Đồ Án Tìm hiểu một số cơ chế thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM

​ ​TÊN ĐỀ TÀI: "TÌM HIỂU MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM"
NỘI DUNG ĐỒ ÁN :
Gồm 5 chương
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền sử dụng trong kĩ thuật OFDM
Chương 2: Kĩ thuật OFDM
Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh
Chương 4: Một số cơ chế thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM
Chương 5: Chương trình mô phỏng

​LỜI MỞ ĐẦU ​ Xã hội thông tin ngày càng phát triển, đặc biệt là thông tin vô tuyến đòi hỏi những yêu cầu cao hơn về số lượng cũng như chất lượng dịch vụ. Trước yêu cầu này, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn và nâng cao chất lượng truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động. Một trong những nghiên cứu đó, các giải thuật thích nghi đã ra đời và áp dụng thành công ở hầu hết các kĩ thuật đa truy cập nói chung.
Trong những năm gần đây, kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM được xem như một bài toán nhằm giải quyết vấn đề fading chọn lọc tần số, nhiễu băng hẹp và tiết kiệm phổ tần. Theo nguyên lý cơ bản của OFDM là chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát trên các sóng mang con. Có thể thấy rằng, trong một số điều kiện cụ thể ta có thể tăng dung lượng OFDM bằng cách làm thay đổi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR của từng sóng mang. Trên cơ sở đó, đồ án đã đưa ra một số giải pháp cụ thể nhằm nâng cao dung lượng hệ thống cũng như chất lượng truyền dẫn tín hiệu là: thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang con; thích nghi theo mức điều chế; và thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang.
Trên định hướng đó, đồ án được chia thành năm chương như sau:
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền trong kĩ thuật OFDM
Chương một sẽ trình bày một số đặc tính về kênh như hiện tượng trải trễ, các loại Fading, tạp âm Gauss trắng, hiện tượng Doppler ảnh hưởng đến quá trình truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống OFDM.
Chương 2: Kĩ thuật OFDM
Trong chương này đã trình bày một số vấn đề cơ bản của kĩ thuật OFDM như tính trực giao, phương pháp biến đổi IFFT/FFT đồng thời tìm hiểu các thành phần của hệ thống OFDM và dung lượng kênh truyền.

Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh
Để tối ưu, các máy thu cần phải xác định được chất lượng kênh. Từ đó xây dựng các giải pháp đối phó phù hợp chẳng hạn như bộ lọc thích nghi. Chương này trình bày một số phương pháp đối phó với những bất lợi của kênh truyền vô tuyến di động như sử dụng bộ cân bằng: ZF, LMSE, đồng thời phân tích vai trò của việc ước lượng kênh. Qua đó, đưa ra giải pháp ước lượng trong miền tần số và miền thời gian
Chương 4: Kĩ thuật OFDM thích nghi
Trình bày nguyên lý điều chế thích nghi, vai trò của điều chế thích nghi, xây dựng giải thuật thuật thích nghi cho truyền dẫn OFDM thích nghi trong thông tin vô tuyến, phân tích ưu nhược điểm của từng cơ chế thích nghi, trên cơ sở đó lựa chọn hai cơ chế thích nghi: thích nghi theo mức điều chế (AQAM) và thích nghi chọn lọc sóng mang. Trình bày mô hình giải thuật và lưu đồ thuật toán thích nghi cho cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang.
Chương 5: Chương trình mô phỏng
Tiến hành so sánh các giải thuật điều chế trong trường hợp không thực hiện điều chế thích nghi và tiến hành thực hiện các cơ chế thích nghi theo kiểu chuyển mức điều chế, chọn lọc sóng mang. Sau đó sẽ tiến hành xem xét hiệu năng BER và thông lượng của hệ thống trong từng trường hợp thực hiên các giải thuật thích nghi.
Được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Văn Cường, cùng với những góp ý quí báu của các thầy cô trong khoa ĐT-VT bản thân em đã cố gắng hoàn thành đồ án với nội dung và mức độ nhất định. Do khả năng về kiến thức cũng như thời gian có hạn, nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi, kính mong các thầy cô cùng các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện.
Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Cường cùng các thầy cô trong khoa ĐT-VT đã giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này.





MỤC LỤC​ CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN TRONG KĨ THUẬT OFDM . 1
1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1
1.2 ĐẶC TÍNH CHUNG 1
1.3 TRẢI TRỄ TRONG HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG 1
1.4 CÁC LOẠI FADING 2
1.4.1 Fading Rayleigh 2
1.4.2 Fading chọn lọc tần số và fading phẳng 2
1.5 TẠP ÂM TRẮNG GAUSS. 2
1.6 HIỆN TƯỢNG DOPPLER 3
1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT OFDM . 4
2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 4
2.2 NGUYÊN TẮC CỦA OFDM . 4
2.3 TÍNH TRỰC GIAO 5
2.3.1 Tính trực giao trong miền tần số 8
2.4 ỨNG DỤNG KĨ THUẬT IFFT/FFT TRONG KĨ THUẬT OFDM . 9
2.5 HỆ THỐNG OFDM . 12
2.6 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CON 13
2.7 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CAO TẦN 14
2.8 TIỀN TỐ LẶP CP(CYCLIC PREFIX). 15
2.9 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN OFDM . 17
2.9.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM 17
2.9.2 Các thông số trong miền thời gian 18
2.9.3 Các thông số trong miền tần số 18
2.10 THÔNG LƯỢNG KÊNH 19
2.11 ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA KĨ THUẬT OFDM . 20
2.11.1 Ưu điểm . 20
2.11.2 Nhược điểm . 21
2.12 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21
CHƯƠNG 3: ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH 22
3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 22
3.2 KHÁI NIỆM . 22
3.3 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG MIỀN TẦN SỐ 23
3.4 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG MIỀN THỜI GIAN 24
3.5 CÂN BẰNG KÊNH 25
3.5.1 Bộ cân bằng ZF 25
3.5.2 Bộ cân bằng bình phương lỗi trung bình tuyến tính LMSE 27
3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30
CHƯƠNG 4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM 31
4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 31
4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 32
4.3 KIẾN TRÚC CỦA NHỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI. 32
4.4 CHU TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG AOFDM . 33
4.4.1 Ước lượng chất lượng kênh 33
4.4.2 Chọn các tham số cho quá trình phát tiếp theo 33
4.4.3 Báo hiệu hay tách sóng mù các tham số được sử dụng 33
4.5 MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM 34
4.5.1 Thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang 34
4.5.2 Thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế 35
4.5.3 Thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang 37
4.6 MÔ HÌNH THUẬT TOÁN THEO CƠ CHẾ CHỌN LỌC SÓNG MANG 39
4.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 43
CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 44
5.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 44
5.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN OFDM THÍCH NGHI. 44
5.3 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 46
5.4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 55
5.4.1 Giao diện chương trình mô phỏng 55
5.4.2 Các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng 56
5.4.2.1 Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích nghi 56
5.4.2.2 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi mức điều chế. 57
5.4.2.3 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang. 59
5.4.2.4 Kết quả mô phỏng dùng kết hợp hai cơ chế thích nghi chuyển mức điều chế và chọn lọc sóng mang. 61
5.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC CƠ CHẾ THÍCH NGHI. 63
5.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 72
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. 73