Đang tải... (xem toàn văn)
Các mô hình hệ thống thông tin không dây có thể được phân loại thành 4 hệ thống cơ bản gồm: • SISO (Single Input Single Output) • SIMO (Single Input Multiple Output) • MISO (Multiple Input Single Output) • MIMO (Multiple Input Multiple Output)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THÔNG TIN DI ĐỘNG: TỔNG QUAN HỆ THỐNG MIMO VÀ KỸ THUẬT OFDM GVHD: Ths Trương Tấn Quang SVTH: Võ Tấn Tài Nguyễn Tấn Phát Trần Minh Đức Lê Hồng Phúc 0920218 0920081 0920026 0920088 Lời nói đầu Sau trình thực đề tài “Tổng quan hệ thống MIMO kỹ thuật OFDM ”, chúng em có nhìn tổng quan hệ thống viễn thông, có nhìn toàn diện hiểu sâu kỹ thuật OFDM Nhóm thống không sâu vào kỹ thuật cụ thể mà tìm hiểu tổng quan để có kiến thức để làm luận văn học kỳ tiếp theo, kiến thức thu thập trình làm đề tài chúng em có thêm kỹ làm việc nhóm, phân tích tiếp cận vấn đề tốt Mặc dù cố gắng, song thời gian có hạn kiến thức hạn chế nhóm, nên không tránh khỏi thiếu sót nhờ thầy bạn góp ý để chúng em sửa chửa đề tài hoàn chỉnh Nhóm thực Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Mục Lục CHƯƠNG I: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY • • • • Các mô hình hệ thống thông tin không dây phân loại thành hệ thống gồm: SISO (Single Input Single Output) SIMO (Single Input Multiple Output) MISO (Multiple Input Single Output) MIMO (Multiple Input Multiple Output) I Hệ thống SISO Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 1.1: Hệ thống SISO Hệ thống SISO hệ thống thông tin không dây truyền thống sử dụng anten phát anten thu Máy phát máy thu có cao tần điều chế, giải điều chế Hệ thống SISO thường dùng phát phát hình, kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cá nhân Wi-Fi hay Bluetooth Dung lượng hệ thống phụ thuộc vào tỉ số tín hiệu nhiễu xác định theo công thức Shanon: C = log2 (1+SNR) II bit/s/Hz Hệ thống MISO Hình 1.2: Hệ thống MISO Hệ thống sử dụng nhiều anten phát anten thu gọi hệ thống MISO Hệ thống cung cấp phân tập phát thông qua kỹ thuật Alamouti từ cải thiện lượng tín hiệu sử dụng Beamforming để tăng hiệu suất phát vùng bao phủ Khi máy phát biết thông ti kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm logarit số anten phát xác định gần theo công thức: C = log2 (1+N.SNR) bit/s/Hz III Hệ thống SIMO Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 1.3: Hệ thống SIMO Hệ thống sử dụng anten phát nhiều anten thu gọi hệ thống SIMO Trong hệ thống máy thu lựa chọn kết hợp tín hiệu từ anten thu nhằm tối đa tỷ số tín hiệu nhiễu thông qua giải thuật beamforming MMRC (Maximal- Ratio Receive Combining) Khi máy thu biết thông tin kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm logarit số anten thu, tính theo công thức: C = log2 (1+M.SNR) bit/s/Hz IV Hệ thống MIMO Hình 1.4: Hệ thống MIMO Hệ thống MIMO hệ thống sử dụng đa anten nơi phát nơi thu Hệ thống cung cấp phân tập phát nhờ đa anten phát, cung cấp phân tập thu nhờ vào đa anten thu nhằm tăng chất lượng hệ thống thực Beamforming nơi phát nơi thu để tăng hiệu suất sử dụng công suất, triệt can nhiễu Ngoài dung lượng hệ thống cải thiện đáng kể nhờ vào độ lợi ghép kênh cung cấp kỹ thuật mã hoá không gian - thời gian V-BLAST Khi thông tin kênh truyền biết nơi phát thu, hệ thống có Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động thể cung cấp độ lợi phân tập cực cao độ lợi ghép kênh cực đại, dung lượng hệ thống trường hợp phân tập cực đại xác định theo công thức: C = log2 (1+M.N.SNR) bit/s/Hz CHƯƠNG II: HỆ THỐNG MIMO I Kỹ thuật phân tập Trong hệ thống thông tin vô tuyến di động, kỹ thuật phân tập sử dụng rộng rãi để giảm ảnh hưởng Fading đa đường cải thiện độ tin cậy truyền dẫn mà tăng công suất phát mở rộng băng thông Kỹ thuật phân tập dựa mô hình mà thu nhận chép tín hiệu phát, tất sóng mang có thông tin tương quan Fading thống kê nhỏ Ý tưởng phân tập chỗ, hai nhiều mẫu độc lập tín hiệu đưa tới mẫu bị ảnh hưởng Fading độc lập với nhau, có nghĩa số chúng, có tín hiệu bị ảnh hưởng nhiều, mẫu khác bị ảnh hưởng Điều có nghĩa khả mẫu đồng thời chịu ảnh hưởng Fading mức cho trước thấp nhiều so với khả vài mẫu độc lập bị nằm mức Do vậy, cách kết hợp cách thích hợp mẫu khác dẫn tới giảm ảnh hưởng Fading tăng độ tin cậy việc phát tín hiệu Một số phương pháp phân tập sử dụng để có chất lượng mong muốn tương ứng với phạm vi phân tập giới thiệu, kỹ thuật phân tập phân lớp thành phân tập thời gian, tần số phân tập không gian Phân tập thời gian Phân tập theo thời gian thu qua mã hóa xen kênh Sau ta so sánh hai trường hợp: truyền ký tự liên tiếp dùng xen kênh độ lợi kênh truyền nhỏ Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 2.1: Phân tập theo thời gian Từ hình vẽ ta thấy rằng: từ mã x bị triệt tiêu Fading không dùng xen kênh, dùng xen kênh từ mã ký tự ta phục hồi lại từ ký tự bị ảnh hưởng Fading Phân tập thời gian đạt cách truyền liệu giống qua khe thời gian khác nhau, nơi thu tín hiệu Fading không tương quan với Khoảng cách thời gian yêu cầu thời gian quán kênh truyền nghịch đảo tốc độ Fading c = f d v f c Mã điều khiển lỗi thường sử dụng hệ thống truyền thông để cung cấp độ lợi mã (coding gain) so với hệ thống không mã hóa Trong truyền thông di động, mã điều khiển lỗi kết hợp với xen kênh để đạt phân tập thời gian Trong trường hợp này, phiên tín hiệu phát đến nơi thu dạng dư thừa miền thời gian Khoảng thời gian lặp lại phiên tín hiệu phát quy định thời gian xen kênh để thu Fading độc lập ngõ vào giải mã Vì tốn thời gian cho xen kênh dẫn đến trì hoãn việc giải mã, kỹ thuật thường hiệu môi trường Fading nhanh, thời gian quán kênh truyền nhỏ Đối với kênh truyền Fading chậm xen kênh nhiều dẫn đến trì hoãn đáng kể Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Phân tập tần số Trong phân tập tần số, sử dụng thành phần tần số khác để phát thông tin Các tần số cần phân chia để đảm bảo bị ảnh hưởng fading cách độc lập Khoảng cách tần số phải lớn vài lần băng thông quán để đảm bảo fading tần số khác không tương quan với Trong truyền thông di động, phiên tín hiệu phát thường cung cấp cho nơi thu dạng dư thừa miền tần số gọi trải phổ, ví dụ trải phổ trực tiếp, điều chế đa sóng mang nhảy tần Kỹ thuật trải phổ hiệu băng thông quán kênh truyền nhỏ Tuy nhiên, băng thông quán kênh truyền lớn băng thông trải phổ, trải trễ đa đường nhỏ chu kỳ tín hiệu Trong trường hợp này, trải phổ không hiệu để cung cấp phân tập tần số Phân tập tần số gây tổn hao hiệu suất băng thông tùy thuộc vào dư thừa thông tin băng tần số Phân tập không gian Phân tập không gian gọi phân tập anten Phân tập không gian sử dụng phổ biến truyền thông không dây dùng sóng viba Phân tập không gian sử dụng nhiều anten chuỗi array xếp không gian phía phát phía thu Các anten phân chia khoảng cách đủ lớn, cho tín hiệu không tương quan với Yêu cầu khoảng cách anten tùy thuộc vào độ cao anten, môi trường lan truyền tần số làm việc Khoảng cách điển hình khoảng vài bước sóng đủ để tín hiệu không tương quan với Trong phân tập không gian, phiên tín hiệu phát truyền đến nơi thu tạo nên dư thừa miền không gian Không giống phân tập thởi gian tần số, phân tập không gian không làm giảm hiệu suất băng thông Đặc tính quan trọng truyền thông không dây tốc độ cao tương lai Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten nơi phát nơi thu mà người ta chia phân tập không gian thành ba loại: - phân tập anten phát (hệ thống MISO) - phân tập anten thu (hệ thống SIMO) - phân tập anten phát thu (hệ thống MIMO) Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Trong phân tập anten thu, nhiều anten sử dụng nơi thu để nhận phiên tín hiệu phát cách độc lập Các phiên tín hiệu phát kết hợp cách hoàn hảo để tăng SNR tín hiệu thu làm giảm bớt Fading đa đường II Độ lợi hệ thống Độ lợi Beamforming MIMO Beamforming giúp hệ thống tập trung lượng xạ theo hướng mong muốn giúp tăng hiệu công suất, giảm can nhiễu tránh can nhiễu tới từ hướng không mong muốn, từ giúp cải thiện chất lượng kênh truyền tăng độ bao phủ hệ thống Để thực Beamforming, khoảng cách anten hệ thống MIMO thường nhỏ bước sóng λ (thông thường λ / ), Beamforming thường thực môi trường tán xạ Khi môi trường tán xạ mạnh hệ thống MIMO cung cấp độ lợi ghép kênh không gian độ lợi phân tập Hình 2.2: Kỹ thuật Beamforming Độ lợi ghép kênh không gian Hình 2.3: Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền Hệ thống với nhiều anten phát thu truyền song song nên tín hiệu phát độc lập đồng thời anten nhằm tăng dung lượng kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng băng thông hệ thống, tăng tốc độ truyền Dung lượng hệ thống tăng tuyến tính theo số kênh truyền song song hệ thống Để cực đại độ lợi ghép kênh qua cực đại dung lượng kênh truyền thuật toán V-BLAST (Vertical- Bell Laboratories Layered Space-Time) áp dụng Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Độ lợi phân tập Hình 2.4: Không gian phân tập giúp cải thiện SNR Trong truyền dẫn vô tuyến, mức tín hiệu thay đổi, bị Fading liên tục theo không gian, thời gian tần số, khiến cho tín hiệu nơi thu không ổn định, việc phân tập cung cấp cho thu tín hiệu giống qua kênh truyền Fading khác (hinh 2.4), thu lựa chọn hay kết hợp hay kết hợp tín hiệu để giảm thiểu tốc độ sai bit BER, chống Fading qua tăng độ tin cậy hệ thống Để cực đại độ lợi phân tập, giảm BER chống lại Fading, thuật toán STBC (SpaceTime Block Code) STTC (Space-Time Trellis Code) áp dụng Thực tế, để hệ thống có dung lượng cao, BER thấp, chống Fading, ta phải có tương quan độ lợi phân tập độ lợi ghép kênh việc thiết kế hệ thống III Kỹ thuật mã hóa không gian thời gian Mã khối không gian thời gian STBC Để cải thiện chất lượng lỗi truyền dẫn nhiều anten người ta có khả kết hợp mã hóa chống lỗi với thiết kế phân tập phát Mã chống lỗi kết hợp với phương pháp phân tập vừa đạt độ tăng ích mã lại vừa có lợi từ việc phân tập, nhiên ta gặp phải vấn đề tổn thất băng thông việc dư thừa mã Chúng ta xem xét hệ thống thông tin sử dụng mã không gian thời gian băng gốc với NT antenna phát NR antenna thu hình 2.5 Các liệu phát mã hóa mã hóa không gian thời gian 10 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 3.9a Hình 3.9: Những ký tự OFDM thu sau truyền qua kênh truyền Multipath, (a) không khoảng bảo vệ, (b) có khoảng bảo vệ Hình 3.8 minh họa khái niệm chèn khoảng thời gian bảo vệ hệ thống OFDM hình 3.9 minh họa ý tưởng dùng khoảng bảo vệ để loại bỏ khoảng ISI ký tự OFDM, hình 3.9 (a) ký tự OFDM thu bị can nhiễu ký tự OFDM trước 32 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động nó, hình 3.9 (b) ký tự OFDM thu không bị ảnh hưởng ký tự OFDM trước Trong khoảng thời gian bảo vệ, máy thu bỏ qua tất tín hiệu, có nghĩa khoảng bảo vệ khoảng vô ích, không mang liệu có ích Lựa chọn khoảng bảo vệ liên quan đến thời gian trễ echo, đồng thời liên quan mật thiết đến số lượng sóng mang Trong thực tế khoảng thời gian bảo vệ tạo cách lặp lại tỷ lệ dòng bit tích cực chu kỳ trước đó, khoảng bảo vệ chọn dựa vào khoảng thời gian tích cực symbol, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 thời gian symbol tích cực Thât ý tưởng phương pháp có từ năm 1980 Nhưng lúc hạn chế mặt công nghệ (khó tạo điều chế giải điều chế đa sóng mang giá thành thấp theo biến đổi nhanh Fourier (Inverse Fast Fourier Transform – IFFT) nên dựa thành tựu công nghệ mạch tích hợp, phương pháp đưa vào thực tiễn IX Biến đổi D/A, A/D Chuỗi symbol rời rạc s[n] sau chèn khoảng bảo vệ ΔG, đưa vào biến đổi từ số sang tương tự D/A lọc thông thấp (low pass filter) tạo tín hiệu liên tục s(t) để đưa kênh truyền vô tuyến 33 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 3.10: Bộ chuyển đổi D/A A/D Ở phía thu, A/D làm động tác ngược lại D/A, A/D lấy mẫu tín hiệu OFDM thu s’(t), lượng tử mã hóa cho tín hiệu số rời rạc, sau tín hiệu rời rạc qua Guard Interval Removal để loại bỏ khoảng bảo vệ X Up converter Down converter Các Up-Converter Down-Converter đổi tần số cân băng (Balance Modulator) Sau qua biến đổi D/A lọc thông thấp, tín hiệu s(t) lên tần số cao tạo thành tín hiệu sRF(t) để anten phát dễ dàng xạ tín hiệu không gian Ơ phía thu, tín hiệu rRF(t) thu từ anten phát đổi tần xuống thành tín hiệu r(t) nhờ Down-Converter 34 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 3.11: Bộ up-converter down-converter XI Bộ cân Hình 3.12: Ý tưởng cân 35 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Tuy nhiên, đáp ứng kênh truyền thay đổi theo thời gian Bộ cân lọc có đáp ứng nghịch đảo kênh truyền cần có khả thay đổi theo kênh truyền Bộ cân thích nghi XII Ưu nhược điểm kỹ thuật OFDM Ưu điểm - OFDM tăng hiệu suất sử dụng cách cho phép chồng lấp sóng mang - Bằng cách chia kênh thông tin thành nhiều kênh fading phẳng băng hẹp, hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hệ thống sóng mang đơn - OFDM loại trừ nhiễu symbol (ISI) xuyên nhiễu sóng mang (ICI) cách chèn thêm vào khoảng thời gian bảo vệ trước symbol - Sử dụng việc chèn kênh mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM khôi phục lại symbol bị tượng lựa chọn tần số kênh - Kỹ thuật cân kênh trở nên đơn giản kỹ thuật cân kênh thích ứng sử dụng hệ thống đơn sóng mang - Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào chức điều chế giải điều chế làm giảm chức phức tạp OFDM - Các phương pháp điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh yêu cầu vào bổ sung giám sát kênh - OFDM bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timing offsets) so với hệ thống đơn sóng mang - OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung với nhiễu xuyên kênh kết hợp Nhược điểm Ngoài ưu điểm OFDM có hạn chế - Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với khoảng động lớn Vì tất hệ thống thông tin thực tế bị giới hạn công suất, tỷ số PARR cao bất lợi nghiêm trọng OFDM dùng khuếch đại công suất hoạt động miền bão hòa khuếch đại tín hiệu OFDM Nếu tín hiệu OFDM tỷ số PARR lớn gây nên nhiễu xuyên điều chế Điều tăng độ phức tạp biến đổi từ analog sang digital từ digital sang analog Việc rút ngắn (clipping) tín hiệu làm xuất méo nhiễu (distortion) băng, lẫn xạ băng - OFDM nhạy với tần số offset trượt sóng mang hệ thống đơn sóng mang Vấn đề đồng tần số hệ thống OFDM phức tạp hệ thống đơn 36 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động sóng mang Tần số offset sóng mang gây nhiễu cho sóng mang trực giao gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động giải điều chế cách trầm trọng Vì vậy, đồng tần số nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt thu OFDM - CHƯƠNG IV: KẾT HỢP KỸ THUẬT OFDM VỚI HỆ THỐNG MIMO I Tổng quan Các hệ thống thông tin không dây nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng dung lượng khả chống lại tượng đa đường Đối với hệ thống thông tin chất lượng tín hiệu cải thiện cách tăng công suất, dung lượng hệ thống tăng tăng băng thông Tuy nhiên công suất tăng tới mức giới hạn công suất phát tăng hệ thống gây nhiễu cho hệ thống thông tin xung quanh, băng thông hệ thống tăng lên việc phân bố băng thông định chuẫn sẵn Hệ thống MIMO tăng dung lượng kênh truyền, sử dụng băng thông hiệu nhờ ghép kênh không gian (V-BLAST), cải thiện chất lượng hệ thống đáng kể nhờ vào phân tập phía phát phía thu (STBC, STTC) mà không cần tăng công suất phát tăng băng thông hệ thống Kỹ thuật OFDM phương thức truyền dẫn tốc độ cao với cấu trúc đơn giản chống fading chọn lọc tần số, cách chia luồng liệu tốc độ cao thành N luồng liệu tốc độ thấp truyền qua N kênh truyền sử dụng tập tần số trực giao Kênh truyền chịu fading chọn lọc tần số chia thành N kênh truyền có băng thông nhỏ hơn, N đủ lớn kênh truyền chịu fading phẳng OFDM loại bỏ hiệu ứng ISI sử dụng khoảng bảo vệ đủ lớn Ngoài việc sử dụng kỹ thuật OFDM giảm độ phức tạp Equalizer đáng kể cách cho phép cân tín hiệu miền tần số Từ ưu điểm bật 37 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động hệ thống MIMO kỹ thuật OFDM, việc kết hợp hệ thống MIMO kỹ thuật OFDM giải pháp hứa hẹn cho hệ thống thông tin không dây băng rộng tương lai Hình 4.1: Các chuẩn thông tin không dây IEEE Hình 4.1 mô tả chuẩn thông tin không dây IEEE tương ứng tốc độ bit vùng bao phủ, chuẩn màu sậm ứng dụng hệ thống MIMO-OFDM tương lai, điều cho thấy tầm ứng dụng hệ thống MIMO-OFDM rộng II Hệ thống MIMO OFDM Cấu trúc máy thu phát hệ thống MIMO-OFDM bao gồm hệ MIMO N T anten phát NR anten thu, kỹ thuật OFDM sử dụng N sóng mang phụ mô tả hình 4.2 Chi tiết khối hệ thống trình bày chương II chương III 38 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 4.2: Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM Hình 4.3: Sơ đồ khối phát OFDM Hình 4.4: Sơ đồ khối thu OFDM Symbol thu từ anten thu thứ i, sóng mang phụ thứ k symbol OFDM biểu diễn sau: Y1 (k ) = λ11 (k ) X (k ) + λ12 (k ) X (k ) + + λ1NT (k ) X NT (k ) + V1 (k ) Y2 (k ) = λ 21 (k ) X (k ) + λ22 (k ) X (k ) + + λ NT (k ) X NT (k ) + V2 (k ) Y N R ( k ) = λ N R ( k ) X ( k ) + λ N R ( k ) X ( k ) + + λ N R NT ( k ) X N T ( k ) + V N R ( k ) k = 1,2,3, , N 39 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Với: Xj (k) symbol phát sóng mang thứ k symbol OFDM Vi(k) nhiễu Gauss anten thu thứ i miền tần số, tức N-FFT nhiễu miền thời gian vi(t) λij (k) độ lợi kênh truyền từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i sóng mang λij phụ thứ n Cij (k) N-FFT đáp ứng xung kênh truyền (t) từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i Nếu máy thu ước lượng xác trạng thái kênh truyền λij (k) biết xác ứng với symbol OFDM Để hiểu rõ chất hệ thống MIMO-OFDM, ta thiết lập công thức chi tiết phần sau Kênh truyền hệ thống MIMO-OFDM mô tả thông qua ma trận H sau λ11 (k ) λ21 (k ) H (k ) = λ N R (k ) λ12 (k ) λ22 (k ) λ N R (k ) λ1NT (k ) λ NT ( k ) λ N R NT (k ) Hình 4.5 mô tả rõ ma trận H, kỹ thuật OFDM có tác dụng chia kênh truyền chọn lọc tần số thành N kênh truyền fading phẳng Hệ thống MIMO-OFDM tương đương với hệ thống MIMO 40 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 4.5: Ma trận kênh truyền Tiếp theo ta xét hệ thống MIMO-OFDM Alamouti với mục đích đạt độ lợi phân tập tối đa nhằm tối ưu chất lượng hệ thống ta xét hệ thống MIMO-OFDM V-BlAST với mục đích đạt độ lợi lớn nhằm tăng tối đa dung lượng hệ thống thông tin không dây môi trường fading chọn lọc tần số III Giới thiệu mô hình hệ thống MIMO-OFDM Alamouti Hình 4.6 sơ đồ hệ thống MIMO-OFDM Alamouti với khối Sơ đồ Alamouti áp dụng nhằm đạt độ lợi phân tập lớn môi trường fading chọn lọc tần số với cấu trúc phần cứng đơn giản Hình 4.6: Máy phát MIMO–OFDM Alamouti 41 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Hình 4.7: Máy thu MIMO-OFDM Alamouti Tại phía phát liệu sau mapper điều chế đưa qua biến đổi nối tiếp sang song song đưa vào vector N symbol X1 X2 Ta kí hiệu F-1 ma trận biến đổi IFFT F ma trận biến đổi FFT F −1 = * F N Trong chu kỳ symbol k X1 cho qua biến đổi IFFT tạo khối N symbol s1 = F-1X1 Sau s1 chèn khoảng bảo vệ CP, vector liệu đưa anten phát thứ Cũng chu kỳ symbol thứ k, X2 cho qua IFFT tạo khối N symbol s2 = F-1X2 Sau s2 chèn khoảng bảo vệ CP, vector liệu đưa vào anten phát thứ hai Trong chu kỳ symbol thứ k+1, X1 cho qua đảo lấy liên hiệp phức cho qua IFFT để tạo khối N symbol s2' = F −1 X 1* Với ký hiệu X 1* cho liên hợp X 42 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động Sau s’2 chèn khoảng bảo vệ CP, vector liệu đưa anten thứ hai Cũng chu kỳ symbol thứ k+1, X cho qua đảo lấy liên hiệp phức trước cho qua IFFT để tạo khối N symol s1' = − F −1 X 2* Sau s’1 chèn khoảng bảo vệ CP, vector liệu đưa anten thứ Quá trình phát lập lại trình trình bày chu kỳ symbol k k+1 Tại phía thu, vector thu sau loại bỏ khoảng bảo vệ có dạng sau: y1 = H s + H s +v1 = H F −1 X + H F −1 X + v1 y1 = H s1' + H s 2' + v1 = − H F −1 X 2* + H F −1 X 1* + v Với H1 ma trận vòng kênh truyền từ anten phát thứ tới anten thu H ma trận vòng kênh truyền từ anten phát thứ hai tới anten thu Sau qua FFT vector thu có biểu thức sau: Y1 = Λ1 X + Λ X + V1 Y2 = −Λ1 X 2* + Λ X 1* + V2 Với Y1 = Fy1, Y2 = Fy2 , X1 = Fx1, X2 = Fx2, FFT tương ứng y 1, y2, x1, x2, ∧1 , ∧2 ma trận tính theo biểu thức sau: Λ1 = FH1 F −1 Λ = FH F −1 Do tính chất phép biến đổi FFT IFFT ma trận vòng H H2 ∧2 ma trận đường chéo Λ = diag (λ1 ) Λ = diag (λ2 ) 43 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động ∧1 , Các giá trị λ1 (k) với k = 1, 2…N N-FFT đáp ứng kênh truyền từ anten phát thứ tới anten thu, tương tự giá trị λ2 (k) với k = 1, 2…N N-FFT đáp ứng kênh truyền từ anten thứ tới anten thu Sau Y1 Y2 đưa qua ước lượng ∧1 , ∧2 Kênh truyền ước lượng thông qua chuỗi huấn luyện biết trước, ta viết lại vector thu Y Y2 theo dạng sau: χ λ1 V1 Y1 χ1 = + Y * * λ2 V2 2 −χ 2 χ1 N ×1 Với χ1 χ2 N ×1 N ×2 N N ×1 ma trận đường chéo, có đường chéo X1 X2 χ = diag ( X ) χ = diag ( X ) Vector huấn luyện quy ước trước máy thu có tính chất sau: χ 1* χ ∧1 , ∧2 − χ 2* χ * χ1 − χ χ2 = αI χ 1* ước lượng theo biểu thức sau: ~ λ1 χ 1* ~ = λ χ − χ 2* Y1 χ 1* = χ1 Y2 χ λ χ * = α + λ χ Ta ước lượng ∧1 , ∧2 − χ 2* χ * χ1 − χ − χ 2* V1 χ1 V2 theo biểu thức sau: 44 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động χ λ1 V1 + χ 1* λ V2 ~ ~ Λ = diag (λ1 ) ~ ~ Λ = diag (λ ) Sau ước lượng ∧1 , ∧2 ,các vector Y1 Y2 theo sau chuỗi vector huấn luyện đưa vào kết hợp để khôi phục lại X X2 Viết lại biểu thức ta biểu thức thu sau: Y1 (1) X (1) Y1 N ) = * Y2 (1) − X (1) Y2 ( N ) λ1 (1) V1 (1) X ( N ) λ1 ( N ) V1 ( N ) + * X (1) λ2 (1) V2 (1) X 1* ( N ) λ2 ( N ) V2 ( N ) X (1) X1 (N ) − X 1* ( N ) Sắp xếp lại thứ tự vector thu ta biểu thức: λ1 (1) V1 (1) Y1 (1) X (1) X (1) Y (1) * * λ2 (1) V2 (1) − X (1) X (1) = + Y1 ( N ) X ( N ) X ( N ) λ1 ( N ) V1 ( N ) − X 2* ( N ) X 1* ( N ) λ2 ( N ) V2 ( N ) Y2 ( N ) Biểu thức cho thấy kỹ thuật OFDM chia kênh truyền fading chọn lọc tần số thành N kênh truyền nhỏ chịu fading phẳng, tức hệ thống MIMO-OFDM có khả chống lại fading chọn lọc tần số đạt phân tập lớn nhờ vào sơ đồ Alamouti Tiếp theo kết hợp kết hợp symbol Y 1(k) Y2(k) đưa vào giải mã ML 45 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình dạy môn “Thông Tin Di Động” Ths Trương Tấn Quang [2] Giáo trình dạy môn “Truyền Thông Không Dây” Ths Đặng Lê Khoa [3] “Xử Lí Tín Hiệu Số” PGS TS Nguyễn Hữu Phương [4] “Fundamentals of Wireless Communication” David Tse Pramod Viswanath [5] Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Phạm Minh Triết [6] www.dientuvienthong.net [7] Một số nguồn khác từ internet 46 Đồ Án Môn Học: Thông Tin Di Động