Đánh giá chất lượng mã khối không gian thời gian trong hệ thống MIMO OFDM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VŨ VĂN QUANG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÃ KHỐI KHÔNG GIAN-THỜI GIAN TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VŨ VĂN QUANG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÃ KHỐI KHÔNG GIAN-THỜI GIAN TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: VŨ VĂN QUANG Giới tính: Nam, Ngày, tháng, năm sinh: 29/07/1972 Nơi sinh: Hậu Giang Quê quán: Thanh Hóa Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: F3 Đƣờng Mậu Thân, Q.Ninh Kiều, TPCT Điện thoại : 0913.135.333 Điện thoại quan: E-mail: quang_ct2007@yahoo.com Fax: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/1991 đến 09/1996 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Cần Thơ Ngành học: Điện tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thi tốt nghiệp Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 5/1996 trƣờng Đại học Cần Thơ Thạc sĩ: Hệ đào tạo: quy tập trung Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 10/2012 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện tử Tên luận văn: Đánh giá chất lƣợng mã khối không gian-thời gian hệ thống MIMO-OFDM Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 10 năm 2012, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Phạm Hồng Liên Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Bƣu Điện Tỉnh Cần Thơ Kỹ thuật tổng đài Từ 2001 đến 2010 CH- ĐTDĐ T & Q Cần Thơ Kỹ thuật viên Từ 2010 đến TT Đại học chức Cần Thơ Giảng viên Thời gian Từ 10/1996 đến 08/2001 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên iii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn thân tự nghiên cứu thực theo hƣớng dẫn PGS.TS Phạm Hồng Liên Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu từ báo khoa học tạp chí IEEE, Springer, từ ebook hệ thống OFDM, MIMO, ebook mã khối không gian-thời gian (STBC) ứng dụng truyền thông không dây, tƣ liệu đề cập phần tài liệu tham khảo luận văn Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2012 (Ký tên ghi rõ họ tên) Vũ Văn Quang GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên iv HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM LỜI CẢM ƠN Đề tài đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn trực tiếp PGS-TS Phạm Hồng Liên Tôi xin đƣợc phép gửi đến Cô lòng biết ơn chân thành sâu sắc Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô hội đồng nhận xét, phản biện nghiêm túc giúp hoàn chỉnh luận văn Tôi xin cảm ơn tất quý thầy cô khoa Điện-Điện Tử -Viễn Thông, quý thầy cô công tác phòng Sau Đại Học trƣờng Sƣ Phạm Kỹ Thuật-TP Hồ Chí Minh giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học cao học Tôi xin chân thành cảm ơn bạn khóa trƣớc, bạn khóa, bạn đồng nghiệp … động viên, giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu Sau xin chân thành cảm ơn gia đình-Những ngƣời làm tất có đƣợc ngày hôm TP Hồ Chí Minh , ngày tháng 10 năm 2012 Vũ Văn Quang GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên v HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM TÓM TẮT OFDM đem lại lợi ích nhƣ hiệu sử dụng phổ thích hợp cho truyền dẫn tốc độ cao kênh fading đa đƣờng Hệ thống MIMO tăng độ lợi phân tập, độ lợi dung lƣợng kênh truyền fading phẳng Đối với truyền dẫn tốc độ cao, kênh MIMO chọn lọc tần số (fading không phẳng) chuyển sang tập kênh fading phẳng cách kết hợp MIMO kỹ thuật OFDM, điều giảm độ phức tạp thu giải đƣợc vấn đề fading đa đƣờng cách hiệu Hệ thống MIMO-OFDM đƣợc chấp nhận nhƣ tiêu chuẩn truyền dẫn tốc độ cao, mang lại hiệu chất lƣợng dịch vụ tốt cho hệ thống vô tuyến băng rộng hệ tƣơng lai Hệ thống MIMO-OFDM với mã hóa khối không gian-thời gian (STBC) có khả chống lại ảnh hƣởng tƣợng nhƣ đa đƣờng, fading chọn lọc tần số cách hiệu Hơn thế, tỉ số SER đạt đƣợc nhỏ độ phức tạp mã hóa thấp Luận văn tập trung nghiên cứu việc mã hóa, giải mã khối không gian-thời gian (STBC), mã không gian-tần số (SFC), mã không gian-thời gian-tần số (STF), mô hình hệ thống MIMO-OFDM Sau việc mô mô hình hệ thống MIMO, MIMO-OFDM dựa mã hóa STBC, SFC STF đƣợc xây dựng phân tích chất lƣợng dƣới môi trƣờng truyền dẫn fading Rayleigh Các kết mô hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STBC đạt đƣợc hiệu BER tốt hệ thống MIMO-OFDM không sử dụng mã hóa STBC Kết mô chứng đƣợc khả kiểm soát lỗi hệ thống sử dụng mã STF đƣợc cải thiện so với mã STBC SFC GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên vi HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM ABSTRACT The advantages of OFDM systems are high spectral efficiency and suitable for high-data-rate transmission over a multi-path fading channel MIMO systems may be implemented by number of different ways to obtain either a diversity gain or a capacity gain in flat fading channels For high-data-rate transmission, the frequency-selective MIMO channels (non-flat fading channel) can be transformed into a set of parallel frequency-flat MIMO channels by combining MIMO and OFDM techniques, which can decrease the receiver complexity and deal with the multi-path fading efficiently MIMO-OFDM combined system has been currently accepted as an official standard to support high data rate, efficient and high-quality service for next generation broadband wireless communication systems MIMO-OFDM system with space time block code (STBC) has excellent performance against Multi-path effects and frequency selective fading, what's more, the BER and the coding complexity is low The thesis concentrated on the basic theory of STC, SFC and STFC codes, MIMO, and MIMO-OFDM system models Finally, simulation model of MIMO, MIMO-OFDM systems based on STBC is built and its transmission performances under Rayleigh fading channel is analyzed The simulation results show that the MIMO-OFDM system based on STBC outperforms other MIMO-OFDM system without STBC in BER performance By the simulation results, we have demonstrated that the ability of controlling error of system which used STFC codes was improved more than the system which used STBC and SFC codes GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên vii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM MỤC LỤC QUYếT ĐịNH GIAO Đề TÀI……………………………………… …………… i LÝ LịCH KHOA HọC……………………………………………… ………… ii LờI CAM ĐOAN………………………………………………………………… iii CảM ƠN v TÓM TắT LUẬN VĂN .vi ABSTRACT vii MỤC LỤC viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .xiv DANH SÁCH CÁC HÌNH xvi DANH SÁCH CÁC BẢNG xviii CHƢƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nƣớc công bố 1.2 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.1 Khái niệm kênh vô tuyến [3][10] 2.2 Fading suy giảm diện rộng [2][10] 2.3 Fading diện hẹp [2][10] 2.3.1 Hiện tƣợng đa đƣờng (multipath) 2.3.2 Hiệu ứng dịch Doppler 2.3.3 Hiệu ứng bóng râm (Shadowing) 2.3.4 Phân loại Fading diện hẹp GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên viii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM 2.4 Các mô hình kênh fading 2.4.1 Mô hình kênh fading Rayleigh 2.4.2 Mô hình kênh fading Ricean .10 2.4.3 Mô hình fading chọn lọc tần số 10 2.5 Kết luận 11 CHƢƠNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ ĐA SÓNG MANG TRỰC GIAO OFDM 12 3.1 Giới thiệu 12 3.2 Mô hình hệ thống 13 3.3 Một số ƣu khuyết điểm kỹ thuật OFDM 18 3.3.1 Ƣu điểm .18 3.3.2 Khuyết điểm 18 3.4 Kết luận 19 CHƢƠNG HỆ THỐNG NHIỀU ANTEN MIMO 20 4.1 Giới thiệu 20 4.2 Các kỹ thuật Phân tập 20 4.3 Mô hình hệ thống MIMO 22 4.4 Dung lƣợng hệ thống 23 4.5 Kết luận 25 CHƢƠNG MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM 26 5.1 Giới thiệu [3] 26 5.2 Mã khối không gian thời gian (STBC) 26 5.2.1 Một số tiêu chuẩn mã khối không gian-thời gian 27 5.2.2 Sơ đồ Alamouti 28 5.3 Giải mã STBC 29 5.4 Mã Khối không gian –thời gian trực giao (OSTBC) .32 5.4.1 Một số mã OSTBC cho chòm tín hiệu thực 32 5.4.2 Một số mã OSTBC cho chòm tín hiệu phức 34 5.5 Mã không gian-tần số SFC .35 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ix HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM 5.5.1 Giới thiệu 35 5.5.2 Thiết kế mã SF tốc độ (SF-rate 1) [13],[15],[16] 36 5.6 MÃ KHÔNG GIAN-THỜI GIAN-TẦN SỐ STFC [14],[16] 37 5.6.1 Giới thiệu 38 5.6.2 Thiết kế mã STF tốc độ (STF-rate ) 38 5.7 Kết luận 39 CHƢƠNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG STBC-MIMO-OFDM 41 6.1 Mô hình hệ thống MIMO mã hóa STBC 41 6.1.1 Hệ thống hai Anten phát, anten thu 41 6.1.2 Hệ thống hai Anten phát, hai anten thu 43 6.2 Hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STBC 44 6.2.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 44 6.2.2 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STBC 47 6.2.3 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM mã hóa SFC 54 6.2.4 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STFC 55 CHƢƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB 58 7.1 Sơ đồ mô 54 7.2 Các kết mô dung lƣợng 54 7.3 Các kết mô hệ thống SISO, SIMO, MISO, MIMO 57 7.4 Mô hệ thống MIMO-OFDM 62 7.5 Mô hệ thống MIMO mã hóa STBC .68 7.6 Mô hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STBC 74 7.7 Mô hệ thống MIMO-OFDM mã hóa SF 76 7.7.1 SF-rate .76 7.7.2 SF-rate N .81 7.8 Mô hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STF .83 7.8.1 STF-rate1 91 7.8.2 STF-rate N 91 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên x HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM 7.8.3 Mô hệ thống MIMO mã hóa với mã hóa STBC, SFC-rate1&2 STFC-rate 1&2 92 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 8.1 Kết luận 103 8.2 Các kiến nghị 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xi HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu trắng BER Bit Error Rate Tỉ lệ bit lỗi CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp (Khoảng bảo vệ) CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh truyền DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi fourier nhanh ICI Inter Carrier Interference Nhiễu liên kênh Inverse Discrete Fourier Biến đổi ngƣợc fourier rời rạc IDFT Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi ngƣợc fourier nhanh ISI InterSymbol Interference Nhiễu liên ký tự LP Linear Precoded Tiền mã hóa tuyến tính LOS Light Of sight Tầm nhìn thẳng MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều ngõ vào nhiều ngõ MISO Multiple Input Single Output Nhiều ngõ vào ngõ ML Maximum Likelihood Tƣơng đồng tối đa MMSE Minimum Mean Square Error Lỗi bình phƣơng trung bình nhỏ MRC Maximum Ratio combination Kết hợp tỉ số cực đại NLOS Non Light Of Sight Không có tầm nhìn thẳng Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số trực Multiplexing giao P/S Parallel to Serial Chuyển đổi song song sang nối tiếp PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất QAM Quadrature Amplitute Điều chế biên độ vuông OFDM GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha vuông SER Symbol Error Rate Tốc độ lỗi ký tự SFC Space Frequency Code Mã không- gian tần số SIMO Single Input Multiple Output Một ngõ vào nhiều ngõ SISO Single Input Single Output Một ngõ vào ngõ SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu S/P Serial to Parallel Chuyển nối tiếp sang song song STBC Space-Time Block Code Mã khối không gian-thời gian STFC Space-Time-Frequency Code Mã khối không gian-thời gian-tần số STTC Space-Time Trellis Code Mã xoắn không gian-thời gian GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xiii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mô hình kênh truyền đa đƣờng[18] Hình 2.2: Hiệu ứng dịch Doppler .7 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống OFDM 13 Hình 3.2: Khái niệm CP 15 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống MIMO [17] 23 Hình 4.2: Mô hình kênh SISO, SIMO, MISO, MIMO 24 Hình 5.1: Ma trận mã STBC .27 Hình 5.2: Sơ đồ khối mã hóa ST Alamouti 28 Hình 5.3: Bộ thu cho sơ đồ Alamouti 29 Hình 5.4: Mã hóa SF-rate 1[16] .36 Hình 5.5: Cơ chế truyền mã STF .38 Hình 5.6: Mã hóa STF-rate N 38 Hình 6.1: Sơ đồ Alamouti anten phát anten thu[19] .42 Hình 6.2: Sơ đồ mã STBC với hai anten phát hai anten thu [19] 43 Hình 6.3: Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 45 Hình 6.4: Mô hình hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STBC 48 Hình 6.4: Mô hình MIMO-OFDM- Alamouti tiêu biểu 53 Hình 7.1: Sơ đồ mô hệ thống MIMO-OFDM .59 Hình 7.2: Mô dung lƣợng hệ thống .60 Hình 7.3: Mô dung lƣợng Ergodic 60 Hình 7.4: SER hệ thống SISO, SIMO, MISO, MIMO .63 Hình 7.5: SER hệ thống SISO, MISO (thay đổi số anten phát) 64 Hình 7.6: SER hệ thống MISO, MIMO (thay đổi số anten thu) 64 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xiv HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM Hình 7.7: SER hệ thống có mức phân tập (không mã hóa) 65 Hình 7.8: SER hệ thống MIMO-OFDM thay đổi số anten phát .67 Hình 7.10: MIMO-OFDM – SER thay đổi L 69 69 Hình 7.11: MIMO-OFDM – SER cung mức phân tập (không mã hóa) 69 Hình 7.12: SER hệ thống MIMO-STBC tăng số anten phát .71 Hình 7.13: SER hệ thống MIMO-STBC thay đổi số anten thu 72 Hình 7.14: SER hệ thống MIMO-OFDM với MIMO-STBC-G2 .73 Hình 7.15 : SER hệ thống MIMO-OFDM với MIMO-STBC-G4 .73 Hình 7.16a: BER hệ thống MIMO-OFDM-STBC phân tập phát .75 Hình 7.16b: BER hệ thống MIMO-OFDM-STBC phân tập thu .75 Hình 7.17: BER hệ thống MIMO-OFDM, MIMO-STBC, 76 MIMO -OFDM-STBC 76 Hình 7.18: MIMO-OFDM-SF-rate1 – SER tăng số anten phát 79 Hình 7.19: MIMO-OFDM-SF-rate1 – SER tăng số anten thu 79 Hình 7.20: MIMO-OFDM-SF-rate1 –tăng đƣờng phân tập 80 Hình 7.21: MIMO-OFDM-SF-rate2 – SER tăng số anten thu 82 Hình 7.22: MIMO-OFDM-SF-rate2 – Phân tập tần số 83 Hình 7.23: MIMO-OFDM-SF-rate2 – mức phân tập 83 Hình 7.24: MIMO-OFDM-STF-rate1 – SER phân tập phát 85 Hình 7.25: MIMO-OFDM-STF-rate1 – SER phân tập thu .86 Hình 7.26: MIMO-OFDM-STF-rate1 – SER phân tập thời gian 86 Hình 7.27: MIMO-OFDM-STF-rate1 – SER phân tập tần số 87 Hình 7.28: MIMO-OFDM-STF-rate1 –cùng mức phân tập 87 Hình 7.29: MIMO-OFDM-STF-rate2 – SER phân tập thu 89 Hình 7.30: MIMO-OFDM-STF-rate2 – SER phân tập thời gian 89 Hình 7.31: MIMO-OFDM-STF-rate2 – SER phân tập tần số 90 Hình 7.32: MIMO-OFDM-STF-rate2 – SER mức phân tập 90 Hình 7.33: MIMO-mã hóa STBC, SF STF-rate .91 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xv HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM Hình 7.34: MIMO-mã hóa STBC, SF STF-rate .92 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xvi HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.1: Các giá trị T theo tiêu chuẩn thiết kế toàn tốc [10] 33 Bảng 7.1: Các thông số mô hệ thống SIMO, MISO, MIMO 59 Bảng 7.2: So sánh dung lƣợng hệ thống MIMO 61 Bảng 7.4: Các thông số mô hệ thống MIMO .62 Bảng 7.5: So sánh BER hệ thống anten SISO MIMO 63 Bảng 7.6: So sánh hệ thống MIMO phân tập thu SER= 103 dB 65 Bảng 7.7: So sánh hệ thống MIMO mức phân tập SER= 103 dB .66 Bảng 7.9: So sánh hệ thống MIMO-OFDM phân tập thu BER= 103 3dB 68 Bảng 7.10: So sánh hệ thống MIMO-OFDM mức phân tập BER= 103 dB 70 Bảng 7.12: So hệ thống MIMO-STBC phân tập phát BER= 103 dB 71 Bảng 7.13: So sánh hệ thống MIMO-STBC phân tập thu BER= 103 dB 72 Bảng 7.14: So sánh hệ thống MIMO-OFDM với MIMO-STBC(G2) .74 BER= 103 dB 74 Bảng 7.15: So hệ thống MIMO-OFDM với MIMO-STBC(G4) 74 BER= 103 dB .74 Bảng 7.16: So hệ thống MIMO-OFDM mã hóa STBC BER= 103 dB 76 Bảng 7.17: So sánh hệ thống MIMO-OFDM, MIMO-STBC MIMO-OFDM mã hóa STBC BER= 103 dB .77 Bảng 7.18: Các thông số mô hệ thống MIMO_OFDM-SFC tốc độ 78 Bảng 7.19: So sánh hệ thống MIMO-OFDM -SFC BER= 103 dB 80 Bảng 7.20: So sánh hệ thống MIMO-OFDM -SFC BER= 103 dB 80 Bảng 7.21: Các thông số mô hệ thống MIMO_OFDM-SFC tốc độ N .81 Bảng 7.22: So sánh hệ thống MIMO-OFDM -SFC BER= 103 dB 82 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xvii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM Bảng 7.24: Các thông số mô hệ thống MIMO_OFDM-SFC tốc độ 84 Bảng 7.25: Các thông số mô hệ thống MIMO_OFDM-SFC tốc độ N .88 Bảng 7.26: Các thông số mô hệ thống MIMO mã hóa STBC, SFC, STF 91 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xviii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM Chƣơng GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nƣớc công bố Trong năm gần đây, kỹ thuật thông tin vô tuyến có bƣớc tiến triển vƣợt bậc Sự phát triển nhanh chóng video, thoại ứng dụng đa phƣơng tiện Internet, điện thoại di động có mặt khắp nơi, nhu cầu truyền thông đa phƣơng tiện di động phát triển rầm rộ, đòi hỏi yêu cầu băng thông nhƣ dung lƣợng ngày trở nên cấp bách hết Việc nghiên cứu để tìm phƣơng pháp mới, thiết bị diễn khắp nơi toàn giới nhằm cho đời sản phẩm hệ chất lƣợng hơn, phù hợp hơn, tin cậy nhằm thỏa mãn nhu cầu vô tận ngƣời chất lƣợng lẫn đa dạng dịch vụ mạng Các hệ thống thông tin không dây đƣợc nghiên cứu nhằm cải thiện chất lƣợng dung lƣợng nhƣ khả chống lại tƣợng đa đƣờng Đối với hệ thống thông tin truyền thống chất lƣợng tín hiệu cải thiện cách tăng công suất phát; tƣơng tự dung lƣợng kênh truyền tăng tăng băng thông Tuy nhiên công suất tăng tới mức giới hạn công suất phát tăng hệ thống gây nhiễu cho hệ thống thông tin xung quanh, băng thông hệ thống tăng lên đƣợc việc phân bố băng thông đƣợc định chuẩn sẵn Các kỹ thuật phân tập đƣợc sử dụng rộng rãi nhằm giảm ảnh hƣởng fading đa đƣờng cải thiện độ tin cậy truyền dẫn mà tăng công suất phát mở rộng băng thông [2][11] Với bùng nổ công nghệ kỹ thuật nhƣ kỹ thuật xử lý số tín hiệu (DSP), đặc biệt công nghệ VLSI, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) đƣợc quan tâm nhiều hơn, ứng dụng nhiều việc cải GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Trang HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian hệ thống MIMO-OFDM thiện hiệu băng thông cho hệ thống vô tuyến Ở băng hẹp (narrowband), kênh fading kênh fading phẳng (flat fading), phƣơng pháp mã hóa không gian-thời gian (ST) đƣợc đề xuất để khai thác phân tập không gian thời gian [8] Còn băng thông rộng (ở broadband), kênh fading kênh lựa chọn tần số (selection frequency fading) Kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) chuyển kênh fading đa đƣờng lựa chọn tần số thành kênh fading phẳng song song, làm giảm ảnh hƣởng fading Với khoảng bảo vệ đủ lớn, kỹ thuật OFDM loại bỏ đƣợc hiệu ứng ISI Ngoài việc sử dụng kỹ thuật OFDM giảm độ phức tạp cân tăng hiệu sử dụng phổ [2] Bài báo năm 1996 1999, tác giả Foschini Telatar [20], [22] chứng minh hệ thống thông tin có nhiều anten (MIMO-Multiple-Input MultipleOutput) có dung lƣợng cao nhiều so với hệ thống có anten (SISO) Bài báo việc cải thiện dung lƣợng gần nhƣ tăng tuyến tính với số lƣợng anten phát anten thu Kết cho thấy tính ƣu việt hệ thống nhiều anten ngày có nhiều quan tâm đặc biệt lĩnh vực này, nhiều công trình nghiên cứu đƣợc thực nhằm cải tiến nhƣ khái quát hóa kết họ Bài báo tác giả V.Tarokh, N.Seshadri, and A R Calderbank (1998), sử dụng mã không gian-thời gian (Space-time codes) cho hệ thống vô tuyến tốc độ cao [4] Kết symbols đƣợc mã hóa đƣợc truyền đồng thời tất anten, sau đƣợc giải mã giải thuật phát tƣơng đồng tối đa (ML - maximum likelihood decoder) Cách làm hiệu kết hợp việc sửa lỗi với phân tập đƣờng truyền để tăng dung lƣợng hệ thống Cũng năm 1998, báo tác giả Alamouti [5] đề cử mã khối không gian-thời gian (STBC) đơn giản hơn, hấp dẫn nhờ có độ phức tạp mã thấp, cho độ phân tập đầy toàn tốc thích hợp cho môi trƣờng fading chậm STBC tăng dung lƣợng cách khai thác độ phân tập không gian Điều đặc biệt hữu ích trƣờng hợp trải phổ (delay spread) thấp (ít bị phân tán tần số) Với việc dùng nhiều anten phát hay thu, hình thành kênh nhiều đầu vào nhiều GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Trang HVTH: Vũ Văn Quang S K L 0 [...]... Liên xv HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian trong hệ thống MIMO- OFDM Hình 7.34: MIMO -mã hóa STBC, SF và STF-rate 2 .92 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xvi HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian trong hệ thống MIMO- OFDM DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.1: Các giá trị của T theo tiêu chuẩn thiết kế toàn... Chuyển nối tiếp sang song song STBC Space-Time Block Code Mã khối không gian- thời gian STFC Space-Time-Frequency Code Mã khối không gian- thời