Bài giảng thông tin vô tuyến nâng cao hệ thống mimo

1 BÀI GIẢNG MÔN HỌC THÔNG TIN VÔ TUYẾN NÂNG CAO NỘI DUNG: KHOA VIỄN QTĐT-SĐH 2 1. Giíi thiÖu 2. M« h×nh kªnh SVD MIMO 2.1 X©y dùng m« h×nh kªnh SVD MIMO 2.2 M« t¶ 3. Dung lîng kªnh SISO-SIMO-MIMO 3.1 Dung lîng kªnh tèi u. 3.2 Dung lîng kªnh cËn tèi u (SubOptimal) 4. Gi¶i thuËt vµ m« pháng 4.1 Gi¶i thuËt m« pháng 4.2 KÕt qu¶ m« pháng 5. KÕt luËn Néi dung 3 Giíi thiÖu 4 MIMO VÀ PHÂN TẬP  Các sơ đồ MIMO được xây dựng trên hai kỹ thuật:  Phân tập không gian thời gian  Ghép kênh không gian 5 MIMO VÀ PHÂN TẬP  Khái niệm phân tập: Phân tập là kỹ thuật truyền dẫn trong đó thông tin được truyền đồng thời trên nhiều đường độc lập để đạt được độ tin cậy truyền dẫn cao.  Các kỹ thuật phân tập: Phân tập thời gian: Bằng cách mã hóa và đan xen, trong đó thông tin được mã hóa và được truyền phân tán trong các khoảng thời gian nhất quán khác nhau sao cho từng phần của từ mã chỉ bị ảnh hưởng của các phađinh độc lập. Phân tập không gian: Dùng nhiều anten phát và/hoặc anten thu được đặt đủ cách xa nhau sao cho đảm bảo tính độc lập giữa các đường truyền dẫn. Ghép kênh không gian: Dùng nhiều anten phát/thu cho phép tăng dung lượng nhờ truyền đồng thời nhiều luồng song song trên các anten khác nhau. 6 Khái niệm MIMO Tùy thuộc vào số lượng anten phát, anten thu, phân cực và các chế độ của anten, các hệ thống thông tin vô tuyến có thể được phân chia thành:  SISO (Single input single output):hệ thống chỉ có một anten phát, một anten thu  SIMO (Single input multi output): Hệ thống có một anten phát và nhiều anten thu  MIMO (multi output multi output): Hệ thống có nhiều anten phát và nhiều anten thu. Sự khác nhau giữa SISO và MIMO được thể hiện trên hình 1. 7 Bit Symbol Symbol Bit Bit Symbol Symbol Bit M M -1 a) b) M và M -1 phải được thiết kế để đảm bảo đạt được hiệu năng tối ưu của đường truyền vô tuyến (tốc độ bit, độ tin cậy) với độ phức tạp cho phép H 1 8 Về cấu trúc có thể phân loại MIMO thành sơ đồ chỉ có một bộ điều chế và sơ đồ có nhiều bộ điều chế như trên hình 2 và 3. Chuyển đổi mức và điều chế Giải điều chế và giải chuyển đổi mức Số liệu Số liệu Kênh H anten phát anten thu t n r n H 2 Phân loại sơ đồ MIMO 9 Chuyển đổi mức và điều chế Giải điều chế và giải chuyển đổi mức Số liệu Số liệu Kênh H anten phát anten thu Chuyển đổi mức và điều chế Giải điều chế và giải chuyển đổi mức S/P P/S S/P: Nối tiếp thành song song P/S: Song song thành nối tiếp t n r n H 3 Phân loại sơ đồ MIMO 10 Sơ đồ ghép kênh không gian BLAST b1 b2 b3 b4 b5b6 b1 b4 b2 b5 b3 b6 Chuyển đổi mức và điều chế b1 b4 b2b5 b3 b6 b1 b2 b3b4 b5 b6 Xử lý tín hiệu số A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 H 5 [...]...S tng quỏt kờnh MIMO h11 1 1 h1n Ngun phỏt iu ch v mó húa r Gii iu ch v gii mó h n1 t nt H 11 nr hn n Ngun thu t r y1 y2 h11 h 21 h12 h 22 ynr h1n r h 2n r h nt 1 h nt 2 x1 x2 h nt nr x nt 1 2 nr y Hx 11 Cỏc hm kờnh MIMO ỏp ng xung kim kờnh SISO L 1 h(t , ) a (t , )e j (2 f c ( t )) ( t , )) ( (t )) 0 ỏp ng xung kim kờnh MIMO h1,1 h2,1 hnt ,1 h1,2 h2,2 hn ,2 t... PT 2 n 1 m 1 2 h12 h11 B kt hp h 21 h 21 x1 x2 h 22 B c tớnh kờnh h12 h 22 B tỏch súng ML n,m x1 x2 2 N0 S Alamouti hai anten phỏt vi M anten thu 23 Mô hình kênh SVD MIMO Mô hình kênh MIMO SVD 24 2.1 Xây dựng mô hình kênh SVD MIMO h1,1 Tx1 R x1 h1,2 X1(k) Y1(k) h1,m x1 (1) x1 (2) x1 (3) x1 (k ) x1 ( N ) m y1 (k ) h1, j (k ).x j (k ) w1 (k ) j 1 X1 ( k ): N symbols h2,1 R x2 Tx2 h2,2 X2(k) h1,m... kênh SVD MIMO 1 1 x V x H V N 1 U.UH = UH.U = I V.VH = VH.V = I N = min(nr,nt) 1 2 N 2 y U U H y Kênh MIMO ~ U H Hx n y x1 (k) x (k) 2 : x N (k) N1 x1 (k) x (k) 2 : x N (k) N1 x X U UDV x n H H U H UDV H x U H n U H UDV H V~ U H n x D~ U n x H y1 (k) y (k) 2 : y N (k) N1 y y1 (k) y (k) 2 : y N (k) N1 y 28 2.2 Mô tả mô hình kênh SVD MIMO Mô... hạn băng thông B, đợc cho bởi P C B log 2 1 N B 0 bits/s Trong đó P là công suất phát trung bình 34 3.1 Dung lợng kênh SISO Khảo sát dung l-ợng kênh SISO theo độ rộng băng B & SNR Dung l-ợng bits/s) 1500 1000 500 0 40 10000 20 8000 6000 0 P/N (dB) 0 4000 -20 2000 0 Độ rộng băng Hz 35 3.1 Dung lợng kênh SISO Dung lợng kênh SISO đợc viết lại C SISO log2 1 SNR , bit/s/Hz Do kênh vô tuyến phađinh... hình kênh SVD MIMO Mô hinh hóa máy thu y(k) U y(k) H * u1,1 * u1,2 : * u1,r u* 2,1 u* 2,2 : u 2,r u * y1 (k) y1 (k) n,1 y (k) y (k) u n,2 2 2 : : : * u n,r rn y n (k) n1 y r (k) r1 U,V are (rotation) unitary matrices satisfies U.U H =U H U=I & V.V H =V H V=I U H is complex conjugate transpose of U matrix 32 Dung lợng kênh Dung lợng kênh SISO-SIMO -MIMO 33 3.1... (k) x (k) 2 : x r (k) r1 x1 (k) x (k) 2 : x m (k) m1 x(k)C r be r independent symbol sequences that we wish to send r xi (k ) vi , j x j ( k ) j 1 29 2.2 Mô tả mô hình kênh SVD MIMO Mô hinh hóa nhiễu và tạp âm I(k) = H I x I (k) h1,1 h 2,1 : h n,1 h1,2 h 2,2 : h n,2 h1,K h 2,K : h n,K nK H I C nK are the complex channel gains from the sources to the receive antennas... I(k)C n is the baseband interference z1 (k) w1 (k) z (k) w (k) 2 2 : : z n (k) n1 w n (k) n1 z(k)C n is the additive noise at the receive antennas 30 2.2 Mô tả mô hình kênh SVD MIMO Mô hinh hóa máy thu y(k) = H.x(k) + I(k) + z(k) w(k) h1,1 h 2,1 = : h n,1 h1,2 h 2,2 : h n,2 h1,m h 2,m : h n,m nm HC nm is the matrix of complex channel gains x1 (k) I1 (k) x... symbols hn ,2 Rx ,Tx Rxn Txm hn ,m Xm(k) xm (1) xm (2) xm (3) xm (k ) xm ( N ) X m ( k ): N symbols hi, j h R x ,Tx n ,m Yn(k) m yn (k ) hn , j (k ).x j (k ) wn (k ) j 1 25 2.1 Xây xựng mô hình kênh SVD MIMO Nguồn phát x1 (k) x (k) 2 : x r (k) r1 x H V S/P x Vx x UH y Hx W x y UHy y x1 (k) x (k) 2 : x m (k) m1 y1 (k) y (k) 2 : y n (k) n1 X Nguồn thu P/S y y1 (k)... , x k , m k m k Với tín hiệu PSK (chùm tín hiệu có năng lượng bằng nhau) xm d2 2 xk 2 Es m, k Chọn x m nếu và chỉ nếu x1 , x m d 2 x1 , x k , m 2 SNR PT | h1, m |2 m 1 2 2 k 2 PT 1,m 2 m 1 2 N0 22 MIMO V PHN TP y1 = h11x1 h 21x 2 1 x1 -x * 2 x2 * x1 Anten phỏt 1 Anten phỏt 2 y 2 =-h x h x 2 * 11 2 * 21 1 y 3 = h12 x1 h 22 x 2 3 y 2 =-h12 x h x 4 * 22 1 * 2 h 21 h11 h 22 h12 Anten thu 1 . 1 BÀI GIẢNG MÔN HỌC THÔNG TIN VÔ TUYẾN NÂNG CAO NỘI DUNG: KHOA VIỄN QTĐT-SĐH 2 1. Giíi thiÖu 2. M« h×nh kªnh SVD MIMO 2.1 X©y dùng m« h×nh kªnh SVD MIMO 2.2 M« t¶ 3. Dung lîng kªnh SISO-SIMO -MIMO 3.1. niệm MIMO Tùy thuộc vào số lượng anten phát, anten thu, phân cực và các chế độ của anten, các hệ thống thông tin vô tuyến có thể được phân chia thành:  SISO (Single input single output) :hệ thống. đó thông tin được truyền đồng thời trên nhiều đường độc lập để đạt được độ tin cậy truyền dẫn cao.  Các kỹ thuật phân tập: Phân tập thời gian: Bằng cách mã hóa và đan xen, trong đó thông tin