BÁO cáo THỰC HÀNH TRUYỀN THÔNG KHÔNG dây BUỔI 4 kỹ THUẬT OFDM

BÁO CÁO THỰC HÀNH TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY BUỔI 4: KỸ THUẬT OFDM Thành viên nhóm: Họ tên Huỳnh Trọng Thế* Đào Nhật Quang Phạm Ngọc Ánh Nguyễn Văn Cường Nguyễn Thị Huệ Trương Xuân Khải MSSV 18200040 18200037 18200060 18200072 18200113 18200138 CÂU 1: • Mơ hình: • Nguyên lý hoạt động hệ thống: - Khối Data Source: + Đầu tiên ta tạo chuỗi tín hiệu với tốc độ 19200 sau chuyển đổi từ integer sang bit để ta xét tỉ lệ lỗi bit - Khối IQ Mapper: + Ta đổi bit thành integer tiến hành điều biến QPSK - Khối OFDM Modulation: + Ghép zero, data, DC pilot theo cấu trúc symbol OFDM Mỗi pilot gánh 24 data xung quanh + Khối Shift thêm vào với mục đích làm cho tín hiệu truyền theo thứ tự cấu trúc symbol + IFFT để chuyển sang miền thời gian + Thêm Cyclic Prefix để hạn chế nhiễu đến tín hiệu OFDM làm cho dạng phổ tín hiệu rộng - Cho tín hiệu qua kênh truyền AWGN - Khối OFDM Demodulator: + Loại bỏ CP mà thêm vào khối OFDM Modulation + FFT để chuyển từ miền thời gian miền tần số + Khối shift sử dụng để trả vị trí ban đầu + Loại bỏ zero pilot - Khối IQ Demapper: + Tiến hành giải điều chế QPSK sau chuyển từ Integer sang Bit để xác định tỉ lệ lỗi + Chuyển từ Bit sang Interger để trả tín hiệu đầu - Sau mô ta thấy tỉ lệ lỗi bit tín hiệu phát thu Câu 2: Cho biết cấu trúc symbol, khoảng bảo vệ chiều dài cyclic prefix hệ thống? ▪ Cấu trúc symbol hệ thống OFDM thiết kế theo chuẩn WiMax, bao gồm: 28 gaben đầu 27 gaben cuối DC 192 bit data pilot → Chuỗi bit liệu dài 256 bit bao gồm 28 gaben đầu, 27 gaben cuối, DC, pilot 192 bit data ▪ Khoảng bảo vệ hệ thống ¼ đoạn cuối chuỗi bit với giá trị cyclic prefix 64 Câu 3: Cho biết tốc độ truyền liệu băng thông truyền hệ thống? Ta có: Rbaud = 19200 symbol/s Băng thơng hệ thống sau ghép symbol: BFFT = N Data + N Pilot + N DC 192 + + Rbaud = 19200 = 20100 = 20,1 (kHz) N Data 192 Tổng băng thơng cần có: BFFT , Z = N Data + N Pilot + N DC + N Zeros 256 Rbaud = 19200 = 25600 = 25, (kHz) N Data 192 Sau thêm Cyclic Prefix, băng thông hệ thống là: B= N FFT + N cp N FFT BFFT , Z = 256 + 64 19200 = 24 (kHz) 256 Câu 4: Tìm tốc độ bit, tốc độ baud, tính băng thơng tín hiệu OFDM? - Tốc độ bit: Rbit = 19200*2 = 38400Hz - Tốc độ baud: Rbaud = 19200 symbol/s - Băng thơng tín hiệu có thêm pilot DC: BFFT = N data + N pilot + N DC N data Rbaud = 192 + + *19200 = 20.1kHz 192 - Băng thơng tín hiệu có thêm zero: BFFT = N data + N pilot + N DC + N zero N data Rbaud = 192 + + + 55 *19200 = 25.6kHz 192 - Băng thơng tín hiệu có thêm CP: BFFT = N data + N pilot + N DC + N zero + NCP N data Rbaud = 192 + + + 55 + 64 *19200 = 32kHz 192 Câu 5: Vẽ phổ tín hiệu truyền so sánh với lý thuyết? Phổ lý thuyết: Nhìn vào cấu trúc symbol OFDM phổ tín hiệu gồm 28 zero đầu + 12 data + pilot + 24 data + pilot + … + DC + … + 27 zero cu ối Phổ tín hiệu trước xếp: Khơng giống với lý thuyết DC nằm giữa, nên cần phải thêm khối để dịch tín hiệu cho giống lý thuyết Phổ tín hiệu sau xếp: Sau thêm khối Shift (Copy từ vị trí 129:256 đưa lên đầu) phổ tín hiệu sau điều chế giống lý thuyết 10 Phổ tín hiệu sau thêm Cyclic Prefix: Nhận xét: Phổ sau thêm Cyclic Prefix giữ tính chất phổ giống với phổ trước thêm Cyclic Prefix Lý đơn giản ta copy lại phổ ban đầu để tính chất tín hiệu giống Đây giúp cho tín hiệu truyền khơng có tín hiệu lạ gây nhiễu 11 Câu 6: Thiết kế hệ thống dùng phép điều chế QPSK 16_QAM, vẽ giản đồ BER qua truyền AWGN? Giải thích? • Mơ hình: - Thay đổi khối QPSK thành 16QAM IQ Mapper IQ Demapper 12 • Thơng số: - Khối kênh truyền AWGN: 13 • Kết mơ phỏng: - - Nhận xét: Theo kết Bertool, ta nhận thấy điểm xét từ mơ hình theo 16QAM tốt so với đường lí thuyết đồ thị đường lý thuyết bị nhiễu ISI cịn mơ hình ta truyền OFDM nên triệt tiêu nhiễu ISI, nên ta kết luận mơ hình hoạt động Ở mơ hình theo phương pháp điều chế QPSK tương tự ta thấy mô hình sử dụng kiểu điều chế QPSK cho kết tốt so với điều chế 16QAM 14 Câu 7: Thiết kế hệ thống dùng 512 sóng mang (subcarrier) {56 số zero, 200 data, zero, 200 data, 55 số zero} Trong 400 data, có vị trí chèn pilot (chỉ 392 sóng mang chứa thơng tin) Để đáp ứng hệ thống dùng 512 sóng mang với pilot ban đầu nhóm lựa chọn việc tăng tốc độ data hệ thống để giúp cho chất lượng hệ thống giữ ổn định mô hình ban đầu • Mơ hình: Tăng Rbaud = 392000 symbol/s, giữ kiểu điều chế QPSK 15 16 Băng thông lý thuyết: 𝐵𝐹𝐹𝑇 = 392 + + × 39200 = 40.1 𝑘𝐻𝑧 392 Nhận xét: Băng thông sau mô với băng thông lý thuyết tính 17 Nhận xét: Vì tăng số lượng data lên sử dụng pilot số lượng data mà pilot phải gánh tăng từ 24 lên 49, chất lượng hệ thống giảm xuống khó đạt mức BER mơ hình ban đầu Mô m file: clear; clc; close all; Nbps = 2; M = 2^Nbps;% Modulation order=2 for QPSK Nfft = 64; % FFT Size Nsd = 48; % Number of data subcarrier Nsp = 4; % Number of pilot subcarrier Nst = Nsd+Nsp;% Number of total used subcarrier 52 Ncp = Nfft/4; % Number of sym allocated to CP 16 EbN0dB = [0:2:12]; % EbN0 dB % Number of subcarrier without data = 64-484=12(include for DC) -> 11 for guard band EsN0dB=EbN0dB+10*log10(2)+10*log10(Nst/Nfft)+10*lo g10(Nfft/(Ncp+Nfft)); nloop = 1e3; % Number of iterations for each EbN0 Nframe = 1; % Number of symbols per frame for i=1:length(EbN0dB) Neb=0;Ntb=0;%Initialize the number of error/total bits for m=1:nloop %Tx _ clear; Khai báo thông số symbol OFDM: Số bit bậc QPSK 64 điểm FFT (1symbol~64 subcarrier) Số sóng mang chứa data Số sóng mang chứa pilot Tổng số sóng mang Số symbol CP Power Symbol/Power nhiễu QPSK 2bit/sym ->log10(2) kèm theo khoảng trừ công suất guard band (Nst/Nfft)và CP(Nfft/(Ncp+Nfft) Số vòng lặp Số frame Từng giá trị dãy EbNo cho lặp 1000 lần Neb = số bit lỗi Ntb = số bit cần truyền Kênh truyền 18 X = randi([0 3],1,Nst*Nframe); % Int vector Xmod = qammod(X,4,'UnitAveragePower',true); %IFFT block X_Freq = [zeros(1,1) Xmod(Nst/2+1:end) zeros(1,11) Xmod(1:Nst/2)]; %DC->data sau->5 Guardband sau->6 Guardband đầu-> data đầu => Symbol OFDM (64) %IFFT Cal x_Time=Nfft/sqrt(Nst)*ifft(X_Freq); %Adding Cyclic Prefix ofdm_signal = sqrt((Nfft+Ncp)/Nfft)*[x_Time(Nfft-Ncp+1:Nfft) x_Time]; % ofdm_signal length = 64+16 = 80 %Add AWGN Noise EsN0_lin = 10^(EsN0dB(i)/10); var_noise = 1/(2*EsN0_lin); noise = sqrt(var_noise)*(randn(1,length(ofdm_signal))+1i*r andn(1,length(ofdm_signal))); r = ofdm_signal + noise; %Rx _ %Removing cyclic prefix r_Parallel = (1/sqrt((Nfft+Ncp)/Nfft))*r(Ncp+1:(Nfft+Ncp)); %FFT block r_Fre = (1/(Nfft/sqrt(Nst)))*(fft(r_Parallel)); %Extracting the data carriers from the FFT output Z = r_Fre([(2:Nst/2+1) (Nst/2+13:Nst+12)]); Xmod_r = [Z(Nst/2+1:end) Z(1:Nst/2)]; X_r = qamdemod(Xmod_r*sqrt(2),M); xr_bit = de2bi(X_r,Nbps); x_bit = de2bi(X,Nbps); Neb = Neb+sum(sum(xr_bit~=x_bit)); Khởi tạo chuỗi data truyền integer có mức có chiều dài = 52 Điều chế 4QAM (QPSK) với qamdata đầu vào, x số phức Đưa data điều biến lên sóng mang, đồng thời chèn thêm DC, guard band dịch data từ sau lên đầu Chuyển data từ miễn tần số -> thời gian chuẩn hố cơng suất (Nfft/sqrt(Nst)) Thêm CP Ghép 64 – 48 + = 16 (x_Time(Nfft-Ncp+1:Nfft) x_Time) data cuối lên đầu chuẩn hố cơng suất Tạo kênh truyền thêm nhiễu AWGN Tín hiệu truyền = tín hiệu điều chế nhân chập vs đáp ứng kênh cộng nhiễu AWGN Bộ thu Tách CP Lấy data từ 17->80, loại bỏ 16 data CP đầu Chuyển sang miễn tần số lệnh FFT Trích xuất sóng mang data từ đầu thu FFT Loại bỏ DC (1) 11 guardband (28:38)-> data [2:27 39:64] (26 data đầu 26 data cuối) Đảo ngược data trở lại ban đầu Giải điều biến QPSK Đổi data thu data gốc từ decimal sang binary So sánh data đếm lỗi ~= 19 Ntb=Ntb+Nst*Nframe*Nbps; end Ber(i) = Neb/Ntb; end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Plot%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% theoryAWGN=0.5*erfc(sqrt(10.^(EbN0dB/10))); semilogy(EbN0dB,theoryAWGN,'r:'), hold on semilogy(EbN0dB,Ber,'b s','linewidth',1); grid on; title('BER Vs EbN0dB over AWGN Channel'); legend('AWGN analytic','Simulation'); xlabel('EbNo[dB]'), ylabel('BER'); axis([0 10 1e-4 1]) Tính tổng số bit truyền BER mô = số lỗi / tổng số bit truyền Vẽ đồ thị BER -HẾT - 20 ... băng thông hệ thống là: B= N FFT + N cp N FFT BFFT , Z = 256 + 64 19200 = 24 (kHz) 256 Câu 4: Tìm tốc độ bit, tốc độ baud, tính băng thơng tín hiệu OFDM? - Tốc độ bit: Rbit = 19200*2 = 3 840 0Hz... Khối IQ Mapper: + Ta đổi bit thành integer tiến hành điều biến QPSK - Khối OFDM Modulation: + Ghép zero, data, DC pilot theo cấu trúc symbol OFDM Mỗi pilot gánh 24 data xung quanh + Khối Shift... error/total bits for m=1:nloop %Tx _ clear; Khai báo thông số symbol OFDM: Số bit bậc QPSK 64 điểm FFT (1symbol~ 64 subcarrier) Số sóng mang chứa data Số sóng mang chứa pilot Tổng