Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn LUẬN VĂN Kĩ thuật ước lượng kênh truyền hệ thống OFDM WIMAX SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn LỜI MỞ ĐẦU 1) Đặt vấn đề Công nghệ OFDM tìm ứng dụng rộng rãi tiêu chuẩn viễn thông hệ thống truyền hình số DVB-T, phát số DAB, hay mạng truy nhập Internet băng thông rộng ADSL, …Hiện công nghệ ứng dụng hệ thống truy nhập Internet không dây băng rộng WIMAX theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 hệ thống di động toàn cầu hệ thứ nhiều hệ thống viễn thông khác WIMAX công nghệ không dây băng thông rộng mang lại tốc độ kết nối nhiều Megabit thông lượng cao cho phép truy cập khối lượng lớn liệu phim nội dung đa phương tiện, đồng thời có phạm vi phủ sóng rộng giúp mang lại khả truy cập tới liệu khoảng cách xa Hiện nhiều hãng sản xuất thiết bị điện tử Laptop, điện thoại thiết bị văn phòng khác tích hợp phần cứng phần mềm ứng dụng công nghệ WIMAX vào sản phẩm để đáp ứng nhu cầu ngày cao phong phú khách hàng Các thiết bị WIMAX kiểm tra khả tương thích với giúp khách hàng dễ dàng chuyển vùng từ hệ thống mạng sang hệ thống mạng khác với thiết bị Internet mình, mang lại cho người sử dụng trải nghiệm di động kết nối Để tiếp cận tìm hiểu công nghệ WIMAX vào tìm hiểu sở ứng dụng kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDMOthogonal Frequency Division Multiplex ) hệ thống WIMAX mà điển hình kĩ thuật ước lượng kênh truyền hệ thống OFDM WIMAX Vì nhiều hạn chế khả lẫn kiến thức nên đề tài nghiên cứu phương pháp ước lượng kênh hệ thống OFDM WiMAX đề làm tảng cho vấn đề chuyên sâu sau Rất mong góp ý thầy cô bạn bè khoa Điện Tử Viễn Thông-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 2) Kết cấu đề tài Đề tài chia làm chương, chương đầu khái niệm lý thuyết bản, chương trình bày phương pháp biểu thức tính toán ước lượng kênh Chương phần mô để làm rõ biểu thức tính toán chương Nội dung chương sau: SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống WiMAX Trình bày vấn đề liên quan đến mô hình hệ thống WiMAX bản, đặc điểm ứng dụng trình truyền tin lý thuyết thực tế Chương 2: Kĩ Thuật OFDM Và OFDMA Trong WiMAX Phần giới thiệu sở, đặc điểm kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao ứng dụng công nghệ OFDM WiMAX điển hình kĩ thuật OFDMA Chương 3: Kĩ Thuật Ước Lượng Kênh Trong Hệ Thống OFDM Mô tả phương pháp ước lượng kênh biểu thức toán học dựa đáp ứng xung kênh Chương 4: Mô Phỏng Ước Lượng Kênh Mô so sánh khác ước lượng MMSE ước lượng LS Đề xuất phương pháp giảm kích thước FFT ước lượng MMSE LS 3) Phương pháp nghiên cứu Đề tài làm rõ khái niệm ước lượng kênh OFDM, từ dựa vào biểu thức tính toán, thực mô so sánh khác ước lượng MMSE LS 4) Mục tiêu đề tài Từ kết mô đạt được, rút nhận xét ưu điểm nhược điểm phương pháp đề xuất phương pháp giảm kích thước FFT với phương pháp ước lượng CHƯƠNG : Tổng Quan Về Hệ thống WIMAX 1.1 Giới thiệu chương Trước vào tìm hiểu vấn đề ước lượng kênh hệ thống OFDM WiMAX, ta tìm hiểu hệ thống WiMAX gì?, có đặc điểm gì?, có ưu điểm ứng dụng thực tế 1.2 Giới thiệu hệ thống WIMAX : 1.2.1 WIMAX ? WIMAX từ viết tắt Worldwide Interoperability For Microwave Access-khả kết nối không dây diện rộng với truy nhập vi ba Nó cho phép truy nhập băng SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn thông rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) phương thức thay cho cáp DSL WIMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, mang xách tay được, di động mà không cần thiết tầm nhìn thẳng (line of