TRIỂN KHAI MMMA CHO CÂN BẰNG KÊNH MÙ TRÊN HỆ THỐNG OFDM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
BÁO CÁO
THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Đề tài:
TRIỂN KHAI MMMA CHO CÂN BẰNG KÊNH
MÙ TRÊN HỆ THỐNG OFDM
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH TIỀN
Lớp ĐT1 – K55
Giảng viên hướng dẫn: TS. HÀN HUY DŨNG
Hà Nội, 10-2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ
NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: .…………….………….…… Số hiệu sinh viên: ………………
Khoá:…………………….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………………
1. Đầu đề thực tập:
……………………………………………… ………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………… ………
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
…………………………………… …………………………………………… …… ……………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….
… ……………………… …………………………………………………………………………………….
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
……………………………………………………………………………………………………………… ….
………………………………………………………………………………………………………………………………
…… ….

………………………………………………………………………………………………………………………………
……… ….……………………………………………………………………………………………
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
……………………………………………………………………………………………………………………… ….
…………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………….
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… ……………………
6. Ngày giao nhiệm vụ thực tập: ………………………………………………….……………
7. Ngày hoàn thành thực tập: ……………………………………………………………………… ………
Ngày tháng năm
Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BẢN NHẬN XÉT THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:
Ngành: Khoá:
Giảng viên hướng dẫn:
Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế thực tập tốt nghiệp:







2. Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
LỜI NÓI ĐẦU
Qua năm năm học tập và rèn luyện tại đại học Bách Khoa Hà Nội, việc thực hiện đồ
án tốt nghiệp mang ý nghĩa là công việc học tập nghiên cứu cuối cùng để hoàn
thành chương trình học và đúc rút những kiến thức quan trọng để xây dựng được
một đề tài mang tính ứng dụng thực tế, thì việc thực tập tốt nghiệp mang một ý
nghĩa không kém tầm quan trọng, nó tạo tiền đề cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp
và áp dụng kiến thức vào việc giải quyết một vấn đề thực tế. Em chọn lab SPARC
là nơi thực tập tốt nghiệp và thực hiện đồ án tốt nghiệp vì tại đây em được thực
hành với các thiết bị thí nghiệm và củng cố kiến thức lý thuyết rất tốt, dưới sự
hướng dẫn tận tình của thầy Hàn Huy Dũng cùng các bạn trên lab. Từ đợt thực tập
này đến việc thực hiện đồ án tốt nghiệp, em chọn đề tài mang tính xuyên suốt là
‘Triển khai và so sánh thuật toán cân bằng kênh mù MMMA trên một số thống
OFDM’. Mục tiêu cuối cùng là hoàn thành được nhiệm vụ, đề tài mà thầy hướng
dẫn nhưng bên cạnh đó em sẽ có thêm được những kỹ năng như làm việc theo
nhóm, thuyết trình, học hỏi, trao đổi và thảo luận…mà sẽ rất cần thiết cho công việc
và cuộc sống sau này. Thêm vào đó, khả năng tư duy có hệ thống, logic và thực

nghiệm của một nhà kỹ thuật là điều mà chúng em thấy rất bổ ích và hứng thú khi
được học hỏi từ thầy cô và bạn bè. Để hoàn thành được đồ án này, em đã nhận được
sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình từ Ts.Hàn Huy Dũng và các bạn trên lab. Em
chân thành cảm ơn các thầy đã chỉ dẫn cho em nhiều về mặt kiến thức, kỹ thuật
đồng thời gợi ý cho em những định hướng và ý tưởng đúng đắn, tạo điều kiện tốt
nhất về mặt thiết bị và địa điểm cho em học tập và nghiên cứu. Tôi cũng gửi lời
cảm ơn tới các thành viên của Lab SPARC – p418 thư viện Tạ Quang Bửu Đại học
Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các thành viên nhóm Viễn Thông của Lab đã giúp
đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới
người thân, bạn bè, những người anh, người chị đỡ giúp đỡ động viên trong quá
trình học tập và nghiên cứu tại trường. Cuối cùng, con xin dành tất cả lòng biết ơn
và kính trọng sâu sắc nhất tới bố mẹ, người đã sinh thành, nuôi dưỡng con nên
người, đã lo lắng và tạo mọi điều kiện cho con được sống và học tập một cách tốt
nhất để vươn tới những ước mơ và hoài bão của mình.
Hà Nội, tháng 10 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Tiền
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Do thời gian thực tập tốt nghiệp và thực hiện đồ án tốt nghiệp là rất hữu hạn cùng
với những hạn chế về mặt kỹ năng cũng như kiến thức cảu bản thân nên đề tài này
sẽ thực hiện theo chiều sâu thay vì thực hiện một cách bao quát, rộng lớn. Đó là tập
trung triển khai khối cân bằng kênh mù trên hệ thống OFDM (Đa truy nhập phân
chia theo sóng mang con trực giao) mà tại đó mỗi một sóng mang con được coi như
là phẳng đối với kênh pha đinh chọn lựa tần số. Cụ thể mục tiêu trước mắt và cần
hoàn thành trong đợt tốt nghiệp và triển khai hệ thống theo chuẩn lớp vật lý của
IEEE802.11a qua đó tạo tiền đề cho việc hướng tới triển khai trên chuẩn lớp vật lý
của LTE trong mạng di động 4G. (Ngoài ra, vì kiến thức bản thân và kinh nghiệm
hạn chế nên trong việc thực hiện, chắc chắn sẽ không chánh được sai sót nhầm lần,
mong các thầy cô có thể bỏ qua).
Nội dung chính đợt thực tập tốt nghiệp bao gồm các phần:

 Tổng quan mạng thông tin di động
 Chương 1: Kênh truyền thông tin vô tuyến
 Chương 2: Hệ thống OFDM
 Chương 3: Thuật toán cân bằng kênh MMMA và cân bằng kênh trong
OFDM
 Chương 4: Lớp vật lý trong IEEE802.11a
 Chương 5: Kết quả mô phỏng – đánh giá
 Phụ lục 1: Một số hình ảnh làm việc nhóm trong đợt thực tập
 Phụ lục 2: Tài liệu tham khảo và kết luận
MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH VẼ
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Brief
ACI 38
AOA 21
BER 41
BPF 39
CP 33
CS 33
DFT 29
FDD 36
FFT 29
ICI 33
IDFT 28
IFFT 28
ISI 33
LOS 12
LTE 6
MIMO 24

MMMA 1
OFDM 1
PDP 18
QAM 41
RC) 40
RMS 18
SISO 22
SNR 41
SPARC 4
STO 37
ZP 33
TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
CHƯƠNG I.KÊNH TRUYỀN THÔNG TIN VÔ
TUYẾN
Truyền thông không dây, sóng radio thường bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng vật lý:
phản xạ (reflection) , tán xạ (scatter) và nhiễu xạ (diffraction). Phản xạ là hiện
tượng vật lý xảy ra khi truyền đạt sóng điện từ va trạm với bề mặt của đối tượng có
kích thước lớn so với bước sóng (bề mặt trái đất, tòa nhà lớn), khiến công xuất tín
hiệu phát bị dội ngược trở lại hướng xuất phát của nó. Nhiễu xạ là hiện tượng xảy ra
khi đường truyền giữa khối phát và khối thu bị cản trở bởi bề mặt với góc sắc nhọn
hoặc các lỗ nhỏ, nó xuất hiện như một sự uốn cong của sóng quanh trướng ngại xắc
nhọn và sự trải rộng của sóng qua lỗ nhỏ. Tán xạ là hiện tượng vật lý khiến bức xạ
điện từ đi chệch khỏi đường thẳng bởi một hay nhiều chướng ngại vật với kích
thước nhỏ so với bước sóng như lá cây, biển báo, cột đèn … .
Đặc trưng riêng của kênh truyền không dây là hiện tượng pha đinh (fading), sự biến
đổi của biên độ tín hiệu theo thời gian và tần số. Pha đinh có thể chia thành hai loại
khác nhau là pha đinh quy mô lớn và pha đinh quy mô nhỏ. Pha đinh quy mô lớn
xảy ra khi trạm di động di chuyển một khoảng cách lớn chẳng hạn như kích thước
tế bào. Nó gây ra suy hao đường của tín hiệu như một hàm khoảng cách, che tối bởi
các vật thể lớn chẳng hạn như một tòa nhà, địa hình sen giữa và thảm thực vật. Che

tối là quá trình pha đinh chậm đặc trưng bởi sự biến đổi suy hao đa đường trung
bình giữa khối phát và khối thu trong miền không gian cố định. Mặt khác pha đinh
quy mô nhỏ là sự biến đổi nhanh của bậc tín hiệu bởi sự can thiệp mang tính xây
dựng hoặc phá hủy của tín hiệu đa đường khi trạm di động di chuyển một khoảng
cách nhỏ.
Hình 1-1: Phân loại kênh truyền pha đinh
Hình 2-2: Pha đinh quy mô lớn và quy mô nhỏ
1.1 Pha đinh quy mô lớn
1.1.1 Mô hình suy hao chung
Mô hình truyền đạt không gian tự do được sử dụng để dự đoán cường độ tín
hiệu thu trong môi trường tầm nhìn thẳng (LOS – Light Of Sight). Nó thường phù
hợp cho kênh truyền thông tin vệ tinh. Công suất thu theo khoảng cách cho bởi
công thức:
Ct1.1.1-2
Với:
- : Khoảng cách giữa máy phát và máy thu (m)
- : Công suất phát (W)
- : Độ lợi ăng không đẳng hướng phát
- : Độ lợi ăng không đẳng hướng thu
- : Bước sóng bức xạ (m)
- : Nhân tố suy hao hệ thống (Suy hao tổng thể phần cứng như dây dẫn, bộ
lọc, ăng ten …)
Thực tế L > 0 khi hệ thông là không lý tưởng. Giả định hệ thống lý tưởng, L
= 1 ta có: suy hao đa đường trong không gian tự do theo khoảng cách được cho
bởi:
Ct1.1.1-2
Trường hợp ăng ten đẳng hướng () ta có
Ct1.1.1-3
Các dạng mô hình suy hao khác có thể sây dựng được bằng cách chỉnh sửa
thành phần mũ suy hao n phù hợp theo từng môi trường, và ta có

Ct1.1.1-4
Khi chọn làm khoảng cách tham chiếu, ta có mô hinh suy hao theo khoảng
cách tham chiếu (log-distance path loss model) được cho bởi
Ct1.1.1-5
Mô hình log-normal shadowing là hữu dụng hơn khi lầm việc với mô hình
mang nhiều thông tin điều kiện thực tế ( Biến ngẫu nhiêu Gauss, trung bình 0, lệch
chuẩn :
Ct1.1.1-6
Bảng 1.1.1-1 Thành phần mũ suy hao cho một số môi trường
Environment Path loss exponent (n)
Free space 2
Urban area cellular radio 2.7–3.5
Shadowed urban cellular radio 3–5
In building line-of-sight 1.6–1.8
Obstructed in building 4–6
Obstructed in factories 2–3
Hình 3.1.1-1: Mô hình suy hao không gian tự do
Hình 4.1.1-2: Mô hình suy hao theo khoảng cách tham chiếu
Hình 5.1.1-3: Mô hình suy hao Log-normal
1.1.2 Mô hình suy hao IEEE802.16d
Mô hình IEEE 802.16d dựa trên mô hình suy hao shadowing log-normal. Có
3 kiểu mô hình khác nhau (kiểu A, B, C), dựa vào mật độ chướng ngại giữa khối
phát và khối thu trong vùng ngoại đô tế bào lớn (macro-cell suburban). Mô hình
IEEE 802.16d được cho bởi:
Ct1.1.2-1
Với , với a,b,c là các hằng số khác nhau với mỗi kiểu mô hình, là chiều cao
của ăng ten phát (thường từ 10-80m). là hệ số tương quan cho sóng mang được cho
bởi
Kiểu mô hình A: địa hình đồi núi với mật độ cây cối lớn
Kiểu mô hình B: điều kiện suy hao trung bình

Kiểu mô hình C: địa hình bằng phẳng với mật độ cây cối ít
Bảng 2.1.2-1 Tham số mô hình IEEE802.16d
Tham số Kiểu A Kiểu B Kiểu C
A 4.6 4 3.6
B 0.0075 0.0065 0.0055
C 12.6 17.1 20
là hệ số tương quan cho ăng ten thu được cho bởi :
Ct1.1.2-2
Hay
Ct1.1.2-3
Hình 6.1.2-1: Mô hình suy hao IEEE 802.16d
Đặt khoảng cách tham chiếu chỉnh sửa: ta có
Ct1.1.2-4
Hình 7.1.2-2: Mô hình suy hao IEEE802.16d chỉnh sửa
1.2 Pha đinh quy mô nhỏ
1.2.1 Tham số chung mô hình pha đinh quy mô nhỏ
Đặc trưng đa đường thường được chỉ rõ bởi phổ công suất trễ (power delay
profile - PDP) (ở mỗi đường tín hiệu sẽ có trễ và tương ững công suất trung bình
khác nhau). Trễ trung bình và trải trễ trung bình quân phương (Root Mean Square
delay spread – RMS delay spread) là nhưng tham số hữu ích để cung cấp nhưng
tham chiếu so sánh giữa các kênh đa đường khác nhau. Trễ trung bình được cho
bởi mô men cấp một của PDP:
Ct1.2.1-1
Với: là trễ đường thứ k và là công suất và biên độ tương ứng.
Trải trễ RMS được cho bởi: với
Ct1.2.1-2
Tham số trải trễ đặc trưng cho kênh trên miền thời gian thì trên miền tần số đặc
trưng bởi băng thông nhất quán (quan hệ tỷ lệ nghịch với trải trễ và phụ thuộc cấu
trúc đa đường):
Thông thường

Và
1.2.2 Pha đinh phân tập thời gian và pha đinh phân tập tần số
) Pha đinh phân tập thời gian – chọn lọc tần số
Dựa trên phân tập thời gian, tín hiệu phát qua kênh truyền pha đinh có thể là
chọn lọc hoặc không chọn lọc tần số. Khi băng thông tín hiệu là đủ hẹp so với kênh
truyền thi kênh truyền pha đinh được coi là không chọn lọc tần số, ngược lại khi
băng thông tin hiệu khá rộng so với kênh truyền thì kênh truyền được coi là pha
đinh chọn lọc tần số. Tổng quát, điều kiện pha đinh không chọn lọc tần số là:
Với là băng thông và chiều dài ký tự, trong khi , là băng thông nhất quán và
trải trễ RMS của kênh truyền. Ngược lại ta có kênh truyền là có chọn lọc tần số.
Hình 8.2.2a-1: Mô hình kênh pha đinh không chọn lọc tần số
Hình 9.2.2a-2: Mô hình kênh pha đinh chọn lọc tần số
) Pha đinh phân tập tần số – chọn lọc thời gian
Phụ thuộc vào độ rộng trải Doppler, tin hiệu trải qua kênh truyền có thể là
pha đinh nhanh hay chậm. Trong kênh pha đinh nhanh, thời gian nhất quán nhỏ hơn
nhiều so với tín hiệu, và do đó đáp ứng xung kênh truyền biến đổi nhanh trong vòng
chu kỳ tín hiệu. Với là dịch Doppler lớn nhất, phổ băng thông Doppler cho bởi ,
thời gian nhất quán cho bởi , tín hiệu qua kênh truyền là pha đinh nhanh thỏa mãn
điều kiện:
Ngược lại, ta có kênh pha đinh biển đổi chậm.
1.2.3 Đặc trưng thống ke kênh pha đinh
Xét tín hiệu thông dải (x(t): tín hiệu băng cơ sở):
Ct1.2.3-1
Đi qua kênh truyền tán xạ với I đường truyền đạt khác nhau với dịch Doppler
khác nhau. Tín hiệu thông dải nhận được có thể cho bởi
Ct1.2.3-2
Ct1.2.3-3
Với là độ lợi, trễ và dịch doppler tương ứng với đường thứ i. Với trạm di
động di chuyển vận tốc v, và bước sóng , dịch doppler được cho bởi:
Ct1.2.3-4

