Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Trình bày về hệ thống MB-OFDM theo chuẩn ECMA-368: dải tần hoạt động, kiến trúc bộ phát và bộ thu, mô hình tín hiệu. Sau đó thực hiện phân tích hiệu suất của hệ thống MB-OFDM trong ba trường hợp: (1) không có CFO, (2) có CFO nhưng không bù, và (3) có CFO và bù lại trên các mô hình kênh khác nhau dựa trên mô phỏng với Matlab. thuật toán ước lượng “thô” CFO trên miền thời gian (time-domain coarse frequency offset estimation – TCFE) sử dụng phương pháp tương quan giữa các ký hiệu dành cho đồng bộ packet trong preamble của mỗi packet. Ước lượng “thô” trên miền thời gian có thể làm giảm ICI gây ra bởi CFO và giúp ước lượng “tinh” chính xác hơn trên miền tần số. Thuật toán ước lượng CFO cho hệ thống MB-OFDM trong luận văn được mở rộng từ thuật toán ước lượng cho hệ thống OFDM thông thường, trong đó độ lệch pha giữa mỗi sóng mang con (do CFO gây ra) của 2 ký hiệu huấn luyện giống nhau liên tiếp trên cùng một dải con được trích ra và lấy trung bình để cho lệch pha tổng của một ký hiệu. Sau đó lại lấy trung bình các độ lệch pha này qua các ký hiệu huấn luyện khác trên cùng dải con để được độ lệch pha cuối cùng. Từ độ lệch pha này, ta có thể tìm được CFO và bù lại để cải thiện hiệu suất hệ thống. Việc so sánh BER của hệ thống khi chưa có CFO, khi có CFO nhưng chưa bù lại và khi có CFO và bù lại trên các mô hình kênh UWB khác nhau: UWB CM Line-of-sight (LOS) 0 – 4 m (CM1), UWB CM Non-line-of-sight (NLOS) 0 – 4 m (CM2), UWB CM NLOS 4 – 10 m (CM3) và UWB CM NLOS 10 m (CM4) để thấy rõ được hiệu suất của thuật toán ước lượng
11. Tóm tắt các kết quả của luận văn
Luân ̣ văn thưc ̣ hiên ̣ ướ c lươn ̣ g dic̣ h tần sóng mang (CFO) trên hê ̣thống băng siêu rôn ̣ g
(UWB) sử dun ̣ g kỹ thuâṭ hơp ̣ kênh phân tần số trưc ̣ giao đa băng (MB-OFDM) vớ i các
mô hình kênh ồn Gauss trắng côn ̣ g (AWGN) và kênh fading phụ thuộ c tần số theo chuẩn
kênh IEEE 802.15.3a.
Trướ c hết, luân ̣ văn trình bày về hê ̣thống MB -OFDM theo chuẩn ECMA -368: dải tần
hoạt động, kiến trúc bô ̣phát và bô ̣thu , mô hình tín hiêu ̣ . Sau đó thưc ̣ hiên ̣ phân tích hiêu ̣
suất của hê ̣thống MB-OFDM trong ba trườ ng hơp ̣ : (1) không có CFO, (2) có CFO nhưng
không bù , và (3) có CFO và bù lại trên các mô hình kênh khác nhau dựa trên mô phỏng
vớ i Matlab. Kết quả mô phỏng đươc ̣ so sánh vớ i kết quả lý thuyết . Các ảnh hưở ng của
CFO đươc ̣ phân tích sâu hơn, khi xem xét đến phần nguyên và phần thâp ̣ phân của nó .
