Hỡnh 3.18 chỉ ra hiệu quả hoạt động của cỏc thành phần trong thuật toỏn CPE đối với một hệ thống OFDM cú N=64, cỏc tham số nhiễu pha b=4, fh=100kHz. Nếu chỉ sử dụng CPESE riờng lẻ thỡ hiệu quả đạt được là 2dB ở mức BER=10-5, cũn nếu sử dụng cả CPESE và FBCF thỡ hiệu quả đạt được là 6dB, trường hợp chỉ sử dụng FBCF thỡ cũng đạt được mức gần 6dB.
Hỡnh 3.19. Kết quả hiệu chỉnh của cỏc thành phần CPE với N=256, b=4, fh=100kHz
Hỡnh 3.19 chỉ ra hoạt động của một hệ thống với N=256 trong cựng điều kiện như cỏc hệ thống ở trờn. Với mức BER=10-5, nếu chỉ sử dụng CPESE thỡ hiệu quả đạt được là 1.8dB trong khi nếu chỉ sử dụng FBCF thỡ hiệu quả đạt được chỉ là 0.5dB, nếu kết hợp cả hai thỡ đạt được 3dB.
Điều này cú thể được giải thớch là với hệ thống cú N=64 thỡ CPESE thay đổi chậm hơn nhiều so với N=256. Vỡ thế khi N=64 thỡ FBCF cú thể kộo CPESE nờn hiệu suất giảm mộo của CPE được thực hiện chỉ với FBCF. Tuy nhiờn khi N=256 thỡ CPESE thay đổi rất nhanh nờn FBCF rất khú bỏm theo, vỡ vậy mộo CPE mà được hiệu chỉnh bởi FBCF sẽ giảm xuống.
3.5. Kết luận
Nhiễu pha là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến chất lượng của hệ thống OFDM. Nhiễu pha được phõn thành hai loại là nhiễu pha chung và nhiễu liờn kờnh, mỗi loại đều cú cỏc phương phỏp giảm nhiễu riờng, việc lựa chọn sử dụng phương phỏp nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố khỏc nhau như: yờu cầu về hiệu suất sử dụng băng tần, yờu cầu về độ phức tạp của hệ thống, yờu cầu về tốc độ truyền dẫn …. Cụ thể như sau:
- Phương phỏp SC: cú ưu điểm là đơn giản trong tớnh toỏn, cho kết quả tốt khi độ dịch tần tiờu chuẩn nhỏ và hệ thống sử dụng cỏc phương phỏp điều chế đơn giản. Tuy nhiờn phương phỏp này lại làm giảm hiệu suất sử dụng băng tần đi một nữa và cú ớt tỏc dụng khi độ dịch tần tiờu chuẩn tăng lờn và hệ thống sử dụng cỏc phương phỏp điều chế nhiều mức.
- Phương phỏp ML: phương phỏp này cũng cú hạn chế giống phương phỏp SC vỡ làm giảm hiệu suất sử dụng băng tần nhưng lại cải thiện được tham số BER khi tăng lờn và hệ thống sử dụng cỏc phương phỏp điều chế nhiều mức do phương phỏp này cú thể ước lượng được giỏ trị dịch tần tương đối chớnh xỏc. Ngoài ra nú cú nhược điểm là yờu cầu về cỏc tớnh toỏn trong hệ thống phức tạp hơn đối với phương phỏp SC.
- Phương phỏp EKF: Phương phỏp này cú ưu điểm là khụng làm giảm hiệu suất phổ của hệ thống do thực hiện việc ước lượng độ dịch tần thụng qua cỏc ký hiệu Pilot. Tuy nhiờn yờu cầu về độ phức tạp của hệ thống lại cao hơn so với hai phương phỏp SC và ML
+ Đối với nhiễu pha chung CPE:
- Phương phỏp giảm nhiễu bằng hồi tiếp CPEC: phương phỏp này cú cấu trỳc và tớnh toỏn đơn giản, khụng sử dụng cỏc tớn hiệu Pilot nờn làm tăng hiệu suất phổ. Việc ứng dụng phương phỏp này sẽ cho phộp sử dụng được cỏc bộ tạo dao động cú độ ổn khụng cao tại cỏc thiết bị đầu cuối khỏch hàng mà vẫn đảm bảo được chất lượng hệ thống, nhờ vậy sẽ giảm được giỏ thành của thiết bị.
KẾT LUẬN
Luận văn đó nghiờn cứu một cỏch tổng quan về cỏc điểm cơ bản nhất cấu thành nờn một hệ thống OFDM: nguyờn lý điều chế đa súng mang trực giao, mụ tả toỏn học quỏ trỡnh điều chế OFDM bằng phộp biến đổi FFT/IFFT, sơ đồ khối của một hệ thống OFDM điển hỡnh, cỏc hệ thống ứng dụng kỹ thuật OFDM, cỏc nguyờn nhõn cơ bản làm ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống OFDM và cỏc phương phỏp kỹ thuật tương ứng để giải quyết cỏc vấn đề này.
Nội dung quan trọng nhất mà đề tài đó thực hiện là phõn tớch cỏc nguyờn nhõn gõy ra nhiễu pha trong hệ thống OFDM, phõn loại nhiễu pha, cỏc phương phỏp để giảm thiểu cỏc loại nhiễu pha tương ứng và so sỏnh ưu nhược điểm giữa cỏc phương phỏp:
- Đối với nhiễu ICI bao gồm cỏc phương phỏp: điều chế tự loại trừ SC, ước lượng giỏ trị xỏc suất cực đại ML, bộ lọc Kalman mở rộng EKF.
- Đối với nhiễu pha chung CPE: sử dụng phương phỏp hồi tiếp.
Qua phõn tớch về lý thuyết, kết quả thu được thụng qua mụ phỏng bằng Matlab cho thấy trong cỏc phương phỏp giảm nhiễu ICI: mỗi một phương phỏp đều cú những ưu điểm riờng, phự hợp với từng điều kiện và yờu cầu khỏc nhau của từng hệ thống. Việc lựa chọn sử dụng phương phỏp nào phụ thuộc vào cỏc yếu tố như: yờu cầu về hiệu suất sử dụng băng tần, yờu cầu về độ phức tạp của hệ thống, yờu cầu về tốc độ truyền dẫn ….
Cũn đối với phương phỏp giảm nhiễu CPE bằng hồi tiếp, kết quả đạt được là rất thực tế. Nếu sử dụng phương phỏp này sẽ cho phộp sử dụng được cỏc bộ tạo dao động cú độ ổn khụng cao tại cỏc thiết bị đầu cuối khỏch hàng mà vẫn đảm bảo được chất lượng hệ thống, nhờ vậy sẽ giảm được giỏ thành của thiết bị đầu cuối.
Trờn cơ sở kết quả thu được ở đề tài này, trong thời gian tới Tỏc gió sẽ tiếp tục nghiờn cứu cỏc vấn đề sau:
- Nghiờn cứu việc kết hợp cỏc phương phỏp giảm nhiễu ICI đơn lẻ thành một phương phỏp tổng hợp để đạt được hiệu quả cao nhất.
- Nghiờn cứu việc kết hợp giữa cỏc phương phỏp giảm nhiễu pha và cỏc phương phỏp điều chế thớch nghi.
- Tiếp tục nghiờn cứu phương phỏp giảm nhiễu pha chung bằng hồi tiếp trong cỏc ứng dụng khỏc và xõy dựng cỏc chương trỡnh mụ phỏng tương ứng bằng Matlab.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
[1] Cheng-Xiang Wang, Nguyễn Văn Đức (2004), “Bộ sỏch kỹ thuật thụng tin số”, “Tập 1: Cỏc bài tập Matlab về thụng tin vụ tuyến”, Nhà xuất bản KHKT Hà Nội.
[2] Nguyễn Ngọc Tiến (2003), “Một số vấn đề kỹ thuật trong hệ thống OFDM”,
Tạp chớ Bưu chớnh Viễn thụng.
[3] Nguyễn Văn Đức (2006), “Bộ sỏch kỹ thuật thụng tin số”, “Tập 2: Lý thuyết và cỏc ứng dụng của kỹ thuật OFDM”, Nhà xuất bản KHKT Hà Nội.
Tiếng Anh
[4] Ahmad R.S. Bahai, Burton R. Saltzberg, Mustafa Ergen, (2006) “Multicarrier Digital Communications Theory And Applications of OFDM”. [5] Arvind Kumar, Rajoo Pandey (2003), “An Improved ICI Self-Cancellation
Scheme for Multicarrier Communication Systems”, International Journal of Computer Science and Engineering, vol.2, no.1.
[6] Armstrong (1999) “Analysis of new and existing methods of reducing intercarrier interference due to carrier frequency offset in OFDM,” IEEE Transactions on Communications, vol. 47, no. 3, pp. 365 – 369.
[7] Eric Lawrey (1997), “The Suitability of OFDM as a Modulation Technical for Wireless Telecommunications, with a CDMA Comparison”.
[8] Gibeom Kim, Taekhyun Kim, Guruprasad K. Subbaraman (2003), “Comparison of Sub-carrier Spacing Schemes for a 60 GHz OFDM System” [9] http://www.ist-broadway.org
[10] Mihir Anandpara, Elmustafa Erwa, James Golab, Roopsha Samanta, Huihui Wang (2003), “ICI Cancellation For OFDM Systems”.
