Nghiên cứu kỹ thuật STBC OFDM trong thông tin di động

SV thực hiện: Trang xi 1.3.2 Hiệu ứng đa đường Multipath effects Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không bao giờ được truyền trực tiếp đến anten th

[Type the document title]

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình nào đã có từ trước

SV thực hiện: Trang ii

Lời mở đầu ……… ……… viii

Chương 1 Kênh truyền vô tuyến ……….………… 01

1.1 Giới thiệu chương ……….………… 01

1.2 Khái niệm hệ thống thông tin vô tuyến ……… 01

1.3 Các đặc tính của truyền vô tuyến ……… 03

1.3.1 Suy hao tín hiệu trên đường truyền vô tuyến ……… 03

1.3.2 Hiệu ứng đa đường ……… 04

1.3.3 Hiệu ứng che chắn và fading chậm ……….…… 05

1.3.4 Dịch Doppler và fading nhanh ……….….………… 06

1.3.5 Trải trễ (Delay spread) ……….………… 08

1.3.6 Fading phẳng và fading lựa chọn tần số ……….……… 09

1.4 Kết luận chương ……….….……… 09

Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM ……….…….……… 10

2.1 Giới thiệu chương ……… …… 10

2.2 OFDM vans so high than, pat trine ……….…… ……… 10

2.3 Guyed lee cơ bản của OFDM ……… ……… 12

2.4 Vấn đề trực giao trong OFDM ……….……… 15

2.5 Sơ đồ khối hệ thống thu phát OFDM ……….…… 16

2.5.1 Chuyển đổi S/P và P/S ……… ……… 17

2.5.2 Điều chế sóng mang con ……… ……… 18

2.5.3 Biến đổi IFFT và FFT ……….……….… 22

2.5.4 Chèn khoảng bảo vệ GP ……….……… 23

2.5.5 Chuyển đổi A/D cà D/A ……… 24

2.6 Ưu và nhược điểm của OFDM ……… ……… 25

SV thực hiện: Trang iii

2.6.1 Các ưu điểm ……….….……… 25

2.6.2 Nhược điểm ……….…….………… 26

2.7 Ứng dụng kỹ thuật OFDM trong thông tin di động ……… 27

2.8 Kết luận chương ……… …… 27

Chương 3 Hệ thống MIMO và kỹ thuật STBC ………… ….……… 28

3.1 Giới thiệu chương ……….……… 28

3.2 Kỹ thuật phân tập ……… 28

3.2.1 Phân tập thời gian ……… 29

3.2.2 Phân tập tần số ……….……….……… 30

3.2.3 Phân tập không gian ……….………… …… 31

3.3 Khái niệm và mô hình hệ thống MIMO ……….….………… …… 31

3.4 Các độ lợi trong hệ thống MIMO ……… ………… 33

3.4.1 Độ lợi Beamforming ……….…….……… 33

3.4.2 Độ lợi ghép kênh không gian ……… ………… 34

3.4.3 Độ lợi phân tập không gian ……….… ………… 34

3.5 Các mô hình và dung lượng hệ thống thông tin vô tuyến ……… … 35

3.5.1 Hệ thống SISO ……… ……… 35

3.5.2 Hệ thống SIMO ……… 35

3.5.3 Hệ thống MISO ……….……… 36

3.5.4 Hệ thống MIMO ……….……….……….……… 37

3.6 Kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian STC ……… ……… 38

3.6.1 Mã hóa Alamouti STBC ……… ……… 39

3.6.2 STBC mở rộng với nhiều anten thu ……….……… 44

3.7 Kết luận chương ……… 45

SV thực hiện: Trang iv

Chương 4 Kỹ thuật STBC-OFDM ……….……… 46

4.1 Giới thiệu chương ……… 46

4.2 Mô hình hệ thống STC-OFDM ……… ………… ………… 46

4.3 Hệ thống STBC-OFDM ……… ……… 51

4.4 Kết luận chương ……….……… 55

Chương 5 Kết quả mô phỏng ……… ……… 56

5.1 Giới thiệu chương ……….……… 56

5.2 Mô phỏng BER tín hiệu OFDM ……….………… …….……… 56

5.2.1 BER của tín hiệu OFDM có chèn CP và không chèn CP ……….… 56

5.2.2 BER của tín hiệu điều chế OFDM và QAM ……….………… 57

5.3 Mô phỏng hệ thống STBC ……….……… 59

5.3.1 Mô phỏng Alamouti STBC ……….………… 59

5.3.2 Mô phỏng STBC với 2 anten thu ……….……….………… 61

5.4 Mô phỏng hệ thống STBC-OFDM ……….…….……… 62

Kết luận và hướng phát triển đề tài ……….………… 64

Tài liệu tham khảo ……….……… 66

Phụ lục ……….……… 68

AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng

B .

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C .

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

CFO Carrier Frequency Offset Lệch tần số sóng mang

CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh truyền

D .

DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh số quảng bá

DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá

DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc

F

FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh chia theo tần số

FEC Forward Error Control Kiểm soát lỗi tiến

FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh

I .

ICI InterCarrier Interference Nhiễu liên sóng mang

ISI InterSymbol Interference Nhiễu liên ký tự

SV thực hiện: Trang vi

IDFT Inverse Discrete Fourier Phép biến đổi ngược Fourier rời rạc

Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform Phép biến đổi ngược Fourier nhanh

L .

LAN Local Area Networks Mạng máy tính cục bộ

LTE Long Term Evolution Sự phát triển lâu dài

M .

MAN Metropolitan Area Networks Mạng đô thị băng rộng

MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống đa đầu vào-đa đầu ra

SCE Space-Time Encoding Mã hóa không gian-thời gian

SCD Space-Time Decoding Giải mã không gian-thời gian

STBC Space Time Block Coding Mã hóa khối không gian-thời gian STTC Space-Time Trellis Code Mã hóa lưới không gian-thời gian

W .

