Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO MINH PHỤNG MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KÊNH TRUYỀN THƠNG TIN DI ĐỘNG CĨ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA FADING VÀ DOPPLER THEO MƠ HÌNH COST 207 Chun ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: MSHV: Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Mã số : I TÊN ĐỀ TÀI: NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài)……………………… III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài)………… IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA….……… Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LỜI CÁM ƠN Với mong muốn đạt chín chắn hơn, am hiểu sâu chuyên ngành Viễn thông, chúng em học tiếp lên cao học sau tốt nghiệp đại học Nhờ thực Luận văn tốt nghiệp này, việc tự học, tự nghiên cứu chúng em chuyên nghiệp Và hiểu sâu sắc lĩnh vực u thích Hai năm học cao học trôi qua thật nhanh Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến quý thầy cô Khoa Điện – Điện tử, Bộ môn Viễn thông Đặc biệt Thầy Đỗ Hồng Tuấn Người tận tình hướng dẫn em thực Luận văn Tp HCM, ngày 21 tháng năm 2012 HVCH: Cao Minh Phụng Mô kênh truyền di động HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, kết luận văn tơi thực Mô kênh truyền di động HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn ABTRACT Channel characteristics in mobile communication depends very much on physical media, so often unstable and random There is more information about the channel, then the construction of the channel estimation at the receiver as optimal, the more accurate compared to actual channels Thereby improve the efficiency of channel use, speed of data transfer and reduce bit error rate - BER (Bit Error Rate) COST 207 model is the empirical model by a working group of the CEPT (Conference of European Posts and Telecommunications Administrations) provides, as a result the actual measurement channels This model is relatively fully reflect the characteristics of channels in each different medium: rural, suburban, urban and mountainous areas The construction of a simulation model based on COST 207 computer is very useful, from which characteristics of the medium can be well studied, and in addition can be used to verify the algorithm transceiver The construction of simulation models from the COST 207 model is the task of this thesis To this, we rely on the theory of stochastic models and deterministic model And then, the deterministic model is sampled to implement on the computer How to move from stochastic models to deterministic model is presented in Chapter The focus of the thesis is to determine the model parameters determined from the data of COST 207, is presented in chapter and chapter The simulation evaluates the bit error rate - BER of space - time encoding system with Alamouti diagram 2x1, 2x2 corresponding to the simulation model of channel built above Mô kênh truyền di động HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn 7.1 Mơ hình ellipse Parson Bajwa 61 7.2 Mô tả lý thuyết hệ thống kênh chọn lọc tần số (system theoretical description of frequency-selective channels) 63 7.3 Mơ hình kênh truyền ngẫu nhiên chọn lọc tần số (frequency-selective stochastic channel models) 69 7.3.1 Những hàm tương quan 69 7.3.2 Mơ hình WSSUS theo Bello 72 7.3.3 Mơ hình kênh truyền theo COST 207 79 7.4 Mơ hình kênh truyền xác định chọn lọc tần số 89 7.4.1 Những hàm hệ thống mô hình kênh truyền xác định chọn lọc tần số . 