LTE phụ thuộc vào 3 yếu tố chính OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access); SCFDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) và anten MIMO. Tìm hiểu chi tiết về các kỹ thuật trong OFDM.
CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 GIỚI THIỆU Ngành công nghiệp mạng không dây bắt đầu sáng tạo phát triển công nghệ kể từ năm 1970 Trong vài thập kỷ qua, công nghệ mạng không dây trải qua hệ cách mạng công nghệ phát triển Các dịch vụ viễn thông giới có bước tiến nhảy vọt vài năm qua Chúng ta thấy điều gia tăng ngày số lượng người sử dụng dịch vụ viễn thông Trong thời điểm tại, có bốn hệ ngành công nghiệp mạng di động Đó 1G- hệ đầu tiên, 2G- hệ thứ hai, 3Gthế hệ thứ ba, tới 4G Ngày công nghệ không dây di động khác diện mạng di động hệ thứ ba (System UMTS- Universal Mobile Telecommunication, CDMA2000), LTE (Long Term Evolution), Wi-Fi (IEEE 802.11 mạng không dây), WiMAX (IEEE 802.16), mạng cảm biến, vùng mạng cá nhân (ví dụ Bluetooth, ZigBee) Thiết bị đầu cuối di động bao gồm giao diện khác GSM dựa chuyển mạch Tất mạng không dây điện thoại di động thực nguyên tắc All-IP, có nghĩa tất liệu tín hiệu chuyển qua IP (Internet Protocol) lớp mạng Ngày điện thoại có tất thứ từ kích thước nhỏ nhất, nhớ điện thoại lớn, quay số nhanh, xem video, máy nghe nhạc, camera vv Trước với tính hồng ngoại, bạn chia sẻ liệu đường nhìn thấy có nghĩa hai thiết bị chỉnh xác để truyền liệu, trường hợp bluetooth bạn chuyển liệu bạn để điện thoại di động túi bạn lên đến phạm vi 50 mét 1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ MOBILE Điện thoại di động dùng hàng ngày hàng tỷ người dùng toàn giới Năm 1945, hệ 0G điện thoại di động giới thiệu Dịch vụ điện thoại di động này, không thức phân loại mạng di động, chúng không hỗ trợ thay đổi tự động kênh tần số gọi 1G (Time Division Multiple Access Frequency Division Multiple Access) hệ thống mạng viễn thông không dây ban đầu vàđến không Các "điện thoại cục gạch" thiết bị sử dụng công nghệ 1G Mạngkhông dây di động bắt đầu với 1G sau tiến đến 2G Điện thoại di động nâng cấp lớn chúng từ 1G đến 2G Bước nhảy vọt hiệu đưa điện thoại di động từ tương tự sang kỹ thuật số 2G 2.5G phiên kết nối GSM CDMA Và đến GSM công nghệ phổ biến nhất, internet GPRS dịch vụ bổ sung, cung cấp qua GSM cho mục đích truy cập internet EGPRS tạo từ phát triển GPRS với đặc điểm cải tiến như: an toàn nhanh so với GPRS Sau đến công nghệ 3G(CDMA) 3G viễn thông không dây cung cấp kết nối internet băng thông rộng điện thoại di động tạo đặc biệt cho nhu cầu internet điện thoại thông minh Mạng di động tiếp tục phát triển dẫn đến việc tạo 3.5G, cung cấp cho mong muốn kết nối internet nhanh điện thoại, tăng lên với tốc độ 7.2 Mbps Một điện thoại thông minh kết nối với máy tính để chia sẻ kết nối internet, 3G 3.5G lý tưởng cho việc Nhược điểm lớn công nghệ WCDMA sẵn phổ biến GSM Trước chuyển đổi từ mạng không dây 2G sang mạng không dây 3G, mạng không dây 2.5G tạo hỗ trợ đáng kể Sau 2.5G, 3G cung cấp tốc độ truyền liệu nhanh hơn, sử dụng điện thoại di động streaming video (ví dụ đoạn phim truyền hình), âm nhiều Các công ty điện thoại di động ngày dành nhiều tiền để quảng bá cho bạn quan trọng mạng 3G họ Trong tiêu chuẩn EDGE GSM ("2.9G"), điện thoại không dây DECT tiêu chuẩn di động Wi MAX thức thực đầy đủ yêu cầu IMT-2000 chấp nhận tiêu chuẩn 3G ITU, chúng không 3G điển hình, dựa công nghệ hoàn toàn khác Công nghệ điện thoại di động4G, đề cập đến phát triển hoàn toàn (OFDMA), cung cấp cho internet lên đến tốc độ 1Gbps.4G vượt qua vấn đề mạng yếu cung cấp mạng lưới rộng lớn nhiều, đảm bảo người dùng có kết nối tốc độ cao lúc nơi 1.2.1 Hệ thống 1G wireless Hình 1: Hệ thống 1G Công nghệ không dây hệ (1G) công nghệ sử dụng sóng tương tự, điện thoại di động chuẩn truyền tín hiệu thoại, phát triển vào năm 1980 Công nghệ 1G thay công nghệ 0G, số hệ thống di động đặc trưngnhư hệ thống điện thoại di động (MTS), hệ thống điện thoại di động cao cấp (AMTS), dịch vụ điện thoại di động cải thiện (IMTS) Push to Talk (PTT) Đặc điểm 1G: • Được phát triển vào năm 1980 hoàn thành vào đầu năm 1990 • 1G hệ thống tương tự hỗ trợ hệ đầu điện thoại di động tương tự đạt tốc độ 2.4kbps • Hệ thống điện thoại di động nâng cao (AMPS) lần đưa Mỹ hệ thống điện thoại di động 1G • Cho phép người dùng thực gọi quốc gia 1.2.2 Hệ thống 2G wireless Hình 2: Hệ thống GSM (2G) Mạng không dây di động 2G đưa thị trường chuẩn GSM Phần Lan năm 1991, cho phép cường độ truy cập lớn nhiều Công nghệ 2G cho phép mạng điện thoại di động khác cung cấp dịch vụ tin nhắn văn bản, tin nhắn đa phương tiện (MMS) Công nghệ 2G hiệu hiệu công nghệ 1Gở khả giữ an toàn cho người gửi người nhận Tất tin nhắn văn mã hóa kỹ thuật số Công nghệ 2G bắt nguồn từ châu Âu, sử dụng 212 quốc gia giới công nghệ thiết lập chuyển vùng quốc tế Điều cho phép thuê bao di động sử dụng kết nối điện thoại nhiều nước khác giới dựa tín hiệu kỹ thuật số, không giống công nghệ 1G sử dụng để truyền tín hiệu tương tự GSM cho phép sử dụng dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) cho mạng di động thời điểm Công nghệ mang lại lợi ích đồng thời cho nhà khai thác mạng người sử dụng 1.2.3 Hệ thống 3G wireless Di động Viễn thông Quốc tế 2000 (IMT - 2000), biết đến công nghệ 3G hệ tiêu chuẩn cho điện thoại di động dịch vụ viễn thông di động thực thông số kỹ thuật Liên minh Viễn thông Quốc tế Mạng 3G gọi IMT-2000 Các đặc điểm 3G: • Tốc độ truyền từ 125kbps đến 2Mbps • Năm 2005, 3G sẵn sàng để mang đến hiệu mạng máy tính (WCDMA, WLAN Bluetooth) khu vực thiết bị di động (điện • • • • • thoại di động GPS) Dữ liệu gửi thông qua công nghệ gọi chuyển mạch gói Cuộc gọi thoại diễn dịch cách sử dụng chuyển mạch Truy cập để chuyển vùng toàn cầu Cuộc gọi thoại rõ ràng Truyền thông nhanh, Internet, Mobile TV, Video Conferencing, Video Calls, Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS), chơi game 3D, MultiGaming, vv có sẵn với điện thoại 3G Tính công nghệ 3G tốc độ truyền tải liệu nhanh chóng Công nghệ 3G linh hoạt, hỗ trợ công nghệ không dây lớn IMT-DS (lan truyền trực tiếp), IMTMC (multi carrier), IMT-TC (mã thời gian), IMT-SC (single carrier) FDMA có giao diện vô tuyến gọi IMT-FC mã tần số Mục đích 3G phép nhiều vùng phủ sóng tốc độ tăng trưởng cao sử dụng vốn đầu tư tối thiểu Các băng thông vị trí có sẵn cho thiết bị 3G cho phép tăng ứng dụng trước sẵn điện thoại di động Hình 3: Hệ thống 3G 1.2.4 Hệ thống 4G wireless Hình 4: Hệ thống 4G Mạng 4G hệ mạng 3G, cho phép tốc độ tải cao đạt xấp xỉ 100Mbps thiết bị, phương tiện, có tính di động cao (như tàu lửa, xe hơi) 1Gbps vật thể, phương tiện, thiết bị có tính di động thấp Đó tiêu chuẩn mạng 4G, phận thông tin vô tuyến trực thuộc Liên minh viễn thông quốc tế (có tên đầy đủ International Telecomunications Union-Radio, gọi tắt ITU-R) thức thiết lập vào tháng năm 2008 Tuy nhiên chưa phải tất chuẩn 4G, theo ITU-R quy định tập hợp đầy đủ chuẩn IMT-Advanced phải bao gồm yêu cầu sau: • Dựa vào gói mạng chuyển mạch All IP • Tốc độ tải cao đạt xấp xỉ 100Mbps thiết bị, phương tiện, có tính di động cao (như tàu lửa, xe hơi) 1Gbps vật thể, phương tiện, thiết bị có tính di động thấp • Có thể tự động chia sẻ sử dụng tài nguyên mạng để hỗ trợ nhiều người dùng lúc • Sử dụng kênh có băng thông mở rộng lên đến 5-20 MHz, tuỳ chọn đên 40 MHz • Hiệu băng thông (là lượng thông tin truyền tải qua băng thông sẵn có hệ thống giao tiếp cụ thể đó) cao phải đạt mức 15 bit/s/Hz tải về, 6.75 bit/s/Hz tải lên mạng • Hiệu băng thông hệ thống phải đạt mức bit/s/mạng tải trang 2.25 bit/s/mạng sử dụng nhà • Truyền tải liệu mạng không đồng phải diễn trơn tru, ổn định • Có khả cung cấp dịch vụ chất lượng cao việc hỗ trợ đa phương tiện hệ Để đạt "thành tích" thế, LTE phụ thuộc vào yếu tố OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access); SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) anten MIMO Theo đặc tả kỹ thuật, hướng DL chế độ FDD TDD dựa kỹ thuật OFDM truyền thống Trong hệ thống OFDM, phổ tần số có sẵn chia thành nhiều sóng mang, gọi sóng mang thứ cấp (Sub-carriers) Mỗi sóng mang thứ cấp điều chế độc lập chuỗi liệu tốc độ thấp WiMAX, WLAN công nghệ phát quảng bá DVB sử dụng kỹ thuật OFDM Trong miền thời gian, GI (Guard Intervals) thêm vào ký hiệu (Symbols) để khử nhiễu liên ký hiệu OFDM (inter-OFDMsymbol-interference) tượng trì hoãn trình trải phổ Trong EUTRA, GI chèn trước ký hiệu OFDM theo chu kỳ (cyclic prefix) định Đây kỹ thuật có khả tránh tượng nhiễu đa đường giúp việc xây dựng thiết bị thu đạt hiệu cao OFDMA xem phương án tối ưu cho hướng DL hướng UL chưa thuận lợi Điều thuộc tính OFDM có tỷ lệ công suất đỉnh trung bình (PAPR - Peak-to-Average Power Ratio) thấp, làm ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu hướng UL Do đó, hướng UL chế độ FDD TDD sử dụng kỹ thuật đa phân chia tần số sóng mang đơn SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) theo chu kỳ Các tín hiệu SC-FDMA có tín hiệu PAPR tốt OFDMA Đây lý để chọn SC-FDMA cho LTE PAPR giúp mang lại hiệu cao việc thiết khuếch đại công suất UE, việc xử lý tín hiệu SC-FDMA có số điểm tương đồng với OFDMA, đó, tham số hướng DL UL cân Tín hiệu SC-FDMA tạo kỹ thuật trải phổ DFT-OFDM (DFT-s-OFDM) (xem hình 4) Hình 4: Sơ đồ khối DFT-s-OFDM E-UTRA hướng UL sử dụng kỹ thuật điều chế QPSK, 16QAM 64 QAM Với DFT-s-OFDM, việc biến đổi Fourier rời rạc (DFT - Discrete Fourier Transform) kích thước M-Point FFT áp dụng khối ký hiệu điều chế DFT chuyển đổi ký hiệu điều chế thành miền tần số Kết ánh xạ vào sóng mang thứ cấp có sẵn Hướng UL cho phép định vị truyền dẫn Sub-carrier liên tục Trước chuyển đổi từ song song sang nối tiếp, N-point IFFT thêm vào chu kỳ Do đó, việc xử lý DFT có khác biệt tín hiệu SC-FDMA OFDMA Điều sinh thuật ngữ "DFTspread-OFDM" Trong tín hiệu SC-FDMA, Sub-carrier sử dụng để truyền tải thông tin có chứa tất ký hiệu điều chế, đó, chuỗi liệu đầu vào phải trải phổ biến đổi DFT Sub-carrier có sẵn Ngược lại, Sub-carrier tín hiệu OFDMA