Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN THỊ ÁNH DUYÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PHÂN TẬP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Phản biện 1: TS NGUYỄN VĂN CƯỜNG ANTEN THU NHẰM CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG MIMO - OFDM Phản biện 2: TS NGÔ VĂN SỸ Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện tử Mã số: 60.52.70 Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào 11 tháng 11 năm 2012 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng - Năm 2012 Footer Page of 126 - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng ngày Header Page of 126 MỞ ĐẦU thuật phân tập ñược sử dụng ñể hạn chế ảnh hưởng fading ña tia, TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI tăng ñộ tin cậy việc truyền tin mà gia tăng công suất Sự bùng nổ nhu cầu thông tin vô tuyến nói chung thông phát hay băng thông Các phương pháp phân tập thường gặp phân tin di ñộng nói riêng năm gần ñây ñã thúc ñẩy phát tập tần số, phân tập thời gian, phân tập không gian (hay phân tập triển công nghệ truyền thông vô tuyến anten) Trong ñó, kỹ thuật phân tập anten ñang ñược quan Trước hết phải kể ñến kỹ thuật OFDM Nhờ có ưu ñiểm tâm ứng dụng vào hệ thống MIMO nhờ khả khai thác hiệu bậc so với hệ thống ñơn sóng mang mà OFDM ñã ñược lựa chọn làm thành phần không gian nâng cao chất lượng dung lượng chuẩn cho nhiều hệ thống thông tin hữu tuyến vô tuyến Các ưu hệ thống, giảm ảnh hưởng fading, ñồng thời tránh ñược hao phí ñiểm hệ thống OFDM kể ñến như: cho phép truyền thông băng thông tần số – yếu tố ñược quan tâm hoàn cảnh tài tin tốc ñộ cao qua kênh fading chọn lọc tần số cách truyền song nguyên tần số ngày khan Trong phân tập anten, người ta song thông tin tốc ñộ thấp kênh băng hẹp (kênh fading thực phân tập anten thu, phân tập anten phát hay kết hợp phẳng băng hẹp), sử dụng hiệu băng thông nhờ sóng mang phân tập anten thu anten phát Do tính chất phức tạp hệ phụ trực giao, loại trừ nhiễu liên kí tự (ISI) nhiễu liên sóng thống thời gian có hạn nên em ñã chọn ñề tài: “Nghiên cứu kỹ mang (ICI) cách chèn thêm vào khoảng thời gian bảo vệ thuật phân tập anten thu nhằm cải thiện chất lượng hệ thống trước symbol giúp ñơn giản hóa cân kênh phía thu, việc MIMO - OFDM” làm ñề tài tốt nghiệp ñiều chế giải ñiều chế ñơn giản nhờ sử dụng thuật toán FFT/IFFT, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Trên sở tìm hiểu kỹ thuật phân tập anten thu, ñề tài … Tuy nhiên ñặc tính kênh truyền vô tuyến di ñộng, tín hiệu tiến hành mô phỏng, phân tích ñánh giá kỹ thuật phân tập anten truyền qua kênh truyền bị phản xạ, nhiễu xạ, khúc xạ, … gây thu khác nhau, ñồng thời ñưa so sánh ưu ñiểm nhược tượng fading ña ñường Điều dẫn ñến tín hiệu phía thu ñiểm kỹ thuật phân tập anten thu Từ ñó, ñưa lựa chọn yếu nhiều so với tín hiệu phía phát, làm giảm