girl_fan_f4
New Member
Download miễn phí Đề tài Tìm hiểu một số cơ chế thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM
TÊN ĐỀ TÀI: "TÌM HIỂU MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM"
NỘI DUNG ĐỒ ÁN :
Gồm 5 chương
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền sử dụng trong kĩ thuật OFDM
Chương 2: Kĩ thuật OFDM
Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh
Chương 4: Một số cơ chế thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM
Chương 5: Chương trình mô phỏng
LỜI MỞ ĐẦU Xã hội thông tin ngày càng phát triển, đặc biệt là thông tin vô tuyến đòi hỏi những yêu cầu cao hơn về số lượng cũng như chất lượng dịch vụ. Trước yêu cầu này, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn và nâng cao chất lượng truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động. Một trong những nghiên cứu đó, các giải thuật thích nghi đã ra đời và áp dụng thành công ở hầu hết các kĩ thuật đa truy cập nói chung.
Trong những năm gần đây, kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM được xem như một bài toán nhằm giải quyết vấn đề fading chọn lọc tần số, nhiễu băng hẹp và tiết kiệm phổ tần. Theo nguyên lý cơ bản của OFDM là chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát trên các sóng mang con. Có thể thấy rằng, trong một số điều kiện cụ thể ta có thể tăng dung lượng OFDM bằng cách làm thay đổi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR của từng sóng mang. Trên cơ sở đó, đồ án đã đưa ra một số giải pháp cụ thể nhằm nâng cao dung lượng hệ thống cũng như chất lượng truyền dẫn tín hiệu là: thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang con; thích nghi theo mức điều chế; và thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang.
Trên định hướng đó, đồ án được chia thành năm chương như sau:
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền trong kĩ thuật OFDM
Chương một sẽ trình bày một số đặc tính về kênh như hiện tượng trải trễ, các loại Fading, tạp âm Gauss trắng, hiện tượng Doppler ảnh hưởng đến quá trình truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống OFDM.
Chương 2: Kĩ thuật OFDM
Trong chương này đã trình bày một số vấn đề cơ bản của kĩ thuật OFDM như tính trực giao, phương pháp biến đổi IFFT/FFT đồng thời tìm hiểu các thành phần của hệ thống OFDM và dung lượng kênh truyền.
Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh
Để tối ưu, các máy thu cần xác định được chất lượng kênh. Từ đó xây dựng các giải pháp đối phó phù hợp chẳng hạn như bộ lọc thích nghi. Chương này trình bày một số phương pháp đối phó với những bất lợi của kênh truyền vô tuyến di động như sử dụng bộ cân bằng: ZF, LMSE, đồng thời phân tích vai trò của việc ước lượng kênh. Qua đó, đưa ra giải pháp ước lượng trong miền tần số và miền thời gian
Chương 4: Kĩ thuật OFDM thích nghi
Trình bày nguyên lý điều chế thích nghi, vai trò của điều chế thích nghi, xây dựng giải thuật thuật thích nghi cho truyền dẫn OFDM thích nghi trong thông tin vô tuyến, phân tích ưu nhược điểm của từng cơ chế thích nghi, trên cơ sở đó lựa chọn hai cơ chế thích nghi: thích nghi theo mức điều chế (AQAM) và thích nghi chọn lọc sóng mang. Trình bày mô hình giải thuật và lưu đồ thuật toán thích nghi cho cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang.
Chương 5: Chương trình mô phỏng
Tiến hành so sánh các giải thuật điều chế trong trường hợp không thực hiện điều chế thích nghi và tiến hành thực hiện các cơ chế thích nghi theo kiểu chuyển mức điều chế, chọn lọc sóng mang. Sau đó sẽ tiến hành xem xét hiệu năng BER và thông lượng của hệ thống trong từng trường hợp thực hiên các giải thuật thích nghi.
Được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Văn Cường, cùng với những góp ý quí báu của các thầy cô trong khoa ĐT-VT bản thân em đã cố gắng hoàn thành đồ án với nội dung và mức độ nhất định. Do khả năng về kiến thức cũng như thời gian có hạn, nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi, kính mong các thầy cô cùng các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện.