89 7.4.2 Những hàm tương quan mật độ phổ cơng suất mơ hình DGUS 98 7.4.3 Mật độ phổ công suất trễ mật độ phổ cơng suất doppler mơ hình DGUS . 103 7.4.4 Xác định thơng thơng số mơ hình DGUS . 104 7.4.5 Mô hình mơ xác định cho mơ hình kênh truyền theo COST 207 . 110 Chương 8: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MÃ HĨA KHƠNG GIAN – THỜI GIAN ALAMOUTI 114 Chương 9: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 117 I Mã hóa khơng gian – thời gian Alamouti với anten phát, anten thu 117 v = 110 km / h, f = 900 Mhz − > f max = 91Hz 117 II Mã hóa khơng gian – thời gian Alamouti với anten phát, anten thu 122 v = 110 km / h, f = 900 Mhz − > f max = 91Hz , Vùng nông thôn (Rural Area) 122 v = 60 km / h, f = 900 Mhz − > f max = 50 Hz , Vùng nông thôn (Rural Area) 123 Nhận xét: 123 Chương 10: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 125 PHỤ LỤC . 126 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT 126 CHƯƠNG TRÌNH MATLAB 127 Mô kênh truyền di động HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn A Mô kênh truyền theo COST 207 127 B1. Mã hóa khơng gian – thời gian Alamouti với 2 anten phát, 1 anten thu 131 B2. Mã hóa khơng gian – thời gian với 2 anten phát, 2 anten thu 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 LÝ LỊCH KHOA HỌC 137 Thông tin cá nhân: 137 Quá trình đào tạo: 137 Kinh nghiệm làm việc: 137 Mô kênh truyền di động HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn MỞ ĐẦU Đặc tính kênh truyền thơng tin di động phụ thuộc nhiều vào mơi trường truyền, thường khơng ổn định có tính ngẫu nhiên Có nhiều thơng tin kênh truyền, việc xây dựng ước lượng kênh truyền máy thu tối ưu, xác so với kênh truyền thực tế Nhờ nâng cao hiệu sử dụng kênh truyền, tăng tốc độ truyền liệu giảm tỷ lệ lỗi bit – BER (Bit Error Rate)… Mơ hình COST 207 mơ hình thực nghiệm nhóm làm việc CEPT (Conference of European Posts and Telecommunications Administrations) đưa ra, kết đo đạc kênh truyền thực tế Đây mơ hình phản ánh tương đối đầy đủ đặc điểm kênh truyền theo môi trường truyền khác nhau: vùng nông thôn, vùng ngoại ô, vùng thành thị vùng đồi núi Việc xây dựng mơ hình mơ máy tính dựa COST 207 hữu ích, từ đặc tính mơi trường truyền khảo sát kỹ lưỡng ngồi dùng việc kiểm chứng giải thuật thu phát Việc xây dựng mơ hình mơ từ mơ hình COST 207 nhiệm vụ luận văn Để thực việc này, dựa lý thuyết mơ hình ngẫu nhiên lý thuyết mơ hình xác định Mơ hình xác định sau lấy mẫu để thực máy tính Cách chuyển từ mơ hình ngẫu nhiên sang mơ hình xác định trình bày chương Phần trọng tâm luận văn xác định thông số mô hình xác định từ liệu COST 207, trình bày chương chương Phần mơ đánh giá tỷ lệ lỗi bit – BER hệ thống mã hóa khơng gian – thời gian Alamouti 2x1, 2x2 với mơ hình mơ kênh truyền xây dựng bên Mô kênh truyền di động HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU 5 1.1 Tổng quan 5 1.2 Đặt vấn đề 10 1.3 Phương pháp thực 11 Chương 2: NHỮNG KHÁI NIỆM LÝ THUYẾT ĐƯỢC DÙNG TRONG LUẬN VĂN 14 2.1 Sample function trình ngẫu nhiên: 14 2.1.1 Không gian xác suất (Q, A, P ) . 14 2.1.2 Sample function: 15 2.1.3 Quá trình dừng (Stationary process) . 17 2.2 Biểu diễn complex baseband tín hiệu bandpass: 19 2.2.1 Giới thiệu: . 19 2.2.2 Biểu diễn baseband tín hiệu bandpass: 20 Chương 3: MƠ HÌNH THAM KHẢO: Q TRÌNH RAYLEIGH VÀ RICE . 