ñáng kể chất lượng phù hợp tùy theo yêu cầu thiết kế hệ thống truyền dẫn tín hiệu ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Những nghiên cứu gần ñây cho thấy, kết hợp phương pháp ñiều chế OFDM vào hệ thống MIMO cho phép cải thiện ñáng kể ảnh hưởng fading từ môi trường truyền, cho phép nâng cao chất lượng dung lượng truyền thông hệ thống Kỹ thuật phân tập phương pháp ñược dùng ñể hạn chế ảnh hưởng fading Trong hệ thống thông tin di ñộng, kỹ Footer Page of 126 - Hệ thống MIMO – OFDM - Các lý thuyết phân tập: phân tập thời gian, phân tập tần số, phân tập anten … - Các kỹ thuật phân tập anten thu: phân tập SC, phân tập TC, phân tập EGC, phân tập MRC - Công cụ mô Header Page of 126 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PHÂN TẬP ANTEN - Thu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan ñến ñề tài THU NHẰM CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết mô phương pháp MIMO – OFDM phân tập anten thu - Sử dụng phần mềm Matlab mô kỹ thuật phân tập Chương CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP THU anten - Đưa kết luận từ kết mô so sánh với tính toán lý thuyết Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Băng tần vô tuyến tài nguyên hữu hạn, việc ñưa Chương 1: ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG 1.1 Các ñặc ñiểm kênh truyền vô tuyến di ñộng 1.1.1 Tổn hao ñường truyền suy giảm tín hiệu biện pháp ñể nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên băng tần 1.1.2 Fading vấn ñề ñược nhiều người quan tâm 1.1.3 Hiệu ứng Doppler - Phân tập anten kỹ thuật hiệu việc giảm ảnh 1.1.4 Trải trễ hưởng fading lên tín hiệu, nâng cao ñộ lợi hệ thống, cải thiện 1.2 Kênh truyền fading chọn lọc tần số kênh truyền fading ñáng kể chất lượng tín hiệu thu hệ thống,… Dẫn ñến việc ứng phẳng dụng mô hình phân tập anten vào hệ thống MIMO - OFDM hoàn +∞ R H (∆t , ∆f ) = ∫ R h ( ∆t ,τ ).e − j2πfτ dτ (1.11) −∞ toàn phù hợp Nghiên cứu phương pháp phân tập anten thu hệ Ta dùng công thức ñể phân loại kênh truyền chọn lọc thống MIMO – OFDM Đưa ưu nhược ñiểm kỹ thuật tần số (Fenquency Selective Fading) hay kênh truyền phẳng phân tập Đó sở ñể lựa chọn kỹ thuật phân tập phù hợp cho (Frequency Nonselective Fading), kênh truyền biến ñổi nhanh (Fast hệ thống cụ thể sở dựa vào tỉ lệ lỗi bit BER Fading) hay biến ñổi chậm (Slow Fading) ñộ phức tạp mặt thiết kế hệ thống CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Cấu trúc luận văn gồm chương sau: Chương ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG Chương KỸ THUẬT OFDM VÀ HỆ THỐNG MIMO Footer Page of 126 Nếu ∆t = ta có hàm tương quan ACF phân tán theo tần số, mô tả tương quan khoảng tần số ∆f kênh truyền: +∞ R H (∆f ) = R H (0, ∆f ) = ∫ R h (τ ).e − j2πfτ dτ −∞ (1.12) Header Page of 126 Mọi kênh truyền ñều có khoảng tần số (∆f)C mà ñó tỉ số R H (∆f ) R H (0) xấp xỉ Tức ñáp ứng kênh truyền xem phẳng khoảng (∆f)C thời gian truyền symbol Tsymbol, kênh truyền ñó ñược gọi kênh truyền chọn lọc thời gian (time selective fading channel), hay kênh truyền biến ñổi nhanh (fast fading channel) Môi trường nhà thay ñổi nên xem slow fading, môi trường trời Khoảng tần số (∆f)C gọi Coherence Bandwith thường xuyên thay ñổi nên ñược xem fast fading Trong cell di - Nếu kênh truyền có (∆f)C nhỏ nhiều so với băng thông ñộng, thuê bao MS (Mobile Station) di chuyển liên tục làm tín hiệu ñược truyền, kênh truyền ñó ñược gọi kênh truyền chọn lọc tần số (frequecy selective channel) Tín hiệu truyền qua kênh truyền bị méo nghiêm trọng - Nếu kênh truyền có (∆f)C lớn nhiều so với băng thông tín hiệu ñược truyền, kênh truyền ñó ñược gọi kênh truyền thay ñổi vị trí MS trạm gốc BS (Base Station) theo thời gian, tức ñịa hình thay ñổi liên tục Từ (1.11) ∆f = ta có hàm tương quan ACF phân tán theo thời gian, mô tả tương quan khoảng thời gian ∆t kênh truyền: không chọn lọc tần số (frequency nonselective channel) hay kênh truyền phẳng (flat channel) 1.3 Kênh truyền biến ñổi nhanh kênh truyền biến ñổi chậm Kênh truyền vô tuyến có ñáp ứng tần số không ñổi theo thời gian cấu trúc kênh truyền không ñổi theo thời gian Tuy nhiên kênh truyền ñều biến ñổi theo thời gian, vật thể tạo R H (∆t ) = R H (∆t ,0) = +∞ ∫R h (∆t ,τ )dτ (1.15) −∞ Phổ công suất Doppler ñược ñịnh nghĩa biến ñổi Fourier RH(∆t): +∞ D H (f ) = ∫ R H (∆t ).e − j2πf∆t d∆t 1.16) −∞ nên kênh truyền luôn biến ñổi, có vật thể xuất +∞ ∫D (f ).e + j2πf∆t df (1.17) vật thể cũ ñi, xe cộ thay ñổi vận tốc, nhà cửa, công viên có ⇔ R H (∆t ) = thể ñược xây dựng thêm hay bị phá hủy Mọi kênh truyền ñều có khoảng thời gian (∆t)C ñó Khái niệm kênh truyền chọn lọc thời gian hay không chọn H −∞ lọc thời gian mang tính tương ñối, kênh truyền không thay R H (∆t ) xấp xỉ Tức ñáp ứng kênh truyền ñược xem biến R H (0) ñổi khoảng thời gian truyền kí tự Tsymbol , kênh truyền ñổi không ñáng kể khoảng (∆t)C Khoảng thời gian (∆t)C ñó ñược gọi kênh truyền không chọn lọc thời gian (time ñược gọi Coherence time nonselective fading channel) hay kênh truyền biến ñổi chậm (slow - Nếu kênh truyền có (∆t)C nhỏ nhiều so với chiều dài fading channel), ngược lại kênh truyền biến ñổi khoảng kí tự TSymbol tín hiệu ñược truyền, kênh truyền ñó Footer Page of 126 Header Page of 126 10 ñược gọi kênh truyền chọn lọc thời gian (time selective channel) a Bộ chuyển ñổi nối tiếp - song song song song - nối tiếp hay kênh truyền nhanh (fast channel) b Bộ Mapper Demapper - Nếu kênh truyền có (∆t)C lớn nhiều so với chiều dài c Bộ IFFT FFT kí tự TSymbol tín hiệu ñược truyền, kênh truyền ñó d Bộ Guard Interval Insertion Guard Interval Removal ñược gọi kênh truyền không chọn lọc thời gian (time nonselective e Bộ biến ñổi D/A A/D channel) hay kênh truyền chậm (slow channel) 