BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP BỘ KẾT HỢP KỸ THUẬT MIMO VÀ OFDM ỨNG DỤNG TRONG MẠNG KHƠNG DÂY S K C 0 9 MÃ SỐ: B2009 - 22 - 45 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP BỘ KẾT HỢP KỸ THUẬT MIMO VÀ OFDM ỨNG DỤNG TRONG MẠNG KHƠNG DÂY Mã số: B 2009 – 22 – 45 Chủ nhiệm đề tài: TS Đặng Trường Sơn TP Hồ Chí Minh, 9/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP BỘ KẾT HỢP KỸ THUẬT MIMO VÀ OFDM ỨNG DỤNG TRONG MẠNG KHƠNG DÂY Mã số: B 2009 – 22 – 45 Xác nhận quan chủ trì đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) TS Đặng Trường Sơn TP Hồ Chí Minh, 9/2011 Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài Họ tên Đơn vị cơng tác TS Đặng Trường Sơn Khoa CNTT ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TS Phan Hồng Phương Khoa Điện - Điện tử ĐH Bách khoa TP.HCM ThS Lưu Thị Thủy NCS Đại học Vestfold, Na-Uy ThS Phan Chánh Phong Cơng ty VMS Mobifone khu vực KS Ngơ thị Lụa Đại học Bách Khoa TP.HCM KS Đinh Trúc Đại học Bách Khoa TP.HCM Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỞ ĐẦU 12 CHƢƠNG 1: MẠNG KHƠNG DÂY VÀ VẤN ĐỀ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG 17 1.1 Chuẩn IMT-2000 cho mạng 3G 17 1.2 Chuẩn IEEE 802 dùng cho mạng LAN WAN 19 1.2.1 Giới thiệu 19 1.2.2 Một số chuẩn IEEE khơng dây 20 1.3 Chuẩn HiPerLAN 22 1.4 Giải pháp cải tiến chất lƣợng mạng khơng dây 23 CHƢƠNG 2: TỔNG HỢP TÀI LIỆU VỀ KĨ THUẬT MIMO-OFDM 25 CHƢƠNG 3: KÊNH TRUYỀN VƠ TUYẾN VÀ HỆ THỐNG MIMO-OFDM 29 3.1 Kênh truyền vơ tuyến 29 3.1.1 Large Scale: Suy hao lan truyền khơng gian tự 29 3.1.2 Small scale fading tƣợng đa đƣờng 29 3.2 Hệ thống MIMO-OFDM 30 3.2.1 Kỹ thuật OFDM 30 3.2.2 Hệ thống MIMO-OFDM 33 CHƢƠNG 4: ƢỚC LƢỢNG SAI LỆCH VÀ ĐỒNG BỘ TẦN SỐ TRONG MIMO-OFDM 37 4.1 Vấn đề đồng MIMO-OFDM 37 4.2 Lệch tần số sóng mang 37 4.2.1 Ảnh hƣởng lệch tần số sóng mang 37 4.2.2 Mơ hình kênh truyền OFDM có lệch tần số sóng mang 38 4.2.3 Ƣớc lƣợng CFO giải thuật Maximum Likelihood 40 4.2.4 Phƣơng pháp khắc phục dịch tần số lọc Kalman mở rộng 42 4.2.5 Ƣớc lƣợng CFO kênh truyền phƣơng pháp mù 46 4.2.6 Đồng tần số lấy mẫu 47 CHƢƠNG 5: ƢỚC LƢỢNG KÊNH TRUYỀN 55 5.1 Ƣớc lƣợng kênh dùng chuỗi huấn luyện (Training Sequences) 55 5.1.1 Ý tƣởng phƣơng pháp 55 -1- Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây 5.1.2 Mơ hình hệ thống 55 5.1.3 Thiết kế chuỗi huấn luyện 58 5.1.4 Đánh giá thơng số ảnh hƣởng: 58 5.1.5 Ƣu khuyết điểm phƣơng pháp: 62 5.2 Ƣớc lƣợng kênh dựa vào pilot-tones: 62 5.2.1.Tổng quan ƣớc lƣợng kênh dựa vào pilot-tones 62 5.2.2.Thiết kế pilot-tones 65 5.2.3 Thơng số ảnh hƣởng hiệu phƣơng pháp 65 5.2.4 Ƣu khuyết điểm phƣơng pháp: 68 5.3 Ƣớc lƣợng kênh truyền phƣơng pháp mù (Blind estimation) 68 5.3.1 Tổng quan ƣớc lƣợng mù: 68 5.3.2 Thuật tốn ƣớc lƣợng mù 72 CHƢƠNG 6: MÃ HĨA KÊNH TRUYỀN KHƠNG GIAN-THỜI GIAN 75 6.1 Tốc độ mã hóa 75 6.2 Mã hóa khơng gian - thời gian 75 6.2.1 Mã hóa Alamouti 76 6.2.2 Mã khối khơng gian – thời gian (STBC – Space - time block code) 78 6.2.3 Mã Turbo khơng gian – thời gian 79 CHƢƠNG 7: CHƢƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM 84 7.1 Giới thiệu chƣơng trình mơ 84 7.2 Start Menu 84 7.3 Mơ hệ thống MIMO-OFDM với kỹ thuật mã hóa khơng gian – thời gian 85 7.3.1 Mã hóa Alamouti 85 7.3.2 Mã hóa STBC 86 7.4 Mơ ƣớc lƣợng kênh truyền hệ thống MIMO-OFDM 87 7.5 Mơ KT ƣớc lƣợng sai lệch đồng tần số sóng mang MIMO-OFDM 88 7.5.2 Mơ ƣớc lƣợng kênh 90 7.5.3 Mơ đồng tần số 110 7.6 Chƣơng trình ƣớc lƣợng sai lệch đồng tần số lấy mẫu OFDM 122 KẾT LUẬN 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 PHỤ LỤC 141 -2- Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các cấu hình anten khác 24 Hình 3.1: Biểu diễn dạng truy cập 31 Hình 3.2: Sơ đồ tổng qt khối điều chế OFDM 32 Hình 3.3: Hệ thống MIMO-OFDM 34 Hình 3.4: Tốc độ truyền liệu 35 Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM 36 Hình 4.1: Phổ tín hiệu OFDM khơng có CFO có CFO 38 Hình 4.2: Mơ hình kênh truyền MIMO-OFDM có CFO 38 Hình 4.3: Ảnh hƣởng CFO SER hệ thống MIMO-OFDM dùng ƣớc lƣợng kênh dựa pilot 39 Hình 4.4: Ảnh hƣởng CFO đến tỷ lệ lỗi bit hệ thống MIMO-OFDM dùng MLK để ƣớc lƣợng CFO dùng Training Sequences để ƣớc lƣợng kênh 41 Hình 4.5: Ảnh hƣởng số preamble độ dài symbol ƣớc lƣợng dùng EKF 46 Hình 4.6: Q trình chuyển đổi DAC lấy mẫu 48 Hình 4.7: Kết nội suy với kiểu điều chế BPSK 50 Hình 4.8: Cấu trúc máy thu sửa độ lệch tần số 51 Hình 4.9: So sánh phƣơng pháp khắc phục với SFO = 0.001 52 Hình 4.10: So sánh phƣơng pháp khắc phục với SFO = 0.004 53 Hình 4.11: So sánh phƣơng pháp khắc phục với SFO = 0.01 54 Hình 5.1: Sơ đồi khối phát hệ thống TS 56 Hình 5.2: Sơ đồ khối thu TS channel estimation 56 Hình 5.3: Khảo sát ảnh hƣởng CP đến MSE 59 Hình 5.4: Khảo sát ảnh hƣởng CP đến SER 59 Hình 5.5: Ảnh hƣởng Df đến MSE 60 Hình 5.6: Ảnh hƣởng Df đến SER 60 Hình 5.7: Ảnh hƣởng hiệu ứng Doppler đến MSE 61 Hình 5.8: Ảnh hƣởng hiệu ứng Doppler đến SER 61 Hình 5.9: Sơ đồ khối phát dùng pilot-tones 62 Hình 5.10: Ví dụ chèn pilot-tones với khoảng cách Pilot-tones 63 Hình 5.11: Sơ đồ khối hệ thống thu (pilot-tones) 64 Hình 5.12: Symbol OFDM sau khối FFT 64 Hình 5.13: Pilot Remove 65 Hình 5.14: Khảo sát ảnh hƣởng chiều dài CP đến MSE 66 ƣớc lƣợng kênh dựa vào pilot-tones 66 Hình 5.15: Khảo sát ảnh hƣởng CP đến SER hệ thống dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng kênh dựa vào pilot-tones 66 Hình 5.16: Khảo sát ảnh hƣởng Doopler đến MSE ƣớc lƣợng kênh dùng Pilottones 67 Hình 5.17: Khảo sát ảnh hƣởng hiệu ứng Doopler đến SER hệ thống dùng ƣớc lƣợng dựa pilot-tones 67 Hình 5.18: Sơ đồ khối ƣớc lƣợng mù 69 Hình 6.2: Bộ mã hóa Alamouti 