Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết đưa ra một số mô phỏng về nguyên lý hoạt động của một giải pháp điều chế đặc biệt có thể ứng dụng rất hiệu quả trong thông tin vô tuyến dưới nước, đó là Phương thức điều chế kết hợp OQPSK-OFDM.
5 Kết thảo luận Kết báo cung cấp thêm cơng cụ hữu ích việc phân tích hình thái học dạng hạt mài mòn động chứa đựng dầu bôi trơn Đây bước quan trọng việc hình thành tốn chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động việc phân tích tiêu kỹ thuật dầu bôi trơn đầy đủ Việc sử dụng công nghệ mạng nơ ron nhân tạo cho phép chẩn đoán nhanh kết có nhờ tận dụng kiến thức hiểu biết hình dạng hạt mài mòn trung tâm nghiên cứu hay chuyên gia kỹ thuật Nó cho phép chủ tàu, kỹ thuật công ty hay kỹ sư khai thác máy có thơng tin hiệu trạng thái kỹ thuật động mà không cần quan tâm sâu sắc lý thuyết ma sát mài mòn Các thơng số dạng hình học dạng hạt mài nhiều, đặc trưng mạng nhận dạng xác Đây vấn đề tác giả tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện ngồi việc sử dụng 10 dạng kích thước báo Nghiên cứu tổng hợp lập mơ hình chẩn đốn cụ thể từ tiêu đơn giản đến phức tạp mẫu dầu bôi trơn để đạt hiệu cao nhất, tiết kiệm thời gian, chi phí vấn đề tác giả tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Đại An, Ths Mai Thế Trọng, Khả sử dụng công nghệ ạng nơ ron nhân tạo dựa việc phân tích tiêu kỹ thuật dầu nhớn để mơ hình hóa xác định trạng thái kỹ thuật động diesel tàu thủy khai thác, Bài báo khoa học, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, tháng 9.2012 [2] Nguyễn Tuấn Minh, Chẩn đoán kỹ thuật động điêzen sở phân tích tính chất lý hố dầu bôi trơn hạt mài chứa dầu Luận văn Tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2008 [3] Principe J.C., Euliano N.R., Lefebvre W.C Neural and adaptive systems: Fundamentals through simulations John Wiley & Sons, 2000 656 p [4] TS Lê Văn Điểm Ths Mai Thế Trọng, Nhận dạng trạng thái kỹ thuật động A38 tàu VINAFCO 25 mạng nơ ron nhân tạo MLP, Bài báo khoa học, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, tháng 4.2009 [5] Matlab – Neural networks tool box, 2005 [6] Nguyen D., Widrow B (1990) Improving the Learning Speed of 2-Layer Neural Networks by Choosing Initial Values of the Adaptive Weights, Proceedings of the International Joint Conference on Neural Networks, San Diego, USA, , vol.3, p 21-26 [7] Xu, K., Luxmoore, A.R., Jones, L.M., Deravi, F (1998) Integration of neural networks and expert systems for microscopic wear particle analysis, Knowledge-Based Systems vol 11, p 213-227 [8] Yan, X.P., Zhao, C.H., Lu, Z.Y., Zou, X.C., Xiao, H.L (2005) A study of information technology used in oil monitoring, Tribology International, vol 38, p 879-886 Người phản biện: PGS.TS Lê Văn Điểm, PGS.TS Lê Văn Học NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ KẾT HỢP OQPSK-OFDM THE OPERATIVE PRINCIPLE OF COMBINATIVE MODULATION MODE OQPSK-OFDM PGS.TS LÊ QUỐC VƯỢNG Khoa Điện - Điện tử, ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Bài viết đưa số mô nguyên lý hoạt động giải pháp điều chế đặc biệt ứng dụng hiệu thơng tin vơ tuyến nước, Phương thức điều chế kết hợp OQPSK-OFDM Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 39 – 08/2014 21 Abstract This article provide some simulations about the operative principle of a special modulation resolution what is able applied with high effect in the underwater wireless communication: Combinative Modulation Mode OQPSK-OFDM I ĐẶT VẤN ĐỀ Kết nghiên cứu kênh thủy âm đến số nhận xét có đặc điểm khác biệt nhiều so với kênh thông tin mặt nước, đáng ý là: - Về đặc tính tần số kênh thủy âm: * Tần số công tác thấp (nằm dải dao động sóng âm thanh); * Độ rộng băng tần hẹp độ gợn sóng lớn; (dùng dấu thay cho ;) - Kênh thủy âm chịu ảnh hưởng hiệu ứng đa đường mạnh; - Tốc độ lan truyền sóng thủy âm chậm, khoảng 1500m/s (nhỏ nhiều so với tốc độ lan truyền sóng điện từ vận tốc ánh sáng 3x106m/s); Cùng với đặc tính tần số dẫn đến tốc độ truyền thông hay cụ thể tốc độ phát bít nhỏ Vì việc nghiên cứu trình xử lý tín hiệu, đặc biệt q trình điều chế, cần thiết để tìm giải pháp phù hợp cho hệ thống thông tin vô tuyến nước Trong đó, số giải pháp hữu là: - Điều chế Đa sóng mang có sóng mang trực giao (MC–OFDM) lợi bật là: Tần số sóng mang thấp; Tổng bề rộng phổ tín hiệu điều chế hẹp; Do có phân tập tín hiệu thơng tin theo thời gian tần số nên có tác dụng làm suy giảm nhiều ảnh hưởng hiệu ứng nhiễu đa đường (dùng dấu ; thay cho dấu ) - Điều chế Khóa dịch pha vng góc so le (OQPSK) với ưu điểm đặc biệt là: Tăng tốc độ phát bít lên lần mà khơng cần tăng tần số sóng mang; Giải pháp OQPSK khơng có gián đoạn pha đồng thời (Chuyển trạng thái qua gốc tọa độ) QPSK lên chọn phương thức điều chế phù hợp cho thông tin vô tuyến nước Để thỏa mãn điều kiện phức tạp kênh thủy âm giải pháp kết hợp phương thức điều chế lại đến phương án phù hợp, tận dụng lợi đặc biệt chúng Mặt khác, lĩnh vực xử lý điều chế tín hiệu việc kết hợp phương thức nhằm đến giải pháp kỹ thuật hoàn thiện thường thực hiện, ví dụ phương pháp điều chế APK kết hợp ASK PSK Vì viết đề cập đến giải pháp Điều chế kết hợp OQPSK-OFDM với nội dung trình bày cấu trúc thực hiện, nguyên lý hoạt động để phân tích, diễn tả cách xác, khoa học trực quan, tác giả xây dựng chương trình mơ máy tính II CÁC PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN ĐIỀU CHẾ KẾT HỢP OQPSK-OFDM Có thể đưa phương án thực điều chế kết hợp OQPSK-OFDM với cấu trúc tương ứng hình 1a 1b c1I fc1 fc2 S/P I-Q Converter c1Q z-r IFFT N=r c2I c1 c2 S/P r Converter cr OFDMrI OQPSK-OFDM2 fc2 IFFT N=r CIr OFDMI1 OFDMI2 fcr fc1 fc2 IFFT N=r Data Seq OFDMIr + OQPSK-OFDM2 S/P I-Q Converter CQ1 CQ2 cQ + π/2 Signal OFDM2Q fcr c OQPSK-OFDM OFDM1Q crI z-r OQPSK-OFDM1 GEN GEN π/2 S/P I-Q Converter + z-r crQ S/P r-I Converter cI + fc1 CI2 OQPSK-OFDM1 Combination c Data Seq + z-1 OQPSK-OFDMr S/P r-Q Converter CQr fc1 fc2 IFFT N=r OQPSK-OFDM Signal OFDMQ1 OFDMQ2 fcr Combination c2Q OFDM2I fcr S/P I-Q Converter CI1 OFDM1I + OQPSK-OFDMr OFDMQr OFDMrQ a) b) Hình Sơ đồ khối cấu trúc phương án Điều chế kết hợp