Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công trình đã có trước đây. Nếu vi phạm điều trên tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật từ thầy cô và hội đồng bảo vệ. xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2013 Sinh viên thực hiện • Trang 1 Phân công nhiệm vụ PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 1.Sinh viên thực hiện: Lớp : 08DT • Nhiệm vụ : Code phần MIMO-STBC và thực hiện khảo sát hàm Polynomial 2.Sinh viên thực hiện: Lớp : 08DT • Nhiệm vụ : Code phần MIMO-STBC-OFDM và thực hiện khảo sát hàm Exponential Trang 2 Mục lục MỤC LỤC Trang 3 Các từ viết tắt CÁC TỪ VIẾT TẮT A . ADSL Asynchronous Digital Đường dây thuê bao số bất đối xứng Subscriber Line A/D Analog/Digital Chuyển đổi tương tự-số AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng B . BER Bit Error Rate Tốc độ lỗi bit BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C . CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CP Cycle Prefix Tiền tố lặp CFO Carrier Frequency Offset Lệch tần số sóng mang CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh truyền D . DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh số quảng bá DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc F . FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh chia theo tần số Trang 4 Các từ viết tắt FEC Forward Error Control Kiểm soát lỗi tiến FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh I . IEEE Institute of Electrical and Viện kỹ thuật điện và điện tử Electronics Engineers ICI InterCarrier Interference Nhiễu liên sóng mang ISI InterSymbol Interference Nhiễu liên ký tự IDFT Inverse Discrete Fourier Phép biến đổi ngược Fourier rời rạc Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform Phép biến đổi ngược Fourier nhanh L . LAN Local Area Networks Mạng máy tính cục bộ LTE Long Term Evolution Sự phát triển lâu dài LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng M . MAN Metropolitan Area Networks Mạng đô thị băng rộng MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống đa đầu vào-đa đầu ra MISO Multiple Input single Output Hệ thống đa đầu vào-một đầu ra MS Mobile Station Trạm di động ML Maximun Likelihood Khả năng tối đa Trang 5 Các từ viết tắt MRC Maximal Ratio Combining Kết hợp tỷ số tối đa O . OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần Multiple Access số trực giao OLOS Obstructed Line Of sight Tầm nhìn thẳng bị che chắn S . SCE Space-Time Encoding Mã hóa không gian-thời gian SCD Space-Time Decoding Giải mã không gian-thời gian STC Space-time codes Mã hóa không gian-thời gian STBC Space Time Block Coding Mã hóa khối không gian-thời gian STTC Space-Time Trellis Code Mã hóa lưới không gian-thời gian SIMO Single Input Multiple Output Hệ thống một đầu vào-đa đầu ra SISO Single Input Single Output Hệ thống một đầu vào-một đầu ra W . WiMAX Worldwide Interoperability for Hay còn gọi là Wireless MAN Microwave Access WLAN Wireless Local Area Networks Mạng LAN không dây-Wireless LAN WMAN Wireless Metropolitan Area Networks Mạng đô thị không dây Trang 6 Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay sự bùng nổ nhu cầu trong thông tin di động đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến. Đó là sự xuất hiện của hệ thống MIMO Kỹ thuật OFDM, kỹ thuật STBC… Trong đó kỹ thuật mã hóa STBC là một kỹ thuật khá mới mẻ nhưng rất hiệu quả có thể kết hợp với hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM được sử dụng rất hiệu quả trong việc hạn chế ảnh hưởng fading đa đường, nâng cao được chất lượng và dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến mà không làm ảnh hưởng tới băng thông hệ thống Mặt khác làm tăng độ lợi ghép kênh và độ lợi phân tập. Từ những ưu điểm nổi bật của kỹ thuật STBC nói riêng và đặc biệt là sự kết hợp của kỹ thuật STBC với hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM là một giải pháp rất hiệu quả hứa hẹn cho hệ thống vô tuyến băng rộng tương lai như LTE, WiMAX … Thấy được vai trò quan trọng của kỹ thuật STBC trong việc giải quyết vấn đề về chất lượng kênh truyền trong thông tin di động cho nên đồ án này em chọn đề tài là: “Hướng đến mô hình toán học biểu diễn hiệu năng của kỹ thuật STBC”. Nội dung đồ án này gồm 5 chương, trong đó 4 chương lý thuyết và 1 chương thực hiện mô phỏng tín hiệu bằng phần mềm matlab. • Chương 1 : Tổng quan về kỹ thuật STBC • Chương 2 : Hệ thống MIMO và kỹ thuật STBC trong MIMO • Chương 3 : Kỹ thuật STBC-OFDM • Chương 4 : Giới thiệu công cụ curve fitting tool trong matlab • Chương 5 : Hướng đến mô hình toán học biểu diễn hiệu năng của kỹ thuật STBC Trong đồ án này ta sẽ đi sâu vào việc tìm hiểu kỹ thuật mã hóa khối không gian thời gian STBC, các symbol được mã hóa thành từng khối trước khi phát đi nên nguyên tắc phát tín hiệu trong hệ thống có áp dụng kỹ thuật mã hóa STBC đặc biệt hơn ở chổ là thực hiện truyền nhiều bản sao của một chuổi dữ liệu tới nhiều user với hy Trang 7 Lời nói đầu vọng là có ít nhất một user trong số đó có thể tồn tại đường dẫn vật lý giữa việc truyền và nhận trong tình trạng tốt, đủ để cho phép giải mã đáng tin cậy. Ngoài ra nội dung đồ án trình bày rõ về sự kết hợp 2 kỹ thuật STBC-OFDM vào hệ thống MIMO, nhằm khai thác triệt để những ưu điểm của 2 kỹ thuật này và hệ thống MIMO. Sự kết hợp này là rất cần thiết giải quyết vấn đề về fading đa đường, dung lượng và chất lượng kênh truyền, băng thông hệ thống…. Để thực tế hơn trong đồ án này em đã dùng phần mềm matlab mô phỏng thành công BER của các hệ thống MISO-STBC, SIMO-MRC, MIMO-STBC, MISO-STBC- OFDM, SIMO-MRC-OFDM, MIMO-STBC-OFDM. Hơn nữa đó là sự so sánh để thấy được hệ thống MIMO-STBC-OFDM hiệu quả hơn so với các hệ thống còn lại. Điểm nổi bật của đồ án này là em đã dùng công cụ curve fitting tools trong matlab để tìm ra mô hình toán học cụ thể cho các đường tín hiệu trong kết quả mô phỏng điều đó thuận lợi cho việc tìm hiểu , tính toán các hệ thống này về sau. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng nội dung đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn cô Bùi Thị Minh Tú và các thầy cô trong khoa Điện tử Viễn thông trong thời gian qua đã tận tình giúp đỡ em rất nhiều và tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2013 Sinh viên thực hiện Trang 8 Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật STBC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT STBC 1.1 Giới thiệu chương. Chương này sẽ đi tìm hiểu tổng quan về kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian (space time code STC) trong hệ thống thông tin không dây. Tiếp đến tìm hiểu về kỹ thuật mã hóa khối không gian-thời gian (space time block codes STBC). Một kỹ thuật được dùng phổ biến làm cải thiện đáng kể chất lượng kênh truyền mà không làm tăng băng thông của hệ thống. Cụ thể chúng ta đi sâu tìm hiểu về áp dụng kỹ thuật mã hóa khối STBC trong mô hình 2 anten phát 1 anten thu của ông Alamouti ,chúng ta sẽ được biết rõ hơn cách thức mã hóa tín hiệu phát ở dạng khối và nguyên tắc giải mã bằng thuật toán ML(Maximum Likelihood). 1.2 Tổng quan kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian (STC) Kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian (STC) là phương pháp cải thiện chất lượng đường truyền trong hệ thống thông tin không dây bằng cách sử dụng nhiều anten phát và thu. Đặc điểm của kỹ thuật mã hóa không gian- thời gian STC chính là thực hiện truyền nhiều bản sao của một chuổi dữ liệu tới nhiều user với hy vọng là có ít nhất một user trong số đó có thể tồn tại đường dẫn vật lý giữa việc truyền và nhận trong tình trạng tốt , đủ để cho phép giải mã đáng tin cậy. Vì vậy phương pháp này có thể làm tăng chất lượng kênh truyền mà không chiếm băng thông của hệ thống và không làm thay đổi tốc độ dữ liệu. Kỹ thuật Mã hóa STC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống MIMO, các anten được thiết kế với khoảng cách đủ lớn để các tín hiệu tại các anten không ảnh hưởng lẫn nhau. Môi trường vô tuyến trong trường hợp bị các hiện tượng đa đường và có tán xạ mạnh khiến tín hiệu thu được từ các anten hoàn toàn độc lập. Do đó thay vì tìm Trang 9 Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật STBC cách chống lại hiện tượng đa đường, mã hóa STC lợi dụng tính chất này để nâng cao dung lượng kênh truyền. Với một chuỗi symbol vào, bộ mã hóa không gian thời gian sẽ chọn các điểm tương ứng trên giản đồ chòm sao để truyền đồng thời tại tất cả các anten qua đó tăng độ lợi ghép kênh và độ lợi phân tập. Mã hóa không gian-thời gian(STC) cơ bản được chia thành 3 loại: - Mã hóa khối không gian thời gian STBC (Space-Time Block Code) - Mã hóa lưới không gian thời gian STTC (Space-Time Trellis Code) - Mã hóa lớp không gian thời gian BLAST (Bell Laboratories Layered Space- Time) Trong các phương pháp mã hóa trên thì phương pháp Mã hóa khối không gian thời gian STBC (Space-Time Block Code) được áp dụng rộng rãi nhất . STBC cho phép phân tập đầy đủ và có độ lợi nhỏ tùy thuộc vào tốc độ mã hóa của bộ mã hóa, quá trình giải mã đơn giản, dựa trên các bộ giải mã tương quan tối đa ML (Maximun Likelihood). 1.2.1 Kỹ thuật mã hóa alamouti STBC. Một thuật toán mã hóa không gian-thời gian được đề xuất trong bài báo mang tính bước ngoặt của ông Siavash M. Alamouti năm 1998 “A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communication”, tìm ra một phương pháp đơn giản để đạt được phân tập không gian với việc dùng 2 anten phát và 1 anten thu, có thể được xem là điển hình trong hệ thống MISO-STBC. Trang 10 . và kỹ thuật STBC trong MIMO • Chương 3 : Kỹ thuật STBC- OFDM • Chương 4 : Giới thiệu công cụ curve fitting tool trong matlab • Chương 5 : Hướng đến mô hình toán học biểu diễn hiệu năng của kỹ thuật STBC. trọng của kỹ thuật STBC trong việc giải quyết vấn đề về chất lượng kênh truyền trong thông tin di động cho nên đồ án này em chọn đề tài là: Hướng đến mô hình toán học biểu diễn hiệu năng của kỹ thuật. phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến. Đó là sự xuất hiện của hệ thống MIMO Kỹ thuật OFDM, kỹ thuật STBC Trong đó kỹ thuật mã hóa STBC là một kỹ thuật khá mới mẻ nhưng rất hiệu quả có thể