76 Hình 6.1: Bộ mã hóa STBC 76 Hình 6.3: Sơ đồ giải mã Alamouti 77 -3- Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây Hình 6.4: Biểu diễn SER SNR mã hóa hệ thống với mã Alamouti tốc độ mã hóa cho antenna phát antenna thu 78 Hình 6.5: Biểu diễn (BER, SNR), (SER, SNR) mã hóa hệ thống với mã khối khơng gian-thời gian tốc độ mã hóa ¾ 79 Hình 6.6: Cấu trúc mã hóa giải mã Turbo khơng gian-thời gian 80 Hình 6.7: Bộ mã hóa BTC nối tiếp 80 Hình 6.8: Bộ giải mã lặp BTC 81 Hình 6.9: Bộ mã hóa CTC 81 Hình 6.10: Bộ mã hóa RSC 82 Hình 6.11: Bộ giải mã CTC (mã Turbo song song) 82 Hình 6.12: Biểu diễn BER Eb/N0, số lần lặp giải mã mã hóa hệ thống với mã Turbo khơng gian-thời gian 83 Hình 6.13: Biểu diễn BER Eb/N0, số lần lặp giải mã mã hóa hệ thống với mã Turbo khơng gian-thời gian 83 Hình 7.1: Giao diện chƣơng trình mơ 85 Hình 7.2: Biểu diễn BER Eb/N0 mã hóa hệ thống với mã Alamouti khơng gianthời gian tốc độ mã hóa cho antenna phát antenna thu 85 Hình 7.3: Biểu diễn (BER, Eb/N0), (SER, Eb/N0) mã hóa hệ thống với mã khối khơng gian-thời gian tốc độ mã hóa ¾ 86 Hình 7.4: Giao diện ƣớc lƣợng kênh truyền 87 Hình 7.5: Giao diện đồng tần số 88 Hình 7.6: Đáp ứng MSE (a) SER (b) theo SNR phƣơng thức điều chế khác ƣớc lƣợng kênh block-type pilot 91 Hình 7.7: Ảnh hƣởng thơng số khoảng cách pilot D_f = 2;5;10 93 Hình 7.8: Ảnh hƣởng thơng số tần số Doppler kênh truyền fd=50;200;1000 96 Hình 7.9: Ảnh hƣởng thơng số khoảng bảo vệ (CP) GI=0;2;10 98 Hình 7.10: Đáp ứng SER theo SNR phƣơng thức điều chế khác 99 Hình 7.11: Ảnh hƣởng thơng số tần số Doppler kênh truyền fdmax=50;200;1000 102 Hình 7.12: Ảnh hƣởng thơng số độ dài CP GI=0;2;5 10 105 Hình 7.13: So sánh mơ hình mơi trƣờng fdmax=50Hz 107 Hình 7.14: So sánh mơ hình mơi trƣờng fdmax=1000Hz 109 Hình 7.15: Đồng tần số MLK với = 0.02 112 Hình 7.16: Đồng tần số MLK với = 0.05 114 Hình 7.17: Đồng MLK kênh truyền khơng đồng độ dịch tần số 116 Hình 7.18: Ảnh hƣởng số preamble EKF Npre=2; 3; 10 119 Hình 7.19: Ảnh hƣởng Nmux kênh truyền có độ dịch tần số 120 Hình 7.20: Ảnh hƣởng Nmux kênh truyền có độ dịch tần số khác 121 Hình 7.21: Giao diện đồng tần số lấy mẫu 122 Hình 7.22: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.001 132 Hình 7.23: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.004 133 Hình 7.24: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.006 134 Hình 7.25: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.008 135 Hình 7.26: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.01 136 -4- Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các chuẩn IMT-2000 18 Bảng 6.1: Bảng tiền mã hóa 74 Bảng 7.1: Thơng số OFDM chuẩn 125 Bảng 7.2: Giá trị BER BPSK lệch tần số lấy mẫu 125 Bảng 7.3: Giá trị BER QPSK có lệch tần số lấy mẫu 126 Bảng 7.4: Giá trị BER 4-QAM lệch tần số lấy mẫu 126 Bảng 