mang thông tin có liên quan đến ký hiệu điều chế cụ thể Anten MIMO Hình 5: Khối anten MIMO 2x2 MIMO phần tất yếu LTE để đạt yêu cầu đầy tham vọng thông lượng hiệu trải phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten máy phát máy thu Với hướng DL, MIMO 2x2 (2 anten thiết bị phát, anten thiết bị thu) xem cấu hình bản, MIMO 4x4 đề cập đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết Hiệu đạt tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing) phát phân tập (transmit diversity) đặc tính bật MIMO công nghệ LTE 10 hợp để cung cấp thông tin kênh đảm bảo khuôn dạng truyền dẫn hiệu suất luôn sử dụng điều kiện kênh Ta xét mô hình toán học cho LA để đạt tối ưu thông lượng mức liên kết (đường truyền) Ta ký hiệu N tổng số tài nguyên thời gian – tần số khả dụng băng thông hệ thống dựa độ phân giải lập biểu miền thời gian Độ phân giải lập biểu LTE quy định RB (một khung 1ms gồm 14 ký hiệu OFDM miền thời gian 12 sóng mang miền tần số) Để đảm bảo hoạt động LA miền tần số, mạng yêu cầu UE báo cáo giá trị CQI cho RB Trong đường truyền đa sóng mang thích nghi hệ thống, tập SMC liên tục thường nhóm lại với để tạo băng con, tạo nên đơn vị sở hoạt động Để trì ngưỡng BLER định (trong hình 10 −1 ), kiểu điều chế tỉ lệ mã cần phải thay đổi linh động theo SNR đo băng cho ký tự OFDM Hiệu phổ tần kiểu điều chế tỉ lệ mã đạt đến điểm bão hòa sau SNR định 3.2 NHỮNG CẢI TIẾN KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG BĂNG TẦN THÔNG DỤNG 3.2.1 Thích nghi độ rộng băng tần SMC 3.2.1.1 Thích nghi độ rộng băng tần SMC TDM-OFDM Mô tả hệ thống Số lượng SMC khe khác thay đổi để tạo độ rộng băng tần SMC khác Toàn băng tần sẵn có chia thành băng nhỏ với độ rộng băng tần SMC khác băng 25 Hình 2.5: Giản đồ tần số thời gian cho TDM đề xuất dựa ASB FDM 3.2.1.2 Thuật toán thích nghi độ rộng băng tần sóng mang 3.2.2 Các kết 3.2.3 Khung mô hình hệ thống OFDMA 3.2.4 Kết luận chung đề xuất Các kết phân tích cho thấy tiềm mô hình đề xuất VSB để cải tiến hiệu suất hệ thống FSB OFDM 3.3 SỰ THÍCH NGHI ĐƯỜNG TRUYỀN GHÉP 3.3.1 Mô hình hệ thống 3.3.2 Các chiến lược LA ghép 26 3.3.2.1 LA với kích thước kênh khác Với tần số Dopler giá trị độ trễ trải phổ thấp, nên sử dụng kích thước băng nhỏ để tối ưu hoá hiệu suất hệ thống với tần số Dopler giá trị độ trễ trải phổ cao, ta dùng kích thước băng lớn để đạt hiệu suất 3.3.2.2 Tỉ lệ mã cố định Xác định tỉ lệ mã cho hiệu suất cao Do tỉ lệ mã cố định khác với điều chế thích ứng nạp công suất xét đến Thực chuẩn điều chế thích ứng, điều khiển mã công suất (APMC) 3.3.2.3 Tốc độ PC LA khác Hình 2.16: Kết hợp LA chậm với điều khiển công suất nhanh Ý tưởng giảm tốc độ LA, sử dụng LA chu kỳ lớn thời gian tương quan kênh để giảm độ phức tạp 3.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA PHÂN TẬP KHÔNG GIAN VÀ THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN Bất dạng kỹ thuật sử dụng nhiều anten đem lại lợi ích nhiều hệ thống SISO điều kiện kiểm tra 3.5 KỸ THUẬT MIMO-OFDM 27 3.5.1 Giới thiệu Chương trình bày tổng quan phân tích hệ thống hệ thống MIMO Có nhiều loại hệ thống MIMO-OFDM, tùy vào kỹ thuật MIMO mà có hệ thống khác nhau, như: hệ thống MIMO-OFDM mã hoá không gian_thời gian, hệ thống MIMO-OFDM ghép kênh không gian Mỗi hệ thống có ưu điểm hạn chế riêng, tùy theo mục đích sử dụng yêu cầu kinh tế mà ta sử dụng hệ thống thích hợp Phần cuối chương trình bày hệ thống STBC-MIMO-OFDM 2x2 hệ thống tiêu biểu 3.5.2 Mô tả tổng quan hệ thống MIMO_OFDM Hình 4.1: Sơ đồ phát thu hệ thống MIMO-OFDM Chúng ta xét hệ thống STC-OFDM với K sóng mang con, nT anten phát nR anten thu Tổng băng thông hệ thống W Hz Nó chia thành K băng trùng lên 28 3.5.2.1 MIMO-OFDM Tx Hình 4.2: Sơ đồ khối phát hệ thống MIMO_OFDM Luồng liệu mã hoá mã hoá FEC Luồng liệu mã hoá ánh xạ qua constellation điều chế mã hoá MIMO Mỗi luồng symbol đầu tương ứng với anten phát Tx chịu xử lí OFDM anten đó: Chèn thêm chuỗi pilot vào Điều chế IFFT Cuối luồng liệu chuyển đến IF/RF cho anten phát 3.5.2.2 MIMO_OFDM Rx 29 Hình 4.3: Sơ đồ khối thu hệ thống MIMO_OFDM Đầu tiên, luồng liệu nhận từ anten thu Rx đồng Sau Preambles CP tách từ luồng Rx nhận Phần tín hiệu lại sau tách kí tự OFDM giải điều chế FFT Pilot tần số được tách từ symbol OFDM giải điều chế sử dụng cho việc ước lượng kênh Ma trận ước lượng kênh thêm vào giải mã MIMO Các symbol tổng hợp, giải điều chế giải mã để tạo luồng liệu phát ban đầu 3.5.2.3 Cấu trúc khung (frame) hệ thống MIMO-OFDM 30 Hình 4.4: Cấu trúc khung liệu MIMO-OFDM Trong môi trường thời gian thực, frame đơn vị vận chuyển nhỏ bao gồm 10 khe Mỗi khe bao gồm khe preamble symbols OFDM Preamble sử dụng cho mục đích đồng thời gian Mỗi OFDM symbol gắn thêm CP CP sử dụng để giảm nhiễu symbol ISI cân kênh cách đơn giản Mỗi frame vận chuyển qua sóng mang phụ (định thời pha, định thời tần số ước lượng tần số offset) 3.5.3 Phân tích hệ thống MIMO-OFDM 3.5.3.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM Đương lượng băng tần sở phức đáp ứng xung kênh fadinh viết dạng: h(t ,τ ) = ∑ α l (t )∆ (τ − τ l ) l Trong (4.1) α l (t ) qui trình Gaussian phức băng tần hẹp tĩnh wide_sense giả sử độc lập kênh khác Hơn giả sử 31 hàm tương quan miền thời gian giống cho tất đường truyền, là: σ r ( ∆t ) , l = m E α l ( t + ∆t )α m* (t ) = l t 0, l ≠ m { } (4.2) Không tính tổng quát, giả sử tổng công suất trung bình đáp ứng xung kênh đơn vị: σ H2 = ∑σ l2 = l (4.3) ≥ Cho hệ thống MIMO-OFDM với Nt anten phát Nr anten thu (Nr Nt), tín hiệu nhận anten thu thứ j sóng mang k khối thứ n có dạng sau: Nt x j [ n, k ] = ∑ H ij [ n, k ]bi [ n, k ] + w j [ n, k ] i =1 (4.4) Cho j=1,…, Nr k=0,…, K-1 Trong đó: bi[n,k] kí tự truyền từ anten phát thứ i sóng mang thứ k khối thứ n Hij[n,k] đáp ứng tần số kênh truyền từ anten phát thứ i đến anten thu thứ j sóng mang thứ k khối n K tổng số sóng mang wj[n,k] nhiễu Gaussian với thay đổi ρ Bỏ qua tổn hao, đáp ứng tần số kênh viết sau: 32 H ij [ n, k ] = H ( nT K0 f , k∆f ) = ∑ h [ n, l ]W l =0 ij kl K (4.5) Trong hij[n,l] = hij(nTf,lts), K0=[td/ts], Wk= e −j 2π K , Tf ∆f chiều dài kí tự cộng khoảng bảo vệ khoảng cách sóng mang con, t s chu kì lấy mẫu, với K∆f , td độ trải trễ tối đa Phương trình (4.4) viết lại dạng ma trận sau: x[ n, k ] = H [ n, k ]b[ n, k ] + w[n, k ] (4.6) Trong đó: x1 [ n, k ] x[ n, k ] = x N r [ n, k ] , b1[n, k ] ÷ b [ n, k ] = ÷ b [n, k ] ÷ Nt , H 11[n, k ] H 21[ n, k ] H [n, k ] = H N [ n, k ] r w1[n, k ] ÷ w [ n, k ] = ÷ wN [ n, k ] ÷ r H 12 [n, k ] H 22 [n, k ] H N r [n, k ] H 1Nt [ n, k ] H Nt [n, k ] H N r Nt [n, k ] ; 3.5.3.2 Space-Time Block-Coded OFDM Hệ thống STBC-OFDM Chúng ta xét hệ thống STC-OFDM với K sóng mang ,2 anten phát anten thu Tổng băng thông hệ thống W Hz Nó chia thành K băng trùng lên Giản đồ khối hệ thống cho hình 4.5 33 Hình: Mô hình hệ thống STBC-OFDM 2x2 TC: Turbo convolutional code RS: Reed-Solomon code STT : Space Time Trellis STB : Space Time Block Tại thời điểm t, khối bit thông tin mã hoá để phát từ mã không gian thời gian mà bao gồm *M kí tự điều chế Từ mã không gian-thời gian cho bởi: x1 X t = t2,1 xt ,1 xt1,2 xt1, M xt2,2 xt2, M Trong hàng thứ i xti = xit,1, xit,2, …,xit,M, i= 1,2 dãy liệu cho anten phát thứ i Để đơn gian xét độ dài từ mã số sóng mang OFDM, M=K Các tín hiệu xit,1, xit,2,…,xit,M OFDM điều chế K sóng mang OFDM khác truyền từ anten phát thứ i đồng thời khung OFDM, x it,k truyền sóng mang OFDM thứ k Trong phân tích hoạt động, giả sử khung kí tự đồng truyền nhận lí tưởng Một kênh lấy mẫu fading Rayleigh 34 Tiến trình fading xem không đổi khung OFDM Giả sử kênh anten khác không tương quan với Bộ phát STBC-OFDM Sơ đồ khối STBC-OFDM cho Hình 4.5 Dòng tín hiệu nhị phân điều chế ánh xạ thành chuỗi kí tự phức Bộ chuyển đổi Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) M điểm thực dòng liệu nối tiếp Ngõ khối IDFT M mẫu tín hiệu miền thời gian, tương ứng với khung OFDM Để tránh tác động nhiễu xuyên kí tự, cyclic prefix (CP) với chiều dài v thêm vào mẫu ngõ ra, kết tạo khung có chiều dài M+v Các khung OFDM truyền đồng thời từ anten thứ anten thứ hai, sau: + Khung OFDM thứ n: Anten 1: Anten 2: (X n (0) X n1 ( M − 1) ) → ( x1n ,0 x1n , M −1 ) → ( xn1 , M −v xn1 , M −1 , x1n,0 xn1 ,M −1 ) (X n (0) X n2 ( M − 1) ) → ( xn2,0 xn2, M −1 ) → ( xn2, M −v xn2,M −1 , xn2,0 xn2, M −1 ) IDFT CP IDFT CP + Khung OFDM thứ (n + 1) : Anten 1: ( −X 2* n (0) − X n2* ( M − 1) ) → ( x1n +1,0 x1n+1, M −1 ) → ( x1n+1, M −v xn1+1, M −1 , xn1+1,0 x1n+1, M −1 ) IDFT CP Anten 2: 35 (X 1* n (0) X n1* ( M − 1) ) → ( xn2+1,0 xn2+1, M −1 ) → ( xn2+1, M − v xn2+1, M −1 , xn2+1,0 xn2+1, M −1 ) IDFT CP Trong (.)* đại lượng liên hợp phức n = 2u-1, u=1,2… Trong mô hình, cho kênh từ hai anten phát đến anten nhận lọc đáp ứng xung giới hạn với hệ số nhớ v Bộ thu STBC-OFDM Tại thu, sau lọc, tín hiệu anten thu được, tiền tố loại bỏ khung Sau mẫu đưa đến giải điều chế OFDM Tín hiệu giải điều chế cho sóng mang thứ k, k=1,2,…,K, anten nhận cho bởi: Rnj,k = ∑ H nij,k X ni ,k + N nj,k i =1 (4.7) ij n ,k Trong H đáp ứng tần số kênh cho đường truyền từ anten phát thứ i đến anten thu j kênh OFDM thứ k thuộc khung thứ n, N j n,k ngõ giải điều chế nhiễu anten nhận kênh thứ k với lượng phổ cường độ N0; j=1,2 Tín hiệu thu cặp ( Rnj,k , Rnj+1,k MIMO để thu tín hiệu X n1 (k ) ) xử lí giống hệ thống X n2 ( k ) Đó ( qua kết hợp để thu tín hiệu ước lượng tách tối ưu để tách tín hiệu X n1 (k ) X n2 ( k ) X% n (k ) , Rnj,k , Rnj+1,k X%n2 (k ) ) đưa , sau đưa qua 36 Tín hiệu nhận anten thu: Rnj,k H n1,jk n,k = X H n2,kj + n,k N nj,k X + (4.8) Rnj+1, k = H n1+j 1, k X n1+1, k + H n2+j1, k X n2+1, k + N nj+1, k = − H n1+j1, k X n2*, k + H n2+j1, k X n1*, k + N nj+1, k (4.9) Để thuận tiện tính toán, ta đặt: Rnj,k R1j = ; Rnj+1,k H nij, k = H nij+1,k = H ij X nj,k = X j N nj,k = N1j = R2j ; ; ; ; N nj+1,k = N 2j Biểu thức ta viết lại sau: R1j = H1 j X + H j X + N1j (4.10) R2j = − H1 j X 2* + H j X 1* + N 2j (4.11) Tín hiệu qua kết hợp ta được: 2 ( * j j* H 2+ H X% = ∑ ( H1 j