Phần chính của luân ̣ văn là thuâṭ toán ướ c lươn ̣ g “thô” CFO trên miền thờ i gian (time
domain coarse frequency offset estimation – TCFE) sử dụng phương pháp tương quan
giữa các ký hiêu ̣ dành cho đồng bô ̣packet trong preamble của mỗi packet . Ước lượng
“thô” trên miền thờ i gian có thể làm giảm ICI gây ra bở i CFO và giúp ướ c lươn ̣ g “tinh”
chính xác hơn trên miền tần số . Thuâṭ toán ướ c lươn ̣ g CFO cho hê ̣thống MB -OFDM
trong luân ̣ văn đươc ̣ mở rôn ̣ g từ thuâṭ toán ướ c lươn ̣ g cho hê ̣thống OFDM thông thườ ng ,
trong đó đô ̣lêc ̣ h pha giữa mỗi sóng mang con (do CFO gây ra) của 2 ký hiệu huấn luyện
giống nhau liên tiếp trên cùng môṭ dải con đươc ̣ trích ra và lấy trung bình để cho lêc ̣ h pha
tổng của môṭ ký hiêu ̣ . Sau đó laị lấy trung bình các đô ̣lêc ̣ h pha này qua các ký hiêu ̣ huấn
luyên ̣ khác trên cùng dải con để đươc ̣ đô ̣lêc ̣ h pha cu ối cùng. Từ đô ̣lêc ̣ h pha này , ta có
thể tìm đươc ̣ CFO và bù laị để cải thiên ̣ hiêu ̣ suất hê ̣thống . Viêc ̣ so sánh BER của hê ̣
thống khi chưa có CFO , khi có CFO nhưng chưa bù laị và khi có CFO và bù laị trên các
mô hình kênh UWB khác nhau: UWB CM Line -of-sight (LOS) 0 – 4 m (CM1), UWB
CM Non -line-of-sight (NLOS) 0 – 4 m (CM2), UWB CM NLOS 4 – 10 m (CM3) và
UWB CM NLOS 10 m (CM4) để thấy rõ được hiệu suất của thuật toán ước lượng.
12. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn
Hiên ̣ nay, kỹ thuật MB -OFDM đươc ̣ lưa ̣ chon ̣ cho các hê ̣thống UWB vân ̃ đang đươc ̣
tiếp tuc ̣ nghiên cứ u nhằm đaṭ đươc ̣ các tốc đô ̣dữ liêu ̣ cao hơn và sử dun ̣ g phổ hiêu ̣ quả
hơn. Vì vậy, kết quả của luân ̣ văn chỉ dừ ng laị ở mứ c đô ̣nghiên cứ u hoc ̣ thuâṭ .
13. Những hướng nghiên cứu tiếp theo
Hoàn thiện và phát triển thuật toán ước lượng
Như trong luân ̣ văn đã trình bày, nhươc ̣ điểm của thuâṭ toán này là lỗi ướ c lươn ̣ g trên dải
con ban đầu sẽ truyền sang các dải con khác . Do đó , lỗi tích lũy qua các dải con khác
nhau trong nhóm dải sẽ làm giảm đi sự cải thiên ̣ hiêu ̣ suất như mong đơị sau khi bù CFO .
Hơn nữa, do tần số trung tâm của các dải con khác nhau là khác nhau , nên vớ i cùng một
giá trị CFO (theo ppm) thì lượng CFO trên các dải con khác nhau là khác nhau . Đồng
thờ i, do đô ̣rôn ̣ g băng của hê ̣thống MB -OFDM rất lớ n, nên kênh phu ̣ thuôc ̣ tần số , điều
này dẫn tới việc kênh trên các dải con khác nhau có đáp ứng xung khác nhau . Tất cả
những điều này dân ̃ tớ i môṭ yêu cầu cần sử a đổi phương pháp ướ c lươn ̣ g trong luân ̣
văn này để phù hơp ̣ hơn vớ i các điều kiên ̣ thưc ̣ tế của hê ̣thống UWB sử dun ̣ g kỹ thuâṭ
MB-OFDM.
MIMO Multiband OFDM
Để tăng tốc đô ̣dữ liêu ̣ và khoảng cách truyền dân ̃ của hê ̣thống UWB , sử dun ̣ g kỹ thuâṭ
MIMO là môṭ hướ ng rất hấp dân ̃ . Hiên ̣ nay, MIMO là phương pháp hiêu ̣ quả để cải thiên ̣
hiêu ̣ suất hê ̣thống trong các môi trườ ng fading. Hầu hết các ứ ng dun ̣ g UWB đều có kênhtrong nhà vớ i đô ̣phân tán man ̣ h , do đó kỹ thuâṭ MIMO rất phù hơp ̣ . Thêm nữa, tần số
trung tâm của các ứ ng dun ̣ g UWB cỡ GHz (bướ c sóng nhỏ ), do đó khoảng cách giữa các
anten MIMO có thể giảm đi . Bở i vây ̣ , sự kết hơp ̣ công nghê ̣UWB và MIMO là môṭ
phương pháp hiêu ̣ quả khả thi và hiêu ̣ quả về giá cả để thỏa man ̃ yêu cầu tốc đô ̣dữ liêu ̣
rất cao của các ứ ng dun ̣ g vô tuyến trong khoảng cách ngắn trong tư ơng lai.
1.1. Công nghê ̣băng siêu rôn ̣ g
Khái niệm băng siêu rộng (UWB) xuất phát từ đầu những năm 1960 qua các nghiên cứ u
trong lin ̃ h vưc ̣ điên ̣ từ , trong đó sử dun ̣ g kỹ thuâṭ đo xung để tìm đáp ứ ng của các mac ̣ h
siêu cao tần [1]. Thuâṭ ngữ băng siêu rôn ̣ g (Ultra-WideBand) đươc ̣ đưa ra vào khoảng
năm 1989 bở i Bô ̣Quốc phòng Mỹ . Cho tớ i nử a sau những năm 1990, công nghê ̣UWB
đã đươc ̣ thương maị hóa và do đó đã phát triển rất nhanh.
1.1.1. Đin ̣ h nghia ̃ băng siêu rôn ̣ g
Sự kiên ̣ quan tron ̣ g trong lic̣ h sử công nghê ̣UWB xảy ra vào năm tháng 02 năm 2002 khi
Hôị đồng truyền t hông liên bang Mỹ (FCC) phát hành các quy tắc cho UWB. Theo các
quy tắc này, UWB đươc ̣ đin ̣ h nghia ̃ là kỹ thuâṭ truyền dân ̃ vớ i đô ̣rôn ̣ g băng c ủa tín hiệu
lớ n hơn 500 MHz hoăc ̣ tỉ số B/fc > 0.2, trong đó B = fH – fL là độ rộng băng tại -10 dB và
fc=(fH+fL)/2 là tần số trung tâm; fH là tần số trên của dải và fL là tần số dưới của dải được
đo taị điểm thấp hơn -10 dB so vớ i điểm bứ c xa ̣lớ n nhất [1].
FCC cũng đã quy đin ̣ h: kỹ thuật truyền dẫn UWB có thể hoạt động trong dải tần 3.1 GHz
tớ i 10.6 GHz vớ i phổ mâṭ đô ̣công suất (PSD) thỏa mãn mặt nạ phổ cho truyền thông
trong nhà như hình 1.1. Theo đó , PSD của t ín hiệu UWB đo ở độ rộng băng 1 MHz
không đươc ̣ vươṭ quá -41.3 dBm. Trong hình 1.2, quy tắc trên cho phép các thiết bi ̣UWB
hoạt động trong vùng phủ sóng của các hệ thống băng hẹp , trong khi nó vân ̃ đảm bảo đủ
suy hao để giớ i han ̣ can nhiêu ̃ kênh lân cân ̣ .
1.1.2. Lĩnh vực ứng dụng
Trong tương lai gần , truyền thông trong nhà cho các dic̣ h vu ̣ dữ liêu ̣ số – từ các tín hiêu ̣
tốc đô ̣cao mang nhiều chương trình HDTV tớ i các tín hiêu ̣ tốc đô ̣thấp đươc ̣ sử dun ̣ g cho
mục đích định thời – sẽ được thực hiện trên các mạng vô tuyến số . Mạng này phải đảm
bảo đồng thời các yêu cầu : tốc đô ̣dữ liêu ̣ cao (cho nhiều luồng video số ), giá thành thấp
(phục vụ nhiều người dùng ) và công suất tiêu thu ̣ thấp (sử dun ̣ g trên các thiết bi ̣cầm tay
có nguồn là pin ). Vớ i đô ̣rôn ̣ g băng cưc ̣ lớ n (tớ i 7.5 GHz), công nghê ̣ UWB là giải pháp
có thể thỏa mãn các yêu cầu này.