gian- tần số STTC Space-Time Trellis Code Mã xoắn không gian- thời gian GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xiii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian trong hệ thống MIMO- OFDM DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mô hình kênh... 41 6.1 Mô hình hệ thống MIMO mã hóa STBC 41 6.1.1 Hệ thống hai Anten phát, một anten thu 41 6.1.2 Hệ thống hai Anten phát, hai anten thu 43 6.2 Hệ thống MIMO- OFDM mã hóa STBC 44 6.2.1 Mô hình hệ thống MIMO- OFDM 44 6.2.2 Mô hình hệ thống MIMO- OFDM mã hóa STBC 47 6.2.3 Mô hình hệ thống MIMO- OFDM mã hóa SFC 54 6.2.4 Mô hình hệ thống MIMO- OFDM mã hóa STFC ... 7.22: So sánh hệ thống MIMO- OFDM -SFC BER= 103 dB 82 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xvii HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian trong hệ thống MIMO- OFDM Bảng 7.24: Các thông số mô phỏng hệ thống MIMO_ OFDM- SFC tốc độ 1 84 Bảng 7.25: Các thông số mô phỏng hệ thống MIMO_ OFDM- SFC tốc độ N .88 Bảng 7.26: Các thông số mô phỏng hệ thống MIMO mã hóa STBC, SFC,... của hệ thống MIMO- OFDM với MIMO- STBC-G2 .73 Hình 7.15 : SER của hệ thống MIMO- OFDM với MIMO- STBC-G4 .73 Hình 7.16a: BER của hệ thống MIMO- OFDM- STBC phân tập phát .75 Hình 7.16b: BER của hệ thống MIMO- OFDM- STBC phân tập thu .75 Hình 7.17: BER của hệ thống MIMO- OFDM, MIMO- STBC, 76 MIMO -OFDM- STBC 76 Hình 7.18: MIMO- OFDM- SF-rate1 – SER khi tăng số anten phát 79 Hình 7.19: MIMO- OFDM- SF-rate1... thống MIMO- OFDM mã hóa STBC tại BER= 103 dB 76 Bảng 7.17: So sánh hệ thống MIMO- OFDM, MIMO- STBC và MIMO- OFDM mã hóa STBC tại BER= 103 dB .77 Bảng 7.18: Các thông số mô phỏng hệ thống MIMO_ OFDM- SFC tốc độ 1 78 Bảng 7.19: So sánh hệ thống MIMO- OFDM -SFC BER= 103 dB 80 Bảng 7.20: So sánh hệ thống MIMO- OFDM -SFC BER= 103 dB 80 Bảng 7.21: Các thông số mô phỏng hệ thống MIMO_ OFDM- SFC... 54 7.3 Các kết quả mô phỏng hệ thống SISO, SIMO, MISO, MIMO 57 7.4 Mô phỏng hệ thống MIMO- OFDM 62 7.5 Mô phỏng hệ thống MIMO mã hóa STBC .68 7.6 Mô phỏng hệ thống MIMO- OFDM mã hóa STBC 74 7.7 Mô phỏng hệ thống MIMO- OFDM mã hóa SF 76 7.7.1 SF-rate 1 .76 7.7.2 SF-rate N .81 7.8 Mô phỏng hệ thống MIMO- OFDM mã hóa STF .83 7.8.1 STF-rate1... văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian trong hệ thống MIMO- OFDM 5.5.1 Giới thiệu 35 5.5.2 Thiết kế mã SF tốc độ 1 (SF-rate 1) [13],[15],[16] 36 5.6 MÃ KHÔNG GIAN- THỜI GIAN- TẦN SỐ STFC [14],[16] 37 5.6.1 Giới thiệu 38 5.6.2 Thiết kế mã STF tốc độ 1 (STF-rate ) 38 5.7 Kết luận 39 CHƢƠNG 6 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG STBC -MIMO- OFDM 41... Đánh giá chất lượng mã khối không gian - thời gian trong hệ thống MIMO- OFDM 7.8.3 Mô phỏng hệ thống MIMO mã hóa với mã hóa STBC, SFC-rate1&2 và STFC-rate 1&2 92 Chƣơng 8 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 8.1 Kết luận 103 8.2 Các kiến nghị 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên xi HVTH: Vũ Văn Quang Luận văn thạc sỹ Đánh giá chất lượng mã. .. gian trong hệ thống MIMO- OFDM Hình 7.7: SER của các hệ thống có cùng mức phân tập (không mã hóa) 65 Hình 7.8: SER của hệ thống MIMO- OFDM thay đổi số anten phát .67 Hình 7.10: MIMO- OFDM – SER khi thay đổi L 69 69 Hình 7.11: MIMO- OFDM – SER cung mức phân tập (không mã hóa) 69 Hình 7.12: SER của hệ thống MIMO- STBC tăng số anten phát .71 Hình 7.13: SER của hệ thống MIMO- STBC