Thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM có máy thu chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đường

94 616 0
  • Loading ...
1/94 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 25/03/2015, 11:44

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƯƠNG THỊ HẰNG Thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM có máy thu chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đường LUẬN VĂN THẠC SỸ Người hướng dẫn: TS. Trịnh Anh Vũ Hà nội - 2005 1 MỞ ĐẦU 3 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5 CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 7 CHƢƠNG 1 : ĐƢỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN VÀ KỸ THUẬT MÔ PHỎNG ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN MÁY TÍNH. 1 1.1. Các yếu tố ảnh hƣởng truyền dẫn vô tuyến 10 1.1.1. Đặc tính sóng vô tuyến 10 1.1.2. Suy hao đƣờng truyền 10 1.1.3. Phading 11 1.1.3.1.Truyền đa đƣờng 11 1.1.3.2.Các yếu tố ảnh hƣởng đến phading đa đƣờng 12 1.1.3.3.Độ di tần Doppler 12 1.2. Kỹ thuật mô phỏng đƣờng truyền vô tuyến 13 1.2.1. Kênh AWGN 13 1.2.2. Kênh Fading Rayleigh 14 1.2.3. Kết luận 21 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THÔNG TIN ĐIỀU CHẾ TRỰC GIAO 22 2.2.1.Bộ chuyển đổi nối tiếp thành song song 26 2.2.2 Bộ điều chế M-QAM 26 2.2.3 Bộ biến đổi IFFT 27 2.2.4 Bộ chuyển đổi từ song song thành nối tiếp 27 2.2.5 Chèn tiền tố lặp CP: 28 2.2.6 Bộ chuyển dổi D/A, bộ dao động cao tần RF và bộ khuếch đại công suất HPA: 30 2.2.7 Kỹ thuật giải điều chế OFDM 31 2.3. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của hệ thống OFDM 34 2.3.1. Ƣu điểm: 34 2 2.3.1.1. Đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông tốc độ cao với khả năng kháng nhiễu tốt trên kênh Fading chọn lọc tần số: 35 2.3.1.2. Tính phân tập tần số cao 36 2.3.1.3. Hiệu suất sử dụng phổ cao 36 2.3.1.4 Tính đơn giản, hiệu quả khi thực thi hệ thống 37 2.3.2 Nhƣợc điểm 38 2.3.2.1 Tỉ số công suất cực đại trên công suất trung bình cao 38 2.3.2.2. Đồng bộ trong OFDM 38 CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ OFDM TRÊN MÁY TÍNH 39 3.1.Các thông số thiết kế một hệ OFDM[2] 39 3.2. Cấu trúc của chƣơng trình mô phỏng sử dụng máy tính [12 ] 41 3.3. Kết luận 52 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM CÓ MÁY THU CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO DÙNG KÝ HIỆU DẪN ĐƢỜNG 53 4.1 Giới thiệu 53 4.2. Ký hiệu dẫn đƣờng hỗ trợ sơ đồ điều chế OFDM 55 4.3. Kết luận 78 KẾT LUẬN . 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 83 3 MỞ ĐẦU Công nghệ Viễn thông trên thế giới đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội và an ninh của mỗi quốc gia cũng nhƣ trên toàn cầu. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ khác nhƣ điện tử, tin học, quang học… Công nghệ Viễn thông đã và đang mang đến cho con ngƣời những ứng dụng trong tất cảc các lĩnh vực nhƣ kinh tế, giáo dục, văn hoá, y học, thông tin quảng bá Các quốc gia đều coi Viễn thông tin học là một trong những ngành mũi nhọn và đƣợc đầu tƣ thích đáng để có đƣợc những thành tựu, những vị trí xứng đáng trong công cuộc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thông tin làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển của các ngành kinh tế quốc dân khác. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và truyền thông đã tạo ra các dịch vụ tốc độ cao, nhờ đó đáp ứng đƣợc nhu cầu trao đổi thông tin ngày một tăng của con ngƣời với độ chính xác và tin cậy cao. Đặc biệt hơn nữa, trong môi trƣờng truyền thông vô tuyến với đặc điểm không thuận lợi nhƣ truyền thông hữu tuyến, yêu cầu thiết kế hệ thống hợp lý để cung cấp hiệu năng truyền thông tin cậy là một vấn đề phức tạp. Để đạt đƣợc mục tiêu của các dịch vụ vô tuyến tế bào băng rộng cần thiết phải chuyển đổi sang các mạng truyền thông vô tuyến thế hệ thứ 4 (4G). Trong những năm gần đây điều chế đa sóng mang đang đƣợc sử dụng rất hiệu quả trong nhiều ứng dụng nhƣ đƣờng dây thuê bao số tốc độ cao HDSL, thuê bao số tốc độ rất cao VDSL, đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL, truyền hình số mặt đất BVD-T, mạng vô tuyến cục bộ WLAN, quảng bá truyền hình số với độ phân giải cao HDTV. Đặc biệt việc áp dụng OFDM cho các hệ thống Wireless LAN thu đƣợc nhiều thành tựu đáng kể, công nghệ OFDM đƣợc sử dụng làm cở sở của tầng vật lý PHY trong các tiêu chuẩn IEEE 802.11a ở Bắc Mỹ và HiPerLAN/2 ở Châu Âu, đƣợc xem xét cho các tiêu chuẩn IEEE 802.11g và WLAN 802.16. Để có thể truyền dữ liệu tốc độ cao nhƣ vậy mà vẫn đảm bảo chất lƣợng hình ảnh, âm thanh tốt thì các tham số của hệ thống phải đƣợc lựa chọn phù hợp. OFDM dựa trên phƣơng pháp điều chế đa sóng mang trong đó các sóng mang 4 con là trực giao (orthogonal) với nhau. Chính nhờ điều này mà nó có các ƣu điểm nổi bật nhƣ: khả năng chống nhiễu xuyên ký tự (ISI- inter Synbol Interference), tốc độ và dung lƣợng truyền thông tin lớn, chi phí lắp đặt thấp ( nhờ sự phát triển của các chip FFT và IFFT), hiệu suất phổ cao, tuy nhiên nó cũng có những nhƣợc điểm không tránh khỏi. Luận văn này sẽ giới thiệu tổng quan về OFDM, sử dụng Matlab làm công cụ để mô phỏng hệ thống OFDM, tìm hiểu về tác dụng của ký hiệu huấn luyện dặc biệt (pilot) hỗ trợ trong việc thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM di động tốc độ cao. Luận văn này đƣợc chia làm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Đƣờng truyền vô tuyến và kỹ thuật mô phỏng đƣờng truyền trên máy tính. Chƣơng 2: Nguyên lý hoạt động của hệ thông tin điều chế trực giao. Chƣơng 3: Thiết kế mô phỏng hệ OFDM trên máy tính Chƣơng 4: Mô phỏng hệ thống OFDM chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đƣờng. 5 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A/D Analog to Digital Converter AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex CE Channel Estimation CI Carrier-to-interference ratio CP Cyclic Prefix DAB Digital Audio Broadcast D/A Digital to Analog Converter DFT Discrete Fourier Transform DVB Digital Video Broadcast FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform GI Guard Interval HiperLan/2 High Performance Radio Local Area Networks Type 2 ICI Intercarrier Interference IFDT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform ISI InterSymbol Interference MT Mobile Terminal MAP Maximum A Posteriori Probability ML Maximum Likelihood LAN Local Area Network OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex PAR Peak to Average Power Ratio PAM Pulse Amptitude Modulation 6 PER Packet Error Rate P/S Parallel to Serial Converter PSK Phase Shift Keying M-QAM M ary- Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying RF Radio Frequency RFOSCI Radio Frequency Oscilator SNR Signal to Noise Ratio S/P Serial to Parallel Converter VLSI Very Large Scale Integrated WLAN Wireless Local Area Network 7 CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI Hình 1.1. Độ di tần Doppler Hình 2.1. Mô hình điều chế OFDM tƣơng tự Hình 2.2. Mô hình điều chế OFDM dùng IFFT/FFT. Hình 2.3. Giản đồ chòm sao của tín hiệu 16 QAM Hình 2.4. Kỹ thuật chèn tiền tố lặp CP. Hình 2.5.Chống ISI nhờ chèn CP Hình 2.6. Mô hình đi ều chế OFDM tƣơng đƣơng Hình 2.7. Đồng bộ trong hệ OFDM Hình 2.8 .