Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện Tử: Giải Pháp Ước Lượng Kênh Truyền Bằng Kỹ Thuật Lặp EM Trong Hệ Thống OFDM

• Tác giả: Phan Minh Mẫn
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Hồng Liên
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Giải pháp ước lượng kênh truyền sử dụng kỹ thuật lặp theo thuật toán Expectation Maximization trong hệ thống OFDM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
• CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
• 1.1. Các vấn đề cơ bản của kênh truyền
• 1.2. Suy hao đường truyền
• 1.3. Hiệu ứng đa đường
• 1.4. Fading lựa chọn tần số
• 1.5. Kỹ thuật điều chế phân chia tần số trực giao
• 1.5.1. Nguyên lý cơ bản của OFDM
• 1.5.2. Sơ đồ khối hệ thống OFDM
• 1.5.2.1. Ánh xạ điều chế
• 1.5.2.2. Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song
• 1.5.2.3. Chuyển đổi miền tần số sang miền thời gian
• 1.5.2.4. Chèn khoảng bảo vệ
• 1.5.3. Ưu điểm - nhược điểm của hệ thống OFDM
• 1.5.3.1. Ưu điểm của hệ thống OFDM
• 1.5.3.2. Nhược điểm của hệ thống OFDM
• 1.5.4. Thuật toán giải mã
• 1.5.5. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: CĂN BẢN VỀ ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN
• 2.1. Giới thiệu chương
• 2.2. Hệ thống ước lượng kênh truyền
• 2.2.1. Sơ đồ hệ thống ước lượng kênh truyền
• 2.2.2. Cấu trúc Pilot được chèn vào dữ liệu
• 2.2.2.1. Block type pilot
• 2.2.2.2. Comb type pilot
• 2.2.3. Kỹ thuật nội suy trong ước lượng kênh truyền sử dụng chuỗi huấn luyện dạng lược (comb pilot)
• 2.2.3.1. Nội suy nearest neighbor
• 2.2.3.2. Nội suy tuyến tính (linear interpolation)
• 2.2.3.3. Nội suy bậc 2 (second order)
• 2.2.3.4. Nội suy lowpass
• 2.2.3.5. Nội suy spline cubic
• 2.2.4. Mô hình kênh truyền ITU sử dụng cho WiMAX di động
• 2.2.5. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG BỘ LỌC KALMAN VÀO ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG OFDM
• 3.1. Giới thiệu chương
• 3.2. Giới thiệu về Kalman Filter
• 3.3. Thuật toán cho bộ lọc Kalman
• 3.3.1. Sai số dự báo (innovation process)
• 3.3.2. Ước lượng trạng thái sử dụng innovation process
• 3.3.3. Phương trình Riccati
• 3.3.4. Điều kiện ban đầu
• 3.4. Tóm tắt bài toán lọc Kalman dựa vào dự báo một bước
• 3.5. Ứng dụng bộ lọc Kalman vào hệ thống ước lượng kênh truyền
• 3.6. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN EM (EXPECTATION MAXIMIZATION) CHO ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN BÁN MÙ
• 4.1. Giới thiệu thuật toán EM
• 4.2. Áp dụng thuật toán EM cho vào ước lượng kênh truyền
• 4.3. Kết hợp thuật toán EM với thuật toán LS, Kalman để tính đáp ứng tần số kênh truyền
• 4.3.1. Ước lượng theo tiêu chuẩn LS
• 4.3.2. Kết hợp thuật toán EM với LS cho cấu trúc Block pilot
• 4.3.2.1. Thuật toán EM cho cấu trúc block pilot một kí tự
• 4.3.2.2. Thuật toán EM cho cấu trúc block pilot một nhóm kí tự
• 4.3.3. Thuật toán EM cho cấu trúc comb pilot
• 4.3.3.1. Thuật toán EM kết hợp LS với cấu trúc comb pilot cho 1 kí tự OFDM
• 4.3.3.2. Thuật toán EM kết hợp LS với cấu trúc comb pilot cho 1 nhóm kí tự OFDM
• 4.3.3.3. Thuật toán EM kết hợp LS và Kalman với cấu trúc comb pilot cho 1 kí tự OFDM
• 4.3.3.4. Thuật toán EM kết hợp LS và Kalman với cấu trúc comb pilot cho 1 nhóm kí tự OFDM
• 4.4. Kết luận chương
• 5. CHƯƠNG 5: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Đánh giá kết quả mô phỏng BER theo số lần lặp cho thuật toán EM
• 5.2. So sánh BER các phương pháp kết hợp với thuật toán EM
• 5.3. Đánh giá thuật toán EM khi hiệu ứng doppler shift thay đổi
• 5.4. Kết luận chương
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giải pháp ước lượng kênh truyền

Giải pháp ước lượng kênh truyền là một phương pháp quan trọng trong hệ thống OFDM để cải thiện chất lượng tín hiệu. Phương pháp này sử dụng kỹ thuật lặp EM để ước lượng kênh truyền, giúp giảm thiểu sai lệch giữa tín hiệu phát và thu. Ước lượng kênh truyền được chia thành ba loại: mù, bán mù và rõ. Trong đó, ước lượng bán mù kết hợp ưu điểm của cả hai phương pháp mù và rõ, sử dụng thông tin huấn luyện tại các vị trí pilot và ước lượng mù tại các vị trí dữ liệu.

1.1. Kỹ thuật lặp EM trong OFDM

Kỹ thuật lặp EM là một phương pháp hiệu quả để ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM. Phương pháp này kết hợp với các thuật toán như LS và Kalman để tối ưu hóa quá trình ước lượng. Lặp EM trong OFDM được áp dụng cho cả cấu trúc pilot dạng khối và lược, giúp cải thiện tỷ lệ lỗi bit (BER) trong môi trường nhiễu Gauss và hiệu ứng đa đường.

1.2. Ước lượng kênh truyền trong OFDM

Ước lượng kênh truyền trong OFDM là quá trình xác định đáp ứng tần số của kênh truyền để khôi phục tín hiệu thu. Phương pháp này sử dụng các kỹ thuật như LS và Kalman kết hợp với EM để đạt được kết quả chính xác. OFDM sử dụng EM cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu sai lệch tín hiệu, đặc biệt trong môi trường có nhiễu và fading.

II. Hệ thống OFDM và kỹ thuật EM

Hệ thống OFDM là một công nghệ truyền thông không dây hiện đại, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống 4G. Kỹ thuật EM được áp dụng trong hệ thống OFDM để ước lượng kênh truyền, giúp cải thiện chất lượng tín hiệu và giảm tỷ lệ lỗi bit. Hệ thống truyền thông OFDM kết hợp với kỹ thuật lặp EM cho phép tối ưu hóa kênh truyền trong các môi trường phức tạp.

2.1. Tối ưu hóa kênh truyền

Tối ưu hóa kênh truyền là mục tiêu chính của việc áp dụng kỹ thuật EM trong hệ thống OFDM. Phương pháp này giúp giảm thiểu ảnh hưởng của fading và nhiễu, đảm bảo chất lượng tín hiệu thu. Phương pháp ước lượng kênh sử dụng EM cho thấy hiệu quả cao trong việc cải thiện tỷ lệ lỗi bit, đặc biệt trong môi trường có hiệu ứng đa đường.

2.2. Kỹ thuật lặp trong OFDM

Kỹ thuật lặp trong OFDM là một phương pháp hiệu quả để ước lượng kênh truyền. Phương pháp này sử dụng EM algorithm in OFDM để tối ưu hóa quá trình ước lượng, giúp cải thiện chất lượng tín hiệu thu. Channel estimation in OFDM kết hợp với iterative EM technique cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu sai lệch tín hiệu.

III. Ứng dụng thực tế và kết quả mô phỏng

Ứng dụng thực tế của giải pháp ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM được thể hiện qua các kết quả mô phỏng. Kỹ thuật EM kết hợp với LS và Kalman cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm tỷ lệ lỗi bit. Ước lượng kênh trong OFDM sử dụng EM đạt được kết quả tốt trong môi trường có nhiễu và hiệu ứng đa đường.

3.1. Kết quả mô phỏng BER

Kết quả mô phỏng BER cho thấy hiệu quả của kỹ thuật EM trong việc giảm tỷ lệ lỗi bit. Phương pháp kết hợp LS với EM cho cấu trúc comb pilot đạt được tỷ lệ lỗi bit thấp nhất. EM algorithm in OFDM cho thấy hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng tín hiệu thu.

3.2. Đánh giá hiệu quả của EM

Đánh giá hiệu quả của EM trong hệ thống OFDM được thực hiện qua các kết quả mô phỏng. Phương pháp này cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu sai lệch tín hiệu, đặc biệt trong môi trường có hiệu ứng Doppler. Channel estimation in OFDM sử dụng iterative EM technique đạt được kết quả tốt trong các môi trường phức tạp.