Công nghê ̣UWB mở ra rất nhiều ứ ng dun ̣ g trong thông tin vô tuyến như: mạng, radar và
các hệ thống định vị. Vớ i thông tin vô tuyến, sử dun ̣ g công nghê ̣UWB có thể thưc ̣ hiên ̣ 2
1.1. Công nghê ̣băng siêu rôn ̣ g
Khái niệm băng siêu rộng (UWB) xuất phát từ đầu những năm 1960 qua các nghiên cứ u
trong lin ̃ h vưc ̣ điên ̣ từ , trong đó sử dun ̣ g kỹ thuâṭ đo xung để tìm đáp ứ ng của các mac ̣ h
siêu cao tần [1]. Thuâṭ ngữ băng siêu rôn ̣ g (Ultra-WideBand) đươc ̣ đưa ra vào khoảng
năm 1989 bở i Bô ̣Quốc phòng Mỹ . Cho tớ i nử a sau những năm 1990, công nghê ̣UWB
đã đươc ̣ thương maị hóa và do đó đã phát triển rất nhanh.
1.1.1. Đin ̣ h nghia ̃ băng siêu rôn ̣ g
Sự kiên ̣ quan tron ̣ g trong lic̣ h sử công nghê ̣UWB xảy ra vào năm tháng 02 năm 2002 khi
Hôị đồng truyền t hông liên bang Mỹ (FCC) phát hành các quy tắc cho UWB. Theo các
quy tắc này, UWB đươc ̣ đin ̣ h nghia ̃ là kỹ thuâṭ truyền dân ̃ vớ i đô ̣rôn ̣ g băng c ủa tín hiệu
lớ n hơn 500 MHz hoăc ̣ tỉ số B/fc > 0.2, trong đó B = fH – fL là độ rộng băng tại -10 dB và
fc=(fH+fL)/2 là tần số trung tâm; fH là tần số trên của dải và fL là tần số dưới của dải được
đo taị điểm thấp hơn -10 dB so vớ i điểm bứ c xa ̣lớ n nhất [1].
FCC cũng đã quy đin ̣ h: kỹ thuật truyền dẫn UWB có thể hoạt động trong dải tần 3.1 GHz
tớ i 10.6 GHz vớ i phổ mâṭ đô ̣công suất (PSD) thỏa mãn mặt nạ phổ cho truyền thông
trong nhà như hình 1.1. Theo đó , PSD của t ín hiệu UWB đo ở độ rộng băng 1 MHz
không đươc ̣ vươṭ quá -41.3 dBm. Trong hình 1.2, quy tắc trên cho phép các thiết bi ̣UWB
hoạt động trong vùng phủ sóng của các hệ thống băng hẹp , trong khi nó vân ̃ đảm bảo đủ
suy hao để giớ i han ̣ can nhiêu ̃ kênh lân cân ̣ .
1.1.2. Lĩnh vực ứng dụng
Trong tương lai gần , truyền thông trong nhà cho các dic̣ h vu ̣ dữ liêu ̣ số – từ các tín hiêu ̣
tốc đô ̣cao mang nhiều chương trình HDTV tớ i các tín hiêu ̣ tốc đô ̣thấp đươc ̣ sử dun ̣ g cho
mục đích định thời – sẽ được thực hiện trên các mạng vô tuyến số . Mạng này phải đảm
bảo đồng thời các yêu cầu : tốc đô ̣dữ liêu ̣ cao (cho nhiều luồng video số ), giá thành thấp
(phục vụ nhiều người dùng ) và công suất tiêu thu ̣ thấp (sử dun ̣ g trên các thiết bi ̣cầm tay
có nguồn là pin ). Vớ i đô ̣rôn ̣ g băng cưc ̣ lớ n (tớ i 7.5 GHz), công nghê ̣ UWB là giải pháp
có thể thỏa mãn các yêu cầu này.
Công nghê ̣UWB mở ra rất nhiều ứ ng dun ̣ g trong thông tin vô tuyến như: mạng, radar và
các hệ thống định vị. Vớ i thông tin vô tuyến, sử dun ̣ g công nghê ̣UWB có thể thưc ̣ hiên ̣ 2
cBs3cRrm0296kUJ