Xin chân thành Thank thầy Nguyễn Văn Cường cùng các thầy cô trong khoa ĐT-VT đã giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này.
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN TRONG KĨ THUẬT OFDM . 1
1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG1
1.2 ĐẶC TÍNH CHUNG1
1.3 TRẢI TRỄ TRONG HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG1
1.4 CÁC LOẠI FADING2
1.4.1 Fading Rayleigh2
1.4.2 Fading chọn lọc tần số và fading phẳng2
1.5 TẠP ÂM TRẮNG GAUSS. 2
1.6 HIỆN TƯỢNG DOPPLER3
1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG3
CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT OFDM . 4
2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG4
2.2 NGUYÊN TẮC CỦA OFDM . 4
2.3 TÍNH TRỰC GIAO5
2.3.1 Tính trực giao trong miền tần số8
2.4ỨNG DỤNG KĨ THUẬT IFFT/FFT TRONG KĨ THUẬT OFDM . 9
2.5 HỆ THỐNG OFDM . 12
2.6 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CON13
2.7 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CAO TẦN14
2.8 TIỀN TỐ LẶP CP(CYCLIC PREFIX). 15
2.9 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN OFDM . 17
2.9.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM17
2.9.2 Các thông số trong miền thời gian18
2.9.3 Các thông số trong miền tần số18
2.10 THÔNG LƯỢNG KÊNH19
2.11 ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA KĨ THUẬT OFDM . 20
2.11.1 Ưu điểm . 20
2.11.2 Nhược điểm . 21
2.12 KẾT LUẬN CHƯƠNG21
CHƯƠNG 3: ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH22
3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG22
3.2 KHÁI NIỆM . 22
3.3 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG MIỀN TẦN SỐ23
3.4 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG MIỀN THỜI GIAN24
3.5 CÂN BẰNG KÊNH25
3.5.1 Bộ cân bằng ZF25
3.5.2 Bộ cân bằng bình phương lỗi trung bình tuyến tính LMSE27
3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG30
CHƯƠNG 4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM31
4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG31
4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN32
4.3 KIẾN TRÚC CỦA NHỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI. 32
4.4 CHU TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG AOFDM . 33
4.4.1 Ước lượng chất lượng kênh33
4.4.2 Chọn các tham số cho quá trình phát tiếp theo33
4.4.3 Báo hiệu hay tách sóng mù các tham số được sử dụng33
4.5 MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM34
4.5.1 Thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang34
4.5.2 Thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế35
4.5.3 Thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang37
4.6 MÔ HÌNH THUẬT TOÁN THEO CƠ CHẾ CHỌN LỌC SÓNG MANG39
4.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG43
CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG44
5.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG44
5.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN OFDM THÍCH NGHI. 44
5.3 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG46
5.4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG55
5.4.1 Giao diện chương trình mô phỏng55
5.4.2 Các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng56
5.4.2.1 Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích nghi56
5.4.2.2 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi mức điều chế. 57
5.4.2.3 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang. 59
5.4.2.4 Kết quả mô phỏng dùng kết hợp hai cơ chế thích nghi chuyển mức điều chế và chọn lọc sóng mang. 61
5.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC CƠ CHẾ THÍCH NGHI. 63
5.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG72
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. 73
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
, đưa ra mô hình thuật toán cho cơ chế chọn lọc sóng mang đồng thời đi phân tích một số lưu đồ thuật toán quan trọng trong quá trình mô phỏng.4.2 Lưu đồ thuật toán
Điều chế thích nghi chính là lựa chọn hình thức điều chế một cách động để thu được thông lượng tối ưu khi mức SNR thu biến đổi trong phạm vi rộng theo thời gian. Trong thuật toán điều chế thì các tham số điều chế được xác định bởi thuộc tính của kênh. Tức là các tham số điều chế sẽ là một hàm của các tham số kênh.
