(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo

(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng kỹ thuật Vector Ofdm vào hệ thống Mimo

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Võ Minh Huân dành nhiều thời gian công sức hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong suốt thời gian làm luận văn thầy giúp đỡ em phương pháp làm việc khoa học, hiệu quả, cách tiếp cận vấn đề giải vấn đề chặt chẽ, kinh nghiệm bổ ích cho q trình học tập công tác em sau Em xin chân thành cảm ơn đến thầy cô giáo Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy giáo tận tình bảo cho em suốt trình học tập nghiên cứu trường Để có kết ngày hơm nay, em biết ơn gia đình động viên khích lệ, tạo điều kiện trình học tập, trình thực luận văn tốt nghiệp Mặc dù em có nhiều cố gắng chắn luận văn nhiều thiếu sót, em mong nhận bảo thầy bạn Hồ Chí Minh, tháng … năm 2014 Học viên thực ĐINH NHỰT KHÁNH iii TÓM TẮT Kỹ thuật OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing) phương pháp mã hóa liệu số nhiều tần số sóng mang OFDM phát triển thành chương trình phổ biến cho truyền thống số băng rộng, cho dù khơng dây hay cáp đồng, dùng ứng dụng truyền hình số, phát sóng truyền thanh, truy cập Internet DSL, mạng không dây truyền thông di động 4G Vector OFDM (V-OFDM) dạng tổng quát OFDM Xiang – Gen Xia đề xuất để chống lại phổ tần khơng có giá trị xem cầu nối quan trọng OFDM SC – FDE (Single carrier frequency domain equalization) khác với OFDM, V – OFDM chuyển đổi từ kênh can nhiễu liên ký tự (ISI) sang kênh khơng can nhiễu ISI bao hàm ma trận kênh thay hệ số kênh việc cân tần số để tăng thứ tự phân tập Xu hướng nghiên cứu nhiều năm trở lại kết hợp mơ hình hệ thống MIMO kỹ thuật điều chế OFDM, cụ thể nghiên cứu phân tích hiệu suất mã hóa khối khơng gian thời gian (STBC) hệ thống MIMO – OFDM cho thấy hiệu suất tuyệt vời chống lại hiệu ứng đa đường fading lựa chọn tần số, nữa, BER độ phức tạp mã hóa giảm Trong luận văn việc kết hợp hệ thống MIMO kỹ thuật điều chế V – OFDM số kết định Trước tiên, cơng cụ tốn học, thực phân tích đánh giá chất lượng hệ thống V – OFDM với tham số độ lợi phân tập, độ lợi mã tham số l Khi thực hệ thống MIMO với kỹ thuật điều chế V – OFDM, luận văn cho thấy chi phí truyền tải liệu hệ thống giảm M lần so với hệ thống OFDM thông thường yếu tố PARP hệ thống cải thiện đáng kể kích thước ma iv trận FFT giảm Luận văn trình bày hạn chế chất lượng V- OFDM thông qua kênh truyền fading chọn lọc tần số để đạt độ lợi phân tập độ lợi mã thông qua kết mô v ABSTRACT Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) is a method of encoding digital data on multiple carrier fequencies OFDM has developed into a popular scheme for wideband digital communications, whether wireless or over copper wires, used in applications such as digital television and audio broadcasting, DSL Internet access, wireless networks, and 4G mobile communications Vector OFDM (V-OFDM), as a generalization of OFDM, first propose by Xia to combat frequency null, serves as an important bridge between OFDM and SC-FDE In contrast to OFDM, V-OFDM is able to convert an intersymbol interference (ISI) channel into an ISI-free vector channel while involving channel matrices instead of channel coefficient in onetap equalization so as to increase the diversity order Research trends in recent years is combined model MIMO system and the OFDM modulation technique, namely analyzing the performance of code space time block (STBC) in MIMO-OFDM system has shown its great performance can combat multipath effects and frequency selective fading, moreover, BER and coding complexity is reduced In this thesis the combination of MIMO system and modulation technique V-OFDM has been some specific results First, using mathematical tools, to analyze and evaluate the quality of the V-OFDM with parameters such as the diversity gain and code gain When implementing MIMO system with modulation technique V-OFDM, the thesis shows the cost of data transmission of system reduced M times compared to conventional OFDM system, as well as PARP element of the system is improved significant due to the size of FFT matrix decrease The thesis presented limited of