Đang tải... (xem toàn văn)
Các phương pháp giảm tỷ số công suất đỉnh trên trung bình trong OFDM
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Điện Tử Viễn Thông, trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM tạo điều kiện tốt cho chúng em thực đề tài tốt nghiệp Chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô Khoa tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em kiến thức quý báu năm học qua Chúng em xin cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Hữu Phƣơng TS Đặng Lê Khoa tận tình hƣớng dẫn, bảo chúng em suốt thời gian làm đề tài Chúng em xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ chúng em q trình thực khóa luận Mặc dù chúng em cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả nhƣng chắn chắn khơng tránh đƣợc thiếu sót Chúng em kính mong nhận đƣợc cảm thơng tận tình bảo Q Thầy Cơ bạn Nhóm sinh viên thực Nguyễn Thị Thảo Ly – Nguyễn Xuân Nguyên Trang LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, phƣơng thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng đƣợc nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng Ý tƣởng OFDM chia dịng liệu tốc độ cao thành dòng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang khác – sóng mang trực giao Vì có ƣu điểm tiết kiệm băng tần khả chống lại pha đinh chọn lọc theo tần số nhƣ xuyên nhiễu băng hẹp Cùng với tiến công nghệ tích hợp điện tử, OFDM đƣợc ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin vô tuyến hệ mới, tiêu biểu hệ thống DVBT (1995), chuẩn IEEE 802.11a (1999), HIPERLAN II (2000), ITSI, MMAC, chuẩn IEEE 802.11g ứng cử viên có triển vọng cho hệ thông tin 4G Bên cạnh ƣu điểm bật, tồn nhƣợc điểm định Nhƣợc điểm OFDM tỷ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình (PAPR: Peak to Average Power Ratio) lớn PAPR lớn OFDM sử dụng nhiều sóng mang để truyền thơng tin, giá trị cực đại ký tự sóng mang vƣợt xa mức trung bình tồn sóng mang Vì vậy, làm tăng phức tạp chuyển đổi A/D đồng thời làm giảm hiệu suất khuếch đại vô tuyến (RF) Yêu cầu giảm PAPR OFDM lớn Đề tài “ Các phƣơng pháp giảm tỷ số công suất đỉnh trung bình OFDM” đề cập đến số cách làm giảm thiểu PAPR Mục tiêu đề tài giảm PAPR luật u – luật tiếng nén tiếng nói đƣợc rộng rãi sử dụng US Nhật Bài luận văn gồm chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan kỹ thuật OFDM Chƣơng trình bày cách tổng quát OFDM nhƣ ƣu nhƣợc điểm khả ứng dụng Chƣơng 2: Lý thuyết kỹ thuật OFDM bao gồm nguyên lý OFDM, cấu trúc OFDM, mơ hình hệ thống OFDM, tác động kênh truyền lên OFDM, vấn đề Trang đồng OFDM, khái niệm tỷ số công suất đỉnh trung bình (PAPR) tín hiệu OFDM – vấn đề quan tâm đề tài Chƣơng 3: Các phương pháp giảm PAPR OFDM Chƣơng giới thiệu thuật toán làm giảm PAPR nhƣ : phƣơng pháp xén, phƣơng