Báo cáo: Phương pháp cân bằng kênh sử dụng bộ lọc ép không (ZERO FORCING EQUALIZER)

CÂN BẰNG KÊNH SỬ DỤNG BỘ LỌC
ÉP KHÔNG
(ZERO FORCING EQUALIZER)
Nhóm 5: Lê Bùi Phúc
Dương Trung Đức
Phan Tất Hải Triều
GVHD: PGS.TS Vũ Văn Yêm

Nhóm 5

1


CÂN BẰNG KÊNH LÀ GÌ?

Nhóm 5

2


• Trong hệ thống thông tin vô tuyến, tín hiệu thu được ở máy thu thông
thường bị suy giảm và méo do suy hao trên đường truyền ở cả miền
tần số và thời gian.
• Các bộ thu tín hiệu đều cần có sự cân bằng kênh và lọc nhiễu.
• Cân bằng kênh và lọc nhiễu là quá trình khôi phục lại tín hiệu thu sao
cho nó có xác suất lỗi nhỏ nhất.

Nhóm 5

3

CÂN BẰNG KÊNH
• Vị trí bộ cân bằng kênh trong hệ thống vô tuyến
• Nhiễu xuyên ký tự ISI
• Tín hiệu trước và sau cân bằng kênh
• Bộ lọc ép không

Nhóm 5

4


Vị trí bộ cân bằng trong hệ thống vô tuyến

Hình 1
Nhóm 5

5


Nhiễu xuyên ký tự ISI
• ISI intersymbol interference, là hiện tượng nhiễu liên kí hiệu. ISI xảy
ra do hiệu ứng đa đường, trong đó một tín hiệu tới sau sẽ gây ảnh
hưởng lên kí hiệu trước đó.

Hình 2

Nhóm 5

6

Tín hiệu trước và sau khi cân bằng

Hình 3
Nhóm 5

7


Bộ lọc ép không (ZFE)
• Bộ cân bằng kênh ZF (Zero Forcing Equalizer) là dạng cân bằng kênh tuyến tính
sử dụng trong hệ thống viễn thông để chuyển đổi đáp ứng của kênh truyền. Dạng
cân bằng này được đề xuất bởi Robert Lucky.
• Bộ cân bằng kênh ZF hay còn gọi là bộ lọc đảo có rất nhiều ứng dụng. Ví dụ
trong chuẩn IEEE 802.11n . Tên gọi Zero Forcing tương ứng với việc ép nhiễu ISI
xuống mức 0. Điều này có ý nghĩa khi nhiễu ISI lớn so với tạp âm.

Nhóm 5

8


Xây dựng ZFE trên lý thuyết

Hình 4

Nhóm 5

9

Xây dựng ZFE trên lý thuyết
• Xét hệ PAM nhị phân có biên độ báo hiệu dạng cực:
• Dãy các xung Dirac này cấp lên bộ lọc phát có đáp ứng xung là g(t)

• Lối ra bộ lọc:

Nhóm 5

10


Xây dựng ZFE trên lý thuyết
• Ta có:
• p(0) =1 . Chuyển sang vùng tần số:
• Khi mẫu y(t) tại ti = iTb ta có :

Nhóm 5

11


Tiêu chuyển Nyquist cho băng truyền cơ sở
• Tiêu chuẩn này làm cho ISI bằng không
• Điều kiện để ISI bằng không là:

Nhóm 5

12

Xây dựng bộ cân bằng kênh (ZFE)

Hình 5
Nhóm 5

13


Xây dựng bộ cân bằng kênh (ZFE)
• Đáp ứng xung của bộ lọc này sẽ là:

g (t ) 

N

�c  (t  nT )

n  N

n

• Kí hiệu p(t) là đáp ứng xung của toàn hệ:

p (t )  g (t ) �h '(t ) 

N

�c h '(t  nT )

n  N

n

Nhóm 5

14


Xây dựng bộ cân bằng kênh (ZFE)
• Dạng ma trận:

c N �
P[ N ]� �h '[0]
h '[1]
K h '[2 N ]��
�
� M � � M
��M �
M
M
M
�
� �
�� �
�P[0] � �h '[ N ] h '[ N  1] K h '[ N ] ��c0 �
�
� �
�� �

M
M
M ��M �
� M � � M
�
h '[2 N ] h '[2 N  1] K
h '[0] �
�P[ N ] �
� �
�
��
�cN �
�

Nhóm 5

15


Xây dựng bộ cân bằng kênh (ZFE)
• Điều kiện lý tưởng, p(t) là xung Dirac:
p(t)=g(t) �h'(t)= (t)
0
��
��
0
��
��
M
��

0
��
p(t)= ��
1
��
0
��
��
M
��
0
��
��
0
��
Nhóm 5

16


Xây dựng bộ cân bằng kênh (ZFE)
Nhận xét:
• Phương pháp này dễ dàng thực hiện. N càng dài càng gần với tiêu chuẩn Nyquist.
• Thực tế, cân bằng kênh ZF không hoạt động trong đa số các ứng dụng vì:
• Do C(z)=1/H(z), bộ lọc đảo sẽ khuyêch đại tạp âm rất lớn.Do đó bộ lọc này ít được sử dụng
trong các hệ thống cần SNR cao.
• Dù cho đáp ứng xung của kênh truyền có chiều dài hữu hạn thì đáp ứng xung của bộ cân bằng
có chiều dài vô hạn
• Trong vài trường hợp tín hiệu nhận được nhỏ, để bù đắp , tín hiệu ra của bộ lọc phải lớn.

Nhóm 5

17


Bài tập ví dụ
Kênh truyền có đáp ứng xung:
a. Tính hệ số bộ lọc ( N =1)
b. Tín hiệu sau khi cân bằng

Nhóm 5

18


Mô phỏng
• Bolocepkhong.m

ZF.m

 

 %%%%%% y[n]=h[n]*x[n]+z[n]

clc, clear all

% Voi y[n] is dau ra kenh , x[n] is dau vao kenh, h[n] is dap ung xung
cua

N=6;

x=(-1).^(floor(2*rand(1,N)))

% kenh, z[n] la nhieu trang
% Chuyen sang mien tan so:

g=[0.16, 0.45];

% Y(f)=H(f)X(f)+Z(f)

Y=conv(g,x);

% Bo loc ep khong bang cach nhan Y(f)vi inv(H(f))

SNRdB=100;

% inv(H(f))Y(f)=X(f)+inv(H(f))Z(f)

r=awgn(Y,SNRdB);
Xh = ZF(g,r);

function Xh = ZF(h,r)
%r --- tin hieu nhan duoc
% h--- dap ung xung kenh truyen

Xh(find(Xh>0))=1

gD=tf(h,1);

Xh(find(Xh<0))=-1;

f=1/gD;

Xh

[num,den]=tfdata(f,'v');
%Zero forcing
Xh=filter(num,den,r);
Xh=Xh(2:end);
Nhómend
5

19


Mô phỏng
Tín hiệu BPSK:

Nhóm 5

20


Tài liệu tham khảo
• Wireless Communications Principles and Practice T.S. Rappaport.
• J. Proakis, “Digital Communications”, McGraw Hill, Fourth Edition, 2001.
• Digital Radio System Design, Grigorios Kalivas.
• Nguyễn Văn Đức, Vũ Văn Yêm, Đào Ngọc Chiến, Nguyễn Quốc Khương,
Nguyễn Trung Kiên “Bộ sách Kỹ thuật Thông tin số, tập 4 – Thông tin vô tuyến”,
NXB Khoa học và Kỹ thuật.
• />•

Nhóm 5

21


THANK FOR WATCHING

Nhóm 5

22