BÀI TẬP MÔN HỌC ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN ĐỀ TÀI Bài tập về nhà số 7 SIM_MA 06 + 07

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG =====***===== BÀI TẬP MÔN HỌC ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN ĐỀ TÀI: Bài tập nhà số SIM_MA 06 + 07 SINH VIÊN: HÀ LONG QUYỀN MÃ SV : B18DCVT341 LỚP : D18VT05-B GIẢNG VIÊN: THẦY NGUYỄN VIẾT ĐẢM HỌC KÌ NĂM HỌC: 2020-2021 HÀ NỘI – 12/2021 Hà Long Quyền – B18DCVT341 Mục Lục SIM_MA_06 A Tín hiệu phổ tần tín hiệu OFDM B Điều chế giải điều chế tín hiệu OFDM sở khơng gian tín hiệu : C Minh họa tín hiệu phổ tín hiệu OFDM băng tần gốc E Mơ hình hóa hệ thống truyền dẫn OFDM sở thực IFFT/FFT chèn/khử CP 14 F Chèn CP/ Khử CP 22 SIM_MA_07 30 A Mơ hình hóa mô hệ thống truyền dẫn OFDM Matlab 30 B Mơ hình hóa mơ hệ thống truyền dẫn BPSK-OFDM dùng mã hóa kênh kênh AWGN 35 Hà Long Quyền – B18DCVT341 SIM_MA_06 Trực quan hóa nguyên lý hoạt động hệ thống truyền dẫn OFDM sở thực FFT/FFT chèn/khử CP ❖ Mục tiêu : ✓ Làm sáng q trình xây dựng mơ hình nguyên lý hoạt động hệ thống truyền dẫn OFDM sở xử lý IFFT/FFT chèn/khử CP ✓ Trực quan hóa nguyên lý hoạt động sở mơ tả mơ tín hiệu điển hình Matlab ❖ Nội dung ✓ Khái niệm bản: • Tín hiệu phổ tần tín hiệu băng tần sở • Tín hiệu phổ tần tín hiệu thơng dải/điều chế dịch phổ tần tín hiệu • Truyền dẫn đơn sóng mang/đa sóng mang, MCM/FDM • FDM OFDM ✓ Xây dựng trình bày nguyên lý hoạt động điều chế/giải điều chế OFDM sở khơng gian tín hiệu • Mơ hình hóa q trình truyền thơng tín hiệu sở khơng gian tín hiệu • Mơ hình hóa q trình điều chế/giải điều chế tín hiệu OFDM sở khơng gian tín hiệu: Ngun lý hoạt động q trình điều chế/giải điều chế • Tín hiệu hệ thống miền thời gian • Tín hiệu hệ thống miền tần số • Thực điều chế/giải điều chế tín hiệu OFDM thuật tốn IFFT/FFT • Matlab hóa mơ hệ thống OFDM sở thuật toán IFFT/FFT ✓ Các tham số đặc trưng tín hiệu OFDM • Tham số tín hiệu OFDM miền thời gian • Tham số tín hiệu OFDM miền tần số • Lựa chọn tham số OFDM sở tham số kênh vô tuyến ✓ Truyền dẫn tín hiệu OFDM • Truyền dẫn tín hiệu OFDM băng tần sở; Hà Long Quyền – B18DCVT341 • Matlab hóa để tính tốn biểu diễn tín hiệu OFDM băng tần sở; • Truyền dẫn tín hiệu OFDM băng tần vơ tuyến; • Matlab hóa để tính tốn biểu diễn tín hiệu OFDM băng tần vơ tuyến ✓ Trực quan hóa ngun lý hoạt động sở mô tả mô tín hiệu đặc trưng sơ đồ (mơ hình) Matlab A Tín hiệu phổ tần tín hiệu OFDM - Tín hiệu miền thời gian dạng xung có chu kì T Tín hiệu phổ tần miền tần số tuân theo hàm Sinc2 B Điều chế giải điều chế tín hiệu OFDM sở khơng gian tín hiệu : Hà Long Quyền – B18DCVT341 - Luồng liệu đầu vào 𝑋0,𝑘 ; 𝑋1,𝑘 ; 𝑋2,𝑘 ; … 𝑋𝑁−1,𝑘 qua khối xử lí số liệu S/P tách thành luồng liệu điều chế độc lập : 𝑿𝒊,𝒌 𝒈𝒊 (𝒕) 𝒗ớ𝒊 𝒊 