NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG TWO WAY REPLAY

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Na m KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: h NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG Ng uy ễn Bì n TWO - WAY RELAY Sinh viên thực : Nguyễn Bình Nam - 07ĐT3 Trà Trung Anh Đà Nẵng - 2012 - 07ĐT4 Na m Bì n h ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Bình Nam & Trà Trung Anh Ng uy ễn 07/6/2012 Na m Mục lục Danh sách hình vẽ Các từ viết tắt 1.2 9 1.1.1 Mạng di động hệ thứ - 1G 1.1.2 Mạng di động hệ thứ hai - 2G 10 1.1.3 Mạng di động 2.5G 11 1.1.4 Mạng di động hệ thứ ba - 3G 12 1.1.5 Mạng di động hệ thứ tư - 4G 13 Các vấn đề thông tin di động 14 1.2.1 Suy hao đường truyền 14 1.2.2 Hiện tượng pha đinh đa đường (Multipath fading) 15 1.2.3 Kênh truyền pha đinh chọn lọc tần số kênh truyền Bì n Lịch sử hệ thống thông tin di động Ng uy ễn 1.1 h TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG pha đinh phẳng 17 1.2.4 Trải trễ nhiễu liên ký tự ISI tượng đa đường 19 1.2.5 Nhiễu trắng Gaussian 20 1.2.6 Hiệu ứng Doppler 20 1.3 Mô hình kênh pha đinh đa đường 21 1.4 Kết luận chương 23 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO 25 MỤC LỤC Khái niệm OFDM 25 2.2 Tín hiệu trực giao 27 2.3 Phép biến đổi FFT 30 2.4 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 31 2.4.1 Máy phát OFDM 31 2.4.1.1 Khối mã hóa kênh 34 2.4.1.2 Bộ xáo trộn (Scrambler) 35 2.4.1.3 Điều chế số M-QAM 35 2.4.1.4 Tiền tố lặp Cyclic-Prefix 36 Máy thu OFDM 37 Ưu nhược điểm OFDM 39 2.5.1 Ưu điểm 39 2.5.2 Nhược điểm 40 2.6 h 2.5 Kết luận chương Bì n 2.4.2 Na m 2.1 41 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG TWO-WAY RELAY 42 Đa truy chập phân chia theo không gian SDMA Ng uy ễn 3.1 3.2 3.3 3.4 42 3.1.1 Giới thiệu SDMA 42 3.1.2 Kỹ thuật tiền mã hóa Zero-forcing 45 Thông tin đa chặng 49 3.2.1 Tổng quan thông tin đa chặng 49 3.2.2 Mục đích sử dụng relay 49 3.2.3 One-way relay 50 3.2.4 Ưu nhược điểm One-way relay 51 Two-way Relay 52 3.3.1 Mô hình hệ thống 52 3.3.2 Mô hình toán học 53 3.3.3 Thiết kế ma trận tiền mã hóa trạm gốc 55 3.3.4 Thiết kế ma trận tiền mã hóa relay 56 Kết luận chương 59 MỤC LỤC MÔ PHỎNG 4.1 60 Khảo sát chất lượng hệ thống two-way relay có tiền mã hóa 4.2 Khảo sát chất lượng hệ thống two-way relay số thuê bao thay đổi 4.4 63 Khảo sát chất lượng hệ thống two-way relay số mức điều chế Na m 4.3 61 QAM thay đổi 65 Kết luận chương 67 KẾT LUẬN 69 Ng uy ễn Bì n h Tài liệu tham khảo 68 1.1 Na m Danh sách hình vẽ Các công nghệ sử dụng hệ thống thông tin di động từ 14 1.2 Các tượng xảy trình truyền sóng 16 1.3 Tín hiệu từ bên phát tới bên thu theo đường khác 17 1.4 Kênh truyền pha đinh lựa chọn tần số 18 1.5 Kênh truyền pha đinh phẳng 18 1.6 Hiện tượng trải trễ 19 1.7 Mô hình truyền tín hiệu kênh pha đinh đa đường 21 2.1 Hiệu sử dụng phổ kỹ thuật FDM (a) OFDM (b) 26 2.2 Sơ đồ khối máy phát OFDM 32 2.3 Sơ đồ khối máy thu OFDM 32 2.4 Cấu trúc symbol OFDM miền tần số 33 2.5 Biến đổi IFFT chèn Cyclic-Prefix cho OFDM symbol 33 2.6 Cấu trúc tín hiệu OFDM phát máy phát 34 2.7 Các dạng điều chế số nhiều mức M-QAM 36 2.8 Các mẫu OFDM thu máy thu 38 3.1 Mô hình hệ thống SDMA 44 3.2 Hệ thống SDMA sử dụng precoding 46 3.3 Mô hình hệ thống mạng di động LTE/LTE Advanced 50 3.4 Mô hình One-way relay 51 3.5 Mô hình Two-way Relay 52 Ng uy ễn Bì n h 1G đến 4G DANH SÁCH HÌNH VẼ Mô hình hệ thống two-way relay 53 3.7 Đáp ứng kênh truyền hệ thống two-way relay 54 3.8 −1 H −1 Bảng giá trị E[1/(hH 1R (G ) G h1R )] 58 4.1 Lưu đồ thuật toán Compare_precoding_and_without_precoding 61 4.2 Đồ thị BER theo SNR thuê bao, điều chế 4-QAM 62 4.3 Lưu đồ thuật toán cho Main_program.m 63 4.4 Đồ thị BER theo SNR trạm gốc thuê bao, điều chế 4-QAM 64 4.5 Lưu đồ thuật toán cho Thay_doi_MQAM_level_BER_at_user Na m 3.6 Thay_doi_MQAM_level_BER_at_BS 4.6 Đồ thị BER theo SNR thuê bao, số mức điều chế QAM thay h đổi 4.7 65 66 Đồ thị BER theo SNR trạm gốc, số mức điều chế QAM thay 66 Ng uy ễn Bì n đổi 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation 4G Fourth Generation ADC Analog to Digital Converter Na m CÁC TỪ VIẾT TẮT Thế hệ thứ Thế hệ thứ hai Thế hệ thứ ba h Thế hệ thứ tư Bộ chuyển đổi tương tự sang số Nhiễu Gaussian trắng BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bit BS Base Station Trạm gốc Bì n AWGN Additive White Gausian Noise Ng uy ễn CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp vòng DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số sang tương tự DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia FDMA theo tần sô Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FM Frequency modulation Điều chế tần số CÁC TỪ VIẾT TẮT GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GSM Hệ thống thông tin Communications di động toàn cầu HSPA High-Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu liên sóng mang IDFT Inverse DFT IFFT Inverse FFT Na m Global System for Mobile Biến đổi DFT ngược Biến đổi Fourier ngược nhanh IMD Inter-modulation Distortion ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự Nhiều ngõ vào, MS Bì n h MIMO Multi Input Multi Output Méo xuyên điều chế Mobile Station OFDM Orthogonal Frequency Division QAM QPSK Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Parallel to Serial Biến đổi song song sang nối tiếp Quadrature Amplitude Điều chế biên độ Modulation cầu phương Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha SDMA Space Division Multiple Access SINR Trạm di động Multiplexing Ng uy ễn PS nhiều ngõ cầu phương Đa truy cập phân chia theo không gian Signal to Interference Tỉ số tín hiệu plus Noise ratio can nhiễu cộng nhiễu SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu SP Serial to Parallel Biến đổi nối tiếp sang song song CÁC TỪ VIẾT TẮT TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian Universal Mobile Hệ thống viễn thông Telecommunication System di động toàn cầu Na m UMTS W-CDMA Wideband CDMA Ng uy ễn Bì n h CDMA băng rộng CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG TWO-WAY RELAY suất phát relay bị chặn nên trace{WrrH HH } ≤ M Do đó, khe thời gian thứ hai, tín hiệu thu trạm gốc yBS = GH W (GPs + Hu + nR ) + nBS (3.13) tín hiệu thu M thuê bao Na m yU = HH W (GPS + Hu + nR ) + nU (3.14) nU nBS nhiễu nhiệt M thuê bao trạm gốc, tương tự nR Từ (3.14), ta thấy khó khăn thuê bao với anten giải điều chế xác có nhiễu xuyên kênh Ví dụ, si ui gây nhiễu lớn lên tín hiệu thu thuê bao thứ j, với i = j, ảnh h hưởng nghiêm trọng đến chất lượng thu thuê bao Do đó, phải ưu tiên xử Bì n lý cho thông tin khác đích đến tới thuê bao Trong đó, việc xử lý nhiễu xuyên kênh trạm gốc thực trạm gốc nên độ ưu tiên xử lý thấp Đặc biệt trạm gốc, trạm gốc biết tất tin gửi nên nhiễu xuyên kênh (3.13) dễ dàng Ng uy ễn loại bỏ Tóm lại, ta cần quan tâm đến việc xử lý nhiễu xuyên kênh cho thuê bao cho thuê bao thứ m nhận tin thứ m 3.3.3 Thiết kế ma trận tiền mã hóa trạm gốc Việc thiết kế ma trận tiền mã hóa trạm gốc relay phải thỏa mãn hai điều kiện Điều kiện thứ công suất phát trạm gốc relay phải thỏa điều kiện giới hạn, điều kiện thứ hai thuê bao không thu thông tin thuê bao khác Ngoài ra, ý tưởng giao thức network coding cố gắng nhóm tin đến từ thuê bao, ví dụ si ui lại với Từ đó, ta xác định ma trận tiền mã hóa P sau P = G−1 HDs (3.15) đó, Ds ma trận đường chéo có tác dụng đảm bảo công suất phát 55 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG TWO-WAY RELAY trạm gốc thỏa điều kiện giới hạn Khi đó, relay nhóm tin đến từ thuê bao dạng r = H(Ds s + u) + nR (3.16) Việc nhóm tin đến từ thuê bao lại relay quan trọng Na m thể rõ bước xử lý Để tìm mà trận giới hạn công suất phát Ds , ta tính công suất phát tổng cộng trạm gốc với ma trận tiền mã hóa P trước H trace{PPH } = trace G−1 HD2s (G−1 H ) (3.17) h = trace (G−1 H)H G−1 HD2s Mỗi anten phát có công suất phát Do đó, để thỏa yêu cầu giới hạn Ng uy ễn Bì n công suất phát, ta cần chọn  √  hH1R (G−1 )H G−1 h1R  Ds =    √ 0 −1 )H G−1 h hH (G MR MR       (3.18) Khi đó, tổng công suất phát trạm gốc trace{PPH } = trace (G−1 H)H G−1 HD2s = M (3.19) thỏa yêu cầu giới hạn công suất 3.3.4 Thiết kế ma trận tiền mã hóa relay Để đảm bảo không bị nhiễu xuyên kênh thuê bao, ta sử dụng ma trận tiền mã hóa W ∈ CM x M relay Sau áp dụng ma trận tiễn mã hóa P trạm gốc, tin relay phát có dạng (Wr)∗ = (W[H(Ds s + u) + nR ])∗ (3.20) 56 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG TWO-WAY RELAY Chú ý rằng, lấy liên hợp phức hai vế (3.20) để đơn giản hóa phép tính toán sau Tiếp theo, khe thời gian thứ hai, relay phát phiên tiền mã hóa tin nhận khe thời gian thứ Tín hiệu thu M thuê bao Na m yU = HH W(H(Ds s + u) + nR ) + nU (3.21) Để không xảy nhiễu xuyên kênh thuê bao mà trận tiền mã hóa W phải thõa điều kiện: HH WH = diag{ξ1 , , ξM } (3.22) giá trị ξM phụ thuộc vào ma trận tiền mã hóa Đơn giản ta có −1 h thể chọn W = (HH )H−1 , tức ξ1 = = ξM = Tuy nhiên, phương án Bì n không thỏa điều kiện giới hạn công suât relay Do đó, ma trận tiền mã hóa W thiết kế W = (HH )−1 Dr H−1 (3.23) Ng uy ễn với Ds ma trận đường chéo dùng để đạt điều kiện giới hạn công suất phát Từ (3.23), suy công suất phát relay H H H Pow = trace WH(Ds DH s + IM )H W + WW ρ −1 ≈ trace (HH )−1 Dr (D2s + IM )DH r H (3.24) đó, ρ tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR), dấu xấp xỉ xảy tỉ số tín hiệu nhiễu SNR lớn Vì trace có tính chất hoán vị vòng tròn nên: Pow ≈ trace H−1 (HH )−1 Dr DH r (Ds + IM ) = trace (HH H)−1 D2r (D2s + IM ) (3.25) Vì công suất phát anten 1, nên Pow ≤ M Để đạt điều kiện 57 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG TWO-WAY RELAY giới hạn này, ta chọn:  ( [HH H]−1 1,1 )    Dr =     −1      −1  −1 H ([H H]M,M ) (3.26) Na m Thử lại, ta kiểm tra kì vọng tổng công suất phát relay: (3.27) h E [Pow ] ≈ E trace (HH H)−1 D2r (D2s + IM ) = E trace (IM + D2s ) M 1+E H = −1 h1R (G )H G−1 h1R Bì n đó, [A]m,m thành phần thứ m đường chéo ma trận −1 H −1 A Theo hình (3.8), ta thấy E[1/hH 1R (G ) G h1R ] luôn bé gần 1, tức tổng công suất phát relay thỏa điều kiện giới hạn E[Pow ] ≤ M với W tính theo (3.23) Dr ] (G−1 )H G−1 h1R 1R M=2 1.0058 Ng uy ễn E[ hH M=3 0.4942 M=4 0.3327 M=5 0.2488 M=6 0.1991 M=7 0.1671 M=8 0.1424 −1 H Hình 3.8: Bảng giá trị E[1/(hH ) G−1 h1R )] 1R (G Khi đó, tín hiệu thu thuê bao là: ym = hH mR [WH(Ds s + u) + WnR ] + nm H −1 −1 = hH mR (H ) Dr ((Ds + u) + (H) nR ) + nm ⇒ −1 ˜ d−1 rm ym = (dsm sm + um ) + hm nR + drm nm (3.28) dsm drm phần tử thứ m đường chéo ma trận Ds ˜ m vector hàng thứ m H−1 Từ (3.28), ta thấy Dr tương ứng; h thuê bao thứ m thu tin sm um ; tin khác, sj uj với j = m loại bỏ ma trận tiền mã hóa 58 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐA CHẶNG TWO-WAY RELAY Đồng thời tín hiệu thu trạm gốc là: yBS = GH W [H(Ds + u) + nR ] + nBS = GH (HH )−1 Dr H−1 [H(Ds s + u) + nR ] + nBS = GH (HH )−1 Dr Ds s + u + H−1 nR + nBS Na m H H −1 −1 −1 H H −1 ⇒ D−1 r H (G ) yBS = u + Ds s + H nR + Dr H (G ) nBS (3.29) Việc sử dụng hai ma trận tiền mã hóa loại bỏ thành phần interuser interference trạm gốc thuê bao, dù tín hiệu nhận cuối thành phần tín hiệu trạm gốc thuê bao gởi đi, nhiên trạm gốc biết toàn tin gửi s thuê bao biết h tin mà gửi um nên hệ thống đảm bảo chất lượng giải 3.4 Kết luận chương Bì n điều chế Chương cho ta nhìn chi tiết hệ thống thông tin đa chặng sử Ng uy ễn dụng two-way relay kết hợp với kỹ thuật đa truy cập phân chia theo không gian SDMA Tất mục trình bày nhằm đến mô hình toán tín hiệu thu thuê bao (3.28) trạm gốc (3.29) Kết kiểm tra lại kết mô chương 59 Chương Na m MÔ PHỎNG Trong chương này, thực mô hệ thống two-way relay Quá trinh mô gồm giai đoạn: kiểm tra vai trò tiền mã hóa, khảo h sát chất lượng hệ thống thay đổi số thuê bao, khảo sát chất lượng hệ Bì n thống thay đổi mức điều chế Chương trình mô viết việc mô Ng uy ễn thực ngôn ngữ lập trình MATLAB R2012a 60 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 4.1 Khảo sát chất lượng hệ thống two-way relay có tiền mã hóa Lưu đồ thuật toán Na m Compare_precoding_and_wi thout_precoding.m Nhập M, Num_trials, N, SNR, Ma Tính sig_power B=log[2](M) BER_user_without_precoding := BER_user_precoding := Index = S Tính No Trail := Đ Trail > Num_trials BER_user_without_precoding = BER_user_without_precoding/ (B*N*Num_trials) BER_user_precoding = BER_user_precoding/(B*N*Num_trials) h Ng uy ễn Index ++ Đ Bì n Index > length(SNR) Vẽ đồ thị (BER,SNR) S x x x x x x x x x x Tạo tín hiệu phát bit_seq_BS, bit_seq_user Điều chế QAM Tạo ma trận đáp ứng kênh H G Tạo ma trận nhiễu nhiệt BS, relay user Tính ma trận giới hạn công suất Ds, Dr Tính ma trận precoding P, W Tính tín hiệu thu relay, user Modify tín hiệu thu BS, user Giải điều chế QAM Tính BER End Ma = 2, 3, Trail ++ Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán Compare_precoding_and_without_precoding Kết mô nhận xét Từ hình (4.2), dễ dàng thấy không sử dụng kỹ thuật tiền mã hóa, chất lượng hệ thống thấp, tỉ lệ lỗi bit xấp xỉ 0.5, tức trung bình bit 61 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 10 −1 −2 10 BER at users without precoding, M=2 BER at users with precoding, M=2 BER at users without precoding, M=3 BER at users with precoding, M=3 BER at users without precoding, M=4 BER at users with precoding, M=4 −3 −4 10 10 Bì n h 10 Na m Bit error rate (BER) 10 15 20 25 30 Signal to Noise Ratio (SNR) [dB] 35 40 45 Ng uy ễn Hình 4.2: Đồ thị BER theo SNR thuê bao, điều chế 4-QAM có bit sai Trong đó, số lượng M thuê bao, có tiền mã hóa, chất lượng hệ thống tốt hơn, đạt xấp xỉ 10−3 SNR = 40 dB với số thuê bao Nguyên nhân kỹ thuật tiền mã hóa giúp loại bỏ nhiễu xuyên kênh thuê bao nhận tin gửi cho Ngoài ra, theo kết hình (4.2) ta thấy số lượng thuê bao tăng lên chất lượng hệ thống giảm xuống, số lượng thuê bao tăng lên ˜ m nR (3.28) tăng dẫn đến giảm tỉ số tín hiệu nhiễu SNR làm giá trị h thuê bao Điều thấy rõ chương 62 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 4.2 Khảo sát chất lượng hệ thống two-way relay số thuê bao thay đổi Lưu đồ thuật toán Main_program m Na m NhҨp M, Num_trials, N, SNR, Ma Tính sig_power B=log2(M) BER_BS_precoding := BER_user_precoding := Index = Tính No Trial := Index ++  Trial > Num_trials BER_BS_precoding = BER_BS_precoding/(B*N*Num_trails) BER_user_precoding = BER_user_precoding/(B*N*Num_trails) h S  Bì n Index > length(SNR) VҰ Ĝһ thҷ (BER,SNR) Ng uy ễn S x x x x x x x x x x TҢo tín hiҵu phát bit_seq_BS, bit_seq_user iҲu chұ QAM TҢo ma trҨn Ĝáp ӈng kênh H G TҢo ma trҨn nhiҴu nhiҵt tҢi BS, relay user Tính ma trҨn giӀi hҢn công suҤt Ds, Dr Tính ma trҨn precoding P, W Tính tín hiҵu thu tҢi relay, BS, user Modify tín hiҵu thu tҢi BS, user Giңi ĜiҲu chұ QAM Tính sҺ bit lҽi End Ma = 2, 3, Trial ++ Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán cho Main_program.m Kết mô nhận xét Từ hình (4.4), dễ dàng thấy tăng số lượng thuê bao chất lượng hệ thống giảm Ngoài ra, chất lượng tín hiệu thu trạm gốc tốt chất lượng thu user, trạm gốc biết toàn thông tin 63 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 10 BER at BS, M=2 BER at user, M=2 BER at BS, M=3 BER at user, M=3 BER at BS, M=4 BER at user, M=4 −1 Na m Bit error rate (BER) 10 −2 10 −3 −4 10 10 Bì n h 10 15 20 25 SNR (dB) 30 35 40 45 Ng uy ễn Hình 4.4: Đồ thị BER theo SNR trạm gốc thuê bao, điều chế 4-QAM đường truyền nên xử lý phức tạp tín hiệu thu được, đạt tín hiệu thu với hệ số nhân (3.29) Trong đó, thuê bao biết thông tin từ đường truyền relay, nên xử lý thuê bao hệ nhân dsm công thức (3.28) khiến chất lượng tín hiệu thu thấp 64 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 4.3 Khảo sát chất lượng hệ thống two-way relay số mức điều chế QAM thay đổi Lưu đồ thuật toán Na m Thay_doi_MQAM_level_B ER_at_users.m Nhập M, Num_trials, N, SNR, Ma Tính sig_power B=log[2](M) BER_user_without_precoding := BER_user_precoding := Index = Tính No Trail := Index ++ Đ Trail > Num_trials BER_BS_precoding = BER_BS_precoding/(B*N*Num_trials) BER_user_precoding = BER_user_precoding/(B*N*Num_trials) h S Đ Bì n Index > length(SNR) Vẽ đồ thị (BER,SNR) Ng uy ễn S x x x x x x x x x x End Tạo tín hiệu phát bit_seq_BS, bit_seq_user Điều chế QAM Tạo ma trận đáp ứng kênh H G Tạo ma trận nhiễu nhiệt BS, relay user Tính ma trận giới hạn công suất Ds, Dr Tính ma trận precoding P, W Tính tín hiệu thu relay, BS, user Modify tín hiệu thu BS, user Giải điều chế QAM Tính BER M = 4, 16, 32, 64 Trail ++ Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán Thay_doi_MQAM_level_BER_at_BS cho Thay_doi_MQAM_level_BER_at_user Kết mô nhận xét Từ (4.6) (4.7), ta thấy tăng số mức điều chế QAM chất lượng hệ thống giảm số mức điều chế QAM tăng điểm 65 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 10 −1 −2 10 BER at users, M=3, 4QAM BER at users, M=3, 16QAM BER at users, M=3, 32QAM BER at users, M=3, 64QAM Na m Bit error rate (BER) 10 −3 10 10 15 20 25 30 Signal to Noise Ratio (SNR) [dB] 35 40 45 Bì n h −4 10 Hình 4.6: Đồ thị BER theo SNR thuê bao, số mức điều chế QAM thay đổi 10 −1 Bit error rate (BER) Ng uy ễn 10 −2 10 BER at BS, M=3, 4QAM BER at BS, M=3, 16QAM BER at BS, M=3, 32QAM BER at BS, M=3, 64QAM −3 10 −4 10 10 15 20 25 30 Signal to Noise Ratio (SNR) [dB] 35 40 45 Hình 4.7: Đồ thị BER theo SNR trạm gốc, số mức điều chế QAM thay đổi phức biểu diễn giá trị M -QAM nằm gần hơn, dẫn đến máy thu thực giải điều chế xác suất khôi phục lại bit nhị phân bị 66 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG lỗi cao Vì vậy, thực tế thiết kế hệ thống, ta cần phải xem xét tốc độ đường truyền chất lượng để đạt thiết kế tối ưu 4.4 Kết luận chương Chương cho ta nhìn rõ ràng hệ thống thông tin đa chặng two-way Na m relay dựa chất lượng đường truyền Kết mô hợp lý với lý thuyết cho ta thấy tiềm lớn hệ thống two-way relay áp dụng vào thực tế Trong chương này, ta chủ yếu thực mô lớp Vật lý Khi thực mô lớp cao hơn, ta chất lượng hệ thống tốt nhờ mã phát sửa lỗi (mã hóa kênh) Cuối cùng, tùy theo số lượng thuê Ng uy ễn Bì n ta chọn loại mã hóa kênh thích hợp h bao, yêu cầu chất lượng hệ thống, yêu cầu thời gian trễ, giá thành mà 67 Na m Kết luận Sau thực đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống thông tin đa chặng Two-way relay” em đạt mục tiêu đề nắm kỹ mô hình toán hệ thống kiểm tra tính khả thi hệ thống áp dụng vào thực tế Đặc biệt, đồ án thực sự tổng hợp lần kiểm tra sau toàn kiến h thức năm theo học đại học em Ngoài ra, em học Bì n cách sử dụng chương trình soạn thảo khoa học LATEX, chương trình hay, hữu ích cần thiết chuyên ngành kỹ thuật Đây đề tài nên có nhiều hướng phát triền khai thác Tiêu biểu hai hướng: mô hình hệ thống với số anten khác Ng uy ễn trạm gốc relay; khảo sát dung lượng hệ thống Ngoài ra, khai thác thêm cách hoàn thiện chương trình mô với cách ước lượng kênh thực tế đường truyền feedback có sai số lượng tử hóa Hi vọng, đề tài thú vị bạn sinh viên khóa sau quan tâm tiếp tục phát triển 68 Na m Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Lê Hùng, “Thông tin di động”, khoa Điện tử Viễn thông - Đại học bách khoa Đà Nẵng [2] Hoàng Lê Uyên Thục, “Tín hiệu hệ thống”, khoa Điện tử Viễn thông - h Đại học bách khoa Đà Nẵng bách khoa Đà Nẵng Bì n [3] Hoàng Lê Uyên Thục, “Thông tin số”, khoa Điện tử Viễn thông - Đại học [4] Hoàng Lê Uyên Thục, “Xử lý tín hiệu số 1”, khoa Điện tử Viễn thông - Đại học bách khoa Đà Nẵng Ng uy ễn [5] Nguyễn Văn Tuấn, “Thông tin vi ba - vệ tinh”, Nhà xuất Giáo dục 2011 [6] Andrea Goldsmith, “Wireless Communications”, Cambridge University Press 2005 [7] Ye (Geoffrey) Li, Gordon L Stiiber, “Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Wireless Communications”, Georgia Institute of Technology [8] Zhiguo Ding, Member, IEEE, Ioannis Krikidis, Member, IEEE, John Thompson, Member, IEEE, and Kin K Leung, Fellow, IEEE, “Physical Layer Network Coding and Precoding for the Two-Way Relay Channel in Cellular Systems”, IEEE Transactions on signal processing, Vol 59, No 2, February 2011 69 [...]...Chương 1 Na m TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG h Chương này trình bày các nội dung sau: Bì n • Lịch sử các hệ thống thông tin di động • Các vấn đề cơ bản trong thông tin di động • Mô hình kênh pha đinh đa đường Lịch sử các hệ thống thông tin di động Ng uy ễn 1.1 1.1.1 Mạng di động thế hệ thứ nhất - 1G 1G (first generation) – mạng di động thế hệ thứ nhất là hệ thống thông tin di động được phát triển... 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.4 Mạng di động thế hệ thứ ba - 3G Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả tín hiệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với Na m hệ thống 2G hiện nay... trong các kỹ thuật truyền ở lớp vật lý trong các hệ thống OFDM (ví dụ: Wifi, Wimax, LTE) 1.4 Kết luận chương Chương này đã cho ta biết được quá trình phát triển của mạng thông tin di động từ 1G đến 4G, những đặc trưng của kênh truyền thông không dây như 23 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG sự suy hao trên đường truyền, hiện tượng pha đinh đa đường, kênh truyền pha đinh chọn lọc và không... của hệ thống của hệ thống phải được lựa chọn h Và thực tế là tùy thuộc vào từng loại ứng dụng, mức nhiễu và hiệu quả phổ Bì n Hầu hết các loại nhiễu trong các hệ thống có thể được mô phỏng một cách chính xác bằng nhiễu Gaussian trắng cộng Hay nói cách khác tạp âm trắng Gaussian là loại nhiễu phổ biến nhất trong hệ thống truyền dẫn Loại nhiễu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng thông. .. nghệ được sử dụng trong hệ thống thông tin di động từ 1G đến 4G định nghĩa một cách rõ ràng, tuy nhiên mạng 4G được kỳ vọng đáp ứng các h đặc điểm sau Bì n + Cung cấp khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi Để thỏa mãn được điều đó, mạng 4G sẽ là mạng hỗn hợp (bao gồm nhiều công nghệ mạng khác nhau), kết nối, tích hợp nhau trên nền toàn IP Thiết bị di động của 4G sẽ là đa công nghệ (multi-technology), đa. .. vùng quốc gia: - GSM sử dụng kỹ thuật đa truy cập TDMA và song công FDD, khởi nguồn áp dụng tại Phần Lan và sau đó trở thành chuẩn phổ biến trên toàn thế 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG giới GSM đã trở thành công nghệ truyền thông có tốc độ phát triển nhanh nhất từ trước đến nay và là một chuẩn di động được triển khai rộng rãi trên thế giới, đang được sử dụng bởi hơn 80% nhà cung... 1.6: Hiện tượng trải trễ Trong thông tin vô tuyến, trải trễ gây nên hiện tượng nhiễu xuyên ký tự ISI (Inter-Symbol Interference) Điều này do tín hiệu đa đường bị trễ chồng lấn với tín hiệu trước đó, và nó có thể gây ra lỗi nghiêm trọng ở những hệ thống có tốc độ bit cao nếu như hệ thống không có cách khắc phục Hình 1.6 cho ta thấy được ảnh hưởng của trải trễ trong hiệu ứng đa đường gây ra nhiễu liên ký... cũng là 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG môt yếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đường - Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng điện từ, gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận được là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường Hiện tượng này đăc biệt quan trọng trong thông tin di động Tín hiệu sóng mang... động thế hệ thứ tư - 4G Na m thử nghiệm về công nghệ này đã diễn ra từ đầu năm 2004 cũng như trong thế 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di động không dây 3G 4G là h một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng 3G với ứng được Bì n mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương... đinh đa đường, từ đó làm cơ sở để ta tìm hiểu về một kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin di động tiên tiến hiện nay - kỹ thuật Ng uy ễn Bì n h Na m ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM 24 Chương 2 Na m GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO h Chương này trình bày các nội dung sau: • Tín hiệu trực giao • Phép biến đổi FFT Bì n • Khái niệm về OFDM • Sơ đồ khối hệ thống