT 42 Phân tách đa mức 43 Sơ đồ tương đương phép biến đổi IDWT 43 Bộ lọc gương cầu phương 44 Phân tích Wavelet gói 45 Một số hàm phân tích Wavelet 45 Biểu diễn biến đổi Fourier mặt phẳng tần số - thời gian 47 Biểu diễn biến đổi Wavelet mặt phẳng tần số - thời gian 47 Sơ đồ khối hệ thống Fourier OFDM 49 Sơ đồ khối hệ thống Wavelet OFDM 49 Quá trình phân tách (DWT) tái tạo (IDWT) hệ thống Wavelet OFDM chiều dài N = 16 50 Biểu diễn Fourier OFDM Wavelet OFDM hệ trục thời gian – tần số 51 Quan hệ không gian Vm Wm 52 Cây cấu trúc Wavelet gói 54 Cấu trúc lọc tổng hợp bên phía phát 55 PAPR OFDM WPM hàm db1 57 PAPR OFDM WPM hàm db6 58 Hình 4.18 Hình 4.19 Hình 4.20 Hình 4.21 Hình 4.22 Hình 4.23 Hình 4.24 Hình 4.25 Hình 5.1 Hình 5.2 Hình 5.3 Hình 5.4 Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Hình 5.8 Hình 5.9 Hình 5.10 Hình 5.11 Hình 5.12 Hình 5.13 Hình 5.14 Hình 5.15 Hình 5.16 Hình 5.17 Hình 5.18 Hình 5.19 Hình 5.20 Hình 5.21 Hình 5.22 Hình 5.23 Hình 5.24 Hình 5.25 Hình 5.26 Hình 5.27 Hình 5.28 Hình 5.29 Hình 5.30 Hình 5.31 Hình 5.32 Hình 5.33 Hình 5.34 Đồ thị BER hệ thống OFDM WPM thay đổi giá trị dự trữ backoff khuếch đại 59 Độ nhạy giải thuật WPM OFDM offset pha lấy mẫu 61 Wavelet Haar 62 Ma trận phân tách tái tạo hàm Wavelet Haar 62 Ma trận mã ký tự liệu cho WOFDM 62 Giải thuật tự đồng Wavelet OFDM 63 Ma trận lọc thông thấp thông cao 64 Ma trận nội suy mở rộng cho Wavelet OFDM gói 64 Giao diện giới thiệu chương trình mơ 66 Giao diện chọn phần mô chương trình 67 Mơ hình kênh truyền MIMO nT > nR 68 Mơ hình kênh truyền MIMO nT < nR 68 Giao diện mô dung lượng kênh truyền 69 Dung lượng trung bình theo SNR theo cấy trúc nT X nR 69 Dung lượng trung bình theo số anten phát nT SNR = 8dB 70 Dung lượng trung bình theo số anten thu nR SNR = 6dB 71 Sơ đồ khối mô phân tập phát STBC với anten thu 72 Sơ đồ khối mô phân tập thu 73 Giao diện mô mã STBC 74 Giao diện so sánh phân tập phát phân tập thu 74 So sánh phân tập phát phân tập thu biết ma trận kênh truyền H 75 So sánh phân tập phát phân tập thu ma trận kênh truyền H 75 So sánh phân tập thu MRC 76 So sánh phân tập phát STBC 1x2, 2x1, 2x2 76 So sánh phân tập phát STBC 1x3, 3x1, 2x2 77 Giao diện mô OFDM theo tiêu chuẩn DVB – T 82 Sơ đồ khối phát OFDM 82 Đáp ứng thời gian tín hiệu carriers (B) 83 Đáp ứng tần số tín hiệu carriers (B) 83 Đáp ứng xung g(t) 84 Đáp ứng thời gian tín hiệu U (C) 84 Đáp ứng tần số tín hiệu U (C) 84 Đáp ứng lọc tái cấu trúc 85 Đáp ứng thời gian tín hiệu UOFT (D) 85 Đáp ứng tần số tín hiệu UOFT (D) 85 Đáp ứng tần số uoftI(t).cos(2πfCt) 86 Đáp ứng tần số uoftQ(t).cos(2πfCt) 86 Đáp ứng theo thời gian tín hiệu s(t) 87 Đáp ứng theo tần số tín hiệu s(t) 87 Sơ đồ khối thu OFDM 87 Đáp ứng thời gian tín hiệu r_tilde (F) 88 Đáp ứng tần số tín hiệu r_tilde (F) 88 Chương : Mơ kết Hình 5.46 : Sơ đồ khối mơ hệ thống WOFDM Hình 5.43 5.46 sơ đồ khối mô hệ thống OFDM WOFDM Nguyên tắc hoạt động hệ thống OFDM sử dụng biến đổi Fourier Wavelet OFDM tương tự Khác biệt lớn IFFT/FFT bị thay IDWT/DWT tương ứng Một khác biệt đáng ý nữa, đưa Latif Gohar, chuỗi bảo vệ CP khơng có ích hệ thống Wavelet OFDM bỏ Trang 93 Chương : Mô kết Kết mơ : Hình 5.47 : Đồ thị SER hệ thống OFDM ma trận kênh truyền H Hình 5.48 : Đồ thị SER hệ thống OFDM biết ma trận kênh truyền H Hình 5.49 : Đồ thị SER hệ thống WOFDM ma trận kênh truyền H Hình 5.50 : Đồ thị SER hệ thống WOFDM biết ma trận kênh truyền H Trang 94 Chương : Mô kết SNR Hệ thống OFDM (không biết H) OFDM (biết H) WOFDM (không biết H) WOFDM (biết H) dB 0.2683 0.2727 0.3770 0.3529 dB 0.1857 0.1990 0.3328 0.2900 dB 0.1328 0.1272 0.2400 0.2293 dB 0.0932 0.1252 0.1967 0.1359 dB 0.0758 0.0559 0.1487 0.1204 10 dB 0.0494 0.0400 0.0902 0.0882 Bảng 5.6 : Tỷ lệ symbol lỗi SER hệ thống OFDM WOFDM Kết luận : • Trong chương trình mơ phỏng, sử dụng kênh truyền fading phẳng, không đổi khoảng ký tự OFDM (Quasi – Static) • Từ đồ thị từ hình 5.47 đến 5.50 bảng số liệu 5.6, thấy hệ thống OFDM áp dụng kỹ thuật Wavelet hệ thống OFDM truyền thống sử dụng biến đổi Fourier có tỷ lệ SER gần tương đương tương đương với mơ hình kênh truyền Đó OFDM WOFDM có tác dụng phân chia chuỗi bit nối tiếp tốc độ cao thành nhiều chuỗi bit song song có tốc độ thấp hơn, có nghĩa có tác dụng biến đổi môi trường fading chọn lọc tần số thành môi trường fading phẳng Trong phần luận văn này, sử dụng môi trường fading phẳng, chậm nên OFDM khơng có tác dụng 5.6 Mơ OFDM – STBC : Hình 5.51 : Giao diện mô hệ thống OFDM – STBC Trang 95 Chương : Mơ kết Hình 5.52 : Sơ đồ khối hệ thống OFDM –STBC Hình 5.52 sơ đồ khối hệ thống OFDM – STBC Chúng ta thấy tín hiệu sau điều chế QPSK qua mã hóa STBC với nT anten phát nR anten thu Bộ mã hóa STBC mã hóa chuỗi bit ngõ vào thành nT chuỗi bit riêng lẻ Các chuỗi bit đưa tới IFFT riêng anten Tại đây, chuỗi bit biến đổi IFFT chèn chuỗi bảo vệ trước đưa tới anten phát Ở thu, tín hiệu thu anten thu thứ j : nT rt j = ∑ α ij sti + ntj (5.11) i =1 với αij hệ số kênh truyền từ anten phát thứ i tới anten thu thứ j, sti tín hiệu phát anten thứ i vào thời điểm t, ntj nhiễu AWGN anten thu thứ j vào thời điểm t Tín hiệu thu đưa tới FFT anten thu để loại bỏ chuỗi bảo vệ biến đổi FFT Các chuỗi tín hiệu tách chuỗi dẫn đường đưa tới ước lượng kênh truyền Phần lại đưa tới giải mã STBC giải điều chế QPSK để nhận lại tín hiệu cần thu Trang 96 Chương : Mô kết Hình 5.53 : Sơ đồ khối hệ thống WOFDM - STBC Nguyên tắc hoạt động hệ thống WOFDM – STBC giống hệ thống OFDM – STBC, khác IFFT/FFT thay IDWT/DWT tương ứng Hình 