2.3 Hệ thống MIMO 1.4 Biểu diễn kênh truyền có fading 2.3.1 Khái niệm hệ thống MIMO 1.5 Biểu diễn tín hiệu OFDM qua kênh truyền 2.3.2 Kỹ thuật phân tập 1.5.1 Biểu diễn tín hiệu phát OFDM 2.3.3 Mô hình hệ thống MIMO 1.5.2 Biểu diễn tín hiệu thu OFDM 2.3.4 Dung lượng hệ thống MIMO 1.6 Kết luận chương 2.4 Kết luận chương Chương 2: KỸ THUẬT OFDM VÀ HỆ THỐNG MIMO 2.1 Kỹ thuật OFDM 2.1.1 Sự phát triển kỹ thuật OFDM Chương 3: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PHÂN TẬP ANTEN THU NHẰM CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG MIMO - OFDM a Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số - FDM 3.1 Giới thiệu chương b Truyền dẫn ña sóng mang MC 3.2 Các kỹ thuật phân tập c Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM 2.1.2 Ưu ñiểm nhược ñiểm OFDM Có nhiều cách ñể ñạt ñược phân tập Phân tập thời gian thu ñược qua mã hoá (coding) xen kênh (interleaving), phân a Ưu ñiểm tập tần số thu ñược ñặc tính kênh truyền chọn lọc b Nhược ñiểm tần số, phân tập không gian sử dụng nhiều anten phát thu ñặt 2.2 Nguyên lý kỹ thuật OFDM cách với khoảng cách ñủ lớn 2.2.1 Cơ sở toán học OFDM 3.2.1 Phân tập thời gian 2.2.2 Biểu diễn tín hiệu OFDM Kỹ thuật phân tập thời gian kỹ thuật sử dụng ñối với kênh 2.2.3 Mô hình hệ thống OFDM truyền biến ñổi theo thời gian, ñiều thường xảy ñối trường Footer Page of 126 Header Page of 126 11 12 hợp máy thu hay máy phát ñang chuyển ñộng tương ñối với Trong phân tập anten thu, nhiều anten ñược sử dụng nơi Lúc tín hiệu mang loại thông tin ñược phát nhiều thu ñể nhận phiên tín hiệu phát cách ñộc lập Các thời ñiểm khác ñể ảnh hưởng fading lên tín hiệu phiên tín hiệu thu ñược kết hợp cách hoàn hảo ñể tăng ñộc lập với mặt thời gian SNR tín hiệu thu làm giảm bớt ảnh hưởng hiệu ứng fading Phân tập theo thời gian thu ñược qua mã hóa xen ña ñường kênh 3.3 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp 3.2.2 Phân tập tần số 3.3.1 Mô hình hệ thống Trong phân tập tần số, người ta sử dụng thành phần tần số khác ñể phát thông tin Các tần số cần ñược phân chia ñể ñảm bảo tín hiệu truyền bị ảnh hưởng fading cách ñộc lập Khoảng cách tần số phải lớn vài lần băng thông quán ñể ñảm bảo fading tần số khác không tương quan với 3.2.3 Phân tập không gian Phân tập không gian ñược sử dụng phổ biến truyền thông vô tuyến Phân tập không gian gọi phân tập anten mà hệ thống MIMO kỹ thuật ñược quan tâm nhiều Kỹ thuật phân tập sử dụng nhiều anten ñược xếp không gian phía phát phía thu ñể phát thu tín hiệu Hình 3.3 Bộ kết hợp tuyến tính gồm M anten thu Trong phân tập không gian, phiên tín hiệu phát Trong kỹ thuật phân tập thu, ñường truyền fading ñộc lập ñược truyền ñến nơi thu tạo nên dư thừa miền không gian anten thu ñược liên kết với ñể ñạt tín hiệu thu thông qua Không giống phân tập thời gian tần số, phân tập không gian giải ñiều chế tiêu chuẩn nhằm