25 3.1 Mơ tả tổng quan trình Rice Rayleigh 26 3.2 Những đặc tính q trình Rice Rayleigh 28 3.3 Đặc tính thống kê q trình Rice Rayleigh 32 Chương 4: GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH XÁC ĐỊNH . 36 4.1 Nguyên tắc việc mơ hình hóa kênh truyền xác định 37 4.2 Những đặc tính q trình xác định 42 Chương 5: NHỮNG PHƯƠNG PHÁP ĐỂ TÍNH TỐN THƠNG SỐ MƠ HÌNH CỦA Q TRÌNH XÁC ĐỊNH . 46 5.1 Phương pháp để tính toán tần số doppler rời rạc hệ số doppler 48 5.1.1 Phương pháp khoảng cách (Method of Equal Distances - MED) 48 Chương 6: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MƠ HÌNH KÊNH TRUYỀN XÁC ĐỊNH VÀ NGẪU NHIÊN KHÔNG LỰA CHỌN TẦN SỐ . 56 Chương 7: MƠ HÌNH KÊNH TRUYỀN XÁC ĐỊNH VÀ NGẪU NHIÊN CHỌN LỌC TẦN SỐ 59 Mô kênh truyền di động HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học - GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Vận tốc di chuyển máy thu chậm, tần số doppler cực đại giảm BER thấp - Tỷ lệ lỗi bit – BER khoảng 10-3 với tỷ lệ S/N 15dB, tương đối tốt trường hợp truyền thoại Kết mô cho thấy tính đắn hợp lý phần lý thuyết xây dựng mơ hình kênh truyền từ COST 207 code matlab thực cho phần lý thuyết Mơ kênh truyền di động 124 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Chương 10: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Luận văn cho thấy liên hệ kênh truyền vật lý, mơ hình tham khảo ngẫu nhiên, mơ hình mơ xác định đo lường thơng qua việc mơ hình hóa kênh truyền theo mơ hình thực nghiệm COST 207 Cùng với kết mô phỏng, đặc điểm loại môi trường thể rõ Như nói phần mở đầu, việc xây dựng mơ hình kênh truyền gắn liền với thực tế mơ mơ hình máy tính có nghĩa quan trọng việc thực ước lượng kênh truyền tối ưu, kiểm chứng giải thuật phát thu…Từ nâng cao hiệu sử dụng kênh truyền, tăng tốc độ truyền liệu… Tuy nhiên, thời gian hạn chế, đề tài khảo sát với sơ đồ mã hóa Alamouti 2x1, 2x2 với điều chế BPSK mà chưa khảo sát với sơ đồ mã hóa khác kiểu điều chế khác Cũng chưa so sánh với mơ hình mơ kênh truyền khác Việc so sánh cho ta nhìn tồn diện bao quát Mô kênh truyền di động 125 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn PHỤ LỤC BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT ACF AutoCorrelation Function ATDMA Advanced Time Division Multiple Access BMFT Bundesministerium făur Forschung und Technologies BU Bad Urban CEPT Conference of European Posts and Telecommunications Administrations COST European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research DCS Digital Cellular System DECT Digital European Cordless Telephone DGUS Deterministic Gaussian Uncorrelated Scattering ETSI European Telecommunications Standards Institute FIR Finite Impulse Response FPLMTS Future Public Land Mobile Telecommunications System GSM Global System for Mobile Communications (former: Groupe Sp´ecial Mobile) GWSSUS Gaussian wide-sense stationary uncorrelated scattering HT Hilly Terrain IMT 2000 International Mobile Telecommunications 2000 INMARSAT International Maritime Satellite Organisation ISI InterSymbol Interference JM Jakes Method LEO Low Earth Orbit LOS Line-Of-Sight LPNM Lp-Norm Method MBS Mobile Broadband System MCM Monte Carlo method MEA Method of Equal Areas MED Method of Equal Distances MEDS Method of Exact Doppler Spread MMEA Modified Method of Equal Areas MSEM Mean-Square-Error Method PCN Personal Communications Network PSD Power Spectral Density RA Rural Area RACE Research on Advanced Communications in Europe TU Typical Urban UMTS Universal Mobile Telecommunications System WGN White Gaussian Noise WSSUS Wide-Sense Stationary Uncorrelated Scattering Mô kênh truyền di động 126 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn CHƯƠNG TRÌNH MATLAB A Mô kênh truyền theo COST 207 %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % F_S_K.m ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % % Program for the simulation of deterministic frequency‐selective % mobile radio channels. % %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % [y_t,T,t_0]=F_S_K(x_t,f_max,m_s,T,t_0,q_l, % C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,PLOT) %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % Explanation of the input parameters: % % x_t: time‐domain input signal of the channel simulator (sampled % with T_s=0.2E‐6 s) % f_max: maximum Doppler frequency % m_s: sampling rate ratio % T: contents of the delay elements of the time variant FIR filter % t_0: offset in time % q_l: q_l=tau_l/T_s+1 %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % The following matrices are generated in F_S_K_p.m: % F1, F2: discrete Doppler frequencies % C1, C2: Doppler coefficients % TH1, TH2: Doppler phases % F01, F02: frequency shift value of the Doppler PSD according to % Gauss I and Gauss II, respectively % RHO: amplitude of the direct component % F_RHO: Doppler frequency of the direct component %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % PLOT: plot of the output signal of the channel, if PLOT==1 function [y_t,T,t_0]=F_S_K(x_t,f_max,m_s,T,t_0,q_l, C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,PLOT) T_s=0.2E‐6; % Initialization: mu_l=zeros(size(q_l)); y_t=zeros(size(x_t)); for n=0:length(x_t)‐1, if rem(n/m_s,m_s)‐fix(rem(n/m_s,m_s))==0, mu_l=sum((C1.*cos(2*pi*F1*f_max*(n*T_s+t_0)+TH1)).').* exp(‐j*2*pi*F01*f_max*(n*T_s+t_0))+j* (sum((C2.*cos(2*pi*F2*f_max*(n*T_s+t_0)+TH2)).').* exp(‐j*2*pi*F02*f_max*(n*T_s+t_0)))+ RHO.*exp(j*2*pi*F_RHO*f_max*(n*T_s+t_0)); end Mô kênh truyền di động 127 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn %T(1)=x_t(n+1); T(1)=1; y_t(n+1)=sum(mu_l.*T(q_l)); T(2:length(T))=T(1:length(T)‐1); end t_0=length(x_t)*T_s+t_0; if PLOT==1, plot((0:length(y_t)‐1)*T_s,20*log10(abs(y_t)),'g‐') end %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % F_S_K_p.m ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % % Program for the generation of the matrices used in F_S_K.m. % % Used m‐file: pCOST207.m %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]= % F_S_K_p(N_1,AREA,f_max) %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % Explanation of the input parameters: % % N_1: minimum number of discrete Doppler frequencies % AREA: according to COST 207, 4 types of channels are specified: % 1) Rural Area: 'ra' % 2) Typical Urban: 'tu' % 3) Bad Urban: 'bu' % 4) Hilly Terrain: 'ht' % f_max: maximum Doppler frequency function [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]= F_S_K_p(N_1,AREA,f_max) % The greatest common divisor of the discrete propagation delays % defines the sampling interval T_s: T_s=0.2E‐6; if all(lower(AREA)=='ra'), a_l=[1,0.63,0.1,0.01]; tau_l=[0,0.2,0.4,0.6]*1E‐6; DOPP_KAT=['RI';'JA';'JA';'JA']; elseif all(lower(AREA)=='tu'), a_l=[0.5,1,0.63,0.25,0.16,0.1]; tau_l=[0,0.2,0.6,1.6,2.4,5]*1E‐6; DOPP_KAT=['JA';'JA';'G1';'G1';'G2';'G2']; elseif all(lower(AREA)=='bu'), a_l=[0.5,1,0.5,0.32,0.63,0.4]; tau_l=[0,0.4,1.0,1.6,5.0,6.6]*1E‐6; DOPP_KAT=['JA';'JA';'G1';'G1';'G2';'G2']; elseif