WLAN Wireless Local Area Networks Mạng LAN không dây-Wireless LAN WMAN Wireless Metropolitan Area Networks Mạng đô thị không dây

SV thực hiện: Trang vii

CHƯƠNG 1

KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN

1.1 Giới thiệu chương

Trước khi đi vào nội dung chính của đồ án, ta đi tìm hiểu về kênh truyền tín hiệu vô tuyến Khi mà nhu cầu sử dụng môi trường vô tuyến để truyền tín hiệu ngày càng lớn

và thông dụng hơn thì việc nghiên cứu tìm hiểu về kênh truyền vô tuyến và các đặc tính của nó trở nên rất quan trọng và cần thiết

Chương này cung cấp một cách ngắn gọn các đặc điểm chính của kênh truyền vô tuyến, và những vấn đề này gây ra trong việc truyền thông tin số Những hiệu ứng truyền vô tuyến như suy hao đường truyền, fading lựa chọn tần số, dịch Doppler và trải trễ đa đường làm hạn chế hiệu quả của việc truyền thông tin vô tuyến Hiểu được truyền vô tuyến là cần thiết trước khi đi sâu vào tìm hiểu kỹ thuật OFDM, hệ thống MIMO và ứng dụng trong môi trường vô tuyến Chương này cung cấp một cách tổng quát những hiệu ứng truyền quan trọng và mở rộng những vấn đề này để xem xét các hiệu ứng trên băng thông rộng

1.2 Khái niệm về hệ thống thông tin vô tuyến

Kênh truyền tín hiệu là môi trường truyền sóng giữa máy phát và máy thu Trong kênh truyền vô tuyến lý tưởng, tín hiệu nhận được bên thu được truyền theo tầm nhìn thẳng

(Line Of Sight) Tuy nhiên trong thực tế, kênh truyền tín hiệu vô tuyến chịu tác động

của rất nhiều yếu tố làm cho tín hiệu bị thay đổi Việc nghiên cứu các đặc tính của kênh truyền là rất quan trọng vì chất lượng của hệ thống truyền vô tuyến là phụ thuộc vào các đặc điểm này

Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi mà tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô

SV thực hiện: Trang viii

tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ…, các hiện tượng này được gọi chung là fading Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của

hệ thống thông tin vô tuyến

Có ba cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong hệ thống di động:

Phản xạ xảy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt bằng phẳng với kích thước rất

lớn so với bước sóng tín hiệu RF

Hình 1.1 truyền đa đường trong thông tin vô tuyến Nhiễu xạ xảy ra khi đường truyền sóng giữa phía phát và thu bị cản trở bởi một nhóm

vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng Nhiễu xạ là hiện tượng giải thích cho nguyên nhân năng lượng RF được truyền từ phía phát đến phía thu mà không cần đường truyền thẳng Nó thường được gọi là hiệu ứng chắn (shadowing) vì trường

SV thực hiện: Trang ix

tán xạ có thể đến được bộ thu ngay cả khi bị chắn bởi vật cản không thể truyền xuyên qua

Tán xạ xẩy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng lớn, gồ ghề làm cho năng

lượng bị trải ra (tán xạ ) hoặc là phản xạ ra tất cả các hướng Trong môi trường thành phố, các vật thể thường gây ra tán xạ là cột đèn, cột báo hiệu, tán lá

1.3 Các đặc tính của truyền vô tuyến

1.3.1 Suy hao tín hiệu trên đường truyền vô tuyến

Trong quá trình truyền, tín hiệu vô tuyến trở nên bị yếu đi tỉ lệ với khoảng đường đi của nó Khi tín hiệu truyền trong môi trường vô tuyến, nó sẻ bị suy hao đi do đường truyền dài, do các vật cản như nhà cửa, cây cối và do hiệu ứng đa đường

Khi tín hiệu được truyền thẳng, không bị ảnh hưởng bởi các vật cản cũng như các hiện tượng đa đường thì tín hiệu vẫn bị suy hao [3] Đó gọi là suy hao trong không gian tự

do Diện tích hình cầu là tỉ lệ với bình phương bán kính[3], và do đó trong không gian

tự do cường độ trường RF giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách Công suất thu được trong không gian tự do được tính như sau :

T T

P (W) (1.1)

Trong đó : P T là công suất phát (W)

G T và G R lần lượt là độ lợi anten phát và anten thu

λ là bước sóng của sóng mang RF (m)

d là khoảng cách truyền tín hiệu từ anten phát tới anten thu (m)

SV thực hiện: Trang x

Hình 1.2 Tín hiệu bị ảnh hưởng bởi fading, Shadowing và Pathloss

Hình 1.2 trên mô tả cường độ tín hiệu thu được theo khoảng cách truyền trong môi

trường vô truyến Ta thấy rằng cường độ tín hiệu thu được bị suy giảm dần khi khoảng

cách d tăng lên Khi tín hiệu bị suy hao không gian tự do cộng thêm với hiện tượng đa

đường, shadowing thì tín hiệu sẻ bị nhiễu nặng được biểu diễn như ở hình trên (được

ký hiệu bởi pathloss+fading+shadowing) [1]

Suy hao trong không gian tự do phụ thuộc vào khoảng cách và tần số sóng mang Suy hao này được biểu diễn bằng đường thẳng xuống dốc (là đường pathloss) như hình trên Công thức tính suy hao trong không gian tự do như sau :

÷

ø

öç

L (1.2)

Với d [m], λ [m] lần lượt là khoảng cách truyền tín hiệu và bước sóng của sóng vô

tuyến

SV thực hiện: Trang xi

1.3.2 Hiệu ứng đa đường (Multipath effects )

Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu Điều này xảy ra là do giữa nơi phát và nơi thu luôn tồn tại các vật cản trở sự truyền sóng trực tiếp Do vậy, sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng khác nhau bởi sự phản xạ, khúc xạ, tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thể khác Hiện tượng này được gọi là sự truyền sóng đa đường (Multipath propagation)[1]

Hình 1.3 Các hiện tượng đa đường trong môi trường vô tuyến

Do hiện tượng đa đường, tín hiệu thu được là tổng của các bản sao tín hiệu phát Các bản sao này bị suy hao, trễ, dịch pha và có ảnh hưởng lẫn nhau Ngoài ra khi truyền tín hiệu số, đáp ứng xung có thể bị méo khi qua kênh truyền đa đường và nơi thu nhận được các đáp ứng xung độc lập khác nhau Hiện tượng này gọi là sự phân tán đáp ứng xung (impulse dispersion)

SV thực hiện: Trang xii

1.3.3 Hiệu ứng che chắn và fading chậm

Ta định nghĩa Coherence time là thời gian mà kênh truyền thay đổi không đáng kể Nếu coherence time nhỏ hơn một chu kỳ tín hiệu dải gốc ta gọi kênh truyền đó là fading nhanh (fast fading), ngược lại nếu coherence time lớn hơn một chu kỳ tín hiệu thì ta gọi kênh truyền đó là kênh truyền fading chậm (slow fading)

Hiệu ứng che chắn(Shadowing) xảy ra khi có những vật chướng ngại tự nhiên như các đồi núi hay building giữa trạm thu phát gốc BTS và trạm di động MS[4]

Hình 1.4 Shadowing trong truyền vô tuyến

Các vật trở ngại tạo ra hiệu ứng shadowing, hiệu ứng này làm giảm cường độ tín hiệu tại đầu thu.[4] Khi MS di chuyển, cường độ tín hiệu thay đổi phụ thuộc những vật cản trở nằm giữa trạm BTS và trạm di động MS

Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm Hay sự không ổn định cường độ tín hiệu ảnh hưởng đến hiệu ứng che chắn gọi là

suy hao chậm Vì vậy hiệu ứng này gọi là Fading chậm (slow fading)

1.3.4 Dịch Doppler và fading nhanh

SV thực hiện: Trang xiii

Dịch Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu như

trình bày ở hình 1.5 dưới Bản chất của hiện tượng này là phổ của tín hiệu thu được bị

xê lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler [9]

Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra năm 1974

Và được gọi là phổ Jake Ý nghĩa của phổ tín hiệu này được giải thích như sau: giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f0, khi đó tín hiệu thu được sẽ không nhận được ở chính xác trên tần số sóng mang f0 mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch là

fD,max như hình 1.5 Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống

Hình 1.5 MS chuyển động so với trạm phát gây dịch Doppler

Khoảng tần số thay đổi do hiệu ứng Doppler tùy thuộc vào mối quan hệ chuyển động

giữa nguồn phát và nguồn thu, và cả tần số sóng mang Giả thiết góc tới của tuyến n

so với hướng chuyển động của máy thu là αn , khi đó tần số dịch Doppler của tuyến này

là :

n D

c

v f f

n » ± 0 cos a (1.3)

Trong đó f 0 , v, c lần lượt là tần số sóng mang, vận tốc chuyển động tương đối

của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng

Nếu αn = 0 thì độ dịch tần số Doppler là lớn nhất sẽ và sẻ bằng :

SV thực hiện: Trang xiv

f0

c

v f

n

D = (1.4)

Mức độ dịch tần sẽ thay đổi theo vận tốc tương đối (v) giữa máy phát và thu (tại cùng một tần số phát) Do đó hiện tượng này còn được gọi là fading nhanh Tuy nhiên, đó không phải là toàn bộ nội dung của fading nhanh mà các hiệu ứng đa

đường (multipath) cũng có thể kéo theo sự biến đổi nhanh của mức nhiễu tại đầu thu

gây ra fast fading

Như vậy, fading chậm và fading nhanh (slow fading and fast fading) phân biệt nhau ở mức độ biến đổi nhiễu tại anten thu

1.3.5 Trải trễ (Delay Spread)

Tín hiệu vô tuyến thu được từ máy phát bao gồm tín hiệu trực tiếp và tín hiệu phản

xạ, khúc xạ từ các vật cản như các tòa nhà, đồi núi… các tín hiệu này đến máy thu chậm hơn so với tín hiệu trực tiếp do đường đi tín hiệu dài hơn Trải trễ là thời gian trễ giữa tín hiệu đi thẳng và tín hiệu đa đường cuối cùng đến đầu vào máy thu

Trong hệ thống số, trải trễ có thể dẫn đến nhiễu liên ký tự ISI Điều này do tín hiệu đa đường bị trễ chồng lấn với ký hiệu theo sau, và nó có thể gây ra lỗi nghiêm trọng ở các

hệ thống tốc độ bit cao, đặc biệt là khi sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA[3]

Nhiễu liên ký tự ISI có thể được hạn chế bằng nhiều cách như :

- Giảm tốc độ ký tự bằng cách giảm tốc độ dữ liệu cho mỗi kênh ( như chia băng thông ra nhiều băng con nhỏ hơn sử dụng FDM hay OFDM)

- Sử dụng kỹ thuật mã hóa để giảm nhiễu ISI như trong CDMA

1.3.6 Fading phẳng và fading lựa chọn tần số

Ta định nghĩa rằng Coherence bandwidth là khoảng tần số mà kênh truyền gây ra tác động gần như giống nhau Nếu như băng thông tín hiệu nhỏ hơn Coherence bandwidth thì ta gọi kênh truyền là kênh truyền fading phẳng (flat fading), ngược lại ta có kênh truyền lựa chọn tần số

Kênh truyền chọn lọc tần số là kênh truyền có đáp ứng tần số khác nhau, không bằng phẳng trong một dãi tần số do đó tín hiệu tại các tần số khác nhau khi đi quan kênh

SV thực hiện: Trang xvi

truyền sẽ có suy hao và xoay pha khác nhau Một kênh truyền được xem là chọn lọc tần số hay không còn tùy thuộc vào khoảng băng thông của tín hiệu truyền đi Mọi kênh truyền vô tuyến đều không thể có đáp ứng bằng phẳng trong cả dãy tần số được, tuy nhiên nếu ta xét trong một khoảng tần số nhỏ nào đó thì có thể xem là phẳng

1.4 Kết luận chương

Qua chương này cho thấy rằng kênh truyền tín hiệu vô tuyến là phần tử cơ bản quyết định đến chất lượng của tín hiệu Đặc tính của kênh truyền vô tuyến quyết định đến chất lượng và khả năng cung cấp dịch vụ của hệ thống Chương này đã giới thiệu các đặc tính cơ bản nhất của kênh truyền vô tuyến ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu Để khắc phục được những vấn đề gây ra như đã nêu ở trên, chương sau ta sẻ đi tìm hiểu một kỹ thuật nhằm hạn chế chúng là kỹ thuật điều chế OFDM – một kỹ thuật được ứng dụng rất rộng và hiệu quả trong thông tin vô tuyến hiện nay

SV thực hiện: Trang xvii

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM

2.1 Giới thiệu chương

Thập kỹ qua đã chứng kiến nhiều nghiên cứu chuyên sâu trong việc ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) cho các hệ thống truyền thông băng rộng đang phát

triển (như WiFi , WiMAX, LTE… ) để khai thác hiệu quả quang phổ cao và chống lại một cách mạnh mẽ fading đa đường[5]

OFDM là một dạng đặc biệt của kỹ thuật điều chế đa sóng mang, nguyên lý cơ bản của phương pháp là sử dụng kỹ thuật đa sóng mang để truyền một lượng lớn ký tự tại cùng một thời điểm Chương này sẽ trình bày một cách khá đầy đủ về kỹ thuật OFDM, lịch

sử hình thành và phát triển của OFDM, nguyên lý cơ bản và các khối chức năng trong

hệ thống thu phát OFDM

2.2 OFDM và sự hình thành, phát triển

Do các vấn đề về nhiễu và các vấn đề đa đường, một số công nghệ trước đây cũng đã đưa ra giải pháp điều chế sóng mang đơn dùng cho các ứng dụng NLOS nhưng cũng chưa mang lại hiệu quả cao Thay vào đó là sự ra đời của kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao – OFDM Đây chính là một bước đột phá trong thị trường truy cập

vô tuyến băng rộng

Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ Trong những thập kỹ vừa qua nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và Ebert đã chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua các phép biến đổi IDFT và giải điều chế có thể thực hiện bằng phép biến đổi DFT

SV thực hiện: Trang xviii

Vào đầu những năm 80, đội ngũ kỹ sư phòng thí nghiệm CCETT (Centre Commun d'Etudes en Télédiffusion et Télécommunication) dựa vào các lý thuyết Wienstein và Ebert đã đề xuất phương pháp điều chế số rất hiệu quả trong lĩnh vực phát thanh truyền hình số, đó là OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) Phát minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được sử dụng ngày càng trở nên rộng rãi Thay vì sử dụng IDFT và DFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã kênh sử dụng trong thông tin vô tuyến Các hệ thống này còn được gọi với khái niệm là COFDM (Coded OFDM) Trong các hệ thống này tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại mã khác nhau với mục đích chống lại các lỗi đường truyền

Do chất lượng kênh (độ fading và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm) của mỗi sóng mang phụ là khác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang với các mức điều chế khác nhau Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích ứng (adaptive modulation technique) Kỹ thuật này hiện đã được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAN/2 ở Châu Âu Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE.802.11a

OFDM và những cột mốc lịch sử quan trọng [7]:

ü Năm 1966: Nguyên tắc cho việc truyền đa kênh trên một kênh băng hẹp được đề

xuất: Bell Syst.Tech 1966 R W Chang tổng hợp các tín hiệu trực giao băng

thông giới hạn cho truyền dữ liệu đa kênh

ü Weinstein & Ebert đề xuất sử dụng FFT và khoảng bảo vệ năm 1971

ü Năm 1980 Cyclic Prefix được sử dụng – vấn đề trực giao được giải quyết

ü 1985 Cimini vạch ra việc sử dụng OFDM cho thông tin di động

ü L Cimini , phân tích và mô phỏng kênh mobile kỷ thuật số sử dụng OFDM

ü 1987 Alard & Lasalle: COFDM cho phát thanh truyền hình kỷ thuật số

SV thực hiện: Trang xix

ü Tháng 9 năm 1988, TH-CSF LER, lần đầu tiên thử nghiệm Ti vi kỷ thuật số trong OFDM, tại khu vực Pari

ü 1994: Phương pháp và thiết bị cho đa truy nhập giữa các thiết bị thu phát trong thông tin vô tuyến sử dụng trải phổ OFDM

ü 1995: Chuẩn ETSI Digital Audio Broadcasting : tiêu chuẩn cơ bản OFDM đầu

tiên

ü 1997: Chuẩn ETSI DVB-T

ü 1999: Chuẩn IEEE 802.11a wireless LAN (Wi-Fi)

ü 2002 : Chuẩn IEEE 802.11g cho wireless LAN

ü 2004 : Chuẩn IEEE 802.16-2004 cho wireless MAN (WiMAX)

Được dùng trong chuẩn Chuẩn ETSI DVB-H

Được đề cử cho chuẩn IEEE 802.15.3a, mạng WPAN (MB-OFDM)

Được đề cử cho chuẩn IEEE 802.11n, thế hệ kế tiếp của mạng WLAN

ü 2005 : Đề cử chuẩn mạng di động tế bào 3.75G (3GPP & 3GPP2 Long Term Evolution) đặt tên là Truy cập gói OFDM tốc độ cao (HSOPA – High Speed OFDM Packet Access )

ü 2005 : Đề cử cho tiêu chuẩn mạng 4G (CJK)

ü Others : Optical OFDM, DSL (biến thể của kỷ thuật OFDM)

2.3 Nguyên lý cơ bản của OFDM

Một trong những yêu cầu chính trong hệ thống băng rộng là khả năng hoạt động trong các điều kiện tầm nhìn thẳng bị che chắn OLOS và điều kiện không có tầm nhìn thẳng NLOS Đây là những điều kiện gây khó khăn và hạn chế đối với các nhà khai thác viễn thông khi cung cấp dịch vụ cho những khách hàng tiềm năng

