Mô hình kênh truyền dưới nước.

- Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 1 Trang: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- PHẠM ANH TUẤN MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN DƢỚI NƢỚC Chuyên ngành : KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS.
- NGUYỄN VĂN ĐỨC HÀ NỘI – 2015 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 2 Trang: LỜI NÓI ĐẦU Trên thế giới hiện nay, truyền thông dưới nước đang ngày càng được nghiên cứu sâu hơn để áp dụng cho rất nhiều mục đích khác nhau trong thực tế, như trong thăm dò tài nguyên biển, định vị dẫn đường trên biển, cho liên lạc quân sự trên biển.
- Khi nghiên cứu, xem xét về các mô hình kênh truyền thông tin dưới nước, tuy có rất nhiều đặc tính, thông số môi trường đặc thù, ảnh hưởng lên kênh truyền khác hẳn với môi trường không gian tự do.
- Thế nhưng nhìn chung, từ những kiến thức về thông tin vô tuyến rất đồ sộ và dựa vào đó ta có cơ để xác định phương pháp nghiên cứu, xác định tiêu chí đánh giá, áp dụng vào phân tích các đặc tính kênh truyền dưới nước, ta cũng có thể đưa ra được những mô hình kênh truyền phục vụ cho khảo sát, nghiên cứu, tính toán để tiến gần hơn đến mô hình thực tế.
- Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Văn Đức – là người đã có rất nhiều năm nghiên cứu về lĩnh vực này.
- Em đã được cung cấp những điều kiện và cơ sở nhất định, để tự tin bước vào thực hiện luận văn.
- Mặc dù tính mới luôn là vấn đề được nhắc đến trong những nghiên cứu theo thiên hướng khoa học, thế nhưng nhìn chung luận văn của em mới chỉ dừng lại ở sự tìm tòi, liệt kê và tìm hiểu những gì mà trên thế giới đã và đang làm khi nghiên cứu về lĩnh vực này, sau đó tóm lược lại, rồi xây dựng những mô hình cụ thể, mô phỏng và tính toán bằng phần mềm Matlab.
- Em cũng Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 3 Trang: rất biết ơn những công lao chỉ dạy của tất cả các thầy, các cô trong quá trình tham gia học tập Thạc Sỹ tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy, các cô vừa trực tiếp và vừa gián tiếp tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.
- Hà Nội, ngày tháng 3 năm 2015 Học viên: Phạm Anh Tuấn Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 4 Trang: MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI NÓI ĐẦU.
- 14 + Lịch sử nghiên cứu.
- 14 + Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu.
- 15 + Phƣơng pháp nghiên cứu.
- 15 + Nội dung của luận văn.
- NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT CÁC MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN DƢỚI NƢỚC.
- Lựa chọn sóng mang cho kênh truyền dƣới nƣớc.
- Mô hình kênh OFDM băng rộng.
- 28 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 5 Trang: 2.1.1.
- Suy hao trong kênh truyền dƣới nƣớc.
- Suy hao trong kênh truyền dựa trên mô hình cơ sở hình học.
- Xác định hàm công suất trễ của kênh truyền âm thanh dƣới nƣớc cho mô hình thí nghiệm.
- XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TUYẾN NHIỄU.
- 35 3.1 Nhiễu màu trong kênh truyền âm thanh dƣới nƣớc.
- Mô hình 1/fβ.
- MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG.
- Hàm tƣơng quan thời gian, tần số của mô hình kênh.
- Hàm tƣơng quan thời gian, tần số của mô hình mô phỏng (mô hình kênh OFDM băng rộng dựa trên mô hình tán xạ hình học.
- Hàm tƣơng quan thời gian, tần số của mô hình thí nghiệm.
- Ƣớc lƣợng tham số của mô hình mô phỏng bằng phƣơng pháp Lp-Norm cải tiến.
- Hệ thống thông tin liên lạc dƣới nƣớc OFDM băng rộng dùng cho mô phỏng.
- Xác định PDP và hàm mật độ phổ công xuất Doppler từ mô hình thực nghiệm.
- Xác định hàm tƣơng quan thời gian, tần số của mô hình mô phỏng và mô hình thí nghiệm.
- 56 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 6 Trang: 5.1.3.
- Xác định tỉ lệ lỗi khung SER theo 2 phƣơng pháp ƣớc lƣợng LSE và SCE.
- So sánh ƣớc lƣợng LSE và SCE đối với điều chế BPSK và QPSK 61 b.
- So sánh ƣớc lƣợng LSE và SCE đối với điều chế 8QAM và 8PSK 62 c.
- So sánh ƣớc lƣợng LSE và SCE đối với điều chế 16QAM và 16PSK63 d.
- So sánh ƣớc lƣợng LSE đối với điều chế BPSK, QPSK, 8PSK và 16PSK.
- So sánh ƣớc lƣợng SCE đối với điều chế BPSK, QPSK, 8PSK và 16PSK.
- So sánh ƣớc lƣợng LSE đối với điều chế 4QAM, 8QAM và 16QAM66 g.
- So sánh ƣớc lƣợng SCE đối với điều chế 4QAM, 8QAM và 16QAM.
- Đánh giá băng thông phù hợp, theo 2 phƣơng pháp ƣớc lƣợng LSE và SCE.
- So sánh ƣớc lƣợng LSE và SCE đối với điều chế BPSK với băng thông B = 1kHz, B = 2kHz và B = 3kHz.
- So sánh ƣớc lƣợng LSE và SCE đối với điều chế QPSK với băng thông B = 1kHz, B = 2kHz và B = 3kHz.
- Đặc tuyến SER phụ thuộc vào băng thông, với ƣớc lƣợng LSE và SCE, đối với điều chế BPSK và với một giá trị SNR cụ thể, ví dụ SNR = 5dB.
- Đặc tuyến SER phụ thuộc vào băng thông, với ƣớc lƣợng LSE và SCE, đối với điều chế QPSK và với một giá trị SNR cụ thể, ví dụ SNR = 5dB.
- 73 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 7 Trang: LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
- Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và tham khảo có dẫn chứng cụ thể.
- Những đánh giá, nhận xét của cá nhân được đưa ra từ những nghiên cứu lý thuyết và thực hành, trong đó có mô phỏng bằng phần mềm Matlab.
- Học viên: Phạm Anh Tuấn Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 8 Trang: DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ gốc Dịch nghĩa UAC Underwater Acoustic Channel Kênh thông tin dưới nước QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha vuông góc PSK Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Điều chế đa sóng mang con trực giao ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên ký tự SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi khung BER Bit error rate or bit error ratio Tỉ lệ lỗi bít FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier nhanh LSE Least Square Estimation Ước lượng bình phương tối thiểu SCE Sparse Channel Estimation Ước lượng kênh thưa CS Compressive Sensing Lây mẫu nén Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 9 Trang: OMP Orthogonal matching Pursuit Thuật toán tối ưu đuổi khớp CoSaMP Compressive Sampling Matched Pursuit Thuật toán tối ưu đuổi khớp lấy mẫu nén CVX Convex optimization Phần mềm tối ưu hóa hàm lồi PDP Power Delay Profile Hàm công xuất trễ LPNM Lp-Norm Method Phương pháp tối ưu Lp-Norm LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng TCF Time Correlation Functions Hàm tương quan thời gian FCF Frequency Correlation Functions Hàm tương quan tần số T-FCF Time And Frequency Correlation Functions Hàm tương quan thời gian tần số AN factor Attenuation Noise factor Hệ số nhiễu suy hao Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 10 Trang: DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1.
- Thông số hệ thống OFDM băng rộng dùng cho mô phỏng.
- 60 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 11 Trang: DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.
- Hình dạng của tốc độ âm điển hình đối với Bắc Băng Dương [2], [13.
- 26 Hình 1.10.
- Mô hình kênh dựa trên cơ sở hình học.
- 45 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 12 Trang: Hình 4.3.
- Hình vẽ biểu thị FCF giữa mô hình mô phỏng và mô hình thí nghiệm.
- Hình vẽ biểu thị TCF giữa mô hình mô phỏng và mô hình thí nghiệm.
- Hệ thống thông tin liên lạc dưới nước OFDM băng rộng dùng cho mô phỏng.
- PDP đo được ở kênh truyền âm thanh dưới nước với khoảng cách 100m.
- Ước lượng LSE và SCE đối với điều chế BPSK và QPSK.
- Ước lượng LSE và SCE đối với điều chế 8QAM và 8PSK.
- Ước lượng LSE và SCE đối với điều chế 16QAM và 16PSK.
- 63 Hình 5.10.
- Ước lượng LSE đối với điều chế BPSK, QPSK, 8PSK và 16PSK.
- 64 Hình 5.11.
- Ước lượng SCE đối với điều chế BPSK, QPSK, 8PSK và 16PSK.
- 65 Hình 5.12.
- Ước lượng LSE đối với điều chế 4QAM, 8QAM và 16QAM.
- 66 Hình 5.13.
- Ước lượng SCE đối với điều chế 4QAM, 8QAM và 16QAM.
- 67 Hình 5.14.
- So sánh ước lượng LSE và SCE đối với điều chế BPSK với băng thông B = 1kHz, B = 2kHz và B = 3kHz.
- 68 Hình 5.15.
- So sánh ước lượng LSE và SCE đối với điều chế QPSK với băng thông B = 1kHz, B = 2kHz và B = 3kHz.
- 69 Hình 5.16.
- Đặc tuyến SER phụ thuộc vào băng thông, với ước lượng LSE và SCE, đối với điều chế BPSK và SNR = 5dB.
- 70 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 13 Trang: Hình 5.17.
- Đặc tuyến SER phụ thuộc vào băng thông, với ước lượng LSE và SCE, đối với điều chế QPSK và SNR = 5dB.
- 71 Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 14 Trang: MỞ ĐẦU + Lý do chọn đề tài Hiện nay trên thế giới, việc nghiên cứu truyền thông dưới nước ngày càng được tiếp cận sâu hơn, để áp dụng vào thực tế với những mục đích như trong thăm dò tài nguyên biển, định vị dẫn đường trên biển, liên lạc trên biển.
- Với việc nghiên cứu truyền thông dưới nước, chúng ta cũng có thể thực hiện được các mục đích như thăm dò, đo đạc thông số … để tiến đến làm chủ tốt hơn các nguồn lợi thủy, hải sản và giảm thiểu tác hại của thiên tai.
- Lịch sử nghiên cứu Các mô hình kênh truyền thông tin dưới nước có rất nhiều đặc tính, thông số môi trường đặc thù, ảnh hưởng lên kênh truyền khác hẳn với môi trường không gian tự do.
- Dựa vào những kiến thức về thông tin vô tuyến, để từ đó xác định phương pháp nghiên cứu, xác định tiêu chí đánh giá, áp dụng vào phân tích các đặc tính kênh truyền dưới nước, ta cũng có thể đưa ra được những mô hình kênh truyền phục vụ cho khảo sát, nghiên cứu, tính toán để so sánh với mô hình thực tế và tiến tới áp dụng vào thực tế.
- Tuy vậy vẫn tồn tại nhiều bất lợi đối với sóng âm trong truyền thông dưới nước, đó là sự ảnh hưởng của rất nhiều tham số môi trường lên chất lượng kênh truyền.
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Luận văn này đã áp dụng mô hình kênh truyền OFDM băng rộng dưới nước dựa trên mô hình tán xạ hình học, nhằm mục đích đánh giá băng thông phù hợp và tỉ lệ lỗi khung SER (Symbol Error Rate), trong đó có sử dụng 2 phương pháp ước Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 15 Trang: lượng kênh truyền là phương pháp ước lượng bình phương tối thiểu LSE (Least Square Estimation) và phương pháp ước lượng kênh thưa SCE (Sparse Channel Estimation).
- Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các mô hình kênh truyền dưới nước và từ đó tiếp cận hệ thống kênh truyền trong thực tế.
- Phạm vi nghiên cứu của luận văn là các ứng dụng truyền thông dưới biển, dưới hồ hay sông, suối, như là thăm dò tài nguyên dưới nước, định vị dẫn đường dưới nước, cho thông tin liên lạc dưới nước, liên lạc giữa các thiết bị dưới nước, liên lạc giữa các tàu ngầm, thợ lặn.
- Mỗi ứng dụng lại có một phạm vi khác nhau dẫn tới các thông số ảnh hưởng tới kênh truyền cũng khác nhau.
- Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu các mô hình kênh truyền dưới nước, sử dụng ước lượng kênh, đánh giá băng thông phù hợp và tỉ lệ lỗi khung SER, từ đó tiếp cận hệ thống kênh truyền trong thực tế.
- Thông qua những tài liệu tham khảo, tác giả đã tiến hành việc nghiên cứu các mô hình kênh truyền và sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng.
- Tác giả đã cố gắng áp dụng những lý thuyết đã phân tích vào mô hình mô phỏng của kênh và đưa ra những đánh giá.
- Phƣơng pháp nghiên cứu Như trình bầy trong luận văn thì phương pháp nghiên cứu của tác giả là tiến hành việc nghiên cứu lý thuyết về các mô hình kênh truyền, nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số môi trường lên các đặc tính của kênh truyền, đánh giá ảnh hưởng của nhiễu, ảnh hưởng của hiện tượng truyền đa đường, đánh giá băng thông phù hợp và tỉ lệ lỗi khung SER, trong đó có sử dụng 2 phương pháp ước lượng kênh truyền LSE và SCE và sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng.
- Nội dung của luận văn Phần nội dung chính của luận văn gồm 5 chương, cụ thể như sau: Chương 1: Nghiên cứu và khảo sát các mô hình kênh truyền dưới nước Chương 2: Xây dựng các đặc tuyến truyền dẫn Luận Văn Tốt Nghiệp Phạm Anh Tuấn 12B_KTTT.KH 16 Trang: Chương 3: Xây dựng các đặc tuyến nhiễu Chương 4: Mô hình và mô phỏng hệ thống Chương 5: Đánh giá kết quả

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt