ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC-Ước lượng kênh truyền đa chặng biến thiên theo thời gian trong truyền dẫn MIMO-OFDM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.51 MB, 21 trang )
Khoa Điện tử Viễn Thông
Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng
Người thực hiện: Trần Văn Dũng 08DT1
Trần Thị Thu Thủy 08DT3
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Lê Hùng
Ước lượng kênh truyền
đa chặng biến thiên theo
thời gian trong truyền dẫn
MIMO-OFDM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
• TRẦN VĂN DŨNG
• Thiết lập mô hình hệ thống.
• Viết chương trình Matlab mô phỏng hệ thống two- way
MIMO- OFDM.
• Viết báo cáo chương 3, chương 4.
• Viết bản tóm tắt đồ án.
• TRẦN THỊ THU THỦY
• Thiết lập mô hình hệ thống.
• Viết chương trình Matlab mô phỏng hệ thống one- way
relay.
• Viết báo cáo chương 1, chương 2.
• Làm slide thuyết trình.
2
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1
2
3
4
ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN, TẦN SỐ
TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
NỘI DUNG
3
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG ĐÁP ỨNG KÊNH TRUYỀN
5
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. GIỚI THIỆU
1.1. Mô hình kênh truyền
4
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
[1]
H.1
1.2. Hệ thống thông tin đa chặng relay
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
5
1. GIỚI THIỆU
H.2
H.3
One-way relay
H.4
Two-way relay
Kênh truyền fading đa đường trong truyền dẫn đa sóng mang
Bất biến thời gian Biến đổi thời gian
Ước lượng CIR
Blind
Pilot
Semi-
blind
Thuật toán FISHER (LS, ML,…) Thuật toán BAYESIAN(MMSE, MAP,…)
Phương pháp ước lượng
Ước lượng, đồng bộ
Semi-
blind
Pilot
Ước lượng CIR
Pilot Semi-
blind
Ước lượng CIR
và đồng bộ
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
6
Thiết kế tối ưu pilot
MSE CRLB
Thiết kế tối ưu pilot
MSE BCRLB
Thiết kế tối ưu pilot
MSE CRLB
2. CÁC KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG ĐÁP ỨNG KÊNH TRUYỀN
7
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
1. Mô hình Zheng
•
•
•
2. Mô hình khai triển cơ bản.
• Khai triển mũ phức (CE):
• Khai triển GCE:
• Khai triển hàm đa thức P:
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN, TẦN
SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
[11]
[7]
8
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06, năm 2013
3.3. pháp
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN,
TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN,
TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
3.4. Mô hình hệ thống
9
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06, năm 2013
3.5. Mô hình tín hiệu ước lượng bằng Pilotrelay
Tín phát S và D:
(1)
Tín hiệu phát tại Relay
(2)
Tín hiệu nhận tại 1 anten thu:
(3)
10
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN,
TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
Thay (2 ) vào (3) ta được:
11
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
(4)
Đặt
và
và
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN, TẦN
SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
Với
Với
Trong đó:
và
Dùng mô hình BEM
và
sau
(5)
12
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
Phương trình trở thành
(6)
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN,
TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
• Dạng vector :
(7)
là tín hiệu thu của tất cả pilots.
, là tín hiệu phát tại S và D
hệ số của BEM.
z : thành phần nhiễu
13
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
• ML sau:
arg max ln
(8)
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN,
TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
(9)
3.6. Khôi phục dữ liệu
quá trình pilot. D
trong
Tín :
14
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHỌN LỌC THỜI GIAN,
TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG MIMO- OFDM
15
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
SNR of overall relay channel
MSE
MSE with ML detection and different BEM-CIR-COE
MSE CE CIR ML
MSE GCE CIR ML
MSE P CIR ML
Trials =300, 3pilots/21symbols [1 10 21],
BPSK, G coe=4, N bases=3.
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
BER
BER with ML detection and different levels of CSI
TI
Perfect CE
Perfect GCE
Perfect P
ML CE
ML GCE
ML P
Perfect CSI
Trials =300, 3pilots/21symbols [1
10 21],
BPSK, G coe=4, N bases=3
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
Mobile Speed of overall relay channel
BER
BER with ML detection and different levels of CSI
Perfect CE
Perfect GCE
Perfect P
ML CE
ML GCE
ML P
Perfect CSI
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
BER
BER with ML detection and different levels of CSI
Q=1 ML CE
Q=3 ML CE
Q=5 ML CE
Q=7 ML CE
Q=1 ML GCE
Q=3 ML GCE
Q=5 ML GCE
Q=7 ML GCE
Q=1 ML P
Q=3 ML P
Q=5 ML P
Q=7 ML P
Perfect CSI
16
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
MSE
MSE with ML detection and CIR
MSE TI CIR ML SRD
MSE CE CIR ML SRD
MSE GCE CIR ML SRD
MSE P CIR ML SRD
Trials =300,
3pilots/21symbols [1 10 21],
BPSK, G coe=4, N
bases=3,Vkph=50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
BER
BER with ML detection and different levels of CSI
TI
Perfect CE
Perfect GCE
Perfect P
ML CE
ML GCE
ML P
Perfect CSI
Trials =300,
3pilots/21symbols [1 10 21],
BPSK, G coe=2, N
bases=3,Vkph=50
0.0001 0.0006 0.0012 0.0062 0.0123 0.0247 0.0494
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
Normalized Doppler Frequency (F
D
.T
s
)
MSE CIR
MSE with ML detection and CIR
MSE TI CIR ML SRD
MSE CE CIR ML SRD
MSE GCE CIR ML SRD
MSE P CIR ML SRD
1
km/h
5
km/h
10
km/h
50
km/h
100
km/h
200
km/h
400
km/h
Trials=300,
3pilots/21symbols
[1 10 21],
BPSK, G=2,
Nbases=3,SNR=40
2 3 4 5
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
N relay of overall relay channel
BER
BER with ML detection and different levels of CSI
TI
ML CE
ML GCE
ML P
Perfect CSI
Trials =300,
3pilots/21symbols [1 10
21],
BPSK, G coe=4, N
bases=3
17
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
BER
Different User speed km/h
1km/h
5km/h
10km/h
50km/h
100km/h
200km/h
400km/h
800km/h
Ntrials =300, ML-P BEM,
pilots/symbols=3/21 [1
10 21]], Nbases =3
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
BER
BER with ML detection and different levels of CSI
O=9.5%,CE
O=9.5%,GCE
O=9.5%,P
O=14.3%,CE
O=14.3%,GCE
O=14.3%,P
O=19.1%,CE
O=19.1%,GCE
O=19.1%,P
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
SNR of overall relay channel
MSE
MSE with ML detection and COE
MSE CE coe ML
MSE GCE coe ML
MSE P coe ML
N Tx=2; N Rx=2, Relay=2;
Nbases =3; V=50km/h;
pilots/symbols =3/21 [1 10 21]
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
MSE
MSE with ML detection and CIR
MSE TI CIR ML SRD
MSE CE CIR ML SRD
MSE GCE CIR ML SRD
MSE P CIR ML SRD
N Tx=2; N Rx=2, Relay=2;
Nbases =3; V=50km/h;
pilots/symbols =3/21 [1 10 21]
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
18
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
MSE
MSE with ML detection and CIR
[1 10 21] TI
[1 7 15] TI
[1 5 12] TI
[1 10 21] CE
[1 7 15] CE
[1 5 12] CE
[1 10 21] GCE
[1 7 15] GCE
[1 5 12] GCE
[1 10 21] P
[1 7 15] P
[1 5 12] P
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR of overall relay channel
MSE
MSE with ML detection and CIR
1 relay,CE ML est
1 relay,GCE ML est
1 relay,P ML est
2 relay,CE ML est
2 relay,GCE ML est
2 relay,P ML est
3 relay,CE ML est
3 relay,GCE ML est
3 relay,P ML est
4 relay,CE ML est
4 relay,GCE ML est
4 relay,P ML est
1 2 3 4
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
Number of antennas NTx - NRx
MSE
MSE with ML detection COE and CIR
CE coe ML
GCE coe ML
P coe ML
MSE CE CIR ML SRD
MSE GCE CIR ML SRD
MSE P CIR ML SRD
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
MSE with ML detection and CIR
SNR of overall relay channel
MSE
SISO - CE
SISO - GCE
SISO - P
MIMO 2x2 - CE
MIMO 2x2 - GCE
MIMO 2x2 - P
MIMO 3x3 - CE
MIMO 3x3 - GCE
MIMO 3x3 - P
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
19
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
Sử dụng kỹ thuật ML để ước lượng kênh truyền cho kết
quả tương đối tốt với MSE nhỏ.
Tỉ số bit lỗi (BER) phụ thuộc vào mô hình khai triển
được chọn, số lượng hàm Q, vận tốc user, mức điều chế.
Trong hệ thống multi- relays, số lượng relay, anten
phát, anten thu càng lớn cho kết quả ước lượng càng
xấu.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
20
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
Kết luận:
• Xây dựng mô hình ước lượng CIR trong môi trường fast-
fading bằng phương pháp ML.
• Sử dụng BEM xấp xỉ CIR.
• Thực hiện khôi phục dữ liệu với BER thấp.
Hướng phát triển đề tài:
• Kết hợp ước lượng đồng thời CFO và CIR
• Kết hợp SDMA vào hệ thống
• Khảo sát dung lượng hệ thống
QUÝ CÔ VÀ
CÁC THEO DÕI !
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 06 năm 2013
21