làm giảm ảnh hưởng tượng không làm giảm hiệu suất băng thông hệ thống Đây ñặc tính fading Việc kết hợp tín hiệu thu ñược thực nhiều quan trọng hệ thống truyền thông không dây tốc ñộ cao cách khác với ñộ phức tạp hiệu hệ thống tương ứng tương lai khác Tín hiệu thu ñược sau phân tập bao gồm kết Footer Page of 126 Header Page of 126 13 14 hợp hợp lý phiên tín hiệu khác chịu ảnh hưởng ảnh hưởng hiệu ứng fading lên ñường phụ thuộc fading nghiêm trọng so với phiên riêng lẻ vào kỹ thuật phân tập thu kết hợp Hầu hết kỹ thuật kết hợp ñều tuyến tính: ñầu tổng hợp trọng số kênh truyền với fading khác Nếu nhân có thành phần αi ≠ 0, ñầu Đặt Ag ñộ lợi mảng, giá trị ñộ lợi ñược ñịnh nghĩa gia tăng SNR kết hợp trung bình nhánh kết hợp có ñường tín hiệu, có nhiều thành nhau, ñường có giá trị trọng số khác Việc kết hợp nhánh Pha θi nhánh thứ i ñược loại bỏ thông qua việc SNR trung bình : Ag = phần αi ≠ 0, kết hợp tổng hợp ñường tín hiệu lại với tín hiệu từ nhiều nhánh khác yêu cầu phải có ñồng pha γ γΣ γΣ γ Hiệu suất việc phân tập không gian hay phân tập khác ñều phụ thuộc vào hai yếu tố là: Ps (xác suất lỗi trung bình) Pout nhân tín hiệu nhánh thứ i với trọng số α i = e − jθ ñể nhận ñược (xác suất hệ thống không hoạt ñộng) Ps Pout ñược ñịnh nghĩa giá trị thực Để phát tín hiệu ñồng pha người ta dùng sau: i dò liên kết cho θi nhánh Nếu ñồng pha tín hiệu cộng dồn kết hợp, kết làm ñầu ảnh hưởng fading việc tăng cường giảm bớt tín hiệu tất nhánh - Xác suất lỗi trung bình hệ thống: ∞ Ps = ∫ Ps p γ Σ (γ )dγ (3.2) Trong ñó: Ps (γ ) xác suất lỗi ký tự việc giải ñiều chế Mục ñích việc phân tập thu kết hợp tín hiệu thu chịu ảnh hưởng kênh fading ñộc lập làm giảm tác ñộng fading lên tín hiệu tổng hợp thu ñược Tín hiệu thu kết hợp gần ñúng với tín hiệu phát ban ñầu cách nhân giá trị biên ñộ phức ngẫu nhiên α Σ = ∑ a i ri Giá trị biên ñộ phức ngẫu nhiên kết i giá trị SNR γ Σ ñầu kết hợp Giá trị γ Σ hàm phụ thuộc vào số lượng ñường truyền phân tập, phụ thuộc vào Footer Page of 126 tín hiệu s(t) kênh AWGN với SNR ngõ γΣ - Xác suất hệ thống không hoạt ñộng SNR ñạt ñược thu nhỏ mức ngưỡng yêu cầu là: γ0 Pout = p(γ Σ ≤ γ ) = ∫ pγ Σ (γ )dγ Với γ giá trị SNR ngưỡng (3.3) Header Page of 126 15 16 Việc phân phối γ Σ làm giảm Pout Ps kỹ thuật phân Trong phương pháp phân tập SC, tín hiệu ngõ kết tập kết hợp giúp tăng hiệu hệ thống, ñược gọi ñộ lợi phân hợp có SNR giá trị cực ñại SNR tất nhánh Vì tập thời ñiểm có tín hiệu nhánh ñược ñưa vào xử lý nên kỹ thuật không yêu cầu ñồng pha nhánh 3.3.2 Kỹ thuật phân tập thu lựa chọn kết hợp SC 3.3.2.2 Hiệu suất hệ thống SC 3.3.2.1 Nguyên lý kỹ thuật thu SC Tỉ số SNR thu ñược thu ñược viết: jθ1 j θ h1h= r a.e =1 e γΣ = jθ2 j θ hh22 == ar22 e e Đo SNR A2Eb = max{γ , γ , , γ M } N0 (3.9) Giá trị trung bình SNR ñầu kết hợp thu ñược với M nhánh kênh fading Rayleigh là: j θ M hhMM ==raMM.e.ejθM Đo SNR Giải ñiều chế Đo SNR ∞ ∞ γ0 γ0 − − γM γ Σ = ∫ γpγ (γ )dγ = ∫ [1 − e γ ]M −1 e γ dγ = γ 0 Σ M i =1 i =γ∑ Hình 3.4 Kỹ thuật phân tập thu SC 3.3.3 Kỹ thuật phân tập thu TC Kỹ thuật phân tập thu SC hoạt ñộng nguyên tắc lựa chọn 3.3.3.1 Nguyên lý kỹ thuật thu TC tín hiệu có tỉ số tín hiệu nhiễu SNR tốt số tất Nguyên lý kỹ thuật phân tập thu TC gần giống với kỹ tín hiệu nhận ñược từ nhánh khác ñưa vào xử lý Điều thuật phân tập thu SC thay ñặt theo dõi SNR tương ñương với việc chọn nhánh có giá trị r + N i cao nhánh ta cần dùng so sánh, thực quét tất công suất nhiễu Ni giống cho tất nhánh Tại thời ñiểm nhánh theo thứ tự, mức SNR ñầu tiên nhánh ñược so có nhánh ñược sử dụng nên phương pháp SC yêu cầu máy sánh với mức SNR ngưỡng γ T , SNR nhánh lớn mức thu ñược chuyển ñến vị trí anten tích cực (anten có tín hiệu ñược lựa γ T tín hiệu nhánh ñó ñược chọn ñưa vào xử lý Còn chọn) Tuy nhên, kỹ thuật ñòi hỏi nhánh máy thu mức SNR nhánh nhỏ mức γ T bỏ qua Vì kỹ thuật i phải có theo dõi SNR ñồng thời liên tục Footer Page of 126 Header Page of 126 17 18 cần nhánh ñược ñưa vào xử lý nên không cần ñến từ tất nhánh ñể ñưa vào xử lý Mỗi tín hiệu nhánh có ñồng pha tín hiệu thu trọng số αi ≠ tương ứng với SNR nó, ñồng thời tín hiệu nhánh phải pha với α i = a i e − jθi với θ i pha h1 = r1.ejθ1 nhánh thứ i h2 = r2.ejθ2 hM = rM.e jθM Bộ so sánh SNR với ngưỡng γT Bộ giải ñiều chế Hình 3.7 Kỹ thuật phân tập thu Threshold Combining Chú ý nhánh ñược lựa chọn cho ñến SNR nhánh ñó thấp giá trị SNR mức ngưỡng mà không cần quân tâm ñến trường hợp thời ñiểm ñó có nhánh khác có SNR tốt 3.3.3.2 Hiệu suất hệ thống TC Vì kỹ thuật phụ thuộc vào mức ngưỡng ñặt Hình 3.9 Kỹ thuật phân tập thu Maximal Ratio Combining SNR ñầu kết hợp trường hợp công suất nhiễu nhánh là: M so sánh nên phương pháp có ñộ lợi phân tập thấp 3.3.4 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp tỉ lệ cực ñại MRC 3.3.4.1 Nguyên lý kỹ thuật MRC γΣ = r2 = N tot N MRC khác với kỹ thuật SC TC, kỹ thuật sử dụng tín hiệu thu Footer Page of 126 i =1 M ∑a i =1 Đối với kỹ thuật phân tập SC TC, tín hiệu ngõ kết hợp tín hiệu nhánh riêng biệt ñó Kỹ thuật (∑ ri ) (3.19) i Mục ñích phải chọn ñược giá trị αi cho γ Σ ñạt giá trị lớn Header Page 10 of 126 19 20 Nếu ta thực tối ưu trọng số αi kết γ Σ ñạt ñược giá trị lớn Vì tỉ lệ thuận với tỉ số SNR nhánh a i2 = ri2 , sử dụng ñịnh lý Cauchy-Schwarz ta thu gọn biểu N0 Anten Anten e-jθ e-jθ e-jθ M thức thành: M γΣ = ∑ i =1 ri2 M =∑ γ i N i=1 (3.20) Anten M Vậy SNR ngõ kết hợp tổng SNR nhánh thành phần SNR tín hiệu thu ñược tăng tuyến tính theo số nhánh phân tập M Đồng pha 3.3.4.2 Hiệu suất hệ thống MRC Hình 3.12 Kỹ thuật phân tập thu Equal Gain Combining 3.3.5 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp cân ñộ lợi EGC 3.3.5.1 Nguyên lý kỹ thuật EGC Trong kỹ thuật thu MRC