Kỹ thuật OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong thông tin

vô tuyến Ý tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là việc 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

có thể khôi phục mà không giao thoa chồng phổ Kỹ thuật OFDM có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông hệ thống so với kỹ thuật FDM

Hình 2.1 Phổ tín hiệu OFDM , đơn sóng mang và đa sóng mang

SV thực hiện: Trang xxi

Kỹ thuật OFDM được thiết kế để hoạt động trong các điều kiện môi trường kết nối đa dạng từ có tầm nhìn thẳng LOS đến đường dẫn thẳng bị che chắn OLOS và không có đường dẫn thẳng NLOS Đây chính là ưu điểm của kỹ thuật OFDM Trong môi trường không có tầm nhìn thẳng, tín hiệu đa đường là tổ hợp của tín hiệu gốc và các tín hiệu phản xạ bởi các vật cản giữa trạm phát và trạm thu Các tín hiệu phản xạ thường đến trạm thu không cùng lúc phụ thuộc vào khoảng cách đường đi và đều đến sau tín hiệu đường dẫn thẳng LOS

Trong thông tin vô tuyến hiện tượng đa đường sẻ gây ra nhiễu liên ký tự ISI trong hệ

thống tốc độc cao dùng đơn sóng mang[8] Hình 2.1 dưới đây biểu thị nhiễu liên ký tự

khi có 3 đường tín hiệu khác nhau, nhưng các đường tín hiệu này do đa đường gây trễ nên các tín hiệu đến đầu thu không cùng lúc gây ra nhiễu

Hình 2.2 Nhiễu ISI khi dùng đơn sóng mang

Giải pháp để khắc phục được vấn đề ISI này là người ta dùng kỹ thuật đa sóng mang để truyền mỗi ký tự, lúc này thời gian ký tự sẻ tăng lên nên nhiễu do đa đường sẻ được giảm[8]

SV thực hiện: Trang xxii

Hình 2.3 Thời gian ký tự tăng làm giảm nhiễu do đa đường gây ra

2.4 Vấn đề trực giao trong OFDM

Trong hệ thống FDM thông thường, các sóng mang được cách nhau một khoảng phù hợp để tín hiệu thu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ lọc và các bộ giải điều chế thông thường Trong các máy như vậy, các khoảng bảo vệ cần được dự liệu trước giữa các sóng mang khác nhau và việc đưa vào các khoảng bảo vệ này làm giảm hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống Tuy nhiên có thể sắp xếp các sóng mang trong OFDM sao cho các dải biên của chúng che phủ lên nhau mà các tín hiệu vẫn có thể thu được chính xác

mà không có sự can nhiễu giữa các sóng mang Muốn được như vậy các sóng mang phải trực giao về mặt toán học Máy thu hoạt động như các bộ gồm bộ giải điều chế, dịch tần mỗi sóng mang xuống mức DC, tín hiệu nhận được lấy tích phân trên một chu

kỳ của symbol để phục hồi dữ liệu gốc Nếu tất cả các sóng mang khác đều được dịch xuống tần số tích phân của sóng mang này (trong một chu kỳ symbol τ) thì kết quả tính tích phân cho các sóng mang khác sẽ là zero Do đó các sóng độc lập tuyến tính với

SV thực hiện: Trang xxiii

nhau (trực giao) nếu khoảng cách giữa các sóng là bội số của 1/τ Bất kỳ sự phi tuyến nào gây ra bởi can nhiễu của các sóng mang ICI cũng làm mất đi tính trực giao

Về mặt toán học, công thức biểu diễn tính trực giao trong miền thời gian và miền tần số được biểu diễn như sau:

t x t

xi j

, 0

, 1 )

( ) ( * (2.1)

f X f

, 0

, 1 )

( ) ( * (2.2)

Đồ thị biểu diễn các sóng mang con trực giao của tín hiệu OFDM trong miền thời gian

và miền tần số như hình 2.4 ở dưới

Hình 2.4 Các sóng mang con trực giao trong miền thời gian và miền tần số

Việc xử lý (điều chế và giải điều chế) tín hiệu OFDM được thực hiện trong miền tần

số, bằng cách sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số DSP Nguyên tắc của tính trực

SV thực hiện: Trang xxiv

giao thường được sử dụng trong phạm vi DSP Trong toán học, số hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu các vector

2.5 Các khối chức năng trong hệ thống thu phát OFDM

Mô hình các khối chức năng trong hệ thống thu phát tín hiệu OFDM được biểu diễn cụ

thể như trong hình 2.5 sau :

Trong đó : B là băng thông của kênh truyền [Hz]

S/N là tỉ số tín hiệu trên nhiễu của kênh truyền

Vì vậy muốn truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn Cmax ta phải chia nhỏ luồng dữ liệu tốc

độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn Cmax bằng cách sử dụng bộ Serial/Parallel (nối tiếp sang song song)

Tức là chia luồng dữ liệu vào thành từng frame nhỏ có chiều dài k x b bit k <= N, với b

là số bit trong mô hình điều chế số, N là số sóng mang con k, N sẽ được chọn sao cho các luồng dữ liệu song song có tốc độ đủ thấp, để băng thông tương ứng đủ hẹp, sao cho hàm truyền trong khoảng băng thông đó có thể xem là phẳng Bằng cách sử dụng bộ S/P ta đã chuyển kênh truyền từ frequency fading lựa chọn tần số thành kênh truyền fading phẳng

SV thực hiện: Trang xxvi

Hình 2.6 Bộ S/P và P/S

Ngược lại với phía phát, phía thu sẽ dùng bộ Parallel/Serial để ghép N luồng dữ liệu tốc độ thấp thành một luồng dữ liệu tốc độ cao duy nhất

2.5.2 Điều chế sóng mang con

Mỗi symbol b bit trong một frame sẽ được đưa vào bộ mapping, mục đích là để nâng cao dung lượng kênh truyền Một symbol b bit sẽ tương ứng một trong M=2b trạng thái hay một vị trí trong giản đồ chòm sao

Số bit được truyền trong một symbol tăng lên (M tăng lên), thì hiệu quả băng thông

Refficiency = Rb/BT = log2M = b [bps/Hz] tăng lên, tuy nhiên sai số BER cũng tăng lên Nyquist đã đưa ra công thức tính dung lượng kênh tối đa trong môi trường không

nhiễu là C = 2Blog 2 M , trong đó B là băng thông kênh truyền Do đó ta không thể tăng M lên tùy ý được, công thức trên cho ta xác định M lớn nhất, số bit lớn nhất có thể truyền trong một symbol

Một số dạng điều chế thường hay được sử dụng trong bộ Mapper là:

- Khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying)

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

SV thực hiện: Trang xxvii

M-PSK (M-Phase Shift Keying) [10]

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

, 0

) 1 ( 2 2

f T

M i

SV thực hiện: Trang xxviii

Sau đây là một số dạng PSK thường gặp và giản đồ chòm sao của chúng :

- BPSK có 2 trạng thái phụ thuộc 1 bit vào

- QPSK có 4 trạng thái phụ thuộc 2 bit (Dibit) vào

- 8-PSK có 8 trạng thái phụ thuộc 3 bit (Tribit) vào

- 16-PSK có 16 trạng thái phụ thộc 4 bit (Quadbit) vào

Hình 2.9 Giản đồ chòm sao M-PSK

M-QAM (M-Quadrature Amplitude Modulation) [10]

SV thực hiện: Trang xxix

M-QAM là phương pháp điều chế số, sóng mang điều chế cả về biên độ và pha, phương pháp này được sử dụng rất phổ biến trong các đường truyền vô tuyền số tốc độ cao Tín hiệu M-QAM được phát cho symbol thứ ii có thể được thể hiện như sau:

T t t

f b

T t

f a

T t

s c

n s

n( ) = 2 cos( 2 p ) - 2 cos( 2 p ), 0 £ £ (2.5)

Với a n và b n là các giá trị biên độ và an, bn = ± a , ± 3 a , , ± (log2 M - 1 ) a

Tính toán a có thể liên quan tới năng lượng tín hiệu trung bình E s bởi công thức :

2 ( 1 )

3 -

Hình 2.10 Giản đồ chòm sao 16-QAM và 32-QAM

2.5.3 Biến đổi IFFT và FFT

Bộ IFFT được sử dụng để chuyển các tín hiệu trong miền tần số thành miền thời gian, cho phép tín hiệu được phát đi[11] Phép biến đổi Fourier ngược IDFT cho phép ta tạo tín hiệu OFDM dễ dàng, tức là điều chế N luồng tín hiệu song song lên N sóng mang

Hình 2.11 Bộ biến đổi IFFT và FFT

Phép thực hiện biến đổi IDFT và DFT được thể hiện trong 2 công thức sau[10] :

IDFT:

kn N j N

k

e k X N

n x

p

2 1

0

] [

1 ]

n

e n x k

X

p

2 1

0

] [ ]

-=å

= (2.8)

Các thuật toán IFFT và FFT là phép biến đổi nhanh của IDFT và DFT Trong tiêu

chuẩn 802.11a, kích thước của IFFT và FFT là N=64

Bây giờ ta xét dòng dữ liệu X = [X 0 , X 1 , … , X N-2 , X N-1 ] và X k = A k + jB k

N

k k

kn N j N

k k

N e

X N

p

2 1

0

2 1

0

.

1

cos

1 ) Re(

N

k

n k k

n k k

n

N x

SV thực hiện: Trang xxxi

Các tín hiệu này khi qua bộ lọc thông thấp (Low Pass Filter) sẻ là

k

A N

t

2.5.4 Chèn khoảng bảo vệ (Guard Interval hay Guard Period) [11]

Cho một hệ thống băng thông, tốc độ symbol cho một tín hiệu OFDM là quá thấp so với việc phát một sóng mang đơn Ví dụ, một sóng mang đơn điều chế BPSK, tốc độ symbol tương ứng với tốc độ bit của việc truyền tín hiệu Tuy nhiên với OFDM băng thông hệ thống được chia thành N sóng mang con, kết quả trong một symbol tốc độ đó nhỏ hơn N lần so với việc truyền một sóng mang đơn Tốc độ symbol thấp làm cho OFDM chống lại hiệu ứng nhiễu liên ký tự ISI gây ra bởi truyền đa đường

Truyền đa đường gây ra bởi việc truyền tín hiệu vô tuyến phản xạ các vật trong môi trường truyền, như các bức tường, tòa nhà cao ốc, đồi núi … Các tín hiệu này đến tại đầu thu tại những thời điểm khác nhau do truyền trên những khoảng cách khác nhau Vấn đề truyền đa đường đã thảo luận chi tiết hơn trong chương 1(Chương nêu rõ “các đặc tính kênh truyền vô tuyến”)

Hiệu ứng ISI trong tín hiệu OFDM có thể được cải thiện tốt hơn bằng cách thêm một khoảng thời gian bảo vệ GP (Guard Period hay Guard Interval) tại đầu mỗi ký tự (symbol) Khoảng thời gian bảo vệ này (GP hay GI) là một chu kỳ copy mở rộng chiều dài ký tự Mỗi sóng mang con, trong phần dữ liệu của ký tự, có một số nguyên lần chu

kỳ Do đó bằng cách copy đoạn cuối của một symbol và gắn vào nó vào đầu symbol,

kết quả là ta được thời gian symbol dài hơn Hình 2.12 dưới đây biểu diễn việc chèn

khoảng bảo vệ GP bằng cách copy một đoạn của symbol vào đầu mỗi ký tự đó

SV thực hiện: Trang xxxii

Hình 2.12 Chèn khoảng bảo vệ GP vào một tín hiệu OFDM

Tổng chiều dài của symbol là TS=TG + TFFT trong đó TS là tổng chiều dài của symbol trong mẫu, TG là chiều dài khoảng bảo vệ GP trong mẫu và TFFT là kích thước của IFFT được sử dụng để tạo tín hiệu OFDM