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … 𝑵 − 𝟏 - Sau luồng tổng hợp lại tạo nên tín hiệu s(t) trước gửi lên kênh truyền pha ding Hà Long Quyền – B18DCVT341 𝑵−𝟏 𝑺𝒌 (𝒕) = ∑ 𝑿𝒊,𝒌 𝒆𝒋𝟐𝝅𝒇𝒊𝒕 𝒊=𝟎 +∞ 𝑵−𝟏 𝑺(𝒕) = ∑ ∑ 𝑿𝒊,𝒌 𝒆𝒋𝟐𝝅𝒇𝒊𝒕 𝒌=−∞ 𝒊=𝟎 - Sau qua kênh truyền phía thu ta tín hiệu y(t) + y(t) = s(t) * h(t) + n(t) ( h(t) – đáp ứng xung kênh truyền ; n(t) thành phần tạp âm kênh truyền ) - Sau tín hiệu y(t) đưa vào nhân kết hợp với thành phần 𝒈∗ 𝒋 (𝒕) = 𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒋𝒕 với j = 0,1,2, N-1 - Sau tín hiệu tiếp tục đưa qua tích phân 𝟏 𝑻𝒃 ∫ 𝒚(𝒕) 𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒊𝒕 𝒅𝒕 𝒗ớ𝒊 𝒊 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … 𝑵 − 𝟏 𝑻𝒃 𝟎 = 𝟏 𝑻𝒃 ∫ (𝒔(𝒕) + 𝒏(𝒕)) 𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒋𝒕 dt 𝑻𝒃 𝟎 𝑻𝒃 𝟏 𝑻𝒃 −𝒋𝟐𝝅𝒇𝒋 𝒕 = ∫ 𝒔(𝒕) 𝒆 𝒅𝒕 + ∫ 𝒏(𝒕) 𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒋 𝒕 𝒅𝒕 𝑻𝒃 𝟎 𝟎 𝑵−𝟏 𝟏 𝑻𝒃 𝟏 𝑻𝒃 −𝒋𝟐𝝅𝒇𝒋 𝒕 𝒋𝟐𝝅𝒇𝒊𝒕 = ∫ ∑ 𝑿𝒊,𝒌 𝒆 𝒆 𝒅𝒕 + ∫ 𝒏(𝒕) 𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒋𝒕 𝒅𝒕 𝑻𝒃 𝟎 𝑻𝒃 𝟎 𝒊=𝟎 - Sau tích phân ta thu tín hiệu 𝑋 ^ 𝑖,𝑘 𝑣ớ𝑖 𝑖 = ,1,2, 𝑁 − - Nhờ có tính chất trực giao sóng mang 𝑔𝑖,𝑘 (𝑡) 𝑡𝑎 𝑡á𝑐ℎ đượ𝑐 𝑋𝑖,𝑘 ❖ Tính chất trực giao sóng mang Hà Long Quyền – B18DCVT341 ➔ ➔ 𝑵−𝟏 𝟏 𝑻𝒃 ∫ ∑ 𝑿𝒊,𝒌 𝒆𝒋𝟐𝝅𝒇𝒊𝒕 𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒋𝒕 𝒅𝒕 = 𝑿𝒋,𝒌 𝒗ớ𝒊 𝒋 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … 𝑵 − 𝟏 𝑻𝒃 𝟎 𝒊=𝟎 C Minh họa tín hiệu phổ tín hiệu OFDM băng tần gốc Hà Long Quyền – B18DCVT341 -> Tín hiệu OFDM có chu kì gấp N lần tín hiệu băng gốc nên độ rộng phổ tín hiệu ODFM nhỏ N lần so với tín hiệu gốc -> Chứa nhiều thành phần phổ băng tần cho trước D Mô tả phổ OFDM băng tần gốc Matlab ➢ Khai báo khởi tạo tham số đầu vào Hà Long Quyền – B18DCVT341 ➢ Tính tốn PSD → Kết : * Xét BW = 500Hz ; Delta_f = 100Hz Hà Long Quyền – B18DCVT341 → Nhận xét : - Hai hình biểu thị phổ tần tín hiệu sở đơn sóng mang giá trị f=0 f = frf, độ rộng phổ 2/Tb Băng thông BW - Hai hình biểu thị phổ tần tín hiệu OFDM Băng thơng BW điều chế OFDM với nhiều sóng mang -> Nhiều phổ băng tần, khoảng cách băng delta_f Số lượng thành phần sóng mang : BW/delta_f 10 Hà Long Quyền – B18DCVT341 Bài mô so sánh thực IFFT/FFT chèn/khử CP thông việc nhân ma trận – làm theo khồi sơ đồ kĩ thuật mathlab để làm đơn giản hóa q trình TH1 : Xử lí bước theo nhân ma trận ❖ Khởi tạo tham số đầu vào : N ; V ❖ Tạo chuỗi đầu vào mô ma trận IFFT/FFFT ; Chèn/khử CP ❖ Thực xử lí IFFT/FFT chèn/khử CP theo bước : → Kết X1 X13 26 Hà Long Quyền – B18DCVT341 → Nhận xét : Kết đầu vào đầu giống nên trình xử lí xác TH2 : Xử lí bước theo biến đổi ma trận mathlab ❖ Dùng hàm ifft mathlab để xử lí IFFT ❖ Dùng kĩ thuật biến đổi ma trận mathlab xử lí trình chèn CP ❖ Dùng kĩ thuật biến đổi ma trận mathlab xử lí q trình khử CP ❖ Dùng hàm fft mathlab xử lí q trình FFT → Kết đầu : → Nhận xét : Kết đầu trình hoàn toàn giống Qua ta thấy việc sử dụng mathlab để xử lí q trình biến đổi OFDM ( IFFT/FFT chèn/khử CP ) giúp trở nên đơn giản hóa mà kết xác 27 Hà Long Quyền – B18DCVT341 STT Câu lệnh Giải thích Clc ; Clear ; Xóa cửa sổ lệnh Xóa mục khỏi khơng gian làm việc, giải phóng nhớ hệ thống Close all ; N = 8; %input('Enter N ='); V =2 Xóa tất hình định Khai báo giá trị N V đầu vào X1 = 1:N; (1) [W_H] = MA_06_IFFT_matrix(N); [W] = MA_06_FFT_matrix(N); % note W=inv(W_H) W*W_H = I [CP_insert] = MA_06_CP_insert(N,V); [CP_Remve] = MA_06_CP_Remove(N,V); -(1) Khởi tạo chuỗi nhị phân X1 đầu vào - Các lệnh tạo ma trận IFFT/FFT chèn/khử CP từ function tạo trước X2 = X1'; X3 = W_H*X2; % IFFT X4 = X3'; X5 = X4'; X6 = CP_insert*X5; X7 = X6'; X8 = X7'; X9 = CP_Remve*X8; X10 = X9'; X11 = X10'; X12 = W*X11; % FFT X13 = X12' ; Thực xử lí IFFT/FFT chèn khử CP theo dạng ma trận - X3 đầu IFFT - X6 đầu chèn CP - X9 đầu khử CP - X12 đầu FFT - X13 chuyển bị X12 để chuỗi bit dạng 1xN Về lí thuyết X1 = X13 data_IFFT data_IFFT_CP = [data_IFFT(N-V+1:N) data_IFFT]; - Xử lí IFFT sử dụng lệnh ifft mathlab chuỗi X1 Thực chèn CP theo xử lí ma trận matlab Chuỗi đầu khử CP vector ghép từ vector = sqrt(N)*ifft(X1,N); 28 Ghi Hà Long Quyền – B18DCVT341 data_CPR = data_IFFT_CP(V+1:N+V); 10 data_FFT = (1/sqrt(N))*fft(data_CPR,N) [data_IFFT(N-V+1:N) – data_IFFT giá trị từ N-V+1 đến N ] ghép với data_IFFT - Chuỗi đầu khử CP vector data_IFFT_CP giá trị từ V+1 đến N+V - Xử lí FFT sử dụng lênh fft mathlab 29 Hà Long Quyền – B18DCVT341 SIM_MA_07 Mơ hình hóa mơ hiệu BER cho hệ thống truyền dẫn BPSK-OFDM dùng mã kênh môi trường kênh AWGN ❖ Mục tiêu : - Mơ hình hóa trực quan hóa nguyên lý hoạt động hệ thống BPSKOFDM dùng mã kênh môi trường kênh AWGN - Matlab hóa mơ hệ thống BPSK-OFDM dùng mã kênh môi trường kênh AWGN để: làm sáng tỏ nguyên lý hoạt động phân tích đánh giá hiệu ❖ Nội dung : - Xây dựng trình bày nguyên lý hoạt động trình điều chế/giải điều chế OFDM sở khơng gian tín hiệu - Xây dựng mơ hình ngun lý hoạt động hệ thống BPSK-OFDM dùng mã kênh môi trường kênh AWGN - Tiến trình mơ phỏng: Lưu đồ mơ thực mô hệ thống BPSK-OFDM dùng mã kênh mơi trường kênh AWGN - Matlab hóa mô hiệu BER hệ thống BPSK-OFDM dùng mã kênh môi trường kênh AWGN - Thực mô Matlab để: sáng tỏ nguyên lý hoạt động khảo sát đánh giá hiệu BER A Mơ hình hóa mơ hệ thống truyền dẫn OFDM Matlab 30 Hà Long Quyền – B18DCVT341 31 Hà Long Quyền – B18DCVT341 ❖ Thực mô mathlab ➢ Thiết lập tham số mơ ➢ Điều chế BPSK ➢ Xử lí IFFT/FFT chèn/khử CP * Phía phát • Xử lí IFFT • Chèn CP • Mơ kênh AWGN * Phía thu • Khử CP • Xử Lí FFT ➢ Quyết định đầu thực so sánh lỗi • Quyết định đầu : 