[11] Mohamed Marey, Mamoun Guenach and Heidi Steendam (2007), “Soft Information Aided Phase Noise Correction for OFDM Systems”.
[12] Roberto Corvaja, Silvano Pupolin (2003), “Phase Noise Limits in OFDM Systems”.
[13] P.H. Moose, “A Technique for Orthogonal Frequency Division Multiplexing Frequency Offset Correction,” IEEE Transactions on Communications, vol. 42, no. 10, October 1994.
[14] Y. Zhao and S. Họggman, “Intercarrier interference self-cancellation scheme for OFDM mobile communication systems,” IEEE Transactions on Communications, vol. 49, no. 7, pp. 1185 – 1191, July 2001.
[15] V.S.Abhayawardhana,I.J. Wasseil (2006), “Common Phase Error Correction with Feedback for OFDM in Wireless Communication”.
[16] Zi-wei Zheng, Zhi-Xing Yang, Yi-Sheng (2005), “Phase Error Correction for OFDM-Based WLANs”.
PHỤ LỤC
% Chuong trinh mo phong he thong OFDM khi chua su dung cac phuong phap giam nhieu (final_simulator.m)
% Tao luong bit dau vao
input_bit_stream = sign(randn(1,BPS*NS)); input_bit_stream(input_bit_stream == -1) = 0; % Bien doi SP
disp('Serial to Parallerl Conversion')
parallel_data = StoP(input_bit_stream, log2(M)); % Thuc hien dieu che
disp(['Modulating with ' modulation ' and ' num2str(M) '-ary Alphabet']) modulated_data = dmodce(parallel_data, 1, 1, modulation, M);
% Tao cac ky hieu OFDM
disp('Transmitting OFDM symbols') for ll= 1:length(ep) for l=1:length(EsNo) k = 1; for n = 1:NS ofdm_symbol = zeros(1,ifftsize); ofdm_symbol(carriers) = modulated_data(k:k+51); tx_signal = ifft(ofdm_symbol,ifftsize);
% Dich tan Doppler
rx_signal = tx_signal.*exp((j*pi*ep(ll)/ifftsize)*(0:ifftsize-1)); noise =
sqrt(1/(2*log2(M)*10^(EsNo(l)/10)))*(randn(1,64)+j*randn(1,64)); rx_signal = rx_signal + noise;
% Thuc hien bien doi FFT
received_ofdm = fft(rx_signal, ifftsize);
% Tach du lieu tu cac song mang vao ky hieu OFDM received_symbols(k:k+51) = received_ofdm(carriers); k = k + 52;
end
% Thuc hien giai dieu che
disp('Performing Demodulation')
received_data = ddemodce(received_symbols, 1, 1, modulation, M); %Bien doi PS
disp('Performing Parallel to Serial Converion') output_bit_stream = PtoS(received_data, log2(M)); % Tinh BER disp('Calculating BER ') BER(ll,l)= sum(xor(input_bit_stream,output_bit_stream))/length(input_bit_stream); end end
% Chuong trinh mo phong phuong phap SC (final_simulator_sc.m) % Tao luong bit dau vao
input_bit_stream = sign(randn(1,BPS*NS)); input_bit_stream(input_bit_stream == -1) = 0; % Bien doi SP
disp('Serial to Parallerl Conversion')
parallel_data = StoP(input_bit_stream, log2(M)); % Thuc hien dieu che
disp(['Modulating with ' modulation ' and ' num2str(M) '-ary Alphabet']) modulated_data = dmodce(parallel_data, 1, 1, modulation, M);
% Tao cac ky hieu OFDM
disp('Transmitting OFDM symbols') odd_carriers = carriers(1:2:52); even_carriers = carriers(2:2:52); for ll= 1:length(ep)
for l=1:length(EsNo) k = 1; for n = 1:NS ofdm_symbol1 = zeros(1,ifftsize); ofdm_symbol2 = zeros(1,ifftsize); % MAP to carriers ofdm_symbol1(odd_carriers) = modulated_data(k:k+25); ofdm_symbol1(even_carriers) = -modulated_data(k:k+25); ofdm_symbol2(odd_carriers) = modulated_data(k+26:k+51); ofdm_symbol2(even_carriers) = -modulated_data(k+26:k+51); % Time Signal to transmit
tx_signal1 = (ifft(ofdm_symbol1,ifftsize)); tx_signal2 = (ifft(ofdm_symbol2,ifftsize)); % Dich tan Doppler
rx_signal1 = tx_signal1.*exp(j*pi*ep(ll)/ifftsize*(0:ifftsize-1)); rx_signal2 = tx_signal2.*exp(j*pi*ep(ll)/ifftsize*(0:ifftsize-1)); % Them nhieu
rx_signal1 = awgn(rx_signal1, EsNo(l),0); rx_signal2 = awgn(rx_signal2, EsNo(l),0); % Thuc hien bien doi FFT
received_ofdm1 = fft(rx_signal1, ifftsize); received_ofdm2 = fft(rx_signal2, ifftsize);
demod_sym1 = .5*(received_ofdm1(odd_carriers)-received_ofdm1(even_carriers)); demod_sym2 = .5*(received_ofdm2(odd_carriers)-received_ofdm2(even_carriers));
received_ofdm3 = [demod_sym1 demod_sym2];
% Tach du lieu tu cac song mang vao ky hieu OFDM received_symbols(k:k+51) = received_ofdm3; k = k + 52;
end
% Thuc hien giai dieu che
received_data = ddemodce(received_symbols, 1, 1, modulation, M); % Bien doi PS
disp('Performing Parallel to Serial Converion') output_bit_stream = PtoS(received_data, log2(M)); % Tinh BER disp('Calculating BER ') BER(ll,l)= sum(xor(input_bit_stream, output_bit_stream))/length(input_bit_stream); end end
% Chuong trinh mo phong so sanh hoat dong giua he thong OFDM chuan va khi co su dung phuong phap SC
clc; clear all; close all;
% OFDM Simulator
% Using Communications Toolbox % USER DEFINED PARAMETERS ep = [0 .15 .3];
% Es/No EbNo=1:15;
% NS = So luong ky hieu OFDM truyen di NS = 100;
% Loai dieu che modulation = 'qask'; M = 2
% N = so luong song mang con N = 52;
% BPS = so luong bit tren mot ky hieu OFDM BPS = N*log2(M);
% Chi so cac song mang trong ky hieu OFDM carriers = (1:52) + 2;
% Chieu dai bo IFFT ifftsize = 64;
% Thuc hien dieu che QAM2 final_simulator;
BERqam2 = BER;
save BERqam2 BERqam2 clear BER;
% Thuc hien dieu che QAM4 M = 4
BPS = N*log2(M); clear BER;
final_simulator; BERqam4 = BER;
save BERqam4 BERqam4 subplot(2,2,1) semilogy(EbNo, BERqam2(1,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam2(2,:),'.-') semilogy(EbNo, BERqam2(3,:),'*-') title('QAM-2') xlabel('E_b/N_o') ylabel('BER') grid on subplot(2,2,2) semilogy(EbNo, BERqam4(1,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam4(2,:),'.-')
semilogy(EbNo, BERqam4(3,:),'*-') title('QAM-4')
xlabel('E_b/N_o') ylabel('BER') grid on
clear input_bit_stream output_bit_stream; figure
M = 2;
BPS = N*log2(M);
% Thuc hien dieu che QAM2 final_simulator_sc;
BERqam2sc = BER;
save BERqam2sc BERqam2sc clear BER;
% Thuc hien dieu che QAM4 M = 4
BPS = N*log2(M); clear BER;
clear input_bit_stream output_bit_stream; final_simulator_sc;
BERqam4sc = BER;
save BERqam4sc BERqam4sc subplot(2,2,1) semilogy(EbNo, BERqam2sc(1,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam2sc(2,:),'.-') semilogy(EbNo, BERqam2sc(3,:),'*-') title('QAM-2') xlabel('E_b/N_o')
ylabel('BER') grid on subplot(2,2,2) semilogy(EbNo, BERqam4sc(1,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam4sc(2,:),'.-') semilogy(EbNo, BERqam4sc(3,:),'*-') title('QAM-4') xlabel('E_b/N_o') ylabel('BER') grid on figure subplot(2,2,1) semilogy(EbNo, BERqam2(1,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam2(2,:),'.-') semilogy(EbNo, BERqam2(3,:),'*-') title('QAM-2') xlabel('E_b/N_o') ylabel('BER') grid on subplot(2,2,2) semilogy(EbNo, BERqam2sc(1,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam2sc(2,:),'.-') semilogy(EbNo, BERqam2sc(3,:),'*-') title('QAM-2 ICI') xlabel('E_b/N_o') ylabel('BER')
============================================================== 79 grid on subplot(2,2,3) semilogy(EbNo, BERqam2(2,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam2sc(2,:),'r*-') title('QAM-2 \epsilon = .15') xlabel('E_b/N_o') ylabel('BER') grid on subplot(2,2,4) semilogy(EbNo, BERqam2(3,:)) hold on semilogy(EbNo, BERqam2sc(3,:),'r*-') title('QAM-2 \epsilon = .3') xlabel('E_b/N_o') ylabel('BER') grid on