HỆ THỐNG MIMO-OFDM
HỆ THỐNG MIMO-OFDM Giáo viên hướng dẫn : Đào Ngọc Chiến OFDM Do các vấn đề về nhiễu (interference) và các vấn đề về đa đường (multi path), một số công nghệ trước đây cũng đã đưa ra giải pháp điều chế sóng mang đơn dùng cho các ứng dụng NLOS (non line of sight) nhưng cũng chưa mang lại hiệu quả cao. Sự ra đời của kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao – OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) : là một bước đột phá trong thị trường truy cập vô tuyến băng rộng. OFDM Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang (FDM) trong thông tin vô tuyến Điều chế đa song mang (ghép kênh phân chia theo tần số FDM): Ưu điểm (so với ĐC đơn mang): +giảm ảnh huởng của nhiễu liên tín hiệu ISI (inter synbol interference) +độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu giảm Nhược điểm : +giảm hiệu quả sử dụng phổ do các kênh phụ được phân cách nhau ở một khoảng nhất định Để tăng hiệu quả sử dụng phổ và kế thừa ưu điểm của điều chế đa sóng mang phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ra đời: • Chia lượng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. • Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý. Khái nệm về sự trực giao của 2 tín hiệu ≠ = ∫ )(*)( tqtp a b ψψ )(tp ψ )(* tq ψ OFDM k , p = q 0 , p q là liên hợp phức của a, b là chu kì của tín hiệu k : const OFDM Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế OFDM : Bộ điều chế OFDM Nguyên tắc : Phổ tín hiệu được dịch vào sóng mang phụ thứ p thông qua phép nhân với hàm phức e với ws = 2 fs = 2 1/Ts : khoảng cách tần số giữa 2 sóng mang Ta có : π π jpwst e jqwst * ( e ) dt = j(p – q)wst e dt 1 j(p – q)ws j(p – q)wst e t = (k+1)Ts t = kTs = 0 , p q Ts, p = q ∫ + Tsk kTs )1( ∫ + Tsk kTs )1( = ≠ Theo định nghĩa, 2 sóng mang phụ p , q trực giao với nhau jpwst Bộ điều chế OFDM ● Băng tần của hệ thống được chia làm Nc kênh con với chỉ số của các kênh con là n : n {1,2,3,…,Nc} ● Đầu vào của bộ điều chế là dòng dữ liệu {a} được chia thành Nc dòng dữ liệu song song thông qua bộ phân chia nối tiếp/song song ● Dòng bit trên mỗi luồng song song {ai,n} lại được điều chế thành mẫu tín hiệu đa mức {dk,n} với : +i: chỉ số khe thời gian tương ứng với Nc bit song song sau khi qua bộ biến đổi nối tiếp/song song +k: chỉ số khe thời gian tương ứng với mẫu tín hiệu phức ∈ Xung cơ bản (basic impulse) • Trong bất kì hệ thống vô tuyến nào, tín hiệu trước khi phát đi đều được nhân với xung cơ bản. • Mục đích : Nếu bề rộng phổ của tín hiệu phát lớn hơn bề rộng kênh truyền cho phép thì tín hiệu phát sẽ gây ra nhiễu xuyên kênh đối với hệ thống khác giới hạn phổ của tín hiệu phát sao cho phù hợp với bề rộng của kênh truyền. • Dạng xung cơ bản thường gặp là xung vuông : Xung cơ sở (basic impulse) S’(t) : xung cơ bản bề rộng bằng bề rông một mẫu tín hiệu OFDM S(t) : xung cơ bản sau khi được chèn chuỗi bảo vệ : bề rộng bằng Ts+TG với TG : độ dài chuỗi bảo vệ Ts : độ dài mẫu tín hiệu OFDM S(t) So -TG S’(t) TS 0 T Bộ điều chế OFDM ●Tín hiệu m’k(t) sau khi được nhân với xung cơ sở và dịch tần được cộng lại qua bộ tổng ●Mẫu tín hiệu OFDM thứ k : m’k(t) = dk,n S’(t - kTs) e ●Tín hiệu OFDM tổng quát là : m’(t) = m’k(t) = dk,n S’(t - kTs) e ∑ ∞ −∞= k ∑ = Nc n 1 ∑ = Nc n 1 ∑ ∞ −∞=k jnwst jnwst [...]... tần số : Hệ thống MIMO • MIMO(Multiple Input Multiple Output ) : hệ thống với nhiều anten phát và nhiều anten thu • Cải thiện hiệu quả sử dụng tần số cũng như dung lượng của hệ thống thông tin hơn so với hệ thống 1 anten phát 1 anten thu SISO • Việc nâng cao hiệu quả thu phát phụ thuộc vào số lượng anten thu phát và độ tán xạ của môi trường truyền dẫn Hệ thống MIMO-OFDM Kết hợp ưu điểm của hệ thống MIMO... gặp là phân tập tần số, phân tập thời gian, phân tập không gian (phân tập anten) Kỹ thuật phân tập anten hiện đang được quan tâm và ứng dụng vào hệ thống MIMO nhờ : + khả năng khai thác hiệu quả thành phần không gian trong nâng cao chất lượng và dung lượng hệ thống + giảm ảnh hưởng của fading + tránh được hao phí băng thông tần số –yếu tố rất được quan tâm trong hoàn cảnh tài nguyên tần số ngày càng... 1 anten thu SISO • Việc nâng cao hiệu quả thu phát phụ thuộc vào số lượng anten thu phát và độ tán xạ của môi trường truyền dẫn Hệ thống MIMO-OFDM Kết hợp ưu điểm của hệ thống MIMO và hệ thống OFDM • Cấu trúc máy phát MIMO-OFDM : Dòng bit Mã không gian /thời gian Điều chế ở băng tần cơ sở Chèn chuỗi bảo vệ ● ● ● (space/time coding) IDFT Điều chế ở băng tần cơ sở IDFT Chèn chuỗi bảo vệ Các bộ phát tín... điểm các tín hiệu phản xạ gây ra hiện tượng nhiễu Chuỗi bảo vệ (gurad interval) Nguyên nhân (tiếp) : Tác động của hiện tượng đa đường dẫn đến trên hệ thống kết nối vô tuyến có ảnh hưởng giữa các symbol ISI (Inter Symbol Interference) Khắc phục : Công nghệ OFDM đã khắc phục được vấn đề ISI bằng cách sử dụng khoảng thời gian bảo vệ (Guard Interval) tại đoạn bắt đầu của symbol :bằng cách sao chép ở phần...Bộ điều chế OFDM • Luồng tín hiệu được lấy mẫu với tần số : ta = 1/B = 1/NC fs với B là bề rộng băng tần của hệ thống • Ở thời điểm lấy mẫu t=kTs+ lta thì S’(t - kTs)=So Nc (*) m’k(kTs + lta) = So ∑ dk,n e ∑ jnwskTs jnws lta dk,n e e n =1 Nc = So n =1 jnws(kTs + lta) Bộ điều chế OFDM wskTs =2 π fs k jnws lta... t . HỆ THỐNG MIMO-OFDM Giáo viên hướng dẫn : Đào Ngọc Chiến OFDM Do các vấn đề về nhiễu (interference) và các vấn đề về đa đường (multi path), một số công nghệ trước đây cũng. động của hiện tượng đa đường dẫn đến trên hệ thống kết nối vô tuyến có ảnh hưởng giữa các symbol ISI (Inter Symbol Interference) Khắc phục : Công nghệ OFDM đã khắc phục được vấn đề ISI bằng. số khe thời gian tương ứng với mẫu tín hiệu phức ∈ Xung cơ bản (basic impulse) • Trong bất kì hệ thống vô tuyến nào, tín hiệu trước khi phát đi đều được nhân với xung cơ bản. • Mục đích : Nếu