Đề tài Ứng dụng thuật toán ML để đồng bộ pha sóng mang và định thời cho kênh pha đinh (Slide)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN ML ĐỂ ĐỒNG BỘ PHA SÓNG MANG VÀ ĐỊNH THỜI CHO KÊNH PHA ĐINH Giáo viên hướng dẫn: Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng Ks. Nguyễn Viết Đảm Sinh viên: Đỗ Văn Quang HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGNỘI DUNG CHÍNHMÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNGTỔNG HỢP CÁC THUẬT TOÁN ĐỒNG BỘỨNG DỤNG THUẬT TOÁN ML ĐỂ ĐỒNG BỘ PHA SÓNG MANG VÀ ĐỊNH THỜIHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNGMÔ HÌNH THÔNG TIN VẬT LÝMã hoá nguồnGiải mã nguồnMã hoá kênhGiải mã kênhBộ điều chỉnh thông sốBộ ước tính kênhKênh truyền dẫnBộ điều chếBên trong máy thuBên ngoài máy thuP (Y | X)XMÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG Mô hình kênh pha đinh liên tục Mô hình kênh pha đinh rời rạc Đặc tính thống kê của kênh pha đinhMÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH LIÊN TỤC TÝn hiÖu b¨ng tÇn c¬ së Quan hÖ trÔ truyÒn sãng vµ kho¶ng c¸ch truyÒn sãng gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thuMÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH LIÊN TỤCMÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH LIÊN TỤC §¸p øng xung kªnh vËt lý chøa trÔ truyÒn sãng lµ: Đáp ứng xung kênh theo chuẩn định thời máy thu: Trường hợp kênh chọn lọc tần số: MÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH LIÊN TỤC Trường hợp kênh không chọn lọc tần số: MÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH LIÊN TỤCMÔ HÌNH KÊNH PHA ĐINH RỜI RẠC Tín hiệu thu r(t) được lấy mẫu Đáp ứng xung kim kênh phân tán rời rạc tương đương :ĐẶC TÍNH THỐNG KÊ CỦA KÊNH PHA ĐINH Pha®inh tÝn hiÖu dµi h¹n (vïng réng hoÆc toµn cÇu): Thay ®æi chËm vÒ c­êng ®é tÝn hiÖu trung b×nh, do thay ®æi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®Çu cuèi dÉn ®Õn thay ®æi suy hao trong kh«ng gian tù do (v« tuyÕn di ®éng hoÆc c¸ nh©n), do tÝnh chÊt thay ®æi cña ion ho¸ vµ sù uèn cong cña c¸c líp tÇng ®iÖn ly ph¶n x¹ (v« tuyÕn sãng ng¾n), c¸c ®iÒu t¸n x¹ tÇng ®èi l­u thay ®æi chËm (d¶i b¨ng VHF vµ UHF), suy hao do m­a. Pha ®inh tÝn hiÖu trung h¹n: Mét c¸ch ®iÓn h×nh do bëi vËt c¶n trë thô ®éng cña c¸c ®­êng truyÒn tÇm nh×n th¼ng LOS (che ch¾n bëi c¸c toµ nhµ, c¸c qu¶ ®åi, v.v) trong di ®éng hoÆc v« tuyÕn di ®éng vÖ tÝnh. Pha®inh tÝn hiÖu ng¾n h¹n (vïng nhá hoÆc néi bé): C¸c thay ®æi t­¬ng ®èi nhanh vÒ biªn ®é vµ pha cña c¸c tÝn hiÖu mang th«ng tin ë m¸y thu, mét c¸ch ®iÓn h×nh do chuçi c¸c thêi ®iÓm nhanh cña sù giao thoa cã tÝnh t¨ng c­êng vµ suy gi¶m gi÷a c¸c tia ph¶n x¹ vµ t¸n x¹. ĐẶC TÍNH THỐNG KÊ CỦA KÊNH PHA ĐINHCác thông số thống kế ngắn hạn cơ bản của các kênh phađinh ĐẶC TÍNH THỐNG KÊ CỦA KÊNH PHA ĐINH C¸c th«ng sè cña mét sè kªnh pha ®inh quan trängC¸c øng dông ®iÓn hinhSù ph©n t¸nPha dingKªnhf01/TC¸c Ên hµnh binh phÈmLOS cña Viba 5 GHz 5 MBd 1 10 - 6Suy giam,Ph©n t¸nHF tÇng ®iÖn ly 10 MHz 2 MBd 1 ®Õn 10 10 - 3 Ph©n t¸n, pha ®inh, t¹p ©m céngTroposcatter 5 GHz 100 MBd > 2) Ước tính pha sóng mang ảnh hưởng của tạp âm cộng lên ước tính pha Tín hiệu bị nhiễu tạp âm: trong đó định nghĩa lỗi pha Mô hình PLL tương đương cùng với tạp âm cộng Ước tính pha sóng mang Các vòng trực tiếp quyết địnhTrong đó: Lấy vi phân hàm Log-Likelihood theo  và cho phương trình bằng không. Ta được biểu thức ước tính phaSơ đồ máy thu tín hiệu PAM hai băng (BPSK) cùng với ước tính pha sóng mang trực tiếp quyết định Sơ đồ khối máy thu tín hiệu QAM có ước tính pha trực tiếp quyết định Ước tính pha sóng mang Các vòng không trực tiếp quyết định Vòng khoá pha (PLL) không trực tiếp quyết định để ước tính pha sóng mang của các tín hiệu PAM hay BPSKVòng Costas: Phương pháp khôi phục sóng mang khoá pha bằng vòng Costas cho tín hiệu sóng mang bị khử hai băng được cho ở hình dưới ước tính định thời ký hiệu Khái niệm: Quá trình tách đồng hồ tại máy thu được gọi là khôi phục định thời hay đồng bộ ký hiệu. Việc chọn thời điểm lấy mẫu trong khoảng thời gian ký hiệu T được gọi là pha định thời. Các phương pháp khôi phục định thời §ång bé theo ®ång hå chñ Ph¸t ®ång thêi tÝn hiÖu ®ång hå vµ tÝn hiÖu mang tin Kh«i phôc ®ång hå sau gi¶i ®iÒu chÕ ước tính định thời theo phương pháp ML ước tính định thời ký hiệu Bộ đồng bộ ký hiệu mở cổng sớm - muộnSơ đồ khối bộ đồng bộ cổng sớm muộn ước tính liên hợp của pha sóng mang và định thời ký hiệu Hàm log-Likelihood đối với hai thông số này có thể được biểu diễn dưới dạng các tín hiệu thông thấp tương đương trong đó là tín hiệu thông thấp tương đương có dạng với {In} và {Jn} là hai chuỗi tin. Vòng bám liên hợp trực tiếp quyết định đối với pha sóng mang và định thời ký hiệu trong QAM & PSK CÁC ĐẶC TÍNH HIỆU NĂNG CỦA CÁC BỘ ƯỚC TÍNH ML Chất lượng ước tính thông số tín hiệu thường được đánh giá dưới dạng phương sai và độ lệch của nó trong đó  là giá trị thông số chính xác (true). Khi E[ ] = , ta nói rằng ước tính không bị lệch. Phương sai ước tính được xác định là Hiệu năng ước tính định thời ký hiệu băng tần cơ sở đối với các băng thông vòng và tín hiệu cố địnhHiệu năng ước tính định thời ký hiệu băng tần cơ sở đối với băng thông vòng cố định và SNR không đổiCHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNGkhi a= =0, thì phương trình trên trở thành xác suất lỗi bit đối với BPSK thông thường. Mô hình này được duy trì khi SNR của vòng khoá pha lớn, được xác định Xác suất lỗi bit, khi biết trước là CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNGCHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNGĐầu ra bộ lọc thích hợp và các mẫu sớm & muộn khi không có tạp âm, thì đầu ra của bộ lấy mẫu tại các thời điểm lấy mẫu T+ =T+ và T- =T- có giá trị bằng nhau, nghĩa là.Giả sử, không lấy mẫu tại thời điểm lấy mẫu tối ưu t=T nhưng lấy mẫu tại thời điểm T1. Nếu lấy hai mẫu tại T+ = T1+ và T- = T1-, thì các mẫu này không đối xứng đối nhau qua thời điểm lấu mẫu tối ưu t=T  vì vậy chúng không bằng nhau.KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đã giải quyết được một số vấn đề sau:Tổng quan các mô hình kênh pha đinh liên tục và rời rạc, phân loại kênh pha đinh Định nghĩa hàm ML để ước tính pha và định thời và phân loại các ước tính theo các tiêu trí ứng dụng thuật toán ML để ước tính, đồng bộ pha sóng mang và định thời ký hiệu Xây dựng chương trình mô phỏng bằng Matlab cho phép khảo sát hoạt động Hướng nghiên cứu của đề tài:xây dựng các giải thuật đồng bộ pha và định thời ký hiệu cho các hệ thống thông tin di động cụ thể như IS-95, W-CDMA... xây dựng chương trình mô phỏng cho hệ thống này XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!