Với dịch doppler cực đại, là góc tới sóng phẳng thứ i (Angle Of Arrival –
AOA). Tín hiệu thu băng cơ bản được cho bởi:
Ct1.2.3-5
Với , theo đó đáp ứng kênh truyền có thể mô hình hóa bởi bộ lọc cho bởi đáp
ứng xung phức băng cơ bản:
Ct1.2.3-6
Khi trễ đường là nhỏ hơn nhiều so với chu kỳ lấy mẫu, có thể sấp xỉ khi đó:
Ct1.2.3-7
với , giả định x(t) = 1 tín hiệu thu thông dải được cho bởi :
Ct1.2.3-8
Với
Ct1.2.3-9
Giả định I là đủ lớn thì và có thể xấp xỉ bởi biến ngẫu nhiên Gauss bằng
định lý giới hạn trung tâm. Khi đó biên độ tín hiệu thu thông dải cho bởi: trên kênh
truyền giàu thành phần tán xạ đa đường tuân theo phân bố Rayleigh.
Trong trường hợp một vài thành phần trong đa đường là rất lớn hơn các
thành phần đường còn lại, tuân theo phân bố Rician. Thành phần đường mạnh nhất
thường tương ứng với thành phần tầm nhìn thẳng (LOS). Với là hàm mật độ sác
xuất (PDF) góc tới của thành phần tán xạ NLOS, là góc tới của thành phần LOS,
khi đó PDF của góc tới (mọi thành phần) được cho bởi:
Ct1.2.3-10
Với K là nhân tố vòng, được định nghĩa bởi tỷ lệ của công suất thành phần
LOS trên công suất thành phần tán xạ :
1.3 Mô hình kênh SISO
1.3.1 Mô hình kênh indoor
) Mô hình kênh tổng quát
Hai mô hình kênh trong nhà phổ biến là mô hình hai tia và mô hình mũ. Mô
hình kênh hai tia đơn giản, hữu ích trong mô phỏng nhưng không chính xác với
thực tế vì thành phần thứ hai thường rất nhỏ so với thành phần đường thứ nhất.
Hình 10.3.1a-1: Mô hình kênh hai tia và mô hình kênh số mũ

Trong mô hình số mũ, công suất kênh trung bình giảm theo hàm mũ với trễ
đường, được cho bởi
Với là tham số duy nhất xác định PDP, trễ trung bình và trải trễ RMS tương
đương nhau, cho bởi , trễ lớn nhất được cho bởi: với A được cho bởi .
) Mô hình kênh IEEE802.11
IEEE 802.11b phù hợp với mô hình mũ cho kênh trong nhà 2.4GHz. PDP
của nó tuân theo mô hình số mũ, đáp ứng xung có thể biểu diễn bởi đầu ra bộ lọc
FIR. Mỗi tap kênh có thể mô hình bởi biến ngẫu nhiên Gauss phức độc lập với công
suất trung bình tuân theo hàm mũ. Số đường lớn nhất được cho bởi:
Đáp ứng xung kênh truyền cho bởi:
Với là các biến ngẫu nhiên Gauss độc lập thống kê (với .
Hình 11.3.1b-1: Mô hình kênh IEEE802.11
1.3.2 Mô hình kênh outdoor
Hình 12.3.2-1: Mô hình kênh Ray – Based
Mô hình kênh Ray-Based thương được sử dụng để mô hình hòa kênh
MIMO, tuy nhiên nó cũng rất hữu ích cho việc mô hình hòa kênh SISO ngoài trời
(khi số lượng ăng ten phát băng ăng ten thu và bằng 1).
Với là đáp ứng xung ứng với đường thứ n, ăng ten phát thứ s, ăng ten thu thứ
u được cho bởi
Ct1.3.2-1
Với các tham số được xác định như sau:
- : Công suất đường thứ n
- : Log-normal shadow fading
- : Số lượng tia con trên đường (Mặc định là 20 trong mô phỏng)
- : AoD của tia con thứ m, đường thứ n
- : AoA của tia con thứ m, đường thứ n
- : Pha ngẫu nhiên tia con thứ m, đường thứ n
- : Độ lợi của mỗi thành phần ăng ten BS
- : Độ lợi của mỗi thành phần ăng ten BS
- k: số sóng với

- : Khoảng cách thành phần ăng ten BS thứ s tới thành phần tham chiếu (s = 1)
- : Khoảng cách thành phần ăng ten MS thứ s tới thành phần tham chiếu (u =
1)
- : Biên độ vector vận tốc MS
- : Góc vector vận tốc của MS
Đáp ứng xung cho kênh SISO được cho bởi:
Ct1.3.2-2