32 Hà Long Quyền – B18DCVT341 • Thực so sánh lỗi → Kết mô : → Nhận xét : Thực mô 512 bit có 133 bit bị lỗi sau định phía thu ➢ Đoạn mã chương trình STT Câu lệnh Giải thích Clc ; Clear ; Xóa cửa sổ lệnh Xóa mục khỏi khơng gian làm việc, giải phóng nhớ hệ thống Close all ; FFTsize = 512; (1) CPsize = 20; (2) snr_in_dB = 10; (3) noisePower = 10^(-snr_in_dB/10); (4) Xóa tất hình định -(1) Khai báo FFTsize = 512 - (2) Khái báo CP size = 20; - (3) Khai báo giá trị SNRdB =10; 33 Ghi Hà Long Quyền – B18DCVT341 data = 0.5*(sign(rand(1,FFTsize)0.5)+1); (1) data = 2*data-1; (2) data_IFFT data_IFFT_CP = [data_IFFT(FFTsizeCPsize+1:FFTsize) data_IFFT]; tmp (1) = ifft(data); -(4) Gán noise power = 10^(-snr_in_dB/10) - (1) Sử dụng hàm rand để tạo chuỗi liệu đầu vào xử lí đưa dạng 01 - (2) Đưa chuỗi đơn cực lưỡng cực - Thực IFFT chuỗi liệu đầu vào gán vào data_IFFT - Thực chèn CP chuỗi liệu sau IFFT = randn(1,FFTsize+CPsize); - (1) Tạo thành phần tạp âm random theo phân bố RV_Gausian = gauss tmp*noisePower; (2) - (2) Nhân với công suất RxSymbols = data_IFFT_CP + tạp âm RV_Gausian;(3) - (3) Dữ liệu đầu qua kênh liệu đầu vào + tạp âm data_CPR = - Thực khử CP RxSymbols(CPsize+1:FFTsize+CPsize); 10 data_FFT = fft(data_CPR); 11 data_des1 = zeros(1, length(data)); 12 for i = 1:length(data_FFT) (*) if data_FFT(i) >= (1) data_des1(i) = 1; (2) else (3) data_des1(i) = -1; (4) end (5) end (6) 13 error_vector1 = data~=data_des1; 14 num_error1 = sum(error_vector1) 15 BER = num_error1/FFTsize - Xử lí FFT - Khởi tạo mảng giá trị đầu sau định - (*) Bắt đầu vong for cho i chạy từ 1>length(data_FFT) -(1) Bắt đầu vịng đk : Nếu data_FFT(i)>=0 định đầu =1; else đầu - Kết thúc - So sánh bit đầu vào bit sau định - Tính tổng số bit lỗi - Tỉ lệ lỗi bit BER 34 Hà Long Quyền – B18DCVT341 B Mơ hình hóa mơ hệ thống truyền dẫn BPSK-OFDM dùng mã hóa kênh kênh AWGN ❖ Thực mô mathlab ➢ Khởi tạo tham số đầu vào : ➢ Xác định hệ số ma trận mã hóa kênh theo mã hóa xoắn 35 Hà Long Quyền – B18DCVT341 ➢ Thực mô tính tốn 36 Hà Long Quyền – B18DCVT341 → Kết : → Nhận xét : Kết mô hệ thống BPSK OFDM kênh AWGN - SNR lớn tỉ lệ lỗi giảm - > với thực tế  So sánh có mã hóa kênh khơng mã hóa kênh : 37 Hà Long Quyền – B18DCVT341 → Nhận xét : + Ở giá trị SNR tỉ lệ lỗi có mã hóa kênh nhỏ khơng mã hóa - Tốc độ giảm lỗi SNR tăng cao mã hóa kênh lớn khơng mã hóa -> Hệ thống tối ưu mã hóa kênh ➢ Giải thích đoạn mã chương trình STT Câu lệnh Giải thích Clc ; Clear ; Xóa cửa sổ lệnh Xóa mục khỏi khơng gian làm việc, giải phóng nhớ hệ thống Close all ; SNR FFTsize CPsize numRun NumBits Xóa tất hình định - Khai báo tham số đầu vào q trình mơ -(4) Tham số numRun thể số lần lấy mẫu kênh AWGN mode_Sim = [0:1:9]; (1) = 512; (2) = 20; (3) = 10^3; (4) = FFTsize*numRun; (5) = 2; % for No channel code 38 - Xác định mode Ghi Hà Long Quyền – B18DCVT341 (OFDM without channel coding); % for channel coding (OFDM with channel coding) Codding_Type = 1; % Code Generation Matrix if mode_Sim ==2 if Codding_Type == k0 = 1; G = [1 1;1 1]; elseif Codding_Type == k0 = 1; G = [1 1 0 1;1 1 0]; else k0 = 2; G = [0 1 0 1;0 0 0 0 1;1 0 0 0 1]; end end mô loại mã hóa mơ - Sử dụng mã hóa xoắn để mã hóa kênh Mỗi loại Codding _Type dạng ma trận mã hóa xoẵn khác - Bắt đầu vịng for (*) thực mơ theo giá trị SNR - Các lệnh nằm vòng for (*) errCount = 0; (1) - (1) Khởi tạo số for k = 1:numRun (**) lượng lỗi ban đầu % Generated BPSK data =0 numSymbols = FFTsize; -(**) Bắt đầu data = vòng for 0.5*(sign(rand(1,numSymbols)-0.5)+1); k = 1: numRun data2 = 2*data-1; - Các lệnh thực điều chế liệu BPSK if mode_Sim ==2 % Convolution code Encoder - Xác định inputSymbols = mode_Sim để mã FWC_COV_Encoder(G,k0,data); hóa xoắn chuỗi inputSymbols = 2*inputSymbols-1; liệu else - Sau chuyển inputSymbols = 2*data-1; sang dạng lưỡng end cực for n = 1:length(SNR) (*) 39 Hà Long Quyền – B18DCVT341 TxSamples = sqrt(length(inputSymbols)) * ifft(inputSymbols,length(inputSymbols)) numSymbols = length(inputSymbols); - Thực xử lí IFFT 10 Tx_ofdm = [TxSamples(numSymbolsCPsize+1:numSymbols) TxSamples]; - Thực chèn CP 11 numSymbols_2 = length(inputSymbols); tmp = randn(1,numSymbols_2+CPsize); noisePower = 10^(-SNR(n)/10); RxSymbols = Tx_ofdm + sqrt(noisePower)*tmp; - Mô kênh AWGN với nhiễu ngẫu nhiên phân bố Gauss 12 EstSymbols_1 = - Khử CP RxSymbols(CPsize+1:numSymbols_2+CPsize); 13 Y = fft(EstSymbols_1,length(EstSymbols_1)); -Xử lí FFT 14 EstSymbols_1 = Y; EstSymbols_1 = sign(real(EstSymbols_1)); for i = 1:length(EstSymbols_1) if EstSymbols_1(i)>0 Decis(i)= 1; else Decis(i)= 0; end end - Chuỗi bit sau xử lí FFT định đầu - Nếu > đầu - Ngược lại đầu 15 if mode_Sim==2 % Convolution code Decoder EstSymbols = FWC_COV_Dencoder(G,k0,Decis); else EstSymbols = EstSymbols_1; end - Xác định mode giải mã hóa kênh 16 errCount = errCount + (FFTsize-length(I)); end SER(n,:) = errCount / (FFTsize*numRun); - Tính lỗi đưa tỉ lệ lỗi SER giá trị SNR 40 ... Tham số tín hiệu OFDM miền thời gian • Tham số tín hiệu OFDM miền tần số • Lựa chọn tham số OFDM sở tham số kênh vơ tuyến ✓ Truy? ??n dẫn tín hiệu OFDM • Truy? ??n dẫn tín hiệu OFDM băng tần sở; Hà... thống truy? ??n dẫn OFDM sở thực IFFT/FFT chèn/khử CP 14 F Chèn CP/ Khử CP 22 SIM_MA_ 07 30 A Mơ hình hóa mơ hệ thống truy? ??n dẫn OFDM Matlab 30 B Mơ hình hóa mơ hệ thống truy? ??n... data_IFFT_CP(V+1:N+V); 10 data_FFT = (1/sqrt(N))*fft(data_CPR,N) [data_IFFT(N-V+1:N) – data_IFFT giá trị từ N-V+1 đến N ] ghép với data_IFFT - Chuỗi đầu khử CP vector data_IFFT_CP giá trị từ V+1 đến N+V