DSpace at VNU: Khảo sát ảnh hưởng của dịch tần đến hệ thống hợp kênh phân tần số trực giao đa dải (MB-OFDM)

Khảo sát ảnh hưởng của dịch tần đến hê ̣ thố ng
hơ ̣p kênh phân tầ n số trực giao đa dải (MBOFDM)
Lưu Văn Hoan
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Kỹ thuật điện tử ; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thành Hiế u
Năm bảo vệ: 2011
Abstract: Trình bày về hệ thống MB -OFDM theo chuẩ n ECMA -368: dải tần hoạt
đô ̣ng, kiế n trúc bô ̣ phát và bô ̣ thu , mô hiǹ h tiń hiê ̣u . Sau đó thực hiê ̣n phân tić h hiê ̣u
suấ t của hê ̣ thố ng MB -OFDM trong ba trường hơ ̣p : ( 1) không có CFO , (2) có CFO
nhưng không bù , và (3) có CFO và bù lại trên các mô hình kênh khác nhau dựa trên
mô phỏng với Matlab . thuâ ̣t toán ước lươ ̣ng “thô” CFO trên miề n thời gian
(timedomain coarse frequency offset estimation – TCFE) sử du ̣ng phương pháp tương quan
giữa các ký hiê ̣u dành cho đồ ng bô ̣ packet trong preamble của mỗi packet . Ước lượng
“thô” trên miề n thời gian có thể làm giảm ICI gây ra bởi CFO và giúp ước lươ ̣ng
“tinh” chiń h xác hơn trên miề n tầ n số . Thuâ ̣t toán ước lươ ̣n g CFO cho hê ̣ thố ng MB OFDM trong luâ ̣n văn đươ ̣c mở rô ̣ng từ thuâ ̣t toán ước lươ ̣ng cho hê ̣ thố ng OFDM
thông thường, trong đó đô ̣ lê ̣ch pha giữa mỗi sóng mang con (do CFO gây ra) của 2 ký
hiê ̣u huấ n luyê ̣n giố ng nhau liên tiế p trên cùng m ột dải con được trích ra và lấy trung
bình để cho lệch pha tổng của một ký hiệu . Sau đó la ̣i lấ y trung biǹ h các đô ̣ lê ̣ch pha
này qua các ký hiệu huấn luyện khác trên cùng dải con để được độ lệch pha cuối cùng .
Từ đô ̣ lê ̣ch pha này , ta có thể tim
̀ đươ ̣c CFO và bù la ̣i để cải thiê ̣n hiê ̣u suấ t hê ̣ thố ng .
Viê ̣c so sánh BER của hê ̣ thố ng khi chưa có CFO , khi có CFO nhưng chưa bù la ̣i và
khi có CFO và bù la ̣i trên các mô hiǹ h kênh UWB khác nhau : UWB CM Line-of-sight
(LOS) 0 – 4 m (CM1), UWB CM Non -line-of-sight (NLOS) 0 – 4 m (CM2), UWB
CM NLOS 4 – 10 m (CM3) và UWB CM NLOS 10 m (CM4) để thấy rõ được hiệu
suấ t của thuâ ̣t toán ước lươ ̣ng.
Keywords: Băng siêu rộng; Kỹ thuật truyền thông; Dịch tần
Content
Luâ ̣n văn thực hiê ̣n ước lươ ̣ng dich
̣ tầ n sóng mang (CFO) trên hê ̣ thố ng băng siêu rô ̣ng

(UWB) sử du ̣ng kỹ thuật hơ ̣p kênh phân tầ n số trực giao đa dải (MB-OFDM) với các mô hiǹ h
kênh ồ n Gauss trắ ng cô ̣ng

(AWGN) và kênh pha-đinh chọn lọc tầ n số theo chuẩ n IEEE

802.15.3a.
Trước hế t , luâ ̣n v ăn mô tả hê ̣ thố ng MB -OFDM theo chuẩ n ECMA -368 với các chủ
đề: dải tần hoạt động, kiế n trúc bô ̣ phát và bô ̣ thu , mô hiǹ h tiń hiê ̣u , kênh UWB. Sau đó, luâ ̣n


văn thực hiê ̣n phân tić h hiê ̣u suấ t của hê ̣ thố ng MB -OFDM trong 3 trường hơ p̣ : (1) không có
CFO, (2) có CFO nhưng không bù , và (3) có CFO và bù lại trên các mô hình kênh khác nhau
dựa trên mô phỏng với Matlab . Kế t quả mô phỏng đươ ̣c so sánh với kế t quả lý thuyế t . Các
ảnh hưởng của CFO được phân tích sâ u hơn, khi xem xét đế n phầ n nguyên và phần thập phân
của nó.
Phầ n chính của luâ ̣n văn là t huâ ̣t toán ước lươ ̣ng “thô” CFO trên miề n thời gian (timedomain coarse frequency offset estimation – TCFE) sử du ̣ng phương pháp tương quan giữa
các ký hiệu dành cho đồ ng bô ̣ gói trong phầ n mào đầ u (preamble) của mỗi gói. Ước lượng
“thô” trên miề n thời gian có thể làm giảm ICI gây ra bởi CFO và giúp ước lươ ̣ng “tinh” chính
xác hơn trên miền tần số . Thuâ ̣t toán ước lươṇ g CFO cho hê ̣ thố ng MB-OFDM trong luâ ̣n văn
đươ ̣c mở rô ̣ng từ thuâ ̣t toán ước lượng cho hê ̣ thố ng OFDM thông thường , trong đó đô ̣ lê ̣ch
pha giữa mỗi sóng mang con (do CFO gây ra) của 2 ký hiệu huấn luyện giống nhau liên tiếp
trên cùng mô ̣t dải con đươ ̣c trích ra và lấy trung bình để cho lệch pha tổ ng trong mô ̣t ký hiê ̣u .
Sau đó , giá trị này được lấ y trung bình qua các ký hiê ̣u huấ n luyê ̣n khác trên cùng dải con

để

đươ ̣c đô ̣ lê ̣ch pha cuố i cùng . Từ đô ̣ lê ̣ch pha này, ta có thể tim
̀ đươ ̣c CFO và bù la ̣i để cải thiê ̣n
hiê ̣u suấ t hê ̣ thố ng. Viê ̣c so sánh BER của hê ̣ thố ng khi chưa có CFO , khi có CFO nhưng chưa
bù lại và khi có CFO và bù lại

trên các mô hình kênh UWB khác nhau : UWB CM Line-of-

sight (LOS) 0 – 4 m (CM1), UWB CM Non-line-of-sight (NLOS) 0 – 4 m (CM2), UWB CM
NLOS 4 – 10 m (CM3) và UWB CM NLOS 10 m (CM4) đươ ̣c thực hiê ̣n để thấy rõ được
hiê ̣u suấ t của thuâ ̣t toán ước lươ ̣ng.
References
[1] W. Pam Siriwongpairat, K. J. Ray Liu, Ultra-Wideband Communications Systems Multiband OFDM Approach, John Wiley & Sons, Inc, 2008.
[2] Paul H. Moose, A Technique for Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Frequency Offset Correction, IEEE Transactions on Communications, Vol. 42, No. 10,
October 1994, trang 2908 – 2914.
[3] Timothy M. Schmidl, Donald C. Cox, Robust Frequency and Timing
Synchronization for OFDM, IEEE Transactions on Communications, Vol. 45, No. 12,
December 1997, trang 1613 – 1621.
[4] Chin Wee Yak, Zhongding Lei, Tjeng Thiang Tjhung, Maximum likelihood
frequency offset estimation and Cramer Rao bound for ultra-wideband (UWB) multiband OFDM systems, IEEE Vehicular Technology Conference, VTC 2006 Spring, 7-10 May
2006, trang 1929 – 1934.

2


[5] B. D. Sahu, Debarati Sen, R. V. Raja Kumar and Saswat Chakrabarti, A Frequency
Offset Estimation Scheme for OFDM Based UWB Systems, 2006 IEEE Region 10 Technical
Conference (IEEE TECON), 14-17 Nov. 2006, HongKong, trang 1 - 4.
[6] Yinghui Li, Trent Jacobs, and Hlaing Minn, Frequency offset estimation for MBOFDM-based UWB systems, IEEE International Conference on Communications, 2006,
(IEEE ICC '06), vol. 10, Istanbul, June 2006, trang 4729 - 4734.
[7] Debarati Sen, Saswat Chakrabarti, R. V. Raja Kumar, A New Frequency Offset
Estimation Scheme For Ultra-Wideband MB-OFDM Systems, IEEE ICACT-2008, Phoenix
Park, Korea, Feb. 17-20, 2008, vol. 3, trang 1929 - 1934.
[8] Molisch A.F.; Foerster J.R.; Pendergrass M., Channel Models for Ultrawideband

Personal Area Networks, IEEE Wireless Communications, Vol 10, December 2003, trang 14
– 21.
[9] Jian Zhang, Ying Chen, Single Local-Oscillator Solution for Multiband OFDM
Systems, IEEE International Conference on Communications, 2007 (ICC '07), Glasgow, 24-28
June 2007, trang 4116 – 4121.
[10] ECMA International, Standard ECMA-368 - High Rate Ultra Wideband PHY and
MAC Standard, 3rd Edition - December 2008.
[11] Richard van Nee, Ramjee Prasad, OFDM for Wireless Multimedia
Communications, Artech House, 2000.
[12] Yong Soo Cho, et al, MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB,
John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd, 2010.
[13] M. Morelli, U. Mengali, An improved frequency offset estimator for OFDM
applications, IEEE Mini-Conference on Communication Theory, Vancouver, BC, 6-10 June
1999, trang 106 - 109.
[14] Meng-Han Hsieh, Che-Ho Wei, A Low-Complexity Frame Synchronization and
Frequency Offset Compensation Scheme for OFDM Systems over Fading Channels, IEEE
Transactions on Vehicular Technology, Volume 48, Sep 1999, trang 1596 – 1609.
[15] Ferdinand Classen, Heinrich Meyr, Frequency Synchronization Algorithms for
OFDM Systems suitable for Communication over Frequency Selective Fading Channels,
IEEE Vehicular Technology Conference (IEEE VTC), Stockholm, Sweden, 8-10 Jun 1994,
vol.3, trang 1655 – 1659.
[16] Y. Li, H. Minn, M.Z. Win, Frequency Offset Estimation for MB-OFDM-Based
UWB Systems in Time-Variant Channels, Wireless Communications and Networking
Conference, 2007 (IEEE WCNC 2007), Kowloon, Hong Kong, 11 – 15 March 2007, trang
1019 - 1024.

3


[17] Debarati Sen, Saswat Chakrabarti, R. V. Raja Kumar, An efficient frequency

offset estimation scheme for multiband OFDM ultra-wideband systems, IEEE VTC 2008Spring, Singapore, 11 – 14 May 2008, trang 973 – 977.
[18] Hyun-Seok Ryu, Jun-Seok Lee and Chung G. Kang, BER Analysis of DualCarrier Modulation (DCM) over Rayleigh Fading Channel, 2010 International Congress on
Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), October
18 – 20, 2010 Moscow, Russia, trang 717 – 721.
[19] David Tse, Pramod Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication,
Cambridge University Press, 2005.
[20] Ki-Hong Park, Hyung-Ki Sung, and Young-Chai Ko, BER Analysis of Dual
Carrier Modulation Based on ML Decoding, IEEE Asia-Pacific Conference on
Communications 2006 (IEEE APCC2006), Aug. 31 - Sept.1, 2006, Busan, Korea, trang 1 – 4.
[21] Sylvain Traverso, et al, Improved Equalization for UWB Multiband OFDM,
2006 International Conference on Information & Communication Technologies: from Theory
to Applications (IEEE ICTTA’06), 24-28 April 2006, Damascus, Syria, trang 2634 – 2638.
[22] Intel White Paper, Wireless USB - The First High-speed Personal Wireless
Interconnect, On February 17, 2004, at the Intel Developer Forum. [Online]. Available:
/>
4