OQPSK-OFDM Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 39 – 08/2014 22 Spectrum of Base and Sub-Carrier OFDM Modulation Signal 0.8 Spectrums Sự khác biệt cấu trúc thứ tự phân tập dãy liệu thông tin Đối với phương án 1, dãy liệu đầu vào phân chia thành r luồng liệu tốc độ thấp, sau đưa tới phân chia kênh đồng pha I kênh vng góc Q Ngược lại, phương án dãy liệu cần phân chia kênh đồng pha I kênh vng góc Q phân chia thành r luồng liệu tốc độ thấp Các trễ phương án làm trễ r nhịp (z-r) phương án lại cần trễ làm trễ nhịp (z-1) Phần lại phương án cấu trúc tương tự 0.6 0.4 0.2 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 f Thông số kết cấu chung Hình Phổ tín hiệu OFDM phương án Số luồng tín hiệu điều chế OFDM r Một thông số hoạt động quan trọng khác thường gặp thiết kế, tính tốn mơ Thời gian kéo dài bit Tb, định tốc độ phát bit R=1/Tb giới hạn tần số sóng mang fc theo điều kiện Nyquyt: fc 2Fmax Từ thông số này, ta xác định quan hệ sau: - Do phân r luồng nên symbol OFDM có r bit phân kênh OQPSK, kết symbol OQPSK-OFDM gồm 2r [bit] Ký hiệu Ts thời gian kéo dài symbol OQPSK-OFDM, ta có: Ts 2rTb - Chu kỳ lặp symbol nhỏ nhất: Day du lieu dau vao c(n) Ts 2Ts 4rTb c(n) -1 10 15 20 n Luong du lieu thu c1(n) 25 30 10 15 20 n Luong du lieu thu c2(n) 25 30 10 15 20 n Luong du lieu thu c3(n) 25 30 10 15 20 n Luong du lieu thu c4(n) 25 30 10 25 30 - Tần số lớn nhất: Fmax Ts 4rTb c1(n) (2.1) -1 - Tần số sóng mang nhỏ (Nyquyt): c2(n) fC 2Fmax 2rTb -1 c3(n) Từ cách phân bố phổ tín hiệu băng gốc tín hiệu điều chế băng theo hình 2, xác định tần số sóng mang là: -1 c4(n) fc1 = fcmin = 2Fmax fc2 = fc1 + Fmax = 3Fmax fc3 = fc2 + Fmax = 4Fmax -1 15 20 n Hình Phân luồng dãy liệu CT1 … fcr = fc(r-1) + Fmax = (r+1)Fmax (2.2) Các tần số giới hạn phổ tín hiệu điều chế là: fmin = Fmax fmax = fcr + Fmax = (r+2)Fmax Độ rộng băng thơng tín hiệu điều chế là: B = fmax - fmin = (r+1)Fmax Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải (2.3) Số 39 – 08/2014 23 Từ công thức (2.2) (2.3), để giảm fci B ta giảm Fmax, mà từ (2.1), không cần tăng Tb (sẽ làm giảm tốc độ phát bít R) ta tăng số luồng phân tập tín hiệu r III MƠ PHỎNG NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHẾ KẾT HỢP OQPSK-OFDM Giả thiết kiện mô Tb = 1[s]; Số luồng phân tập dãy liệu vào r = 4; Dãy liệu vào d Kết mô nguyên lý hoạt động phương án cấu trúc (CT1) có dạng tín hiệu từ hình đến 11 Kết mô nguyên lý hoạt động phương án cấu trúc (CT2) có dạng tín hiệu từ hình đến 12 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I -1 10 20 30 n Luong du lieu thu cung pha c3I(n) OFDM-3I(t) c3I(n) -1 10 20 30 n Luong du lieu thu cung pha c4I(n) OFDM-4I(t) c4I(n) -1 -1 30 -1 10 20 n 10 20 30 n Luong du lieu thu vuong pha c4Q(n) -1 10 15 20 25 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 10 15 20 25 -1 30 10 10 30 15 20 25 Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I OFDM-4I(t) OFDM-3I(t) 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q 10 15 20 15 20 25 25 -1 10 15 20 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 30 0 -2 -2 -1 30 