the quality through frequency selective fading channels to achieve diversity gain and code gain through simulation results vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract vi Mục lục vii Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Những kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Kỹ thuật OFDM 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Nguyên lý kỹ thuật truyền đa sóng mang 2.1.3 Nguyên lý OFDM 2.1.3.1 Tín hiệu OFDM 10 2.1.3.2 Phổ tín hiệu OFDM 11 2.1.3.3 Thực OFDM sử dụng biến đổi DFT/IDFT 13 vii 2.1.3.4 Ảnh hưởng Fading đa đường lên việc thu tín hiệu OFDM 15 2.1.3.5 Thêm CP vào tín hiệu OFDM 19 2.1.4 Ưu nhược điểm kỹ thuật OFDM 23 2.1.4.1 Ưu điểm 23 2.1.4.2 Nhược điểm 24 2.2 Kỹ thuật MIMO 25 2.2.1 Các kỹ thuật phân tập: 25 2.2.1.1 Phân tập thời gian: 25 2.2.1.2 Phân tập tần số: 26 2.2.1.3 Phân tập không gian: 27 2.2.2 Ưu nhược điểm kỹ thuật MIMO 28 2.2.2.1 Ưu điểm kỹ thuật MIMO: 28 2.2.2.2 Khuyết điểm kỹ thuật MIMO: 28 Chƣơng PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG MIMO-Vector OFDM 29 3.1 Hệ thống MIMO-Vector OFDM 29 3.1.1 Hệ thống phát MIMO-Vector OFDM 30 3.1.2 Hệ thống thu MIMO-Vector OFDM 31 3.1.3 Đặc tính tín hiệu vào hệ thống 33 3.2 Các tham số chất lượng hệ thống 35 3.2.1 Xác suất lỗi cặp (PEP) 35 3.2.2 Độ lợi phân tập, độ lợi mã 37 3.2.3 Tham số l 42 3.2.4 Các vấn đề ý: 48 viii 3.2.5 Kết luận 50 3.3 Phân tích so sánh V-OFDM với kỹ thuật OFDM khác 52 3.3.1 So sánh với Coded OFDM 52 3.3.2 So sánh với Constellation-Rotated OFDM 53 3.3.3 So sánh với Precoded OFDM 53 3.3.4 So sánh với Asymmetric OFDM 54 Chƣơng MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG MIMO-VECTOR OFDM 55 4.1 Các tham số mô 55 4.2 Một số lưu đồ thuật tốn chương trình 56 4.2.1 Lưu đồ mô kênh truyền 56 4.2.2 Lưu đồ mô thu phát tín hiệu 56 4.2.3 Lưu đồ mô thuật tốn tính BER 58 4.3 Mô Matlab đánh giá kết 59 4.3.1 Hệ thống MIMO-VOFDM với chiều dài khối vector khác 59 4.3.2 BER hệ thống với chiều dài khối vector thay đổi mức M_QAM 60 4.3.3 Đánh giá hệ thống MIMO-Vector OFDM với kênh truyền fading AWGN.……………………………………………………………………………………… 62 4.3.4 So sánh với hệ thống MIMO-OFDM khác……………………… 63 Chƣơng KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 64 5.1 Những kết đạt luận văn…………………………………………….64 5.2 Hướng phát triển đề tài………………………………………………………….65 5.2.1 Hướng phát triển đề tài……………………………………………………65 ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT (.)T Chuyển vị (.)H Chuyển vị liên hợp (.)* Liên hợp (.)-1 Nghịch đảo Trace(.) Vết Rank(.) Hạng Det(.) Định thức IM Ma trận đơn vị M x M Diag(a1,…am) Ma trận đường chéo với phần tử am đường chéo thứ m 10 Chuẩn vector 11 ℕ 12 ℤ 13 ℚ 14 ℝ 15 ℂ 16 ℂMxN 17 ℤ [j] 18 ℚ(j) Tập số nguyên dương Vành số nguyên Trường số hữu tỷ Trường số thực Trường số phức Trường phức ma trận M x N Vành số nguyên đại số với phần tử p + jq 𝑝, 𝑞 ∈ ℤ Trường nhỏ thuộc tập số phức ℂ, bao gồm ℚ j 19 gcd (𝑎, 𝑏) Ước chung lớn a b 20 M Chiều dài khối vector 21 L Kích thước biến đổi FFT IFFT 22 N Tổng số sóng mang VOFDM, N = M xL 23 P Kích thước CP x 24 G Số đáp ứng xung kênh truyền 25 FL-1 Ma trận IFFT chuẩn hóa L điểm 26 Φ Chịm chiều kích thước 2Ψ (e.g QAM) 27 𝑑 Φ,min Khoảng cách nhỏ điểm Φ 28 Ψ Một tập giới hạn mà vector lỗi el thuộc 29 𝐷 𝑙 Độ lợi phân tập 30 𝐶 𝑙 Độ lợi mã 31 AM Amplitude Modulation 32.AWGN Additive White Gaussian Noise 33.BER Bit Error Rate 34.BPSK Binary Phase Shift Keying 35.BS Base Station 36.CDMA Code Division Multiple Access 37.CP Cyclic Prefix 38.DC Direct Current (0 Hz) 39.DFT Discrete Fourier Transform 40.DPLL Digital Phase Look Loop 41.DS-CDMA Direct Sequence CDMA 42.DSP Digital Signal Processor 43.DVB Digital Video Broadcasting 44.FDM Frequency Division Multiplexing 45.FEC Forward Error Correcting 46.FFT Fast Fourier Transform 47.FIR Finite Impulse Response (digital filter) 48.FM Frequency Modulation 49.FOE Frequency Offset Estimation xi Anten nhận Giải mã MIMO Giải điề u chế V-OFDM Giải điều chế QAM Tính BER hệ thống MIMO-VOFDM Vẽ giản đồ so sánh BER Hình 4.3: Lưu đồ mơ thu tín hiệu 57 4.2.3 Lƣu đồ mơ thuật tốn tính BER Bắt đầu Số lượng bit lỗi = i=1 Lỗi = sai số liệu vào liệu Lỗi > S Đ Số bit lỗi = số bit lỗi + i = i +1 S i