R1 + H j R2 ) = ∑ 2j 1j j =1 j =1 2 ( X%2 = ∑ ( H j R1j − H1 j R2j* ) = ∑ H1 j + H j j =1 j =1 ) X +H * 1j N1j + H j N 2j* (4.12) )X + H j N1j − H1 j N 2j* (4.13) Bộ tách tối ưu cực tiểu độ thông suốt định: 37 ∑( R j j =2 − H1 j X − H j X + R2j + H1 j X 2* − H j X 1* ) (4.14) Thông qua tất giá trị X1, X2 chòm X Ta mở rộng biểu thức trên, bỏ thành phần độc lập với từ mã, xếp lại cực tiểu biểu thức tương đương với cực tiểu biểu thức sau: −∑ R1j H1*j X 1* + ( R1j )* H1 j X + R1j H 2* j X 2* + ( R1j )* H j X − R2j H1*j X − ( R2j )* H1 j X 2* j =1 + R H X1 + ( R ) H j X ] j * 2j j * * 2 + ( X + X )∑∑ H ij 2 j =1 i =1 (4.15) Sắp xếp biểu thức cực tiểu độ thông suốt thành hai phần: −∑ [R1j H1*j X 1* + ( R1j )* H1 j X +R2j H 2* j X + ( R2j )* H j X 1* ] + X 2 ∑∑ H j =1 i =1 j =1 ij (4.16) (4.16) biểu thức theo biến X1 −∑ [R2j H 2* j X 2* + ( R1j )* H j X −R2j H1*j X − ( R2j )* H1 j X 2* ] + X j =1 2 ∑∑ H j =1 i =1 ij (4.17) (4.17) biểu thức theo biến X2 Vì cực tiểu biểu thức (4.14) tương đương với cực tiểu riêng rẽ hai biểu thức Ta thực cực tiểu “độ thông suốt định” sau: 2 2 j * j * R H + ( R ) H − X + − + H ij ÷ X ( ) ∑ 1 j ∑∑ 2j j =1 i =1 j =1 (4.18) để giải mã X1 38 2 2 j * j * R H − ( R ) H − X + − + H ij ÷ X ∑ ( j ∑∑ 1j ) j =1 i =1 j =1 (4.19) để giải mã X2 d ( x, y ) = ( x − y )( x* − y * ) = x − y Gọi X%j , qui tắc định cho tín hiệu tổ hợp , j=1,2 trở thành: Chọn Xi nếu: 2 2 2 2 2 2 −1 + ∑∑ H ij ÷ X i + d ( X%j , X i ) ≤ −1 + ∑∑ H ij ÷ X k + d ( X%j , X k ) j =1 i =1 j =1 i =1 ; ∀ ≠k i (4.20) Trong Xi Xk kí tự thuộc chòm kí tự mà phần mã hoá thực Như ta thu tín hiệu X n,k = X1; X n,k = X2 Kết luận: Trên mô hình hệ thống STBC_OFDM với tác động kênh fading lựa chọn tần số Bộ thu thực số tiến trình xử lí hỗ trợ thuật toán Viterbi, phần gán cho tần số riêng mô hình OFDM 39 [...]... lượng thông tin tốt Trong đó kỹ thuật OFDM và MIMO đã được sử dụng để đáp ứng yêu cầu trên Kỹ thuật MIMO giúp tăng tốc độ dữ liệu và vẫn giữ được độ tin cậy thông tin, giảm công suất phát Và kỹ thuật OFDM giúp chống nhiễu, tăng cự li truyền tin trong môi trường không dây Kỹ thuật MIMO -OFDM là sự kết hợp của hai kỹ thuật MIMO và OFDM để tận dụng cả hai ưu điểm của các kỹ thuật, mang lại chất lượng thông... dữ liệu ban đầu thành các dòng dữ liệu con theo một thuận toán cho trước, sau đó đưa từng dòng dữ liệu này đến các anten tương ứng và truyền đi Phía thu sẽ nhận được các dòng dữ liệu này, sử dụng các thuật toán thích hợp để tổng hợp lại dòng dữ liệu ban đầu MIMO -OFDM là sự kết hợp cả hai kỹ thuật OFDM và MIMO trên 1.4.2 Kỹ thuật MIMO -OFDM 22 Khối phát MIMO -OFDM Anten 1 Khối phát OFDM 1 Khối phát MIMO... tương quan của tín hiệu nhận được là: Rs (τ ) = K cos(2π f cτ ) J 0 (2π f mτ ) (1.15) J0 là hàm Bessel bậc không Dịch Doppler có thể gây ra các vấn đề quan trọng nếu kỹ thuật truyền dẫn nhạy cảm với lệch tần số sóng mang chẳng hạn như kỹ thuật OFDM 1.4 Tổng quan về kỹ thuật MIMO -OFDM Với sự phát triển dịch vụ di động, ngày càng yêu cầu tốc độ cao (băng thông rộng) và chất lượng thông tin tốt Trong đó kỹ. .. Anten n Khối phát OFDM n TXn Khối nhận MIMO -OFDM Anten 1 Khối thu OFDM 1 RX1 Anten m Khối thu OFDM m Khối thu MIMOBits output RXm Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO -OFDM Khối phát MIMO -OFDM: Một chuỗi tín hiệu đầu vào sẽ được khối MIMO mã hoá và tách ra thành các dãy tín hiệu riêng biệt Từng dãy tín hiệu này sẽ được đưa vào khối phát OFDM tương ứng để chuyển thành các tín hiệu OFDM Sau đó được... thành tín hiệu cao tần và truyền đi qua các anten Khối thu MIMO -OFDM: Tín hiệu cao tần được thu nhận bởi các anten ở khối thu Bộ RX sẽ chuyển tín hiệu cao tần thành các tín hiệu tần số thấp Khối thu OFDM sẽ chuyển tín hiệu OFDM thành các tín hiệu thông thường Khối thu MIMO sẽ giải mã và tổng hợp các dãy tín hiệu sau khối thu OFDM thành một chuỗi tín hiệu ban đầu 23 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU... chuyển động Một số người thường nhầm lẫn giữa thuật ngữ fast fading và slow fading với thuật ngữ fading diện rộng và fading diện hẹp Cần nhấn mạnh rằng fast fading và slow fading liên quan đến mối quan hệ giữa tỉ lệ thời gian thay đổi trong kênh và tín hiệu phát, mà không liên quan đến mô hình suy hao đường truyền 1.3.3 Suy hao đường truyền Tại anten phát, các sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi... ở các chu kỳ lớn hơn thời gian tương quan của kênh để giảm độ phức tạp 3.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA PHÂN TẬP KHÔNG GIAN VÀ THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN Bất cứ dạng nào của kỹ thuật sử dụng nhiều anten đều đem lại lợi ích nhiều hơn hệ thống SISO dưới các điều kiện kiểm tra 3.5 KỸ THUẬT MIMO -OFDM 27 3.5.1 Giới thiệu Chương này trình bày tổng quan và phân tích hệ thống hệ thống MIMO Có nhiều loại hệ thống MIMO -OFDM, ... tùy vào từng kỹ thuật MIMO mà chúng ta có các hệ thống khác nhau, như: hệ thống MIMO -OFDM mã hoá không gian_thời gian, hệ thống MIMO -OFDM ghép kênh không gian Mỗi hệ thống có những ưu điểm và hạn chế riêng, tùy theo mục đích sử dụng và yêu cầu kinh tế mà ta sử dụng các hệ thống thích hợp Phần cuối của chương là trình bày về hệ thống STBC-MIMO -OFDM 2x2 như là một hệ thống tiêu biểu 3.5.2 Mô tả tổng quan. .. tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băng thông gốc thành rất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phục được ảnh hưởng của fading lựa chon tần số, các kênh con có thể được coi là các kênh fading không lựa chọn tần số Với việc sử dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang 1.3.2... liệu sẽ được đưa về băng tần cơ sở bởi bộ trộn Sau đó được tách thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp Loại bỏ sóng mang con, chuyển về các luồng tín hiệu gốc Cuối cùng được tổng hợp thành luồng dữ liệu ban đầu MIMO viết tắt của Multi Input Multi Output, là kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát hoặc nhiều anten phát và thu nhằm đạt được độ tin cậy của tín hiệu truyền dẫn và tốc độ dữ liệu cao Kỹ thuật MIMO là ... MIMO -OFDM kết hợp hai kỹ thuật OFDM MIMO 1.4.2 Kỹ thuật MIMO -OFDM 22 Khối phát MIMO -OFDM Anten Khối phát OFDM Khối phát MIMO Bits input TX1 Anten n Khối phát OFDM n TXn Khối nhận MIMO -OFDM. .. từ mã số sóng mang OFDM, M=K Các tín hiệu xit,1, xit,2,…,xit,M OFDM điều chế K sóng mang OFDM khác truyền từ anten phát thứ i đồng thời khung OFDM, x it,k truyền sóng mang OFDM thứ k Trong phân... Khối nhận MIMO -OFDM Anten Khối thu OFDM RX1 Anten m Khối thu OFDM m Khối thu MIMOBits output RXm Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO -OFDM Khối phát MIMO -OFDM: Một chuỗi tín hiệu đầu vào