Quá trình xử lý không gian và thời gian trong hệ thống cdma

PHạm minh Hà Ngành : kỹ thuật điện tử M∙ số: 50 62 70 Nguyễn Thị diệu Hồng Quá trình xử lý không gian và thời gian trong hệ thống CDMA Luận văn thạc sĩ khoa họcBộ giáo dục đμo tạo Tran

Nguyễn Thị Diệu hồng Bộ Giáo dục v đo tạo Trờng đại học bách khoA h nội - Luận văn Thạc sĩ khoa học Kỹ thuật điện tử Ngành : kỹ thuật điện tử Quá trình xử lý không gian v thời gian hƯ thèng CDMA Ngun ThÞ DiƯu Hång 2004 - 2006 Hµ Néi 2006 Hµ Néi -2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131624911000000 Bé gi¸o dục đo tạo Trờng đại học bách khoa h nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Quá trình xử lý không gian thời gian hệ thống CDMA Ngành : kỹ thuật điện tử M số: 50 62 70 Ngun ThÞ diƯu Hång Ng−êi h−íng dÉn khoa học : PGS-TS PHạm minh Hà Hà nội 2006 Lời nói đầu Với nhiều anten, tín hiệu thu phát đợc phân tách không trình xử lý thời gian mà trình xử lý không gian Chúng ta gọi chung trình xử lý thời gian trình xử lý không gian trình xử lý không gian - thời gian STP STP cách để cải thiện toàn tính kinh tế hiệu hệ thống thông tin tế bào số thông qua khai thác việc sử dụng phân tập anten Các cải thiện ảnh hởng đáng kể đến toàn đặc tính mạng vô tuyến STP thu cải thiện tỷ số tín hiệu nhiễu thông qua việc giảm thiểu nhiễu đồng kênh, giảm fađing thông qua việc cải thiện phân tập đầu thu, cung cấp tỷ số S/N cao cách khuyếch đại mảng giảm nhiễu ký tự sử dụng cân không gian Cũng nh vậy, STP phát giảm việc phát nhiễu liền kênh, cải thiện việc phân tập phát số trờng hợp tối thiểu hoá việc phát nhiễu ký tự Ngoài ra, việc sử dụng mà không gianthời gian tăng khả truyền dẫn kênh vô tuyến vốn bị giới hạn tài nguyên băng tần Trong thông tin vô tuyến, tín hiệu thờng bị phụ thuộc vào nhiễu liền ký tự nh ngời sử dụng với Trong luận văn đề cập đến cân hồi tiếp định không gian-thời gian ớc tính kênh không gian thời gian liên quan đến kênh không gian thời gian với mô hình nhiều đầu vào nhiều đầu MIMO Gắn liền với mô hình MIMO mà không gian-thời gian nhằm cải thiện đặc tính hệ thống (cả khả truyền dẫn phân tập) đợc trình bày Nh thành phần STP xẩy lần lợt từ phía phát, kênh truyền cuối phía thu đợc đề cập đến luận văn Để đánh giá tìm hiểu cấu trúc hiệu hệ thống sử dụng STP với mô hình MIMO, mô hình mô với thuật toán trình STP giới hạn việc ớc tính kênh lí tởng đợc thực Thông qua mô phỏng, so sánh i kết mô kết thực nghiệm đợc thực từ rút đợc kết luận cho việc thực hóa hệ thống với giới hạn tối u độ phức tạp (giá thành) chất lợng (tốc độ BER) Với nội dung nh đà đề cập luận văn chia làm chơng: Chơng I: Xử lý không gian thời gian thông tin vô tuyến trình bày khái quát chung khái niệm STP trình cụ thể xẩy hai đầu thu phát kênh vô tuyến Chơng II: STP hệ thống 4G trình bày sơ lợc lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động khẳng định xu hớng phát triển c¸c hƯ thèng víi viƯc sư dơng STP TiÕp sau ®ã viƯc ¸p dơng STP hƯ thèng thÕ hƯ thứ 4G (tiên tiến đợc biết thời điểm này) đợc đề cập Chơng III : Mô hệ thống trình bày mô hình tham số kết đánh giá Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo khoa ĐTVTĐHBKHN đà hết lòng giảng dạy trang bị kiến thức cho tác giả năm vừa qua, đặc biệt PGS-TS Phạm Minh Hà đà tận tình bảo, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Do thời gian trình độ thân hạn chế nên chắn không tránh khỏi thiếu xót luận văn, mong đóng góp ý kiến thầy giáo bạn ii Mục lục Lời nói đầu i Môc lôc iii Danh mơc h×nh vÏ v Danh mơc b¶ng biĨu vii Danh sách Từ viết tắt viii Danh môc kÝ tù xii Ch−¬ng 1: Tỉng quan vỊ Xư lý không gian thời gian 1.1 Định nghĩa phân loại trình xử lý không gian thời gian (STP) 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Phân loại theo kiến trúc 1.1.3 Phân loại theo thuËt to¸n 1.2 Ước tính kênh .12 1.3 C©n b»ng 16 1.3.1 Căn trình cân .16 1.3.2 Phân loại kỹ thuật cân 17 1.4 Xư lý m¶ng 19 1.4.1 Giíi thiƯu chung 19 1.4.2 Läc h−íng 20 1.5 M· kh«ng gian vµ thêi gian STC 24 1.5.1 Nguyªn lý cđa STC .26 1.5.2 Tiªu chuẩn đặc tính STC 27 1.5.3 HƯ thèng sư dơng STC 28 1.5.4 Giảm độ phức tạp mà hoá STC .31 1.6 HÖ thèng MIMO 37 1.6.1 Khả hệ thống MIMO 37 iii 1.6.2 Kªnh MIMO 39 Ch−¬ng 2: STP hƯ thèng 4g 42 2.1 Con đờng phát triển hệ thống thông tin di động 42 2.1.1 HƯ thèng tr−íc 4G 43 2.1.2 HÖ thèng 4G 51 2.2 Xö lý không gian thời gian hệ thống 4G 52 2.2.1 Mạng 4G môi trờng vô tuyến hỗn hợp .52 2.2.2 Lớp vật lý đa truy nhập 56 2.2.3 Đặc tÝnh kªnh cho hƯ thèng 4G 60 Chơng 3: Mô hệ thống .70 3.1 Môc tiêu giới hạn 70 3.1.1 Mơc tiªu 70 3.1.2 Giíi h¹n 70 3.2 Mô hình mô pháng 72 3.2.1 Bộ mà hoá giải mà hoá kh«ng gian thêi gian .72 3.2.2 Ghép xen giải ghép xen ký tự 73 3.2.3 Tx MC-CDMA .75 3.2.4 Mô kênh 76 3.2.5 Xư lý m¶ng anten 77 3.2.6 Tham sè cđa hƯ thèng 77 3.3 KÕt đánh giá 78 KÕt luËn 81 Tài liệu tham khảo 82 Phô lôc A: CÊu tróc bé m∙ hãa STCM .85 Phụ lục B: độ phức tạp hệ thống sử dụng STC 86 B.1 Định lý së .86 B.2 Độ phức tạp STC 86 iv Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Phân loại STP Hình 1.2 Phân loại STP theo kiến trúc H×nh 1.3 Cấu trúc đờng truyền với số anten khác phía thu phát Hình 1.4 Phân loại STP theo thuật toán Hình 1.5 Phân loại thuật toán thu TDMA sử dụng STP trờng hợp đơn đa ng−êi dïng Hình 1.6 Các thuật toán thu CDMA sử dụng STP trờng hợp đơn đa ngời dùng 11 H×nh 1.7 Mô hình kênh thông tin vô tuyến vô hớng 13 Hình 1.8 Phân loại bé c©n b»ng .18 Hình 1.9 Mảng cảm biến để xác định đặc tính không gian-thời gian trờng sóng 19 Hình 1.10 Nguyên lý lọc hớng trễ-và-cộng 22 Hình 1.11 Nguyên lý lọc hớng lọc-và-cộng 23 Hình 1.12 Sơ đồ khối tham chiếu cho mà hoá giải mà hoá không gian-thời gian [8] .26 Hình 1.13 Sơ đồ khối hệ thống CDMA phân tập phát sử dụng STC [14] .30 Hình 1.14 (a) Nguyên lý mà không gian-thời gian tầng, (b)Thứ tự truyền mà HLST, (c)Thø tù trun cđa m· DLST [3] 33 Hình 1.15 Cấu trúc tầng mét ma trËn tõ m· LST (a) HLST, (b) DLST, [3] 35 Hình 1.16 Nguyên lý việc kết hợp xử lý mảng STC 37 Hình 1.17 Tái tạo kênh MIMO miền góc 40 Hình 2.1 Sự phát triển lên 4G từ công nghệ WAN .43 v H×nh 2.2 HƯ thèng IMT 2000 .46 Hình 2.3 Môi trờng vô tuyến hỗn hợp mạng 4G .54 Hình 2.4 Kiến trúc đầu cuối hoạt động môi trờng vô tuyến hỗn hợp 55 Hình 2.5 Cấu trúc đầu cuối hoạt động với khái niệm cấu hình lại đợc 56 Hình 2.6 ý tởng OFDM 58 H×nh 2.7 Sơ đồ hệ thống MC CDMA đa sóng mang 59 Hình 2.8 Bản tóm tắt chức kiểu MIMO 64 Hình 3.1 Hệ thống mô đơn giản 71 H×nh 3.2 Hệ thống mô phức tạp 73 H×nh 3.3 Bé ghÐp xen m¶ng 64 Symbol 74 H×nh 3.4 Tx MC-CDMA hƯ thèng mô 75 Hình 3.5 Mô hình kênh hệ thống mô 76 Hình 3.6 Hiệu hệ thống ăngten 79 Hình 3.7 Hiệu hệ thống ăngten với nhiều ngời dùng .80 Hình A.1 Lợc đồ chùm lới 2-STCM [16] 85 Hình A.2 Bộ mà hoá 2-STCM 85 vi Danh mơc b¶ng biĨu B¶ng 2.1 Tỉng hợp điều kiện đo đạc môi trờng rộng .60 Bảng2.2 Cấu hình hệ thống cho đo đạc di động môi trờng thành phố 64 Bảng 2.3 Các dạng suy hao đờng truyền cho môi trờng thành phố 65 Bảng 2.4 Các dạng suy hao đờng truyền cho môi trờng ngoại ô nông thôn 66 Bảng 3.1 Những tham số chơng trình mô 77 vii Danh s¸ch Tõ viÕt t¾t AR AutoRegressive Tù néi suy AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng MAC Multiple-Access Channel Kênh đa truy nhập BC Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit CC Constituent Code Mà thành phần CDI Channel Distribution Information Thông tin phân bố kênh CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích luỹ CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mà CDTD Code Division Transmit Diversity Phân tập phát phân chia theo mà CRE Composite Radio Environment Môi trờng vô tuyến hỗn hợp CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh DFE Decision Feedback Equalizer Bộ cân hồi tiếp định viii