TỔNG QUAN HỆ THỐNG MIMO VÀ KỸ THUẬT OFDM

TỔNG QUAN HỆ THỐNG MIMO VÀ KỸ THUẬT OFDM Hệ thống MIMO • Sử dụng nhiều anten phát và nhiều anten thu. • Phân tập phát /thu nhờ nhiều anten tại đầu phát/thu -> tăng chất lượng HT • Sử dụng beamforming tại phía phát và phía thu -> tăng hiệu suất sử dụng công suất và triệt can nhiễu. • Dung lượng của HT có thể được cải thiện nhờ vào độ lợi ghép kênh bằng cách sử dụng mã không gian_thời gian (V_BLAST) • Khi kênh truyền được biết tại cả phía phát và phía thu, HT có thể cung cấp độ phân tập cực đại và độ lợi ghép kênh cực đại. • Dung lượng của HT trong trường hợp đạt được phân tập cực đại là: C =B.log2(1+NT.NR.SNR) bit/s/Hz • Dung lượng của HT trong trường hợp đạt độ lợi ghép kênh cực đại là: C = min (NT,NR).B.log2(1+SNR) bit/s/Hz Khái niệm • Phân tập: Là kỹ thuật giúp cho phía thu (MS,BTS) cải thiện chất lượng tín hiệu thu bị suy giảm do fading nhờ việc kết hợp tín hiệu thu đa đường đến từ cùng một nguồn phát. • Phân tập được thực hiện tại cả MS hoặc BTS tùy công nghệ.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG Đồ án mơn học: TỔNG QUAN HỆ THỐNG MIMO VÀ KỸ THUẬT OFDM GVHD: Ths Trương Tấn Quang Nhóm TH: Võ Tấn Tài 0920218 Nguyễn Tấn Phát 0920081 Trần Minh Đức 0920026 Lê Hồng Phúc 0920088 Tháng 11/2012 O NỘI DUNG TRÌNH BÀY CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY KỸ THUẬT OFDM HỆ THỐNG MIMO KẾT HỢP KỸ THUẬT OFDM VÀ HT MIMO CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY Hệ thống SISO Chỉ sử dụng anten phát anten thu Thường sử dụng phát truyền hình, HT truyền dẫn vơ tuyến cá nhân wifi, bluetooth Dung lượng HT phụ thuộc vào tỷ số SNR theo công thức Shannon C= B.log2(1+SNR) bit/s/Hz CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY Hệ thống SIMO • Sử dụng anten phát nhiều anten thu -> cải thiện chất lượng HT • Máy thu lựa chọn kết hợp tín hiệu nhằm tối đa tỷ số SNR cách sử dụng giải thuật beamforming MMRC(Maximal Ratio Receive Combining) • Khi máy thu biết thơng tin kênh truyền, dung lượng HT tăng theo hàm logarit số anten thu C =B.log2(1+NR.SNR) bit/s/Hz CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHƠNG DÂY Hệ thống MISO • Sử dụng nhiều anten phát anten thu • Phân tập phát sử dụng mã Alamouti -> cải thiện chất lượng tín hiệu • Sử dụng beamforming -> tăng hiệu suất phát vùng phủ • Khi máy phát biết thơng tin kênh truyền, dung lượng HT tăng theo hàm logarit số anten phát C =B.log2(1+NT.SNR) bit/s/Hz CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY Hệ thống MIMO • Sử dụng nhiều anten phát nhiều anten thu • Phân tập phát /thu nhờ nhiều anten đầu phát/thu -> tăng chất lượng HT • Sử dụng beamforming phía phát phía thu -> tăng hiệu suất sử dụng cơng suất triệt can nhiễu • Dung lượng HT cải thiện nhờ vào độ lợi ghép kênh cách sử dụng mã không gian_thời gian (V_BLAST) • Khi kênh truyền biết phía phát phía thu, HT cung cấp độ phân tập cực đại độ lợi ghép kênh cực đại • Dung lượng HT trường hợp đạt phân tập cực đại là: C =B.log2(1+NT.NR.SNR) bit/s/Hz • Dung lượng HT trường hợp đạt độ lợi ghép kênh cực đại là: C = (NT,NR).B.log2(1+SNR) bit/s/Hz CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY NỘI DUNG TRÌNH BÀY CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN KHÔNG DÂY KỸ THUẬT OFDM HỆ THỐNG MIMO KẾT HỢP KỸ THUẬT OFDM VÀ HT MIMO KỸ THUẬT PHÂN TÁN DỮ LIỆU • Convolutional Interleaver: Xét trường hợp: ghi lưu symbol NỐI TIẾP SONG SONG Do chuỗi thơng tin sau interleaving có băng thơng lớn => chuyển serial sang parallel để có băng thông < coherence bandwidth => không bị fading chọn lọc tần số 25 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CON (MAPPING) Mỗi symbol biểu diễn trục: I (thực) Q (ảo) ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CON (MAPPING) IFFT VÀ FFT IFFT: Chuyển từ miền tần số sang miền thời gian FFT: Chuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số Chuỗi tín hiệu vào X(k) , ≤ k ≤ N-1 Khoảng cách tần số sóng mang là: ∆f Chu kỳ ký tự OFDM là: Ts Tần số sóng mang thứ k fk = f0 + k∆f Tín hiệu phát biểu diễn dạng: 27 KHOẢNG BẢO VỆ • Được chèn symbols OFDM liên tiếp Giúp chống lại can nhiễu ISI Khoảng bảo vệ phải lớn độ dài trải trễ lớn • Giảm hiệu băng thơng • Một phần tín hiệu copy chèn vào phần đầu • Vẫn giữ tính trực giao • Một mẫu OFDM có chiều dài Ts Chuỗi bảo vệ có chiều dài TG • Sau chèn chuỗi bảo vệ chu kỳ tín hiệu Ts + TG 28 BIẾN ĐỔI D/A, A/D s(t) sn Ts Ts rn r (t ) Ts Ts 29 BỘ CÂN BẰNG 30 BỘ CÂN BẰNG Mong muốn ngõ ra là dữ liệu gửi đi ( ) nên: = ∗ℎ ∗ℎ = ( ) ⟺ℎ ∗ℎ = ⟺ =1 ⟺ = ( ) 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 31 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM Ưu điểm • OFDM tăng hiệu suất sử dụng cách cho phép chồng lấp sóng mang • Bằng cách chia kênh thơng 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 khơi phục lại symbol bị tượng lựa chọn tần số kênh 32 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM Ưu điểm: • 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 33 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM Nhược điểm: - 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 34 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM Nhược điểm: 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 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 35 MƠ HÌNH MIMO-OFDM MIMO-OFDM SDM Systems MIMO-OFDM STBC Systems 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình dạy mơn “Thơng 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 37