Đồ án nghiên cứu kỹ thuật tối ưu hóa mạng chuyển tiếp mimo

i HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM THỊ MAI HƯƠNG KHÓA: ĐIỆ̣N TỬ VIỄN THÔNG 13 HỆ̣ ĐÀO TẠ̣O: DÀI HẠ̣N ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆ̣N TỬ VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU KỸ̃ THUẬ̣T TỐI ƯU HÓA MẠNG CHUYỂN TIẾP MIMO NĂM 2014 HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM THỊ MAI HƯƠNG KHÓA: ĐIỆ̣N TỬ VIỄN THÔNG 13 HỆ̣ ĐÀO TẠ̣O: DÀI HẠ̣N ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐIỆ̣N TỬ VIỄN THÔNG MÃ SỐ: NGHIÊN CỨU KỸ̃ THUẬ̣T TỐI ƯU HÓA MẠNGCHUYỂN TIẾP MIMO Cán bộ hướng dẫn: Thượng tá́, TS Nguyễn Trung Tấn iii NĂM … KHOA: VÔ TUYẾN ĐIỆN TƯ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ̣ MÔN THÔNG TIN LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Độ mật: Số: NHIỆM VỤ ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP Họ tên: Lớp: Khóa: Ngành: Kỹ thuậ̣t điện - Điện tử Chuyên ngành: Điện tử viễn thông Tên đề tài: Các số́ liệu ban đầu: …………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Nộ̣i dung thuyết minh: Chương 1: Chương 2: Chương 3: Số́ lượng, nộ̣i dung vẽ sản phẩm cụ thể (nếu có): …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… iv …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Cán bộ̣ hướng dẫn:TS Nguyễn Trung Tấn, Thượng tá, Trung tâm KTVT, Khoa Vô tuyên điên tư, Hoc viên Ky thuật Quân sự Ngày giao: Ngày hoàn thành: Hà Nội, ngày tháng năm Chủ nhiệm môn Cán hướng dẫn Thượng tá, TS Nguyễn Trung Tấn Học viên thực Đã hoàn thành nộ̣p đồ án ngày tháng năm i MỤC LỤC MỤC LỤC…… …………………………………………………………… i DANH MỤ̣C CÁ́C CHỮ VIẾ́T TẮT iii DANH SÁ́CH HÌNH VẼ …….iv DANH MỤ̣C KÝ HIỆ̣U TOÁ́N HỌ̣C vi LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC MIMO… .3 1.1 Truyên thông hơp tac… 1.1.1 Khai quat chung vê truyên thông hơp tac 1.1.3 Ứng dụng của truyền thông hợp tác 1.2 Ky thuật truyên dân MIMO5 1.2.1 Cac ky thuật phân tập thông tin vô tuyên 1.2.2 Một số ky thuật kêt hơp tín hiêu 1.2.3 Cac phương phap truyên dân kênh MIMO 11 1.3 Cac phương phap tach tín hiêu thống MIMO 1.4 Tom tắt chương 14 17 Chương 2: TỐI ƯU MẠNG HỢP TÁC MIMO…………………… …… 18 2.1 Tố́i ưu hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều hai chặng 18 2.1.1 Mơ hình tí́n hiệu 18 2.1.2 Cơng thức tốn 19 2.1.3 Tố́i ưu cho toán 20 2.1.4 Tố́i ưu cho toán 25 2.1.5 Mở rộ̣ng đố́i với kiến trúc không tuyến tí́nh 26 2.1.6 Mở rộ̣ng đố́i với kênh pha-đinh chọn lọc tần số́ 28 2.2 Tố́i ưu hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều đa chặng 29 2.3 Tố́i ưu hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều hai chặngđa chuyển tiếpsong song 31 2.4 Tố́i ưu hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều hai chặng coliên kết Nguồn-Đí́ch 32 2.5 Tố́i ưu hệ thố́ng MIMO hai chiều hai chặng 33 ii Chương 3: KẾT HỢP TỐI ƯU MÁY THU PHÁT TRONG CÁC HỆ THỐNG MIMO CHUYỂN TIẾP KHÔNG TÁI SINH………………………………….36 3.1 Đặt vấn đề 36 3.2 Mơ hình hệ thố́ng đề xuất 3.3 Kết mơ 41 3.3.1 Mơ hình mơ 3.3.2 Phân tí́ch kết 42 3.4 Tom tắt chương 44 iii DANH MỤ̣C CÁ́C CHỮ VIẾ́T TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AF Amplify-and-Forward Khuếch đại chuyển tiếp BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bí́t CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh DF Decode-and-Forward Giải mã chuyển tiếp MIMO Multiple Input-Multiple Output Nhiều đầu vào-nhiều đầu MISO Multiple Input – Single Output Nhiều đầu vào - mộ̣t đầu MRC Maximal Ratio Combiner Kết hợp tỉ lệ tố́i đa MMSE Minimum Mean Square Error MSE Mean Square Error Sai số́ bình phương trung bình QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương SDM Spatial Division Multiplexing SNR Signal to Noise Ratio Sai số́ bình phương trung bình nhỏ Ghép kênh phân chia theo khơng gian Tỉ số́ tí́n hiệu tạp âm iv DANH SÁ́CH HÌNH VẼ Hinh 1.1: Mơ hình mộ̣t hệ thố́ng truyền thông hợp tác đa nút Hinh 1.2: Mô hinh phương phap kêt hơp chon loc Hinh 1.3: Mô hinh phương phap kêt hơp tỷ số cực đai .9 Hinh 1.4: Độ lơi phân tập của cac phương phap kêt hơp phân tập 10 Hinh 1.5: Ba phương phap truyên dân điển hình kênh MIMO 12 Hinh 1.6: Sơ đồ khố́i hệ thố́ng MIMO-SDM 13 Hinh 1.7: Một số bộ tach tín hiêu cho thống MIMO-SDM 14 Hinh 1.8: Sơ đồ bộ̣ tách tí́n hiệu tuyến tí́nh cho hệ thố́ng MIMO-SDM 15 Hinh 2.1: Sơ đồ khố́i mộ̣t hệ thố́ng MIMO tuyến tí́nh mộ̣t chiều hai chặng 18 Hinh 2.2: Sơ đồ khố́i tương đương củ̉a mộ̣t hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều hai chặng khơng có đường trự̣c tiếp 22 Hinh 2.3: BER củ̉a mộ̣t hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều hai chặng với tiêu chuẩn tố́i ưu khác 24 Hinh 2.4: Công suất tiêu thụ Đí́ch sử dụng máy thu tuyến tí́nh DFE .26 Hinh 2.5: Sơ đồ khố́i củ̉a mộ̣t hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều đa chặng 29 Hinh 2.6: Sơ đồ hệ thố́ng MIMO mộ̣t chiều hai chặng đa nút chuyển tiếp 32 Hinh 2.7: Sơ đồ khố́i củ̉a mộ̣t hệ thố́ng MIMO tuyến tí́nh hai chiều hai chặng 34 Hinh 3.1: Mơ hình mộ̣t hệ thố́ng truyền thơng hợp tác MIMO mộ̣t chiều hai chặng, không tái sinh, tuyến tí́nh 37 Hinh 3.2:Phâm chât BER theo SNR2 cố đinh SNR1=20dB tối ưu theo hai tiêu chuân ZF va MMSE của QPSK vơi 42 Hinh 3.3:Phâm chât BER theo SNR2 cố đinh SNR1=20dB tối ưu theo hai tiêu chuân ZF va MMSE của 8-PSK vơi 43 v Hinh 3.4: Phâm chât BER theo SNR1 cố đinh SNR2=20dB tối ưu theo hai tiêu chuân ZF va MMSE của QPSK vơi 43 Hinh 3.5: Phâm chât BER theo SNR1 cố đinh SNR2=20dB tối ưu theo hai tiêu chuân ZF va MMSE của 8-PSK vơi 44 vi DANH MỤ̣C KÝ HIỆ̣U TOÁ́N HỌ̣C Ký hiệu Ý Ý nghĩa Chữ thường, in nghiêng Chữ thường, in nghiêng, đậ̣m Chữ hoa, in nghiêng, đậ̣m Ví dụ Biến số́ Vec-tơ Ma trậ̣n Phép tí́nh kỳ vọng Phép tốn lấy vết củ̉a ma trậ̣n Chuẩn Frobenious củ̉a ma trậ̣n Phep toan đinh nghĩa Ma trận đơn vi bậc Phep toan lây chuyên vi Phep toan lây chuyên vi Hermitian Lô ga rít tự nhiên Ma trận đương cheo kích thươc vơi cac phân tư đương cheo Tập ma trận kích thươc vơi cac gia tri phưc Phân tư thư của ma trận