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 30 30 -1 0 20 t -1 30 t 10 -2 0 -1 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 10 1 2 -2 20 25 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q 30 u2(t) 15 -1 10 u3(t) OFDM-1I(t) -1 0 -1 u4(t) 10 OFDM-2Q(t) t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q OFDM-1Q(t) -1 -1 u1(t) 0 10 Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I OFDM-3Q(t) OFDM-2I(t) Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I 0 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q Hình Điều chế OFDM kênh Q (CT1) Hình Điều chế OFDM kênh I (CT1 10 n t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I 20 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q 30 -1 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q -1 0 20 30 n Luong du lieu thu vuong pha c3Q(n) 10 10 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I 20 -1 20 30 n Luong du lieu thu vuong pha c2Q(n) 10 10 -1 10 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I 0 0 1 c2Q(n) c3Q(n) c1I(n) 0 10 OFDM-4Q(t) -1 OFDM-2Q(t) 20 30 n Luong du lieu thu cung pha c2I(n) OFDM-3Q(t) 10 OFDM-2I(t) -1 Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q OFDM-4Q(t) -1 c4Q(n) c1I(n) Luong du lieu thu vuong pha c1Q(n) c1Q(n) OFDM-1I(t) Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I OFDM-1Q(t) Luong du lieu thu cung pha c1I(n) 25 10 30 15 20 25 t t 30 t Hình Tín hiệu điều chế OQPSK– MC OFDM luồng liệu CT1 Day du lieu dau vao c(n) Day du lieu kenh Q cQ(n) Day du lieu kenh I cI(n) cI(n) 15 20 n Day du lieu kenh I cI(n) 25 30 25 30 0 cI2(n) 10 15 20 n Day du lieu kenh I luong cI2(n) 25 10 15 20 25 n Day du lieu kenh Q luong cQ1(n) 30 10 15 20 25 n Day du lieu kenh Q luong cQ2(n) 30 10 15 20 25 n Day du lieu kenh Q luong cQ3(n) 30 10 15 20 25 n Day du lieu kenh Q luong cQ4(n) 30 -1 -1 30 1 -1 -1 5 10 15 20 n Day du lieu kenh Q cQ(n) 25 30 cI3(n) 10 15 20 n Day du lieu kenh I luong cI3(n) 25 10 20 n Day du lieu kenh I luong cI4(n) 25 10 25 30 cQ3(n) -1 1 -1 -1 cI4(n) cQ(n) 10 15 20 n Day du lieu kenh I luong cI1(n) cQ2(n) 10 cI1(n) 5 cQ1(n) 0 -1 15 30 cQ4(n) c(n) -1 -1 cI(n) cQ(n) 1 1 -1 10 15 20 25 n -1 -1 15 20 30 n 10 15 20 25 30 n Hình Phân tập tín hiệu tương ứng CT2 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 39 – 08/2014 24 30 30 Day du lieu kenh Q luong cQ1(n) -1 OFDM-I3(t) cI3(n) -1 20 OFDM-I4(t) cI4(n) -1 10 20 30 20 OFDM-Q1(t) OFDM-Q2(t) 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Kenh I & Luong 0 -1 -1 10 20 30 10 20 30 10 20 -1 -1 -1 10 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Kenh Q & Luong n Day du lieu kenh Q luong cQ4(n) t Tin hieu dieu che OFDM - Kenh I & Luong -1 0 0 10 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Kenh Q & Luong n Day du lieu kenh Q luong cQ3(n) 30 1 10 10 10 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Kenh Q & Luong -1 -1 30 n Day du lieu kenh I luong cI4(n) 20 30 n Day du lieu kenh Q luong cQ2(n) 0 n Day du lieu kenh I luong cI3(n) 10 30 20 30 t Tin hieu dieu che OFDM - Kenh