(Đồ Án Tốt Nghiệp) Tìm Hiểu Về Kỹ Thuật Mimo – Ofdm Trong Hệ Thống Thông Tin Di Động.pdf

Tìm hi�u v� k� thu�t MIMO � OFDM trong h� th�ng thông tin di đ�ng Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động SVTH Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp CCVT05A i LỜI CẢM ƠN Trong thời gia[.]

Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập trường quan tâm giúp đỡ tận tình thầy trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông Tin hữu nghị Việt – Hàn; đặc biệt thầy cô khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng, em hồn thành khố học Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy trường nói chung thầy khoa Cơng Nghệ Thơng Tin Ứng Dụng nói riêng tận tình bảo, dạy dỗ em suốt trình học tập trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Nguyễn Thị Huyền Trang tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Trong trình tìm hiểu hoàn thành đồ án tốt nghiệp kiến thức em cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để đồ án hoàn thiện Cuối em xin kính chúc q thầy giáo sức khỏe dồi thành cơng cơng việc giảng dạy mình; để tiếp tục bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm cho bạn khóa học Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên VÕ THỊ THÁI HỊA TRINH SVTH: Võ Thị Thái Hịa Trinh – Lớp: CCVT05A i Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH v CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.2 MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.3 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO - OFDM 1.3.1 Khái niệm 1.3.2 Kỹ thuật MIMO - OFDM 10 1.3.3 Hiệu kỹ thuật MIMO – OFDM thông tin di động 10 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT OFDM 12 2.1 TỔNG QUAN VỀ OFDM 12 2.2 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 13 2.2.1 Hệ thống đơn sóng mang 13 2.2.2 Hệ thống đa sóng mang 13 2.2.3 Tín hiệu trực giao 14 2.3 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG OFDM 15 SVTH: Võ Thị Thái Hịa Trinh – Lớp: CCVT05A ii Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động 2.4 CÁC KĨ THUẬT CƠ BẢN TRONG OFDM 16 2.4.1 Điều chế/giải điều chế 16 2.4.2 Mã hóa kênh 18 2.4.3 Chuyển đổi Serial/Parallel Parallel/Serial 19 2.4.4 Kỹ thuật IFFT/FFT OFDM 20 2.4.5 Tiền tố lặp CP 22 2.4.6 Ước lượng kênh 24 2.5 SO SÁNH ĐỘ PHỨC TẠP GIỮA KỸ THUẬT OFDM VỚI ĐIỀU CHẾ ĐƠN SÓNG MANG 26 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 27 CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT MIMO 28 3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MIMO 28 3.1.1 Ưu điểm kỹ thuật MIMO 28 3.1.2 Nhược điểm hệ thống MIMO 29 3.2 ĐỘ LỢI TRONG HỆ THỐNG MIMO 29 3.3 CÁC KĨ THUẬT PHÂN TẬP 31 3.3.1 Phân tập thời gian 32 3.3.2 Phân tập không gian 33 3.3.3 Phân tập tần số 34 3.3.4 Các phương pháp kết hợp phân tập 34 3.4 MÃ HĨA KHƠNG GIAN - THỜI GIAN 36 3.4.1 Mã hóa khối không gian thời gian (Space time block Codes) 37 3.4.2 Mã lưới không gian thời gian STTC 39 3.5 Kết luận chương 41 CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT MIMO – OFDM 42 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 42 SVTH: Võ Thị Thái Hịa Trinh – Lớp: CCVT05A iii Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động 4.2 MÔ TẢ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MIMO - OFDM 43 4.2.1 MIMO-OFDM Tx 44 4.2.2 MIMO_OFDM Rx 44 4.2.3 Cấu trúc khung (frame) hệ thống MIMO-OFDM 45 4.3 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MIMO-OFDM 45 4.3.1 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM 45 4.3.2 Space-Time Block-Coded OFDM 47 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 51 KẾT LUẬN 53 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 SVTH: Võ Thị Thái Hịa Trinh – Lớp: CCVT05A iv Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Lộ trình phát triển từ 1G đến 4G Hình 1.2: Mơ hình tổng quát hệ thống MIMO - OFDM 10 Hình 2.1: Băng thơng sử dụng hiệu OFDM 15 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM 15 Hình 2.3: Chùm tín hiệu M_QAM 17 Hình 2.4: Bộ chuyển đổi S/P 20 Hình 2.5: Bộ chuyển đổi P/S 20 Hình 2.6: Tiền tố lặp (CP) OFDM 22 Hình 2.7: Đáp ứng xung kênh truyền mơi trường truyền đa đường 23 Hình 2.8: Tín hiệu Pilot miền thời gian tần số 25 Hình 2.9: Tín hiệu pilot miền tần số 25 Hình 3.1: Hình ảnh trực quan hệ thống MIMO 28 Hình 3.2: Mơ hình hệ thống MIMO tổng quát 28 Hình 3.3: Kỹ thuật Beamforming 30 Hình 3.4: Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền 30 Hình 3.5: Phân tập khơng gian giúp cải thiện SNR 30 Hình 3.6: Sơ đồ phân tập theo thời gian 32 Hình 3.7: Mơ hình phân tập khơng gian 33 Hình 3.8: Mơ hình tổ hợp kiểu lựa chọn 34 Hình 3.9: Bộ tổ hợp kiểu quét 35 Hình 3.10: Phương pháp kết hợp tỉ số cực đại 36 Hình 3.11: Sơ đồ giải mã hệ thống STBC 38 Hình 3.12: Sơ đồ mã lưới 40 Hình 3.13: Mơ tả sơ đồ mã hóa với k = 1, K = n = 40 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A v Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thơng