Các giải pháp ước lượng độ lệch tần số sóng mang kết hợp loại bỏ ICI trong hệ thống OFDM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRƯƠNG THÁI TRỌNG KHANH CÁC GIẢI PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LỆCH TẦN SỐ SÓNG MANG KẾT HỢP LOẠI BỎ ICI TRONG HỆ THỐNG OFDM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 06/2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH 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 Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRƯƠNG THÁI TRỌNG KHANH Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 28/07/1985 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MSHV: 11140023 I-TÊN ĐỀ TÀI: CÁC GIẢI PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LỆCH TẦN SỐ SÓNG MANG KẾT HỢP LOẠI BỎ ICI TRONG HỆ THỐNG OFDM II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Do hạn chế mặt thời gian, luận văn tập trung vào phần ước lượng độ lệch tần số sóng mang triệt nhiễu ICI  Tìm hiểu ưu nhược điểm kỹ thuật điều chế OFDM  Tìm hiểu áp dụng giải pháp triệt nhiễu ICI hệ thống OFDM, đánh giá hiệu suất phương pháp  Viết chương trình mơ ngơn ngữ Matlab III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/04/2013 IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2013 V-CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN ThS NGUYỄN ĐỨC QUANG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Luận văn kết trình tự nghiên cứu từ báo khoa học tạp chí IEEE, từ ebook hệ thống OFDM, ebook ước lượng kênh truyền, hệ thống fading, truyền thông không dây, tư liệu đề cập phần tài liệu tham khảo Những kết nêu luận văn thành nghiên cứu cá nhân tác giả giúp đỡ giáo viên hướng dẫn PGS.TS.Phạm Hồng Liên, đồng nghiệp bạn bè lớp cao học điện tử 2011 Tác giả xin cam đoan luận văn hồn tồn khơng chép lại cơng trình có từ trước DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Mật độ phổ lượng hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang… .5 Hình 1.2 Mật độ phổ lượng hệ thống đa sóng mang……………… .6 Hình 1.3 Mật độ phổ lượng hệ thống đa sóng mang OFDM…… …… Hình 2.1 Điều chế FDM OFDM………………………………………… 12 Hình 2.2 Tích vectơ trực giao…………………………………………… 13 Hình 2.3 Giá trị trung bình sóng hình sin 0…………………….……….14 Hình 2.4 Tích phân sóng sin khác ………………………….….14 Hình 2.5 Tích phân sóng sin tần số……………………………………… 15 Hình 2.6 Cấu trúc miền thời gian tần số tín hiệu OFDM ……16 Hình 2.7 Phổ tín hiệu OFDM có sóng mang con…………………………18 Hình 2.8 Phổ tín hiệu OFDM với N sóng mang con………………………….18 Hình 2.9 Sơ đồ ngun lí thu phát tín hiệu OFDM…………………………….….20 Hình 2.10 Sơ đồ máy phát- máy thu sử dụng IFFT……………………………… 22 Hình 2.11 Bộ biến đổi IFFT…………………………………………… …………23 Hình 2.12 Minh họa lấy mẫu tín hiệu……………………………….………… 24 Hình 2.13.Khối điều chế sóng mang cao tần……………………………………… 25 Hình 2.14 Dạng tín hiệu OFDM………………………………………………… 25 Hình 2.15 Phổ tín hiệu OFDM……………………………………………… 26 Hình 2.16 Bộ điều chế QAM …….29 Hình 2.17 Chịm tín hiệu QAM-16 29 Hình 2.18a Giản đồ chịm QAM-8 hình chữ nhật 30 Hình 2.18b Giản đồ chịm QAM-8 hình trịn… 30 Hình 2.19 Đường sóng từ điểm phát tới điểm thu .31 Hình 2.20 Tín hiệu OFDM chưa có khoảng bảo vệ .32 Hình 2.21.Các sóng mang trực giao khoảng bảo vệ CP .33 Hình 2.22 Tín hiệu OFDM sau chèn khoảng bảo vệ .35 Hình 3.1 Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI hệ thống OFDM .37 Hình 3.2 Mơ hình độ dịch tần số .37 Hình 3.3 Những hệ số ICI 16 sóng mang 39 Hình 3.4 Sự xếp tín hiệu dẫn đường vào nguồn tín hiệu 40 Hình 3.5 Phổ 64 sóng mang phụ OFDM 41 Hình 3.6 Khoảng cách sóng mang tín hiệu OFDM 44 Hình 3.7 Sự so sánh S '(l − k ) , S ''(l − k ) S (l − k ) cho N = 64 ε = 0.4 .45 Hình 3.8 CIR so với ε cho hệ thống OFDM tiêu chuẩn 47 Hình 3.9 Cấu trúc máy phát ML 47 Hình 3.10.Cấu trúc máy thu ML .48 Hình 3.11 Thực tế ước lượng độ xác lớn độ dịch tần số cho giá trị Eb/No 49 Hình 3.12 Ước lượng đệ quy độ dịch tần chuẩn ε, SNR=20d 53 Hình 3.13.Hiệu suất BER hệ thống OFDM tiêu chuẩn khơng có tự hủy ICI .55 Hình 3.14 Hiệu suất BER với tự hủy ICI, ε =0.05 .56 Hình 3.15 Hiệu suất BER với tự hủy ICI, ε =0.15 .57 Hình 3.16 Hiệu suất BER với tự hủy ICI, ε =0.30 .58 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Mã giả cho EKF…………………………………… …………………52 Bảng3.2 : Yêu cầu SNR cải thiện BER 10-2 cho BPSK………………… 59 Bảng3.3 : Yêu cầu SNR cải thiện BER 10-2 cho 4-QAM……………… 59 Lời Cám Ơn Đầu tiên tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Phạm Hồng Liên, người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, định hướng nghiên cứu để tơi hồn thành luận văn Đồng thời tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh Nguyễn Đức Quang lời bảo, đóng góp ý kiến, hỗ trợ tài liệu, trao đổi suốt q trình tơi thực luận văn Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy cô trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, người tận tình hướng dẫn, truyền dạy cho tơi kiến thức suốt năm đại học, giúp tơi có kiến thức đáng quý bổ ích trình thực luận văn suốt chặng đường nghiệp sau Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè bên cạnh động viên, chia sẻ, tạo động lực cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin gửi đến gia đình, thầy cơ, bạn bè, người thân lời kính chúc sức khỏe hạnh phúc thành cơng LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) tìm ứng dụng rộng rãi tiêu chuẩn viễn thông hệ thống truyền hình số DVB-T, phát số DAB, hay mạng truy cập Internet băng rộng ADSL,… Trong tương lai cơng nghệ cịn ứng dụng hệ thống truy cập Internet không dây băng rộng Wimax theo tiêu chuẩn IEEE 802.26a xây dựng hệ thống di động toàn cầu hệ thứ nhiều hệ thống viễn thông khác Là kĩ thuật điều chế đa sóng mang trực giao cho phép truyền liệu tốc độ cao kênh truyền chất lượng thấp Ngoài sử dụng phương pháp cịn cho phép truyền tín hiệu mơi trường đa đường đồng thời đảm bảo tránh đươc nhiễu ISI ICI Để tiếp cận với công nghệ triển khai ứng dụng công nghệ thực tiêu chuẩn viễn thông khác giới, q trình nghiên cứu xây dựng luận văn lí thuyết ứng dụng công nghệ OFDM giúp nắm vững kiến thức kỹ thuật Trong luận văn này, tơi xin trình bày sơ lược hệ thống OFDM, giới thiệu đặc trưng nhiễu liên sóng mang ICI, phương pháp khử nhiễu ICI Sau đó, tơi tiến hành mơ hệ thống phần mềm Matlab Trong luận văn này, sử dụng ba phương pháp hủy bỏ nhiễu khác nhau, đường cong BER sử dụng để đánh giá hiệu suất mơ hình Do thời gian tìm hiểu, nghiên cứu ngắn nên đề tài cịn có nhiều thiếu sót, mong nhận góp ý, bảo thầy để hồn thiện viết Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 06 năm 2013 Trương Thái Trọng Khanh MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN Chương I: TỔNG QUAN VỀ OFDM 1.1.GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Phương pháp điều chế đơn sóng mang 1.1.2 Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM 1.1.3 Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM 1.2.CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA KĨ THUẬT OFDM 1.3.