Tham số điều chế = f (tham số kênh)
Quá trình thích nghi sẽ được thực hiện theo lưu đồ thuật toán H 4.1
Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán điều chế thích nghi
4.3 Kiến trúc của những hệ thống điều chế thích nghi
Hình 4.2 Kiến trúc của những hệ thống điều chế thích nghi
Hình 4.2 cho thấy điều chế thích nghi được sử dụng để thay đổi các tham số điều chế theo trạng thái kênh. Để thực hiện điều này thì phía phát phải biết trạng thái kênh trước khi truyền dẫn, và thông tin về kênh phải tuyệt đối chính xác. Phương pháp xác định trạng thái kênh còn được gọi là ước lượng kênh. Có hai phương pháp ước lượng kênh khác nhau, cách thứ nhất là phía phát nhận thông tin hồi tiếp về kênh từ phía thu, cách thứ hai là phía phát tự ước lượng kênh. Tuy nhiên đồ án sẽ tập trung vào phương pháp thứ nhất.
4.4 Chu trình hoạt động của hệ thống AOFDM
Chu trình hoạt động của hệ thống AOFDM bao gồm 3 bước cơ bản:
-Ước lượng chất lượng kênh
-Chọn các tham số cho quá trình phát tiếp theo
-Báo hiệu hay tách sóng mù về các tham số được sử dụng
4.4.1 Ước lượng chất lượng kênh
Ước lượng chất lượng kênh là nhiệm vụ quan trọng đầu tiên quyết định tới chất lượng của hệ thống. Để chọn được các tham số phát phù hợp cho lần truyền dẫn tiếp theo, cần ước lượng tương đối chính xác hàm truyền của kênh trong suốt khe thời gian truyền tiếp theo. Phần ước lượng kênh đã được trình bày trong chương 3 của đồ án.
4.4.2 Chọn các tham số cho quá trình phát tiếp theo
Dựa trên việc đoán chất lượng của kênh trong khe thời gian tiếp theo, máy phát cần lựa chọn các cách điều chế hay mã hóa phù hợp cho các sóng mang con. Bước tiếp theo này phụ thuộc vào chất lượng của các bộ điều chế hay mã hóa được sử dụng.
4.4.3 Báo hiệu hay tách sóng mù các tham số được sử dụng
Trong quá trình thích nghi, máy phát và máy thu cần báo hiệu cho nhau về tình trạng kênh hay về tham số của bộ giải điều chế được sử dụng cho gói tin đã nhận được. Thông tin này có thể được tải trong bản thân symbol OFDM nhờ các sóng mang Pilot hay các sóng mang dữ liệu. Để đơn giản hóa nhiệm vụ báo hiệu, có thể tiến hành thích nghi OFDM trên cơ sở băng con hay chọn các sơ đồ tách sóng mù để cần rất ít hay không cần các thông tin báo hiệu.
4.5 Một số cơ chế thích nghi được sử dụng trong hệ thống OFDM
Điều chế thích nghi cho phép tối ưu hoá chất lượng dịch vụ BER (QoS) và thông lượng truyền dẫn (BPS). Muốn vậy, cần thích nghi các thông số điều chế theo chất lượng của kênh truyền. Tồn tại nhiều cơ chế thích nghi như: mức điều chế, sơ đồ điều chế, SNR phát, số lượng sóng mang, vị trí sóng mang, tỷ lệ mã, tốc độ trải phổ…Các thuật toán này được xây dựng trên cơ sở làm thay đổi một hay một số các tham số điều chế thích nghi với trạng thái của kênh. Ở đây, ta xét một số cơ chế điển hình.
4.5.1 Thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang
Ảnh hưởng của kênh vô tuyến lên chất lượng truyền dẫn: Do tính chọn lọc tần số của kênh vô tuyến nghĩa là hàm truyền đạt kênh truyền không bằng phẳng dẫn đến các thành phần tần số của tín hiệu tin nằm trong khoảng lồi lõm của đặc tuyến hàm truyền đạt kênh bị thăng giáng tương ứng. Hậu quả làm cho BER tăng (giảm QoS).
Giải pháp khắc phục hiện tại:
Dùng các bộ cân bằng kênh và cân bằng kênh thích nghi trong miền tần số song hiệu quả thấp vì một khi tốc độ dữ liệu cao thì các bộ cân bằng sẽ không thể san phẳng toàn bộ đáp ứng kênh.
