MỤC LỤC. MỤC LỤC. THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. DANH MỤC HÌNH VẼ. LỜI NÓI ĐẦU. Chương 1 x TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG x 1.1. Giới thiệu x 1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển trong thông tin di động x 1.2.1. Giới thiệu chung x 1.2.2. Những tồn tại khó khăn về kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động. xii 1.3. Môi trường vô tuyến trong thông tin di động xiii 1.3.1. Méo biên độ xiv 1.3.1.1. Mô hình fading Rayleigh xiv 1.3.1.2. Mô hình fading Rician xv 1.3.1.3. Thống kê của fading xvi 1.3.2. Suy hao đường truyền xvii 1.3.3. Trải trễ trong hiện tượng đa đường xix 1.3.4. Tạp âm trắng Gauss xix 1.3.5. Hiện tượng Doppler xx 1.4. Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM xxi 1.4.1. Định nghĩa và khái niệm xxi 1.4.2. Kỹ thuật MIMO-OFDM xxii 1.5. Kết luận chương xxiii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. MỤC LỤC. Chương 2 xxiv KỸ THUẬT OFDM xxiv 2.1. Giới thiệu xxiv 2.2. Khái niệm chung xxv 2.2.1. Hệ thống đơn sóng mang xxv 2.2.2. Hệ thống đa sóng mang xxvi 2.2.3. Tín hiệu trực giao xxvii 2.3. Sơ đồ hệ thống OFDM băng cơ sở xxviii 2.4. Cơ sở toán học xxix 2.4.1. Trực giao xxix 2.4.2. IFFT/FFT xxx 2.5. Các kỹ thuật cơ bản trong OFDM xxx 2.5.1. Sơ đồ điều chế/Giải điều chế xxx 2.5.2. Mã hoá kênh xxxii 2.5.3. Sắp xếp xxxiii 2.5.4. Kỹ thuật IFFT/FFT trong OFDM xxxiv 2.5.5. Tiền tố lặp CP xxxvi 2.5.6. Ước lượng kênh xxxviii 2.5.6.1. Khái niệm xxxviii 2.5.6.2. Ước lượng kênh trong miền tần số xl 2.5.6.3. Ước lượng kênh trong miền thời gian xli 2.6. So sánh độ phức tạp giữa kỹ thuật OFDM với điều chế đơn sóng mang. xliii 2.7. Kết luận chương xliv Chương 3 45 KỸ THUẬT MIMO 45 3.1. Giới thiệu 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. MỤC LỤC. 3.1.1. Ưu điểm của kỹ thuật MIMO 45 3.1.2. Khuyết điểm của hệ thống MIMO 46 3.2. Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO 46 3.3. Sơ lược phân tập 46 3.3.1. Phân tập thời gian 47 3.3.2. Phân tập tần số 47 3.3.3. Phân tập không gian 48 3.3.4. Các phương pháp kết hợp phân tập 49 3.3.4.1. Bộ tổ hợp theo kiểu quét và lựa chọn (SC) 49 3.3.4.2. Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC) 50 3.3.4.3. Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa (MRC) 51 3.4. Mã hóa không gian_thời gian 53 3.4.1. Mã hóa khối không gian thời gian (Space time block Codes) 54 3.4.1.1. Mã hóa Alamouti 55 3.4.1.2 Orthogonal STBC Tarokh cho số anten phát bất kỳ 56 3.5. Kết luận chương 59 Chương 4 60 KỸ THUẬT MIMO-OFDM 60 4.1. Giới thiệu 60 4.2. Mô tả tổng quan về hệ thống MIMO_OFDM 60 4.2.1. MIMO-OFDM Tx 61 4.2.2. MIMO_OFDM Rx 61 4.2.3. Cấu trúc của khung (frame) của hệ thống MIMO-OFDM 62 4.3. Phân tích hệ thống MIMO-OFDM 63 4.3.1. Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 63 4.3.2. Space-Time Block-Coded OFDM 64 4.3.2.1. Hệ thống STBC-OFDM 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. MỤC LỤC. 4.3.2.2. Bộ phát STBC-OFDM 65 4.3.2.3. Bộ thu STBC-OFDM 66 4.4. Kết luận chương 69 Chương 5 70 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 70 5.1. Giới thiệu nội dung mô phỏng 70 5.2. Các thông số mô phỏng 70 5.2.1. Hệ thống OFDM 70 5.2.2. Hệ thống MIMO-OFDM 71 5.2.3. Thông số kênh truyền 71 5.3. Lưu đồ và sơ đồ thuật toán của chương trình mô phỏng 72 5.3.1. Truyền tín hiệu 72 5.3.2. Kênh truyền 72 5.3.3. Nhận tín hiệu 73 5.3.4. Thuật toán tính BER 74 5.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá 75 5.5. Kết luận chương 78 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. A AMPS Advance Mobile Phone Service AWGN Addition White Gaussian Noise B BER Bit Error Rate BLAST Bell labs Layered Space Time C CDMA Code Division Multiple Access CP Cyclic Prefix CNR Carrier Noise Rate CSI Channel State Information D DFT Discrete Fourier Transform E EGC Equal Gain Combiner F FDMA Frequency Division Multiple Access FEC Forward Error Correcting FFT Fast Fourier Transform G GSM Global System For Mobile Communication I IS-95 Interim Standard 95 IS-136 Interim Standard 136 ISI InterSymbol Interference ITU International Telecom Union IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. ICI InterChannel Interference M MS Mobile Station MIMO Multi Input Multi Output MMSE Minimum Mean Square Error MRC Maximum Ratio Combiner ML Maximum Likelihood N NMT450 Nordic Mobile Telephone 450 NTT Nipon Telegraph and Telephone O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing P PDC Personal Digital Cell PSK Phase Shift Keying PAPR Peak to Average Power Ratio PSAM Pilot Signal Assisted Modulation PLL Phase Lock Loop pdf Power Density Function Q QAM Quadrature Amplitude Modulation R RS Reed-Solomon code S SC Selection Combiner STC Space Time Coding STBC Space Time Block Coding STTC Space Time Trellis Coding SNR Signal to Noise Ratio ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. T TACS Total Access Communication System TDMA Time Division Multiple Access TC Turbo convolutional code W WCDMA Wideband CDMA WIFI Wireless Fidelity WIMAX World Interoperability Microwave Access ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. DANH MỤC HÌNH VẼ. DANH MỤC HÌNH VẼ. Hình 1.1: Hàm pdf theo phân bố Rayleigh xv Hình 1.3: Mô hình hiện tượng Doppler xx Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO-OFDM xxiii Hình 2.1: Sơ đồ chung của hệ thống đơn sóng mang xxvi Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống đa sóng mang xxvi Hình 2.3a: Bốn sóng mang trực giao nhau xxvii Hình 2.3b: Phổ của 4 sóng mang trực giao xxvii Hình 2.4a: Kỹ thuật đa sóng mang xxviii Hình 2.4b: Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao xxviii Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống OFDM xxviii Hình 2.6: Chùm tín hiệu M_QAM xxxii Hình 2.7: Tiền tố lặp (CP) trong OFDM xxxvii Hình 2.8: Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường. xxxvii Hình 2.9: Tín hiệu Pilot trong miền thời gian và tần số xxxix Hình 2.10: Tín hiệu pilot trong miền tần số xl Hình 3.1: Mô hình một hệ thống MIMO tiêu biểu 45 Hình 3.2: Mô hình phân tập không gian 48 Hình 3.3: Mô hình bộ tổ hợp kiểu lựa chọn 50 Hình 3.4: Bộ tổ hợp kiểu quét 50 Hình 3.5: Phương pháp kết hợp tỉ số cực đại 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. DANH MỤC HÌNH VẼ. Hình 3.6: Phương pháp tỉ số cực đại với 1Tx và 2Rx 52 Hình 3.7: Sơ đồ mã hoá Alamouti 55 Hình 3.8: Sơ đồ giải mã của hệ thống STBC 57 Hình 4.1: Sơ đồ phát và thu của hệ thống MIMO-OFDM 60 Hình 4.2: Sơ đồ khối của bộ phát của hệ thống MIMO_OFDM 61 Hình 4.3: Sơ đồ khối của bộ thu của hệ thống MIMO_OFDM 61 Hình 4.4: Cấu trúc khung dữ liệu MIMO-OFDM 62 Hình 4.5: Mô hình hệ thống STBC-OFDM 2x2 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. LỜI NÓI ĐẦU. LỜI NÓI ĐẦU Mạng thông tin di động có những ưu điểm mà mạng có dây không có được như: tính lưu động, những nơi có địa hình phức tạp, trong không gian v v. Vì vậy con người không ngừng nghiên cứu để cải tiến mạng di động từng ngày, từ mạng 2G lên 2,5G; 3G; 4G; xây dựng các mô hình mạng WIFI, WIMAX. Song song với từng thế hệ là các giải pháp mới được đưa ra như: FDMA, TDMA, CDMA, OFDM, MIMO…Mỗi giải pháp mới đều có những ưu điểm hơn giải pháp cũ nhưng đều được phát triển theo xu hướng sau: nâng cao tốc độ dữ liệu, nâng cao chất lượng tín hiệu, mở rộng băng thông, chất lượng dịch vụ… Trong đó OFDM và MIMO là hai kỹ thuật mới nhất đang được đưa vào thử nghiệm và tiếp tục nghiên cứu trong hiện tại và tương lai. OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, MIMO là kỹ thuật sử dụng nhiều anten để truyền và nhận dữ liệu. OFDM thì đã được đưa vào ứng dụng trong thực tế như: truyền hình số, phát thanh số, truyền hình vệ tinh và đã đem lại những hiệu quả đáng kể. Còn MIMO là một kỹ thuật mới nên vẫn còn đang trong quá trình thử nghiệm và nghiên cứu. Tuy nhiên, hiện nay người ta đã kết hợp hai kỹ thuật MIMO và OFDM vào một số mô hình như là WiMax, VoWifi trong các tiêu chuẩn 802.16, 802.11n, đã đem lại các kết quả cao trong thực tế. Nội dung đồ án này trình bày tổng quan về hệ thống MIMO-OFDM, trong đó sẽ tập trung vào mô hình STBC-OFDM. Nội dung đồ án chia làm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM và hệ thống thông tin di động. Chương 2: Kỹ thuật OFDM. Chương 3: Kỹ thuật MIMO. Chương 4: Kỹ thuật MIMO-OFDM. Chương 5: Mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM và đánh giá chất lượng hệ thống. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. [...]...LỜI NÓI ĐẦU Để đánh giá chất lượng của các hệ thống, trong đồ án đã đi sâu phân tích từng thành phần của các kỹ thuật, tổng hợp các lí thuyết và các bài báo cáo khoa học về đề tài liên quan Sau cùng là thực hiện mô phỏng với các thông số về hệ thống, môi trường truyền gần thực tế nhất để kiểm định lại phần lí thuyết cũng như so sánh chất lượng giữa các hệ thống Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã... thống này đều sử dụng công nghệ CDMA Điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136 CDMA-2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA IS-95 Nhưng không... để tổng hợp lại dòng dữ liệu ban đầu MIMO-OFDM là sự kết hợp cả hai kỹ thuật OFDM và MIMO trên 1.4.2 Kỹ thuật MIMO-OFDM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Anten 1 Khối phát MIMO-OFDM Bits input Khối phát MIMO Khối phát OFDM 1 TX1 Anten n Khối phát OFDM n TXn Khối nhận MIMO-OFDM Anten 1 RX1 Khối thu OFDM 1 RXm Khối thu OFDM m Anten m Khối thu MIMO Bits output Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO-OFDM. .. ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu Chương này giới thiệu khái quát về kỹ thuật MIMO-OFDM và thông tin di động 1.2 Sơ lược về lịch sử phát triển trong thông tin di động 1.2.1 Giới thiệu chung Thông tin di động thế hệ thứ nhất được phát triển vào những năm cuối thập niên 70, sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số... ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Hình 2.1: Sơ đồ chung của hệ thống đơn sóng mang Với quá trình điều chế đơn sóng mang, tín hiệu được biểu diễn như sau: S (t ) = ∑ al g ( t − lTs ) l (2.1) Trong đó al là dữ liệu đầu vào của kí tự thứ l 2.2.2 Hệ thống đa sóng mang Hệ thống đa sóng mang là hệ thống có dữ liệu được điều chế và truyền đi trên nhiều sóng mang khác nhau Cụ thể hơn, hệ thống đa sóng mang chia tín... số FDMA (Frequency Division Multiplex Access) Điển hình cho thế hệ này là một số hệ thống như: AMPS (Advance Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ NMT 450 (Nordic Mobile Telephone 450): Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 Mhz NMT 900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900Mhz NTT... vào hệ thống Nhưng phổ tần dành cho thông tin di động thì có hạn CDMA cũng làm tăng dung lượng hệ thống đáng kể nhưng nó lại dẫn đến sự gia tăng nhiễu đồng kênh và nhiễu xuyên kênh do mật độ phân bố cao của người dùng trong một cell Do đó dung lượng hệ thống không cao Bên cạnh đó chất lượng dịch vụ của người dùng cũng giảm do fading và nhiễu đồng kênh, nhiễu xuyên kênh khi họ di chuyển Các hệ thống. .. liên quan đến mối quan hệ giữa tỉ lệ thời gian thay đổi trong kênh và tín hiệu phát, mà không liên quan đến mô hình suy hao đường truyền 1.3.2 Suy hao đường truyền Tại anten phát, các sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng (nghĩa là sóng được mở rộng theo hình cầu) Ngay cả khi chúng ta dùng anten định hướng để ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU truyền tín hiệu, sóng cũng được mở rộng dưới dạng hình. .. động thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng nhiều loại hình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho IMT2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỉ 2000 Các hệ thống. .. offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống đơn sóng mang con khác Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao và gây ra nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động cho các bộ điều chế một cách trầm trọng Vì vậy đồng bộ là một vấn đề cực kì cần thiết đối với bộ thu OFDM 2.2 Khái niệm chung 2.2.1 Hệ thống đơn sóng mang Hệ thống đơn sóng mang là hệ thống mà dữ liệu được điều chế và truyền . MỤC HÌNH VẼ. DANH MỤC HÌNH VẼ. Hình 1.1: Hàm pdf theo phân bố Rayleigh xv Hình 1.3: Mô hình hiện tượng Doppler xx Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO-OFDM xxiii Hình 2.1: Sơ đồ chung của hệ. 60 Hình 4.2: Sơ đồ khối của bộ phát của hệ thống MIMO_OFDM 61 Hình 4.3: Sơ đồ khối của bộ thu của hệ thống MIMO_OFDM 61 Hình 4.4: Cấu trúc khung dữ liệu MIMO-OFDM 62 Hình 4.5: Mô hình hệ thống STBC-OFDM. Phân tích hệ thống MIMO-OFDM 63 4.3.1. Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 63 4.3.2. Space-Time Block-Coded OFDM 64 4.3.2.1. Hệ thống STBC-OFDM 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. MỤC LỤC. 4.3.2.2. Bộ phát STBC-OFDM