Khảo sát ảnh hưởng của dịch tần đến hệ thống MB OFDM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc  *********** THÔNG TIN VỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lưu Văn Hoan Giới tính: Nam Ngày sinh: 01/11/1985 Nơi sinh: Trực Thắ ng, Trực Ninh, Nam Đinh ̣ Quyết định công nhận học viên số: ………………………, ngày… tháng … năm ………… của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ Các thay đổi trình đào tạo: Khơng có Tên đề tài luận văn: Khảo sát ảnh hưởng của dich ̣ tầ n đế n ̣ thố ng hơ ̣p kênh phân tầ n số trực giao đa dải (MB-OFDM) Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 10 Cán hướng dẫn khoa học: Tiế n si ̃ Nguyễn Thành Hiế u 11 Tóm tắt kết quả của luận văn Luâ ̣n văn thực hiê ̣n ước lươ ̣ng dich ̣ tầ n sóng mang (CFO) ̣ thố ng băng siêu rô ̣ng (UWB) sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t hơ ̣p kênh phân tầ n số trực giao đa băng (MB-OFDM) với các mô hin ̀ h kênh ồ n Gauss trắ ng cô ̣ng (AWGN) kênh fading phụ thuộ c tầ n số theo chuẩ n kênh IEEE 802.15.3a Trước hế t , luâ ̣n văn triǹ h bày về ̣ thố ng MB -OFDM theo chuẩ n ECMA -368: dải tần hoạt động, kiế n trúc bô ̣ phát và bô ̣ thu , mô hin ̀ h tin ́ hiê ̣u Sau đó thực hiê ̣n phân tić h hiê ̣u suấ t của ̣ thố ng MB-OFDM ba trường hơ ̣p: (1) không có CFO, (2) có CFO khơng bù , (3) có CFO bù lại mơ hình kênh khác dựa mô phỏng với Matlab Kế t quả mô phỏng đươ ̣c so sánh với kế t quả lý thuyế t Các ảnh hưởng của CFO đươ ̣c phân tić h sâu hơn, xem xét đế n phầ n nguyên và phầ n thâ ̣p phân của nó Phầ n chin ́ h của luâ ̣n văn là thuâ ̣t toán ước lươ ̣ng “thô” CFO miề n thời gian (time- domain coarse frequency offset estimation – TCFE) sử d ụng phương pháp tương quan giữa các ký hiê ̣u dành cho đồ ng bô ̣ packet preamble của mỗi packet Ước lượng “thô” miề n thời gian có thể làm giảm ICI gây bởi CFO và giúp ước lươ ̣ng “tinh” -1- xác miền tần số Thuâ ̣t toán ước lươ ̣ng CFO cho ̣ thố ng MB -OFDM luâ ̣n văn đươ ̣c mở rô ̣ng từ thuâ ̣t toán ước lươ ̣ng cho ̣ thố ng OFDM thông thường , đó đô ̣ lê ̣ch pha giữa mỗi sóng mang (do CFO gây ) của ký hiệu huấn luyện giố ng liên tiế p cùng mô ̣t dải đươ ̣c trić h và lấ y trung bin ̀ h để cho lê ̣ch pha tổ ng của mô ̣t ký hiê ̣u Sau đó la ̣i lấ y trung bin ̀ h các đô ̣ lê ̣ch pha này qua các ký hiê ̣u huấ n luyê ̣n khác cùng dải để đươ ̣c đô ̣ lê ̣ch pha cu ối cùng Từ đô ̣ lê ̣ch pha này , ta có thể tim ̀ đươ ̣c CFO và bù la ̣i để cải thiê ̣n hiê ̣u suấ t ̣ thố ng Viê ̣c so sánh BER của ̣ thố ng chưa có CFO , có CFO chưa bù la ̣i và có CFO và bù la ̣i các mô hin ̀ h kênh UWB khác : UWB CM Line -of-sight (LOS) – m (CM1), UWB CM Non -line-of-sight (NLOS) – m (CM2), UWB CM NLOS – 10 m (CM3) UWB CM NLOS 10 m (CM4) để thấy rõ được hiệu suất của thuật toán ước lượng 12 Khả ứng dụng thực tiễn Hiê ̣n , kỹ thuật MB -OFDM đươ ̣c lựa cho ̣n cho các ̣ thố ng UWB vẫn đươ ̣c tiế p tu ̣c nghiên cứu nhằ m đa ̣t đươ ̣c các tố c đô ̣ dữ liê ̣u cao và sử du ̣ng phở hiê ̣u quả Vì vậy, kế t quả của luâ ̣n văn chỉ dừng la ̣i ở mức đô ̣ nghiên cứu ho ̣c thuâ ̣t 13 Những hướng nghiên cứu Hoàn thiện và phát triển thuật toán ước lượng Như luâ ̣n văn đã triǹ h bày , nhươ ̣c điể m của thuâ ̣t toán này là lỗi ước lươ ̣ng dải ban đầ u sẽ truyề n sang dải khác Do đó , lỗi tić h lũy qua các dải khác nhóm dải sẽ làm giảm sự cải thiê ̣n hiê ̣u suấ t mong ̣i sau bù CFO Hơn nữa , tầ n số trung tâm của các dải khác là khác , nên