Sự dịch chuyển doppler trong miền tần số sẽ tạo đáp ứng xung thay đổi theo miền thời gian. Theo lý thuyết đã trình bày ở chương 2, phổ công suất Doppler được thể hiện ở công thức:
(5.1) Khi f di chuyển trên miền tẩn số sẽ làm phổ công suất tạo thành dạng bell- shape đặc trưng cho Doppler.
Xét một giá trị H ở 1 tap, đề tài có phổ Doppler như hình 5.9.
Hình 5.9: Phổ Doppler ở 1 giá trị H
Tuy nhiên, để xét phổ công suất của giá trị H thu được có phân bố theo dạng Bell-Shape hay không thì đề tài phải xét trong khoảng nhỏ hơn, tập trung ở đỉnh của Doppler. Hình 5.10 thể hiện phổ Doppler tập trung ở đỉnh, trong khoảng -2 Hz đến 2 Hz. Trong đó, đường màu đỏ thể hiện Doppler lý thuyết tập trung ở -1 đến 1.
Đường màu xanh lá phía trên thể hiện Doppler ở công suất lớn nhất, đường màu xanh lá phía dưới giảm 10 dB so với đường xanh lá phía trên. Cả bốn đường này tạo thành cửa sổ xét sự dịch chuyển Doppler.Sự dịch chuyển Doppler đúng khi nằm trong cửa sổ đã tạo ra. Từ hình 5.10, đề tài cho thấy Doppler nằm trong khoảng cửa sổ, hoạt động tốt.
Hình 5.10: Phổ Doppler trong khoảng -1 đến 1 Hz
Hình 5.11 và hình 5.12 thể hiện phổ Doppler trên tất cả các giá trị H của kênh truyền mô hình B. Tất cả các kết quả cho thấy Doppler đều nằm trong cửa sổ Welch.
5.5 KẾT QUẢ TỔNG HỢP BỘ MÔ PHỎNG KÊNH TRUYỀN
Đề tài sử dụng chương trình Synplify Premier của hãng Synopsys để tổng hợp. Hệ thống sử dụng FPGA Stratix IV EP4S100G5, Package FC45 với kết quả thông số được trình bày như bảng 5.1. Trong đó, đề tài kiểm tra các thông số thực hiện hệ thống trên phần cứng tại mỗi khối trên 1 đường, từ đó suy ra tổng số logic element, register của hệ thống trên cả 9 tap trong mô hình B.
Bảng 5.1: Kết quả tổng hợp bộ mô phỏng kênh truyền MIMO trên nền FPGA
Khối AWGN Doppler Spatial Correlation Rician Interpolation Lọc FIR Channel Emulator Thiết bị FPGA Stratix IV EP4S100G5 ALUTs 113 107792 12894 74 2457 1745 122839 Tổng số thanh ghi sử dụng (tối đa 424960) 117 (0%) 4211 (0%) 659 (0%) 675 (0%) 1934 (0%) 1796 (0%) 6119 (1.44%) ALMs (tối đa 212480) 115 (0%) 54264 (25%) 6778 (3%) 375 (0%) 1720 (0%) 999 (0%) 61947 (29.15%) Tổng số DSP block sử dụng (tối đa 128) 0 (0%) 24 (18.75%) 8 (6.25%) 0 (0%) 0 (0%) 27 (21.09 %) 59 (46.09%)
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Đây là chương tổng kết các kết quả của đề tài và đánh giá các kết quả đã đạt được. Đồng thời, chương 6 trình bày các hướng nghiên cứu để phát triển đề tài.
6.1. KẾT LUẬN
Luận văn đã hoàn thành được mục tiêu đề ra ban đầu là phân tích các loại kênh truyền trong chương 2 và thiết kế bộ mô phỏng kênh truyền MIMO trên nền FPGA trong chương 4. Theo IEEE TGn, mô hình kênh truyền chia thành 6 mô hình từ A-F dựa trên các thông số được viết bởi L. Schumacher [5]. Đề tài thực hiện bộ mô phỏng kênh truyền MIMO với khoảng cách anten phát và thu là 30m, số anten phát là 2, số anten thu là 2, khoảng cách giữa các anten phát là 0.5, khoảng cách giữa các anten thu là 0.5, tốc độ di chuyển là 1.2 km/h, mô hình B với 9 tap theo IEEE 802.11 TGn bao gồm bộ tạo phân bố Rayleigh, bộ tạo sự dịch chuyển Doppler biến đổi theo thời gian, bộ tạo sự tương quan trong không gian của các anten, bộ xét ảnh hưởng Rician K factor, bộ Interpolation điều chỉnh tốc độ lấy mẫu và các bộ lọc để ghép tín hiệu phía phát và hệ số kênh truyền.