pháp compading, phƣơng pháp mã hóa, phƣơng pháp hốn vị,… Chƣơng 4:Mô Matlab Simulink phương pháp giảm PAPR cho OFDM phương pháp companding Đây nội dung đề tài Thiết kế mơ hệ thống OFDM dùng luật u để làm giảm PAPR Chƣơng 5: Kết mô Chƣơng 6:Thực giảm PAPR cho OFDM phần cứng Chƣơng 7: Kết luận hướng phát triển đề tài Trang MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 11 1.1 Lịch sử phát triển 11 1.2 Các ƣu điểm nhƣợc điểm OFDM: 11 1.2.1 Ƣu điểm 11 1.2.1 Ƣu điểm 11 1.2.2 Nhƣợc điểm 12 1.3 Ứng dụng kỹ thuật OFDM: 12 1.3.1 Ứng dụng kỹ thuật OFDM Việt Nam 14 1.3.2 Hƣớng phát triển tƣơng lai 14 CHƢƠNG LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT OFDM 15 2.1 Nguyên lý OFDM: 15 2.2 Mô tả tốn học tín hiệu OFDM 16 2.2.1 Biểu thức toán học tín hiệu OFDM 16 2.3.2 Tính trực giao 16 2.3 Khoảng bảo vệ GI ( Guard Interval ) 18 2.4 Hệ thống OFDM 19 2.4.1 Tại phía phát 19 2.4.2 Tại phía thu 20 2.5 Ảnh hƣởng kênh truyền lên tìn hiệu OFDM 20 2.5.1 Kênh truyền AWGN 20 2.5.2 Kênh truyền Rayleigh Fading 21 2.8 Đồng hệ thống OFDM 25 2.7 Tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình (PAPR) [5] 25 2.8 Kết luận 28 Trang CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆ THỐNG OFDM 29 3.1 Nguyên nhân giảm PAPR: 29 3.2 Các nhóm kỹ thuật giảm PAPR 29 3.3 Các phƣơng pháp giảm PAPR 30 3.3.1 Phƣơng pháp xén ( Clipping ) [3] 30 3.3.2 Phƣơng pháp mã hóa [6] 31 3.3.3 Partial Transmit Sequence ( PTS ) [3] 31 3.3.4 Phƣơng pháp Selected Mapping ( SLM ) 33 3.3.5 Phƣơng pháp hoán vị ( interleaving ) [6] [3] 35 3.4 Giảm PAPR phƣơng pháp Companding [5] 38 3.4.1 Luật companding A [4] 38 3.4.2 Luật companding µ [4] 39 3.4.3 Giảm PAPR cho hệ thống OFDM sử dụng luật µ [5] 40 3.4 Kết luận 41 CHƢƠNG MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK PHƢƠNG PHÁP GIẢM PAPR CHO HỆ THỐNG OFDM SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP COMPANDNG 42 4.1 Mơ hình hệ thống OFDM 42 4.2 Chức khối mơ hình 42 4.2.1 Khối Data Source 42 4.2.2 Khối IQ Mapper 43 4.2.3 Khối OFDM Modulation 43 4.2.4 Kênh truyền AWGN 45 4.2.5 Khối OFDM Demodulation 46 4.2.6 Khối IQ Demapper ( giải ánh xạ chòm sao) 47 4.2.7 Khối tính tỉ lệ bits lỗi ( BER ) phân tích phổ tín hiệu OFDM 47 Trang 4.3 Mơ hình hệ thống OFDM sau sử dụng kỹ thuật giảm PAPR luật µ thử nghiệm với kênh truyền AWGN 48 4.3.1 Khối Mu-law compander 48 4.3.2 Khối Mu-law Expander 49 4.3.3 Khối PAPR Calculator 49 4.4 Mơ hình hệ thống OFDM sau sử dụng kỹ thuật giảm PAPR luật µ thử nghiệm kênh truyền Rayleigh Fading 50 4.4.1 Khối tạo kênh truyền 51 4.4.2 Bộ cân [2] 51 4.5 Thiết kế nén giải nén µ-255 để làm giảm PAPR DSP builder chạy matlab simulink 53 4.6 Sơ đồ tổng quát hệ thống OFDM DSP builder dùng để thử nghiệm nén giải nén µ-255 để giảm PAPR 58 4.6.1 Khối randomizer (ngẫu nhiên hoá) 59 4.6.2 Khối mã hoá kênh (channel encoder) 59 4.6.3 Khối ánh xạ chòm (IQ mapper) 60 4.6.4 Khối tạo symbol OFDM 60 4.6.5 Khối tạo tín hiệu OFDM 61 4.6.6 Các khối phía thu 61 4.7 Hệ thống OFDM đƣợc giảm PAPR với luật nén µ-255 62 CHƢƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB VÀ SIMULINK CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢM PAPR CHO HỆ THỐNG OFDM 64 5.1 Kết mô phƣơng pháp Selected Mapping (SLM) 64 5.2 Kết mô phƣơng pháp PTS 65 5.3 Kết mô phƣơng pháp giảm PAPR phƣơng pháp companding Matlab Simulink 66 5.3.1 Thử nghiệm kênh truyền có nhiễu AWGN 66 Trang 5.3.2 Thử nghiệm kềnh truyền Rayleign Fading 69 5.4 Nhận xét thông qua kết mô giảm PAPR luật µ cho hệ thống OFDM thử nghiệm kênh truyền AWGN Rayleigh Fading 72 5.5 Kết thực nghiệm giảm PAPR cho hệ thống OFDM thực DSP Builder Matlab Simulink 73 5.5.1 Đƣờng cong nén nén µ-255 73 5.5.2 Tín hiệu OFDM phía phát 73 5.5.3 Tín hiệu OFDM phía phát sau nén 74 5.5.4 Tín hiệu OFDM sau qua kênh truyền 75 5.5.5 Tín hiệu OFDM phía thu sau giải nén 76 5.5.6 Phổ tín hiệu OFDM 77 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 79 6.1 KẾT LUẬN: 79 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN: 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Trang DANH MỤC HÌNH Hình 1 Ứng dụng kết nối mạng Lan theo cấu trúc điểm - điểm điểm - đa điểm 13 Hình Ứng dụng hệ thống camera giám sát khơng dây 14 Hình (a) Kỹ thuật sóng mang khơng chồng xung (b) Kỹ thuật sóng mang chồng xung 15 Hình 2 Các sóng mang miền thời gian 17 Hình Phổ sóng mang trục giao miền tần số 18 Hình Thêm khoảng bảo vệ vào symbol OFDM 19 Hình Hệ thống OFDM đơn giản 19 Hình Kênh truyền AWGN 21 Hình Ảnh hƣởng mơi truyền vô tuyến 22 Hình Tín hiệu đa đƣờng 23 Hình Mơ hình kênh truyền Rayleigh Fading 24 Hình 10 Cơng suất đỉnh cơng suất trung bình symbol OFDM, sử dụng 256 sóng mang phụ phép điều chế 4-QAM 26 Hình Thuật tốn xén 30 Hình Sơ đồ khối phƣơng pháp PTS 31 Hình 3 Phân chia sóng mang phụ vào khối phụ 32 Hình Thuật tốn SLM 34 Hình SLM thích ứng 35 Hình Thuật toán Interleaving 37 Hình Thực hốn vị thích ứng 37 Hình Đƣờng cong nén luật A 38 Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tín hiệu vào- luật µ 40 Hình 10 Giảm PAPR hệ thống OFDM sử dụng luật µ 40 Trang Hình Hệ thống OFDM 42 Hình Khối data source 43 Hình Khối IQ Mapper 43 Hình 4 Cấu trúc symbol OFDM 45 Hình Khối OFDM Modulation 45 Hình Khối tạo kênh truyền 46 Hình Khối OFDM Demodultator 46 Hình Khối giải ánh xạ chòm 47 Hình Khối tính BER phân tích phổ 47 Hình 10 Mơ hình hệ thống OFDM sử dụng luật µ để làm giảm PAPR 48 Hình 11 Khối Mu-law compander 48 Hình 12 Khối Mu-law expander 49 Hình 13 Khối PAPR Calculator 49 Hình 14 Mơ hình hệ thống OFDM sử dụng luật µ để làm giảm PAPR kênh truyền Rayleigh Fading 50 Hình 15 Kênh truyền Rayleigh Fading 51 Hình 16 Tín hiệu bị biến đổi qua kênh truyền 51 Hình 17 Mơ hình cân 53 Hình 18 Khối nén µ-255 54 Hình 19 Đƣờng cong nén luật µ 54 Hình 20 Cấu trúc codeword luật µ-255 55 Hình 21 Khối giải nén µ-255 57 Hình 22 Hệ thống OFDM DSP Builder 58 Hình 23 Khối ngẫu nhiên giải ngẫu nhiên 59 Hình 24 Khối mã hóa giải mã kênh 59 Hình 25 Khối ánh xạ chịm giải ánh xạ chòm 60 Hình 26 Khối tạo Symbol OFDM 61 Hình 27 Khối tạo tín hiệu OFDM 61 Hình 28 Hệ thống OFDM với luật nén µ-255 62 Hình 29 Khối nén giải nén µ 62 Trang Hình CCDF PAPR tín hiệu OFDM có U=4 64 Hình CCDF PAPR tín hiệu OFDM có V=4 65 Hình Phổ miền tần số tín hiệu OFDM phía phát trƣớc sau sử dụng luật µ 66 Hình Phổ miền tần số tín hiệu OFDM phía thu chƣa sử dụng luật µ sau sử dụng luật µ 66 Hình 5 Tín hiệu OFDM miền thời gian phía phát trƣớc sau sử dụng luật µ 67 Hình Tín hiệu OFDM miền thời gian phía thu trƣớc sau sử dụng luật µ 67 Hình BER hệ thống trƣớc sau sử dụng luật µ 68 Hình Các Pilot miền tần số 69 Hình Dữ liệu sau đƣợc chèn Pilot 69 Hình 10 Tín hiệu OFDM ban đầu 70 Hình 11 Tín hiệu OFDM sau đƣợc giảm PAPR luật µ 70 Hình 12 Tín hiệu OFDM sau qua kênh truyền 71 Hình 13 Tín hiệu OFDM sau giải nén 71 Hình 14 BER hệ thống trƣớc sau sử dụng luật µ 72 Hình 15 Đƣờng cong nén nén µ-255 73 Hình 16 Tín hieu OFDM thành phần đồng pha 74 Hình 17 Tín hiệu OFDM thành phần vuông pha 74 Hình 18 Tín hiệu OFDM thành phần đồng pha sau đƣợc nén 75 Hình 19 Tín hiệu OFDM thành phần vuông pha sau đƣợc nén 75 Hình 20 Nhiễu đƣợc tạo giá trị ngẫu nhiên 75 Hình 21 Tín hiệu OFDM thành phần đồng pha 76 Hình 22 Tín hiệu OFDM thành phần vng pha 76 Hình 23 Thành phần đồng pha sau giai nén 77 Hình 24 Thành phần vuông pha sau giải nén 77 Hình 25 Thành phần đồng pha 77 Hình 26 Thành phần vng pha 78 Trang 10 ... động kênh truyền lên OFDM, vấn đề Trang đồng OFDM, khái niệm tỷ số cơng suất đỉnh trung bình (PAPR) tín hiệu OFDM – vấn đề quan tâm đề tài Chƣơng 3: Các phương pháp giảm PAPR OFDM Chƣơng giới thiệu... trung bình tồn sóng mang Vì vậy, làm tăng phức tạp chuyển đổi A/D đồng thời làm giảm hiệu suất khuếch đại vô tuyến (RF) Yêu cầu giảm PAPR OFDM lớn Đề tài “ Các phƣơng pháp giảm tỷ số công suất đỉnh. .. CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆ THỐNG OFDM 29 3.1 Nguyên nhân giảm PAPR: 29 3.2 Các nhóm kỹ thuật giảm PAPR 29 3.3 Các phƣơng pháp giảm PAPR 30 3.3.1 Phƣơng pháp
![Hình 3.9 là đồ thị của luật companding µ với hệ số nén µ=255, tín hiệu vào đƣợc chọn nằm trong khoảng [-1,1] - Các phương pháp giảm tỷ số công suất đỉnh trên trung bình trong OFDM](https://media.store123doc.com/figures/001/392/hinh-do-luat-companding-hieu-doc-chon-khoang-1392344.png)