Ảnh hƣởng của khe phading lên tín hiệu QAM đơn sóng mang Hình 2.9. Ảnh hƣởng của khe phading giảm đi khi tác dụng l n tín hiệu OFDM. Hình 2.10. Hiệu quả sử dụng dải tần của hệ OFDM Hình 3.1. Mô phỏng bằng máy tính tỷ số lỗi bít của một hệ thống OFDM Hình 3.2 Dạng đƣờng cong BER chuẩn Hình 3.3 Dạng đƣờng cong PER chuẩn Hình 3.4 : Dạng khung của mô hình mô phỏng Hình 3.5: (a)Truyền dữ liệu trên kênh I và (b) Truyền dữ liệu trên kênh Q Hình 3.6. Tín hệu vào và ra của bộ chuyển đổi IFFT Hình 3.7: Giản đồ PER dƣới tác động của các môi trƣờng Hình 3.8: Giản đồ BER khi Fd=150 Hình 4.1 : Dạng khung của mô hình mô phỏng Hình 4.2. Tín hệu vào và ra của bộ chuyển đổi IFFT Hình 4.3: Cấu trúc khung truyền của qúa trình mô phỏng truyền dẫn OFDM Hình 4.4. Dữ liệu truyền trên kênh I (a), Dữ liệu truyền trên kênh Q (b) Hình 4.5. Dữ liệu truyền trên kênh I (a), Dữ liệu truyền trên kênh Q (b) Hình 4.6. Dạng đƣờng cong BER (DATA) Hình 4.7. Dạng đƣờng cong PER Hình 4.8. Dạng đƣờng cong BER có DA Hình 4.9. Dạng đƣờng cong BER ( CE+ DATA) 8 Hình 4.10. Dạng đƣờng cong PER (CE+ DATA) 9 Các bảng sử dụng trong đề tài Bảng 3.1. Mô phỏng máy tính để tính toán BER của một hệ thống OFDM. [...]... ú tớn hiu OFDM thu c t phộp iu ch s l tng ca cỏc súng mang con trờn cỏc nhỏnh thnh phn v cú dng: SOFDM ( t ) 1 N 1 A n (t )e j[n t n ( t )] N n 0 (2.2) iu m ta thng phi quan tõm khi phõn tớch tớn hiu thu c sau khi thc hin iu ch OFDM chớnh l cỏc kớ hiu OFDM (OFDM symsols), vi cỏc c im v khong thi gian kộo di TS = TOFDM symbol =T ca nú Nu ta xột trong khong thi gian kộo di T ca mt kớ hiu OFDM thỡ... trung bỡnh tc gim PAR[20][21] 31 2.2.7 K thut gii iu ch OFDM Ti ni thu, b gii iu ch OFDM cng bao gm cỏc khi tng t nh ni phỏt súng vi chc nng ngc li Song, cú mt s im m ta phi thc chỳ ý õy ú l: K thut gii iu ch OFDM trong iu kin kờnh truyn v h thng khụng phi l lớ tng thỡ vic thc hin gii iu ch ti ni thu s gp nhng khú khn gỡ Bi vỡ, trong k thut gii iu ch ca h thng OFDM cú nhng im khỏc bit v phc tp hn nhiu... nhng mụi trng khỏc nhau hu tuyn cng nh vụ tuyn, vi hiu qu s dng ph tn cao ó tr thnh mt k thut quan trng, c nghiờn cu v trin khai trờn nhiu h thng khỏc nhau vi cỏc ch tiờu k thut cao, nhm ỏp ng nhu cu ngy cng cao ca xó hi v loi hỡnh thụng tin a phng tin trong thi gian hin nay 2.1 C s thc hin mụ hỡnh iu ch OFDM Thc ra, k thut iu ch OFDM ó c nghiờn cu v a ra t u nhng nm 60 v l mt ti quan trng ca nhng... iu ch OFDM tng ng Nh vy, kớ hiu OFDM thu c sau khi iu ch c biu din: N 1 i 2 j2 ( t t s ) T S( t ) s i N e N 2 i 2 S( t ) 0 Khi t s t t s T (2.7) Khi t t s t ts T Vi ts l im bt u cho mi kớ hiu OFDM hay l im bt u cho mi ca s OFDM Nh ó trỡnh by trờn, tớn hiu OFDM sau khi iu ch s c chốn thờm CP c chuyn i D/A v c a lờn bng tn vụ tuyn nh b dao ng cao tn ti u phỏt v sau ú c truyn n ni thu. .. CI Khối phát R FO S CI d'o Dữ liệu chuyển đổi thu d'1 Giải Điều ro r1 FF T Ro R1 chế s /p d'N-1 M-QAM chuyển đổi loại bỏ CP P/S rN-1 ftx Đồng bộ RN-1 thời gian và tần số A/D HPA Khối thu Hình 2.7: Đồng bộ trong hệ OFDM 2.3.1.1 ỏp ng c nhu cu truyn thụng tc cao vi kh nng khỏng nhiu tt trờn kờnh Fading chn lc tn s: Mt tr ngi rt ln i vi h n súng mang truyn thụng tc cao ú l vn Fading chn lc tn s Bi vỡ:... ny Chớnh vỡ vy, vic a ra ý tng thc hin iu ch tớn hiu OFDM bng cỏch s dng cỏc b bin i IFFT/FFT l mt trong nhng im mc quan trng trong s phỏt trin ca k thut iu ch a súng mang Cựng vi s phỏt trin ca k thut s, ca cụng ngh vi mch tớch hp