sight) trực tiếp đến trạm WIMAX có phiên : WIMAX cố định (Fixed WIMAX) WIMAX di động(Mobile WIMAX) 1.2.2 Lịch sử đời : Chuẩn 802.16 xây dựng từ viện kĩ thuật điện điện tử từ năm 1999, tiêu chuẩn đưa giới công nhận vào năm 2001 2003 > 2004 > 2005 > 802.16a 802.16d 802.16e Chuẩn thiết kế hỗ trợ cho phương thức song công theo thời gian (Time Division Duplex-TDD) song công theo tần số (Frequency Division Duplex-FDD) TDD, đường lên đường xuống dùng chung kênh không truyền lúc FDD, đường lên đường xuống hoạt động kênh riêng biệt 1.2.3 Đặc điểm WIMAX: WIMAX di đông có đặc điểm giống EV-DO HSxPA nhằm tăng tốc độ truyền thông (Data Rate) Những đặc điểm bao gồm: mã hoá điều chế thích nghi (Adaptive Modulation and coding-AMC), kĩ thuật sửa lỗi dò lặp (Hybrid Automatic Repeat Request-HARQ) Phân bố nhanh (Fast Scheduling) chuyển giao mạng (Handover) nhanh hiệu Không giống công nghệ 3G dựa CDMA xây dựng nhằm vào dịch vụ thoại, WIMAX thiết kế để đáp ứng dịch vụ truyền liệu dung lượng lớn (trong có dịch vụ thoại VoIP) WIMAX sử dụng kĩ thuật trải phổ SOFDMA hạ tần mạng xây dựng IP WIMAX cung cấp khả kết nối Internet không dây nhanh WIFI, tốc độ uplink downlink cao hơn, sử dụng nhiều ứng dụng hơn, quan trọng vùng phủ ong rộng không bị ảnh hưởng địa hình WIMAX thay đổi cách tự động phương thức điều chế để tăng vùng phủ ong cách giảm tốc độ truyền ngược lại SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn Để tăng vùng phủ ong, chuẩn WIMAX sử dụng mạng Mesh sử dụng anten thông minh MIMO Dữ liệu truyền mạng WIMAX phân chia thành lớp dịch vụ với ưu tiên khác nhằm cung ứng QoS Ngoài bảo mật đặc điểm trội WIMAX so với WIFI 1.3 Các chuẩn WIMAX: 1.3.1 Chuẩn 802.16 : Chuẩn 802.16 tạo với mục đích tạo giao diện (Interface) không dây dựa giao thức MAC (Media Access Control) chung Kiến trúc mạng 802.16 bao gồm trạm phát BS (Base Station) người sử dụng ( SS-Subcribe Station ) Trong vùng phủ ong, trạm BS điều khiển toàn truyền liệu (Traffic) Điều có nghĩa trao đổi truyền thông SS với Nối kết BS SS gồm kênh Downlink Uplink Kênh Uplink chia cho nhiều SS kênh Downlink có đặc điểm Broadcast Trong trường hợp vật cản BS SS ( Line of sight ), thông tin trao đổi băng tần cao Ngược lại, thông tin trao đổi băng tần thấp để chống lại nhiễu 1.3.2 Các chuẩn bổ sung (Amendments) WIMAX :  Chuẩn 802.16a: Chuẩn sử dụng băng tần có quyền từ 2-11 Ghz Đây băng tần thu hút nhiều quan tâm tín hiệu truyền vượt chướng ngại đường truyền 802.16a thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà thiết bị cuối (Terminal) liên lạc với BS thông qua thiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ ong 802.16a BS nới rộng  Chuẩn 802.16b: Chuẩn hoạt động băng tần 5-6Ghz với mục đích cung ứng dịch vụ với chất lượng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin ứng dụng Video, thoại, Real-time thông qua lớp dịch vụ khác (Class of Service)  Chuẩn 802.16c: Chuẩn định nghĩa ong Profile cho dải băng tần từ 10-66 Ghz với mục đích cải tiến Interoperability  Chuẩn 802.16d: Có số cải tiến nhỏ so với 802.16a Chuẩn chuẩn hoá 2004 Các thiết bị Pre-WIMAX có thị trường dựa vào chuẩn SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn  Chuẩn 802.16e: Đang giai đoạn hoàn thiện chuẩn hoá Đặc điểm bật chuẩn khả cung cấp dịch vụ di động ( vận tốc di chuyển lớn mà sử dụng dịch vụ lên đến 100 Km/h ) Ngoài ra, có nhiều chuẩn bổ sung khác triển khai giai đoạn chuẩn hoá 802.16g, 802.16f, 802.16h… 1.4 Các công nghệ sử dụng WIMAX: 1.4.1 Điều chế thứ tự cao hơn: Ngược với công nghệ tương tự có trước (FM,AM) biểu đồ điều chế số hóa hiệu suất thấp (PSK, BPSK, QPSK) sử dụng rộng rãi mạng ngày nay, công nghệ băng rộng không dây yêu cầu sử dụng biểu đồ điều chế theo thứ tự cao với hiệu trải phổ tốt Tuy nhiên biểu đồ điều chế theo thứ tự cao dễ bị tác động nhiễu (Interference) tượng đa đường dẫn Cả hai yếu tố phổ biến triển khai mạng không dây có mặt khắp nơi với số lượng người ong lớn Hình 1.1: Một số lược đồ điều chế theo thứ tự khác Để biết tác động này, công nghệ OFDM, OFDMA SOFDMA công nghệ truy cập cải tiến hỗ trợ kênh cần thiết để đạt hiệu trải phổ cao với thông lượng kênh cao Những công nghệ tản cho WIMAX di động hệ thống băng rộng di động hệ khác 1.4.1.1 Công nghệ OFDM: SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn Nhu cầu dịch vụ băng thông rộng tin cậy điều kiện truyền không dây bị che chắn (tầm nhìn khuất–NLOS, đặc biệt bị ảnh hưởng tượng đa đường dẫn can thiệp từ nhà cung cấp dịch vụ không dây khác) đưa công nghệ không dây vào triển khai rộng khắp sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM chuẩn sản phẩm Hình 1.2: Công nghệ OFDM Công nghệ OFDM chia luồng liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp vùng tần số sử dụng ong mang trực giao với ong mang khác Những ong mang sau ghép thành kênh tần số để truyền vô tuyến Hình 1.3 : Lược đồ SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 ong mang OFDM Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn Các đường truyền băng hẹp sử dụng kí tự có khoảng thời gian dài (LongDuration-Sysbol) miền thời gian để làm cho kí tự không bị méo tượng đa đường dẫn Bằng cách sử dụng khoảng thời gian kí tự xấp xỉ 100 ms với khoảng bảo vệ khoảng 10 ms, công nghệ OFDM cho phép khắc phục tác động tượng đa đường Hình 1.4 : Sự nguyên vẹn kí tự sử dụng làm chậm trễ tượng đa đường dẫn với khoảng bảo vệ thời gian Để đảm bảo khả trực giao, khoảng dãn cách ong mang phải chọn lựa ong đảo ngược với khoảng thời gian kí tự Hình 1.5 : Khoảng dãn cách ong mang lựa chọn để ong mang trực giao với ong mang khác Độ dãn cách ong mang phải cân với đảo ngược khoảng thời gian kí tự Số lượng ong mang phụ thuộc vào nhiều yếu tố độ rộng kênh mức độ nhiễu Con số tương ứng với kích thước FFT ( Fast-Fourier-Transformer ) SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16-2004 xác định rõ 256 sóng mang con, tương ứng với kích cỡ FFT từ 512 đến 2048 phù hợp với độ rộng kênh từ tới 20 Mhz để trì tương đối khoảng thời gian không đổi kí tự khoảng dãn cách ong mang độc lập với độ rộng kênh Vì với công nghệ OFDM, kết hợp ong mang trực giao truyền song song với kí tự có khoảng thời gian dài đảm bảo lưu lượng băng thông rộng không bị hạn chế môi trường bị che chắn tầm nhìn (NLOS) nhiễu tượng đa đường dẫn 1.4.1.2 Công nghệ OFDMA: Truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA ) công nghệ đa ong mang phát triển từ công nghệ OFDM, ứng dụng công nghệ đa truy cập Được diễn tả biểu đồ đây, OFDMA hỗ trợ nhiệm vụ ong mang thuê bao định Mỗi nhóm ong mang biểu thị kênh (sub-channel), thuê bao định nhiều kênh để truyền phát dựa yêu cầu cụ thể lưu lượng thuê bao Hình 1.6 : Công nghệ OFDM OFDMA SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn OFDMA có số ưu điểm khả linh hoạt tăng, thông lượng tính ổn định cải tiến Bằng việc ấn định kênh cho thuê bao cụ thể, việc truyền phát thuê bao xảy đồng thời mà không cần can thiệp nào, giảm thiểu tác động ảnh hưởng đa truy cập –MAI (Multiplex Access interference) Hơn nữa, tượng kênh cho phép tập trung công suất phát qua số lượng ong