vi TÓM TẮT Trong thời đại thông tin ngày nay, các hệ thống thông tin liên lạc không dây tốc độ dữ liệu và độ tin cậy cao đang trở thành nhân tố chủ đạo cho việc triển khai thành công các mạng thương mại. Do đó, các phương pháp cho phép truyền thông tin đáng tin cậy sẽ trở nên quan trọng hơn. Lý thuyết thông tin và các mã sửa lỗi là những lĩnh vực nghiên cứu làm thế nào để đạt được mục tiêu đó. Có nhiều mã sửa lỗi đã được giới thiệu trước đây, nhưng trong những năm gần đây, mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC) đã xuất hiện như là ứng cử viên tốt nhất để giải quyết vấn đề đó. Hiệu suất mã LDPC đã được chứng minh là rất gần với giới hạn lý thuyết, mà một mã có thể đạt đến được gọi là dung lượng kênh. Thông tin số sử dụng liên kết không dây MIMO gần đây đã nổi lên như là một bước đột phá kỹ thuật quan trọng nhất trong thông tin hiện đại. Hệ thống anten MIMO đã được chứng minh là có khả năng tăng đáng kể tốc độ dữ liệu và cải thiện độ tin cậy mà không yêu cầu thêm phổ và công suất. Ghép kênh MIMO là một cách để cải thiện tốc độ dữ liệu thông tin. Mặt khác, ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) là một kỹ thuật đầy hứa hẹn để thực hiện điều chế đa sóng mang với việc sử dụng tối đa băng thông và đặc điểm hiệu suất cao có khả năng chống lại fading đa đường. MIMO kết hợp với OFDM có thể tăng dung lượng, độ tin cậy, hỗ trợ các dịch vụ internet và các ứng dụng đa phương tiện. MIMO-OFDM là một công nghệ băng rộng không dây mới đã trở nên phổ biến cho khả năng truyền dẫn tốc độ cao và khả năng chống lại fading đa đường mạnh và các tổn hại kênh truyền khác. MIMO-OFDM đã trở thành sự kết hợp công nghệ hứa hẹn cho thông tin không dây hiện tại và tương lai. Hệ thống MIMO là một ứng cử viên hấp dẫn cho mạng không dây thế hệ thứ tư do tiềm năng khai thác phân tập không gian để tăng thông lượng mà không lãng phí tài vii nguyên băng thông và công suất. Đặc biệt, kiến trúc phân lớp không gian-thời gian dạng chéo (D-BLAST) được đề xuất bởi Foschini, là một kỹ thuật đạt được một phần đáng kể dung lượng lý thuyết. Do độ phức tạp của việc thực hiện kiến trúc D-BLAST, một phiên bản sửa đổi đã được đề xuất, được gọi là V-BLAST (Vertical BLAST). Còn có một kiến trúc phân lớp không gian-thời gian khác được gọi là Turbo-BLAST, là sự kết hợp của tách sóng BLAST và giải mã kênh theo phương pháp lặp. Các kỹ thuật tách sóng MIMO hiện tại có thể đại khái được chia thành các phương pháp tách sóng tuyến tính, phi tuyến và chính xác. Phương pháp tuyến tính như là Zero-Forcing, MMSE cung cấp độ phức tạp thấp cùng với hiệu suất tỉ lệ lỗi bit (BER) giảm so với các phương pháp phi tuyến như VBLAST. Các bộ tách sóng phi tuyến không quá phức tạp về mặt tính toán với hiệu suất chấp nhận được. Luận văn này so sánh hiệu suất của các phương pháp tách sóng sử dụng tiêu chuẩn ZF và MMSE kết hợp với giải thuật V-BLAST, cụ thể là triệt can nhiễu liên tiếp (SIC) và triệt can nhiễu liên tiếp có phân bậc (OSIC). viii ABSTRACT In this new information age, high data rate and strong reliability features of wireless communication systems are becoming the dominant factor for a successful deployment of commercial networks. As a result methods that allow reliable transmission of information will become more and more important. Information Theory and Error Correction codes are the research areas that study how to achieve such a goal. Many error correction codes have been presented in the past but in recent years, Low Density Parity Check Codes (LDPC) has imposed as the best candidates to solve the problem. The performances of LDPC codes have been shown to be very close to the theoretical limit that a code can reach a given channel, the channel capacity. Digital communication using multiple-input multiple-output (MIMO) wireless links has recently emerged as one of the most significant technical breakthroughs in modern communications. Multiple-input multiple-output (MIMO) antenna systems have been shown to be able to substantially increase data rate and improve reliability without extra spectrum and power resources. MIMO multiplexing is a way to gain robustness and achievement in speed of data information. On the other hand, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is a promising technique to perform multicarrier modulation with maximum utilization of bandwidth and high performance characteristics profile against fading in multipath communication. In addition, MIMO in combination with OFDM can increase capacity, reliability, support to internet services and multimedia applications. MIMO-OFDM, a new wireless broadband technology, has gained great popularity for its capability of high rate transmission and its robustness against multi-path fading and other channel ix impairments. MIMO-OFDM has become the most promising technology combination for present and future wireless communications. MIMO systems are an appealing candidate for emerging fourth-generation wireless networks due to their potential to exploit space diversity for increasing conveyed throughput without wasting bandwidth and power resources. Particularly, diagonal layered space-time architecture (D-BLAST) proposed by Foschini, is a technique to achieve a significant fraction of the theoretical capacity. Due to the complexity of implementation of the D-BLAST architecture, a modified version was proposed, which is known as V-BLAST (Vertical BLAST). There is another layered space-time architecture called Turbo-BLAST, which is the combination of BLAST detection and channel decoding in an iterative way. The existing MIMO detection techniques can be broadly divided into linear, non-linear and exact detection methods. Linear methods like Zero-Forcing, MMSE offer low complexity with degraded Bit Error Rate (BER) performance as compared to non- linear methods like VBLAST. Non-linear detectors are computationally not very expansive with acceptable performance. This thesis compares the performance of dierent detection methods using ZF and MMSE criteria combined with general V-BLAST algorithm, in particular, the Successive Interference Cancellation (SIC) and the Ordered Successive Interference Cancellation (OSIC) detectors. x  TRANG Trang tựa i Quyết định giao đề tài ii Lý lịch cá nhân iii Lời cam đoan iv Cảm tạ v Tóm tắt vi Mục lục x Danh sách các chữ viết tắt xiv Danh sách các hình xvii Danh sách các bảng xx  I THIU 1 1.1           1  6 1.3  7 1.4  8 1.5  8   9 2.1 Kênh t 9 2.1.1 Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền vô tuyến 9 2.1.2 Mô hình kênh truyền fading Rayleigh 11 2.2 OFDM 13 2.2.1 Giới thiệu 13 2.2.2 Nguyên lý OFDM 14 xi 2.2.3 u và nhược điểm của OFDM 17 2.3 MIMO 18 2.3.1 Mô hình hệ thống và kênh truyền MIMO 18 2.3.2 Dung lượng kênh truyền MIMO 20 2.3.3 u điểm của công nghệ MIMO 23 2.4 MIMO-OFDM 24 2.5  mã LDPC 25 2.5.1 Mã khối tuyến tính 26 2.5.1.1 Mã khối ở dạng hệ thống 28 2.5.1.2 Giải mã mã khối tuyến tính 28 2.5.2 Định nghĩa mã LDPC 29 2.5.3 Biểu diễn mã LDPC 30 2.5.3.1 Biểu diễn ma trận 30 2.5.3.2 Đồ hình Tanner 30 2.5.4 Mã LDPC có quy tắc và bất quy tắc 32 2.5.4.1 Mã LDPC có quy tắc 32 2.5.4.2 Mã LDPC bất quy tắc 33 2.5.5 Mã hóa mã LDPC 33 2.5.6 Giải mã mã LDPC 33 2.5.6.1 Ký hiệu 34 2.5.6.2 Giải thuật giải mã truyền độ tin cậy dựa trên xác suất (Probabilistic Belief Propagation Decoding Algorithm) 36 2.5.7 Thiết kế và tối ưu mã LDPC 37 2.6  40  3.   V-       TRONG V-BLAST 42 3 42 xii 3.1.1 Diagonal-BLAST (D-BLAST) 43 3.1.2 Vertical BLAST (V-BLAST) 45 3.1.2.1 Máy phát V-BLAST 47 3.1.2.2 Máy thu V-BLAST 48 3.2 Tách sóng V-BLAST 49 3.2.1 Tách sóng tuyến tính 49 3.2.1.1 Zero Forcing 50 3.2.1.2 Sai số bình phương trung bình tối thiểu 52 3.2.2 Tách sóng phi tuyến 53 3.2.2.1 Tách sóng Maximum Likelihood 53 3.2.2.2 Triệt can nhiễu liên tiếp (SIC) 54 3.3 -BLAST 59 3.3.1 Quy tắc chung trong phân tích độ phức tạp 59 3.3.2 Phân tích độ phức tạp tách sóng tuyến tính 60 3.3.2.1 Độ phức tạp của Zero-Forcing 60 3.3.2.2 Độ phức tạp của MMSE 61 3.3.3 Phân tích độ phức tạp trong tách sóng SIC (V-BLAST) 61 3.3.3.1 Độ phức tạp của ZF-VBLAST 61 3.3.3.2 Độ phức tạp của MMSE-VBLAST 63 3.3.4 Độ phức tạp của Maximum Likelihood 63 3.4  66 4.  67 4.1  67 4.2 Mô - BER) 73 4.2.1 Mô tả hệ thống 73 4.2.2 Các giả định sử dụng trong mô phỏng 74 xiii 4.2.3 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống 2x2 V-BLAST MIMO – OFDM không sử dụng mã hóa LDPC 77 4.2.4 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống 2x2 V-BLAST MIMO – OFDM có sử dụng mã hóa LDPC 88 4.3 tách sóng 96 4.4  98 5 99 5 99 5 101  102 xiv DANH SÁCH CÁC CH VIT TT T vit tt ng Anh ng Vit A/D AWGN APP Analog to Digital Additive White Gaussian Noise A Posteriori Probability Bộ chuyển đổi tương tự sang số Nhiễu Gaussian trắng cộng Xác suất sau BER BP BLAST QPSK Bit Error Rate Belief Propagation Bell Labs Layered Space-Time System Quadrature Phase Shift Keying Tỉ lệ bit lỗi Truyền Belief Hệ thống phân lớp không gian-thời gian Bell Labs Điều chế khóa dịch pha tứ phân CSI CP Channel State Information Cycle Prefix Thông tin trạng thái kênh truyền Tiền tố chu kỳ D/A DOF D-BLAST DAB DVB Digital to Analog Degree of Freedom Diagonal- Bell Labs Layered Space-Time System Digital Audio Broadcast Digital Video Broadcast Bộ chuyển đổi số sang tương tự Mức độ tự do   ×   Hệ thống phân lớp không gian-thời gian Bell Labs dạng chéo Phát thanh quảng bá kỹ thuật số Truyền hình quảng bá kỹ thuật số ECC Error Correction Codes Mã sửa sai FDM FEC FFT Frequency Division modulation Forward Error Correction Fast Fourier Transform Điều chế phân chia theo tần số Sửa sai tới trước Biến đổi Fourier nhanh IID IFFT Independent and Identical Distrubution Inverse Fast Fourier Transform Phân phối độc lập và giống nhau Biến đổi Fourier nhanh nghịch đảo xv ICI ISI Intercarrier Interference Intersymbol Interference Nhiễu liên sóng mang Nhiễu liên ký tự LOS LDPC LLR Line Of Sight Low Density Parity Check Code Log-Likelihood Ratio Đường truyền thẳng Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp Tỉ số log-likelihood NLOS Non-Line Of Sight Không có đường truyền thẳng ML MIMO MISO MMSE MSE Maximum Likelihood Multiple-Input Multiple-Output Multi-Input Single-Output Minimum Mean Square Error Mean Square Error Khả năng lớn nhất Hệ thống nhiều-ngõ vào nhiều-ngõ ra Hệ thống nhiều-ngõ vào một-ngõ ra Sai số bình phương trung bình nhỏ nhất Sai số bình phương trung bình OFDM OSIC Orthogonal frequency Division Modulation Ordered Serial Interference Cancellation Điều chế phân chia theo tần số trực giao Triệt can nhiễu liên tiếp có phân bậc P/S PIC Parallel to Serial Parallel Interference Cancellation Bộ chuyển đổi song song sang nối tiếp Triệt can nhiễu song song SIMO SISO S/P SNR SIC Single-Input Multi-Output Single-Input Single-Output Serial to Parallel Signal-to-Noise Ratio Successive Interference Hệ thống một-ngõ vào nhiều-ngõ ra Hệ thống một-ngõ vào một-ngõ ra Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song Tỉ số tín hiệu trên nhiễu Triệt can nhiễu liên tiếp [...]... Sự kết hợp của hệ thống OFDM và MIMO tạo nên một giải pháp tối ưu trong đó kết hợp ưu điểm của hai hệ thống và là một ứng cử viên tiềm năng cho các hệ thống thông tin không dây trong tương lai Hệ thống MIMO thường được đề xuất kết hợp với giao diện OFDM trong nhiều tiêu chuẩn không dây Khả năng chống fading bởi OFDM 5 được tăng cường với độ lợi phân tập hoặc độ lợi ghép kênh không gian của hệ thống MIMO. .. Giải mã MIMO (tách sóng và Mux) Giải điều chế Giải mã Hình 2.5: Hệ thống MIMO tổng quát với � anten phát và � anten thu MIMO 2.3.2 Dung lượng kênh truyền MIMO Nhiều nghiên cứu lý thuyết thông tin về kênh truyền không dây đã chứng minh rằng dung lượng hệ thống MIMO tăng lên đáng kể so với dung lượng hệ thống SISO Một trong những lĩnh vực quan trọng nhất lĩnh vực nghiên cứu hệ thống MIMO là làm thế nào để. .. phương pháp tách sóng MMSE, MMSE -SIC, MMSE-OSIC và ML 86 Hình 4.14: So sánh các phương pháp tách sóng ZF, MMSE, ZF -SIC, MMSE -SIC, xviii ZF-OSIC, MMSE-OSIC và ML 87 Hình 4.15: Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống V-BLAST MIMO OFDM 2x2 có sử dụng mã hóa LDPC 88 Hình 4.16: Lưu đồ mô phỏng hệ thống MIMO- OFDM có sử dụng mã hóa 89 Hình 4.17: So sánh các phương pháp tách sóng ZF, MMSE... các phương pháp tách sóng ZF -SIC, MMSE -SIC và ML 91 Hình 4.19: So sánh các phương pháp tách sóng ZF-OSIC, MMSE-OSIC và ML 92 Hình 4.20: So sánh các phương pháp tách sóng ZF, ZF -SIC, ZF-OSIC và ML 93 Hình 4.21: So sánh các phương pháp tách sóng MMSE, MMSE -SIC, MMSE-OSIC và ML 94 Hình 4.22: So sánh các phương pháp tách sóng ZF, MMSE, ZF -SIC, MMSE -SIC, ZF-OSIC, MMSE-OSIC và ML ... của hệ thống MIMO và OFDM  Tìm hiểu về hệ thống MIMO- OFDM, mã LDPC, kiến trúc BLAST và các kỹ thuật tách sóng tuyến tính, phi tuyến và tối ưu 6  So sánh mô phỏng hiệu suất BER trong mô hình hệ thống MIMO (V-BLAST) OFDM, nhằm đánh giá hiệu suất các kỹ thuật tách sóng về hiệu suất (tỉ lệ lỗi bit - BER)  Phân tích độ phức tạp trong các mô hình tách sóng  Đánh giá các kỹ thuật tách sóng dựa trên hai yếu... các trường hợp chiều dài mã và số lần lặp thay đổi 71 Hình 4.4: So sánh giữa trường hợp có sử dụng mã hóa LDPC và trường hợp không sử dụng mã hóa LDPC, chỉ được điều chế BPSK trong kênh truyền Rayleigh 73 Hình 4.5: Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống V-BLAST MIMO- OFDM 2x2 không sử dụng mã hóa LDPC 77 Hình 4.6: Lưu đồ mô phỏng hệ thống MIMO- OFDM không sử dụng mã hóa 78... Lưu đồ mô hình tách sóng SIC 79 Hình 4.8: Lưu đồ mô hình triệt can nhiễu liên tiếp có phân bậc (OSIC) 80 Hình 4.9: So sánh các phương pháp tách sóng ZF, MMSE và ML 82 Hình 4.10: So sánh các phương pháp tách sóng ZF -SIC, MMSE -SIC và ML 83 Hình 4.11: So sánh các phương pháp tách sóng ZF-OSIC, MMSE-OSIC và ML 84 Hình 4.12: So sánh các phương pháp tách sóng ZF, ZF -SIC, ZF-OSIC và ML 85... Hình 2.4: Hệ thống MIMO tổng quát với �� anten phát và �� anten thu 20 Hình 2.5: Hình 2.6: Hình 2.7: Sơ đồ khối máy phát (a) và máy thu (b) OFDM 15 Mô hình tổng quát hệ thống MIMO- OFDM �� × �� 25 Dung lượng kênh truyền ergodic 22 Hình 2.8: Dạng hệ thống của một từ mã mã khối 28 Hình 2.9: Sơ đồ khối của hệ thống mã hóa khối 29 Hình 2.10: Đồ hìnhTanner tương ứng với ma trận... tương đương với bộ cân bằng hồi tiếp quyết định (DFE) và là tối ưu trong việc đạt được dung lượng kênh Tính di động 1995 2000 2005 2009+ Cao 4G MIMO OFDM MIMO 3G+ 3G Trung bình 1G Analog MIMO WiBro Wimax 2G Digital OFDM MIMO WLAN MIMO OFDM WLAN a/g WLAN 2,5 Ghz Thấp 14,4 Kbps 144 Kbps WLAN 5 Ghz Tốc độ dữ liệu 384 Kbps . 2.3.1 Mô hình hệ thống và kênh truyền MIMO 18 2.3.2 Dung lượng kênh truyền MIMO 20 2.3.3 u điểm của công nghệ MIMO 23 2.4 MIMO- OFDM 24 2.5  mã LDPC 25 2.5.1 Mã khối tuyến. sánh các phương pháp tách sóng ZF, MMSE, ZF -SIC, MMSE -SIC, xix ZF-OSIC, MMSE-OSIC và ML 87 Hình 4.15: Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống V-BLAST MIMO OFDM 2x2 có sử dụng mã hóa LDPC 88 Hình 4.16:. pháp tách sóng ZF-OSIC, MMSE-OSIC và ML 92 Hình 4.20: So sánh các phương pháp tách sóng ZF, ZF -SIC, ZF-OSIC và ML 93 Hình 4.21: So sánh các phương pháp tách sóng MMSE, MMSE -SIC, MMSE-OSIC và