Mô phỏng hệ thống vô tuyến mimo luận văn tốt nghiệp đại học

 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN MIMO Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Phúc Ngọc Sinh viên thực : Đỗ Hồng Quang Lớp : 47K- ĐTVT Vinh 05/2011 Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  MỤC LỤC Trang MỤC LỤC .5 1.1 Các đặc điểm thông tin số 1.2 Các tham số chất lượng hệ thống thông tin số 1.3 Hệ thống truyền dẫn số 1.4 Mô hình kênh liên tục truyền tín hiệu số 1.5 Kênh tạp âm AWGN 1.5.1 Tạp âm AWGN 1.5.2 Mô tạp âm AWGN 10 1.5.3 Mô truyền dẫn qua kênh AWGN 11 Hình 1.3 Sơ đồ mô truyền dẫn BPSK kênh AWGN 12 1.6 Kênh fading 12 1.6.1 Mô hình toán học fading .13 1.6.2 Ảnh hưởng chuyển động MS 14 1.7 Kênh fading Rayleigh 16 1.8 Fading fading đa đường chọn lọc tần số 17 1.8.1 Fading hệ thống vô tuyến 17 1.8.2 fading đa đường chọn lọc theo tần số 23 1.9 Can nhiễu số tác động khác đường truyền .26 1.9.1 Can nhiễu 26 1.9.2 Một số tác động khác đường truyền 27 1.10 Tóm tắt chương 30 3.1 Cơ sở lý thuyết 78 3.1.1.Truờng hợp kênh MISO x 78 3.1.2 Trường hợp kênh MIMO x 82 3.2 Tóm tắt chương 85 Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  KẾT LUẬN 86 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH Mophong21.m 87 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH Mophong22.m 88 Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Viết tắt AWGN BER BS BPSK MS MRC MLD MIMO MISO ML SNR SIMO SISO STTD STBC STE STC STD SIR DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit Base Station Trạm gốc Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân Mobile Station Trạm di động Maximal Ratio Combining Kết hợp độ lợi tối đa Maximum Likehood Detection Phương pháp tách sóng hợp lệ tối đa Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu Multiple Input Single Output Đa đầu vào đơn đầu Maximum Likehood Hợp lẽ cực đại Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu tạp âm Single Input Multiple Output Đơn đầu vào đa đầu Single Input Single Output Đơn đầu vào đơn đầu Space Time Transmit Diversity Phân tập phát không gian thời gian Space Time Block Code Mã khối không gian thời gian Space Time Encoder Bộ mã hoá không gian thời gian Space Time Code Mã không gian thời gian Switched Transmit Diversity Phân tập phát chuyển mạch Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu DANH MỤC CÁC BẢNG MỤC LỤC .5 1.1 Các đặc điểm thông tin số 1.2 Các tham số chất lượng hệ thống thông tin số 1.3 Hệ thống truyền dẫn số 1.4 Mô hình kênh liên tục truyền tín hiệu số 1.5 Kênh tạp âm AWGN Hình 1.3 Sơ đồ mô truyền dẫn BPSK kênh AWGN 12 Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  1.6 Kênh fading 12 1.7 Kênh fading Rayleigh 16 1.8 Fading fading đa đường chọn lọc tần số 17 1.9 Can nhiễu số tác động khác đường truyền .26 3.1 Cơ sở lý thuyết 78 3.1.1.Truờng hợp kênh MISO x 78 3.1.2 Trường hợp kênh MIMO x 82 3.2 Tóm tắt chương 85 KẾT LUẬN 86 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH Mophong21.m 87 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH Mophong22.m 88 Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong đồ án chủ yếu đề cập đến mã khối không gian-thời gian, kỹ thuật sử dụng hệ thống đa anten, trình ước lượng kênh truyền hệ thống MIMO mô hệ thống truyền dẫn vô tuyến số sử dụng đa anten Đồ án có bố cục gồm chương sau: Chương 1: Kênh thông tin vô tuyến Chương 2: Kỹ thuật đa anten Chương 3: Mô hệ thống truyền dẫn đa anten Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Báo cáo đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  LỜI NÓI ĐẦU Sự bùng nổ nhu cầu thông tin vô tuyến nói chung thông tin di động nói riêng năm gần thúc đẩy phát triển công nghệ truyền thông vô tuyến Trong đó, phải kể đến công nghệ MIMO, anten thông minh, Sự đời hệ thống truyền dẫn vô tuyến số sử dụng đa anten (MIMO) nhằm nâng cao dung lượng chất lượng truyền thông vô tuyến, đồng thời thực mô hình hóa tiến hành mô xác suất lỗi bít (BER), xác suât lỗi ký tự (SER) lượng xạ của kỹ thuật phân tập anten Ngoài ảnh hưởng suy hao, can nhiễu, tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến di động bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, … gây tượng fading đa đường Điều dẫn đến tín hiệu nhận thu xấu nhiều so với tín hiệu phát, làm giảm đáng kể chất lượng truyền thông Những nghiên cứu gần cho thấy, việc sử dụng kết hợp phương pháp điều chế vào hệ thống MIMO cho phép cải thiện đáng kể ảnh hưởng fading từ môi trường truyền, cho phép nâng cao chất lượng tốc độ truyền thông, hệ thống MIMO sử dụng mã khối không gian – thời gian (STBC) cho phép cải thiện xác suất lỗi bít (BER) ký tự (SER) lượng xạ anten Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến số sử dụng đa anten dùng kỹ thuật mã hoá không gian-thời gian (STC) thích hợp đạt hệ số tăng ích lớn truyền dẫn đa đường Alamouti đề xuất kỹ thuật phân tập đơn anten kết hợp với mã hoá, dựa kỹ thuật đó, mã hoá không –gian thời gian phát triển ứng dụng lĩnh vực truyền thông vô tuyến Gần đây, mã khối không gian-thời gian chấp nhận thông tin di động hệ thứ Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  ba với mục đích thực truyền thông đa phương tiện Nó sử dụng phổ biến kỹ thuật mã hoá không gian-thời gian khác Các công trình nghiên cứu rằng, dung lượng hệ thống thông tin vô tuyến tăng lên đáng kể sử dụng nhiều anten thu phát Các phương pháp phân tập thường gặp phân tập tần số, phân tập thời gian, phân tập không gian (phân tập anten) Trong đó, kỹ thuật phân tập anten quan tâm ứng dụng vào hệ thống MIMO nhờ khả khai thác hiệu thành phần không gian nhằm nâng cao chất lượng dung lượng hệ thống, giảm ảnh hưởng fading, đồng thời tránh hao phí băng thông tần số - yếu tố quan tâm hoàn cảnh tài nguyên tần số ngày khan Đồ án chủ yếu đề cập đến mã khối không gian-thời gian, trình ước lượng kênh truyền hệ thống MIMO mô hệ thống truyền dẫn vô tuyến số sử dụng đa anten Đồ án có bố cục gồm chương sau: Chương 1: Kênh thông tin vô tuyến Chương 2: Kỹ thuật đa anten Chương 3: Mô hệ thống truyền dẫn đa anten Do thời gian, tài liệu kinh nghiệm làm việc hạn chế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp ý kiến quý thầy giáo bạn đọc để đồ án hoàn thiện Nhân em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Nguyễn Phúc Ngọc tận tình bảo giúp đỡ trình thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Vinh 05/2011 Sinh viên thực Đỗ Hồng Quang Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  CHƯƠNG KÊNH THÔNG TIN VÔ TUYẾN 1.1 Các đặc điểm thông tin số Các hệ thống thông tin sử dụng để truyền đưa tin tức từ nơi đến nơi khác Tin tức truyền đưa từ nguồn tin (là nơi sinh tin tức) tới nhận tin (là đích mà tin tức cần chuyển tới) dạng tin Bản tin dạng hình thức chứa đựng lượng thông tin Các tin tạo từ nguồn dạng liên tục hay rời rạc, tương ứng có nguồn tin liên tục hay rời rạc Đối với nguồn tin liên tục, tập tin tập vô hạn, nguồn tin rời rạc tập tin có tập hữu hạn Biểu diễn vật lý tin gọi tín hiệu Có nhiều loại tín hiệu khác tuỳ theo đại lượng vật lý sử dụng để biểu diễn tín hiệu Tuỳ theo dạng tín hiệu sử dụng để truyền tải tin tức hệ thống truyền tin tín hiệu tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) tương