Đang tải... (xem toàn văn)
KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM ................................................................. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM ................................................................. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM ................................................................. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM ................................................................. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM .................................................................KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM ................................................................. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM ................................................................. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM .................................................................
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM THEO IEEE 802.11N MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT OFDM MIMO IFFT FFT ISI ICI FEC IDFT DFT QAM DSSS P/S S/P WiFi PAPR IEEE WLAN AWGN CSMA/CA SNR Orthogonal Frequency Division Multiplexing Multi Input Multi Output Inverse FFT Fast Fourier Transform InterSymbol Interference InterChannel Interference Forward Error Correcting Inverse Discrete Fourier Transform Discrete Fourier Transform Quadrature Amplitude Modulation Direct Sequence Spread Spectrum Parallel to Serial Serial to Parallel Wireless Fidelity Peak to Average Power Ratio Institute of Electrical and Electronic Engneers Wireless Local Area Network Additive White Gaussian Noise Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance Signal to Noise Ratio BER Bit Error Rate PDP Power Delay Profile ĐỒ ÁN Trang 6/36 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HỌ CHUẨN IEEE 802.11 1.1 Giới thiệu chung chuẩn IEEE 802.11 Chuẩn 802.11 biết đến rộng rãi "Wi-Fi" Wi-Fi Alliance cung cấp chứng nhận cho sản phẩm 802.11 Đã có bốn tiêu chuẩn 802.11 đặt tên với hậu tố chữ (a, b, g n) Mới nhanh chuẩn 802.11n ( chậm 802.11b, hai tốc độ trung bình 802.11a; 802.11g) Họ tiêu chuẩn 802.11 làm việc dãi tần 2.4GHz, 3.6GHz 5GHz hoạt động tốc độ liệu 1Mbps 2Mbps (Mbits/s: Megabits per second), truyền qua tín hiệu hồng ngoại (IR); áp dụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum) [4] 1.1.1 Chuẩn 802.11a Đây chuẩn sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) truyền lên đến 54Mbps Nó hoạt động băng tần 5GHz không tương thích ngược với tốc độ truyền tải chậm 11b; bao gồm 52 sóng mang phụ Tỷ lệ liệu tối đa chuẩn 802.11a 54Mbps Tuy nhiên giảm xuống 48, 36, 24, 18, 12, sau 6Mbps cần thiết [5] Chuẩn 802.11a có ưu điểm tốc độ truyền tải nhanh với tần số hoạt động 5GHz nên phần nhiều tránh xuyên nhiễu thiết bị khác Tuy nhiên, nhược điểm 802.11a giá thành cao hơn; tầm phủ sóng hẹp 802.11b dễ bị che khuất 1.1.2 Chuẩn 802.11b Hoạt động băng tần 2.4GHz 802.11b tăng tốc độ truyền tải liệu lên 11Mbps trì chế độ DSSS chậm để đáp ứng tín hiệu yếu [7] Mặc dù xuất thị trường thời điểm chuẩn 802.11b dễ dàng chiếm ưu so với chuẩn 802.11a Do chuẩn 802.11b sử dụng kỹ thuật điều chế DSSS (kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp) ĐỒ ÁN Trang 7/36 Chuẩn 802.11b có ưu điểm giá thành thấp, tầm phủ sóng tốt 802.11a ; không dễ dàng bị che khuất Tuy nhiên, chuẩn 802.11b có nhược điểm tốc độ thấp dễ bị can nhiễu thiết bị gia dụng như: lò vi sóng… 1.1.3 Chuẩn 802.11g 802.11g tiêu chuẩn Wi-Fi phát triển IEEE để truyền liệu qua mạng không dây phê chuẩn vào năm 2003 Chuẩn 802.11g hoạt động dãi tần 2.4GHz sử dụng OFDM để đạt tốc độ truyền liệu lên tới 54Mbps, tương thích ngược với chuẩn 802.11b [7] Khi hoạt động môi trường với chuẩn 802.11b, tốc độ liệu sản phẩm 802.11g giảm xuống 11Mbps (tốc độ tối đa mà chuẩn 802.11b hỗ trợ) Tuy nhiên, cấu hình định tuyến không dây 802.11g, chấp nhận thiết bị dùng cho chuẩn 802.11g, điều đảm bảo mạng hoạt động tốc độ hàng đầu 1.1.4 Chuẩn IEEE 802.11n Để sửa đổi mở rộng tốc độ cao IEEE hình thành chuẩn 802.11n chuẩn sử dụng lại công nghệ trước OFDM, DSSS, điều biến biên độ cầu phương… [5] Song, bên cạnh chuẩn 802.11n đảm bảo khả tương thích ngược với sản phẩm trước Nếu sản phẩm Wi-Fi chuẩn n sử dụng đồng thời hai mức tần số 2,4GHz 5GHz tương thích ngược, với sản phẩm chuẩn 802.11a; b; g Các đặc tính kỹ thuật so sánh chuẩn họ IEEE 802.11 trình bày ngắn gọn bảng 1-1 [2, tr.67-68] Bảng 1-1: Các đặc tính kỹ thuật chuẩn họ IEEE 802.11 Chuẩn IEEE 802.11 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n ĐỒ ÁN Trang 8/36 Đặc điểm Năm phê chuẩn 1999 1999 2003 2007 Tốc độ tối đa 54Mbps 11Mbps 54Mbps 300Mbps 100m 100m 100m 150m OFDM DSSS OFDM OFDM DSSS DSSS 5GHz 2,4GHz 2,4GHz 1 20MHz 20MHz 20MHz 3 23 Khoảng cách tối đa Kỹ thuật điều chế Dải tần số trung tần (RF) Chuỗi liệu Độ rộng băng thông Số kênh không chồng lấn CHƯƠNG 2,4Ghz 5GHz 1, 2, 20MHz 40MHz (2,4GHz) 23 (5GHz) KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM 1.2 Tổng quan kỹ thuật OFDM Trong hệ thông tin vô tuyến cần thiết phải có sóng mang cao tần để truyền thông tin OFDM kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Kỹ thuật chia toàn băng tần hệ thống thành nhiều sóng mang nhánh, sóng mang nhánh điều chế trực giao với Ngày nay, kỹ thuật ghép kênh OFDM sử dụng rộng rãi; hệ thống truyền dẫn băng rộng HDSL /ADSL/VDSL; hệ thống phát truyền hình số quảng bá DAB (Digital Audio Broadcasting) Ngoài ra, OFDM giải pháp đề cử cho chuẩn mạng LAN không dây (Wireless Local Area Network) 1.3 Nguyên tắc kỹ thuật OFDM ĐỒ ÁN Trang 9/36 Trong OFDM, chuỗi liệu đầu vào nối tiếp tốc độ cao (R) chia thành N chuỗi liệu song song từ đến N với tốc độ thấp (R/N) N chuỗi điều chế N sóng mang phụ trực giao Và sóng mang tổng hợp lại phát lên kênh truyền ( hình 2-1) Ở phía trình thu tin ngược lại Hình 2-1: Sơ đồ trình phát tin OFDM Hình 2-2: Hình dạng phổ tín hiệu FDM OFDM 1.4 Bản chất trực giao Các tín hiệu xem trực giao với chúng độc lập Tính trực giao tính chất cho phép nhiều tín hiệu thông tin phát thu tốt; kênh truyền chung mà không làm can nhiễu tín hiệu Tính trực giao sóng mang với sóng mang khác bị giá trị sóng mang không tần số trung tâm sóng mang khác Một tính trực ĐỒ ÁN Trang 10/36 giao, làm cho tín hiệu thông tin bị xuyên nhiễu lẫn nhau, nên phía đầu thu khó khôi phục lại hoàn toàn tín hiệu gốc Hình 2-3: Phổ sóng mang trực giao 1.5 Sử dụng biến đổi FFT/IFFT kỹ thuật OFDM Phép biến đổi Fourier nhanh (FFT) thuật toán hỗ trợ tính toán DFT nhanh gọn Từ công thức (2.1) thấy thời gian tính DFT bao gồm: - Thời gian để thực phép nhân phức - Thời gian tiến hành thực phép cộng phức - Thời gian để đọc hệ số e − j 2Nπ ĐỒ ÁN Trang 26/36 hệ số tương quan phức anten truyền thứ i j hệ số tương quan phức anten nhận thứ i j Hình 4-8: Các thông số mô hình cluster: AoA, AoD, AS 1.1.2 Phân bố Rician Hay viết dạng dB: k = 10log (dB), với k xác định phân bố Rician gọi hệ số Rician Đề tài sử dụng mô hình B (model B) mô hình chuẩn 802.11n Thông số model B thể thông qua giá trị bảng 4-5 [1] Bảng 4-5: Mô hình B mô hình 802.11n ĐỒ ÁN Trang 27/36 Tap Index Excess 10 20 30 40 50 60 70 80 -5.4 -10.8 -16.2 -21.7 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 14.4 14.4 14.4 14.4 14.4 225.1 225.1 225.1 225.1 225.1 14.4 14.4 14.4 14.4 14.4 -3.2 -6.3 -9.4 -12.5 -15.6 -18.7 -21.8 118.4 118.4 118.4 118.4 118.4 118.4 118.4 25.2 25.2 25.2 25.2 25.2 25.2 25.2 106.5 106.5 106.5 106.5 106.5 106.5 25.4 25.4 25.4 25.4 25.4 25.4 Delay Cluster AoA AS (receiver) AoD AS (transmit ter) Cluster AoA AS AoD AS [ns] Power [dB] AoA [o] AS [o] AoD [o] AS [o] Power [dB] AoA [o] AS [o] AoD [o] AS [o] 106 25.4 ĐỒ ÁN Trang 28/36 CHƯƠNG MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 1.13 Kết mô Kết mô hệ thống IEEE802.11N tiến hành giao diện GUI MATLAB Hình 5-1: Giao diện Khi ấn nút “MO PHONG HE THONG IEEE802.11N” Màn hình lúc hiển thị sơ đồ khối tổng quát toàn bô hệ thống IEEE802.11N trước cho liệu khối cụ thể Hình 5-2: Giao diện Simulation IEEE802.11N ĐỒ ÁN Trang 29/36 Nhấn “START” Lúc hình hiển thị kết liệu ngõ khối toàn sơ đồ hệ thống Dữ liệu ngõ khối Convolution từ 26 bits ngõ vào ngẫu nhiên ký hiệu d Hình 5-3: Dữ liệu ngõ khối Convolution Encoder (x) Khối Interleaver xếp lại chuỗi liệu từ ngõ r a khối Convolution Hình 5-4: Dữ liệu ngõ khối Interleaver (d_intlr) Kết liệu ngõ khối 16_QAM từ 52 bits ngõ khối Interleaver Hình 5-5: Dữ liệu ngõ khối 16_QAM (qam) ĐỒ ÁN Trang 30/36 Kết s0, s1 khối Alamouti Encoder dựa liệu ngõ khối 16_QAM Hình 5-6: Dữ liệu ngõ khối Alamouti Encoder (s0, s1) ĐỒ ÁN Trang 31/36 Kết s0_ifft, s1_ifft tính toán dựa hàm IFFT Matlab Hình 5-7: Dữ liệu ngõ khối IFFT (s0_ifft, s1_ifft) Dữ liệu c0 c1 khối Channel từ ngõ khối IFFT Hình 5-8: Dữ liệu ngõ khối Channel (c0, c1) ĐỒ ÁN Trang 32/36 Dữ liệu ngõ khối FFT tính toán dựa hàm FFT Matlab Hình 5-9: Dữ liệu ngõ khối FFT (s0_ifft, s1_ifft) Dữ liệu ngõ khối Alamouti Decoder từ ngõ khối biến đổi FFT Hình 5-10: Dữ liệu ngõ khối Alamouti Decoder (s_out) ĐỒ ÁN Trang 33/36 Dữ liệu ngõ khối 16_DeQAM từ liệu ngõ khối Alamouti Decoder Hình 5-11: Dữ liệu ngõ khối 16_DeQAM (de_qam) Khối Deinterleaver xếp lại chuỗi liệu từ khối 16-DeQAM để khôi phục tín hiệu ban đầu Hình 5-12: Dữ liệu ngõ khối Deinterleaver (d_deintlr) Dữ liệu ngõ khối Viterbi từ ngõ khối Deinterleaver Hình 5-13: Dữ liệu ngõ khối Convolution Encoder (viter) ĐỒ ÁN Trang 34/36 Đề tài mô sử dụng khoảng cách anten phát 0.5m, khoảng cách anten thu 0.5m Kết mô anten truyền – nhận thể hình 5-14, 5-15, 5-16 5-17 đường Rayleigh-fading thứ (thông qua giá trị dB - trục đứng time(s) – trục ngang) Hình 5-14: Tx1-Rx1 tx2-Rx1 đường Rayleigh-fading thứ Hình 5-15: Tx1-Rx1 Tx1-Rx2 đường Rayleigh-fading thứ ĐỒ ÁN Trang 35/36 Hình 5-16: Tx1-Rx2 Tx2-Rx2 đường Rayleigh-fading thứ Hình 5-17: Tx2-Rx1 Tx2-Rx2 đường Rayleigh-fading thứ ĐỒ ÁN Trang 36/36 ĐỒ ÁN Trang 37/36 Hình 5-19: So sánh BER Eb/No 2Tx-2Rx, 2Tx-1Rx Kết mô phía cho thấy sử dụng mô hình MIMO 2x2 ( bao gồm: anten phát, anten thu) cho giá trị BER Eb/No tốt sử dụng loại MIMO 2x1(bao gồm: anten phát, anten thu) 1.14 Đánh giá kết đạt Đề tài sử dụng mô hình MIMO 2x2 với kỹ thuật điều chế 16-QAM, mô kênh truyền vô tuyến thông qua sơ đồ khối hệ thống 802.11n Với mô hình kênh truyền dạng Demo MATLAB Từ kết đạt Thể qua sơ đồ khối hệ thống qua kết mô phỏng, thấy tính hiệu tính thực thi đề tài, thông qua kết so sánh anten truyền – nhận, giá trị BER/SNR dạng kỹ thuật điều chế ĐỒ ÁN Trang 38/36 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.15 Kết luận Trong trình thực đề tài gặp khó khăn định trình phân tích kết mô kênh truyền Do hướng tiếp cận đề tài hạn chế mô thông qua sơ đồ khối hệ thống 802.11n nên chưa thể đánh giá xác hệ thống so với kết thực nghiệm 1.16 Hướng phát triển đề tài Từ kết mô phân tích cho thấy thay đổi kỹ thuật điều chế, từ 16-QAM lên 128-QAM 256-QAM, để đáp ứng nhu cầu thực tế Đồng thời,để nâng tầm quy mô phát triển mô hình MIMO 2x2 (2 anten phát, anten thu) thành 4x4 (4 anten phát, anten thu) để phục vụ nhu cầu sử dụng dung lượng chất lượng kênh truyền ngày tăng người sử dụng ĐỒ ÁN Trang 39/36 TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỒ ÁN Trang 40/36 PHỤ LỤC A ... (2,4GHz) 23 (5GHz) KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM 1.2 Tổng quan kỹ thuật OFDM Trong hệ thông tin vô tuyến cần thiết phải có sóng mang cao tần để truyền thông tin OFDM kỹ thuật ghép kênh phân chia theo... gian 1.9 Kỹ thuật ghép kênh MIMO – OFDM 1.1.9 Giới thiệu chung kỹ thuật MIMO - OFDM Hiện có nhiều loại hệ thống MIMO -OFDM tùy vào kỹ thuật MIMO mà có hệ thống khác như: hệ thống MIMO -OFDM mã hoá... thống OFDM lớn cần có biện pháp làm giảm PARR tín hiệu OFDM trước đưa qua khuếch đại công suất ĐỒ ÁN Trang 14/36 CHƯƠNG KỸ THUẬT MIMO – OFDM 1.8 Tổng quan kỹ thuật MIMO 1.1.7 Giới thiệu kỹ thuật![Để sửa đổi mở rộng tốc độ cao. IEEE đã hình thành chuẩn 802.11n và chuẩn này cũng sử dụng lại những công nghệ trước như OFDM, DSSS, điều biến biên độ cầu phương… [5] - KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM](https://media.store123doc.com/figures/000/692/rong-thanh-chuan-chuan-dung-nghe-bien-phuong-692369.png)