với cùng giá trị CFO (theo ppm) lượng CFO dải khác khác Đồng thời, đô ̣ rô ̣ng băng của ̣ thố ng MB -OFDM rấ t lớn , nên kênh phu ̣ thuô ̣c tầ n số , điề u dẫn tới việc kênh dải khác có đáp ứng xung khác Tấ t cả những điề u này dẫn tới mô ̣t yêu cầ u cầ n phải sửa đổ i phương pháp ước lươ ̣ng luâ ̣n văn này để phù hơ ̣p với các điề u kiê ̣n thực tế của ̣ thố ng UWB sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t MB-OFDM MIMO Multiband OFDM Để tăng tố c đô ̣ dữ liê ̣u và khoảng cách truyề n dẫn của ̣ thố ng UWB , sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t MIMO là mô ̣t hướng rấ t hấ p dẫn Hiê ̣n nay, MIMO là phương pháp hiê ̣u quả để cải thiê ̣n hiê ̣u suấ t ̣ thố ng các môi trườ ng fading Hầ u hế t các ứng du ̣ng UWB đề u có kênh -2- nhà với đô ̣ phân tán ma ̣nh , đó kỹ thuâ ̣t MIMO rấ t phù hơ ̣p Thêm nữa , tầ n số trung tâm của các ứng du ̣ng UWB cỡ GHz (bước sóng nhỏ ), đó khoảng cách giữa các anten MIMO có thể giảm Bởi vâ ̣y , sự kế t hơ ̣p công nghê ̣ UWB và MIMO là mô ̣t phương pháp hiê ̣u quả khả thi và hiê ̣u quả về giá cả để thỏa mañ yêu cầ u tố c đô ̣ dữ liê ̣u rấ t cao của các ứng du ̣ng vô tuyế n khoảng cách ngắ n tư ơng lai 14 Các cơng trình cơng bố có liên quan đến luận văn: khơng có Ngày ……… tháng ……… năm ………… Xác nhận cán hướng dẫn (Kí ghi rõ họ tên) Ngày ……… tháng ……… năm ………… Học viên (Kí ghi rõ họ tên) -3- VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ENGINEERING SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom – Happiness  *********** INFORMATION ON MASTER’S THESIS Full name: Luu Van Hoan Sex: Male Date of birth: 1st November 1985 Place of birth: Truc Thang commune, Truc Ninh district, Nam Dinh province Admission decision number: …………………………………… Dated ……………… Changes in academic process: None Official thesis title: Studying the efffects of frequency offset on multiband orthogonal frequency division multiplexing (MB-OFDM) systems Major: Electronics Engineering Code: 60 52 70 10 Supervisors: Dr Nguyen Thanh Hieu 11 Summary of the findings of the thesis Thesis carry out estimation of carrier frequency offset (CFO) in ultra-wideband (UWB) systems using modulation technique of multiband orthogonal frequency division multiplexing (MB-OFDM) The MB-OFDM system in the thesis is studied on many channels, namely additive white gaussian noise (AWGN) channels and frequency selective fading channels of IEEE 802.15.3a standard Firstly, the thesis presents overview of MB-OFDM systems that conform to ECMA-368 standard The aspects consist of bandwidth, structures of transmiter and receiver, model of the signal The thesis then analyses the performance of the MB-OFDM systems in accordance with three cases, namely (1) without CFO, (2) with CFO, but don’t compensate it, and (3) with CFO and compensating it The simulation of the system is performed with many channel models on MATLAB The channel models are AWGN, UWB CM Line-of-sight (LOS) – m (CM1), UWB CM Non-line-of-sight (NLOS) – m (CM2), UWB CM NLOS – 10 m (CM3), and UWB CM NLOS 10 m (CM4) The results of simulation is compared with the theory results The CFO is divided into integer part (IFO) and fractional part (FFO) The effects of IFO and FFO is also analysed -1- The focus of the thesis is a algorithm of time-domain coarse frequency offset estimation (TCFE) using symbols of packet/frame synchronization in preamble The algorithm calculates correlations of these symbols Coarse frequency offset estimation on the time domain can reduce the effects of ICI that caused by CFO and make more exactly fine estimation on the frequency domain The algorithm of CFO estimation for MB-OFDM systems in this thesis derives its estimates based on phase differences in the received subcarrier signals of several successive symbols in the preamble We consider the same carrier frequency offsets and the same channel responses in different subbands in the first bandgroup The phase of correlation of two symbols contain the information about CFO Affter estimating the CFO, we can compensate it to improve the performance of system Performance of the algorithm is studied by means of bit error rate (BER) performance of MB-OFDM system 12 Practical applicability, if any At present, the UWB systems using the MB-OFDM scheme is still investigating to standardise The objective of the future standards for the UWB system is to obtain higher data rates and to use more effectively spectrum So, the results of the thesis are the initial research to understand the MB-OFDM systems 13 Further research directions, if any Improving and developing the algorithm of estimation The disadvantage of the algorithm of estimation in this thesis is that estiation error on the initial subband is passed to the difference subbands Therefore, errors accumulated through difference subbands in bandgroup will reduce the intended improvement of performance of system after compensating CFO Futhermore, since centre frequencys of the difference subbands are different, with the same CFO (in ppm), CFOs (in Hz) of the difference subbands are difference At the same time, ultra-wideband channels are frequency selective fading channels So the difference subbands have the difference channel responses For these reasons, we need to modify the algorithm in accordance with the realistic ultra-wideband environments MIMO Multiband OFDM To enhance the data rates and transmission ranges of UWB systems, MIMO scheme is studied in the recent years MIMO scheme can improve system performance effectively -2- in fading environments Most UWB applications are in a rich scattering indoor environments, which is an ideal transmission scenario for MIMO implementation In addition, center frequency of UWB applications is about GHz, so we can reduce spacing between antenna array elements Consequently, the combination of UWB and MIMO technology will become a viable and cost-efficient method to achieve the very high data rate requirements necessary for future short-range wireless applications as WPAN 14 Thesis-related publications: None Date: …………………………………… Date: ………………………………… Signature: ……………………………… Signature: …………………………… Full name: ……………………………… Full name: …………………………… -3- ... systems using modulation technique of multiband orthogonal frequency division multiplexing (MB- OFDM) The MB- OFDM system in the thesis is studied on many channels, namely additive white gaussian noise... CFO estimation for MB- OFDM systems in this thesis derives its estimates based on phase differences in the received subcarrier signals of several successive symbols in the preamble We consider the... studied by means of bit error rate (BER) performance of MB- OFDM system 12 Practical applicability, if any At present, the UWB systems using the MB- OFDM scheme is still investigating to standardise