ứng có hệ thống thông tin analog hay hệ thống thông tin số Nhược điểm hệ thống thông tin số so với hệ thống thông tin tương tự trước phổ chiếm tín hiệu số truyền tin liên tục tương đối lớn so với phổ tín hiệu analog Do hạn chế kỹ thuật nay, phổ chiếm tín hiệu số tương đối lớn phổ chiếm tín hiệu analog truyền tin liên tục, nhiên tương lai kỹ thuật số hoá tín hiệu liên tục tiên tiến áp dụng phổ tín hiệu số so sánh với phổ tín hiệu liên tục Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  1.2 Các tham số chất lượng hệ thống thông tin số Các tham số chất lượng chủ yếu hệ thống thông tin số độ xác truyền tin tốc độ truyền tin Các yêu cầu hệ thống thông tin số nhanh chóng xác Cần nói thêm rằng, hai yêu cầu nói chung mâu thuẫn với Về nguyên tắc, muốn truyền tin thật xác phải chấp nhận giảm tốc độ truyền ngược lại, truyền tin nhanh lỗi truyền tin xảy dày Đối với thông tin số, tham số đo độ xác truyền tin thường đánh giá qua tỷ lệ lỗi bít (BER: Bit-Error Ratio) thường hiểu tỷ lệ số bít nhận bị lỗi tổng số bít truyền khoảng thời gian quan sát Khi thời gian quan sát tiến đến vô hạn tỷ lệ tiến tới xác suất lỗi bít Trong thực tế, thời gian quan sát vô hạn nên tỷ lệ lỗi bít gần với xác suất lỗi bít, nhiên nhiều trường hợp thực tế người ta thường xem gọi BER xác suất lỗi bít Trong nhiều trường hợp, ứng với loại dịch vụ định, tham số phái sinh độ xác truyền tin thường xét đến giây bị lỗi trầm trọng (SES : Severely Errored Seconds), giây bị lỗi (ES: Errored Seconds), phút suy giảm chất lượng (DM: Degraded Minutes) Trong số hệ thống thông tin số sử dụng biện pháp mã hoá hiệu tiếng nói điện thoại di động chẳng hạn, độ xác truyền tin thể qua tham số chất lượng tiếng nói xét khía cạnh chất lượng dịch vụ Khả truyền tin nhanh chóng hệ thống thông tin số thường đánh giá qua dung lượng tổng cộng B hệ thống, tốc độ truyền thông tin (có đơn vị b/s) tổng cộng hệ thống với độ xác cho Nhìn chung, dung lượng hệ thống tuỳ thuộc vào băng tần truyền dẫn hệ thống, sơ đồ điều chế số, mức độ tạp nhiễu Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN ĐA ANTEN 3.1 Cơ sở lý thuyết 3.1.1.Truờng hợp kênh MISO x Hình 3.1 mô tả sơ đồ phân tập phát không gian - thời gian Alamouti đề xuất năm 1998 sử dụng hai anten phát anten thu Phương pháp phân tập gọi mã khối không gian - thời gian (STBC: SpaceTime Block Code) Alamouti, mặt chất không đem lại độ lợi mã hóa Ước lượng kênh Kết hợp Tách tín hiệu hợp lẽ tối đa Hình 3.1 Sơ đồ STBC với ăng-ten phát ăng-ten thu Phương pháp mã hóa: Tại chu kỳ tín hiệu (symbol period) cho trước hai dấu tín hiệu sk sk+1 mã hóa không gian thời gian theo mô tả Bảng 3.1 Tại khe thời gian thứ k anten phát thứ phát sk anten phát thứ hai phát s k+1 Tại khe thời gian k + 1, Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  ăng-ten phát thứ phát anten thứ hai phát Bằng cách việc mã hóa thực theo không gian thời gian Bảng 3.1 Qui luật mã hóa không gian - thời gian Alamouti Thời gian Thời gian k+1 k Ăng-ten sk Ăng-ten sk+1 Tương tự trường hợp kết hợp thu phân tập MRC, giả sử kênh fading biến đổi chậm, tức fading không thay đổi khoảng thời gian hai dấu tín hiệu Nhờ đó, bỏ qua số thời gian biểu diễn kênh Đặt kênh truyền từ anten phát thứ thứ hai tới anten máy thu tương ứng Các tín hiệu thu khe thời gian k k+1 (3.1) (3.2) Phương pháp kết hợp: Biến đổi (3.1) (3.2) lại thành (3.3) (3.4) Để ý để ước lượng dấu tín hiệu sk sk+1 cách tối ưu, cần phải tách thông tin dấu chứa tín hiệu thu yk yk+1 Việc thực nhờ sử dụng luật kết hợp sau đây: (3.5) (3.6) Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Thay (3.3) (3.4) vào (3.5) (3.6), thu (3.7) (3.8) So sánh (3.7) (3.8) với phương pháp MLD, thấy khác biệt dấu ước lượng nhờ sử dụng phương pháp MRC phương pháp STBC Alamouti quay pha thành phần tạp âm Tuy nhiên, quay pha tạp âm không làm suy giảm tỉ số SNR hiệu dụng đầu Vì vậy, kết luận phương pháp phân tập phát không gian-thời gian sử dụng hai anten phát ăng-ten thu Alamouti tương đương với phương pháp phân tập thu MRC sử dụng anten phát hai anten thu Tuy nhiên, quan sát cho trường hợp tổng công suất phát không bị chuẩn hóa cho công suất phát hai phương pháp phân tập Nếu tổng công suất hai anten phát trường hợp phân tập phát Alamouti chuẩn hóa công suất phát từ ăngten trường hợp thu MRC thành phần tín hiệu nửa Kết là, tỉ số SNR BER đầu hệ thống Alamouti STBC bị suy giảm dB so với tỉ số tương ứng hệ thống phân tập thu MRC Kết luận lại nói Alamouti STBC đạt cấp độ phân tập giống phương pháp MRC bị suy giảm phẩm chất dB Tách sóng tối ưu: luật định ML định nghĩa đồng thời cho sk sk+1 sau: Khai triển thành phần đối số (3.9) ta có Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  (3.10) Để ý thành phần chung không làm thay đổi luật định, bỏ qua chúng Ngoài ra, thành phần tự triệt tiêu lẫn nhau, đối số ASTBC trở thành (3.11) (3.12) Một điểm thú vị nhận thấy luật định ML đồng thời cho s k Sk+l chia thành luật định độc lập cho s k sk+l Do luật định cho sk sk+l nhau, sau bỏ qua thành phần chung thu luật định chung cho Alamouti STBC Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Đối với tín hiệu PSK lượng tín hiệu, , tất thành phần tín hiệu sk, luật định ML lược giản thành Hình 3.2 Kết mô trường hợp MISO 2×1 3.1.2 Trường hợp kênh MIMO x Trong phần này, mở rộng nguyên lý Alamouti STBC trường hợp kênh MISO x mục 3.1 cho trường hợp kênh anten phát anten thu, tức là, kênh MIMO x Sơ đồ cấu hình Alamouti STBC cho trường hợp kênh MIMO x mô tả Hình 3.2 Phương pháp kết hợp: Các tín hiệu thu anten thu thứ thứ hai thời điểm k k + (3.15) (3.16) Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  (3.17) (3.18) zm,k mẫu tạp âm anten thu m khe thời gian k Để ước lượng tối ưu dấu tín hiệu phát s k sk+1 cần phải tách thông tin chúng chứa , , việc thực nhờ sử dụng phương pháp kết hợp sau (3.19) (3.20) Thay công thức (3.15) đến (3.18) vào (3.19) (3.20), ta thu (3.21) (3.22) Để ý tín hiệu kết hợp công thức thực tế tổng tín hiệu kết hợp từ anten thu công thức (3.7) (3.8) Điều có nghĩa để có tín hiệu tổng hợp cho trường hợp kênh MIMO 2×M cần phải tìm tín hiệu kết hợp cho anten thu, sau cần cộng chúng lại với Một quan sát khác nhận thấy việc sử dụng anten thu cho phép tăng gấp đôi độ phân tập so với hệ thống sử dụng anten thu Một cách tổng quát, kết luận độ phân tập hệ thống MIMO STBC M gấp M lần độ phân tập hệ thống MISO STBC 2×1 Điều có nghĩa cấp độ phân tập Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  hệ thống MIMO STBC 2×M độ phân tập hệ thống SIMO MRC 1×2M Tuy nhiên, cần ý tổng công suất phát chuẩn hóa thành đơn vị cho tổng công suất phát hai hệ thống phẩm chất hệ thống STBC bị suy giảm 3dB so với hệ thống MRC Ước lượng kênh Kết hợp Ước lượng kênh Tách tín hiệu hợp lẽ tối đa Hình 3.3 Sơ đồ STBC với ăng-ten phát anten thu Tách sóng tối ưu: luật định ML đồng thời cho s k sk+1 định nghĩa sau: Sử dụng phương pháp tương tự sử dụng cho trường hợp kênh MISO x trình bày mục trước thu luật định ML tổng quát sau Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Tương đương với Hình 3.4 Kết mô trường hợp MISO 2×2 3.2 Tóm tắt chương Trong chương này, em tìm hiểu mô hệ thống truyền dẫn vô tuyến số cho trường hợp hai anten phát anten thu, hai anten phát hai anten thu Qua kết mô em thấy số lượng anten phía thu phát lớn thì tỷ số lỗi bít nhiễu công suất phát chuẩn hoá giảm Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  KẾT LUẬN - Kỹ thuật phân tập anten cải thiện tốt xác suất lỗi điều kiện kênh truyền có faiding Độ lợi thu phương pháp phân tập anten lên đến hàng chục dB Đây thông số thể rõ tính ưu việt kỹ thuật phân tập anten ứng dụng vào hệ thống truyền thông, đặc biệt hệ thống thông tin di động vốn đòi hỏi yêu cầu nâng cao dung lượng, chất lượng dịch vụ, tiết kiệm lượng sử dụng, thu gọn kích thước thiết bị máy đầu cuối - Thông số BER( SER) cải thiện đáng kể tăng số lượng anten Tuy nhiên, với gia tăng số anten độ gia tăng độ lợi hệ thống có xu hướng giảm Kết mô cho thấy độ gia tăng độ lợi tốt tăng từ lên anten Đây ưu điểm đáng quan tâm cho việc ứng dụng kỹ thuật phân tập anten vào thực tế, đặc biệt triển khai máy đầu cuối mạng di động Số anten không nhiều giúp tiết kiệm chi phí độ phức tạp thi công, đáp ứng yêu cầu giảm kích thước máy đầu cuối mà đảm bảo ứng dụng kỹ thuật phân tập anten vào nâng cao chất lượng dịch vụ - Qua nghiên cứu lý thuyết kết mô kỹ thuật phân tập anten, khẳng định kỹ thuật hiệu việc giảm ảnh hưởng fading lên tín hiệu, nâng cao độ lợi hệ thống, cải thiện đáng kể chất lượng dung lượng, cho phép khai thác hiệu thành phần không gian-không làm hao tổn tài nguyên tần số, thời gian phương pháp phân tập khác Với ưu điểm đó, thấy việc ứng dụng mô hình phân tập anten mã khối không gian-thời gian vào hệ thống MIMO hoàn toàn phù hợp, đặc biệt việc nâng cao dung lượng hệ thống - yêu cầu quan tâm công nghệ truyền thông đại Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Báo cáo đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH Mophong21.m clear all % Input data numfr = input('Input the number of transmitted frames(ex 10^3):'); frlen=148; % Length of Tx data msg = randint(frlen,1); % Transmit message msg_demux = reshape(msg,2,frlen/2); msg_symb=2*msg-1; msg_symb_demux = reshape(msg_symb,2,frlen/2); symb_tx = msg_symb_demux./sqrt(2); for iter = 1:numfr %TAO H1 h1 =(randn(2*1,1)+j*randn(2*1,1))/sqrt(2); % Channel matrix H1 = [ conj(h1(1)) conj(h1(2)); h1(2) -h1(1)]; EbNodB = 0:2:25; EbNo = 10.^(EbNodB/10); for k=1:length(EbNo) % Iteration for different input SNR % Gaussian noise w/ mean zero, deviation sigma sigma = sqrt(1/(2*EbNo(k))); % noise deviation; z1 = sigma*(randn(2,frlen/2)+j*randn(2,frlen/2)); z11 = z1(1,:); z12=z1(2,:); z1 = [z11; conj(z12)]; rho1 = norm(h1)^2; %abs(h11)^2+abs(h21)^2; Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten 87  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  % Estimating received signals symb_rx1 = rho1.*symb_tx + H1'*z1; % Making decision symb_est1 = sign(real(symb_rx1)); msg_demux_est1 = (symb_est1 + 1)/2; msg_est1 = reshape(msg_demux_est1,1,frlen); [errNum, BER1(iter,k)] = biterr(msg,msg_est1'); end end BER1=sum(BER1,1)/numfr; semilogy(EbNodB,BER1,'mo-','LineWidth',2); hold on axis([0 25 10^-5 0.5]) grid legend('BER1(nTx=2, nRx=1, Alamouti)'); xlabel('Eb/No'); ylabel('Average BER'); title('BER for BPSK modulation with Alamouti STBC'); PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH Mophong22.m clear all % Input data numfr = input('Input the number of transmitted frames (ex 10^3): '); frlen=148; msg = randint(frlen,1); % Length of Tx data % Transmit message 88  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  msg_demux = reshape(msg,2,frlen/2); msg_symb=2*msg-1; msg_symb_demux = reshape(msg_symb,2,frlen/2); symb_tx = msg_symb_demux./sqrt(2); for iter = 1:numfr %TAO H1 h1 =(randn(2*2,1)+j*randn(2*2,1))/sqrt(2); % Channel matrix H1 = [ conj(h1(1)) conj(h1(2)); h1(2) -h1(1); conj(h1(3)) conj(h1(4)); h1(4) -h1(3)]; EbNodB = 0:2:25; EbNo = 10.