7.5: Giá trị BER 16-QAM lệch tần số lấy mẫu 127 Bảng 7.6: Giá trị BER 64-QAM lệch tần số lấy mẫu 127 Bảng 7.7: Giá trị BER BPSK dùng đa thức nội suy bậc 128 Bảng 7.8: Giá trị BER 4-QAM dùng đa thức nội suy bậc 128 Bảng 7.9: Giá trị BER 16-QAM dùng đa thức nội suy bậc 129 Bảng 7.10: Giá trị BER 64-QAM dùng đa thức nội suy bậc 129 Bảng 7.11: Giá trị BER BPSK dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng 130 Bảng 7.12: Giá trị BER 4-QAM dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng 130 Bảng 7.13: Giá trị BER 16-QAM dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng 131 Bảng 7.14: Giá trị BER 64-QAM dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng 131 -5- Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 3G: AP: AES: ATM: IAPP: CDMA: CFO: DFS: DFT: DECT: DES: DiffServ-FC: DSL: DSSS: EDGE: EKF: ETSI: EV-DO: FDD: FDMA: FHSS: FPLMTS: GSM: GPRS: HSPA: ISI: ITU: IEEE: IFFT: IMT-2000: IP: ISM: LAN: LLC: LMS: LOS: MAC: Third Generation Access Point Advance Encryption Standard Asynchronous Transfer Mode Inter-AP Protocol Code Division Multiple Access – IS-95 Carrier Frequency Offset Dynamic Frequency Selection Discrete Fourier Transform Digital Enhanced Cordless Telecommunications Data Encryption Standard Differentiated Services Digital Subcriber Line Direct-Sequence Spread Spectrum Enhanced Data Rates for GSM Evolution Extend Kalman Filter European Telecommunication Standard Institute Evolution-Data Optimized hay Evolution-Data only Frequency-division Duplex Frequency Division Multiple Access Frequency-hopping Spread Spectrum Future Public Land Mobile Telecommunications System Group Spécial Mobile General packet radio service High Speed Packet Access Intersymbol Interference International Telecommunications Union Institute of Electrical and Electronics Engineers Inverse Discrete Fourier Transform International Mobile Telecommunications for the year 2000 Internet Protocol Industrial Scientific Medical Local Area Network Logical Link Control Sublayer Least Mean Square Line Of Sight Media Access Control Sublayer -6- Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây 7.6.2.2 Khắc phục BER phƣơng pháp nội suy ƣớc lƣợng sửa sai: Bảng số liệu: 𝜀 = 𝑆𝐹𝑂 ∗ 103 ; Δ: độ cải thiện BER (%) SNR 16 sfo inter 19 Δ sfo inter 22 sfo Δ inter 25 Δ sfo inter Δ  = 0.3293 0.3369 -2.31 0.1094 0.1062 2.93 0.0170 0.0156 8.24 0.0011 0.0009 18.18  = 0.3563 0.3464 2.78 0.1295 0.1199 7.41 0.0222 0.0205 7.66 0.0018 0.0017 5.56  = 0.4073 0.3919 3.78 0.1965 0.1776 9.62 0.0570 0.0402 29.47 0.0141 0.0069 51.06  = 0.4485 0.4322 3.63 0.326 0.2678 17.85 0.1579 0.0877 44.46 0.0666 0.0268 59.76  = 0.4743 0.4611 2.78 0.4275 0.3626 15.18 0.3349 0.1809 45.98 0.2278 0.0709 68.88  = 10 0.4933 0.4804 2.62 0.4769 0.4466 6.35 0.4449 0.3448 22.50 0.4184 0.2092 50.00 Bảng 7.7: Giá trị BER BPSK dùng đa thức nội suy bậc SNR 16 sfo inter 19 Δ sfo inter 22 Δ sfo inter 25 Δ sfo inter Δ  = 0.3476 0.3405 2.04 0.1111 0.1137 -2.34 0.0194 0.0189 2.58 0.0015 0.0015 0.00  = 0.3730 0.3592 3.70 0.1541 0.1401 9.09 0.0368 0.0294 20.11 0.0078 0.0052 33.33  = 0.4307 0.4164 3.32 0.3027 0.2674 11.66 0.1629 0.1174 27.93 0.1063 0.0535 49.67  = 0.4687 0.4594 1.98 0.4226 0.4054 4.07 0.3528 0.3078 12.76 0.3181 0.2466 22.48  = 0.4860 0.4862 -0.04 0.4615 0.4666 -1.11 0.4374 0.4369 0.11 0.4178 0.4076 2.44  = 10 0.4846 0.4896 -1.03 0.4754 0.4831 -1.62 0.4625 0.4708 -1.79 0.4527 0.4686 -3.51 Bảng 7.8: Giá trị BER 4-QAM dùng đa thức nội suy bậc - 128 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây SNR 16 sfo inter 19 Δ sfo inter 22 Δ sfo inter 25 Δ sfo inter Δ  = 0.3469 0.34712 -0.06 0.1543 0.1449 6.09 0.0400 0.0364 9.00 0.0089 0.0064 28.09  = 0.3959 0.3922 0.93 0.2684 0.2418 9.91 0.1621 0.1265 21.96 0.1040 0.0682 34.42  = 0.4659 0.4660 -0.02 0.4317 0.4395 -1.81 0.4055 0.4136 -2.00 0.3910 0.3927 -0.43  = 0.4843 0.4858 -0.31 0.4739 0.4768 -0.61 0.4748 0.4764 -0.34 0.4679 0.4711 -0.68  = 0.4972 0.4944 0.56 0.4954 0.4941 0.26 0.4919 0.4860 1.20 0.4871 0.4887 -0.33  = 10 0.4988 0.68 0.4971 0.4973 -0.04 0.4973 0.4955 0.36 0.4989 0.4930 1.18 0.4954 Bảng 7.9: Giá trị BER 16-QAM dùng đa thức nội suy bậc SNR 16 sfo inter 19 Δ sfo inter 22 Δ sfo inter 25 Δ sfo inter Δ  = 0.3648 0.3629 0.52 0.2324 0.2208 4.99 0.1256 0.1055 16.00 0.0788 0.0617 21.70  = 0.4561 0.4515 1.01 0.4187 0.4150 0.88 0.3784 0.3866 -2.17 0.3582 0.3659 -2.15  = 0.4934 0.4924 0.20 0.4859 0.4897 -0.78 0.4860 0.4856 0.08 0.4850 0.4877 -0.56  = 0.4958 0.4994 -0.73 0.4953 0.5002 -0.99 0.4949 0.5011 -1.25 0.4939 0.4985 -0.93  = 0.4986 0.4987 -0.02 0.4973 0.4974 -0.02 0.4979 0.5014 -0.70 0.4976 0.4977 -0.02  = 10 0.4995 0.4982 0.26 0.5006 0.5022 -0.32 0.5009 0.4980 0.58 0.5034 0.5028 Bảng 7.10: Giá trị BER 64-QAM dùng đa thức nội suy bậc - 129 - 0.12 Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây SNR 16 Δ 𝜀 ^ -3 𝜀  (10 ) sfo est 19 Δ sfo est 22 Δ sfo est 25 Δ sfo est Δ  =1 1,001 0.001 0.3293 0.3289 0.12 0.1094 0.0997 8.87 0.0170 0.0144 15.29 0.0011 0.0009 18.18  =2 1.997 0.003 0.3563 0.3324 6.71 0.1295 0.1061 18.07 0.0222 0.0159 28.38 0.0018 0.0007 61.11  =4 4.006 0.006 0.4073 0.3297 19.05 0.1965 0.0986 49.82 0.0570 0.0141 75.26 0.0141 0.0010 92.91  =6 5.994 0.006 0.4485 0.3319 26.00 0.326 0.1031 68.37 0.1579 0.0157 90.06 0.0666 0.0010 98.50  =8 7.996 0.004 0.4743 0.3362 29.12 0.4275 0.1036 75.77 0.3349 0.0154 95.40 0.2278 0.0011 99.52  = 10 15.55 5.55 0.4933 0.4100 16.89 0.4769 0.2052 56.97 0.4449 0.0627 85.91 0.4184 0.0161 96.15 Bảng 7.11: Giá trị BER BPSK dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng SNR ^ 𝜀 Δ 𝜀 (10-3) sfo 16 est 19 Δ sfo est 22 Δ sfo est 25 Δ sfo est Δ  =1 1,008 0.008 0.3476 0.3267 6.01 0.1111 0.0993 10.62 0.0194 0.0150 22.68 0.0015 0.0010 33.33  =2 2.02 0.02 0.3730 0.3278 12.12 0.1541 0.1042 32.38 0.0368 0.0146 60.33 0.0078 0.0007 91.03  =4 4.015 0.015 0.4307 0.3327 22.75 0.3027 0.1055 65.15 0.1629 0.0141 91.34 0.1063 0.0011 98.97  =6 5.986 0.014 0.4687 0.3349 28.55 0.4226 0.1020 75.86 0.3528 0.0166 95.29 0.3181 0.0012 99.62  =8 8.006 0.006 0.4860 0.3371 30.64 0.4615 0.1065 76.92 0.4374 0.0170 96.11 0.4178 0.0015 99.64  = 10 15.12 5.12 0.4846 0.4266 11.97 0.4754 0.3074 35.34 0.4625 0.1866 59.65 0.4527 0.1196 73.58 Bảng 7.12: Giá trị BER 4-QAM dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng - 130 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây SNR ^ 𝜀 16 Δ 𝜀 (10-3 ) sfo est 19 Δ sfo est 22 Δ sfo est 25 Δ sfo est Δ  =1 1,008 0.008 0.3469 0.3216 7.29 0.1543 0.1095 29.03 0.0400 0.0167 58.25 0.0089 0.0007 92.13  =2 2.01 0.01 0.3959 0.3196 19.27 0.2684 0.1104 58.87 0.1621 0.0173 89.33 0.1040 0.0011 98.94  =4 4.015 0.015 0.4659 0.3166 32.05 0.4317 0.1088 74.80 0.4055 0.0178 95.61 0.3910 0.0014 99.64  =6 5.976 0.024 0.4843 0.3269 32.50 0.4739 0.1221 74.24 0.4748 0.0208 95.62 0.4679 0.0022 99.53  =8 8.059 0.059 0.4972 0.3272 34.19 0.4954 0.1310 73.56 0.4919 0.0270 94.51 0.4871 0.0036 99.26  = 10 17.2 7.2 0.4988 0.4679 6.19 0.4971 0.4448 10.52 0.4973 0.4261 14.32 0.4989 0.4009 19.64 Bảng 7.13: Giá trị BER 16-QAM dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng SNR ^ 𝜀 Δ 𝜀 16 (10-3) sfo est 19 Δ sfo est 22 Δ sfo est 25 Δ sfo est Δ  =1 1,004 0.004 0.3648 0.3005 17.63 0.2324 0.0937 59.68 0.1256 0.0143 88.61 0.0788 0.0008 98.98  =2 1.98 0.02 0.4561 0.2908 36.24 0.4187 0.0944 77.45 0.3784 0.0155 95.90 0.3582 0.0013 99.64  =4 4.03 0.03 0.4934 0.3044 38.31 0.4859 0.1092 77.53 0.4860 0.0247 94.92 0.4850 0.0041 99.15  =6 5.961 0.039 0.4958 0.3223 34.99 0.4953 0.1386 72.02 0.4949 0.0411 91.70 0.4939 0.0127 97.43  =8 8.12 0.12 0.4986 0.3333 33.15 0.4973 0.1616 67.50 0.4979 0.0633 87.29 0.4976 0.0274 94.49  = 10 19.4 9.4 0.4995 0.4925 1.40 0.5006 0.4903 2.06 0.5009 0.4880 2.58 0.5034 0.4844 3.77 Bảng 7.14: Giá trị BER 64-QAM dùng phƣơng pháp ƣớc lƣợng - 131 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây 7.6.2.3 So sánh phương pháp nội suy phương pháp ước lượng việc khắc phục dòch tần số lấy mẫu : a SFO=0.001 Hình 7.22: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.001 Nhận xét: Với SFO=0.001, phƣơng pháp ƣớc lƣợng gần nhƣ khơi phục lại đƣợc tín hiệu với lọai điều chế BPSK, 4-QAM gần nhƣ khơng bị ảnh hƣởng nên phƣơng pháp khơng thực cần thiết Phƣơng pháp nội suy cải thiện BER khỏang 20% - 132 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây b.SFO=0.04 Hình 7.23: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.004 Nhận xét: Với SFO=0.04 phƣơng pháp ƣớc lƣợng khơi phục đƣợc lọai điều chế BPSK, 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM cải thiện đƣợc BER tới 96% Phƣơng pháp nội suy khơng tác dụng với 16-QAM 64-QAM, với BPSK, 4-QAM dừng lại cải thiện BER khỏang 25-30% - 133 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây c.SFO=0.006 Hình 7.24: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.006 Nhận xét: Phƣơng pháp nội suy khơng hiệu 16-QAM 64-QAM, với BPSK 4QAM có tác dụng cải thiện BER nhƣng khơng hiệu Có thể nói tới SFO=0.006, phƣơng pháp nội suy hiệu Phƣơng pháp ƣớc lƣợng khơi phục lại tín hiệu với lọai điều chế BPSK, 4-QAM, khơng khơi phục hòan hảo đƣợc 16QAM 64-QAM nhƣng giá trị BER cải thiện cao 96% - 134 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây d.SFO=0.08 Hình 7.25: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.008 Nhận xét: SFO=0.008, phƣơng pháp ƣớc lƣợng hiệu với kiểu điều chế, trừ kiểu bậc q cao nhƣ 64-QAM Phƣơng pháp nội suy khơng tác dụng với 16-QAM 64QAM, cải thiện BER cho BPSK, 4-QAM - 135 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây e.SFO=0.01 Hình 7.26: So sánh phƣơng pháp khắc phục SFO = 0.01 Nhận xét: Với SFO>0.01, phƣơng pháp ƣớc lƣợng khơng khắc phục đƣợc ảnh hƣởng SFO Nó cải thiện BPSK 90%, 4-QAM 73%, khơng có tác dụng với lọai điều chế lại Phƣơng pháp nội suy hòan tòan khơng tác dụng, cải thiện 50% với BPSK Do kết luận: - SFO=0.008, phƣơng pháp ƣớc lƣợng khơi phục lại tín hiệu với điều chế BPSK, 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM khơi phục đƣợc nhƣng khơng đạt đƣợc độ hòan hảo Phƣơng pháp xem nhƣ hòan hảo trừ kiểu điều chế bậc q cao nhƣ 64-QAM - 136 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây Phƣơng pháp nội suy khơng có tác dụng với 16-QAM, 64-QAM Với BPSK, 4-QAM cải thiện BER Phƣơng pháp xem nhƣ thất bại lọai điều chế khác - - 137 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu tổng hợp vấn đề hệ thống MIMO-OFDM đề xuất mơ hình cải thiện hiệu hệ thống dùng mã hóa khơng gian – thời gian, ƣớc lƣợng kênh truyền, đồng tần số sóng mang tần số lấy mẫu Một loạt kết mơ đƣợc đƣa nhằm đánh giá hiệu phƣơng pháp Xem xét qua tất kết mơ cho thấy hệ thống đƣợc cải thiện nhiều sử dụng phƣơng pháp ƣớc lƣợng đồng Ngồi ra, so sánh kết tín hiệu chƣa có mã hóa thấy BER cao nhƣng tín hiệu mã hóa hiệu dƣợc cải thiện rõ Các kết đạt đƣợc đề tài đƣợc sử dụng trƣờng đại học kỹ thuật có đào tạo ngành Viễn thơng – Cơng nghệ thơng tin nhƣ cơng cụ mơ nhằm giúp cho học viên hiểu rõ có nhìn trực quan cơng nghệ MIMO-OFDM Hƣớng phát triển đề tài nghiên cứu ứng dụng loại mã khác mã hóa kênh Một hƣớng khác tiếp tục đề xuất cấu hình MIMOOFDM tối ƣu điều kiện cụ thể để nhằm tiết kiệm chi phí - 138 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xiaoli Ma, Mi-kyung Oh, Georgios B Giannakis, Dong-Jo Park Hopping Pilots for Estimation of Frequency Offset and Multiantenna Channels in MIMO-OFDM – IEEE Transactions on Communications, Vol.53, No.1, January 2005 [2] Magnus Sandell, Darren McNamara, Steve Parker Analysis of Frequency-Offset Tracking in MIMO-OFDM systems – IEEE Transactions on Communication, Vol.54, No 8, August 2006 [3] Hlaing Minn, Naofal Al-Dhahir, Yinghui Li Optimal Training Signals for MIMO OFDM channel estimation in the presence of frequency offset and phase noise - IEEE Transactions on communications, Vol.54, No.10, October 2006 [4] Yonghong Zeng, Rahim Leyman, Tung-Sang Ng Joint Semiblind frequency offset and channel estimation for multiusers MIMO-OFDM uplink - IEEE Transactions on communications, Vol.55, No.12, December 2007 [5] Roberto Corvaja, Ana García Armada SINR Degradation in MIMO-OFDM Systems with Channel Estimation Errors and Partial Phase Noise Compensation - IEEE Transactions on communications, Vol 58, No 8, August 2010 [6] Hlaing Minn, Daniel Munoz Pilot Designs for Channel Estimation of MIMO OFDM Systems with Frequency-Dependent I/Q Imbalances - IEEE Transactions on communications, Vol 58, No 8, August 2010 [7] Kyeong Jin Kim, Man-On Pun, Ronald A Iltis Joint Carrier Frequency Offset and Channel Estimation for Uplink MIMO-OFDMA Systems Using Parallel Schmidt RaoBlackwellized Particle Filters - IEEE Transactions on communications, Vol 58, No 9, September 2010 [8] M.R.Soleymani, Yingzi Gao, U Vilaipornsawai Turbo coding for satellite and wireless communications - eBook ISBN: 0-306-47677-0, Print ISBN: 1-4020-7197-3, ©2002 Kluwer Academic Publishers [9] Ye (Geoffrey) Li Simplified Channel Estimation for OFDM Systems With Multiple Transmit Antennas - IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, VOL 1, NO 1, JANUARY 2002 - 139 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây [10] Ye (Geoffrey) Li, Jack H Winters, Nelson R Sollenberger MIMO-OFDM for Wireless Communications: Signal Detection With Enhanced Channel Estimation - IEEE transactions on communications, vol 50, no 9, september 2002 [11] Bas Driesen, Tim Schenk, Jan Boer, Allert Van Zelst MIMO-OFDM Training and Channel Estimation - June 30, 2003 [12] Hlaing Minn, Naofal Al-Dhahir Optimal Training Signals for MIMO OFDM Channel Estimation [13] Imad Barhumi, Geert Leus, Marc Moonen Optimal Training Design for MIMO OFDM Systems in Mobile Wireless Channels, December 17, 2002 [14] Zhongshan Wu mimo-ofdm communication systems: channel estimation and wireless location, May 2006 [15] Siavash M Alamouti A simple transmit diversity technique for wireless communications - IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 16(8): 1451– 1458, October 1998 - 140 - Đề tài NCKH: Kết hợp kỹ thuật MIMO OFDM ứng dụng mạng khơng dây PHỤ LỤC - 141 -