Nghiên cứu các phương pháp bù dịch tần doppler cho hệ thống OFDM

- Phương pháp điều chế đơn sóng mang.
- Phương pháp điều chế đa sóng mang.
- Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao.
- Sự trực giao của các sóng mang con.
- Đồng bộ tần số sóng mang.
- Đồng bộ tần số lấy mẫu.
- Độ lệch tần số.
- Mô hình độ lệch tần số.
- Ảnh hưởng của nhiễu ICI gây ra bởi lệch tần số Doppler.
- Phương pháp tự loại bỏ ICI.
- Ước lượng độ lệch tần số.
- phương pháp đồng bộ sóng mang bằng truyền tín hiệu đồng bộ.
- phương pháp lọc Kalman.
- Hà Nội, ngày 12 tháng 6 năm 2018 Tác giả luận văn TÓM TẮT OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng các sóng mang con trực giao với nhau.
- hệ thống thông tin di động 4G… Một vấn đề quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu trong các hệ thống OFDM là độ lệch tần số sóng mang giữa máy thu và máy phát do hiệu ứng dịch tần Doppler gây ra.
- Độ lệch tần số này gây ra nhiễu giữa các sóng mang con trong ký hiệu OFDM.
- DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Ví dụ M Mức điều chế M N Số sóng mang con OFDM N ε Độ lệch tần số chuẩn hóa ε ∆f Độ lệch tần số ∆f.
- Phổ tín hiệu đơn sóng mang.
- Phổ tín hiệu đa sóng mang.
- Phổ tín hiệu OFDM.
- Suy giảm biên độ do lệch tần số sóng mang.
- Mô hình lệch tần số Doppler trong OFDM.
- Chất lượng BER với các phương pháp khắc phục ảnh hưởng của độ lệch tần số (với =0,05.
- Chất lượng BER với các phương pháp khắc phục ảnh hưởng của độ lệch tần số (với =0,15.
- Chất lượng BER với các phương pháp khắc phục ảnh hưởng của độ lệch tần số (với =0,30.
- Giới thiệu chung OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng các sóng mang con trực giao với nhau.
- Phương pháp điều chế đơn sóng mang Hình 1.1.
- Phổ tín hiệu đơn sóng mang Trong phương pháp điều chế đơn sóng mang, luồng tín hiệu được truyền đi trên toàn bộ băng tần B với một tần số sóng mang 0f.
- Phổ tín hiệu của hệ thống đơn sóng mang được biểu diễn như hình 1.1.
- Do đó phương pháp điều chế đơn sóng mang có những nhược điểm sau: 3 - Ảnh hưởng của nhiễu liên ký hiệu (ISI) gây ra bởi hiệu ứng truyền dẫn đa đường đối với tín hiệu thu rất lớn.
- Phương pháp điều chế đơn sóng mang hiện nay vẫn đang được sử dụng chủ yếu trong thông tin băng hẹp như hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM.
- Phương pháp điều chế đa sóng mang Hình 1.2.
- Phổ tín hiệu đa sóng mang Với phương pháp điều chế đa sóng mang (FDM), toàn bộ băng tần của hệ thống được chia ra làm nhiều băng con, mỗi băng con sử dụng một sóng mang con khác nhau.
- Từ đó ta có thể rút ra một số các ưu điểm cơ bản của điều chế đa sóng mang so với các phương pháp điều chế đơn sóng mang là.
- Tuy nhiên phương pháp điều chế đa sóng mang còn một số nhược điểm cơ bản sau.
- Phương pháp điều chế đa sóng mang không làm tăng hiệu quả sử dụng băng tần của hệ thống so với phương pháp điều chế đơn sóng mang, ngược lại nếu sử dụng khoảng tần số bảo vệ giữa các kênh con thì hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống sẽ 5 giảm.
- Để làm tăng hiệu quả sử dụng tần số mà vẫn giữ được các ưu điểm của điều chế đa sóng mang, phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM đã được đề xuất.
- Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao Hình 1.3.
- Phổ tín hiệu OFDM Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao (OFDM) là trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang.
- Điều này được thực hiện bằng cách chọn độ giãn cách tần số giữa các sóng mang con một cách hợp lý.
- Tính chất trực giao giữa các sóng mang con cho phép phổ tín hiệu của các kênh con có thể chồng lấn lên nhau mà bên thu vẫn có thể thực hiện giải điều chế chính xác.
- Phổ tín hiệu của một hệ thống 4 kênh con Như vậy với việc sử dụng các sóng mang con trực giao, ngoài các ưu điểm giống với FDM, kỹ thuật OFDM còn làm tăng hiệu quả sử dụng tần số do có thể chồng phổ tín hiệu giữa các kênh con mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau.
- Để đạt được điều đó, các sóng mang con được sử dụng trong các kênh con phải đảm bảo trực giao với nhau.
- Sự trực giao của các sóng mang con Xét một tập hợp tín hiệu S gồm N phần tử.
- Điều này cho phép phổ tín hiệu trên các sóng mang con có thể chồng lấn lên nhau.
- Trong kỹ thuật OFDM, tập N sóng mang con trực giao được biểu diễn dưới dạng phức sjp tpNe.
- trong đó p là chỉ số của sóng mang con, 22sssfT.
- là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang con liên tiếp.
- Tính trực giao của tập sóng mang con này được kiểm chứng như sau.
- Tập hợp sóng mang con trực giao thỏa mãn công thức (1.4) có dạng  0,1,2.
- là tần số của sóng mang con thứ n, ωs là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang con liên tiếp.
- Điều này được thực hiện bằng cách nhân với sóng mang con phụ trực giao tương ứng.
- Nếu tín hiệu không ổn định thì phổ của sóng mang con sẽ không có dạng hình sin chuẩn xác.
- Đồng bộ tần số sóng mang (carrier frequency synchronization.
- Đồng bộ tần số lấy mẫu (sampling frequency synchronization).
- Để khắc phục được hiện tượng này người ta sử dụng phương pháp bám pha sóng mang.
- Đồng bộ tần số sóng mang Đồng bộ tần số sóng mang là vấn đề quyết định đối với hệ thống thông tin đa sóng mang.
- (1.19) Trong đó: ΔF là độ lệch tần số, N là số sóng mang con, W là độ rộng băng tần.
- Để đảm bảo yêu cầu chất lượng của hệ thống, thì độ bất ổn định trong đồng bộ tần số sóng mang của hệ thống phải thấp hơn 2%.
- Ước lượng tần số Tương tự kỹ thuật đồng bộ ký tự, để thực hiện đồng bộ tần số, có thể sử dụng tín hiệu dẫn đường hoặc sử dụng tiền tố lặp để ước lượng khoảng dịch tần sóng mang.
- Trong kỹ thuật sử dụng tín hiệu dẫn đường, một số sóng mang được sử dụng để truyển những tín hiệu dẫn đường (thường là các chuỗi giả nhiễu).
- Một vấn đề cần được quan tâm đến là mối quan hệ giữa đồng bộ ký tự và đồng bộ tần số sóng mang.
- Khả năng chịu đựng fading lựa chọn tần số của hệ thống OFDM tốt hơn những hệ thống đơn sóng mang nhờ phương pháp chia kênh thông tin ra thành nhiều kênh con fading phẳng băng hẹp.
- 17 - OFDM nhạy cảm với độ lệch tần số sóng mang giữa bên phát và bên thu, điều này làm mất tính trực giao giữa các sóng mang con và gây ra nhiễu ICI.
- Ngoài ra vấn đề đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống đơn sóng mang.
- Trong đó nhược điểm đáng chú ý nhất, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng tín hiệu đó là sự nhạy cảm của hệ thống OFDM đối với độ lệch tần số sóng mang giữa bên phát và bên thu.
- Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng lệch tần số sóng mang thu, phát đó chính là hiệu ứng dịch tần Doppler.
- 18 Chương 2 – ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH TẦN DOPPLER TỚI HỆ THỐNG OFDM Chương 2 sẽ tập trung nghiên cứu hiện tượng sai lệch tần số sóng mang gây nên bởi hiệu ứng Doppler và những tác động, ảnh hưởng của nó đến các hệ thống OFDM.
- Từ đó xây dựng mô hình độ lệch tần số và phân tích nhiễu giữa các sóng mang gây ra bởi dịch tần số Doppler.
- là độ lệch tần số.
- Độ lệch tần số gây ảnh hưởng xấu đối với các hệ thống OFDM, làm mất tính trực giao giữa các sóng mang con, từ đó gây ra nhiễu ICI cho hệ thống.
- Độ lệch tần số càng lớn thì ảnh hưởng của nhiễu ICI đối với hệ thống OFDM càng nghiêm trọng.
- c là lần lượt là tần số sóng mang, bước sóng sóng mang và vận tốc ánh sáng.
- Ảnh hưởng của dịch tần Doppler tới hệ thống OFDM Một trong những nhược điểm chính của các hệ thống OFDM là rất nhạy cảm với sự sai khác nhỏ về tần số giữa máy phát và máy thu hay còn gọi là độ lệch tần số 21 sóng mang (CFO – Carrier Frequency Offset).
- Lệch tần số sóng mang gây ra nhiều ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống: Tác động làm giảm biên độ tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc ứng với mỗi sóng mang con.
- Lệch tần số sóng mang làm mất tính trực giao giữa các sóng mang con, từ đó gây nhiễu ICI nghiêm trọng lên hệ thống.
- với df là độ lệch tần Doppler, ST là chu kỳ symbol, N là số sóng mang con.
- Mô hình lệch tần số Doppler trong OFDM 2.3.2.
- Ảnh hưởng của nhiễu ICI gây ra bởi lệch tần số Doppler Các tác động của lệch tần số Doppler đối với tín hiệu OFDM thu được có thể được tìm hiểu qua việc xem xét symbol Y(k) trên sóng mang thứ k.
- Các thành phần nhiễu ICI là các tín hiệu nhiễu nằm 22 trong các sóng mang con khác sóng mang con thứ k.
- (2.14) S(l-k) là thành phần ICI của các sóng mang con khác gây ảnh hưởng tới sóng mang con thứ k.
- Ta có thể xem 23 xét ví dụ minh họa sau: Xét hệ thống OFDM có 16 sóng mang con.
- xét tín hiệu nhận được tại sóng mang con có chỉ số là 0 (k = 0).
- Các hệ số ICI của các sóng mang con S(l-k) được biểu diễn trên hình vẽ 2.4 (mục 1 phần phụ lục).
- Để đánh giá tác động của nhiễu ICI do độ lệch tần số gây ra có thể dựa vào giá trị tỉ số sóng mang trên nhiễu (CIR).
- Phương pháp tự loại bỏ ICI Từ mục 2.3.2 ta đã có kết luận: trong hệ thống OFDM khi xảy ra hiện tượng dịch tần Doppler thì các thành phần sóng mang liền kề sẽ gây ra ICI lớn nhất.
- Trong phương pháp này các sóng mang con liền kề nhau mang cùng một thông tin có ích nhưng với các hệ số khác nhau.
- Theo (2.13) tín hiệu thu trên các sóng mang con liên tiếp nhau được viết như sau.
- Để làm rõ hơn sự so sánh này, ta xem xét hệ thống OFDM có số sóng mang N = 64, độ lệch tần số ε = 0,3.
- Từ (3.1) và (3.2) ta thấy tổng số tín hiệu nhiễu chỉ liên quan đến các sóng mang con chẵn.
- X(N-1)=X(N-2) tạo ra lượng dư thừa trong tín hiệu thu vì ký hiệu dữ liệu trên cặp sóng mang con liên tiếp nhau là giống nhau.
- Ta có thể nhận thấy điều này trên hình 3.2 đối với hệ thống có số sóng mang con N=64, độ lệch tần số ε=0,3 (mục 1 phần phụ lục).
- Giá trị độ lệch tần số trên các sóng mang con được tính toán dựa trên so sánh pha của hai tín hiệu OFDM liên tiếp ở máy thu.
- ,n N-1 (3.6) Trong đó: X(k) là các kí hiệu dữ liệu được phát, H(k) là đáp ứng tần số của 30 kênh đối với sóng mang k.
- là độ lệch tần số chuẩn hoá được ước lượng N: là số sóng mang con.
- Độ lệch tần số sóng mang thu phát được thể hiện bởi giá trị độ lệch tần số chuẩn hóa ε.
- (4.1) Với ∆f là độ lệch tần số sóng mang thu phát, N là tổng số sóng mang con, TS là chu kỳ ký hiệu OFDM.
- Chất lượng BER với các phương pháp khắc phục ảnh hưởng của độ lệch tần số (với Hình 4.4.
- Chất lượng BER với các phương pháp khắc phục ảnh hưởng của độ lệch tần số (với =0,15) Hình 4.5.
- Còn kỹ thuật tự loại bỏ SC không loại bỏ hoàn toàn ICI từ các sóng mang con liền kề và ảnh hưởng của ICI dư này tăng đối với kích thước mẫu và độ lệch tần số lớn

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