ỨNG DỤNG CỦA KĨ THUẬT OFDM 1.4.CÁC HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 10 Chương II: NGUYÊN LÝ VÀ CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA OFDM 11 2.1.NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM 11 2.2.TRỰC GIAO TRONG OFDM 13 2.2.1 Khái niệm trực giao hai tín hiệu 13 2.2.2 Trực giao OFDM 15 2.3.THU PHÁT TÍN HIỆU OFDM 18 2.4.ĐIỀU CHẾ SỐ TÍN HIỆU 26 2.4.1 Điều chế nhiều mức để nâng cao hiệu sử dụng phổ 26 2.4.2 Điều chế M-QAM ( Điều chế biên độ trực giao ) 28 2.5.KHOẢNG BẢO VỆ GI (GUARD INTERVAL) 31 2.5.1 ISI ICI hệ thống OFDM 31 2.5.2 Khoảng phòng vệ thời gian 34 2.5.3 Chống nhiễu ISI nhiễu ICI 34 Chương III: NHIỄU ICI VÀ GIẢI PHÁP KHỬ NHIỄU ICI TRONG OFDM 36 3.1.NHIỄU LIÊN SÓNG MANG ICI 36 3.1.1.Đặc trưng nhiễu liên sóng mang ICI 36 3.1.2.Cơ chế ICI hệ thống OFDM tiêu chuẩn 37 3.2.1.Cân kênh 40 3.2.2.Cửa sổ miền thời gian 41 3.2.3.Tạo dạng xung 43 3.3.TỰ HỦY NHIỄU ICI 44 3.3.1 Điều chế hủy bỏ ICI 44 3.3.2.Giải điều chế tự hủy ICI 45 3.4 PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG HỢP LÝ CỰC ĐẠI 47 3.5.BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG 49 3.5.1.Đặt vấn đề 50 3.5.2.Giả thiết 51 3.5.3.Tự hủy ICI 51 3.6.SO SÁNH 54 Chương IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 biết, biến dạng ICI ký hiệu liệu giảm bớt việc nhân kí hiệu nhận với liên hợp phức dịch tần số việc áp dụng FFT  − j  n ˆ  N xˆ ( n ) = F F T  y ( n ) e        (3.19) Từ hình nhìn thấy kết ước lượng hợp lý cực đại dịch tần số hồn tồn xác qua phạm vi khác giá trị SNR Hình 3.11 Thực tế ước lượng độ xác lớn độ dịch tần số cho giá trị Eb/No 3.5.BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG Bộ lọc Kalman thơng dụng truyền thơng xử lí tín hiệu Bộ lọc Kalman giải thuật ước lượng đệ quy đáng ý có nhiều ứng dụng truyền thơng cân thích nghi kênh điện thoại, cân thích nghi kênh fading suy hao , anten arrays thích nghi Trong lọc đệ quy đặc biệt thích hợp tới q trình khơng ổn định tín hiệu phát thời gian phiên kênh phát Trong đánh giá trình bất định, lọc Kalman ước lượng tính tốn thực phần phép đệ quy sử dụng thông tin để đánh giá bước Bởi vậy, thủ tục ước tính điều chỉnh tới biến thời gian thống kê đặc trưng trình ngẫu nhiên HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 49 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang 3.5.1.Đặt vấn đề Một mơ hình trạng thái khơng gian lọc Kalman rời rạc định nghĩa z(n) = a(n)d(n) + v(n) (3.20) Trong mơ hình này, quan sát z(n) có mối quan hệ tuyến tính với giá trị mong muốn d(n) Bởi việc sử dụng lọc Kalman rời rạc, d(n) đánh giá cách đệ quy dựa quan sát z(n) ước tính phép đệ quy tối ưu cực tiểu giá trị bình phương trung bình Như minh họa hình 3, kí hiệu nhận j 2 n′ (n) N y ( n ) = x ( n )e + w(n) (3.21) Rõ ràng quan sát y(n) mối quan hệ phi tuyến với giá trị mong muốn ε(n), tức y (n) = f ( (n)) + w(n) (3.22) j 2 n′ (n) N f ( (n)) = x(n)e (3.23) Để ước tính ε(n) có hiệu , xây dựng mối quan hệ gần tuyến tính sử dụng mệnh đề Taylor mở rộng: y (n) ≈ f (ˆ(n − 1)) + f ′(ˆ(n − 1))  (n) − ˆ(n − 1)  + w(n) ˆ ( n − 1) ước lượng (3.24)  (n −1) j ∂f ( (n)) 2 n′ f ′(ˆ (n − 1)) = =j x ( n )e ∂ (n)  (n)=ˆ (n−1) N 2 n′ˆ (n−1) N (3.25) Xác định z (n) = y(n) − f ′(ˆ(n − 1)) (3.26) d (n) =  (n) − ˆ(n − 1) (3.27) mối quan hệ sau đây: z (n) = f ′( (n − 1))d (n) + w(n) (3.28) Có dạng giống (3.20) tức z(n) tuyến tính liên quan tới d(n) Từ độ dịch tần chuẩn hóa ε(n) tính tốn thủ tục đệ quy tương tự lọc Kalman rời rạc Trong phép gần tuyến tính suy từ giả thiết, lọc HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 50 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang gọi Kalman mở rộng (EKF) Xuất xứ EKF không nêu nhằm mục đích ngắn gọn EKF cung cấp quỹ đạo ước lượng cho ε(n) Lỗi giảm bớt qua cập nhật ước lượng trở thành vịng khép kín tới giá trị lý tưởng lặp lặp lại Nó lưu ý sai số thực tế phép đệ quy ε(n) ˆ (n) khơng xác (3.28) Như khơng bảo đảm ước tính MMSE tối ưu EKF Tuy nhiên tỏ EKF phương pháp hữu ích để thu ước tính tốt cảu hệ thống Từ thúc đẩy tìm hiểu thực EKF hủy bỏ ICI hệ thống OFDM 3.5.2.Giả thiết Trong ước tính sau cách sử dụng EKF,giả thiết kênh dần thay đổi theo thời gian thời gian biến thể đáp tuyến xung xấp xỉ tới mức phát khung OFDM Từ độ dịch tần số xem không thay đổi khung Lời mào đầu khung dó sử dụng chuỗi dẫn đường cho việc ước lượng độ dịch tần số biểu tượng khung Hơn ước lượng, kênh giả thiết xảy phading phẳng ước lượng kênh lí tưởng có sẵn máy thu Bởi đề xuất mô chúng ta, cân tạm thời 3.5.3.Tự hủy ICI Có hai giai đoạn luận văn EKF để giảm nhẹ hiệu ứng ICI: mô hình ước lượng lệch mơ hình sửa chữa lệch Mơ hình ước lượng lệch Để đánh giá số lượng ε(n) sử dụng EKF khung OFDM, với phương trình xây dựng ε(n) = ε(n-1) (3.29) Nghĩa là, trường hợp đánh giá số ε Hằng số làm làm méo trình bất định x(n) Với phương trình y (n) = x (n) e HVTH: Trương Thái Trọng Khanh ′ j 2 n  ( n ) + w(n) N 51 (3.30) GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang Ở y(n) biểu thị ký hiệu lời mào đầu nhận được làm méo kênh, w(n) AWGN, x(n) IFFT lời mào đầu X(n) phát mà biết máy thu Giả thiết có Np lời mào đầu mào đầu kí hiệu liệu khung sử dụng chuỗi dẫn đường phương sai  AWGN w(n) ổn định Q trình tính tốn thực sau Khởi tạo ước lượng ˆ ( ) lỗi trạng thái tương ứng P(0) Tính tốn H(n), đạo hàm y(n)  ( ) ˆ ( n − 1) , ước lượng thu lặp lặp lại trước Tính tốn độ lợi K(n) lọc Kalman thời gian biến thiên sử dụng phương sai lỗi P(n-1),H(n),  Tính tốn ước lượng yˆ (n) sử dụng x(n) ˆ ( n − 1) , nghĩa dựa vào quan sát tới thời gian n-1, tính tốn lỗi quan sát y(n) yˆ (n) Cập nhật ước tính ˆ (n) cách thêm K(n) trọng số lỗi quan sát y(n) yˆ (n) để dự tính trước ˆ ( n − 1) Tính tốn trạng thái lỗi P(n) với độ lợi Kalman K(n),H(n), lỗi trước P(n1) Nếu n Np, tăng dần n đến bước 2; khơng ngừng Nó quan sát sai số thực tế ước tính ˆ(n) từ giá trị lí tưởng ε(n) tính tốn bước sử dụng cho điều chỉnh ước lượng Mã giả tính tốn tổng kết hình sau Bảng 3.1 Mã giả cho EKF Khởi tạo P(n), ˆ ( ) Cho n=1,2,….Np tính tốn ∂y ( x ) i 2 n′ j H (n) = = ∂x x=ˆ( n ) N e 2 n′ˆ n−1 x (n) N K ( n ) = P ( n − 1) H ( n )  P ( n − 1) +    HVTH: Trương Thái Trọng Khanh −1  52 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang  2 n′ˆ n−1    j     N ˆ ( n ) = ˆ ( n − 1) + Re  K ( n )  y ( n ) − x ( n ) e         P ( n ) = 1 − K ( n ) H ( n )  P ( n − 1) Thông qua thủ tục lặp lặp lại đệ quy mô tả trên, ước tính độ dịch tần số ˆ dang tồn Trong hình biểu diễn ước tính khác cho độ dịch tần số chuẩn ε, Nó quan sát thấy kĩ thuật EKF đưa hội tụ nhanh Hình 3.12 Ước lượng đệ quy độ dịch tần chuẩn ε, SNR=20dB Mô hình sửa độ lệch Sự biến dạng ICI kí hiệu liệu x(n) theo sau chuỗi dẫn đường sau liệu giảm nhẹ việc nhân lên symbol liệu thu y(n) với phức chất liên hợp dịch tần số ước lượng áp dụng FFT, ví dụ  − j 2 n′ˆ   N  xˆ ( n ) = FFT  y ( n ) e     HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 53 (3.31) GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang Trong ước lượng dịch tần số sơ đồ EKF hiệu xác, cho đợi thực chủ yếu bị ảnh hưởng biến đổi AWGN 3.6.SO SÁNH Để so sánh phương pháp hủy bỏ nhiễu khác nhau, đường cong BER sử dụng để đánh giá hiệu suất mơ hình Độ dịch tần số giới thiệu quay pha đưa (3.1) Sơ đồ điều chế khóa dịch pha nhị phân (BPSK) điều chế biên độ vuông góc (QAM) lựa chọn chúng sử dụng tiêu chuẩn 802.11a Những mô cho trường hợp độ dịch tần số chuẩn hóa 0.05, 0.15 0.30 biểu diễn hình Trong phần này, sử dụng thông số mô IEEE 802.11a để mô cho hệ thống OFDM Bảng sau sử dụng thông số IEEE 802.11a để mô cho hệ thống OFDM: Parameter Specification FFT size 1024 Number of carriers in OFDM symbol 210 Channel Rayleigh Fading Channel Doppler shift 0.05;0.05;0.3 Guard Interval 256 Signal constellation BPSK; 4-QAM OFDM symbols for one loop 1000000 Dữ liệu sử dụng để mơ chuỗi bit ngẫu nhiên có chiều dài khoảng 100000 bit Ta tiến hành mô hệ thống sau so sánh chuỗi bit nhận máy thu với chuỗi bit ban đầu để tính BER Kết BER mơ hình so sánh với HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 54 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang Hình 3.13.Hiệu suất BER hệ thống OFDM tiêu chuẩn khơng có tự hủy ICI HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 55 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang Kết cho thấy suy giảm việc tăng hiệu suất với độ dịch tần số Đối với trường hợp BPSK, chí dịch tần số 0.30 khơng làm hư hỏng hiệu suất nhiều Tuy nhiên QAM hiệu suất giảm sút nhanh hơn, dịch tần số nhỏ hệ thống 4-QAM có BER thấp hệ thống BPSK Nhưng BER 4-QAM thay đổi đáng kể với với tăng độ dịch tần BPSK Bởi kết luận bảng nhị phân có kích cỡ lớn nhạy cảm với ICI Sự so sánh hiệu suất SC, ML and EKF cho kích thước bảng khác giá trị độ dịch tần khác biểu diễn qua hình sau HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 56 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang Hình 3.14 Hiệu suất BER với tự hủy ICI, ε =0.05 HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 57 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang Hình 3.15 Hiệu suất BER với tự hủy ICI, ε =0.15 HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 58 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang Hình 3.16 Hiệu suất BER với tự hủy ICI, ε =0.30 Quan sát hình ta thấy phương pháp có lợi riêng Trong có mặt độ dịch tần nhỏ kích thước bảng nhị phân, tự hủy bỏ nhiễu đưa kết tốt Tuy nhiên kích thước bảng độ dịch lớn 4-QAM độ dịch tần số 0.30, tự hủy nhiễu không đưa nhiều tăng hiệu suất Phương pháp hợp lý đưa kết tốt nhất, phương pháp lọc Kalman cho dịch tần nhỏ, không thực tốt nhất, nhiên với độ dịch tần cao lọc Kalman thực vô tốt Bảng tóm tắt giá trị SNR cho BER 10 -2 Độ tăng cường quan trọng hiệu suất đạt sử dụng phương pháp ML EKF cho độ dich tần số lớn Bảng3.2 : Yêu cầu SNR cải thiện BER 10-2 cho BPSK Phương pháp ε =0.05 None 23 dB SC 18 dB HVTH: Trương Thái Trọng Khanh Gain ε =0.15 Gain 23 dB dB 18 dB 59 ε =0.30 Gain 26 dB dB 20.5 dB 5.5 dB GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang ML 18 dB dB 18 dB dB 20 dB dB EKF 22.5 dB 0.5 dB 22 dB dB 23 dB dB Bảng3.3 : Yêu cầu SNR cải thiện BER 10-2 cho 4-QAM Phương pháp ε =0.05 Gain ε =0.15 Gain None 20 dB SC 20 dB dB 22 dB dB ML 17 dB dB 17 dB dB EKF 20 dB dB 20 dB dB 23 dB ε =0.30 Gain 40 dB 27 dB 13 dB 19.5 dB 20.5 dB 20 dB 20 dB Hiệu suất hệ thống OFDM có mặt độ dịch tần số máy phát máy thu nghiên cứu qua đáp ứng xung kênh (CIR) tỉ lệ lỗi bit (BER) Nhiễu liên sóng mang ICI kết từ độ dịch tần số làm giảm hiệu suất hệ thống OFDM Chương IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 4.1.KẾT LUẬN Kỹ thuật điều chế đa sóng mang phân chia theo tần số trực giao OFDM khẳng định vai trò hệ thống viễn thơng hệ kỹ thuật điều chế tiên tiến Kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM với đặc tính kỹ thuật bật mình: Tính trực giao khẳng định chắn hiệu lý thuyết truyền tin; Khoảng bảo vệ cho phép đảm bảo tính trực giao đồng thời giúp loại bỏ nhiễu ISI; Phép biến đổi Fourier tạo giải pháp đơn giản hiệu để thực kỹ thuật này, giúp cho OFDM ứng dụng rộng rãi Ba phương pháp khử nhiễu ICI SC, ML EKF đánh giá tốt việc làm giảm nhiễu ICI Sự lựa chọn sử dụng phương pháp phụ thuộc vào ưng dụng riêng Chẳng hạn tự hủy nhiễu không yêu cầu phần cứng phức tạp hay phần mềm thực Tuy nhiên khơng có dải thơng hiệu Phương pháp ML giống cho hiệu suất BER tốt đánh giá đắn HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 60 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang dịch tần số Nhưng thực có nhiều phức tạp phương pháp SC Mặt khác, Phương pháp EKF không giảm bớt hiệu giải thơng độ dịch tần số đánh giá qua lời mào đầu dãy liệu khung OFDM Tuy nhiên thực phức tạp, ra, phương pháp yêu cầu chuỗi training gửi trước symbol liệu cho ước lượng độ dịch tần số Nó sử dụng máy thu cho IEEE 802.11a tiêu chuẩn rõ lời mào đầu cho khung OFDM Những mào đầu sử dụng chuỗi training để ước lượng độ dịch tần số 4.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN Ước lượng độ lệch tần số sóng mang vần vấn đề thách thức việc thực thi hệ thống OFDM Luận văn tập trung thực giải pháp khử nhiễu ICI hệ thống OFDM dùng phương pháp SC, ML, EKF Nghiên cứu sâu thực dựa kết hợp ký tự pilot vào hệ thống tiến hành mô nhằm cải thiện để đạt kết tốt Việc nghiên cứu lọc Kalman cho ước lượng kênh truyền triệt nhiễu ICI, mở hướng nghiên cứu sử dụng thuật toán Uncensted Kalman Filter (UKF), Ensemble Kalman thuật toán dựa lọc Kalman nhằm đưa đến giải thuật ước lượng tốt HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 61 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Y.Zhao and S.Häggman,“Intercarrier interference self- cancellation scheme for OFDM mobile communication systems,” IEEE Transactions on Communications, vol 49, no 7, pp 1185 – 1191, July 2001 [2] MOOSE P H, "A technique for orthogonal frequency division multiplexing fequency ofset correction," IEEE Transactions on Communications 1994,42 (10), pp 2908 – 2914 [3] Schmidl T M, Cox D C, "Robust fequency and timing synchronization for OFDM," IEEE Transactions on Communications 1997,45 (12), pp 1613 – 1621 [4] Filippo Zuccardi Merliand and Giorgio Matteo Vitetta, "Iterative ML- Based Estimation of Carrier Frequency Offset, Channel Impulse Response and Data in OFDM Transmissions," IEEE Trnsactions on Communications 2008, 56 (3), pp 497 - 506 [5] Van de Beek J J, Sandell M, Borjesson P 0, "ML estimation of time and fequency offset in OFDM systems," IEEE Transactions on Signal processing 1997,45 (7), pp 1800 - 1805 [6] J Armstrong, “Analysis of new and existing methods of reducing inter carrier Interference due to carrier frequency offset in OFDM”, IEEE Trans Commun., vol 47, No 3, pp 365–369, Mar 1999 [7] YANG Tiejun and HU Lei,”An improved frequency offset estimation algorithm for OFDM system”, Information Networking and Automation (ICINA), vol.1, pp V110 – V1-13, oct 2010 [8] E.P Simon, L Ros, H Hijazi, M Ghogho, "Joint carrier frequency offset and channel estimation for OFDM systems via the EM algorithm in the presence of very high mobility", IEEE Trans Signal Process., vol 60, no 2, 754-765, 2012 [9] E.P Simon, H Hijazi, L Ros, M Berbineau, P Degauque, "Joint estimation of carrier frequency offset and channel complex gains for OFDM systems in fast timevarying vehicular environments" ,IEEE International Conference on Communications, HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 62 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang ICC 2010, Workshop W3 on Vehicular Connectivity, Cape Town, South Africa, may 23-27, ISBN 978-1-4244-6824-9, 1-5, 2010 [10] E.P Simon, H Hijazi, L Ros, "Joint carrier frequency offset and fast timevarying channel estimation for MIMO-OFDM systems" , 7th International Symposium on Communication Systems Networks and Digital Signal Processing, CSNDSP 2010, Newcastle, UK, july 21-23, ISBN 978-1-4244-8858-2, 167-172, 2010 [11] E Simon, L Ros, H Hijazi, J Fang, D Gaillot, M Berbineau, "Joint carrier frequency offset and fast time-varying channel estimation for MIMO-OFDM systems", IEEE Trans Veh Technol., vol 60, no 3, 955-965, 2011 [12] Gaopeng Feng, Xiaofei Zhang, Hailang Wu, Jianfeng Li, Dazhuan Xu ,“Novel Carrier Frequency Offset Estimator in MIMO-OFDM System” , International Journal of Digital Content Technology and its Applications Volume 5, Number 3, March 2011 [13] XiaofeiZhang, and DazhuanXu, “Blind CFO estimation algorithm for OFDM systems by using generalized precoding and trilinear model”, Journal of systems Engineering and Electronics, vol 23, No 1, February 2012, pp 10-15 [14] Tao Cui and Chintha Tellambura, “ Joint frequency offset and channel estimation for OFDM systems using symbols and virtual carriers”, IEEE transactions on wireless communications, Vol 6, No 4, april 2007 [15] V.Jagan Naveen, K.Raja Rajeswari,”ICI reduction using extended Kalman filter in OFDM system”, International Journal of Computer Applications (0975-8887), vol.17-No.7, March 2011 HVTH: Trương Thái Trọng Khanh 63 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ThS Nguyễn Đức Quang ... CÁC GIẢI PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LỆCH TẦN SỐ SÓNG MANG KẾT HỢP LOẠI BỎ ICI TRONG HỆ THỐNG OFDM II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Do hạn chế mặt thời gian, luận văn tập trung vào phần ước lượng độ lệch tần số. .. hiểu độ lệch tần số, nguyên nhân độ lệch tần số ảnh hưởng độ lệch tần số, mơ hình độ lệch tần số phân tích ảnh hưởng nhiễu ICI hệ thống OFDM Đề phương pháp khác phục ảnh hưởng độ lệch tần số khử... phía tần số trung tâm sóng mang Mỗi sóng mang có giá trị đỉnh tần số trung tâm sau khoảng tần số khoảng cách tần số sóng mang ( f ) Tính trực giao sóng mang thể chỗ, đỉnh sóng mang nhóm sóng mang