Nghiên cứu kỹ thuật STBC OFDM trong thông tin di động

Điện Tử Viễn ThôngGIỚI THIỆU  Trong thông tin di động: Fading lựa chọn tần số luôn gây trở ngại lớn trong việc truyền tín hiệu vô tuyến.. Điện Tử Viễn ThôngK thu t OFDM ỹ ậ OFDM : Orth

N T T NGHI P

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT STBC-OFDM

TRONG THÔNG TIN ĐI ĐỘNG

Người thực hiện :

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Tuấn

Đề tài:

Điện Tử Viễn Thông

Điện Tử Viễn Thông

GIỚI THIỆU

 Trong thông tin di động: Fading lựa chọn tần số luôn

gây trở ngại lớn trong việc truyền tín hiệu vô tuyến

- Fading làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR)

và làm tăng tốc độ lỗi bit (BER).

- Kênh truyền lựa chọn tần số, trải trễ đa đường … gây ra nhiễu liên ký tự (ISI).

 Kỹ thuật phân tập phát (Transmitter diversity) thực sự là hấp dẫn, đặc biệt cho thiết bị thu di động cầm tay, nơi mà kích thước vật

lý của thiết bị phải được hạn chế

STBC đạt được gần như tối ưu độ lợi phân tập phát

 OFDM với khoảng bảo vệ đủ dài có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu liên ký tự ISI và có khả năng hạn chế fading lựa chọn tần số

Điện Tử Viễn Thông

K  thu t OFDM ỹ ậ

OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing

(ghép kênh phân chia theo tần số trực giao)

 OFDM = Orthogonal FDM

 Ý tưởng cơ bản: chia băng thông kênh truyền thành nhiều kênh con để giảm nhiễu ISI và fading lựa chọn tần số

 Truyền đa sóng mang: các sóng mang con là trực giao nhau trong miền tần số

Điện Tử Viễn Thông

K  thu t OFDM ỹ ậ

Trực giao trong OFDM

 TRỰC GIAO – đỉnh của mỗi tín hiệu trùng với điểm không các tín hiệu khác.

 Khoảng cách giữa các sóng mang con là n/Ts (n là số nguyên)

, 0

,

1 )

( )

(

0

*

Điện Tử Viễn Thông

K  thu t OFDM ỹ ậ

Sơ đồ khối hệ thống OFDM

Điện Tử Viễn Thông

K  thu t OFDM ỹ ậ

Chuyển đổi nối tiếp → song song

 Việc chia toàn bộ băng thông kênh truyền thành nhiều kênh con băng hẹp, đáp ứng tần số trên mỗi kênh con riêng lẽ là tương đối phẳng.

=> hạn chế fading lựa chọn tần số.

Điện Tử Viễn Thông

K  thu t OFDM ỹ ậ

Điều chế tín hiệu

Hai loại điều chế thường được sử dụng trong OFDM :

- Khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying)

- Điều chế biên độ cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

M-PSK

Ta xét M-PSK với tín hiệu được thiết lập là:

,0

)1(

22

cos

2)

f T

E t

M i

i =2π( −1)/ , =1,2, ,

θ

Sơ đồ cho 8-PSK

Điện Tử Viễn Thông

phép biến đổi IDFT tại khối phát thực hiện như sau:

Với f k =k/(N.Δt), t n = n.Δt và Δt là thời gian ký tự của dòng dữ liệu nối

tiếp x n

n

k t f j N

k

k

kn N j N

π

2 1

0

2 1

0

.

1

Điện Tử Viễn Thông

Chèn khoảng bảo vệ

T S = T G + T FFT

K  thu t OFDM ỹ ậ

Điện Tử Viễn Thông

K  thu t STBC ỹ ậ

STBC: Space-Time Block Coding (mã hóa khối không gian-thời gian)

Một thuật toán mã hóa không

gian-thời gian đơn giản, được đề xuất

bởi Siavash M Alamouti trong một

bài báo mang tính bước ngoặt của

ông tháng 10 năm 1998 – “A

Simple Transmit Diversity

Technique for Wireless

Communication”, cung cấp một

phương pháp đơn giản để đạt

được phân tập không gian với việc

dùng 2 anten phát và một anten

thu

Điện Tử Viễn Thông

K  thu t STBC ỹ ậ

2

1

)

( )

(

)

( )

(

2 2

2 2

1 1

1 1

T t h t

h

e h

T t h t

h

=

= +

=

=

= +

= Kênh truyền tại thời gian t có thể được mô hình hóa bởi h1 (t) cho anten phát thứ 1 và h 2 (t) cho anten phát thứ 2:

Điện Tử Viễn Thông

* 2 1 2

1 2

2 1

1 1

n c

h c

h r

n c

h c

h

r

+ +

−

=

+ +

=

Trong đó n 1 và n 2 biểu diễn nhiễu Gauss trắng cộng tương ứng tại

khe thời gian t và t+T

* 2

* 2 1 2

2 2

2 1 2

* 2 2 1

* 1 1

2 2

2 1 1

~

~

n h n

h c

h h

c

n h n

h c

h h

c

+

− +

=

+ +

+

=

 Tín hiệu ước lượng được tính như sau:

Điện Tử Viễn Thông

STBC­OFDM

Sơ đồ khối hệ thống STBC-OFDM được biểu diễn như sau:

Chúng ta đưa 2 khối có độ dài K sau đây vào bộ mã hóa không gian-thời gian STE :

T 2

2 2

2

T 1

1 1

1

] 1]

[K X

., [2], X

[0], [X

X

] 1]

[K X , [2], X

[0], X

[ X

=

=

Điện Tử Viễn Thông

STBC­OFDM

Sau đó STE thực hiện trong các khối như sau:

Mỗi luồng STBC trước hết được chuyển đổi nối tiếp thành K luồng con song song hay kênh con (K sub-channels)

Nguyên tắc mã hóa trong phương trình trên có thể được biểu diễn cho sóng mang con thứ k như sau

[k]

X [k]

X

[k]

X - [k]

X [k]

S [k]

S

[k]

S [k]

S

1 2

* 2 1

2,2 2,1

1,2 1,1

Điện Tử Viễn Thông

STBC­OFDM

Cấu hình khối phát Tx:

Điện Tử Viễn Thông

STBC­OFDM

Sau khi loại bỏ CP tín hiệu thu được y(t) và thực hiện FFT giải điều

chế các tín hiệu trong sóng mang con thứ k được cho bởi:

] [ ]

[ ].

[ ]

1 , k H k Z k S

k

n

t n

Điện Tử Viễn Thông

So sánh BER giữa tín hiệu OFDM có chèn CP và không chèn CP

 Mô phỏng tín hiệu OFDM

Điện Tử Viễn Thông

Điện Tử Viễn Thông

 Mô phỏng hệ thống STBC với 2 anten thu

Điện Tử Viễn Thông

Điện Tử Viễn Thông

K t lu n ế ậ

quả, loại bỏ hoàn toàn nhiễu liên ký tự ISI, chống lại fading lựa chọn tần

số đang chứng tỏ được vai trò quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn

vô tuyến tốc độ cao

rộng vùng phủ sóng, hạn chế ảnh hưởng của fading đa đường, nâng cao độ lợi phân tập mà không cần tăng công suất phát hay băng thông

⇒ Việc kết hợp 2 kỹ thuật STBC và OFDM là một giải

pháp hứa hẹn cho các hệ thống vô tuyến băng rộng tương lai như WiMAX, LTE …