nghiên cứu các kỹ thuật phân tập phát và ứng dụng trong thông tin vô tuyến

59 1.4K 1
nghiên cứu các kỹ thuật phân tập phát và ứng dụng trong thông tin vô tuyến

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG o0o BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN TUYẾN Sinh viên thực hiện : Lớp : CNVT-K7 Giáo viên hướng dẫn : ThS. Hoàng Quang Trung Thái Nguyên, ngày 4 tháng 3 năm 2013 1 MỤC LỤC TỪ VIẾT TẮT 3 Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin 9 Hình 1.2 : Mô tả tạp âm Gauss 10 Hình 1.3 : Hàm mật độ xác suất Gauss với 11 Hình 1.4: a) Hàm mật độ phổ công suất 12 b) Hàm tự tương quan 12 Hình1.5: Hàm phân bố của tạp âm AWGN 12 Hình 1.6: Mô hình truyền sóng đa đường 13 Hình 1.7: Hàm truyền đạt của kênh 14 Hình 1.8. Mật độ phổ của tín hiệu thu 15 Hình 1.9. Hiện tượng trải trễ 16 Hình 2.1. Bộ phân tập MRT có N nhánh phân tập với các đường phản hồi 26 Hình 2.2. Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập 27 Hình 2.3. Mô hình hệ thống băng gốc 28 Hình 2.4. Sơ đồ Alamouti sử dụng 2 anten phát 1 anten thu 29 Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc Alamouti STBC trường hợp 2 x2 35 Hình 2.6. Môi trường làm việc của MATLAB 41 Hình 2.7. Chất lượng BER của BPSK trên kênh fading Rayleigh khi sử dụng phân tập phát 42 Hình 3.2. Ghép kênh không gian 47 Hình 3.3 . Ghép kênh không gian trong khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4) 48 Hình 3.5. Mô hình ứng dụng đa anten trong Wimax 50 Hình 3.7. Mô hình 2 anten phát 1 anten thu 53 2 TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT 3GPP Third Generation Partnership Project Nhóm cộng tác 3GPP AAS Adaptive multi-antenna systems Hệ thống đa anten thích nghi AES Advance Encryption Chuẩn mật mã tiên tiến 3 Standard ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Mạng thuê bao số bất đồng bộ AWGN Additive White Gauss Noise Nhiễu Gauss trắng cộng tính BTS Base Transmission Station Trạm phát cơ sở BER. Bit Error Rate Tốc độ lỗi bit BWA Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng thông rộng BPSK Binary Phase Shift Key Khóa dịch pha nhị phân CCIR Consultative Committee on international Radio Ủy ban tư vấn quốc tế tuyến DES Data Encryption Standard Chuẩn mật mã dữ liệu DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số EGC Equal Gain Combining Kết hợp đồng độ lợi FEC Forward Error Correction FDD Frequency division duplex Ghép kênh phân chia tần số FD Frequency Diversity Phân tập tần số GSM Global System for Mobile Communications Truyền thông di động cho hệ thống toàn cầu IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện các kỹ sư điện, điện tử quốc tế MMSE Minimum Mean Square Error Sai số trung bình bình phương tối thiểu MIMO Multi Input Multi Output Đa đầu vào đa đầu ra MS Mobile Station Trạm di động MRC Maximal-ratio Combining Kết hợp tỷ lệ tối đa MLD Maximum Likelihood Detector Quyết định khả năng cực đại MLSE Minimum Likelihood Sequence Estimator Bộ san bằng ước lượng chuỗi tối ưu MRT Maximal Rate Transmission Phân tập phát tỷ lệ tối đa MU-MIMO Multi User MIMO MIMO đa người dùng LTE Long Term Evolution Sự phát triển trong tương lai xa 4 LoS Light of Sight Tầm nhìn thẳng N-LOS None Light of Sight Tầm không nhìn thẳng OFDMA Orthogonal Frequency- Division Multiple Access Đa truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM Orthogonal Frequency- Division Multiple Ghép kênh phân chia tần số trực giao PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ pha PD Polarization Diversity Phân tập phân cực PDF Probability Density Function Mật độ phân bố xác suất RD Receiver Diversity Phân tập thu SC Selective Combining Kết hợp lựa chọn SD Space Diversity Phân tập không gian SDMA Space Division Multiplexing Access Truy nhập ghép kênh phân chia không gian SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm STBC Space – Time Block Code Mã hóa khối không gian thời gian STC Space Time Code Mã hóa không gian thời gian SU-MIMO Singer User MIMO MIMO đơn người dùng TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn Time Diversity Phân tập thời gian Tranmission Diversity Phân tập phát TDD Time division duplex Ghép kênh phân chia thời gian QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương Wimax Wordwide Interoperability for Microware Access Công nghệ truy nhập không dây băng rộng 5 DANH SÁCH HÌNH VẼ TỪ VIẾT TẮT 3 Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin 9 Hình 1.2 : Mô tả tạp âm Gauss 10 Hình 1.3 : Hàm mật độ xác suất Gauss với 11 Hình 1.4: a) Hàm mật độ phổ công suất 12 b) Hàm tự tương quan 12 Hình1.5: Hàm phân bố của tạp âm AWGN 12 Hình 1.6: Mô hình truyền sóng đa đường 13 Hình 1.7: Hàm truyền đạt của kênh 14 Hình 1.8. Mật độ phổ của tín hiệu thu 15 Hình 1.9. Hiện tượng trải trễ 16 Hình 2.1. Bộ phân tập MRT có N nhánh phân tập với các đường phản hồi 26 Hình 2.2. Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập 27 Hình 2.3. Mô hình hệ thống băng gốc 28 Hình 2.4. Sơ đồ Alamouti sử dụng 2 anten phát 1 anten thu 29 Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc Alamouti STBC trường hợp 2 x2 35 Hình 2.6. Môi trường làm việc của MATLAB 41 Hình 2.7. Chất lượng BER của BPSK trên kênh fading Rayleigh khi sử dụng phân tập phát 42 Hình 3.2. Ghép kênh không gian 47 Hình 3.3 . Ghép kênh không gian trong khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4) 48 6 Hình 3.5. Mô hình ứng dụng đa anten trong Wimax 50 Hình 3.7. Mô hình 2 anten phát 1 anten thu 53 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nhu cầu truyền thông không dây càng ngày càng tăng. Các hệ thống thông tin tương lai đòi hỏi phải có dung lượng cao hơn, tin cậy hơn, sử dụng băng thông hiệu quả hơn, khả năng kháng nhiễu tốt hơn Hệ thống thông tin truyền thống các phương thức ghép kênh cũ không còn có khả năng đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống thông tin tương lai do đó việc ra đời ứng dụng của những công nghệ mới tiên tiến hơn là điều dễ nhận thấy. Một trong những giải pháp đưa ra nhằm nâng cao chất lượng truyền thông tin cũng như nâng cao tốc độ truyền dữ liệu để đáp ứng được nhu cầu truy nhập đa phương tiện băng rộng ngày nay, người ta có thể sử dụng nhiều giải pháp, một trong những giải pháp đó là sử dụng kỹ thuật phân tập anten vào việc thu phát tín hiệu. Ở đề tài này em xin trình bày về đề tài “Nghiên cứu các kỹ thuật phân tập phát ứng dụng trong thông tin tuyến” kỹ thuật phát phân tậpkỹ thuật sử dụng nhiều anten ở phía phát để phát tín hiệu, phương pháp này có ưu điểm là nâng cao tốc độ truyền dẫn dữ liệu, giảm công suất phát, bảo vệ nguồn xử lý giảm chi phí thiết kế, đơn giản dễ thực hiện, tăng độ tin cậy của thông tin. Nội dung tìm hiểu của đề tài gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày các vấn đề sau: Chương 1: Tổng quan về thông tin tuyến Chương 2: Các kỹ thuật phát phân tập Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật phát phân tập trong thông tin tuyến Do nhiều mặt còn hạn chế, đồng thời trong quá trình tìm hiểu cũng mang nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên nội dung của đề tài không tránh khỏi 7 những sai sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô các bạn đọc để đề tài này được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Thạc sỹ Hoàng Quang Trung các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ điện tử truyền thông đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập làm đề tài. Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày 4 tháng 3 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Thị Thoa 8 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN TUYẾN 1.1. Giới thiệu Các phương tiện thông tin nói chung được chia thành hai phương pháp thông tin cơ bản, đó là thông tin tuyến thông tin hữu tuyến. Mạng thông tin tuyến ngày nay đã trở thành một phương tiện thông tin chủ yếu, thuận tiện cho cuộc sống hiện đại. Hình 1.1 là sơ đồ khối chức năng của một hệ thống truyền tin cơ bản gồm nguồn tin, kênh tin nhận tin. Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin Trong mạng thông tin tuyến ngoài nguồn tin nhận tin thì kênh truyền là một trong ba khâu quan trọng nhất, có cấu trúc tương đối phức tạp. Chất lượng của hệ thống thông tin phụ thuộc chủ yếu vào kênh truyền, nơi mà các tín hiệu được truyền từ máy phát tới máy thu. Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định có thể dự đoán được, kênh truyền tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên không hề dễ dàng trong việc phân tích. Tín hiệu được phát đi qua kênh truyền tuyến bị cản trở bởi các tòa nhà, cây cối, núi đồi…gây ra phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ…các hiện tượng này gọi chung là fading. kết quả là ở máy thu ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin tuyến. Do đó việc nắm vững những đặc tính của kênh truyền tuyến là yêu cầu cơ bản để có thể lựa chọn một cách thích hợp các cấu trúc của hệ thống, kích thước của các thành phần các thông số tối ưu của hệ thống. Ở chương này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về các kênh thông tin tuyến như kênh AWGN, kênh fading đa đường, kênh fading Rayleigh, kênh Nguồn tin Kênh tin Nhận tin 9 Rice…và các phương pháp phân tập trong thông tin tuyến nhằm nâng cao dung lượng của kênh truyền chất lượng của hệ thống thông tin. 1.2. Kênh thông tin tuyến 1.2.1. Kênh tạp âm AWGN Tạp âm là các tín hiệu không mong muốn trong thông tin tuyến. Tạp âm làm giảm khả năng tách chính xác của các tín hiệu phát, làm giảm tốc độ truyền dẫn thông tin. Tạp âm được tạo từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng được phân làm 2 loại chính là tạp âm tự nhiên tạp âm nhân tạo. Tạp âm nhân tạo xuất hiện từ các nguồn đánh lửa, chuyển mạch hay các phát xạ điện từ. Tạp âm tự nhiên xuất hiện trong các linh kiện điện tử, thiết kế mạch điện, thiết bị hay hệ thống cho phép loại bỏ hoặc giảm nhỏ tạp âm bằng cách nối đất, chọn vị trí đặt thiết bị hay dùng các phương pháp lọc. Tuy nhiên, có một nguồn tạp âm tự nhiên không thể loại bỏ đó là tạp âm nhiệt. Tạp âm nhiệt xuất hiện do sự dao động của các hạt điện tích trong linh kiện điện tử như điện trở, dây dẫn hay các phần tử dẫn điện khác. Sự chuyển động ngẫu nhiên độc lập của hạn các điện tử tạo nên đặc tính thống kê Gauss theo định lý giới hạn trung tâm. Vì vậy tạp âm nhiệt có thể mô tả như một quá trình ngẫu nhiên Gauss có giá trị trung bình bằng 0. Ví dụ : Tạp âm Gauss với giá trị trung bình bằng 0 phương sai 1 2 = σ được miêu tả như ở hình 1.2 Hình 1.2 : Mô tả tạp âm Gauss Hàm mật độ xác suất (PDF: Probability Density Function) của một quá trình ngẫu nhiên Gauss n(t) được biểu diễn như sau: 10 [...]... từ cùng một nguồn phát Tùy thuộc vào từng công nghệ phân tập được thực hiện ở MS hoặc BTS 19 Tùy theo miền (domain) ứng dụng, các phương pháp phân tập sử dụng trong thông tin tuyến có thể được phân loại: - Theo cách thức triển khai: • Phân tập thu (Receiver Diversity) • Phân tập phát (Tranmission Diversity ) - Theo kỹ thuật phân tập: • Phân tập thời gian (Time Diversity) • Phân tập tần số (Frequency... anten phát Phân tập anten phátphân tập sử dụng nhiều anten ở phía phát, thông tin được đưa đến tất cả các anten truyền đến phía thu Sử dụng phân tập phát ta thu được độ lợi phân tập phát, tăng dung lượng truyền dữ liệu, giảm công suất phát 22 • Phân tập anten thu Trong phân tập thu, nhiều anten được sử dụng ở máy thu để thu các bản sao độc lập của tín hiệu phát Các bản sao của tín hiệu phát được... được các kênh fading còn phía phát thì không giống như ở phía thu, không có được các thông tin tức thời về kênh nếu như không có thông tin phản hồi từ phía thu tới phía phát Tuy nhiên phân tập phát có khả năng làm tăng đáng kể dung lượng chất lượng của kênh Trong chương này, chúng ta đi tìm hiểu về các kỹ thuật phát như kỹ thuật phân tập phát tỷ lệ tối đa MRT, kỹ thuật phân tập phát giữ chậm, kỹ thuật. .. vào các kỹ thuật kết hợp tín hiệu phân tập Trong các phần tiếp sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơnvề phương pháp phân tập phát 23 Chương 2 CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT 2.1 Giới thiệu phân tập Phân tập là một phương pháp dùng trong viễn thông dùng để nâng cao độ tin cậy của việc truyền tín hiệu bằng cách truyền một tín hiệu giống nhau trên nhiều kênh truyền khác nhau để đầu thu có thể chọn trong số những... chất lỗi BER 2.2.2 Phân tập phát giữ chậm Phân tập phát giữ chậm được thực hiện bằng cách: Các bản sao của tín hiệu sk được truyền tới máy thu tại các thời điểm khác nhau thông qua các anten phát khác nhau Hình 2.2 Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập Các tín hiệu giữ chậm được máy thu coi như các tín hiệu đa đường Vì vậy để tách được các tín hiệu phát, máy thu sử dụng một bộ san bằng... SNR giảm fading đa đường Ưu điểm của phương pháp phân tập không gian là không làm suy giảm hiệu suất băng tần, không tiêu tốn phổ tần số, dễ sử dụng, trên lý thuyết không có sự hạn chế về số lượng các nhánh phân tập Do có các ưu điểm nói trên, phương pháp phân tập không gian đã được nghiên cứu rộng rãi từ năm 1927 đến tận ngày nay Các nghiên cứu về phân tập không gian tập trung chủ yếu vào các kỹ. .. thuật phân tập phát không gian – thời gian đối với trường hợp Alamouti 2x1 (2 anten phát 1 anten thu), trường hợp Alamouti 2x2 (2 anten phát 2 anten thu), chương trình mô phỏng bằng MATLAB để so sánh chất lượng BER SNR của hai trường hợp Alamouti 2x2 trường hợp Alamouti 2x1 2.2 Kỹ thuật kết hợp phân tập không gian phát 2.2.1 Phân tập phát tỷ lệ tối đa (MRT) Phương pháp phân tập phát. .. phải đủ lớn, vào khoảng vài băng tần đồng bộ (coherence bandwidth) để đảm bảo fading ứng với các tần số sử dụng không tương quan với nhau Đối với thông tin di động, băng tần đồng bộ đo được vào khoảng 500kHz, vì vậy khoảng cách cần thiết giữa các nhánh phân tập tần số ít nhất là 1-2 MHz Trong thông tin di động hiện đại, phân tập tần số còn có thể nhận được thông qua việc sử dụng các kỹ thuật điều chế... nguồn ngoài cho nhiều anten phát 24 Phân tập phát làm giảm yêu cầu nguồn xử lý của các bộ thu kết quả là các cấu trúc hệ thống đơn giản hơn, tiêu thụ nguồn thấp hơn chi phí thấp hơn Hơn thế nữa, phân tập phát có thể kết hợp với phân tập thu để tăng chất lượng của hệ thống Ngược lại phân tập thu mà chúng ta đang sử dụng rộng rãi trong các hệ thống di động tổ ong, phân tập phát vẫn còn nhận được rất... việc thực hiện phân tập anten phát là khác rất nhiều so với phân tập anten thu việc khai thác phân tập phát cũng có những khó khăn: - Thứ nhất: Các tín hiệu phát từ nhiều anten sẽ được trộn với nhau về mặt không gian trước khi tới được các bộ thu, hệ thống yêu cầu bổ sung thêm một số bộ xử lý tín hiệu ở cả phía thu phía phát để tách được các tín hiệu thu lợi dụng được phân tập - Thứ hai: Phía . CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG o0o BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT VÀ ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Sinh. 1: Tổng quan về thông tin vô tuyến Chương 2: Các kỹ thuật phát phân tập Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật phát phân tập trong thông tin vô tuyến Do nhiều mặt còn hạn chế, đồng thời trong quá trình. VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN 1.1. Giới thiệu Các phương tiện thông tin nói chung được chia thành hai phương pháp thông tin cơ bản, đó là thông tin vô tuyến và thông tin hữu tuyến. Mạng thông tin vô tuyến

Ngày đăng: 18/06/2014, 08:56

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • TỪ VIẾT TẮT

  • Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin

  • Hình 1.2 : Mô tả tạp âm Gauss

  • Hình 1.3 : Hàm mật độ xác suất Gauss với

  • Hình 1.4: a) Hàm mật độ phổ công suất

  • b) Hàm tự tương quan

  • Hình1.5: Hàm phân bố của tạp âm AWGN

  • Hình 1.6: Mô hình truyền sóng đa đường

  • Hình 1.7: Hàm truyền đạt của kênh

  • Hình 1.8. Mật độ phổ của tín hiệu thu

  • Hình 1.9. Hiện tượng trải trễ

  • Hình 2.1. Bộ phân tập MRT có N nhánh phân tập với các đường phản hồi

  • Hình 2.2. Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập

  • Hình 2.3. Mô hình hệ thống băng gốc

  • Hình 2.4. Sơ đồ Alamouti sử dụng 2 anten phát và 1 anten thu

  • Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc Alamouti STBC trường hợp 2 x2

  • Hình 2.6. Môi trường làm việc của MATLAB

  • Hình 2.7. Chất lượng BER của BPSK trên kênh fading Rayleigh khi sử dụng phân tập phát

  • Hình 3.2. Ghép kênh không gian

  • Hình 3.3 . Ghép kênh không gian trong khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4)

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan