Xem mẫu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 4G SỬ DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TẬP KẾT HỢP ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN
Người thực hiện Lớp Người hướng dẫn
: : :
Đà Nẵng - 2012
LỜI CAM ĐOAN
Em tên là Lớp
: :
Là sinh viên khoa Điện Tử -Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Đề tài tốt nghiệp của em là “ Nghiên cứu cải thiện chất lượng hệ thống 4G sử dụng kỹ thuật phân tập kết hợp ước lượng kênh truyền”. Nội dung đồ án được tham khảo rút ra từ các tài liệu tham khảo đã liệt kê ở cuối đồ án. Em xin cam đoan nội dung này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012 Sinh viên thực hiện
Lời mở đầu
LỜI MỞ ĐẦU Sự bùng nổ của nhu cầu thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng trong những năm gần đây đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến. Trong đó, phải kể đến các công nghệ mới như MIMO – OFDM, anten thông minh… giúp nâng cao hơn nữa chất lượng hệ thống. Đặc biệt là kỹ thuật phân tập anten ứng dụng trên nền công nghệ OFDM đang được sử dụng rộng rải cho hệ thống 4G nhằm giảm ảnh hưởng của fading đa đường và cải thiện độ tin cậy tín hiệu truyền dẫn mà không phải tăng công suất phát hoặc mở rộng băng thông. Các kỹ thuật phân tập được phân lớp thành phân tập thời gian, phân tập tần số và phân tập không gian. Trong đó phân tập không gian được sử dụng phổ biển. Phân tập không gian còn gọi là phân tập anten. Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten ở nơi phát hoặc nơi thu mà người ta chia phân tập không gian làm 3 loại: phân tập anten phát, phân tập anten thu, phân tập kết hợp cả thu và phát. Cùng với kỹ thuật phân tập nhiều kỹ thuật ước lượng kênh truyền cũng được sử dụng để bên thu có thể xác định được thông tin truyền đi từ bên phát. Trong quá trình tìm hiểu, em đã chọn đề tài “ Cải thiện chất lượng hệ thống 4G sử dụng kỹ thuật phân tập kết hợp ước lượng kênh truyền”. Đây là giải pháp kết hợp nhiều kỹ thuật giúp cải thiện chất lượng hệ thống vô tuyến, đồng thời thực hiện mô hình hóa và tiến hành mô phỏng xác suất lỗi bit (BER). Nội dung đồ án gồm 4 chương, trong đó 3 chương lý thuyết và một chương thực hiện mô phỏng chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab. Chương 1 : Tổng quan về hệ thống 4G sử dụng công nghệ OFDM. Hệ thống 4G được xem là một nền tảng của sự hội tụ, cung cấp các ưu điểm rõ ràng về vùng phủ sóng, độ rộng băng tần, tốc độ truyền dẫn và công suất tiêu thụ. Với việc sử dụng các công nghệ tiên tiến trong đó có công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM đã giúp cho hệ thống 4G đạt được những tính năng ưu việt trên. Nội dung chương 1 sẽ phân tích mô hình hệ thống OFDM cũng như các ưu điểm, nhược điểm… của công nghệ này mang lại cho hệ thống 4G. Trang 1
Lời mở đầu
Chương 2 : Đặc tính truyền dẫn tín hiệu OFDM. Đặc tính kênh truyền vô tuyến có tầm quan trọng rất lớn, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng truyền dẫn. Nội dung chương trình bày về đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM, các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu thu đặc biệt là hiện tượng fading đa đường và nhiễu trắng AWGN. Bên cạnh đó còn trình bày kỹ thuật ước lượng kênh truyền Maximum Likelihood nhằm giảm sự sai khác của hàm truyền giữa kênh phát so với kênh thu. Chương 3 : Các kỹ thuật phân tập Để nâng cao độ tin cậy cho tín hiệu truyền dẫn, các kỹ thuật phân tập được sử dụng trong hệ thống 4G. Phân tập thu gồm các kỹ thuật MRC, EGC, SC, TC giúp bên thu chọn lọc hoặc kết hợp các tín hiệu trên các anten thu nhằm tái tạo tín hiệu phát tốt nhất. Ngoài ra, chương này còn trình bày về các kỹ thuật phân tập phát mã hóa không gian-thời gian với mô hình Alamouti, nhờ nó mà chất lượng hệ thống được cải thiện, mang lại hiệu quả kinh tế cao, dễ áp dụng cho cell phone. Chương 4 : Mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống 4G Bằng cách sử dụng phần mềm Matlab, thực hiện mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống 4G thông qua việc truyền và nhận tín hiệu vô tuyến trên cơ sở sử dụng công nghệ OFDM kết hợp các kỹ thuật phân tập và ước lượng kênh truyền. Qua đó, đánh giá kết quả mô phỏng và đối chiếu với lý thuyết đã trình bày. Tuy nhiên, đây là một đề tài khá phức tạp, điều kiện thời gian cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên phần trình bày đồ án này của em không thể tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện Tử - Viễn Thông đã giảng dạy em trong suốt thời gian qua và đặc biệt cảm ơn ThS. Dư Quang Bình đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đề tài này. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012 Sinh viên thực hiện
Trang 2
Các từ viết tắt
CÁC TỪ VIẾT TẮT A AWGN AM A/D B BER BPSK C CP D DFT DEMUX D/A E EGC F FFT G GI I ICI IFFT ISI IMD M MUX MRC O Trang 3 Multiplexer Maximal Ratio Combining Bộ ghép kênh Kết hợp tỷ số cực đại Inter-carrier interference Inverse FFT Inter-symbol interference Inter Modulation Distortion Nhiễu liên sóng mang Chuyển đổi fourier nhanh ngược Nhiễu giữa các biểu tượng Nhiễu liên điều chế Guard Interval Chuổi bảo vệ Fast fourier transformer Chuyển đổi fourier nhanh. Equal Gain Combining Kết hợp cân bằng độ lợi Discrete Fourier Transform Demultiplexer Digital/ Analog Biến đổi Fourier rời rạc Bộ tách kênh. Bộ chuyển đổi số/ tương tự Cyclic Prefix Tiền tố lặp Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Tốc độ bit lỗi Điều chế pha 2 mức. Additive White Gaussian Noise Amplified Modulation Analog/ Digital Nhiễu trắng Điều biên Bộ chuyển đổi tương tự/ số
nguon tai.lieu . vn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 4G SỬ DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TẬP KẾT HỢP ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN
Người thực hiện Lớp Người hướng dẫn
: : :
Đà Nẵng - 2012
LỜI CAM ĐOAN
Em tên là Lớp
: :
Là sinh viên khoa Điện Tử -Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Đề tài tốt nghiệp của em là “ Nghiên cứu cải thiện chất lượng hệ thống 4G sử dụng kỹ thuật phân tập kết hợp ước lượng kênh truyền”. Nội dung đồ án được tham khảo rút ra từ các tài liệu tham khảo đã liệt kê ở cuối đồ án. Em xin cam đoan nội dung này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012 Sinh viên thực hiện
Lời mở đầu
LỜI MỞ ĐẦU Sự bùng nổ của nhu cầu thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng trong những năm gần đây đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến. Trong đó, phải kể đến các công nghệ mới như MIMO – OFDM, anten thông minh… giúp nâng cao hơn nữa chất lượng hệ thống. Đặc biệt là kỹ thuật phân tập anten ứng dụng trên nền công nghệ OFDM đang được sử dụng rộng rải cho hệ thống 4G nhằm giảm ảnh hưởng của fading đa đường và cải thiện độ tin cậy tín hiệu truyền dẫn mà không phải tăng công suất phát hoặc mở rộng băng thông. Các kỹ thuật phân tập được phân lớp thành phân tập thời gian, phân tập tần số và phân tập không gian. Trong đó phân tập không gian được sử dụng phổ biển. Phân tập không gian còn gọi là phân tập anten. Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten ở nơi phát hoặc nơi thu mà người ta chia phân tập không gian làm 3 loại: phân tập anten phát, phân tập anten thu, phân tập kết hợp cả thu và phát. Cùng với kỹ thuật phân tập nhiều kỹ thuật ước lượng kênh truyền cũng được sử dụng để bên thu có thể xác định được thông tin truyền đi từ bên phát. Trong quá trình tìm hiểu, em đã chọn đề tài “ Cải thiện chất lượng hệ thống 4G sử dụng kỹ thuật phân tập kết hợp ước lượng kênh truyền”. Đây là giải pháp kết hợp nhiều kỹ thuật giúp cải thiện chất lượng hệ thống vô tuyến, đồng thời thực hiện mô hình hóa và tiến hành mô phỏng xác suất lỗi bit (BER). Nội dung đồ án gồm 4 chương, trong đó 3 chương lý thuyết và một chương thực hiện mô phỏng chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab. Chương 1 : Tổng quan về hệ thống 4G sử dụng công nghệ OFDM. Hệ thống 4G được xem là một nền tảng của sự hội tụ, cung cấp các ưu điểm rõ ràng về vùng phủ sóng, độ rộng băng tần, tốc độ truyền dẫn và công suất tiêu thụ. Với việc sử dụng các công nghệ tiên tiến trong đó có công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM đã giúp cho hệ thống 4G đạt được những tính năng ưu việt trên. Nội dung chương 1 sẽ phân tích mô hình hệ thống OFDM cũng như các ưu điểm, nhược điểm… của công nghệ này mang lại cho hệ thống 4G. Trang 1
Lời mở đầu
Chương 2 : Đặc tính truyền dẫn tín hiệu OFDM. Đặc tính kênh truyền vô tuyến có tầm quan trọng rất lớn, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng truyền dẫn. Nội dung chương trình bày về đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM, các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu thu đặc biệt là hiện tượng fading đa đường và nhiễu trắng AWGN. Bên cạnh đó còn trình bày kỹ thuật ước lượng kênh truyền Maximum Likelihood nhằm giảm sự sai khác của hàm truyền giữa kênh phát so với kênh thu. Chương 3 : Các kỹ thuật phân tập Để nâng cao độ tin cậy cho tín hiệu truyền dẫn, các kỹ thuật phân tập được sử dụng trong hệ thống 4G. Phân tập thu gồm các kỹ thuật MRC, EGC, SC, TC giúp bên thu chọn lọc hoặc kết hợp các tín hiệu trên các anten thu nhằm tái tạo tín hiệu phát tốt nhất. Ngoài ra, chương này còn trình bày về các kỹ thuật phân tập phát mã hóa không gian-thời gian với mô hình Alamouti, nhờ nó mà chất lượng hệ thống được cải thiện, mang lại hiệu quả kinh tế cao, dễ áp dụng cho cell phone. Chương 4 : Mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống 4G Bằng cách sử dụng phần mềm Matlab, thực hiện mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống 4G thông qua việc truyền và nhận tín hiệu vô tuyến trên cơ sở sử dụng công nghệ OFDM kết hợp các kỹ thuật phân tập và ước lượng kênh truyền. Qua đó, đánh giá kết quả mô phỏng và đối chiếu với lý thuyết đã trình bày. Tuy nhiên, đây là một đề tài khá phức tạp, điều kiện thời gian cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên phần trình bày đồ án này của em không thể tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện Tử - Viễn Thông đã giảng dạy em trong suốt thời gian qua và đặc biệt cảm ơn ThS. Dư Quang Bình đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đề tài này. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012 Sinh viên thực hiện
Trang 2
Các từ viết tắt
CÁC TỪ VIẾT TẮT A AWGN AM A/D B BER BPSK C CP D DFT DEMUX D/A E EGC F FFT G GI I ICI IFFT ISI IMD M MUX MRC O Trang 3 Multiplexer Maximal Ratio Combining Bộ ghép kênh Kết hợp tỷ số cực đại Inter-carrier interference Inverse FFT Inter-symbol interference Inter Modulation Distortion Nhiễu liên sóng mang Chuyển đổi fourier nhanh ngược Nhiễu giữa các biểu tượng Nhiễu liên điều chế Guard Interval Chuổi bảo vệ Fast fourier transformer Chuyển đổi fourier nhanh. Equal Gain Combining Kết hợp cân bằng độ lợi Discrete Fourier Transform Demultiplexer Digital/ Analog Biến đổi Fourier rời rạc Bộ tách kênh. Bộ chuyển đổi số/ tương tự Cyclic Prefix Tiền tố lặp Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Tốc độ bit lỗi Điều chế pha 2 mức. Additive White Gaussian Noise Amplified Modulation Analog/ Digital Nhiễu trắng Điều biên Bộ chuyển đổi tương tự/ số