Đề tài đã thiết kế mô phỏng thành công kênh truyền MIMO trên Matlab Simulink ở chương 3 và trên công cụ Synphony để hướng đến triển khai trên phần cứng FPGA ở chương 4. Việc thiết kế trên nền FPGA bằng chương trình Synphony cho phép đề tài tận dụng các khối chức năng của thư viện Synphony. Điều này giúp tiết kiệm thời gian thực hiện lại các khối cơ bản. Cuối cùng, đề tài sử dụng chương trình Synplify của Synopsys để đánh giá, tổng hợp các thông số phần cứng cần sử dụng cho bộ kênh truyền để chọn thiết bị FPGA phù hợp.
Kết quả thiết kế trên công cụ Synphony khi so sánh với kết quả trên mô hình Matlab và với lý thuyết đều hoàn toàn trùng khớp. Kết quả gồm phân tích đáp ứng xung của kênh truyền, PDP, Rayleigh và các ảnh hưởng Doppler trên kênh truyền trong chương 5 rất phù hợp với lý thuyết. Đồng thời, các kết quả từng khối chức
Ngoài ra, mục đích của luận văn là thiết kế hướng đến việc triển khai trên FPGA trong tương lai nên việc biên dịch, tổng hợp cả bộ mô phỏng kênh truyền là việc làm cần thiết. Tuy nhiên, vì bộ mô phỏng kênh truyền phải thực hiện nhiều phép toán với số phức nhỏ, xử lý nhiều bộ lọc nên phải sử dụng cấu hình FPGA lớn. Đề tài đã tổng hợp thành công trên công cụ Synplify Premier cho thấy hệ thống kênh truyền MIMO có thể triển khai trên linh kiện FPGA Stratix IV EP4S100G5 với ALUTs = 122839, tổng số thanh ghi sử dụng = 6119 (1.44%), ALMs = 61947 (29.15%), tổng số DSP block = 59 (46.09%)..
Đề tài có nhiều đóng góp trong việc chuyển các cơ sở lý thuyết thành các thiết kế trên nền FPGA cho một hệ thống mô phỏng kênh truyền MIMO hoàn chỉnh. Đây là đề tài có nhiều có cơ sở lý thuyết khá phức tạp và chuyên sâu. Việc thiết kế trên nền FPGA còn mới mẻ và hứa hẹn nhiều khả năng triển khai thực tế.
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Đề tài là cơ sở để kiểm tra, thử nghiệm các hệ thống đang nghiên cứu như 802.11n (WiFi), 802.16 (WiMAX), LTE và phát triển các hệ thống trong tương lai. Đồng thời, đề tài mở ra khả năng nghiên cứu các ảnh hưởng của kênh truyền đối với hệ thống truyền thông.
Về phần cứng:
Tuy đề tài đã hoàn tất việc thiết kế dùng phần mềm thiết kế phần cứng Synphony và đã tổng hợp, biên dịch thành công bằng phần mềm Synplify nhưng chưa thực hiện trên FPGA thực tế vì không có được các thiết bị FPGA phù hợp. Đây là hướng phát triển chính tiếp theo của đề tài. Tuy nhiên, do số lượng logic element sử dụng cho bộ kênh truyền lớn nên cần có các giải pháp thích hợp để giảm số lượng logic element trong FPGA board để có thể thực hiện trên phần cứng.
Về thuật toán:
Các thuật toán phức tạp sẽ gặp nhiều khó khăn khi thiết kế trên phần cứng. Tuy nhiên, các lĩnh vực cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn chỉnh hệ thống như thay đổi tốc độ di động trong Doppler lên 40km/h để đo đạc trong mô hình F – mô hình lớn có khoảng cách rộng, thay đổi khoảng cách giữa các anten để đo đạc sự tương quan trong không gian hay tăng số lượng đa đường lên 18 hoặc 30 để mô phỏng kênh truyền trong môi trường rộng lớn hơn.
Về hệ thống:
Hệ thống mô phỏng kênh truyền MIMO là một hướng nghiên cứu mới, rộng lớn, phức tạp và đòi hỏi nhiều kiến thức của người nghiên cứu. Do đó, cần tìm hiểu thêm về các ảnh hưởng của kênh truyền như sự suy hao tín hiệu, hiệu ứng bóng râm, ảnh hưởng của ánh sáng huỳnh quang để xây dựng mô hình hoàn chỉnh hơn.
Đồng thời, hệ thống mô phỏng kênh truyền nên được ghép vào các hệ thống viễn thông đã thực hiện có các bộ ước lượng kênh truyền để xác định SNR, so sánh kết quả với các hệ thống trong thực tế.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Các bài đăng ở hội nghị quốc tế:
[1] Nguyen Trung Hieu, Nguyen Thanh Tu, Nguyen Viet Ha, Tran Thi Thao Nguyen, and Bui Huu Phu, FPGA Implementation of MIMO-OFDM STBC Systems, ICCAIS_2012 (Accepted)
[2] Nguyen Viet Ha, Tran Thi Thao Nguyen, Dang Le Khoa, Bui Huu Phu, Design and Implementation of a Turbo Code System on FPGA, Section ECE-5, page 110, ISEE-HCMUT-2011
[3] Tran Thi Thao Nguyen, Nguyen Viet Ha, Vo Khac Thanh, and Bui Huu Phu,
Design and Implementation of a MIMO-SDM System on FPGA Harware, page 71, ISEE-TDTU-2011
Các bài đăng ở hội nghị trong nước:
[4] Trần Thị Thảo Nguyên, Nguyễn Việt Hà, “Thiết kế bộ mô phỏng kênh truyền trong hệ thống MIMO”, Hội Nghị Khoa Học Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên lần thứ 8, 2012. (đã được chấp nhận)
[5] Trần Thị Thảo Nguyên, Nguyễn Việt Hà, Nguyễn Minh Trí, Bùi Hữu Phú, “Thực hiện hệ thống MIMO-SDM trên phần cứng”, VIII-O-6, Hội Nghị Khoa Học Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên lần thứ 7, 2010.
[6] Nguyễn Minh Trí, Trần Thị Thảo Nguyên, Bùi Hữu Phú, “Tìm hiểu hệ thống đa anten thu phát đa người dùng”, VIII-P-5, Hội Nghị Khoa Học Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên lần thứ 7, 2010.
Các đề tài nghiên cứu khoa học đã thực hiện:
[7] Trần Thị Thảo Nguyên, Nguyễn Việt Hà, “Nghiên cứu và thiết kế bộ mô phỏng kênh truyền trong hệ thống MIMO”, T2012-42, Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Cấp Trường 2012.
[8] Trần Thị Thảo Nguyên, Nguyễn Việt Hà, “Nghiên cứu và thực hiện hệ thống MIMO-OFDM”, T2011-41, Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Cấp Trường 2011.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. Nguyễn Văn Đức, Vũ Văn Yêm, Đào Ngọc Chiến, Nguyễn Quốc Khương, Nguyễn Trung Kiên, “Thông Tin Vô Tuyến (Radio Communications)”.
Tiếng Anh
[2]. Aida Botonjić (2004), “MIMO channel models”, http://liu.diva- portal.org/smash/get/diva2:19518/FULLTEXT01.
[3]. Jean-Luc Danger, Adel Ghazel, Emmanuel Boutillon, Hédi Laamari, “Efficient FPGA Implementation of Gaussian noise generator for communication channel emulator”, Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications, France. [4]. Hiroshi Ochi, Yuhei Nagao (2011), “Design Specification of MIMO Channel Emulator”, Kyushu Institute of Technology.
[5]. Laurent Schumacher and Bas Dijkstra (May 2004), “Description of a MATLAB® implementation of the Indoor MIMO WLAN channel model proposed by the IEEE 802.11 TGn Channel Model Special Committee”, FUNDP – The University of Namur Computer Science Institute.
[6]. Persa Kyritsi (December 16, 2004), “Channel models for MIMO”.
[7]. Ryuta IMASHIOYA, Wahyul Amien SYAFEI, Yuhei NAGAO, Masayuki KUROSAKI, Hiroshi OCHI, “RTL Design of 1.2Gbps MIMO WLAN System and its business aspect”.
[8]. Synopsys (March 2011), “Synphony Model Compiler User Guide”, http://solvnet.synopsys.com.
[9]. Thomas Paul and Tokunbo Ogunfunmi (2008), “Wireless LAN Comes of Age: Understanding the IEEE 802.11n Amendment”, IEEE Circuits and Systems Magazine.
[11]. White Paper 100, Spirent (2011), “Correlation-based spatial channel modeling”.
[12]. White Paper 101, Spirent (2011), “Fading Basics”, Narrow Band, Wide Band, and Spatial Channels, trang 6-8.
[13]. White Paper 102, Spirent (2011), “Path-based spatial channel modeling”, SCM/SCME.
[14]. Yong Soo Cho, Jaekwon Kim, Won Young Yang, Chung G. Kang, Chapter 1&2, “MIMO-OFDM Wireless Communications with Matlab”, http://www.4shared.com/office/G-2Zq6fo/MIMO-
PHỤ LỤC - THÔNG SỐ CÁC MÔ HÌNH 802.11N MÔ HÌNH A