I & Luong cQ3(n) 20 10 10 cQ4(n) 10 cQ2(n) OFDM-I2(t) cI2(n) -1 -1 0 OFDM-Q3(t) 20 30 n Day du lieu kenh I luong cI2(n) OFDM-Q4(t) 10 cQ1(n) OFDM-I1(t) cI1(n) -1 Tin hieu dieu che OFDM - Kenh Q & Luong 1 Tin hieu dieu che OFDM - Kenh I & Luong Day du lieu kenh I luong cI1(n) 30 -1 10 20 n -1 10 20 n 30 t 30 t Hình Điều chế OFDM kênh I (CT2) Hình Điều chế OFDM kênh Q (CT2) Từ đồ thị dạng tín hiệu trên, so sánh nguyên lý hoạt động cấu trúc là: 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 10 15 20 25 OFDM-4I(t) 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong u3(t) 10 15 20 25 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 30 -1 -2 0 30 t -1 30 -1 0 -2 30 30 u2(t) u1(t) 0 -2 30 -1 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q u4(t) Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I -1 OFDM-4Q(t) -1 30 1 -1 OFDM-3Q(t) 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh Q OFDM-2Q(t) OFDM-1Q(t) OFDM-3I(t) 0 Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I OFDM-2I(t) OFDM-1I(t) Tin hieu dieu che OFDM - Luong & Kenh I -1 10 15 20 25 -2 30 10 15 t t 20 25 t Hình 10 Tín hiệu điều chế OQPSK– MC OFDM luồng liệu CT2 c1I ≡ cI1 – mang thơng tin bít 1, 9, 17, 25, … c4Q ≡ cQ4 – mang thông tin bít 8, 16, 24, 32, … Còn lại tín hiệu cặp khác nhau: c2I ≠ cI2; c3I ≠ cI3; c4I ≠ cI4 c1Q ≠ cQ1; c2Q ≠ cQ2; c3Q ≠ cQ3 Điều giải thích ví dụ là: c2I – mang thông tin bit 2, 10, 18, 26, … cI2 – mang thơng tin bit khác hẳn 3, 11, 19, 27, …; c3Q – mang thông tin bit 7, 15, 23, 31, … cQ3 – mang thông tin bit khác hẳn 6, 16, 19, 32, … Kết tín hiệu OQPSK-OFDM luồng tương ứng khác dẫn đến tổ hợp tín hiệu cấu trúc hồn tồn khác chúng có dãy liệu thông tin đầu vào Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong u1(t) u1(t) -2 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong -2 30 u1(t) u1(t) 0 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong u1(t) u1(t) 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 30 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che tong hop OQPSK-OFDM 30 -2 30 u1(t) u1(t) 10 15 20 25 t Tin hieu dieu che OQPSK-OFDM - Luong 0 -2 -2 30 -2 2 -2 0 10 15 20 25 -2 30 u(t) u(t) t Tin hieu dieu che tong hop OQPSK-OFDM -2 -4 10 15 20 25 30 -2 -4 Hình 11 Tổ hợp tín hiệu OQPSK-OFDM CT1 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải 10 15 20 25 30 t t Hình 12 Tổ hợp tín hiệu OQPSK-OFDM CT2 Số 39 – 08/2014 25 30 ... xử lý điều chế tín hiệu việc kết hợp phương thức nhằm đến giải pháp kỹ thuật hồn thiện thường thực hiện, ví dụ phương pháp điều chế APK kết hợp ASK PSK Vì viết đề cập đến giải pháp Điều chế kết. .. QPSK lên chọn phương thức điều chế phù hợp cho thông tin vô tuyến nước Để thỏa mãn điều kiện phức tạp kênh thủy âm giải pháp kết hợp phương thức điều chế lại đến phương án phù hợp, tận dụng lợi... xây dựng chương trình mơ máy tính II CÁC PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN ĐIỀU CHẾ KẾT HỢP OQPSK-OFDM Có thể đưa phương án thực điều chế kết hợp OQPSK-OFDM với cấu trúc tương ứng hình 1a 1b c1I fc1 fc2 S/P