yêu cầu phải biết biến ñổi SNR nhánh theo thời gian, nhiên thông số khó ñể ño ñược Vì ñể ñơn giản hóa kỹ thuật MRC người ta dùng kỹ thuật phân tập thu EGC Về chất, kỹ thuật EGC giống với MRC, ñều sử dụng tất tín hiệu thu ñược nhánh ñể ñưa vào xử lý, nhiên trọng số α i = a i e − jθi phương pháp MRC ñược thay trọng số α i = e phương pháp EGC − jθ i Tỉ số SNR ñầu với ñiều kiện công suất nhiễu nhánh ñược xác ñịnh sau: M  γΣ =  ∑ ri  N M  i=1  3.3.5.2 Hiệu suất hệ thống EGC 3.4 Kết luận chương Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT (ai = 1) tất nhánh PHÂN TẬP THU 4.1 Giới thiệu chương 4.2 Lưu ñồ thuật toán chương trình 4.2.1 Lưu ñồ thuật toán thực toàn hệ thống 4.2.2 Lưu ñồ thuật toán phương pháp phân tập thu SC Footer Page 10 of 126 (3.24) Header Page 11 of 126 21 22 a Lưu ñồ thuật toán Biểu ñồ 4.2 Kết mô phương pháp phân tập b Kết thu ñược từ phương pháp phân tập thu SC: thu SC với số lượng anten thu thay ñổi từ ÷ 10 Biểu ñồ 4.1 Kết mô phương pháp phân tập 4.2.3 Lưu ñồ thuật toán phương pháp phân tập thu TC a Lưu ñồ thuật toán thu SC trường hợp không phân tập phân tập với anten thu b Kết thu ñược từ phương pháp phân tập thu TC -1 10 No Diversity SC Nrx=2 thu TC với số lượng ÷ anten thu -2 10 B it error rate (B E R ) Biểu ñồ 4.4 Kết mô phương pháp phân tập -1 10 No Diversity TC Nrx=2 -3 10 -4 B it e rro r te (B E R ) 10 -5 10 10 12 SNR (dB) 14 16 18 20 -2 10 -3 10 Biểu ñồ 4.2 Kết mô phương pháp phân tập thu SC với số lượng anten thu thay ñổi từ ÷ -4 10 -1 10 No Diversity SC Nrx=2 SC Nrx=3 SC Nrx=4 SC Nrx=5 SC Nrx=6 -2 Bit error rate (BER) 10 -3 10 -4 10 12 SNR (dB) 14 16 18 20 Biểu ñồ 4.5 Kết mô phương pháp phân tập thu TC với số lượng ÷ anten thu Biểu ñồ 4.6 Kết mô phương pháp phân tập 10 -5 thu TC với số lượng ÷ 10 anten thu 10 4.2.4 Lưu ñồ thuật toán phương pháp phân tập thu MRC -6 10 a Lưu ñồ thuật toán -7 10 0 Footer Page 11 of 126 10 12 SNR (dB) 14 16 18 20 b Kết thu ñược từ phương pháp phân tập thu MRC Header Page 12 of 126 23 24 Biểu ñồ 4.7 Kết mô phương pháp phân tập thu MRC với số lượng từ ÷ anten thu Biểu ñồ 4.10 Kết mô phương pháp phân tập thu EGC với số lượng ÷ anten thu -1 -1 10 10 No Diversity EGC Nrx=2 No Diversity MRC Nrx=2 -2 10 -2 B it error rate (B E R) B it e rro r te (B E R ) 10 -3 10 -3 10 -4 10 -4 10 -5 10 -5 10 10 12 SNR (dB) 14 16 18 20 Biểu ñồ 4.11 Kết mô phương pháp phân tập -6 10 0 10 12 SNR (dB) 14 16 18 20 Biểu ñồ 4.8 Kết mô phương pháp phân tập thu MRC với số lượng từ ÷ anten thu Biểu ñồ 4.9 Kết mô phương pháp phân tập thu MRC với số lượng từ ÷ 10 anten thu 4.2.5 Lưu ñồ thuật toán phương pháp phân tập thu EGC thu EGC với số lượng ÷ anten thu 4.3 Kết ñánh giá tổng hợp kỹ thuật phân tập thu Ta mô tỉ lệ BER theo kỹ thuật phân tập khác số anten thu N_Rx thay ñổi Biểu ñồ 4.13 Độ cải thiện tỉ lệ lỗi bit BER ñối với kỹ thuật phân tập thu khác số anten thu N_Rx = a Lưu ñồ thuật toán -1 10 b Kết thu ñược từ phương pháp phân tập thu EGC -2 Bit error rate (BER) 10 -3 10 -4 10 -5 10 MRC Bloc-fading SC Block-fading EGC Block-fading TC Block-fading -6 10 -7 10 Footer Page 12 of 126 10 SNR (dB) 12 14 16 18 20 Header Page 13 of 126 25 26 Biểu ñồ 4.14 Độ cải thiện tỉ lệ lỗi bit BER ñối với kỹ phức tạp mặt thiết kế hệ thống khả xử lý tín hiệu hệ thống tăng thuật phân tập thu khác số anten thu N_Rx = Luận văn ñã ñưa kết mô ñể so sánh kỹ thuật phân tập anten thu khác chúng sử dụng số anten -1 10 thu Qua kết mô ta thấy phương pháp phân tập SC EGC -2 Bit error rate (BER) 10 có ñộ cải thiện BER tương ñối tốt hệ thống tương ñối ñơn giản -3 10 mặt thiết kế Phương pháp MRC có ñộ cải thiện BER cao -4 10 ñộ phức tạp hệ thống cao Còn phương pháp -5 10 phân tập TC hệ thống thiết kế ñơn giản BER cao MRC Bloc-fading SC Block-fading EGC Block-fading TC Block-fading -6 10 ñáp ứng ñược yêu cầu mặt ñảm bảo chất lượng hệ -7 10 10 SNR (dB) 12 14 16 18 20 thống Hướng phát triển ñề tài 4.4 Kết luận chương Luận văn chưa mô ñược kỹ thuật phân tập anten thu kênh truyền fading biến ñổi nhanh, nghĩa chưa mô KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Luận văn ñã ñưa ñược ưu ñiểm nhược ñiểm kỹ thuật phân tập ñi sâu nghiên cứu kỹ thuật phân tập anten thu kênh truyền fading phẳng Luận văn tập trung nghiên cứu mô kỹ thuật phân tập anten thu nêu ñược ưu ñiểm nhược ñiểm kỹ thuật phân tập anten thu Đồng thời ñưa kiến nghị số lượng anten cần phải ñược sử dụng hệ thống ñể ñạt yêu cầu mà hệ thống phải ñáp ứng biết số lượng anten tăng lên nhiều tỉ lệ lỗi bit BER ñược cải thiện không ñáng kể bù vào ñó ñộ Footer Page 13 of 126 ñược ñầy ñủ thông số kênh truyền thực tế tác ñộng lên hệ thống, chưa xét ñược ảnh hưởng thông số anten lên hệ thống, chưa xét ñến ảnh hưởng phương thức ñiều chế, kích thước phép biến ñổi FFT… Trên sở ñã tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật phân tập anten, hướng phát triển ñề tài ñược ñề xuất sau: - Nghiên cứu kỹ thuật phân tập anten thu kênh truyền fading biến ñổi nhanh (fast fading) - Nghiên cứu kỹ thuật phân tập anten thu kết hợp với kỹ thuật phân tập anten phát kênh truyền fading biến ñổi nhanh  ... 2.1.1 Sự phát triển kỹ thu t OFDM Chương 3: NGHIÊN CỨU KỸ THU T PHÂN TẬP ANTEN THU NHẰM CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG MIMO - OFDM a Kỹ thu t ghép kênh phân chia theo tần số - FDM 3.1 Giới thiệu... ñiểm kỹ thu t phân tập ñi sâu nghiên cứu kỹ thu t phân tập anten thu kênh truyền fading phẳng Luận văn tập trung nghiên cứu mô kỹ thu t phân tập anten thu nêu ñược ưu ñiểm nhược ñiểm kỹ thu t phân. .. OFDM - Các lý thuyết phân tập: phân tập thời gian, phân tập tần số, phân tập anten … - Các kỹ thu t phân tập anten thu: phân tập SC, phân tập TC, phân tập EGC, phân tập MRC - Công cụ mô Header