mang Kết làm tăng số đường truyền dẫn đến tăng phạm vi khả phủ ong Việc sửa đổi bổ sung chuẩn IEEE 802.16e-2005 triển khai nhằm mở rộng chuẩn vô tuyến 802.16 đáp ứng ứng dụng di động Sự bổ sung cho phép công nghệ OFDMA đáp ứng nhiều tính sử dụng cách linh hoạt thách thức việc thuê bao di động di chuyển nhanh môi trường NLOS Chuẩn 802.16e-2005 hỗ trợ tuỳ chọn phân phối kênh con, tùy theo tình sử dụng sau :  Các ong mang tán xạ thông qua kênh tần số Điều liên quan đến việc sử dụng phân hoá kênh (sub-channelization) FUSC  Một số nhóm ong mang tán xạ sử dụng để tạo thành kênh Điều liên quan phần đến việc sử dụng phân hoá kênh (subchannelization) PUSC  Các kênh tạo nhóm ong mang Điều liên quan đến điều biến mã hoá tuỳ ứng AMC Với PUSC FUSC, việc phân phối ong mang tới kênh thực theo mô hình giả ngẫu nhiên mà ong mang kênh định cell định khác với ong mang kênh cell khác (VD : ong mang kênh cell hoàn toàn khác với ong mang kênh cell 2) Sự hoán đổi giả ngẫu nhiên có ảnh hưởng tương đối đến nhiễu Điều làm giảm tác động đối nghịch tượng nhiễu cell Nhìn chung, FUSC PUSC tuỳ chọn tốt cho ứng dụng di động, AMC hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng cố định, mang xách di chuyển chậm SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 10 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn XFG=X*H; n1=ones(64,1); n1=n1*0.000000000000000001i;%cong nhieu gauss vao tin hieu noise=awgn(n1,8);%cho kenh suy hao 8db variance=var(noise); N=fft(noise); Y=XFG+N; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%% % gia tri cua ma tran tuong quan Rgg %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%% gg=zeros(64,64); for i=1:64 gg(i,i)=G(i); end gg_myu = sum(gg, 1)/64; gg_mid = gg - gg_myu(ones(64,1),:); sum_gg_mid= sum(gg_mid, 1); Rgg = (gg_mid' * gg_mid- (sum_gg_mid' * sum_gg_mid) / 64) / (64 - 1); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Su dung thuat toan LS va MMSE %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Gia tri cua Hls %Hmmse=inv(X)*Y; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% H_ls=(inv(X)) * Y; Hls=zeros(64,64); for i=1:64 Hls(i,i)=H_ls(i); end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% % Gia tri cua Hmmse SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 51 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn %Hmmse=F*Rgg*inv(Rgy)*Y; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% u=rand(64,64); F=fft(u)*inv(u);%tao ma tran F 64x64 I=eye(64,64); Rgy=Rgg * F'* X'; Ryy=X * F * Rgg * F' *X' + variance * I; for i=1:64 yy(i,i)=Y(i); end Gmmse=Rgy * inv(Ryy)* Y; H_mmse=fft(Gmmse); for i=1:64 Hmmse(i,i)=H_mmse(i); end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% %Mo phong thoi gian thuc for n=1:6 SNR_send=5*n; error_count_ls=0;%cho error-count ban đầu error_count_mmse=0;%cho error-count ban đầu %gui 1000 vector du lieu qua kenh for c=1:1000 %phat du lieu ngau nhien[i/p matrix ] X=zeros(64,64); d=rand(64,1); for i=1:64 if(d(i)>=0.5) d(i)=+1; else d(i)=-1; end end for i=1:64 X(i,i)=d(i); SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 52 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn end XFG=X*H;%dan no qua kenh thuc n1=ones(64,1); n1=n1*0.000000000000000001i;%cong nhieu gauss trang noise=awgn(n1,SNR_send); variance=var(noise); N=fft(noise); Y=XFG+N; %bat dau nhan %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% % I:LS ESTIMATOR BASED RECEIVER: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% I=inv(Hls)* Y; for k=1:64 if(real(I(k))>0) I(k)=1; else I(k)=-1; end end for k=1:64 if(I(k)~=d(k)) error_count_ls=error_count_ls+1; end end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% % I:MMSE ESTIMATOR BASED RECEIVER: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% I=inv(Hmmse)* Y; for k=1:64 if(real(I(k))>0) I(k)=1; SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 53 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn else I(k)=-1; end end for k=1:64 if(I(k)~=d(k)) error_count_mmse=error_count_mmse+1; end end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%% end ser_ls(n)=error_count_ls/64000; ser_mmse(n)=error_count_mmse/64000; ser_ls ser_mmse SNR(n)=SNR_send; end; %hienthi semilogy(SNR,ser_mmse,'k-'); grid on; xlabel('SNR in DB'); ylabel('Symbol Error Rate'); title('PLOT OF SNR V/S SER FOR AN OFDM SYSTEM WITH MMSE/LS ESTIMATOR BASED RECEIVERS'); hold on; semilogy(SNR,ser_ls,'b*'); semilogy(SNR,ser_ls,'b-'); semilogy(SNR,ser_mmse,'kv'); grid on; xlabel('SNR in DB'); ylabel('Symbol Error Rate'); title('PLOT OF SNR V/S SER FOR AN OFDM SYSTEM WITH MMSE/LS ESTIMATOR BASED RECEIVERS') SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 54 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn 4.3 Mô so sánh ước lượng MMSE LS: %tao ham MSE voi uoc luong MMSE function ms_error=MMSE_MSE_calc(X,H,Y,Rgg,F,variance) %gia tri cua Hmmse %Hmmse=F*Rgg*inv(Rgy)*Y; I=eye(64,64); Rgy=Rgg * F'* X'; Ryy=X * F * Rgg * F' *X' + variance * I; Gmmse=Rgy * inv(Ryy)* Y; Hmmse=fft(Gmmse); ms_error_mat=mean(((abs(H)-abs(Hmmse))/abs(H)).^2); for i=1:64 if(ms_error_mat(i)~=0) ms_error=ms_error_mat(i); end end -%tao ham MSE voi uoc luong LS function ms_error=LS_MSE_calc(X,H,Y) %gia tri cua Hls Hls=inv(X)*Y; ms_error_mat_LS=mean((abs(H-Hls)/abs(H)).^2); for i=1:64 if(ms_error_mat_LS(i)~=0) ms_error=ms_error_mat_LS(i); end end SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 55 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % SO SANH UOC LUONG MMSE VA LS TRONG HE THONG OFDM VOI 64 SONG MANG CON %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %gia thiet dieu che BPSK symbols:+1/-1 clc clear X=zeros(64,64); d=rand(64,1); for i=1:64 if(d(i)>=0.5) d(i)=+1; else d(i)=-1; end end for i=1:64 X(i,i)=d(i); End %TINH MA TRAN G tau=[0.5 3.5];%tre lan truyen dan for k=1:64 s=0; for m=1:2 s=s+(exp(-j*pi*(1/64)*(k+63*tau(m))) * (( sin(pi*tau(m)) / sin(pi*(1/64)*(tau(m)-k))))); end g(k)=s/sqrt(64);%bieu thuc toan hoc cua dap ung xung g(k) end G=g'; H=fft(G); u=rand(64,64); F=fft(u)*inv(u); SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 56 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%% %GIA TRI CUA MA TRAN TUONG QUAN G-Rgg %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%% gg=zeros(64,64); for i=1:64 gg(i,i)=G(i); end gg_myu = sum(gg, 1)/64; gg_mid = gg - gg_myu(ones(64,1),:); sum_gg_mid= sum(gg_mid, 1); Rgg = (gg_mid' * gg_mid- (sum_gg_mid' * sum_gg_mid) / 63) /64; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%% for m=1:15 for n=1:7 SNR_send=5*n; XFG=X*H; n1=ones(64,1); n1=n1*0.0000000000001i;%cong nhieu gau vao tin hieu noise=awgn(n1,SNR_send); variance=var(noise); N=fft(noise); Y=XFG+N; %gia tri cua uoc luong LS cho uoc luong MSE mean_squared_error_ls=LS_MSE_calc(X,H,Y); %gia tri cua uoc luong MMSE cho uoc luong MSE mean_squared_error_mmse=MMSE_MSE_calc(X,H,Y,Rgg,F,variance); SNR(n)=SNR_send; mmse_mse(m,n)=mean_squared_error_mmse; ls_mse(m,n)=mean_squared_error_ls; end end SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 57 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn ls_mse mmse_mse mmse_mse_ave=mean(mmse_mse); ls_mse_ave=mean(ls_mse); %hien thi tren thi semilogy(SNR,mmse_mse_ave,'g-'); grid on; xlabel('SNR in DB'); ylabel('mean squared error'); title('So sanh uoc luong LS va MMSE cho he thong OFDM'); hold on; semilogy(SNR,ls_mse_ave,'b*'); semilogy(SNR,ls_mse_ave,'b-'); semilogy(SNR,mmse_mse_ave,'gv'); grid on; xlabel('SNR in DB'); ylabel('mean squared error'); title('So sanh uoc luong LS va MMSE cho he thong OFDM'); 4.4 Mô giảm kích thước FFT với ước lượng MMSE : %%%%%%%%%tao ham Hmmse MMSE-0%%%%%% function ms_error=Mo_MMSE_calc(X,Y,F,Rgg,H) %Mo_Hmmse=T*Qmmse*T'*X'*Y; %tinh variance for n=1:15 n1=ones(64,1); SNR_send=5*n; noise=awgn(n1,SNR_send); variance=var(noise); end %Tinh T0 T0=F(1:5,1:5); %tinh R0 R0=Rgg(1:5,1:5); %tinh X0 X0=X(1:5,1:5); %tinh Y0 Y0=Y(1:5,1); %tinh H0 SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 58 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn H0=H(1:5,1); I0=eye(5,5); Rgy=R0 * T0'* X0'; Ryy=X0 * T0 * R0 * T0' *X0' + variance * I0; Gmmse=Rgy * inv(Ryy)* Y0; Hmmse=T0*Gmmse; ms_error_mat=mean(((abs(H0)-abs(Hmmse))/abs(H0)).^2); for i=1:5 if(ms_error_mat(i)~=0) ms_error=ms_error_mat(i); end end %%%%%%%%%tao ham Hmmse MMSE-5%%%%%% function ms_error=M5_MMSE_calc(X,Y,F,Rgg,H) %Mo_Hmmse=T*Qmmse*T'*X'*Y; %Tinh variance for n=1:15 n1=ones(64,1); SNR_send=5*n; noise=awgn(n1,SNR_send); variance=var(noise); end %tinh ma tran T T3=F(1:15,1:10); T4=F(1:15,60:64); T5=[T3,T4]; %Tinh ma tran R R1=Rgg(1:10,1:10); R2=[R1;zeros(5,10)]; R3=Rgg(60:64,60:64); R4=[zeros(10,5);R3]; R5=[R2,R4]; %Tinh X1 X3=X(1:15,1:10); X4=X(50:64,60:64); X5=[X3,X4]; SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 59 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn %Tinh Y1 Y2=Y(1:10,1); Y3=Y(60:64,1); Y5=[Y2;Y3]; %Tinh H1 H2=H(1:10,1); H3=H(60:64,1); H5=[H2;H3]; I5=eye(15,15); Rgy=R5 * T5'* X5'; Ryy=X5 * T5 * R5 * T5' *X5' + variance * I5; Gmmse=Rgy * inv(Ryy)* Y5; Hmmse5=T5*Gmmse; ms_error_mat=mean(((abs(H5)-abs(Hmmse5))/abs(H5)).^2); for i=1:15 if(ms_error_mat(i)~=0) ms_error=ms_error_mat(i); end end -%%%%%%%%%tao ham cai tien Hmmse MMSE-10%%%%%% function ms_error=M10_MMSE_calc(X,Y,Rgg,H,F) %Mo_Hmmse=T*Qmmse*T'*X'*Y; %tinh ma tran T for n=1:15 n1=ones(64,1); SNR_send=5*n; noise=awgn(n1,SNR_send); variance=var(noise); end %tinh ma tran T T8=F(1:25,1:15); T9=F(1:25,55:64); T10=[T8,T9]; %Tinh ma tran R SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 60 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn R6=Rgg(1:15,1:15); R7=[R6;zeros(10,15)]; R8=Rgg(55:64,55:64); R9=[zeros(15,10);R8]; R10=[R7,R9]; %Tinh X1 X8=X(1:25,1:15); X9=X(40:64,55:64); X10=[X8,X9]; %Tinh Y1 Y8=Y(1:15,1); Y9=Y(55:64,1); Y10=[Y8;Y9]; %Tinh H1 H8=H(1:15,1); H9=H(55:64,1); H10=[H8;H9]; I10=eye(25,25); Rgy=R10 * T10'* X10'; Ryy=X10 * T10 * R10 * T10' *X10' + variance * I10; Gmmse=Rgy * inv(Ryy)* Y10; Hmmse10=T10*Gmmse; ms_error_mat=mean(((abs(H10)-abs(Hmmse10))/abs(H10)).