Luận Văn Thạc Sĩ: Ước Lượng Kênh Di Động Với Fading Nhanh Trên Đường Truyền Tốc Độ Cao

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu ước lượng kênh di động với fading nhanh trong truyền tải tốc độ cao, mang lại giải pháp tối ưu cho mạng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu
• Người hướng dẫn: GS. Huỳnh Hữu Tuệ
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Ước lượng kênh di động với FADING nhanh trên đường truyền tốc độ cao
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: PHẠM VI CỦA ĐỀ ÁN
• 1.1. Mục tiêu luận văn
• 1.2. Phạm vi của luận văn
• 1.3. Đáng gặp của luận văn
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG CÁC HỆ THỐNG OFDM
• 2.1. Giới thiệu chung về OFDM
• 2.2. Tạo các sóng mang con dùng IFFT
• 2.3. Thời gian bảo vệ và tiền tố vòng
• 2.4. Lựa chọn các tham số OFDM
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ước Lượng Kênh Di Động Với Fading Nhanh

Trong bối cảnh phát triển công nghệ thông tin, việc ước lượng kênh di động với fading nhanh trên đường truyền tốc độ cao trở thành một vấn đề quan trọng. Kênh di động thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như môi trường, tốc độ di chuyển của thiết bị và các yếu tố khác. Việc hiểu rõ về kênh di động và các phương pháp ước lượng sẽ giúp cải thiện hiệu suất mạng và chất lượng dịch vụ.

1.1. Khái Niệm Về Kênh Di Động

Kênh di động là một phần quan trọng trong hệ thống viễn thông, nơi mà tín hiệu được truyền tải giữa các thiết bị. Fading nhanh là hiện tượng suy giảm tín hiệu xảy ra do sự thay đổi nhanh chóng trong môi trường truyền dẫn. Điều này có thể dẫn đến việc mất mát dữ liệu và giảm chất lượng tín hiệu.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Ước Lượng Kênh

Ước lượng kênh là quá trình xác định các đặc tính của kênh truyền, từ đó giúp tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu. Việc ước lượng chính xác sẽ giúp cải thiện hiệu suất mạng và giảm thiểu các lỗi trong quá trình truyền tải.

II. Thách Thức Trong Ước Lượng Kênh Di Động Với Fading Nhanh

Mặc dù có nhiều phương pháp để ước lượng kênh, nhưng việc xử lý fading nhanh trên đường truyền tốc độ cao vẫn gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như tốc độ di chuyển của thiết bị, sự thay đổi của môi trường và các nhiễu từ bên ngoài đều ảnh hưởng đến độ chính xác của việc ước lượng.

2.1. Ảnh Hưởng Của Tốc Độ Di Chuyển

Tốc độ di chuyển của thiết bị có thể làm thay đổi nhanh chóng các đặc tính của kênh, dẫn đến việc ước lượng không chính xác. Khi tốc độ di chuyển tăng, fading nhanh trở nên nghiêm trọng hơn, gây khó khăn trong việc duy trì chất lượng tín hiệu.

2.2. Nhiễu Từ Môi Trường

Môi trường xung quanh cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ước lượng kênh. Các yếu tố như tòa nhà, cây cối và các vật cản khác có thể gây ra fading và làm giảm chất lượng tín hiệu. Việc xác định và xử lý các nhiễu này là một thách thức lớn.

III. Phương Pháp Ước Lượng Kênh Di Động Hiệu Quả

Để giải quyết các thách thức trong việc ước lượng kênh di động, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn tối ưu hóa hiệu suất mạng.

3.1. Phương Pháp Dựa Trên Mô Hình Fading

Mô hình fading là một trong những phương pháp phổ biến để ước lượng kênh. Bằng cách sử dụng các mô hình như Rayleigh hoặc Rician, có thể dự đoán được các đặc tính của kênh trong điều kiện fading nhanh.

3.2. Kỹ Thuật Tối Ưu Hóa Kênh

Kỹ thuật tối ưu hóa kênh giúp cải thiện chất lượng tín hiệu bằng cách điều chỉnh các tham số trong quá trình truyền tải. Việc sử dụng các thuật toán tối ưu hóa có thể giúp giảm thiểu tốc độ di động và cải thiện hiệu suất mạng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Ước Lượng Kênh Di Động

Việc ước lượng kênh di động với fading nhanh có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các hệ thống viễn thông hiện đại. Các ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ mà còn tối ưu hóa tài nguyên mạng.

4.1. Ứng Dụng Trong Mạng 5G

Mạng 5G yêu cầu một hệ thống ước lượng kênh chính xác để đảm bảo tốc độ truyền tải cao và độ trễ thấp. Việc áp dụng các phương pháp ước lượng kênh tiên tiến sẽ giúp cải thiện hiệu suất của mạng 5G.

4.2. Ứng Dụng Trong Mạng Không Dây

Trong các mạng không dây, việc ước lượng kênh là rất quan trọng để duy trì chất lượng tín hiệu. Các phương pháp ước lượng kênh hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu nhiễu và cải thiện khả năng truyền tải dữ liệu.

V. Kết Luận Về Ước Lượng Kênh Di Động

Ước lượng kênh di động với fading nhanh trên đường truyền tốc độ cao là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong công nghệ viễn thông. Việc phát triển các phương pháp ước lượng hiệu quả sẽ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa tài nguyên mạng.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về ước lượng kênh di động sẽ tiếp tục phát triển, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ 5G và các hệ thống không dây mới. Các phương pháp mới sẽ được phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng dịch vụ.

5.2. Khuyến Nghị Cho Các Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các mô hình fading chính xác hơn và tối ưu hóa các thuật toán ước lượng kênh. Điều này sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của các hệ thống viễn thông trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ THU Ước lượng kênh di động với FADING nhanh trên đường truyền tốc độ cao luËn v¨n th¹c Sü KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hµ néi - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ THU Ước lượng kênh di động với FADING nhanh trên đường truyền tốc độ cao Mã số : 2.00 luËn v¨n th¹c Sü KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: GS. Huỳnh Hữu Tuệ Hµ néi - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Lêi c¶m ¬n C«ng viÖc nghiªn cøu luËn v¨n nµy ®−îc thùc hiÖn d−íi sù h−íng dÉn cña thÇy gi¸o, GS.TSKH Huúnh H÷u TuÖ.Lêi ®Çu tiªn, em xin bµy tá lßng c¶m ¬n ch©n thµnh tíi ThÇy, ThÇy ®· h−íng dÉn vµ hç trî em trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu hoµn thµnh luËn v¨n tèt nghiÖp. §ång thêi t«i xin ®−îc c¶m ¬n c¸c ®ång nghiÖp và bạn bÌ ®· ®éng viªn t«i trong khi thùc hiÖn ®Ò tµi. Lêi cuèi, t«i xin ®−îc bµy tá lßng c¶m ¬n s©u s¾c tíi gia ®×nh , nguån ®éng lùc vµ lu«n s¸t c¸nh cïng t«i, gióp t«i hoµn thµnh tèt luËn v¨n tèt nghiÖp nµy.

Hµ Néi ngµy 21 th¸ng 10 n¨m 2006 Häc Viªn NguyÔn ThÞ Thu 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LêI CAM §OAN T«i xin cam ®oan ®Ò tµi luËn v¨n cña t«i kh«ng trïng lÆp víi c¸c ®Ò tµi khãa tr−íc. Néi dung luËn v¨n kh«ng sao chÐp cña bÊt kú b¶n luËn v¨n nµo. NÕu cã g× gian lËn t«i sÏ chÞu hoµn toµn tr¸ch nhiÖm. Hµ Néi, ngµy 30 th¸ng 11 n¨m 2005 Ng−êi cam ®oan Häc viªn: NguyÔn thÞ Thu 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Môc lôc Trang Lêi cam ®oan 2 Môc lôc 3 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c tõ viÕt t¾t 4 Danh môc b¶ng 6 Danh môc h×nh vÏ 7 Më ®Çu 9 Ch−¬ng 1.

Ph¹m vi cña ®å ¸n. ¦íc l−îng kªnh vµ ®ång bé trong c¸c hÖ thèng OFDM. Giíi thiÖu chung vÒ OFDM. T¹o c¸c sãng mang con sö dông IFFT.

Thêi gian b¶o vÖ vµ chu kú më réng. Lùa chän c¸c tham sè OFDM. Kü thuËt −íc l−îng kªnh dùa trªn viÖc s¾p xÕp pilot trong c¸c hÖ thèng OFDM. ¦íc l−îng kªnh pilot - based cña hÖ thèng OFDM theo ph−¬ng ph¸p b¸m trÔ kh«ng gian phô.

Kªnh ®a ®−êng thay ®æi theo thêi gian.1 X©y dùng m« h×nh kªnh truyÒn Rayleigh .2 MÐo do do t¸c ®éng cña kªnh truyÒn Rayleigh lªn chßm sao tÝn hiÖu .3 −íc l−îng kªnh truyÒn dïng chuçi tËp huÊn.4 −íc l−îng kªnh truyÒn víi hoa tiªu kiÓu r¨ng l−îc .5 −íc l−îng kªnh truyÒn víi hoa tiªu kiÓu r¨ng l−îc vµ b¸m kh«ng gian phô .6 C¶i thiÖn chÊt l−îng cña SER. 68 Tµi liÖu tham kh¶o.70 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MôC C¸C Ký HIÖU, C¸C CH÷ VIÕT T¾T ADSL Asymmetric - Digital Subscriber Loop M¹ch vßng thuª bao sè AR Auto – Regressive Tù ®Ö quy AWGN Additive white gaussian noise NhiÔu Gauss céng tr¾ng BPSK Binary phase shift keying Khãa dÞch pha hai møc CIR Channel Impulse Response §¸p øng xung kªnh CP Cyclic Prefix TiÒn tè vßng CFR Channel Frequency Response §¸p øng tÇn sè kªnh DQPSK Differential Quadrature phase shift Khãa dÞch pha cÇu ph−¬ng vi keying sai DFT Discrete Fourier Transform BiÕn ®æi Fourier rêi r¹c DAB Digital Audio broadcasting Ph¸t thanh sè qu¶ng b¸ DVB-T Digital Television broadcast TruyÒn h×nh sè qu¶ng b¸ FFT Fast Fourier Transform BiÕn ®æi Fourier nhanh GSM Global system for Mobile HÖ thèng th«ng tin di ®éng Communication toµn cÇu IFFT Inverse Fast Fourier Transform BiÕn ®æi Fourier nhanh ng−îc ICI Intercarrier Interference Giao thoa xuyªn sãng mang IBI Inter Block Interference Giao thao xuyªn khèi IDFT Inverse Discrete Fourier Transform: BiÕn ®æi Fourier rêi r¹c ng−îc LOS Line of sight TÇm nh×n th¼ng LS Least square B×nh ph−¬ng tèi thiÓu LMS Least Mean Square Trung b×nh ph−¬ng tèi thiÓu MDL Minimum Description Lengh ChiÒu dµi m« t¶ tèi thiÓu MSE Mean Square Error Sai sè trung b×nh ph−¬ng MMSE Minimum Mean Square estimation ¦íc l−îng trung b×nh ph−¬ng tèi thiÓu MC- Multi carier Code division multi access §a truy nhËp ph©n chia theo CDMA m· ®a sãng mang 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ML Maximum - Likelihood Hîp lÏ tèi −u MODEM Modulation and Demodulation §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ MISO Multi Input - Sigle Output NhiÒu ®Çu vµo - mét ®Çu ra MIMO Multi Input - Multy Output NhiÒu ®Çu vµo - nhiÒu ®Çu ra OFDM Orthogonal frequency division GhÐp kªnh ph©n chia tÇn sè multiplexing trùc giao QAM Quadrature amplitude modulation §iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph−¬ng QPSK Quadrature phase shift keying Khãa dÞch pha bèn møc SNR Signal - to noise ratio TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu ST Subspace - Tracking B¸m kh«ng gian con SAT Subspace – Amplitude §é lín kh«ng gian con TDMA Time Division multi Access §a truy nhËp ph©n chia thêi gian UMTS Universal Mobile Telecommunication HÖ thèng viÔn th«ng di ®éng System toµn cÇu WLAN Wireless Local Area Network M¹ng néi bé v« tuyÕn ZP Zero padding Thªm sè kh«ng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MUC B¶NG Tªn b¶ng Trang B¶ng 1. So s¸nh kü thuËt −íc l−îng kªnh trong miÒn thêi gian vµ 28 tÇn sè cho OFDM. B¶ng 2: Tæng quan vÒ ph−¬ng ph¸p −íc l−îng kªnh Subspace - 52 Based 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Danh môc h×nh vÏ Tªn h×nh vÏ Trang H×nh 2.1: Bé ®iÒu chÕ OFDM 13 H×nh 2.2: VÝ dô 3 sãng mang con trªn mét biÓu t−îng OFDM.3: ¶nh h−ëng cña ®a ®−êng víi tÝn hiÖu 0 trong kho¶ng 16 b¶o vÖ, sãng mang con thø hai bÞ trÔ do ICI trªn sãng mang con 1 vµ ng−îc l¹i.BiÓu t−îng OFDM víi chu kú më réng 17 H×nh 2.5: S¬ ®å khèi m¸y ph¸t thu OFDM.6 M« h×nh b¨ng gèc cña hÖ thèng OFDM.

HÖ thèng OFDM b¨ng gèc 36 Hình 2.Mẫu hoa tiêu răng lược 44 H×nh 2.9: M« h×nh hÖ thèng OFDM b¨ng c¬ së.S¬ ®å khèi thuËt to¸n ST 50 H×nh 2.S¬ ®å khèi to¸n SAT 50 H×nh 3.1 §¸p øng xung cña kªnh truyÒn Rayleigh 59 H×nh 3.2 §¸p øng tÇn sè cña kªnh truyÒn Rayleigh 59 H×nh 3.3 Chßm sao QAM16 lý t−ëng 60 H×nh 3.4 Chßm sao QAM16 khi chÞu t¸c ®éng nhiÔu tr¾ng Gauss 60 H×nh 3.5 Chßm sao QAM16 khi chÞu thªm nhiÔu Rayleigh 61 H×nh 3.6 ¦íc l−îng kªnh sö dông chuçi tËp huÊn 62 H×nh 3.7 S¬ ®å SIMULINK cña khèi ®iÒu chÕ OFDM 62 H×nh 3.8 S¬ ®å SIMULINK cña khèi gi¶i ®iÒu chÕ OFDM 63 H×nh 3. S¬ ®å SIMULINK cña khèi −íc l−îng kªnh 63 H×nh 3. SNR vµ BER dïng chuçi tËp huÊn.11 HÖ thèng OFDM cã sö dông tÝn hiÖu hoa tiªu kiÓu 65 r¨ng l−îc 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.12 Bï kªnh fading vµ Gauss dïng tÝn hiÖu hoa tiªu 65 H×nh 3.13 SNR vµ BER cña hÖ thèng OFDM dïng hoa tiªu kiÓu 65 r¨ng l−îc H×nh 3.14 Xö lý bï t¸c ®éng kªnh truyÒn t¹i bé thu 66 H×nh 3.15 So s¸nh c¸c ph−¬ng ph¸p −íc l−îng kªnh 66 H×nh 3.16 C¶i thiÖn chÊt l−îng cña −íc l−îng kªnh dïng m· ho¸ 67 H×nh 3.17 §¸nh gi¸ chÊt l−îng −íc l−îng kªnh 67 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Më ®Çu Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn sè, tÝn hiÖu ph¸t ®i bÞ suy gi¶m vµ mÐo do mode truyÒn dÉn. TÝn hiÖu lan truyÒn qua nhiÒu ®−êng tíi m¸y thu vµ th−êng n»m trong tÇm nh×n th¼ng.

M«i tr−êng truyÒn dÉn thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh cña nã theo thêi gian do sù di ®éng cña m¸y ph¸t hoÆc m¸y thu. Do ®ã, nã ®−îc ®Æc t¶ bëi sù thay ®æi theo thêi gian CIR (Channel Impulse Response). C¸c kªnh th«ng tin v« tuyÕn cã tÝnh lùa chän theo thêi gian, tÇn sè vµ kh«ng gian, do ®ã ®¸p øng xung cña chóng lµ hµm cña thêi gian, tÇn sè vµ kh«ng gian. Sù lùa chän kh«ng gian kªnh cã thÓ ®−îc khai th¸c nÕu sö dông nhiÒu anten t¹i m¸y ph¸t vµ m¸y thu.

M¸y thu ph¶i ®−îc bï mÐo vµ suy hao kªnh ®Ó t¨ng ®é tin cËy cña c¸c bÝt ®· ph¸t. §iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch t×m ®¶o cña CIR. Thñ tôc nµy ®−îc gäi lµ c©n b»ng trùc tiÕp. Ph−¬ng ph¸p kh¸c lµ −íc l−îng CIR vµ t¸ch d÷ liÖu dùa trªn kü thuËt −íc l−îng kªnh.

Sù lùa chän kªnh cã thÓ ®−îc tËn dông nÕu sö dông nguån ph©n tËp ®Ó t¨ng tÝnh n¨ng m¸y thu. C¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn trong t−¬ng lai cung cÊp dÞch vô d÷ liÖu tèc ®é cao yªu cÇu b¨ng tÇn réng ®Ó truyÒn d÷ liÖu t¹i c¸c tÇn sè sãng mang cao h¬n do ®ã cã phæ Doppler cao h¬n t¹o ra c¸c kªnh thay ®æi nhanh theo thêi gian trªn chu kú thêi gian rÊt ng¾n. Trong tr−êng hîp nµy ph−¬ng ph¸p c©n b»ng truyÒn thèng sù thay ®æi theo thêi gian cña kªnh qua mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh cã thÓ bÞ lçi. Khi ®ã sÏ sö dông kü thuËt b¸m kªnh trong hÖ thèng OFDM.

OFDM lµ kü thuËt ®iÒu chÕ ®a sãng mang mµ chuçi d÷ liÖu ph¸t ®−îc chia thµnh c¸c luång d÷ liÖu song song kh¸c nhau ®−îc ®iÒu chÕ trªn c¸c song mang con trùc giao. Do ®ã, kªnh lùa chän tÇn sè tèc ®é cao ®−îc t¸ch thµnh c¸c kªnh con song song kh«ng lùa chän tÇn sè tèc ®é thÊp h¬n. NÕu xuÊt hiÖn fading kªnh t¹i mét tÇn sè x¸c ®Þnh th× chØ mét phÇn tÝn hiÖu ®· ph¸t bÞ ¶nh h−ëng. Nã sÏ bÞ ¶nh h−ëng Ýt h¬n n÷a nÕu sö dông m· söa lçi.

¦u ®iÓm chÝnh cña hÖ thèng OFDM lµ dÔ thùc hiÖn bëi DFT (Discrete Fourier Transform - BiÕn ®æi Fourier rêi r¹c). VÊn ®Ò ®ång bé trong hÖ thèng OFDM lµ nhiÖm vô rÊt quan träng. NÕu lçi ®ång bé thêi gian nhá h¬n chiÒu 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] dµi CP (Cyclic Prefix) th× kh«ng cã suy hao ®Æc tÝnh do tÝnh chÊt DFT. NÕu lçi ®ång bé lín h¬n CP th× suy hao ®Æc tÝnh lµ ®¸ng kÓ.

Sù c©n b»ng cña tÝn hiÖu OFDM th−êng ®−îc thùc hiÖn trong miÒn tÇn sè víi ®¶o cña −íc l−îng ®¸p øng tÇn sè kªnh. Do ®ã, ph¶i −íc l−îng ®¸p øng xung kªnh hoÆc ®¸p øng tÇn sè kªnh. LuËn v¨n ®−îc chia lµm 3 ch−¬ng: Ch−¬ng 1: Tæng quan. Giới thiệu chung vÒ mục đÝch nghiªn cøu luËn v¨n.

Ch−¬ng 2: Kü thuËt −íc l−îng kªnh vµ ®ång bé trong c¸c hÖ thèng OFDM.Tr×nh bày c¸c kü thuËt −íc l−îng kªnh trong hÖ thèng OFDM. Ch−¬ng 3: M« pháng vµ kÕt qu¶. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Ch−¬ng 1: tæng quan 1. Môc tiªu luËn v¨n.

LuËn v¨n tËp trung vµo vÊn ®Ò −íc l−îng kªnh trong c¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn do suy gi¶m vµ mÐo kªnh ®Ó thu ®−îc chuçi d÷ liÖu cã ®é tin cËy cao.