Phương pháp làm tăng giảm SNR của các sóng mang con theo các vùng tần số lồi lõm của hàm truyền đạt kênh nghĩa là: sẽ tăng công suất phát cho các sóng mang con ở các thành phần tần số nằm trong khoảng lõm của đáp ứng kênh và ngược lại làm giảm công suất phát của các sóng mang đối với thành phần tần số nằm trong khoảng lồi của đáp ứng kênh.
Giải pháp tăng hay giảm công suất phát đối với từng thành phần sóng mang con trong hệ thống OFDM rất phức tạp do đó tiến hành bằng cách tăng hay giảm năng lượng cho các thành phần tần số sóng mang con tại bộ điều chế sóng mang con (xem lại chương 2) bằng cách thay đổi tham số trải phổ cho từng thành phần sóng mang. Theo đó, tăng công suất bằng cách tăng giá trị của tham số trải phổ và giảm công suất bằng cách giảm giá trị tham số trải phổ. Tuy nhiên quá trình tính toán để tìm ra SNR cho từng thành phần tần số phía thu rất phức tạp.
Nhận xét: Mặc dù phương pháp này rất tốt đối với kênh pha đinh Rayleigh, tuy nhiên quá phức tạp và yêu cầu khối lượng xử lý lớn. Thực tế hay dùng phương pháp thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế.
4.5.2 Thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế
Trong hệ thống OFDM dữ liệu trước khi điều chế ký hiệu OFDM đều được điều chế sóng mang con. Có các sơ đồ điều chế chuyển mức khác nhau được sử dụng trong hệ thống OFDM như: M-PSK, M-ASK, M-QAM. Tùy thuộc điều kiện kênh truyền hay yêu cầu tiết kiệm năng lượng mà ta sẽ chọn sơ đồ điều chế phù hợp. Thông thường mức điều chế sẽ dựa trên cơ sở BER phía thu (hay SNR phía thu). Tuy nhiên với điều kiện kênh truyền xấu thì thường lựa chọn sơ đồ BPSK. Dưới đây là các mức SNR thu để điều khiển các mức điều chế (bảng 4.1).
Bảng 4.1 Điều khiển mức điều chế dựa trên các mức SNR thu
Mức SNR
Không phát
BPSK
4QAM
16QAM
64QAM
Dưới l1-k
Không phát
Không phát
Không phát
Không phát
Không phát
l1-k đến l1
Không phát
Không phát
Không phát
Không phát
Không phát
l1 đến l1+k
Không phát¯
Không phát¯
Không phát¯
Không phát¯
Không phát¯
l1+k đến l2-k
BPSK
BPSK
BPSK
BPSK
BPSK
l2-k đến l2
BPSK
BPSK
BPSK
BPSK
BPSK
l2 đến l2+k
BPSK¯
BPSK¯
BPSK¯
BPSK¯
BPSK¯
l2+k đến l3-k
4QAM
4QAM
4QAM
4QAM
4QAM
l3-k đến l3
4QAM
4QAM
4QAM
4QAM
4QAM
l3 đến l3+k
4QAM¯
4QAM¯
4QAM¯
4QAM¯
4QAM¯
l3+k đến l4-k
16QAM
16QAM
16QAM
16QAM
16QAM
l4-k đến l4
16QAM
16QAM
16QAM
16QAM
16QAM
l4 đến l4+k
16QAM ¯
16QAM ¯
16QAM ¯
16QAM ¯
16QAM ¯
Trên l4+k
64QAM
64QAM
64QAM
64QAM
64QAM
Trong đó k là dải động điều khiển công suất, dải động càng cao thì vùng điều khiển công suất sẽ càng lớn, thông thường k được thiết lập trong đoạn [0.5;1]. Các ngưỡng được ấn định như sau: l1=-, l2=8db, l3=14db, l4=20db cho sơ đồ AQAM không bị chặn, trong đó số liệu được truyền thường xuyên. Tương tự đối với sơ đồ AQAM có chặn, các mức ngưỡng là l1=5db, l2=8db, l 3=14db, l4=20db, trong đó máy phát bị cấm khi công suất tức thời thấp hơn l1. Ta coi rằng tại máy thu ước tính và bù trừ chất lượng kênh băng hẹp là hoàn hảo. Mũi tên ¯ kí hiệu cho giảm công suất. Hình 4.3 sẽ...