tin di động Hình 3.14: Lưới mã sơ đồ trạng thái với k = 1, K = n = 40 Hình 4.1: Các chuẩn thơng tin khơng dây IEEE 43 Hình 4.2: Sơ đồ phát thu hệ thống MIMO-OFDM 43 Hình 4.3: Sơ đồ khối phát hệ thống MIMO_OFDM 44 Hình 4.4: Sơ đồ khối thu hệ thống MIMO_OFDM 44 Hình 4.5: Cấu trúc khung liệu MIMO-OFDM 45 Hình 4.6: Mơ hình hệ thống STBC-OFDM 2x2 47 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A vi Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động CÁC TỪ VIẾT TẮT MIMO OFDM SC QAM Multi Input Multi Output Kỹ thuật dùng nhiều anten phát thu Orthogonal Frequency Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo Division Multiplexing tần số trực giao Single Carrier Communication Quadrature Amplitude Modulation Truyền dẫn đơn sóng mang Điều chế biên độ cầu phương PDC Personal Digital Cell Mạng tế bào cá nhân PSK Phase Shift Keying Điều chế di pha ICI Inter Carrier Interference Nhiễu xuyên sóng mang ITU International Telecom Union GSM FDMA Global System For Mobile Communication Frequency Division Multiple Access Liên mạng viễn thông quốc tế Hệ thống thông tin di động toàn cầu Đa truy nhập phân chia theo tần số DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc CSI Channel State Information Bộ nhập điều khiển CDMA AMPS TDMA TACS Code Division Multiple Access Advance Mobile Phone Service Time Division Multiple Access Total Access Communication System SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A Đa truy nhập phân chia theo mã Hệ thống điện thoại tiên tiến Đa truy cập phân chia theo thời gian Hệ thống thơng tin truy nhập tồn vii Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động NMT Nordic Mobile Telephone IS-95 Interim Standard 95 PAPR Peak to Average Power Ratio Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu Tiêu chuẩn thông tin di động Tỉ số cơng suất đỉnh trung bình WCDMA Wideband CDMA Mã băng rộng CDMA FDM Frequency Division Multiple Đa phân chia theo tần số FEC Forward Error Correcing Sửa sai lỗi hướng CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp IFFT AWGN IDFT Inversion Fast Fourier Transform Addition White Gaussian Noise Inversion Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược nhanh Nhiễu Gauss trắng cộng Biến đổi ngược Fourier rời rạc Biến đổi Fourier nhanh FFT Fast Fourier Transform STTC Space Time Trellic Coding Mã hóa lưới khơng gian thời gian SBTC Space Time Block Coding Mã hóa khối khơng gian thời gian ISI Inter Symbol Interference IEEE NGN QPSK RF BPSK Nhiễu xuyên kí tự Institute of Electrical and Hiệp hội kỹ sư điện điện tử Electronics Engineers giới Next Generation Network Quadrature Phase Shift Keying Radio Frequency Binary Phase Shift Keying SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A Mạng hệ sau Điều chế khóa dịch pha cầu phương Tần số cao tần Điều chế khóa dịch pha nhị phân viii Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động ML Maximum Likelihood Khả tối ưu MSB Most significant bit Bit có giá trị cao EGC Gain Combinations Bộ tổ hợp độ lợi Maximum Ratio MRC PSAM Combinations Pilot signal assisted Modulation SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa Điều khiển tín hiệu Pilot hỗ trợ ix Tìm hiểu kỹ thuật MIMO – OFDM hệ thống thông tin di động MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mạng thơng tin di động có ưu điểm mà mạng có dây khơng có như: tính lưu động, nơi có địa hình phức tạp, khơng gian v v Vì người không ngừng nghiên cứu để cải tiến mạng di động ngày, từ mạng 2G lên 2,5G; 3G; 4G; xây dựng mơ hình mạng WIFI (Wireless Fidelity), WIMAX (World Interoperability Microwave Access) Song song với hệ giải pháp đưa như: FDMA, TDMA, CDMA, OFDM, MIMO…Mỗi giải pháp có ưu điểm giải pháp cũ phát triển theo xu hướng sau: nâng cao tốc độ liệu, nâng cao chất lượng tín hiệu, mở rộng băng thơng, tăng chất lượng dịch vụ… Trong OFDM MIMO hai kỹ thuật kết hợp với đưa vào sử dụng OFDM kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, MIMO kỹ thuật sử dụng nhiều anten để truyền nhận liệu OFDM đưa vào ứng dụng thực tế như: truyền hình số, phát số, truyền hình vệ tinh đem lại hiệu đáng kể Bên cạnh đó, MIMO xây dựng dựa chuẩn 802.11g 802.11n Viện Kỹ thuật Điện Điện tử (Institute of Electrical and Electronic Engineers – IEEE), thường dùng chung với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – OFDM) Các nhà cung cấp dịch vụ truyền thơng tiêu chuẩn hóa MIMO để đưa vào sử dụng chuẩn mạng 3G HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) Và với kết hợp hai kỹ thuật MIMO OFDM vào số mô WiMax, VoWifi tiêu chuẩn 802.16, 802.11n đem lại kết cao thực tế Vì thế, em chọn đề tài “Tìm hiểu kỹ thuật MIMO - OFDM hệ thống thông tin di động” để làm đồ án tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu kỹ thuật OFDM hệ thống MIMO để kết hợp kỹ thuật MIMO kỹ thuật OFDM nhằm tăng dung lượng chất lượng cho hệ thống thông tin di động khơng dây SVTH: Võ Thị Thái Hịa Trinh – Lớp: CCVT05A