^2); for i=1:25 if(ms_error_mat(i)~=0) ms_error=ms_error_mat(i); end end %%%%%%%%%%%%%%%%Chuong trinh chinh%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % SO SANH UOC LUONG MMSE VA LS TRONG HE THONG OFDM VOI 64 SONG MANG CON %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 61 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %gia thiet dieu che BPSK symbols:+1/-1 clc clear X=zeros(64,64); d=rand(64,1); for i=1:64 if(d(i)>=0.5) d(i)=+1; else d(i)=-1; end end for i=1:64 X(i,i)=d(i); End %TINH MA TRAN G tau=[0.5 3.5];%tre lan truyen dan for k=1:64 s=0; for m=1:2 s=s+(exp(-j*pi*(1/64)*(k+63*tau(m))) * (( sin(pi*tau(m)) / sin(pi*(1/64)*(tau(m)-k))))); end g(k)=s/sqrt(64);%bieu thuc toan hoc cua dap ung xung g(k) end G=g'; H=fft(G); u=rand(64,64); F=fft(u)*inv(u); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%% %GIA TRI CUA MA TRAN TUONG QUAN G-Rgg %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%% gg=zeros(64,64); for i=1:64 SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 62 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn gg(i,i)=G(i); end gg_myu = sum(gg, 1)/64; gg_mid = gg - gg_myu(ones(64,1),:); sum_gg_mid= sum(gg_mid, 1); Rgg = (gg_mid' * gg_mid- (sum_gg_mid' * sum_gg_mid) / 63) /64; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%% for m=1:15 for n=1:7 SNR_send=5*n; XFG=X*H; n1=ones(64,1); n1=n1*0.0000000000001i;%cong nhieu gau vao tin hieu noise=awgn(n1,SNR_send); variance=var(noise); N=fft(noise); Y=XFG+N; %gia tri cua uoc luong LS cho uoc luong MSE mean_squared_error_ls=LS_MSE_calc(X,H,Y); %gia tri cua uoc luong MMSE cho uoc luong MSE mean_squared_error_mmse=MMSE_MSE_calc(X,H,Y,Rgg,F,variance) %gia tri cua cai tien uoc luong MMSE-0 mean_Mo_squared_error_mmse=Mo_MMSE_calc(X,Y,F,Rgg,H); %gia tri cua cai tien uoc luong MMSE-5 mean_M5_squared_error_mmse=M5_MMSE_calc(X,Y,F,Rgg,H); %gia tri cua cai tien uoc luong MMSE-10 mean_M10_squared_error_mmse=M10_MMSE_calc(X,Y,Rgg,H,F); SNR(n)=SNR_send; mmse_mse(m,n)=mean_squared_error_mmse; ls_mse(m,n)=mean_squared_error_ls; Mo_mmse_mse(m,n)=mean_Mo_squared_error_mmse; M5_mmse_mse(m,n)=mean_M5_squared_error_mmse; M10_mmse_mse(m,n)=mean_M10_squared_error_mmse; SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 63 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn end end ls_mse mmse_mse Mo_mmse_mse M5_mmse_mse M10_mmse_mse mmse_mse_ave=mean(mmse_mse); ls_mse_ave=mean(ls_mse); Mo_mmse_mse_ave=mean(Mo_mmse_mse); M5_mmse_mse_ave=mean(M5_mmse_mse); M10_mmse_mse_ave=mean(M10_mmse_mse); %hien thi tren thi semilogy(SNR,mmse_mse_ave,'g-'); grid on; xlabel('SNR in DB'); ylabel('mean squared error'); title('So sanh uoc luong LS va MMSE,MMSE-0,MMSE-5,MMSE-10 cho he thong OFDM'); hold on; semilogy(SNR,ls_mse_ave,'b*'); semilogy(SNR,ls_mse_ave,'b-'); semilogy(SNR,mmse_mse_ave,'gv'); semilogy(SNR,Mo_mmse_mse_ave,'r-'); semilogy(SNR,Mo_mmse_mse_ave,'ro'); semilogy(SNR,M5_mmse_mse_ave,'k-'); semilogy(SNR,M5_mmse_mse_ave,'kp'); semilogy(SNR,M10_mmse_mse_ave,'m-'); semilogy(SNR,M10_mmse_mse_ave,'mp'); grid on; xlabel('SNR in DB'); ylabel('mean squared error'); title('So sanh uoc luong LS va MMSE,MMSE-0,MMSE-5,MMSE-10 cho he thong OFDM'); SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 64 Đề Tài Tốt Nghiệp SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn Trang 65 [...]... thống WIMAX Để tìm hiểu điều này, ta sẽ tìm hiểu cấu trúc của một hệ thống OFDM cơ bản, phương thức điều chế thu-phát tín hiệu và các ứng dụng thực tế của nó trong hệ thống WIMAX (hệ thống OFDMA) 2.2 Công nghệ điều chế OFDM: 2.2.1 Cơ sở của OFDM: Cơ sở ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM- Orthogonal Frequency Division Multiplex) nó chia nhỏ băng thông thành các tần số ong mang con Trong một hệ. .. 6dB trong khi vẫn cải tiến được tín hiệu truyền phát bị suy giảm Kết quả là beamforming đem lại khả năng mở rộng hơn, thông lượng cao hơn và tăng khả năng phủ ong trong nhà (indoor) Với số lượng trạm gốc ít hơn để đạt được một dung lượng cụ thể trong một hệ thống, beam-forming là công nghệ anten thông minh thứ 3 được hợp nhất trong thông số kĩ thuật của WIMAX để tăng dung lượng hệ thống và tính năng trong. .. năng của WIMAX có thể đáp ứng nhu cầu của mọi người như thế nào, ta có thể xem xét một số mô hình ứng dụng của WIMAX trong mạng nội bộ cũng như ở các dịch vụ công cộng 1.6 Kết luận chương Có thể nói WIMAX là chuẩn sẽ được mọi người mong đợi nhất vì tính ưu việt của nó trong thiết kế cũng như trong ứng dụng Hệ thống của WIMAX được tích hợp rất nhiều công nghệ nhanh và hiệu quả WIMAX sử dụng các kĩ thuật. .. 802.16e-2005 Trong kênh tần số 5Ghz một FFT kích cỡ 512 sóng mang con được xác định còn một kênh 10Mhz, một FFT kích cỡ 1024 được xác định Điều đó đảm bảo rằng cả 2 hệ thống 5Mhz và 10Mhz có cùng khoảng thời gian của kí tự và do đó có cùng khả năng chống méo đa đường kể cả khi 2 hệ thống khác nhau về kích cỡ 1.4.1.4 Các công nghệ anten sử dụng trong WIMAX: 1.4.1.4.1 Hệ thống anten thông minh: Hệ thống công nghệ... thuật OFDM và OFDMA nhằm tận dụng tối đa băng thông tiết kiệm được nguồn tài nguyên về tần số, đồng thời nâng cao tốc độ của đường truyền đáp ứng được các nhu cầu của các dịch vụ đòi hỏi các ứng dụng thời gian thực SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 20 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn CHƯƠNG 2 : Kĩ thuật OFDM và OFDMA trong WIMAX 2.1 Giới thiệu chương WIMAX sử dụng kĩ thuật điều chế OFDM. .. về tham số của bộ giải điều chế được sử dụng cho gói tin đã nhận được … thông tin này có thể lấy trong bản ong sysbol OFDM nhờ các ong mang Pilot 2.3 Kĩ thuật OFDMA trong WIMAX: 2.3.1 Cấu trúc biểu tượng OFDMA và kênh con hoá: Cấu trúc biểu tượng OFDMA gồm 3 loại ong mang con như hình 2.6:  ong mang con dữ liệu (Dat) cho truyền dữ liệu  ong mang con dẫn đường (Pilot) cho mục đích ước lượng và đồng... hưởng của CP cũng tương tự như hệ số roll-off trong các hệ thống ong mang đơn được lọc cosin nâng Do OFDM có một phổ “tường gạch” đan xen rất nhọn, một tỉ lệ lớn các băng thông kênh cấp phát có thể được sử dụng cho truyền số liệu, giúp làm giảm suy hao hiệu suất do tiền tố vòng CP OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh đa đường bằng cách mã hoá và chèn thông tin trên các ong mang con trước khi truyền. .. Viễn OFDMA là một nguyên lý đa truy nhập-ghép kênh cung cấp khả năng ghép kênh các luồng dữ liệu từ nhiều người ong trên các kênh con hướng xuống và đa truy nhập hướng lên nhờ các kênh con hướng lên 2.2.1.3 biểu tượng pilot: Các biểu tượng Pilot đóng vài trò quan trọng trong việc cân bằng và ước lượng kênh Trong quá trình truyền tín hiệu, máy thu và máy phát cần phải báo cho nhau về tình trạng của kênh. .. không dây khác 1.4.1.4.2 Công nghệ đa cổng vào ra : Công nghệ đa cổng vào ra (MIMO) miêu tả các hệ thống sử dụng nhiều hơn 1 radio và hệ thống anten tại một điểm cuối của các đường kết nối không dây Trước đây, chi phí để kết hợp nhiều anten và các radio trong một đầu cuối khách ong là rất cao Các cải tiến gần đây trong công nghệ tích hợp và triển khai quy mô nhỏ cho hệ thống vô tuyến làm tăng tính khả... với các hệ thống cellular truyền thống là hệ số 3 hoặc 7-tùy theo nhu cầu 3-7 kênh tần số khác nhau để triển khai một mô hình mạng cụ thể SVTH: Lê Tiến Dũng Lớp: 03DT1 Trang 14 Đề Tài Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Duy Nhật Viễn Hình 1.9 : Mô hình sử dụng lại tần số (a)-3 tần số ( hệ thống Digital ) (b)-7 tần số ( Analog FDMA ) ©-OFDMA và CDMA Mục đích khác được sử dụng trong cả 2 công nghệ OFDMA và