all(lower(AREA)=='ht'), a_l=[1,0.63,0.4,0.2,0.25,0.06]; tau_l=[0,0.2,0.4,0.6,15,17.2]*1E‐6; Mô kênh truyền di động 128 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn DOPP_KAT=['JA';'JA';'JA';'JA';'G2';'G2']; end % Generate the parameters and assign them to the matrices: num_of_taps=length(DOPP_KAT); F1=zeros(num_of_taps,N_1+2*num_of_taps‐1); F2=F1;C1=F1;C2=F1;TH1=F1;TH2=F1; F01=zeros(1,num_of_taps);F02=F01; RHO=zeros(1,num_of_taps);F_RHO=RHO; NN1=N_1+2*(num_of_taps‐1):‐2:N_1; for k=1:num_of_taps, [f1,f2,c1,c2,th1,th2,rho,f_rho,f01,f02]= pCOST207(DOPP_KAT(k,:),NN1(k)); F1(k,1:NN1(k))=f1; C1(k,1:NN1(k))=c1*sqrt(a_l(k)); TH1(k,1:NN1(k))=th1; F2(k,1:NN1(k)+1)=f2; C2(k,1:NN1(k)+1)=c2*sqrt(a_l(k)); TH2(k,1:NN1(k)+1)=th2; F01(k)=f01;F02(k)=f02; RHO(k)=rho;F_RHO(k)=f_rho; end % Determine indices of the delay elements of the FIR filter: q_l=tau_l/T_s+1; % Initialization of the delay elements of the FIR filter: T=zeros(1,max(q_l)); %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % pCOST207.m ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % % Program for the derivation of the channel parameters of the % Doppler PSDs defined by COST 207. % %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ %[f1,f2,c1,c2,th1,th2,rho,f_rho,f01,f02]=pCOST207(D_S_T,N_i) %‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ % Explanation of the input parameters: % % D_S_T: type of the Doppler PSD: % Jakes: D_S_T='JA' % Rice: D_S_T='RI' % Gauss I: D_S_T='G1' % Gauss II: D_S_T='G2' % N_i: number of harmonic functions function [f1,f2,c1,c2,th1,th2,rho,f_rho,f01,f02]=pCOST207(D_S_T,N_i) if all(lower(D_S_T)=='ri'), % RICE n=(1:N_i); f1=sin(pi/(2*N_i)*(n‐1/2)); c1=0.41*sqrt(1/N_i)*ones(1,N_i); th1=rand(1,N_i)*2*pi; Mô kênh truyền di động 129 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn n=(1:N_i+1); f2=sin(pi/(2*(N_i+1))*(n‐1/2)); c2=0.41*sqrt(1/(N_i+1))*ones(1,N_i+1); th2=rand(1,N_i+1)*2*pi; f01=0;f02=0; rho=0.91;f_rho=0.7; elseif all(lower(D_S_T)=='ja'), % JAKES n=(1:N_i); f1=sin(pi/(2*N_i)*(n‐1/2)); c1=sqrt(1/N_i)*ones(1,N_i); th1=rand(1,N_i)*2*pi; n=(1:N_i+1); f2=sin(pi/(2*(N_i+1))*(n‐1/2)); c2=sqrt(1/(N_i+1))*ones(1,N_i+1); th2=rand(1,N_i+1)*2*pi; f01=0;f02=0; rho=0;f_rho=0; elseif all(lower(D_S_T)=='g1'), % GAUSS I n=(1:N_i); sgm_0_2=5/6; c1=sqrt(sgm_0_2*2/N_i)*ones(1,N_i); f1=sqrt(2)*0.05*erfinv((2*n‐1)/(2*N_i)); th1=rand(1,N_i)*2*pi; sgm_0_2=1/6; c2=[sqrt(sgm_0_2*2/N_i)*ones(1,N_i),0]/j; f2=[sqrt(2)*0.1*erfinv((2*n‐1)/(2*N_i)),0]; th2=[rand(1,N_i)*2*pi,0]; f01=0.8;f02=‐0.4; rho=0;f_rho=0; elseif all(lower(D_S_T)=='g2'), % GAUSS II n=(1:N_i); sgm_0_2=10^0.5/(sqrt(10)+0.15); c1=sqrt(sgm_0_2*2/N_i)*ones(1,N_i); f1=sqrt(2)*0.1*erfinv((2*n‐1)/(2*N_i)); th1=rand(1,N_i)*2*pi; sgm_0_2=0.15/(sqrt(10)+0.15); c2=[sqrt(sgm_0_2*2/N_i)*ones(1,N_i),0]/j; f2=[sqrt(2)*0.15*erfinv((2*n‐1)/(2*N_i)),0]; th2=[rand(1,N_i)*2*pi,0]; f01=‐0.7;f02=0.4; rho=0;f_rho=0; end clear [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ra',91); T_s = 0.2E‐6; x_t = [1; zeros(999999,1)]; %x_t = [1; zeros(99,1)]; [y_t,T,t_0]=F_S_K(x_t,91,1,T,0,q_l,C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,1) Mô kênh truyền di động 130 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn B1. Mã hóa khơng gian – thời gian Alamouti với 2 anten phát, 1 anten thu clear %fmax = (v/c0)*f0 %v = 110 km/h; c0 = 3*10^8 m/s; f0 = 900 Mhz ‐> fmax = 91Hz [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ra',91); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'tu',91); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'bu',91); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ht',91); %v = 80 km/h; c0 = 3*10^8 m/s; f0 = 900 Mhz ‐> fmax = 66Hz % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ra',66); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'tu',66); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'bu',66); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ht',66); %v = 60 km/h; c0 = 3*10^8 m/s; f0 = 900 Mhz ‐> fmax = 50Hz % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ra',50); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'tu',50); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'bu',50); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ht',50); T_s = 0.2E‐6; x_t = [1; zeros(999999,1)]; %x_t = [1; zeros(99,1)]; [y_t,T,t_0]=F_S_K(x_t,91,1,T,0,q_l,C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,1) h=y_t; % Script for computing the BER for BPSK modulation in a % COST 207 channel with Alamouti Space Time Block Coding % Two transmit antenna, 1 Receive antenna %clear N = 10^6; % number of bits or symbols %N = 100; Eb_N0_dB = [0:25]; % multiple Eb/N0 values for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % Transmitter ip = rand(1,N)>0.5; % generating 0,1 with equal probability s = 2*ip‐1; % BPSK modulation 0 ‐> ‐1; 1 ‐> 0 % Alamouti STBC sCode = zeros(2,N); Mô kênh truyền di động 131 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn sCode(:,1:2:end) = (1/sqrt(2))*reshape(s,2,N/2); % [x1 x2 ] sCode(:,2:2:end) = (1/sqrt(2))*(kron(ones(1,N/2),[‐1;1]).*flipud(reshape(conj(s),2,N/2))); % [‐x2* x1* ] %h = 1/sqrt(2)*[randn(1,N) + j*randn(1,N)]; % Rayleigh channel hMod = kron(reshape(h,2,N/2),ones(1,2)); % repeating the same channel for two symbols n = 1/sqrt(2)*[randn(1,N) + j*randn(1,N)]; % white gaussian noise, 0dB variance % Channel and noise Noise addition y = sum(hMod.*sCode,1) + 10^(‐Eb_N0_dB(ii)/20)*n; % Receiver yMod = kron(reshape(y,2,N/2),ones(1,2)); % [y1 y1 ; y2 y2 ] yMod(2,:) = conj(yMod(2,:)); % [y1 y1 ; y2* y2* ] % forming the equalization matrix hEq = zeros(2,N); hEq(:,[1:2:end]) = reshape(h,2,N/2); % [h1 0 ; h2 0 ] hEq(:,[2:2:end]) = kron(ones(1,N/2),[1;‐1]).*flipud(reshape(h,2,N/2)); % [h1 h2 ; h2 ‐h1 ] hEq(1,:) = conj(hEq(1,:)); % [h1* h2* ; h2 ‐h1 ] hEqPower = sum(hEq.*conj(hEq),1); yHat = sum(hEq.*yMod,1)./hEqPower; % [h1*y1 + h2y2*, h2*y1 ‐h1y2*, ] yHat(2:2:end) = conj(yHat(2:2:end)); % receiver ‐ hard decision decoding ipHat = real(yHat)>0; % counting the errors nErr(ii) = size(find([ip‐ ipHat]),2); end simBer = nErr/N; % simulated 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)); pAlamouti = 1/2 ‐ 1/2*(1+2./EbN0Lin).^(‐1/2); theoryBerAlamouti_nTx2_nRx1 = pAlamouti.^2.*(1+2*(1‐pAlamouti)); close all figure semilogy(Eb_N0_dB,theoryBer_nRx1,'bp‐','LineWidth',2); hold on Mô kênh truyền di động 132 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn semilogy(Eb_N0_dB,theoryBerMRC_nRx2,'kd‐','LineWidth',2); semilogy(Eb_N0_dB,theoryBerAlamouti_nTx2_nRx1,'c+‐','LineWidth',2); semilogy(Eb_N0_dB,simBer,'mo‐','LineWidth',2); axis([0 25 10^‐5 0.5]) grid on legend('theory (nTx=1,nRx=1)', 'theory (nTx=1,nRx=2, MRC)', 'theory (nTx=2, nRx=1, Alamouti)', 'sim (nTx=2, nRx=1, Alamouti)'); xlabel('Eb/No, dB'); ylabel('Bit Error Rate'); title('BER for BPSK modulation with Alamouti STBC (COST 207 channel)'); B2. Mã hóa khơng gian – thời gian với 2 anten phát, 2 anten thu clear %fmax = (v/c0)*f0 %v = 110 km/h; c0 = 3*10^8 m/s; f0 = 900 Mhz ‐> fmax = 91Hz % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ra',91); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'tu',91); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'bu',91); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ht',91); %v = 80 km/h; c0 = 3*10^8 m/s; f0 = 900 Mhz ‐> fmax = 66Hz [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ra',66); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'tu',66); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'bu',66); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ht',66); %v = 60 km/h; c0 = 3*10^8 m/s; f0 = 900 Mhz ‐> fmax = 50Hz % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ra',50); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'tu',50); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'bu',50); % [C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,q_l,T]=F_S_K_p(8,'ht',50); T_s = 0.2E‐6; x_t = [1; zeros(999999,1)]; %x_t = [1; zeros(99,1)]; [y_t,T,t_0]=F_S_K(x_t,91,1,T,0,q_l,C1,F1,TH1,C2,F2,TH2,F01,F02,RHO,F_RHO,1) h=[y_t';y_t']; % Script for computing the BER for BPSK modulation in a % COST 207 channel with Alamouti Space Time Block Coding % Two transmit antenna, Two Receive antenna %clear N = 10^6; % number of bits or symbols Mô kênh truyền di động 133 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Eb_N0_dB = [0:25]; % multiple Eb/N0 values nRx = 2; for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % Transmitter ip = rand(1,N)>0.5; % generating 0,1 with equal probability s = 2*ip‐1; % BPSK modulation 0 ‐> ‐1; 1 ‐> 0 % Alamouti STBC sCode = 1/sqrt(2)*kron(reshape(s,2,N/2),ones(1,2)) ; % channel %h = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,N) + j*randn(nRx,N)]; % Rayleigh channel n = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,N) + j*randn(nRx,N)]; % white gaussian noise, 0dB variance y = zeros(nRx,N); yMod = zeros(nRx*2,N); hMod = zeros(nRx*2,N); for kk = 1:nRx hMod = kron(reshape(h(kk,:),2,N/2),ones(1,2)); % repeating the same channel for two symbols hMod = kron(reshape(h(kk,:),2,N/2),ones(1,2)); temp = hMod; hMod(1,[2:2:end]) = conj(temp(2,[2:2:end])); hMod(2,[2:2:end]) = ‐conj(temp(1,[2:2:end])); % Channel and noise Noise addition y(kk,:) = sum(hMod.*sCode,1) + 10^(‐Eb_N0_dB(ii)/20)*n(kk,:); % Receiver yMod([2*kk‐1:2*kk],:) = kron(reshape(y(kk,:),2,N/2),ones(1,2)); % forming the equalization matrix hEq([2*kk‐1:2*kk],:) = hMod; hEq(2*kk‐1,[1:2:end]) = conj(hEq(2*kk‐1,[1:2:end])); hEq(2*kk, [2:2:end]) = conj(hEq(2*kk, [2:2:end])); end % equalization hEqPower = sum(hEq.*conj(hEq),1); yHat = sum(hEq.*yMod,1)./hEqPower; % [h1*y1 + h2y2*, h2*y1 ‐h1y2*, ] yHat(2:2:end) = conj(yHat(2:2:end)); % receiver ‐ hard decision decoding ipHat = real(yHat)>0; Mô kênh truyền di động 134 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn % counting the errors nErr(ii) = size(find([ip‐ ipHat]),2); end simBer = nErr/N; % simulated 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)); pAlamouti = 1/2 ‐ 1/2*(1+2./EbN0Lin).^(‐1/2); theoryBerAlamouti_nTx2_nRx1 = pAlamouti.^2.