Ngoài việc bảo vệ OFDM khỏi ISI, khoảng bảo vệ GP còn cung cấp bảo vệ chống lại lỗi time-offset tại đầu thu tín hiệu[11]

2.5.5 Chuyển đổi A/D và D/A

Chuỗi symbol rời rạc sn sau khi được chèn khoảng bảo vệ TG sẽ được đưa vào bộ biến đổi từ số sang tương tự D/A và bộ lọc thông thấp (low pass filter) tạo ra tín hiệu liên tục s(t) để đưa ra phát trên kênh truyền vô tuyến

SV thực hiện: Trang xxxiii

Hình 2.13 Bộ chuyển đổi D/A và A/D

Tại đầu thu tín hiệu, bộ A/D thực hiện chuyên đổi tín hiệu từ tương tự sang số, bộ A/D

sẻ lấy mẫu tín hiệu OFDM thu được là r(t) tạo thành tín hiệu rời rạc rn Sau đó tín hiệu

rn được cho vào bộ Guard Interval Removal để loại bỏ khoảng bảo vệ TG

2.6 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật OFDM

2.6.1 Các ưu điểm

Kỹ thuật OFDM có rất nhiều ưu điểm, đó là hiệu quả sử dụng phổ rất cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt (đặc biệt trong hệ thống không dây) và rất dễ lọc bỏ nhiễu (nếu một kênh tần số bị nhiễu, các tần số lân cận sẽ bị bỏ qua, không sử dụng) Ngoài ra, tốc độ truyền Uplink và Downlink có thể thay đổi dễ dàng bằng việc thay đổi

số lượng sóng mang sử dụng Một ưu điểm quan trọng của hệ thống sử dụng đa sóng mang là các sóng mang riêng có thể hoạt động ở tốc độ bit nhỏ dẫn đến chu kỳ của ký

tự tương ứng sẽ được kéo dài Ví dụ, nếu muốn truyền với tốc độ là hàng triệu bit trên giây bằng một kênh đơn, chu kỳ của một bit phải nhỏ hơn 1 micro giây Điều này sẽ

SV thực hiện: Trang xxxiv

gây ra khó khăn cho việc đồng bộ và loại bỏ giao thoa đa đường Nếu cùng lượng thông tin trên được trải ra cho N sóng mang, chu kỳ của mỗi bit sẽ được tăng lên N lần, lúc đó việc xử lý vấn đề định thời, đa đường sẽ đơn giản hơn

Ta có thể nêu rõ các ưu điểm của OFDM cụ thể như sau :

- Hiệu quả sử dụng băng thông cao Do các sóng mang con chồng lên nhau và trực giao với nhau

- Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu liên ký tự ISI bằng cách chèn khoảng bảo vệ (Guard Interval) có độ dài lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh

- Chống lại được fading lựa chọn tần số, lúc này mỗi sóng mang con gần như là fading phẳng

- Bộ cân bằng đơn giản Mỗi kênh truyền con gần như là kênh truyền fading phẳng, nó chỉ cần một bộ cân bằng để khắc phục hiệu ứng kênh truyền

- OFDM có ưu điểm nổi bật là khắc phục được hiện tượng không có đường dẫn thẳng NLOS bằng tín hiệu đa đường dẫn

OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao như thông tin di động

- Cần phải có các khối FFT tại bộ thu và bộ phát tín hiệu

2.7 Ứng dụng kỹ thuật OFDM trong thông tin di động

Thông tin vô tuyến :

- WLAN : 802.11a/g/n (Wifi)

SV thực hiện: Trang xxxvi

suất trung bình PAPR lớn, rất nhạy với lệch tần số sóng mang CFO Nhưng với nhiều

ưu điểm vượt trội như hiệu quả sử dụng phổ tần cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt, có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu liên ký tự ISI bằng khoảng bảo vệ đủ lớn, chống lại được fading lựa chọn tần số và khắc phục được hiện tượng không có đường dẫn thẳng NLOS bằng tín hiệu đa đường dẫn Với nhiều ưu điểm vượt trội đó,công nghệ OFDM đang được triển khai rộng rãi, đem lại nhiều lợi ích lớn cho các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ cũng như các khách hàng sử dụng dịch vụ viễn thông

SV thực hiện: Trang xxxvii

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG MIMO VÀ KỸ THUẬT STBC

3.1 Giới thiệu chương

Nội dung chương này sẻ đi tìm hiểu một cách tổng quan về hệ thống MIMO trong thông tin vô tuyến, các kỹ thuật phân tập, độ lợi trong hệ thống MIMO Và cuối cùng

ta sẻ đi sâu vào việc tìm hiểu kỹ thuật mã hóa khối không gian thời gian STBC – một

kỹ thuật được sử dụng khá phổ biến và hiệu quả trong thông tin vô tuyến nhằm giảm ảnh hưởng của fading, tăng dung lượng kênh truyền

3.2 Kỹ thuật phân tập (Diversity)

Một trong những kỹ thuật hiệu quả nhất để giảm hiệu ứng của fading đa đường là sử dụng kỹ thuật phân tập.Trong hệ thống thông tin di động, kỹ thuật phân tập sử dụng hạn chế được ảnh hưởng của fading đa đường, làm tăng chất lượng tín hiệu vô tuyến

mà không cần phải tăng băng thông hay công suất phát

Kỹ thuật phân tập cho phép bộ thu thu được nhiều bản sao của cùng một tín hiệu Các bản sao này chứa cùng một lượng thông tin như nhau nhưng ít có sự tương quan về fading Tín hiệu thu bao gồm một sự kết hợp hợp lý của các phiên bản tín hiệu khác nhau sẻ chịu ảnh hưởng fading ít nghiêm trọng hơn so với từng phiên bản riêng lẽ nên

sẻ làm giảm ảnh hưởng của fading và cải thiện độ tin cậy của đường truyền Khi một đường tín hiệu cụ thể bị suy giảm thì đường tín hiệu khác có thể không bị suy giảm

SV thực hiện: Trang xxxviii

Có nhiều cách để đạt được phân tập, có 3 kỹ thuật phân tập cơ bản là phân tập thời gian (Time diversity), phân tập tần số (Frequency diversity) và phân tập không gian (Space diversity) hay còn gọi là phân tập anten Phân tập thời gian có thể thu được qua

mã hoá và xen kênh (interleaving), phân tập tần số nếu đặc tính của kênh là chọn lọc tần số, phân tập không gian với nhiều anten phát hoặc thu đặt cách nhau với khoảng cách đủ lớn

Ngoài ra, kỹ thuật phân tập có thể được phân ra thành 2 nhóm là phân tập phát (Transmitter diversity) và phân tập thu (Receiver diversity) [12] Trong phân tập phát, nhiều anten được dùng tại phía phát Các bản tin được xử lý tại bộ phát và truyền đi bằng nhiều anten khác nhau Phân tập phát giúp giảm công suất xử lý của bộ thu, dẫn đến cấu trúc hệ thống thu đơn giản, giảm công suất tiêu thụ và giảm chi phí Phân tập phát cũng được sử dụng trong thông tin di động với nhiều anten phát tại trạm gốc Điều này giúp nâng cao chất lượng, cũng như giải quyết được yêu cầu phân tập thu tại máy thu Hơn nữa, nếu thực hiện phân tập thu tại máy đầu cuối sẽ cần có nhiều bộ chuyển đổi RF, do đó sẽ mất nhiều năng lượng hơn để xử lý, trong khi nguồn pin của máy đầu cuối là hạn chế

Trong phân tập thu, nhiều anten được sử dụng tại đầu thu để thu các bản sao độc lập nhau của tín hiệu truyền Các bản sao tín hiệu này được kết hợp một cách hợp lý, làm

tăng tỷ số SNR tại đầu thu và hạn chế fading đa đường

3.2.1 Phân tập thời gian

Phân tập thời gian được thực hiện bằng cách truyền nhiều bản tin giống nhau tại các khe thời gian khác nhau, do đó bộ thu sẽ thu được các tín hiệu không tương quan về fading [12] Phân tập thời gian không yêu cầu tăng công suất phát, nhưng nó làm giảm tốc dộ dữ liệu từ dữ liệu được lặp lại trong các khe thời gian hơn là gửi dữ liệu mới trong các khe thời gian này

SV thực hiện: Trang xxxix

Phân tập thời gian có thể đạt được thông qua mã hóa (coding) và xen kênh (Interleaving) Xen kênh sẽ tạo ra khoảng thời gian phân cách giữa các bản sao của tín hiệu truyền, do đó sẽ tạo ra các tín hiệu độc lập về fading tại bộ giải mã

t

h

t

Hình 3.1 Xen kênh trong phân tập thời gian

Do xen kênh sẽ gây nên độ trễ khi giải mã nên kỹ thuật này chỉ phù hợp với các môi trường có fading nhanh khi khoảng thời gian liên kết (coherence time) của kênh truyền nhỏ Với các kênh truyền có fading chậm, việc sử dụng các bộ Interleaver có kích thước lớn sẽ gây ra hiện tượng trễ rất đáng kể, không chấp nhận được cho các ứng dụng nhạy với độ trễ như truyền thoại Một nhược điểm của kỹ thuật phân tập thời gian

là sự sử dụng băng thông không hiệu quả do sự dư thừa nhiều dữ liệu trong miền thời gian

3.2.2 Phân tập tần số

Phân tập tần số đạt được bằng cách phát cùng một tín hiệu trên nhiều tần số sóng mang khác nhau Các tần số được lựa chọn với dải phân cách đủ lớn để ảnh hưởng của fading lên các tần số này là độc lập nhau Tương tự như phân tập thời gian, phân tập tần số

SV thực hiện: Trang xl

cũng có khái niệm băng thông liên kết (coherence bandwidth) Tuy nhiên, thông số này

sẽ thay đổi tương ứng với các môi trường truyền sóng khác nhau

3.2.3 Phân tập không gian

Kỹ thuật phân tập không gian hay còn gọi là phân tập anten (Antenna Diversity) là kỹ thuật dùng nhiều anten ở đầu thu hoặc đầu phát hoặc cả hai để phát/thu cùng một tín hiệu trên đường truyền vô tuyến Các anten được phân cách nhau một khoảng cách vật

lý để đảm bảo các tín hiệu không tương quan nhau Khoảng phân cách yêu cầu sẽ thay đổi theo độ cao anten, môi trường truyền sóng và tần số thu phát Thông thường, khoảng phân cách vài bước sóng là đủ đảm bảo các tín hiệu không tương quan

Trong phân tập không gian, các bản sao của tín hiệu truyền được cung cấp đến bộ thu dưới dạng dư thừa trong miền không gian Không như phân tập thời gian và tần số sử dụng băng thông không hiệu quả, phân tập không gian đảm bảo sử dụng hiệu quả băng thông Đây là một đặc tính rất hấp dẫn cho việc phát triển truyền thông vô tuyến tốc độ cao trong tương lai

Tùy vào việc sử dụng số anten tại đầu phát và đầu thu mà chia phân tập anten ra thành

3 loại: hệ thống phân tập phát MISO, phân tập thu SIMO và phân tập cả hai đầu phát - thu MIMO

3.3 Khái niệm và mô hình hệ thống MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một công nghệ truyền thông không dây, trong đó cả đầu thu lẫn đầu phát tín hiệu đều sử dụng nhiều anten để tối ưu hóa tốc độ truyền và nhận dữ liệu, đồng thời giảm thiểu những lỗi như nhiễu sóng, mất tín hiệu MIMO tận dụng sự dội lại của sóng khi đụng phải những chướng ngại trên đường truyền khiến chúng có thể đến được đầu thu tín hiệu bằng nhiều con đường khác nhau