5.54 : Đồ thị SER hệ thống OFDM – STBC khơng biết H Hình 5.56 : Đồ thị SER hệ thống WOFDM – STBC H Trang 97 Chương : Mô kết Hình 5.55 : Đồ thị SER hệ thống OFDM – STBC biết H SNR Hệ thống OFDM – STBC (không biết H) OFDM – STBC (biết H) WOFDM – STBC (không biết H) WOFDM – STBC (biết H) Hình 5.57 : Đồ thị SER hệ thống WOFDM – STBC biết H 10 dB dB dB dB dB dB 0.1071 0.0591 0.0299 0.0044 0.0010 0.0006 0.0621 0.0368 0.0143 0.0040 0.0020 0.0004 0.1202 0.0649 0.0265 0.0058 0.0012 0.0004 0.0780 0.0263 0.0084 0.0034 0.0004 0.0002 Bảng 5.7 : Tỷ lệ symbol lỗi SER hệ thống OFDM – STBC WOFDM – STBC gồm anten phát anten thu Kết luận : • Trong chương trình mơ phỏng, sử dụng kênh truyền fading phẳng, không đổi khoảng ký tự OFDM (Quasi – Static) • Từ kết mơ (từ hình 5.54 đến 5.57) bảng 5.7, hệ thống OFDM – STBC WOFDM – STBC cho kết tốt với kênh truyền fading phẳng, chậm Cả hệ thống cho tỷ lệ SER tương đương Trang 98 Chương : Mô kết 5.7 So sánh tỷ lệ PAPR : Hình 5.58 5.59 biểu diễn so sánh giá trị tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình (PAPR – Peak to Average Power Ratio) tín hiệu OFDM WOFDM Dựa vào hình vẽ, ta thấy, phương pháp WOFDM cho tỷ lệ PAPR thấp so với OFDM truyền thống Tuy nhiên, số sóng mang nhỏ WOFDM lại có tỷ lệ PAPR cao so với OFDM Hình 5.58 : PAPR OFDM(K = 0)và WPM hàm db1 Hình 5.59 : PAPR OFDM(K = 0) WPM hàm db6 Trang 99 Chương : Mô kết 5.8 Mơ hình kênh truyền fading chọn lọc tần số : Hình 5.60 : Mơ hình kênh truyền fading chọn lọc tần số r(t) = α ray0(t) s(t) + α ray1(t) s(t − τ1) + n (t) (5.12) : α0 α1 biên độ tia tia phụ 5.9 So sánh tỷ lệ SER môi trường fading chọn lọc tần số : Chúng ta biết, phương pháp STBC MRC hiệu môi trường fading phẳng không hiệu môi trường fading chọn lọc tần số Chúng ta khảo sát chúng môi trường fading chọn lọc tần số với α0 = 0.707 α1 = 0.707 Thời gian trễ τ1 tương ứng với bit Trang 100 Chương : Mô kết Hình 5.61 : So sánh SER phương pháp STBC, MRC kênh truyền sử dụng cân Hình 5.62 : So sánh SER hệ thống OFDM, WOFDM kênh truyền sử dụng cân Trang 101 Chương : Mơ kết Hình 5.63 : So sánh SER hệ thống OFDM – STBC, WOFDM – STBC STBC Nhận xét : Hệ thống OFDM – STBC WOFDM – STBC thật hiệu môi trường fading chọn lọc tần số Trang 102 Chương : Kết luận hướng phát triển Chương : Kết luận hướng phát triển • Phương pháp mã hóa STBC thật hiệu kênh truyền fading phẳng, lại khơng có hiệu kênh truyền chọn lọc tần số Phương pháp OFDM chuyển đổi luồng bit nối tiếp tốc độ cao thành nhiều chuỗi bit song song có tốc độ thấp Do đó, phương pháp OFDM coi có tác dụng biến đổi kênh truyền fading chọn lọc tần số thành nhiều kênh truyền fading phẳng Kết hợp OFDM STBC hiệu việc giải nhiễu đa đường mà cịn tận dụng tượng đa đường để nâng cao hiệu suất truyền • Sử dụng Wavelet thay IFFT/FFT hệ thống OFDM cải thiện số khuyết điểm hệ thống OFDM, tỷ số PAPR lớn lãng phí băng thơng chuỗi bảo vệ Tuy nhiên, phương pháp lại nhạy với offset pha Vì vậy, phải sử dụng đồng mạnh để giải vấn đề • WOFDM kỹ thuật phát triển thời gian gần Nó mở nhiều hướng nghiên cứu để dần hoàn thiện hệ thống đưa vào sử dụng Vấn đề đầu tiên, vấn đề đồng hệ thống Đây vấn đề hệ thống điều chế đa sóng mang • Ngồi ra, cịn nghiên cứu hệ thống OFDM môi trường nhiễu xung, môi trường thay đổi theo thời gian, Trang 103 Tài liệu tham khảo F.S.Alharbi J.A.Chambers Dept of Electronic and Elctrical Engineering, Loughborough University, UK “A combined SLM and Closed-loop QO-STBC for PAPR mitigation in MIMO-OFDM Transmission” [2] M.Uysal, N.Al-Dhahir, C.N.Georghiades “A Space-Time Block-Coded OFDM Scheme for Unknown Frequency-Selective Fading Channels” [3] Enis Akay Ender Ayanoglu Dept of Electrical Engineering and Computer Science, The Henry Samueli School of Engineering University of California,USA “Bit Interleaved Coded Modulation with STBC for OFDM systems” [4] George Jöngren Mikael Skoglund Signal Processing, Signals, Sensors and Systems, Royal Institute of Technology “Combining Beamforming and orthogonal STBC” [5] Byoung-Jo Choi, Tong-Hooi Liew, Lajos Hanzo Dept of Electronics and Computer Science, University of Southampton,UK “Concatenated STBC and Turbo Coded Symbol-by-Symbol Adaptive OFDM and MC-CDMA Systems” [6] Fan Ng Xiaohua (Edward) Li Dept of Electrical and Computer Engineering, State University of NY at Binghamton “Cooperative STBC-OFDM Transmission with Imperfect Synchronization in Time and Frequency” [7] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh, Phạm Minh Tồn, Hà Trần Đức “Cơng cụ phân tích Wavelet Ứng dụng Matlab” NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2005 [8] Phạm Quốc Hùng “Công nghệ OFDM Ứng dụng THS Mặt đất” Luận Văn Tốt nghiệp ĐH Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM, 2003 [9] Jianhua Liu, Jian Li, Erik G Larkson Dept of Electrical and Computer Engineering, University of Florida, USA “Differential STBC Modulation for DS-CDMA Systems” [10] J.G.Proakis “Digital Communication” 3rd edition, New York: McGraw-Hill, 1995 [11] Lê Văn Ninh, Nguyễn Viết Kính ĐHQG Hà Nội “Đồng tần số miền số cho OFDM” [1] [12] Meixia Tao, Qiang Li Hari K Garg Dept of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore “Extended STBC with Transmit Antenna Selection over Correlated Fading Channel” [13] Trần Thanh Dũng “Mimo Blast” Luận văn thạc sĩ ĐHBK năm 2005 [14] Ngô Quốc Tường “Nghiên cứu phương pháp cải tiến hệ thống MC-CDMA” Luận văn Tốt nghiệp ĐHBK – Khoa Điện Điện tử [15] Mickaël Lallart, Keith E.Nolan, Paul Sutton, Linda E.Doyle Centre for Telecommunication and Value-Chain Research (CTVR) Department of Electronic and Electrical Engineering and Department of Computer Science, Trinity College, University of Dublin, Ireland “On-The-Fly Synchronization using Wavelet and Wavelet Packet OFDM” [16] Biljana Badic, Markus Herdin, Hans Weinrichter, Markus Rupp Institute of Communications and Radio Frequency Engineering Vienna University of Technology, Austria “QO-STBC on Measured MIMO Channels” [17] Jie Song, K.J.Ray Liu Senior Member, IEEE “Robust Progressive Image Transmission over OFDM Systems using STBC” [18] Nguyễn Thùy Trinh, Nguyễn Thành Thảo “So sánh PAPR hệ thống Fourier OFDM Wavelet OFDM” Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị SV nghiên cứu khoa học” [19] Trang Web Wikipedia “STBC – Space Time Block Code” “OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing” “Wavelet” [20] Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, A.R.Calderbank “STBC for Wireless Communications : Performance Results” [21] Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, A.R.Calderbank “STBC from Orthogonal Design” [22] Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, A.R.Calderbank “STC for High Data Rate Wireless Communication: Performance Criterion and Code Construction” [23] Lê Tiến Thường- Trần Văn Sư “Truyền sóng anten” Nhà xuất đại học quốc gia TP.HCM,2005 [24] Alan R.Lindsey, Member, IEEE “Wavelet Packet Modulation for Orthogonally Multiplexed Communication” [25] Antony Jamin Advance Communications Network (ACN) SA Neuchatel, Switzerland Petri Mähönen Chair of Wireless Networks, Aachen University, Germany “Wavelet Packet Modulation for Wireless Communication” Lý lịch trích ngang Họ tên: Lê Nguyên Khanh Ngày, tháng, năm sinh: 15/11/1982 Phái : Nam Nơi sinh: Khánh Hòa Địa liên lạc: 70/481/71 Huỳnh Văn Nghệ, P.12, Q Gị Vấp, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại : 01679820385 Q TRÌNH ĐÀO TẠO • 2000 – 2005 : học trường Đại học Bách khoa TPHCM, Khoa Điện – Điện tử , tốt nghiệp loại • 2006 – 2009 : học cao học trường Đại học Bách khoa TPHCM, Khoa Kỹ thuật Điện tử ... ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG WAVELET THAY THẾ BỘ IFFT/FFT TRONG HỆ THỐNG OFDM – STBC II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu cấu trúc hệ thống OFDM OFDM - STBC Thay IFFT/FFT cấu trúc OFDM truyền thống Wavelet. .. 48 4.2 Hệ thống Wavelet OFDM ………………………………………………… 48 4.2.1 Ứng dụng Wavelet vào hệ thống OFDM ………………………………… 48 4.2.2 Hệ thống Wavelet OFDM ………………………………………… ….… 49 4.2.2.1 Hệ thống Wavelet OFDM cổ... 97 Đồ thị SER hệ thống OFDM – STBC H 97 Đồ thị SER hệ thống OFDM – STBC biết H 98 Đồ thị SER hệ thống WOFDM – STBC H 97 Đồ thị SER hệ thống WOFDM – STBC biết H 98 PAPR OFDM WPM hàm db1