*(1+2*(1‐pAlamouti)); 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,theoryBerAlamouti_nTx2_nRx1,'c+‐','LineWidth',2); semilogy(Eb_N0_dB,simBer,'mo‐','LineWidth',2); axis([0 25 10^‐5 0.5]) grid on legend('theory (nTx=1,nRx=1)', 'theory (nTx=1,nRx=2, MRC)', 'theory (nTx=2, nRx=1, Alamouti)', 'sim (nTx=2, nRx=2, Alamouti)'); xlabel('Eb/No, dB'); ylabel('Bit Error Rate'); title('BER for BPSK modulation with 2Tx, 2Rx Alamouti STBC (COST 207 channel)'); Mô kênh truyền di động 135 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mohinder Jankiraman , “Space-Time Codes and MIMO Systems”, 2004 [2] Matthias Pätzold , “Mobile fading channels”, 2002 [3] Space–Time Block Coding for Wireless Communications: Performance Results, IEEE Journal on selected areas in communications, Vol 17, No 3, March 1999 [4] Henrik Asplund, Kjell Larsson and Peter Ökvist , How typical is the "Typical Urban" channel model? Mobile-based Delay Spread and Orthogonality Measurements, VTC Spring IEEE, p 340-343, 2008 [5] Construct channel object from set of standardized channel models http://www.mathworks.com/help/toolbox/comm/ref/stdchan.html [8] Lecture notes and Tutorials, Schoool of Information Technology & Electrical Engineering, The University of Queensland, Australia http://itee.uq.edu.au/~coms3100/Lecture%20Notes/ [9] Proakis, “Digital communications”, th edition, pp 153-157, 795-797 [10] P Hoeher, “A statistical discrete-time model for the WSSUS multipath channel,” IEEETransactions on Vehicular Technology, vol 41, pp 461–468, Nov 1992 [11] Vật lý đại cương, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2011 Mô kênh truyền di động 136 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LÝ LỊCH KHOA HỌC Thông tin cá nhân: Họ tên: CAO MINH PHỤNG Giới tính: Nam Sinh ngày: 15/10/1985 Nơi sinh: Quảng Ngãi Hộ khẩu: thôn An Mô, xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi Địa thường trú: thôn An Mô, xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi Địa tạm trú: 4/6F Đơng Lân, xã Bà Điểm, huyện Hóc Mơn, Tp HCM Dân tộc: Kinh Tôn giáo: không Điện thoại liên hệ: 0988.873.167 Email: minhphungbk03@yahoo.com Quá trình đào tạo: a Đại học: - Từ 9/2003 - 1/2008: Kỹ sư Điện tử - Viễn thơng Hệ đào tạo: Chính qui Trường: Đại học Bách Khoa Tp HCM – Đại học Quốc gia Tp HCM - Từ 5/2008 – 12/2010: Cử nhân CNTT Hệ đào tạo: Bằng Trường: Đại học KHTN Tp HCM – Đại học Quốc gia Tp HCM b Thạc sĩ: - Thời gian đào tạo: từ 9/2010 đến Trường: Đại học Bách Khoa Tp HCM – Đại học Quốc gia Tp HCM Ngành học: Kỹ thuật điện tử Kinh nghiệm làm việc: Thời gian Công ty Vị trí 5/2008 – 12/2008 Arrive Technologies Vietnam Software Developer Mô kênh truyền di động 137 HVTH: Cao Minh Phụng LVTN Cao học 2/2009 – 6/2010 GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Trung tâm điều hành kỹ thuật KV3, Tập Kỹ sư vơ tuyến đồn viễn thơng Qn đội – Viettel 11/2011 đến Cty TNHH Robert Bosch Engineering Associate Software and Business Solutions VN (RBVH) Engineer Mô kênh truyền di động 138 HVTH: Cao Minh Phụng ... Tuấn Đề tài: Mơ phân tích kênh truyền thơng tin di động xét có xét đến ảnh hưởng fading doppler theo mơ hình COST 207 Giới hạn đề tài: - Chỉ thực code matlab cho mơ hình kênh truyền 4-path 6-path... Tuấn Hình 1.1: Hình ảnh minh họa truyền dẫn đa đường môi trường thông tin di động mặt đất Bên cạnh hiệu ứng đa đường, cịn có hiệu ứng doppler có ảnh hưởng khơng tốt đến đặc tính truyền dẫn kênh truyền. .. ứng fading đa đường doppler, làm cho tốc độ truyền liệu hệ thống thông tin di động bị hạn chế Đề cương luận văn tập trung vào việc mơ hình hóa truyền thơng tin di động theo mơ hình thực nghiệm COST
Ngày đăng: 29/08/2021, 17:36
Xem thêm:
