Phát triển hệ thống truyền thống không dây.

- 191.3 Các đặc trưng của hệ thống vô tuyến kênh HF.
- 221.3.1 Tổng quan về hệ thống OFDM.
- 221.3.2 Các đặc trưng của hệ thống sử dụng trong kênh vô tuyến.
- 241.3.4 Hệ thống OFDM 39 sóng mang.
- 524.2 Thuật toán đồng bộ cho hệ thống 39 Tones.
- 564.2.1 Mô hình tín hiệu phát đi.
- 604.3 Giải mã tín hiệu.
- 695 Triển khai hệ thống 39 sóng mang trên Simulink 725.1 Khối phát.
- Hệ thống thông tin sóng ngắn sử dụng băng tần3-30MHz (HF) có thể truyền được thông tin đi xa nhờ đặc tính lan truyền, phản xạ tầngđiện ly của sóng ngắn.
- Do đó, thông tin HF thường được sử dụng trong các ứng dụngchuyên dụng như trong thông tin quân sự, thông tin hàng không, hàng hải.Dưới đây liệt kê một số những nghiên cứu chính và nổi bật trên thế giới về việc sửdụng công nghệ truyền OFDM trên kênh HF cho các nhu cầu thoại và dữ liệu:• Các tác giả trong [24] đã có những nghiên cứu tiên phong trong việc mô hình hoákênh HF phục vụ cho việc mô phỏng và kiểm tra hệ thống thông tin kênh HF.
- Cácđóng góp chính bao gồm việc đưa ra mô hình kênh gồm 2 đường lan truyền với trễlan truyền và trải phổ Doppler nhằm đơn giản hoá việc tính toán mô phỏng mà vẫnđảm bảo được độ chính xác cần thiết trong quá trình kiểm tra hệ thống thông tinkênh HF (Mô hình kênh HF của Watterson.
- Trong [27] các tác giả đã trình bày hướng nghiên cứu và thiết kế hệ thống thôngtin kênh HF sử dụng công nghệ OFDM, mô phỏng và kiểm nghiệm thuật toán, xâydựng phần cứng cho hệ thống HF OFDM với các kết quả thử nghiệm thực tế.• Trong [18], bài báo trình bày những nghiên cứu trong việc xây dựng hệ thống thông6 MỤC LỤCtin kênh HF với anten phát và thu hướng thẳng đứng (góc phát xạ gần 90o) nhằmtruyền tín hiệu HF phản xạ trong cự li ngắn cỡ 100km.
- Các kết quả của côngtrình có ý nghĩa trong việc nghiên cứu thiết lập hệ thống đo kênh HF với mục đíchsử dụng để truyền tải dữ liệu dải rộng (sử dụng nhiều kênh thoại 3KHz để truyềntin đồng thời.
- Cáckết quả đo về trễ lan truyền và trải phổ Doppler được đánh giá và bổ sung cho môhình kênh Watterson nhằm đơn giản hoá việc thiết kế hệ thống thông tin sóng ngắncho các khu vực trên.• Trong [23],[22] các tác giả đã công b ố kiến trúc phần cứng cho hệ thống thông tinsóng ngắn s ử dụng công nghệ HF OFDM để truyền dữ liệu từ Nam Cực về Tây BanNha.
- Tại khu vực Nam Cực, các tác giả đã sử dụng hệ thống phát HF để thiết lậpkênh thông tin vô tuyến phục vụ cho dữ liệu (sử dụng công nghệ HF OFDM) vàthoại (tốc độ thấp và sử dụng công nghệ CDMA) để truyền dữ liệu về Tây Ban Nhaqua phản xạ tầng điện ly với cự li thông tin lên tới 12.700km.Trong khi đó, tình hình nghiên cứu và phát triển hệ thống thông tin HF ở Việt Namcòn hạn chế như sau.• Trang thiết bị thông tin liên lạc sóng ngắn chủ yếu là các thiết bị thế hệ cũ và sửdụng công nghệ analog, do đó khả năng bảo mật rất hạn chế, việc thiết lập kênhthông tin chủ yếu thực hiện bằng tay và do kinh nghiệm (ví dụ lựa chọn sử dụngkênh HF theo giờ trong ngày và theo mùa chủ yếu dựa vào kinh nghiệm thực tế).7 MỤC LỤC• Nhu cầu về thông tin liên lạc sóng ngắn bảo mật là rất lớn, phục vụ cho các hệ thốngthông tin liên lạc khoảng cách lớn.
- Do đó chất lượngdịch vụ thoại và dữ liệu trên nền tảng phương thức điều chế số đơn sóng mang bịgiới hạn và không thể hiện được tính ưu việt trong những điều kiện môi trường kênhsóng ngắn phức tạp như Việt Nam.Trên cơ sở phân tích tình hình trong và ngoài nước như trên, việc nghiên cứu và pháttriển một hệ thống thông tin thoại số trên dải tần HF là một nhiệm vụ cấp thiết, có tínhkhoa học và thực tiễn cao.
- Do sử dụng nhiều sóng mang con để truyền tin, OFDM là công nghệ sử dụng hiệuquả phổ tần số, đây là lợi ích vượt trội so với các phương pháp điều chế số khác.Nói cách khác, với cùng điều kiện kênh truyền, OFDM đảm bảo tốc độ truyền dữliệu cao, từ đó cho phép triển khai hệ thống bảo mật mà không làm suy giảm chấtlượng thoại.2.
- Kĩ thuật HF-OFDM cũng cho phép các cơ chế điều chế thích ứng (adaptive) với cácđiều kiện kênh truyền khác nhau.Đối tượng nghiên cứu chính của luận ánMô hình của một hệ thống thoại số bao gồm các phần chính được cho như Hình 1Néntiếng nóitố c độ thấp< 2400bpsGiảmnhiễu nềnOFDMĐiều chếGiải néntiếng nóiOFDMGiải điều chếKênh HF1.5Mhz - 30MhzNguồn nhiễuHình 1: Sơ đồ khối của hệ thống thông tin thoại số• Giảm nhiễu nền, khối này thực hiện giảm nhiễu nền dựa trên 2 đầu vào cung cấpbởi 2 microphone phía trước đó.
- Giảm nhiễu nền cho tiếng nói đầu vào của hệ thống truyền thông thoại số, sử dụnghai microphone.2.
- Thiết kế hệ thống thu phát HF OFDM theo chuẩn MIL-STD-188-110B.9 Danh mục các từ viết tắtARQ Automatic repeat requestBER Bit Error RateCFO Carrier Frequency OffsetDQPSK Differential Quadrature Phase Shift KeyedEOM End Of MessageFEC Forward Error CorrectionFFO Fractional Frequency OffsetFPGA Field Programmable Gate ArraysHDL Hardware Description LanguageHF High FrequencyHF NVIS High Frequency Near Vertical Incident Sky waveHIL Hardware In the LoopICI Inter Carrier InterferenceIFO Integer Frequency OffsetITU International Telecommunication UnionMC-SPP Multichannel Speech Presence ProbabilityMIL-STD Military StandardOFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingPAPR Peak-to-Average Power RatePLD Power Level DifferenceSNR Signal to Noise RatioSTANAG Standardization AgreementsSTO Symbol Time OffsetTone Carrier Frequency10 Danh sách hình vẽHình 1 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin thoại số.
- 16Hình 1.2 Mô hình mô phỏng HIL cho hệ thống thông tin số.
- 21Hình 1.5 Sơ đồ khối máy phát của hệ thống OFDM 39 sóng mang[5.
- 25Hình 2.1 Mô hình hệ thống HF kết hợp thuật toán giảm nhiễu tiếng nói.
- 29Hình 2.4 Mô hình tín hiệu của hai microphone.
- 53Hình 4.5 Ảnh hưởng của CFO ε = 0.1 lên pha tín hiệu theo thời gian.
- 54Hình 4.6 Ảnh hưởng của CFO ε = 0.3 lên pha tín hiệu theo thời gian.
- 54Hình 4.7 Ảnh hưởng của CFO ε = 1.3 lên pha tín hiệu theo thời gian.
- 55Hình 4.8 Ảnh hưởng của εilên tín hiệu.
- 61Hình 4.13 Tìm điểm đầu tiên từ điểm năng lượng lớn nhất của khung tín hiệu 64Hình 4.14 Lưu đồ khối quá trình thực hiện đồng bộ trong hệ thống OFDM.
- 66Hình 4.17 Nhận dạng tín hiệu kết thúc khung dữ liệu EOM.
- 71Hình 5.1 Sơ đồ của hệ thống 39-Tones.
- 74Hình 5.2 Sơ đồ khối máy phát của hệ thống 39-Tones.
- 81Hình 5.8 Năng lượng tương quan có sử dụng bộ lọc.
- 21Bảng 1.2 Tiêu chuẩn cho các hệ thống sử dụng kênh HF.
- 22Bảng 1.3 Thông số đặc trưng của hệ thống 39 sóng mang.
- 6914 Chương 1Tổng quan1.1 Thiết kế bộ xử lí băng gốc trong thông tin sốĐể thiết kế bất kỳ một hệ thống thông tin số nào ta đều cần thực hiện 5 giai đoạn (Hình1.1) gồm: Khảo sát thuật toán, lựa chọn kiến trúc thiết kế, thiết kế, triển khai trên phầncứng(HDL/FPGA), tổng hợp và layout ASIC.
- Sau đó, các bước triển khai được đưa ra một cách rõràng, chi tiết theo trình tự hệ thống.
- Cuối cùng, chúng ta phải đưa ra giải pháp tối ưu mềm : bit mã hóa, phép toán làmtròn, độ trễ của mạch (latency), các bộ nhân, bộ cộng, ...1.1.2 Lựa chọn kiến trúc thiết kếĐể thiết kế ra một hệ thống đảm bảo yêu c ầu của thuật toán có rất nhiều mô hình.
- Từ đó xây dựng hệ thống của chúng ta một cách phù hợp nhất.1.1.3 Thiết kếSau khi đã lựa chọn kiến trúc, ta phải thiết kế cụ thể mạch.
- Mô hình trên Simulink cho phép quan sát đượcquá trình hoạt động, đánh giá các yêu cầu đáp ứng của hệ thống trước khi triển khai thựcnghiệm.Khi triển khai trên Simulink, các chức năng khác nhau của hệ thống được phân ra rõràng thành các khối riêng rẽ.
- TỔNG QUANchuẩn mực cho việc triển khai thực tế hệ thống trên phần cứng HDL/FPGA.Kết quả: Sau khi thiết kế xong, ta có thể viết được 1 design specification.
- Hệ thống sẽ hoạt động bằng đầu vào ngẫunhiên trên Simulink, các khối xử lí chạy trên board FPGA và đầu ra được đưa ngược vềSimulink để so sánh và đánh giá.Khi triển khai code HDL chúng ta nên tham số hóa dữ liệu cho tín hiệu đầu vào, đầura để thiết kế trở nên mềm dẻo trong việc thay đổi kích thước các tín hiệu này.
- TỔNG QUANHình 1.2: Mô hình mô phỏng HIL cho hệ thống thông tin sốPhạm vi luận vănDo thời gian và nguồn lực có hạn, luận văn này sẽ chỉ thực hiện các bước 1,2,3 trong 5bước trên, tức là: đề xuất thuật toán máy thu, xây dựng kiến trúc hệ thống và tối ưu hóakiến trúc cho hệ thống thông tin HF OFDM.1.2 Kênh điện li cao tầnKênh điện li cao tần (HF ionospheric) được đặc trưng bởi lan truyền đa đường và phađinh.
- TỔNG QUANHình 1.3: Sơ đồ khối của mô hình kênh điện li cao tầncủa 2 hay nhiều hệ thống thực cần sử dụng phương pháp mô phỏng monte carlo.Theo ITU [6], người ta có thể xây dựng được mô hình kênh mẫu dựa trên phân bốGaussian (thường được gọi là mô hình Watterson).Hình 1.3 thể hiện sơ đồ khối của mô hình kênh điện li cao tần, trong đó mỗi tape đặctrưng cho 1 đường truyền từ máy phát - tầng điện li- máy thu.
- Việt Nam nằm ở vĩđộ khoảng từ 9obắc tại Cà Mau cho tới 22ođộ Bắc ở Hà Giang do đó sử dụng tiêu chuẩnvề kênh có tọa độ thấp của I TU-RF.1487 [6] như trong Bảng 1.1Bảng 1.1: Điều kiện kênh truyền theo vĩ độQuite Moderate DisturbedLow latitudefrequency spread[Hz Differential time d elay[ms] 0.5 2 6Middle latitudefrequency spread[Hz] 0.1 0.5 1Differential time d elay[ms] 0.5 1 2High latitudefrequency spread[Hz] 0.5 10 30Differential time d elay[ms] 1 3 7Ngoài ra ITU- RF.1487 còn đưa ra chuẩn yêu cầu cho các hệ thống sử dụng kênh HFTrong Bảng 1.2 2 thông số chênh lệch thời gian và trải tần số Doppler chia thành cácmức khác nhau, mức tín hiệu trên nhiễu trắng SNR trong khoảng [-10÷50].
- TỔNG QUANBảng 1.2: Tiêu chuẩn cho các hệ thống sử dụng kênh HFThông số đầu vào Khoảng thay đổi Mức độ gia tăng0-4 0.5Thời gian chênh lệnh Dịch Doppler SNR (dB) -10 to 50 1Khoảng BER chấp nhận 2x10−3to 0.5x10−3đòi hỏi mức độ chính xác hơn của tín hiệu thì mức độ BER sẽ thấp hơn, có thể đạt tới1x10−4, tùy vào từng ứng dụng.1.3 Các đặc trưng của hệ thống vô tuyến kênh HF1.3.1 Tổng quan về hệ thống OFDMKỹ thuật điều chế OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) do R.W Changphát minh năm 1966 ở Mỹ [3] là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đasóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở cácsóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệuban đầu.
- Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổlớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường.
- Hệ thống thông tin sử dụng điềuchế OFDM có ưu điểm và nhược điểm như sau:Ưu điểm:• Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng giao thoa giữa các kí hiệu(ISI)nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval lenght) lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất củakênh.• Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh hưởng của sựphân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống22 CHƯƠNG 1.
- Điều này gây ra méo phituyến ở các bộ khuếch đại công suất ở máy phát và máy thu.• Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm giảm đi mộtphần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thôngtin có ích.• Do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống OFDM rấtnhạy cảm với hiệu ứng Doppler cũng như sự dịch tần (frequency offset) và dịch thờigian (time offset) do sai số đồng bộ.1.3.2 Các đặc trưng của hệ thống sử dụng trong kênh vô tuyếnCác hệ thống sử dụng trong kênh vô tuyến [6] có các thông số đặc trưng sau:• Tốc độ mã hóa: được biểu diễn bằng đơn vị baud (Bd), và tôc độ tín hiệu dữ liệuđược biểu diễn bằng số lượng bit truyền trên một giây (bps).
- k x tốc độ mã hóa (Bd).Trong đó k = log2M là số lượng bit trong 1 kí hiệu.• Tần số: Phân thành 2 trường hợp.Hệ thống băng hẹp: tần số sóng mang trong dải 1.5-30MHz, độ rộng dải thông B =3KHz.Hệ thống băng rộng: tần số sóng mang 1.5-30MHz, độ rộng dải thông B > 3KHz.23 CHƯƠNG 1.
- Hệ thống theo chuẩn STANAG 4285 và STANAG .
- Hệ thống 39 sóng mang để truyền thoại băng hẹp MIL-C-28883 và STANAG 4197[10].3.
- Hệ thống 16 sóng mang sử dụng mã dịch pha chênh lệch DPSK.
- Hệ thống 39 sóng mang DQPSK.
- Hệ thống 16 sóng mang DPSK cho các ứng dụng thông tin số MIL-C-28883.6.
- Hệ thống truyền tín hiệu tốc độ cao 3200-9600bps.
- Hệ thống 75bps theo chuẩn STANAG 4415 [12] và phương thức băng hẹp STANAG4529 [13].8.
- Hệ thống nhảy tần số, sử dụng mã PSK đơn sóng mang, dạng tín hiệu nối tiếp.Thông tin thời gian và dữ liệu mở đầu theo như MIL-STD Hệ thống OFDM 39 sóng mangMỗi hệ thống thông tin số đều yêu cầu các đặc trưng riêng về tốc độ bit, băng thông chophép, phương thức mã hóa.
- đối với hệ thống tốc độ thấp và băng thông hẹp như OFDM39 sóng mang sử dụng phản xạ tầng điện li các thông số yêu cầu khắt khe hơn, các giá trịđược cho như trong Bảng 1.3 được tổng kết từ [5].Về cơ bản hệ thống OFDM 39 sóng mang chính là hệ thống truyền thông OFDM trongđó các cấu trúc về khung dữ liệu, tốc độ bit, tần số sóng mang, dải thông của tín hiệuđược quy định chặt chẽ theo chuẩn MIL-STD-188-110.
- Mô hình tín hiệu 39 tone Hình 1.524 CHƯƠNG 1.
- TỔNG QUANBảng 1.3: Thông số đặc trưng của hệ thống 39 sóng mangTốc độ bit 2400bpsDải thông cho phép 2418.75HzKhoảng cách giữa 2 sóng mang ∇F56.25HzTần số lấy mẫu 7200HzSố điểm FFT 128Chức năng của các tone 39 tone dữ liệu, 4 tone 0, 1 doppler toneĐiều chế DQPSKThời gian của 1 frame 22.5msThời gian khoảng bảo vệ 4.7msDataFill EOMFECCODINGINTERLEAVEMATRIXDATAFETCHBLOCKSYNCPREAMBLESYNCMODULATORDQPSKIFFTHình 1.5: Sơ đồ khối máy phát của hệ thống OFDM 39 sóng mang[5]sử dụng 39 sóng mang con đặt trong dải tần số âm thanh, trong đó mỗi sóng mang conđược mã hóa DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying), tần số của khung44.44 khung trên một giây, thời gian của một khung Tsym= 22.5ms.
- Trong đó chuẩn MIL-STD-188 bao gồm cácchuẩn nhỏ hơn như MIL-STD-188-100 đưa ra các tiêu chuẩn triển khai cho hệ thống sửdụng đơn sóng mang trong truyền thông khoảng cách lớn hoặc liên lạc trong quân đội.Chuẩn MIL-STD-188-200 và MIL-STD-188-300 tương ứng dành cho liên lạc quân sự vàliên lac khoảng cách xa.
- MIL-STD-188-148 đề xuất kết hợ p cáctiêu chuẩn để tránh tắc nghẽn trong thông tin liên lạc sử dụng tần số cao tần (2-30MHz),điển hình như tự động lặp lại yêu cầu (ARQ).MIL-STD-188-110 bao gồm MIL-STD-188-110A đưa ra tiêu chuẩn thiết kế cho đơnsóng mang, hệ thống 16 sóng mang và hệ thống 39 sóng mang, MIL-STD-188-110B baogồm chuẩn MIL-STD-188-110A và tiêu chuẩn cho các hệ thống có tốc độ cao hơn 2400bps,MIL-STD-188-110C giành riêng cho các hệ thống liên lạc trong quân sự, không được xuấtbản.26 Chương 2Thuật toán giảm nhiễu tiếng nóitrong máy HFTrong chương này chúng tôi xem xét sử dụng thuật toán giảm nhiễu tiếng nói như mộtkhâu tiền xử lí nhằm loại bỏ tiếng ồn từ môi trường ngoài trước khi tiếng nói được đưavào hệ thống HF, nhằm tăng chất lượng thoại của c ác hệ thống HF.
- Các hệ thống nàythường được sử dụng trong các môi trường có mức độ nhiễu cao như trên biển, trong quânsự, do đó đó chất lượng âm thanh trong các hệ thống HF thường rất thấp.
- Tín hiệu âm thanh đưa vào máy HF bị lẫn nhiều tạp âm không mong muốn.Chúng tôi sử dụng các thuật toán đồng bộ và bù lệch thời gian, tần số để giải quyếtcho nguyên nhân thứ nhất.
- THUẬT TOÁN GIẢM NHIỄU TIẾNG NÓI TRONG MÁY HFNoiseCancellingSource speechNoiseTransmitter Channel ReceiverHình 2.1: Mô hình hệ thống HF kết hợp thuật toán giảm nhiễu tiếng nói2.1 Thuật toán giảm nhiễu tiếng nói2.1.1 Mô hình toán học thuật toán giảm nhiễuHai microphone được đặt trong một môi trường nhiễu, thu tín hiệu tới từ cùng một nguồn.Kí hiệu x1(t), x2(t) là tín hiệu thu được tại 2 microphone thỏa mãn phương trình:x1(t.
- Chi tiết trong Bảng 3.2Để rõ ràng hơn, xem xét trường hợp hệ thống yêu cầu tốc độ 2400bps với Interleavingdegree = 18, tra bảng có số lượng super blocks = 12, tổng số bit trong phần data =1209641 CHƯƠNG 3.
- Việc này giảm rất nhiều băng thông chopilot symbol và độ phức tạp của máy thu nếu sử dụng DQPSK.• ví dụ: mã hóa chuỗi bit Kết quả sẽ là {ei5π4ei2πei7π4ei2π}Với việc thực hiện hệ thống tốc độ bit 2400bps do đó 39 tones được mã hóa bởi 78 bitsdữ liệu.
- THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG THEO CHUẨN MIL-STD-188-110Hình 3.5: Sắp xếp bit thông tin trong trường hợp 4 từ mã3.6 Interleaving degree và ma trận interleaverKích thước của ma trận Interleaver phụ thuộc vào tốc độ bit của hệ thống và số superblock trong phần dữ liệu như trong Bảng 3.2.
- Các kết quả được so sánh và phân tíchqua mô p hỏng Monte Carlo sử dụng quan hệ BER-SNR.4.1 Ảnh hưởng của lệch thời gian và lệch tần số4.1.1 Ảnh hưởng của lệch thời gianViệc mã hóa và giải mã có sử dụng IFFT và FFT là yêu cầu bắt buộc của máy phát vàmáy thu của hệ thống OFDM, để thực hiện chính xác FFT N điểm trên máy thu cần phảixác định chính xác điểm bắt đầu của tín hiệu truyền, đường đầu tiên đến máy thu.
- Quan hệ tín hiệu trong miền thời gian và miền tần số khi chịu ảnh hưởngcủa lệch thời gian kí thiệu - symbol time offset (STO) [4].
- CÁC THUẬT TOÁN MÁY THUHình 4.7: Ảnh hưởng của CFO ε = 1.3 lên pha tín hiệu theo thời gianHình 4.8: Ảnh hưởng của εilên tín hiệu55 CHƯƠNG 4.
- Il[k]biểu điễn tác động ICI từ các thành phần sóng mang khác tới sóng mang thứ k, do đótính trực giao của các sóng mang không còn được duy trì.4.2 Thuật toán đồng bộ cho hệ thống 39 TonesCó ba loại đồng bộ chính được đưa ra cho một hệ thống OFDM bất kì1.
- ˆǫf/N (4.8)rcor(k) là tín hiệu đã bù phần thập phân εfcủa lệch tần số.59 CHƯƠNG 4.
- Trong bài báo [1] cụ thểhóa phương pháp tính Px(d) tính của tín hiệu đã bù tần số và phần preamble đã biếttrước.Px(d) =N−1Xk=0rcorT(d + k)S∗(k).
- d ∈ {bdpath− λT,bdpath} (4.16)Minh họa rõ hơn trong Hình 4.13Hình 4.14 minh họa quá trình thực hiện đồng bộ trong 1 hệ thống sử dụng OFDM.63 CHƯƠNG 4.
- CÁC THUẬT TOÁN MÁY THUCoarse timing estimationFraction frequency offset estimationFraction frequency offset compensationInterger frequency offset estimationInterger frequency offset compensationFine timing estimationHình 4.14: Lưu đồ khối quá trình thực hiện đồng bộ trong hệ thống OFDM4.3 Giải mã tín hiệuSau khi thực hiện xong phần đồng bộ, lập tức nhảy đến phần bắt đầu của gói thông tin.Dựa vào đặc điểm cấu trúc khung khác nhau của phần dữ liệu và phần preamble để xácđịnh điểm bắt đầu này.
- CÁC THUẬT TOÁN MÁY THUHình 4.17: Nhận dạng tín hiệu kết thúc khung dữ liệu EOM67 CHƯƠNG 4.
- Trong các hệ thống sửdụng điều chế OFDM phát sinh vấn đề về năng lượng của tín hiệu trong kênh truyền, mộtsố đoạn có năng lượng lớn hơn trung bình của nhiễu, một số nhỏ hơn nhiễu nền sẽ dẫn đếntất cả thông tin trong đoạn đó bị lỗi ngay cả sử dụng FEC với khả năng sửa lỗi cao cũngkhông thể sửa lỗi được.
- Để giải quyết vấn đề này, trong các hệ thống OFDM sử dụng khối interleaver đểphân chia dữ liệu theo thời gian.
- CÁC THUẬT TOÁN MÁY THUHình 4.20: Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu trong điều kiện ituHFMM, ituHFLQ, ituHFLM71 Chương 5Triển khai hệ thống 39 sóng mangtrên SimulinkĐể triển khai hệ thống 39-tone lên phần cứng từ code mềm như code Matlab hoặc C/C++ta cần thêm 1 bước để chuyển từ code mềm sang hệ thống thời gian thực.
- Phần mềmSimulink của Matlab giúp thực hiện mô phỏng theo thời gian thực, thông qua 1 sơ đồ khốiđược xây dựng bởi các khối cơ bản trên thư viện của Simulink.Chức năng chính của việc mô phỏng thời gian thực trên Simulink bao gồm:• Kiểm tra lại thuật toán của hệ thống theo thời gian.• Giảm độ phức tạp của thuật toán, tăng tốc độ thực hiện• Phân chia thuật toán thành các khối cơ sở và viết spec cho từng khối, trước khi viếtcode phần cứng.• Generation code HDL/verilog HDL từ Simulink.Hệ thống 39-tone sử dụng kênh điện li cao tần bao gồm các khối chính:1.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINK2.
- Thời gian và tần số thô đươc tính và bù trực tiếp chotừng khung.• Khối đồng bộ tinh: Sau khi thực hiện xong đồng bộ thô, tín hiệu đã được bùthời gian thô và phần thập phân của tần số lệch.
- Phần đồng bộ tính sẽ tínhtoán và bù phần nguyên của tần số lệnh và tìm điểm đầu tiên của 1 khung tínhFFT, điểm này sẽ được coi là điểm đầu tiên của khung tín hiệu cho tất các cáctính toán ở phía sau.• Khối giải mã DQPSK: Sau khi bù tần số và thời gian lệch, tín hiệu sẽ nhảy đếnphần 2 của preamble dựa vào chênh lệch năng lượng giữa khung trong phần 1và phần 2 của preamble, tại đây góc khởi tạo dữ liệu được tính và dùng để giảimã DQPSK cho các khung mang thông tin phía sau.• Khối giải Interleaver và sửa lỗi: thực hiện khôi phục bit thông tin từ dòng bitsau khối giải mã DQPSK.• Tính so sánh và tính BER: so sánh bit phát đi và bit khôi phục được để tínhsố bit sai, sau đó tính BER dựa trên tổng số lỗi sai và tổng số bit đã truyền đi.Sau khi sơ đồ Simulink của hệ thống được thiết kế xong, ta cần xây dựng 1 file .m trênMatlab để thực hiện chạy Monte-Carlo sơ đồ này.
- Sử dụng lệnh load_system(′F ileName′)để gọi file Simulink và lệnh sim(′F ileName′) để thực hiện mô phỏng.Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 39 tones trên Simulink Hình 5.173 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.1: Sơ đồ của hệ thống 39-Tones74 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINK5.1 Khối phátHình 5.2 thể hiện khối phát của hệ thống 39 tones sử dụng kênh điện li cao tần.
- Ma trận Interleaver được lưu sẵn trong khối interleaving, mục đíchphân tán riêng các bit nhằm chuyển đổi nhiễu cố định trong hệ thống OFDM thành nhiễungẫu nhiên có thể sửa chữa được, khối này không làm thanh đổi tốc độ bit.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.2: Sơ đồ khối máy phát của hệ thống 39-Tones76 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.3: Sơ đồ tính năng lượng tương quan5.3 Khối thuTrong mỗi hệ thống không dây, khối thu luôn phức tạp hơn rất nhiều so với khối phát, sơđồ tổng quá của khối thu Hình5.3.1 Khối đồng bộ thôTrong khối thu, phần đồng bộ nói chung luôn là phần phức tạp nhất, việc thực hiện tốtphần đồng b ộ sẽ đảm bảo chất lượng của tín hiệu thu được.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.4: Năng lượng tương quan theo mô phỏng SimulinkHình 5.5: Sơ đồ khối đồng bộ thô78 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.6: Sơ đồ bù tần số lệch79 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINK5.3.2 Khối đồng bộ tinhKết quả của khối đồng bộ thô, không đảm bảo về độ chính xác.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.7: Sơ đồ khối đồng bộ tinh81 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.8: Năng lượng tương quan có sử dụng bộ lọcHình 5.9: Sơ đồ khối bù lệch thời gianHình 5.10: Sơ đồ khối bù FFO cho phần dữ liệu82 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.11: Sơ đồ khối bù IFO cho phần dữ liệuHình 5.12: Giải mã DQPSKHình 5.13: Giải mã Reed Solomon83 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.14: So sánh bit truyền [a], bit thu được [b], lỗi bit [c] trong trường hợp ituHFLQ,SNR = 10dBnguồn được làm trễ bằng với tổng trễ trên máy thu, bao gồm trễ từ khối buffer, unbuffervà các bộ thay đổi tốc độ.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINKHình 5.15: So sánh tỉ lệ lỗi bit SNR-BER trong trường hợp sử dụng kênh ituHFMM,ituHFLQ và ituHFLM85 Kết luận và hướng phát triểnNhững kết quả đạt đượcXây dựng thành công hệ thống truyền thông HF OFDM trên mô hình Matlab và Simulink.Trong đó hệ thống này đạt được một số ưu điểm như sau• Thuật toán đồng bộ trong máy thu đã được xây dựng và tối ưu trong điều kiện kênhHF ở vĩ độ thấp.• Hệ thống HF OFDM này cho tỉ lệ lỗi bit thỏa mãn tiêu chuẩn của ITU trong trườnghợp kênh ituHFMM, ituHFLQ và ituHFLM.• Thực hiện fixed point một số khối trong mô hình Simulink.Định hướng sắp tớiMục đích cuối cùng của dự án là thiết kế hệ thống HF OFDM trên thực tế, do đó cầnphải tiếp tục thực hiện các công việc như sau để có thể hoàn thiện hệ thống này.• Từ sơ hệ thống mô phỏng trên Simulink thực hiện tối ưu tốc độ bằng cách fixedpoint hệ thống này.• Tự động tạo ra code C/HDL• Kiểm tra code tạo được tự động bằng phần mềm system generator trên Simulink,thực hiện mô phỏng song song.86 CHƯƠNG 5.
- TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 39 SÓNG MANG TRÊN SIMULINK• Triển khai thiết kế trên ASIC.• Đo đạc thực tế môi trường kênh truyền của việt nam, đánh giá sự sai khác giữa kênhnày với kênh đã được đề xuất của ITU.• Phát triển hệ thống thu phát không dây sử dụng phản xạ tầng điện li trong điềukiện Việt Nam.87 Tài liệu tham khảo[1] Awoseyila, Adegbenga B and Kasparis, Christos and Evans, Barry G

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