Download miễn phí Nghiên cứu về OFDM và vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDM và mô phỏng hệ thống OFDM
MỤC LỤC
Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM 1
1.1 Giới thiệu chương: 1
1.2 Các nguyên lý cơ bản của OFDM: . 1
1.3 Đơn sóng mang: 6
1.4 Đa sóng mang: 6
1.5 Sự trực giao: 8
1.5.1 Trực giao miền tần số: . .9
1.5.2 Mô tả toán học OFDM: 10
1.6 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM: .15
1.6.1 Điều chế BPSK: . 16
1.6.2 Điều chế QPSK: . 17
1.6.3 Điều chế QAM: 19
1.6.4 Mã Gray: .20
1.7 Các đặc tính của OFDM: . 23
1.7.1 Ưu điểm: . 23
1.7.2 Nhược điểm: . 23
1.8 Kết luận chương: 24
Chương 2: CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN VÔ TUYÊN .25
2.1 Giới thiệu chương: . . 25
2.2 Đặt tính kênh truyền vô tuyến trong hệ thống OFDM: . 25
2.2.1 Sự suy giảm tín hiệu (Anttenuation): .25
2.2.2 Hiệu ứng đa đường: . .26
2.2.3 Dịch Doppler: . .29
2.2.4 Nhiễu AWGN: 30
2.2.5 Nhiễu liên ký tự ISI: . 31
2.2.6 Nhiễu liên sóng mang ICI: . 31
2.2.7 Tiền tố lặp CP: . 32
2.3 Khoảng bảo vệ: 34
2.4 Giới hạn băng thông của OFDM: .36
2.4.1 Lọc băng thông: . .37
2.4.2 Độ phức tạp tính lọc băng thông FIR: 38
2.4.3 Ảnh hưởng của lọc băng thông đến chỉ tiêu kỹ thuật OFDM: .39
2.5 Kết luận chương: .39
Chương 3: MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ TRONG
HỆ THÔNG OFDM 40
3.1Giới thiệu chương: . .40
3.2Sự đồng bộ trong hệ thống OFDM: . 40
3.2.1 Nhận biết khung: . 41
3.2.2 Ước lượng khoảng dịch tần số: 43
3.2.2.1 Ước lượng phần thập phân: 43
3.2.2.2 Ước lượng phần nguyên: . 45
3.2.3 Bám đuổi lỗi thặng dư: .46
3.3 Đồng bộ ký tự trong OFDM: 48
3.3.1 Đồng bộ tín hiệu dựa vào tín hiệu pilot: .49
3.3.2 Đồng bộ ký tự dựa vào CP: 50
3.3.3 Đồng bộ ký tự dựa trên mã đồng bộ khung (FSC): . .51
3.3.3.1 Nhận biết FSC: 52
3.3.3.2 Xác định mức ngưỡng Th1: 53
3.3.3.3 Xác định mức ngưỡng Th2: 54
3.4 Đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM: .55
3.4.1 Đồng bộ tần số lấy mẫu: . 55
3.4.2 Đồng bộ tần số sóng mang: 56
3.4.2.1 Ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang CFO dựa vào pilot: . .56
3.4.2.2 Ước lượng tần số sóng mang sử dụng CP: 56
3.4.2.3 Ước lượng CFO dựa trên dữ liệu: . 57
3.5 Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ tới hiệu suất hệ thống OFDM: 58
3.5.1 Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ thời gian: 59
3.5.2 Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ tần số: .60
3.6 Kết luận chương: . 61
Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM . 62
4.1 Giới thiệu chương: 62
4.2 Mô phỏng hệ thống OFDM bằng Simulink: . 62
4.3 Một số lưu đồ thuật toán của chương trình: . 65
4.3.1 Lưu đồ mô phỏng kênh truyền: .65
4.3.2 Lưu đồ mô phỏng thu phát tín hiệu OFDM: . 66
4.3.3 Lưu đồ mô phỏng thu phát tín hiệu QAM: .67
4.3.4 Lưu đồ mô phỏng thuật toán BER: .69
4.4 Kết quả chương trình mô phỏng: 69
4.4.1 So sánh tín hiệu QAM và OFDM: 69
4.4.2 So sánh tín hiệu âm thanh: . 71
4.5 Kết luân chương: .71
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI . . .72
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 73
PHỤ LỤC .74
http://s1.luanvan.co/qYjQuXJz1boKCeiU9qAb3in9SJBEGxos/swf/2013/06/23/nghien_cuu_ve_ofdm_va_van_de_dong_bo_trong_he_thon.5LyhBWsZdz.swf luanvanco /luan-van/de-tai-ung-dung-tren-liketly-30841/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:
lại để tạo ra một sự định thời ổn định. Những sơ đồ đó không thể cho vị trí
định thời chính xác, đặc biệt là khi SNR thấp.
Để nhận biết khung, chúng ta sử dụng chuỗi PN miền thời gian được mã hóa
vi phân. Nhờ đặc điểm tự tương quan, chuỗi PN cho phép tìm ra vị trí định thời
chính xác. Chuỗi PN được phát như là một phần của phần của đầu gói OFDM. Tại
phía thu, các mẫu tín hiệu thu được sẽ có liên quan với chuỗi đã biết. Khi chuỗi PN
phát đồng bộ với chuỗi PN thu có thể suy ra ranh giới giữa các symbol OFDM bằng
việc quan sát đỉnh tương quan.
Trong kênh đa đường, nhiều đỉnh tương quan PN được quan sát phụ thuộc
vào trễ đa đường (được đo trong chu kỳ lấy mẫu tín hiệu). Đỉnh tương quan lớn
Nhận
biết
khung
Ước lượng
khoảng
dịch tần số
FFT
Bám
đuổi
pha
Ước
lượng
kênh
Giải
mã
Chương 3: Vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDMwww.4tech.com.vn
42
nhất xuất hiện tại đỉnh năng lượng của trễ đa đường. Vị trí của đỉnh tương quan lớn
nhất này dùng để định vị ranh giới symbol OFDM. Do nhận biết khung được thực
hiện trước khi ước lượng khoảng dịch tần số sẽ phá vỡ đỉnh tương quan của chuỗi
PN. Điều này dẫn đến sự phân phối đỉnh tương quan giống dạng hình sine. Khi
không có ước lượng khoảng dịch tần số, điều chế vi phân được sử dụng, nghĩa là
chuỗi PN có thể được điều chế vi phân trên những mẫu tín hiệu lân cận. Tại phía
thu, tín hiệu được giải mã vi phân và được tính tương quan với chuỗi PN đã biết.
Giải thuật nhận biết đỉnh sử dụng một bộ đệm có kích thước cố định để lưu
kết quả tính toán tạm thời là các giá trị metric định thời kết quả |M(g)|. Sự nhận biết
khung thành công khi phần tử trung tâm của bộ đệm lớn nhất và tỉ lệ của giá trị
phần tử trung tâm và trung bình bộ đệm vượt quá ngưỡng nhất định. Để xác định
mức ngưỡng này, sự mô phỏng được thực hiện qua kênh AWGN, đối với chuỗi có
chiều dài là 63, bộ đệm metric cũng chọn theo kích thước là 63. Hình 3.2 cho thấy
xác suất nhận biết mất mát và nhận biết sai lệch tại các mức ngưỡng khác nhau.
Hình 3.2[4]: Xác suất nhận biết mất mát và nhận biết sai
tại các mức ngưỡng PAPR khác nhau
Đường cong nhận biết sai tạo ra từ sự tích lũy nhiễu trong module nhận biết
khung và sau đó đo đỉnh tương quan (PAPR) của bộ metric định thời. Các đường
cong nhận biết trượt tạo ra từ phép đo PAPR của bộ đệm metric định thời khi chuỗi
PN được phát đi.
Chương 3: Vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDMwww.4tech.com.vn
43
Ngưỡng tối ưu của SNR là điểm phát giao giữa đường cong nhận biết sai và
đường cong nhận biết trượt của SNR mong muốn. Một chuỗi PN dài hơn có thể
được sử dụng để tăng khoảng trống giữa các đường nhận biết sai và các đường nhận
biết trượt và để giảm xác suất lỗi tại ngưỡng tối ưu.
3.2.2 Ước lượng khoảng dịch tần số.
Khoảng dịch tần số gây ra do sự sai khác tần số sóng mang giữa phía phát và
phía thu. Khoảng dịch tần số là vấn đề quan trọng trong hệ thống OFDM đa sóng
mang so với hệ thống đơn sóng mang. Để BER giảm không đáng kể, độ lớn khoảng
dịch tần số phải trong khoảng 1% của khoảng cách sóng mang. Điều này sẽ không
khả thi khi hệ thống OFDM sử dụng các bộ dao động tinh thể thạch anh chất lượng
thấp mà không áp dụng bất kỳ kỹ thuật bù khoảng dịch tần số nào.
Ước lượng khoảng dịch tần số sử dụng hai symbol dẫn đường OFDM, với
symbol thứ hai bằng symbol thứ nhất dịch sang trái Tg (Tg là độ dài tiền tố lặp CP).
Các tín hiệu cách nhau khoảng thời gian T (độ dài symbol FFT) thì giống hệt nhau
ngoại trừ thừa số pha )(2 Tfj Ce Δπ do khoảng dịch tần số.
Khoảng dịch tần số được phân thành phần thập phân và phần nguyên:
ρ+=Δ ATf c (3.1)
Ở đây phần nguyên A và phần thập phân ρ є (-1/2, 1/2). Phần thập phân được
ước lượng bằng cách tính tương quan giữa các mẫu tín hiệu cách nhau một khoảng
thời gian T. Phần nguyên được tìm bằng cách sử dụng chuỗi PN được mã hóa vi
phân qua các sóng mang phụ lân cận của hai symbol dẫn đường.
3.2.2.1 Ước lượng phần thập phân.
Khi không có nhiễu ISI, các mẫu tín hiệu thu được tín hiệu như sau:
)()()(
)(2
lz.elsly N
lTΔfπj C += (3.2)
Trong đó, l : số mẫu (miền thời gian)
y(l) : mẫu tín hiệu thu
Chương 3: Vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDMwww.4tech.com.vn
44
N : tổng số sóng mang phụ
z(l) : mẫu nhiễu
Và tín hiệu s(l) được biểu diễn như sau:
N
l
πkjN
l
ekCkU
N
ls
21
0
)()(1)( ∑−
=
= (3.3)
Trong đó, k : chỉ số sóng mang phụ
U(k) : dữ liệu điều chế trên sóng mang phụ
C(k) : đáp ứng tần số sóng mang phụ
Tính tương quan giữa các mẫu cách nhau khoảng T (tức N mẫu) ta có:
∑−
=
∗ +=
1
0
)()(
N
l
Nl.ylyJ (3.4)
Và phần thập phân của khoảng dịch tần số được ước lượng như sau:
[ ]∗∧ = Jarg
2
1
πρ (3.5)
Nếu SNR cao và bỏ qua mọi xuyên nhiễu như (3.4). J có thể được triển khai
sắp xếp lại thành phần tín hiệu và phần nhiễu Gaussian. Định nghĩa phần lỗi ước
lượng phần thập phân:
=ρε ρρ −∧ (3.6)
Độ lệch chuNn được tính như sau:
SNRN
E πε ρ 2
1][ 2 = (3.7)
Hình 3.3 so sánh độ lệch chuNn của lỗi ước lượng FOE giữa mô phỏng và
tính toán tại các giá trị SN R khác nhau. Sự mô phỏng trong kênh AWGN tại tần số
sóng mang fc= 2.24 GHz, với tần số sóng mang phụ N= 64, chu kỳ lấy mẫu
Ts=50ns, và độ sai lệch dao động nội thạch anh là 100 ppm. Khoảng dịch tần số là
Δfc.T = 0,7808 với phần nguyên là A = 1, và phần thập phân là ρ = -0,2192. Sự khác
nhau giữa hai đường cong tại SN R thấp là do bỏ qua xuyên nhiễu ở trong (3.4).
Chương 3: Vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDMwww.4tech.com.vn
45
Hình 3.3: Độ lệch chuẩn ước lượng phần thập phân CFO
tại các giá trị SNR khác nhau
Từ (3.6) ta có thể tính xấp xỉ để giảm SN R do khoảng dịch tần số trong hệ
OFDM, kết hợp kết quả đó với (3.7) và giả thuyết ước lượng phần nguyên luôn
đúng. Sự giảm SN R sau khi ước lượng và bù khoảng tần số được tính như sau:
10
1
10ln12
10)( xdBD = (3.8)
Điều này là không đáng kể trong hệ thống có N lớn.
3.2.2.2 Ước lượng phần nguyên
Đối với ước lượng phần nguyên, 2N mẫu tín hiệu liên tiếp của ký hiệu FOE
dài là phần thập phân đầu tiên được bù:
)()('
2
lyely N
lj
∧−= ρπ )2,0[ Nl ∈
Giả sử sự ước lượng phần ước lượng thập phân là hoàn hảo, các mẫu tín hiệu
được bù có thể được tách thành hai ký hiệu FFT:
[ ]11 )1('...,),0(' zsNyyy +=−=
[ ]22 )12('...,),(' zsNyNyy +=−=
Vector ρ có các thành phần:
Chương 3: Vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDMwww.4tech.com.vn
46
N
lAj
els
π2
).( , ),0[ Nl ∈
Vì hai ký hiệu FFT có cùng vector tín hiệu, một ký hiệu FFT mới có thể
được tạo ra bằng cách cộng chúng với nhau để tăng SN R lên gần 3dB, tức là:
2121 2 zzsyyy ++=+=
Sử dụng y/2 và nhiễu cùng tỷ lệ theo đó.FFT cho y/2:
∑−
=
−
⎥⎥
⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢
⎣
⎡
+=
1
0
22
)().(1)(
N
l
N
lnj
N
lAj
elzels
N
nY
ππ
= { U(k) C(k)} ),mod( NAnk −= + Z(n)
Một chuỗi PN được mã hóa vi phân qua các ...