^(EbNodB/10); for k=1:length(EbNo) % Iteration for different input SNR % Gaussian noise w/ mean zero, deviation sigma sigma = sqrt(1/(2*EbNo(k))); % noise deviation; z1 = sigma*(randn(4,frlen/2)+j*randn(4,frlen/2)); z11 = z1(1,:);z12=z1(2,:);z21 = z1(3,:);z22=z1(4,:); z2 = [z11;conj(z12);z21;conj(z22)]; rho1 = norm(h1)^2; %abs(h11)^2+abs(h21)^2; 89  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  % Estimating received signals symb_rx2 = rho1.*symb_tx + H1'*z2; % Making decision symb_est2 = sign(real(symb_rx2)); msg_demux_est2 = (symb_est2 + 1)/2; msg_est2 = reshape(msg_demux_est2,1,frlen); [errNum, BER2(iter,k)] = biterr(msg,msg_est2'); end end BER2=sum(BER2,1)/numfr; semilogy(EbNodB,BER2,'ks-','LineWidth',2); hold on axis([0 25 10^-5 0.5]) grid legend('BER2(nTx=2, nRx=2, Alamouti)'); xlabel('Eb/No'); ylabel('Average BER'); title('BER for BPSK modulation with Alamouti STBC'); 90  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Quốc Bình, khoa vô tuyến, Kỹ thuật truyền dẫn số, Nhà xuất Quân đội nhân dân, Hà Nội -2001 [2] Nguyễn Viết Đảm, Mô hệ thống viễn thông ứng dụng MATLAB, Nhà xuất Bưu điện, Hà Nội 2007 [3] Học viện công nghệ bưu viễn thông, Kỹ thuật thông tin số (Cơ sở nâng cao), Nhà xuất bưu điện, Hà nội 2004 [4] Trần Xuân Nam, Mô hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng MATLAB, tài liệu giảng, Học viện KTQS,2006 [5] Nguyễn Phùng Quang, MATLAB & SIMULINK Dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2004 Tiếng Anh [1] Masoud Elzinati, Space-time Block Coding for Wireless Communications, PhD thesis, August 2008 [2] Branka Vucetic, Jinhong Yuan, Space – Time Coding, John Wiley & Sons Ltd, England 2003 [3] J Yang, E Masoud and Y Sun, Performance of Space-time Block Coding Using Estimated Channel Parameters, London Communications Symposium Conference UCL, 2004 [4] M Ma, E Masoud, Y Sun, and J M Senior, A Hybrid Space-time and Collaborative Coding Scheme for Wireless Communications, International Symposium on Circuits and Systems, ISCAS 6, pp 61026105, May 2005 [5] E Masoud and Y Sun, Joint Channel Estimation and Data Detection for Space-time Block Coding with no Channel State 91  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Information, Smart Antennas and Cooperative Communications Presentations, IET, Nov 2007 92 [...]... Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  1.10 Tóm tắt chương 1 Trong chương này, em đã tìm hiểu tổng quan về hệ thống, đặc điểm, các tham số cơ bản của hệ thống truyền dẫn vô tuyến số, qua đó tìm hiểu kênh thông tin vô tuyến và các tác động của nó đến quá trình truyền dẫn tín hiệu số giữa máy thu và phát của hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Mô phỏng các hệ. .. thông tin ở phần thu hệ thống thông tin số Có rất nhiều loại hệ thống truyền dẫn số khác nhau tuỳ thuộc môi trường truyền dẫn như các hệ thống truyền dẫn số qua vệ tinh viễn thông, các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mặt đất, các hệ thống vô tuyến di động, các hệ thống thông tin dùng cáp đồng trục, cáp xoắn hay cáp sợi quang học Kỹ thuật được sử dụng để truyền dẫn số trong các hệ thống truyền dẫn khác... của hệ số suy hao fading so với thời gian của một bít hay một symbol Đối với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mặt đất hiện nay, do thời gian của một bít (symbol) khá nhỏ nên hầu như fading trong các hệ thống này đều có thể xem là fading chậm, nhất là đối với các hệ thống có Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  dung lượng từ vừa đến lớn Đối với các hệ. .. hiện nay, tham số này là khoảng vài trăm Mb/s-km đến một vài Gb/s-km đối với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số hay cáp đồng trục và có thể lên tới hàng ngàn Gb/s-km hoặc hơn nữa đối với các hệ thống thông tin quang sợi Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Đối với các hệ thống truyền dẫn số hiện tại, các tín hiệu số nhận giá trị trong một tập hữu hạn... tín hiệu với phổ được xác định nhờ các đặc tính lọc của chính các hệ thống gây nhiễu đó Các nguồn nhiễu này có thể là kênh có cùng tần số vô tuyến song khác phân cực trong các hệ thống vô tuyến có tái dụng tần số, hoặc có thể là các kênh vô tuyến lân cận trên cùng một hệ thống lớn, hay có thể là các nguồn nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác loại Do các tác động lọc nhiễu và triệt xuyên phân cực chéo,... các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mặt đất LOS, lượng tia truyền dẫn nói chung không lớn do đó đặc tính của nó ít động hơn so với các kênh ứng với các phân bố Rayleigh, Rice hoặc Nakagami Sự thay đổi của độ khúc xạ khí quyển dọc tuyến có ảnh hưởng rất lớn đối với quá trình truyền lan sóng từ máy phát tới máy thu trên các tuyến vô Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp. .. đối với các hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Trong thực tế chỉ có việc truyền lan sóng giữa các vệ tinh hoặc giữa các vệ tinh với các trạm mặt đất công tác ở các tần số không quá cao, góc ngẩng anten đủ lớn mới có thể xem như truyền lan sóng trong không gian tự do Đối với các hệ thống truyền... theo tần số Méo tuyến tính như thế sẽ gây ra ISI và do vậy sẽ làm giảm chất lượng hệ thống Chỉ riêng méo do fading đa đường mạnh đã có thể tạo ra ISI rất lớn dẫn đến gián đoạn liên lạc (BER>10-3), thậm chí trong điều kiện không tính đến tạp nhiễu Hơn nữa, fading đa đường trên các tuyến vô tuyến chuyển tiếp số LOS xảy ra khá Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng... và nhiễu xạ của sóng vô tuyến tại các vật chướng ngại Các tác động nói trên đều mang tính ngẫu nhiên Cần phải nhấn mạnh ở đây rằng, so với kênh truyền trong các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mức độ biến thiên theo thời gian của kênh truyền thông tin di động thì lớn hơn nhiều, một phần do sự di chuyển của máy di Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang ... đó được so sánh với tín hiệu phát để tính toán phẩm chất lỗi bít BER của hệ thống Mô phỏng các hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ Hồng Quang  Tx Data Detector AWG N Error Detector & BER Calculation Hình 1.3 Sơ đồ mô phỏng truyền dẫn BPSK trên kênh AWGN Để tìm được BER theo tỉ số trong chương trình mô phỏng truyền BPSK qua kênh AWGN có hai cách thực hiện: * Đặt mật độ phổ công ... 1.8.1 Fading hệ thống vô tuyến Fading tượng suy lạc tín hiệu thu cách bất thường xảy hệ thống vô tuyến tác động môi trường truyền dẫn Mô hệ thống vô tuyến số sử dụng đa anten  Đồ án tốt nghiệp Đỗ... thu hệ thống thông tin số Có nhiều loại hệ thống truyền dẫn số khác tuỳ thuộc môi trường truyền dẫn hệ thống truyền dẫn số qua vệ tinh viễn thông, hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mặt đất, hệ thống. .. truyền hệ thống MIMO mô hệ thống truyền dẫn vô tuyến số sử dụng đa anten Đồ án có bố cục gồm chương sau: Chương 1: Kênh thông tin vô tuyến Chương 2: Kỹ thuật đa anten Chương 3: Mô hệ thống truyền