tc x lý cao, k thut iu ch OFDM c thc hin n gin, hiu qu hn nhiu v c ng dng ngy cng rng rói Mụ hỡnh iu ch v gii iu ch OFDM dựng IFFT/FFT in hỡnh v thng c s dng nhiu trong... tỡm hiu chc nng ca tng khi trong h thng ny do dữ liệu chuyển đổi phát d1 s /p Điều chế so s1 I FF T so s1 đổi HPA chèn cp D/A P/S M-QAM sN-1 dN-1 chuyển ftx sN-1 R FO S CI Khối phát Kênh d'o Dữ liệu chuyển đổi thu d'1 Giải Điều ro r1 FF T Ro R1 chế P/S d'N-1 M-QAM R FO S CI chuyển đổi ftx loại bỏ CP s /p rN-1 RN-1 Khối thu Hỡnh 2.2: Mụ hỡnh iu ch OFDM dựng IFFT/FFT A/D 26 2.2.1.B chuyn i ni tip thnh... phỏp chốn CP hay chốn cỏc kớ hiu c bit vo gia cỏc kớ hiu OFDM iu ny nhm to iu kin thun li cho vic gii iu ch v vic thc hin ng b ti ni thu Chớnh bi c im ny, m cỏc kớ hiu OFDM c to bi N mu trờn cũn c gi l cỏc ca s "trt" OFDM [11] [8] 2.2.5 Chốn tin t lp CP: Nhng nh hng ca ISI lờn h thng OFDM cú th c ci thin khi ta thờm vo cỏc khong bo v trc mi kớ hiu OFDM Khong bo v ny c chn sao cho nú cú khong thi gian... h o v cỏc b dao ng cao t n RF b ng vi c x lý b ng g c thụng qua b bi n i DFT cú s d ng thu t toỏn bi n i Furier nhanh FFT v chớnh ý t ng trờn c a Weinstein v Ebert cựng v i s phỏt tri n r t nhanh c a cụng ngh VLSI t c cao ó t o c s cho s phỏt tri n v ng d ng r ng rói cỏc k thu t i u ch OFDM trong nhi u h th ng khỏc nhau B i v y, cú th hi u c sõu s c k thu t i u ch OFDM cựng v i nhng u... v nhiu b dao ng cao tn vi n nh tn s rt cao Chớnh bi nhng yờu cu rt kht khe ú, ó lm cho vic thc hin theo k thut ny gp rt nhiu khú khn v ó hn ch cht lng cng nh kh nng ng dng rng rói ca h trờn thc t Hỡnh 2.1:Mụ hỡnh iu ch OFDM tng t n n m 1971, cú m t úng gúp r t quan tr ng, ph i k n trong vi c phỏt tri n c a k thu t i u ch OFDM ú l úng gúp c a 23 hai tỏc gi : Weinstein v Ebert thu c phũng thớ . số thiết kế một hệ OFDM[ 2] 39 3.2. Cấu trúc của chƣơng trình mô phỏng sử dụng máy tính [12 ] 41 3.3. Kết luận 52 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM CÓ MÁY THU CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO DÙNG KÝ HIỆU. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƯƠNG THỊ HẰNG Thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM có máy thu chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đường LUẬN VĂN THẠC SỸ Người hướng dẫn: TS. Trịnh. mô phỏng đƣờng truyền trên máy tính. Chƣơng 2: Nguyên lý hoạt động của hệ thông tin điều chế trực giao. Chƣơng 3: Thiết kế mô phỏng hệ OFDM trên máy tính Chƣơng 4: Mô phỏng hệ thống OFDM chuyển
- Xem thêm -

Xem thêm: Thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM có máy thu chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đường, Thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM có máy thu chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đường, Thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM có máy thu chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đường, CHƯƠNG 1 : ĐƯỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN VÀ KỸ THUẬT MÔ PHỎNG ĐƯỜNG TRUYỀN TRÊN MÁY TÍNH., CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THÔNG TIN ĐIỀU CHẾ TRỰC GIAO, 1 Cơ sở thực hiện mô hình điều chế OFDM, 2 Mô hình điều chế và giải điều chế OFDM sử dụng bộ biến đổi IFFT/FFT, CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ OFDM TRÊN MÁY TÍNH, CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM CÓ MÁY THU CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO DÙNG KÝ HIỆU DẪN ĐƯỜNG., TÀI LIỆU THAM KHẢO

Từ khóa liên quan

Mục lục

Xem thêm

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn