Luận văn thạc sĩ: Cải tiến hệ thống OFDM thông qua thuật toán Wavelet

• Tác giả: Nguyễn Minh Quyền
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Hồng Liên
• Trường học: Không có thông tin
• Chuyên ngành: Không có thông tin
• Đề tài: Cải Tiến Hệ Thống OFDM Bằng Thuật Toán Wavelet
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu
• 1.2. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
• 1.5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 2. CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN
• 2.1. MÔ HÌNH SUY GIẢM DIỆN RỘNG
• 2.1.1. Suy hao theo khoảng cách truyền
• 2.1.2. Ảnh hƣởng của phản xạ
• 2.1.3. Suy hao do vật cản
• 2.2. MÔ HÌNH FADING DIỆN HẸP VÀ HIỆU ỨNG ĐA ĐƢỜNG
• 2.2.1. Hiệu ứng đa đƣờng
• 2.2.2. Hiệu ứng Doppler
• 2.2.3. Các thông số của kênh truyền đa đƣờng
• 2.2.3.1. Thông số tán xạ thời gian (Time Dispersion)
• 2.2.3.2. Băng thông kết hợp (Coherence Bandwidth)
• 2.2.3.3. Trải Doppler và thời gian kết hợp
• 2.2.4. Phân loại kênh truyền fading diện hẹp
• 2.2.4.1. Fading chọn lọc tần số
• 2.2.4.2. Kênh truyền fading biến đổi nhanh
• 2.2.4.3. Kênh truyền fading biến đổi chậm
• 2.2.5. Phân bố Rayleigh và phân bố Ricean
• 2.2.5.1. Phân bố Rayleigh Fading
• 2.2.5.2. Phân bố Ricean Fading
• 3. HỆ THỐNG FOURIER OFDM
• 3.1. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM
• 3.2. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG OFDM
• 3.2.1. Ánh xạ điều chế
• 3.2.2. Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song
• 3.2.3. Chuyển đổi miền tần số sang miền thời gian
• 3.2.4. Chèn khoảng bảo vệ
• 3.2.5. Điề u chế RF
• 3.3. ƢU ĐIỂM – NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG OFDM
• 3.3.1. Ƣu điểm của hệ thống OFDM
• 3.3.2. Nhƣợc điểm của hệ thống OFDM:
• 4. HỆ THỐNG WAVELET OFDM
• 4.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUẬT TOÁN WAVELET
• 4.1.1. Từ biến đổi Fourier đến biến đổi Wavelets
• 4.1.2. Biến đổi Wavelet liên tục
• 4.1.3. Năm bƣớc để thực hiện biến đổi Wavelet liên tục
• 4.1.4. Biến đổi Wavelet rời rạc
• 4.1.5. Hàm tỉ lệ (scaling function)
• 4.1.6. Phân tích Wavelet gói
• 4.1.6.1. Phân tích đa phân giải
• 4.1.6.2. Cấu trúc Wavelet gói
• 4.1.7. Giới thiệu một số họ Wavelet
• 4.1.7.1. Biến đổi Wavelet Haar
• 4.1.7.2. Biến đổi Wavelet Daubechies
• 4.2. HỆ THỐNG WAVELET OFDM (W-OFDM)
• 4.2.1. Hệ thống OFDM sử dụng phép biến đổi Wavelet
• 4.2.2. Các hệ thống OFDM sử dụng biến đổi Wavelet
• 4.2.3. Hệ thống Wavelet OFDM cổ điển
• 4.2.4. Hệ thống Wavelet OFDM gói
• 4.2.5. PAPR trong hệ thống Wavelet OFDM
• 4.2.6. Đặc tính của hệ thống Wavelet OFDM
• 4.2.6.1. Nhiễu ISI và ICI
• 4.2.6.2. Dịch tần số sóng mang trong hệ thống Wavelet OFDM
• 4.2.6.3. Dịch Pha trong hệ thống Wavelet OFDM
• 4.2.7. Các ƣu khuyết điểm của hệ thống Wavelet OFDM
• 5. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CẦN CẢI THIỆN TRONG HỆ THỐNG OFDM
• 5.1. TIỀN TỐ LẶP (CP)
• 5.2. ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM
• 5.2.1. Đồng bộ thời gian (Timing synchronization)
• 5.2.2. Đồng bộ tần số (Frequency synchronization)
• 5.2.2.1. Độ lệch tần số sóng mang
• 5.2.2.2. Độ lệch tần số trong FFT-OFDM
• 5.3. TỶ SỐ CÔNG SUẤT ĐỈNH TRÊN CÔNG SUẤT TRUNG BÌNH (PAPR)
• 5.4. Thuật toán cửa sổ trƣợt (Sliding Window: SW)
• 5.4.1. Thuật toán cửa sổ trƣợt thuận (tại bên phát)
• 5.4.2. Thuật toán cửa sổ trƣợt ngƣợc (tại bên thu)
• 6. MÔ HÌNH WIMAX VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 6.1. MÔ HÌNH WiMAX OFDM (IEEE 802
• 6.1.1. Giới hạn của chƣơng trình mô phỏng
• 6.1.2. Sơ đồ khối của hệ thống WiMAX
• 6.1.3. Sơ đồ khối bên phát
• 6.1.4. Sơ đồ khối bên thu
• 6.1.5. Thiết kế các khối
• 6.1.5.1. Khối tạo dữ liệu ngẫu nhiên
• 6.1.5.2. Khối điều chế mã hóa thích nghi (AMC)
• 6.1.5.3. Khối mã hóa Reed solomon
• 6.1.5.4. Khối mã hóa tích chập
• 6.1.5.5. Khối phân chia
• 6.1.5.6. Khối điều chế và giải điều chế
• 6.1.5.7. Khối tạo gói dữ liệu
• 6.1.5.8. Khối điều chế và giải điều chế OFDM
• 6.1.5.8.1. Khối điều chế
• 6.1.5.8.2. Khối giải điều chế
• 6.1.5.8.3. Giản đồ hiển thị các điểm chòm sao
• 6.1.5.9. Khối giải điều chế AMC
• 6.1.5.10. Khối Rate ID
• 6.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 6.2.1. Mô phỏng BER của hệ thống Fourier-OFDM và Wavelet-OFDM khi không sử dụng bộ điều chế mã hóa thích nghi (AMC)
• 6.2.2. Mô phỏng BER của hệ thống Fourier-OFDM và Wavelet-OFDM với khối AMC
• 6.2.3. Hệ thống F-OFDM sử dụng thuật toán cửa sổ trƣợt
• 6.2.4. Hệ thống W-OFDM sử dụng thuật toán cửa số trƣợt
• 7. CHƢƠNG 7. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỀN
• 7.1. Những mục tiêu đạt đƣợc
• 7.2. Hạn chế của đề tài
• 7.3. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về cải tiến hệ thống OFDM bằng thuật toán Wavelet

Hệ thống OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) đã trở thành một công nghệ quan trọng trong truyền thông không dây. Tuy nhiên, nó vẫn gặp phải nhiều thách thức như nhiễu và độ trễ. Việc áp dụng thuật toán Wavelet vào hệ thống OFDM hứa hẹn sẽ mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất và khả năng kháng nhiễu.

1.1. Giới thiệu về hệ thống OFDM và thuật toán Wavelet

Hệ thống OFDM sử dụng nhiều sóng mang để truyền tải thông tin, trong khi thuật toán Wavelet cho phép phân tích tín hiệu ở nhiều tần số khác nhau. Sự kết hợp này có thể tối ưu hóa việc sử dụng băng thông.

1.2. Lợi ích của việc cải tiến hệ thống OFDM

Cải tiến hệ thống OFDM bằng thuật toán Wavelet giúp giảm thiểu nhiễu và tăng cường hiệu suất truyền tải. Điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường truyền thông di động hiện đại.

II. Vấn đề và thách thức trong hệ thống OFDM hiện tại

Mặc dù OFDM mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề như tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) cao và độ nhạy với nhiễu. Những vấn đề này cần được giải quyết để nâng cao chất lượng dịch vụ.

2.1. Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR

PAPR cao trong hệ thống OFDM có thể dẫn đến méo tín hiệu, làm giảm chất lượng truyền tải. Việc áp dụng thuật toán Wavelet có thể giúp giảm thiểu vấn đề này.

2.2. Độ nhạy với nhiễu và điều kiện kênh truyền

Hệ thống OFDM rất nhạy cảm với nhiễu và điều kiện kênh truyền. Biến đổi Wavelet có thể cải thiện khả năng kháng nhiễu của hệ thống, giúp duy trì chất lượng tín hiệu.

III. Phương pháp cải tiến hệ thống OFDM bằng thuật toán Wavelet

Việc áp dụng thuật toán Wavelet vào hệ thống OFDM có thể được thực hiện thông qua việc thay thế bộ biến đổi IFFT/FFT bằng bộ biến đổi Wavelet. Phương pháp này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu nhiễu.

3.1. Thay thế IFFT FFT bằng biến đổi Wavelet

Bằng cách sử dụng biến đổi Wavelet, hệ thống có thể xử lý tín hiệu một cách hiệu quả hơn, giảm thiểu độ trễ và tăng cường khả năng kháng nhiễu.

3.2. Kết hợp ước lượng kênh truyền

Kết hợp ước lượng kênh truyền với thuật toán Wavelet giúp cải thiện khả năng kháng nhiễu fading và hiệu ứng Doppler, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống Wavelet OFDM

Hệ thống Wavelet-OFDM đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như truyền thông di động và mạng không dây. Kết quả cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất và khả năng kháng nhiễu.

4.1. Kết quả mô phỏng hệ thống Wavelet OFDM

Các mô phỏng cho thấy hệ thống Wavelet-OFDM hoạt động tốt hơn trong môi trường có nhiễu, với tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp hơn so với hệ thống OFDM truyền thống.

4.2. Ứng dụng trong mạng WiMAX

Hệ thống Wavelet-OFDM có thể được áp dụng trong mạng WiMAX, giúp cải thiện hiệu suất truyền tải và khả năng kháng nhiễu trong các điều kiện kênh phức tạp.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống OFDM cải tiến

Việc cải tiến hệ thống OFDM bằng thuật toán Wavelet không chỉ giải quyết được nhiều vấn đề hiện tại mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong tương lai. Sự kết hợp này hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến lớn trong công nghệ truyền thông.

5.1. Tóm tắt những lợi ích đạt được

Cải tiến hệ thống OFDM bằng thuật toán Wavelet đã chứng minh được hiệu quả trong việc giảm thiểu nhiễu và nâng cao chất lượng dịch vụ.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu có thể tiếp tục mở rộng để khám phá thêm các ứng dụng của thuật toán Wavelet trong các hệ thống truyền thông mới, từ đó nâng cao hiệu suất và khả năng kháng nhiễu.